JPH11101832A - 静電容量測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 携帯容易な軽量，小型な構成で安全かつ簡単
にインバータ装置の直流入力段等に設けられた大容量の
電解コンデンサの静電容量の測定が行えるようにする。 【解決手段】 電源用の太陽電池１に接続された本体３
に、測定端子１３ａ，１３ｂ，充電スイッチ１４，放電
スイッチ１５及び放電抵抗１６，測定処理回路１７，表
示器１１を備え、測定処理回路１７に、端子１３ａ，１
３ｂ間の電圧を検出する電圧検出手段と、測定開始操作
によりスイッチ１４を閉成してコンデンサ６を初期充電
し，電圧検出手段の検出電圧が設定電圧以上になったと
きにスイッチ１４を開放して初期充電を終了する充電制
御手段と、初期充電の終了によりスイッチ１５を閉成し
てコンデンサ６を放電する放電制御手段と、放電開始か
ら測定終了電圧に低下するまでの放電時間と抵抗１６の
抵抗値とによりコンデンサ６の静電容量を算出して測定
し，表示器１１に表示させる演算制御手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置の
直流入力段等に設けられた大容量の電解コンデンサの静
電容量を測定する静電容量測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インバータ電源装置等の主に電力
用の各種インバータ応用機器（インバータ装置）は、イ
ンバータの直流入力段に、その入力電圧リップルの除去
等を目的として、必ず、数百μＦ〜数万μＦ程度の大容
量の電解コンデンサが設けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記の大容量の電解コ
ンデンサは、使用環境，使用状態及び使用年月等により
容量低下が生じるおそれがあるため、メンテナンスを実
施して定期的にその静電容量を測定し、容量低下が生じ
たときに交換することが望まれる。

【０００４】そして、ｐＦオーダ等の数μＦ以下の小容
量の各種コンデンサについては、テスター等の携帯可能
な測定器が種々市販されている。

【０００５】しかし、数百μＦ〜数万μＦもの大容量の
電解コンデンサについては、市販の測定器等では測定す
ることができない。

【０００６】そのため、この種大容量の電解コンデンサ
については、多くの場合、インバータ装置のメーカの推
奨等にしたがって、５〜１０年程度毎に無条件に交換す
るしかなく、この結果、インバータ装置等の運転コスト
が高くなる等の問題点がある。

【０００７】ところで、この種大容量の電解コンデンサ
についても、放電時定数等を測定すればその測定結果か
ら静電容量を算出して求めることができるため、例えば
インバータ装置の定期的なメンテナンスを実施する際
に、放電用のスイッチや固定抵抗器等を用意し、つぎの
ようにしてその静電容量を測定することが考えられる。

【０００８】すなわち、インバータ装置を実際に運転
し、測定対象の電解コンデンサ（以下供試コンデンサと
いう）を負荷から切離した状態で初期充電した後、充電
状態の供試コンデンサの端子間に前記の放電用のスイッ
チ，固定抵抗器を直列に接続し、放電用のスイッチを閉
成して供試コンデンサを放電し、その端子間電圧の放電
変化を別途用意したオシロスコープ等の波形観測装置に
より測定して放電時定数等を求め、その結果からの逆算
等により供試コンデンサの静電容量を求めて測定するこ
とが考えられる。

【０００９】しかし、この場合はスイッチや固定抵抗器
の他に波形観測装置を要し、大規模になり、それらの運
搬等は容易でない。

【００１０】また、供試コンデンサの端子間に放電用の
スイッチや固定抵抗器を接続する必要があり、煩雑かつ
危険な作業を要する。

【００１１】しかも、実際にインバータ装置を運転して
供試コンデンサを初期充電するため、インバータ装置の
運転に精通したメンテナンス要員でなければ測定するこ
とができない。

【００１２】加えて、インバータ装置を運転して初期充
電する場合、試供コンデンサが例えば２００Ｖ〜４００
Ｖのインバータ装置としての規定電圧に充電され、初期
充電電圧が高電圧になるため、波形観測装置は勿論、放
電用のスイッチ，固定抵抗器等に高耐圧のものを使用す
る必要がある。

