JPH0880055A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電解コンデンサの寿命判定を、簡単な構成に
て頻繁に行い得るようにすると共に、その寿命判定動作
を正確化すること。 【構成】 コンデンサ寿命検出手段１２は、電磁接触器
２の開放或いは停電に応じたインバータ主回路９の電源
遮断後に、電圧検出手段１１が検出する電解コンデンサ
５の端子電圧が予め設定した第１の電圧になった後に予
め設定された基準時間が経過した時点において、当該検
出電圧がパラメータ記憶手段１３に記憶された寿命検出
電圧レベル以下であった場合に寿命検出信号を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機の可変速運
転などに利用されるインバータ装置、特には直流電源部
の出力平滑用として電解コンデンサを使用したインバー
タ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流電源の出力を整流・平滑する直流電
源部と、上記直流電源部から給電されるインバータ主回
路とを備えて成る電圧形インバータ装置にあっては、そ
の直流電源部に、出力電圧の平滑及び負荷である電動機
からの帰還電流の吸収のためのコンデンサを備えた構成
とされるものであるが、斯様なコンデンサとしては、大
きな静電容量が要求される関係上、電解コンデンサが利
用される。この場合の電解コンデンサとしては、一般的
にはアルミニウム箔電解コンデンサが利用されるもので
あるが、このものでは、内部で電気化学反応が行われて
いるため、使用時間が長くなるのに伴い静電容量が減少
して損失が増大するという特性があるため、寿命が規定
されている。

【０００３】電解コンデンサの寿命を判定する手段とし
ては、電解コンデンサ単体での外観チェックや、静電容
量の測定、絶縁抵抗の測定などがあるが、これらは、定
期的なメンテナンスとして行われる測定であって、寿命
判定を頻繁且つ自動的に行い得る手段ではないため、寿
命をオーバーした電解コンデンサの発見が遅れ勝ちにな
るという問題点があった。

【０００４】このため、従来では、電解コンデンサの寿
命判定を頻繁に行い得る手段として、インバータ装置の
所定部位を流れる電流値に基づいて電解コンデンサの静
電容量を検出し、その検出静電容量の減少度合に基づい
て電解コンデンサの寿命を判定することが行われてい
る。

【０００５】つまり、電圧形インバータ装置にあって
は、直流電源部に設けられる出力平滑用の電解コンデン
サの静電容量をＣ、そのコンデンサの電圧上昇分をΔＶ
dcとした場合に、

【０００６】

【数１】 が成り立つから（但し、ｉR は直流電源部内の整流器出
力電流、ｉL はインバータ主回路の負荷電流）、上式に
基づいて電解コンデンサの静電容量Ｃを算出することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成とし
た場合、電解コンデンサの電圧上昇分ΔＶdcの検出に
は、そのコンデンサの両端に接続される電圧検出器を利
用すれば良く、また、負荷電流ｉL の検出には、保護動
作のために設けられている負荷電流検出器を利用すれば
良いが、整流器出力電流ｉR の検出のためには、別途に
電流検出器を追加する必要があってコストの高騰を招く
という不具合がある。しかも、整流器出力電流ｉR は、
電源インピーダンスや交流電源電圧変動などのような整
流器入力条件によって変化することがあるため、前記
（１）式に基づいた静電容量Ｃの算出が不正確になっ
て、電解コンデンサの寿命を誤判定する虞が出てくる。

【０００８】これに対して、「昭和６３年電気学会産業
応用部門全国大会予稿集」中には、「インバータ用電解
コンデンサの容量推定法」として、ｉR が零のときのｉ
L 及びΔＶdcを検出して、電解コンデンサの静電容量Ｃ
を推定する方法が開示されている。この方法によれば、
整流器入力条件の影響がないという利点があるが、負荷
である電動機の減速状態（回生状態）が回生制動やブレ
ーキ制動なしで数秒程度以上継続するという条件が成立
しなければ静電容量Ｃを推定できず、上記条件が成立し
ないような使用環境下では、静電容量Ｃの推定が困難に
なるという問題点がある。

【０００９】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的は、直流電源部の出力段に設けられる電解
コンデンサの寿命判定を、簡単な構成にて自動的に行い
得るようになると共に、上記寿命判定に際して入力側及
び出力側の条件や電解コンデンサの静電容量許容差の影
響を受けることがなくなって、その寿命判定動作を正確
に行い得るようになるインバータ装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、交流電源の出力を整流する整流器及びその
整流出力を平滑する電解コンデンサを含んで成る直流電
源部と、この直流電源部の出力をスイッチングして交流
出力に変換するインバータ主回路とを備えて成るインバ
ータ装置において、前記インバータ主回路の電源遮断時
に前記電解コンデンサの電荷を放電する放電手段と、前
記電解コンデンサの端子電圧を検出するための電圧検出
手段と、予め設定された寿命検出電圧レベルを記憶する
ための記憶手段と、前記インバータ主回路の電源遮断後
に、前記電圧検出手段による検出電圧が予め設定した第
１の電圧まで低下した後に予め設定された基準時間が経
過した時点で当該検出電圧が前記寿命検出電圧レベル以
下であった場合に寿命検出信号を出力する寿命検出手段
とを備えた構成としたものである（請求項１）。

