JPH07110131B2

JPH07110131B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH07110131B2
Application number: JP3215770A
Authority: JP
Inventors: 昭生平田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: JPH0556629A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置に係り、
特に、電力変換装置を構成する部品の劣化による故障停
止がないように保守点検のための信号を出力し予防保全
を強化した電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力変換装置として無停電電源装置があ
り、以下、無停電電源装置を引用して説明する。無停電
電源装置は、高度情報通信システムを支えるキーコンポ
ーネントとして、２４時間、３６５日の連続稼働が要求
されている。万一、故障停止すると、銀行のオンライン
システムの停止など社会的混乱を誘発させる危険性があ
り、故障停止を防止するために、定期点検などで予防保
全的に劣化部品を交換することは非常に重要である。し
かし、無停電電源装置は多数の部品より構成されてお
り、短時間の定期点検で劣化部品を調査し、交換するこ
とは不可能である。又、定期点検期間が年末年始などの
特定日に集中することが多いため、保守員の確保の上で
も難しい。

【０００３】図４は無停電電源装置の主要部の構成を示
すブロック図である。図４において、１１は交流入力端
子、１２は入力スイッチ、１３は保護ヒューズ、１４は
交流を直流に変換するコンバータ、１５はフィルタコン
デンサ、１６は直流を交流に変換するインバータ、１７
は出力変圧器、１８は交流フィルタコンデンサ、１９は
出力スイッチ、２０は交流出力端子、２１は冷却ファ
ン、２２は制御回路、SU〜SZは半導体素子、DU〜DZはダ
イオードである。上記構成において、交流入力端子１１
より入力された交流電力は、入力スイッチ１２及び保護
ヒューズ１３を介してコンバータ１４に入力され、半導
体素子SU〜SZとダイオードDU〜DZのスイッチング作用で
直流電力に変換される。この直流電力はフィルタコンデ
ンサ１５で平滑され、インバータ１６で再び交流電力に
変換され、出力変圧器１７を介して絶縁された交流電力
で出力される。この交流電力は交流フィルタコンデンサ
１８で高調波成分が除去され、出力スイッチ１９を介し
て交流出力端子２０より出力される。また、冷却ファン
２１はコンバータ１４やインバータ１５の半導体素子SU
〜SZやダイオードDU〜DZの発生熱を冷却し、制御回路２
２は出力する交流電力の安定化など装置全体の制御を行
う。

【０００４】図４では蓄電池を図示していないが、無停
電電源装置は主要部を示すだけでも、この図に示すよう
に沢山の部品で構成されており、例えば無停電電源装置
の期待寿命を１０〜１５年とすると、この期待寿命の期
間に劣化し交換が必要となる有限寿命部品が沢山使用さ
れている。このような無停電電源装置を多数用いる場
合、それぞれの無停電電源装置の運転経歴より調査し
て、予防保全的に部品交換を行うことは不可能であり、
限られた定期点検期間に限られた部品について劣化の有
無を調査して、劣化部品を交換することができないのが
現状である。

【０００５】図４では無停電電源装置の主要部のみを示
したが、制御回路２２の内部だけで数千個、コンバータ
１４やインバータ１５の内部だけで数百個の部品が使用
されており、それぞれの部品の劣化を全て調査すること
は困難であり、保守員の確保の面からも困難である。こ
のため、高信頼性を要求される無停電電源装置であって
も、その使用部品の劣化による故障停止を防止すること
ができず、社会的要請である高信頼性電源としての使命
を十分に達成することが難しかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の電力変換装置では、電力変換装置を構成する部品が多
く、これら個々の部品の劣化の有無を調査するには長時
間かかり、限られた時間内に保守点検を行うのが難し
い。又、高信頼性を要求される電力変換装置であれば、
それだけ停止して点検することが難しくなり、定期点検
で部品劣化を調査しようとしても点検期間も少なく点検
周期も長くなるという問題がある。又、定期点検が特定
期間に集中する場合、多数の電力変換装置を同時に保守
点検して、劣化部品を予防保全的に交換することは、保
守員の確保の面からも困難である。又、電力変換装置の
主要部品にセンサー（例えば冷却ファンにベアリングの
振動検出器）などを取付けて予防保全的に自動監視する
手段も考えられるが部品価格との比較で現状技術では非
常に割高となり実現困難である。以上の点から電力変換
装置の期待寿命が１０〜１５年の間に部品の劣化による
故障停止を定期点検での予防保全的な部品交換で防止す
ることは非常に難しい。本発明は前述の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、電力変換装
置を構成する部品の劣化を事前に予測して保守点検情報
を出力させ、随時、予防保全的に部品交換を行って、部
品劣化による故障停止を未然に防止することができる信
頼性の高い電力変換装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、直流を交流に、交流を直流に、あるいは
交流を交流に変換する電力変換器と、前記電力変換装置
を構成する部品の電圧印加時間を積算する積算手段と、
前記部品の期待寿命を設定する期待寿命設定手段と、保
守点検期間を設定する事前情報設定手段と、前記積算手
段の積算値が前記期待寿命から前記保守点検期間を減じ
た値に達したとき事前保守情報を出力し、前記積算手段
の積算値が前記期待寿命に達したとき保守情報を出力す
る検出手段と、温度、湿度、機械的振動、有毒ガス等の
環境の変化に対応して期待寿命が変化する部品に対して
前記環境の検出信号により変化した期待寿命を正しく検
出するように前記期待寿命設定手段の設定値或いは前記
積算手段の積算値を補正する補正手段を設ける。