【００１３】しかも、この静電容量の測定中には、停電
状態にして行う必要があるインバータ装置の他のメンテ
ナンス作業を実施することができず、作業の効率化を図
ることができない。

【００１４】なお、インバータ装置を運転する代わりに
別途電源装置を用意し、この電源装置により供試コンデ
ンサを充電しようとすると、電源装置として、商用交流
電源を直流電源に変換する大型大容量のトランスや整流
器等又は大型，大容量の蓄電池等を要し、携帯すること
はできない。

【００１５】そして、インバータ装置以外の機器に設け
られたこの種大容量の電解コンデンサの静電容量を測定
する場合にも、前記と同様の種々の問題点がある。

【００１６】本発明は、携帯容易な軽量，小型な構成で
自己電源により初期充電して安全かつ簡単に大容量の電
解コンデンサの静電容量の測定が行える静電容量測定器
を提供することを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の静電容量測定器においては、電源用の太
陽電池と、この太陽電池に接続された本体とからなり、
この本体に、測定時に前記電解コンデンサの両端子に接
続される１対の測定端子と、太陽電池と両測定端子との
間の充電路を開閉する充電スイッチと、両測定端子間に
直列に設けられた放電路開閉用の放電スイッチ及び放電
抵抗と、太陽電池の直流出力により動作する測定処理回
路と、測定結果を表示する表示器とを備え、測定処理回
路に、両測定端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
測定開始操作により充電スイッチを閉成して電解コンデ
ンサを初期充電し，電圧検出手段の検出電圧が設定電圧
以上になったときに充電スイッチを開放して初期充電を
終了する充電制御手段と、初期充電の終了により放電ス
イッチを閉成して電解コンデンサを放電する放電制御手
段と、初期充電の終了時の検出電圧に所定の定数を乗算
して放電終了電圧を決定し，電解コンデンサの放電開始
から検出電圧が放電終了電圧に低下するまでの放電時間
と放電抵抗の抵抗値とにより電解コンデンサの静電容量
を算出して測定し，算出容量を測定結果として表示器に
表示させる演算制御手段とを設ける。

【００１８】したがって、測定対象の電解コンデンサ
（供試コンデンサ）の初期充電及び本体内の回路駆動
が、蓄電池等に比して著しく小型，軽量な太陽電池の直
流出力で行われる。

【００１９】また、本体の１対の測定端子に供試コンデ
ンサの両端子を接続し、測定開始操作（スイッチ操作）
を行えば、測定処理回路により、充電スイッチ及び放電
スイッチの開閉が制御され、自動的に供試コンデンサの
初期充電，放電が行われる。

【００２０】さらに、測定された放電時間と放電抵抗の
抵抗値とにより供試コンデンサの静電容量が自動的に算
出されて測定され、測定された静電容量が表示器に表示
される。

【００２１】そして、太陽電池と本体との携帯容易な軽
量，小型な構成からなり、１対の測定端子に供試コンデ
ンサの両端子を接続することにより、自己電源で初期充
電して自動的にその静電容量を測定することができ、こ
のとき、初期充電電圧は測定可能な低電圧に設定するこ
とができる。

【００２２】そのため、自己電源で初期充電して安全か
つ簡単に大容量の電解コンデンサの静電容量を測定する
ことができ、しかも、携帯することが容易な軽量，小型
の静電容量測定器を提供できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態につき、図
１ないし図４を参照して記明する。図１は測定状態の全
体構成を示し、電源用の太陽電池１に正，負の給電線２
ａ，２ｂを介して本体３が接続され、太陽電池１と本体
３とにより静電容量測定器が形成されている。

【００２４】また、本体３に正，負の測定線４ａ，４ｂ
を介してインバータ装置５に設けられた測定対象の大容
量の電解コンデンサ，すなわち供試コンデンサ６の両端
子６ａ，６ｂが接続されている。

【００２５】この供試コンデンサ６は静電容量の測定
時、端子６ａ，６ｂがインバータ装置５の正，負の内部
配線７ａ，７ｂから切離され、インバータ装置５から切
離された状態で本体３に接続される。

