(57)【要約】【課題】インバータの直流リンクコンデンサを診断する装置を提供する。【解決手段】電源供給部４１から電動機３に供給される直流電源を所定の大きさに制御し、直流リンクの電圧が所定の電圧に達した場合、電動機３の抵抗が消費する電力（負荷の消費電力）、電源供給部４１が消費する電力、及びインバータ部２３のスイッチング損失電力を考慮して、直流リンクコンデンサ２２のキャパシタンスの変化率を推定し、それを用いて直流リンクコンデンサ２２の劣化の程度を診断する。【選択図】図２Ａ
2014011952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流リンクコンデンサ及びインバータ部を含むインバータにおける前記直流リンクコンデンサの劣化を診断する装置において、
前記インバータ部から電動機に供給される電流を検出する電流検出部と、
直流電源を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から前記電動機に供給される直流電源を所定の大きさに制御し、直流リンクの電圧が所定の電圧に達した場合、前記電動機の抵抗が消費する電力である負荷の消費電力、前記電源供給部が消費する電力、及び前記インバータ部のスイッチング損失電力を考慮して、前記直流リンクコンデンサのキャパシタンスの変化率を推定し、それを用いて前記直流リンクコンデンサの劣化の程度を診断する制御部と
を含む、診断装置。
【請求項２】
前記インバータ部は、それぞれ並列に接続された複数のスイッチング素子と複数のダイオードを三相フルブリッジで結線して構成され、
前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のオン／オフを制御して、前記電源供給部から供給される直流電源を所定の大きさに制御する、請求項１に記載の診断装置。
【請求項３】
前記インバータ部は、それぞれ並列に接続された第１〜第６スイッチング素子と第１〜第６ダイオードを三相フルブリッジで結線して構成され、
前記第１〜第３スイッチング素子は前記電動機に供給される第１〜第３相電流の経路を形成し、前記第１スイッチング素子は上部レグを形成し、前記第２及び第３スイッチング素子は下部レグを形成する、請求項２に記載の診断装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電動機に供給される電流がフリーホイーリングモードで流れる場合、前記電動機に供給される電流が指令電流より所定レベル以下に減少すると、所定の前記第１〜第３スイッチング素子をオンに制御する、請求項３に記載の診断装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記直流リンクコンデンサからエネルギーを得て前記電動機に供給される電流が増加した場合、前記電動機に供給される電流が指令電流より所定レベル以上に増加すると、前記第１スイッチング素子をオンに制御し、前記第２及び第３スイッチング素子をオフに制御する、請求項３に記載の診断装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記直流リンクコンデンサからエネルギーを得て前記電動機に供給される電流が増加した場合、前記電動機に供給される電流が指令電流より所定レベル以上に増加すると、前記第１スイッチング素子をオフに制御し、前記第２及び第３スイッチング素子をオンに制御する、請求項３に記載の診断装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第４〜第６スイッチング素子をオフに制御する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の診断装置。
【請求項８】
前記制御部は、下記数式により前記直流リンクコンデンサのキャパシタンスを推定する、請求項１に記載の診断装置。
【数１】
2014011952.tif 000016
ここで、Ｃは直流リンクコンデンサのキャパシタンスであり、ｋは負荷の消費電力に対する前記電源供給部が消費する電力及び前記スイッチング損失電力の割合を示す定数であり、ＰRは電動機の抵抗が消費する電力であり、Ｖ1は測定開始電圧であり、Ｖ2は測定終了電圧であり、ｔ1は直流リンクの電圧がＶ1のときの時間であり、ｔ2は直流リンクの電圧がＶ2のときの時間であり、ＰR・（ｔ2−ｔ1）は負荷が消費するエネルギーである。
【請求項９】
前記制御部は、前記直流リンクコンデンサの初期キャパシタンスに対する劣化したキャパシタンスの比率の変化に基づいて、前記直流リンクコンデンサのキャパシタンスの変化を推定する、請求項８に記載の診断装置。
【請求項１０】
