1.本发明涉及对在逆变器(inverter)或变换器(converter)等的电力变换装置中使用的开关元件的劣化进行推断的劣化推断装置及劣化推断程序。
背景技术：2.在马达驱动用逆变器或电力送电用变换器等的电力变换装置中，通过对电力变换用的开关元件的开关宽度进行控制来控制电力。开关元件对于电力变换装置而言是基础零件，如果该开关元件故障，则从电力变换装置得到电力的装置会停止或系统整体会停止等，带来较大的影响。
3.为了将故障防止于未然，也有施以将超过了年限的装置的电力变换用半导体开关元件更换为新品等的处置的情况，但这样做不仅维护费用高涨，而且有维护人员的人手不足的问题。因而，希望设置在电力变换用半导体开关元件故障之前预先检测故障的征兆并发出警报的机构。
4.关于预先检测故障的征兆的技术，已知有例如专利文献1中记载的技术。专利文献1所记载的电力变换装置具备：泄漏电流检测机构，检测电力变换用半导体开关元件的栅极泄漏电流；以及元件异常检测机构，以装置的使用开始时的泄漏电流为基准，当其大小变化了一定值以上时，输出表示异常的征兆的元件异常检测信号。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2003－70231号公报
技术实现要素：8.发明要解决的课题
9.但是，专利文献1所记载的电力变换装置作为半导体开关元件的栅极与发射极之间的泄漏电流检测机构，新设有vge检测电路，用于检测在栅极电阻与半导体开关元件的栅极的相互连接点和半导体开关元件的发射极之间施加的栅极电压。
10.在电力变换装置中，即使为了变换控制而具备用来测量输入电压或输入电流、输出电压或输出电流等的机构，通常也不具备测量并反馈开关元件的特性那样的机构。因而，在专利文献1所记载的电力变换装置中，需要在开关元件中设置新的特别的传感器。
11.为了测量栅极与发射极间的泄漏电流，也有连接电阻并测量电压的简单的方法，但如果从栅极的控制信号流过电流，则导通时及断开时的条件将会变化。这样，则还是只能使用钳位型电流计那样的特殊的计测机构。
12.所以，本发明的目的是提供一种能够无需设置特别的传感器而推断开关元件的劣化的电力变换装置的劣化推断装置及劣化推断程序。
13.用来解决课题的手段
14.本发明的电力变换装置的劣化推断装置的特征在于，具备：运算机构，根据作为上
述电力变换装置的输出电压的目标的电压指令和上述电力变换装置的输出电压值，计算上述电力变换装置中的电力变换用的开关元件的特性的变化量；判定机构，判定由上述运算机构计算出的特性的变化量与初始状态相比是否变化了阈值以上；以及报告机构，当上述判定机构判定为是阈值以上时报告警告；上述运算机构具备：极性判定机构，根据来自上述电力变换装置的输出电流判定电流的极性，其中上述电力变换装置由上述开关元件所形成的上臂和下臂形成；以及切换机构，根据来自上述极性判定机构的切换信号切换上述特性的变化量；为了分别判定由上述切换机构切换后的特性的变化量而设有一对上述判定机构。
15.此外，本发明的电力变换装置的劣化推断程序的特征在于，使计算机作为以下机构发挥功能：运算机构，根据作为上述电力变换装置的输出电压的目标的电压指令和上述电力变换装置的输出电压值，计算上述电力变换装置中的电力变换用的开关元件的特性的变化量；判定机构，判定由上述运算机构计算出的特性的变化量与初始状态相比是否变化了阈值以上；以及报告机构，当上述判定机构判定为是阈值以上时报告警告；上述运算机构具备：极性判定机构，根据来自上述电力变换装置的输出电流判定电流的极性，其中上述电力变换装置由上述开关元件所形成的上臂和下臂形成；以及切换机构，根据来自上述极性判定机构的切换信号切换上述特性的变化量；为了分别判定由上述切换机构切换后的特性的变化量而设有一对上述判定机构。
16.根据本发明，通过运算机构根据对电力变换装置的电压指令和电力变换装置的输出电压值计算开关元件的特性的变化量，由判定机构判定特性的变化量的变化是否为阈值以上，当判定机构判定为是阈值以上时，报告机构报告警告。由于对电力变换装置的电压指令、电力变换装置的输出电压值及输出电流能够从逆变器具备的直流电压测量机构、输出电压测量机构、输出电流测量机构取得，所以不需要设置特别的传感器。
17.进而，由于切换机构能够根据极性判定机构判定的电流的极性来切换一对积分机构，所以能够运算上臂及下臂各自的特性的变化量的变化。因而，能够由一对判定机构推断上臂及下臂的故障的征兆。
18.上述判定机构可以将与上述电力变换装置的输出电流对应的特性的变化量存储而设为初始状态，基于该初始状态决定上述阈值。通过这样，能够决定与输出电流对应的特性的变化量的阈值，所以能够正确地推断开关元件的劣化。
