JPH08275586A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータ主回路を構成するスイッチング素
子のパワーサイクル破損を事前に予測することにより、
そのスイッチング素子の交換に伴う悪影響を最小限に抑
制すること。 【構成】 計数回路８は、運転制御装置７からインバー
タ主回路５に与えられる正転指令信号及び逆転指令信号
の立ち上がりを計数するものであり、その計数値ΔＮ
は、インバータ主回路５のスイッチング動作の開始回数
に相当するようになる。記憶回路９には、インバータ主
回路５を構成するスイッチング素子５ａのパワーサイク
ル寿命を、当該インバータ主回路５のスイッチング動作
の開始回数に置き換えたパワーサイクル寿命回数データ
Ｎmax として記憶されている。比較回路１０は、計数回
路８の計数値ΔＮが記憶回路９から出力されるパワーサ
イクル寿命回数データＮmax 以上となったときに、警報
出力回路１１を通じて警報信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ主回路のス
イッチング動作に応じて交流電動機を駆動するための可
変周波数交流出力を発生するインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置の主回路素子としては、
ＩＧＢＴなどのパワーデバイスより成るスイッチング素
子を利用することが一般的である。この場合、インバー
タ装置において上記のようなスイッチング素子を利用す
るに当たっては、そのパワーサイクル破損について考慮
することが、装置全体の信頼性の向上を図る上で必要と
されているが、従来では、このような点に積極的な考慮
を払っていなかった。つまり、パワーデバイスより成る
スイッチング素子は、その動作条件の如何によっては、
内部構成材料の熱膨張係数の差による機械的ストレスの
繰り返しに起因して疲労破損するというパワーサイクル
破損を比較的早期に来たす場合がある。しかし、このよ
うなパワーサイクル破損は、その発生前に確実に検知す
ることは不可能であり、そのスイッチング素子が破損し
て初めて判明するのが実情である。このため従来では、
スイッチング素子が破損した場合に、これを交換修理す
るという後追い的な対策を実行しているのがほとんどで
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば誘導電動機のよ
うに通電方向の切換制御や始動・停止制御が頻繁に行わ
れる負荷を可変速駆動するシステムを、インバータ装置
を利用して構築する場合には、当該システムの稼働中に
インバータ装置の主回路素子を構成するスイッチング素
子がパワーサイクル破損して、システムダウンを来たす
可能性が高くなる。しかしながら、従来のように、スイ
ッチング素子が破損した場合に初めてその交換修理を行
うという後追い的な対策を実行する構成では、稼働中の
システムがダウンすることによる影響が非常に大きくな
るという不具合が惹起される。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、インバータ主回路を構成するスイッ
チング素子のパワーサイクル破損を事前に予測して警報
を発することができて、そのスイッチング素子の交換に
伴う悪影響を最小限に抑制できるようになるインバータ
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、インバータ主回路のスイッチング動作に応
じて交流電動機を駆動するための可変周波数交流出力を
発生するインバータ装置において、前記インバータ主回
路のスイッチング動作の開始回数を計数する計数手段
と、前記インバータ主回路を構成するスイッチング素子
のパワーサイクル寿命を、当該インバータ主回路のスイ
ッチング動作の開始回数に置き換えたパワーサイクル寿
命回数データとして出力する寿命回数データ設定手段
と、前記計数手段の計数値が前記寿命回数データ設定手
段から出力されるパワーサイクル寿命回数データ以上と
なったときに警報手段を通じて警報信号の出力動作を行
う比較手段とを備えた構成としたものである（請求項
１）。

【０００６】この場合、前記インバータ主回路に対して
前記交流電動機の正転及び逆転を指令するための正転指
令信号及び逆転指令信号を与える制御手段を備えた上
で、前記計数手段は、前記正転指令信号及び逆転指令信
号の出力回数を上記インバータ主回路のスイッチング動
作の開始回数として計数する構成としても良い（請求項
２）。

【０００７】また、前記インバータ主回路に対して前記
交流電動機に与える交流出力の周波数を指令するための
周波数指令信号を与える制御手段を備えた上で、前記計
数手段は、前記周波数指令信号の出力回数を上記インバ
ータ主回路のスイッチング動作の開始回数として計数す
る構成としても良い（請求項３）。

