(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、当該電動機を可変速駆動する電力変換装置とを備える電動機駆動システムにおいて、
前記電力変換装置は、
前記電動機に対して所定の周波数の交流電圧を出力することで、前記電動機を駆動するものであり、
前記電力変換装置の出力電圧の平均値の所定時間における変化に基づいて、前記出力電圧の平均値が所定値以上変化したか判定し、
前記出力電圧の平均値が前記所定値以上変化した場合は前記電動機の異常予兆の検出であると判定し、前記所定の周波数の値を０よりも大きい値に低下させる、
電動機駆動システム。
【請求項２】
前記電力変換装置は、第１の所定時間における前記電力変換装置の出力電圧の平均値と、前記第１の所定時間で使用する所定の周波数と同一の周波数で前記電動機を駆動する第２の所定時間における前記電力変換装置の出力電圧の平均値とを比較することで、前記第１の所定時間における前記出力電圧の平均値と前記第２の所定時間における前記出力電圧の平均値との差分が前記所定値以上であるか判定する、
請求項１に記載の電動機駆動システム。
【請求項３】
前記第１の所定時間および前記第２の所定時間は、前記電動機の負荷変動のうち所定の短時間以下で発生する突発的負荷変動の発生周期よりも長く設定される、
請求項２に記載の電動機駆動システム。
【請求項４】
前記電力変換装置は、
複数の前記第１の所定時間ごとに前記出力電圧の平均値をそれぞれ算出して第１の平均値を求め、
複数の前記第２の所定時間ごとに前記出力電圧の平均値をそれぞれ算出して第２の平均値を求め、
前記第１の平均値と前記第２の平均値との差分が前記所定値以上であるか判定する、請求項３に記載の電動機駆動システム。
【請求項５】
前記電力変換装置内で生成する電圧指令値を、前記電力変換装置の出力電圧の平均値として使用する、
請求項１に記載の電動機駆動システム。
【請求項６】
前記所定の周波数は、前記出力電圧に対する前記電動機の抵抗値の寄与が、前記出力電圧に対する前記電動機のインダクタンスの寄与よりも大きくなる所定の低周波数に設定されている、
請求項１に記載の電動機駆動システム。
【請求項７】
前記所定の周波数は、第１の所定の周波数と第２の所定の周波数を含んでおり、
前記電力変換装置は、前記第１の所定の周波数と前記第２の所定の周波数のそれぞれについて前記所定の時間における出力電圧の平均値の変化を算出し、第１、第２の所定の周波数のうちいずれかの周波数において前記出力電圧の平均値が前記所定値以上変化した場合は、前記電動機の異常予兆の検出であると判定し、前記所定の周波数の値を低下させる、
請求項１に記載の電動機駆動システム。
【請求項８】
前記電力変換装置は、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間との時間間隔が所定の時間間隔以上である場合に、前記第１の所定時間における前記電力変換装置の出力電圧の平均値と、前記第２の所定時間における前記電力変換装置の出力電圧の平均値とを比較する、
請求項２に記載の電動機駆動システム。
【請求項９】
前記電力変換装置は、前記電動機に生じる前記突発的な負荷変動の発生頻度に応じて、前記所定時間を調整する、
請求項３に記載の電動機駆動システム。
【請求項１０】
前記電力変換装置は、前記出力電圧の平均値が前記所定値以上変化したと判定した場合、その判定結果を出力する、
請求項１に記載の電動機駆動システム。
【請求項１１】
電動機と、当該電動機を可変速駆動する電力変換装置とを備える電動機駆動システムにおいて、
前記電力変換装置は、
前記電動機に対して所定の周波数の交流電圧を出力することで、前記電動機を駆動するものであり、
一定周波数で駆動中の前記電動機の電動機電流値の所定時間における変化に基づいて、前記電動機電流値が所定値以上変化したか判定し、
前記電動機電流値が前記所定値以上変化した場合は前記電動機の異常予兆の検出であると判定し、前記所定の周波数の値を０よりも大きい値に低下させる、
電動機駆動システム。
【請求項１２】
電動機に対して所定の周波数の交流電圧を出力することで、前記電動機を可変速駆動する電力変換装置を用いて前記電動機の駆動を制御する方法において、
第１の所定時間における前記電力変換装置の出力電圧の平均値を算出し、
前記第１の所定時間で使用する所定の周波数と同一の周波数で前記電動機を駆動する第２の所定時間における前記電力変換装置の出力電圧の平均値を算出し、
前記第１の所定時間における前記出力電圧の平均値と前記第２の所定時間における前記出力電圧の平均値の差分を算出し、
前記差分が所定値以上であるか判定し、
前記差分が前記所定値以上である場合は前記電動機の異常予兆の検出であると判定し、前記所定の周波数の値を０よりも大きい値に低下させる、