19.上述运算机构可以具备：减法机构，计算上述电压指令与上述输出电压值之间的差；以及积分机构，将对由上述减法机构计算出的差进行积分而得到的差积分值输出给上述判定机构。通过由积分机构对减法机构计算出的电压指令与输出电压值的差进行积分，能够忽视电压值的微小的变动等，由于将差累积，所以能够使劣化的征兆变大。
20.上述积分机构可以将由规定区间中的定积分得到的积分值作为上述差积分值输出。通过由区间中的定积分计算差积分值，能够抑制发散的积分值。
21.上述运算机构可以具备：第1平均化机构，按照与载波信号同步的每个时间间隔计算向上述电力变换装置输入的输入电压值的平均值；乘法机构，将来自上述第1平均化机构的输入电压值的平均值与调制因数相乘来计算上述电压指令并向上述减法机构输出；以及第2平均化机构，按照与载波信号同步的每个时间间隔计算上述电力变换装置的输出电压值的平均值并向上述减法机构输出。通过由第1平均化机构将输入电压值平均化，由第2平
均化机构将输出电压值平均化，在维护时等情况下，作业者通过观察波形能够掌握电力变换装置的动作状态。
22.发明效果
23.本发明能够无需设置特别的传感器而推断开关元件的劣化。
附图说明
24.图1是表示电力变换装置的一例的图。
25.图2是表示有关本发明的实施方式1的劣化推断装置的图。
26.图3的(a)是表示输出电流的极性为正时的来自乘法机构的u相电压指令的平均值和来自第2平均化机构的输出电压值的平均值的波形的一例的图，图3的(b)是表示输出电流的极性为负时的来自乘法机构的u相电压指令的平均值和来自第2平均化机构的输出电压值的平均值的波形的一例的图。
27.图4是表示将三相交流电动机用逆变器驱动时的来自积分机构的积分值的波形的一例的图，图4的(a)是上臂及下臂的延迟为初始状态，是表示输出电流的极性为正时的来自一方的积分机构的输出的波形的一例的图，图4的(b)是图4的(a)的延迟状态，是表示输出电流的极性为负时的来自另一方的积分机构的输出的波形的一例的图。
28.图5是表示将三相交流电动机用逆变器驱动时的来自积分机构的积分值的波形的一例的图，图5的(a)是上臂的断开延迟增大、下臂的延迟保持初始状态原状的状态，是表示输出电流的极性为正时的来自一方的积分机构的输出的波形的一例的图，图5的(b)是表示图5的(a)的延迟状态时的输出电流的极性为负时的来自另一方的积分机构的输出的波形的一例的图。
29.图6是表示将三相交流电动机用逆变器驱动时的来自积分机构的积分值的波形的一例的图，图6的(a)是上臂的延迟保持为初始状态原状、下臂的断开延迟增大的状态，是表示输出电流的极性为正时的来自一方的积分机构的输出的波形的一例的图，图6的(b)是表示图6的(a)的延迟状态时的来自另一方的积分机构的输出的波形的一例的图。
30.图7是表示将三相交流电动机用逆变器驱动时的、将来自积分机构的差积分值进行区间积分时的波形的一例的图，图7的(a)是上臂及下臂的延迟为初始状态，是表示输出电流的极性为正时的来自一方的积分机构的输出的波形的一例的图，图7的(b)是图7的(a)的延迟状态，是表示输出电流的极性为负时的来自另一方的积分机构的输出的波形的一例的图。
31.图8是表示将三相交流电动机用逆变器驱动时的、将来自积分机构的差积分值进行区间积分时的波形的一例的图，图8的(a)是上臂的断开延迟增大、下臂的延迟为初始状态的原状的状态，是表示输出电流的极性为正时的来自一方的积分机构的输出的波形的一例的图，图8的(b)是图8的(a)的延迟状态，是表示输出电流的极性为负时的来自另一方的积分机构的输出的波形的一例的图。
32.图9是表示将三相交流电动机用逆变器驱动时的、将来自积分机构的差积分值进行区间积分时的波形的一例的图，图9的(a)是上臂的延迟保持为初始状态原状、下臂的断开延迟增大的状态，是表示输出电流的极性为正时的来自一方的积分机构的输出的波形的一例的图，图9的(b)是图9的(a)的延迟状态，是表示输出电流的极性为负时的来自另一方
的积分机构的输出的波形的一例的图。
33.图10是用来说明将电力变换装置的输出电压从相电压设为线间电压的图。
具体实施方式
34.(实施方式1)
35.基于附图说明有关本发明的实施方式1的电力变换装置的劣化推断装置。
36.在本实施方式1中，电力变换装置如图1所示，是逆变器10。首先，对该逆变器10的结构进行说明。
37.有关本实施方式1的逆变器10是从直流输出三相交流的装置。如图1所示，在逆变器10上连接着三相交流电动机m。
38.逆变器10具有第1臂(arm)11到第3臂13，上臂111、121、131和下臂112、122、132分别被串联地连接。
