WO2023153048A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
Definitions
- the present invention relates to a power converter.
- Patent Document 1 is available as a background technology for power converters.
- the grid-connected inverter device includes an input capacitor, an inverter, a filter circuit including an inductor and an output capacitor, and a control circuit that controls the switching operation of the inverter.
- the control circuit also has an abnormality detection section for detecting an abnormality in the output voltage Vo of the filter circuit. This control circuit, based on the detection result of the abnormality detection unit, controls to discharge the accumulated electric charge of the output capacitor to the input capacitor via the inverter when the isolated operation state disconnected from the power system is detected. is described.
- limit values are not set according to the operation of the customer system, and especially in systems where it is desired to determine an abnormality in one cycle of operation, it is not possible to know in which process in one cycle the abnormal state occurred. There is a problem.
- FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a power conversion device in Examples 1 and 2;
- FIG. 7 is a flow chart showing a procedure for preparing for abnormality determination performed by an abnormal operation determination unit in the first and second embodiments; 7 is a flow chart showing an abnormality determination procedure performed by an abnormal operation determination unit in Examples 1 and 2; It is an example of the abnormality determination range in Example 1.
- FIG. 4 is a flow chart performed by an abnormal operation determination unit in Examples 1 and 2;
- FIG. 4 is a flow chart of abnormality determination in Examples 1 and 2.
- FIG. 10 is a diagram showing the frequency of occurrence of abnormal data determined by the abnormal operation determining unit in the first embodiment; It is an example of the abnormality determination range in Example 2.
- FIG. 10 is a diagram showing data acquired by an abnormal operation determination unit in Example 2;
- FIG. 10 is a diagram showing data stored in a memory/calculation unit in Example 2;
- FIG. 10 is a diagram showing the frequency of occurrence of abnormal data determined by an abnormal operation determining unit in the second embodiment;
- FIG. 1 is an example of a configuration diagram of the power conversion device of this embodiment, an AC motor 105, and a system 109 connected to the motor as a device to be operated.
- a three-phase AC power supply 101 a DC converter 102, a smoothing capacitor 103, an AC converter 104, a display/operation unit 106, an input-side voltage detector 111, a diode temperature detector 112, and a DC voltage detector 113 , output voltage detector 1141, inverter unit temperature detector 1142, current detector 1151, motor temperature detector 1152, speed detector 1153, external signal detector 119, input voltage detector 121, diode temperature detector 122, DC Voltage detector 123, output voltage detector 1241, inverter temperature detector 1242, current detector 1251, motor temperature detector 1252, speed detector 1253, external signal detector 129, calculator 130, output controller 131, abnormal operation It has a determination unit 132 and a storage/calculation unit 133 .
- the three-phase AC power supply 101 is, for example, a three-phase AC voltage supplied from a power company or an AC voltage supplied from a generator, and outputs to the DC conversion unit 102 .
- the DC conversion unit 102 is configured by, for example, a DC conversion circuit configured with a diode or a DC conversion circuit using an IGBT and a flywheel diode, and converts the AC voltage input from the three-phase AC power supply 101 into a DC voltage, Output to smoothing capacitor 103 .
- FIG. 1 shows a DC conversion section configured with a diode.
- the smoothing capacitor 103 smoothes the DC voltage input from the DC converter 102 and outputs the DC voltage to the AC converter 104 .
- the smoothing capacitor 103 may receive the DC voltage directly from the generator without going through the DC converter 102 .
- the AC conversion unit 104 is composed of, for example, an AC conversion circuit using an IGBT and a flywheel diode, receives the DC voltage of the smoothing capacitor 103 and the output command of the output control unit 131, converts the DC voltage into an AC voltage, Output to AC motor 105 .
- the display/operation unit 106 represents a user interface such as an operation panel or an input/output terminal, and outputs information operated by the user or a signal obtained from an external device to the storage/operation unit 133, for example.
- the display/operation unit 106 determines The obtained information is output to the storage/calculation unit 133 .
- the display/operation unit 106 is a display device that can display numerical values attached to the power conversion device, or a communication terminal such as a smart phone that is placed outside, and stores data stored in the storage/calculation unit 133. Display as monitor data.
- the input-side voltage detector 111 receives the output of the three-phase AC power supply 101, converts the voltage level through, for example, a voltage dividing circuit, and outputs it to the input voltage detector 121 composed of an AD converter and a microcomputer.
- the diode unit temperature detector 112 is composed of, for example, a temperature thermistor, converts the temperature of the DC converter 102 into an electric signal, and outputs the electric signal to the diode temperature detector 122 .
- the DC voltage detector 113 receives the DC voltage of the smoothing capacitor 103, converts the voltage level through, for example, a voltage dividing circuit, and outputs it to the DC voltage detection unit 123 composed of an AD converter and a microcomputer.
- the output-side voltage detector 1141 receives the output of the AC converter 104, converts the voltage level through, for example, a voltage dividing circuit, and outputs it to the output voltage detector 1241 composed of an AD converter and a microcomputer.
- the inverter unit temperature detector 1142 is composed of, for example, a temperature thermistor, converts the temperature of the AC conversion unit 104 into an electric signal, and outputs the electric signal to the inverter temperature detection unit 1242 .
- the current detector 1151 is, for example, a Hall CT or a shunt resistor, converts the input current into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the current detection section 1251 .