【００２６】そして、太陽電池１は作業員が１人で運搬
できるように極力軽量，小型にして本体３の駆動電源及
び供試コンデンサ６の初期充電の電源をまかなうため、
例えば容量数１０Ｗ，開放電圧１０〜２０Ｖ程度の可搬
可能な小型の太陽電池パネルからなる。

【００２７】つぎに、本体３は正面パネル３ａに、例え
ば自動復帰型スイッチからなる操作用のスタートスイッ
チ８，ストップスイッチ９，リセットスイッチ１０及び
多桁の液晶数字表示器等からなる容量表示器１１が取付
けられている。

【００２８】そして、本体３の内部回路は図２に示すよ
うに構成され、給電線２ａ，２ｂに正，負の電源ライン
１２ａ，１２ｂを介して１対の測定端子１３ａ，１３ｂ
が接続され、測定時、端子１３ａ，１３ｂに測定線４
ａ，４ｂを介して供試コンデンサ６の端子６ａ，６ｂが
接続され、太陽電池１から給電線２ａ，電源ライン１２
ａ，測定端子１３ａ，測定線４ａ，供試コンデンサ６，
測定線４ｂ，測定端子１３ｂ，電源ライン１２ｂ，給電
線２ｂを介して太陽電池１に戻るループにより、供試コ
ンデンサ６の充電路が形成される。

【００２９】また、電源ライン１２ａの途中にトランジ
スタにより形成された充電路開閉用の充電スイッチ１４
のコレクタ，エミッタが直列に挿入され、測定端子１３
ａ，１３ｂ間にトランジスタにより形成された放電路開
閉用の放電スイッチ１５のコレクタ，エミッタ及び固定
抵抗器からなる放電抵抗１６の直列回路が設けられてい
る。

【００３０】さらに、スイッチ８〜１０，容量表示器１
１及びスイッチ１４，１５の制御端子としてのベースが
本体３のマイクロコンピュータ構成の測定処理回路１７
に接続され、この測定処理回路１７は太陽電池１の直流
出力が給電線２ａ，２ｂを介して制御電源として給電さ
れ、この制御電源により駆動されて動作する。

【００３１】そして、測定処理回路１７は電圧検出端子
が電圧検出ライン１８を介して測定端子１３ａに接続さ
れ、高抵抗値の電圧検出抵抗等からなる内蔵の電圧検出
手段により、電圧検出端子と給電ライン２ｂとの間，す
なわち測定端子１３ａ，１３ｂ間の時々刻々の電圧を検
出する。

【００３２】また、マイクロコンピュータのソフトウェ
ア処理により、測定処理回路１７は充電制御手段，放電
制御手段及び演算制御手段を備える。

【００３３】そして、例えばリセットスイッチ１０の操
作により測定処理回路１７が初期リセットされた後、測
定開始操作によりスタートスイッチ８が瞬時オンする
と、充電制御手段は起動されて充電スイッチ１４のベー
スにハイレベルのオン信号を供給し、充電スイッチ１４
をオン（閉成）して供試コンデンサ６を初期充電し、こ
の初期充電により電圧検出手段の検出電圧Ｖmes(t)（供
試コンデンサ６の端子間電圧Ｖ_c(t)）が設定電圧Ｖ^* 以
上になると、前記オン信号の供給の停止して充電スイッ
チ１４をオフ（開放）し、供試コンデンサ６の初期充電
を終了する。

【００３４】また、放電制御手段は充電スイッチ１４が
オフして供試コンデンサ６の初期充電が終了した直後
に、放電スイッチ１５のベースにハイレベルのオン信号
を供給して放電スイッチ１５をオンし、供試コンデンサ
６の充電電荷を放電スイッチ１５，放電抵抗１６を介し
て放電し、測定終了操作によりストップスイッチ９がオ
ンすると、放電スイッチ１５のベースへのオン信号の供
給を停止し、放電スイッチ１５をオフする。

