JPWO2021014604A1 - キャパシタ診断装置及びキャパシタ診断方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、実施形態のキャパシタ診断装置を含む電力変換システム2について説明する。
図1は、第1の実施形態の電力変換システム2を示す構成図である。図1には、交流電源1、電力変換システム2、及び電動機3が示される。
キャパシタ診断装置40は、例えば、通信インタフェースユニット41(図2中の記載は通信IFユニット。)と、電流検出器42と、電圧検出器44(第1電圧センサ)と、表示器45と、解析処理ユニット46とを備える。
第2の実施形態の電力変換システム2Aについて説明する。
第1の実施形態の電力変換システム2は、各キャパシタユニットに流れる電流の特定周波数成分の大きさに基づいて、個々のキャパシタユニットの状態を診断する。これに代わり、電力変換システム2Aは、複数のキャパシタユニットを含むキャパシタ30の状態を診断する。以下これについて説明する。
図6に示された電力変換システム2Aは、前述の電力変換システム2におけるキャパシタ診断装置40に代えてキャパシタ診断装置40Aを備える。
図7に示されたキャパシタ診断装置40Aは、キャパシタ診断装置40の電流検出器42を備えず、かつ解析処理ユニット46に代えて解析処理ユニット46Aを備える。
解析処理ユニット46Aは、電流値取得部462を備えず、解析処理ユニット46の高速フーリエ変換部465、抽出部466、判定部467に代えて、高速フーリエ変換部465A、抽出部466A、判定部467Aを備える。解析処理ユニット46Aは、電流値取得部462から受け取った所定の数の電流検出値に対するFFT処理を行う代わりに、電圧値取得部464から受け取った所定の数の電圧検出値に対するFFT処理を行う。以下、これについて説明する。
第2の実施形態の変形例について説明する。
第2の実施形態において、図8に示す1つの判定基準を有する第2の判定基準を用いて判定する事例について説明した。本変形例では、図10を参照して、複数の判定基準を含む第3の判定基準を用いて判定する事例について説明する。図10は、第2の実施形態の変形例におけるキャパシタ30の第3の判定基準を説明するための図である。図10に示すグラフには、図8に示したグラフと同様に各キャパシタユニットの容量が約10%から100%までの範囲で、右肩下がりの直線GV1と直線GV2とが描かれている。直線GV2は、直線GV1に比べて傾きが緩やかである。
例えば、判定部467Aは、電動機3に流れる電流の大きさに基づいて、選択可能な特性値の中から適した特性値を選択して、これを判定基準に定める。例えば、第3の判定基準は、閾値電圧VTH1と、閾値電圧VTH2とを閾値として用いる。なお、閾値電圧VTH1は、閾値電圧VTHと同じである。
第3の実施形態の電力変換システム2Bについて説明する。
第3の実施形態の電力変換システム2Bは、劣化状態にあるキャパシタ30を特定して、その後、キャパシタ30内の各キャパシタユニットの状態を診断する。以下、これについて説明する。
図11に示された電力変換システム2Bは、前述の電力変換システム2におけるキャパシタ診断装置40に代えてキャパシタ診断装置40Bを備える。
図12に示されたキャパシタ診断装置40Bは、キャパシタ診断装置40の解析処理ユニット46に代えて解析処理ユニット46Bを備える。
一方、電圧VFextが閾値電圧VTH以上である場合は、判定部467Bは、当該キャパシタ30の劣化は許容範囲から逸脱していると判定し、判定結果を抽出周波数成分Fext2の電圧VFextに対応付けて記憶部461に格納する(ステップS250)。
Claims (14)
- 直流リンクに対して並列に接続されるキャパシタによって平滑化された直流電力を力行運転によって交流電力に変換する電力変換ユニットにおける前記キャパシタに流れる電流によって変化する物理量を検出するセンサと、
前記電力変換ユニットの前記力行運転中に検出された前記センサによって検出された前記物理量に基づいた周波数スペクトルを生成する周波数スペクトル解析部と、
前記電力変換ユニットの構成に依存する周波数に係る特定周波数帯の成分を、前記周波数スペクトルに基づいて抽出する周波数成分抽出部と、
少なくとも前記抽出された特定周波数帯の成分の大きさに基づいて、前記キャパシタの状態を診断する診断処理部と
を備えるキャパシタ診断装置。 - 前記キャパシタは、第1キャパシタユニットと第2キャパシタユニットを含み、
前記センサは、前記第1キャパシタユニットに流れる電流を検出する第1電流センサを含み、
前記周波数スペクトル解析部は、
前記電力変換ユニットの前記力行運転中に検出された前記第1電流センサの検出結果に基づいた第1周波数スペクトルを生成する第1周波数スペクトル解析部を含み、
前記周波数スペクトルには、前記第1周波数スペクトルが含まれ、
前記周波数成分抽出部は、
前記特定周波数帯の成分として、前記特定周波数帯の電流成分を、前記第1周波数スペクトルに基づいて抽出し、
前記診断処理部は、
少なくとも前記抽出された特定周波数帯の電流成分の大きさに基づいて、前記第1キャパシタユニットの状態を診断する
請求項1に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記電力変換ユニットは、固定のキャリア周波数のキャリア信号を用いたPWM制御によって制御されることにより前記直流電力を前記交流電力に変換する際にスイッチングするスイッチング素子を備えていて、
前記周波数成分抽出部は、
前記生成された第1周波数スペクトルに基づいて、前記キャリア周波数の整数倍の周波数を基準に規定される周波数帯の電流成分を、前記特定周波数帯の電流成分として抽出する、
