JPWO2004084395A1 - インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
この発明のインバータ装置において、スイッチング制御回路６ａは、電解コンデンサ５に接続された電源が遮断された時、インバータ主回路７ａのスイッチング素子を動作させて負荷に電流を流すことにより電解コンデンサ５の電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器１０ａは、電解コンデンサ５からの流出電流Ｉｃと放電時間から求めた放電電荷量と電解コンデンサ５の放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧ΔＶとに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出する。
Description
この発明は、インバータ装置に使用される電解コンデンサの寿命を判別できるインバータ装置に関する。
周知のように、電圧形インバータ装置の主回路平滑部には電解コンデンサが使用されているが、この電解コンデンサには、寿命があるため、一般的にインバータ装置が設計した一定時間を経過したなら電解コンデンサの寿命と見なし、電解コンデンサを交換していた。しかし、インバータ装置が使用される環境によって電解コンデンサの寿命は大きく変化するので、設計した一定時間は経過しているが、まだ劣化していないのに電解コンデンサが交換される場合や、逆に劣化していても設計した一定時間が経過していないため電解コンデンサの寿命と見なされず交換されない場合がある。
インバータ装置に使用される電解コンデンサの寿命を判別できるようにしたものとして特許文献１（特開平１１−９８８５４号公報）に開示されたインバータ装置がある。特許文献１に記載の電解コンデンサを主回路平滑部に用いるインバータ装置は、電解コンデンサに並列接続された放電用抵抗と、電解コンデンサの両端電圧を監視する電圧検出部と、電解コンデンサへの電圧供給が断たれたときに、放電用抵抗Ｒと電解コンデンサの静電容量Ｃで決定される放電時定数ｔ（ｔ＝Ｃ・Ｒ）を計測し、その計算値より演算される静電容量と予め基準として求めて、ある電解コンデンサの静電容量の許容範囲とを越えたときに電解コンデンサは寿命であると判断する判定部とからなる電解コンデンサの寿命判別手段を備えたものである。
また、コンデンサの寿命を的確に診断することを目的としたものとして特許文献２（特開平１１−２３１００８号公報）に開示されたコンデンサ寿命診断装置がある。特許文献２では、電源電圧投入あるいは印加停止後の少なくとも一方の時点に際してのコンデンサの両端間電圧を複数点でサンプリングし、各サンプリング電圧から時定数Ｔを求めるとともに、既知の抵抗値例えばスイッチング電源装置においてコンデンサと接続されている突入電流防止抵抗の抵抗値Ｒとからコンデンサの容量Ｃ０をＴ／Ｒの式から演算して求め、周囲温度の変化による抵抗の抵抗値Ｒの変化±ΔＲ、コンデンサの容量の変化＋ΔＣを考慮したコンデンサの理論上の最悪の容量Ｃｒ＝Ｔ／（Ｒ±ΔＲ）＋ΔＣに対して、コンデンサの容量Ｃ０が、その容量Ｃｒ以下であると判断したときは、コンデンサが容量抜けを起していると判断する。
また、放電用抵抗による専用の放電回路を用いずに、電動機との閉回路により電動機に電流を流すことによってコンデンサ充電残留電圧を負荷ロス分として放電させるようにしたものとして、特許文献３（特開平１１−８９２６４号公報）に開示された主回路電源放電方法がある。特許文献３は、主回路への直流入力電源が遮断されると、制御を電動機駆動制御から放電モードへ移行して、電動機との閉回路により電動機に電流を流すことによって、コンデンサの充電電圧を負荷ロスとして電動機と負荷を動かすトルクエネルギーとして消費させ放電させるものである。
上記の特許文献１または特許文献２でほ電解コンデンサの寿命推定に抵抗（特許文献１では放電用抵抗、特許文献２では突入電流防止抵抗）を用いているため、抵抗周囲の温度変化により抵抗値が変動した場合、時定数測定による電解コンデンサの寿命推定では精度を保つことは困難であるという問題点があった。
また、電解コンデンサの放電に使用される抵抗の熱容量を小さなものとすると抵抗値が大きくなり、コンデンサ出力電流が少なくなるため、放電時間の測定が長くなってしまい、逆に抵抗値を小さくして放電時間の測定時間を短くしようとすると、抵抗で消費される電力が大きくなるため、熱容量の大きな抵抗を設置する必要があり、インバータ装置が大きくなってしまうという問題点もあった。
また、電解コンデンサの放電に使用される抵抗は電解コンデンサと隣接しているため、抵抗の使用範囲内である発熱量であっても電解コンデンサ本体温度を上昇させ、電解コンデンサの静電容量を変動させる原因となるという問題点もあった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電解コンデンサの寿命を精度良く判断でき、電解コンデンサの交換時期を的確に判断できるインバータ装置を得ることを目的とする。
インバータ装置に使用される電解コンデンサの寿命を判別できるようにしたものとして特許文献１（特開平１１−９８８５４号公報）に開示されたインバータ装置がある。特許文献１に記載の電解コンデンサを主回路平滑部に用いるインバータ装置は、電解コンデンサに並列接続された放電用抵抗と、電解コンデンサの両端電圧を監視する電圧検出部と、電解コンデンサへの電圧供給が断たれたときに、放電用抵抗Ｒと電解コンデンサの静電容量Ｃで決定される放電時定数ｔ（ｔ＝Ｃ・Ｒ）を計測し、その計算値より演算される静電容量と予め基準として求めて、ある電解コンデンサの静電容量の許容範囲とを越えたときに電解コンデンサは寿命であると判断する判定部とからなる電解コンデンサの寿命判別手段を備えたものである。
また、コンデンサの寿命を的確に診断することを目的としたものとして特許文献２（特開平１１−２３１００８号公報）に開示されたコンデンサ寿命診断装置がある。特許文献２では、電源電圧投入あるいは印加停止後の少なくとも一方の時点に際してのコンデンサの両端間電圧を複数点でサンプリングし、各サンプリング電圧から時定数Ｔを求めるとともに、既知の抵抗値例えばスイッチング電源装置においてコンデンサと接続されている突入電流防止抵抗の抵抗値Ｒとからコンデンサの容量Ｃ０をＴ／Ｒの式から演算して求め、周囲温度の変化による抵抗の抵抗値Ｒの変化±ΔＲ、コンデンサの容量の変化＋ΔＣを考慮したコンデンサの理論上の最悪の容量Ｃｒ＝Ｔ／（Ｒ±ΔＲ）＋ΔＣに対して、コンデンサの容量Ｃ０が、その容量Ｃｒ以下であると判断したときは、コンデンサが容量抜けを起していると判断する。
また、放電用抵抗による専用の放電回路を用いずに、電動機との閉回路により電動機に電流を流すことによってコンデンサ充電残留電圧を負荷ロス分として放電させるようにしたものとして、特許文献３（特開平１１−８９２６４号公報）に開示された主回路電源放電方法がある。特許文献３は、主回路への直流入力電源が遮断されると、制御を電動機駆動制御から放電モードへ移行して、電動機との閉回路により電動機に電流を流すことによって、コンデンサの充電電圧を負荷ロスとして電動機と負荷を動かすトルクエネルギーとして消費させ放電させるものである。
上記の特許文献１または特許文献２でほ電解コンデンサの寿命推定に抵抗（特許文献１では放電用抵抗、特許文献２では突入電流防止抵抗）を用いているため、抵抗周囲の温度変化により抵抗値が変動した場合、時定数測定による電解コンデンサの寿命推定では精度を保つことは困難であるという問題点があった。
また、電解コンデンサの放電に使用される抵抗の熱容量を小さなものとすると抵抗値が大きくなり、コンデンサ出力電流が少なくなるため、放電時間の測定が長くなってしまい、逆に抵抗値を小さくして放電時間の測定時間を短くしようとすると、抵抗で消費される電力が大きくなるため、熱容量の大きな抵抗を設置する必要があり、インバータ装置が大きくなってしまうという問題点もあった。