- the motor temperature detector 1152 is composed of, for example, a temperature thermistor, converts the temperature of the AC motor 105 into an electric signal, and outputs the electric signal to the electric motor temperature detector 1252 .
- the speed detector 1153 is composed of, for example, a rotary encoder, detects the direct rotation speed of the AC motor 105 or the rotation speed changed by attaching a gear, etc., and outputs it to the speed detection unit 1253 .
- the external signal detector 119 is composed of, for example, a temperature sensor, a vibration sensor, and a voice sensor.
- the external signal detector 119 is a sensor capable of extracting the operation of the system 109 as an electric signal, converts the sensor information into an electric signal, and outputs the electric signal to the external signal detector 129 .
- Input voltage detector 121, diode temperature detector 122, DC voltage detector 123, output voltage detector 1241, inverter temperature detector 1242, current detector 1251, motor temperature detector 1252, speed detector 1253, external signal detector 129 are each composed of, for example, an AD converter and a communication module.
- the detection unit 129 converts each acquired electrical signal into digital data. The converted digital data is output to the storage/calculation section 133 from each processing section described above.
- the computing unit 130 is, for example, a microcomputer, and is a device that converts or computes data. Even if the arithmetic unit 130 is composed of a plurality of elements, the intention does not change.
- Operation unit 130 includes input voltage detection unit 121 , diode temperature detection unit 122 , DC voltage detection unit 123 , output voltage detection unit 1241 , inverter temperature detection unit 1242 , current detection unit 1251 , motor temperature detection unit 1252 , speed detection unit 1253 . , an external signal detection unit 129 , an output control unit 131 , an abnormal operation determination unit 132 , and a storage/calculation unit 133 .
- the output control unit 131 is a control unit that calculates a command signal for driving the system 109 , provides an output command signal to the AC conversion unit 104 , and outputs output command data to the abnormal operation determination unit 132 .
- the abnormal operation determination unit 132 uses the output command data of the output control unit 131 and the data acquired from the sensor stored in the storage/calculation unit 133 as monitor data, and receives preset abnormality determination data as input, and uses various data as monitor data. is selectively used to determine if the signal is abnormal.
- the storage/calculation unit 133 accumulates data acquired from various data acquisition units and outputs the data to the abnormal operation determination unit 132 .
- the power conversion device in FIG. 1 includes a DC conversion unit 102, a smoothing capacitor 103, an AC conversion unit 104, a display/operation unit 106, an input side voltage detector 111, a diode temperature detector 112, a DC voltage detector 113, and an output side.
- a voltage detector 1141 , an inverter part temperature detector 1142 , a current detector 1151 and a calculation part 130 are provided.
- the output-side voltage detector 1141, the inverter temperature detector 1142, and the current detector 1151 may be attached outside the power converter.
- FIG. 2 is a flowchart showing a preparation procedure for abnormality monitoring performed by the abnormal operation determination unit 132 according to the first embodiment.
- the abnormal operation determination unit 132 acquires range specification information set in advance in the storage/calculation unit 133 through the display/operation unit 106 and information on what to monitor (S201).
- the abnormal operation determination unit 132 sets the monitoring range from the acquired information (S202).
- the abnormal operation determination unit 132 sets determination means for performing abnormality determination (S203). For example, when the frequency per unit time of reaching the range of abnormality determination exceeds a certain level, it is set to notify the outside as an abnormal state.
- an operation suitable for the system 109 is realized by setting a judgment means for detecting an abnormality so as to detect only an outlier and issue an error after one cycle.
- one cycle represents the period from when the system 109 starts a specific work to when it ends.
- the cycle may be one in which molding is performed and the product is extruded.
- the abnormal operation determination unit 132 shifts to a standby state in which it waits for a trigger for monitoring the target data (S204).
- FIG. 3 is a flowchart showing an abnormality monitoring determination procedure performed by the abnormal operation determination unit 132 in the first embodiment.
- the abnormal operation determination unit 132 holds the collected data in the storage/calculation unit 133 and transmits the data to the outside through the display/operation unit 106 (S304). As described above, a method of monitoring data by a judgment method specified in advance has been shown.
- FIG. 4 shows an example of how the abnormal operation determination unit 132 recognizes the abnormal range as data.
- the horizontal axis indicates the output frequency command (Hz) of the power converter
- the vertical axis indicates the output current value (A) of the power converter and monitor information data from the system 109 .
- (1A) on the horizontal axis in FIG. 4 indicates a specific value of the output frequency.
- (1AU) on the vertical axis represents the maximum output current value when the output frequency is (1A) among the samples of monitored data
- (1AL) represents the maximum output current value when the output frequency is (1A) among the samples of monitored data.
- 1A) represents the minimum output current value.
- Other (2AU) and (2AL) mean values of similar relationships.
- the abnormal operation determination unit 132 acquires the corresponding monitor information data from the steady driving conditions.
- Abnormal operation determination unit 132 determines that a state in which the output current is higher than upper limit value 41 (the region indicated by the upper arrow) is a state in which the upper limit has passed, and a state in which the output current is lower than lower limit value 42 (the region indicated by the lower arrow). The abnormal operation determination unit 132 determines that the region indicated by ) is in a state of less than the lower limit.