前記直流リンクコンデンサの初期キャパシタンスに対する劣化したキャパシタンスの比率が所定比率以下に減少した場合、前記直流リンクコンデンサの故障であると診断する、請求項９に記載の診断装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記負荷の消費電力に対する前記電源供給部が消費する電力及び前記スイッチング損失電力の割合が低くなるように、前記電源供給部が提供する直流電源を許容範囲内で大きくする、請求項８に記載の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解コンデンサ診断技術に関し、特に、インバータの直流リンクコンデンサを診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インバータは、商用三相交流電源に接続されて交流電源を直流電源に平滑し、それをＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）スイッチングして周波数と電圧を変化させることにより、所望の出力を生成して電動機に供給する。インバータは、エネルギー効率及び出力制御の容易性により、産業界で幅広く使用されている。
【０００３】
インバータにおいては、直流電源を平滑する電解コンデンサ（以下、「直流リンクコンデンサ」という）を設置して直流電源を所定レベルに平滑し、電気的エネルギーを蓄積又は放出する。このような直流リンクコンデンサは、劣化による故障が最も頻繁に起こるため、直流リンクコンデンサの劣化の程度を判断して故障を診断することが非常に重要である。
【０００４】
図５は従来の直流リンクコンデンサ診断装置の構成図である。
【０００５】
従来のインバータ１１０の直流リンクコンデンサ１１２を診断する装置においては、直流リンクコンデンサ１１２と並列に抵抗１１３が接続される。また、抵抗１１３には接触器１１４が直列に接続され、当該接触器１１４は平常時に開放されている。
【０００６】
また、直流リンクコンデンサ１１２と並列に電圧検出器１１６が接続され、電圧検出器１１６には放電時間測定回路１１７、劣化判定回路１１８及びインタフェース１１９が接続される。
【０００７】
インバータ１１０の通常運転時は、整流器１１１に接続されたブレーカ１００を介して交流電源が入力され、インバータモジュール１１５から周波数が制御される交流電源が電動機１２０に出力される。
【０００８】
この状態で、ブレーカ１００が開放されて電源の供給が中断されると、インバータモジュール１１５の動作が停止し、従って、直流リンクコンデンサ１１２は電荷が貯蔵されている状態となる。このとき、接触器１１４を閉成すると、貯蔵されていた電荷が抵抗１１３を介して放電される。
【０００９】
その放電により、両極間の電圧は、コンデンサ１１２のキャパシタンスをＣ、抵抗１１３のレジスタンスをＲとするとき、ＲＣ時定数に従って減少する。その電圧の変化は、電圧検出器１１６により検出され、放電時間測定回路１１７に伝達される。放電時間測定回路１１７は、電圧の変化から放電時間を測定し、劣化判定回路１１８に伝達する。
【００１０】
劣化判定回路１１８は、放電時間と予め設定された基準時間とを比較し、放電時間が基準時間以下であると、劣化判定信号をインタフェース１１９を用いて外部に出力する。
【００１１】
このように、従来の直流リンクコンデンサ診断装置は、直流端電圧を用いて放電時間を測定してキャパシタンスの変化を測定し、それに基づいてコンデンサの劣化を診断する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、従来の直流リンクコンデンサ診断装置においては、インバータ１１０の通常運転には必要でない、抵抗１１３や接触器１１４などのコンデンサの劣化診断のみのための構成要素を必要とし、それにより追加費用がかかるという問題があった。
【００１３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、追加回路を必要とすることなく、取り付けられた電動機を用いてインバータの直流リンクコンデンサの劣化を診断する、インバータの直流リンクコンデンサ診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記技術的課題を解決するために、直流リンクコンデンサ及びインバータ部を含むインバータにおける前記直流リンクコンデンサの劣化を診断する、本発明によるインバータの直流リンクコンデンサ診断装置は、前記インバータ部から電動機に供給される電流を検出する電流検出部と、直流電源を供給する電源供給部と、前記電源供給部から前記電動機に供給される直流電源を所定の大きさに制御し、直流リンクの電圧が所定の電圧に達した場合、前記電動機の抵抗が消費する電力である負荷の消費電力、前記電源供給部が消費する電力、及び前記インバータ部のスイッチング損失電力を考慮して、前記直流リンクコンデンサのキャパシタンスの変化率を推定し、それを用いて前記直流リンクコンデンサの劣化の程度を診断する制御部とを含む。