【００３５】このとき、供試コンデンサ６の初期充電に
基づく測定開始電圧（放電開始電圧）をＶstart ，供試
コンデンサ６の静電容量をＣ，放電抵抗１６の抵抗値を
Ｒとし、測定開始時刻（放電開始時刻）をｔ＝０とすれ
ば、放電抵抗１６を直流する供試験コンデンサ６の放電
電流Ｉ（ｔ）は、つぎの数１の式で示され、式中のＩ₀
は測定開始直後の初期電流Ｉ_O （＝Ｖstart／Ｒ）であ
る。

【００３６】

【数１】

【００３７】そして、放電時の検出電圧Ｖmes(t)は放電
抵抗１６の端子間電圧Ｖ_R(t)であり、つぎの数２の式に
示すように指数関数変化する。

【００３８】

【数２】

【００３９】そして、測定開始（放電開始）から時定数
Ｃ・Ｒの時間σが経過すると、検出電圧Ｖmes(t)はつぎ
の数３の式に示すように測定開始電圧Ｖstart の１／
ｅ，すなわち約３６．８％に低下する。

【００４０】

【数３】

【００４１】そのため、所定の定数を０．３６７８と
し、測定終了電圧Ｖend を０．３６７８・Ｖstart に設
定して検出電圧Ｖmes(t)が測定開始電圧Ｖstart から測
定終了電圧Ｖend に放電低下する時間σを計測すれば、
この時間σと既知の抵抗値Ｒとに基づき、つぎの数４の
式の演算から供試コンデンサ６の静電容量Ｃを算出して
測定できる。

【００４２】

【数４】

【００４３】この場合、供試コンデンサ６は測定開始電
圧Ｖstart ，測定終了電圧Ｖend 及び時間σが許容精度
で測定できる程度に初期充電すればよく、２００Ｖ〜４
００Ｖもの高電圧に初期充電する必要はなく、具体的に
は、例えば、設定電圧Ｖ^* を１０Ｖにして１０Ｖ程度の
比較的低い安全な電圧に初期充電する。

【００４４】そして、演算制御手段は時計機能，放電開
始直前の電圧検出手段の検出電圧に基づいて測定終了電
圧Ｖend を決定する機能，数４の式の演算から供試コン
デンサ６の静電容量Ｃを算出して測定する機能及び算出
した静電容量Ｃの表示信号を容量表示器１１に供給して
この表示器１１に表示させる機能を有し、供試コンデン
サ６の静電容量の測定，表示を制御する。

【００４５】なお、図２の１９はインバータ装置５のス
イッチング回路部等の内部回路であり、供試コンデンサ
６からみたときの負荷を形成する。

【００４６】つぎに、具体的な測定の１例につき、測定
処理回路１７の動作を示した図３のフローチャート及び
検出電圧Ｖmes(t)の波形，スイッチ１４，１６の状態を
示した図４のタイミングチャートを参照して説明する。

【００４７】まず、作業員が本測定器を携帯して作業現
場に出向き、太陽電池１，本体３を適当な場所に設置す
る。

【００４８】このとき、太陽電池１と本体３との間の給
電線２ａ，２ｂがコネクタケーブル等の着脱自在のケー
ブルであれば、このケーブルの接続も行う。

【００４９】つぎに、インバータ装置５を停止状態にし
て供試コンデンサ６の端子６ａ，６ｂからインバータ装
置５の内部配線７ａ，７ｂを切離し、供試コンデンサ６
をいわゆる無負荷状態にする。

【００５０】そして、測定線４ａ，４ｂの端部を供試コ
ンデンサ６の端子６ａ，６ｂに接続する。

【００５１】この接続は、最も簡単には、測定線４ａ，
４ｂの端部にクリップ等の着脱自在の接続手段を取付
け、この接続手段を端子６ａ，６ｂに取付けて行われ
る。

【００５２】そして、図１の接続状態にセットした後、
作業員が時刻ｔ₀ にスタートスイッチ８を操作してオン
すると、測定処理回路１７が測定プログラムを実行し、
図３のステップＳ₁ により充電スイッチ１４のベースに
オン信号を供給し、図４の（ｂ）に示すように充電スイ
ッチ１４をオンして供試コンデンサ６の初期充電を開始
する。

