JPH03269268A - コンデンサ劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンデンサの劣化診断装置に係り、特にイン
バータ装置などの主回路または制御回路の直流電源電圧
の平滑のために使用される平滑コンテンサーの劣化の診
断に関するものである。

［従来の技術］ この種インバータ装置に使用される平滑用コンデンサー
の劣化の診断に関する従来の技術として特開昭６０−２
１６７９２号がある。

この従来例は、負荷電動機のカ行運転と回生運転の移り
変わり時点て、カ行用コンバータと回生用コンバータが
同時に動作停止する不動作時間帯があるので、この時の
平滑用コンデンサー両端電圧の変化を予め定められた設
定値と比較して設定値を超えたら平滑用コンデンサーが
劣化したと判断するものであった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来例で、平滑用コンデンサーの電圧変化を検出す
るためには、カ行、回生の両コンバータに不動作時間帯
があることが必要であるが、負荷の種類によってはカ行
と回生の両運転モートが生じない場合があるので、この
ような不動作時間帯が生じないものには適用できなかっ
た。

またカ行、回生のエネルギーが負荷の種類あるいは状態
によって変わり、このため上記不動作時間帯に生しる平
滑用コンデンサーの電圧変化が負荷の影響を受けてしま
うので、汎用インバータなどの負荷が特に決まっていな
いものには適用てきなっかった。

本発明は上記問題点を解決し、上記不動作時間帯を利用
することがなく、また負荷の影響を受けないで常に安定
に動作するようにした汎用性の高いコンデンサの劣化診
断装置を提供できるようにしたものである。

［課題を解決するための手段］ 上記従来技術の課題を解決するために、コンデンサへの
入力電源が遮断されたときに、コンデンサの電荷が定ま
った回路を通して放電される時の放電特性を測定するよ
うにしたものである。

このための手段として、前記コンデンサの電圧検出手段
を備え、前記コンデンサの予め定められた電圧区間で、
あるいは時間区間での放電特性を測定する手段を備えこ
の放電特性が予め定められた範囲を外れた場合にコンデ
ンサが劣化したと診断する手段を備えるようにしたもの
である。さらに必要に応じて警報を発する手段、あるい
は異常処理手段を備えるようにしたものである。

また、他の方法としてコンデンサへの入力電源を投入す
るときの充電特性を測定するようにしたものである。

このための手段として、前記コンデンサへの充電電流を
測定する電流検出手段と、前記コンデンサの予め定めら
れた電圧区間での前記コンデンサの充電電流の積算を行
う手段を備え、この積算値が予め定められた範囲を外れ
た場合にコンデンサが劣化したと診断する手段を備える
ようにしたものである。さらに必要に応じて警報を発す
る手段、あるいは異常処理手段を備えるようにしたもの
である。

［作用コ 前記コンデンサへの入力電源が遮断されたときの電圧検
出手段によって検出された電圧は、前記放電特性測定手
段により放電特性が測定され、この測定値は予め定めら
れた範囲と比較され、この範囲を外れた場合は前記コン
デンサが劣化したと診断する。必要に応じ警報手段また
は異常処理手段を設け、警報を発したり、異常処理をす
ることができる。

また、前記コンデンサへの入力電源投入時に、前記電流
検出手段により測定された電流値は時間積分され、予め
定められた範囲と比較され、この範囲を外れた場合は前
記コンデンサが劣化したと診断する。必要に応し警報手
段または異常処理手段を設け、警報を発したり、異常処
理をすることができる。

［実施例コ 以下、本発明の内、入力電源遮断時のコンデンサの放電
特性によるコンデンサ劣化の診断方法の一実施例を第１
図から第４図により説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示したもので、交流電動
機を駆動するインバータ装置を示している。

交流電源１と、この交流電源１に接続され、この交流電
源１の交流電力を直流電源に変換する順変換器２、前記
直流電源を任意の可変電圧・可変周波数をもつ交流に変
換する逆変換器５、前記順変換器２と前記逆変換器５の
中間に接続され前記順変換器２の出力を平滑する役目を
する平滑用コンデンサ３、コンデンサ３の電荷を放電す
る放電回路４を備えたインバータ主回路、およびインバ
ータ装置１２を制御するマイクロコンピュータ７（以下
マイコンマと呼ぶ）、マイコンマのソフトウェア又は諸
データを記憶する記憶回路８、インバータ装置１２の各
電流・電圧等を測定する検出回路９、インバータ装置１
２の状態を表示・出力する表示回路又は信号出力回路１
０、逆変換器５を駆動するベース回路１１の制御装置を
備えたインバータ装置１２を示している。また２０はコ
ンデンサ３の電圧信号を示す。

