JP4812368B2 - 電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置 - Google Patents

Description

この発明は、機器に組み込まれる直流電源等に備えられる電力用コンデンサを目標電圧まで繰り返し充電する装置において、電力用コンデンサの寿命の到来を診断する電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置に関するものである。

従来、スイッチング電源装置やインバータ装置等で、大容量を必要とする主回路の電力用コンデンサには、一般的に電解コンデンサが使用されている。電解コンデンサでは、内部で電気化学反応が行われるため、使用時間が長くなるに伴い、容量が減少して損失が増大する特性がある。このため電解コンデンサには寿命が規定されている。さらに、この寿命は使用温度環境に影響され、高温環境で使用されるとさらに寿命は短くなる。
寿命が到来した電解コンデンサは、容量抜けや損失増大、漏れ電流増大等の現象が生じるが、これらの劣化は外観から判断することは困難である。このために電解コンデンサの容量抜け等を診断する装置は、従来から様々なものが提案されている。

特許文献１は、バッテリの高電位側に直列接続された第１のスイッチと、第２のスイッチおよび抵抗の並列接続からなり、第１のスイッチに直列接続された並列回路と、並列回路およびバッテリの低電位側間に接続された電力用コンデンサと、第２のスイッチがオフされると共に第１のスイッチがオンされ、バッテリから抵抗を介して電力用コンデンサが充電された時の電力用コンデンサの電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出される電力用コンデンサの電圧が所定の電圧に到達するまでの充電時間を測定し、この充電時間と、正常な電力用コンデンサが所定の電圧に到達するまでの基準時間との比較に基づいて電力用コンデンサの劣化を判定する診断装置とを備えたものである。

特許文献２は、電圧検出回路により測定された電力用コンデンサの電源印加停止後の放電特性曲線から、直流放電電圧が予め定めた電圧レベルまで降下する使用後電圧降下時間を測定する使用後電圧降下時間測定機能と、運転当初の放電特性曲線と使用後の放電特性曲線とを比較し、運転当初電圧降下時間と使用後電圧降下時間との時間差を演算する波形比較回路と、この波形比較回路により演算された時間差が予め定められた許容値を超過した場合に電力用コンデンサが寿命であると判定する判定装置とを備えたものである。

特許文献３は、インバータ主回路の電源遮断時に電解コンデンサの電荷を放電する放電手段と、電解コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出手段と、予め設定された寿命検出電圧レベルを記憶する記憶手段と、インバータ主回路の電源遮断後に電圧検出手段による検出電圧が予め設定された第１の電圧まで低下した後に、予め設定された基準時間が経過した時点で当該検出電圧が記憶手段に記憶された寿命検出電圧レベル以下である場合に寿命検出信号を出力する寿命検出手段とを備えたものである。

特許文献４は、電力用コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出部と、電源電圧印加停止後における電圧検出部により検出される電力用コンデンサの端子電圧をサンプリングし、各サンプリング電圧とサンプリング間隔とから時定数を求め、この時定数と既知の抵抗値とから電力用コンデンサの容量を演算し、この容量と所定の容量とを比較して容量抜けの判定を行い、この判定に基づいて電力用コンデンサの寿命の到来を診断するＣＰＵとを備えたものである。

特許文献５は、交流電源を整流する整流回路、入力平滑コンデンサ、およびスイッチング回路を有するコンデンサ内蔵機器と、入力平滑コンデンサの容量抜けの判定を行うコンデンサ寿命診断装置とからなり、コンデンサ内蔵機器は、整流回路の整流出力をオフするスイッチを備え、コンデンサ寿命診断装置は、入力平滑コンデンサの両端電圧が基準電圧に低下したことを検出する電圧検出部と、入力平滑コンデンサの両端電圧がスイッチのオフから基準電圧に低下するまでの時間が一定時間以上であるかを判断するＣＰＵとを備えたものである。

