JPH0670553A

JPH0670553A - 寿命診断機能を備えたインバータ装置

Info

Publication number: JPH0670553A
Application number: JP4221225A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsumoto; 修松本; Akio Imai; 翠男今井; Keisuke Yamanaka; 桂介山中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1992-08-20
Publication date: 1994-03-11
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JP3245985B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、装置の寿命予測（異常予測も含む）
を行い異常発生前に寿命を予告したり、予防および予知
保全を実施することによりシステム全体の安全性や稼働
率を高めることを目的とするさらに、寿命としてシステ
ムダウンする前に、異常要因を抑えて異常発生を回避す
ることも目的とする。【構成】被診断対象の運転状態や使用環境を入力する回
路１３と、これらの信号をもとに寿命診断と異常回避制
御の演算及び記憶する回路１５と、この演算の関数や条
件を任意に設定できる回路１９と、この演算内容を任意
に読み出せる回路１９と、上記演算結果により予告信号
や警告信号を出力する回路１６、１７、１８を有するこ
とを特徴とする寿命診断機能を備えたインバータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置に係
り、特にその被制御装置の寿命や異常を事前に予測し判
断する寿命診断機能を備えたインバー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置およびその被制御装置の
寿命や異常を事前に予測し判断する寿命診断機能を備え
たインバー装置の従来技術の例としては、特開平３−２
６９２６８号及び特開平３−２６９２６９号がある。

【０００３】これらの従来技術はインバータ装置内部の
直流中間回路や制御電源平滑回路等に使用しているコン
デンサの寿命を見ているだけである。すなわちインバー
タ内の他の部品あるいはインバータの被制御装置に対し
ては考えられていない。従来技術では、インバータ内の
コンデンサは別として、その他の部品の寿命診断を行っ
ていないので、その他の部品が実際に故障を起こしたと
きは、コンデンサの寿命診断を行っていたにも関わら
ず、インバータ装置のシステム全体としての寿命の診断
ができないことになる。このような場合、この故障部品
を調査発見し対処する事後処理対策を行っていた。この
ため、異常によって二次災害が発生したり、またシステ
ムが緊急停止してしまい、しかも故障部品の調査発見、
修理部品の準備、復旧作業などに長時間を要するなど、
システム全体の稼働率を低下させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、装置の寿命
予測（異常予測も含む）を行い、異常発生前に寿命を予
告したり、予防および予知保全を実施することによりシ
ステム全体の安全性や稼働率を高めることを目的とす
る。さらに、寿命によりシステムダウンする前に、寿命
を左右する要因を抑えて異常発生を回避することも目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、被診断対象の運転状態や使用環境を入力する入力回
路と、前記入力回路に入力されたデータをもとに演算す
る演算回路及び演算結果を記憶する記憶回路と、前記演
算回路が寿命の演算を実行するために必要なその部品に
特有な寿命関数や寿命に関する条件を任意に設定できる
設定回路と、この演算内容を任意に読み出せるモニタ回
路と、上記演算結果により予告信号や警告信号を出力す
る予告回路と、異常発生を避けるための異常回避制御回
路を設けたものである。

【０００６】

【作用】被診断対象の運転状態や使用環境が入力回路に
入力され、前記入力回路に入力されたデータと前記設定
回路に設定された寿命の演算を実行するために必要なそ
の部品に特有な寿命関数や寿命に関する条件をもとに演
算が実行されその演算結果は記憶回路に記憶される。設
定回路に設定された関数や条件は、演算結果やメンテナ
ンス記録内容に基づいて、変更及び修正される。該演算
結果はモニタ回路で任意に読み出される。更に前記予告
回路により該演算結果に基づいて寿命予告あるいは警告
が行われる。異常回避制御回路は該演算結果に基づいて
異常発生を避けるための指令をインバータ装置に与え、
インバータ装置は該指令に基づいて運転される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図６を用
いて説明する。