- the abnormal operation determination unit 132 makes an abnormal determination such that the weight of the degree of abnormality is increased as the distance from the area determined as normal increases, and the degree of abnormality is increased as the distance from the area increases even if the frequency is low, and the abnormality is determined to be abnormal. good too.
- the abnormal operation determination unit 132 reads the operation of the system 109 specified by the customer in advance, and controls the system 109 according to a pattern to be monitored (for example, controlling the output frequency of the power converter according to the customer's request) (S502). ).
- the abnormal operation determination unit 132 repeatedly acquires normal pattern information while controlling the system 109 (S503).
- the abnormal operation determination unit 132 continues to hold the collected data in the storage/calculation unit 133 .
- the amount of monitoring data that can determine an abnormality for example, there is a case where 100 items are obtained for each predetermined point.
- the output frequency of the power conversion device is converted to a predetermined upper and lower range, and the output current according to the change is measured to obtain a sufficient amount as monitoring data. Operation ends. Alternatively, when the end is specified through the display/operation unit 106, the automatic learning is ended and the monitoring basic data operation is ended (S504).
- FIG. 6 shows data information plotted by the abnormal operation determination unit 132 as the operation range during automatic learning.
- the vertical axis indicates the output frequency of the power converter
- the horizontal axis indicates the time in automatic learning.
- the output frequency (1A) and the like correspond to the values on the horizontal axis in FIG.
- the vertical axis indicates the output current value of the power converter
- the horizontal axis indicates the time in automatic learning.
- I1 indicates the output current value when the output frequency is (1B).
- data from the speed detection unit 1253 may be used, or an output frequency command value calculated by the output control unit 131 may be used.
- Data from the current detector 1251 is used for the output current value.
- FIG. 7 is a diagram expressing the plotted information as two-dimensional information, and shows that the operation of the power converter is within the normal range as a result of operation.
- the vertical axis in FIG. 7 indicates the output current (A), and the horizontal axis indicates the output frequency (Hz).
- the abnormal operation determination unit 132 may set the reference value 40 in FIG. 4 by calculating the average output current for each output frequency from the data in the graph of FIG. Alternatively, the reference value may be determined in advance according to the customer's request. Abnormal operation determination section 132 calculates upper limit value 41 and lower limit value 42 from the set reference value and likelihood.
- the abnormal operation determination unit 132 adjusts the upper limit value 41 and the lower limit value shown in FIG. 7 and FIG. A threshold such as a value of 42 is set, and the normal range is defined as definite information.
- FIG. 8 is a flowchart showing an abnormality determination procedure performed by the abnormal operation determination unit 132 according to the first embodiment.
- the abnormal operation determination unit 132 acquires monitoring target data (S801).
- the frequency of the data exceeding the upper limit value 41 per unit time is defined as the abnormal operation.
- the determination unit 132 calculates. For example, it is possible to calculate the number of monitoring target data exceeding the upper limit value 41 per unit time as the frequency. In FIG. 9, the number of individual circles indicates the number of data to be monitored, and the number of cases exceeding the upper limit value 41 per unit time is defined as the frequency.
- the abnormal operation determination unit 132 calculates the frequency of the monitoring target data less than the lower limit value 42 per unit time. (S802).
- the abnormal operation determination unit 132 compares the frequency calculated in S802 with the predetermined frequency, and determines whether the frequency is equal to or higher than the predetermined frequency (S803). If the frequency calculated in S802 is equal to or higher than the predetermined frequency (Yes in S803), an alarm is issued as an abnormality (S804). If the frequency calculated in S802 is less than the predetermined frequency (No in S803), the processing of the abnormality determination procedure ends.
- Embodiment 2 is a modification of Embodiment 1, and the configuration of Embodiment 2 has the same functions as the configuration denoted by the same reference numerals shown in FIG. Description is omitted.
- the target is a system in which the system 109 connected to the electric motor repeats one specific cycle.
- an operation is performed in which a specific pattern is taken as monitor information in the passage of time in a constant cycle.
- FIG. 10 shows an example of how the abnormal operation determination unit 132 recognizes the abnormal range as data.
- the horizontal axis represents the elapsed time (s), and the vertical axis represents the output current value (A) and monitor information data.
- the corresponding monitor information data is acquired from the periodic drive conditions.
- the abnormal operation determination unit 132 sets the reference value 40, the upper limit value 41, and the lower limit value 42, as described in the first embodiment.
- Abnormal operation determination unit 132 determines that a state in which the output current is higher than upper limit value 41 (the region indicated by the upper arrow) is a state in which the upper limit has passed, and a state in which the output current is lower than lower limit value 42 (the region indicated by the lower arrow). The abnormal operation determination unit 132 determines that the region indicated by ) is in a state of less than the lower limit.
- an area to be judged as normal is set for a preset basic two-dimensional plane point (reference value 40).
- the region judged to be normal is the region between the upper limit value 41 and the lower limit value 42 .
- the abnormal operation determination unit 132 determines that the abnormal operation is abnormal. to judge.
- the abnormal operation judgment unit 132 When one cycle of operation is monitored, the abnormal operation judgment unit 132 does not stop the operation, but stores the location judged to be abnormal in the storage/calculation unit 133, and after one cycle of operation is completed, the operation is monitored.
- the display/operation unit 106 informs the outside whether the operation has been completed normally. In the case of FIG. 13, it is possible to inform the outside that an abnormality has occurred between times (2F) and (2G).