特開平５−２１５８００号公報 特開平７−９２２１２号公報 特開平８−８００５５号公報 特開平１１−２３１００８号公報 特開２００２−２８１７３５号公報

従来の電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置は以上のように構成されているので、特許文献２から特許文献５の装置は、電源印加停止後の電力用コンデンサの放電時の電圧をサンプリング等により測定し、所定の放電特性曲線や所定の容量と比較して、電力用コンデンサの寿命の到来を判断するものである。
これらの装置は、いずれも電源印加停止後の電力用コンデンサの放電特性の測定であるため、電源印加停止後のＣＰＵの電源が降下し、ＣＰＵのリセット電圧に至るまで測定を続けると、ＣＰＵ自身ではリセット電圧到来の予知ができないため、リセット電圧まで電圧が降下する直前にＣＰＵの内部レジスタやデータを退避させることができないまま、測定途中でリセット電圧に至り、測定を中断したり、演算途中のデータが消失する等の課題があり、このため、ＣＰＵ等で構成された寿命診断機能の電源を、別系統の電源でバックアップする必要が生じる課題があった。

また、特許文献１の装置は、電力用コンデンサに電圧を強制的に印加して、電力用コンデンサの劣化を判定する手法が採られている。そのため、第２のスイッチおよび抵抗の並列接続等、余分な回路が必要となり、構成が煩雑になると共に従来から存在する回路をそのまま使用することができないなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電圧印加後の電力用コンデンサの充電特性の測定により電力用コンデンサの寿命を診断することにより、バックアップ電源や第２のスイッチおよび抵抗の並列接続等、余分な回路を必要とせず、簡易な構成からなる電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置は、予め設定された電力用コンデンサの充電時間および充電電圧の関係と、電力用コンデンサの充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧との比較を行い、チェックポイントとなる充電電圧と充電時間により複数個所に細分化される領域のどの領域に至るかを検出することにより電力用コンデンサの容量抜け、等価直列抵抗の増大、漏れ電流の増加が規定値を超えたことを検出することにより寿命を診断し、その診断結果を報知する電力用コンデンサ寿命診断回路を備えたものである。

この発明によれば、予め設定された電力用コンデンサの充電時間および充電電圧の関係と、電力用コンデンサの充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧との比較を行い、チェックポイントとなる充電電圧と充電時間により複数個所に細分化される領域のどの領域に至るかを検出することにより電力用コンデンサの容量抜け、等価直列抵抗の増大、漏れ電流の増加が規定値を超えたことを検出することにより寿命を診断するものなので、背景技術のように、電力用コンデンサの放電特性の測定から寿命を診断する場合に必要となったバックアップ電源を必要とせず、また、背景技術のように、電圧を強制的に印加するための第２のスイッチおよび抵抗の並列接続等、余分な回路も必要とせず、簡易に構成することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置であり、図において、電力用コンデンサ充電回路１は、電力用コンデンサ１０を充電する回路であり、電力用コンデンサ充電制御回路１１は、その電力用コンデンサ充電回路１を制御する回路であり、電力用コンデンサ寿命診断回路２１は、電力用コンデンサ１０の寿命を診断し、その診断結果を報知する回路である。

電力用コンデンサ充電回路１において、電源回路３は、交流電源線２に接続され、電源投入に応じて供給される交流電源を整流および平滑用し、直流電源を発生するものである。
第１の半導体スイッチ（半導体スイッチ）４は、電源回路３の出力側の高電位線に接続されたものである。第１のダイオード５およびその第１のダイオード５のアノードに直列接続された抵抗６は、第１の半導体スイッチ４の出力側の高電位線および低電位線間に逆極性に接続され、抵抗６は、第１および第２の半導体スイッチ４，８のオフ動作時に電力用コンデンサ１０に充電される充電電流を電圧信号として検出するものである。リアクトル７は、第１のダイオード５の出力側の高電位線に接続されたものである。第２の半導体スイッチ（半導体スイッチ）８は、リアクトル７の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、第２のダイオード９は、第２の半導体スイッチ８の出力側の高電位線に順極性に接続されたものである。電力用コンデンサ１０は、第２のダイオード９の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、繰り返し充電されるものである。