【０００８】図１は、交流電源に接続されその周波数を
変換して出力に接続された交流電動機を駆動するインバ
ータシステムにおいて、本発明による寿命を診断する機
能を備えた実施例を示したものである。図１において、
２は電圧型インバータ装置を示す。交流電源１からの交
流電圧を整流回路３で整流し直流電圧を得る。この直流
電圧は平滑回路４で平滑され、インバータ制御回路１４
の信号で動作するインバータ回路５を通して疑似正弦波
に変換される。この正弦波は任意の周波数と電圧にする
ことができ、これを交流電動機７に供給することで回転
数制御を行う。平滑回路４から検出された電圧信号１１
と、電流検出器６の電流信号１０、および温度湿度検出
器８により検出された交流電動機７の温度と湿度の信号
９は、制御回路１２内にインターフェース回路１３を介
して入力される。これらの信号はインバータ制御回路１
４および今回の診断回路１５に伝達される。診断回路の
結果は予告回路１６を通して異常回避制御１７に出力さ
れる。異常回避制御１７は警報装置１８に警報の為の信
号を出力し警報を与えると共に、インバータ制御回路へ
異常回避の為の信号を出力する。なおこれらの内部状態
の読み出し書き込みなどは設定器１９により行える。

【０００９】交流電動機７の短寿命部品としてコイルや
ベアリングなどを挙げられるが、コイルの予測を例にし
て説明する。

【００１０】コイルの寿命が電圧、電流、温度、湿度、
周波数（回転数）により決定されるとし、寿命の評価関
数として数１に示した関数Ｆを定義する。

【００１１】

【数１】

【００１２】数１の中でＴｃはコイルの温度であり、こ
のＴｃは数２により求められる。

【００１３】

【数２】

【００１４】寿命は予め定められた標準条件で部品が使
用されたときは標準寿命となるが、標準条件からはずれ
た使用をした場合は、標準寿命からずれを生じる。すな
わち標準条件で使用している場合は単にサンプリング時
間の積算を寿命の判定に使用できるが、標準条件をはず
れた使用をした場合は、このサンプリング時間にある補
正をする必要がある。関数Ｆはこの為のサンプリング時
間補正に使用する重み関数である。サンプリング時間は
関数Ｆが乗ぜられて標準状態におけるサンプリング時間
に変換される。

【００１５】Ｋ１からＫ６は定数である。Ｔａは周囲温
度である。直流電圧Ｖｄと電流Ｉと周波数ｆはインバー
タ装置に基本的に存在する信号であり、温度Ｔａと湿度
Ｈは検出器からの信号である。基準電圧Ｖｓと基準温度
Ｔｓと基準湿度Ｈｓはそれぞれ実績より決められた値で
ある。

【００１６】次に、図２のフローチャートを用いて説明
する。まずステップ１０１で、上記数１に示された諸デ
ータＫ１〜Ｋ６、Ｔａ、Ｖｄ、Ｉ、ｆ、Ｈ、Ｖｓ、Ｔ
ｓ、Ｈｓを入力する。ステップ１０２で、電流Ｉによる
発熱と周波数ｆによる冷却効果から求めた数値を温度Ｔ
ａに加算することでコイルの温度Ｔｃを求める。ステッ
プ１０２で求めたコイルの温度Ｔｃを使い、関数Ｆを算
出（ステップ１０３）する。この求められた関数Ｆをサ
ンプリング時間Δｔに掛けることでΔｔを標準状態にお
けるサンプリング時間Δｔ’に変換する（ステップ１０
４）。この変換されたサンプリング時間Δｔ’の総和Σ
Δｔ’が求めらる（ステップ１０５）。総和ΣΔｔ’は
標準状態での実稼働時間を表す。この総和ΣΔｔ’の値
が予め定められた寿命時間と比較（ステップ１０６）さ
れ、寿命時間を越えた場合は警報を出力（ステップ１０
７）し、メンテナンスが必要になったことを知らせる。

【００１７】以上交流電動機７の寿命予測としてコイル
の寿命を例にして説明したが、寿命の評価関数として累
積稼動時間Ｌ（ｘi(t)）を使用する場合を一般化して示
したのが数３である。

【００１８】

【数３】

【００１９】但しＬ（ｘi(t)）；累積稼働時間ｘi(t)；入力信号ｔ；時間Ｆ；重み関数ここでｘi(t)は諸データＴａ、Ｖｄ、Ｉ、ｆ、Ｈ、など
を一般化して表したものである。