【００１１】この場合、新たな電解コンデンサが装着さ
れた状態でリセット信号を出力して前記寿命検出手段に
与えるリセット信号発生手段を設けた上で、その寿命検
出手段を、前記リセット信号を受けたときには、前記イ
ンバータ主回路の電源遮断後に、前記電圧検出手段によ
る検出電圧が第１の電圧まで低下した時点から基準時間
経過した時点での当該電圧検出手段による検出電圧と、
予め設定された静電容量変化率とに基づいて寿命検出電
圧レベルを決定する構成とすることもできる（請求項
２）。

【００１２】また、交流電源の出力を整流する整流器及
びその整流出力を平滑する電解コンデンサを含んで成る
直流電源部と、この直流電源部の出力をスイッチングし
て交流出力に変換するインバータ主回路とを備えて成る
インバータ装置において、前記インバータ主回路の電源
遮断時に前記電解コンデンサの電荷を放電する放電手段
と、前記電解コンデンサの端子電圧を検出するための電
圧検出手段と、予め設定された寿命検出放電時間を記憶
するための記憶手段と、前記インバータ主回路の電源遮
断後に、前記電圧検出手段による検出電圧が予め設定し
た第１の電圧からこれより低いレベルに設定された第２
の電圧まで低下するのに要した放電時間が前記寿命検出
放電時間以下であった場合に寿命検出信号を出力する寿
命検出手段とを備えた構成とすることもできる（請求項
３）。

【００１３】この場合、新たな電解コンデンサが装着さ
れた状態でリセット信号を出力して寿命検出手段に与え
るリセット信号発生手段を設けた上で、前記寿命検出手
段を、前記リセット信号を受けたときには、インバータ
主回路の電源遮断後に、電圧検出手段による検出電圧が
第１の電圧から第２の電圧まで低下するのに要した放電
時間と、予め設定された静電容量変化率とに基づいて寿
命検出放電時間を決定する構成とすることもできる（請
求項４）。

【００１４】

【作用】直流電源部が有する電解コンデンサの寿命は、
その静電容量の減少度合に基づいて判定することができ
る。インバータ主回路が動作された状態から、その電源
が遮断されたときには、電解コンデンサの充電電荷が放
電手段を通じて放電されるようになり、電解コンデンサ
の端子電圧は、当該電解コンデンサ及び放電手段の時定
数に応じた速度で低下するようになる。即ち、時刻ｔ＝
０における電解コンデンサの端子電圧をＶo 、電解コン
デンサの静電容量をＣ、放電手段のインピーダンスをＲ
とした場合、時間ｔが経過したときの電解コンデンサの
端子電圧Ｖは次式で得られる。

【００１５】Ｖ＝Ｖo ・ｅｘｐ（−ｔ／（Ｃ・Ｒ）） この式は、Ｃ＝ｔ／（Ｒ・ｌｎ（Ｖo ／Ｖ））と変形可
能であり、また、Ｒは既知であるから、電解コンデンサ
の静電容量Ｃは、上記Ｖo 、Ｖ及びｔをパラメータとし
て検出可能である。

【００１６】請求項１記載のインバータ装置では、イン
バータ主回路の電源遮断後、つまり電解コンデンサの電
荷が放電手段を通じて放電開始された後には、寿命検出
手段は、電圧検出手段が検出する電解コンデンサの端子
電圧が、予め設定した第１の電圧（上記Ｖo に相当）ま
で低下した時点から予め設定された基準時間（上記ｔに
相当）が経過した時点で、当該電圧検出手段による検出
電圧（上記Ｖに相当）が、記憶手段に記憶された寿命検
出電圧レベル以下であった場合に寿命検出信号を出力す
るようになる。この場合、上記第１の電圧（Ｖo ）及び
所定時間（ｔ）は予め固定した値に設定されるものであ
るから、検出電圧（Ｖ）を電解コンデンサの静電容量の
減少度合に応じて変化する値と見なし得るものであり、
また、上記寿命検出電圧レベルを、電解コンデンサの寿
命切れ状態での静電容量に対応した電圧レベルとして設
定しておけば、前記寿命検出信号は、電解コンデンサが
寿命切れ状態での静電容量まで下がったときに出力され
ることになる。

【００１７】請求項２記載のインバータ装置では、新た
な電解コンデンサが装着された状態でリセット信号発生
手段からリセット信号が出力されると、寿命検出手段
は、インバータ主回路の電源遮断後に、前記電圧検出手
段による検出電圧が前記第１の電圧（Ｖo ）まで低下し
た時点から基準時間（ｔ）が経過した時点での検出電圧
（Ｖ）と、予め設定された静電容量変化率とに基づいて
寿命検出電圧レベルを決定するようになる。従って、新
たな電解コンデンサが装着された場合には、当該電解コ
ンデンサの寿命切れ状態の判定基準となる寿命検出電圧
レベルが、その電解コンデンサの初期状態の静電容量に
応じて、適切且つ自動的に決定されることになる。