電動機の制御方法。
【請求項１３】
電動機に対して所定の周波数の交流電圧を出力することで前記電動機を可変速駆動する電力変換装置であって、
前記電力変換装置の出力電圧の平均値の所定時間における変化に基づいて、前記出力電圧の平均値が所定値以上変化したか判定し、
前記出力電圧の平均値が前記所定値以上変化した場合は前記電動機の異常予兆の検出であると判定し、前記所定の周波数の値を０よりも大きい値に低下させる、
電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動システム、電動機の制御方法および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にインバータと呼ばれる電力変換装置を用いる電動機駆動システムは、周波可変の交流電力を生成して電動機へ供給することで、電動機を可変速駆動する。これにより、電動機駆動システムは、ファン、ポンプ、圧縮機などの電動機を用いる回転機器の運転を制御することができる。
【０００３】
ところで、電動機の中には、通常の環境下ではなく、過酷な環境下で使用されるものがある。例えば、数百メートル〜数キロメートルの地下深くに設置される圧縮機やポンプのような機器に使用される電動機は、高温、高湿、腐食性ガス雰囲気などの過酷な環境下で稼動する。その場合、電動機と電力変換装置とは、数百メートル〜数キロメートルの長いケーブルを介して、電気的に接続される。
【０００４】
過酷な環境下で使用される電動機は、冷却機能やシール機能などの必要な保護機能を備えている。しかし、電動機が高温や腐食などの影響を受け続けると、インピーダンスなどの電動機定数が変化し、電動機の駆動に不具合を生じるおそれがある。電動機の駆動に不具合が生じると、回転機器が期待通りに働かなくなり、その回転機器を含むプラント全体の稼働率が低下する。
【０００５】
ここで、様々なセンサを電動機または電動機周辺に設置し、それらセンサの信号を解析することで電動機の状態を推定し、異常が発生しているか判定する従来技術は知られている（特許文献１）。この従来技術では、インバータから電動機に印加される、出力電流の電流値と出力電圧の電圧値とに基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいて電動機に異常が発生しているか否かを判定する。
【０００６】
他の従来技術として、電動機の実消費電力と推定消費電力とを比較し、その比較結果に基づいて電動機制御装置の異常状態を判定するものが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−７５２９３号公報
【特許文献２】特開２００９−２０７３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の従来技術では、電動機の電流値および電圧値から、電動機の運転状態を検出する。しかし、それらの電流値および電圧値としては瞬時値を用いているため、突発的な瞬時変化が発生した場合には、異常状態であると誤検知する恐れがある。
【０００９】
特許文献１の従来技術では、数周期連続して異常を検知した場合に異常状態であると判定することもできる。しかし、過酷環境下での経年劣化のように、電動機定数がゆっくりと変化していく場合は、わずか数周期の監視結果だけで電動機の異常状態を正確に判定するのは難しい。
【００１０】
特許文献２に記載の従来技術では、閾値以上の状態が一定時間継続する場合に、電動機制御装置の異常であると判定する。しかし、特許文献２では、電動機の実消費電力を検出するために、電圧センサおよび電流センサが必要であり、さらに、推定消費電力を演算するためには、電動機の回転速度を計測するための速度センサも必要である。しかも、速度センサは、電動機本体またはその近傍に設置する必要があるため、高温、高湿、腐食性ガス雰囲気などの過酷な環境に耐える仕様を備えていなければならない。そのような過酷環境下で使用可能な速度センサは、一般に高価であり、その取付作業も必要となる。
【００１１】
さらに特許文献１および特許文献２に記載の従来技術では、電動機または電動機制御装置の異常状態を検出した場合に、安全確保のために電動機を緊急停止させるだけであり、電動機の寿命を延ばすための制御は全く考慮されていない。過酷な環境下で使用される電動機は、一般に作業員による保守作業が困難であるため、故障発生を未然に防止する必要がある。