請求項2に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記周波数成分抽出部は、
前記キャリア周波数に基づいて決定された前記特定周波数帯の電流成分の大きさを抽出する、
請求項3に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記診断処理部の判定基準は、
前記特定周波数帯の電流成分の大きさと前記キャパシタの劣化状況との関係に基づいて規定され、
前記診断処理部は、
前記抽出された特定周波数帯の電流成分の大きさを前記判定基準に基づいて判定して、前記判定の結果に基づいて前記第1キャパシタユニットの状態を診断する、
請求項2に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記直流リンクの第1極からの分岐路と、前記分岐路からさらに分岐された第1分岐路と第2分岐路とが形成されていて、
前記第1分岐路には前記第1キャパシタユニットの第1極端子が接続され、前記第1キャパシタユニットの第2極端子が前記直流リンクの第2極に接続され、
前記第2分岐路には前記第2キャパシタユニットの第1極端子が接続され、前記第2キャパシタユニットの第2極端子が前記直流リンクの第2極に接続され、
前記第1電流センサは、
前記第1分岐路に流れる電流を検出する
請求項2に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記センサは、
前記第2分岐路に流れる電流を検出する第2電流センサを含み、
前記第1周波数スペクトル解析部は、
前記電力変換ユニットの前記力行運転中に検出された前記第2電流センサの検出結果に基づいた第2周波数スペクトルを生成し、
前記周波数成分抽出部は、
前記特定周波数帯の電流成分を、前記第2周波数スペクトルに基づいて抽出し、
前記診断処理部は、
前記第2周波数スペクトルに基づいて抽出された前記特定周波数帯の電流成分の大きさに基づいて、前記第2キャパシタユニットの状態を診断する
請求項6に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記センサは、前記直流リンクの電圧を検出する第1電圧センサを含み、
前記周波数スペクトル解析部は、
前記電力変換ユニットの前記力行運転中に検出された前記第1電圧センサの検出結果に基づいた第3周波数スペクトルを生成する第3周波数スペクトル解析部を含み、
前記周波数スペクトルには、前記第3周波数スペクトルが含まれ、
前記周波数成分抽出部は、
前記特定周波数帯の成分として、前記特定周波数帯の電圧成分を、前記第3周波数スペクトルに基づいて抽出し、
前記診断処理部は、
少なくとも前記抽出された特定周波数帯の電圧成分の大きさに基づいて、前記キャパシタの状態を診断する
請求項1に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記電力変換ユニットは、固定のキャリア周波数のキャリア信号を用いたPWM制御によって制御されることにより前記直流電力を前記交流電力に変換するスイッチング素子を備えていて、
前記周波数成分抽出部は、
前記生成された第3周波数スペクトルに基づいて、前記キャリア周波数の整数倍の周波数を基準に規定される周波数帯の電流成分を、前記特定周波数帯の電流成分として抽出する、
請求項8に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記周波数成分抽出部は、
前記キャリア周波数に基づいて決定された前記特定周波数帯の電圧成分の大きさを抽出する、
請求項9に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記診断処理部の判定基準は、
前記特定周波数帯の電圧成分の大きさと前記キャパシタの劣化状況との関係に基づいて規定され、
前記診断処理部は、
前記抽出された特定周波数帯の電圧成分の大きさを前記判定基準に基づいて判定して、前記判定の結果に基づいて前記キャパシタの状態を診断する、
請求項8に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記電力変換ユニットから負荷に流れる交流電流を検出する第2電流センサ
を備え、
前記診断処理部は、
少なくとも前記抽出した特定周波数帯の成分の大きさと、前記交流電流の検出値とに基づいて、前記キャパシタの状態を診断する、
請求項8に記載のキャパシタ診断装置。 - 前記診断処理部の判定基準は、
前記電力変換ユニットから前記負荷に流れる電流の大きさと、前記特定周波数帯の電圧成分の大きさと前記キャパシタの劣化状況との関係に基づいて規定され、
前記診断処理部は、
前記判定基準に基づいて、前記抽出された特定周波数帯の電圧成分の大きさを判定して、前記判定の結果に基づいて前記キャパシタの状態を診断する、
請求項12に記載のキャパシタ診断装置。 - 直流リンクに対して並列に接続されるキャパシタによって平滑化された直流電力を力行運転によって交流電力に変換する電力変換ユニットにおける前記キャパシタに流れる電流によって変化する物理量をセンサによって検出し、
前記電力変換ユニットの前記力行運転中に検出された前記センサによって検出された前記物理量に基づいた周波数スペクトルを生成し、
前記電力変換ユニットの構成に依存する周波数に係る特定周波数帯の成分を、前記周波数スペクトルに基づいて抽出し、
少なくとも前記抽出された特定周波数帯の成分の大きさに基づいて、前記キャパシタの状態を診断するステップ
を含むキャパシタ診断方法。
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