WO2024252529A1 - 劣化判別装置および劣化判別方法 - Google Patents

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WO2024252529A1
WO2024252529A1 PCT/JP2023/021051 JP2023021051W WO2024252529A1 WO 2024252529 A1 WO2024252529 A1 WO 2024252529A1 JP 2023021051 W JP2023021051 W JP 2023021051W WO 2024252529 A1 WO2024252529 A1 WO 2024252529A1
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voltage
constant
deterioration determination
voltage power
power supply
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翔平 西村
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal

Definitions

  • This disclosure relates to a deterioration determination device and a deterioration determination method.
  • Patent Document 1 discloses an example of a degradation determination device that determines whether or not a constant-voltage power supply has deteriorated in order to ensure stable operation of the electronic devices.
  • the degradation detection device disclosed in Patent Document 1 detects degradation of a low-voltage power supply device from the timing when the input voltage of the low-voltage power supply device to be detected rises, the timing when the charging voltage of a smoothing capacitor provided in the low-voltage power supply device rises to a predetermined voltage, and the timing when the output voltage of the low-voltage power supply device rises.
  • the deterioration detection device disclosed in Patent Document 1 needs to detect and analyze the voltage of the smoothing capacitor inside the low-voltage power supply device being detected, in addition to the input and output of the low-voltage power supply device being detected, which makes the method of determining deterioration complicated and the structure of the deterioration detection device complex.
  • This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a degradation determination device and degradation determination method that can determine the presence or absence of degradation in a constant-voltage power supply with a simple configuration.
  • the deterioration determination device disclosed herein is a deterioration determination device that determines whether or not a constant-voltage power supply that outputs an operating voltage for performing a switching operation of an electronic device having a switching element has deteriorated, and includes a signal processing unit and a deterioration determination unit.
  • the signal processing unit generates voltage data based on the amplitude of the output voltage from the output voltage of the constant-voltage power supply.
  • the deterioration determination unit obtains the start-up time of the constant-voltage power supply from the start-up command for the electronic device and the voltage data, and determines whether or not the constant-voltage power supply has deteriorated from the start-up time.
  • the degradation determination device determines the startup time of a constant-voltage power supply from a startup command for an electronic device and voltage data indicating the amplitude of the output voltage of the constant-voltage power supply, and determines whether or not the constant-voltage power supply has deteriorated from the startup time. Because the degradation determination device does not need to obtain electrical physical quantities for the elements inside the electronic device, a degradation determination device that can determine whether or not a constant-voltage power supply has deteriorated can be obtained with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration of a deterioration determination device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between a start-up command, an output voltage, and a start-up time of a constant-voltage power supply that is a deterioration determination target of the deterioration determination device according to the first embodiment; Block diagram of a deterioration determination device according to a second embodiment. Block diagram of a deterioration determination device according to a third embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a modification of the deterioration determination device according to the embodiment
  • FIG. 13 is a diagram showing a modification of the hardware configuration of the deterioration determination device according to the embodiment;
  • An example of an electronic device having a switching element is a power conversion device mounted on a railway vehicle.
  • a deterioration determination device according to a first embodiment will be described below using as an example a deterioration determination device that determines whether or not a constant-voltage power supply that outputs an operating voltage for performing a switching operation of a switching element in a power conversion device.
  • the deterioration determination device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 determines whether or not a constant-voltage power supply 32 that outputs an operating voltage to a power conversion device 20 has deteriorated.
  • the power conversion device 20 starts operating in response to the start-up command S1, converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 33, and supplies the converted power to the load device 33.
  • the power conversion device 20 includes a power conversion control circuit 21 that generates a plurality of gate signals for controlling a plurality of switching elements, and a power conversion circuit 22 that has a plurality of switching elements and converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 33.
  • the power conversion control circuit 21 starts operation and generates a gate signal in response to a start command S1 supplied from the cab.
  • the start command S1 is a signal that instructs the start of the power conversion device 20. Starting up the power conversion device 20 includes restarting it.
  • the start command S1 is, for example, a signal that becomes H (high) level a certain time after a switch that instructs the start of operation of the railway vehicle is operated, and becomes L (low) level when the operation of the railway vehicle ends.
  • the switch that instructs the start of operation of the railway vehicle is, for example, a start switch provided in the cab that raises a pantograph, which is a type of current collector 31, and abuts the pantograph against an overhead line, which is a type of power supply line.
  • Each switching element of the power conversion circuit 22 is controlled to be turned on and off by a gate signal output by the power conversion control circuit 21, and performs a switching operation.
  • the operating voltage output by the constant voltage power supply 32 enables each switching element of the power conversion circuit 22 to perform a switching operation.
  • the power conversion circuit 22 converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 33, and supplies the converted power to the load device 33.
  • the power conversion circuit 22 has, for example, an inverter circuit that converts DC power supplied from the current collector 31 into AC power and supplies the AC power to the load device 33.
  • the current collector 31 is, for example, a pantograph or a collector shoe, and acquires power supplied from a substation via a power supply line.
  • the current collector 31 supplies the acquired power to the power conversion circuit 22 provided in the power conversion device 20.
  • the load device 33 is an electronic device that consumes power, such as lighting equipment, air conditioning equipment, and electric motors that are installed in railway vehicles.
  • the constant voltage power supply 32 starts operating when the power conversion device 20 is started.
  • the constant voltage power supply 32 starts operating and outputs an operating voltage, which is an AC voltage for performing the switching operation of the switching element, to the power conversion circuit 22 provided in the power conversion device 20.
  • the deterioration determination device 1 determines whether the constant-voltage power supply 32 has deteriorated.
  • the deterioration determination device 1 has a signal processing unit 11 that generates voltage data based on the amplitude of the output voltage V1 from the output voltage V1 of the constant-voltage power supply 32, and a deterioration determination unit 12 that obtains the start-up time of the constant-voltage power supply 32 from the start-up command S1 and the voltage data, and determines whether the constant-voltage power supply 32 has deteriorated from the start-up time.
  • the signal processing unit 11 performs signal processing on the output voltage V1 of the constant-voltage power supply to generate voltage data based on the amplitude of the output voltage.
  • the signal processing unit 11 performs filtering based on an LPF (Low Pass Filter) on waveform data indicating the output voltage V1 of the constant-voltage power supply to generate analog domain envelope data indicating the envelope of the waveform data.
  • the signal processing unit 11 performs A/D (Analog/Digital) conversion on the analog domain envelope data to generate digital domain voltage data.
  • the signal processing unit 11 sends the generated voltage data to the degradation determination unit 12.
  • the deterioration determination unit 12 obtains a start-up command S1 for the power conversion device 20 and obtains voltage data from the signal processing unit 11.
  • the deterioration determination unit 12 determines the start-up time of the constant-voltage power supply 32 from the start-up command S1 for the power conversion device 20 and the voltage data.
  • the deterioration determination unit 12 determines the start-up time from when the start-up command S1 instructs the power conversion device 20 to start up until the amplitude indicated by the voltage data reaches a threshold value.
  • the threshold value is determined according to the rated operating voltage required for the power conversion device 20 to perform the switching operation of multiple switching elements.