また、電解コンデンサの放電に使用される抵抗は電解コンデンサと隣接しているため、抵抗の使用範囲内である発熱量であっても電解コンデンサ本体温度を上昇させ、電解コンデンサの静電容量を変動させる原因となるという問題点もあった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電解コンデンサの寿命を精度良く判断でき、電解コンデンサの交換時期を的確に判断できるインバータ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るインバータ装置は、直流電源としての電解コンデンサと、スイッチング素子を有し、この電解コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ主回路と、このインバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチング制御回路と、電解コンデンサの静電容量を算出する電解コンデンサ静電容量算出器と、を有するインバータ装置において、スイッチング制御回路は、電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、インバータ主回路のスイッチング素子を動作させて負荷に電流を流すことにより電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器は、電解コンデンサからの流出電流と放電時間から求めた放電電荷量と電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたので、
絶対値としての電解コンデンサの静電容量が把握でき、正確な電解コンデンサの寿命予測ができる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、インバータ主回路のスイッチング素子を動作させて負荷に電流を流すことにより電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器は、インバータ主回路の出力側に設けた電流検出器で検出したインバータ出力電流とインバータ主回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態から求めた放電電荷量と、電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたので、
汎用インバータの素子保護用や負荷制御用に各相に付いている電流検出器がそのまま使用でき、安価に電解コンデンサの寿命予測が実現できる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、インバータ主回路の内、特定の１相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、その他の相は上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力して、負荷に電流を流すことにより電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器は、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させている特定の１相を流れる電流とＯＮ／ＯＦＦ動作するＯＮ時間から求めた放電電荷量と、電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたので、
放電時間を算出する必要がなく、正確な電解コンデンサの寿命予測ができる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、インバータ主回路の内、特定の１相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、その他の相は上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力して、負荷に電流を流すことにより前記電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器は、電解コンデンサから流出した電流とＯＮ／ＯＦＦ動作するＯＮ時間から求めた放電電荷量と、電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたので、
非絶縁の安価な電流検出器が使用できる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、インバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を生成するときに使用する電流指令値と、電解コンデンサ静電容量算出器で使用する電解コンデンサから流出した電流または前記電解コンデンサから流出した電流に相当する電流とを比較する比較器と、この比較器の出力側に過電流防止のための電流制御器とを、入力側に設けたので、
負荷動作時に巻き線のインダクタンスが変化した場合においても過電流が生じないように制御でき、電解コンデンサの静電容量を正確に算出できる。
また、この発明に係るインバータ装置は、電解コンデンサ静電容量算出器で算出した電解コンデンサの静電容量が予め設定してある第１の静電容量許容値よりも低くなった場合に、異常信号を出力する異常信号出力回路を備えたので、
ユーザが電解コンデンサ交換時期を容易に判断できる。
さらに、この発明に係るインバータ装置における異常信号出力回路は、第１の静電容量許容値よりも大きい第２の静電容量許容値を設定可能とするとともに、電解コンデンサ静電容量算出器で算出した電解コンデンサの静電容量がこの第２の静電容量許容値よりも低くなった場合に、事前通知信号を出力するようにしたので、
ユーザが電解コンデンサ交換時期が近づいていることを判断して、電解コンデンサ交換作業の準備ができる。
絶対値としての電解コンデンサの静電容量が把握でき、正確な電解コンデンサの寿命予測ができる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、インバータ主回路のスイッチング素子を動作させて負荷に電流を流すことにより電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器は、インバータ主回路の出力側に設けた電流検出器で検出したインバータ出力電流とインバータ主回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態から求めた放電電荷量と、電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたので、
汎用インバータの素子保護用や負荷制御用に各相に付いている電流検出器がそのまま使用でき、安価に電解コンデンサの寿命予測が実現できる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、インバータ主回路の内、特定の１相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、その他の相は上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力して、負荷に電流を流すことにより電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器は、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させている特定の１相を流れる電流とＯＮ／ＯＦＦ動作するＯＮ時間から求めた放電電荷量と、電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたので、
放電時間を算出する必要がなく、正確な電解コンデンサの寿命予測ができる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、インバータ主回路の内、特定の１相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、その他の相は上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力して、負荷に電流を流すことにより前記電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、電解コンデンサ静電容量算出器は、電解コンデンサから流出した電流とＯＮ／ＯＦＦ動作するＯＮ時間から求めた放電電荷量と、電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたので、
非絶縁の安価な電流検出器が使用できる。
また、この発明に係るインバータ装置において、スイッチング制御回路は、インバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を生成するときに使用する電流指令値と、電解コンデンサ静電容量算出器で使用する電解コンデンサから流出した電流または前記電解コンデンサから流出した電流に相当する電流とを比較する比較器と、この比較器の出力側に過電流防止のための電流制御器とを、入力側に設けたので、
