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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-13
(45)【発行日】2023-06-21
(54)【発明の名称】電力変換装置の劣化推定装置および劣化推定プログラム
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20230614BHJP
H02M 1/00 20070101ALI20230614BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M
H02M1/00 C
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2022512613
(86)(22)【出願日】2021-03-31
(86)【国際出願番号】 JP2021013799
(87)【国際公開番号】W WO2021201090
(87)【国際公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】P 2020067565
(32)【優先日】2020-04-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】502435889
【氏名又は名称】学校法人長崎総合科学大学
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100197642
【弁理士】
【氏名又は名称】南瀬 透
(74)【代理人】
【識別番号】100099508
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 久
(74)【代理人】
【識別番号】100219483
【弁理士】
【氏名又は名称】宇野 智也
(72)【発明者】
【氏名】黒川 不二雄
(72)【発明者】
【氏名】中村 利孝
(72)【発明者】
【氏名】白石 創
【審査官】井上 弘亘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１４８１９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３１７２７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－７０２３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０２Ｍ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力変換装置における電力変換用のスイッチング素子の特性の変化量を、前記電力変換装置の出力電圧の目標となる電圧指令と、前記電力変換装置の出力電圧値とから算出する演算手段と、前記演算手段により算出された特性の変化量が、初期状態から閾値以上に変化したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段が閾値以上と判定したときに警告を報知する報知手段とを備え、
前記演算手段は、前記スイッチング素子による上アームと下アームとから形成された前記電力変換装置からの出力電流により電流の極性を判定する極性判定手段と、前記極性判定手段からの切り替え信号により前記特性の変化量を切り替える切替手段とを備え、
前記判定手段は、前記切替手段により切り替えられた特性の変化量をそれぞれ判定するために、一対設けられた電力変換装置の劣化推定装置
【請求項2】
前記判定手段は、前記電力変換装置の出力電圧値に対応する特性の変化量を記憶して初期状態とし、この初期状態に基づいて前記閾値を決定する請求項１記載の電力変換装置の劣化推定装置。【請求項3】
前記演算手段は、前記電圧指令と、前記出力電圧値との差分を算出する減算手段と、前記減算手段により算出された差分を積分した差分積分値を前記判定手段に出力する積分手段とを備えた請求項１または２記載の電力変換装置の劣化推定装置。【請求項4】
前記積分手段は、所定区間における定積分による積分値を前記差分積分値として出力する請求項３記載の電力変換装置の劣化推定装置。【請求項5】
前記演算手段は、前記電力変換装置への入力電圧値の平均値をキャリア信号と同期した時間間隔ごとに算出する第１平均化手段と、前記第１平均化手段からの入力電圧値の平均値と変調率とを乗算して前記電圧指令を算出して前記減算手段へ出力する乗算手段と、前記電力変換装置の出力電圧値の平均値をキャリア信号と同期した時間間隔ごとに算出して前記減算手段へ出力する第２平均化手段とを備えた請求項３または４記載の電力変換装置の劣化推定装置。【請求項6】
コンピュータを、電力変換装置における電力変換用のスイッチング素子の特性の変化量を、前記スイッチング素子の出力電圧の目標となる電圧指令と、前記電力変換装置の出力電圧値とから算出する演算手段、
前記演算手段により算出された特性の変化量が、初期状態から閾値以上に変化したか否かを判定する判定手段、
前記判定手段が閾値以上と判定したときに警告を報知する報知手段として機能させ、
前記演算手段は、前記スイッチング素子による上アームと下アームとから形成された前記電力変換装置からの出力電流により電流の極性を判定する極性判定手段と、前記極性判定手段からの切り替え信号により前記特性の変化量を切り替える切替手段とを備え、
前記判定手段は、前記切替手段により切り替えられた特性の変化量をそれぞれ判定するために、一対設けられた電力変換装置の劣化推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータやコンバータなどの電力変換装置にて使用されるスイッチング素子の劣化を推定する劣化推定装置および劣化推定プログラムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
モータドライブ用インバータや電力送電用変換器などの電力変換装置では、電力変換用のスイッチング素子のスイッチング幅を制御することで電力が制御される。スイッチング素子は、電力変換装置にとっては基幹部品であり、このスイッチング素子が故障すると、電力変換装置から電力を得る装置が停止する、あるいはシステム全体が停止するなど、大きな影響を与える。
【0003】
故障を未然に防ぐためには、年数が経過した装置の電力変換用半導体スイッチング素子を新品に交換する等の処置が施されることもあるが、メンテンナンス費用が嵩張るだけでなく、メンテナンス要員の人手不足といった問題がある。従って、電力変換用半導体スイッチング素子が故障する前に、未然に故障の兆候を検出して、アラームを発報する手段を設けることが、所望されている。
【0004】
