JPH07222436A - 平滑用電解コンデンサの寿命検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力変換装置に用いられる平滑用電解コンデ
ンサの交換時期が該平滑用電解コンデンサの寿命によっ
て定まる適切な時期になるように表示する。 【構成】 平滑用電解コンデンサのリプル電圧、あるい
はリプル電流を検出して、検出されたリプル電圧あるい
はリプル電流と、所定の寿命判定レベル電圧、電流とを
比較し比較出力に基づいて前記平滑用電解コンデンサの
寿命判断を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源を入力し直流
電圧に変換する順変換回路の出力直流電圧を平滑する平
滑用電解コンデンサの寿命検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機などを駆動する電圧形インバ
−タ装置など、交流電源を入力し直流電圧に変換する順
変換回路からなる電力変換装置において前記順変換回路
の出力直流電圧を平滑するために、比較的大容量の電解
コンデンサが使用されている。図５は、電圧形インバ−
タ装置１を示すものであって、交流電源（ＡＣ）電圧を
整流して直流電圧に変換するダイオ−ドからなる順変換
回路２、直流電圧を交流電圧に変換するＧＴＯなど半導
体スイッチ素子からなる逆変換回路３、前記順変換回路
２の出力直流電圧を平滑する平滑用電解コンデンサ４、
交流電源ＡＣ投入時の突入電流を抑制するための抵抗
Ｒ、及び交流電源ＡＣ投入後に接点を閉じるスイッチＭ
Ｃから構成されている。

【０００３】このような電圧形インバ−タ装置の寿命を
決定する重要なものとして平滑用電解コンデンサ４の経
年変化による特性の劣化がある。

【０００４】電圧形インバ−タ装置１を運転すると、順
変換回路２の出力直流電圧により平滑用電解コンデンサ
４にはリプル電流が流れ逆変換回路３の入力直流電圧を
平滑するが、該リプル電流により平滑用電解コンデンサ
４は温度上昇を引き起こし時間の経過と共に静電容量が
減少していく性質を持っている。

【０００５】平滑用電解コンデンサ４の寿命は、温度と
時間で規定され約１０℃上昇すると寿命（使用可能時
間）は半分になるといわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電圧形インバ−
タ装置など電力変換装置における平滑用電解コンデンサ
の寿命は、該電力変換装置内の他の部品と比較して短い
ので、定期的に平滑用電解コンデンサのみを交換すると
いうメンテナンス作業が必要となる。

【０００７】このようなメンテナンス作業は、一般的に
は、数年おきに平滑用電解コンデンサの劣化の有無に関
係なく、電力変換装置の運転条件からシュミレ−ション
した計算寿命によって行なわれるが、この計算寿命は実
際の寿命よりも安全計数を大きくとって早期に交換する
計算方法を採用しているため、実際には未だ交換する時
期にないものまで交換をしてしまうという問題がある。

【０００８】本発明は、この平滑用電解コンデンサの交
換時期を該平滑用電解コンデンサの寿命によって定まる
適切な交換時期になるように、適切な交換時期を表示す
る電力変換装置の寿命検出装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決する手段】平滑用電解コンデンサの静電容
量の変化に伴い変動する該平滑用電解コンデンサのリプ
ル電圧あるいはリプル電流を検出する検出手段と、前記
検出手段により検出されたリプル電圧あるいはリプル電
流と所定の寿命判定レベルとを比較する比較手段と、前
記比較手段の出力を判断する判断手段とで構成する。

【００１０】

【作用】平滑用電解コンデンサの劣化による静電容量の
低下と共に、増加する該平滑用電解コンデンサのリプル
電圧あるいはリプル電流が予め定められた寿命判定レベ
ルを超過したとき比較手段からの出力の発生をもって該
平滑用電解コンデンサの交換時期の表示とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明をその実施例で詳しく説明をす
る。

【００１２】図１は、本発明の平滑用電解コンデンサの
寿命検出装置の実施例を示すものであって、リプル電圧
の検出による寿命検出装置は、電圧形インバ−タ１の平
滑用電解コンデンサ４の端子電圧（インバ−タ１の直流
側電圧）であるリプル電圧を検出する電圧検出器６、電
解コンデンサ４の端子電圧と寿命判定レベル電圧とを比
較して平滑用電解コンデンサ４の端子電圧が寿命判定レ
ベル電圧より低下したとき出力する電圧比較器７、及び
該電圧比較器７の出力と所定の測定条件との論理積をと
りＣＰＵ（中央処理装置）に出力するＡＮＤ回路８とか
ら構成されており、また、リプル電流の検出による寿命
検出装置は、平滑用電解コンデンサ４のリプル電流（充
放電々流）を検出するホ−ル素子５、該ホ−ル素子５の
出力電圧を整流して前記リプル電流に応じた直流電圧に
変換する電流検出器６’、該電流検出器６’の出力電圧
と寿命判定レベル電圧とを比較して該出力電圧が寿命判
定レベルを越えたとき出力する電圧比較器７’及び該電
圧比較器７’の出力と所定の測定条件との論理積をとり
ＣＰＵ（中央処理装置）に出力するＡＮＤ回路８’とか
ら構成されている。