- each of the above configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized in hardware, for example, by designing a part or all of them with an integrated circuit.
- each of the above configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function.
- Information such as programs, tables, and files that implement each function can be stored in recording devices such as memory, hard disks, SSDs (Solid State Drives), or recording media such as IC cards, SD cards, and DVDs.
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Abstract
直流電圧を被動作機器に対応した交流電圧に変換する電力変換部と、電力変換部から出力される出力電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出した出力電流の基準値、または被動作機器からのモニタ対象値の基準値と、基準値から決まる上限値および下限値を記憶する記憶部と、電力変換部を制御する制御部とを備え、制御部が、上限値を超えた状態の頻度もしくは下限値未満の状態の頻度を算出し、頻度と定めておいた所定頻度を比較して異常であるかを判断する電力変換装置。
Description
本発明は、電力変換装置に関する。
電力変換装置の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１の系統連系インバータ装置は、入力コンデンサと、インバータと、インダクタ及び出力コンデンサからなるフィルタ回路と、インバータのスイッチング動作を制御する制御回路とを備えていることが記載されている。また、その制御回路は、フィルタ回路の出力電圧Ｖｏの異常状態を検出する異常検出部を有している。この制御回路は、異常検出部の検出結果に基づき、電力系統から切り離された単独運転状態を検出した時に、出力コンデンサの蓄積電荷を、インバータを経由して入力コンデンサへ放電させるように制御することが記載されている。
特許文献１には、瞬時周波数が所定の上下限値を超えて所定時間以上継続した時に異常状態を検出し、インバータ装置を停止することが記載されている。特許文献１の仕組みでは、駆動条件が変化しても判断基準が一定であり、外部環境の変化、特にシステム側の許容度に変化があっても、異常状態レベルに到達すると後に停止してしまう。そのため、システムがそのまま停止せずに動作してほしい場合でも、停止してしまう課題がある。
また、特許文献１の仕組みでは、停止するレベルを該当装置側の理由で決めてしまうと顧客のシステムの正常動作範囲があっても余裕度が大きすぎてしまうという課題がある。また、顧客システムが１サイクル期間での動作として正常か異常かを判断しようとした場合、一時的に特異な現象が発生して止めてしまうと、連続動作ができなくなる。
このように従来技術では、顧客システムの動作に合わせた制限値が設定されておらず、特に運転の１サイクルに異常を判断したいシステムにおいては、1サイクルのどの工程で異常状態が起きたか分からないという課題がある。
本発明の目的は、システムの動作に合わせた条件で、異常であると判断することができる電力変換装置を提供する。
本発明は、直流電圧を被動作機器に対応した交流電圧に変換する電力変換部と、前記電力変換部から出力される出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出した出力電流の基準値、または前記被動作機器からのモニタ対象値の基準値と、前記基準値から決まる上限値および下限値を記憶する記憶部と、前記電力変換部を制御する制御部とを備え、
前記制御部が、前記上限値を超えた状態の頻度もしくは前記下限値未満の状態の頻度を算出し、前記頻度と定めておいた所定頻度を比較して、異常であるかを判断する電力変換装置である。
前記制御部が、前記上限値を超えた状態の頻度もしくは前記下限値未満の状態の頻度を算出し、前記頻度と定めておいた所定頻度を比較して、異常であるかを判断する電力変換装置である。
本発明によれば、システムの動作に合わせた条件で、異常であると判断することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、実施例を図面を用いて説明する。
本実施例では、電力変換装置がセンシングした種々の信号の異常性を検出する例を説明する。
図１は、本実施例の電力変換装置と、交流電動機１０５、被動作機器としての、電動機に連結されたシステム１０９の構成図の例である。
本実施例では、三相交流電源１０１、直流変換部１０２、平滑コンデンサ１０３、交流変換部１０４、表示・操作部１０６、入力側電圧検出器１１１、ダイオード部温度検出器１１２、直流電圧検出器１１３、出力側電圧検出器１１４１、インバータ部温度検出器１１４２、電流検出器１１５１、電動機温度検出器１１５２、速度検出器１１５３、外部信号検出器１１９、入力電圧検出部１２１、ダイオード温度検出部１２２、直流電圧検出部１２３、出力電圧検出部１２４１、インバータ温度検出部１２４２、電流検出部１２５１、電動機温度検出部１２５２、速度検出部１２５３、外部信号検出部１２９、演算部１３０、出力制御部１３１、異常動作判断部１３２、記憶・演算部１３３を有する。