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記インバータ部は、それぞれ並列に接続された複数のスイッチング素子と複数のダイオードを三相フルブリッジ（full bridge）で結線して構成され、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のオン／オフを制御して、前記電源供給部から供給される直流電源を所定の大きさに制御するようにしてもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記インバータ部は、それぞれ並列に接続された第１〜第６スイッチング素子と第１〜第６ダイオードを三相フルブリッジで結線して構成され、前記第１〜第３スイッチング素子は前記電動機に供給される第１〜第３相電流の経路を形成し、前記第１スイッチング素子は上部レグを形成し、前記第２及び第３スイッチング素子は下部レグを形成するようにしてもよい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記電動機に供給される電流がフリーホイーリング（free wheeling）モードで流れる場合、前記電動機に供給される電流が指令電流より所定レベル以下に減少すると、所定の前記第１〜第３スイッチング素子をオンに制御するようにしてもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記直流リンクコンデンサからエネルギーを得て前記電動機に供給される電流が増加した場合、前記電動機に供給される電流が指令電流より所定レベル以上に増加すると、前記第１スイッチング素子をオンに制御し、前記第２及び第３スイッチング素子をオフに制御するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記直流リンクコンデンサからエネルギーを得て前記電動機に供給される電流が増加した場合、前記電動機に供給される電流が指令電流より所定レベル以上に増加すると、前記第１スイッチング素子をオフに制御し、前記第２及び第３スイッチング素子をオンに制御するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記第４〜第６スイッチング素子をオフに制御するようにしてもよい。
【００２１】
【数１】
2014011952.tif 000003
【００２２】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記直流リンクコンデンサの初期キャパシタンスに対する劣化したキャパシタンスの比率の変化に基づいて、前記直流リンクコンデンサのキャパシタンスの変化を推定するようにしてもよい。
【００２３】
本発明の一実施形態において、前記比率が所定比率以下に減少した場合、前記直流リンクコンデンサの故障であると診断するようにしてもよい。
【００２４】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記負荷の消費電力に対する前記電源供給部が消費する電力及び前記スイッチング損失電力の割合が低くなるように、前記電源供給部が提供する直流電源を許容範囲内で大きくすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
このような本発明においては、直流端電圧を放電させるために電動機を用いるため、放電回路などの追加回路を必要とせず、現在インバータで測定されている直流端電圧と負荷電流を用いてキャパシタンスの変化率を測定することができる。
【００２６】
また、測定初期化状態から状態がある程度変化してもキャパシタンスの変化を推定することができるため、従来技術に比べて環境の影響をさほど受けずにコンデンサの故障の程度を把握することができる。
【００２７】
従って、本発明の診断装置は、現在販売されている商用インバータに直ちに適用することができ、ハードウェアの変更を必要としないため、既に販売されたインバータにもソフトウェアのアップグレードなどにより適用することができる。
【００２８】
また、従来の診断装置よりも頻繁にキャパシタンスの変化を測定することができるため、インバータの信頼性及び効率を向上させることができ、故障による部品の破損や火災の発生などの事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明が適用されるインバータシステムと本発明による直流リンクコンデンサ診断装置の一実施形態の構成図である。
【図２Ａ】本発明の診断装置の制御部の制御によるインバータの状態の一例を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の診断装置の制御部の制御によるインバータの状態の一例を説明するための図である。
【図２Ｃ】本発明の診断装置の制御部の制御によるインバータの状態の一例を説明するための図である。
【図２Ｄ】本発明の診断装置の制御部の制御によるインバータの状態の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の診断装置の制御部のスイッチング波形及び電流状態の一例を説明するための図である。
【図４】正常状態の直流リンクコンデンサと劣化状態の直流リンクコンデンサにおける、電圧の減少による放電時間の変化の一例を示す図である。
【図５】従来の直流リンクコンデンサ診断装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、様々な変更が可能であり、様々な実施形態を有するが、特定の実施形態を図面に示して詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。
