JPH088316A

JPH088316A - 電力制御装置のパワートランジスタ劣化判定装置

Info

Publication number: JPH088316A
Application number: JP14040594A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ishibashi; 秀樹石橋; Yuji Koizumi; 裕司小泉
Original assignee: Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】電力制御装置のパワートランジスタの異常兆
候を検出できる電力制御装置のパワートランジスタ劣化
判定装置を提供すること。【構成】負荷が非駆動状態にあるときベース信号切換
器１０ａ〜１０ｆを選択切換えて、パワートランジスタ
７ａ〜７ｆの活性領域での電流増幅度を静特性計測用ベ
ース信号発生器１１から微小電流を供給することにより
測定し、このデータと正常な電流増幅度を記憶してある
記憶部１４のデータとを制御部１３で比較し、パワート
ランジスタの劣化を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力制御装置の主回路
に用いたパワートランジスタの異常兆候を早期に発見す
るための電力制御装置のパワートランジスタ劣化判定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】三相交流電源の交流電力を整流回路で直
流電力に変換し、これをコンデンサで平滑し、このよう
に平滑された直流をインバータで任意の電圧、周波数の
交流電力に変換し、この交流電力により各種交流電機を
駆動する電力制御装置が種々の分野で用いられている。
このような電力制御装置における上記インバータは複数
のパワートランジスタ（三相の場合は６つのパワートラ
ンジスタ）で構成されており、これらパワートランジス
タに異常が発生すると出力制御装置による駆動が不可能
となる。このため、上記パワートランジスタの異常の有
無をチェックする装置が必要となる。このような装置
が、例えば特開平５−２７０７５５号公報で提案されて
いる。この公報記載の装置は、電力制御装置（エレベー
タの駆動モータの制御装置）の休止中、所定の点弧パタ
ーンに従って各パワートランジスタのうちの選択された
２つを導通させ、これにより得られる回路電流の状態を
みて異常の有無を判断する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、パワートランジスタに異常有りと判定された時は
既に負荷を稼働させることはできない状態となってい
る。そのため電力制御装置の駆動は不可能となり、特に
これがエレベータの駆動モータの制御装置である場合、
エレベータの乗客に大きな迷惑を及ぼすことになる。そ
して、異常部位の確認、異常部品の手配及び復旧作業が
完了するまでに多大な時間を必要とするという問題があ
った。

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決するためになされたもので、パワートランジス
タの異常兆候を検出し、負荷の不稼働時間を部品交換に
必要な時間のみに短縮できる電力制御装置のパワートラ
ンジスタ劣化判定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、スイッチング素子として自己消弧素子で
あるパワートランジスタを主回路に用いた電力制御装置
において、前記電力制御装置が非駆動状態にある時、前
記パワートランジスタの活性領域での電流増幅度を測定
する測定手段と、前記パワートランジスタの活性領域で
の正常な初期電流増幅度を記憶する記憶部と、前記測定
手段で測定された電流増幅度と前記記憶部に記憶されて
いる電流増幅度とを比較し前記測定された電流増幅度が
前記記憶部に記憶されている電流増幅度を基準に予め設
定した領域を外れた時、前記パワートランジスタの劣化
と判定する判定手段とを備えたものである。

【０００６】

【作用】電力制御装置が駆動されない状態のとき、測定
対象のパワートランジスタのベースに、そのパワートラ
ンジスタの活性領域での電流増幅度を測定するための微
小電流が供給される。この状態で、パワートランジスタ
のコレクタに流れる電流に基づいてその電流増幅度を測
定し、これを、当該パワートランジスタが正常であると
きの電流増幅度と比較する。前者の値が後者の値から所
定値以上外れている場合、そのそのパワートランジスタ
は劣化していると判断する。このようにパワートランジ
スタの劣化を判断するので、その異常兆候を見出すこと
ができ、予め異常に備えることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明のパワートランジスタ劣化判定
装置を図に基づいて説明する。

