TWI782298B - 電力轉換裝置及使用於其之預兆診斷方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種可對使用者明示診斷是否適切地進行之電力轉換裝置及使用於其之預兆診斷方法。 為了達成上述目的，本發明提供一種進行交流電動機之控制之電力轉換裝置，其具有：電流檢測電路，其檢測交流電動機之相電流；及預兆診斷功能部，其具有診斷交流電動機之機械性異常之預兆的預兆診斷功能；且預兆診斷功能部包含：診斷判定部，其基於檢測出之相電流，判定交流電動機之機械性異常之程度；診斷管理部，其根據診斷判定部之判定結果、交流電動機之控制狀態、包含交流電動機之驅動系統之環境狀態，而管理預兆診斷功能之執行狀態；及輸出產生部，其接收來自診斷管理部之指令，產生預兆診斷功能之執行結果之顯示資訊；且向外部輸出顯示資訊。

Description

電力轉換裝置及使用於其之預兆診斷方法
本發明係關於一種進行電動機之異常診斷之電力轉換裝置。
在產業機械領域、家電領域、汽車領域等之技術領域中，使用進行電動機之驅動之電力轉換裝置。
作為電動機、或由該電動機驅動之負載裝置之例，存在組入至輸送機等之生產線者、或作為零件之一部分而組入至工作機械等者等，用途廣泛。另一方面，無論是何種用途，在發生包含電動機之驅動系統之故障或驅動性能之劣化等之異常之情形下，由於預測到損失過大，而存在欲在異常發生前之階段中，對該等異常予以預兆之需要。
對於此需要，業界曾提案診斷驅動系統之異常之技術。作為驅動系統之故障之預兆，因對象驅動系統機器之損傷、偏心、或凹窪等，而表現為機械性振動。業已存在藉由測定用感測器捕捉該機械性振動，並根據感測器資訊之解析結果進行診斷之技術。又，由於驅動系統機器之振動對電氣系統亦造成影響，故如例如國際公開2014/156386號(專利文獻1)般，存在藉由測定用感測器捕捉電流或電壓，同樣地實施解析，而進行診斷之技術等。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：國際公開2014/156386號
[發明所欲解決之問題]
在專利文獻1中曾記載，實施用於對象驅動系統機器診斷之運算方法、及基於該運算結果之異常程度之判定，並將異常程度作為該判定結果定量、或定性地輸出。
然而，存在根據電動機之驅動條件、例如定速中、加速中、減速中及停止中等之電動機之驅動狀態、或驅動中之速度條件、例如額定速度域、高速域、低速域、及零速度附近等之電動機之速度狀態、抑或干擾條件、例如負載特性之變動、測定用感測器之不良狀況等之驅動系統之環境狀態，而無法正確地實施異常程度之判定之情形。
在專利文獻1中，即便在無法正確地實施對象驅動系統機器診斷之異常程度之判定之情形下，亦輸出診斷之判定結果。因而，存在使用者根據該診斷結果進行設定變更、或進行零件更換反而使生產效率降低之問題。
本發明之目的在於鑒於上述問題提供一種可對使用者明示異常診斷是否適切地進行之電力轉換裝置及使用於其之預兆診斷方法，且實現適切之電力轉換裝置之運用、保養。 [解決問題之技術手段]
本發明鑒於上述先前技術及問題而完成者，舉其一例，為一種進行交流電動機之控制之電力轉換裝置，其具有：電流檢測電路，其檢測交流電動機之相電流；及預兆診斷功能部，其具有診斷交流電動機之機械性異常之預兆的預兆診斷功能；且預兆診斷功能部構成為包含：診斷判定部，其基於檢測出之相電流，判定交流電動機之機械性異常之程度；診斷管理部，其根據診斷判定部之判定結果、交流電動機之控制狀態、包含交流電動機之驅動系統之環境狀態，而管理預兆診斷功能之執行狀態；及輸出產生部，其接收來自診斷管理部之指令，產生預兆診斷功能之執行結果之顯示資訊；且向外部輸出顯示資訊。 [發明之效果]
根據本發明，能夠提供一種能夠以明示性之表現實現對象驅動系統機器診斷之功能動作狀況之電力轉換裝置及使用於其之預兆診斷方法。
以下，針對本發明之實施例之電力轉換裝置之構成及動作，利用圖進行說明。 [實施例]
在本實施例中，針對進行交流電動機之驅動及交流電動機之機械性異常之預兆診斷之控制系統、及搭載該控制系統之電力轉換裝置之整體構成進行說明。
