特許 7553724 電力変換装置、平滑コンデンサの劣化判定方法

(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】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】電力変換装置、平滑コンデンサの劣化判定方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240910BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023552450

(86)(22)【出願日】2021-10-05

(86)【国際出願番号】 JP2021036867

(87)【国際公開番号】W WO2023058127

(87)【国際公開日】2023-04-13

【審査請求日】2023-11-02

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】トボン メンデス マウリシオ

(72)【発明者】

【氏名】大矢 将登

(72)【発明者】

【氏名】堀田 和茂

(72)【発明者】

【氏名】小沼 雄作

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３３３６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６０８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４１４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０８５８２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２０８７７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換部と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの容量値を取得する容量取得部と、
前記平滑コンデンサの劣化状態を判定する劣化判定部と、を備え、
前記容量取得部は、前記平滑コンデンサの初期状態での容量値を表す初期容量値を、前記電力変換部の動作状態の変化に応じて複数取得するとともに、前記平滑コンデンサの運用状態での容量値を表す運用容量値を複数取得し、
前記劣化判定部は、
前記容量取得部により取得された複数の前記初期容量値の統計量に基づいて、前記交流電力と前記平滑コンデンサの初期状態での容量値との関係性を表す特性情報を取得し、
前記容量取得部により取得された複数の前記運用容量値の統計量と、前記特性情報とに基づいて、前記平滑コンデンサの劣化状態を判定する、電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記劣化判定部は、前記運用容量値の統計量と前記特性情報とに基づいて前記平滑コンデンサの劣化量を算出し、算出した前記劣化量と所定の閾値との比較結果に基づいて前記平滑コンデンサの劣化状態を判定する、電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記劣化判定部は、前記交流電力の値を所定範囲ごとに区切って設定された各動作点における前記初期容量値の平均値、中央値、標準偏差、上側フェンスおよび下側フェンスの少なくともいずれか一つを含む統計量を算出し、算出した前記動作点ごとの統計量に基づいて前記特性情報を取得する、電力変換装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記直流電力による直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記電力変換部の出力電流を検出する出力電流検出器と、
前記電力変換部の出力電圧を検出する出力電圧検出器と、を備え、
前記容量取得部は、
所定の初期動作期間中に前記直流電圧検出器、前記出力電流検出器および前記出力電圧検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧、前記出力電流および前記出力電圧に基づいて、前記初期容量値を算出し、
前記初期動作期間の経過後に前記直流電圧検出器、前記出力電流検出器および前記出力電圧検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧、前記出力電流および前記出力電圧に基づいて、前記運用容量値を算出する、電力変換装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記直流電力による直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記電力変換部の出力電流を検出する出力電流検出器と、
外部より入力される出力指令に基づいて前記電力変換部を制御する電力変換制御部と、
前記出力指令に基づいて前記電力変換部の出力電圧を算出する出力電圧算出部と、を備え、
前記容量取得部は、
所定の初期動作期間中に前記直流電圧検出器および前記出力電流検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧および前記出力電流と、前記初期動作期間中に入力された前記出力指令に基づき前記出力電圧算出部により算出された前記出力電圧と、に基づいて、前記初期容量値を算出し、
前記初期動作期間の経過後に前記直流電圧検出器および前記出力電流検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧および前記出力電流と、前記初期動作期間の経過後に入力された前記出力指令に基づき前記出力電圧算出部により算出された前記出力電圧と、に基づいて、前記運用容量値を算出する、電力変換装置。

【請求項6】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記直流電力による直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記平滑コンデンサに流れるコンデンサ電流を検出するコンデンサ電流検出器と、を備え、
前記容量取得部は、
所定の初期動作期間中に前記直流電圧検出器および前記コンデンサ電流検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧および前記コンデンサ電流に基づいて、前記初期容量値を算出し、
前記初期動作期間の経過後に前記直流電圧検出器および前記コンデンサ電流検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧および前記コンデンサ電流に基づいて、前記運用容量値を算出する、電力変換装置。

【請求項7】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記直流電力による直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記電力変換部の出力電流を検出する出力電流検出器と、を備え、
前記容量取得部は、
所定の初期動作期間中に前記直流電圧検出器および前記出力電流検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧および前記出力電流に基づいて、前記初期容量値を算出し、
前記初期動作期間の経過後に前記直流電圧検出器および前記出力電流検出器によりそれぞれ検出された前記直流電圧および前記出力電流に基づいて、前記運用容量値を算出する、電力変換装置。

【請求項8】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記容量取得部は、前記交流電力の値ごとに取得した前記容量値に関するデータの数と、前記電力変換部の運転時間と、の少なくともいずれか一方に基づいて、所定の初期動作期間が経過したか否かの判定を行い、前記判定の結果に基づいて、前記初期容量値または前記運用容量値のいずれを取得するかを決定する、電力変換装置。

【請求項9】

請求項８に記載の電力変換装置において、
前記容量取得部は、前記特性情報を取得済みの前記電力変換部の動作点の数に基づいて、前記特性情報の取得を継続するか終了するかを判断し、継続すると判断した場合には、前記初期動作期間の経過後であっても前記初期容量値を取得する、電力変換装置。

【請求項10】

直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換部と接続されて前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサの劣化状態を判定する方法であって、
前記平滑コンデンサの初期状態での容量値を表す初期容量値を、前記電力変換部の動作状態の変化に応じて複数取得し、
取得した複数の前記初期容量値の統計量に基づいて、前記交流電力と前記平滑コンデンサの初期状態での容量値との関係性を表す特性情報を取得し、
前記平滑コンデンサの運用状態での容量値を表す運用容量値を複数取得し、
取得した複数の前記運用容量値の統計量と、前記特性情報とに基づいて、前記平滑コンデンサの劣化状態を判定する、平滑コンデンサの劣化判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置と、電力変換装置における平滑コンデンサの劣化判定方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、モータ駆動用の電力変換装置は、直流電力を平滑化するために平滑コンデンサを有している。この平滑コンデンサは、充放電が繰り返されることで徐々に劣化が進み、劣化度合いが大きくなると、電力変換装置において出力電圧の制御不良や、直流電力から交流電力への変換に用いられるスイッチング素子の劣化につながる。そのため、平滑コンデンサの劣化度合いを適切に評価することが求められている。

【0003】

平滑コンデンサの劣化度合いの評価に関して、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、主回路コンデンサの電圧変化率が負であり、かつ一定値である期間において、主回路コンデンサの容量を計算して劣化の有無を判断する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】日本国特開２０１０－１６０００１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力変換装置に搭載される平滑コンデンサは、一般的に大容量が必要であることから、電解コンデンサが採用される。しかしながら、電界コンデンサは製造による初期容量のばらつきが大きいため、特許文献１に記載の技術では、劣化状態を適切に評価することができない場合がある。