【００３１】
「第１」、「第２」などのように序数を含む用語は様々な構成要素を説明するために使用されるが、前記構成要素は前記用語により限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ使用される。
【００３２】
ある構成要素が他の構成要素に「連結」又は「接続」されていると言及された場合は、前記他の構成要素に直接的に連結又は接続されていることもあり、中間にさらに他の構成要素が存在することもあると理解すべきである。それに対して、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」又は「直接接続」されていると言及された場合は、中間にさらに他の構成要素が存在しないと理解すべきである。
【００３３】
本出願で使用された用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに他の意味を表すものでない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、１つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらの組み合わせの存在や付加の可能性を予め排除するものではないと理解すべきである。
【００３４】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００３５】
図１は本発明が適用されるインバータシステムと本発明による直流リンクコンデンサ診断装置の一実施形態の構成図である。
【００３６】
同図に示すように、本発明が適用されるインバータシステムは、交流電源部１、インバータ２及び電動機３から構成され、インバータ２の直流リンクコンデンサ２２を診断するための本発明の診断装置４が接続される。交流電源部１とインバータ２との間には電源接続部１１が配置されており、インバータ２への電源をオン／オフする。
【００３７】
まず、インバータ２の構造を説明する。
【００３８】
インバータ２は、整流部２１、直流リンクコンデンサ２２及びインバータ部２３を含む。
【００３９】
整流部２１は、交流電源部１から入力される三相交流電源を整流する。直流リンクコンデンサ２２は、整流部２１により整流された直流電圧を平滑し、電気的エネルギーを蓄積する。直流リンクコンデンサ２２は、「平滑用電解コンデンサ」とも呼ばれるが、本発明の説明では「直流リンクコンデンサ」という用語を用いることにする。
【００４０】
インバータ部２３は、直流リンクコンデンサ２２に接続され、平滑された直流電圧をスイッチングにより電動機３に供給する。すなわち、インバータ部２３は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と６つのダイオードＤ１〜Ｄ６を三相フルブリッジで結線したものであって、直流リンクコンデンサ２２からの直流電圧を三相交流に変換し、その三相交流を電動機３に供給する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated gate bipolar transistor：IGBT）であるが、これに限定されるものではない。
【００４１】
以下、本発明の診断装置４の構造を説明する。
【００４２】
本発明の診断装置４は、スイッチングモードパワーサプライ（Switching Mode Power Supply：SMPS）４１、制御部４２、電流検出部４３及び表示部４４を含む。
【００４３】
ＳＭＰＳ４１は、整流部２１に接続されて制御のための直流電源を供給する。
【００４４】
電流検出部４３は、電動機３に供給される負荷電流の大きさを検出し、制御部４２に提供する。図示していないが、電流検出部４３と制御部４２との間には、電流検出部４３が検出したアナログ信号である電流をディジタルデータに変換するためのアナログ／ディジタルコンバータ（Analog/Digital Converter：ADC）をさらに備えてもよい。
【００４５】
制御部４２は、インバータ部２３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフを制御し、所定の電圧及び周波数の三相交流を生成させる。制御部４２は、例えばマイクロプロセッサユニット（Microprocessor Unit：MPU）であるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
制御部４２がインバータ部２３のスイッチングをＰＷＭ制御して電動機３を駆動することは、本発明の属する技術の分野において周知であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
以下、本発明の診断装置の動作を説明する。
【００４８】
図２Ａ〜図２Ｄは本発明の診断装置の制御部の制御によるインバータの状態の一例を説明するための図である。図２Ａ〜図２Ｄはインバータ２の状態を示すものであり、図２Ａ〜図２Ｄでは本発明の診断装置４の図示を省略する。
【００４９】