ここで平滑用コンデンサ３は、本発明における劣化の診
断の対象になるのもである。

第２図は、コンデンサ３の電圧（ＶＤ）と時間（１）の
様子を示し、特に領域■ではインバータ装置１２の入力
が遮断され、逆変換器５の動作が停止しているものとす
る。

この領域■ては、コンデンサ３の放電は放電回路４のみ
となり、予め定められた電圧ｖ１から電圧Ｖ２までの正
常時の放電時間（△ｔｄ）はコンデンサ３の静電容量と
放電回路４の定数から計算て算出てき、また正常なコン
デンサを有するインバータ装置を用いて実測することも
出来る。

放電回路４が抵抗値Ｒの抵抗のみの場合、コンデンサ３
の静電容量をＣとすると放電時間（Δｔ）は次式となる
。

Δｔ＝−ＣＲＩｎ（ｖ２／Ｖ１）・・・・・・・・・（
１）放電回路が抵抗値Ｒの抵抗と消費電力Ｗの電源回路
等を有すると次式となる。

１ △ｔ＝−ＣＲＩｎ　（（Ｖ２２＋ＲｔＪ）／（Ｖ□２＋
ＲｔＪ））　・・・・−・（２）（１）式、（２）式に
より、コンデンサ３の静電容量Ｃと放電時間（△ｔ）が
比例していることがわかる。従ってコンデンサ劣化の一
つの現れであるコンデンサ静電容量Ｃの減少は、減少分
の割合１ ２ だけ放電時間（△ｔｄ）が短くなることになる。

第３図に動作のフローチャートを示す。コンデンサ３の
電圧ＶＤが予め定められた電圧■□になることを確認（
ステップ２０１）Ｌ／、タイマカウンタをセロスタート
（ステップ２０２）する。その後、電圧ＶＤが予め定め
られた電圧Ｖ２になった時点（ステップ２０３）で前記
タイマカウンタがコンデンサ３の劣化判定のため定めら
れた値の範囲内であるかを判断（ステップ２０４）　し
、その範囲を外れた場合は、コンデンジ３が劣化したも
のとして、コンデンサ３の劣化異常を記憶回路８に記憶
（ステップ２０５）Ｌ／、同時に警報信号を出力（ステ
ップ２０６）　し異常を知らせる。

なお、上記ステップ２０４で記述した「劣化判定のため
に定められた値」とは、予め定められた絶対値であって
も、またインバータ装置に最初に電源投入あるいは遮断
された時点て上記と同様の方法で測定したコンデンサ静
電容量の初期値を利用して定められた値であってもよい
。

実際にインバータ装置を動作させて初期値を測定する方
法は、コンデンサの静電容ＩＬ誤差および放電回路の抵
抗値誤差を吸収できるので、計算により求めたものより
精度が向上する長所がある。

また上記は規定の電圧変化に対するその所要時間を計測
することて劣化を診断するようにしたが、規定の時間に
対するその電圧変化を測定することで劣化を診断するよ
うにしても良い。この場合第３図の動作フローチャート
でステップ２０３の処理内容を「タイマーカウンタが規
定時間ΔＬになった時点を判定」にし、ステップ２０４
の処理内容を「■□−■２′が範囲内であるかの判定」
にすれば良い。ただしＶ２’は規定時間Δｔ。

の時点でのコンデンサ電圧である。

第４図はコンデンサ３の電圧検出回路９の一例を示す。

コンデンサ３の電圧信号２０は抵抗Ｒ１及びＲ２て分圧
され、抵抗Ｒ３とＲ４で作られた基準電圧と比較回路Ｉ
Ｃで比較され０Ｎ１０ＦＦ信号２１に変換されマイコン
マに入力される。

方マイコン７が、比較回路ＩＣの基準電圧を変更する為
の回路例としては信号２２て素子Ｑｌを動作させ抵抗Ｒ
５を回路的に追加することで可能となる。これにより上
記ステップ２０１及び２０３で使用する電圧レベルＶ、
及びＶ２を容易に実現出来る。

以上はインバータ装置が動作停止したあと入力を遮断し
た場合であるが、インバータ装置運転中（第２図内範囲
　）に交流電源１との接続が遮断された場合あるいは何
らかの原因で交流電源１の電圧が例えばＯＶまて低下し
た場合でも、コンデンサ電圧ＶＤが急減しインバータ装
置の性能が満足出来る限界値ＶＴになった時点てインバ
ータ装置は電圧異常として出力遮断（逆変換器の動作停
止）する保護機能を備えているので、その後の領域では
、いままで記述した放電領域と同しになりコンデンサ３
の劣化の診断が可能となる。