【００１２】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的は、比較的簡易な構成で電動機の状態を判定し、電動機に故障が生じるのを抑制できるようにした電動機駆動システム、電動機の制御方法および電力変換装置を提供することにある。本発明の他の目的は、速度センサなどの電動機本体またはその周辺に設置する特別なセンサを用いずに電動機の状態を判定することができ、故障の発生を抑制できるようにした電動機駆動システム、電動機の制御方法および電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決すべく、本発明に従う電動機駆動システムは、電動機と、当該電動機を可変速駆動する電力変換装置とを備える電動機駆動システムにおいて、電力変換装置は、電動機に対して所定の周波数の交流電圧を出力することで、電動機を駆動するものであり、電力変換装置の出力電圧の所定時間における変化に基づいて、出力電圧が所定値以上変化したか判定し、出力電圧が所定値以上変化した場合は前記電動機の異常予兆の検出であると判定し、所定の周波数の値を低下させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力変換装置の出力電圧の所定時間における変化に基づいて、異常予兆を検出するため、突発的な瞬時値による影響を受けずに電動機の異常予兆を検出できる。さらに、本発明によれば、異常予兆の検出であると判定すると、電動機へ加える交流電力の所定の周波数を低下させるため、電動機が故障するのを抑制することができる。本発明では、電動機の保守性および信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例に係る電動機駆動システムの全体構成図である。
【図２】抵抗変化による、出力電圧値と電圧指令値の変化をシミュレーションした示すグラフである。
【図３】電動機への出力を制御する処理を示すフローチャートである。
【図４】第２実施例に係る電動機駆動システムの全体構成図である。
【図５】第３実施例に係り、出力制御処理を示すフローチャートである。
【図６】出力電圧の平均値の算出例を示す説明図である。
【図７】第４実施例に係り、出力制御処理を示すフローチャートである。
【図８】第５実施例に係り、出力制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、所定の周波数の交流電圧で電動機３を駆動し、環境等による電動機３の異常予兆を検知して、その異常予兆に対応することで電動機３の寿命および信頼性を向上する。
【００１７】
本実施形態の電動機駆動システムでは、電動機３を可変速駆動するため、所定の周波数の交流電圧を出力する電力変換装置１を設ける。電力変換装置１が一定周波数で電動機３を駆動している場合において、電力変換装置１の所定時間における出力電圧が所定値以上変化したときは、異常予兆の検出であると判定し、電動機３へ出力する交流電力の周波数を０よりも大きい他の値に低下させる。
【００１８】
本実施形態の電力変換装置１は、第１の所定時間における出力電圧と、第１の所定時間で使用する所定周波数と同一周波数で電動機を駆動する第２の所定時間における出力電圧とを比較する。第１の所定時間における出力電圧は、第１の所定時間内に計測される複数の出力電圧の平均値であってもよい。同様に、第２の所定時間における出力電圧も、第２の所定時間内に計測される複数の出力電圧の平均値であってもよい。所定時間における出力電圧に基づいて、電動機の異常予兆を検出するため、ノイズなどの突発的な瞬時値に影響される可能性を少なくでき、正確に異常予兆を検出することができる。
【００１９】
本実施形態に係る電動機駆動システムは、例えば、地下深くに設置されるファン、ポンプ、圧縮機などに使用される電動機３の駆動を制御する。電動機駆動システムの電力変換装置１は、例えば、数百メートルから数キロメートルのような長いケーブル２により電動機３に接続される。数百メートル以上の地下は、高温、高湿、腐食性ガス雰囲気などの過酷な環境であるため、作業員が電動機３を手動で保守作業するのは難しい。また、電動機３の状態を計測するために、電動機３の本体またはその周辺にセンサを設ける場合は、特殊な構造のセンサを用いる必要がある。電動機３の保守作業が難しいのと同様に、その特殊構造のセンサを作業員が保守作業するのは難しい。従って、過酷な環境下で使用される電動機３の電動機駆動システムは、特殊構造のセンサを用いずに簡素な構成で、電動機３の状態（異常予兆）を判定できることが望ましい。また、過酷な環境下では電動機３の部品交換などの保守作業も難しいため、電動機３の故障発生を抑止することがプラント全体の稼働率の観点からも好ましい。以下、本実施形態に係る電動機駆動システムの構成例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１〜図３を用いて第１実施例を説明する。図１は、電動機駆動システムの全体構成を示す。
【００２１】
