JPH08196082A - 電力変換装置のフィルタコンデンサ寿命判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタコンデンサの寿命を表示してメンテ
ナンスを容易にする。 【構成】 フィルタコンデンサ５の周囲温度Ｔを温度セ
ンサ６で測定し、またフィルタコンデンサに流れるリッ
プル電流Ｉをリップル電流検出器７で検出して実寿命決
定部８に与える。実寿命決定部８では、実寿命データ格
納部９に格納されている、フィルタコンデンサの周囲温
度とそれに流れるリップル電流との関係から当該フィル
タコンデンサの寿命を決定するコンデンサ寿命特性デー
タを参照して、フィルタコンデンサの周囲温度及びリッ
プル電流から当該フィルタコンデンサの寿命を推定し、
これを残存寿命演算部１２に与える。残存寿命演算部で
は、実寿命決定部が決定した当該フィルタコンデンサの
寿命から時計部が計測する使用継続時間を差し引くこと
によって当該フィルタコンデンサの残存寿命を算出し、
これを表示部１３に与えて表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インバータやコンバ
ータなどの電力変換装置で、フィルタコンデンサを備え
たものにおいて、そのフィルタコンデンサの寿命を判定
する機能を備えた電力変換装置のフィルタコンデンサ寿
命判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、交流入力を所定の直流電力に
変換して出力するコンバータ、また直流入力を所望の交
流に変換して出力するインバータなどの電力変換装置で
は、リアクトルとコンデンサで構成されるフィルタを使
用している。

【０００３】このフィルタコンデンサには寿命があっ
て、寿命が到来して容量が低下すれば交換する必要があ
り、作業者は定期的にフィルタコンデンサを回路から取
り外し、静電容量計などで静電容量を測定し、初期値か
らの低下の度合いが大きくなっていれば寿命が到来した
ものと判断している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の電力
変換装置では、寿命測定のためにはフィルタコンデンサ
を実際に回路上のホールダから取り外して容量測定を実
施し、劣化を判断するか、あるいは、所定期間ごとに機
械的にフィルタコンデンサを交換する方法がとられてお
り、フィルタコンデンサ寿命を自動的に測定して使用者
に知らせる装置は知られていない。

【０００５】この発明はこのような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、フィルタコンデンサの寿命を使用周
囲の温度とリップル電流とから推定し、寿命到来を予測
して表示する電力変換装置のフィルタコンデンサ寿命判
定装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の電力変
換装置のフィルタコンデンサ寿命判定装置は、フィルタ
コンデンサの周囲温度を検出する温度センサと、フィル
タコンデンサに流れるリップル電流を検出するリップル
電流検出器と、フィルタコンデンサの周囲温度とフィル
タコンデンサに流れるリップル電流からあらかじめ設定
された当該フィルタコンデンサの寿命特性データを格納
する寿命データ格納部と、フィルタコンデンサの使用継
続時間を計測する時計部と、フィルタコンデンサの周囲
温度とフィルタコンデンサに流れるリップル電流検出器
の検出するリップル電流とに対して、寿命データ格納部
のコンデンサ寿命特性データを参照して当該フィルタコ
ンデンサの寿命を決定する実寿命決定部と、実寿命決定
部が決定した当該フィルタコンデンサの寿命から時計部
が計測する使用継続時間を差し引くことによって当該フ
ィルタコンデンサの残存寿命を算出する残存寿命演算部
と、残存寿命演算部が求めた当該フィルタコンデンサの
残存寿命を表示する表示部とを備えたものである。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明の電力
変換装置のフィルタコンデンサ寿命判定装置において、
リップル電流検出器に代えて、電力変換装置の負荷電流
を検出する負荷電流検出器と、負荷電流検出器の検出す
る負荷電流からフィルタコンデンサのリップル電流を換
算するリップル電流換算部とを備えたものである。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は２の電力
変換装置のフィルタコンデンサ寿命判定装置において、
表示部に代えて、フィルタコンデンサの残存寿命データ
を外部に出力する残存寿命送出部を備えたものである。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１〜３いずれか
の電力変換装置のフィルタコンデンサ寿命判定装置にお
いて、温度センサに代えて、現在の日付データを出力す
るカレンダ機能部と、当該カレンダ機能部の出力する日
付データに基づき、フィルタコンデンサの周囲温度を推
定する温度推定部とを備えたものである。