【０００８】図１は本発明の実施例に係る電力制御装置
のパワートランジスタ劣化判定装置の回路概略図であ
り、負荷として三相誘導電動機を制御する電力制御装置
について説明する。図で、１は三相交流電源、２は主回
路開閉器、３は三相交流を直流に変換する整流装置、４
は整流装置３の出力に含まれている脈流成分を平滑する
ためのコンデンサである。５はパワートランジスタ劣化
判定モード時に作動する主回路電流可変装置であり、前
記モード時に接点５ｂが開き可変抵抗器５ａが挿入さ
れ、パワートランジスタを低電圧で動作させてその電流
増幅率を計測することを可能とする。７は直流を任意の
電圧及び周波数の三相交流に変換するためのインバー
タ、７ａ〜７ｆはインバータ７を構成するパワートラン
ジスタ、Ｄは各パワートランジスタ７ａ〜７ｆのコレク
タ、エミッタ間に接続されたダイオード、８ａ〜８ｂは
インバータ７の出力電流（負荷電流）を計測する電流計
測器、９はインバータ７の出力により稼働する三相交流
負荷で、本実施例では三相誘導電動機が接続されてい
る。１０ａ〜１０ｆはパワートランジスタ７ａ〜７ｆに
それぞれ対応しており、制御部１３の指令により通常時
はベースドライブタイミング信号発生器１２側に接続し
ており、パワートランジスタ劣化判定モード時には点検
対象パワートランジスタに対応した接点が静特性計測用
ベース信号発生器１１へ接続するベース信号切換器、１
１はパワートランジスタ劣化判定モード時に作動する静
特性計測用ベース信号発生器である。１２はインバータ
７から任意の電圧及び周波数の三相交流を発生させるた
めＰＷＭ（パルス幅変調）制御用のベースドライブタイ
ミング信号発生器で、パワートランジスタ７ａ〜７ｆを
スイッチング素子として使用するためこの信号の大きさ
は、トランジスタがオン時は飽和領域となりオフ時は遮
断領域となるような値である。１３は電流計測器８ａ、
８ｂのデータと負荷速度検出器１６を基に負荷９の制御
を行うためにベースドライブタイミング信号発生器１２
へ負荷補償量に見合った発生電圧及び発生周波数の指令
を与えるとともに、記憶部１４にデータを記憶したり所
要の比較を行う制御部、１４はパワートランジスタ７ａ
〜７ｆの正常時の静特性データを記憶するための記憶部
である。１５はパワートランジスタ７ａ〜７ｆの少なく
とも１つ以上に異常兆候があればその内容を表示し、警
報を発する警報表示装置、１６は負荷である三相誘導電
動機９の速度を検出する速度検出器、１７は負荷の温度
を検出する負荷温度検出器、１８はパワートランジスタ
７ａ〜７ｆ等で構成されているインバータ７の温度を検
出する温度検出器である。

【０００９】このような構成にした一実施例の基本的な
動作を説明する。先ず、通常運転時の動作は、主回路開
閉器２の接点が形成されており、三相交流電源１を整流
装置３に通すことで直流に変換され、さらにコンデンサ
４により脈流成分を平滑し、純直流電源を作る。通常時
は制御部１３の指令により接点５ｂが形成されているた
め可変抵抗器５ａは短絡状態となり回路から切り離され
た状態となる。この接点５ｂを通過した純直流をインバ
ータ７に入力する。インバータ７内のパワートランジス
タ７ａ〜７ｆを、制御部１３が電流計測器８ａ〜８ｂの
負荷電流と負荷速度検出器１６の負荷速度を取り込み基
準指令に通中できるようベースドライブタイミング信号
発生器１２へ補償量の指令を出す。この時、接点１０ａ
〜１０ｆは通常時全てベースドライブタイミング信号発
生器１２側に形成されているためベースドライブタイミ
ング信号発生器１２から発せられるＰＷＭパルスにより
オンオフ制御し、補償量に見合った三相交流の電圧及び
周波数を発生させる。この補償量により負荷を基準指令
通りに運転する。