負荷動作時に巻き線のインダクタンスが変化した場合においても過電流が生じないように制御でき、電解コンデンサの静電容量を正確に算出できる。
また、この発明に係るインバータ装置は、電解コンデンサ静電容量算出器で算出した電解コンデンサの静電容量が予め設定してある第１の静電容量許容値よりも低くなった場合に、異常信号を出力する異常信号出力回路を備えたので、
ユーザが電解コンデンサ交換時期を容易に判断できる。
さらに、この発明に係るインバータ装置における異常信号出力回路は、第１の静電容量許容値よりも大きい第２の静電容量許容値を設定可能とするとともに、電解コンデンサ静電容量算出器で算出した電解コンデンサの静電容量がこの第２の静電容量許容値よりも低くなった場合に、事前通知信号を出力するようにしたので、
ユーザが電解コンデンサ交換時期が近づいていることを判断して、電解コンデンサ交換作業の準備ができる。
第１図はこの発明の実施の形態１に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第２図はこの発明の実施の形態２に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第３図はこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第４図はこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置のインバータ主回路の等価回路を示す図である。
第５図はこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置において電解コンデンサ流出電流ＩｃとＵ相電流Ｉｕとの関係を示す図である。
第６図はこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第７図はこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置のインバータ主回路の等価回路を示す図である。
第８図はこの発明の実施の形態５に係るインバータ装置におけるスイッチング制御回路の構成を示す図である。
第９図はこの発明の実施の形態６に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第２図はこの発明の実施の形態２に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第３図はこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第４図はこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置のインバータ主回路の等価回路を示す図である。
第５図はこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置において電解コンデンサ流出電流ＩｃとＵ相電流Ｉｕとの関係を示す図である。
第６図はこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置の構成を示す図である。
第７図はこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置のインバータ主回路の等価回路を示す図である。
第８図はこの発明の実施の形態５に係るインバータ装置におけるスイッチング制御回路の構成を示す図である。
第９図はこの発明の実施の形態６に係るインバータ装置の構成を示す図である。
実施の形態１．
第１図によりこの発明の実施の形態１に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第１図において、インバータ装置１ａは商用電源２に遮断器３を介して接続され、コンバータ４で商用電源２の商用周波数の交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧を電解コンデンサ５で平滑する。また、スイッチング制御回路６ａからの制御信号により、インバータ主回路７ａを構成するスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、直流電力を所定の周波数、電圧の交流電力に変換し、負荷としての電動機８を駆動する。
また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ａは、電解コンデンサ放電時の放電時間を測定するタイマを備え、電圧検出器１１ａで検出した電解コンデンサ５の電圧、電流検出器１２ａで検出した電解コンデンサ５からの流出電流および放電時間に基づき、電解コンデンサ５の静電容量を算出する。
実施の形態１のインバータ装置１ａにおける電解コンデンサ５の寿命予測を行う方法について、以下説明する。
インバータ装置１ａが通常運転している場合、遮断器３を介してコンバータ４に商用電源が供給され、インバータ主回路７ａで任意の周波数に制御された交流が電動機８に出力される。ここで、遮断器３により商用電源２を遮断すると、電解コンデンサ５には電荷が蓄積されたままの状態となる。
次に、インバータ主回路７ａのスイッチング素子を動作させて電解コンデンサ５に蓄えられている電荷を電動機８に通電すると、この電荷は電動機８で急速放電されることになる。電動機８は数ｋＷまたは数十ｋＷの容量を持っているため、急速放電時に生じる発熱は電動機本体に何ら影響を与えることなく、また、電動機８と電解コンデンサ５は隣接していないため、電動機８の本体温度が大きく変化したとしても電解コンデンサ５に与える影響はない。
放電時に、電解コンデンサ静電容量算出器１０ａは、電圧検出器１１ａで検出した電解コンデンサ５の電圧により放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧ΔＶを求める。また、電流検出器１２ａで検出した電解コンデンサ５から流出した電流である電解コンデンサ流出電流Ｉｃを放電時間ｔで積分して放電電荷量を求める。続いて、放電電圧ΔＶと放電電荷量とに基づき、式（１）により電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
静電容量Ｃ ＝ 放電電荷量 ／ 放電電圧
＝ ∫（Ｉｃ×ｔ）／ΔＶ ・・・・・（１）
上述のように、電解コンデンサの電圧と電流を検出して電解コンデンサ５の静電容量を求めるようにしたので、絶対値としての電解コンデンサ５の静電容量が把握でき、電解コンデンサの寿命予測がより正確に実施できる。
ところで、上記では電解コンデンサ放電時の放電時間を測定するタイマを電解コンデンサ静電容量算出器１０ａに備えた例で説明したが、インバータに組み込まれたマイコン等（図示せず）により放電時間を測定してもよい。
実施の形態２．
第２図によりこの発明の実施の形態２に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第２図において、２〜５、６ａ、７ａ、８は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、電圧検出器１１ｂは電解コンデンサ５の電圧を検出するとともに放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧ΔＶを求めるように構成し、インバータ主回路７の出力側の各相に電流検出器１２ｂを設ける。
電解コンデンサ静電容量算出器１０ｂは、電流検出器１２ｂにより検出された各相のインバータ出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、スイッチング制御回路６から出力されるインバータ主回路７を構成するスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号とから電解コンデンサ５の放電電荷量を求め、この放電電荷量と、電圧検出器１１ｂで求めた電解コンデンサ５の放電電圧ΔＶと、を用いて電解コンデンサ５の静電容量を算出する。
この電解コンデンサ５の電荷量および静電容量を算出する方法として、（ａ）アナログ回路により求める場合、（ｂ）インバータ装置に搭載されたマイコン等を利用して求める場合、について以下説明する。
（ａ）アナログ回路により求める場合