【0006】

上記の課題を踏まえて、本発明の主目的は、電力変換装置の動作を停止することなく、電力変換装置における平滑コンデンサの劣化状態を適切に評価することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換部と、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの容量値を取得する容量取得部と、前記平滑コンデンサの劣化状態を判定する劣化判定部と、を備え、前記容量取得部は、前記平滑コンデンサの初期状態での容量値を表す初期容量値を、前記電力変換部の動作状態の変化に応じて複数取得するとともに、前記平滑コンデンサの運用状態での容量値を表す運用容量値を複数取得し、前記劣化判定部は、前記容量取得部により取得された複数の前記初期容量値の統計量に基づいて、前記交流電力と前記平滑コンデンサの初期状態での容量値との関係性を表す特性情報を取得し、前記容量取得部により取得された複数の前記運用容量値の統計量と、前記特性情報とに基づいて、前記平滑コンデンサの劣化状態を判定する。
本発明による平滑コンデンサの劣化判定方法は、直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換部と接続されて前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサの劣化状態を判定する方法であって、前記平滑コンデンサの初期状態での容量値を表す初期容量値を、前記電力変換部の動作状態の変化に応じて複数取得し、取得した複数の前記初期容量値の統計量に基づいて、前記交流電力と前記平滑コンデンサの初期状態での容量値との関係性を表す特性情報を取得し、前記平滑コンデンサの運用状態での容量値を表す運用容量値を複数取得し、取得した複数の前記運用容量値の統計量と、前記特性情報とに基づいて、前記平滑コンデンサの劣化状態を判定する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電力変換装置の動作を停止することなく、電力変換装置における平滑コンデンサの劣化状態を適切に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置を用いたモータ駆動システムの概略構成図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。

【図3】動作点ごとの容量値の統計量の例を示す図である。

【図4】統計量と特性情報との比較例を示す図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置を用いたモータ駆動システムの概略構成図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。

【図7】本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置を用いたモータ駆動システムの概略構成図である。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。

【図9】本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置を用いたモータ駆動システムの概略構成図である。

【図10】本発明の第４の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。

【図11】本発明の第５の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下では、本発明の実施形態について説明する。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置１０を用いたモータ駆動システムの概略構成図である。本モータ駆動システムは、制御対象に電力を供給する電力変換装置１０と、電力変換装置１０に電力を供給する三相交流電源２０と、制御対象である交流電動機３０とを備えている。

【0012】

三相交流電源２０は、電力変換装置１０に対して電力を供給するものである。具体的には、電力会社から供給される三相交流電力または発電機から供給される交流電力を供給する。なお、三相交流電源２０に替えて、直流電力を供給する直流電源を電力変換装置１０に接続してもよい。

【0013】

電力変換装置１０は、制御部１００、平滑コンデンサ１０１、直流電圧検出器１０２、第１電力変換部１０３、第２電力変換部１０４、出力電流検出器１０５、出力電圧検出器１０６を備えている。

【0014】

第１電力変換部１０３は、三相交流電源２０から入力された交流電力を、直流電力に変換し、平滑コンデンサ１０１に出力する。第１電力変換部１０３は、例えばダイオードで構成された直流変換回路や、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とフライホイールダイオードを用いた直流変換回路で構成される。図１では、一例としてダイオードで構成された直流変換回路を示している。なお、前述のように三相交流電源２０に替えて直流電源を電力変換装置１０に接続する場合には、第１電力変換部１０３は不要である。

【0015】

平滑コンデンサ１０１は、第１電力変換部１０３から入力された直流電力を平滑化し、第２電力変換部１０４に出力する。平滑コンデンサ１０１は、例えば電解コンデンサを用いて構成される。

【0016】

第２電力変換部１０４は、第１電力変換部１０３から平滑コンデンサ１０１を介して入力された直流電力を交流電力に変換し、交流電動機３０に出力する。第２電力変換部１０４は、制御部１００から入力される駆動信号に応じてその動作が制御されることで、出力する交流電力の電圧や周波数が制御される。図１に示すように、第２電力変換部１０４は、例えばＩＧＢＴとフライホイールダイオードを用いた交流変換回路で構成される。

【0017】

出力電流検出器１０５および出力電圧検出器１０６は、第２電力変換部１０４から交流電動機３０への出力電流と出力電圧をそれぞれ検出し、その検出結果に応じた検出信号を制御部１００に出力する。出力電流検出器１０５は、例えばホール素子を検出素子に用いたホールＣＴ（Current Transformer）やシャント抵抗で構成され、出力電圧検出器１０６は、例えば抵抗と電圧センサの組み合わせにより構成される。なお、出力電流検出器１０５や出力電圧検出器１０６の位置は、図１の位置に限定されることはなく、交流電動機３０への出力電流や出力電圧の測定が可能な場所、例えば第２電力変換部１０４の内部などであってもよい。

【0018】

また、図１では第２電力変換部１０４と交流電動機３０の間に接続された三相の出力線のうち、二相の出力線にのみ出力電流検出器１０５と出力電圧検出器１０６がそれぞれ設けられている。この場合、これら二相の出力電流と出力電圧の検出結果から、残り一相の出力電流と出力電圧を求めることができる。あるいは、残り一相の出力線にも出力電流検出器１０５と出力電圧検出器１０６を設け、その出力電流と出力電圧を検出するようにしてもよい。

【0019】

直流電圧検出器１０２は、第１電力変換部１０３から平滑コンデンサ１０１を介して第２電力変換部１０４に入力される直流電力による直流電圧を検出し、その検出結果に応じた検出信号を制御部１００に出力する。直流電圧検出器１０２は、例えば抵抗と電圧センサの組み合わせにより構成される。なお、直流電圧検出器１０２の位置は、図１の位置に限定されることはなく、第２電力変換部１０４に入力される直流電力の電圧、すなわち平滑コンデンサ１０１の電圧を検出できる場所であれば、いずれもよい。

【0020】

次に、制御部１００について説明する。制御部１００は、ＣＰＵ１１０、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５、出力電圧検出部１１６、ＰＷＭ出力部１１７、外部通信部１１８、情報蓄積部１１９を備えている。

【0021】

直流電圧検出部１１４は、直流電圧検出器１０２が出力した検出信号を入力とし、演算用データの直流電圧Ｖｄｃに変換して、ＣＰＵ１１０に出力する。直流電圧検出部１１４は、例えばＡＤ変換器などで構成される。

【0022】

出力電流検出部１１５は、出力電流検出器１０５が出力した検出信号を入力とし、演算用データの出力電流Ｉｏｕｔに変換して、ＣＰＵ１１０に出力する。出力電流検出部１１５は、例えばＡＤ変換器などで構成される。

【0023】

出力電圧検出部１１６は、出力電圧検出器１０６が出力した検出信号を入力とし、演算用データの出力電圧Ｖｏｕｔに変換して、ＣＰＵ１１０に出力する。出力電圧検出部１１６は、例えばＡＤ変換器などで構成される。