【００１３】なお、上記所定の測定条件とは、平滑用電
解コンデンサ４の劣化以外の原因で前記リプル電圧また
はリプル電流が増加する条件、例えば電圧形インバ−タ
装置１の入力側の三相交流電源の停電、電源断あるいは
欠相など交流電源の異常状態条件であって、平滑用電解
コンデンサ４の交換時期を正確に判断するための測定条
件である。

【００１４】次に、図１に示す寿命検出装置の動作を図
２，３、４を用いて説明をする。

【００１５】（１）．リプル電圧検出による寿命検出に
ついて 電圧形インバータ装置１における主回路直流電圧は、三
相交流電源（ＡＣ）電圧が順変換回路２により整流され
直流電圧（図２ (a)）となり、該直流電圧は、電圧形イ
ンバータ装置１の交流負荷（図示せず）に応じて変化す
るが、大略、平滑用電解コンデンサ４無しの場合は
（イ）波形、平滑用電解コンデンサ４正常の場合は
（ロ）波形、平滑用電解コンデンサ４劣化の場合は
（ハ）波形のように（イ）波形に近い波形となる。即
ち、図２(a) に示すように、電圧形インバータ装置１の
主回路直流電圧である平滑用電解コンデンサ４の端子電
圧は、いずれもリプル電圧を含むものであって、平滑用
電解コンデンサ４の劣化（静電容量の減少）に伴ってリ
プル電圧が増加し、変動が激しいものとなる。

【００１６】図２(a) に示すような平滑用電解コンデン
サ４の端子電圧は、電圧検出器６によって検出され、電
圧比較器７において寿命判定レベル（図２(a-ニ)）と比
較され、平滑用電解コンデンサ４の端子電圧が寿命判定
レベルを下回る期間だけ出力（図２(b)）が発生する。

【００１７】電圧比較器７の出力信号である寿命検出信
号（図２ (b)）は、平滑用電解コンデンサ４の劣化のみ
を検出するため、他の測定条件信号とＡＮＤ回路８にお
いて論理積をとり、その出力をＣＰＵ等の処理装置に送
出することにより、平滑用電解コンデンサ４の寿命検出
が行われる。

【００１８】（２）．リプル電流検出による寿命検出に
ついて 電圧形インバータ装置１における主回路直流電圧、即ち
平滑用電解コンデンサ４の端子電圧は、図２(a) に示す
ようにリプル電圧を含んでおり、該平滑用電解コンデン
サ４にはそのリプル電圧周波数の充放電電流（リプル電
流）が流れる。

【００１９】平滑用電解コンデンサ４に流れるリプル電
流は、図２(c),(c')に示すように、平滑用電解コンデン
サ４の端子電圧（図２（ａ−ロ，ハ））が、三相交流電
源（ＡＣ）電圧を整流した順変換回路２の出力電圧（図
２（ａ−イ））より下回ったとき充電電流として流れ、
上回ったとき放電電流として流れる交流電流となり、平
滑用電解コンデンサ４の劣化（静電容量の減少）に伴っ
て増加するものである。このリプル電流は、ホール素子
５により検出され電流検出器６’において直流電圧に変
換されて電圧比較器７’において寿命判定レベルと比較
され、リプル電流が寿命判定レベルを上回ったとき寿命
検出信号が出力し、ＡＮＤ回路８’おいて他の測定条件
信号との論理積をとり、その出力をＣＰＵなどの処理装
置に送出することにより、平滑用電解コンデンサ４の寿
命検出が行われる。

【００２０】上記（１）、（２）の寿命検出装置におけ
るＡＮＤ回路８，８’への所定の測定条件は先に説明し
たように、平滑用電解コンデンサ４の劣化以外で該平滑
用電解コンデンサ４の端子電圧、充放電電流（リプル電
流）に変動を与える要因、すなわち三相交流電源（Ａ
Ｃ）の停電、電源断、あるいは電源の欠相などの条件で
あって、電圧比較器７、７’の出力信号である寿命検出
信号とＡＮＤ回路８、８’において論理積をとることに
より、前記交流電源（ＡＣ）の停電、欠相及び電源断な
ど電源異常時において前記寿命検出信号のＣＰＵなどの
処理装置への送出を「断」として、平滑用電解コンデン
サ４の劣化時のみ前記寿命検出信号をＣＰＵなどの処理
装置に送出して平滑用電解コンデンサ４の寿命を正確に
表示することができるようにしたものである。

