(57)【要約】      （修正有）【課題】電気的に対称構造を有する電動機の異常を検知し、その原因が結露に起因する一時的なものか永久的なものかを検出し、結露によるものであれば湿気を除去することが容易な電動機システムを提供すること。【解決手段】電気的に対称な三相電動機と、交流電源を直流電源に変換するコンバータ部、前記電動機を駆動するための駆動交流電源に変換するインバータ部から成る電力変換装置と、この電力変換装置を制御する制御装置と、前記三相電動機のいずれか一相の経路で診断電圧を印加してそのときの電流を測定する一相電流測定手段と、この一相電流測定手段により測定された電流が基準電流より大きいとき、前記電動機を静止させた状態で、前記一相電流測定手段により測定した経路に電流を流して湿気の影響を除去する回復処理を行った後、再度前記一相電流測定手段により電流を測定し前記基準電流より大きいか否かを判断する異常原因判断手段とを有する。【選択図】図１
2011061904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に対称な三相電動機と、
交流電源を直流電源に変換するコンバータ部、及びこのコンバータ部により得られる直流電源を、前記電動機を駆動するための駆動交流電源に変換するインバータ部から成る電力変換装置と、
この電力変換装置を制御する制御装置と、を有する電動機システムであって、
前記三相電動機のいずれか一相の経路で診断電圧を印加してそのときの電流を測定する一相電流測定手段と、
この一相電流測定手段により測定された電流が基準電流より大きいとき、前記電動機を静止させた状態で、前記一相電流測定手段により測定した経路に電流を流して湿気の影響を除去する回復処理を行った後、再度前記一相電流測定手段により電流を測定し前記基準電流より大きいか否かを判断する異常原因判断手段と
を有することを特徴とする電動機システム。
【請求項２】
前記異常原因判断手段は、複数回、測定電流と基準電流の比較および、測定電流が基準電流より大きいときの回復処理を行うことを特徴する請求項１記載の電動機システム。
【請求項３】
電気的に対称な三相電動機と、
交流電源を直流電源に変換するコンバータ部、及びこのコンバータ部により得られる直流電源を、前記電動機を駆動するための駆動交流電源に変換するインバータ部から成る電力変換装置と、
この電力変換装置を制御する制御装置と、を有する電動機システムであって、
前記コンバータ部及び前記インバータ部が、共通の高電圧端子と低電圧端子の間に各相に直列に接続された一対のスイッチング素子からなり、前記低電圧端子と接地間に設けられ診断時にＯＮする診断スイッチを備え、
この診断スイッチ及び前記インバータ部の高電圧側端子に接続されたスイッチング素子の１つをＯＮにし所定の診断電圧を印加して前記電動機の一相に流れる電流を測定しこの測定電流が基準電流より大きいか否かを検知し、前記測定電流が前記基準電流より大きいとき前記診断スイッチと前記スイッチング素子及び前記電動機に電流を流して湿気による影響を除去する回復処理を行った後、再度前記診断スイッチと前記スイッチング素子及び前記電動機に電流を流して電流を測定し、この電流が前記基準電流より大きいか否かにより異常原因を判断する異常原因判断手段と、
を有することを特徴とする電動機システム。
【請求項４】
前記異常原因判断手段は、複数回、測定電流と基準電流の比較および、測定電流が基準電流より大きいときの回復処理を行うことを特徴する請求項３記載の電動機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機システムにかかわり、特に、デルタ結線やスター結線など電気的に対称な構造を有する電動機を用いる電動機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電動機は様々な設置環境下において使用される。電動機内部で使用される絶縁物は使用されていくうちに、経年的に、熱的にあるいは設置雰囲気中のイオン性腐食物質などにより絶縁特性が徐々に低下してくる。このように、経年変化などにより以後ほぼ永久的に電動機に異常をきたす場合があるが、そのほか環境、特に湿度変化によって結露が生じ、一時的に電動機に異常をきたす場合がある。
【０００３】
電動機に結露が生ずる場合について説明する。絶縁特性は設置雰囲気の相対湿度の影響を受けて刻々と変化するので、絶縁特性の低下と高湿度、特に結露の環境が重なると、焼損や漏電事故が発生しやすくなる。
【０００４】