39.上臂111～131通过第1配线141a～141c与正侧电源线p连接。下臂112～132通过第2配线142a～142c与负侧电源线n连接。上臂111～131与下臂112～132之间通过第3配线143a～143c连接。
40.上臂111～131和下臂112～132由开关元件和回流二极管构成。开关元件由半导体器件形成。例如，开关元件可以使用双极晶体管、mosfet(metal－oxide－semiconductor field－effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极晶体管)等。在本实施方式1中，作为开关元件而使用可流过大电流、开关速度较快的igbt。
41.逆变器10具备通过pwm(pulse width modulation：脉宽调制)控制该上臂111～131及下臂112～132的开关的控制机构。
42.控制机构具备：电压指令机构15，关于u相到w相输出作为目标电压的电压指令；调制因数运算机构16，根据来自电压指令机构15的电压指令和输入电压值信号表示的输入电压值输出调制因数信号；振荡机构17，输出载波信号；比较机构18，将调制因数信号与三角波信号进行比较而输出开关信号(栅极信号)；以及反转机构19，将输出给上臂111～131的开关信号为了下臂112～132而反转。
43.电压指令机构15具备u相用的u相电压指令机构151、v相用的v相电压指令机构152和w相用的w相电压指令机构153。
44.从u相电压指令机构151、v相电压指令机构152和w相电压指令机构153输出u相电压指令、v相电压指令及w相电压指令。
45.调制因数运算机构16是将来自电压指令机构15的电压指令除以由后述的直流电压测量机构测量到的输入电压值信号所表示的输入电压值而输出调制因数的除法器。调制因数可以设为－1.0～1.0。
46.调制因数运算机构16具备u相用的u相调制因数运算机构161、v相用的v相调制因数运算机构162和w相用的w相调制因数运算机构163。
47.从u相调制因数运算机构161、v相调制因数运算机构162和w相调制因数运算机构163向比较机构18输出电压指令(u相电压指令、v相电压指令、w相电压指令)，并且通过u相调制因数信号、v相调制因数信号及w相调制因数信号输出调制因数。
48.振荡机构17作为载波信号而输出三角波信号。
49.比较机构18具备u相用的u相比较机构181、v相用的v相比较机构182和w相用的w相比较机构183。
50.反转机构19具备u相用的u相反转机构191、v相用的v相反转机构192和w相用的w相反转机构193。
51.此外，逆变器10具备：直流电压测量机构21，测量输入电压值；分压器22，用来从串联连接在正侧电源线p与负侧电源线n之间的电阻22a与电阻22b的连接点取得输出电压(u相电压、v相电压、w相电压)的基准电位；输出电压测量机构23，测量逆变器10的输出电压；以及输出电流测量机构24，测量逆变器10的输出电流。
52.图1所示的直流电压测量机构21将输入电压的电压值作为输入电压值信号输出。
53.分压器22的电阻22a和电阻22b为了使输入电压的中位电压成为基准电位而设为相同的电阻值。
54.输出电压测量机构23测量各相的输出电压。输出电压测量机构23具备u相用的u相输出电压测量机构231、v相用的v相输出电压测量机构232和w相用的w相输出电压测量机构233。
55.从u相输出电压测量机构231、v相输出电压测量机构232和w相输出电压测量机构233将输出电压值通过u相输出电压值信号、v相输出电压值信号及w相输出电压值信号输出。
56.输出电流测量机构24测量各相的输出电流。输出电流测量机构24可以使用各种电流传感器。例如，输出电流测量机构24可以使用ct方式或霍尔元件方式、罗氏线圈(rogowski coil)方式等各种方式。输出电流测量机构24具备u相用的u相输出电流测量机构241、v相用的v相输出电流测量机构242和w相用的w相输出电流测量机构243。从u相输出电流测量机构241、v相输出电流测量机构242和w相输出电流测量机构243将输出电流值通过u相输出电流信号、v相输出电流信号及w相输出电流信号输出。
57.接着，基于附图对推断作为该逆变器10的开关元件的igbt(第1臂11到第3臂13的上臂111～131及下臂112～132)的劣化的劣化推断装置的结构进行说明。
58.图2所示的劣化推断装置30是使计算机执行劣化推断程序的装置。
59.此外，劣化推断装置30具备运算机构31、判定机构32和报告机构33。