未然に故障の兆候を検出する技術に関して、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の電力変換装置は、電力変換用半導体スイッチング素子のゲート漏れ電流を検出する漏れ電流検出手段と、装置の使用開始時の漏れ電流を基準にして、その大きさが一定値以上変化したとき、異常の兆候を示す素子異常検出信号を出力する素子異常検出手段とを備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００３－７０２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献１に記載の電力変換装置は、半導体スイッチング素子のゲートとエミッタとの間の漏れ電流検出手段として、ゲート抵抗と半導体スイッチング素子のゲートの相互接続点と、半導体スイッチング素子のエミッタとの間に印加されるゲート電圧を検出するＶＧＥ検出回路を新たに設けている。
電力変換装置では、入力電圧や入力電流、出力電圧や出力電流などを測定するための手段を、変換制御のために備えていても、スイッチング素子の特性を測定しフィードバックするような手段は通常備えていないものである。従って、特許文献１に記載の電力変換装置では、スイッチング素子に新たな特別なセンサを設ける必要がある。
電力変換装置では、入力電圧や入力電流、出力電圧や出力電流などを測定するための手段を、変換制御のために備えていても、スイッチング素子の特性を測定しフィードバックするような手段は通常備えていないものである。従って、特許文献１に記載の電力変換装置では、スイッチング素子に新たな特別なセンサを設ける必要がある。
【0007】
ゲートとエミッタ間の漏れ電流を測定するために抵抗を接続して電圧を測定する簡易な方法もあるが、ゲートの制御信号から電流を流すとオン時やオフ時の条件が変わってしまう。そうなると、やはり、クランプ型電流計のような特殊な計測手段を用いるしかない。
【0008】
そこで本発明は、特別なセンサを設けることなく、スイッチング素子の劣化が推定できる電力変換装置の劣化推定装置および劣化推定プログラ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】
【0009】
本発明の電力変換装置の劣化推定装置は、電力変換装置における電力変換用のスイッチング素子の特性の変化量を、前記電力変換装置の出力電圧の目標となる電圧指令と、前記電力変換装置の出力電圧値とから算出する演算手段と、前記演算手段により算出された特性の変化量が、初期状態から閾値以上に変化したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段が閾値以上と判定したときに警告を報知する報知手段とを備え、前記演算手段は、前記スイッチング素子による上アームと下アームとから形成された前記電力変換装置からの出力電流により電流の極性を判定する極性判定手段と、前記極性判定手段からの切り替え信号により前記特性の変化量を切り替える切替手段とを備え、前記判定手段は、前記切替手段により切り替えられた特性の変化量をそれぞれ判定するために、一対設けられたことを特徴とする。
【0010】
また、本発明の電力変換装置の劣化推定プログラムは、コンピュータを、電力変換装置における電力変換用のスイッチング素子の特性の変化量を、前記電力変換装置の出力電圧の目標となる電圧指令と、前記電力変換装置の出力電圧値とから算出する演算手段、前記演算手段により算出された特性の変化量が、初期状態から閾値以上に変化したか否かを判定する判定手段、前記判定手段が閾値以上と判定したときに警告を報知する報知手段として機能させ、前記演算手段は、前記スイッチング素子による上アームと下アームとから形成された前記電力変換装置からの出力電流により電流の極性を判定する極性判定手段と、前記極性判定手段からの切り替え信号により前記特性の変化量を切り替える切替手段とを備え、前記判定手段は、前記切替手段により切り替えられた特性の変化量をそれぞれ判定するために、一対設けられたことを特徴とする。
【0011】
本発明によれば、演算手段により、電力変換装置に対する電圧指令と、電力変換装置の出力電圧値とから、スイッチング素子の特性の変化量を算出し、判定手段により特性の変化量の変化が閾値以上か否かを判定することにより、判定手段が閾値以上と判定したときに、報知手段が警告を報知する。電力変換装置に対するに対する電圧指令や、電力変換装置の出力電圧値や出力電流は、インバータが備えた直流電圧測定手段や、出力電圧測定手段、出力電流測定手段から取得することができるため、特別なセンサを設ける必要がない。
更に、極性判定手段が判定した電流の極性により、切替手段が一対の積分手段を切り替えることができるので、上アームおよび下アームのそれぞれの特性の変化量の変化を演算することができる。従って、一対の判定手段により、上アームおよび下アームの故障の兆候を推定することができる。
更に、極性判定手段が判定した電流の極性により、切替手段が一対の積分手段を切り替えることができるので、上アームおよび下アームのそれぞれの特性の変化量の変化を演算することができる。従って、一対の判定手段により、上アームおよび下アームの故障の兆候を推定することができる。
【0012】
前記判定手段は、前記電力変換装置の出力電流に対応する特性の変化量を記憶して初期状態とし、この初期状態に基づいて前記閾値を決定することができる。そうすることで、出力電流に応じた特性の変化量の閾値を決定することができるため、正確にスイッチング素子の劣化を推定することができる。
【0013】
前記演算手段は、前記電圧指令と、前記出力電圧値との差分を算出する減算手段と、前記減算手段により算出された差分を積分した差分積分値を前記判定手段に出力する積分手段とを備えたものとすることができる。減算手段により算出された電圧指令と出力電圧値との差分を積分手段により積分するため、電圧値の微小な変動等を無視することができ、差分が蓄積するため劣化の兆候を大きくすることができる。
【0014】
前記積分手段は、所定区間における定積分の積分値を前記差分積分値として出力するものとすることができる。差分積分値を区間における定積分により算出することにより、発散する積分値を抑制することができる。
【0015】
前記演算手段は、前記電力変換装置への入力電圧値の平均値をキャリア信号と同期した時間間隔ごとに算出する第１平均化手段と、前記第１平均化手段からの入力電圧値の平均値と変調率とを乗算して前記電圧指令を算出して前記減算手段へ出力する乗算手段と、前記電力変換装置の出力電圧値の平均値をキャリア信号と同期した時間間隔ごとに算出して前記減算手段へ出力する第２平均化手段とを備えたものとすることができる。第１平均化手段により入力電圧値を平均化し、第２平均化手段により出力電圧値を平均化することにより、メンテナンス時などに作業者が波形を観察することで、電力変換装置の動作状態を把握することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、特別なセンサを設けることなく、スイッチング素子の劣化が推定できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】電力変換装置の一例を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態１に係る劣化推定装置を示す図である。
【図3】（ａ）は出力電流の極性が正のときの、乗算手段からのＵ相電圧指令の平均値と、第２平均化手段からの出力電圧値を平均値とを示す波形の一例を示す図、（ｂ）は出力電流の極性が負のときの、乗算手段からのＵ相電圧指令の平均値と、第２平均化手段からの出力電圧値を平均値とを示す波形の一例を示す図である。