【００１０】このような構成にした負荷運転装置におい
て、パワートランジスタ７ａ〜７ｆの何れか１つでも異
常が発生すると、前述のように負荷の運転が不可能とな
り、異常のパワートランジスタの発見に長時間を必要と
し、部品手配や交換作業等に膨大な労力を要している。
このような不具合を無くすため本発明ではパワートラン
ジスタの異常の兆候を捉え、この時点で交換要の警報を
出力し、負荷の不稼働時間を部品交換に必要な時間のみ
にするものである。

【００１１】以下その動作を説明する。負荷が待機状態
になると制御部１３は周辺装置をパワートランジスタ劣
化判定モードに切換える。インバータ７及び負荷９は温
度による抵抗値の変動があるため予め設定した温度範囲
内であることを負荷温度検出器１７とインバータ温度検
出器１８のデータより制御部１３が判定する。この判定
結果において、予め設定した値より小さい時は温度を上
昇させるため負荷を運転する。逆に予め設定した値より
大きい時は冷却する。この動作によりインバータ及び負
荷が予め設定した温度範囲内になると接点５ｂが開き、
主回路に可変抵抗器５ａが挿入される。初期状態ではこ
の可変抵抗器５ａの抵抗値は最大であり数メガオームと
なっている。更に、制御部１３は静特性計測用ベース信
号発生器１１に対し点検を行うパワートランジスタを指
示するとともに該パワートランジスタのベース信号供給
源を接点１０ａ〜１０ｆにてベースドライブタイミング
信号発生器１２から静特性計測用ベース信号発生器１１
へ切換える。この静特性計測用ベース信号発生器１１は
遮断領域に近い活性領域内の予め設定している一定のベ
ース電流（数ｍＡ程度）を流す。例えばパワートランジ
スタ７ａを点検する場合は接点１０ａと接点１０ｄを静
特性計測用ベース信号発生器１１に切換える。接点１０
ｄはパワートランジスタ７ａを点検するため閉回路を形
成する必要があるのでオンするものでパワートランジス
タ７ｄのベース電流は飽和領域に達する電流を流してお
く。このとき形成される閉回路は、直流電源出力をコン
デンサ４の両端とすると、コンデンサ４のプラス極−可
変抵抗器５ａ−パワートランジスタ７ａ−負荷９（Ｕ相
からＶ相に流れる）−パワートランジスタ７ｄ−コンデ
ンサ４マイナス極となる。次に制御部１３は可変抵抗５
ａの抵抗値を徐々に低下させそのときのＵ相の電流を電
流計測器８ａにより制御部１３に取り込む。制御部１３
は、この取り込んだ電流データと既に記憶されている正
常時のパワートランジスタ７ａの電流データとを比較し
その差が予め設定した範囲から外れた場合パワートラン
ジスタ７ａに異常の兆候が発生しているとして警報表示
装置１５にその異常情報を出力する。パワートランジス
タ７ａの点検が完了すると可変抵抗器５ａの抵抗値を初
期値まで戻し次にパワートランジスタ７ｄの点検を行う
ためパワートランジスタ７ａのベース電流を飽和領域ま
で大きくし、パワートランジスタ７ｄのベース電流を前
述と同様に数ｍＡの一定電流を流し、可変抵抗器５ａの
抵抗値を徐々に低下させて行く。前述のパワートランジ
スタ７ａの点検時と同様に処理が行われる。このような
手順で６個のパワートランジスタを点検して行く。パワ
ートランジスタ７ａと７ｄが組、パワートランジスタ７
ｃと７ｆが組、パワートランジスタ７ｅと７ｂが組とな
り、点検処理がなされる。