【０００８】

【作用】前述の如く構成することにより、部品に電圧が
印加されると、積算手段がその部品の電圧印加時間を積
算し、その積算値が期待寿命から保守点検期間を減じた
値に達すると、検出手段から事前保守情報が出力され表
示される。また、この保守期間内に保守作業が行われず
積算値が期待寿命に達すると、検出手段から保守情報が
出力され表示される。例えば、ある部品の期待寿命が過
去の運転実績・信頼性試験データ等から５０，０００時
間の場合に、期待寿命設定手段を５０，０００時間に設
定し、保守点検期間を７カ月として事前情報設定手段を
５，０００時間に設定すると、期待寿命に達する７カ月
前に事前保守情報が出力され、この保守期間内に保守作
業が行われず、更に７カ月が経過すると保守情報が出力
される。又、温度、湿度、機械的振動、有毒ガス等の環
境の変化に対応して期待寿命が変化する部品に対して、
前記補正手段は、変化した期待寿命を正しく検出するよ
うに環境の検出信号により前記期待寿命設定手段の設定
値或いは前記積算手段の積算値を補正する。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１及び図２のブロ
ック図を参照して説明する。図１において、２３は電力
変換装置を構成する部品の劣化を予測検出して保守情報
を出力する部品劣化検出回路、２４は保守情報に基づい
て警報表示する情報表示器、２５は部品の周囲の温度を
検出する温度計であり、他の構成要素は図４と同じもの
であり同一符号で示し、その説明は省略する。

【００１０】図２は部品劣化検出回路２３の具体的一例
を示すブロック図であり、２３₁ は電力変換装置を構成
する部品に印加される電圧に対応して与えられる計数開
始信号の入力端子、２３₂ は一定の周期でクロックパル
スを発生する時計回路、２３₃ は計数開始信号に応じて
クロックパルスを積算して部品に電圧が印加される時間
の積算を行う時間積算計、２３₄ は期待寿命を設定する
期待寿命設定器、２３₅ は保守期間を設定する事前情報
設定器、２３₆ は時間積算計２３₃ の積算値が期待寿命
から保守期間を減じた値に達したとき出力端子２３₈ に
検出信号を出力する比較器、２３₇ は時間積算計２３₃
の積算値が期待寿命に達したとき出力端子２３₉ に検出
信号を出力する比較器、２３₁₀は時間積算計２３₃ の積
算値をゼロクリアするリセット端子、２３₁₁は温度、湿
度、機械的振動、有毒ガスの環境の変化に対応した環境
信号の入力端子、２３₁₂は環境信号に応じて期待寿命を
補正する補正器である。

