(57)【要約】【課題】  インバータの運転状態の累積から、主回路素子や平滑用コンデンサ、平滑用リアクトルの熱的ストレスによる劣化を判断し、主回路故障の少ない電力変換器を提供する。【解決手段】  主回路素子を有するインバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器１を制御する装置において、インバータの主回路素子の温度検出手段１４と、スイッチング周波数から正規化した第１係数を算出する手段２０と、出力電圧指令から正規化した第２係数を算出する手段２１と、第１係数及び第２係数と検出温度とを乗算して熱的ストレス量を算出する手段２２と、インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段２３と、熱的ストレス量をインバータ動作時間の間積算し記憶する手段２５と、積算値を累積し累積値を算出する手段２６と、算出した累積値が所定値以上になった時点で主回路素子の劣化と判断する手段２７とを備える。【選択図】        図１
2007049837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主回路素子を有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、
前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記検出温度とを乗算して熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した積算値を累積し累積値を算出する手段と、該算出した累積値が所定値以上になった時点で前記主回路素子の劣化と判断する手段とを備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項２】
平滑用コンデンサを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、
前記インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記検出温度とを乗算して熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した積算値を累積し累積値を算出する手段と、該算出した累積値が所定値以上になった時点で前記平滑用コンデンサの劣化と判断する手段とを備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項３】
平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、
前記インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記検出温度とを乗算して熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した積算値を累積し累積値を算出する手段と、該算出した累積値が所定値以上になった時点で前記平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項４】
主回路素子及び平滑用コンデンサを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、
前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記主回路素子の検出温度とを乗算して該主回路素子の熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用コンデンサの検出温度とを乗算して該平滑用コンデンサの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した主回路素子の熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用コンデンサの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該主回路素子の劣化と判断する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用コンデンサの劣化と判断する手段とを備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項５】
主回路素子及び平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、
前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記主回路素子の検出温度とを乗算して該主回路素子の熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用リアクトルの検出温度とを乗算して該平滑用リアクトルの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した主回路素子の熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用リアクトルの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用リアクトルの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該主回路素子の劣化と判断する手段と、前記平滑用リアクトルの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項６】
平滑用コンデンサ及び平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、