  • the deterioration determination unit 12 determines whether the constant-voltage power supply 32 has deteriorated from the startup time of the constant-voltage power supply 32.
  • the deterioration determination unit 12 outputs the determination result to an output device, external equipment, etc. (not shown).
  • an output device having a display screen can display the determination result on the screen, making it possible to prompt maintenance work on the constant-voltage power supply 32.
  • the hardware configuration of the deterioration determination device 1 having the above configuration is shown in Figure 2.
  • the deterioration determination device 1 includes a processor 91, a memory 92, and an interface 93.
  • the processor 91, the memory 92, and the interface 93 are connected to each other via a bus 90.
  • the functions of each part of the deterioration determination device 1 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software and firmware are written as programs and stored in the memory 92.
  • the processor 91 reads and executes the programs stored in the memory 92 to realize the functions of each part described above.
  • the memory 92 stores programs for executing the processing of each part of the deterioration determination device 1.
  • the memory 92 may include, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory), magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs (Digital Versatile Discs), etc.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read-Only Memory
  • flash memory flash memory
  • EPROM Erasable Programmable Read-Only Memory
  • EEPROM Electrical Erasable and Programmable Read-Only Memory
  • magnetic disks flexible disks
  • optical disks compact disks
  • mini disks mini disks
  • DVDs Digital Versatile Discs
  • the deterioration determination device 1 is connected to the constant voltage power supply 32 via the interface 93 and receives the start-up command S1.
  • the interface 93 has an interface module that complies with one or more standards depending on the connection destination.
  • the deterioration determination device 1 starts the process of determining whether deterioration is present or not, as shown in FIG. 3, when the train begins operation, specifically, when an activation switch is operated to raise the pantograph, which is a type of current collector 31, and bring the pantograph into contact with the overhead line, which is a type of power supply line.
  • the deterioration determination unit 12 determines whether the startup command is at H level or not (step S11). While the startup command is at L level (step S11; No), the deterioration determination unit 12 repeats the process of step S11.
  • the deterioration determination unit 12 stores the timing when the startup command became H level (step S12). As shown in graph A of FIG. 4, when the startup command S1 becomes H level at time T1, the deterioration determination unit 12 stores the time T1 at that time. As shown in graph B of FIG. 4, when the startup command S1 becomes H level, the constant voltage power supply 32 starts outputting an operating voltage to the power conversion circuit 22. The amplitude of the AC voltage output by the constant voltage power supply 32 gradually increases.
  • the signal processing unit 11 measures the output voltage V1 of the constant-voltage power supply 32 (step S13).
  • the signal processing unit 11 performs LPF-based filtering on the analog domain waveform data indicating the output voltage V1 of the constant-voltage power supply 32 (step S14).
  • LPF-based filtering and digital conversion voltage data indicating the envelope of the waveform data of the output voltage of the constant-voltage power supply 32 shown in graph B is obtained, as shown in graph C of FIG. 4.
  • the signal processing unit 11 sends the voltage data to the deterioration determination unit 12.
  • the deterioration determination unit 12 determines whether the amplitude of the output voltage V1 of the constant voltage power supply 32 indicated by the voltage data has reached a threshold value (step S15). While the amplitude of the output voltage V1 of the constant voltage power supply 32 has not reached the threshold value (step S15; No), the deterioration determination device 1 repeats the above-described process from step S13.
  • the deterioration determination unit 12 determines the start-up time as the time from the start-up timing stored in step S12 to the timing at which the amplitude of the output voltage of the constant voltage power supply 32 reaches the threshold value (step S16).
  • the deterioration determination unit 12 determines the length of time ⁇ 1 from time T1 to time T2 as the startup time.
  • the degradation determination unit 12 determines whether or not the constant-voltage power supply 32 has deteriorated from the start-up time calculated in step S16 (step S17). In detail, the degradation determination unit 12 determines whether or not the start-up time calculated in step S17 is equal to or longer than a reference time.
  • the reference time is determined according to the start-up time of the constant-voltage power supply 32 that has not deteriorated, measured, for example, immediately after the start of operation of the railway vehicle or during a test run before the operation of the railway vehicle. Specifically, the value obtained by multiplying the start-up time of the constant-voltage power supply 32 that has not deteriorated by a coefficient greater than 1, for example, a coefficient greater than 1 and less than 1.5, may be set as the reference time.
  • the deterioration determination device 1 ends the deterioration determination process.
  • the deterioration determination device 1 performs the above-mentioned process when the start command S1 changes from L level to H level, for example, when the train starts running, when the constant voltage power supply 32 is restarted in conjunction with the restart of the power conversion device 20, etc.
  • the deterioration determination device 1 determines the start-up time as the time from when the start-up command S1 changes from L level to H level to when the amplitude of the output voltage V1 of the constant-voltage power supply 32 reaches a threshold value, and determines whether or not the constant-voltage power supply 32 has deteriorated based on the start-up time.
  • the deterioration determination device 1 can determine the start-up time based on whether or not voltage data indicating the envelope of waveform data obtained by subjecting waveform data indicating the output voltage V1 of the constant-voltage power supply 32 to filtering based on an LPF and converting the data into digital data reaches a threshold value.
  • the deterioration determination device 1 does not need to measure the electrical physical quantities of the internal elements of the constant-voltage power supply 32 or analyze the waveform data. For this reason, the configuration of the deterioration determination device 1 is simple.
  • the deterioration determination device 1 does not need to acquire electrical physical quantities of elements inside the constant-voltage power supply 32. This makes it possible to newly install a deterioration determination device 1 in a railway vehicle that determines whether an existing constant-voltage power supply has deteriorated, without making any changes to the existing constant-voltage power supply.
  • the deterioration determination performed by the deterioration determination device 1 is not limited to determining the presence or absence of deterioration, and may also include determining the presence or absence of signs of deterioration.
  • the deterioration determination device 2 according to the second embodiment shown in Fig. 5 includes, in addition to the configuration of the deterioration determination device 1 according to the first embodiment, a sign determination unit 13 that determines the presence or absence of signs of deterioration of the constant-voltage power supply 32.
  • the hardware configuration of the deterioration determination device 2 is similar to that of the deterioration determination device 1.
  • the deterioration determination unit 12 obtains the start-up time of the constant-voltage power supply 32 each time the start-up command S1 instructs the start-up of the power conversion device 20.
  • the symptom determination unit 13 obtains the start-up time of the constant-voltage power supply 32 and the determination result from the deterioration determination unit 12 each time the deterioration determination unit 12 determines whether the constant-voltage power supply 32 has deteriorated.
  • the symptom determination unit 13 determines whether there are signs of deterioration of the constant-voltage power supply 32 according to the change over time of the start-up time.
  • the symptom determination unit 13 determines whether there are signs of deterioration of the constant-voltage power supply 32 according to the change over time of the start-up time of the constant-voltage power supply 32 from the start of operation of the railway vehicle.
  • the symptom determination unit 13 is assumed to hold in advance information indicating the start time of operation of the railway vehicle, such as the start date of operation of the railway vehicle and the end date of test running.