【００１０】

【作用】請求項１の発明の電力変換装置のフィルタコン
デンサ寿命判定装置では、フィルタコンデンサの周囲温
度を温度センサで測定し、またフィルタコンデンサに流
れるリップル電流を実寿命決定部に与える。実寿命決定
部では、実寿命データ格納部に格納されている、フィル
タコンデンサの周囲温度とそれに流れるリップル電流か
らフィルタコンデンサの寿命を決定するコンデンサ寿命
特性データを参照して、当該フィルタコンデンサの寿命
を推定し、これを残存寿命演算部に与える。

【００１１】残存寿命演算部では、実寿命決定部が決定
した当該フィルタコンデンサの寿命から時計部が計測す
る使用継続時間を差し引くことによって当該フィルタコ
ンデンサの残存寿命を算出し、これを表示部に与えて表
示する。

【００１２】請求項２の発明の電力変換装置のフィルタ
コンデンサ寿命判定装置では、リップル電流検出器に代
えて、電力変換装置の負荷電流を検出する負荷電流検出
器と、負荷電流検出器の検出する負荷電流からフィルタ
コンデンサのリップル電流を換算するリップル電流換算
部とを備えることにより、負荷電流検出器が検出する電
力変換装置の負荷電流からリップル電流換算部によって
フィルタコンデンサのリップル電流を換算して求め、こ
のリップル電流換算値と温度センサが検出する周囲温度
とを実寿命決定部に与える。実寿命決定部では、実寿命
データ格納部に格納されている、フィルタコンデンサの
周囲温度とそれに流れるリップル電流との関係から当該
フィルタコンデンサの寿命を決定するコンデンサ寿命特
性データを参照して、温度センサが検出する周囲温度と
リップル電流換算部が与えるリップル電流とから当該フ
ィルタコンデンサの寿命を推定し、これを残存寿命演算
部に与える。

【００１３】残存寿命演算部では、実寿命決定部が決定
した当該フィルタコンデンサの寿命から時計部が計測す
る使用継続時間を差し引くことによって当該フィルタコ
ンデンサの残存寿命を算出し、これを表示部に与えて表
示する。

【００１４】請求項３の発明の電力変換装置のフィルタ
コンデンサ寿命判定装置では、表示部に代えて、外部に
フィルタコンデンサの残存寿命データを出力する残存寿
命送出部を備えることにより、得られた残存寿命データ
を外部に伝送する。

【００１５】請求項４の発明の電力変換装置のフィルタ
コンデンサ寿命判定装置では、温度センサに代えて、現
在の日付データを出力するカレンダ機能部と、当該カレ
ンダ機能部の出力する日付データに基づき、フィルタコ
ンデンサの周囲温度を推定する温度推定部とを備えるこ
とにより、四季の温度変化に応じて変化するフィルタコ
ンデンサ周囲の温度を推定し、これと共にフィルタコン
デンサに流れるリップル電流をフィルタコンデンサ電流
検出器による検出値として、あるいは負荷電流からの換
算値として実寿命演算部に入力する。そこで、実寿命演
算部が、周囲温度とリップル電流との関係から当該フィ
ルタコンデンサの寿命を決定するコンデンサ寿命特性デ
ータを参照して、入力される温度データとリップル電流
とから当該フィルタコンデンサの寿命を推定し、これを
残存寿命演算部に与える。

【００１６】残存寿命演算部では、実寿命決定部が決定
した当該フィルタコンデンサの寿命から時計部が計測す
る使用継続時間を差し引くことによって当該フィルタコ
ンデンサの残存寿命を算出し、これを表示部に与えて表
示する。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。図１は請求項１の発明の一実施例の回路構成を示
している。この実施例の回路は、直流電源１から供給さ
れる直流電力を交流電力に変換して負荷２に交流電力を
供給するインバータ３を電力変換装置として搭載した回
路におけるフィルタコンデンサ寿命判定装置を示してお
り、フィルタ回路を構成するリアクトル４及びコンデン
サ５が直流電源１とインバータ３との間に挿入されてい
る。インバータ３はトランジスタ、ＧＴＯなどのスイッ
チング素子３ａ〜３ｆによって構成されている。

【００１８】そしてこの実施例の特徴をなすフィルタコ
ンデンサ寿命判定装置は、フィルタコンデンサ５の周囲
の温度を検出する温度センサ６と、フィルタコンデンサ
５に流れるリップル電流を検出するリップル電流検出器
７と、これらの温度信号とリップル電流検出信号を入力
してフィルタコンデンサ５の寿命及び残存寿命を算出す
る演算回路８から構成されている。

