KR20150021535A

KR20150021535A - 전동기 제어 장치

Info

Publication number: KR20150021535A
Application number: KR1020147036135A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 가토
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2015-03-02
Also published as: CN104335470A; KR101668174B1; TWI485970B; JP5197897B1; TW201351872A; CN104335470B; WO2013183118A1; JPWO2013183118A1; US9397593B2; US20150130380A1

Abstract

주회로 콘덴서(4)에 유입되는 리플 전류를 전동기(9)로의 출력 전력 및 계통 임피던스(2)에 기초하여 추정함으로써, 온라인에 있어서, 상시 주회로 콘덴서(4)의 리플 전류 추정 및 수명 추정 연산을 실시하는 것을 가능하게 한다. 주회로 콘덴서(4)의 리플 전류 추정에 큰 영향을 주는 계통 임피던스(2)의 데이터 Z_s를 이용하므로, 계통 임피던스(2)의 대소에 따른 콘덴서 리플 전류를 추정할 수 있어, 정밀도가 높은 주회로 콘덴서 수명 추정 연산이 가능하게 된다.

Description

전동기 제어 장치{ELECTRIC MOTOR CONTROL DEVICE}

본 발명은 전동기 제어 장치에 관한 것으로, 특히 스위칭 회로의 모선 전압을 안정화 형성하는 주회로 콘덴서의 수명 추정 기능을 구비한 전동기 제어 장치에 관한 것이다.

전동기 제어 장치에 있어서의 인버터부의 주된 요소인 스위칭 회로는, 이극(異極)의 직류 모선 사이에 배치되는 스위칭 소자에 의해 모선 전압을 스위칭하여 전동기로의 구동 전력을 생성한다. 이 스위칭 회로에 있어서의 모선 전압은, 컨버터 회로가 입력되는 교류 전압을 정류한 직류 전압의 리플 성분을 평활 콘덴서에 의해 제거하여 안정화한 직류 전압이다. 이와 같이 스위칭 회로에 있어서의 모선 전압을 안정화 형성하는 평활 콘덴서는, 주회로 콘덴서라고 칭해지고 있다.

그런데, 전동기 제어 장치에 있어서는, 이 평활 콘덴서에, 컨버터 회로의 출력 전류에 포함되는 리플 성분에 의한 리플 전류가 흐르고, 또, 인버터부가 구동하는 전동기의 회생 동작시에 스위칭 회로로부터 직류 모선에 출력되는 회생 전력에 포함되는 리플 성분에 의한 리플 전류가 흐른다.

전해 콘덴서로 이루어진 평활 콘덴서는 리플 전류가 흐르면, 발열을 야기한다. 평활 콘덴서로서 사용되는 알루미늄 전해 콘덴서는, 그 온도 상승에 따른 열적 스트레스에 의해, 아레니우스 법칙(Arrhenius law)에 따라 수명이 열화한다.

그러나 스위칭 소자의 ON·OFF에 의해 전동기로의 구동 교류 전력을 생성하는 스위칭 회로를 구비하는 전동기 제어 장치에 있어서는, 그 구조상 평활 콘덴서에 흐르는 리플 전류를 검출하는 전류 센서의 설치가 곤란하다. 그 때문에, 종래의 전동기 제어 장치에 있어서는, 리플 전류를 이용하지 않고, 평활 콘덴서의 수명 열화를 진단하는 방법이 실시되고 있다. 구체적인 예를 3개 제시한다.

제1 종래예： 예를 들면, 전동기 제어 장치의 주전원을 OFF시킬 때에, 일정 기간 Δτ에 일정한 전류 I를 흘리고 그 동안에 평활 콘덴서의 전압 강하 ΔV를 계측하여, 평활 콘덴서의 잔용량 C를, 식 「C=(I×Δτ)/ΔV」에 적용하여 산출하고, 콘덴서 용량의 허용치와 비교하여 오프 라인에서 수명 열화의 진단을 행하는 방법이 알려져 있다. 이 제1 종래예에서는, 열적 스트레스량을 산출하는 일 없이, 평활 콘덴서의 잔용량을 고정밀도로 산출할 수 있다.