【００１８】請求項３記載のインバータ装置では、イン
バータ主回路の電源遮断に応じて電解コンデンサの電荷
が放電手段を通じて放電開始された後には、寿命検出手
段は、電圧検出手段が検出する電解コンデンサの端子電
圧が、予め設定した第１の電圧（前記Ｖo に相当）から
第２の電圧（前記Ｖに相当）まで低下するのに要した時
間（上記ｔに相当）が、記憶手段に記憶された寿命検出
放電時間以下であった場合に寿命検出信号を出力するよ
うになる。この場合、上記第１の電圧（Ｖo ）及び第２
の電圧（Ｖ）は予め固定した値に設定されるものである
から、上記のような放電時間（ｔ）を電解コンデンサの
静電容量の減少度合に応じて変化する値と見なし得るも
のであり、また、上記寿命検出放電時間を、電解コンデ
ンサの寿命切れ状態での静電容量に対応した放電時間と
して設定しておけば、前記寿命検出信号は、電解コンデ
ンサが寿命切れ状態での静電容量まで下がったときに出
力されることになる。

【００１９】請求項４記載のインバータ装置では、新た
な電解コンデンサが装着された状態でリセット信号発生
手段からリセット信号が出力されると、寿命検出手段
は、インバータ主回路の電源遮断後に、前記電圧検出手
段による検出電圧が前記第１の電圧（Ｖo ）から第２の
電圧（Ｖ）まで低下するのに要した放電時間（ｔ）と、
予め設定された静電容量変化率とに基づいて寿命検出放
電時間を決定するようになる。従って、新たな電解コン
デンサが装着された場合には、当該電解コンデンサの寿
命切れ状態の判定基準となる寿命検出放電時間が、その
電解コンデンサの初期状態の静電容量に応じて、適切且
つ自動的に決定されることになる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図１〜図
５を参照しながら説明する。電圧形インバータ装置の概
略構成を示す図１において、直流電源部１は、電磁接触
器２を介して与えられる単相（または三相）の交流電源
３の出力を全波整流して直流電源ラインＬ１・Ｌ２間に
出力するための整流器４と、この整流器４の出力を平滑
するための電解コンデンサ５とにより構成されたもの
で、電解コンデンサ５には、放電手段としての放電抵抗
６が並列に接続されている。尚、整流器４と電解コンデ
ンサ５との間には、電源投入時の突入電流抑制用の抵抗
７と、電源投入後に所定時間が経過したときにオンして
上記抵抗７を短絡するタイマ接点８とが介在されてい
る。

【００２１】上記直流電源ラインＬ１・Ｌ２間から給電
されるインバータ主回路９は、基本的には、パワートラ
ンジスタやＩＧＢＴのような半導体スイッチング素子を
三相ブリッジ接続すると共に、各スイッチング素子にフ
ライホイールダイオードを逆並列状態で接続した構成と
なっており、入力電力を例えば正弦波ＰＷＭ制御方式で
スイッチングして交流電力に変換し、その変換出力によ
って三相の交流電動機１０（かご形誘導電動機）を駆動
するようになっている。

【００２２】電圧検出手段１１は、前記電解コンデンサ
５の端子電圧（直流電源ラインＬ１・Ｌ２間の電圧）を
検出してコンデンサ寿命検出手段１２に与えるようにな
っている。このコンデンサ寿命検出手段１２と信号の授
受を行うパラメータ記憶手段１３は、ＥＥＰＲＯＭのよ
うな不揮発性メモリにより構成されたもので、制御電源
喪失時においても記憶データを保持できるようになって
いる。リセット信号発生手段としてのコンデンサリセッ
ト入力手段１４は、電解コンデンサ５の交換後などにリ
セット信号を発生してコンデンサ寿命検出手段１２に与
えるためのものである。警報表示手段１５は、コンデン
サ寿命検出手段１２が電解コンデンサ５の寿命を検出し
たときに、その検出内容を表示するためのものである。

【００２３】上記コンデンサ寿命検出手段１２は、ＣＰ
Ｕを含んで構成されたもので、以下においては、コンデ
ンサ寿命検出手段１２による制御内容について、関連し
た部分の作用と共に説明する。尚、上記ＣＰＵは、イン
バータ主回路９のスイッチング動作制御用のＣＰＵで兼
用されたものであるが、専用のものを設ける構成として
も良い。

【００２４】今、図１のように構成されたインバータ装
置において、直流電源部１の出力によってインバータ主
回路９が動作された状態から、電磁接触器２の開放或い
は停電の発生に応じてインバータ主回路９の入力が遮断
されたときには、電圧検出手段１１が検出する電解コン
デンサ５の端子電圧Ｖc は、次式（２）に従って減少す
る。

【００２５】 Ｖc ＝Ｖco・ｅｘｐ（−ｔ／（Ｃ・Ｒ）） ……（２） 但し、Ｖcoは時刻ｔ＝０における電解コンデンサ５の端
子電圧、Ｃは電解コンデンサ５の静電容量、Ｒは放電抵
抗６の抵抗値である。