前記インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用コンデンサの検出温度とを乗算して該平滑用コンデンサの熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用リアクトルの検出温度とを乗算して該平滑用リアクトルの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用コンデンサの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記インバータ動作時間中に算出した平滑用リアクトルの熱的ストレス量を積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用リアクトルの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記平滑用コンデンサの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用コンデンサの劣化と判断する手段と、前記平滑用リアクトルの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項７】
主回路素子、平滑用コンデンサ及び平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、
前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記主回路素子の検出温度とを乗算して該主回路素子の熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用コンデンサの検出温度とを乗算して該平滑用コンデンサの熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用リアクトルの検出温度とを乗算して該平滑用リアクトルの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量を前記インバータのスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用コンデンサの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用リアクトルの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶したインバータの平滑用リアクトルの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該主回路素子の劣化と判断する手段と、前記平滑用コンデンサの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用コンデンサの劣化と判断する手段と、前記平滑用リアクトルの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置に係り、特にインバータ主回路の劣化保護を考慮した電力変換器の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流を交流に変換して誘導電動機を駆動するインバータ、特に主回路に高速で高耐圧のスイッチング素子を用いたインバータは、電気車においても数多く実用化されている。これらのインバータとしては、交流端子に２レベルの電位を出力する２レベルインバータと、直流電源の高電位点と低電位点の間に中間電位点を設け、スイッチング素子の選択的なオン・オフ制御で高電位点、低電位点、中間電位点の３レベルの電位を交流端子に出力する３レベルインバータがある。主回路のスイッチング素子としては高周波スイッチングの可能な絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（以下、「ＩＧＢＴ」と称する）を適用して、電流リップルを少なくし電動機の磁気騒音の低減を可能にしている。
【０００３】
しかしながら、高周波スイッチングによりスイッチング素子の熱損失が増加し、長期間の熱損失のストレスでスイッチング素子劣化の発生が問題になっている。また、平滑用コンデンサや平滑用リアクトルについても、同様の劣化の問題が発生している。
【０００４】
従来は、主回路素子にサーミスタ等を接続して温度を測定し、予め用意した主回路素子の損失データと組合せて、主回路素子のチップ温度を推定し、チップ推定温度が予め設定した温度範囲以上に上昇した場合、主回路を開放させたり、インバータの動作を停止させたりしているが、あくまでインバータ運転中の温度上昇による保護動作であり、主回路への継続した熱ストレスによる影響を考慮していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上記事情に鑑み、インバータの運転状態の累積から、主回路素子や平滑用コンデンサ、平滑用リアクトルの熱的ストレスによる劣化を判断し、主回路故障の少ない電力変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、インバータの主回路素子、平滑用コンデンサ、平滑用リアクトルのそれぞれの温度を検出し、これら検出温度とインバータのスイッチング周波数及び出力電圧指令から算出する正規化ストレス係数とから熱的ストレス量を演算し、この熱的ストレス量をゲートスタートからゲートストップまでのインバータ通電時間中に乗算を行い、その演算結果を累積しておき、インバータが繰り返し動作される使用状態で、その累積値が所定値以上になった時に、主回路の劣化と判断することで達成される。
【０００７】
すなわち、本発明は、主回路素子を有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記検出温度とを乗算して熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した積算値を累積し累積値を算出する手段と、該算出した累積値が所定値以上になった時点で前記主回路素子の劣化と判断する手段とを備えた電力変換器の制御装置である。
【０００８】