제2 종래예：예를 들면 특허 문헌 1에서는, 평활 콘덴서의 온도를 검출하는 수단과, 캐리어 주파수로부터 정규화한 계수 및 출력전압 지령으로부터 정규화한 계수에 의해, 평활 콘덴서의 열적 스트레스량을 산출하는 수단과, 전동기 제어 장치의 동작 시간의 동안에 상기 열적 스트레스량을 적산(積算)하는 수단을 구비하고, 전압 지령으로부터 전동기로의 출력 전력을 계산하여, 그 출력 전력으로부터 평활 콘덴서의 열적 스트레스를 산출해 수명 적산 연산을 행하는 기술이 제안되어 있다. 이 제2 종래예에서는, 평활 콘덴서의 열적 스트레스량을 적산함으로써, 온라인에서 평활 콘덴서의 수명 열화를 예측할 수 있다.

제3 종래예：예를 들면 특허 문헌 2에서는, 수명 열화의 예측 결과에 기초하여, 평활 콘덴서가 수명이 다했다고 예측한 시점에서 전동기 제어 장치의 출력 전력을 저감 또는 정지시키는 기술이 제안되어 있다. 이 특허 문헌 2에 개시된 전동기 제어 장치는, 콘덴서가 수명이 다했는지를 판정하는 구성을 구비하고 있으므로, 평활 콘덴서 자신이 과열되어 파손에 이르거나, 콘덴서 용량의 저하에 따른 리플 전압의 진폭의 증가에 의해 전동기의 제어가 불안정하게 되는 것이나, 스위칭 소자에 대해 과전압이 인가되어 스위칭 소자의 파손을 초래하는 일이 없어, 기기의 내구력(耐久力)을 최대한 유효하게 활용할 수 있다.

특허 문헌 1: 일본국 특개 2007－049837 공보 특허 문헌 2: 일본국 특개 2004－120969 공보

그러나 오프 라인에서 평활 콘덴서의 수명 열화를 검출하는 전동기 제어 장치에서는, 장시간 계속해서 연속 동작하는 경우에, 평활 콘덴서는 잔용량의 검출이 행해지지 않고 수명이 다해 버리는 경우가 있다. 따라서 메인터넌스를 행할 때에는, 메인터넌스마다 전동기 제어 장치의 주전원을 ON·OFF 할 필요가 있어, 메인터넌스 작업의 효율이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

또, 평활 콘덴서의 온도와 전압 지령으로부터 평활 콘덴서의 열적 스트레스량을 산출하여 적산 연산하는 전동기 제어 장치에서는, 삽입된 계통 임피던스를 통해서 계통 전원으로부터 입력되는 교류 전력을 다이오드 브릿지로 정류하는 컨버터 회로의 출력 전류에 포함되는 리플 성분이 그 계통 임피던스에 크게 좌우되기 때문에, 평활 콘덴서의 정확한 열적 스트레스량의 산출이 곤란하여, 원하는 추정 수명 정밀도를 얻을 수 없다고 하는 문제가 있다.