【0024】

ＣＰＵ１１０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの演算器を用いて構成され、ソフトウェアあるいはハードウェアの演算回路により、電力変換装置１０の制御に関する様々な演算処理を実行する。ＣＰＵ１１０は、その機能として、電力変換制御部１１１、容量取得部１１２、劣化判定部１１３の各機能ブロックを有する。

【0025】

電力変換制御部１１１は、電力変換装置１０の外部より入力される出力指令に基づいて第２電力変換部１０４を制御する。電力変換制御部１１１は、例えば、直流電圧検出部１１４と出力電流検出部１１５からそれぞれ入力された直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔに基づいて所定のＰＷＭ制御を行うことにより、出力指令に応じたＰＷＭ信号Ｐを生成してＰＷＭ出力部１１７へ出力する。このＰＷＭ信号Ｐに応じて、ＰＷＭ出力部１１７が第２電力変換部１０４に駆動信号を出力することで、第２電力変換部１０４を制御することができる。

【0026】

容量取得部１１２は、平滑コンデンサ１０１の容量値を取得する。本実施形態では、容量取得部１１２は、例えば直流電圧検出器１０２、出力電流検出器１０５および出力電圧検出器１０６によりそれぞれ検出され、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５、出力電圧検出部１１６からそれぞれ入力された演算用データが表す直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔおよび出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、平滑コンデンサ１０１の容量値を算出する。なお、容量取得部１１２による平滑コンデンサ１０１の容量値の具体的な算出方法については後述する。

【0027】

劣化判定部１１３は、容量取得部１１２により取得された容量値に基づいて、平滑コンデンサ１０１の劣化状態を判定する。本実施形態では、劣化判定部１１３は、容量取得部１１２により取得された複数の容量値の統計量を算出し、その統計量に基づいて、平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定を行う。なお、劣化判定部１１３による平滑コンデンサ１０１の劣化状態の具体的な判定方法については後述する。

【0028】

外部通信部１１８は、電力変換装置１０の外部とＣＰＵ１１０との間で入出力される通信信号のインタフェース処理を行う。外部通信部１１８は、例えばＬＡＮコントローラなどで構成される。電力変換装置１０の外部より送信された出力指令は、この外部通信部１１８により受信されてＣＰＵ１１０に出力され、電力変換制御部１１１による第２電力変換部１０４の制御などに利用される。

【0029】

情報蓄積部１１９は、ＣＰＵ１１０から出力される情報を蓄積するとともに、ＣＰＵ１１０からの要求に応じて、蓄積されている情報をＣＰＵ１１０に出力する。情報蓄積部１１９は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性の記録媒体などで構成される。

【0030】

次に、本実施形態の電力変換装置１０における平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定について説明する。

【0031】

図２は、本発明の第１の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。本実施形態の電力変換装置１０では、制御部１００のＣＰＵ１１０において、図２のフローチャートに示す処理が所定の演算周期ごとに実行されることにより、平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定が行われる。

【0032】

ステップＳ２１０において、ＣＰＵ１１０は、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５、出力電圧検出部１１６から直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔのデータをそれぞれ取得し、情報蓄積部１１９に蓄積する。

【0033】

ステップＳ２２０において、ＣＰＵ１１０は、ステップＳ２１０でデータの蓄積を開始してから所定のデータ蓄積時間が経過したか否かを判定する。データ蓄積時間をまだ経過していない場合は、ステップＳ２１０へ戻って直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔのデータ蓄積を継続し、データ蓄積時間を経過した場合は、図２の処理を次のステップＳ２３０へ進める。なお、ステップＳ２２０の判定で用いられるデータ蓄積時間とは、後述のステップＳ２４０で容量値の統計量を算出するために十分なデータ数が得られる時間であり、ＣＰＵ１１０において予め設定されている。

【0034】

ステップＳ２３０において、ＣＰＵ１１０は、容量取得部１１２により、ステップＳ２１０の処理によってデータ蓄積時間の間に情報蓄積部１１９に蓄積されたデータを用いて、平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃを求める。ここでは、例えば以下のようにして、容量値Ｃを複数算出することができる。

【0035】

平滑コンデンサ１０１に入出力される電力は、第２電力変換部１０４により生成されて電力変換装置１０から出力される交流電力に等しいと仮定することができる。この関係は、直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔを用いて、以下の式（１）で表される。
Ｖｄｃ×Ｉｃ＝√３×Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ×ｃｏｓθ ・・・（１）

【0036】

式（１）において、Ｉｃは平滑コンデンサ１０１に流れるコンデンサ電流を表す。また、ｃｏｓθは電力変換装置１０から出力される交流電力の力率を表しており、これは出力電流Ｉｏｕｔと出力電圧Ｖｏｕｔの位相差θより求めることができる。

【0037】

また、コンデンサ電流Ｉｃは、以下の式（２）で表されるように、平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃと直流電圧Ｖｄｃの時間微分値との積により求められる。式（２）において、ｔは時間を表す。
Ｉｃ＝Ｃ×ｄ（Ｖｄｃ）／ｄ（ｔ） ・・・（２）

【0038】

ここで、ＣＰＵ１１０での演算処理を単純化するために、式（２）の直流電圧Ｖｄｃの時間微分値ｄ（Ｖｄｃ）／ｄ（ｔ）を、演算周期ごとに蓄積された直流電圧Ｖｄｃの変化率に置き換えると、式（２）は以下の式（３）のように変形できる。式（３）において、Δｔは演算周期を表し、ΔＶｄｃは時系列で連続する２つのデータ間での直流電圧Ｖｄｃの差分を表している。
Ｉｃ＝Ｃ×ΔＶｄｃ／Δｔ ・・・（３）

【0039】

式（３）を式（１）に代入して得られた数式を容量値Ｃについて解くと、以下の式（４）のようになる。
Ｃ＝√３×Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ×ｃｏｓθ／（Ｖｄｃ×ΔＶｄｃ／Δｔ） ・・・（４）

【0040】

ステップＳ２３０では、情報蓄積部１１９に蓄積されている直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔの各データに基づき、式（４）により、データを取得した各時点での平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃを求めることができる。

【0041】

なお、ステップＳ２３０で求めた各容量値Ｃは、後述のステップＳ２５０で初期動作期間が未経過と判定された場合、または、ステップＳ２６０で平滑コンデンサ１０１の特性情報の取得を継続すると判定された場合には、続くステップＳ２７０の処理において、平滑コンデンサ１０１の初期状態での容量値を表す初期容量値として扱われる。一方、ステップＳ２５０で初期動作期間が経過したと判定され、かつ、ステップＳ２６０で平滑コンデンサ１０１の特性情報の取得を終了すると判定された場合には、続くステップＳ３００の処理において、平滑コンデンサ１０１の運用状態での容量値を表す運用容量値として扱われる。すなわち本実施形態において、容量取得部１１２は、平滑コンデンサ１０１が初期状態のときに直流電圧検出器１０２、出力電流検出器１０５および出力電圧検出器１０６によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔおよび出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、初期容量値を算出する。また、平滑コンデンサ１０１が初期状態後の運用状態のときに直流電圧検出器１０２、出力電流検出器１０５および出力電圧検出器１０６によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔおよび出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、運用容量値を算出する。これにより、初期状態では初期容量値を複数取得し、運用状態では運用容量値を複数取得することができる。