電力変換装置１は、ケーブル２を介して電動機３を駆動する。電動機３は、電力変換装置１から出力される三相交流電力により回転する。ケーブル２は、例えば５００メートル超のロングケーブルである。電動機３は、例えば地下数百メートルから数キロメートルの場所で使用される場合があり、このような場合にロングケーブル２が使用される。電力変換装置１と電動機３とが遠く離れている場合、電力変換装置１側から電動機３の様子を確認するのが難しいことがある。
【００２２】
電力変換装置１は、例えば地上の建屋内などに設けられており、電動機３へ所定周波数の交流電力を与える。所定周波数の値は、適宜決定することができる。電力変換装置１は、例えば、電圧検出部４や電流検出部５からの信号を利用して、電動機３を制御することができる。電圧検出部４や電流検出部５は、ケーブル２と電力変換装置１との間に設けることができる。電圧検出部４や電流検出部５は、電動機３の本体またはその近くに設ける必要はない。電圧検出部４は、出力電圧値としてのフィードバック電圧値ＶＦＢを検出して、電圧変化検知部１６へ送る。電流検出部５は、出力電流値としてのフィードバック電流値ＩＦＢを電力変換装置１へ送る。
【００２３】
本実施形態の電力変換装置１は、例えば電圧型インバータ装置として構成することができる。電力変換装置１は、例えば、速度指令演算部１１と、速度指令補正部１２と、電圧指令演算部１３と、交流電圧指令演算部１４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）演算部１５を備える。さらに電力変換装置１は、ユーザインターフェース部２１に接続することもできる。
【００２４】
速度指令演算部１１は、速度指令値ω１*を演算する機能である。速度指令補正部１２は、速度指令演算部１１で算出した速度指令値ω１*を、電圧変化検知部１６で検知した電圧変化に基づいて、速度指令値をω１**に補正する機能である。
【００２５】
電圧指令演算部１３は、補正後の速度指令値ω１**から、ベクトル制御による直流電圧指令値Ｖ*を演算する機能である。交流電圧指令演算部１４は、直流電圧指令値Ｖ*から交流電圧指令値を演算する機能である。ＰＷＭ演算部１５は、交流電圧指令値に基づいてＰＷＭパルスを生成し、電動機３へ出力する。交流電圧指令値に従うＰＷＭパルスは、電動機３へ印加される所定周波数の交流電力（交流電圧）である。
【００２６】
出力電圧の変化に代えて、電流検出部５からの電流検出値の変化を用いてもよい。速度指令補正部１２は、電流検出値の変化に基づいて、速度指令値の補正値ω１**を演算してもよい。
【００２７】
ユーザインターフェース部２１は、情報入力装置と情報出力装置の両方を備えることができる。情報入力装置としては、例えば、押釦類、キーボード、音声入力装置、ダイヤルなどがある。情報出力装置としては、例えば、ディスプレイ、プリンタ、音声合成装置などがある。なお、ユーザインターフェース部２１は、管理者へ電子メールを送信することで、電動機３の状態などを知らせることもできる。
【００２８】
電動機駆動システムは、電力変換装置１を用いて、電動機３を一定速度（一定の所定周波数）で制御する。一定速度で駆動されている電動機３への出力電圧は、たとえ非定常な負荷変動が発生したとしても、比較的長い時間（例えば数時間〜数日）での平均値で見れば、ほぼ一定であると考えられる。突発的な出力電圧値の変化は、長時間にわたって観測される出力電圧値の平均値の中に埋もれてしまうためである。
【００２９】
もし、電動機３に何らかの不具合が生じ、電動機定数（抵抗、インダクタンスなど）が変化した場合を考える。この場合、電動機３に流れる電流が変化し、その電流値を用いて電動機３を制御するため、電力変換装置１の電圧指令値や出力電圧値が変化する。電動機３の定数が変化し、そのまま戻る事がなければ、電力変換装置１の電圧指令値や出力電圧値も変化したままとなる。
【００３０】
そこで本実施例では、電動機定数の変化に起因する電圧指令値や出力電圧値の変化を用いて、電動機３の異常予兆を検出する。本実施例では、例えば、電圧変化検知部１６を用いることで、電力変換装置１の出力電圧値の変化を検知する。
【００３１】
例えば、電動機定数である抵抗成分Ｒとインダクタンス成分Ｌを考える。抵抗成分Ｒとインダクタンス成分Ｌとが電力変換装置１の出力電圧に与える影響としては、以下のように考えることができる。一般的に電動機３のベクトル制御において、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値を考えた場合、誘導電動機および磁石同期電動機を含めて、Ｒ，Ｌは大きく下記の数１のように表される。
【００３２】
【数１】
0006472268.tif 000002
【００３３】