ところで、インバータ装置１２への入力電源遮断時は、
インバータ装置の制御回路用電源がなくなりかけている
場合に相当し、したがってその後インバータ装置が運転
停止した場合に、異常警報は出ないが、コンデンサ３の
劣化異常はステップ２０５て既に記憶回路８に記憶され
る為、次回の制御電源投入時に異常を知らせることが出
来る。

一方主回路と制御回路の電源を別に遮断するように電源
系統が糾まれていて、主回路のみ遮断てきる場合は、イ
ンバータが運転停止している場合でも、制御装置のみて
異常を知らせることができる。なお放電回路４は、イン
バータ装置停止中の感電防止等の為、放電抵抗器を接続
する場合が多いが、これに代わる放電回路が形成されて
いる場合は、放電抵抗器は必ずしも必要ではない。

以上、インバータを運転停止し入力電源を遮断する時の
コンデンサ３の放電領域でコンデンサ３の劣化の判断を
行う方法は、インバータ装置と負荷とが電気的に切り離
され、コンデンサ３の放電回路がインバータ装置固有の
ものとなるため負荷に影響されることがない。また従来
のインバータ装置のように特殊な不動作時間帯を利用し
ないで実現できる。

次に、本発明の内、コンデンサ３への充電電流によるコ
ンデンサ劣化の判定の一実施例を第５図　５ ６ から第７図により説明する。

第５図中、第１図と共通のものは同一番号を記入する。

　　１３はコンデンサ３への突入電流を防ぐ制限抵抗、
１４は制限抵抗１３を短絡する回路、３０はコンデンサ
３への充電電流を検出する検出回路、３１は検出回路３
０の信号を示す。

第６図に、インバータ装置の入力電源投入時のコンデン
サ３の充電中の充電電流１ｃとコンデンサ３の電圧■。

の時間変化を示す。（電源投入時はまだ逆変換器５の運
転は開始していないのでコンデンサ３と負荷６とは電気
的に切り離されている。したがって負荷の影響は受けな
い。）コンデンサ３の電圧ＶＤの変化ΔＶｏと充電電流
ＩＣには、コンデンサ３の静電容量をＣとした場合は次
式となる。

この式を変形すると次式となる。

従って、コンデンサ３の電圧ＶＤがＶ３からＶ４（■３
、ｖ４は予め定められた電圧）へ変化する間にコンデン
サに流れる充電電流１ｃの時間積分（第６図中斜線部で
示された面積に相当する）により、コンデンサ３の静電
容量を（４）式により算出し、予め定められた範囲を外
れた場合にコンデンサ３の劣化と診断し、警報信号を出
して異常を知らせることが出来る。

第７図に動作のフローチャートを示す。

充電動作中にコンデンサ電圧ＶＤが電圧Ｖ、になること
を確認（ステップ３０１）Ｌ／、充電電流の時間積分を
格納するレジスタΣＩｃをゼロクリア（ステップ３０２
）する。その後、電圧Ｖ。がＶ４となる（ステップ３０
４）まで、サンプリング時間（△１．）毎に、この時間
（△１．）とこの時間中に平均値化された充電電流■と
の掛算値を上記レジスタΣＩｃに加算（ステップ３０３
）することを続ける。このレジスタΣＩｃに格納されて
いる充電電流ｌ。の時間積分値が予め定められた値と比
較（ステップ３０５）　し、範囲外である場合は、コン
デンサ３の劣化と診断し異常を記憶回路に記憶（ステッ
プ３０６）Ｌ／、警報信号を出力（ステップ３０７）Ｌ
／、コンデンサ３の異常を知らせることが出来る。

なお電流検出器３０は平滑コンデンサ３の電流を直接検
出できるように平滑コンデンサ３への接続線に取り付け
ても良いが、本発明の場合インバータ装置電源投入初期
の逆変換器５が動作していない時に電流を測定するので
、第５図のように取り付けることにより平滑コンデンサ
３の電流を検出することができる。この電流検出器は従
来から過電流保護などに使用している電流検出器を兼用
して使用できる。したがって新たに電流検出器を設ける
必要がない。

また充電特性を測定するために第５図〜第７図の実施例
では電流時間積を求めたが、これは第６図を見れば明ら
かなように交流電源１を順変換器２で整流した電圧、電
流が脈動しているため、電圧または電流の値のみては充
電特性測定がてきないためである。交流電源１を順変換
器２で整流する代わりに直接に平溺な直流電源に接続さ
れている場合は、電圧または電流の値のみでも充電特性
測定ができる。この場合はコンデンサ電圧が予め定めら
れた電圧区間を通過する時間、または予め定められた時
間におけるコンテン１ノ電圧の変化か充電特性を測定す
ることができる。