【図4】三相交流電動機をインバータにより駆動するときの、積分手段からの積分値の波形の一例を示す図であり、（ａ）は上アームおよび下アームの遅延が初期状態であり、出力電流の極性が正であるときの一方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の遅延状態であり、出力電流の極性が負であるときの他方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図である。
【図5】三相交流電動機をインバータにより駆動するときの、積分手段からの積分値の波形の一例を示す図であり、（ａ）は上アームのオフ遅延が増大し、下アームの遅延が初期状態のままの状態であり、出力電流の極性が正であるときの一方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の遅延状態のときの出力電流の極性が負であるときの他方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図である。
【図6】三相交流電動機をインバータにより駆動するときの、積分手段からの積分値の波形の一例を示す図であり、（ａ）は上アームの遅延が初期状態のままで、下アームのオフ遅延が増大した状態であり、出力電流の極性が正であるときの一方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の遅延状態のときの他方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図である。
【図7】三相交流電動機をインバータにより駆動するときの、積分手段からの差分積分値を区間積分したときの波形の一例を示す図であり、（ａ）は上アームおよび下アームの遅延が初期状態であり、出力電流の極性が正であるときの一方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の遅延状態であり、出力電流の極性が負であるときの他方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図である。
【図8】三相交流電動機をインバータにより駆動するときの、積分手段からの差分積分値を区間積分したときの波形の一例を示す図であり、（ａ）は上アームのオフ遅延が増大し、下アームの遅延が初期状態のままの状態であり、出力電流の極性が正であるときの一方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の遅延状態であり、出力電流の極性が負であるときの他方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図である。
【図9】三相交流電動機をインバータにより駆動するときの、積分手段からの差分積分値を区間積分したときの波形の一例を示す図であり、（ａ）は上アームの遅延が初期状態のままで、下アームのオフ遅延が増大した状態であり、出力電流の極性が正であるときの一方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の遅延状態であり、出力電流の極性が負であるときの他方の積分手段からの出力の波形の一例を示す図である。
【図10】電力変換装置の出力電圧を相電圧から線間電圧としたことを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の劣化推定装置を図面に基づいて説明する。
本実施の形態１では、電力変換装置が、図１に示すように、インバータ１０である。まず、このインバータ１０の構成について説明する。
本実施の形態１に係るインバータ１０は、直流から三相交流を出力するものである。図１に示すように、インバータ１０には、三相交流電動機Ｍが接続されている。
インバータ１０は、第１アーム１１から第３アーム１３を有しており、上アーム１１１，１２１，１３１と下アーム１１２，１２２，１３２とが、それぞれ直列に接続されている。
本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の劣化推定装置を図面に基づいて説明する。
本実施の形態１では、電力変換装置が、図１に示すように、インバータ１０である。まず、このインバータ１０の構成について説明する。
本実施の形態１に係るインバータ１０は、直流から三相交流を出力するものである。図１に示すように、インバータ１０には、三相交流電動機Ｍが接続されている。
インバータ１０は、第１アーム１１から第３アーム１３を有しており、上アーム１１１，１２１，１３１と下アーム１１２，１２２，１３２とが、それぞれ直列に接続されている。
【0019】
上アーム１１１～１３１は、正側電源線Ｐに第１配線１４１ａ～１４１ｃにより接続されている。下アーム１１２～１３２は、負側電源線Ｎに第２配線１４２ａ～１４２ｃにより接続されている。上アーム１１１～１３１と下アーム１１２～１３２との間は、第３配線１４３ａ～１４３ｃにより接続されている。
【0020】
上アーム１１１～１３１と、下アーム１１２～１３２とは、スイッチング素子と還流ダイオードとにより構成されている。スイッチング素子は、半導体デバイスにより形成されている。例えば、スイッチング素子は、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが使用できる。本実施の形態１では、スイッチング素子として、大電流が流せ、スイッチング速度が早い、ＩＧＢＴを使用している。
【0021】
インバータ１０は、この上アーム１１１～１３１および下アーム１１２～１３２のスイッチングをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により制御する制御手段を備えている。
制御手段は、Ｕ相からＷ相について目標電圧としての電圧指令を出力する電圧指令手段１５と、電圧指令手段１５からの電圧指令と入力電圧値信号が示す入力電圧値とから変調率信号を出力する変調率演算手段１６と、キャリア信号を出力する発振手段１７と、変調率信号と三角波信号と比較してスイッチング信号（ゲート信号）を出力する比較手段１８と、上アーム１１１～１３１へのスイッチング信号を下アーム１１２～１３２のために反転する反転手段１９とを備えている。
制御手段は、Ｕ相からＷ相について目標電圧としての電圧指令を出力する電圧指令手段１５と、電圧指令手段１５からの電圧指令と入力電圧値信号が示す入力電圧値とから変調率信号を出力する変調率演算手段１６と、キャリア信号を出力する発振手段１７と、変調率信号と三角波信号と比較してスイッチング信号（ゲート信号）を出力する比較手段１８と、上アーム１１１～１３１へのスイッチング信号を下アーム１１２～１３２のために反転する反転手段１９とを備えている。
【0022】
電圧指令手段１５は、Ｕ相用のＵ相電圧指令手段１５１と、Ｖ相用のＶ相電圧指令手段１５２と、Ｗ相用のＷ相電圧指令手段１５３とを備えている。