各相のインバータ出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとし、各相のスイッチング状況を示す変数ｓｉｇｎを、上側スイッチング素子ＯＮ時：ｓｉｇｎ＝１、下側スイッチング素子ＯＮ時：ｓｉｇｎ＝−１ とすると、電解コンデンサの放電電荷量は式（２）で算出できる。ここで、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは極性を持ち、インバータ装置から負荷に向かう方向を正とする。
電解コンデンサの放電電荷量＝∫（１／２）×｛ Ｉｕ×ｓｉｇｎ（ｕ）＋Ｉｖ×ｓｉｇｎ（ｖ）＋Ｉｗ×ｓｉｇｎ（ｗ）｝ｄｔ・・・（２）
また、電解コンデンサ５の静電容量Ｃは、式（２）で算出した電解コンデンサの放電電荷量と放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧ΔＶとから式（３）で求められる。
静電容量Ｃ＝∫（１／２）×｛ Ｉｕ×ｓｉｇｎ（ｕ）＋Ｉｖ×ｓｉｇｎ（ｖ）＋Ｉｗ×ｓｉｇｎ（ｗ）｝ｄｔ／ΔＶ・・・（３）
（ｂ）インバータ装置に搭載されたマイコン等を利用して求める場合
各相のインバータ出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとし、各相の上側スイッチング素子のオン時間をＵＰｏｎ、ＶＰｏｎ、ＷＰｏｎとし、スイッチング周期をＴとすると、電解コンデンサ５の放電電荷量は式（４）で算出できる。
電解コンデンサの放電電荷量＝Σ（Ｉｕ×ＵＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｖ×ＶＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｗ×ＷＰｏｎ／Ｔ）・・・（４）
また、電解コンデンサ５の静電容量Ｃは式（５）で求められる。
静電容量Ｃ＝Σ（Ｉｕ×ＵＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｖ×ＶＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｗ×ＷＰｏｎ／Ｔ）／ΔＶ・・・（５）
上述のように、実施の形態２に係るインバータ装置１ｂでは、インバータ主回路７ａを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を利用して、電解コンデンサ５の静電容量を算出するようにしたものである。
実施の形態１に係るインバータ装置１ａにおいては、専用の電流検出器１２ａで電解コンデンサ５からの流出電流を検出する例を示したが、実施の形態２に係るインバータ装置１ｂは、汎用インバータ装置において素子保護用や電動機制御用に、インバータ主回路７の出力側の各相に取り付けられている電流検出器１２ｂを使用するようにしたもので、低コストで実現できる。
実施の形態３．
第３図によりこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第３図において、５、８、１１ａは第１図と同様であり、その説明を省略する。スイッチング制御回路６ｃは、商用電源遮断時に、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させ、Ｖ相およびＷ相については上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力する。また、Ｕ相（商用電源遮断時に、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相）の出力側に電流検出器１２ｃを設ける。
また、インバータ主回路７ｃにおいて常時ＯＮしている２相の下側のスイッチング素子にはダイオード素子１３を並列接続し、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相における上側のスイッチング素子がＯＦＦし、下側のスイッチング素子がＯＮしている状態での電流の経路を確保する回路構成とする。Ｕ相の上側のスイッチング素子がＯＦＦし、下側のスイッチング素子がＯＮしている場合、電解コンデンサ５から流出した電流である電解コンデンサ流出電流Ｉｃは、Ｕ相の下側のスイッチング素子→ Ｖ、Ｗ相の下側のダイオード素子 → 電動機８ → Ｕ相の下側のスイッチング素子という経路で流れる。ここで、電解コンデンサ流出電流Ｉｃは、Ｕ相に流れる電流をＩｕ、Ｖ相に流れる電流をＩｖ、Ｗ相に流れる電流をＩｗとすると、Ｉｃ＝Ｉｕ＝Ｉｖ＋Ｉｗ となる。
また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｃはＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相のスイッチング素子における上側のスイッチング素子のＯＮ時間Ｔｏｎと、電解コンデンサ５の両端電圧降下分ΔＶと、Ｕ相に流れる電流Ｉｕ（＝電解コンデンサ流出電流Ｉｃ）とから電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
第３図、第４図および第５図によりこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置において電解コンデンサの静電容量を算出する処理を説明する。
商用電源遮断時に、インバータ主回路７ｃのスイッチング素子に前述のＯＮ／ＯＦＦ動作を行わせて、電解コンデンサ５の放電を開始する。
第４図は、Ｖ相およびＷ相の上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮとし、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させた場合で、Ｕ相の上側のスイッチング素子がＯＮし、下側のスイッチング素子がＯＦＦしている時の、電解コンデンサ流出電流Ｉｃの経路を示したもので、電解コンデンサ５ → Ｕ相の上側のスイッチング素子 → 電動機８ → Ｖ、Ｗ相の下側のスイッチング素子（Ｖ相とＷ相に均等に流れる） → 電解コンデンサ５の経路で流れる。
また、電流検出器１２ｃで検出するＵ相電流Ｉｕは、第５図に示すように、Ｕ相の上側のスイッチング素子をＯＮするＯＮ時間Ｔｏｎの間は、電解コンデンサ流出電流Ｉｃが流れるため、電解コンデンサ５の電荷が放電され、Ｕ相電流Ｉｕが増加する。一方、Ｕ相の上側のスイッチング素子をＯＦＦし、Ｕ相の下側のスイッチング素子をＯＮするところのキャリア周期Ｔｓの内ＯＮ時間Ｔｏｎ以外の時間（Ｔｓ−Ｔｏｎ）では、電解コンデンサ５の電荷が放電されず、Ｕ相電流Ｉｕが減少する。従って、スイッチング制御回路６ｃからＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるＯＮ時間Ｔｏｎのみ、電解コンデンサ５に蓄えられた電荷が放電されることになり、放電時間＝ＯＮ時間Ｔｏｎとなる。
次に、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｃで、電流検出器１２ｃで検出したＵ相電流Ｉｕと、放電時間（＝スイッチング制御回路６ｃからＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるＯＮ時間Ｔｏｎ）とを乗算して積分する。また、電圧検出器１１ａで検出した電解コンデンサ５の電圧Ｖｄｃから放電開始時の電解コンデンサ電圧と放電中の電解コンデンサ電圧との差を求め、電圧降下分としての放電電圧ΔＶを求める。
Ｕ相電流Ｉｕを、上述のＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるＯＮ時間Ｔｏｎで積分して求めた電解コンデンサ５の放電電荷量と、放電電圧ΔＶとから電解コンデンサ５の静電容量Ｃは式（６）で求められる。
静電容量Ｃ＝∫（Ｉｕ×Ｔｏｎ）／ΔＶ・・・（６）
ところで、上記説明ではＵ相のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させ、Ｖ相とＷ相については上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとした例について述べたが、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相をＶ相またはＷ相としても同様の効果が得られる。また、この場合には、電流検出器１２ｃはＶ相またはＷ相に設けられる。
実施の形態４．
第６図によりこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第６図において、５、６ｃ、８、１１ａ、１３は第３図と同様であり、その説明を省略する。インバータ主回路７ｄの下側スイッチング素子と電解コンデンサ５との間に電流検出器１２ｄを設置する。