以上、インバータ装置の入力電源投入時にコンデンサ３
の充電特性を測定して劣化の判断を行う方法は、インバ
ータ装置と負荷とが電気的に切り離され、コンデンサ３
の充電回路がインバータ装置固有のものとなるため負荷
に影響されることがない。また従来のインバータ装置の
ように特殊な不動作時間帯を利用しないで実現できる。

以上、本発明の方法をインバータ装置に内蔵したものと
して説明してきたが、上記の方法は容易に外部で検出装
置として組み立てることが可能であり、既存のインバー
タ装置で上記の診断機能の無いものに関しても容易に追
加又は利用出来る。

また本発明による劣化診断の方法はインバータ装置なと
の制御回路搭載基板に制御電源を供給す　９ ０ る制御電源電圧平滑用コンデンサに適用することもてき
る。制御回路は負荷として一定しているので入力電源の
投入、遮断時の充放電特性を同様に測定することにより
コンデンサの劣化を診断することができる。

以上ではマイクロコンピュータを使用した実施例で説明
したが、同様の機能を持ったハート゛ウェアで構成でき
ることは言うまでもない。

［発明の効果コ 以上、インバータを運転停止し入力電源を遮断する時の
コンデンサ３の放電領域でコンデンサ３の劣化の判断を
行う方法は、インバータ装置と負荷とが電気的に切り離
され、コンデンサ３の放電回路がインバータ装置固有の
ものとなるため負荷に影響されることがない。また従来
のインバータ装置のように特殊な不動作時間帯を利用し
ないで実現できる。