三相交流電源１０１は、例えば電力会社から供給される三相交流電圧や発電機から供給される交流電圧であり、直流変換部１０２に出力する。
直流変換部１０２は、例えばダイオードで構成された直流変換回路やIGBTとフライホイールダイオードを用いた直流変換回路で構成され、三相交流電源１０１から入力された交流電圧を、直流電圧に変換し、平滑コンデンサ１０３に出力する。図１では、ダイオードで構成された直流変換部を示している。
平滑コンデンサ１０３は、直流変換部１０２から入力された直流電圧を平滑化し、交流変換部１０４に直流電圧を出力する。例えば発電機の出力が直流電圧の場合、平滑コンデンサ１０３は、直流変換部１０２を介さず、直接発電機から直流電圧を入力されても構わない。
交流変換部１０４は、例えばＩＧＢＴとフライホイールダイオードを用いた交流変換回路で構成され、平滑コンデンサ１０３の直流電圧と、出力制御部１３１の出力指令を入力とし、直流電圧を交流電圧に変換し、交流電動機１０５に出力する。
表示・操作部１０６は、例えば操作パネルや入出力端子であるユーザインターフェースを示しており、例えばユーザが操作した情報、あるいは外部機器から得られた信号を記憶・演算部１３３に出力する。
本実施例では、例えばユーザが診断情報を取得するために予め設定する判断時間、安定度範囲、チューニング状態設定などを表示・操作部１０６で決定した場合に、表示・操作部１０６は、決定された情報を記憶・演算部１３３に出力する。
また、表示・操作部１０６は、電力変換装置に装着された数値を表示できる表示器、あるいは、外部に配置されたスマートフォンなどの通信端末であって、記憶・演算部１３３に格納されたデータをモニタデータとして表示する。
入力側電圧検出器１１１は、三相交流電源１０１の出力を入力とし、例えば、分圧回路を通して電圧レベルを変換し、AD変換器やマイクロコンピュータで構成される入力電圧検出部１２１に出力する。
ダイオード部温度検出器１１２は、例えば温度サーミスタで構成され、直流変換部１０２の温度を電気信号に変換し、ダイオード温度検出部１２２に出力する。
直流電圧検出器１１３は、平滑コンデンサ１０３の直流電圧を入力とし、例えば、分圧回路を通して電圧レベルを変換し、AD変換器やマイクロコンピュータで構成される直流電圧検出部１２３に出力する。
出力側電圧検出器１１４１は、交流変換部１０４の出力を入力とし、例えば、分圧回路を通して電圧レベルを変換し、AD変換器やマイクロコンピュータで構成される出力電圧検出部１２４１に出力する。
インバータ部温度検出器１１４２は、例えば温度サーミスタで構成され、交流変換部１０４の温度を電気信号に変換し、インバータ温度検出部１２４２に出力する。
電流検出器１１５１は、例えばホールCTやシャント抵抗であって、入力される電流を電気信号に変換し、電流検出部１２５１に出力する。
電動機温度検出器１１５２は、例えば温度サーミスタで構成され、交流電動機１０５の温度を電気信号に変換し、電動機温度検出部１２５２に出力する。
速度検出器１１５３は、例えばローターリーエンコーダで構成され、交流電動機１０５の直接の回転数、あるいはギアを取り付けるなどして可変速した回転数を検出し、速度検出部１２５３に出力する。
外部信号検出器１１９は、例えば温度センサ、振動センサや音声センサで構成される。外部信号検出器１１９は、システム１０９の動作を電気信号として取り出すことができるセンサであって、センサ情報を電気信号に変換し、外部信号検出部１２９に出力する。
入力電圧検出部１２１、ダイオード温度検出部１２２、直流電圧検出部１２３、出力電圧検出部１２４１、インバータ温度検出部１２４２、電流検出部１２５１、電動機温度検出部１２５２、速度検出部１２５３、外部信号検出部１２９は、それぞれ、例えばAD変換器や通信モジュールで構成される。また、入力電圧検出部１２１、ダイオード温度検出部１２２、直流電圧検出部１２３、出力電圧検出部１２４１、インバータ温度検出部１２４２、電流検出部１２５１、電動機温度検出部１２５２、速度検出部１２５３、外部信号検出部１２９は、それぞれ取得した電気信号をデジタルデータに変換する。変換されたデジタルデータは、上記した各処理部から記憶・演算部１３３に出力される。
演算部１３０は、例えばマイクロコンピュータであって、データを変換、あるいは演算する装置である。演算部１３０は複数の素子で構成されていてもその意図は変わらない。演算部１３０は、入力電圧検出部１２１、ダイオード温度検出部１２２、直流電圧検出部１２３、出力電圧検出部１２４１、インバータ温度検出部１２４２、電流検出部１２５１、電動機温度検出部１２５２、速度検出部１２５３、外部信号検出部１２９、出力制御部１３１、異常動作判断部１３２、記憶・演算部１３３を有する。
出力制御部１３１は、システム１０９を駆動する指令信号を演算する制御部であって、交流変換部１０４への出力指令信号を与えると共に、出力指令データを異常動作判断部１３２へ出力する。
異常動作判断部１３２は、出力制御部１３１の出力指令データ、記憶・演算部１３３に格納された、センサから取得したデータを、モニタデータとし、あらかじめ設定された異常判断データを入力とし、各種データを選択的に使用して、信号が異常かどうかを判断する。
記憶・演算部１３３は、各種データ取得部分から取得したデータを蓄積し、異常動作判断部１３２にデータを出力する。
図１の電力変換装置は、直流変換部１０２、平滑コンデンサ１０３、交流変換部１０４、表示・操作部１０６、入力側電圧検出器１１１、ダイオード部温度検出器１１２、直流電圧検出器１１３、出力側電圧検出器１１４１、インバータ部温度検出器１１４２、電流検出器１１５１、演算部１３０を有する構成とした。出力側電圧検出器１１４１、インバータ部温度検出器１１４２、電流検出器１１５１は、電力変換装置の外部として取り付けるようにしてもかまわない。