また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｄはＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相のスイッチング素子における上側のスイッチング素子のＯＮ時間Ｔｏｎと、電解コンデンサ５の両端電圧降下分ΔＶと、電解コンデンサ流出電流Ｉｃとから電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
第６図および第７図によりこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置において電解コンデンサの静電容量を算出する処理を説明する。
商用電源遮断時に、インバータ主回路７ｄのスイッチング素子に前述のＯＮ／ＯＦＦ動作を行わせて、電解コンデンサ５の放電を開始する。
第７図はＶ相およびＷ相の上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮとし、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させた場合で、Ｕ相の上側のスイッチング素子がＯＮし、下側のスイッチング素子がＯＦＦしている時の、電解コンデンサ流出電流Ｉｃ経路を示したもので、電解コンデンサ５ → Ｕ相の上側のスイッチング素子 → 電動機８ → Ｖ、Ｗ相の下側のスイッチング素子（Ｖ相とＷ相に均等に流れる） → 電解コンデンサ５の経路で流れる。ここで、電解コンデンサ流出電流Ｉｃは、Ｕ相に流れる電流をＩｕ、Ｖ相に流れる電流をＩｖ、Ｗ相に流れる電流をＩｗとすると、Ｉｃ＝Ｉｕ＝Ｉｖ＋Ｉｗ となる。
電解コンデンサ静電容量算出器１０ｄは、電流検出器１２ｄで検出した電解コンデンサ流出電流Ｉｃと、放電時間（＝スイッチング制御回路６ｃからＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるオン時間Ｔｏｎ）とを乗算して積分する。また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｄはＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相のスイッチング素子における上側のスイッチング素子のＯＮ時間Ｔｏｎと、電解コンデンサ５の両端電圧降下分ΔＶと、電解コンデンサ流出電流Ｉｃとから、式（７）で電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
静電容量Ｃ＝∫（Ｉｃ×Ｔｏｎ）／ΔＶ・・・（７）
上述の電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する式（７）は、実施の形態３において電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する式（６）のＵ相電流Ｉｕを電解コンデンサ流出電流Ｉｃに置き換えたものである。
実施の形態３においては、商用電源遮断時に、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相（第３図におけるＵ相）の出力側に電流検出器１２ｃを設け、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させ、Ｖ相およびＷ相については上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮと制御した場合に、電解コンデンサ流出電流Ｉｃ＝Ｕ相に流れる電流Ｉｕとなることから、Ｕ相に流れる電流Ｉｕを電解コンデンサ流出電流Ｉｃの代りに使用するものである。
第３図に示すように、電解コンデンサ静電容量算出に用いる電流（＝電解コンデンサ流出電流Ｉｃ）をインバータ出力側に設置した電流検出器１２ｃで検出する方法においては、制御回路電源（図示せず）を点Ａの電位と等しくした場合、絶縁が必要となるので、絶縁型の電流検出器を使用する必要がある。
実施の形態４では、電解コンデンサ５とインバータ主回路７ｄの下側スイッチング素子との間に、電流検出器１２ｄを設置するようにしたので、制御回路電源を点Ａの電位と等しくした場合でも、電流検出器は非絶縁型のものでよく、例えば安価なシャント抵抗を使用することができる。
ところで、上記説明では電解コンデンサ流出電流Ｉｃを検出する電流検出器１２ｄを電解コンデンサ５とインバータ主回路７ｄの下側スイッチング素子との間に設置するようにした例について述べたが、Ｕ相下側スイッチング素子とＶ相下側スイッチング素子との間に電流検出器を設置しても同様の効果が得られる。
実施の形態５．
第８図によりこの発明の実施の形態５に係るインバータ装置におけるスイッチング制御回路を説明する。
実施の形態５に係るインバータ装置におけるスイッチング制御回路１４は、インバータ主回路（図示せず）のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチング制御回路６（６ａ，６ｃ）の入力側に、電流指令値ｉ＊ と電流検出値ｉとを比較する比較器１５と、過電流防止のための電流制御器１６とを設け、電流ループを組むようにしたので、負荷動作時に巻き線のインダクタンスが変化した場合においても過電流が生じないように制御でき、正確に電解コンデンサの静電容量を算出できる
実施の形態６．
第９図によりこの発明の実施の形態６に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第図において、２〜５、６ａ、７ａ、８、１０ａ、１１ａ、１２ａは第１図と同様であり、その説明を省略する。
実施の形態６に係るインバータ装置１ｅにおいては、異常信号出力回路１６は電解コンデンサ静電容量算出器１０ａで算出した電解コンデンサ５の静電容量が第１の静電容量許容値よりも低くなった時に異常信号を出力する。また、異常信号出力回路１７は電解コンデンサ５の静電容量が、第１の静電容量許容値よりも大きい第２の静電容量許容値よりも低くなった時に事前通知信号を出力する。
実施の形態６に係るインバータ装置１ｅにおいては、電解コンデンサ５の静電容量が第１の静電容量許容値よりも低くなった時に異常信号を出力するようにしたので、ユーザが電解コンデンサ交換時期を容易に判断できる。また、電解コンデンサ交換時期を判定する第１の静電容量許容値より大きい第２の静電容量許容値を設定しておき、電解コンデンサ５の静電容量が第２の静電容量許容値よりも低くなった時に事前通知信号を出力するようにしたので、ユーザが電解コンデンサ交換時期が近づいていることを判断して、電解コンデンサ交換作業の準備ができるので、電解コンデンサ交換時におけるインバータ装置の停止時間を最小限に抑えることができる。
ところで、上記実施の形態１〜６においては、負荷として電動機８の例で説明したが、負荷が誘導加熱器やオゾン発生器等の誘導性負荷であっても同様に電解コンデンサ５の静電容量を求めることができ、正確な寿命予測が可能である。
第１図によりこの発明の実施の形態１に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第１図において、インバータ装置１ａは商用電源２に遮断器３を介して接続され、コンバータ４で商用電源２の商用周波数の交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧を電解コンデンサ５で平滑する。また、スイッチング制御回路６ａからの制御信号により、インバータ主回路７ａを構成するスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、直流電力を所定の周波数、電圧の交流電力に変換し、負荷としての電動機８を駆動する。
また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ａは、電解コンデンサ放電時の放電時間を測定するタイマを備え、電圧検出器１１ａで検出した電解コンデンサ５の電圧、電流検出器１２ａで検出した電解コンデンサ５からの流出電流および放電時間に基づき、電解コンデンサ５の静電容量を算出する。
実施の形態１のインバータ装置１ａにおける電解コンデンサ５の寿命予測を行う方法について、以下説明する。
インバータ装置１ａが通常運転している場合、遮断器３を介してコンバータ４に商用電源が供給され、インバータ主回路７ａで任意の周波数に制御された交流が電動機８に出力される。ここで、遮断器３により商用電源２を遮断すると、電解コンデンサ５には電荷が蓄積されたままの状態となる。