【００２６】上記（２）式は次式（３）のように変形す
ることができる。 Ｃ＝ｔ／（Ｒ・ｌｎ（Ｖco／Ｖc ）） ……（３） この場合、放電抵抗６の抵抗値Ｒは既知であるから、電
解コンデンサ５の静電容量Ｃは、その放電期間中におけ
る任意タイミングにおける電圧検出手段１１による検出
電圧（＝Ｖco）と、その検出後に任意の時間ｔが経過し
たときの電圧検出手段１１による検出電圧（＝Ｖc ）と
に基づいた上式（３）の演算により直接的に求めること
ができる。

【００２７】このようにして静電容量Ｃを算出するため
には、Ｖco、Ｖc 、ｔの三つのパラメータが必要になる
が、その算出手順の簡略化のためには、上記パラメータ
のうち二つを固定して残りの一つを実測するという制御
を行えば良い。この場合、ｔ及びＶc を固定すること
は、過去の電圧Ｖcoを測定することを意味するから実際
には不可能である。従って、（３）式を用いた電解コン
デンサ５の静電容量Ｃの算出に当たっては、ｔ及びＶco
を固定してＶc を実測する場合と、Ｖco及びＶcを固定
してｔを実測する場合との二つのケースが考えられる。

【００２８】また、本実施例で目的とするのは、電解コ
ンデンサ５の静電容量Ｃの減少度合から当該電解コンデ
ンサ５の寿命を検出することであるから、基準となる静
電容量との比が分かれば良いものであり、ここでは基準
となる静電容量を電解コンデンサ５の静電容量初期値と
し、これとの比較を行うことにする。

【００２９】この場合、電解コンデンサ５の静電容量Ｃ
の初期値及び実測値を比較するには、（Ａ）電解コンデ
ンサ５の端子電圧Ｖc を所定時間Ｔをおいて測定した結
果で比較する方法と、（Ｂ）放電時間で比較する方法と
の二つが考えられるものであり、以下においてはこれら
（Ａ）、（Ｂ）の方法について個別に説明する。

【００３０】（Ａ）電解コンデンサ５の端子電圧Ｖc を
所定時間Ｔをおいて測定した結果で比較する方法…… 図３には、本方法を説明するための電解コンデンサ５の
放電特性が示されている。この図３において、電解コン
デンサ５の初期状態の静電容量をＣo 、所定タイミング
（ｔ＝０）での電解コンデンサ５の端子電圧をＶ1 、時
間Ｔが経過したタイミング（ｔ＝Ｔ）での電解コンデン
サ５の端子電圧をＶ2oとした場合、そのＶ2oは次式
（４）で得られる。

【００３１】 Ｖ2o＝Ｖ1 ・ｅｘｐ（−Ｔ／（Ｃo ・Ｒ）） ……（４） また、経時変化に応じて電解コンデンサ５の静電容量Ｃ
がｋ・Ｃo （０≦ｋ≦１）に減少した状態において、時
間Ｔが経過したタイミングでの電解コンデンサ５の端子
電圧をＶ2cとした場合、そのＶ2cは次式（５）で得られ
る。

【００３２】 Ｖ2c＝Ｖ1 ・ｅｘｐ（−Ｔ／（ｋ・Ｃo ・Ｒ）） ＝ｅｘｐ{(ｌｎＶ2o) ／ｋ）＋（１−１／ｋ）・ｌｎＶ1 ） ……（５） 従って、電解コンデンサ５に寿命が切れたと判断する静
電容量変化率ｋ＝Ｋｃを予め記憶しておき、電解コンデ
ンサ５の放電が継続されている状態において、端子電圧
Ｖｃ ＝Ｖ1 を検出した後に、時間Ｔが経過したときの
端子電圧Ｖc が寿命検出電圧レベルであるＶ2c（＝ｅｘ
ｐ{(ｌｎＶ2o) ／ｋc)）＋（１−１／ｋc)・ｌｎＶ1
））以下になったときに、これを電解コンデンサ５が
寿命切れになったものと判断できるようになる。

【００３３】上記のような寿命判断方法は、コンデンサ
寿命検出手段１２に予め組み込まれた図２に示すような
制御ルーチンとして実現できるものであり、以下におい
ては、その制御ルーチンの内容について説明する。

【００３４】即ち、この制御ルーチンは、コンデンサ寿
命検出手段１２を構成するＣＰＵの制御周期ごとに実行
されるもので、寿命検出電圧レベルＶ2cのためのデータ
は、イニシャライズ時にパラメータ記憶手段１３から読
み出すものとする。

【００３５】上記制御ルーチンでは、まず、コンデンサ
リセット入力手段１４からの出力を読み込んでリセット
信号入力の有無を判断する（ステップＡ１、Ａ２）。リ
セット信号入力があった場合、つまり、電解コンデンサ
５の交換後或いは工場出荷時などにおいてコンデンサリ
セット入力手段１４からリセット信号が出力された場合
（電解コンデンサ５が新品である場合）には、寿命検出
電圧レベルＶ2cに「０」を代入する（ステップＡ３）。