【００１１】このような構成において、期待寿命設定器
２３₄ にはそれぞれの部品の過去の運転実績や信頼性試
験データより求めた期待寿命時間を設定する。又、事前
情報設定器２３₅ には期待寿命時間よりどれ位前に事前
情報を出すかの時間設定値（保守期間）を設定する。入
力端子２３₁ から各部品の電圧印加に対応する計数開始
信号が入力されると、時間積算計２３₃ は時計回路２３
₂ から出力されるクロックパルスの計数積算を開始し、
各部品の電圧印加時間或いは運転時間に対応した値を積
算する。時間積算計２３₃ の積算値が、期待寿命設定器
２３₄ に設定された期待寿命に対して、事前情報設定器
２３₅ に設定された保守期間だけ少ない値になると、比
較器２３₆ がこれを検出して出力端子２３₈ に事前情報
を出力する。また時間積算計２３₃ の積算時間が期待寿
命設定器２３₄ の設定値に等しくなるとこれを比較器２
３₇ で検出して、出力端子２３₉ に部品交換周期が超過
したことを示す信号を出力する。これら出力端子２３₈
又は２３₉ の出力信号を情報表示器２４で表示すること
により、各部品の交換についての事前情報を警報表示
し、部品交換が行われず期待寿命を超過すると、期待寿
命が超過した情報を出力表示する。部品交換が行われる
と、リセット端子２３₁₀よりリセット信号が入力され、
時間積算計２３₃ の積算時間がゼロクリアされ、再び新
に計数を開始する。

【００１２】又、温度計２５より温度の変化に対応した
信号が入力端子２３₁₁を介して補正器２３₁₂に入力され
ると、温度の変化に対応して期待寿命が変化する部品に
ついて補正器２３₁₂が期待寿命設定器２３₄ に設定され
た期待寿命を補正する。例えば、フィルタコンデンサ１
５に使用される電解アルミニュウムコンデンサ等は温度
条件が１０°Ｃ変ると期待寿命も大幅に変化する。例え
ば同一条件の使用で周囲温度が２５°Ｃから３５°Ｃに
上昇すると、期待寿命は概略半減する。又、同様に温度
条件の影響を受けやすい部品としてはコンバータ１４や
インバータ１６の半導体素子やダイオード等もある。こ
のような周囲温度で期待寿命の値が変化する部品につい
ては、その部品の平均温度を求めて、期待寿命の設定値
を補正する。しかし、温度の変化により期待寿命があま
り影響されない部品もあり、例えば、冷却ファン２１の
ベアリング寿命は一般に２万時間から３万時間程度であ
り、温度条件で期待寿命を補正する必要はない。無停電
電源装置にはこのように温度条件の影響を受けない部品
も多く使用されているが、温度、湿度、機械的振動、有
毒ガス等の環境の変化の影響を受ける部品についても、
その環境の変化に対応した信号により期待寿命の変化に
対応して前記事前情報や周期超過の保守点検情報を正し
く補正して出力させることができる。

【００１３】本発明の部品劣化検出回路２３の作用をよ
り理解し易くするため、図３を引用して説明する。図３
で横軸は部品の電圧印加時間或いは運転時間Ｔ、縦軸は
時間積算計２３₃ の積算時間Ｈとする。又部品(A) の期
待寿命をＡ1 、部品(B) の期待寿命をＢ1 とする。更
に、積算時間Ａ2 及びＢ2 でそれぞれ部品交換の事前情
報を出力する設定とする。時刻ｔ0 で無停電電源装置を
運転開始して、時間積算計２３₃ の積算時間が時刻ｔ11
で事前情報設定値Ａ2 に達すると、部品(A) についての
部品交換の事前情報を出力する。この時点で部品(A) の
交換が直ぐに行われないと時間積算計２３₃ の積算時間
が更に増加し、時刻ｔ12で期待寿命周期Ａ1 を超え、部
品(A) の期待寿命が超過したことを表示し、強制的に部
品交換を行わせる。時刻ｔ13で部品(A) が交換される
と、時間積算計２３₃ の積算時間がゼロにリセットさ
れ、表示もリセットされ、時間積算計２３₃ は再びゼロ
から時間の積算を開始する。そして、時刻ｔ14で再び事
前情報設定値Ａ2 に達すると同様に部品(A) の部品交換
事前情報を出力し、部品(A) の期待寿命周期Ａ1 になる
以前の時刻ｔ15で部品(A) を交換すると、この時点で時
間積算計２３₃ の積算時間がゼロにリセットされる。部
品(B) についても同様に時間積算計２３₃ の積算時間が
Ｂ2 となる時刻ｔ21で部品(B) の交換の事前情報を出力
し、積算時間がＢ1になる時刻ｔ22で期待寿命が超過し
た情報を出力する。このように、部品毎に期待寿命設定
器２３₄ にて期待寿命を設定し、事前情報設定器２３₅
に例えば５０００時間（約７カ月の保守期間）を設定し
てＡ1 −Ａ2 ＝Ｂ1 −Ｂ2 ＝５０００とすると、部品
(A) 及び部品(B) についてそれぞれ期待寿命に達する約
７カ月前に事前情報を出力させることができる。