また、本発明は、平滑用コンデンサを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、前記インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記検出温度とを乗算して熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した積算値を累積し累積値を算出する手段と、該算出した累積値が所定値以上になった時点で前記平滑用コンデンサの劣化と判断する手段とを備えた電力変換器の制御装置である。
【０００９】
そして、本発明は、平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、前記インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記検出温度とを乗算して熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した積算値を累積し累積値を算出する手段と、該算出した累積値が所定値以上になった時点で前記平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えた電力変換器の制御装置である。
【００１０】
更に、本発明は、主回路素子及び平滑用コンデンサを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記主回路素子の検出温度とを乗算して該主回路素子の熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用コンデンサの検出温度とを乗算して該平滑用コンデンサの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した主回路素子の熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用コンデンサの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該主回路素子の劣化と判断する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用コンデンサの劣化と判断する手段とを備えた電力変換器の制御装置である。
【００１１】
また、本発明は、主回路素子及び平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記主回路素子の検出温度とを乗算して該主回路素子の熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用リアクトルの検出温度とを乗算して該平滑用リアクトルの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した主回路素子の熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用リアクトルの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用リアクトルの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該主回路素子の劣化と判断する手段と、前記平滑用リアクトルの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えた電力変換器の制御装置である。
【００１２】
そして、本発明は、平滑用コンデンサ及び平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、前記インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用コンデンサの検出温度とを乗算して該平滑用コンデンサの熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用リアクトルの検出温度とを乗算して該平滑用リアクトルの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量を前記インバータのゲートスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用コンデンサの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記インバータ動作時間中に算出した平滑用リアクトルの熱的ストレス量を積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用リアクトルの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記平滑用コンデンサの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用コンデンサの劣化と判断する手段と、前記平滑用リアクトルの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えた電力変換器の制御装置である。
【００１３】