Ｕ相電圧指令手段１５１と、Ｖ相電圧指令手段１５２と、Ｗ相電圧指令手段１５３とからは、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令およびＷ相電圧指令が出力される。
Ｕ相電圧指令手段１５１と、Ｖ相電圧指令手段１５２と、Ｗ相電圧指令手段１５３とからは、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令およびＷ相電圧指令が出力される。
【0023】
変調率演算手段１６は、電圧指令手段１５からの電圧指令を、後述する直流電圧測定手段により測定された入力電圧値信号が示す入力電圧値で除算して変調率を出力する除算器である。変調率は、－１．０～１．０とすることができる。
変調率演算手段１６は、Ｕ相用のＵ相変調率演算手段１６１と、Ｖ相用のＶ相変調率演算手段１６２と、Ｗ相用のＷ相変調率演算手段１６３とを備えている。
Ｕ相変調率演算手段１６１と、Ｖ相変調率演算手段１６２と、Ｗ相変調率演算手段１６３からは、電圧指令（Ｕ相電圧指令，Ｖ相電圧指令，Ｗ相電圧指令）が比較手段１８に出力されると共に、変調率がＵ相変調率信号、Ｖ相変調率信号およびＷ相変調率信号により出力される。
変調率演算手段１６は、Ｕ相用のＵ相変調率演算手段１６１と、Ｖ相用のＶ相変調率演算手段１６２と、Ｗ相用のＷ相変調率演算手段１６３とを備えている。
Ｕ相変調率演算手段１６１と、Ｖ相変調率演算手段１６２と、Ｗ相変調率演算手段１６３からは、電圧指令（Ｕ相電圧指令，Ｖ相電圧指令，Ｗ相電圧指令）が比較手段１８に出力されると共に、変調率がＵ相変調率信号、Ｖ相変調率信号およびＷ相変調率信号により出力される。
【0024】
発振手段１７は、キャリア信号として三角波信号を出力する。
比較手段１８は、Ｕ相用のＵ相比較手段１８１と、Ｖ相用のＶ相比較手段１８２と、Ｗ相用のＷ相比較手段１８３とを備えている。
反転手段１９は、Ｕ相用のＵ相反転手段１９１と、Ｖ相用のＶ相反転手段１９２と、Ｗ相用のＷ相反転手段１９３とを備えている。
比較手段１８は、Ｕ相用のＵ相比較手段１８１と、Ｖ相用のＶ相比較手段１８２と、Ｗ相用のＷ相比較手段１８３とを備えている。
反転手段１９は、Ｕ相用のＵ相反転手段１９１と、Ｖ相用のＶ相反転手段１９２と、Ｗ相用のＷ相反転手段１９３とを備えている。
【0025】
また、インバータ１０は、入力電圧値を測定する直流電圧測定手段２１と、出力電圧（Ｕ相電圧、Ｖ相電圧，Ｗ相電圧）の基準電位を、正側電源線Ｐと負側電源線Ｎとの間に直列差接続された抵抗２２ａと抵抗２２ｂとの接続点から取るための分圧器２２と、インバータ１０の出力電圧を測定する出力電圧測定手段２３と、インバータ１０の出力電流を測定する出力電流測定手段２４とを備えている。
【0026】
図１に示す直流電圧測定手段２１は、入力電圧の電圧値を入力電圧値信号として出力する。
分圧器２２における抵抗２２ａと抵抗２２ｂとは、入力電圧の中位電圧を基準電位とするために同じ抵抗値としている。
出力電圧測定手段２３は、各相の出力電圧を測定する。出力電圧測定手段２３は、Ｕ相用のＵ相出力電圧測定手段２３１と、Ｖ相用のＶ相出力電圧測定手段２３２と、Ｗ相用のＷ相出力電圧測定手段２３３とを備えている。
Ｕ相出力電圧測定手段２３１と、Ｖ相出力電圧測定手段２３２と、Ｗ相出力電圧測定手段２３３とからは、出力電圧値が、Ｕ相出力電圧値信号、Ｖ相出力電圧値信号およびＷ相出力電圧値信号により出力される。
分圧器２２における抵抗２２ａと抵抗２２ｂとは、入力電圧の中位電圧を基準電位とするために同じ抵抗値としている。
出力電圧測定手段２３は、各相の出力電圧を測定する。出力電圧測定手段２３は、Ｕ相用のＵ相出力電圧測定手段２３１と、Ｖ相用のＶ相出力電圧測定手段２３２と、Ｗ相用のＷ相出力電圧測定手段２３３とを備えている。
Ｕ相出力電圧測定手段２３１と、Ｖ相出力電圧測定手段２３２と、Ｗ相出力電圧測定手段２３３とからは、出力電圧値が、Ｕ相出力電圧値信号、Ｖ相出力電圧値信号およびＷ相出力電圧値信号により出力される。
【0027】
出力電流測定手段２４は、各相の出力電流を測定する。出力電流測定手段２４は、各種の電流センサが使用できる。例えば、出力電流測定手段２４は、ＣＴ方式やホール素子方式、ロゴスキーコイル方式など各種の方式のものが使用できる。出力電流測定手段２４は、Ｕ相用のＵ相出力電流測定手段２４１と、Ｖ相用のＶ相出力電流測定手段２４２と、Ｗ相用のＷ相出力電流測定手段２４３とを備えている。Ｕ相出力電流測定手段２４１と、Ｖ相出力電流測定手段２４２と、Ｗ相出力電流測定手段２４３とからは、出力電流値が、Ｕ相出力電流信号、Ｖ相出力電流信号およびＷ相出力電流信号により出力される。
【0028】
次に、このインバータ１０におけるスイッチング素子であるＩＧＢＴ（第１アーム１１から第３アーム１３の上アーム１１１～１３１および下アーム１１２～１３２）の劣化を推定する劣化推定装置の構成について、図面に基づいて説明する。
【0029】
図２に示す劣化推定装置３０は、コンピュータに劣化推定プログラムを動作させたものである。
【0030】
また、劣化推定装置３０は、演算手段３１と、判定手段３２と、報知手段３３とを備えている。
演算手段３１は、スイッチング素子の特性の変化量の一例である遅延を、図１に示すインバータ１０の出力電圧の目標となる電圧指令と、インバータ１０からの出力電圧値とから算出するものである。
演算手段３１は、Ｕ相用のＵ相演算手段３１１と、Ｖ相用のＶ相演算手段３１２と、Ｗ相用のＷ相演算手段３１３とを備えている。Ｕ相演算手段３１１と、Ｖ相演算手段３１２と、Ｗ相演算手段３１３とは同じ構成である。
演算手段３１は、スイッチング素子の特性の変化量の一例である遅延を、図１に示すインバータ１０の出力電圧の目標となる電圧指令と、インバータ１０からの出力電圧値とから算出するものである。
演算手段３１は、Ｕ相用のＵ相演算手段３１１と、Ｖ相用のＶ相演算手段３１２と、Ｗ相用のＷ相演算手段３１３とを備えている。Ｕ相演算手段３１１と、Ｖ相演算手段３１２と、Ｗ相演算手段３１３とは同じ構成である。
【0031】
それぞれの演算手段３１は、第１平均化手段３１ａと、第２平均化手段３１ｂと、乗算手段３１ｃと、減算手段３１ｄと、積分手段３１ｅと、極性判定手段３１ｆと、切り替える切替手段３１ｇとを備えている。
第１平均化手段３１ａは、三角波信号（キャリア信号）と同期した時間間隔ごとの第１アーム１１から第３アーム１３のオン時およびオフ時の入力電圧値を平均化する。
第１平均化手段３１ａは、三角波信号（キャリア信号）と同期した時間間隔ごとの第１アーム１１から第３アーム１３のオン時およびオフ時の入力電圧値を平均化する。
【0032】
第２平均化手段３１ｂは、三角波信号（キャリア信号）と同期した時間間隔ごとの第１アーム１１から第３アーム１３のオン時およびオフ時の出力電圧値信号（Ｕ相出力電圧値信号，Ｖ相出力電圧値信号，Ｗ相出力電圧値信号）が示す電圧値を平均化する。
乗算手段３１ｃは、第１平均化手段３１ａからの電圧値と、電圧指令手段１５（Ｕ相電圧指令手段１５１，Ｖ相電圧指令手段１５２，Ｗ相電圧指令手段１５３）からの変調率信号（Ｕ相変調率信号，Ｖ相変調率信号，Ｗ相変調率信号）とを乗算する。
乗算手段３１ｃは、第１平均化手段３１ａからの電圧値と、電圧指令手段１５（Ｕ相電圧指令手段１５１，Ｖ相電圧指令手段１５２，Ｗ相電圧指令手段１５３）からの変調率信号（Ｕ相変調率信号，Ｖ相変調率信号，Ｗ相変調率信号）とを乗算する。