電力用コンデンサ充電制御回路１１において、基準電流設定部１２は、第１および第２の半導体スイッチ４，８のオフ動作時の電力用コンデンサ１０を充電する基準充電電流を設定するものである。定電流制御用誤差増幅回路１３は、基準電流設定部１２に設定された基準充電電流に応じた設定電圧と、抵抗６による充電電流に応じた電圧信号とを比較し、電圧信号が設定電圧以下の場合に信号出力するものである。三角波発生回路１４は、三角波を発生し、比較回路１５は、三角波発生回路１４からの三角波を＋端子から入力し、定電流制御用誤差増幅回路１３からの信号出力を−端子から入力して、両波形の比較に応じた制御パルスを発生するものである。

電力用コンデンサ寿命診断回路２１において、制御回路用電源回路２２は、交流電源線２に接続され、電源投入に応じて供給される交流電源を直流電源に変換し、電力用コンデンサ充電制御回路１１および電力用コンデンサ寿命診断回路２１の各回路にその直流電源を供給するものである。タイマ回路２３は、電力用コンデンサ１０の充電時間の測定に必要な基準クロックを発生するものである。充電時間充電電圧記憶部２４は、電力用コンデンサ１０の充電時間および充電電圧の特性（関係）と、それら特性に応じた寿命診断結果とが予め設定され記憶されたものである。

寿命診断判定部２５は、電力用コンデンサ１０の高電位線に接続された充電電圧検出線（充電電圧検出回路）による電力用コンデンサ１０の充電電圧の検出を充電開始（トリガ）として、タイマ回路２３から発生される基準クロックによる充電開始からの充電時間を測定すると共に、その充電電圧検出線による電力用コンデンサ１０の充電電圧を測定し、充電時間充電電圧記憶部２４に記憶された電力用コンデンサ１０の充電時間および充電電圧の特性と、それら特性に応じた寿命診断結果と、その電力用コンデンサ１０の充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧との比較に基づいて該当する電力用コンデンサ１０の寿命診断結果を充電時間充電電圧記憶部２４から抽出し、発生するものである。表示警報部２６は、その寿命診断結果をランプ表示や警報ブザーや警報接点出力により使用者に報知するものである。

次に動作について説明する。
図１において、交流電源が投入されると、電源回路３は、電源投入に応じて供給される交流電源を整流および平滑用し、直流電源を発生する。また、交流電源が投入されると、制御回路用電源回路２２は、供給される交流電源を直流電源に変換し、電力用コンデンサ充電制御回路１１および電力用コンデンサ寿命診断回路２１の各回路にその直流電源を供給する。

電力用コンデンサ充電制御回路１１において、基準電流設定部１２には、第１および第２の半導体スイッチ４，８のオフ動作時の電力用コンデンサ１０を充電する基準充電電流が予め設定され、基準電流設定部１２からは、その設定された基準充電電流に応じた設定電圧（１）が発生される。定電流制御用誤差増幅回路１３は、基準電流設定部１２に設定された基準充電電流に応じた設定電圧（１）と、抵抗６による充電電流に応じた電圧信号（２）とを比較し、電圧信号が設定電圧を超える場合に信号出力せず、電圧信号が設定電圧以下の場合に信号出力（３）する。この信号出力（３）は、時間経過と共に高さが大きくなり、最後には高さが一定になるものである。

比較回路１５は、三角波発生回路１４からの三角波（８）と定電流制御用誤差増幅回路１３からの信号出力（３）とを比較し、三角波が信号出力以上の期間に応じた制御パルス（９）を発生する。この制御パルス（９）は、電源投入時は、そのパルス幅が広く、時間と共に狭くなり、最後には広さが一定になるものである。この制御パルス（９）に基づいて第１および第２の半導体スイッチ４，８の動作を制御する。すなわち、制御パルスのハイレベルで第１および第２の半導体スイッチ４，８をオン動作させ、ローレベルでオフ動作させる。