【０００８】前記寿命回数データ設定手段は、予め決め
られたパワーサイクル寿命回数データを記憶して成る記
憶手段により構成することができる（請求項４）。

【０００９】前記寿命回数データ設定手段は、前記イン
バータ主回路の出力電流に基づいて当該インバータ主回
路内のスイッチング素子の損失を算出する損失計算手段
と、この損失計算手段により算出された損失に基づいて
前記スイッチング素子のパワーサイクル寿命回数データ
を算出する寿命計算手段とを含んで構成することもでき
る（請求項５）。

【００１０】

【作用】請求項１記載のインバータ装置では、インバー
タ主回路のスイッチング動作に応じて当該インバータ主
回路が可変周波数交流出力を発生するようになり、この
交流出力により交流電動機の可変速駆動が行われる。こ
のような交流電動機の駆動が行われる場合、計数手段
が、前記インバータ主回路のスイッチング動作の開始回
数を計数するようになる。一方、寿命回数データ設定手
段からは、上記インバータ主回路を構成するスイッチン
グ素子のパワーサイクル寿命を、当該インバータ主回路
のスイッチング動作の開始回数に置き換えたデータに相
当したパワーサイクル寿命回数データが出力されるよう
になる。

【００１１】比較手段は、前記計数手段の計数値、つま
りインバータ主回路によるスイッチング動作の開始回数
を示すデータと、前記寿命回数データ設定手段から出力
されるパワーサイクル寿命回数データとを比較し、上記
計数値がパワーサイクル寿命回数データ以上となったと
きに警報手段を通じて警報信号の出力動作を行う。従っ
て、上記警報信号に基づいて、インバータ主回路内のス
イッチング素子のパワーサイクル破損を事前に察知でき
るものである。

【００１２】請求項２記載のインバータ装置では、制御
手段から前記インバータ主回路に対して、交流電動機の
正転及び逆転を指令するための正転指令信号及び逆転指
令信号が与えられるようになり、前記計数手段は、上記
のような正転指令信号及び逆転指令信号の出力回数を、
インバータ主回路のスイッチング動作の開始回数として
計数するようになる。

【００１３】請求項３記載のインバータ装置では、制御
手段から前記インバータ主回路に対して、交流電動機に
与える交流出力の周波数を指令するための周波数指令信
号が与えられるようになり、前記計数手段は、上記のよ
うな周波数指令信号の出力回数を、インバータ主回路の
スイッチング動作の開始回数として計数するようにな
る。

【００１４】請求項４記載のインバータ装置では、前記
寿命回数データ設定手段が、予め決められたパワーサイ
クル寿命回数データを記憶して成る記憶手段により構成
されているから、全体の構成が比較的簡単になる。

【００１５】請求項５記載のインバータ装置では、寿命
回数データ設定手段内の損失計算手段が、インバータ主
回路の出力電流に基づいて当該インバータ主回路内のス
イッチング素子の損失を算出すると共に、当該寿命回数
設定手段内の寿命計算手段が、上記損失計算手段により
算出された損失に基づいて前記スイッチング素子のパワ
ーサイクル寿命回数データを算出するようになり、この
パワーサイクル寿命回数データが比較手段での比較動作
に供されるようになる。従って、上記パワーサイクル寿
命回数データは、インバータ主回路の実際の出力電流に
より補正されることになり、前記比較手段による比較動
作に基づいて行われるスイッチング素子のパワーサイク
ル寿命の予測が正確化するようになる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図１、図
２を参照しながら説明する。図１において、インバータ
装置１の電源を構成する整流回路２は、三相交流電源３
の出力を全波整流するようになっており、その整流出力
は平滑コンデンサ４により平滑されてインバータ主回路
５に与えられる。このインバータ主回路５は、具体的に
は図示しないが、６個の半導体スイッチング素子５ａを
三相ブリッジ接続して成る周知構成のもので、そのスイ
ッチング動作に応じて、交流電動機である三相誘導電動
機６を可変速駆動するための可変電圧・可変周波数の交
流出力を発生する。尚、上記スイッチング素子５ａとし
ては、ＩＧＢＴやパワートランジスタのようなパワーデ
バイスが使用される。

【００１７】上記インバータ主回路５には、運転制御装
置７（本発明でいう制御手段に相当）から、運転準備指
令信号、誘導電動機６の正転及び逆転をそれぞれ指令す
る正転指令信号及び逆転指令信号が与えられるようにな
っている。