【００１９】そして演算回路８は、図５に示すようなフ
ィルタコンデンサ周囲の周囲温度とリップル電流とから
決定される寿命曲線（この図の特性については、後述す
る）を内蔵する寿命データメモリ９と、前述の温度信号
とリップル電流検出信号との入力の組合せをこの寿命デ
ータメモリ９に登録されている寿命曲線と照合してフィ
ルタコンデンサ５の寿命Ｌｓを推定する寿命演算部１０
と、この寿命Ｌｓから時計部１１が計測しているフィル
タコンデンサ５の使用継続時間Ｌｕを差し引くことによ
って当該フィルタコンデンサ５の残存寿命Ｌｒを算出し
て出力する減算部１２とを備えている。

【００２０】そして、減算部１２の出力によって残存寿
命Ｌｒを表示する表示部１３がこの電力変換装置におい
て使用者に見える適所に設けられている。

【００２１】次に、上記構成の電力変換装置のフィルタ
コンデンサ寿命判定装置の動作について説明する。コン
デンサは一般に、その寿命がその温度によって決定され
る。このコンデンサの温度はコンデンサに流れるリップ
ル電流による自己発熱と、周囲温度によって決まる。自
己発熱による温度上昇はコンデンサを流れるリップル電
流を測定し、これを温度に換算することによって推定で
きる。そこで、同じ種類のコンデンサの寿命Ｌｓは結
局、図５に示すように、周囲の環境温度Ｔとリップル電
流Ｉとの組合せによって実験的に、かつほぼ一義的に決
定される。そこで、演算回路８の寿命データメモリ９に
はあらかじめこの図５に示すような寿命特性曲線がデー
タテーブル｛Ｔ，Ｉ，Ｌｓ｝として登録されている。

【００２２】そして、フィルタコンデンサ５の寿命判定
を行なって残存寿命Ｌｒを表示部１３に常時、表示する
動作は次による。温度センサ６はフィルタコンデンサ５
の周囲の温度Ｔを検出して演算回路８の寿命演算部１０
に常時入力し、またリップル電流検出器７はフィルタコ
ンデンサ５に流れるリップル電流Ｉを検出して寿命演算
部１０に常時入力している。

【００２３】寿命演算部１０は、周期的にこれらの温度
Ｔとリップル電流Ｉの入力の組合せに対して、寿命デー
タメモリ９から対応する寿命Ｌｓを見いだす。すなわ
ち、図５において説明すると、周囲温度Ｔ＝４０℃、リ
ップル電流がＩ１であれば、フィルタコンデンサ寿命Ｌ
ｓとしてＬ１を見いだし、周囲温度Ｔ＝６０℃、リップ
ル電流がＩ２であれば、フィルタコンデンサ寿命Ｌｓと
してＬ２を見いだすのである。

【００２４】そして減算部１２において、このフィルタ
コンデンサ寿命Ｌｓに対して、時計部１１が計測してい
るフィルタコンデンサ５の使用開始からの使用継続時間
Ｌｕを差し引くことによって残存寿命Ｌｒを求め、これ
を表示部１３に表示させる。

【００２５】これによって作業者は、表示部１３の表示
を見てフィルタコンデンサ５の交換時期の予測をするこ
とができることになり、従来のように適宜時期にフィル
タコンデンサを取り外して容量計測する労力を省くこと
ができ、また寿命が到来していなくても決められた周期
で交換する資源的な無駄も省くことができる。

【００２６】次に、請求項２の発明の一実施例につい
て、図２に基づいて説明する。この実施例の特徴は、図
１に示した第１の実施例において、リップル電流検出器
７に代えて、電力変換装置の負荷電流を検出する負荷電
流検出器１４を備えると共に、演算回路８内にこの負荷
電流検出器１４の検出する負荷電流Ｉｒからフィルタコ
ンデンサ５のリップル電流Ｉを換算するリップル電流換
算部（以下、換算部という。）１５を追加的に備えた点
にある。その他の構成部分は第１の実施例と共通し、対
応する部分には同一の符号を付すことによってその詳し
い説明を省略する。

【００２７】一般に、電力変換装置ではその負荷２に供
給される電流を計測する負荷電流検出器を備えている。
そして、負荷２に供給される電流Ｉｒとフィルタコンデ
ンサ５のリップル電流Ｉとの間には一定の関係が存在す
る。そこで、この第２の実施例では、フィルタコンデン
サ５に対してリップル電流検出器を新たに設ける代わり
に、演算回路８に登録される演算プログラムとして電流
換算部１５を追加登録し、既設の負荷電流検出器１４か
らの電流検出信号Ｉｒを入力してリップル電流Ｉに換算
し、寿命演算部１０に与えてフィルタコンデンサ５の寿
命演算を行なうようにしているのである。