図２は、実施例１における異常動作判断部１３２が行う異常監視の準備手順を示すフローチャートである。
異常動作判断部１３２は、予め表示・操作部１０６を通して記憶・演算部１３３に設定された範囲指定情報、何を監視するのかの情報を取得する（Ｓ２０１）。
異常動作判断部１３２は、取得した情報から監視範囲を設定する（Ｓ２０２）。
異常動作判断部１３２は、異常判断を行う判断手段を設定する（Ｓ２０３）。例えば、異常判断の範囲に到達した単位時間当たりの頻度が一定のレベルを超えた場合に異常状態として外部に報知するように設定する。あるいは、外れ値のみを検出して、１サイクル後にエラーを出すように異常判断を行う判断手段を設定することで、システム１０９にあった動作を実現する。ここで、１サイクルとは、システム１０９が特定の作業を開始してから終了するまでを表す。例えば、金属成形の機械であれば、成型して１回、製品を押し出すサイクルとしてもよい。
異常動作判断部１３２は、対象データを監視するためのトリガを待つ待機状態に移行する（Ｓ２０４）。
図３は、実施例１における異常動作判断部１３２が行う異常監視判断手順を示すフローチャートである。
異常動作判断部１３２は、監視トリガを取得し、トリガを起点にして、待機していた監視を開始する（Ｓ３０１）。監視トリガとしては、例えば、電力変換装置の運転スイッチをオンにした場合や、顧客からの監視開始の指示を受けた場合がある。
異常動作判断部１３２は、監視対象データを取得し、取得すべき情報を監視する（Ｓ３０２）。
異常動作判断部１３２は、異常判断を行う判断手段を用い、異常判断を実施する。例えば、異常判断の範囲に到達した単位時間当たりの頻度が一定のレベルを超えた場合に異常状態として外部に報知する場合、単位時間当たりの異常状態を計算し続ける異常判断を実施する。あるいは、外れ値のみを検出して、１サイクル後にエラーを出す場合、エラー状態になったかどうかを判断しておき、例えば監視トリガがなくなったときにエラーを発するように異常判断を実施する。（Ｓ３０３）。
異常動作判断部１３２は、記憶・演算部１３３に収集したデータを保持しておき、表示・操作部１０６を通して外部にデータを伝送する（Ｓ３０４）。以上により、あらかじめ指定した判断方法によって、データ監視する方法を示した。
図４は、異常動作判断部１３２が、異常範囲をどうデータとして認識するかの一例を示している。横軸を電力変換装置の出力周波数指令（Ｈｚ）とし、縦軸に電力変換装置の出力電流値（Ａ）や、システム１０９からのモニタ情報データを示す。図４で横軸の（１Ａ）などは、出力周波数の特定の値を示す。例えば、縦軸の（１ＡＵ）は、監視対象データのサンプルのうち出力周波数が（１Ａ）のときの最大の出力電流値を表し、（１ＡＬ）は、監視対象データのサンプルのうち出力周波数が（１Ａ）のときの最小の出力電流値を表わす。他の（２ＡＵ）、（２ＡＬ）も同様な関係の値を意味する。
システム１０９からのフィードバック、例えば水圧を検出する水圧計の出力などが、外部信号検出部１２９を経由して、モニタ情報データがフィードバックされる。定常的な駆動条件から対応するモニタ情報データを、異常動作判断部１３２が取得する。
図４では、異常動作判断部１３２が基準値４０を設定し、基準値４０に対して上下に、それぞれ所定幅の尤度を持たせて、上限値４１、下限値４２を設定する。
上限値４１より、出力電流が高い状態（上側の矢印で示す領域）を、上限経過状態であると異常動作判断部１３２は判断し、下限値４２より、出力電流が低い状態（下側の矢印で示す領域）を、下限未満状態であると異常動作判断部１３２は判断する。
あらかじめ設定した基礎的な二次元平面上のポイント（基準値４０）に対して、正常として判断する領域が設定される。正常として判断する領域は、上限値４１と下限値４２の間の領域である。上限値４１と下限値４２の間の領域を、中心として、その領域から外側に、データが遷移した場合の頻度が多くなった場合に異常動作判断部１３２は異常と判断する。
または、異常動作判断部１３２は、正常として判断する領域から離れるにつれて異常度の重みを高くし、外側に離れるほど頻度が少なくても異常度を高くし、異常と判断するといった異常判断をしてもよい。
図５は、実施例１における異常動作判断部１３２が行う異常監視情報の取得手順を示すフローチャートである。
異常動作判断部１３２は、表示・操作部１０６を通して指定された自動学習モードを開始する（Ｓ５０１）。
異常動作判断部１３２は、あらかじめ顧客が指定したシステム１０９の動作を読み込み、監視すべきパターン（例えば、電力変換装置の出力周波数を顧客の要求に従って制御する）に従って、システム１０９に対する制御を行う（Ｓ５０２）。
異常動作判断部１３２は、システム１０９に対する制御を行いながら、正常なパターンの情報を繰り返し取得する（Ｓ５０３）。
異常動作判断部１３２は、記憶・演算部１３３に収集したデータを保持し続ける。異常を判断可能な監視データの量としては、例えば所定のポイントに対して１００件ずつ取得するといった場合がある。ここで、所定のポイントとしては、電力変換装置の出力周波数を上下の所定の範囲に変換させて、その変化に応じた出力電流を計測して監視データとして十分な量を取得したら、監視基礎データ動作終了する。あるいは表示・操作部１０６を通して終了が指定されたら自動学習を終了し、監視基礎データ動作を終了するようにする（Ｓ５０４）。
図６は、異常動作判断部１３２が、自動学習の際に動作範囲としてプロットするデータ情報を示している。図６の上段のグラフでは、縦軸は、電力変換装置の出力周波数を示し、横軸は自動学習における時間を示す。出力周波数（１Ａ）などは、図４の横軸の値と対応している。