【００１８】インバータ主回路５においては、運転準備
指令信号が与えられた状態では、正転指令信号が与えら
れたときにスイッチング素子５ａ群が正転モードでスイ
ッチングされ、逆転指令信号が与えられたときにスイッ
チング素子５ａ群が逆転モードでスイッチングされる。
このようなインバータ主回路５における正転モード若し
くは逆転モードでのスイッチング動作に応じて、誘導電
動機６が正回転若しくは逆回転される。尚、インバータ
主回路５は、正転指令信号及び逆転指令信号が同時に与
えられたときには、後で与えられた指令信号に応じたモ
ードでのスイッチング動作を優先させる。

【００１９】計数手段としての計数回路８は、運転制御
装置７からインバータ主回路５に与えられる前記正転指
令信号及び逆転指令信号の立上がりを計数する。従っ
て、この計数回路８による計数値ΔＮは、インバータ主
回路５のスイッチング素子５ａ群による正転モード及び
逆転モードでのスイッチング動作の開始回数を示すこと
になる。

【００２０】寿命回数データ設定手段としての記憶手段
を構成する記憶回路９には、予め設定されたパワーサイ
クル寿命回数データＮmax が記憶される。このパワーサ
イクル寿命回数データＮmax は、スイッチング素子５ａ
のパワーサイクル寿命を、インバータ主回路５のスイッ
チング動作の開始回数に置き換えたデータである。具体
的には、上記パワーサイクル寿命回数データは、例えば
インバータ主回路５内のスイッチング素子５ａがパワー
サイクル破損に至ると想定されるスイッチング動作の開
始回数に対し、所定の余裕値（＜１）を乗算した値とな
るように設定される。

【００２１】比較手段としての比較回路１０は、上記計
数回路８による計数値ΔＮと、記憶回路９に記憶された
パワーサイクル寿命回数データＮmax とを比較し、ΔＮ
≧Ｎmax となった場合には、警報手段としての警報出力
回路１１を通じて警報信号を出力する。上記警報信号
は、インバータ主回路５内のスイッチング素子５ａにパ
ワーサイクル破損の虞がある旨を報知するものであり、
ユーザーサイドでは、この警報信号に基づいてスイッチ
ング素子５ａの交換を行うことになる。

【００２２】要するに、図２に示すように、インバータ
主回路５に対し運転準備指令信号が与えられた状態で
は、そのインバータ主回路５にあっては、正転指令信号
が与えられた場合に正転モードでのスイッチング動作を
行い、逆転指令信号が与えられた場合に逆転モードでの
スイッチング動作を行うものである。特に、図２に一例
を示すように、インバータ主回路５は、正転指令信号及
び逆転指令信号が同時に与えられた状態では、後で与え
られた指令信号（図２の例では逆転指令信号）に応じた
モードでのスイッチング動作を優先して行う。

【００２３】この場合、計数回路８にあっては、インバ
ータ主回路５に対し運転準備指令信号が与えられた状態
で、正転指令信号及び逆転指令信号が立ち上がる毎に計
数動作を行うことになり、インバータ主回路５に対し運
転準備指令信号が与えられていない状態では、正転指令
信号及び逆転指令信号の立ち上がりを計数することはな
い。

【００２４】そして、斯様な計数回路８による計数値Δ
Ｎ、つまりインバータ主回路５におけるスイッチング動
作の開始回数が、スイッチング素子５ａのパワーサイク
ル寿命に対応して設定されたパワーサイクル寿命回数デ
ータＮmax に達したときには、警報出力回路１１から、
スイッチング素子５ａのパワーサイクル破損を予測した
警報信号を出力されるものである。

【００２５】従って、本実施例の構成によれば、上述の
ような警報信号に基づいてスイッチング素子５ａのパワ
ーサイクル破損を事前に察知できるものであり、そのス
イッチング素子５ａの交換修理を、インバータ装置１を
利用して構築されるシステムを予め稼働停止させた状態
で行い得るようになり、そのスイッチング素子５ａの交
換に伴う悪影響を最小限に抑制できるようになる。つま
り、本実施例の構成によれば、従来のように、インバー
タ装置を利用して構築されたシステムの稼働中に、その
インバータ装置内のスイッチング素子がパワーサイクル
破損して、システムダウンを来たす可能性が極端に小さ
くなり、稼働中のシステムがダウンすることによる悪影
響が拡大する虞が小さくなるものである。また、パワー
サイクル寿命回数データは、記憶回路９に予め記憶され
る構成であるから、全体の構成が簡単化するようにな
る。