次に、インバータ主回路７ａのスイッチング素子を動作させて電解コンデンサ５に蓄えられている電荷を電動機８に通電すると、この電荷は電動機８で急速放電されることになる。電動機８は数ｋＷまたは数十ｋＷの容量を持っているため、急速放電時に生じる発熱は電動機本体に何ら影響を与えることなく、また、電動機８と電解コンデンサ５は隣接していないため、電動機８の本体温度が大きく変化したとしても電解コンデンサ５に与える影響はない。
放電時に、電解コンデンサ静電容量算出器１０ａは、電圧検出器１１ａで検出した電解コンデンサ５の電圧により放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧ΔＶを求める。また、電流検出器１２ａで検出した電解コンデンサ５から流出した電流である電解コンデンサ流出電流Ｉｃを放電時間ｔで積分して放電電荷量を求める。続いて、放電電圧ΔＶと放電電荷量とに基づき、式（１）により電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
静電容量Ｃ ＝ 放電電荷量 ／ 放電電圧
＝ ∫（Ｉｃ×ｔ）／ΔＶ ・・・・・（１）
上述のように、電解コンデンサの電圧と電流を検出して電解コンデンサ５の静電容量を求めるようにしたので、絶対値としての電解コンデンサ５の静電容量が把握でき、電解コンデンサの寿命予測がより正確に実施できる。
ところで、上記では電解コンデンサ放電時の放電時間を測定するタイマを電解コンデンサ静電容量算出器１０ａに備えた例で説明したが、インバータに組み込まれたマイコン等（図示せず）により放電時間を測定してもよい。
実施の形態２．
第２図によりこの発明の実施の形態２に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第２図において、２〜５、６ａ、７ａ、８は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、電圧検出器１１ｂは電解コンデンサ５の電圧を検出するとともに放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧ΔＶを求めるように構成し、インバータ主回路７の出力側の各相に電流検出器１２ｂを設ける。
電解コンデンサ静電容量算出器１０ｂは、電流検出器１２ｂにより検出された各相のインバータ出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、スイッチング制御回路６から出力されるインバータ主回路７を構成するスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号とから電解コンデンサ５の放電電荷量を求め、この放電電荷量と、電圧検出器１１ｂで求めた電解コンデンサ５の放電電圧ΔＶと、を用いて電解コンデンサ５の静電容量を算出する。
この電解コンデンサ５の電荷量および静電容量を算出する方法として、（ａ）アナログ回路により求める場合、（ｂ）インバータ装置に搭載されたマイコン等を利用して求める場合、について以下説明する。
（ａ）アナログ回路により求める場合
各相のインバータ出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとし、各相のスイッチング状況を示す変数ｓｉｇｎを、上側スイッチング素子ＯＮ時：ｓｉｇｎ＝１、下側スイッチング素子ＯＮ時：ｓｉｇｎ＝−１ とすると、電解コンデンサの放電電荷量は式（２）で算出できる。ここで、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは極性を持ち、インバータ装置から負荷に向かう方向を正とする。
電解コンデンサの放電電荷量＝∫（１／２）×｛ Ｉｕ×ｓｉｇｎ（ｕ）＋Ｉｖ×ｓｉｇｎ（ｖ）＋Ｉｗ×ｓｉｇｎ（ｗ）｝ｄｔ・・・（２）
また、電解コンデンサ５の静電容量Ｃは、式（２）で算出した電解コンデンサの放電電荷量と放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧ΔＶとから式（３）で求められる。
静電容量Ｃ＝∫（１／２）×｛ Ｉｕ×ｓｉｇｎ（ｕ）＋Ｉｖ×ｓｉｇｎ（ｖ）＋Ｉｗ×ｓｉｇｎ（ｗ）｝ｄｔ／ΔＶ・・・（３）
（ｂ）インバータ装置に搭載されたマイコン等を利用して求める場合
各相のインバータ出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとし、各相の上側スイッチング素子のオン時間をＵＰｏｎ、ＶＰｏｎ、ＷＰｏｎとし、スイッチング周期をＴとすると、電解コンデンサ５の放電電荷量は式（４）で算出できる。
電解コンデンサの放電電荷量＝Σ（Ｉｕ×ＵＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｖ×ＶＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｗ×ＷＰｏｎ／Ｔ）・・・（４）
また、電解コンデンサ５の静電容量Ｃは式（５）で求められる。
静電容量Ｃ＝Σ（Ｉｕ×ＵＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｖ×ＶＰｏｎ／Ｔ＋Ｉｗ×ＷＰｏｎ／Ｔ）／ΔＶ・・・（５）
上述のように、実施の形態２に係るインバータ装置１ｂでは、インバータ主回路７ａを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を利用して、電解コンデンサ５の静電容量を算出するようにしたものである。
実施の形態１に係るインバータ装置１ａにおいては、専用の電流検出器１２ａで電解コンデンサ５からの流出電流を検出する例を示したが、実施の形態２に係るインバータ装置１ｂは、汎用インバータ装置において素子保護用や電動機制御用に、インバータ主回路７の出力側の各相に取り付けられている電流検出器１２ｂを使用するようにしたもので、低コストで実現できる。
実施の形態３．
第３図によりこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第３図において、５、８、１１ａは第１図と同様であり、その説明を省略する。スイッチング制御回路６ｃは、商用電源遮断時に、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させ、Ｖ相およびＷ相については上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力する。また、Ｕ相（商用電源遮断時に、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相）の出力側に電流検出器１２ｃを設ける。
また、インバータ主回路７ｃにおいて常時ＯＮしている２相の下側のスイッチング素子にはダイオード素子１３を並列接続し、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相における上側のスイッチング素子がＯＦＦし、下側のスイッチング素子がＯＮしている状態での電流の経路を確保する回路構成とする。Ｕ相の上側のスイッチング素子がＯＦＦし、下側のスイッチング素子がＯＮしている場合、電解コンデンサ５から流出した電流である電解コンデンサ流出電流Ｉｃは、Ｕ相の下側のスイッチング素子→ Ｖ、Ｗ相の下側のダイオード素子 → 電動機８ → Ｕ相の下側のスイッチング素子という経路で流れる。ここで、電解コンデンサ流出電流Ｉｃは、Ｕ相に流れる電流をＩｕ、Ｖ相に流れる電流をＩｖ、Ｗ相に流れる電流をＩｗとすると、Ｉｃ＝Ｉｕ＝Ｉｖ＋Ｉｗ となる。
また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｃはＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相のスイッチング素子における上側のスイッチング素子のＯＮ時間Ｔｏｎと、電解コンデンサ５の両端電圧降下分ΔＶと、Ｕ相に流れる電流Ｉｕ（＝電解コンデンサ流出電流Ｉｃ）とから電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
第３図、第４図および第５図によりこの発明の実施の形態３に係るインバータ装置において電解コンデンサの静電容量を算出する処理を説明する。
商用電源遮断時に、インバータ主回路７ｃのスイッチング素子に前述のＯＮ／ＯＦＦ動作を行わせて、電解コンデンサ５の放電を開始する。