図６の下段のグラフでは、縦軸は、電力変換装置の出力電流値を示し、横軸は自動学習における時間を示す。例えばＩ１は、出力周波数が（１Ｂ）における出力電流値を示す。出力周波数は、速度検出部１２５３からのデータを使ってもよいし、出力制御部１３１が計算した出力周波数指令値を使ってもよい。出力電流値は、電流検出部１２５１からのデータを使う。
図７は、プロットした情報を２次元情報として表現した図であり、電力変換装置が動作した結果、正常な範囲において動作していることを示している。図７の縦軸は、出力電流(A)を示し、横軸は、出力周波数(Hz)を示す。図６で示したデータを、複数回にわたり取得して、取得したデータをまとめることで、図７の丸で示す個々のデータを含むグラフを得ることができる。
図７のグラフにおけるデータから、異常動作判断部１３２が、出力周波数ごとに、平均の出力電流を算出することで、図４における基準値４０を設定するようにしてもよい。もしくは、あらかじめ顧客の要求に従って基準値を決めるようにしてもよい。設定した基準値と尤度とから上限値４１と下限値４２を、異常動作判断部１３２が算出する。
異常動作判断部１３２は、自動学習中の情報によって、検出ポイントで占有している頻度が、例えば８割となる範囲を正常となるように、図７や図９に示した上限値４１や下限値４２といった閾値を設定し、正常な範囲を確定情報とする。
図８は、実施例１における異常動作判断部１３２が行う異常判断手順を示すフローチャートである。異常動作判断部１３２は、監視対象データを取得する（Ｓ８０１）。
図９に示す破線で表した円形内にあるデータのように、上限値４１を超えて監視対象データが発生した場合には、上限値４１を超えたデータの単位時間当たりの頻度を、異常動作判断部１３２が計算する。例えば、上限値４１を超えた監視対象データが単位時間当たり何件あったかを頻度として算出できる。図９では個々の丸の数が監視対象データ数を示し、そのうち、上限値４１を超えた単位時間当たりの件数を頻度とする。下限値４２未満の監視対象データが発生した場合には、下限値４２未満の監視対象データの単位時間当たりの頻度を、異常動作判断部１３２が計算する。（Ｓ８０２）。
次に、Ｓ８０２で、算出した頻度と定めておいた所定頻度とを、異常動作判断部１３２が比較して、所定の頻度以上であるかを判断する（Ｓ８０３）。Ｓ８０２で算出した頻度が所定の頻度以上の場合（Ｓ８０３でYes）は、異常として警報する（Ｓ８０４）。Ｓ８０２で算出した頻度が所定の頻度未満の場合（Ｓ８０３でNo）は、異常判断手順の処理は終了する。
本実施例によれば、システムの動作に合わせた条件で、異常であると判断することができる。
本実施例は、実施例１の変形例であって、実施例２の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
実施例２では、電動機に連結されたシステム１０９が、ある特定の１サイクルを繰り返すシステムを対象とする。本実施例では、一定のサイクルの時間経過において、モニタ情報として特定のパターンを取る動作をする。
図１０は、異常動作判断部１３２が、異常範囲を、どのようにデータとして認識するかの一例を示している。横軸を経過時間（ｓ）とし、縦軸に出力電流値（Ａ）やモニタ情報データを示す。システム１０９からのフィードバック、例えばシステム１０９のトルク出力などをフィードバックとして、周期的な駆動条件から対応するモニタ情報データを取得する。異常動作判断部１３２は、実施例１で述べたように、基準値４０、上限値４１、下限値４２を設定する。
上限値４１より、出力電流が高い状態（上側の矢印で示す領域）を、上限経過状態であると異常動作判断部１３２は判断し、下限値４２より、出力電流が低い状態（下側の矢印で示す領域）を、下限未満状態であると異常動作判断部１３２は判断する。
図１０に示すように、あらかじめ設定した基礎的な二次元平面上のポイント（基準値４０）に対して、正常として判断する領域が設定される。正常として判断する領域は、上限値４１と下限値４２の間の領域である。正常として判断する領域である、上限値４１と下限値４２の間の領域を、中心として、その領域の外側にデータが遷移した場合の頻度が多くなった場合に、異常動作判断部１３２が異常を判断する。
または、正常として判断する領域から離れるにつれ異常度の重みを高くし、外側に離れるほど頻度が少なくても異常度を高くし、異常動作判断部１３２が異常と判断するようにしてもよい。
図１１は、異常動作判断部１３２が、自動学習の際に動作範囲としてプロットするデータ情報を示している。図１２は、プロットした情報を２次元情報として表現した図であり、電力変換装置が動作した結果、正常な範囲において動作していることを示している。図１１から図１３で、縦軸の出力状態は、１サイクルを示す。１サイクルは、立ち上がりから立下りの間の状態に相当する。
図８は、実施例２における異常動作判断部１３２が行う異常判断手順を示すフローチャートである。異常動作判断部１３２は、監視対象データを取得する（Ｓ８０１）。
次に、実施例１のＳ８０２のように頻度の計算をする。例えば、図１３に、破線で示した円形内にあるデータのように、対象領域の外にデータが発生したとする。その場合、上限値あるいは下限値から離れるほど、単位時間当たりの発生データ頻度が高くなるように、異常動作判断部１３２は、重みづけを行うようにしてもよい。この場合には、上限値あるいは下限値から離れるほど頻度の寄与が高くなるように頻度の計算をする（Ｓ８０２）。例えば、上限値からの尤度を所定幅として、その尤度の１２０％では１件当たりの発生件数に重みづけをし、尤度の１１０％で発生する場合に比べて件数を高くするような計算とする。このようにすることで、異常の程度を正しく把握できる。