また、一般的に、電動機の設置雰囲気が大気とつながっている場合、設置雰囲気の温度は日の出と共に上昇するが日没後は低下し、日の出直前で最低となる。一方、相対湿度は、温度の影響を受けて日中は低下し日没後上昇し始め、日の出直前で最も高くなる。
【０００５】
電動機の温度は、運転中は上昇し停止中は低下するので、上述のような状況下において、日中は運転させ夜間に止めるような通常の使用を行うと、日の出直後において、電動機の温度よりも設置雰囲気の温度の方が高くなる状況が生ずる。
【０００６】
このように、設置雰囲気中の温度よりも電動機の温度が低い場合、設置雰囲気中の相対湿度よりも電動機近傍の相対湿度のほうが高くなり、場合によっては電動機表面が結露する。したがって、絶縁物の絶縁特性は最も低下した状態となる。この状態で電動機に通常電源を印加すると、相間の短絡や漏洩電流が増大した状態で運転することになるので、焼損や漏電事故などの問題が生ずるおそれがある。
【０００７】
例えば、スター結線の電動機を用いる電動機システムの回路例を図８に示す。この三相の電動機５１には、通常、三相の交流電源５２から電力変換装置５３を介して電力が供給される。電力変換装置５３は、大きくは交流電力を直流電力に変換するコンバータ部５４と、この直流に変換された電力を再び交流電力に変換するインバータ部５５とから成る。
【０００８】
コンバータ部５４及びインバータ部５５は、各々高電圧側の３つのＩＧＢＴと低電圧側の３つのＩＧＢＴからなり、これらの高電圧側ＩＧＢＴと低電圧側ＩＧＢＴは各々縦続接続されている。電力変換装置５３の入力側及び出力側と、コンバータ部５４及びインバータ部５５と電動機５１は、制御装置５６により制御される。即ち、この制御装置５６は、電力変換装置５３の入力側の電源電流カレントトランス（ＣＴ）５７ａと電源電圧測定点５７ｂから測定値及び、出力側の電動機電流カレントトランス（ＣＴ）５７ｃから測定値及び電動機５１の回転角検出器５８の出力を入力としてコンバータ部５４及びインバータ部５５及び電動機５１のブレーキ５９を制御する。
【０００９】
この電動機システムにおいて、漏洩電流は、電動機５１内でフレームとの間に流れる。
【００１０】
電動機の結露対策として、電動機の温度とその周囲の温度を測定し、予め設定される結露発生判断特性に基づいて結露可能性の有無を判断し、結露可能性有りのときには加熱用電源の電力を電動機に加える電動機システムが知られている（特許文献１参照）。
【００１１】
このシステムによれば通常、種々の電動機の結露を防止することができるが、そのために種々の部分を設ける必要があり、大掛かりになってしまう。
【００１２】
また結露による一時的な異常と経年変化などによるほぼ永久的な異常を判別しないと、結露を防止すべく対処しても、電動機の異常を直すことができない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−１３６１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、電気的に対称構造を有する電動機において、上述のような電動機の異常を検知し、その原因が結露に起因する一時的なものか永久的なものかを検出し、結露によるものであれば湿気を除去することが容易な電動機システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１は、電気的に対称な三相電動機と、交流電源を直流電源に変換するコンバータ部、及びこのコンバータ部により得られる直流電源を、前記電動機を駆動するための駆動交流電源に変換するインバータ部から成る電力変換装置と、この電力変換装置を制御する制御装置と、を有する電動機システムであって、前記三相電動機のいずれか一相の経路で診断電圧を印加してそのときの電流を測定する一相電流測定手段と、この一相電流測定手段により測定された電流が基準電流より大きいとき、前記電動機を静止させた状態で、前記一相電流測定手段により測定した経路に電流を流して湿気の影響を除去する回復処理を行った後、再度前記一相電流測定手段により電流を測定し前記基準電流より大きいか否かを判断する異常原因判断手段とを有することを特徴とする電動機システムを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電気的に対称構造を有する電動機において、上述のような電動機の異常を検知し、その原因が結露に起因する一時的なものか永久的なものかを検出し、結露によるものであれば湿気を除去することが容易な電動機システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の電動機システムの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の通常時の動作を説明するための図である。