第４図は、Ｖ相およびＷ相の上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮとし、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させた場合で、Ｕ相の上側のスイッチング素子がＯＮし、下側のスイッチング素子がＯＦＦしている時の、電解コンデンサ流出電流Ｉｃの経路を示したもので、電解コンデンサ５ → Ｕ相の上側のスイッチング素子 → 電動機８ → Ｖ、Ｗ相の下側のスイッチング素子（Ｖ相とＷ相に均等に流れる） → 電解コンデンサ５の経路で流れる。
また、電流検出器１２ｃで検出するＵ相電流Ｉｕは、第５図に示すように、Ｕ相の上側のスイッチング素子をＯＮするＯＮ時間Ｔｏｎの間は、電解コンデンサ流出電流Ｉｃが流れるため、電解コンデンサ５の電荷が放電され、Ｕ相電流Ｉｕが増加する。一方、Ｕ相の上側のスイッチング素子をＯＦＦし、Ｕ相の下側のスイッチング素子をＯＮするところのキャリア周期Ｔｓの内ＯＮ時間Ｔｏｎ以外の時間（Ｔｓ−Ｔｏｎ）では、電解コンデンサ５の電荷が放電されず、Ｕ相電流Ｉｕが減少する。従って、スイッチング制御回路６ｃからＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるＯＮ時間Ｔｏｎのみ、電解コンデンサ５に蓄えられた電荷が放電されることになり、放電時間＝ＯＮ時間Ｔｏｎとなる。
次に、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｃで、電流検出器１２ｃで検出したＵ相電流Ｉｕと、放電時間（＝スイッチング制御回路６ｃからＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるＯＮ時間Ｔｏｎ）とを乗算して積分する。また、電圧検出器１１ａで検出した電解コンデンサ５の電圧Ｖｄｃから放電開始時の電解コンデンサ電圧と放電中の電解コンデンサ電圧との差を求め、電圧降下分としての放電電圧ΔＶを求める。
Ｕ相電流Ｉｕを、上述のＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるＯＮ時間Ｔｏｎで積分して求めた電解コンデンサ５の放電電荷量と、放電電圧ΔＶとから電解コンデンサ５の静電容量Ｃは式（６）で求められる。
静電容量Ｃ＝∫（Ｉｕ×Ｔｏｎ）／ΔＶ・・・（６）
ところで、上記説明ではＵ相のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させ、Ｖ相とＷ相については上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとした例について述べたが、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相をＶ相またはＷ相としても同様の効果が得られる。また、この場合には、電流検出器１２ｃはＶ相またはＷ相に設けられる。
実施の形態４．
第６図によりこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第６図において、５、６ｃ、８、１１ａ、１３は第３図と同様であり、その説明を省略する。インバータ主回路７ｄの下側スイッチング素子と電解コンデンサ５との間に電流検出器１２ｄを設置する。
また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｄはＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相のスイッチング素子における上側のスイッチング素子のＯＮ時間Ｔｏｎと、電解コンデンサ５の両端電圧降下分ΔＶと、電解コンデンサ流出電流Ｉｃとから電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
第６図および第７図によりこの発明の実施の形態４に係るインバータ装置において電解コンデンサの静電容量を算出する処理を説明する。
商用電源遮断時に、インバータ主回路７ｄのスイッチング素子に前述のＯＮ／ＯＦＦ動作を行わせて、電解コンデンサ５の放電を開始する。
第７図はＶ相およびＷ相の上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮとし、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させた場合で、Ｕ相の上側のスイッチング素子がＯＮし、下側のスイッチング素子がＯＦＦしている時の、電解コンデンサ流出電流Ｉｃ経路を示したもので、電解コンデンサ５ → Ｕ相の上側のスイッチング素子 → 電動機８ → Ｖ、Ｗ相の下側のスイッチング素子（Ｖ相とＷ相に均等に流れる） → 電解コンデンサ５の経路で流れる。ここで、電解コンデンサ流出電流Ｉｃは、Ｕ相に流れる電流をＩｕ、Ｖ相に流れる電流をＩｖ、Ｗ相に流れる電流をＩｗとすると、Ｉｃ＝Ｉｕ＝Ｉｖ＋Ｉｗ となる。
電解コンデンサ静電容量算出器１０ｄは、電流検出器１２ｄで検出した電解コンデンサ流出電流Ｉｃと、放電時間（＝スイッチング制御回路６ｃからＵ相の上側のスイッチング素子に出力されているＯＮ指令から求まるオン時間Ｔｏｎ）とを乗算して積分する。また、電解コンデンサ静電容量算出器１０ｄはＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相のスイッチング素子における上側のスイッチング素子のＯＮ時間Ｔｏｎと、電解コンデンサ５の両端電圧降下分ΔＶと、電解コンデンサ流出電流Ｉｃとから、式（７）で電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する。
静電容量Ｃ＝∫（Ｉｃ×Ｔｏｎ）／ΔＶ・・・（７）
上述の電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する式（７）は、実施の形態３において電解コンデンサ５の静電容量Ｃを算出する式（６）のＵ相電流Ｉｕを電解コンデンサ流出電流Ｉｃに置き換えたものである。
実施の形態３においては、商用電源遮断時に、ＯＮ／ＯＦＦ動作させる特定の１相（第３図におけるＵ相）の出力側に電流検出器１２ｃを設け、Ｕ相のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦ動作させ、Ｖ相およびＷ相については上側のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側のスイッチング素子を常時ＯＮと制御した場合に、電解コンデンサ流出電流Ｉｃ＝Ｕ相に流れる電流Ｉｕとなることから、Ｕ相に流れる電流Ｉｕを電解コンデンサ流出電流Ｉｃの代りに使用するものである。
第３図に示すように、電解コンデンサ静電容量算出に用いる電流（＝電解コンデンサ流出電流Ｉｃ）をインバータ出力側に設置した電流検出器１２ｃで検出する方法においては、制御回路電源（図示せず）を点Ａの電位と等しくした場合、絶縁が必要となるので、絶縁型の電流検出器を使用する必要がある。
実施の形態４では、電解コンデンサ５とインバータ主回路７ｄの下側スイッチング素子との間に、電流検出器１２ｄを設置するようにしたので、制御回路電源を点Ａの電位と等しくした場合でも、電流検出器は非絶縁型のものでよく、例えば安価なシャント抵抗を使用することができる。
ところで、上記説明では電解コンデンサ流出電流Ｉｃを検出する電流検出器１２ｄを電解コンデンサ５とインバータ主回路７ｄの下側スイッチング素子との間に設置するようにした例について述べたが、Ｕ相下側スイッチング素子とＶ相下側スイッチング素子との間に電流検出器を設置しても同様の効果が得られる。
実施の形態５．
第８図によりこの発明の実施の形態５に係るインバータ装置におけるスイッチング制御回路を説明する。
実施の形態５に係るインバータ装置におけるスイッチング制御回路１４は、インバータ主回路（図示せず）のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチング制御回路６（６ａ，６ｃ）の入力側に、電流指令値ｉ＊ と電流検出値ｉとを比較する比較器１５と、過電流防止のための電流制御器１６とを設け、電流ループを組むようにしたので、負荷動作時に巻き線のインダクタンスが変化した場合においても過電流が生じないように制御でき、正確に電解コンデンサの静電容量を算出できる
実施の形態６．
第９図によりこの発明の実施の形態６に係るインバータ装置の構成および処理を説明する。第図において、２〜５、６ａ、７ａ、８、１０ａ、１１ａ、１２ａは第１図と同様であり、その説明を省略する。