次に、実施例１と同様に、Ｓ８０２で、算出した頻度と定めておいた所定頻度とを、異常動作判断部１３２が比較し、所定頻度以上であるかを判断する（Ｓ８０３）。Ｓ８０２で算出した頻度が所定の頻度未満の場合（Ｓ８０３でNo）は、異常判断手順の処理は終了する。Ｓ８０２で算出した頻度が所定の頻度以上の場合（Ｓ８０３でYes）は、異常として警報する（Ｓ８０４）。ここで、上限値からの尤度を所定幅に設定したとして、その尤度の１２０％では所定頻度の値を、尤度の１１０％で発生した場合の所定頻度の値より小さくするようにしてもよい。
１サイクルの運転動作を監視する場合、異常動作判断部１３２は、運転を停止せず、異常と判断した個所を、記憶・演算部１３３に記憶しておき、１サイクルの動作が終了後にその運転動作が正常に終了できたかを、表示・操作部１０６を通して外部に報知する。図１３の場合では、時間が（２Ｆ）と（２Ｇ）の間に異常が生じたことを外部に報知できる。
本実施例によれば、顧客システムが１サイクル期間での動作として正常か異常かを判断しようとした場合、一時的に特異な現象が発生して止めてしまうと、連続動作ができなくなることを防いで、異常を判断できる。
上記した実施例の図４、図７、図９から図１３では出力電流を例に説明したが、電動機に連結されたシステム１０９からのモニタ情報データに置き換えてもよい。
上記した実施例によれば、顧客のシステムの正常動作範囲があっても余裕度が大きすぎてしまうということを避けることができる。そのため、無駄な作業を排除できるから、環境保全を通じて、地球環境に悪影響を及ぼさない社会の実現にも寄与することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１０１・・・三相交流電源、１０２・・・直流変換部、１０３・・・平滑コンデンサ、１０４・・・交流変換部、１０５・・・交流電動機、１０６・・・表示・操作部、１０９・・・電動機に連結されたシステム、１１１・・・入力側電圧検出器、１１２・・・ダイオード部温度検出器、１１３・・・直流電圧検出器、１１４１・・・出力側電圧検出器、１１４２・・・インバータ部温度検出器、１１５１・・・電流検出器、１１５２・・・電動機温度検出器、１１５３・・・速度検出器、１１９・・・外部信号検出器、１２１・・・入力電圧検出部、１２２・・・ダイオード温度検出部、１２３・・・直流電圧検出部、１２４１・・・出力電圧検出部、１２４２・・・インバータ温度検出部、１２５１・・・電流検出部、１２５２・・・電動機温度検出部、１２５３・・・速度検出部、１２９・・・外部信号検出部、１３０・・・演算部、１３１・・・出力制御部、１３２・・・異常動作判断部、１３３・・・記憶・演算部
Claims (10)
- 直流電圧を被動作機器に対応した交流電圧に変換する電力変換部と、
前記電力変換部から出力される出力電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した出力電流の基準値、または前記被動作機器からのモニタ対象値の基準値と、前記基準値から決まる上限値および下限値を記憶する記憶部と、
前記電力変換部を制御する制御部とを備え、
前記制御部が、
前記上限値を超えた状態の頻度もしくは前記下限値未満の状態の頻度を算出し、
前記頻度と定めておいた所定頻度を比較して、異常であるかを判断する電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記上限値もしくは前記下限値は、前記基準値から所定幅を持たせた値である電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
特定の周波数の出力電流値を取得し、前記出力電流値の平均を前記基準値とする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記記憶部は、
前記出力電流値、もしくは前記モニタ対象値を蓄積し、
前記制御部が、
前記基準値により変化する前記上限値および前記下限値を演算し、
前記上限値及び前記下限値として設定する電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部が、
異常と判断した場合には、外部に通知をするとともに、電力変換装置を停止させるように制御をする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部が、
異常と判断した場合には、１サイクルの動作を終了した後に、外部に通知をする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部が、
あらかじめ定められた前記所定頻度の割合で前記出力電流または前記モニタ対象値が出現するように、前記上限値または下限値を設定しておく電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
前記出力電流が、前記基準値から離れるほど、前記頻度を高くするように演算をする、もしくは、前記モニタ対象値が、前記基準値から離れるほど、前記頻度を高くするように演算をする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、
異常と判断したタイミングを、前記記憶部に記憶する電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記被動作機器は、電動機に連結される機器であり、
前記制御部が、
前記被動作機器の状態を検出する外部信号検出器から、モニタ対象値を取得する電力変換装置。
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