電動機３が誘導電動機であるか磁石同期電動機であるかの違いにより、多少の相違は生じる。例えば、インダクタンス成分Ｌは、ｄｑ軸成分、または、共通の漏れインダクタンス成分であったりする。また例えば、磁束Φは、回転磁束、または、磁石磁束になったりする。この程度の相違はあるが、概して上記の数１に示す傾向になる。数１からわかるように、周波数ωが低い場合では抵抗成分Ｒによる影響が大きくなり、高周波数になるほどインダクタンス成分Ｌによる影響が大きくなる。
【００３４】
高熱や高腐食下などの過酷な環境において、電動機定数であるインピーダンス成分（抵抗、インダクタンス）が大きく変化する場合であっても、電動機回転周波数を一定に保つために、インピーダンス成分の変化に応じて電力変換装置１の出力電圧を変化させる必要がある。
【００３５】
そのため、後述のように、電力変換装置１は、電圧変化検知部１６により出力電圧の変化が大きくなったと判断した場合、電動機３が高熱などにさらされて、異常予兆が生じていると判断する。電力変換装置１は、異常予兆を検出すると、電動機３へ印加する周波数を低下させる。これにより、電動機３の負荷を下げて、電動機３の完全停止などの故障が生じるのを防止する。
【００３６】
例えば、温度が３０度から１５０度に変化した場合、抵抗値は約１．４倍になる。上記の数１で示すように、低回転周波数（例えば１０Ｈｚ）時では、電動機３の抵抗値が電力変換装置１からの出力電圧へ与える影響は大きい。電動機３の周波数が低い場合、抵抗値の変化は、出力電圧値（ＶＦＢ）を大きく変化させる。従って、低い周波数で電動機３を駆動している場合に、出力電圧の平均値の変化を検出すれば、電動機定数の変化を検知しやすい。
【００３７】
一方、高回転周波数時では、数１から明かなように、インダクタンス成分Ｌの変化や磁束成分Φの変化が、電力変換装置１から電動機３への出力電圧に大きく影響する。例えば、同期電動機の場合、高温になると磁石飽和が生じるため、磁束Φが小さくなり、この結果、出力電圧も変化する。誘導電動機の場合は、腐食ガスにより電動機構造が影響を受けて、透磁率などが変化すると、インダクタンス成分も変化しうる。インダクタンス成分Ｌや磁束成分Φの変化は、出力電圧値（ＶＦＢ）に変化をもたらす。出力電圧値の変化は、出力電流値（ＩＦＢ）の変化も引きおこす。
【００３８】
図２は、同一周波数での運転中に、電動機３の抵抗値が１倍から１．４倍に増加した場合の、電力変換装置１の出力電圧値及び電圧指令値のシミュレーション結果を示す。図２（ａ１）は、抵抗値が１倍の場合におけるＵ相交流電圧値を示す。図２（ａ２）は、抵抗値が１．４倍に増えた場合におけるＵ相交流電圧値を示す。図２（ｂ１）は、抵抗値が１倍の場合におけるｑ軸の電圧指令値を示す。図２（ｂ２）は、抵抗値が１．４倍に増えた場合におけるｑ軸の電圧指令値を示す。
【００３９】
Ｕ相交流電圧値もｑ軸の電圧指令値もいずれも、シミュレーションによれば、抵抗値が１．４倍に増加すると、電圧値も大きくなる。実際には、過酷環境下において、電動機３の巻線が劣化したりするため、抵抗値は１．４倍以上に増加すると考えられる。抵抗値の変化が大きくなるほど、電圧変化も大きくなる。従って、速度センサなどの特殊なセンサを用いずに、電圧変化を検知するだけで電動機３の異常予兆を検出できる。
【００４０】
図３のフローチャートを用いて、電力変換装置１から電動機３への出力電圧値の変化を検出する方法などを説明する。以下、電力変換装置１の出力電圧の平均値の変化から電動機３の異常予兆を検出する場合を説明するが、これに代えて、電力変換装置１からの出力電流の平均値の変化や、電力変換装置１内の電圧指令値や電流指令値の変化に基づいて、電動機３の異常予兆を検出することもできる。
【００４１】
図３の出力制御処理では、電力変換装置１の出力電圧の変化を検知し、電力変換装置１の周波数を変化させる。
【００４２】
まず、管理者は、電力変換装置１に対し、変化を検知する対象となる周波数ｆ１［Ｈｚ］を設定する。電力変換装置１は、電動機３へ与える周波数が監視対象周波数ｆ１［Ｈｚ］になったかを監視している（Ｓ１０）。
【００４３】
電力変換装置１は、周波数がｆ１［Ｈｚ］になったことを確認すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、出力電圧の時間平均値の演算を開始する（Ｓ１１）。電力変換装置１は、平均値を演算する時間が所定時間Ｔ１以上であるか判定する（Ｓ１２）。つまり、所定時間Ｔ１における出力電圧値の平均値を算出できたか判定する。
【００４４】
所定時間Ｔ１は、電動機３の負荷変動のうち所定の短時間以下で発生する突発的な負荷変動の発生周期よりも長くなるように、好ましくは十分に長くなるように設定される。すなわち、本実施例では、ノイズのような瞬間的な電圧変化の影響をできるだけ受けないように、平均値を算出するための期間Ｔ１を長く設定している。例えば、所定時間Ｔ１は、数時間〜数日間のような長い値に設定される。所定時間Ｔ１は、電動機３の電気的時定数のｎ倍として設定してもよい。