【図３】図１に示した本発明の一実施形態の通常時のコンバータ部の動作を説明するための図である。
【図４】図１に示した本発明の一実施形態の通常時のインバータ部の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態の電動機システムにおいて診断を行うときの動作を説明するための図である。
【図６】図５に示した本発明の一実施形態の電動機システムにおいて診断の回復処理の動作を説明するための図である。
【図７】図６に示した本発明の一実施形態の電動機システムで診断の回復処理の動作を行うときの電圧と電流の関係を説明するための図である。
【図８】従来の電動機システムの一例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明一実施形態の電動機システムの構成例を図１に示す。図１において、この電動機システム１０は、三相の電動機１１と、三相の交流電源１２と、この交流電源１２からの電力を変換する電力変換装置１３と、この電力変換装置１３及び電動機１１のブレーキを制御する制御装置１６を有する。
【００１９】
電力変換装置１３は、大きくは、交流電源１２から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ部１４と、このコンバータ部１４により直流に変換された電力を再び交流電力に変換するインバータ部１５とから成る。本発明のこの実施形態と従来例を示す図８との差異は、高電圧側電圧ＶＨと低電圧側電圧ＶＬとの間の電圧を測定するキャパシタＣ１と直列に、一端が設置され他端が低電圧側電圧ＶＬに接続された診断スイッチＳＷ１が設けられている点である。
【００２０】
コンバータ部１４は、各々高電圧側の３つのＩＧＢＴである、ＣＨＴ１，ＣＨＴ２，ＣＨＴ３と低電圧側の３つのＩＧＢＴである、ＣＬＴ１，ＣＬＴ２，ＣＬＴ３から成り、これらの高電圧側ＩＧＢＴと低電圧側ＩＧＢＴは各々縦続接続されている。インバータ部１５は、各々高電圧側の３つのＩＧＢＴであるＩＨＴ１，ＩＨＴ２，ＩＨＴ３と低電圧側の３つのＩＧＢＴであるＩＬＴ１，ＩＬＴ２，ＩＬＴ３から成り、これらの高電圧側ＩＧＢＴと低電圧側ＩＧＢＴは各々縦続接続されている。
【００２１】
電力変換装置１３の入力側及び出力側と、コンバータ部１４及びインバータ部１５と電動機１１は、制御装置１６により制御される。即ち、この制御装置１６は、電力変換装置１３の入力側の電源電流カレントトランス（ＣＴ）１７ａと電源電圧測定点１７ｂから測定値及び、出力側の電動機電流カレントトランス（ＣＴ）１７ｃから測定値及び電動機１１の回転角検出器１８の出力を入力としてコンバータ部１４及びインバータ部１５及び電動機１１のブレーキ１９を制御する。交流電源１２の３端子の第１の端子は電源電流ＣＴ１７ａ及びコイルＣＣＬ１を介してＣＨＴ１とＣＬＴ１の接続点に接続され、第２の端子はコイルＣＣＬ２を介してＣＨＴ２とＣＬＴ２の接続点に接続される。交流電源１２の３端子の第３の端子は電源電流ＣＴ１７ａ及びコイルＣＣＬ３を介してＣＨＴ３とＣＬＴ３の接続点に接続される。
【００２２】
電動機１１の３端子の第１の端子は電動機電流ＣＴ１７ｃ及びコイルＩＣＬ１を介してＩＨＴ１とＩＬＴ１の接続点に接続され、第２の端子はコイルＩＣＬ２を介してＩＨＴ２とＩＬＴ２の接続点に接続される。電動機１１の３端子の第３の端子は電動機電流ＣＴ１７ｃ及びコイルＩＣＬ３を介してＩＨＴ３とＩＬＴ３の接続点に接続される。
【００２３】
この電動機システム１０において、結露などによる漏洩電流は、電動機１１内の絶縁抵抗２１と浮遊容量２２により流れる。コンバータ部１４及びインバータ部１５の、高電圧側と低電圧側間の電圧はキャパシタＣ１により検知され、制御装置１６に送られる。
【００２４】
次に、この実施形態の電動機システム１０の通常の動作を図２乃至図４を用いて説明する。以下の制御動作は制御装置１６を中心に行われる。電動機１１のブレーキ１９は通常効かせた（有効）状態にあり、開放指令信号が送られてきたときにブレーキは開放状態になる。
【００２５】
このシステムに、ステップＳ２０１で運転開始の指令信号が与えられると、ステップＳ２０２で定格の電圧指令信号がコンバータ部１４、インバータ部１５に送られ、ステップＳ２０３で電動機１１が静止している状態から速度を上げる指令信号が発せられるとともに、ステップＳ２０４でブレーキ１９の開放信号が送られる。ステップＳ２０５では回転の加速指令信号が出され、ステップＳ２０６で定常回転指令が出される。