【００２１】以下、所定の測定条件である交流電源（Ａ
Ｃ）の停電、欠相及び電源「断」など電源異常状態の検
出について説明する。

【００２２】交流電源（ＡＣ）の停電、及び「断」につ
いては、電圧形インバータ装置１の入力側交流電源（Ａ
Ｃ）電圧の有無によって簡単に検出することができるの
で、交流入力電源ＡＣの「欠相」の検出について説明を
する。

【００２３】図３は、欠相検出回路の一例を示すもので
あって、この欠相検出回路は電圧形インバータ装置１
（図１）の交流電源（ＡＣ）を入力とした三相全波整流
回路11、並びに抵抗ＲとコンデンサＣとのフィルタ回
路、及び電圧比較器13,13'等からなるフィルタコンパレ
ータ部12により構成されている。

【００２４】図４は、図３に示す欠相検出回路におけ
る、三相交流電源（ＡＣ）による三相全波整流回路11の
動作波形(a)、前記三相全波整流回路11の直流出力電圧、
フィルタコンデンサＣの端子電圧波形、及び電圧比較器
13,13’の判定レベル(b)、電圧比較器13,13’の出力(c,
d)をそれぞれ示すものである。

【００２５】なお、電圧比較器13の判定レベルは、抵抗
器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３による分圧により電圧比較器13’の
判定レベルより高く設定しており、また、レベル変換器
14，14’は電圧比較器13,13'の両比較器からの出力レベ
ルを略同一レベルとして、ＯＲ（論理和）回路15に入力
させるためのものである。

【００２６】欠相検出回路の動作を図３、４を用いて説
明をすると、 （１）．三相交流電源（ＡＣ）が正常な場合 三相全波整流回路11の各相ダイオード（ｕ〜ｚ、図示な
し）の動作電圧波形は、図４(a)の点線のごとくなり、
その直流出力電圧波形は、図４(b)の点線で示すような
リプル電圧を含むものとなる。電圧比較器13には抵抗Ｒ
とコンデンサＣからなるフィルタを介して、略、直流出
力電圧の最高値に充電された直流電圧Ｃvが供給され、
分圧抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3で定まる判定レベルＶ1と比較され
るが、コンデンサＣの充電電圧Ｃvが判定レベルＶ1より
高いのでその出力（図４ (c)）は発生しない。また、電
圧比較器13'には三相全波整流回路11の直流出力電圧
（図４(b)点線）が供給され、前記判定レベルＶ1より低
電圧の判定レベルＶ2と比較されるが、前記直流電圧Ｃv
が判定レベルＶ2より高いのでその出力（図４ (d)）は
発生しない。

【００２７】以上のように、電圧比較器13,13'の比較出
力が発生しないときは、欠相検出回路（図３）の欠相出
力が発生せず、寿命検出回路（図１）におけるＡＮＤ
８，８’には三相交流電源ＡＣの正常時の信号が供給さ
れる。

【００２８】（２）．三相交流電源（ＡＣ）が欠相の場
合 いま、三相交流電源（ＡＣ）のＶ相が欠相したとする
と、三相全波整流回路11の各相ダイオード（ｕ〜ｚ、図
示なし）の動作電圧波形は図４(a)実線で示すようにな
り、その直流出力電圧は図４(b) 実線に示すように大き
なリプル電圧を含むものとなる。

【００２９】電圧比較器13には、三相全波整流回路11の
直流出力電圧（図４ (b)実線）によりコンデンサＣに充
電された端子電圧Ｃv が供給され、該電圧比較器13にお
いて分圧抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3によって定まる判定レベルＶ1
と比較される。また、電圧比較器13'には、三相全波整
流回路11の直流出力電圧（図４(b)実線）がそのまま供
給され、該電圧比較器13'において分圧抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3
によって定まる判定レベルＶ2と比較される。

【００３０】電圧比較器13において、供給されるフィル
タコンデンサＣの端子電圧Ｃv は、交流電源（ＡＣ）の
欠相による三相全波整流回路11の直流出力電圧（図４
(b)）の低下に伴い時間の経過と共に徐々に低下するの
で、欠相状態が継続している或る時点ｔにおいて判定レ
ベルＶ1を下回り比較出力（図４(c)）が発生する。