  • the symptom discrimination unit 13 obtains the moving average of the start-up time of the constant-voltage power supply 32 each time it obtains the start-up time from the deterioration discrimination unit 12, and determines whether or not the moving average of the start-up time is on an increasing trend. If the moving average of the start-up time of the constant-voltage power supply 32 is on an increasing trend, it can be considered that a sign of deterioration of the constant-voltage power supply 32 is occurring.
  • the symptom discrimination unit 13 obtains a linear approximation equation from the elapsed time since the start of operation of the railway vehicle and the moving average of the start-up time of the constant-voltage power supply 32, and determines whether or not the slope of the obtained linear approximation equation is within a target range.
  • the target range may be determined according to the rate of increase in the start-up time when deterioration of the constant-voltage power supply 32 is occurring.
  • the upper limit of the target range may be set to a value half the rate of increase in the start-up time when deterioration of the constant-voltage power supply 32 is occurring.
  • the rate of increase in the start-up time when deterioration of the constant-voltage power supply 32 is occurring can be obtained by an accelerated deterioration test, a simulation, or the like.
  • the symptom determination unit 13 Similar to the deterioration determination unit 12, the symptom determination unit 13 outputs the determination result to an output device, an external device, etc. As a result, for example, an output device having a display screen can display the determination result on the screen, thereby encouraging maintenance work on the constant voltage power supply 32.
  • the deterioration determination process performed by the deterioration determination device 2 is similar to the deterioration determination process performed by the deterioration determination device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 3. However, in step S17 shown in FIG. 3, the deterioration determination unit 12 determines whether deterioration exists, and the symptom determination unit 13 determines whether a symptom of deterioration exists.
  • the deterioration determination device 2 can determine whether there are signs of deterioration of the constant-voltage power supply 32 depending on the change over time of the startup time of the constant-voltage power supply 32. Therefore, for example, by issuing a warning of signs of deterioration of the constant-voltage power supply 32, it is possible to encourage maintenance work on the constant-voltage power supply 32 before deterioration of the constant-voltage power supply 32 occurs.
  • the deterioration determination device may determine the presence or absence of deterioration of each of the multiple constant-voltage power supplies from the start-up time of the multiple constant-voltage power supplies.
  • the deterioration determination device 3 shown in Fig. 6 determines the presence or absence of deterioration of multiple constant-voltage power supplies 32, 34, 36 that output operating voltages for performing switching operations of switching elements to multiple power conversion devices 20, 40, 60, respectively.
  • the power conversion devices 20, 40, and 60 are electronic devices mounted on the same vehicle, specifically the same railway vehicle. Like the power conversion device 20, the power conversion device 40 starts operation in response to a start-up command S2, converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 35, and supplies the converted power to the load device 35.
  • the power conversion device 40 includes a power conversion control circuit 41 that generates a gate signal for controlling a switching element, and a power conversion circuit 42 that has multiple switching elements and converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 35.
  • the power conversion control circuit 41 generates a gate signal in response to a start command S2 supplied from the cab.
  • the start command S2 is a signal that instructs the power conversion device 40 to start up. Starting up the power conversion device 40 includes restarting it.
  • the start command S2 is, for example, a signal that goes to H level a certain time after a switch that instructs the railway vehicle to start operating is operated, and goes to L level when the railway vehicle stops operating.
  • the multiple switching elements of the power conversion circuit 42 are each controlled to be on or off by a gate signal output by the power conversion control circuit 41, and perform a switching operation.
  • the operating voltage output by the constant voltage power supply 34 enables each switching element of the power conversion circuit 42 to perform a switching operation.
  • the power conversion circuit 42 converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 35, and supplies the converted power to the load device 35.
  • the power conversion device 60 starts operation in response to the start-up command S3, converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 37, and supplies the converted power to the load device 37.
  • the power conversion device 60 includes a power conversion control circuit 61 that generates a gate signal for controlling the switching elements, and a power conversion circuit 62 that has multiple switching elements and converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 37.
  • the power conversion control circuit 61 generates a gate signal in response to a start command S3 supplied from the cab.
  • the start command S3 is a signal that instructs the power conversion device 60 to start up. Starting up the power conversion device 60 includes restarting it.
  • the start command S3 is, for example, a signal that goes to H level a certain time after a switch that instructs the railway vehicle to start operating is operated, and goes to L level when the railway vehicle stops operating.
  • the multiple switching elements in the power conversion circuit 62 are each controlled to be on or off by a gate signal output by the power conversion control circuit 61, and perform a switching operation.
  • the operating voltage output by the constant voltage power supply 36 enables each switching element of the power conversion circuit 62 to perform a switching operation.
  • the power conversion circuit 62 converts the power supplied from the current collector 31 into power to be supplied to the load device 37, and supplies the converted power to the load device 37.
  • Load devices 35 and 37 are electronic devices that consume power, such as lighting equipment, air conditioning equipment, and electric motors installed in railway vehicles.
  • the constant voltage power supplies 32, 34, and 36 output operating voltages to the corresponding power conversion devices 20, 40, and 60, respectively.
  • the configuration of the constant voltage power supplies 34 and 36 is the same as that of the constant voltage power supply 32.
  • the constant voltage power supply 34 starts operating when the power conversion device 40 is started.
  • the constant voltage power supply 34 starts operating when the start command S2 for the power conversion device 40 becomes an H level, and outputs an operating voltage, which is an AC voltage for performing the switching operation of the switching element, to the power conversion circuit 42 provided in the power conversion device 40.
  • the constant voltage power supply 36 starts operating when the power conversion device 60 is started.
  • the constant voltage power supply 36 starts operating and outputs an operating voltage, which is an AC voltage for performing the switching operation of the switching element, to the power conversion circuit 62 provided in the power conversion device 60.
  • the deterioration determination device 3 determines whether the constant-voltage power supplies 32, 34, 36 have deteriorated from the start-up times of the constant-voltage power supplies 32, 34, 36.
  • the deterioration determination device 3 includes a signal processing unit 14 that generates voltage data based on the amplitudes of the output voltages V1, V2, V3 from the output voltages V1, V2, V3 of the constant-voltage power supplies 32, 34, 36.
  • the deterioration determination device 3 further includes a deterioration determination unit 15 that determines the start-up times of the constant-voltage power supplies 32, 34, 36 from the start-up commands S1, S2, S3 and the voltage data of the constant-voltage power supplies 32, 34, 36, and determines whether the constant-voltage power supplies 32, 34, 36 have deteriorated from the start-up times.
  • the hardware configuration of the deterioration determination device 3 is the same as that of the deterioration determination device 1 according to the first embodiment.
  • the signal processing unit 14 performs LPF-based filtering and A/D conversion on the waveform data indicating the output voltages V1, V2, and V3 of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36, respectively, to generate voltage data indicating the envelope of the waveform data of the output voltages of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36.
  • the signal processing unit 14 sends the generated voltage data of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36 to the deterioration determination unit 15.
  • the deterioration determination unit 15 obtains start-up commands S1, S2, S3 for the power conversion devices 20, 40, 60, respectively, and obtains voltage data for the constant-voltage power supplies 32, 34, 36 from the signal processing unit 14.