【００５３】この初期充電の開始により供試コンデンサ
６の端子間電圧が上昇し、図４の（ａ）に示すように測
定端子１３ｃ，１３ｂの検出電圧Ｖmes(t)が上昇する。

【００５４】そして、測定処理回路１７は検出電圧Ｖme
s(t)を周期的にサブリングして監視し、この電圧Ｖmes
(t)が時刻ｔ₁ に例えば１０Ｖの設定電圧Ｖ^* 以上に上
昇すると、図３のステップＳ₂ をＹＥＳ（肯定）で通過
してステップＳ₃ に移行し、このステップＳ₃ のサブス
テップＳ_3a，Ｓ_3b，Ｓ_3c，を実行する。

【００５５】このとき、サブステップＳ_3aにより充電ス
イッチ１４をオフして初期充電を終了し、サブステップ
Ｓ_3bによりそのときの検出電圧Ｖmes(t₁)を測定開始電
圧Ｖstartとし、この電圧Ｖstart に所定の定数０．３
６７８を乗算して測定終了電圧Ｖend を決定する。

【００５６】さらに、サブステップＳ_3cにより図４の
（ｃ）に示すように放電スイッチ１５をオンして供試コ
ンデンサ６の放電を開始し、その時刻ｔ₂ を記憶する。

【００５７】そして、放電中の検出電圧Ｖmes(t)を監視
し、検出電圧Ｖmes(t)が図４の（ａ）に示すように時刻
ｔ₃ に測定終了電圧Ｖend に低下すると、ステップＳ₄
をＹＥＳで通過し、ステップＳ₅ によりそのときの時刻
ｔ₃ を記憶する。

【００５８】さらに、ステップＳ₆ によりｔ₃ −ｔ₂ の
演算から時定数Ｃ・Ｒの時間σを算出し、ステップＳ₇
により算出した時間σと設定された放電抵抗１６の抵抗
値Ｒとに基づいて数４の式の演算を実行し、供試コンデ
ンサ６の静電容量Ｃを算出して測定する。

【００５９】そして、ステップＳ₈ ，Ｓ₉ により算出し
た静電容量Ｃの表示信号を容量表示器１１に供給し、こ
の表示器１１に測定結果の容量Ｃを数字表示する。

【００６０】この表示はストップスイッチ９がオンする
まで続けられ、このスイッチ９がオンすると、ステップ
Ｓ₉ からステップＳ₁₀に移行して容量表示器１１への表
示例の供給を停止し、表示器１１の表示をオフする。

【００６１】さらに、ステップＳ₁₁により放電スイッチ
１６をオフするとともに内部記憶等を初期化し、つぎの
測定に備える。

【００６２】そして、スタートスイッチ８がオンする毎
に図３のステップＳ₁ 〜Ｓ₁₁の処理がくり返され、供試
コンデンサ６の静電容量Ｃが自動的に測定されて表示さ
れる。

【００６３】したがって、太陽電池１の直流出力を本体
３の駆動電源及び供試コンデンサ６の初期充電の電源と
する携帯容易な軽量，小型の構成で供試コンデンサ６の
静電容量を自動的に測定して表示することができる。

【００６４】そして、スイッチ１４，１５を半導体構成
としたため、スイッチ１４，１５にリレー等の機械式の
スイッチを用いた場合より著しく小型に形成することが
できる。

【００６５】つぎに、本体３にスイッチ１４，１５及び
放電抵抗１６が収容されて配線されているため、現場で
のそれらの接続等が不要で測定線４ａ，４ｂの端部を供
試コンデンサ６の端子６ａ，６ｂに接続する構成を簡単
な作業のみで測定が行える。

【００６６】つぎに、供試コンデンサ６の初期充電が本
測定器の自己電源（太陽電池の直流出力）で行え、イン
バータ装置５を運転したり、別個に初期充電用の電源を
用意したりする必要がなく、インバータ装置５の運転に
精通していない作業員であっても容易に測定することが
でき、しかも、本測定中にインバータ装置５の停止状態
でのメンテナンス作業等を同時に行うことができ、作業
の効率化を図ることができる。