【0033】
減算手段３１ｄは、乗算手段３１ｃからの電圧値から、第２平均化手段３１ｂからの電圧値を減算する。
積分手段３１ｅは、減算手段３１ｄからの電圧値を積分した差分積分値を出力するものであり、一対設けられている。
積分手段３１ｅは、減算手段３１ｄからの電圧値を積分した差分積分値を出力するものであり、一対設けられている。
【0034】
極性判定手段３１ｆは、各相の出力電流測定手段２４（図１参照）からの出力電流信号が示す出力電流により電流の極性を判定する。
切替手段３１ｇは、極性判定手段３１ｆからの切り替え信号により減算手段３１ｄからの信号を一方の積分手段３１ｅと他方の積分手段３１ｅとのいずれかに切り替える。
切替手段３１ｇは、極性判定手段３１ｆからの切り替え信号により減算手段３１ｄからの信号を一方の積分手段３１ｅと他方の積分手段３１ｅとのいずれかに切り替える。
【0035】
判定手段３２は、演算手段３１からの電圧値が、初期状態から閾値以上に変化したことを検出することにより、スイッチング素子である第１アーム１１～第３アーム１３における上アーム１１１～１３１と下アーム１１２～１３２との遅延異常を検出する。閾値は、スイッチング素子の個々の特性や個体差、負荷に応じた任意の値とすることができる。
判定手段３２は、Ｕ相用のＵ相判定手段３２１と、Ｖ相用のＶ相判定手段３２２と、Ｗ相用のＷ相判定手段３２３とを備えている。
Ｕ相用のＵ相判定手段３２１と、Ｖ相用のＶ相判定手段３２２と、Ｗ相用のＷ相判定手段３２３とは、一方の積分手段３１ｅと他方の積分手段３１ｅとからのそれぞれの差分積分値を判定するために、各相ごとに一対設けられている。
報知手段３３は、判定手段３２からの異常の検出を、使用者や作業者、メンテナンス担当に通知する。
判定手段３２は、Ｕ相用のＵ相判定手段３２１と、Ｖ相用のＶ相判定手段３２２と、Ｗ相用のＷ相判定手段３２３とを備えている。
Ｕ相用のＵ相判定手段３２１と、Ｖ相用のＶ相判定手段３２２と、Ｗ相用のＷ相判定手段３２３とは、一方の積分手段３１ｅと他方の積分手段３１ｅとからのそれぞれの差分積分値を判定するために、各相ごとに一対設けられている。
報知手段３３は、判定手段３２からの異常の検出を、使用者や作業者、メンテナンス担当に通知する。
【0036】
以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る劣化推定装置３０の動作について、図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態１における説明については、Ｕ相を代表して説明する。
【0037】
［インバータ１０の動作の説明］
まず、図１に示すインバータ１０の動作について説明する。
Ｕ相電圧指令手段１５１から電圧指令信号が出力される。この電圧指令信号により指定された電圧指令に基づいて、Ｕ相変調率演算手段１６１が変調率を示すＵ相変調率信号を出力する。
まず、図１に示すインバータ１０の動作について説明する。
Ｕ相電圧指令手段１５１から電圧指令信号が出力される。この電圧指令信号により指定された電圧指令に基づいて、Ｕ相変調率演算手段１６１が変調率を示すＵ相変調率信号を出力する。
【0038】
発振手段１７からの三角波信号による電圧と、Ｕ相電圧指令手段１５１（Ｕ相変調率演算手段１６１）からのＵ相電圧指令とをＵ相比較手段１８１により比較して、Ｕ相電圧指令が三角波信号より高い期間、第１アーム１１の上アーム１１１をオンとするための上アーム用ＰＷＭ信号を出力する。また、Ｕ相反転手段１９１により、Ｕ相指令電圧が三角波信号より低い期間、第１アーム１１の下アーム１１２をオンとするための下アーム用ＰＷＭ信号を出力する。これを繰り返すことにより、三相交流電動機Ｍは、Ｕ相出力として交流を得ることができる。
【0039】
［劣化推定装置３０の動作の説明］
ＩＧＢＴ（スイッチング素子）の故障の事前兆候としては、インバータ１０の出力電圧が、その電圧指令に対して追従しなくなる（誤差が通常よりも大きくなる）ことが予測される。
そこで、劣化推定装置３０は、まず、図２に示すように、第１平均化手段３１ａにより、発振手段１７からの三角波信号の半周期における直流電圧測定手段２１（図１参照）からの入力電圧値信号が示す入力電圧値を平均化する。そして、乗算手段３１ｃにより、第１平均化手段３１ａからの入力電圧値の平均値と、Ｕ相電圧指令手段１５１からのＵ相変調率信号が示す変調率とを乗算する。この乗算手段３１ｃによる乗算によりＵ相電圧指令の平均値が算出される。
ＩＧＢＴ（スイッチング素子）の故障の事前兆候としては、インバータ１０の出力電圧が、その電圧指令に対して追従しなくなる（誤差が通常よりも大きくなる）ことが予測される。
そこで、劣化推定装置３０は、まず、図２に示すように、第１平均化手段３１ａにより、発振手段１７からの三角波信号の半周期における直流電圧測定手段２１（図１参照）からの入力電圧値信号が示す入力電圧値を平均化する。そして、乗算手段３１ｃにより、第１平均化手段３１ａからの入力電圧値の平均値と、Ｕ相電圧指令手段１５１からのＵ相変調率信号が示す変調率とを乗算する。この乗算手段３１ｃによる乗算によりＵ相電圧指令の平均値が算出される。
【0040】
また、第２平均化手段３１ｂにより、発振手段１７からの三角波信号に基づいて、三角波信号の半周期におけるＵ相出力電圧測定手段２３１（図１参照）からのＵ相出力電圧値信号が示す出力電圧値を平均化する。
本実施の形態１では、第１平均化手段３１ａおよび第２平均化手段３１ｂは、三角波信号の半周期としているが、三角波信号と同期したタイミングとすればよいため、１周期としてもよい。
本実施の形態１では、第１平均化手段３１ａおよび第２平均化手段３１ｂは、三角波信号の半周期としているが、三角波信号と同期したタイミングとすればよいため、１周期としてもよい。
【0041】
図３（ａ）に、乗算手段３１ｃからのＵ相電圧指令の平均値と、第２平均化手段３１ｂからの出力電圧値を平均値とを示す。このように、Ｕ相電圧指令を平均化したり、出力電圧値を平均化したりすることで、電圧指令と出力電圧値との各波形を視覚的に把握しやすくすることができる。
【0042】
次に、減算手段３１ｄにより、乗算手段３１ｃからのＵ相電圧指令の平均値から、第２平均化手段３１ｂからのＵ相出力電圧値の平均値を減算して差分を算出することで、スイッチング素子である第１アーム１１の上アーム１１１の遅延を算出する。
そして、極性判定手段３１ｆが、Ｕ相出力電流信号が示す出力電流により電流の極性を判定して、切り替え信号により切替手段３１ｇを切り替える。
この切り替え信号により、出力電流の極性が正のときには、一方の積分手段３１ｅ（図２においては上側の積分手段３１ｅ）により減算手段３１ｄからの差分が積分される。また、出力電流の極性が負のときには、他方の積分手段３１ｅ（図２においては下側の積分手段３１ｅ）により減算手段３１ｄからの差分が積分される。
そして、極性判定手段３１ｆが、Ｕ相出力電流信号が示す出力電流により電流の極性を判定して、切り替え信号により切替手段３１ｇを切り替える。