【００２６】
電動機１１が所定時間使用された後、制御装置１６にステップＳ２０７で停止の指令信号が与えられると、ステップＳ２０８で静止状態への速度指令信号が出される。その後ステップＳ２０９で停止時の、ブレーキが有効な状態に戻すための有効指令信号が出されて、運転が終了する（ステップＳ２１０）。
【００２７】
図３に、通常時のコンバータ部１４の動作のフローチャートを示す。制御装置１６は、交流電源１２の電源角３１と電源電流３２を検知している。ステップＳ３０１において、電圧指令信号を受けると、ステップＳ３０２においてその電圧から直流電圧を差し引いた信号を出力する。この信号に基づいてステップＳ３０３で電圧制御される。
【００２８】
その出力は、ステップＳ３０５で、電源電流３２を差引かれ、ステップＳ３０６で電源角３１からの信号により電流制御される。ステップＳ３０７においてパルス幅（ＰＷＭ）制御されて、ステップＳ３０８において制御装置１６からコンバータ部１４のＩＧＢＴの駆動回路に制御信号が送られる。
【００２９】
図４に、通常時のインバータ部１５の動作のフローチャートを示す。制御装置１６は、電動機１１の電動機角４１と電動機電流４２を検知している。ステップＳ４０１において、電動機の静止状態から回転を上げる（Ｓ２０３）。回転の加速指令を行う（Ｓ２０５）とき、静止状態への速度指令がなされる（Ｓ２０８）ときの各速度指令信号が入力される。
【００３０】
ステップＳ４０１で、この速度指令信号と電動機角４１出力の微分出力との差が取られ、ステップＳ４０２で速度制御がなされる。ステップＳ４０４においてこの出力から電動機電流４２の差が得られる。
【００３１】
この出力は、電動機角４１出力によりステップＳ４０５で電流制御される。ステップＳ４０６においてパルス幅（ＰＷＭ）制御されて、ステップＳ４０７において制御装置１６からインバータ部１５のＩＧＢＴの駆動回路に制御信号が送られる。
【００３２】
次に、本発明一実施形態の電動機システム１０において、電動機１１が結露しているかどうか他の原因で電動機１１が不調なのかの診断指令がなされた場合の動作を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。まずステップＳ５０１において診断指令が外部から発せられると、ステップＳ５０２で、制御装置１６は高電圧側の電圧ＶＨと低電圧側の電圧ＶＬとの間に診断電圧として例えば直流電圧５００Ｖを印加する。
【００３３】
次のステップＳ５０３では、制御装置１６は診断スイッチＳＷ１をＯＮ状態とする。次にステップＳ５０４では、インバータ部１５の高電圧側のＩＧＢＴの１つ、例えばＩＨＴ１をＯＮにする。
【００３４】
このように診断スイッチＳＷ１及びＩＨＴ１をＯＮにするにすると、ＩＨＴ１とコイルＩＣＬ１−電動機１１の絶縁抵抗２１及び浮遊容量２２−診断スイッチＳＷ１、の回路が接地を介して形成されて電流が流れる。この電流はほとんど電動機１１の絶縁抵抗２１及び浮遊容量２２に起因する電流である。そこでステップＳ５０５において、このＵ相電流を例えば電動機電流ＣＴ１７ｃに流れる電流として測定する。この経路が、一相電流測定手段になる。
【００３５】
次にステップＳ５０６で、診断電圧を除去し、診断スイッチＳＷ１及びＩＨＴ１をＯＦＦとして、元の状態に戻す。
【００３６】
ステップ５０７では、上記ステップＳ５０５において測定された電流が、正常の場合の基準電流（例えば２．５ｍＡ）以上であったか否か判定される。この基準電流は、電動機１１が正常に動作するときの一相の電流であり、このとき流れたＵ相電流が、基準電流より小さければ電動機は正常であると判断され（Ｓ５０８）、通常の運転指令が発せられる。
【００３７】
一方ステップＳ５０７において、Ｙｅｓの場合、すなわち上記測定電流が基準電流以上であった場合には、何らかの原因で、電動機１１が異常である可能性がある。
【００３８】
ステップＳ５０７でＹｅｓのとき、次のステップ５０９では測定回数が規定回数（例えば３回）以下かどうか判断される。
【００３９】
例えば１回目に異常に大きい電流が電動機電流ＣＴ１７ｃに流れたのであれば、ステップＳ５１０に移り、図６にその流れを示す回復処理がなされる。
【００４０】
図６において、回復指令信号が出されるとステップＳ６０１において、ステップＳ５０７で比較される基準電流（例えば２．５ｍＡ）より小さい電流が流れる可能電圧が演算される。例えば５００Ｖのとき、上述のステップＳ５０５で測定された電流が２５ｍＡであったならば、この可能電圧を５００Ｖより低い、例えば５０Ｖの電圧とする。また、定格電圧より可能電圧が高い場合は、定格電圧を可能電圧とする。
【００４１】