【００２８】寿命演算部１０では、第１の実施例と同じ
ようにフィルタコンデンサ５の周囲温度Ｔと換算リップ
ル電流Ｉとの組合せに対して、寿命データメモリ９から
対応する寿命データＬｓを読み出し、これを減算部１２
に出力し、ここで時計部１１が計測しているフィルタコ
ンデンサ５の使用開始からの使用継続時間Ｌｕを寿命デ
ータＬｓから差し引くことによって残存寿命Ｌｒを求め
て表示部１３に表示させる。

【００２９】これによって作業者は、表示部１３の表示
を見てフィルタコンデンサ５の交換時期の予測をするこ
とができることになり、従来のように適宜時期にフィル
タコンデンサを取り外して容量計測する労力を省くこと
ができ、また寿命が到来していなくても決められた周期
で交換する資源的な無駄も省くことができる。

【００３０】次に、請求項３の発明の一実施例を図３に
基づいて説明する。この第３の実施例の特徴は、第１、
第２の実施例で用いた表示部１３に代えて、外部にフィ
ルタコンデンサの残存寿命データＬｒを出力するために
インタフェース回路１７を備え、このインタフェース回
路１７から信号を外部に出力して、他の各種機器を統括
的に制御する制御装置１８に伝送するようにした点にあ
る。なお、その他の構成部分は、第１の実施例と共通で
あり、共通する部分には同一の符号を付すことによって
その詳しい構成を省略する。

【００３１】この実施例では、フィルタコンデンサ５の
周囲温度Ｔとフィルタコンデンサ５のリップル電流Ｉ、
そして時計部１１の継続使用時間Ｌｕの入力データから
求めた残存寿命Ｌｒはインタフェース回路１７を介して
制御装置１８に伝送される。そして制御装置１８では、
フィルタコンデンサ５の残存寿命が、その各種機器の状
態表示などと同じように、オペレータの表示要求操作に
よってＣＲＴ画面に表示されることになる。

【００３２】この実施例の場合には、電力変換装置に新
たにフィルタコンデンサ寿命表示用の表示部を設置しな
くても、既設の制御装置に備わっているＣＲＴのような
表示装置に表示させることができるようになり、他の機
器の点検、また同じような他の電力変換装置のフィルタ
コンデンサの寿命点検などを制御装置において一括して
実行することができる。

【００３３】次に、請求項４の発明の一実施例を図４に
基づいて説明する。この実施例の特徴は、第２の実施例
において、フィルタコンデンサ５の周囲温度を計測する
温度センサ６を省略し、代わりに、演算回路８に季節ご
との代表的な気温データを登録する温度データメモリ１
９を増設し、時計部１１から入力されるカレンダデータ
に対して寿命演算部１０が温度データメモリ１９にアク
セスして現在の日付から予測されるフィルタコンデンサ
５の周囲温度Ｔを読み出し、これをリップル電流換算部
１５から得られるリップル電流換算値Ｉと組み合わせ、
寿命データメモリ９に登録されているデータテーブルか
ら対応する寿命データＬｓを読み出して減算部１２に出
力し、ここで時計部１１が計測しているフィルタコンデ
ンサ５の使用開始からの使用継続時間Ｌｕを寿命データ
Ｌｓから差し引くことによって残存寿命Ｌｒを求めて表
示部１３に表示させる。

【００３４】これによって作業者は、表示部１３の表示
を見てフィルタコンデンサ５の交換時期の予測をするこ
とができることになり、従来のように適宜時期にフィル
タコンデンサを取り外して容量計測する労力を省くこと
ができ、また寿命が到来していなくても決められた周期
で交換する資源的な無駄を省くこともできる。

【００３５】そしてこの第４の実施例では、フィルタコ
ンデンサ５に対して温度センサとリップル電流検出器を
共に備える必要がないので、装置構成が簡素になり、コ
スト的に有利となる。

【００３６】なお、この発明は上記の各実施例に限定さ
れず、可能な組合せとしては、第４の実施例に示した温
度データメモリ１９を第１あるいは第３の実施例に利用
し、フィルタコンデンサの温度センサ６を省略する構成
とすることができる。また、第３の実施例に示したイン
タフェース回路１７を第２あるいは第４の実施例に利用
することができる。

【００３７】さらに、電力変換装置としてはフィルタコ
ンデンサを使用するものであれば、各種インバータに限
定されることはない。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、実寿命決定部においてフィルタコンデンサの周囲温
度とそれに流れるリップル電流からフィルタコンデンサ
の寿命を決定するコンデンサ寿命特性データを参照し
て、フィルタコンデンサの寿命を推定し、さらに残存寿
命演算部において、実寿命決定部が決定したフィルタコ
ンデンサの寿命からその使用継続時間を差し引くことに
よって残存寿命を算出して表示するようにしているの
で、作業者が表示部の表示を見てフィルタコンデンサの
交換時期や交換の必要性の有無を判断でき、従来のよう
にフィルタコンデンサの残存寿命の判定のために回路か
らフィルタコンデンサを取り外して容量測定を繰り返し
実行する必要がなく、その寿命管理がしやすくなる。