電力用コンデンサ充電回路１において、第１および第２の半導体スイッチ４，８のオン動作により、電源回路３から電流が第１の半導体スイッチ４→リアクトル７→第２の半導体スイッチ８の経路で流れて、リアクトル７に電磁エネルギーが蓄積される。
また、第１および第２の半導体スイッチ４，８のオフ動作により、リアクトル７に蓄積された電磁エネルギーがリアクトル７→第２のダイオード９→電力用コンデンサ１０→抵抗６→第１のダイオード５の経路で循環して電力用コンデンサ１０が充電される。
この時、基準電流設定部１２および定電流制御用誤差増幅回路１３による定電流制御により、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，８のオン時間幅が長く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が短くなり最後には一定となる制御パルス（９）を発生する。このオン時間幅一定となる制御パルスにより、電力用コンデンサ１０の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。

電力用コンデンサ寿命診断回路２１において、寿命診断判定部２５は、電力用コンデンサ１０の充電電圧（５）の検出に基づく充電開始をトリガとして、タイマ回路２３から発生される基準クロック（１０）による充電開始からの充電時間を測定すると共に、その電力用コンデンサ１０の充電電圧を測定する。また、充電時間充電電圧記憶部２４には、電力用コンデンサ１０の充電時間および充電電圧の特性と、それら特性に応じた寿命診断結果とが予め設定され記憶されている。

図２は電力用コンデンサの等価回路を示す回路図であり、図において、一般に電力用コンデンサ１０は、容量成分１０ａのみから構成されているものではなく、容量成分１０ａの他に等価直列抵抗（ＥＳＲ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）１０ｂが存在する。したがって、電力用コンデンサ１０は、等価的に図２に示すようになる。

電力用コンデンサ１０の故障および劣化は、まず、静電容量の変化よりも、誘電正接ｔａｎδの増加がより顕著に現れる。すなわち、電力用コンデンサ１０の劣化が誘電正接ｔａｎδの増加である場合には、等価直列抵抗１０ｂが増加していると考えられる。このため、電力用コンデンサ１０の等価直列抵抗１０ｂが増加すると電力用コンデンサ１０の充電に時間がかかる。同様に、漏れ電流が大きくなった場合は、電力用コンデンサ１０の充電に時間がかかる。また、電力用コンデンサ１０の容量が減少した場合（いわゆる容量抜け）は、逆に電力用コンデンサ１０の充電が早く完了する。

図３は電力用コンデンサの充電時間および充電電圧の特性を示す特性図であり、充電時間充電電圧記憶部２４に予め設定され記憶されるデータをイメージしたものである。
図において、横軸は電力用コンデンサ１０の充電時間、縦軸は電力用コンデンサ１０の充電電圧をそれぞれ示す。縦軸の充電電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、電力用コンデンサ１０の寿命診断に必要なチェックポイントの充電電圧であり、例えば、真空遮断器においては、Ｖ１は動作限界電圧、Ｖ２は遮断限界電圧、Ｖ３は充電閾電圧、Ｖ４は充電規定電圧等を定義するものである。横軸の充電時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、縦軸の充電電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に応じた充電時間目標値である。

また、領域Ａに至る場合は正常とし、領域Ｂに至る場合は容量抜けとし、領域Ｃに至る場合は等価直列抵抗１０ｂの増加とし、領域Ｄに至る場合は等価直列抵抗１０ｂが極めて増加あるいは漏れ電流の増加とし、領域Ｅに至る場合は等価直列抵抗１０ｂおよび漏れ電流が極めて増加とし、領域Ｆに至る場合は劣化が顕著で使用できない状態とする。
なお、充電時間充電電圧記憶部２４に予め設定され記憶されるデータは、図３に示したような特性図ではなく、電力用コンデンサ１０の寿命診断に必要なチェックポイントの充電電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４、充電時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、およびその寿命診断結果だけで良い。