【００６７】しかも、測定中に充電個所に触れるおそれ
がなく、初期充電電圧も低いため、極めて安全に測定す
ることができる。

【００６８】そして、設定電圧Ｖ^* は図示省略したデッ
プスイッチ等により、供試コンデンサ６の静電容量に応
じて適当に設定すればよい。

【００６９】また、スイッチ１４，１５は電力用のＦＥ
Ｔ等で形成してもよく、場合によってはリレーで形成し
てもよい。

【００７０】さらに、容量表示器１１の表示手法等はど
のようであってもよく、その際、表示器１１はＬＥＤ表
示等であってもよい。

【００７１】そして、種々の装置の電解コンデンサの静
電容量の測定に適用することができるのは勿論である。

【００７２】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。測定対象の電解コンデンサ（供試コンデンサ）６の
初期充電及び本体３内の回路駆動を蓄電池等に比して著
しく小型，軽量な太陽電池１の直流出力で行うことがで
きる。

【００７３】また、本体３の１対の測定端子１３ａ，１
３ｂに供試コンデンサ６の両端子６ａ，６ｂを接続し、
測定開始操作（スイッチ操作）を行えば、測定処理回路
１７により、充電スイッチ１４及び放電スイッチ１５の
開閉が制御され、自動的に供試コンデンサ６の初期充
電，放電を行うことができる。

【００７４】さらに、測定された放電時間と放電抵抗１
６の抵抗値とにより供試コンデンサ６の静電容量を自動
的に算出して測定し、測定した静電容量を表示器（容量
表示器１１）に表示することができる。

【００７５】しかも、供試コンデンサ６の初期充電電圧
を低電圧にして測定することができ、安全である。

【００７６】したがって、太陽電池１と本体３との携帯
容易な軽量，小型な構成からなり、自己電源で初期充電
して安全かつ簡単にインバータ装置の直流入力段等に設
けられた主に大容量の電解コンデンサ６の静電容量の測
定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の使用状態の全体構成の
説明図である。

【図２】図１の回路結線図である。

【図３】図２の測定処理回路の動作説明用のフローチャ
ートである。

【図４】（ａ）は図３の検出電圧の波形図，（ｂ）は図
３の充電スイッチのタイミングチャート、（ｃ）は図３
の放電スイッチのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ３ 本体 ５ インバータ装置 ６ 供試コンデンサ（測定対象の電解コンデンサ） １１ 容量表示器 １３ａ，１３ｂ 測定端子 １４ 充電スイッチ １５ 放電スイッチ １６ 放電抵抗 １７ 測定処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ装置の直流入力段等に設けら
   れた電解コンデンサの静電容量を測定する静電容量測定
   器において、 電源用の太陽電池と、 前記太陽電池に接続された本体とからなり、 前記本体に、 測定時に前記電解コンデンサの両端子に接続される１対
   の測定端子と、 前記太陽電池と前記両測定端子との間の充電路を開閉す
   る充電スイッチと、 前記両測定端子間に直列に設けられた放電路開閉用の放
   電スイッチ及び放電抵抗と、 前記太陽電池の直流出力により動作する測定処理回路
   と、 測定結果を表示する表示器とを備え、 前記測定処理回路に、 前記両測定端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、 測定開始操作により前記充電スイッチを閉成して前記電
   解コンデンサを初期充電し，前記電圧検出手段の検出電
   圧が設定電圧以上になったときに前記充電スイッチを開
   放して前記初期充電を終了する充電制御手段と、 前記初期充電の終了により前記放電スイッチを閉成して
   前記電解コンデンサを放電する放電制御手段と、 前記初期充電の終了時の前記検出電圧に所定の定数を乗
   算して測定終了電圧を決定し，前記電解コンデンサの放
   電開始から前記検出電圧が前記測定終了電圧に低下する
   までの放電時間と前記放電抵抗の抵抗値とにより前記電
   解コンデンサの静電容量を算出して測定し，算出容量を
   測定結果として前記表示器に表示させる演算制御手段と
   を設けたことを特徴とする静電容量測定器。