【００２６】図３、図４には本発明の第２実施例が示さ
れており、以下これについて前記第１実施例と異なる部
分のみ説明する。即ち、図３において、制御手段として
の運転制御装置７′は、インバータ主回路５に対して、
所定の比関係にある出力電圧・周波数（誘導電動機６の
回転速度）を指令するための周波数指令信号を与えるよ
うになっている。インバータ主回路５は、上記周波数指
令信号を受けた期間においては、その指令内容に応じた
スイッチングパターンでのスイッチング動作を行って誘
導電動機６を駆動する。

【００２７】計数手段としての計数回路８′は、図４に
示すように、運転制御装置７′からインバータ主回路５
に与えられる周波数指令信号の立上がりを計数し、その
計数値を比較回路１０による比較動作に供する。尚、上
記計数回路８′による計数値ΔＮは、インバータ主回路
５のスイッチング素子５ａ群によるスイッチング動作の
開始回数を示すことになる。

【００２８】従って、本実施例によっても、計数回路
８′による計数値ΔＮ、つまりスイッチング素子５ａに
よるスイッチング動作の開始回数が、スイッチング素子
５ａのパワーサイクル寿命に対応して設定されたパワー
サイクル寿命回数データＮmaxに達したときには、警報
出力回路１１からスイッチング素子５ａのパワーサイク
ル破損を予測した警報信号を出力されることになるか
ら、前記第１実施例と同様の効果を奏することができ
る。

【００２９】図５には、前記第１実施例に変更を加えた
本発明の第３実施例が示されており、以下これについて
第１実施例と異なる部分のみ説明する。寿命回数データ
設定手段１２は、電流検出部１３、損失計算手段として
の損失計算部１４及び寿命計算手段としてのパワーサイ
クル寿命計算部１５を含んで構成されている。上記電流
検出部１３は、インバータ主回路５の出力電流を変流器
１３ａを通じて検出する。損失計算部１４は、上記電流
検出部１３が検出したインバータ主回路５の出力電流に
基づいて、インバータ主回路５内のスイッチング素子５
ａの損失を算出する。パワーサイクル寿命計算部１５
は、上記損失計算部１４により算出された損失に基づい
て、前記スイッチング素子のパワーサイクル寿命回数デ
ータを算出し、このように算出したパワーサイクル寿命
回数データを、比較回路１０による比較動作（計数回路
８による計数値ΔＮとの比較動作）に供する。

【００３０】従って、本実施例によっても、計数回路８
による計数値ΔＮ、つまりスイッチング素子５ａによる
スイッチング動作の開始回数が、スイッチング素子５ａ
のパワーサイクル寿命に対応して算出されるパワーサイ
クル寿命回数データに達したときには、警報出力回路１
１からスイッチング素子５ａのパワーサイクル破損を予
測した警報信号を出力されることになるから、前記第１
実施例と同様の効果を奏することができる。特に、本実
施例によれば、パワーサイクル寿命回数データが、イン
バータ主回路５の実際の出力電流により補正されること
になるから、比較回路１０による比較動作に基づいて行
われるスイッチング素子５ａのパワーサイクル寿命の予
測が正確化するようになる。

【００３１】図６には、前記第２実施例に対して前記第
３実施例と同様の変更を加えた本発明の第４実施例が示
されており、以下これについて第２及び第３実施例と異
なる部分のみ説明する。即ち、この実施例では、第２実
施例における記憶回路９に代えて、第３実施例における
電流検出部１３、損失計算部１４及びパワーサイクル寿
命計算部１５より成る寿命回数データ設定手段１２を設
け、比較回路１０において、パワーサイクル寿命計算部
１５により計算されるパワーサイクル寿命回数データと
計数回路８′による計数値ΔＮとの比較動作を行うよう
に構成している。