次に、ステップＳ６０２で電圧指令信号をまずゼロとして出し、静止状態の電圧指令を出し、ステップＳ６０３で徐々に電圧を上げていく。ステップＳ６０４で電動機１１が回転を開始したかを図１に示す回転角検出器１８により検出する。電動機１１が回転していない場合には、ステップＳ６０５において、キャパシタＣ１及び電動機電流ＣＴ１７ｃで
可能電圧以下かつ定格電流以下であるかを検出し、Ｙｅｓであれば、ステップＳ６０３に戻って電圧を増加させ、ステップＳ６０４で電動機１１が回転を開始したかを検出する。電動機が回転を開始しておらず、可能電圧、定格電流以下であれば、ステップＳ６０３に戻って電圧を増加していく。
【００４２】
図７（ａ）はこのようにして電圧をゼロから上げていったときの電流の増加の様子を示す。電流は定格電流になる前に抑える。図７（ｂ）は、電圧が可能電圧になる前の電流がかなり低いことを示す。
【００４３】
もし、ステップＳ６０４で電動機１１が回転したことを回転角検出器１８で検出したら、ステップＳ６０７で電圧下げる。図７（ｃ）は、この動作を示す。電圧を上げていったとき、電流が増加して定格電流に至る前に電動機１１のブレーキ１９の保持（回転停止）電流を超えてしまい、電動機１１が回転し始めることを示している。電動機１１を回転させないことが必要なので、この場合には、電圧を下げて電流がブレーキ保持電流以下になるようにする。
【００４４】
そして、ステップＳ６０６でこの状態を維持することにより、電動機１１を回転させないで通電することを継続する。電動機１１の異常が結露であればこれにより通電時のジュール熱により結露を除去することになる。所定時間通電したら、回復処理を終了したことになり、図５のステップＳ５０２に戻る。
【００４５】
同様にして、ステップＳ５０２からＳ５０４で電動機１１の一相での通電を行い、ステップＳ５０５において電動機電流ＣＴ１７ｃに流れる電流を測定する。ステップ５０６では、これらの電圧、診断スイッチ、ＩＨＴ１を元に戻す。ステップＳ５０７でステップＳ５０５の測定電流が基準電流以上であるか判断する。測定電流が、異常を示す基準電流以上でなければ、ステップＳ５０８に移り正常と判断し、以降通常の運転指令を行う。
【００４６】
２回目の電流測定でも異常な電流が検出されたならば、ステップＳ５０９に移動する。まだ３回目になっていないので、ステップＳ５１０に移り、再度、図６に示す回復処理を行う。このようにして回復処理を３回繰り返し、４回目でも測定電流が基準電流以上であれば、ステップＳ５０９からステップＳ５１１に移り、結露など一時的な異常でなく永久的な異常（故障）と判断し、運転を不可とする。
【００４７】
この実施形態によれば、電動機が異常な状態になったとき、それが結露などによる一時的な異常かどうか判断して結露を除去する回復処理を行い、正常に戻れば、正常の運転を行う。一方回復処理を所定回数だけ行っても、基準以上の電流が流れる場合には故障と判断することが可能となる。
【００４８】
上記実施形態ではスター結線の電動機に本発明を適用する場合について説明した。しかし、本発明はこの種の電動機に限られず、デルタ結線構造の電動機にも適用可能である。一般的には本発明は、電気的に対称な三相電動機に適用することができる。
【００４９】
本発明は上記実施形態に限られず種々変形して実施可能でありこれらの変形例も本発明の技術思想を用いる限り、本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１１，５１・・・・電動機、
１２，５２・・・・交流電源、
１３，５３・・・・電力変換装置、
１４，５４・・・・コンバータ部、
１５，５５・・・・インバータ部、
１６，５６・・・・制御装置、
１７ａ，５７ａ・・・・電源電流カレントトランス（ＣＴ）、
１７ｂ，５７ｂ・・・・電源電圧測定点、
１７ｃ，５７ｃ・・・・電動機電流カレントトランス（ＣＴ）、
１８，５８・・・・回転角検出器、
１９，５９・・・・ブレーキ、
２１・・・・絶縁抵抗、
２２・・・・浮遊容量、
ＳＷ１・・・・診断スイッチ。
【図１】
2011061904.tif 000003
【図２】
2011061904.tif 000004
【図３】
2011061904.tif 000005
【図４】
2011061904.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011061904.tif 000008
【図７】
2011061904.tif 000009
【図８】
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