【００１２】ここで、上記の点検原理を図により説明す
る。図３はパワートランジスタのコレクタ−エミッタ間
電圧に対するコレクタ電流の特性図、図４は図３に符号
Ａで示す部分の特性の拡大図である。通常このようなト
ランジスタを用いたＰＷＭ（パルス幅変調）制御方式の
トランジスタ駆動方法は、図３に示すハッチングを施し
た領域を使用したスイッチング制御を行っている。（遮
断領域がオフ状態、飽和領域がオン状態）しかし本発明
によるトランジスタ劣化判定装置による確認動作は図４
に示すように図３の破線枠Ａで囲んだ活性領域でかつコ
レクタ−エミッタ間電圧が微小な領域でのトランジスタ
の電流増幅率を調べる。図４でＢ０は正常状態（初期
値）の特性、Ｂ１、Ｂ２は劣化状態の特性を示す。上記
確認動作は、計測値（コレクタ電流）を初期値と比較し
その値が図４の符号Ｃ１、Ｃ２の間のハッチングで示す
ような予め設定した範囲を外れた値になれば何らかの原
因により劣化が進行していると判定する。通常の負荷運
転時ではトランジスタを遮断領域と飽和領域でのみ使用
しており、この領域では現れない微小な変化を本実施例
により検出し、トランジスタの異常兆候を劣化として捉
える。劣化の原因としては、三相交流電源１側から雷サ
ージが侵入した場合や熱劣化や過電流によるものがあ
る。

【００１３】図２はパワートランジスタ劣化判定装置の
流れ図である。この図を参照して再度本実施例の動作を
説明する。本実施例では負荷が待機状態になった時間を
見計らってインバータ内７のパワートランジスタの点検
指令が発せられるように、制御部１３に点検用制御情報
が設定されている。

【００１４】まず、ステップＳ１で負荷が待機状態にあ
るか判断し、その結果がＹｅｓならば、インバータ７及
び負荷９の温度を計測する（Ｓ２）。インバータ７及び
負荷９の温度が予め設定した値を外れていると電流計測
回路の抵抗値の変化が大きいため計測データの信頼性が
低下するためこのステップＳ２においてそれぞれの温度
が設定範囲内であることを判定する。その結果がＹｅｓ
なら主回路電流可変装置５内の接点５ｂを開放し主回路
電流可変装置５の作動準備に入る（Ｓ３）。ステップＳ
４で被測定パワートランジスタを選択し、ベース電流供
給源をベースドライブタイミング信号発生器１２から静
特性計測用ベース信号発生器１１へ接点１０ａにより切
換え、予め設定されている一定の微小電流をパワートラ
ンジスタ７ａのベースに流す。図３に示した本実施例の
パワートランジスタの特性グラフのハッチング部の遮断
領域より僅かに大きい１０ｍＡ程度のベース電流を流
す。更にステップＳ５で閉回路形成用トランジスタとし
てパワートランジスタ７ｄが選択され、トランジスタの
ベース電流供給源をベースドライブタイミング信号発生
器１２から静特性計測用ベース信号発生器１１へ接点１
０ｄにより切換え、ベースには飽和領域に達する電流を
流す。図３に示した本実施例のパワートランジスタの特
性グラフのハッチング部の飽和領域に達するよう１５０
ｍＡ以上のベース電流を流す（Ｓ６）。パワートランジ
スタの点検の順番は図５に示す順に従って行われる。次
に制御部１３は、主回路電流可変装置５内の可変抵抗器
の抵抗値を予め設定された範囲内で徐々に低下させてい
き、その抵抗値に対応した負荷電流を電流検出装置８ａ
により制御部１３に取り込む（Ｓ７）。この負荷電流は
パワートランジスタ７ａのコレクタ電流Ｉｃに等しく、
また可変抵抗器５ａの変化がコレクタ−エミッタ間電圧
Ｖｃｅの変化に対応しており、図３の破線で囲んだ部分
の変化を与える。ステップＳ８で制御部１３に取り込ん
だデータと、初期値として新品時に上記と同じ手順で計
測し記憶部１４に格納されているパワートランジスタ７
ａのデータと比較し、初期値との差が予め設定されてい
る帯域（図４にハッチングで示す帯域）を外れるとパワ
ートランジスタ７ａに劣化兆候ありと判定される。ステ
ップＳ９で該劣化判定されたパワートランジスタが記憶
される。このような手順でインバータ７内のパワートラ
ンジスタ７ａ〜７ｆを図５に示す順に点検を行う。１つ
のパワートランジスタの点検終了毎に全トランジスタの
点検が終了したか否か判断し（Ｓ１０）、終了した場合
はステップＳ１１においてインバータ７内のパワートラ
ンジスタ７ａ〜７ｆの内で１つでも劣化兆候が現れてい
るものがあるか否かチェックし、あればステップＳ１２
で警報表示装置１５にその情報を送信し、警報表示装置
１５に明示するとともに、例えば三相誘導電動機９がエ
レベータに使用されるものであれば、図示しない電話回
線を介し、図示しない監視センタ等へ通報し交換作業に
必要な人手や部品等の事前手配を行う。警報処理が終了
すると通常運転状態へ復帰する（Ｓ１３）。この場合、
警報対象となったパワートランジスタは異常状態ではな
く単なる劣化であるので、通常運転は充分に可能であ
る。なお、ステップＳ２でインバータ７及び負荷９の温
度が予め設定した範囲を外れＮＯと判断された場合は、
規定値以上か判定し（ステップＳ１４）規定値以上なら
ステップＳ１５にて冷却を行い、規定値以下ならステッ
プＳ１６にて温度を上昇させるため負荷を稼働する。