【００３２】従って、本実施例によっても、計数回路
８′による計数値ΔＮ、つまりスイッチング素子５ａに
よるスイッチング動作の開始回数が、スイッチング素子
５ａのパワーサイクル寿命に対応して算出されるパワー
サイクル寿命回数データに達したときには、警報出力回
路１１からスイッチング素子５ａのパワーサイクル破損
を予測した警報信号を出力されることになるから、前記
第１及び第３実施例と同様の効果を奏することができ
る。

【００３３】尚、本発明は上記実施例にのみ限定される
ものではなく、次のような変形また拡張が可能である。
第１〜第４実施例における計数回路８、８′、比較回路
１０及び警報出力回路１１、並びに第３及び第４実施例
における損失計算部１４及びパワーサイクル寿命計算部
１５などの機能は、ＣＰＵを利用したプログラム処理に
より得る構成とすることも可能である。この場合、運転
制御装置７、７′がＣＰＵを利用して構成されていた場
合には、そのＣＰＵを利用して上述の各機能を得る構成
としても良いものである。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば以上の説明によって明ら
かなように、インバータ主回路のスイッチング動作の開
始回数が、当該インバータ主回路を構成するスイッチン
グ素子のパワーサイクル寿命をスイッチング動作の開始
回数に置き換えたパワーサイクル寿命回数データ以上と
なったときに警報信号を発生する構成としたから、上記
スイッチング素子のパワーサイクル破損を事前に予測し
て警報を発することができて、そのスイッチング素子の
交換に伴う悪影響を最小限に抑制できるという有益な効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す電気的構成図

【図２】作用説明用のタイミングチャート

【図３】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図４】図２相当図

【図５】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図６】本発明の第４実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

図面中、１はインバータ装置、５はインバータ主回路、
５ａはスイッチング素子、６は三相誘導電動機（交流電
動機）、７、７′は運転制御装置（制御手段）、８、
８′は計数回路（計数手段）、９、９′は記憶回路（記
憶手段、寿命回数データ設定手段）、１０は比較回路
（比較手段）、１１は警報出力回路（警報手段）、１２
は寿命回数データ設定手段、１３は電流検出部、１４は
損失計算部（損失計算手段）、１５はパワーサイクル寿
命計算部（寿命計算手段）を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ主回路のスイッチング動作に
   応じて交流電動機を駆動するための可変周波数交流出力
   を発生するインバータ装置において、 前記インバータ主回路のスイッチング動作の開始回数を
   計数する計数手段と、 前記インバータ主回路を構成するスイッチング素子のパ
   ワーサイクル寿命を、当該インバータ主回路のスイッチ
   ング動作の開始回数に置き換えたパワーサイクル寿命回
   数データとして出力する寿命回数データ設定手段と、 前記計数手段の計数値が前記寿命回数データ設定手段か
   ら出力されるパワーサイクル寿命回数データ以上となっ
   たときに警報手段を通じて警報信号の出力動作を行う比
   較手段とを備えたことを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 インバータ主回路に対して交流電動機の
   正転及び逆転を指令するための正転指令信号及び逆転指
   令信号を与える制御手段を備え、 計数手段は、前記正転指令信号及び逆転指令信号の出力
   回数を、インバータ主回路のスイッチング動作の開始回
   数として計数するように構成されていることを特徴とす
   る請求項１記載のインバータ装置。
3. 【請求項３】 インバータ主回路に対して交流電動機に
   与える交流出力の周波数を指令するための周波数指令信
   号を与える制御手段を備え、 計数手段は、前記周波数指令信号の出力回数を、インバ
   ータ主回路のスイッチング動作の開始回数として計数す
   るように構成されていることを特徴とする請求項１記載
   のインバータ装置。
4. 【請求項４】 寿命回数データ設定手段は、予め決めら
   れたパワーサイクル寿命回数データを記憶して成る記憶
   手段により構成されていることを特徴とする請求項１〜
   ３の何れかに記載のインバータ装置。
5. 【請求項５】 寿命回数データ設定手段は、インバータ
   主回路の出力電流に基づいて当該インバータ主回路内の
   スイッチング素子の損失を算出する損失計算手段と、こ
   の損失計算手段により算出された損失に基づいて前記ス
   イッチング素子のパワーサイクル寿命回数データを算出
   する寿命計算手段とを含んで構成されていることを特徴
   とする請求項１〜３の何れかに記載のインバータ装置。