60.运算机构31根据作为图1所示的逆变器10的输出电压的目标的电压指令和来自逆变器10的输出电压值计算作为开关元件的特性的变化量的一例的延迟。
61.运算机构31具备u相用的u相运算机构311、v相用的v相运算机构312和w相用的w相运算机构313。u相运算机构311、v相运算机构312和w相运算机构313相同的结构。
62.各个运算机构31具备第1平均化机构31a、第2平均化机构31b、乘法机构31c、减法机构31d、积分机构31e、极性判定机构31f和进行切换的切换机构31g。
63.第1平均化机构31a将与三角波信号(载波信号)同步的每个时间间隔的第1臂11到第3臂13的导通时及断开时的输入电压值平均化。
64.第2平均化机构31b将与三角波信号(载波信号)同步的每个时间间隔的第1臂11到第3臂13的导通时及断开时的输出电压值信号(u相输出电压值信号、v相输出电压值信号、w相输出电压值信号)所表示的电压值平均化。
65.乘法机构31c将来自第1平均化机构31a的电压值与来自电压指令机构15(u相电压指令机构151、v相电压指令机构152、w相电压指令机构153)的调制因数信号(u相调制因数信号、v相调制因数信号、w相调制因数信号)相乘。
66.减法机构31d从来自乘法机构31c的电压值减去来自第2平均化机构31b的电压值。
67.积分机构31e是输出对来自减法机构31d的电压值进行了积分而得到的差积分值的装置，设有一对。
68.极性判定机构31f根据来自各相的输出电流测量机构24(参照图1)的输出电流信号所表示的输出电流，判定电流的极性。
69.切换机构31g根据来自极性判定机构31f的切换信号，将来自减法机构31d的信号切换为一方的积分机构31e和另一方的积分机构31e中的某个。
70.判定机构32通过检测出来自运算机构31的电压值从初始状态变化了阈值以上，来检测作为开关元件的第1臂11～第3臂13中的上臂111～131和下臂112～132的延迟异常。阈值可以设为与开关元件的各个特性或个体差异、负载对应的任意的值。
71.判定机构32具备u相用的u相判定机构321、v相用的v相判定机构322和w相用的w相判定机构323。
72.u相用的u相判定机构321、v相用的v相判定机构322和w相用的w相判定机构323为了判定来自一方的积分机构31e和另一方的积分机构31e的各自的差积分值，对每相设有一对。
73.报告机构33将来自判定机构32的异常的检测向使用者或作业者、维护负责者通知。
74.基于附图对如以上那样构成的有关本发明的实施方式1的劣化推断装置30的动作进行说明。另外，关于本实施方式1的说明，以u相为代表进行说明。
75.[逆变器10的动作的说明]
[0076]
首先，对图1所示的逆变器10的动作进行说明。
[0077]
从u相电压指令机构151输出电压指令信号。基于由该电压指令信号指定的电压指令，u相调制因数运算机构161输出表示调制因数的u相调制因数信号。
[0078]
由u相比较机构181对来自振荡机构17的三角波信号的电压与来自u相电压指令机构151(u相调制因数运算机构161)的u相电压指令进行比较，在u相电压指令比三角波信号高的期间中，输出用来将第1臂11的上臂111设为导通的上臂用pwm信号。此外，由u相反转机构191在u相指令电压比三角波信号低的期间中，输出用来将第1臂11的下臂112设为导通的下臂用pwm信号。通过反复进行该处理，三相交流电动机m作为u相输出而能够得到交流电力。
[0079]
[劣化推断装置30的动作的说明]
[0080]
作为igbt(开关元件)的故障的事前征兆，可以预测逆变器10的输出电压不再追随其电压指令(误差变得比通常大)。
[0081]
所以，劣化推断装置30首先如图2所示，通过第1平均化机构31a，将来自振荡机构17的三角波信号的半周期中的来自直流电压测量机构21(参照图1)的输入电压值信号所表示的输入电压值平均化。接着，由乘法机构31c将来自第1平均化机构31a的输入电压值的平均值与来自u相电压指令机构151的u相调制因数信号所表示的调制因数相乘。通过由该乘
法机构31c进行的相乘，计算u相电压指令的平均值。
[0082]
此外，由第2平均化机构31b基于来自振荡机构17的三角波信号，将三角波信号的半周期中的来自u相输出电压测量机构231(参照图1)的u相输出电压值信号所表示的输出电压值平均化。
[0083]
在本实施方式1中，第1平均化机构31a及第2平均化机构31b设为三角波信号的半周期，但只要设为与三角波信号同步的定时即可，所以也可以设为1周期。
[0084]