圖1係本實施例之電力轉換裝置之構成方塊圖。在圖1中，進行三相交流電動機120之驅動之電力轉換裝置110具有：整流電路111、平滑電路112、開關電路113、電流檢測電路114、電動機控制部115、預兆診斷功能部116、外部輸出部117、及外部輸入部118。
自三相交流電源100輸出之三相交流電壓由整流電路111整流，並藉由平滑電路112而平滑，而產生直流電壓。此外，可利用單相交流電源而取代三相交流電源100，將單相交流電壓整流、平滑，而產生直流電壓。又，可卸下整流電路111及平滑電路112，自直流電源直接獲得直流電壓。
開關電路113藉由將複數個開關元件之導通/關斷組合，而將直流電壓轉換為基於閘極驅動指令11C之任意之三相交流電壓，並對三相交流電動機120施加。開關電路113例如可將各自串聯連接有2個開關元件之U相、V相、W相之臂並聯連接而構成。
電流檢測電路114檢測電力轉換裝置110之三相輸出電流。可僅檢測二相，由於三相交流之總和為零，故可算出其餘之一相。此外，可在開關電路113之輸入之正極側或負極側設置分路電阻，根據該分路電阻中流動之電流而推定三相輸出電流。
電動機控制部115輸出控制狀態信號11B及閘極驅動指令11C。控制狀態信號11B包含電動機控制部115中之控制資訊。所謂控制資訊包含正轉、反轉或停止等之驅動狀態、或加速中或減速中、或一定速度中等之速度狀態，更包含輸出轉矩等。再者，亦包含干擾條件例如負載特性之變動、測定用感測器之不良狀況等之驅動系統之環境狀態。
閘極驅動指令11C使用檢測電流11A推定三相交流電動機120之速度，基於三相交流電動機之速度指令，以成為期望之驅動特性之方式輸出。此外，可使用位置指令或轉矩指令而取代速度指令。又，根據期望之驅動特性，未必一定要使用檢測電流11A推定三相交流電動機120之速度。
預兆診斷功能部116藉由檢測電流11A、控制狀態信號11B、及自外部輸入部118輸入之外部輸入信號11E，實施三相交流電動機120之機械性異常之預兆診斷，且輸出該預兆診斷之結果即外部輸出信號11D。
外部輸出部117藉由外部輸出信號11D，而對電力轉換裝置110之外部報知三相交流電動機120之機械性異常之預兆診斷結果。
外部輸入部118解析向電力轉換裝置110之輸入，將三相交流電動機120之機械性異常之預兆診斷所需之資訊作為外部輸入信號11E而輸出。
其次，針對預兆診斷功能部116之構成進行說明。圖2係本實施例之預兆診斷功能部116之構成方塊圖。
在圖2中，預兆診斷功能部116具有：診斷管理部200、診斷判定部201、輸出產生部202，且朝外部輸出部117輸出外部輸出信號11D。
診斷管理部200藉由控制狀態信號11B及外部輸入信號11E，而輸出表示預兆診斷之狀態之診斷模式信號20C，且，藉由控制狀態信號11B、外部輸入信號11E、及異常判定信號20A，而將產生預兆診斷之結果之外部輸出信號11D所需之資訊作為診斷結果信號20B而輸出。
診斷判定部201基於檢測電流11A判定三相交流電動機120之機械性異常之程度。亦即，在內部具有異常判定之臨限值，將該臨限值與檢測電流11A進行比較，而輸出異常判定信號20A。異常判定信號20A在檢測電流11A偏離臨限值之情形下成為導通，在落入臨限值之情形下成為關斷。又，該臨限值係依照所輸入之診斷模式信號20C而再次計算。
輸出產生部202藉由診斷結果信號20B及診斷模式信號20C，而輸出外部輸出信號11D，而作為外部輸出部117針對外部顯示所需之資訊。
以下，針對本實施例之基本動作進行說明。成為本實施例之基本之三相交流電動機120之機械性異常之預兆診斷結果包含異常度及診斷狀態之2者。異常度設為不適用、正常、異常預兆、及異常之4階段之程度，其等對應於診斷結果信號20B。診斷狀態設為診斷無效中、診斷準備中、診斷執行中、診斷暫停中、及診斷失靈中之5個狀態，其等對應於診斷模式信號20C。
其次，針對預兆診斷結果決定過程進行進行說明。圖3係顯示本實施例之診斷狀態之狀態轉變之一例。在圖3中，黑實心圓意指開始狀態，圓中黑點意指結束狀態，圓角四邊形意指狀態之實態，而且傾斜45度之正方形意指臨時選擇狀態。臨時選擇狀態係用於接受前一狀態並選擇下一狀態之臨時狀態，向與下一轉變條件吻合者轉變。又，各箭頭表示自某一狀態向另一狀態之轉變。