이에 더하여, 평활 콘덴서의 수명 판정시에 전동기로의 출력을 자동적으로 저감 또는 정지하는 전동기 제어 장치에서는, 작업자가 전동기 제어 장치를 체크해 그 표시나 알람을 확인하여 수명 판정 결과를 확인하지 않으면, 수명 연장 처치를 실시할 수 없다. 즉, 표시나 알람을 간과했을 경우에는, 수명 연장 처치를 실시하는 일 없이, 전동기 제어 장치는 수명 판정에 의해 출력을 정지해 버리기 때문에, 원하는 수명 시간을 층족할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 주회로 콘덴서에 유입되는 리플 전류를 검출하지 않더라도, 온라인에 있어서, 주회로 콘덴서의 수명 열화 추정을 고정밀도로 실시할 수 있는 전동기 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 삽입되는 계통 임피던스를 통해서 입력되는 계통 전원의 교류 전력을 전파 정류에 의해 직류 전력으로 변환하여 양극과 음극의 직류 모선 사이에 출력하는 컨버터 회로와, 상기 양극과 음극의 직류 모선 사이의 모선 전압을 그것에 포함되는 리플 성분을 제거하여 평활화하여 안정화시키는 주회로 콘덴서와, 상기 주회로 콘덴서가 안정화 형성하는 모선 전압을 제어 신호에 따라서 스위칭하여 교류 전압으로 변환하여 전동기를 구동하는 교류 전력을 생성하는 인버터부와, 검출된 상기 전동기로의 출력 전류와, 설정된 운전 속도 지령 및 캐리어 주파수에 기초하여, 상기 인버터부의 스위칭 동작을 규정하는 상기 제어 신호를 생성하는 인버터 제어부를 구비하는 전동기 제어 장치에 있어서, 상기 주회로 콘덴서에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 전압 검출부에서 검출된 직류 전압과 상기 검출된 상기 전동기로의 출력 전류와 상기 설정된 캐리어 주파수에 기초하여 상기 전동기로의 출력 전력을 연산하는 상기 인버터 제어부와, 상기 삽입되는 계통 임피던스를 설정하는 계통 임피던스 설정부와, 리플 전류 산출 데이터를 기억하는 제1 기억부와, 상기 계통 임피던스 설정부에 설정된 계통 임피던스와 상기 인버터 제어부에서 산출된 출력 전력과 상기 설정된 캐리어 주파수와 미리 상기 제1 기억부에 준비한 리플 전류 산출 데이터에 기초하여 상기 주회로 콘덴서의 리플 전류를 추정하는 콘덴서 리플 전류 추정부와, 상기 주회로 콘덴서의 주위 온도를 검출하는 주위 온도 센서와, 콘덴서 수명 데이터를 기억하는 제2 기억부와, 상기 전압 검출부에서 검출된 직류 전압과 상기 주위 온도 센서에서 검출되어 상기 주회로 콘덴서의 주위 온도와 미리 상기 제2 기억부에 준비한 콘덴서 수명 데이터에 기초하여, 상기 주회로 콘덴서의 내부 온도를 추정하고, 추정한 내부 온도를 이용하여 상기 주회로 콘덴서의 수명 시간을 추정하고, 추정한 내부 온도 및 수명 시간을 이용하여 콘덴서 수명 적산 시간과 콘덴서 수명 소비율을 산출하여, 상기 제2 기억부에 축적하는 것을 수명 연산 주기마다 반복하는 콘덴서 수명 추정부와, 상기 콘덴서 수명 추정부가 추정한 콘덴서 수명 적산 시간과 상기 제2 기억부에 콘덴서 수명 데이터로서 기억되어 있는 기본 수명 시간을 비교하여, 양자가 거의 같을 때 프리알람(pre-alarm)을 생성하는 콘덴서 수명 판정부와, 적어도, 상기 콘덴서 수명 판정부가 생성하는 프리알람을 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 주회로 콘덴서에 유입되는 리플 전류를 검출하지 않더라도, 전동기로의 출력 전력 및 계통 임피던스에 기초하여 주회로 콘덴서의 리플 전류를 추정할 수 있으므로, 온라인에 있어서, 상시 주회로 콘덴서의 리플 전류 추정 및 수명 추정 연산을 실시할 수 있다. 그때, 주회로 콘덴서의 리플 전류 추정에 큰 영향을 주는 계통 임피던스의 데이터를 이용하므로, 계통 임피던스의 대소에 따른 콘덴서 리플 전류를 추정할 수 있어, 정밀도가 높은 주회로 콘덴서 수명 추정 연산이 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전동기 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 주회로 콘덴서에 사용되는 알루미늄 전해 콘덴서의 수명 특성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전동기 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

이하에, 본 발명에 따른 전동기 제어 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전동기 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1에서는, 주회로 콘덴서의 수명 추정을 행하는 구성이 전동기 제어 장치의 일반적인 구성의 일부를 이용하는 형태로 도시되어 있다.

우선, 전동기 제어 장치의 일반적인 구성에 대해 간단하게 설명한다.