【００４５】
電力変換装置１は、所定期間Ｔ１分の出力電圧の平均値を算出するまで（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１０，Ｓ１１を繰り返す。電力変換装置１は、所定時間Ｔ１分の出力電圧の平均値を算出すると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、その値を保持する（Ｓ１３）。
【００４６】
続いて、電力変換装置１は、前回の処理時にステップＳ１１，Ｓ１２で算出し、ステップＳ１３で保持した平均値（前回の平均値）と、今回の平均値との差分Ｖｄを算出する（Ｓ１４）。前の処理サイクルで求めた所定時間Ｔ１における電圧平均値を第１の電圧平均値とし、次の処理サイクルで求めた所定時間Ｔ１における電圧平均値を第２の平均値とすれば、電力変換装置１は、第１の電圧平均値と第２の電圧平均値との差を求める。第１の電圧平均値を求めた場合の周波数と第２の電圧平均値を求めた場合の周波数とは、同一の周波数ｆ１である。つまり、電力変換装置１は、同一周波数ｆ１の交流電力を電動機３へ与えている状況下で、出力電圧の平均値の変化を監視する。
【００４７】
電力変換装置１は、出力電圧の平均値の変化Ｖｄが所定値Ｖｔｈ以上であるかを判定する（Ｓ１５）。出力電圧の平均値の変化Ｖｄが所定値Ｖｔｈ未満の場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ステップＳ１０へ戻る。
【００４８】
電力変換装置１は、出力電圧の平均値の変化Ｖｄが所定値Ｖｔｈ以上の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、電動機３に異常予兆ありと判定して、電動機３へ印加している周波数ｆ１の値を低下させる（Ｓ１６）。電動機３に印加する周波数を現在値よりも下げることで、電動機３の回転を低下させて、電動機３が故障で停止したりするのを防止できる。例えば、電動機３の周波数を０より大きい他の値へ低下させることで、電動機３の回転を低下させて負荷を軽減することができる。なお、場合によっては、電動機３を意図的に完全に停止させてもよい。
【００４９】
さらに、電力変換装置１は、ステップＳ１６において、ユーザインターフェース部２１から管理者へ警報を出力することもできる。
【００５０】
このように構成される本実施例によれば、特殊構造の速度センサなどを過酷な環境下にある電動機本体またはその周辺に設置する必要がなく、電圧検出部４からの信号を用いて、出力電圧の所定時間における変化から電動機３の異常予兆を検出できる。
【００５１】
さらに本実施例によれば、電動機３の異常予兆を検出した場合に、電動機３へ印加する周波数を低下させるため、電動機３が故障して完全に停止したりする事態の発生を抑制することができる。従って、本実施例によれば、比較的簡易な構成かつ低コストに、電動機の保守作業の効率および信頼性を高めることができる。
【００５２】
本実施例によれば、瞬時的な電圧変化を用いるのではなく、所定時間における電圧平均値を用いるため、急峻な負荷変動などによる一時的な事象による影響を排除でき、異常予兆の検出精度を高めることができる。さらに、本実施例によれば、所定時間における電圧平均値の変化を監視するため、電動機３の定数変化のように時間をかけてゆっくり変化していく不具合事象も正確に検出することができる。
【００５３】
なお、所定時間Ｔ１の値を数時間から数日間と長く設定することに代えて、比較的短く設定される所定時間における平均値を複数抽出して平均を取る構成としてもよい。平均する母集団時間の長い、十分に平準化された平均値を構築して、電圧変化を検出することもできる。例えば、所定時間を１０分間とし、ある一週間で１０分間ずつの電圧平均を十数回程度算出し、他の一週間での１０分間ずつの電圧平均も十数回程度算出し、それらの電圧平均の差から電動機３の異常予兆を検出することもできる。電圧平均を算出する際の周波数は同一であるとする。
【実施例２】
【００５４】
図４を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は第１実施例の変形例に相当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、電力変換装置１から電動機３へ印加する出力電圧値の所定時間における平均値に代えて、電力変換装置１の内部で使用する電圧指令値の所定時間における平均値を使用する。
【００５５】