在图3的(a)中，表示来自乘法机构31c的u相电压指令的平均值和来自第2平均化机构31b的输出电压值的平均值。这样，通过将u相电压指令平均化或将输出电压值平均化，能够容易地在视觉上掌握电压指令和输出电压值的各波形。
[0085]
接着，通过由减法机构31d从来自乘法机构31c的u相电压指令的平均值减去来自第2平均化机构31b的u相输出电压值的平均值而计算差，从而计算作为开关元件的第1臂11的上臂111的延迟。
[0086]
接着，极性判定机构31f根据u相输出电流信号所表示的输出电流判定电流的极性，根据切换信号将切换机构31g切换。
[0087]
通过该切换信号，当输出电流的极性为正时，由一方的积分机构31e(在图2中是上侧的积分机构31e)对来自减法机构31d的差进行积分。此外，当输出电流的极性为负时，由另一方的积分机构31e(在图2中为下侧的积分机构31e)对来自减法机构31d的差进行积分。
[0088]
这里，在图3的(a)中表示输出电流的极性为正时的来自乘法机构31c的u相电压指令的平均值和来自第2平均化机构31b的输出电压值的平均值。
[0089]
此外，在图3的(b)中表示输出电流的极性为负时的来自乘法机构31c的u相电压指令的平均值和来自第2平均化机构31b的输出电压值的平均值。
[0090]
并且，在图4的(a)中表示上臂111及下臂112的断开延迟为初始状态(4μs)时的来自一方的积分机构31e(参照在图2中为上侧的积分机构31e)的输出(特性的变化量)。
[0091]
进而，在图4的(b)中表示为与图4的(a)的延迟状态相同的延迟时的来自另一方的积分机构31e(参照在图2中为下侧的积分机构31e)的输出。
[0092]
图4的(a)及图4的(b)所示的波形是三相交流电动机m(参照图1)为一定转速、一定负载的状态，是从时刻10秒起由积分机构31e、31e开始了积分的波形。
[0093]
根据图4的(a)及图4的(b)也可知，来自积分机构31e、31e的输出以规定的斜率上升或下降。
[0094]
例如，如果图1所示的上臂111～131和下臂112～132两者发生劣化而特性发生变化，断开延迟增加，则图4的(a)及图4的(b)所示的两者的波形的斜率变得平缓。此时，如果没有切换机构31g，用1个积分机构31e对来自减法机构31d的差进行积分，则成为正值与负值的相加，被抵消，所以不能检测到异常的征兆。
[0095]
但是，在劣化推断装置30中，基于从第1臂11～第3臂13输出的电流的朝向，判定上臂111～131或下臂112～132的哪个劣化了。
[0096]
例如，作为上臂111的特性的变化，假设成为断开时的延迟从4μs增大到了8μs。另外，下臂112的断开延迟是保持初始状态(4μs的延迟)的原状。
[0097]
在图5的(a)中表示了此时的来自一方的积分机构31e的输出。此外，在图5的(b)中表示了来自另一方的积分机构31e的输出。
[0098]
在该图5的(a)及图5的(b)所示的波形中，也与图4同样，是三相交流电动机m(参照图1)为一定转速、一定负载的状态，是从时刻10秒起由积分机构31e、31e开始了积分的波形。
[0099]
在图5的(b)中，与图4的(b)相比没有变化，但在图5的(a)中，可知断开延迟与初始状态相比斜率变得平缓。
[0100]
因而，特性的变化量通过一方的u相判定机构321检测到与初始状态的差变大、与初始状态相比的变化成为阈值以上，能够推断出上臂111劣化了。并且，一方的u相判定机构321能够将u相第1警报信号向报告机构33通知。
[0101]
接着，例如假设上臂111的断开延迟是保持初始状态(4μs的延迟)原状、而下臂112成为断开时的延迟从4μs增大到8μs。在图6的(a)中表示此时的来自一方的积分机构31e的输出。此外，在图6的(b)中表示来自另一方的积分机构31e的输出。
[0102]
在该图6的(a)及图6的(b)所示的波形中，也与图4同样，是三相交流电动机m(参照图1)为一定转速、一定负载的状态，是从时刻10秒起由积分机构31e、31e开始了积分的波形。
[0103]
在图6的(a)中，与图4的(a)相比没有变化，但在图6的(b)中可知延迟与初始状态相比斜率变得平缓。
[0104]
因而，通过另一方的u相判定机构321检测到与初始状态的差变大、与初始状态相比的变化成为阈值以上，能够推断出下臂112劣化了。并且，另一方的u相判定机构321能够将u相第2警报信号向报告机构33通知。
[0105]
进而，在上臂111和下臂112的两者的断开延迟从4μs增大到8μs的情况下，电流为正值的上臂111的输出电压成为图5的(a)表示的波形，电流为负值的下臂112的输出电压成为图6的(b)表示的波形。