図２Ａに示すように、交流電源部１から交流電源が投入され、制御部４２の制御により電源接続部１１が接触すると（図２Ａでは電源接続部１１が接触した状態を示す。）、三相交流電源がインバータ２の整流部２１に供給される。
【００５０】
交流電源は、整流部２１により整流され、直流リンクコンデンサ２２により平滑され、直流に変換されて出力される。
【００５１】
制御部４２は、直流リンクコンデンサ２２の診断のために、電源接続部１１をオフにするように制御信号を送り、その後、ＳＭＰＳ４１からの所定の大きさの直流電流を電動機３に供給するために、インバータ部２３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の一部であるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ６のオン／オフをスイッチングする。このとき、残りのスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５はオフにする。ここで、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ６は、電動機３に供給される三相電流の経路をそれぞれ担当し、スイッチング素子Ｑ１は上部レグの第１スイッチング素子であり、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６は下部レグの第２、第３スイッチング素子である。
【００５２】
図２Ｂに示すように、制御部４２がスイッチング素子Ｑ１をオンにしてスイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオフにした場合、電流はスイッチング素子Ｑ１、Ｄ３、Ｄ５を介してフリーホイーリングモードとなる（電源接続部１１をオフにしたので、図２Ｂ〜図２Ｄでは交流電源部１の図示を省略する。）。この場合、電動機３の抵抗及びＳＭＰＳ４１の消費電力により、電動機３に供給される電流は徐々に減少する。
【００５３】
図３は本発明の診断装置の制御部のスイッチング波形及び電流状態の一例を説明するための図である。
【００５４】
制御部４２がスイッチング素子Ｑ１をオンにしてスイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオフにした場合、電動機３に供給される電流Ｉasは徐々に減少する。電流Ｉasが減少して指令電流Ｉdcより所定レベル以下に減少すると、制御部４２はスイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオンに切り替え、図２Ｃの状態となる。
【００５５】
つまり、図２Ｃに示すように、端子Ｐからスイッチング素子Ｑ１を介して電動機３に供給された電流は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６を介してそれぞれ端子Ｎに流れる。このとき、電流は直流リンクコンデンサ２２からエネルギーを得て増加するが、電流が指令電流より所定レベル以上に増加すると、制御部４２はスイッチング素子Ｑ１をオフにし、図２Ｄの状態となる。
【００５６】
つまり、図２Ｄに示すように、スイッチング素子Ｑ１がオフになると、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６及びダイオードＤ４を経由する電流経路が形成され、フリーホイーリングモードとなる。この場合も、電動機３の抵抗及びＳＭＰＳ４１の消費電力により、電流が減少する。電流が減少して指令電流より所定レベル以下に減少すると、制御部４２はスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替え、図２Ｃのような電流経路が形成される。
【００５７】
このようなスイッチングパターンの繰り返しにより、電動機３に所定の大きさの直流電流を流し、所定の電力消費をもたらすことができる。ただし、制御部４２による所定の大きさの直流電流の供給についての上記説明は例示的なものであり、上記説明に限定されるものではない。
【００５８】
図１の電源接続部１１が分離された後、電動機３に所定の大きさの直流電流が流れると、電動機３の抵抗（図示せず）が消費する電力、ＳＭＰＳ４１が消費する電力、及びスイッチング損失により、図３に示すように、直流リンクコンデンサ端の電圧が減少する。これをエネルギーに関する数式で表すことができ、これについて説明すると次の通りである。
【００５９】
直流リンクコンデンサ２２に充電されたエネルギーは、下記数式１のように表される。
【００６０】
【数２】
2014011952.tif 000004
【００６１】
また、電動機３の抵抗、ＳＭＰＳ４１が消費する電力、及びスイッチング損失エネルギーは、下記数式２のように表される。
【００６２】
【数３】
2014011952.tif 000005
【００６３】
直流リンクコンデンサ２２に充電されたエネルギーの変化量は、所定時間消費されたエネルギーと同じであるので、上記数式１及び数式２から下記数式３を導くことができる。
【００６４】
【数４】
2014011952.tif 000006
【００６５】