この切り替え信号により、出力電流の極性が正のときには、一方の積分手段３１ｅ（図２においては上側の積分手段３１ｅ）により減算手段３１ｄからの差分が積分される。また、出力電流の極性が負のときには、他方の積分手段３１ｅ（図２においては下側の積分手段３１ｅ）により減算手段３１ｄからの差分が積分される。
【0043】
ここで、図３（ａ）に、出力電流の極性が正のときの、乗算手段３１ｃからのＵ相電圧指令の平均値と、第２平均化手段３１ｂからの出力電圧値の平均値とを示す。
また、図３（ｂ）に、出力電流の極性が負のときの、乗算手段３１ｃからのＵ相電圧指令の平均値と、第２平均化手段３１ｂからの出力電圧値の平均値とを示す。
また、図３（ｂ）に、出力電流の極性が負のときの、乗算手段３１ｃからのＵ相電圧指令の平均値と、第２平均化手段３１ｂからの出力電圧値の平均値とを示す。
【0044】
そして、上アーム１１１および下アーム１１２のオフ遅延が初期状態（４μｓ）であるときの一方の積分手段３１ｅ（図２においては上側の積分手段３１ｅ参照）からの出力（特性の変化量）を図４（ａ）に示す。
更に、図４（ａ）における遅延状態と同じ遅延であるときの他方の積分手段３１ｅ（図２においては下側の積分手段３１ｅ参照）からの出力を図４（ｂ）に示す。
図４（ａ）および同図（ｂ）に示す波形は、三相交流電動機Ｍ（図１参照）が一定回転数、一定負荷の状態であり、時刻１０秒から、積分手段３１ｅ，３１ｅにて積分を開始したものである。
図４（ａ）および同図（ｂ）からも判るように積分手段３１ｅ，３１ｅからの出力は、所定の傾きで上昇または下降している。
更に、図４（ａ）における遅延状態と同じ遅延であるときの他方の積分手段３１ｅ（図２においては下側の積分手段３１ｅ参照）からの出力を図４（ｂ）に示す。
図４（ａ）および同図（ｂ）に示す波形は、三相交流電動機Ｍ（図１参照）が一定回転数、一定負荷の状態であり、時刻１０秒から、積分手段３１ｅ，３１ｅにて積分を開始したものである。
図４（ａ）および同図（ｂ）からも判るように積分手段３１ｅ，３１ｅからの出力は、所定の傾きで上昇または下降している。
【0045】
例えば、図１に示す上アーム１１１～１３１と、下アーム１１２～１３２との両方が劣化して特性が変化してオフ遅延が増加すれば、図４（ａ）および同図（ｂ）に示す両方の波形の傾きが緩やかになる。このとき、切替手段３１ｇが無く、１つの積分手段３１ｅで減算手段３１ｄからの差分を積分すると、正値と負値の加算となり、相殺されるため、異常の兆候が検出できない。
【0046】
しかし、劣化推定装置３０では、第１アーム１１～第３アーム１３から出力される電流の向きに基づいて、上アーム１１１～１３１または下アーム１１２～１３２のどちらかが劣化したかを判定するようにしている。
【0047】
例えば、上アーム１１１の特性の変化として、オフとなるときの遅延が、４μｓから８μｓに増大したとする。なお、下アーム１１２のオフ遅延は初期状態（４μｓの遅延）のままである。
このときの一方の積分手段３１ｅからの出力を図５（ａ）に示す。また、他方の積分手段３１ｅからの出力を図５（ｂ）に示す。
この図５（ａ）および同図（ｂ）に示す波形においても、図４と同様に、三相交流電動機Ｍ（図１参照）が一定回転数、一定負荷の状態であり、時刻１０秒から、積分手段３１ｅ，３１ｅにて積分を開始したものである。
このときの一方の積分手段３１ｅからの出力を図５（ａ）に示す。また、他方の積分手段３１ｅからの出力を図５（ｂ）に示す。
この図５（ａ）および同図（ｂ）に示す波形においても、図４と同様に、三相交流電動機Ｍ（図１参照）が一定回転数、一定負荷の状態であり、時刻１０秒から、積分手段３１ｅ，３１ｅにて積分を開始したものである。
【0048】
図５（ｂ）では、図４（ｂ）から変化無いが、図５（ａ）では、オフ遅延が初期状態から傾きが緩やかになっていることが判る。
従って、特性の変化量が、初期状態からの差が大きくなり、初期状態からの変化が閾値以上になったことを、一方のＵ相判定手段３２１が検出することで、上アーム１１１が劣化したと推定できる。そして、一方のＵ相判定手段３２１が、Ｕ相第１アラーム信号を報知手段３３に通知することができる。
従って、特性の変化量が、初期状態からの差が大きくなり、初期状態からの変化が閾値以上になったことを、一方のＵ相判定手段３２１が検出することで、上アーム１１１が劣化したと推定できる。そして、一方のＵ相判定手段３２１が、Ｕ相第１アラーム信号を報知手段３３に通知することができる。
【0049】
次に、例えば、上アーム１１１のオフ遅延は初期状態（４μｓの遅延）のままであるが、下アーム１１２がオフとなるときの遅延が、４μｓから８μｓに増大したとする。このときの一方の積分手段３１ｅからの出力を図６（ａ）に示す。また、他方の積分手段３１ｅからの出力を図６（ｂ）に示す。
この図６（ａ）および同図（ｂ）に示す波形においても、図４と同様に、三相交流電動機Ｍ（図１参照）が一定回転数、一定負荷の状態であり、時刻１０秒から、積分手段３１ｅ，３１ｅにて積分を開始したものである。
この図６（ａ）および同図（ｂ）に示す波形においても、図４と同様に、三相交流電動機Ｍ（図１参照）が一定回転数、一定負荷の状態であり、時刻１０秒から、積分手段３１ｅ，３１ｅにて積分を開始したものである。
【0050】
図６（ａ）では、図４（ａ）から変化が無いが、図６（ｂ）では、遅延が初期状態から傾きが緩やかになっていることが判る。
従って、初期状態からの差が大きくなり、初期状態からの変化が閾値以上になったことを、他方のＵ相判定手段３２１が検出することで、下アーム１１２が劣化したと推定できる。そして、他方のＵ相判定手段３２１が、Ｕ相第２アラーム信号を報知手段３３に通知することができる。
従って、初期状態からの差が大きくなり、初期状態からの変化が閾値以上になったことを、他方のＵ相判定手段３２１が検出することで、下アーム１１２が劣化したと推定できる。そして、他方のＵ相判定手段３２１が、Ｕ相第２アラーム信号を報知手段３３に通知することができる。
【0051】
更に、上アーム１１１と下アーム１１２との両方のオフ遅延が、４μｓから８μｓに増大した場合には、電流が正値となる上アーム１１１の出力電圧が、図５（ａ）が示す波形となり、電流が負値となる下アーム１１２の出力電圧が、図６（ｂ）が示す波形となる。
従って、正常な状態を示す図５（ｂ）および図６（ａ）が示す波形より、変化していることが判るため、この変化が閾値以上になったことを検出することで、上アーム１１１および下アーム１１２の両方が劣化したと推定できるＵ相第１アラーム信号を報知手段３３に通知することができる。
従って、正常な状態を示す図５（ｂ）および図６（ａ）が示す波形より、変化していることが判るため、この変化が閾値以上になったことを検出することで、上アーム１１１および下アーム１１２の両方が劣化したと推定できるＵ相第１アラーム信号を報知手段３３に通知することができる。
【0052】
また、図２に示す積分手段３１ｅ，３１ｅにより、減算手段３１ｄからのオン遅延およびオフ遅延（差分）を積分することで、電圧値の微小な変動等を無視することができ、差分が蓄積するため劣化の兆候を大きくすることができる。
【0053】
そして、報知手段３３が異常を通知することにより、使用者や管理者、メンテナンス担当などに、インバータ１０（図１参照）が故障する可能性があることを通知することができる。この通知は、ランプなどによる光、スピーカーにより音、インターネットによる電子メールなど、様々な方法で行うことが可能である。