【００３１】一方、電圧比較器13’において、供給され
る三相全波整流回路11の出力直流電圧（図４(b)実線）
は三相交流電源（ＡＣ）の毎サイクル２回判定レベルＶ
2を下回るので、その都度比較出力（図４(d)）が発生す
る。

【００３２】電圧比較器13,13'の比較出力信号は、レベ
ル変換器14,14'でレベル調整をし、ＯＲ回路15を介して
三相交流電源（ＡＣ）の欠相条件信号として発生する。

【００３３】以上の欠相検出回路の動作によれば、該欠
相検出回路は、電圧比較器における判定レベルを２段階
（Ｖ1，Ｖ2）もたせることにより、三相交流電源（Ａ
Ｃ）の欠相が、ある一定時間以上継続した場合と、瞬間
に発生した場合とが検出でき、この欠相検出信号を寿命
検出装置（図１）におけるＡＮＤ回路８，８’の測定条
件信号として使用することにより、平滑用電解コンデン
サ４の劣化による交換時期を正確に表示することができ
る。

【００３４】なお、上記欠相検出回路は、欠相判定レベ
ルを２段階（Ｖ1，Ｖ2）として瞬間欠相と一定時間継続
する欠相との判別をするために高低二つの判定レベルを
各々もたせる電圧比較器２個（13,13'）を用いている
が、高判定レベルをもつ電圧比較器13及びフィルタ
（Ｒ，Ｃ）を廃して低判定レベルをもつ電圧比較器13’
のみとしてその比較出力（図４(d)）を積算して所定値
に至った時点(t)において欠相検出信号を発生するよう
にしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下の
ような効果を奏することができる。

【００３６】（１）．平滑用電解コンデンサの寿命を、
計算による推定ではなく、リプル電圧、リプル電流とい
う定量的な測定で検出することができるので、前記平滑
用電解コンデンサの交換が無駄なく行うことができ、適
切なメンテナンスの実施及びそれが使用されている電圧
形インバータなど電力変換装置の信頼性の向上を図るこ
とができる。

【００３７】（２）．電圧形インバ−タ装置の交流電源
の欠相、停電、電源「断」の状態を平滑用電解コンデン
サの寿命検出の測定条件としたので、それら交流電源の
欠相、停電、電源「断」などの電源異常時に平滑用電解
コンデンサの寿命を検出する誤動作を回避することがで
き、寿命検出装置の信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の平滑用電解コンデンサの寿命検出装
置の実施例

【図２】 本発明の平滑用電解コンデンサの寿命検出装
置の実施例の各部電圧・電流波形図

【図３】 交流電源の欠相検出回路

【図４】 交流電源の欠相時における欠相検出回路の各
部電圧波形図

【図５】 電力変換装置（電圧形インバ−タ装置）

【符号の説明】

１ ： 電圧形インバ−タ装置 ２ ： 順変換回路 ３ ： 逆変換回路 ４ ： 平滑用電解コンデンサ ５ ： 電流検出用ホ−ル素子 ６ ： 電圧検出器 ６’： 電流検出器 ７ ： 電圧比較器 ７’： 電圧比較器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を入力し直流電圧に変換する順
   変換回路の直流出力電圧を平滑する平滑用電解コンデン
   サと、 前記平滑用電解コンデンサの端子間電圧であるリプル電
   圧を検出する検出回路と、 前記検出回路で検出したリプル電圧と所定の寿命判定レ
   ベル電圧とを比較する電圧比較器と、 前記電圧比較器の比較出力信号に基づいて前記平滑用電
   解コンデンサの寿命を判断する判別回路と、 を備えることを特徴とした平滑用電解コンデンサの寿命
   検出装置。
2. 【請求項２】 前記判別回路が、前記交流電源の異常状
   態を検出した異常条件信号と前記比較出力信号との論理
   積をとる論理積回路からなることを特徴とした請求項１
   記載の平滑用電解コンデンサの寿命検出装置。
3. 【請求項３】 交流電源を入力し直流電圧に変換する順
   変換回路の直流出力電圧を平滑する平滑用電解コンデン
   サと、 前記平滑用電解コンデンサの充放電電流であるリプル電
   流を検出する検出回路と、 前記検出回路で検出したリプル電流と所定の寿命判定レ
   ベル電流とを比較する電圧比較器と、 前記電圧比較器の比較出力信号に基づいて前記平滑用電
   解コンデンサの寿命を判断する判別回路と、 を備えることを特徴とした平滑用電解コンデンサの寿命
   検出装置。
4. 【請求項４】 前記判別回路が、前記交流電源の異常状
   態を検出した異常条件信号と前記比較出力との論理積を
   とる論理積回路からなることを特徴とした請求項３記載
   の平滑用電解コンデンサの寿命検出装置。