【００３９】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
のリップル電流検出器に代えて、電力変換装置の負荷電
流を検出する負荷電流検出器と、負荷電流検出器の検出
する負荷電流からフィルタコンデンサのリップル電流に
換算するリップル電流換算部とを備えているので、負荷
に対して新たにリップル電流検出器を設けずとも、一般
に負荷電流検出用に準備されている負荷電流検出器を流
用することができ、コストの低減を図ることができる。

【００４０】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
の表示部に代えて、外部にフィルタコンデンサの残存寿
命データを出力する残存寿命送出部を備えているので、
外部のメンテナンス情報を一括的に管理する装置、例え
ば、制御装置などに得られた残存寿命データを伝送する
ことでき、複数台の電力変換装置が並設されているよう
な現場では、メンテナンス情報を一括的に管理すること
ができるようになる。

【００４１】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
の温度センサに代えて、カレンダ機能部と、当該カレン
ダ機能部の出力する日付データ１に基づき、フィルタコ
ンデンサの周囲温度を推定する温度推定部とを備えてい
るので、フィルタコンデンサの近くに新たに温度センサ
を設けずとも、四季の温度変化に応じて変化するフィル
タコンデンサ周囲の温度をソフトウェア側で推定し、フ
ィルタコンデンサの寿命推定に利用することができ、ハ
ードウェア的に構成を簡素化し、コストの低減を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例の回路ブロック図。

【図２】請求項２の発明の一実施例の回路ブロック図。

【図３】請求項３の発明の一実施例の回路ブロック図。

【図４】請求項４の発明の一実施例の回路ブロック図。

【図５】フィルタコンデンサの温度−寿命特性を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ 負荷 ３ インバータ ４ フィルタリアクトル ５ フィルタコンデンサ ６ 温度センサ ７ リップル電流検出器 ８ 演算回路 ９ 寿命データメモリ １０ 寿命演算部 １１ 時計部 １２ 減算部 １３ 表示部 １４ 負荷電流検出器 １５ リップル電流換算部 １７ インタフェース回路 １８ 制御装置 １９ 温度データメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 倫章 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィルタコンデンサの周囲温度を検出す
   る温度センサと、 前記フィルタコンデンサに流れるリップル電流を検出す
   るリップル電流検出器と、 前記フィルタコンデンサの周囲温度と前記フィルタコン
   デンサに流れるリップル電流からあらかじめ設定された
   前記フィルタコンデンサのコンデンサ寿命特性データを
   格納する寿命データ格納部と、 前記フィルタコンデンサの使用継続時間を計測する時計
   部と、 前記フィルタコンデンサの周囲温度と前記フィルタコン
   デンサに流れるリップル電流とに対して、前記寿命デー
   タ格納部のコンデンサ寿命特性データを参照して当該フ
   ィルタコンデンサの寿命を決定する実寿命決定部と、 前記実寿命決定部が決定した当該フィルタコンデンサの
   寿命から前記時計部が計測する使用継続時間を差し引く
   ことによって当該フィルタコンデンサの残存寿命を算出
   する残存寿命演算部と、 前記残存寿命演算部が求めた当該フィルタコンデンサの
   残存寿命を表示する表示部とを備えて成る電力変換装置
   のフィルタコンデンサ寿命判定装置。
2. 【請求項２】 前記リップル電流検出器に代えて、前記
   電力変換装置の負荷電流を検出する負荷電流検出器と、
   前記負荷電流検出器の検出する負荷電流から前記フィル
   タコンデンサのリップル電流を換算するリップル電流換
   算部とを備えて成る請求項１記載の電力変換装置のフィ
   ルタコンデンサ寿命判定装置。
3. 【請求項３】 前記表示部に代えて、前記フィルタコン
   デンサの残存寿命データを外部に出力する残存寿命送出
   部を備えて成る請求項１又は２記載の電力変換装置のフ
   ィルタコンデンサ寿命判定装置。
4. 【請求項４】 前記温度センサに代えて、現在の日付デ
   ータを出力するカレンダ機能部と、当該カレンダ機能部
   の出力する日付データに基づき、前記フィルタコンデン
   サの周囲温度を推定する温度推定部とを備えて成る請求
   項１〜３いずれかに記載の電力変換装置のフィルタコン
   デンサ寿命判定装置。