【００３６】このステップＡ３の実行後、並びに前記リ
セット信号入力がなかった場合には、電圧検出手段１１
が検出する電解コンデンサ５の端子電圧Ｖc を読み込み
（ステップＡ４）、その端子電圧Ｖc が寿命判定のため
の初期電圧Ｖ1 以下になったか否かを判断する（ステッ
プＡ５）。端子電圧Ｖc が初期電圧Ｖ1 以下に下がって
いない状態では、経過時間を示すパラメータであるｔを
「０」に初期化し（ステップＡ６）、この後にリターン
する。

【００３７】これに対して、電磁接触器２の開放或いは
停電の発生などに応じたインバータ主回路９の電源遮断
に応じて、電解コンデンサ５の端子電圧Ｖc が低下する
ようになって、その端子電圧Ｖc が初期電圧Ｖ1 以下に
下がった場合には、ｔが所定時間Ｔに達したか否かを判
断し（ステップＡ７）、達していない状態ではｔを設定
量（例えば最小単位「１」）だけインクリメントし（ス
テップＡ８）、この後にリターンする。

【００３８】電解コンデンサ５の端子電圧Ｖc が低下す
る状態（前述したインバータ主回路９の電源遮断状態）
が継続されて、ステップＡ７においてｔ＝Ｔとなった旨
の判断が行われた場合、換言すれば、上記端子電圧Ｖc
が初期電圧Ｖ1 まで低下したことを検出した時点から時
間Ｔが経過した場合には、寿命検出電圧レベルＶ2cが
「０」か否かを判断する（ステップＡ９）。

【００３９】ここで、Ｖ2c＝０と判断した場合、つま
り、電解コンデンサ５の交換後或いは工場出荷時などに
おいてコンデンサリセット入力手段１４からリセット信
号が出力されるのに応じて前記ステップＡ３が実行され
ていた場合には、ステップＡ１０において、前記
（４）、（５）式に基づいた寿命検出電圧レベルＶ2c
（＝ｅｘｐ{(ｌｎＶ2o) ／ｋc)）＋（１−１／ｋc)・ｌ
ｎＶ1 ））の演算を行う。尚、上記演算には、前記ステ
ップＡ４で読み込んだ端子電圧Ｖc ＝Ｖ1 、予め記憶し
た静電容量変化率ｋ＝Ｋc などが使用される。次いで、
上記演算により得た寿命検出電圧レベルＶ2cをパラメー
タ記憶手段１３に書き込むステップＡ１１を実行した後
にリターンする。

【００４０】以上のような制御が行われる結果、コンデ
ンサリセット入力手段１４からリセット信号が出力され
た場合（つまり電解コンデンサ５が新品であった場合）
には、電源遮断に応じて電解コンデンサ５の端子電圧Ｖ
c がＶ1 から低下する状態が時間Ｔだけ継続されたとき
に、寿命検出電圧レベルＶ2cが自動的に設定されるよう
になる。

【００４１】以上のように自動設定された寿命検出電圧
レベルＶ2cをパラメータ記憶手段１３に書き込むステッ
プＡ１１は、コンデンサリセット入力手段１４からリセ
ット信号が出力されたときに１回だけ行われるものであ
り、この後には、ｔ＝Ｔとなるまでの間はｔをインクリ
メントするステップＡ８が繰り返し実行され、これに応
じてｔ＝Ｔとなったときには、前記ステップＡ９が実行
される。

【００４２】この場合には、寿命検出電圧レベルＶ2cは
「０」ではないから、ステップＡ１２において電解コン
デンサ５の端子電圧Ｖc と上記寿命検出電圧レベルＶ2c
とを比較して当該コンデンサ５の寿命判定を行う。この
とき、Ｖc ＞Ｖc2であった場合にはそのままリターンす
るが、Ｖc ≦Ｖ2cであった場合には寿命検出信号を出力
するステップＡ１３を実行した後にリターンする。そし
て、上記寿命検出信号が出力されたときには、警報表示
手段１５が、電解コンデンサ５が寿命切れ状態になった
旨を表示するするようになる。

【００４３】尚、上記寿命検出信号の出力状態は、コン
デンサリセット入力手段１４を通じてリセット信号が入
力されるまで（つまり、ステップＡ３において寿命検出
電圧レベルＶ2cに「０」が代入されるのに応じてステッ
プＡ９で「ＹＥＳ」と判断されるまで）ラッチされるも
のである。また、ｔ＝Ｔになる前に、電磁接触器２の閉
成或いは復電に応じてインバータ主回路９の電源遮断状
態が解除されたときには、Ｖc ＞Ｖ1 の関係となるか
ら、ステップＡ６においてｔが初期化されるようにな
る。 （Ｂ）放電時間で比較する方法…… 図５には、本方法を説明するための電解コンデンサ５の
放電特性が示されている。この図５において、電解コン
デンサ５の初期状態の静電容量をＣo 、所定タイミング
（ｔ＝０）での電解コンデンサ５の端子電圧をＶ1 、こ
の端子電圧Ｖ1より所定レベルだけ下がった電解コンデ
ンサ５の端子電圧をＶ2 とした場合、前記（２）式か
ら、端子電圧Ｖc が第１の電圧Ｖ1 から第２の電圧Ｖ2
まで下がるのに要する放電時間Ｔo は次式（６）で得ら
れる。