도 1에 있어서, 컨버터 회로(1)는 다이오드 브릿지로 구성되는 삼상(三相) 전파 정류회로로서, 교류 입력단은 삽입된 계통 임피던스(리액터)(2)를 통해서 계통 전원(3)에 접속되고, 직류 출력단은 양극 모선 P 및 음극 모선 N에 접속된다. 즉, 컨버터 회로(1)는 삽입된 계통 임피던스(2)를 통해서 입력되는 계통 전원(3)의 삼상 교류 전압을 삼상 전파 정류하여 리플 성분을 포함하는 직류 전압으로 변환하여, 그것을 양극 모선 P와 음극 모선 N의 사이에 출력한다.

양극 모선 P와 음극 모선 N의 사이에는, 평활 콘덴서(4)와 스위칭 회로(5)가 병렬로 배치되어 있다. 평활 콘덴서(4)는 컨버터 회로(1)가 양극 모선 P와 음극 모선 N의 사이에 정류 출력하는 직류 전압에 포함되는 리플 성분을 제거하여 안정된 모선 전압을 형성한다. 이후, 평활 콘덴서(4)는 주회로 콘덴서(4)라고 칭한다.

스위칭 회로(5)는 양극 모선 P와 음극 모선 N의 사이에, 스위칭 소자(Q1, Q2)의 직렬 회로와, 스위칭 소자(Q3, Q4)의 직렬 회로와, 스위칭 소자(Q5, Q6)의 직렬 회로가 병렬로 배치된 구성이며, 스위칭 소자(Q1~Q6)의 각각에는, 다이오드(D1~D6)가 역병렬로 접속되어 있다.

스위칭 소자(Q1~Q6)각각의 제어 단자는, 구동 회로(6)의 출력단에 접속되어 있다. 구동 회로(6)는 인버터 제어부(7a)로부터의 스위칭 펄스(PWM 신호)(8)에 따라서, 스위칭 소자(Q1~Q6)의 각각을 개별로 ON·OFF 구동한다. 스위칭 회로(5)와 구동 회로(6)의 전체가 이른바 인버터부이다. 스위칭 소자(Q1~Q6)의 각 직렬 회로에 있어서의 스위칭 소자끼리의 접속단이 출력단이 되어, 전동기(9)로의 전원 케이블이 접속된다. 이 전동기(9)로의 전원 케이블에는, 전류 센서(10)가 마련되어 있다.

전류 연산부(11)는 전류 센서(7)의 검출 전류로부터 출력 전류 I_OUT를 연산한다. 인버터 제어부(7a)는 전류 연산부(11)가 연산한 출력 전류 I_OUT과, 운전 속도 설정부(12)에 설정된 운전 속도 지령 ω와, 캐리어 주파수 설정 회로(13)에 설정된 스위칭 회로(5)의 스위칭 주파수인 캐리어 주파수 f_SW에 기초하여, 구동 회로(6)로의 스위칭 펄스(PWM 신호)(8)를 생성한다.

이상의 일반적인 구성에 있어서, 주회로 콘덴서(4)의 수명 추정을 온라인에서 행할 수 있도록 하기 위해, 전압 검출부(14)와, 계통 임피던스 설정부(15)와, 콘덴서 리플 전류 추정부(16)와, 리플 전류 산출 데이터 기억부(17)와, 주위 온도 센서(18)와, 콘덴서 수명 추정부(19a)와, 콘덴서 수명 데이터 기억부(20)와, 콘덴서 수명 판정부(21a)와, 표시부(22)가 추가되고, 인버터 제어부(7a)에 약간의 기능 추가가 되어 있다.

주회로 콘덴서(4)에는, 컨버터 회로(1)의 출력 전류에 포함되는 리플 성분에 의한 리플 전류가 흐르고, 또, 전동기(9)의 회생 동작시에 스위칭 회로(5)로부터 직류 모선(P, N)에 출력되는 회생 전력에 포함되는 리플 성분에 의한 리플 전류가 흐른다. 이 리플 전류에 의해 주회로 콘덴서(4)는 발열한다.

주회로 콘덴서(4)에 생기는 발열은, 콘덴서의 내부 온도를 Tx로 하여 식 (1)로 나타내진다.