[0106]
因而，由于根据表示正常的状态的图5的(b)及图6的(a)表示的波形可知变化了，所以通过检测出该变化成为阈值以上，能够将能够推断为上臂111及下臂112的两者劣化了的u相第1警报信号向报告机构33通知。
[0107]
此外，通过由图2所示的积分机构31e、31e将来自减法机构31d的导通延迟及断开延迟(差)积分，能够将电压值的微小的变动等忽视，由于将差累积，所以能够使劣化的征兆变大。
[0108]
并且，通过报告机构33通知异常，能够向使用者或管理者、维护担当者等通知逆变器10(参照图1)有可能故障。该通知可以通过灯等的光、扬声器的声音、因特网的电子邮件等各种各样的方法进行。
[0109]
如以上这样，根据有关本实施方式1的劣化推断装置30，通过由运算机构31根据与作为逆变器10的输出电压的目标对应的电压指令和来自逆变器10的输出电压值计算igbt的特性的变化量，由判定机构32判定特性的变化量的变化是否为阈值以上，当判定机构32判定为是阈值以上时，报告机构33能够报告警告。
[0110]
对逆变器10的电压指令、逆变器10的输出电压值及输出电流，可以从逆变器10具备的直流电压测量机构21、输出电压测量机构23、输出电流测量机构24取得，所以劣化推断装置30能够无需设置特别的传感器而推断作为开关元件的igbt的劣化。
[0111]
此外，通过在输出电流的极性为正时和为负时将积分机构31e切换并分别判定，能
够检测出是上臂111或下臂112的哪个或两者都劣化了。
[0112]
进而，由于作为u相用、v相用及w相用分别设有运算机构31、判定机构32，所以能够检测每相的劣化。
[0113]
在上述说明中，关于对由向作为电力变换装置的一例的逆变器10的电压指令和来自逆变器10的输出电压值的减法得到的特性的变化量进行的检测，以断开延迟的增加为例进行了说明，但作为开关元件的特性的变化，可以检测导通延迟、断开延迟、导通电压、导通电阻、dv/dt(电压变化率)等。
[0114]
在本实施方式1中，在运算机构31中，由第1平均化机构31a将输入电压值信号所表示的输入电压值平均化，此外由第2平均化机构31b将输出电压值平均化。通过这样，能够得到图3的(a)及图3的(b)所示的波形，所以在维护时等作业者通过观察波形，能够容易地掌握逆变器10的动作状态。
[0115]
但是，如果不需要得到图3的(a)及图3的(b)所示的波形，则在减法机构31d的后段能够由积分机构31e对差取积分，所以第1平均化机构31a及第2平均化机构31b可以省略。
[0116]
(实施方式2)
[0117]
接着，说明有关本发明的实施方式2的劣化推断装置。
[0118]
通过图2所示的一对积分机构31e将差积分，所以随着时间的经过，差积分值会较大地发散。
[0119]
所以，在积分机构31e的积分中，进行规定区间中的定积分(区间积分)，设为差积分值。以下，将其称作区间积分。
[0120]
该区间积分例如在将区间设为5秒时能够通过以下的式(1)求出。
[0121][0122]
其中，t是任意的时间，e(t)是来自积分机构31e的积分值。
[0123]
在图7至图9中，表示在由逆变器10将图1所示的三相交流电动机m驱动时、将规定区间例如设为5秒而计算来自积分机构31e的差积分值时的波形。
[0124]
图7的(a)及图7的(b)所示的波形与表示上臂111的断开延迟和下臂112的断开延迟为初始状态(4μs)的波形的图4对应，表示代替差的积分而替换为区间积分的情况。
[0125]
此外，图8的(a)及图8的(b)所示的波形与表示上臂111的断开延迟从4μs增大到8μs、下臂112的断开延迟为初始状态(4μs)时的波形的图5的(a)及图5的(b)对应，表示代替差的积分而替换为区间积分的情况。
[0126]
进而，图9的(a)及图9的(b)所示的波形与表示上臂111的断开延迟为初始状态(4μs)、下臂112的断开延迟从4μs增大到8μs时的波形的图6的(a)及图6的(b)对应，表示代替差的积分而替换为区间积分的情况。
[0127]
在本实施方式2中，由于为5秒区间的积分，所以如图7～图9所示，在从积分开始(时刻10秒)起5秒后成为一定的值。
[0128]
无论是在图8至图9的哪种情况下，都与图4至图6所示的波形同样，如果延迟增大则波形的斜率变得平缓，所以通过检测出与初始状态相比的变化成为阈值以上，能够检测出开关元件的延迟特性的劣化。
[0129]
此外，如图8至图9所示，通过积分机构31e对差积分值进行区间积分，能够抑制发散的积分值。