【００４４】 Ｔo ＝Ｃo ・Ｒ・ｌｎ（Ｖ１／Ｖ2 ） ……（６） また、経時変化に応じて電解コンデンサ５の静電容量Ｃ
がｋ・Ｃo （０≦ｋ≦１）に減少した状態において、端
子電圧Ｖc が第１の電圧Ｖ1 から第２の電圧Ｖ2 まで下
がるのに要する放電時間Ｔc は次式（７）で得られる。

【００４５】 Ｔc ＝ｋ・Ｃo ・Ｒ・ｌｎ（Ｖ1 ／Ｖ2 ） ＝ｋ・Ｔo ……（７） 従って、電解コンデンサ５に寿命が切れたと判断する静
電容量変化率ｋ＝Ｋcを予め記憶しておき、電解コンデ
ンサ５の放電が継続されている状態において、その端子
電圧がＶ1 からＶ2 まで変化するのに要する放電時間が
寿命検出放電時間であるＴc （＝Ｋc ・Ｔo ）以下にな
ったときに、これを電解コンデンサ５が寿命切れになっ
た旨を判断することができる。

【００４６】上記のような寿命判断方法は、コンデンサ
寿命検出手段１２に予め組み込まれた図４に示すような
制御ルーチン（ＣＰＵの制御周期ごとに実行される）と
して実現できるものであり、以下においては、その制御
ルーチンの内容について説明する。

【００４７】即ち、この制御ルーチンでは、まず、コン
デンサリセット入力手段１４からの出力を読み込んでリ
セット入力の有無を判断する（ステップＢ１、Ｂ２）。
リセット入力があった場合には、寿命検出放電時間であ
るＴc に「０」を代入する（ステップＢ３）。

【００４８】このステップＢ３の実行後、並びに前記リ
セット入力がなかった場合には、電圧検出手段１１が検
出する電解コンデンサ５の端子電圧Ｖc を読み込み（ス
テップＢ４）、その端子電圧Ｖc が第１の電圧Ｖ1 以下
になったか否かを判断する（ステップＢ５）。端子電圧
Ｖc がＶ1 以下に下がっていない状態では、経過時間を
示すパラメータであるｔを「０」に初期化し（ステップ
Ｂ６）、この後にリターンする。

【００４９】これに対して、電磁接触器２の開放或いは
停電の発生などに応じたインバータ主回路９の電源遮断
に応じて、電解コンデンサ５の端子電圧Ｖc が低下する
ようになって、その端子電圧Ｖc がＶ1 以下に下がった
場合には、端子電圧Ｖc が第２の電圧Ｖ2 以下に下がっ
たか否かを判断し（ステップＢ７）、下がっていない状
態ではｔを設定量だけインクリメントし（ステップＢ
８）、この後にリターンする。

【００５０】電解コンデンサ５の端子電圧Ｖc が低下す
る状態（前述したインバータ主回路９の電源遮断状態）
が継続されて、ステップＢ７においてＶc ≦Ｖ2 となっ
た旨の判断が行われた場合、換言すれば、上記端子電圧
Ｖc が第１の電圧Ｖ1 から第２の電圧Ｖ2 まで低下した
ことを検出した場合には、寿命検出放電時間Ｔc が
「０」か否かを判断する（ステップＢ９）。

【００５１】ここで、Ｔc ＝０と判断した場合、つま
り、電解コンデンサ５の交換後或いは工場出荷時などに
おいてコンデンサリセット入力手段１４からリセット信
号が出力されるのに応じて前記ステップＢ３が実行され
ていた場合には、ステップＢ１０において、前記
（６）、（７）式に基づいた寿命検出放電時間Ｔc （＝
Ｋc ・Ｔo ）の演算を行う、次いで、上記演算により得
た寿命検出放電時間Ｔc をパラメータ記憶手段１３に書
き込むステップＢ１１を実行した後にリターンする。

【００５２】以上のような制御が行われる結果、コンデ
ンサリセット入力手段１４からリセット信号が出力され
た場合（つまり電解コンデンサ５が新品であった場合）
には、電源遮断に応じて電解コンデンサ５の端子電圧Ｖ
c がＶ1 からＶ2 まで低下したときに、寿命検出放電時
間Ｔc が自動的に設定されるようになる。

【００５３】以上のように自動設定された寿命検出放電
時間Ｔc をパラメータ記憶手段１３に書き込むステップ
Ｂ１１は、コンデンサリセット入力手段１４からリセッ
ト信号が出力されたときに１回だけ行われるものであ
り、この後には、Ｖc ＝Ｖ2 となるまでの間はｔをイン
クリメントするステップＢ８が繰り返し実行され、これ
に応じてＶc ＝Ｖ2 となったときには、前記ステップＢ
９が実行される。