【0054】
以上のように本実施の形態１に係る劣化推定装置３０によれば、演算手段３１により、インバータ１０の出力電圧の目標となるに対する電圧指令と、インバータ１０からの出力電圧値とから、ＩＧＢＴの特性の変化量を算出し、判定手段３２により特性の変化量の変化が閾値以上か否かを判定することにより、判定手段３２が閾値以上と判定したときに、報知手段３３が警告を報知することができる。
【0055】
インバータ１０に対する電圧指令や、インバータ１０の出力電圧値や出力電流は、インバータ１０が備えた直流電圧測定手段２１や、出力電圧測定手段２３、出力電流測定手段２４から取得することができるため、劣化推定装置３０は、特別なセンサを設けることなく、スイッチング素子であるＩＧＢＴの劣化が推定できる。
【0056】
また、出力電流の極性が正のときと負のときとで、積分手段３１ｅを切り替え、それぞれ判定することにより、上アーム１１１または下アーム１１２のいずれか、または両方が劣化しても検出することができる。
更に、Ｕ相用、Ｖ相用およびＷ相用としてそれぞれ、演算手段３１，判定手段３２が設けられているため、各相ごとの劣化を検出することができる。
更に、Ｕ相用、Ｖ相用およびＷ相用としてそれぞれ、演算手段３１，判定手段３２が設けられているため、各相ごとの劣化を検出することができる。
【0057】
上記説明では、電力変換装置の一例であるインバータ１０への電圧指令と、インバータ１０からの出力電圧値との減算による特性の変化量を検出することについて、オフ遅延の増加を例に説明したが、スイッチング素子の特性の変化としては、オン遅延、オフ遅延、オン電圧、オン抵抗、ｄｖ／ｄｔ（電圧変化率）等を検出することが可能である。
【0058】
本実施の形態１では、演算手段３１にて、第１平均化手段３１ａにより入力電圧値信号が示す入力電圧値を平均化しており、また、第２平均化手段３１ｂにより出力電圧値を平均化している。そうすることで、図３（ａ）および同図（ｂ）に示す波形を得ることができるため、メンテナンス時などに作業者が波形を観察することで、インバータ１０の動作状態を容易に把握することができる。
しかし、図３（ａ）および同図（ｂ）に示す波形を得る必要がなければ、減算手段３１ｄの後段にて差分を積分手段３１ｅにて積分を取るため、第１平均化手段３１ａおよび第２平均化手段３１ｂは省略することができる。
しかし、図３（ａ）および同図（ｂ）に示す波形を得る必要がなければ、減算手段３１ｄの後段にて差分を積分手段３１ｅにて積分を取るため、第１平均化手段３１ａおよび第２平均化手段３１ｂは省略することができる。
【0059】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る劣化推定装置を説明する。
図２に示す一対の積分手段３１ｅでは、差分を積分していくため、時間の経過とともに、差分積分値は大きく発散する。
そこで、積分手段３１ｅでの積分において、所定区間における定積分（区間積分）を行って差分積分値とする。以下、これを区間積分と称す。
次に、本発明の実施の形態２に係る劣化推定装置を説明する。
図２に示す一対の積分手段３１ｅでは、差分を積分していくため、時間の経過とともに、差分積分値は大きく発散する。
そこで、積分手段３１ｅでの積分において、所定区間における定積分（区間積分）を行って差分積分値とする。以下、これを区間積分と称す。
【0060】
この区間積分は、例えば、区間を５秒としたときには、次の式（１）により求めることができる。
但し、Ｔは任意の時間、ｅ（ｔ）は積分手段３１ｅからの積分値である。
【0061】
【0062】
図７（ａ）および同図（ｂ）に示す波形は、上アーム１１１のオフ遅延と、下アーム１１２のオフ遅延とが初期状態（４μｓ）とした波形を示す図４に対応したもので、差分の積分の代わりに区間積分に置き換えた場合を示す。
また、図８（ａ）および同図（ｂ）に示す波形は、上アーム１１１のオフ遅延が４μｓから８μｓに増大し、下アーム１１２のオフ遅延が初期状態（４μｓ）としたときの波形を示す図５（ａ）および同図（ｂ）に対応したもので、差分の積分の代わりに区間積分に置き換えた場合を示す。
更に、図９（ａ）および同図（ｂ）に示す波形は、上アーム１１１のオフ遅延が初期状態（４μｓ）とし、下アーム１１２のオフ遅延が４μｓから８μｓに増大したときの波形を示す図６（ａ）および同図（ｂ）に対応したもので、差分の積分の代わりに区間積分に置き換えた場合を示す。
本実施の形態２では、５秒区間の積分なので、図７～図９に示すように、積分開始（時刻１０秒）から５秒後には一定の値となる。
また、図８（ａ）および同図（ｂ）に示す波形は、上アーム１１１のオフ遅延が４μｓから８μｓに増大し、下アーム１１２のオフ遅延が初期状態（４μｓ）としたときの波形を示す図５（ａ）および同図（ｂ）に対応したもので、差分の積分の代わりに区間積分に置き換えた場合を示す。
更に、図９（ａ）および同図（ｂ）に示す波形は、上アーム１１１のオフ遅延が初期状態（４μｓ）とし、下アーム１１２のオフ遅延が４μｓから８μｓに増大したときの波形を示す図６（ａ）および同図（ｂ）に対応したもので、差分の積分の代わりに区間積分に置き換えた場合を示す。
本実施の形態２では、５秒区間の積分なので、図７～図９に示すように、積分開始（時刻１０秒）から５秒後には一定の値となる。
【0063】
図８から図９のいずれの場合でも、図４から図６に示す波形と同様に、遅延が増大すると波形の傾きが緩やかになるため、初期状態からの変化が閾値以上になったことを検出することで、スイッチング素子の遅延特性の劣化を検出することができる。
また、図８から図９に示すように、積分手段３１ｅが差分積分値を区間積分することにより、発散する積分値を抑制することができる。
また、図８から図９に示すように、積分手段３１ｅが差分積分値を区間積分することにより、発散する積分値を抑制することができる。
【0064】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る劣化推定装置を説明する。
図１に示すインバータ１０における第１アーム１１～第３アーム１３を構成するＩＧＢＴの遅延は、図２に示す一対の積分手段３１ｅからの差分積分値により算出される。しかし、この差分積分値は、負荷電流によって影響を受ける。例えば、無負荷時と、出力電流として所定電流が流れている状態とでは、第１アーム１１～第３アーム１３を構成するＩＧＢＴの遅延が異なる。
次に、本発明の実施の形態３に係る劣化推定装置を説明する。
図１に示すインバータ１０における第１アーム１１～第３アーム１３を構成するＩＧＢＴの遅延は、図２に示す一対の積分手段３１ｅからの差分積分値により算出される。しかし、この差分積分値は、負荷電流によって影響を受ける。例えば、無負荷時と、出力電流として所定電流が流れている状態とでは、第１アーム１１～第３アーム１３を構成するＩＧＢＴの遅延が異なる。
【0065】
そこで、判定手段３２では、各相の第１アーム１１～第３アーム１３からの出力電圧を入力し、出力電圧に対応する遅延を示す差分積分値を記憶して初期状態とし、この初期状態に基づいて閾値を決定する。そうすることで、負荷電流（出力電流）に応じた特性の変化量における閾値を決定することができるため、正確にスイッチング素子（ＩＧＢＴ）の劣化を推定することができる。