Tx=Ta＋ΔTx=Ta＋I_R ²×R×β … (1)

또한, 식 (1)에 있어서, Ta는 주회로 콘덴서(4)의 주위 온도이다. ΔTx는 주위 온도로부터의 온도 상승이다. I_R은 주회로 콘덴서(4)에 흐르는 리플 전류이다. R은 주회로 콘덴서(4)의 등가 직렬 저항이다. β는 주회로 콘덴서(4)의 방열(放熱)계수이다.

주회로 콘덴서(4)로서 사용되는 알루미늄 전해 콘덴서는, 그 온도 상승에 따른 열적 스트레스에 의해, 아레니우스 법칙에 따라 수명 열화를 야기한다. 알루미늄 전해 콘덴서의 수명 시간 L은 식 (2)로 나타내진다.

L=L₀×[2^{(T₀-T_X)/10}]×(V₀/V_X)^K … (2)

또한, 식 (2)에 있어서, Lo는 주회로 콘덴서(4)의 사용 상한 온도하에서의 정격 전압 인가 또한 정격 리플 전압 인가에서의 기본 수명 시간이다. To는 주회로 콘덴서(4)의 허용 내부 온도이다. Vo는 주회로 콘덴서(4)의 정격 전압이다. Vx는 사용시에 주회로 콘덴서(4)에 인가되는 직류 전압이다. 지수(冪數) K는 주회로 콘덴서(4)의 인가 전압 경감율이다.

그리고 내부 온도 Tx와 수명 시간 L의 관계는, 예를 들면 도 2에 도시하는 것처럼 된다. 또한, 도 2는 주회로 콘덴서에 사용되는 알루미늄 전해 콘덴서의 수명 특성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2에서는, 세로축이 수명 시간 L이고, 가로축이 내부 온도 Tx이다. 도 2에 도시하는 것처럼, 주회로 콘덴서(4)의 허용 내부 온도를 To라고 하고, 기본 수명 시간을 Lo라고 하면, 내부 온도 Tx가 T₁＜T₂＜T₀와 같이 상승하면, 수명 시간 L은 오른쪽 아래로 기울어진 수명 곡선(23)을 따라서, L₁＞L₂＞L₀와 같이 짧게 되어 간다.

한편, 도 1에 있어서, 전압 검출부(14)는 주회로 콘덴서(4)에 인가되는 직류 전압 Vx를 검출하여, 인버터 제어부(7a)와 콘덴서 수명 추정부(19a)에 출력한다.

인버터 제어부(7a)는 운전 속도 설정 회로(12)에 설정된 운전 속도 지령 ω와, 전류 연산부(11)가 연산한 출력 전류 I_OUT과, 전압 검출부(14)가 검출한 인가 직류 전압 Vx에 기초하여, 전동기(9)로의 출력 전력 P_OUT을 연산하여, 콘덴서 리플 전류 추정부(16)로 출력한다.

콘덴서 리플 전류 추정부(16)는, 인버터 제어부(7a)가 구한 출력 전력 P_OUT과, 캐리어 주파수 설정 회로(13)에 설정된 캐리어 주파수 f_SW와, 계통 임피던스 설정부(15)에 설정된 계통 임피던스(3)의 임피던스 계수 Z_S와, 리플 전류 산출 데이터 기억부(17)에 기억된 계수 k₁, k₂를 식 (3)에 적용하여, 주회로 콘덴서(4)에 흐르는 리플 전류 I_R을 추정하여, 콘덴서 수명 추정부(19a)로 출력한다.

I_R=P_OUT×√{(k₁×f_SW)²＋(Z_S×k₂)²} … (3)

또한, 계수 k₁은 캐리어 리플 전류 보정 계수이다. 계수 k₂는 계통 리플 전류 보정 계수이다.

콘덴서 수명 추정부(19a)는, 우선, 주위 온도 센서(18)가 계측한 주회로 콘덴서(4)의 주위 온도 Ta와, 전압 검출부(14)가 계측한 주회로 콘덴서(4)로의 인가 직류 전압 Vx와, 콘덴서 리플 전류 추정부(16)에서 추정된 리플 전류 I_R과, 콘덴서 수명 데이터 기억부(20)에 기억되어 있는 수명 계산 데이터(24)를 상기 식 (1)에 적용하여 주회로 콘덴서(4)의 내부 온도 Tx를 산출한다.