  • the deterioration determination unit 15 determines the start-up time for each of the constant-voltage power supplies 32, 34, 36 from the start-up commands S1, S2, S3 for the power conversion devices 20, 40, 60, respectively, and the voltage data for the constant-voltage power supplies 32, 34, 36.
  • the method for determining the start-up time is the same as in embodiment 1.
  • the degradation determination unit 15 determines whether the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36 have deteriorated from the variation in start-up time. As an example, the degradation determination unit 15 obtains the deviation in the start-up time of each of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36, and determines whether the deviation is equal to or greater than a standard deviation.
  • the standard deviation is determined, for example, according to the difference in start-up time between a constant-voltage power supply that has deteriorated and a constant-voltage power supply that has not deteriorated.
  • the start-up time of a constant-voltage power supply that has deteriorated can be obtained by an accelerated deterioration test, a simulation, or the like. If the deviation is equal to or greater than the standard deviation, it can be considered that deterioration has occurred.
  • the degradation determination process performed by the degradation determination device 3 is similar to the degradation determination process performed by the degradation determination device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 3. However, the processes in steps S12-S16 shown in FIG. 3 are performed for each of the constant voltage power supplies 32, 34, and 36. In step S17, the degradation determination unit 15 determines whether or not the constant voltage power supplies 32, 34, and 36 have deteriorated based on the variation in start-up time, as described above.
  • the deterioration determination device 3 can determine whether the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36 have deteriorated based on the variation in the start-up time of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiments.
  • the above-described embodiments can be combined in any manner.
  • the deterioration determination unit 15 included in the deterioration determination device 3 may determine the presence or absence of deterioration of each of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36, similar to embodiment 1, based on the start-up times of each of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36.
  • the deterioration determination device 3 may further include a symptom determination unit 13 included in the deterioration determination device 2 according to embodiment 2, and the symptom determination unit 13 may determine the presence or absence of a symptom of deterioration of each of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36, based on the start-up times of each of the constant-voltage power supplies 32, 34, and 36.
  • the constant-voltage power supply 32 shown in FIG. 7 outputs an operating voltage to the command generation control circuit 23 provided in the power conversion device 20.
  • the command generation control circuit 23 is supplied with a gate signal from the power conversion control circuit 21 and is supplied with an operating voltage from the constant-voltage power supply 32.
  • the command generation control circuit 23 outputs the operating voltage to the power conversion circuit 22 based on the operating voltage supplied from the constant-voltage power supply 32.
  • the command generation control circuit 23 sends a gate signal for controlling the switching element to the power conversion circuit 22 based on the gate signal acquired from the power conversion control circuit 21.
  • the deterioration determination device 1-3 may be implemented as one function of a train information management system mounted on a railway vehicle.
  • the deterioration determination device 1-3 may be provided as ground equipment, for example, in a train operation control center.
  • the signal processing units 11 and 14 provided in the deterioration determination device 1-3 may be mounted on a railway vehicle, and the deterioration determination units 12 and 15 and symptom determination unit 13 provided in the deterioration determination device 1-3 may be provided as ground equipment.
  • the deterioration determination device 3 can use the timing at which the common start-up command becomes H level as the start timing of the start-up time of each constant-voltage power supply 32, 34, and 36.
  • the configuration of the power conversion circuits 22, 42, 62 is not limited to the above example.
  • the power conversion circuits 22, 42, 62 are not limited to having an inverter circuit, but may have a converter circuit that converts AC power supplied from the current collector 31 into DC power, and an inverter circuit that converts the DC power output by the converter circuit into AC power.
  • the power conversion circuits 22, 42, 62 may be DC (Direct Current)-DC converters.
  • the number of switching elements included in the power conversion circuits 22, 42, 62 is arbitrary.
  • the core part that has the processor 91, memory 92, and interface 93 and performs control processing can be realized using a normal computer system rather than a dedicated system.
  • a computer program for performing the above-mentioned operations may be stored and distributed on a computer-readable recording medium (such as a flexible disk, a CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory), or a DVD-ROM (Digital Versatile Disc-Read Only Memory)), and the deterioration determination device 1-3 that performs the above-mentioned processing may be realized by installing the computer program on a computer.
  • the deterioration determination device 1-3 may be realized by storing the computer program in a storage device of a server device on a communication network, and downloading it by a normal computer system.
  • the functions of the deterioration determination device 1-3 are realized by sharing the functions between an OS (Operating System) and an application program, or by collaboration between an OS and an application program, only the application program portion may be stored on a recording medium, storage device, etc.
  • OS Operating System
  • the computer program may be posted on a bulletin board system (BBS) on the communications network and distributed via the communications network.
  • BSS bulletin board system
  • the computer program may then be started and executed under the control of the OS in the same way as other application programs, thereby carrying out the above-mentioned processing.
  • the deterioration determination device 1-3 may be realized by a processing circuit 94 as shown in FIG. 8.
  • the processing circuit 94 is connected to the constant voltage power supply 32 via an interface circuit 95 and receives the start-up command S1.
  • the processing circuit 94 is dedicated hardware, the processing circuit 94 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these.
  • Each part of the deterioration determination device 1 may be realized by a separate processing circuit 94, or each part of the deterioration determination device 1 may be realized by a common processing circuit 94.
  • the deterioration determination device 1 may be realized by dedicated hardware, and other parts may be realized by software or firmware.
  • the signal processing unit 11 may be realized by the processing circuit 94 shown in FIG. 8, and the deterioration determination unit 12 may be realized by the processor 91 shown in FIG. 2 reading and executing a program stored in the memory 92.