【0042】

ステップＳ２４０において、ＣＰＵ１１０は、劣化判定部１１３により、ステップＳ２３０で求められた各時点での平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃから、初期状態または運用状態における各動作点の容量値Ｃの統計量を求める。ここでは、電力変換装置１０から出力される交流電力の値を所定範囲ごとに区切って設定された各動作点ごとに、容量値Ｃの統計量として、例えば平均値、中央値、標準偏差、上側フェンス、下側フェンス等の統計量を算出する。

【0043】

なお、上側フェンスＵＩＦと下側フェンスＬＩＦは、例えば以下の式（５）、（６）でそれぞれ表される。式（５）、（６）において、Ｑ１、Ｑ３は、当該動作点における全ての容量値Ｃに対する第１四分位数（２５パーセンタイル）と第３四分位数（７５パーセンタイル）をそれぞれ表し、ＩＱＲは四分位範囲（Ｑ３とＱ１の差）を表している。
ＵＩＦ＝Ｑ３＋１．５×ＩＱＲ ・・・（５）
ＬＩＦ＝Ｑ１－１．５×ＩＱＲ ・・・（６）

【0044】

情報蓄積部１１９に蓄積されている直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔの各データには、周囲環境の変動やノイズ等の原因による誤差が含まれている。この誤差は、電力変換装置１０から出力される電力が低いときのデータほど大きくなる。そのため、ステップＳ２３０で算出された容量値Ｃには、これらのデータの誤差に応じて、実際の平滑コンデンサ１０１の容量値に対する誤差が生じる。そこで、本実施形態の電力変換装置１０では、ステップＳ２４０の処理を行って容量値Ｃを統計的に取り扱うことにより、容量値Ｃに含まれる誤差を取り除くようにしている。

【0045】

図３は、ステップＳ２４０で算出された動作点ごとの容量値Ｃの統計量の例を示す図である。図３において、横軸は電力変換装置１０から出力される交流電力Ｐｏｕｔを表し、縦軸は容量値Ｃを表している。図３では、交流電力Ｐｏｕｔを所定範囲、例えば１Ｗごとに区切ることで複数の動作点を設定し、その動作点ごとに算出した容量値Ｃの平均、標準偏差、上側フェンス、下側フェンスの各統計量をグラフ化した例を示している。なお、図３に示した容量値Ｃの統計量は一例であり、例えば平均値の代わりに中央値を算出するなど、他の統計量を算出するようにしてもよい。

【0046】

図２の説明に戻ると、ステップＳ２５０において、ＣＰＵ１１０は、電力変換装置１０の運用を開始してから所定の初期動作期間が経過したか否かを判定する。ここでは、前述のステップＳ２１０でこれまでに情報蓄積部１１９に蓄積されたデータの数や、運用開始時点からの第２電力変換部１０４の運転時間の累計値などに基づき、例えば次のようにして初期動作期間が経過したか否かを判定する。

【0047】

電力変換装置１０の運用を開始すると、ＣＰＵ１１０は、前述のステップＳ２１０において、平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃに関するデータとして、直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔの各データを所定の演算周期ごとに取得し、情報蓄積部１１９に蓄積する。ステップＳ２５０では、これまでに取得して情報蓄積部１１９に蓄積されたこれらのデータの数が予め設定された基準数未満であれば、まだ初期動作期間が経過していないと判定する。一方、情報蓄積部１１９に蓄積されたデータの数が予め設定された基準数以上であれば、初期動作期間が経過したと判定する。なお、上記の基準数は、後述のステップＳ２７０で作成される平滑コンデンサ１０１の特性情報の信頼度が十分に高くなるようなデータ数として、電力変換装置１０の設計開発時などに予め設定することができる。例えばこのようにして、初期動作期間が経過したか否かを判定することができる。

【0048】

あるいは、ＣＰＵ１１０において、平滑コンデンサ１０１の運用期間として、電力変換装置１０の運用開始時点から現在までの第２電力変換部１０４の運転時間の累計値を計測する。ステップＳ２５０では、この運転時間の累計値が予め設定された基準時間未満であれば、まだ初期動作期間が経過していないと判定する。一方、第２電力変換部１０４の運転時間の累計値が予め設定された基準時間以上であれば、初期動作期間が経過したと判定する。なお、上記の基準時間は、後述のステップＳ２７０で作成される平滑コンデンサ１０１の特性情報の信頼度が十分に高くなるような時間として、電力変換装置１０の設計開発時などに予め設定することができる。例えばこのようにして、初期動作期間が経過したか否かを判定することもできる。

【0049】

なお、ステップＳ２５０の処理において初期動作期間の判定条件に用いられる基準数や基準時間は、電力変換装置１０の使用環境（温度等）に応じて変更または調節してもよいし、電力変換装置１０を利用するユーザごとに変えてもよい。例えば、使用環境の厳しい特定のユーザについては、他のユーザとは異なる基準数や基準時間を設定することができる。

【0050】

また、以上説明した２つの判定方法を組み合わせて、ステップＳ２５０の判定処理を行ってもよい。その場合、いずれか一方の条件を満たした場合に初期動作期間が経過したと判定してもよいし、両方の条件を満たした場合に初期動作期間が経過したと判定してもよい。

【0051】

さらに、ステップＳ２５０の判定処理を上記以外の方法で行ってもよい。初期動作期間が経過したか否かを適切に判定することができれば、任意の判定条件を用いてステップＳ２５０の判定処理を行うことが可能である。

【0052】

ステップＳ２５０の判定処理により、初期動作期間がまだ経過していないと判定された場合は、図２の処理をステップＳ２７０へ進める。一方、初期動作期間が経過したと判定された場合は、図２の処理をステップＳ２６０へ進める。

【0053】

ステップＳ２６０において、ＣＰＵ１１０は、平滑コンデンサ１０１の特性情報の取得を終了するか否かを判定する。ここでは、前述のステップＳ２４０において容量値Ｃの統計量を算出済みの動作点の分布状況に基づき、例えば次のようにして、平滑コンデンサ１０１の特性情報の取得を終了するか、それとも終了せずに継続するかを判定する。