実施の形態６に係るインバータ装置１ｅにおいては、異常信号出力回路１６は電解コンデンサ静電容量算出器１０ａで算出した電解コンデンサ５の静電容量が第１の静電容量許容値よりも低くなった時に異常信号を出力する。また、異常信号出力回路１７は電解コンデンサ５の静電容量が、第１の静電容量許容値よりも大きい第２の静電容量許容値よりも低くなった時に事前通知信号を出力する。
実施の形態６に係るインバータ装置１ｅにおいては、電解コンデンサ５の静電容量が第１の静電容量許容値よりも低くなった時に異常信号を出力するようにしたので、ユーザが電解コンデンサ交換時期を容易に判断できる。また、電解コンデンサ交換時期を判定する第１の静電容量許容値より大きい第２の静電容量許容値を設定しておき、電解コンデンサ５の静電容量が第２の静電容量許容値よりも低くなった時に事前通知信号を出力するようにしたので、ユーザが電解コンデンサ交換時期が近づいていることを判断して、電解コンデンサ交換作業の準備ができるので、電解コンデンサ交換時におけるインバータ装置の停止時間を最小限に抑えることができる。
ところで、上記実施の形態１〜６においては、負荷として電動機８の例で説明したが、負荷が誘導加熱器やオゾン発生器等の誘導性負荷であっても同様に電解コンデンサ５の静電容量を求めることができ、正確な寿命予測が可能である。
以上のように、この発明のインバータ装置は、電解コンデンサの寿命を精度良く判定でき、電解コンデンサの交換時期を的確に判断できるので、外部より電解コンデンサの寿命測定のための点検が困難な個所に配置されるインバータ装置として適している。
Claims (7)
- 直流電源としての電解コンデンサと、スイッチング素子を有し、この電解コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ主回路と、このインバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチング制御回路と、前記電解コンデンサの静電容量を算出する電解コンデンサ静電容量算出器と、を有するインバータ装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、前記インバータ主回路のスイッチング素子を動作させて負荷に電流を流すことにより前記電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、
前記電解コンデンサ静電容量算出器は、前記電解コンデンサからの流出電流と放電時間から求めた放電電荷量と前記電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、前記電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたことを特徴とするインバータ装置。 - 直流電源としての電解コンデンサと、スイッチング素子を有し、この電解コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ主回路と、このインバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチング制御回路と、前記電解コンデンサの静電容量を算出する電解コンデンサ静電容量算出器と、を有するインバータ装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、前記インバータ主回路のスイッチング素子を動作させて負荷に電流を流すことにより前記電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、
前記電解コンデンサ静電容量算出器は、前記インバータ主回路の出力側に設けた電流検出器で検出したインバータ出力電流と前記インバータ主回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態から求めた放電電荷量と、前記電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、前記電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたことを特徴とするインバータ装置。 - 直流電源としての電解コンデンサと、スイッチング素子を有し、この電解コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ主回路と、このインバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチング制御回路と、前記電解コンデンサの静電容量を算出する電解コンデンサ静電容量算出器と、を有するインバータ装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、前記インバータ主回路の内、特定の１相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、その他の相は上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力して、負荷に電流を流すことにより前記電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、
前記電解コンデンサ静電容量算出器は、前記上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させている特定の１相を流れる電流とＯＮ／ＯＦＦ動作するＯＮ時間から求めた放電電荷量と、前記電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、前記電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたことを特徴とするインバータ装置。 - 直流電源としての電解コンデンサと、スイッチング素子を有し、この電解コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ主回路と、このインバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチング制御回路と、前記電解コンデンサの静電容量を算出する電解コンデンサ静電容量算出器と、を有するインバータ装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記電解コンデンサに接続された電源が遮断された時、前記インバータ主回路の内、特定の１相の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、その他の相は上側スイッチング素子を常時ＯＦＦ、下側スイッチング素子を常時ＯＮとする制御信号を出力して、負荷に電流を流すことにより前記電解コンデンサの電荷を放電させるとともに、
前記電解コンデンサ静電容量算出器は、前記電解コンデンサから流出した電流とＯＮ／ＯＦＦ動作するＯＮ時間から求めた放電電荷量と、前記電解コンデンサの放電開始時からの電圧降下分としての放電電圧とに基づき、前記電解コンデンサの静電容量を算出するようにしたことを特徴とするインバータ装置。 - 前記スイッチング制御回路は、前記インバータ主回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を生成するときに使用する電流指令値と、前記電解コンデンサ静電容量算出器で使用する前記電解コンデンサから流出した電流または前記電解コンデンサから流出した電流に相当する電流とを比較する比較器と、この比較器の出力側に過電流防止のための電流制御器とを、入力側に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載のインバータ装置。
- 前記電解コンデンサ静電容量算出器で算出した電解コンデンサの静電容量が予め設定してある第１の静電容量許容値よりも低くなった場合に、異常信号を出力する異常信号出力回路を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載のインバータ装置。
- 前記異常信号出力回路は、前記第１の静電容量許容値よりも大きい第２の静電容量許容値を設定可能とするとともに、前記電解コンデンサ静電容量算出器で算出した電解コンデンサの静電容量がこの第２の静電容量許容値よりも低くなった場合に、事前通知信号を出力するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のインバータ装置。
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