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Abstract

劣化判別装置（１）は、スイッチング素子を有する電子機器に、スイッチング素子のスイッチング動作を行うための動作電圧を出力する定電圧電源（３２）の劣化の有無を判別する。劣化判別装置（１）は、信号処理部（１１）と、劣化判別部（１２）と、を備える。信号処理部（１１）は、定電圧電源（３２）の出力電圧（Ｖ１）から、出力電圧（Ｖ１）の振幅に基づく電圧データを生成する。劣化判別部（１２）は、電子機器に対する起動指令（Ｓ１）、および電圧データから、定電圧電源（３２）の起動時間を求め、起動時間から定電圧電源（３２）の劣化の有無を判別する。

Description

劣化判別装置および劣化判別方法
　本開示は、劣化判別装置および劣化判別方法に関する。
　鉄道車両には、電子機器、および、該電子機器に対して、電子機器が有するスイッチング素子がスイッチング動作するための動作電圧を出力する定電圧電源が搭載される。電子機器を安定的に動作させるために定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される劣化検知装置は、検知対象の低電圧電源装置の入力電圧が立ち上がったタイミング、低電圧電源装置が備える平滑用コンデンサの充電電圧が所定の電圧まで上昇したタイミング、および低電圧電源装置の出力電圧が立ち上がったタイミングから、低電圧電源装置の劣化を検知する。
特開２０１６－２０１９３４号公報
　特許文献１に開示される劣化検知装置は、検知対象の低電圧電源装置の入出力に加えて、検知対象の低電圧電源装置の内部の平滑用コンデンサの電圧を検出して分析を行う必要があるため、劣化の判別方法が煩雑であり、劣化検知装置の構造が複雑である。
　本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別装置および劣化判別方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示の劣化判別装置は、スイッチング素子を有する電子機器に、スイッチング素子のスイッチング動作を行うための動作電圧を出力する定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別装置であって、信号処理部と、劣化判別部と、を備える。信号処理部は、定電圧電源の出力電圧から、出力電圧の振幅に基づく電圧データを生成する。劣化判別部は、電子機器に対する起動指令、および電圧データから、定電圧電源の起動時間を求め、起動時間から定電圧電源の劣化の有無を判別する。
　本開示に係る劣化判別装置は、電子機器に対する起動指令および定電圧電源の出力電圧の振幅を示す電圧データから、定電圧電源の起動時間を求め、起動時間から定電圧電源の劣化の有無を判別する。劣化判別装置は、電子機器の内部の素子についての電気的物理量を取得する必要がないため、簡易な構成で定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別装置が得られる。
実施の形態１に係る劣化判別装置のブロック図 実施の形態１に係る劣化判別装置のハードウェア構成を示す図 実施の形態１に係る劣化判別装置が行う劣化判別処理の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１に係る劣化判別装置の劣化判別対象である定電圧電源の起動指令、出力電圧、および起動時間の関係の一例を示す図 実施の形態２に係る劣化判別装置のブロック図 実施の形態３に係る劣化判別装置のブロック図 実施の形態に係る劣化判別装置の変形例のブロック図 実施の形態に係る劣化判別装置のハードウェア構成の変形例を示す図
　以下、本開示の実施の形態に係る劣化判別装置および劣化判別方法について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
　（実施の形態１）
　スイッチング素子を有する電子機器の一例として、鉄道車両に搭載される電力変換装置がある。電力変換装置に、スイッチング素子のスイッチング動作を行うための動作電圧を出力する定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別装置を例にして、実施の形態１に係る劣化判別装置について以下に説明する。図１に示す実施の形態１に係る劣化判別装置１は、電力変換装置２０に動作電圧を出力する定電圧電源３２の劣化の有無を判別する。
　電力変換装置２０は、起動指令Ｓ１に応じて動作を開始し、集電装置３１から供給される電力を、負荷装置３３に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置３３に供給する。電力変換装置２０は、複数のスイッチング素子をそれぞれ制御するための複数のゲート信号を生成する電力変換制御回路２１と、複数のスイッチング素子を有し、集電装置３１から供給される電力を負荷装置３３に供給するための電力に変換する電力変換回路２２と、を備える。
　電力変換制御回路２１は、運転台から供給される起動指令Ｓ１に応じて動作を開始し、ゲート信号を生成する。起動指令Ｓ１は、電力変換装置２０の起動を指示する信号である。電力変換装置２０の起動は、再起動を含むものとする。起動指令Ｓ１は、例えば、鉄道車両の運行開始を指示するスイッチが操作されてから一定時間経過後に、Ｈ（High）レベルになり、鉄道車両の運転終了時にＬ（Low）レベルになる信号である。鉄道車両の運行開始を指示するスイッチは、例えば、運転台に設けられて、集電装置３１の一種であるパンタグラフを上昇させて、電力供給線の一種である架線にパンタグラフを当接させるための起動スイッチである。
　電力変換回路２２が有する各スイッチング素子は、電力変換制御回路２１が出力するゲート信号によってオンオフが制御されて、スイッチング動作を行う。定電圧電源３２が出力する動作電圧によって、電力変換回路２２の各スイッチング素子がスイッチング動作を行うことが可能となる。電力変換回路２２は、各スイッチング素子のスイッチング動作によって、集電装置３１から供給される電力を負荷装置３３に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置３３に供給する。
　電力変換回路２２は、例えば、集電装置３１から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を負荷装置３３に供給するインバータ回路を有する。
　集電装置３１は、例えば、パンタグラフ、集電靴等であって、電力供給線を介して変電所から供給される電力を取得する。集電装置３１は、取得した電力を電力変換装置２０が備える電力変換回路２２に供給する。
　負荷装置３３は、電力を消費する電子機器、例えば、鉄道車両に搭載される照明機器、空調機器、電動機等である。
　定電圧電源３２は、電力変換装置２０の起動に伴って動作を開始する。詳細には、定電圧電源３２は、電力変換装置２０に対する起動指令Ｓ１がＨレベルになると、動作を開始し、電力変換装置２０が備える電力変換回路２２に、スイッチング素子のスイッチング動作を行うための交流電圧である動作電圧を出力する。
　劣化判別装置１は、上記定電圧電源３２の劣化の有無を判別する。劣化判別装置１は、定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１から、出力電圧Ｖ１の振幅に基づく電圧データを生成する信号処理部１１と、起動指令Ｓ１と電圧データから定電圧電源３２の起動時間を求め、起動時間から定電圧電源３２の劣化の有無を判別する劣化判別部１２と、を有する。
　信号処理部１１は、定電圧電源の出力電圧Ｖ１に対して信号処理を施すことで、出力電圧の振幅に基づく電圧データを生成する。実施の形態１では、信号処理部１１は、定電圧電源の出力電圧Ｖ１を示す波形データに対してＬＰＦ（Low Pass Filter：低域通過フィルタ）に基づくフィルタリングを行うことで、波形データの包絡線を示すアナログ領域の包絡線データを生成する。信号処理部１１は、アナログ領域の包絡線データをＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換することで、デジタル領域の電圧データを生成する。信号処理部１１は、生成した電圧データを劣化判別部１２に送る。
　劣化判別部１２は、電力変換装置２０に対する起動指令Ｓ１を取得し、信号処理部１１から電圧データを取得する。劣化判別部１２は、電力変換装置２０に対する起動指令Ｓ１、および電圧データから、定電圧電源３２の起動時間を求める。詳細には、劣化判別部１２は、起動指令Ｓ１が電力変換装置２０の起動を指示してから、電圧データが示す振幅が閾値に到達するまで、を起動時間として求める。閾値は、電力変換装置２０による複数のスイッチング素子のスイッチング動作を行うために必要となる動作定格電圧に応じて定められる。