【0066】
なお、本実施の形態１～４では、図１に示すように、上アーム１１１～１３１および下アーム１１２～１３２による２レベルのインバータ１０を例に説明したが、本発明の劣化推定装置は３レベルのインバータでも適用することができる。
【0067】
また、実施の形態では、図１に示すように、Ｕ相用のＵ相出力電圧測定手段２３１と、Ｖ相用のＶ相出力電圧測定手段２３２と、Ｗ相用のＷ相出力電圧測定手段２３３とによる出力電圧測定手段２３が、各相の出力電圧を測定して、Ｕ相出力電圧値信号、Ｖ相出力電圧値信号およびＷ相出力電圧値信号として出力している。
しかし、出力電圧は、相電圧とするだけでなく、線間電圧としてもよい。
例えば、図２に示すＵ相演算手段３１１への出力電圧を出力するものとして、Ｕ相出力電圧値信号の代わりに、図１０に示すようにＵ－Ｖ間出力電圧測定手段２５１からのＵ－Ｖ間出力電圧値信号とすることができる。この場合、Ｕ相演算手段３１１のＵ相変調率信号の代わりとして、”Ｕ相変調率信号－Ｖ相変調率信号”の信号を用いる。
また、図２に示すＶ相演算手段３１２への出力電圧を出力するものとして、Ｖ相出力電圧値信号の代わりに、図１０に示すようにＶ－Ｗ間出力電圧測定手段２５２からのＶ－Ｗ間出力電圧値信号とすることができる。この場合、Ｖ相演算手段３１２のＶ相変調率信号の代わりとして、”Ｖ相変調率信号－Ｗ相変調率信号”の信号を用いる。
更に、図２に示すＷ相演算手段３１３への出力電圧を出力するものとして、Ｗ相出力電圧値信号の代わりに、図１０に示すようにＷ－Ｕ間出力電圧測定手段２５３からのＷ－Ｕ間出力電圧値信号とすることができる。この場合、Ｗ相演算手段３１３のＷ相変調率信号の代わりとして、”Ｗ相変調率信号－Ｕ相変調率信号”の信号を用いる。
このような線間電圧を測定する出力電圧測定手段２５（Ｕ－Ｖ間出力電圧測定手段２５１，Ｖ－Ｗ間出力電圧測定手段２５２，Ｗ－Ｕ間出力電圧測定手段２５３）としても、出力電圧を測定して、演算手段３１により、スイッチング素子の特性の変化量の一例である遅延を算出することができる。
しかし、出力電圧は、相電圧とするだけでなく、線間電圧としてもよい。
例えば、図２に示すＵ相演算手段３１１への出力電圧を出力するものとして、Ｕ相出力電圧値信号の代わりに、図１０に示すようにＵ－Ｖ間出力電圧測定手段２５１からのＵ－Ｖ間出力電圧値信号とすることができる。この場合、Ｕ相演算手段３１１のＵ相変調率信号の代わりとして、”Ｕ相変調率信号－Ｖ相変調率信号”の信号を用いる。
また、図２に示すＶ相演算手段３１２への出力電圧を出力するものとして、Ｖ相出力電圧値信号の代わりに、図１０に示すようにＶ－Ｗ間出力電圧測定手段２５２からのＶ－Ｗ間出力電圧値信号とすることができる。この場合、Ｖ相演算手段３１２のＶ相変調率信号の代わりとして、”Ｖ相変調率信号－Ｗ相変調率信号”の信号を用いる。
更に、図２に示すＷ相演算手段３１３への出力電圧を出力するものとして、Ｗ相出力電圧値信号の代わりに、図１０に示すようにＷ－Ｕ間出力電圧測定手段２５３からのＷ－Ｕ間出力電圧値信号とすることができる。この場合、Ｗ相演算手段３１３のＷ相変調率信号の代わりとして、”Ｗ相変調率信号－Ｕ相変調率信号”の信号を用いる。
このような線間電圧を測定する出力電圧測定手段２５（Ｕ－Ｖ間出力電圧測定手段２５１，Ｖ－Ｗ間出力電圧測定手段２５２，Ｗ－Ｕ間出力電圧測定手段２５３）としても、出力電圧を測定して、演算手段３１により、スイッチング素子の特性の変化量の一例である遅延を算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【0068】
本発明は、電力変換装置の劣化が推定できるため、簡易な電源から基幹システムに電力を供給する電源などに好適である。
【符号の説明】
【0069】
１０ インバータ
１１ 第１アーム
１２ 第２アーム
１３ 第３アーム
１１１，１２１，１３１ 上アーム
１１２，１２２，１３２ 下アーム
１４１ａ～１４１ｃ 第１配線
１４２ａ～１４２ｃ 第２配線
１４３ａ～１４３ｃ 第３配線
１５ 電圧指令手段
１５１ Ｕ相電圧指令手段
１５２ Ｖ相電圧指令手段
１５３ Ｗ相電圧指令手段
１６ 変調率演算手段
１６１ Ｕ相変調率演算手段
１６２ Ｖ相変調率演算手段
１６３ Ｗ相変調率演算手段
１７ 発振手段
１８ 比較手段
１８１ Ｕ相比較手段
１８２ Ｖ相比較手段
１８３ Ｗ相比較手段
１９ 反転手段
１９１ Ｕ相反転手段
１９２ Ｖ相反転手段
１９３ Ｗ相反転手段
２１ 直流電圧測定手段
２２ 分圧器
２２ａ，２２ｂ 抵抗
２３ 出力電圧測定手段
２３１ Ｕ相出力電圧測定手段
２３２ Ｖ相出力電圧測定手段
２３３ Ｗ相出力電圧測定手段
２４ 出力電流測定手段
２４１ Ｕ相出力電流測定手段
２４２ Ｖ相出力電流測定手段
２４３ Ｗ相出力電流測定手段
２５ 出力電圧測定手段
２５１ Ｕ－Ｖ間出力電圧測定手段
２５２ Ｖ－Ｗ間出力電圧測定手段
２５３ Ｗ－Ｕ間出力電圧測定手段
３０ 劣化推定装置
３１ 演算手段
３１１ Ｕ相演算手段
３１２ Ｖ相演算手段
３１３ Ｗ相演算手段
３１ａ 第１平均化手段
３１ｂ 第２平均化手段
３１ｃ 乗算手段
３１ｄ 減算手段
３１ｅ 積分手段
３１ｆ 極性判定手段
３１ｇ 切替手段
３２ 判定手段
３２１ Ｕ相判定手段
３２２ Ｖ相判定手段
３２３ Ｗ相判定手段
３３ 報知手段
Ｐ 正側電源線
Ｎ 負側電源線
Ｍ 三相交流電動機
１１ 第１アーム
１２ 第２アーム
１３ 第３アーム
１１１，１２１，１３１ 上アーム
１１２，１２２，１３２ 下アーム
１４１ａ～１４１ｃ 第１配線
１４２ａ～１４２ｃ 第２配線
１４３ａ～１４３ｃ 第３配線
１５ 電圧指令手段
１５１ Ｕ相電圧指令手段
１５２ Ｖ相電圧指令手段
１５３ Ｗ相電圧指令手段
１６ 変調率演算手段
１６１ Ｕ相変調率演算手段
１６２ Ｖ相変調率演算手段
１６３ Ｗ相変調率演算手段
１７ 発振手段
１８ 比較手段
１８１ Ｕ相比較手段
１８２ Ｖ相比較手段
１８３ Ｗ相比較手段
１９ 反転手段
１９１ Ｕ相反転手段
１９２ Ｖ相反転手段
１９３ Ｗ相反転手段
２１ 直流電圧測定手段
２２ 分圧器
２２ａ，２２ｂ 抵抗
２３ 出力電圧測定手段
２３１ Ｕ相出力電圧測定手段
２３２ Ｖ相出力電圧測定手段
２３３ Ｗ相出力電圧測定手段
２４ 出力電流測定手段
２４１ Ｕ相出力電流測定手段
２４２ Ｖ相出力電流測定手段
２４３ Ｗ相出力電流測定手段
２５ 出力電圧測定手段
２５１ Ｕ－Ｖ間出力電圧測定手段
２５２ Ｖ－Ｗ間出力電圧測定手段
２５３ Ｗ－Ｕ間出力電圧測定手段
３０ 劣化推定装置
３１ 演算手段
３１１ Ｕ相演算手段
３１２ Ｖ相演算手段
３１３ Ｗ相演算手段
３１ａ 第１平均化手段
３１ｂ 第２平均化手段
３１ｃ 乗算手段
３１ｄ 減算手段
３１ｅ 積分手段
３１ｆ 極性判定手段
３１ｇ 切替手段
３２ 判定手段
３２１ Ｕ相判定手段
３２２ Ｖ相判定手段
３２３ Ｗ相判定手段
３３ 報知手段
Ｐ 正側電源線
Ｎ 負側電源線
Ｍ 三相交流電動機
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】