更に、本発明は、主回路素子、平滑用コンデンサ及び平滑用リアクトルを有する可変電圧、可変周波数インバータにより誘導電動機を駆動する電力変換器を制御する装置において、前記インバータの主回路素子の温度を検出する手段と、該インバータの平滑用コンデンサの温度を検出する手段と、該インバータの平滑用リアクトルの温度を検出する手段と、該インバータのスイッチング周波数から正規化した第１の係数を算出する手段と、該インバータの出力電圧指令から正規化した第２の係数を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記主回路素子の検出温度とを乗算して該主回路素子の熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用コンデンサの検出温度とを乗算して該平滑用コンデンサの熱的ストレス量を算出する手段と、前記算出した第１の係数及び第２の係数と前記平滑用リアクトルの検出温度とを乗算して該平滑用リアクトルの熱的ストレス量を算出する手段と、前記インバータのゲートスタートとストップ状態を判定する手段と、前記算出した主回路素子の熱的ストレス量を前記インバータのスタートからストップまでのインバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用コンデンサの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶した平滑用コンデンサの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記算出した平滑用リアクトルの熱的ストレス量を前記インバータ動作時間の間積算し記憶する手段と、該記憶したインバータの平滑用リアクトルの熱的ストレス量の積算値を累積し累積値を算出する手段と、前記主回路素子の熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該主回路素子の劣化と判断する手段と、前記平滑用コンデンサの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用コンデンサの劣化と判断する手段と、前記平滑用リアクトルの熱的ストレス量積算値の累積値が所定値以上になった時点で該平滑用リアクトルの劣化と判断する手段とを備えた電力変換器の制御装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力変換器の主回路素子や平滑用コンデンサ、平滑用リアクトルの温度の検出値と、電力変換器へのスイッチング周波数や出力電圧指令から正規化した係数とから、電力変換器の熱的ストレス量を演算し、電力変換器の運転時間も加味することで、主回路素子や平滑用コンデンサ、平滑用リアクトルの劣化を予測することが可能となり、主回路故障の少ない電力変換器の制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
以下、本発明の電力変換器の制御装置の実施例として、本発明をインバータ駆動車両に適用した場合について説明する。
【実施例１】
【００１６】
実施例１を説明する。図１において、直流電力が架線５から平滑用リアクトル（ＦＬ）３、平滑用コンデンサ（ＦＣ）２を介して電力変換器１に供給され、電力変換器１は可変電圧、可変周波数制御された交流出力を誘導電動機（ＩＭ）４に供給する。誘導電動機４は図示しない電気車の車輪と機械的に連結されており、電力変換器１の出力に応じて電気車は制御される。
【００１７】
スイッチング（キャリア）周波数１０は電力変換器１の主回路素子のスイッチング周波数を設定する手段であり、出力電圧指令１１は電力変換器１に所定の出力を得るため指令を発生する手段である。通常、スイッチング周波数設定値や出力電圧指令値、さらに誘導電動機４の電流フィードバック、平滑用コンデンサ２の両端電圧等を瞬時出力電圧指令１２に入力して瞬時に出力すべき電圧指令値を作成し、ＰＷＭ信号作成１３でパルス幅変調されたＰＷＭパルスに変換を行い、ゲート信号として電力変換器１に送り、可変電圧、可変周波数制御を行う。
【００１８】
上記のように電力変換器１はゲート信号によって高速でスイッチングされるため、熱損失を発生する。この熱損失の経年によるストレスによって主回路素子の劣化が進む。さらに、このスイッチングにより、平滑用コンデンサや平滑用リアクトルへも影響を及ぼしている。
【００１９】
そこで、電力変換器１の主回路素子等に与えている熱的なストレス量を、設定したスイッチング周波数や出力している電圧状態、及び素子等の温度状態から推定することで、熱による劣化状態を判定し、主回路の故障を未然に防ぐことが可能となる。
【００２０】
図１において、電力変換器１の主回路素子の温度を温度検出部１４で検出する。また、スイッチング周波数１０の大きさに対応した正規化係数１（第１の係数）を正規化係数１算出部２０で算出する。正規化係数１は、例えば図２に示すように、使用するスイッチング周波数に比例した値を選択する。インバータ駆動車両の場合、スイッチング周波数が５００Ｈｚ〜３ｋＨｚ程度であるから、正規化係数１として、Ｆ２＝５００ＨｚではＫ１１を、Ｆ２＝３ｋＨｚではＫ１０を、所要の値に選択すればよい。図２の特性曲線やＫ１０、Ｋ１１などの具体的な値は、使用した主回路素子の種類などに応じ、事前に実験などで求めることができる。
【００２１】
一方、出力電圧指令１１の大きさに対応した正規化係数２（第２の係数）を、正規化係数２算出部２１で算出する。出力電圧はＰＷＭ信号生成部１３の出力であるゲート信号に比例しており、出力電圧の低い領域では交流電圧１周期間のパルス数が多く、出力電圧の上昇につれてパルス数を少なくする制御を行っており、ＰＷＭ信号のキャリア周波数は、図４に示すような特性となる。出力電圧指令値が指令値Ｐ５より左側（低出力電圧領域）では、いわゆる非同期パルス状態で出力電圧が増大し、インバータ周波数の増加とともにキャリア周波数は比例して増加する。しかし非同期パルスでは出力電圧が高くなると、相電圧にアンバランスが発生するため、インバータ出力電圧に同期したパルスを発生させる必要が出てくる。図４では、同期５パルスを導入した例で、指令値Ｐ５の時点で非同期モードから同期５パルスに切替えているのを示している。同期パルスではパルス数の発生できる電圧領域には制限があり、出力電圧を連続に制御するためにはさらに他の同期パルスに切替える必要がある。図４では、同期３パルスを導入した例で、Ｐ３の時点で同期５パルスから同期３パルスに切替えているのを示している。同期３パルスでは出力電圧を９８％程度出力できるので、その後Ｐ１で全電圧を出力するいわゆる１パルスモードに切替えている。図４に示すように、同期パルスを切替える毎にキャリア周波数は大きく変化することになる。このキャリア周波数は主回路素子のスイッチング回数にほぼ等しいと考えてよいので、図３での正規化係数２は、図４のパルスモードに応じたキャリア周波数の変化を加味した特性を選択し、Ｋ２０〜Ｋ２３とする。図３の特性曲線やＫ２０〜Ｋ２３などの具体的な値は、使用した主回路素子の種類などに応じ、事前に実験などで求めることができる。