【００１４】無停電電源装置の期待寿命以内に交換が必
要な部品の少なくとも一部の部品について、部品交換の
事前情報を期待寿命周期の前に出力し、有限寿命の部品
について保守点検を簡略化し、確実に部品交換を行うこ
とができる。又、無停電電源装置自身の絶縁抵抗の測定
周期や装置内部の清掃やネジ締付部の点検周期等を設定
して、保守点検情報を出力しても良く、本発明では期待
寿命設定器２３₄ で設定する設定内容を特に限定するも
のではなく、保守点検情報に関係する設定値であれば良
い。又、電力変換装置として無停電電源装置を例に説明
したが、無効電力補償、直流送電、周波数変換用として
使用される電力変換装置等一般産業用で使用される、直
流を交流、交流を直流、交流を交流に変換する電力変換
装置に適用できるものである。又、本実施例では、ハー
ドロジック構成として説明を行ったが、例えばマイクロ
コンピュータを使用したソフト処理などによって構成す
ることもでき、種々に変形して実施することができる。
又、図２では環境（温度）信号により期待寿命を補正す
る例で説明したが、時間積算計２３₃ の積算時間のウエ
イトを補正して積算値を補正しても良い。又、類似の期
待寿命周期の部品は一括して、或いは制御回路基板等の
回路単位等で保守点検情報を出力するようにしてもよ
い。

【００１５】

【発明の効果】本発明の電力変換装置によれば、個々の
主要部品や同種部品単位或いは回路単位で、期待寿命或
いは点検周期以前に保守点検の事前情報を出力させ、構
成部品数が多くても確実に保守点検を行うことができ、
信頼性の高い予防保全を行うことができる。又、環境の
変化に対応して期待寿命の変化する一部の部品について
も保守点検のタイミングを補正することができる。又、
保守期間の余裕をもって保守点検のための事前情報が出
力されるから、予め、交換部品の準備などが可能にな
り、保守期間内に計画を設定して速やかに処置すること
ができる。又、保守期間内に部品交換が行われなかった
場合には、保守点検を強制する情報が出力されるから、
速やかに部品交換を行わせることができる。又、電力変
換装置を構成する部品の品質のバラツキが非常に少なく
なってきており、一部の部品に対して保守点検情報を出
力して、各部品について予防保全を行うことにより、信
頼性の高い電力変換装置として運用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力変換装置の一実施例を単線結線で
示したブロック図。

【図２】本発明で使用される部品劣化検出回路の一実施
例を示すブロック図。

【図３】本発明で使用される部品劣化検出回路の作用を
説明するための図。

【図４】従来の電力変換装置の構成図。

【符号の説明】

１１ …交流入力１２ …入力スイ
ッチ１３ …保護ヒュ―ズ１４ …コンバ―
タ１５ …フィルタコンデンサ１６ …インバ―
タ１７ …出力変圧器１８ …ＡＣフィ
ルタコンデンサ１９ …出力スイッチ２０ …交流出力２１ …冷却ファン２２ …制御回路２３ …部品劣化検出回路２４ …情報表示
器２５ …温度計 SU〜SZ…半導体素
子 DU〜DZ…ダイオ―ド２３₁…入力端子２３₂…時計回路２３₃…時間積算
計２３₄…期待寿命設定値２３₅…事前情報
設定値２３₆…比較器２３₇…比較器２３₈…出力端子２３₉…出力端子２３₁₀…リセット端子２３₁₁…入力端子２３₁₂…補正器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流を交流に、交流を直流に、あるいは交
流を交流に変換する電力変換器と、前記電力変換器を構
成する部品の電圧印加時間を積算する積算手段と、前記
部品の期待寿命を設定する期待寿命設定手段と、保守点
検期間を設定する事前情報設定手段と、前記積算手段の
積算値が前記期待寿命から前記保守点検期間を減じた値
に達したとき事前保守情報を出力し、前記積算手段の積
算値が前記期待寿命に達したとき保守情報を出力する検
出手段と、温度、湿度、機械的振動、有毒ガス等の環境
の変化に対応して期待寿命が変化する部品に対して前記
環境の検出信号により変化した期待寿命を正しく検出す
るように前記期待寿命設定手段の設定値或いは前記積算
手段の積算値を補正する補正手段を設け、事前保守情報
を表示することにより保守点検を促し、保守点検期間内
に保守点検が行われなかったとき、保守情報を表示する
ことにより保守点検を強制することを特徴とする電力変
換装置。