また、インバータ装置の入力電源投入時にコンデンサ３
の充電特性を測定して劣化の判断を行う方法は、インバ
ータ装置と負荷とが電気的に切り離され、コンデンサ３
の充電回路がインバータ装置固有のものとなるため負荷
に影響されることがない。また従来のインバータ装置の
ように特殊な不動作時間帯を利用しないで実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は、コ
ンデンサ電圧の時間的推移を説明する図、第３図は動作
フローチャート、第４図は電圧検出回路の一実施例を示
す図、第５図は一実施例のブロック図、第６図はコンデ
ンサ電圧と電流の時間的推移を説明する図、第７図は動
作フローチャトである。 符号の説明 １・・・・・・・・・交流電源、　　　　２・・・・・
・・・・順変換器、３・・・・・・・・・コンデンサ、
　４・・・・・曲・放電回路５・・・・・・・・・逆変
換器、　　　６・・・・・・・・・交流機、７・・・・
・・・・・マイクコンピュータ８・・・・・・・・・記
憶回路　　９・・・・旧・・検出回路１０・・・・・・
表示回路及び警報信号出力回路な子球。 １１・・・・・・・・・ｌ＼−ス回路 ２・・・・・・・・・インバータ装置 ３・・・・・・・・・突入電流制限抵抗器４・・・・・
・・・・短絡回路　　１５・・・・・・・・・電流検出
器０・・・・・・・・・コンデンサの電圧信号１・・・
・・・・・・０Ｎ１０Ｆ信号 ２・・・・・・・・・素子Ｑ１の駆動信号０・・・・・
・・・・電流検出器 １・・・・・・・・・電流検出器３０の出力信号３ ト＼へ 〉ン〉 第 ３ 図 第 図 第 図 弗 乙 図 第 図 ０μＲ 一９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電源の平滑用としてコンデンサを備えた制御装
   置において、 前記コンデンサの電圧検出手段と、 前記コンデンサに接続された入力電源の遮断時に前記電
   圧検出手段の出力に基づいて、予め定められた区間での
   放電特性を測定し、前記放電特性が、予め定められた値
   の範囲外である場合に前記コンデンサが劣化していると
   判断して信号を記憶および出力する演算制御部を備えた
   ことを特徴とする劣化診断装置。 ２、前記放電特性の測定は、 前記電圧検出手段の出力に基づいて、予め定められた電
   圧区間での放電時間を計測することを特徴とする請求項
   １記載の劣化診断装置。 ３、前記放電特性の測定は、 前記電圧検出手段の出力に基づいて、予め定められた時
   間区間での放電電圧値を測定することを特徴とする請求
   項１記載の劣化診断装置。 ４、交流電源を直流電源に変換する順変換回路と、前記
   順変換回路の出力部に接続され前記出力部の直流電圧を
   平滑するコンデンサと、前記順変換回路の前記出力部に
   接続され前記直流電源を可変周波数電源に変換して負荷
   に電力を供給する逆変換回路と、前記逆変換回路の出力
   周波数を可変制御する制御装置を備えたインバータ装置
   において、 前記コンデンサの電圧検出手段と、 前記交流電源の遮断時に前記電圧検出手段の出力に基づ
   いて、予め定められた区間での前記コンデンサの放電特
   性を測定し、前記放電特性が、予め定められた値の範囲
   外である場合に前記コンデンサが劣化していると判断し
   て信号を出力または記憶する演算制御部を備えたことを
   特徴とするインバータ装置。 ５、前記放電特性の測定は、 前記電圧検出手段の出力に基づいて、予め定められた電
   圧区間での放電時間を測定することを特徴とする請求項
   ４記載のインバータ装置。 ６、前記放電特性の測定は、 前記電圧検出手段の出力に基づいて、予め定められた時
   間区間での放電電圧値を測定することを特徴とする請求
   項４記載のインバータ装置。 ７、直流電源の平滑用としてコンデンサを備えた制御装
   置において、 前記コンデンサの電圧検出手段と、 前記コンデンサの電流検出手段と、 前記電圧検出手段の出力と前記電流検出手段の出力を入
   力して前記コンデンサの入力電源投入時の充電特性を測
   定し、予め定められた前記コンデンサの充電特性範囲を
   外れた場合にコンデンサの劣化と判断して信号を出力す
   る演算制御部を備えたことを特徴とする劣化診断装置。 ８、請求項７記載の前記充電特性の測定は、前記コンデ
   ンサへの入力電源が投入され、前記コンデンサの電圧が
   上昇する際、前記電圧検出手段の出力が予め定められた
   基準電圧範囲の下限値に達したら前記電流検出手段の出
   力の時間積分を開始し、前記電圧検出手段の出力が予め
   定められた基準電圧範囲の上限値に達したら前記電流検
   出手段の出力の時間積分を終了するようにして、前記開
   始時点から前記終了時点までの電流と時間積分値を求め
   るようにしたことを特徴とする請求項７記載の劣化診断
   装置。 ９、交流電源を直流電源に変換する順変換回路と、前記
   順変換回路の出力部に接続され前記出力部の直流電圧を
   平滑するコンデンサと、前記順変換回路の前記出力部に
   接続され前記直流電源を可変周波数電源に変換する逆変
   換回路と、前記逆変換回路の出力周波数を可変制御する
   制御装置を備えたインバータ装置において、 前記コンデンサの電圧検出手段と、 前記コンデンサの電流検出手段と、 前記電圧検出手段の出力と前記電流検出手段の出力を入
   力して前記コンデンサの入力電源投入時の充電特性を測
   定し、予め定められた前記コンデンサの充電特性範囲を
   外れた場合に前記コンデンサが劣化したと診断する演算
   制御部を備えたことを特徴とするインバータ装置。 １０、請求項９記載の前記充電特性の測定は、前記イン
   バータ装置の入力電源投入時に、前記コンデンサの電圧
   が上昇する際、前記電圧検出手段の出力が予め定められ
   た基準電圧範囲の下限値に達したら前記電流検出手段の
   出力の時間積分を開始し、前記電圧検出手段の出力が予
   め定められた基準電圧範囲の上限値に達したら前記電流
   検出手段の出力の時間積分を終了するようにして、前記
   開始時点から前記終了時点までの電流と時間積分値を求
   めるようにしたことを特徴とする請求項９記載のインバ
   ータ装置。 １１、前記コンデンサが劣化したと診断した前記演算制
   御部の出力により警報を発する、または前記劣化診断手
   段の記憶した情報により警報を発する警報手段を備えた
   ことを特徴とする請求項４〜請求項６、請求項９、請求
   項１０記載のいずれかのインバータ装置。 １２、前記コンデンサが劣化したと診断した前記演算制
   御部の出力により警報を発する警報手段を備えたことを
   特徴とする請求項１〜請求項３、請求項７、請求項８記
   載のいずれかの劣化診断装置。 １３、前記コンデンサが劣化したと診断した前記演算制
   御部の出力により前記インバータ装置を運転停止するよ
   うに異常処理を行う演算制御部を備えたことを特徴とす
   る請求項４〜請求項６、請求項９〜請求項１１記載のい
   ずれかのインバータ装置。 １４、前記コンデンサが劣化したと診断した前記演算制
   御部の出力により前記制御装置を運転停止するように異
   常処理を行う演算制御部を備えたことを特徴とする請求
   項１〜請求項３、請求項７、請求項８、請求項１２記載
   のいずれかの劣化診断装置。