図４は、本実施例による電動機駆動システムの全体構成を示す。本実施例では、電圧指令演算部１３の出力値である電圧指令値Ｖ*の変化を、電圧指令変化検知部１７によって検知する。速度指令補正部１２は、電圧指令変化検知部１７からの信号に基づいて、速度指令を補正する。
【００５６】
なお、本実施例では、電圧指令値Ｖ*の代わりに、電圧指令値Ｖ*を演算する際に用いる電流指令値Ｉ*の変化を、電流指令変化検知部（図示せず）で検知し、電流指令値Ｉ*の変化に基づいて速度指令を補正してもよい。
【００５７】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、電力変換装置１の内部で使用する制御用パラメータである電圧指令値（電流指令値でもよい）の平均値変化を用いて、電動機３の異常予兆を検出するため、第１実施例よりも構成を簡素化できる。すなわち、本実施例では電圧検出部４を省略できる。
【実施例３】
【００５８】
図５および図６を用いて第３実施例を説明する。本実施例では、電動機３の異常予兆を検出するために使用する周波数を複数設定できるようにしている。
【００５９】
図５は、本実施例による電動機駆動システムの電力変換装置１が実行する出力制御処理を示すフローチャートである。電力変換装置１は、出力している周波数が予め設定されている第１周波数ｆ１［Ｈｚ］または第２周波数ｆ２［Ｈｚ］のいずれかになったか判定する（Ｓ１０Ａ）。
【００６０】
電力変換装置１は、監視対象周波数ｆ１，ｆ２のいずれかであることを確認すると（Ｓ１０Ａ：ＹＥＳ）、その周波数における出力電圧の平均値を算出する（Ｓ１１Ａ）。出力電圧の平均値に代えて、電圧指令値の平均を算出したり、電流指令値の平均を算出したりしてもよい。
【００６１】
本実施例では、周波数ｆ１，ｆ２ごとに平均値を算出するための所定時間を変えている（Ｓ１２Ａ）。電力変換装置１は、第１周波数ｆ１の場合、所定時間Ｔ１における出力電圧の平均を算出する。電力変換装置１は、第２周波数ｆ２の場合、他の所定時間Ｔ２における出力電圧の平均を算出する。電力変換装置１は、所定時間Ｔ１，Ｔ２における出力電圧の平均値を保持する（Ｓ１３Ａ）。
【００６２】
電力変換装置１は、所定の時間間隔Ｔｓ以上離れた、同一周波数における平均値のデータを保持しているか判定する（Ｓ２０）。
【００６３】
ここで図６の説明図を参照する。図６（１），（３），（４）は、第１周波数ｆ１を電動機３へ印加している場合において、所定時間Ｔ１の電圧平均値Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を示す。同様に、図６（２），（５）は、第２周波数ｆ２を電動機３へ印加している場合において、所定時間Ｔ２の電圧平均値Ｖ２１，Ｖ２２を示す。本実施例では、このように周波数ｆ１，ｆ２ごとにそれぞれの所定期間Ｔ１，Ｔ２における電圧平均値を演算して保持している。
【００６４】
さらに本実施例では、同一周波数であり、かつ、比較対象の所定期間同士が所定の時間間隔Ｔｓ以上離れている場合の、それぞれ電圧平均値を比較する。例えば図６の例では、周波数ｆ１における出力電圧の平均値Ｖ１１（図６（１））と、同一周波数ｆ１の出力電圧の平均値Ｖ１２（図６（３））との間隔ΔＴ１は、所定の時間間隔Ｔｓ以上であるため、比較対象となる（Ｓ２０：ＹＥＳ）。
【００６５】
電力変換装置１は、電圧平均値Ｖ１１と電圧平均値Ｖ１２との差分Ｖｄを算出する（Ｓ２１）。電力変換装置１は、差分Ｖｄが所定値Ｖｔｈ以上であると判定した場合（Ｓ１５Ａ：ＹＥＳ）、電動機３の異常予兆であると判定し、電動機３へ印加する周波数を下げたり、管理者に向けて警告を発したりする（Ｓ１６Ａ）。
【００６６】
一方、電圧平均値Ｖ１２（図６（３））と、それに隣接する時間内の電圧平均値Ｖ１３（図６（４））との間隔ΔＴ１ａは、所定の時間間隔Ｔｓ未満であるため、比較対象として選択されない。
【００６７】
第２周波数ｆ２に着目すると、電圧平均値Ｖ２１（図６（２））と、電圧平均値Ｖ２２（図６（５））との間隔ΔＴ２は、所定の時間間隔Ｔｓ以上であるため、比較対象として選択される（Ｓ２０：ＹＥＳ）。電力変換装置１は、電圧平均値Ｖ２１と電圧平均値Ｖ２２の差分Ｖｄを算出する（Ｓ２１）。電力変換装置１は、その差分Ｖｄが所定値Ｖｔｈ以上である場合（Ｓ１５Ａ：ＹＥＳ）、電動機３の異常予兆を検出したと判定し、電動機３の周波数を下げたり、警報を発したりする（Ｓ１６Ａ）。
【００６８】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、異なる複数の周波数において、出力電圧の平均値の変化を算出し、その変化に基づいて電動機３の異常予兆を検出する。従って、使用する周波数を頻繁に切り替えるような場合でも、電動機３を診断して故障を防ぐことができる。
【００６９】