【0054】

例えば、電力変換装置１０において第２電力変換部１０４が出力可能な交流電力の範囲のうち、平滑コンデンサ１０１の特性情報の取得対象範囲として予め設定された所定の電力範囲について、当該電力範囲内の各動作点に対して容量値Ｃの統計量を算出済みであるか否かを判定する。その結果、当該電力範囲内で容量値Ｃの統計量を算出済みの動作点が所定数以上存在する場合は、平滑コンデンサ１０１の特性情報として十分な量の統計量を取得済みであると判断し、特性情報の取得を終了すると判定する。一方、容量値Ｃの統計量を算出済みの動作点の数が所定数未満であれば、平滑コンデンサ１０１の特性情報として十分な量の統計量を未取得であると判断し、特性情報の取得を終了せずに継続すると判定する。この場合には、初期動作期間の経過後であっても、その後に実行されるステップＳ２３０で取得される容量値Ｃは、平滑コンデンサ１０１の初期容量値として扱われることになる。このようにして、容量値Ｃの統計量を算出済みの動作点の分布状況に基づき、特性情報の取得を継続するか終了するかをステップＳ２６０において判定することができる。

【0055】

なお、ステップＳ２６０の判定条件に用いられる特性情報の取得対象範囲や動作点の数は、電力変換装置１０の設計開発時などに予め定められてもよいし、電力変換装置１０の使用環境（温度等）に応じて変更または調節してもよい。あるいは、電力変換装置１０を利用するユーザごとに変えてもよい。例えば、使用環境の厳しい特定のユーザについては、他のユーザとは異なる判定条件を設定することができる。

【0056】

また、ステップＳ２６０で特性情報の取得を終了しないと判定された場合、その後の処理では、容量値Ｃの統計量を未算出の動作点において電力変換装置１０を動作させるように、電力変換制御部１１１による第２電力変換部１０４の制御を行うようにしてもよい。

【0057】

ステップＳ２６０において、平滑コンデンサ１０１の特性情報として十分な量の統計量を未取得であり、そのため特性情報の取得を終了せずに継続すると判定した場合は、図２の処理をステップＳ２７０へ進める。一方、平滑コンデンサ１０１の特性情報として十分な量の統計量を取得済みであり、そのため特性情報の取得を終了すると判定した場合は、図２の処理をステップＳ３００へ進める。

【0058】

ステップＳ２５０またはＳ２６０からステップＳ２７０へ進んだ場合、ステップＳ２７０において、ＣＰＵ１１０は、劣化判定部１１３により、ステップＳ２４０で求められた容量値Ｃの統計量、すなわち初期状態の平滑コンデンサ１０１に対して得られた複数の初期容量値の統計量に基づき、平滑コンデンサ１０１の特性情報を作成する。ここでは例えば、ステップＳ２４０で動作点ごとに求められた容量値Ｃの平均値、中央値、標準偏差、上側フェンス、下側フェンス等の各統計量に基づき、交流電力Ｐｏｕｔと各統計量との関係を前述の図３のようにグラフ化し、これを平滑コンデンサ１０１の特性情報とする。これにより、電力変換装置１０から出力される交流電力Ｐｏｕｔと平滑コンデンサ１０１の初期状態での容量値Ｃとの関係性を表す特性情報を、ステップＳ２７０において作成することができる。なお、交流電力Ｐｏｕｔと容量値Ｃとの関係性を適切に表すことができれば、これ以外の方法で特性情報を作成してもよい。

【0059】

ステップＳ２８０において、ＣＰＵ１１０は、ステップＳ２７０で作成した特性情報を情報蓄積部１１９に蓄積して保存する。

【0060】

ステップＳ２６０からステップＳ３００へ進んだ場合、ステップＳ３００において、ＣＰＵ１１０は、劣化判定部１１３により、ステップＳ２４０で求められた容量値Ｃの統計量、すなわち初期状態後の運用状態の平滑コンデンサ１０１に対して得られた複数の運用容量値の統計量を、保存済みの平滑コンデンサ１０１の特性情報と比較する。ここでは、例えば次のようにして、運用容量値の統計量と特性情報との比較を行う。

【0061】

前述のようにステップＳ２４０では、ステップＳ２１０で蓄積されたデータに基づき算出された複数の容量値Ｃに対して、平均値、中央値、標準偏差、上側フェンス、下側フェンス等の統計量が動作点ごとに算出される。この動作点ごとの統計量を保存済みの特性情報と比較することで、ステップＳ３００の処理が行われる。

【0062】

図４は、ステップＳ３００で行われる統計量と特性情報との比較例を示す図である。図４において、実線や破線の各曲線で示したグラフは、特性情報として保存された図３の各統計量を表している。また、図中に示した平均、標準偏差、上側フェンス、下側フェンスは、ある動作点に対してステップＳ２４０で算出された各統計量を表している。ステップＳ３００では、これらの統計量と、特性情報の各グラフで当該動作点に対応する値とがそれぞれ比較される。

【0063】

図２の説明に戻ると、ステップＳ３１０において、ＣＰＵ１１０は、劣化判定部１１３により、ステップＳ３００の比較結果に基づいて平滑コンデンサ１０１の劣化量を算出する。ここでは、例えば以下の式（７）により、平滑コンデンサ１０１の劣化量Ｄｃを算出する。式（７）において、ＣｓはステップＳ２４０で算出された統計量を表し、Ｃ０は特性情報を表している。
Ｄｃ＝（Ｃｓ／Ｃ０）×１００［％］ ・・・（７）

【0064】

式（７）により劣化量Ｄｃを算出する場合、統計量Ｃｓと特性情報Ｃ０には同じ種類のものを用いる必要がある。例えば、統計量Ｃｓに運用容量値の平均を採用する場合、特性情報Ｃ０には初期容量値の平均を採用して、劣化量Ｄｃが算出される。これにより、ステップＳ３００で統計量と特性情報の平均をそれぞれ比較した結果に基づき、ステップＳ３１０において劣化量Ｄｃを算出することができる。なお、平均以外の統計量、例えば標準偏差、上側フェンス、下側フェンス等についても、同様の方法で劣化量Ｄｃを算出することが可能である。

【0065】

ステップＳ３２０において、ＣＰＵ１１０は、劣化判定部１１３により、ステップＳ３１０で算出した劣化量に基づいて平滑コンデンサ１０１の劣化状態を判定する。ここでは、例えば前述の式（７）により算出された劣化量Ｄｃを所定の閾値（例えば８０％）と比較し、劣化量Ｄｃが閾値以上であれば、平滑コンデンサ１０１は劣化していないと判定する。一方、劣化量Ｄｃが閾値未満であれば、平滑コンデンサ１０１は劣化状態にあると判定する。ステップＳ３２０では、例えばこのようにして、劣化量と閾値との比較結果に基づいて平滑コンデンサ１０１の劣化状態を判定することができる。なお、平滑コンデンサ１０１の劣化状態を適切に判定できれば、これ以外の方法を用いてステップＳ３２０の判定処理を行ってもよい。

【0066】

ステップＳ２８０またはステップＳ３２０の処理を実施したら、ＣＰＵ１１０はステップＳ２１０へ戻り、直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔのデータ蓄積を継続する。なお、ステップＳ３２０において平滑コンデンサ１０１は劣化状態にあると判定した場合には、所定の警告音や警告表示を出力することで、平滑コンデンサ１０１が劣化していることをユーザへ通知するようにしてもよい。