【００１５】電力制御装置の非駆動時に、パワートラン
ジスタの活性領域の電流増幅度を測定し、これを正常値
と比較するようにしたので、インバータを構成するパワ
ートランジスタの劣化兆候を検出することができ、これ
により、故障に至る前に、劣化トランジスタを特定し部
品手配や交換作業準備を行うことができる。このため、
電力制御装置の停止は、劣化トランジスタの交換作業に
要する時間のみの停止時間でよいため、故障による負荷
の長時間不稼働を未然に防止できるとともに負荷運転中
のトランジスタの故障に起因する二次的な事故も未然に
防止できる。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明では、電力制御
装置の非駆動時に、パワートランジスタの活性領域の電
流増幅度を測定し、これを正常値と比較するようにした
ので、インバータを構成するパワートランジスタの劣化
兆候を検出することができ、これにより、故障に至る前
に、劣化トランジスタを特定し部品手配や交換作業準備
を行うことができる。このため、電力制御装置の停止
は、劣化トランジスタの交換作業に要する時間のみの停
止時間でよいため、故障による負荷の長時間不稼働を未
然に防止できるとともに負荷運転中のトランジスタの故
障に起因する二次的な事故も未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電力制御装置のパワート
ランジスタ劣化判定装置の回路図である。

【図２】図１に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【図３】パワートランジスタの静特性グラフである。

【図４】図３に示す符号Ａの領域におけるパワートラン
ジスタの静特性グラフである。

【図５】図１に示す装置のパワートランジスタの点検の
順番表である。

【符号の説明】

１三相電源３整流装置５主回路電流可変装置５ａ可変抵抗器５ｂ可変抵抗器短絡用接点７インバータ７ａ〜７ｆパワートランジスタ８ａ〜８ｂ電流計測器１０ａ〜１０ｆベース信号切換器１１静特性計測用ベース信号発生器１２ベースドライブタイミング信号発生器１３制御部１４記憶部１５警報表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング素子として自己消弧素子で
あるパワートランジスタを主回路に用いた電力制御装置
において、前記電力制御装置が非駆動状態にある時、前
記パワートランジスタの活性領域での電流増幅度を測定
する測定手段と、前記パワートランジスタの活性領域で
の正常な初期電流増幅度を記憶する記憶部と、前記測定
手段で測定された電流増幅度と前記記憶部に記憶されて
いる電流増幅度とを比較し前記測定された電流増幅度が
前記記憶部に記憶されている電流増幅度を基準に予め設
定した領域を外れた時、前記パワートランジスタの劣化
と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする電力制
御装置のパワートランジスタ劣化判定装置。
【請求項２】請求項１において、前記測定手段は、測
定対象のパワートランジスタのベースに前記活性領域の
微小電流を供給する計測用ベース信号発生器と、測定時
に前記ベースを当該計測用ベース信号発生器に切換える
切換手段と測定時に前記パワートランジスタの電流を制
限、調整する可変抵抗器とで構成されていることを特徴
とする電力制御装置のパワートランジスタ劣化判定装
置。