【００２０】数３で表されるように実際の累積稼働時間
を、予め定めた基準の条件下で稼働されたと考え、稼動
時間は重み関数Ｆ（ｘi(t)）を使って標準累積稼動時間
に変更されなければならない。近似的にはΣΔｔがΣＦ
（ｘi(t)）Δｔ（＝ΣΔｔ’）に変更される。この様
に、微小な運転時間（サンプリング時間Δｔ）をその時
間内の状態から求めた重み関数Ｆ（ｘi(t)）を利用して
換算し累積することで、判定値と比較でき寿命診断を行
うことができる。

【００２１】寿命の判断をする場合、累積時間以外のも
のを評価関数とすることもできる。次に他の実施例とし
て累積時間を直接使用しない場合を説明する。この場合
に使用する関数は何通りも考えることができるが、数４
〜数７に代表的なものを列記する。つまり累積時間関数
の演算結果の時間的変化を見るもの（関数１、判定定数
ａ）、

【００２２】

【数４】

【００２３】任意の関数Ｇ（ｘi(t)）を定義し、その演
算結果を見るもの（関数２、判定定数ｂ）、

【００２４】

【数５】

【００２５】関数Ｇ（ｘi(t)）の時間変化を見るもの
（関数３、判定定数ｃ）、

【００２６】

【数６】

【００２７】及び関数Ｇ（ｘi(t)）の特定入力ｘkに対
する変化量を表すもの（関数４、判定定数ｄk）、

【００２８】

【数７】

【００２９】などを挙げることができる。但しＦ（ｘi
(t)），Ｇ（ｘi(t)）は関数、ｘi(t)は入力信号、ｘkは
特定入力信号、ｔは時間である。

【００３０】これらの関数による演算結果がある値にな
ったら寿命が来たと判断する。

【００３１】次に図３のフローチャートをもとに説明す
る。諸データｘi(t)を入力（ステップ２０１）し、定義
された関数Ｇ（ｘi(t)）を演算する（ステップ２０
２）。関数Ｇ（ｘi(t)）の例としては例えば上記したコ
イルの温度を求める関数Ｔｃを考えることができる。こ
の演算が初回であるかどうかの判断を行い（ステップ２
０３）、初回であれば初期値として諸入力ｘi(t)を記憶
（ステップ２０４）し、演算Ｇ（ｘi(t)）の結果も記憶
する（ステップ２０５）。次に各入力データｘi(t)（＝
αi(t)）及び演算結果Ｇ（ｘj(t)）（＝αj(t)）に対し
図４に示したサブルーチンを利用し診断する（ステップ
２０６、２０７）。

【００３２】サブルーチン内では、各データαi(t)や演
算結果αj(t)を予め定められた値ａk（i=k）と比較（ス
テップ３０１）し、初期値αk(0)と比較（ステップ３０
２）し、時間的変化ｄ｛αk(t)｝／ｄｔを調査（ステッ
プ３０３）し、時間の二次的変化（αk(t)の２次導関
数）を調査（ステップ３０４）し、時間積分Σαk(t)Δ
ｔを調査（ステップ３０５）し、これらステップ３０１
乃至ステップ３０５において、それぞれの結果を判定定
数ａk、ｂk、ｃk、ｄk、ｅkと比較し、所定期間内に異
常になると判断された場合は予告警報を出力（ステップ
３０６）する。さらに、これらの関数は予告警報の為だ
けではなく、異常発生を避ける異常回避制御に使用でき
る。例えば上記説明の実施例でＧ（ｘi(t)）をコイル温
度Ｔｃとした場合、コイル温度Ｔｃが高い場合には電流
Ｉを下げるかあるいは周波数ｆを上げることで、コイル
の温度Ｔｃを下げることができる。これは数７の関数４
により、各要因ｘkに対する関数Ｇ（ｘi(t)）の影響度
が解っているためである。ところで、記憶された比較
値や諸関数（条件）は、自由に読み出しでき、実績を利
用しより正確なものに変更できるようにしてある。さら
に、過去における経過や結果（ステップ３０１乃至ステ
ップ３０５における結果や故障実績など）を記憶させて
おくことで必要に応じて出力しメンテナンスの参考にで
き、また外部のコンピュータやコントローラとのインタ
ーフェースが可能となっている。