【００２２】
これら正規化係数１と正規化係数２、及び温度検出部１４で検出した電力変換器１の素子温度をストレス量演算部２２に入力し、瞬時の熱的なストレス量を演算する。電力変換器１の素子がスイッチングを行うのは、ゲート信号が印加されている期間のため、ゲートスタート２３でゲートスタートとストップ状態を判定し、通電時間測定部２４でゲート信号が印加されている時間（インバータ動作時間）を測定し、ゲート信号が印加されている期間だけ、演算した熱的なストレス量の積算を積算回路２５で行う。積算結果は逐次記憶しておき、累積値加算部２６で熱的ストレス量積算値を加算して累積値を得る。
【００２３】
累積値加算結果は劣化判定値２８に設定した所定値と劣化判定回路２７で比較判定を行い、累積値が所定値を上回った場合に劣化判断信号３０を出力する。また劣化判定回路２７にはタイマ２８から日時データを入力し、劣化判断信号３０を出力した日時を記憶させるようにしている。所定値の具体的な値は、使用した主回路素子の種類などに応じ、事前に実験などで求めることができる。
【００２４】
このように本実施例では、電力変換器の運転状態から熱的なストレス量を推定して主回路素子の劣化を判断することが可能になり、素子の故障を未然に防ぐことができる。
【実施例２】
【００２５】
実施例２を説明する。本発明の他の実施例を図５に示す。図５は、平滑用コンデンサＦＣ２の温度を温度検出部１５で検出する以外の構成は図１と同様である。温度検出部１５の出力をストレス量演算部２２に入力し、平滑用コンデンサＦＣ２の熱的ストレス量を演算する。従って図１と同様の処理により、平滑用コンデンサＦＣ２の劣化を判断することが可能となる。
【実施例３】
【００２６】
実施例３を説明する。本発明のさらに他の実施例を図６に示す。図６は、平滑用リアクトルＦＬ３の温度を温度検出部１６で検出する以外の構成は図１と同様である。温度検出部１６の出力をストレス量演算部２２に入力し、平滑用リアクトルＦＬ３の熱的ストレス量を演算する。従って図１と同様の処理により平滑用リアクトルＦＬ３の劣化を判断することが可能となる。
【実施例４】
【００２７】
実施例４を説明する。本発明のさらに他の実施例として図７、図８、図９を示す。すなわち、図１から図６の実施例では主回路素子、平滑用コンデンサ、平滑用リアクトルをそれぞれ単独で劣化状態を判断しているが、これらを組合せて構成することもできる。図７は、主回路素子と平滑用コンデンサの劣化判断を行うことができる実施例である。前述のように正規化係数１は使用するスイッチング周波数から、また正規化係数２は出力電圧指令の大きさから算出するため、正規化係数１及び正規化係数２の算出回路はそれぞれ一つでよく、主回路素子検出温度、平滑用コンデンサ検出温度と各々組合せて、それぞれのストレス量演算を２２及び４２で演算し、積算回路２５及び積算回路（２）４５でそれぞれの熱的ストレス量を積算し、累積値加算部２６及び累積値加算部（２）４６でそれぞれ累積値を加算する。主回路素子の劣化は劣化判定回路２７で、平滑用コンデンサの劣化は劣化判定部（２）４７でそれぞれ判定し、劣化判断信号３０及び５０を出力することができる。
【００２８】
図８は主回路素子と平滑用リアクトルの劣化判断を行うことができる変形例、図９は平滑用コンデンサと平滑用リアクトルの劣化判断を行うことができる他の変形例を示す。その動作は図７と同様の動作となる。
【実施例５】
【００２９】
実施例５を説明する。図１０は本発明のさらに他の実施例を示す。図１０では主回路素子、平滑用コンデンサ、及び平滑用リアクトルの劣化判断を行うことができる。図１０においても正規化係数１及び正規化係数２の算出回路はそれぞれ一つでよく、主回路素子検出温度、平滑用コンデンサ検出温度、平滑用リアクトル検出温度と、正規化係数１及び正規化係数２を各々組合せて、主回路素子、平滑用コンデンサ、平滑用リアクトルの劣化状態を劣化判定回路２７、４７、６７でそれぞれ判断することができる。それぞれの動作は図７の場合と同様となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１のインバータ装置のブロック図。
【図２】実施例１における正規化係数１の算出を説明する図。
【図３】実施例１における正規化係数２の算出を説明する図。
【図４】実施例１における正規化係数２の算出を補足する図。
【図５】実施例２のインバータ装置のブロック図。
【図６】実施例３のインバータ装置のブロック図。
【図７】実施例４のインバータ装置のブロック図。
【図８】実施例４のインバータ装置の変形例のブロック図。
【図９】実施例４のインバータ装置の別の変形例のブロック図。
【図１０】実施例５のインバータ装置のブロック図。
【符号の説明】
【００３１】
１…電力変換器、２…平滑用コンデンサ、３…平滑用リアクトル、４…誘導電動機、１０…スイッチング周波数、１１…出力電圧指令、１２…瞬時出力電圧指令、１３…ＰＷＭ信号生成、１４…主回路素子温度検出部、１５…平滑用コンデンサ温度検出部、１６…平滑用リアクトル温度検出部、２０…正規化係数１算出部、２１…正規化係数２算出部、２２…ストレス量演算部、２３…ゲートスタート、２４…通電時間測定部、２５…積算回路、２６…累積値加算部、２７…劣化検出回路、２８…劣化判定値、２９…タイマ
【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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【図９】
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【図１０】
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