그 다음에, 주회로 콘덴서(4)의 내부 온도 Tx와 수명 시간 L의 관계는, 식 (2)로 정해지므로, 콘덴서 수명 추정부(19a)는 산출된 내부 온도 Tx와, 콘덴서 수명 데이터 기억부(20)에 기억되어 있는 수명 계산 데이터(24)와, 식 (2)과 콘덴서 수명 적산 시간 L_N을 정하는 식 (4)를 이용하여 콘덴서 수명 소비율 L_N/L₀를 산출한다. 또한, L₀는 기본 수명 시간이다.

콘덴서 수명 추정부(19a)에서 산출된 콘덴서 수명 적산 시간 L_N과 콘덴서 수명 소비율 L_N/L₀는, 콘덴서 수명 데이터 기억부(20)에 기억됨과 아울러, 콘덴서 수명 판정부(21a)와 표시부(22)에 출력된다.

즉, 콘덴서 수명 데이터 기억부(20)에는, 수명 계산 데이터(24)로서, 주회로 콘덴서(4)의 등가 직렬 저항 R, 방열 계수 β, 정격 전압 V₀, 인가 전압 저감율 k, 허용 내부 온도 T₀, 기본 수명 시간 L₀ 및 수명 적산 전회(前回) 데이터 L_N _－1 등이 기억되어 있다.

여기서, 콘덴서 수명 적산 시간 L_N을 정하는 식 (4)에 대해 설명한다.

L_N=L_N _-1＋(Δt×k₃)/3600 … (4)

또한, 식 (4)에 있어서,Δt는 수명 열화 연산 주기［초]이다. k₃은 식 (5)에 의해 구해지는 수명 계수이다.

k₃=［2^{(T₀-T_X)/10}]×(V₀/V_X)^K … (5)

콘덴서 수명 판정부(21a)는, 콘덴서 수명 추정부(19a)에서 추정된 콘덴서 수명 소비율 L_N/L₀에 있어서의 콘덴서 수명 적산 시간 L_N과 콘덴서 수명 데이터 기억부(20)에 기억되어 있는 수명 계산 데이터(23) 중의 기본 수명 L₀를 비교하여,

L_N≒L₀

로 되었을 경우에, 프리알람(25)을 생성하여, 표시기(22)에 표시시킨다.

따라서 표시기(22)는, 온라인에 있어서, 주회로 콘덴서(4)의 수명 시간 L이나 수명 소비율 L_N/L₀, 프리알람(24)을 표시할 수 있다.

이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 주회로 콘덴서에 유입되는 리플 전류를 검출하지 않더라도, 전동기로의 출력 전력 및 계통 임피던스에 기초하여 주회로 콘덴서의 리플 전류를 추정할 수 있으므로, 온라인에 있어서, 상시 주회로 콘덴서의 리플 전류 추정 및 수명 추정 연산을 실시할 수 있다.

그리고 주회로 콘덴서의 리플 전류 추정에 큰 영향을 주는 계통 임피던스의 데이터를 이용하므로, 계통 임피던스의 대소에 따른 콘덴서 리플 전류를 추정할 수 있어, 정밀도가 높은 주회로 콘덴서 수명 추정 연산이 가능하게 된다.

실시 형태 2.

도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전동기 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 또한, 도 3에서는, 도 1(실시 형태 1)에 도시한 구성요소와 동일 또는 동등한 구성요소에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 여기에서는, 이 실시 형태 2에 관련되는 부분을 중심으로 설명한다.

도면에 도시하는 것처럼, 이 실시 형태 2에 의한 전동기 제어 장치는, 도 1(실시 형태 1)에 도시한 구성에 있어서, 기대 수명 설정부(26) 및 가동 시간 적산부(27)가 추가되고, 부호를 바꾼 인버터 제어부(7b), 콘덴서 수명 추정부(19b) 및 콘덴서 수명 판정부(21b)가 마련되어 있다.