さらに本実施例によれば、電圧平均値を求めた時間の間隔が所定の時間間隔Ｔｓ以上である場合に、診断用データとして選択する。従って、所定時間Ｔ１，Ｔ２を短く設定した場合でも、電動機定数の緩やかな変化を正確に検出することができる。
【実施例４】
【００７０】
図７を用いて第４実施例を説明する。本実施例では、電動機３の異常予兆を検出した場合に、管理者の指示を待ってから電動機３の周波数を低下させる。
【００７１】
図７は、本実施例による電動機駆動システムの電力変換装置１が実行する出力制御処理を示すフローチャートである。電力変換装置１は、電圧平均値の差分Ｖｄが所定値Ｖｔｈ以上であることを知ると（Ｓ１５：ＹＥＳ）、電動機３の異常予兆を検出した旨をユーザインターフェース部２１を介して管理者へ通知する（Ｓ３０）。例えば、ユーザインターフェース部２１は、「電動機の異常予兆を検知しました。駆動周波数を低下させて良いですか？」のようなメッセージを管理者へ通知する。管理者はそのメッセージに対して、許可を与えたり、拒否したりすることができる。または、管理者は、周波数の設定値をユーザインターフェース部２１を介して電力変換装置１へ与えることもできる。
【００７２】
電力変換装置１は、管理者からの指示を検出すると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、その指示に応じて電動機３へ印加する周波数を低下させる（Ｓ１６）。ここでは、ステップＳ３１において、管理者が周波数低下についての許可を与えたか、または、現在の周波数よりも低い目標周波数が入力されたものとする。
【００７３】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、電動機３の周波数を低下させる前に管理者の許可を求めるため、管理者は状況に応じて周波数低下の可否を判断でき、使い勝手が向上する。
【実施例５】
【００７４】
図８を用いて第５実施例を説明する。本実施例では、出力電圧の平均値を算出するための所定時間Ｔ１を、電動機３の突発的な負荷変動の発生状態に応じて可変に設定できるようにしている。
【００７５】
図８は、電圧平均値を算出するための時間Ｔ１を設定するための処理を示すフローチャートである。電力変換装置１は、突発的な負荷変動に起因するノイズを検出したか判定する（Ｓ４０）。ノイズを検出すると（Ｓ４０：ＹＥＳ）、電力変換装置１は、単位時間あたりのノイズ発生数Ｃｎを算出する（Ｓ４１）。単位時間あたりのノイズ発生数Ｃｎは、ノイズの発生頻度と呼ぶこともできる。
【００７６】
電力変換装置１は、ノイズ発生数Ｃｎが第１のノイズ閾値Ｃｔｈ１以上であるか判定する（Ｓ４２）。ノイズ発生数Ｃｎが第１のノイズ閾値Ｃｔｈ１以上である場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、電力変換装置１は、所定時間Ｔ１を所定値だけ長く設定する（Ｓ４３）。
【００７７】
電力変換装置１は、ノイズ発生数Ｃｎが第１のノイズ閾値Ｃｔｈ１未満であると判定すると（Ｓ４２：ＮＯ）、ノイズ発生数Ｃｎが第２のノイズ閾値Ｃｔｈ２以上であるか判定する（Ｓ４４）。電力変換装置１は、ノイズ発生数Ｃｎが第２のノイズ閾値Ｃｔｈ２以上である場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、所定時間Ｔ１を所定値だけ短くする（Ｓ４５）。
【００７８】
このように電力変換装置１は、突発的な負荷変動に起因するノイズの発生頻度Ｃｎが多くなると所定時間Ｔ１を長く設定するため、そのノイズの影響の少ない電圧平均値を求めることができる。一方、電力変換装置１は、ノイズ発生頻度Ｃｎが低下すると、所定時間Ｔ１を短く設定するため、電動機３の異常予兆を速やかに検出できる。
【００７９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、上述した実施例は適宜組み合わせることができる。例えば、第３〜第５実施例は、第１実施例または第２実施例のいずれとも組合せ可能である。また例えば、第５実施例は、第１実施例、第２実施例、第１実施例と第３実施例の組合せ、第２実施例と第３実施例の組合せ、第２実施例と第３実施例の組合せ、第２実施例と第４実施例の組合せ、のいずれとも組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１：電力変換装置、２：ケーブル、３：電動機、４：電圧検出部、５：電流検出部、１１：速度指令演算部、１２：速度指令補正部、１３：電圧指令演算部、１４：交流電圧指令演算部、１５：ＰＷＭ演算部、２１：ユーザインターフェース部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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