[0130]
(实施方式3)
[0131]
接着，说明有关本发明的实施方式3的劣化推断装置。
[0132]
构成图1所示的逆变器10的第1臂11～第3臂13的igbt的延迟通过来自图2所示的一对积分机构31e的差积分值来计算。但是，该差积分值通过负载电流而受到影响。例如，在无负载时和作为输出电流流过规定电流的状态下，构成第1臂11～第3臂13的igbt的延迟不同。
[0133]
所以，在判定机构32中，输入来自各相的第1臂11～第3臂13的输出电压，存储表示与输出电压对应的延迟的差积分值而设为初始状态，基于该初始状态决定阈值。通过这样，能够决定与负载电流(输出电流)对应的特性的变化量的阈值，所以能够正确地推断开关元件(igbt)的劣化。
[0134]
另外，在本实施方式1～4中，如图1所示，以由上臂111～131及下臂112～132形成的二电平的逆变器10为例进行了说明，但本发明的劣化推断装置如果是三电平的逆变器也能够应用。
[0135]
此外，在实施方式中，如图1所示，由u相用的u相输出电压测量机构231、v相用的v相输出电压测量机构232和w相用的w相输出电压测量机构233形成的输出电压测量机构23测量各相的输出电压，作为u相输出电压值信号、v相输出电压值信号及w相输出电压值信号输出。
[0136]
但是，输出电压不仅是相电压，也可以为线间电压。
[0137]
例如，假设将输出给图2所示的u相运算机构311的输出电压输出，代替u相输出电压值信号，如图10所示那样能够设为来自u－v间输出电压测量机构251的u－v间输出电压值信号。在此情况下，使用“u相调制因数信号－v相调制因数信号”的信号作为u相运算机构311的u相调制因数信号的替代。
[0138]
此外，假设将输出给图2所示的v相运算机构312的输出电压输出，代替v相输出电压值信号，如图10所示那样能够设为来自v－w间输出电压测量机构252的v－w间输出电压值信号。在此情况下，作为v相运算机构312的v相调制因数信号的替代而使用“v相调制因数信号－w相调制因数信号”的信号。
[0139]
进而，假设将输出给图2所示的w相运算机构313的输出电压输出，代替w相输出电压值信号，如图10所示那样能够设为来自w－u间输出电压测量机构253的w－u间输出电压值信号。在此情况下，作为w相运算机构313的w相调制因数信号的替代而使用“w相调制因数信号－u相调制因数信号”的信号。
[0140]
即使设为这样的测量线间电压的输出电压测量机构25(u－v间输出电压测量机构251、v－w间输出电压测量机构252、w－u间输出电压测量机构253)，也能够测量输出电压，并由运算机构31计算作为开关元件的特性的变化量的一例的延迟。
[0141]
产业上的可利用性
[0142]
本发明由于能够推断电力变换装置的劣化，所以对于从简单的电源向基础系统供给电力的电源等是优选的。
[0143]
标号说明
[0144]
10 逆变器
[0145]
11 第1臂
[0146]
12 第2臂
[0147]
13 第3臂
[0148]
111、121、131 上臂
[0149]
112、122、132 下臂
[0150]
141a～141c 第1配线
[0151]
142a～142c 第2配线
[0152]
143a～143c 第3配线
[0153]
15 电压指令机构
[0154]
151 u相电压指令机构
[0155]
152 v相电压指令机构
[0156]
153 w相电压指令机构
[0157]
16 调制因数运算机构
[0158]
161 u相调制因数运算机构
[0159]
162 v相调制因数运算机构
[0160]
163 w相调制因数运算机构
[0161]
17 振荡机构
[0162]
18 比较机构
[0163]
181 u相比较机构
[0164]
182 v相比较机构
[0165]
183 w相比较机构
[0166]
19 反转机构
[0167]
191 u相反转机构
[0168]
192 v相反转机构
[0169]
193 w相反转机构
[0170]
21 直流电压测量机构
[0171]
22 分压器
[0172]
22a、22b 电阻
[0173]
23 输出电压测量机构
[0174]
231 u相输出电压测量机构
[0175]
232 v相输出电压测量机构
[0176]
233 w相输出电压测量机构
[0177]
24 输出电流测量机构
[0178]
241 u相输出电流测量机构
[0179]
242 v相输出电流测量机构
[0180]
243 w相输出电流测量机构
[0181]
25 输出电压测量机构
[0182]