ここで、Ｃiniは直流リンクコンデンサ２２の初期キャパシタンス、Ｖ1は測定開始電圧、ｔ1は直流リンクの電圧がＶ1のときの時間、Ｖ2は測定終了電圧、ｔ2_iniは初期キャパシタンスで直流リンクの電圧がＶ2のときの時間、ＰSMPSはＳＭＰＳ４１が消費する電力、ＰRは電動機３の抵抗が消費する電力、Ｐswitchingはスイッチング損失電力である。
【００６６】
Ｖ1及びＶ2は、インバータ２の直流リンクの電圧から低電圧トリップ（low voltage trip）が発生する電圧の間で決定される。
【００６７】
スイッチング損失電力とＳＭＰＳ４１が消費する電力は、負荷の消費電力ではないため、直流リンクコンデンサ２２の推定において考慮されない。すなわち、２つの成分のどちらも損失成分と仮定できるので、これを合わせてＰLOSSとし、上記数式３を下記数式４のように表すことができる。
【００６８】
【数５】
2014011952.tif 000007
【００６９】
ＰRは測定できる負荷の消費電力であり、ＰLOSSは測定できない電力であるので、これによる影響を低減するためには、ＰRをＰLOSSより大きくしなければならない。一方、ＰLOSSは電流に比例するのに対して、ＰRは電流の自乗に反比例する。従って、インバータ２又は電動機３に電流を最大に供給した場合に（ＰRがＰLOSSより大きくなるため）正確な測定が可能である。ＰRとＰLOSSの関係を考慮して、上記数式４を下記数式５のように表すことができる。
【００７０】
【数６】
2014011952.tif 000008
【００７１】
上記数式５から分かるように、ｋによって測定精度が左右される。理想的な場合はＰLOSSが０であるためｋは１となるが、ＰLOSSが無視できない程度に増加するとｋは１より大きくなる。
【００７２】
電動機３に供給される電流を増加させるとｋが１に収束するため、本発明においては、電流を最大に供給する方法を提案する。これに基づいて、インバータ２が消費する電力の変化に応じて測定精度を予測することができる。
【００７３】
直流リンクコンデンサ２２が劣化すると、キャパシタンスが減少して上記数式５のＣiniはＣoldに変化し、この場合、上記数式５を下記数式６のように表すことができる。
【００７４】
【数７】
2014011952.tif 000009
【００７５】
よって、上記数式６を上記数式５で除算すると、初期キャパシタンスに対する劣化したキャパシタンスの比率を求めることができ、これは下記数式７のように表される。
【００７６】
【数８】
2014011952.tif 000010
【００７７】
上記数式７において、直流リンクコンデンサ２２が劣化した後に測定した電動機３及びインバータ２内部の負荷の状態と、直流リンクコンデンサ２２が正常状態のときに測定した電動機３及びインバータ２内部の負荷の状態が同じ場合、ｋold＝ｋini、ＰR_old＝ＰR_iniであるため、放電時間に関する項のみ残る。
【００７８】
このときの電圧と直流リンクコンデンサ２２の関係を図４に示す。図４は正常状態の直流リンクコンデンサと劣化状態の直流リンクコンデンサにおける、電圧の減少による放電時間の変化の一例を示す図である。
【００７９】
一方、電動機３及びインバータ２内部の負荷の状態が変化すると、ｋold及びＰR_oldは、正常状態の直流リンクコンデンサ２２の測定環境での値とは異なる値となる。もし、インバータ２内部の負荷が変化すると、ＰLOSSとＰRの割合が変化するため、ｋが変化する。また、電動機３が変わると、ＳＭＰＳ４１から供給される電流は一定であるが、固定子の抵抗が変化するため、ＰRが変化する。この場合、前述した放電時間測定法で測定すると、前提とした所定の消費電力の条件に反するため、誤差が大きく発生する。そこで、本発明においては、測定初期及び劣化後の測定状態が同じでない場合は、次のようにキャパシタンスを直接推定する方法を提案する。
【００８０】
直流リンクコンデンサ２２のキャパシタンスを直接推定するために、上記数式５を変形し、下記数式８を得ることができる。
【００８１】
【数９】
2014011952.tif 000011
【００８２】
負荷が消費するエネルギーであるＰR・（ｔ2−ｔ1）は、電動機３が消費する電力であって、これを求める方法は様々であるが、例えば次の通りである。
【００８３】
１）電動機の固定子の抵抗、電流及び放電時間を用いる方式
２）指令電圧、電流及び放電時間を用いる方式
３）直流リンクコンデンサの電圧、電流及び有効放電時間を用いる方式
【００８４】
上記３）において、有効放電時間とは、図２Ａ〜図２Ｄで説明したように、フリーホイーリング時間を除く、実際に電流が流れる時間を意味する。
【００８５】
下記表１〜３は、所定のインバータと所定の電動機において、上記数式８により、正常状態の直流リンクコンデンサと劣化状態の直流リンクコンデンサのキャパシタンスを推定し、キャパシタンスの変化による推定値を比較した結果を示す表であり、それぞれ３．７ｋＷ、７．５ｋＷ及び１５ｋＷの電動機を用いてキャパシタンスを測定し、その変化を示したものである。
【００８６】
【表１】
2014011952.tif 000012
【００８７】
【表２】
2014011952.tif 000013
【００８８】
【表３】