　劣化判別部１２は、定電圧電源３２の起動時間から、定電圧電源３２の劣化の有無を判別する。劣化判別部１２は、判別結果を、図示しない出力装置、外部機器等に出力する。この結果、例えば表示画面を有する出力装置が判別結果を画面に表示することで、定電圧電源３２の保守作業を促すことが可能となる。
　上記構成を有する劣化判別装置１のハードウェア構成を図２に示す。劣化判別装置１は、プロセッサ９１と、メモリ９２と、インターフェース９３と、を備える。プロセッサ９１、メモリ９２、およびインターフェース９３は互いにバス９０で接続されている。劣化判別装置１の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１が、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、上述の各部の機能が実現される。すなわち、メモリ９２には、劣化判別装置１の各部の処理を実行するためのプログラムが格納される。
　メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等を含む。
　劣化判別装置１は、インターフェース９３を介して、定電圧電源３２に接続され、起動指令Ｓ１を取得する。インターフェース９３は、接続先に応じて、１つまたは複数の規格に準拠したインターフェースモジュールを有する。
　上記構成を有する劣化判別装置１は、鉄道車両の運行開始時、具体的には、集電装置３１の一種であるパンタグラフを上昇させて、電力供給線の一種である架線にパンタグラフを当接させるための起動スイッチが操作されると、図３に示す劣化の有無を判別する処理を開始する。
　劣化判別部１２は、起動指令がＨレベルであるか否かを判別する（ステップＳ１１）。起動指令がＬレベルである間は（ステップＳ１１；Ｎｏ）、劣化判別部１２は、ステップＳ１１の処理を繰り返す。
　起動指令がＨレベルになると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、劣化判別部１２は、起動指令がＨレベルになったタイミングを記憶する（ステップＳ１２）。図４のグラフＡに示すように、時刻Ｔ１で起動指令Ｓ１がＨレベルになると、劣化判別部１２は、そのときの時刻Ｔ１を記憶する。図４のグラフＢに示すように、起動指令Ｓ１がＨレベルになると、定電圧電源３２は、電力変換回路２２への動作電圧の出力を開始する。定電圧電源３２が出力する交流電圧の振幅は、徐々に増大する。
　信号処理部１１は、図３に示すように、起動指令がＨレベルになった後、定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１を測定する（ステップＳ１３）。信号処理部１１は、定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１を示すアナログ領域の波形データに対して、ＬＰＦに基づくフィルタリングを行う（ステップＳ１４）。ＬＰＦに基づくフィルタリングを行ってデジタル変換することで、図４のグラフＣに示すように、グラフＢに示す定電圧電源３２の出力電圧の波形データの包絡線を示す電圧データが得られる。信号処理部１１は、電圧データを劣化判別部１２に送る。
　図３に示すように、劣化判別部１２は、電圧データが示す定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１の振幅が閾値に到達したか否かを判別する（ステップＳ１５）。定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１の振幅が閾値に到達していない間は（ステップＳ１５；Ｎｏ）、劣化判別装置１は、ステップＳ１３から上述の処理を繰り返す。
　定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１の振幅が閾値に到達すると（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、劣化判別部１２は、ステップＳ１２で記憶した起動タイミングから、定電圧電源３２の出力電圧の振幅が閾値に到達したタイミングまでの時間を起動時間として求める（ステップＳ１６）。
　図４のグラフＣに示すように、時刻Ｔ２において、電圧データが示す定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１の振幅が閾値Ｔｈに到達すると、劣化判別部１２は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間の長さτ１を起動時間として求める。
　図３に示すように、劣化判別部１２は、ステップＳ１６で求められた起動時間から、定電圧電源３２の劣化の有無を判別する（ステップＳ１７）。詳細には、劣化判別部１２は、ステップＳ１７で求められた起動時間が基準時間以上であるか否かを判別する。基準時間は、例えば、鉄道車両の運用開始直後、鉄道車両の運用前の試運転時等に、測定された劣化が生じていない定電圧電源３２の起動時間に応じて定められる。具体的には、劣化が生じていない定電圧電源３２の起動時間に１より大きい係数、例えば、１より大きく、かつ、１．５未満の係数を乗算して得られる値を基準時間とすればよい。
　劣化判別装置１は、ステップＳ１７の処理が終了すると、劣化判別処理を終了する。劣化判別装置１は、起動指令Ｓ１がＬレベルからＨレベルになるとき、例えば、鉄道車両の運行開始時、電力変換装置２０の再起動に伴う定電圧電源３２の再起動時等に上述の処理を行う。
　以上説明した通り、実施の形態１に係る劣化判別装置１は、起動指令Ｓ１がＬレベルからＨレベルになったタイミングから、定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１の振幅が閾値に到達したタイミングまでの時間を起動時間として求め、起動時間に応じて定電圧電源３２の劣化の有無を判別する。劣化判別装置１は、定電圧電源３２の出力電圧Ｖ１を示す波形データに対してＬＰＦに基づくフィルタリングを行ってデジタル変換することで得られる波形データの包絡線を示す電圧データが閾値に到達するか否かに基づいて、起動時間を求めることができる。劣化判別装置１は、定電圧電源３２の内部素子の電気的物理量の測定、および波形データの解析等を行う必要がない。このため、劣化判別装置１の構成は簡易である。
　上述のように、劣化判別装置１は、定電圧電源３２の内部の素子の電気的物理量を取得する必要がない。このため、既存の定電圧電源に変更を加えることなく、既存の定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別装置１を鉄道車両に新たに設けることが可能となる。
　（実施の形態２）
　劣化判別装置１が行う劣化判別は、劣化の有無の判別に限られず、劣化の兆候の有無の判別を含むものでもよい。図５に示す実施の形態２に係る劣化判別装置２は、実施の形態１に係る劣化判別装置１の構成に加えて、定電圧電源３２の劣化の兆候の有無を判別する兆候判別部１３を備える。劣化判別装置２のハードウェア構成は、劣化判別装置１と同様である。
　劣化判別部１２は、起動指令Ｓ１が電力変換装置２０の起動を指示するたびに、定電圧電源３２の起動時間を求める。兆候判別部１３は、劣化判別部１２が定電圧電源３２の劣化の有無を判別するたびに、劣化判別部１２から定電圧電源３２の起動時間と判別結果を取得する。兆候判別部１３は、起動時間の経時変化に応じて、定電圧電源３２の劣化の兆候の有無を判別する。実施の形態２において、兆候判別部１３は、鉄道車両の運用開始からの定電圧電源３２の起動時間の経時変化に応じて、定電圧電源３２の劣化の兆候の有無を判別する。兆候判別部１３は、鉄道車両の運用開始時点を示す情報、例えば、鉄道車両の運行開始日、試験走行終了日等の情報を予め保持しているものとする。
　兆候判別部１３は、劣化判別部１２から起動時間を取得するたびに、定電圧電源３２の起動時間の移動平均を求め、起動時間の移動平均が増加傾向にあるか否かを判別する。定電圧電源３２の起動時間の移動平均が増加傾向にあれば、定電圧電源３２の劣化の兆候が生じているとみなすことができる。例えば、兆候判別部１３は、鉄道車両の運用開始からの経過時間と定電圧電源３２の起動時間の移動平均から一次近似式を求め、求めた一次近似式の傾きが目標範囲にあるか否かを判別する。目標範囲は、定電圧電源３２の劣化が生じているときの起動時間の増加率に応じて定められればよい。例えば、定電圧電源３２の劣化が生じているときの起動時間の増加率の半分の値を目標範囲の上限値とすればよい。定電圧電源３２の劣化が生じているときの起動時間の増加率は、加速劣化試験、シミュレーション等によって求めることができる。
　兆候判別部１３は、劣化判別部１２と同様に、判別結果を、出力装置、外部機器等に出力する。この結果、例えば表示画面を有する出力装置が判別結果を画面に表示することで、定電圧電源３２の保守作業を促すことが可能となる。
　劣化判別装置２が行う劣化判別処理は、図３に示す実施の形態１に係る劣化判別装置１が行う劣化判別処理と同様である。ただし図３に示すステップＳ１７において、劣化判別部１２が劣化の有無を判別し、兆候判別部１３が劣化の兆候の有無を判別する。