251 u－v间输出电压测量机构
[0183]
252 v－w间输出电压测量机构
[0184]
253 w－u间输出电压测量机构
[0185]
30 劣化推断装置
[0186]
31 运算机构
[0187]
311 u相运算机构
[0188]
312 v相运算机构
[0189]
313 w相运算机构
[0190]
31a 第1平均化机构
[0191]
31b 第2平均化机构
[0192]
31c 乘法机构
[0193]
31d 减法机构
[0194]
31e 积分机构
[0195]
31f 极性判定机构
[0196]
31g 切换机构
[0197]
32 判定机构
[0198]
321 u相判定机构
[0199]
322 v相判定机构
[0200]
323 w相判定机构
[0201]
33 报告机构
[0202]
p 正侧电源线
[0203]
n 负侧电源线
[0204]
m 三相交流电动机
技术特征：1.一种电力变换装置的劣化推断装置，其特征在于，具备：运算机构，根据作为上述电力变换装置的输出电压的目标的电压指令和上述电力变换装置的输出电压值，计算上述电力变换装置中的电力变换用的开关元件的特性的变化量；判定机构，判定由上述运算机构计算出的特性的变化量与初始状态相比是否变化了阈值以上；以及报告机构，当上述判定机构判定为是阈值以上时报告警告；上述运算机构具备：极性判定机构，根据来自上述电力变换装置的输出电流判定电流的极性，其中上述电力变换装置由上述开关元件所形成的上臂和下臂形成；以及切换机构，根据来自上述极性判定机构的切换信号切换上述特性的变化量；为了分别判定由上述切换机构切换后的特性的变化量而设有一对上述判定机构。2.如权利要求1所述的电力变换装置的劣化推断装置，其特征在于，上述判定机构将与上述电力变换装置的输出电压值对应的特性的变化量存储而设为初始状态，基于该初始状态决定上述阈值。3.如权利要求1或2所述的电力变换装置的劣化推断装置，其特征在于，上述运算机构具备：减法机构，计算上述电压指令与上述输出电压值之间的差；以及积分机构，将对由上述减法机构计算出的差进行积分而得到的差积分值输出给上述判定机构。4.如权利要求3所述的电力变换装置的劣化推断装置，其特征在于，上述积分机构将由规定区间中的定积分得到的积分值作为上述差积分值输出。5.如权利要求3或4所述的电力变换装置的劣化推断装置，其特征在于，上述运算机构具备：第1平均化机构，按照与载波信号同步的每个时间间隔计算向上述电力变换装置输入的输入电压值的平均值；乘法机构，将来自上述第1平均化机构的输入电压值的平均值与调制因数相乘来计算上述电压指令并向上述减法机构输出；以及第2平均化机构，按照与载波信号同步的每个时间间隔计算上述电力变换装置的输出电压值的平均值并向上述减法机构输出。6.一种电力变换装置的劣化推断程序，其特征在于，使计算机作为以下机构发挥功能：运算机构，根据作为上述电力变换装置中的电力变换用的开关元件的输出电压的目标的电压指令和上述电力变换装置的输出电压值，计算上述电力变换装置中的电力变换用的开关元件的特性的变化量；判定机构，判定由上述运算机构计算出的特性的变化量与初始状态相比是否变化了阈值以上；以及报告机构，当上述判定机构判定为是阈值以上时报告警告；上述运算机构具备：极性判定机构，根据来自上述电力变换装置的输出电流判定电流的极性，其中上述电力变换装置由上述开关元件所形成的上臂和下臂形成；以及切换机构，
根据来自上述极性判定机构的切换信号切换上述特性的变化量；为了分别判定由上述切换机构切换后的特性的变化量而设有一对上述判定机构。
技术总结提供一种能够无需设置特别的传感器而推断开关元件的劣化的电力变换装置的劣化推断装置及劣化推断程序。劣化推断装置(30)具备：运算机构(31)，根据作为电力变换装置的输出电压的目标的电压指令和电力变换装置的输出电压值，计算逆变器的IGBT的特性的变化量；判定机构(32)，判定由运算机构(31)计算出的特性的变化量与初始状态相比是否变化了阈值以上；以及报告机构(33)，当判定机构(32)判定为是阈值以上时报告警告。运算机构(31)具备由上臂和下臂形成的根据来自电力变换装置的输出电流判定极性的极性判定机构(31f)和根据极性判定机构(31f)切换特性的变化量的切换机构(31g)；为了分别判定由切换机构(31g)切换后的特性的变化量而设有一对判定机构(32)。化量而设有一对判定机构(32)。化量而设有一对判定机构(32)。
技术研发人员：黑川不二雄 中村利孝 白石创
受保护的技术使用者：东芝三菱电机产业系统株式会社
技术研发日：2021.03.31
技术公布日：2022/11/1