2014011952.tif 000014
【００８９】
このように、推定キャパシタンスは基準キャパシタンスとは多少差があるが、その比率（Ｃold_estimation／Ｃini_estimation）は基準キャパシタンスの比率と大差はないことが分かる。
【００９０】
下記表４は、初期には７．５ｋＷの電動機を用いて初期キャパシタンスを測定し、劣化した後には３．７ｋＷの電動機を用いてキャパシタンスを測定し、その変化を示したものである。
【００９１】
【表４】
2014011952.tif 000015
【００９２】
このような結果から分かるように、本発明の推定によれば、個別のキャパシタンスの推定には差が生じるが、キャパシタンスの変化率の推定においては誤差が小さく、従って、キャパシタンスの変化率から直流リンクコンデンサ２２の劣化の程度を判断することができる。
【００９３】
つまり、本発明の制御部４２は、現在インバータ２で測定されている直流端電圧と負荷電流を用いてキャパシタンスの変化率を測定することができ、測定初期化状態から状態がある程度変化しても、上記数式３によりキャパシタンスの変化を推定することができる。
【００９４】
制御部４２は、推定された直流リンクコンデンサ２２のキャパシタンスの初期値に対する比率を推定し、推定された劣化の程度が所定の比率（例えば、８５％）以下の場合、直流リンクコンデンサ２２の故障であると診断する。
【００９５】
直流リンクコンデンサ２２の故障が診断されると、制御部４２は、故障が診断されたことを表示するように表示部４４を制御して使用者に警告することにより、直流リンクコンデンサ２２の故障による部品の破損や火災の発生などの事故を未然に防止することができる。
【００９６】
このような本発明の直流リンクコンデンサの故障診断は、直流リンク電圧の放電のために既に接続されている電動機を用いるため、放電回路などの追加回路を必要とせず、キャパシタンスの変化率を推定することができる。
【００９７】
また、インバータに接続される電動機が変わった場合も適用することができるため、電動機の交換に関係なく直流リンクコンデンサの劣化の程度を把握することができる。
【００９８】
従って、現在販売されている商用インバータに直ちに適用することができ、ハードウェアの変更を必要としないため、既に販売されたインバータにもソフトウェアのアップグレードなどにより適用することができるという利点がある。
【００９９】
また、従来の故障診断よりも頻繁にキャパシタンスの変化を測定することができるため、インバータの信頼性及び効率を向上させることができ、故障による部品の破損や火災の発生などの事故を未然に防止することができる。
【０１００】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これは例示的なものにすぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施形態が可能であることを理解するであろう。よって、本発明の権利範囲は、添付の特許請求の範囲により定められるべきである。
【０１０１】
このような本発明においては、直流端電圧を放電させるために電動機を用いるため、放電回路などの追加回路を必要とせず、現在インバータで測定されている直流端電圧と負荷電流を用いてキャパシタンスの変化率を測定することができる。
【０１０２】
また、測定初期化状態から状態がある程度変化してもキャパシタンスの変化を推定することができるため、従来技術に比べて環境の影響をさほど受けずにコンデンサの故障の程度を把握することができる。
【０１０３】
従って、本発明の診断装置は、現在販売されている商用インバータに直ちに適用することができ、ハードウェアの変更を必要としないため、既に販売されたインバータにもソフトウェアのアップグレードなどにより適用することができる。
【０１０４】
また、従来の診断装置よりも頻繁にキャパシタンスの変化を測定することができるため、インバータの信頼性及び効率を向上させることができ、故障による部品の破損や火災の発生などの事故を未然に防止することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１    交流電源部
２    インバータ
３    電動機
２１    整流部
２２    直流リンクコンデンサ
２３    インバータ部
４１    スイッチングモードパワーサプライ（ＳＭＰＳ）
４２    制御部
４３    電流検出部
４４    表示部
Ｑ１〜Ｑ６    スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６    ダイオード
【図１】
2014011952.tif 000017
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2014011952.tif 000019
【図２Ｃ】
2014011952.tif 000020
【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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