콘덴서 수명 추정 회로(19b)는, 주회로 콘덴서(4)의 잔수명 시간 L_R을 식 (6)을 이용해 산출하여, 콘덴서 수명 판정부(21b)에 출력한다.

L_R=(L₀－L_N)×[2^{(T₀-T_X)/10}]×(V₀/V_X)^K … (6)

기대 수명 설정부(26)는 설정된 주회로 콘덴서(4)의 기대 수명 시간 L_E를 콘덴서 수명 판정부(21b)에 출력한다. 또, 가동 시간 적산부(27)는 당해 전동기 제어 장치의 가동 시간 T_L을 적산하여, 콘덴서 수명 판정부(21b)에 출력한다.

콘덴서 수명 판정부(21b)는 기대 수명 시간 L_E와 전동기 제어 장치의 가동 시간 T_L의 차분과, 주회로 콘덴서(4)의 잔수명 시간 L_R을 비교하여,

L_R≤L_E－T_L

로 되었을 경우에, 기대 수명 추정부(26)에 설정된 주회로 콘덴서(4)의 기대 수명 시간 L_E를 만족할 수 없다고 판단하여, 전력 경감 지시(28)를 인버터 제어부(7b)에 출력한다.

인버터 제어부(7b)는 콘덴서 수명 판정부(21b)로부터 전력 경감 지시(28)를 받으면, 당해 전동기 제어 장치의 출력 전력, 즉, 전동기(9)로의 출력 전력을 경감시키는 스위칭 펄스(8)를 구동 회로(6)로 출력한다. 이것에 의해서, 당해 전동기 제어 장치의 출력 전력의 상한치가 제한되므로, 주회로 콘덴서(4)의 온도 상승을 작게 할 수 있어, 기대 수명 추정부(25)에 설정된 주회로 콘덴서(4)의 기대 수명 시간 L_E를 만족할 수 있게 된다.

이상과 같이, 이 실시 형태 2에 의하면, 전동기 제어 장치의 출력 전력이 약간 제한되지만, 전동기 제어 장치의 주위 온도가 높고 주회로 콘덴서(4)의 수명이 기대 수명 시간을 만족할 수 없는 경우에 있어서, 메인터넌스 작업자가 표시부에 표시되는 콘덴서 수명 소비율이나 프리알람을 확인하여 수명 연장 조치를 실시하지 않더라도, 주회로 콘덴서에 원하는 기대 수명 시간을 만족시킬 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명에 따른 전동기 제어 장치는, 주회로 콘덴서에 유입되는 리플 전류를 검출하지 않더라도, 온라인에 있어서, 주회로 콘덴서의 수명 열화 추정을 고정밀도로 실시할 수 있는 전동기 제어 장치로서 유용하다.

1: 컨버터 회로
2: 계통 임피던스
3: 계통 전원
4: 평활 콘덴서(주회로 콘덴서)
5: 스위칭 회로
6: 구동 회로
7a, 7b: 인버터 제어부
9: 전동기
10: 전류 센서
11: 전류 연산부
12: 운전 속도 설정부
13: 캐리어 주파수 설정부
14: 전압 검출부
15: 계통 임피던스 설정부
16: 콘덴서 리플 전류 추정부
17: 리플 전류 산출 데이터 기억부
18: 주위 온도 센서
19a, 19b: 콘덴서 수명 추정부
20: 콘덴서 수명 데이터 기억부
21a, 21b: 콘덴서 수명 판정부
22: 표시부
26: 기대 수명 설정부
27: 가동 시간 적산부