以下，利用圖3，針對本實施例之診斷狀態之狀態轉變進行說明。在圖3中，於診斷狀態之狀態轉變之開始S10中，自開始狀態朝診斷無效中S11轉變。在作為狀態之初始狀態之診斷無效中S11之狀態下，首先，確認診斷預兆之功能為有效或無效有効條件(S12)。診斷預兆之功能可由電力轉換裝置110之使用者決定本功能之有效或無效，而自外部輸入部118以外部輸入信號11E予以設定。該外部輸入部118若可設定有效或無效則形態無限制，例如存在如觸控面板或撥動開關之人直接輸入者、或如可程式邏輯控制器之藉由裝置機械而進行輸入者等。在診斷預兆之功能無效之情形下，維持診斷無效中S11之狀態，以固定週期或非固定週期確認診斷預兆之功能之有效或無效。
在診斷預兆之功能有效情形下，繼而，確認臨限值確定或不確定之條件(S13)。在臨限值確定之情形下，朝診斷執行中S14轉變，在不確定之情形下，朝診斷準備中S15轉變。該臨限值為在診斷準備中所確定之值，未被實施在其他之狀態下之再次計算。此外，該臨限值之確定可根據自外部輸入部118之設定、或由電力轉換裝置110驅動之三相交流電動機120之電流值，而設定臨限值。作為根據三相交流電動機120之電流值之臨限值設定例，存在以偏離通常驅動之電流值之值2倍至3倍左右之值為異常值而採用為臨限值等之方法。
在診斷準備中S15之狀態下，依照狀態轉變而實施前述之診斷預兆之功能之有效或無效之確認(S12)、及臨限值確定或不確定之條件之確認(S13)。
在診斷執行中S14之狀態下，實施判定是否發生診斷異常之判定(S16)。若發生診斷異常，則朝診斷失靈中S17轉變。若未發生診斷異常，則實施是否為可診斷之控制狀態之判定(S18)。前述之診斷異常係診斷功能本身之異常。作為一例，若用於取得檢測電流11A之硬體、感測器、電路等發生故障，儘管藉由電力轉換裝置110驅動三相交流電動機120，但檢測電流11A檢測到零之值，則判斷為檢測電流之值為異常。
如上述例般，若檢測電流11A之值為異常，則診斷預兆之功能有效，即便臨限值已確定，但由於預兆診斷功能本身未能正確地實施，故使預兆診斷之狀態轉變為診斷失靈中S17之狀態，使本狀態轉變結束(S19)。
在是否為可診斷之控制狀態之判定S18中，若為可診斷之控制狀態，則轉變為診斷執行中S14之狀態，若非為可診斷之控制狀態，則轉變為診斷暫停中S20之狀態。所謂前述之非為可診斷之控制狀態之情形，可舉出：三相交流電動機120之加速或減速中之控制狀態、及包含零速度之附近之低速域等。又，亦包含因連接於三相交流電動機120之負載特性變動則電流脈動，從而異常判定信號20A之結果無法正確地輸出異常判定之情形等。此外，是否為可診斷之控制狀態之判定係使用控制狀態信號11B藉由診斷管理部200而實施。
圖4係顯示本實施例之預兆診斷結果之變化之一例。在圖4中，顯示橫軸表示時間、縱軸表示電流值(檢測電流11A)之圖形，在圖形之下部顯示與圖形對應之異常度(診斷結果信號20B)及診斷狀態(診斷模式信號20C)。此外，t1至t6意指將時間予以區分之期間，以後，依照t1至t6針對預兆診斷結果決定過程進行說明。
在圖4中，於本實施例中，以診斷預兆之功能為有效之時間為原點。在t1以前之時間，由於診斷預兆之功能無效，故異常度為不適用，診斷狀態為診斷無效中。
t1為使臨限值1與臨限值2確定之期間，異常度為不適用，診斷狀態為診斷準備中。
t2之臨限值確定且亦無診斷異常，為可診斷期間，異常度為正常，診斷狀態為診斷執行中。此外，在本實施例中，將t1期間中之電流值之約2倍設置為臨限值1，將約4倍設置為臨限值2。
t3為對三相交流電動機120實施減速、停止、加速之控制之期間，異常度因無法分類而為不適用，診斷狀態為診斷暫停中。在t3中，由於存在電流值超過臨限值1之時間，故異常判定信號20A成為導通，但因診斷狀態為診斷暫停中，而異常未向使用者傳遞。
t4與t2同樣。
t5為在t4期間電流值不斷增加而超過臨限值1之期間，異常度為異常預兆，診斷狀態為診斷執行中。
t6為電流值較t5期間進一步不斷增加，而超過臨限值2之期間，異常度為異常，診斷狀態為診斷執行中。以上為針對預兆診斷結果決定過程之說明。
又，接收預兆診斷結果決定，而輸出產生部202產生外部輸出信號11D，並經由外部輸出部117對使用者報知。若作為進行報知之裝置，在液晶畫面以字串常時顯示預兆診斷結果，或藉由旋轉燈或顯示燈、抑或蜂鳴器而僅在異常時進行報知，則外部輸出部117以後之形態無限制。