【００５４】この場合には、寿命検出放電時間Ｔc は
「０」ではないから、ステップＢ１２において、端子電
圧が第１の電圧Ｖ1 から第２の電圧Ｖ2 まで下がるのに
要する放電時間Ｔo と上記寿命検出放電時間Ｔc とを比
較して当該コンデンサ５の寿命判定を行う。このとき、
Ｔo ＞Ｔc であった場合にはそのままリターンするが、
Ｔo ≦Ｔc であった場合には寿命検出信号を出力するス
テップＢ１３を実行した後にリターンするものであり、
これに応じて、警報表示手段１５が電解コンデンサ５が
寿命切れ状態になった旨を表示するようになる。

【００５５】尚、この場合においても、上記寿命検出信
号の出力状態は、コンデンサリセット入力手段１４を通
じてリセット信号が入力されるまで（つまり、ステップ
Ｂ３において寿命検出放電時間Ｔc に「０」が代入され
るのに応じてステップＢ９で「ＹＥＳ」と判断されるま
で）ラッチされるものである。また、Ｖc ≦Ｖ2 になる
前に、電磁接触器２の閉成或いは復電に応じてインバー
タ主回路９の電源遮断状態が解除されたときには、Ｖc
＞Ｖ1 の関係となるから、ステップＢ６においてｔが初
期化されるようになる。

【００５６】要するに上記した本実施例の構成によれ
ば、電解コンデンサ５の寿命検出動作を、コンデンサ寿
命検出手段１２を構成するＣＰＵ、つまりインバータ主
回路９の制御のために元々存するＣＰＵのプログラムに
て実現できて、従来のように整流器出力電流を検出する
ための新たなハードウエア構成を追加する必要がないか
ら、構成を簡単化できるようになる。また、電解コンデ
ンサ５の寿命検出動作は、電磁接触器２の開放ごと、或
いは停電ごとに行われるものであって頻繁に行われるよ
うになるから、寿命をオーバーした電解コンデンサの発
見を早期に行い得るようになる。

【００５７】また、一般的に電解コンデンサの静電容量
許容差は±２０％程度と非常に大きいものであるが、本
実施例では、電解コンデンサ５の寿命判定を当該電解コ
ンデンサ５の静電容量の変化度合で判定する構成とし、
尚且つ寿命判定の基準となる寿命検出電圧レベルＶ2c或
いは寿命検出放電時間Ｔc を新品の状態の電解コンデン
サ５の放電状態に基づいて決定する構成としているか
ら、上記のような静電容量許容差による悪影響を排除で
きて、電解コンデンサ５の寿命判定動作を正確に行い得
るようになる。しかも、上記寿命判定動作は、インバー
タ主回路９の電源遮断時に行われるものであって、直流
電源部１に対する入力電圧や負荷である交流電動機１０
の状態といった入力側及び出力側の条件に対して無関係
になるから、この面からも電解コンデンサ５の寿命判定
動作を正確に行い得るようになる。

【００５８】尚、本発明は上記した実施例のみに限定さ
れるものではなく、次のように変形または拡張すること
が可能である。本発明の第２の実施例を示す図６のよう
に、放電手段としての放電抵抗６ａ、６ｂの直列回路を
電解コンデンサ５と並列に接続し、それらの放電抵抗６
ａ、６ｂの共通接続点からの出力を、電解コンデンサ５
の端子電圧として検出する構成としても良い。コンデン
サ寿命検出手段１２の機能は、ディスクリート回路を組
み合わせたハードウエア構成によって実現することもで
きる。

【００５９】コンデンサ寿命検出手段１２から寿命検出
信号のみを出力する構成としたが、電解コンデンサ５の
静電容量や静電容量変化率を示すデータを出力する構成
として、その出力データをインバータ装置に設けたモニ
タ手段でモニタできるようにしても良い。この場合に必
要となる静電容量変化率ｋは、前述した（Ａ）の「電解
コンデンサ５の端子電圧Ｖc を所定時間Ｔをおいて測定
した結果で比較する方法」では、前記（５）式を変形す
ることによって、 ｋ＝ｌｎ（Ｖ2o／Ｖ1 ）／ｌｎ（Ｖ2c／Ｖ1 ） で求められる。また、前述した（Ｂ）の「放電時間で比
較する方法」では、前記（７）式を変形することによっ
て、 ｋ＝ｔ／Ｔo で求められる。

【００６０】放電手段としては、放電抵抗６（或いは６
ａ、６ｂ）に限らず、インバータ装置用制御電源として
設けられるＤＣ／ＤＣコンバータを利用することができ
る。但し、このＤＣ／ＤＣコンバータは、停電状態では
電解コンデンサ５の充電電荷により動作されてコンデン
サ寿命検出手段１２などの電源として機能することにな
るから、停電状態に伴う電解コンデンサ５の電圧低下に
伴って当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が不足した
状態となる前に電解コンデンサ５の寿命検出が終了する
ように、第１の電圧、第２の電圧及び寿命電圧検出レベ
ルを設定する必要がある。