Claims

삽입되는 계통 임피던스를 통해서 입력되는 계통 전원의 교류 전력을 전파(全波) 정류에 의해 직류 전력으로 변환하여 양극과 음극의 직류 모선 사이에 출력하는 컨버터 회로와, 상기 양극과 음극의 직류 모선 사이의 모선 전압을 그것에 포함되는 리플 성분을 제거하여 평활화하여 안정화시키는 주회로 콘덴서와, 상기 주회로 콘덴서가 안정화 형성하는 모선 전압을 제어 신호에 따라서 스위칭하여 교류 전압으로 변환하여 전동기를 구동하는 교류 전력을 생성하는 인버터부와, 검출된 상기 전동기로의 출력 전류와, 설정된 운전 속도 지령 및 캐리어 주파수에 기초하여, 상기 인버터부의 스위칭 동작을 규정하는 상기 제어 신호를 생성하는 인버터 제어부를 구비하는 전동기 제어 장치에 있어서,
상기 주회로 콘덴서에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부와,
상기 전압 검출부에서 검출된 직류 전압과 상기 검출된 상기 전동기로의 출력 전류와 상기 설정된 캐리어 주파수에 기초하여 상기 전동기로의 출력 전력을 연산하는 상기 인버터 제어부와,
상기 삽입되는 계통 임피던스를 설정하는 계통 임피던스 설정부와,
리플 전류 산출 데이터를 기억하는 제1 기억부와,
상기 계통 임피던스 설정부에 설정된 계통 임피던스와 상기 인버터 제어부에서 산출된 출력 전력과 상기 설정된 캐리어 주파수와 미리 상기 제1 기억부에 준비한 리플 전류 산출 데이터에 기초하여 상기 주회로 콘덴서의 리플 전류를 추정하는 콘덴서 리플 전류 추정부와,
상기 주회로 콘덴서의 주위 온도를 검출하는 주위 온도 센서와,
콘덴서 수명 데이터를 기억하는 제2 기억부와,
상기 전압 검출부에서 검출된 직류 전압과 상기 주위 온도 센서에서 검출되어 상기 주회로 콘덴서의 주위 온도와 미리 상기 제2 기억부에 준비한 콘덴서 수명 데이터에 기초하여, 상기 주회로 콘덴서의 내부 온도를 추정하고, 추정한 내부 온도를 이용하여 상기 주회로 콘덴서의 수명 시간을 추정하고, 추정한 내부 온도 및 수명 시간을 이용하여 콘덴서 수명 적산 시간과 콘덴서 수명 소비율을 산출하고, 상기 제2 기억부에 축적하는 것을 수명 연산 주기마다 반복하는 콘덴서 수명 추정부와,
상기 콘덴서 수명 추정부가 추정한 콘덴서 수명 적산 시간과 상기 제2 기억부에 콘덴서 수명 데이터로서 기억되어 있는 기본 수명 시간을 비교하여, 양자가 거의 같을 때 프리알람을 생성하는 콘덴서 수명 판정부와,
적어도, 상기 콘덴서 수명 판정부가 생성하는 프리알람을 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전압 검출부에서 검출된 직류 전압과 상기 주위 온도 센서에서 검출되어 상기 주회로 콘덴서의 주위 온도와 상기 제2 기억부에 기억되는 콘덴서 수명 데이터에 기초하여, 상기 주회로 콘덴서의 내부 온도를 추정하고, 추정한 내부 온도를 이용하여 상기 주회로 콘덴서의 잔수명 시간을 추정 산출하는 상기 콘덴서 수명 추정부와,
상기 주회로 콘덴서의 기대 수명 시간을 설정하는 기대 수명 설정부와,
당해 전동기 제어 장치의 가동 시간을 적산하는 가동 시간 적산부와,
상기 기대 수명 설정부에 설정된 상기 주회로 콘덴서의 기대 수명 시간과 상기 가동 시간 적산부가 적산한 당해 전동기 제어 장치의 가동 시간의 차분을 구하고, 그 구한 차분과 상기 콘덴서 수명 추정부에서 추정된 상기 주회로 콘덴서의 잔수명 시간을 비교하여, 상기 주회로 콘덴서의 수명 시간이 잔수명 시간을 만족할 수 없다고 판정하면 전력 경감 지시를 출력하는 상기 콘덴서 수명 판정부와,
상기 콘덴서 수명 판정부로부터 상기 전력 경감 지시가 입력되었을 때, 상기 인버터부로 출력하는 상기 제어 신호를, 상기 전동기로의 출력 전력을 감소시키는 제어 신호로 전환하는 상기 인버터 제어부를 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.