【0067】

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0068】

（１）電力変換装置１０は、直流電力を交流電力に変換して出力する第２電力変換部１０４と、直流電力を平滑化する平滑コンデンサ１０１と、平滑コンデンサ１０１の容量値を取得する容量取得部１１２と、平滑コンデンサ１０１の劣化状態を判定する劣化判定部１１３とを備える。容量取得部１１２は、平滑コンデンサ１０１の初期状態での容量値を表す初期容量値を、第２電力変換部１０４の動作状態の変化に応じて複数取得するとともに、平滑コンデンサ１０１の運用状態での容量値を表す運用容量値を複数取得する（ステップＳ２３０）。劣化判定部１１３は、容量取得部１１２により取得された複数の初期容量値の統計量に基づいて、交流電力と平滑コンデンサ１０１の初期状態での容量値との関係性を表す特性情報を取得し（ステップＳ２７０）、容量取得部１１２により取得された複数の運用容量値の統計量と、特性情報とに基づいて、平滑コンデンサ１０１の劣化状態を判定する（ステップＳ３００～Ｓ３２０）。このようにしたので、電力変換装置１０の動作を停止することなく、電力変換装置１０における平滑コンデンサ１０１の劣化状態を適切に評価することができる。

【0069】

（２）劣化判定部１１３は、運用容量値の統計量と特性情報とに基づいて平滑コンデンサ１０１の劣化量Ｄｃを算出し（ステップＳ３００，Ｓ３１０）、算出した劣化量Ｄｃと所定の閾値との比較結果に基づいて平滑コンデンサ１０１の劣化状態を判定する（ステップＳ３２０）。このようにしたので、平滑コンデンサ１０１の劣化状態を正確に判定することができる。

【0070】

（３）劣化判定部１１３は、交流電力の値を所定範囲ごとに区切って設定された各動作点における初期容量値の平均値、中央値、標準偏差、上側フェンスおよび下側フェンスの少なくともいずれか一つを含む統計量を算出し（ステップＳ２４０）、算出した動作点ごとの統計量に基づいて特性情報を取得する（ステップＳ２７０）。このようにしたので、周囲環境の変動やノイズ等の原因による誤差が含まれている初期容量値から、初期状態における平滑コンデンサ１０１の特性を表す特性情報を正確に取得することができる。

【0071】

（４）電力変換装置１０は、直流電力による直流電圧Ｖｄｃを検出する直流電圧検出器１０２と、第２電力変換部１０４の出力電流Ｉｏｕｔを検出する出力電流検出器１０５と、第２電力変換部１０４の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する出力電圧検出器１０６とを備える。ステップＳ２３０において、容量取得部１１２は、所定の初期動作期間中に直流電圧検出器１０２、出力電流検出器１０５および出力電圧検出器１０６によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔおよび出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、初期容量値を算出する。また、初期動作期間の経過後に直流電圧検出器１０２、出力電流検出器１０５および出力電圧検出器１０６によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔおよび出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、運用容量値を算出する。このようにしたので、平滑コンデンサ１０１の初期容量値と運用容量値をそれぞれ正確に算出することができる。

【0072】

（５）容量取得部１１２は、交流電力の値ごとに取得した容量値に関するデータの数と、第２電力変換部１０４の運転時間と、の少なくともいずれか一方に基づいて、所定の初期動作期間が経過したか否かの判定を行い（ステップＳ２５０）、その判定の結果に基づいて、初期容量値または運用容量値のいずれを取得するかを決定する。このようにしたので、適切なタイミングで運用容量値の取得を開始し、これを用いた平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定を行うことができる。

【0073】

（６）容量取得部１１２は、特性情報を取得済みの第２電力変換部１０４の動作点の数に基づいて、特性情報の取得を継続するか終了するかを判断し（ステップＳ２６０）、継続すると判断した場合（ステップＳ２６０：Ｎｏ）には、初期動作期間の経過後（ステップＳ２５０：Ｙｅｓ）であっても、ステップＳ２３０において初期容量値を取得する。このようにしたので、特性情報を取得済みの動作点の数が不足している場合には、初期動作期間の経過後であっても、運用容量値の取得を開始せずに初期容量値の取得を継続することができる。

【0074】

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置１０Ａを用いたモータ駆動システムの概略構成図である。本モータ駆動システムは、制御対象に電力を供給する電力変換装置１０Ａと、電力変換装置１０Ａに電力を供給する三相交流電源２０と、制御対象である交流電動機３０とを備えている。

【0075】

本実施形態の電力変換装置１０Ａにおいて、図１に示した第１の実施形態に係る電力変換装置１０との違いは、出力電圧検出器１０６を有していない点と、制御部１００に替えて制御部１００Ａを有している点である。以下では、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。

【0076】

制御部１００Ａは、ＣＰＵ１１０Ａ、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５、ＰＷＭ出力部１１７、外部通信部１１８、情報蓄積部１１９を備えている。なお、第１の実施形態で説明した制御部１００とは異なり、出力電圧検出部１１６は有していない。

【0077】

ＣＰＵ１１０Ａは、その機能として、第１の実施形態で説明した電力変換制御部１１１、容量取得部１１２、劣化判定部１１３に加えて、さらに出力電圧算出部１２０の各機能ブロックを有する。

【0078】

出力電圧算出部１２０は、電力変換装置１０Ａの外部より入力される出力指令に基づいて第２電力変換部１０４の出力電圧Ｖｏｕｔを算出する。出力電圧算出部１２０は、例えば、電力変換制御部１１１がＰＷＭ信号Ｐを生成する際に外部より入力された出力指令に基づいて算出した電圧指令値から、第２電力変換部１０４の出力電圧Ｖｏｕｔを算出することができる。

【0079】

次に、本実施形態の電力変換装置１０Ａにおける平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定について説明する。

【0080】

図６は、本発明の第２の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、制御部１００ＡのＣＰＵ１１０Ａにおいて、図６のフローチャートに示す処理が所定の演算周期ごとに実行されることにより、平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定が行われる。

【0081】

なお、図６のフローチャートにおいて、第１の実施形態で説明した図２のフローチャートと共通の処理を行う部分は、同一ステップ番号としている。以下では、この図２と同一ステップ番号の部分を省略して、図６のフローチャートの説明を行う。

【0082】

ステップＳ２００Ａにおいて、ＣＰＵ１１０Ａは、出力電圧算出部１２０により出力電圧Ｖｏｕｔを算出する。

【0083】

ステップＳ２１０Ａにおいて、ＣＰＵ１１０Ａは、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５から直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔのデータをそれぞれ取得するとともに、ステップＳ２００Ａで算出した出力電圧Ｖｏｕｔのデータを取得し、これらのデータを情報蓄積部１１９に蓄積する。