藉由以上之動作，而可提供一種在三相交流電動機120之機械性異常之預兆診斷結果之傳遞中，藉由令使用者知悉診斷是否能夠正確地進行，而可明示診斷是否適切地進行的電力轉換裝置。
如以上所述般，根據本實施例，提供一種在對象驅動系統機器診斷中，不僅輸出異常程度之判定、及該判定結果，還同時輸出對象驅動系統機器診斷之功能本身之狀態，而可以明示性之表現實現對象驅動系統機器診斷之功能動作狀況的電力轉換裝置。
以上針對實施例進行了說明，但本發明並非係限定於上述之實施例者，包含各種變化例。又，上述之實施例係為了易於理解地說明本發明而詳細地說明者，但未必限定為具備所說明之全部構成者。
11A:檢測電流 11B:控制狀態信號 11C:閘極驅動指令 11D:外部輸出信號 11E:外部輸入信號 20A:異常判定信號 20B:診斷結果信號 20C:診斷模式信號 100:三相交流電源 110:電力轉換裝置 111:整流電路 112:平滑電路 113:開關電路 114:電流檢測電路 115:電動機控制部 116:預兆診斷功能部 117:外部輸出部 118:外部輸入部 120:三相交流電動機 200:診斷管理部 201:診斷判定部 202:輸出產生部 t1~t6:期間
圖1係實施例之電力轉換裝置之構成方塊圖。 圖2係實施例之預兆診斷功能部之構成方塊圖。 圖3係顯示實施例之診斷狀態之狀態轉變之一例的圖。 圖4係顯示實施例之預兆診斷結果之變化之一例的圖。
11A:檢測電流
11B:控制狀態信號
11C:閘極驅動指令
11D:外部輸出信號
11E:外部輸入信號
100:三相交流電源
110:電力轉換裝置
111:整流電路
112:平滑電路
113:開關電路
114:電流檢測電路
115:電動機控制部
116:預兆診斷功能部
117:外部輸出部
118:外部輸入部
120:三相交流電動機

Claims (8)

  1. 一種電力轉換裝置，其特徵在於，其係進行交流電動機之控制者，且具有：電流檢測電路，其檢測前述交流電動機之相電流；及預兆診斷功能部，其具有診斷前述交流電動機之機械性異常之預兆的預兆診斷功能；且前述預兆診斷功能部包含：診斷判定部，其基於前述檢測出之相電流，判定前述交流電動機之機械性異常之程度；診斷管理部，其根據該診斷判定部之判定結果、前述交流電動機之控制狀態、及包含前述交流電動機之驅動系統之環境狀態，而管理前述預兆診斷功能之執行狀態；及輸出產生部，其接收來自該診斷管理部之指令，產生前述預兆診斷功能之執行結果之顯示資訊；且向外部輸出前述顯示資訊；來自前述診斷管理部之指令為與異常度對應之診斷結果信號、及與診斷狀態對應之診斷模式信號。
  2. 如請求項1之電力轉換裝置，其中前述異常度為不適用、正常、異常預兆、異常之4階段之程度。
  3. 如請求項1之電力轉換裝置，其中 前述診斷狀態為診斷無效中、診斷準備中、診斷執行中、診斷暫停中、診斷失靈中之5個狀態。
  4. 如請求項1之電力轉換裝置，其中前述診斷判定部在內部具有異常判定之臨限值，將該臨限值與前述相電流進行比較，而判定異常之程度。
  5. 一種預兆診斷方法，其特徵在於，其係用於診斷進行交流電動機之控制之電力轉換裝置之前述交流電動機之機械性異常之預兆，且包含：檢測前述交流電動機之相電流；基於前述檢測出之相電流，判定前述交流電動機之機械性異常之程度；根據該判定結果、前述交流電動機之控制狀態、及包含前述交流電動機之驅動系統之環境狀態，產生與異常度對應之診斷結果信號、及與診斷狀態對應之診斷模式信號；根據前述診斷結果信號及診斷模式信號產生顯示資訊；及向前述電力轉換裝置之外部輸出前述顯示資訊。
  6. 如請求項5之預兆診斷方法，其中前述異常度為不適用、正常、異常預兆、異常之4階段之程度。
  7. 如請求項5之預兆診斷方法，其中前述診斷狀態為診斷無效中、診斷準備中、診斷執行中、診斷暫停 中、診斷失靈中之5個狀態。
  8. 如請求項5之預兆診斷方法，其中前述交流電動機之機械性異常之程度判定係將臨限值與前述檢測出之相電流進行比較而判定異常之程度。
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