　以上説明した通り、実施の形態２に係る劣化判別装置２によれば、定電圧電源３２の起動時間の経時変化に応じて、定電圧電源３２の劣化の兆候の有無を判別することができる。このため、例えば定電圧電源３２の劣化の兆候を警告することで、定電圧電源３２の劣化が生じる前に定電圧電源３２の保守作業を促すことが可能となる。
　（実施の形態３）
　劣化判別装置は、複数の定電圧電源の起動時間から、各定電圧電源の劣化の有無を判別してもよい。図６に示す劣化判別装置３は、複数の電力変換装置２０，４０，６０に、スイッチング素子のスイッチング動作を行うための動作電圧をそれぞれ出力する複数の定電圧電源３２，３４，３６の劣化の有無を判別する。
　電力変換装置２０，４０，６０は、同一の車両、具体的には同一の鉄道車両に搭載される電子機器である。電力変換装置４０は、電力変換装置２０と同様に、起動指令Ｓ２に応じて動作を開始し、集電装置３１から供給される電力を、負荷装置３５に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置３５に供給する。電力変換装置４０は、スイッチング素子を制御するためのゲート信号を生成する電力変換制御回路４１と、複数のスイッチング素子を有し、集電装置３１から供給される電力を負荷装置３５に供給するための電力に変換する電力変換回路４２と、を備える。
　電力変換制御回路４１は、運転台から供給される起動指令Ｓ２に応じてゲート信号を生成する。起動指令Ｓ２は、電力変換装置４０の起動を指示する信号である。電力変換装置４０の起動は、再起動を含むものとする。起動指令Ｓ２は、例えば、鉄道車両の運行開始を指示するスイッチが操作されてから一定時間経過後に、Ｈレベルになり、鉄道車両の運転終了時にＬレベルになる信号である。
　電力変換回路４２が有する複数のスイッチング素子は、電力変換制御回路４１が出力するゲート信号によってオンオフがそれぞれ制御されて、スイッチング動作を行う。定電圧電源３４が出力する動作電圧によって、電力変換回路４２の各スイッチング素子がスイッチング動作を行うことが可能となる。電力変換回路４２は、各スイッチング素子のスイッチング動作によって、集電装置３１から供給される電力を負荷装置３５に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置３５に供給する。
　電力変換装置６０は、電力変換装置２０と同様に、起動指令Ｓ３に応じて動作を開始し、集電装置３１から供給される電力を、負荷装置３７に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置３７に供給する。電力変換装置６０は、スイッチング素子を制御するためのゲート信号を生成する電力変換制御回路６１と、複数のスイッチング素子を有し、集電装置３１から供給される電力を負荷装置３７に供給するための電力に変換する電力変換回路６２と、を備える。
　電力変換制御回路６１は、運転台から供給される起動指令Ｓ３に応じてゲート信号を生成する。起動指令Ｓ３は、電力変換装置６０の起動を指示する信号である。電力変換装置６０の起動は、再起動を含むものとする。起動指令Ｓ３は、例えば、鉄道車両の運行開始を指示するスイッチが操作されてから一定時間経過後に、Ｈレベルになり、鉄道車両の運転終了時にＬレベルになる信号である。
　電力変換回路６２が有する複数のスイッチング素子は、電力変換制御回路６１が出力するゲート信号によってオンオフがそれぞれ制御されて、スイッチング動作を行う。定電圧電源３６が出力する動作電圧によって、電力変換回路６２の各スイッチング素子がスイッチング動作を行うことが可能となる。電力変換回路６２は、各スイッチング素子のスイッチング動作によって、集電装置３１から供給される電力を負荷装置３７に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷装置３７に供給する。
　負荷装置３５，３７は、負荷装置３３と同様に、電力を消費する電子機器、例えば、鉄道車両に搭載される照明機器、空調機器、電動機等である。
　定電圧電源３２，３４，３６はそれぞれ、対応する電力変換装置２０，４０，６０に動作電圧を出力する。定電圧電源３４，３６の構成は、定電圧電源３２と同様である。定電圧電源３４は、電力変換装置４０の起動に伴って動作を開始する。詳細には、定電圧電源３４は、電力変換装置４０に対する起動指令Ｓ２がＨレベルになると、動作を開始し、電力変換装置４０が備える電力変換回路４２に、スイッチング素子のスイッチング動作を行うための交流電圧である動作電圧を出力する。
　定電圧電源３６は、電力変換装置６０の起動に伴って動作を開始する。詳細には、定電圧電源３６は、電力変換装置６０に対する起動指令Ｓ３がＨレベルになると、動作を開始し、電力変換装置６０が備える電力変換回路６２に、スイッチング素子のスイッチング動作を行うための交流電圧である動作電圧を出力する。
　劣化判別装置３は、上記定電圧電源３２，３４，３６の起動時間から、定電圧電源３２，３４，３６の劣化の有無を判別する。劣化判別装置３は、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３から、出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の振幅に基づく電圧データを生成する信号処理部１４を備える。劣化判別装置３はさらに、起動指令Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と定電圧電源３２，３４，３６の電圧データから定電圧電源３２，３４，３６の起動時間を求め、起動時間から定電圧電源３２，３４，３６の劣化の有無を判別する劣化判別部１５と、を有する。劣化判別装置３のハードウェア構成は、実施の形態１に係る劣化判別装置１と同様である。
　信号処理部１４は、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を示す波形データに対して、ＬＰＦに基づくフィルタリングを行ってＡ／Ｄ変換を行うことで、定電圧電源３２，３４，３６の出力電圧の波形データの包絡線を示す電圧データを生成する。信号処理部１４は、生成した定電圧電源３２，３４，３６の電圧データを劣化判別部１５に送る。
　劣化判別部１５は、電力変換装置２０，４０，６０のそれぞれに対する起動指令Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を取得し、信号処理部１４から定電圧電源３２，３４，３６の電圧データを取得する。劣化判別部１５は、電力変換装置２０，４０，６０のそれぞれに対する起動指令Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、および定電圧電源３２，３４，３６の電圧データから、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの起動時間を求める。起動時間の求め方は、実施の形態１と同様である。
　劣化判別部１５は、起動時間のばらつきから、定電圧電源３２，３４，３６の劣化の有無を判別する。一例として、劣化判別部１５は、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの起動時間の偏差を求め、偏差が基準偏差以上であるか否かを判別する。基準偏差は、例えば、劣化が生じている定電圧電源と劣化が生じていない定電圧電源との起動時間の差に応じて定められる。劣化が生じている定電圧電源の起動時間は、加速劣化試験、シミュレーション等で求めることができる。偏差が基準偏差以上であれば、劣化が生じているとみなすことができる。
　劣化判別装置３が行う劣化判別処理は、図３に示す実施の形態１に係る劣化判別装置１が行う劣化判別処理と同様である。ただし図３に示すステップＳ１２－Ｓ１６の処理は、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれについて行われる。ステップＳ１７において、劣化判別部１５は、上述のように、起動時間のばらつきから、定電圧電源３２，３４，３６の劣化の有無を判別する。
　以上説明した通り、実施の形態３に係る劣化判別装置３は、定電圧電源３２，３４，３６の起動時間のばらつきから、定電圧電源３２，３４，３６の劣化の有無を判別することができる。
　本開示は、上述の実施の形態に限られない。上述の実施の形態は任意に組み合わせることができる。一例として、劣化判別装置３が備える劣化判別部１５は、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの起動時間に基づいて、実施の形態１と同様に、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの劣化の有無を判別してもよい。他の一例として、劣化判別装置３は、実施の形態２に係る劣化判別装置２が備える兆候判別部１３をさらに備え、兆候判別部１３は、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの起動時間に基づいて、定電圧電源３２，３４，３６のそれぞれの劣化の兆候の有無を判別してもよい。