【0084】

ステップＳ２２０以降では、図２と同様の処理をそれぞれ実行する。

【0085】

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、電力変換装置１０Ａは、直流電力による直流電圧Ｖｄｃを検出する直流電圧検出器１０２と、第２電力変換部１０４の出力電流Ｉｏｕｔを検出する出力電流検出器１０５と、外部より入力される出力指令に基づいて第２電力変換部１０４を制御する電力変換制御部１１１と、出力指令に基づいて第２電力変換部１０４の出力電圧Ｖｏｕｔを算出する出力電圧算出部１２０とを備える。ステップＳ２３０において、容量取得部１１２は、所定の初期動作期間中に直流電圧検出器１０２および出力電流検出器１０５によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃおよび出力電流Ｉｏｕｔと、初期動作期間中に入力された出力指令に基づき出力電圧算出部１２０により算出された出力電圧Ｖｏｕｔとに基づいて、初期容量値を算出する。また、初期動作期間の経過後に直流電圧検出器１０２および出力電流検出器１０５によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃおよび出力電流Ｉｏｕｔと、初期動作期間の経過後に入力された出力指令に基づき出力電圧算出部１２０により算出された出力電圧Ｖｏｕｔとに基づいて、運用容量値を算出する。このようにしたので、電力変換装置１０Ａに出力電圧検出器１０６を設けなくても、第１の実施形態と同様に、平滑コンデンサ１０１の初期容量値と運用容量値をそれぞれ正確に算出することができる。

【0086】

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置１０Ｂを用いたモータ駆動システムの概略構成図である。本モータ駆動システムは、制御対象に電力を供給する電力変換装置１０Ｂと、電力変換装置１０Ｂに電力を供給する三相交流電源２０と、制御対象である交流電動機３０とを備えている。

【0087】

本実施形態の電力変換装置１０Ｂにおいて、図１に示した第１の実施形態に係る電力変換装置１０との違いは、出力電圧検出器１０６に替えてコンデンサ電流検出器１０７を有している点と、制御部１００に替えて制御部１００Ｂを有している点である。以下では、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。

【0088】

コンデンサ電流検出器１０７は、平滑コンデンサ１０１に流れる電流を検出し、その検出結果に応じた検出信号を制御部１００Ｂに出力する。

【0089】

制御部１００Ｂは、ＣＰＵ１１０、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５、ＰＷＭ出力部１１７、外部通信部１１８、情報蓄積部１１９、コンデンサ電流検出部１２１を備えている。なお、第１の実施形態で説明した制御部１００とは異なり、出力電圧検出部１１６は有していない。

【0090】

コンデンサ電流検出部１２１は、コンデンサ電流検出器１０７が出力した検出信号を入力とし、演算用データのコンデンサ電流Ｉｃに変換して、ＣＰＵ１１０に出力する。コンデンサ電流検出部１２１は、例えばＡＤ変換器などで構成される。

【0091】

次に、本実施形態の電力変換装置１０Ｂにおける平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定について説明する。

【0092】

図８は、本発明の第３の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。本実施形態の電力変換装置１０Ｂでは、制御部１００ＢのＣＰＵ１１０において、図８のフローチャートに示す処理が所定の演算周期ごとに実行されることにより、平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定が行われる。

【0093】

なお、図８のフローチャートにおいて、第１の実施形態で説明した図２のフローチャートと共通の処理を行う部分は、同一ステップ番号としている。以下では、この図２と同一ステップ番号の部分を省略して、図８のフローチャートの説明を行う。

【0094】

ステップＳ２１０Ｂにおいて、ＣＰＵ１１０は、直流電圧検出部１１４、コンデンサ電流検出部１２１から直流電圧Ｖｄｃ、コンデンサ電流Ｉｃのデータをそれぞれ取得し、情報蓄積部１１９に蓄積する。

【0095】

ステップＳ２３０Ｂにおいて、ＣＰＵ１１０は、容量取得部１１２により、ステップＳ２１０Ｂの処理によってこれまでに情報蓄積部１１９に蓄積されたデータを用いて、平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃを求める。ここでは、例えば以下のようにして、容量値Ｃを複数算出することができる。

【0096】

前述の式（３）を変形すると、以下の式（８）が得られる。
Ｃ＝Ｉｃ／（ΔＶｄｃ／Δｔ） ・・・（８）

【0097】

ステップＳ２３０Ｂでは、情報蓄積部１１９に蓄積されている直流電圧Ｖｄｃ、コンデンサ電流Ｉｃの各データに基づき、式（８）により、データを取得した各時点での平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃを求めることができる。

【0098】

ステップＳ２４０以降では、図２と同様の処理をそれぞれ実行する。

【0099】

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、電力変換装置１０Ｂは、直流電力による直流電圧Ｖｄｃを検出する直流電圧検出器１０２と、平滑コンデンサ１０１に流れるコンデンサ電流Ｉｃを検出するコンデンサ電流検出器１０７とを備える。ステップＳ２３０Ｂにおいて、容量取得部１１２は、所定の初期動作期間中に直流電圧検出器１０２およびコンデンサ電流検出器１０７によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃおよびコンデンサ電流Ｉｃに基づいて、初期容量値を算出する。また、初期動作期間の経過後に直流電圧検出器１０２およびコンデンサ電流検出器１０７によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃおよびコンデンサ電流Ｉｃに基づいて、運用容量値を算出する。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、平滑コンデンサ１０１の初期容量値と運用容量値をそれぞれ正確に算出することができる。

【0100】

（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置１０Ｃを用いたモータ駆動システムの概略構成図である。本モータ駆動システムは、制御対象に電力を供給する電力変換装置１０Ｃと、電力変換装置１０Ｃに電力を供給する三相交流電源２０と、制御対象である交流電動機３０とを備えている。

【0101】

本実施形態の電力変換装置１０Ｃにおいて、図１に示した第１の実施形態に係る電力変換装置１０との違いは、出力電圧検出器１０６を有していない点と、制御部１００に替えて制御部１００Ｃを有している点である。以下では、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。

【0102】

制御部１００Ｃは、ＣＰＵ１１０、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５、ＰＷＭ出力部１１７、外部通信部１１８、情報蓄積部１１９を備えている。なお、第１の実施形態で説明した制御部１００とは異なり、出力電圧検出部１１６は有していない。

【0103】

次に、本実施形態の電力変換装置１０Ｃにおける平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定について説明する。

【0104】

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。本実施形態の電力変換装置１０Ｃでは、制御部１００ＣのＣＰＵ１１０において、図１０のフローチャートに示す処理が所定の演算周期ごとに実行されることにより、平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定が行われる。

【0105】

なお、図１０のフローチャートにおいて、第１の実施形態で説明した図２のフローチャートと共通の処理を行う部分は、同一ステップ番号としている。以下では、この図２と同一ステップ番号の部分を省略して、図１０のフローチャートの説明を行う。

【0106】

ステップＳ２１０Ｃにおいて、ＣＰＵ１１０は、直流電圧検出部１１４、出力電流検出部１１５から直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔのデータをそれぞれ取得し、情報蓄積部１１９に蓄積する。