【００６１】電解コンデンサ５の寿命判定動作を補助す
るために、インバータ装置の稼働時間やインバータ主回
路９の出力電流の時間積分値による寿命判定機能を加味
することもできる。即ち、インバータ装置の稼働時間累
積値或いは出力電流の時間積分値が所定の時間を越えた
ときに寿命検出信号を出力する構成としておけば、イン
バータ主回路９の電源遮断がほとんど行われない場合、
つまり静電容量に基づいた寿命判定動作が長時間行われ
ない場合に、寿命判定動作を補助できるようになる。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば以上の説明によって明ら
かなように、インバータ主回路の電源遮断後に、電圧検
出手段が検出する電解コンデンサの端子電圧が予め設定
した第１の電圧まで低下した後に予め設定された基準時
間が経過した時点で当該検出電圧が記憶手段に記憶され
た寿命検出電圧レベル以下であった場合に寿命検出信号
を出力する寿命検出手段を設ける構成、或いは、インバ
ータ主回路の電源遮断後に、電圧検出手段が検出する電
解コンデンサの端子電圧が予め設定した第１の電圧から
これより低いレベルに設定された第２の電圧まで低下す
るのに要した放電時間が記憶手段に記憶された寿命検出
放電時間以下であった場合に寿命検出信号を出力する寿
命検出手段を設ける構成としたので、直流電源部の出力
段に設けられる電解コンデンサの寿命判定を、簡単な構
成にて自動的に行い得るようになると共に、上記寿命判
定に際して入力側及び出力側の条件や電解コンデンサの
静電容量許容差の影響を受けることがなくなって、その
寿命判定動作を正確に行い得るようになるという有益な
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す電気的構成図

【図２】コンデンサ寿命検出手段による第１の制御例を
示すフローチャート

【図３】上記第１の制御例を説明するための電解コンデ
ンサの放電特性図

【図４】コンデンサ寿命検出手段による第２の制御例を
示すフローチャート

【図５】上記第２の制御例を説明するための電解コンデ
ンサの放電特性図

【図６】本発明の第２実施例を示す電気的構成図

【符号の説明】

図面中、１は直流電源部、２は電磁接触器、３は交流電
源、４は整流器、５は電解コンデンサ、６、６ａ、６ｂ
は放電抵抗（放電手段）、９はインバータ主回路、１０
は交流電動機、１１は電圧検出手段、１２はコンデンサ
寿命検出手段、１３はパラメータ記憶手段、１４はコン
デンサリセット入力手段（リセット信号発生手段）を示
す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源の出力を整流する整流器及びそ
   の整流出力を平滑する電解コンデンサを含んで成る直流
   電源部と、この直流電源部の出力をスイッチングして交
   流出力に変換するインバータ主回路とを備えて成るイン
   バータ装置において、 前記インバータ主回路の電源遮断時に前記電解コンデン
   サの電荷を放電する放電手段と、 前記電解コンデンサの端子電圧を検出するための電圧検
   出手段と、 予め設定された寿命検出電圧レベルを記憶するための記
   憶手段と、 前記インバータ主回路の電源遮断後に、前記電圧検出手
   段による検出電圧が予め設定した第１の電圧まで低下し
   た後に予め設定された基準時間が経過した時点で当該検
   出電圧が前記寿命検出電圧レベル以下であった場合に寿
   命検出信号を出力する寿命検出手段とを備えたことを特
   徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 新たな電解コンデンサが装着された状態
   でリセット信号を出力して寿命検出手段に与えるリセッ
   ト信号発生手段を備え、 前記寿命検出手段は、前記リセット信号を受けたときに
   は、インバータ主回路の電源遮断後に、電圧検出手段に
   よる検出電圧が第１の電圧まで低下した時点から基準時
   間が経過した時点での当該電圧検出手段による検出電圧
   と、予め設定された静電容量変化率とに基づいて寿命検
   出電圧レベルを決定する構成となっていることを特徴と
   する請求項１記載のインバータ装置。
3. 【請求項３】 交流電源の出力を整流する整流器及びそ
   の整流出力を平滑する電解コンデンサを含んで成る直流
   電源部と、この直流電源部の出力をスイッチングして交
   流出力に変換するインバータ主回路とを備えて成るイン
   バータ装置において、 前記インバータ主回路の電源遮断時に前記電解コンデン
   サの電荷を放電する放電手段と、 前記電解コンデンサの端子電圧を検出するための電圧検
   出手段と、 予め設定された寿命検出放電時間を記憶するための記憶
   手段と、 前記インバータ主回路の電源遮断後に、前記電圧検出手
   段による検出電圧が予め設定した第１の電圧からこれよ
   り低いレベルに設定された第２の電圧まで低下するのに
   要した放電時間が前記寿命検出放電時間以下であった場
   合に寿命検出信号を出力する寿命検出手段とを備えたこ
   とを特徴とするインバータ装置。
4. 【請求項４】 新たな電解コンデンサが装着された状態
   でリセット信号を出力して寿命検出手段に与えるリセッ
   ト信号発生手段を備え、 前記寿命検出手段は、前記リセット信号を受けたときに
   は、インバータ主回路の電源遮断後に、電圧検出手段に
   よる検出電圧が第１の電圧から第２の電圧まで低下する
   のに要した放電時間と、予め設定された静電容量変化率
   とに基づいて寿命検出放電時間を決定する構成となって
   いることを特徴とする請求項３記載のインバータ装置。