　上記のハードウェア構成およびフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。一例として、図７に示す定電圧電源３２は、電力変換装置２０が備える指令生成制御回路２３に動作電圧を出力する。指令生成制御回路２３は、電力変換制御回路２１からゲート信号を供給し、定電圧電源３２から動作電圧の供給を受ける。指令生成制御回路２３は、定電圧電源３２から供給された動作電圧に基づいて、動作電圧を電力変換回路２２に出力する。指令生成制御回路２３は、電力変換制御回路２１から取得したゲート信号に基づいて、スイッチング素子を制御するためのゲート信号を電力変換回路２２に送る。
　劣化判別装置１－３の構成および実装例は、上述の例に限られない。一例として、劣化判別装置１－３は、鉄道車両に搭載される列車情報管理システムの一機能として実装されてもよい。他の一例として、劣化判別装置１－３は、地上設備として、例えば運転指令所に設けられてもよい。他の一例として、劣化判別装置１－３が備える信号処理部１１，１４は鉄道車両に搭載され、劣化判別装置１－３が備える劣化判別部１２，１５、および兆候判別部１３は、地上設備として設けられてもよい。
　電力変換装置２０，４０，６０が共通の起動指令によって起動されるときは、劣化判別装置３は、共通の起動指令がＨレベルになったタイミングを、各定電圧電源３２，３４，３６の起動時間の開始タイミングとして用いればよい。
　電力変換回路２２，４２，６２の構成は、上述の例に限られない。一例として、電力変換回路２２，４２，６２は、インバータ回路を有するものに限られず、集電装置３１から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、コンバータ回路が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、を有するものでもよい。他の一例として、電力変換回路２２，４２，６２は、ＤＣ（Direct Current：直流）－ＤＣコンバータでもよい。電力変換回路２２，４２，６２が有するスイッチング素子の個数は任意である。
　プロセッサ９１、メモリ９２、およびインターフェース９３を有し、制御処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、上述の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc-Read Only Memory）等）に格納して配布し、上記コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する劣化判別装置１－３を実現してもよい。また、通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に上記コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロードすることで劣化判別装置１－３を実現してもよい。
　劣化判別装置１－３の機能を、ＯＳ（Operating System：オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合には、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体、記憶装置等に格納してもよい。
　搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。例えば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS：Bulletin Board System）に上記コンピュータプログラムを掲示し、通信ネットワークを介して上記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理が実行されてもよい。
　劣化判別装置１－３は、図８に示すように、処理回路９４で実現されてもよい。処理回路９４は、インターフェース回路９５を介して、定電圧電源３２に接続され、起動指令Ｓ１を取得する。処理回路９４が専用のハードウェアである場合、処理回路９４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。劣化判別装置１の各部がそれぞれ個別の処理回路９４で実現されてもよいし、劣化判別装置１の各部は共通の処理回路９４で実現されてもよい。
　劣化判別装置１の各機能の一部が専用のハードウェアで実現され、他の一部がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。例えば、信号処理部１１は図８に示す処理回路９４で実現され、劣化判別部１２は図２に示すプロセッサ９１がメモリ９２に格納されたプログラムを読み出して実行することで実現されてもよい。
　本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
　１，２，３　劣化判別装置、１１，１４　信号処理部、１２，１５　劣化判別部、１３　兆候判別部、２０，４０，６０　電力変換装置、２１，４１，６１　電力変換制御回路、２２，４２，６２　電力変換回路、２３　指令生成制御回路、３１　集電装置、３２，３４，３６　定電圧電源、３３，３５，３７　負荷装置、９０　バス、９１　プロセッサ、９２　メモリ、９３　インターフェース、９４　処理回路、９５　インターフェース回路、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３　起動指令、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３　出力電圧。

Claims (6)

  1. 　スイッチング素子を有する電子機器に、前記スイッチング素子のスイッチング動作を行うための動作電圧を出力する定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別装置であって、
    　前記定電圧電源の出力電圧から、前記出力電圧の振幅に基づく電圧データを生成する信号処理部と、
    　前記電子機器に対する起動指令、および前記電圧データから、前記定電圧電源の起動時間を求め、前記起動時間から前記定電圧電源の劣化の有無を判別する劣化判別部と、
    　を備える劣化判別装置。
  2. 　前記劣化判別部は、前記起動指令が前記電子機器の起動を指示してから、前記電圧データが示す振幅が前記電子機器による前記スイッチング素子のスイッチング動作を行うために必要となる動作定格電圧に応じて定められる閾値に到達するまで、を前記起動時間として求める、
    　請求項１に記載の劣化判別装置。
  3. 　前記信号処理部は、前記電子機器に前記スイッチング素子のスイッチング動作を行うための交流電圧である前記動作電圧を出力する前記定電圧電源の出力電圧を示す波形データに対して低域通過フィルタに基づくフィルタリングを行うことで、前記波形データの包絡線を示すアナログ領域の包絡線データを生成し、前記包絡線データをアナログ／デジタル変換することで、デジタル領域の前記電圧データを生成する、
    　請求項１または２に記載の劣化判別装置。
  4. 　前記信号処理部は、同一の車両に搭載される複数の前記電子機器の内、対応する前記電子機器に該電子機器が有する前記スイッチング素子のスイッチング動作を行うための動作電圧を出力する複数の前記定電圧電源の出力電圧から、前記定電圧電源ごとに前記出力電圧の振幅に基づく前記電圧データを生成し、
    　前記劣化判別部は、前記電子機器に対する起動指令、および該電子機器に前記動作電圧を出力する前記定電圧電源の前記電圧データから、前記定電圧電源ごとに前記起動時間を求め、前記起動時間のばらつきから前記定電圧電源の劣化の有無を判別する、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の劣化判別装置。
  5. 　前記劣化判別部は、前記起動指令が前記電子機器の起動を指示するたびに、前記起動時間を求め、
    　前記劣化判別部で求められた前記起動時間の経時変化から、前記定電圧電源の劣化の兆候の有無を判別する兆候判別部をさらに備える、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の劣化判別装置。
  6. 　スイッチング素子を有する電子機器に、前記スイッチング素子のスイッチング動作を行うための動作電圧を出力する定電圧電源の出力電圧から、前記出力電圧の振幅を示す電圧データを生成し、
    　前記電子機器に対する起動指令、および前記電圧データから、前記定電圧電源の起動時間を求め、前記起動時間から前記定電圧電源の劣化の有無を判別する、
    　劣化判別方法。
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