【0107】

ステップＳ２３０Ｃにおいて、ＣＰＵ１１０は、容量取得部１１２により、ステップＳ２１０Ｃの処理によってこれまでに情報蓄積部１１９に蓄積されたデータを用いて、平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃを求める。ここでは、例えば以下のようにして、容量値Ｃを複数算出することができる。

【0108】

平滑コンデンサ１０１から第２電力変換部１０４へ電流が流れるタイミングにおいて、第２電力変換部１０４の出力電流Ｉｏｕｔが小さい場合、コンデンサ電流Ｉｃと出力電流Ｉｏｕｔの間には以下の式（９）の関係が成り立つ。なお、式（９）においてｋは所定の変換係数であり、電力変換装置１０Ｃの各種パラメータや事前の実験結果等に基づいて予め決定される。
Ｉｃ＝Ｉｏｕｔ×（１－ｋ×Ｉｏｕｔ） ・・・（９）

【0109】

前述の式（８）に式（９）を代入すると、以下の式（１０）が得られる。
Ｃ＝Ｉｏｕｔ×（１－ｋ×Ｉｏｕｔ）／（ΔＶｄｃ／Δｔ） ・・・（１０）

【0110】

ステップＳ２３０Ｃでは、情報蓄積部１１９に蓄積されている直流電圧Ｖｄｃ、出力電流Ｉｏｕｔの各データに基づき、式（１０）により、データを取得した各時点での平滑コンデンサ１０１の容量値Ｃを求めることができる。

【0111】

ステップＳ２４０以降では、図２と同様の処理をそれぞれ実行する。

【0112】

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、電力変換装置１０Ｃは、直流電力による直流電圧Ｖｄｃを検出する直流電圧検出器１０２と、第２電力変換部１０４の出力電流Ｉｏｕｔを検出する出力電流検出器１０５とを備える。ステップＳ２３０Ｃにおいて、容量取得部１１２は、所定の初期動作期間中に直流電圧検出器１０２および出力電流検出器１０５によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃおよび出力電流Ｉｏｕｔに基づいて、初期容量値を算出する。また、初期動作期間の経過後に直流電圧検出器１０２および出力電流検出器１０５によりそれぞれ検出された直流電圧Ｖｄｃおよび出力電流Ｉｏｕｔに基づいて、運用容量値を算出する。このようにしたので、電力変換装置１０Ｃに出力電圧検出器１０６を設けなくても、第１の実施形態と同様に、平滑コンデンサ１０１の初期容量値と運用容量値をそれぞれ正確に算出することができる。

【0113】

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、本実施形態の電力変換装置は、第１～第４の実施形態でそれぞれ説明した電力変換装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのいずれかと同様の構成を有している。以下では、第１の実施形態で説明した図１の電力変換装置１０の構成を例として、本実施形態の電力変換装置における平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定について説明する。

【0114】

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る平滑コンデンサ劣化判定処理のフローチャートである。本実施形態の電力変換装置１０では、制御部１００のＣＰＵ１１０において、図１１のフローチャートに示す処理が所定の演算周期ごとに実行されることにより、平滑コンデンサ１０１の劣化状態の判定が行われる。

【0115】

なお、図１１のフローチャートにおいて、第１の実施形態で説明した図２のフローチャートと共通の処理を行う部分は、同一ステップ番号としている。以下では、この図２と同一ステップ番号の部分を省略して、図１１のフローチャートの説明を行う。

【0116】

ステップＳ２５０Ｄにおいて、ＣＰＵ１１０は、電力変換装置１０の運用を開始してから所定の第１フェーズ期間が経過したか否かを判定する。第１フェーズ期間とは、平滑コンデンサ１０１の初期容量値を取得してその特性情報を算出するための期間として予め定められた期間であり、前述の初期動作期間に相当する。ここでは、例えば前述のステップＳ２５０と同様の方法により、第１フェーズ期間が経過したか否かを判定することができる。

【0117】

ステップＳ２５０Ｄの判定処理により、第１フェーズ期間がまだ経過していないと判定された場合は、図１１の処理をステップＳ２７０へ進める。一方、第１フェーズ期間が経過したと判定された場合は、図１１の処理をステップＳ２５１Ｄへ進める。

【0118】

ステップＳ２５１Ｄにおいて、ＣＰＵ１１０は、電力変換装置１０の運用を開始してから所定の第２フェーズ期間が経過したか否かを判定する。第２フェーズ期間とは、前述のステップＳ２６０の判定条件を満たさなくても、平滑コンデンサ１０１の特性情報の算出を終了して劣化状態の判定を開始するための期間として予め定められた期間であり、前述の第１フェーズ期間よりも長い期間、例えば２倍の期間が設定される。ここでは、ステップＳ２５０Ｄと同様の方法により、第２フェーズ期間が経過したか否かを判定することができる。

【0119】

ステップＳ２５１Ｄの判定処理により、第２フェーズ期間がまだ経過していないと判定された場合は、図１１の処理をステップＳ２６０へ進める。一方、第２フェーズ期間が経過したと判定された場合は、図１１の処理をステップＳ３００へ進める。

【0120】

ステップＳ２６０以降では、図２と同様の処理をそれぞれ実行する。

【0121】

以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0122】

なお、上記では本実施形態の適用例として、第１の実施形態で説明した図１の電力変換装置１０の構成において図１１のフローチャートに示す処理を実施する例を説明したが、第２～第４の各実施形態で説明した電力変換装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの構成において本実施形態を適用してもよい。具体的には、図６、図８、図１０の各フローチャートのうち、ステップＳ２５０の処理を図１１のステップＳ２５０Ｄ，Ｓ２５１Ｄに置き換えることにより、本実施形態を適用することができる。

【0123】

なお、上記の各実施形態では、平滑コンデンサ１０１の容量演算、統計量演算や平滑コンデンサ１０１の劣化診断等の各処理を、制御部１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃがそれぞれ備えるＣＰＵ１１０，１１０Ａで行う態様について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、これらの処理に必要なデータを外部通信部１１８から外部の機器へ送信し、外部の機器で処理を行ってもよい。

【0124】

本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するためのものであり、必ずしも全ての構成要素を含む必要はない。本発明を逸脱しない範囲で、任意の構成要素の追加、削除、置換が可能である。

【符号の説明】

【0125】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ：電力変換装置、２０：三相交流電源、３０：交流電動機、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ：制御部、１０１：平滑コンデンサ、１０２：直流電圧検出器、１０３：第１電力変換部、１０４：第２電力変換部、１０５：出力電流検出器、１０６：出力電圧検出器、１０７：コンデンサ電流検出器、１１０，１１０Ａ：ＣＰＵ、１１１：電力変換制御部、１１２：容量取得部、１１３：劣化判定部、１１４：直流電圧検出部、１１５：出力電流検出部、１１６：出力電圧検出部、１１７：ＰＷＭ出力部、１１８：外部通信部、１１９：情報蓄積部、１２０：出力電圧算出部、１２１：コンデンサ電流検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】