【００３３】以上の実施例の説明では、交流電動機のコ
イルの予測を例をあげたが、これは一例でありこれに限
るものではない。例えば交流電動機のその他の部品（ベ
アリングなど）、インバータ装置の主回路部品（コンデ
ンサ、配線の絶縁材、回生制動用抵抗器、ファンな
ど）、制御回路部品（コンデンサ、抵抗器、コネクタな
ど）、交流電動機で駆動される負荷装置の部品などがあ
る。これらにもその部品に特有な寿命関数や寿命に関す
る条件を同様に設定し演算して寿命を予測することがで
きる。特に負荷装置の部品寿命は適用されたシステム特
有なノウハウがあることが多く、その部品に特有な寿命
関数や寿命に関する条件を設定できるエリアを設け、イ
ンバータシステム設計者、あるいは使用者が自ら設定で
きるようになっている。

【００３４】また上記被診断対象の運転状態や使用環境
のデータは、インバータの運転状態と関係する電圧、電
流、周波数（回転数）、位相、力率などと、使用環境に
関係する温度、湿度、振動、風速、電界、磁界、音（ア
コーステックエミッションなども含む）などの必要な情
報であり、検出器や他の装置からの信号として入力でき
る。または、必要な情報を演算より求めることができ
る。

【００３５】本実施例によれば処理速度に高速性を要し
ないため、装置内の空きスペースと空き時間を利用する
ことができ、用意に応用可能である。またインバータや
それを組み込んだシステムの寿命診断がおこなえ、異常
発生前にメンテナンスや事前準備ができる予防保全が可
能となり、また異常回避制御により異常の発生を抑える
ことで、稼働率の向上や故障の発生を未然に防ぐことが
できる。また、各データや関数や演算状態を自由に読み
だし変更ができることにより実績にあった正確な関数や
条件を作り出すことができる。また、過去の経過を記憶
できることでメンテナンス時に役立てられる。また、回
避制御回路は、予告発生時からメンテナンス終了までの
間、あるいは通常運転時においても異常の発生を抑える
制御を行うことでシステムの稼働率を上げることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、インバータやそれを組
み込んだシステムの寿命診断がおこなえ、異常発生前に
メンテナンスや事前準備ができる予防保全が可能とな
る。また異常回避制御により異常の発生を抑えること
で、稼働率の向上や故障の発生を未然に防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す駆動システム構成図で
ある。

【図２】本発明の一実施例のフローチャートを示す。

【図３】本発明の他の実施例のフローチャートを示す。

【図４】本発明の他の実施例のサブルーチンプログラム
のフローチャートを示す。

【符号の説明】

１…電源、２…インバータ、３…整流回路、４…平滑回
路、５…インバータ回路、６…電流検出器、７…交流電
動機、８…温度及び湿度検出器、９…温度及び湿度信
号、１０…電流値信号、１１…直流電圧信号、１２…制
御回路、１３…インターフェース回路、１４…インバー
タ制御回路、１５…診断回路、１６…予告回路、１７…
異常回避制御回路、１８…警報装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用部品の寿命を診断する評価関数と該評
価関数に使用される定数を設定する設定手段と、被診断対象の運転状態や使用環境に対応するデータを入
力する手段と、設定された前記定数と入力された前記データをもとに前
記評価関数を演算する手段と、上記演算結果により寿命予告信号や警告信号を出力する
手段を備えたことを特徴とする寿命診断機能を備えたイ
ンバータ制御装置。
【請求項２】更に前記演算結果を任意に読み出すことの
できる読み出し手段を備えたことを特徴とする請求項１
記載の寿命診断機能を備えたインバータ制御装置。
【請求項３】前記設定手段と読み出し手段は、インバー
タに接続される設定器またはインバータに接続される上
位制御装置であることを特徴とする請求項２記載の寿命
診断機能を備えたインバータ制御装置。
【請求項４】過去の演算結果またはメンテナンス履歴の
少なくとも一方を記憶する記憶手段と、該記憶された演算結果またはメンテナンス履歴を読み出
す手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の寿命診
断機能を備えたインバータ制御装置。
【請求項５】前記演算手段が演算した部品寿命が所定値
に達したら、寿命を引き延ばすように寿命関数に関わる
要因を変更する手段を備えたことを特徴とする請求項１
記載の寿命診断機能を備えたインバータ制御装置。