寿命診断判定部２５では、電力用コンデンサ１０の充電開始に応じて測定した測定充電時間および測定充電電圧を、充電時間充電電圧記憶部２４に記憶されたチェックポイントの充電電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４、充電時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３と比較し、電力用コンデンサ１０の寿命診断結果（１１）をその充電時間充電電圧記憶部２４から抽出し発生する。
すなわち、電力用コンデンサ１０の充電開始から充電時間の推移に対応した電力用コンデンサ１０の充電電圧の上昇の推移が図３におけるどの領域に該当するかを判定する。

図３において、より具体的には、
（領域Ａ）充電開始から充電時間Ｔ１〜Ｔ２内に充電電圧Ｖ３に到達した場合には、電力用コンデンサ１０は正常とする寿命診断結果を得る。
（領域Ｂ）充電開始から充電時間Ｔ１内に充電電圧Ｖ３に到達した場合には、正常な領域よりも早く充電されたことになり、電力用コンデンサ１０には容量抜けが生じているとする寿命診断結果を得る。
（領域Ｃ）充電開始から充電時間Ｔ２〜Ｔ３内に充電電圧Ｖ３に到達した場合には、所定の時間内で充電が終わらなかったことから、等価直列抵抗１０ｂが増加しているとする寿命診断結果を得る。
（領域Ｄ）充電開始から充電時間Ｔ３になっても充電電圧がＶ２〜Ｖ３である場合に、等価直列抵抗１０ｂが極めて増加しているか、漏れ電流が増加しているとする寿命診断結果を得る。
（領域Ｅ）充電開始から充電時間Ｔ３になっても充電電圧がＶ１〜Ｖ２である場合に、等価直列抵抗１０ｂおよび漏れ電流が極めて増加しているとする寿命診断結果を得る。
（領域Ｆ）充電開始から充電時間Ｔ３になっても充電電圧がＶ１に満たない場合に、電力用コンデンサ１０の劣化が顕著で使用できない状態にあるとする寿命診断結果を得る。

表示警報部２６は、寿命診断判定部２５による領域Ａから領域Ｆに場合分けされた寿命診断結果を、ランプ表示や警報ブザーや警報接点出力により使用者に報知する。

以上のように、この実施の形態１によれば、寿命診断判定部２５は、充電時間充電電圧記憶部２４に予め設定された電力用コンデンサ１０の充電時間および充電電圧の特性と、それら特性に応じた寿命診断結果と、電力用コンデンサ１０の充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧との比較に基づいて電力用コンデンサ１０の寿命を診断するものなので、電力用コンデンサ１０の放電特性の測定から寿命を診断する場合に必要となったバックアップ電源を必要とせず、また、電圧を強制的に印加するための第２のスイッチおよび抵抗の並列接続等、余分な回路も必要とせず、簡易に構成することができる。
また、電力用コンデンサ１０に充電される充電電流を予め設定された基準充電電流にすることから、電力用コンデンサ１０の充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧の関係の直線性をより高めると共に、充電時間充電電圧記憶部２４に予め設定される電力用コンデンサ１０の充電時間および充電電圧の関係の直線性をより高め、その結果、電力用コンデンサ１０の寿命の診断性能をより高めることができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置であり、電力用コンデンサ充電制御回路１１において、目標電圧設定部１６は、電力用コンデンサ１０を充電する目標充電電圧を設定するものである。充電電圧制御用誤差増幅回路１７は、目標電圧設定部１６に設定された目標充電電圧と、電力用コンデンサ１０の高電位線に接続された充電電圧検出線（充電電圧検出回路）からの電力用コンデンサ１０の充電電圧とを比較し、その充電電圧が目標充電電圧以上の場合に信号出力し、充電電圧が目標充電電圧未満の場合にその信号出力を停止するものである。オア回路１８は、定電流制御用誤差増幅回路１３からの信号出力と、充電電圧制御用誤差増幅回路１７からの信号出力との総和を取り、その総和を比較回路１５の−端子に出力するものである。

電力用コンデンサ寿命診断回路２１において、寿命診断判定部２５は、電力用コンデンサ１０の高電位線に接続された充電電圧検出線（充電電圧検出回路）による電力用コンデンサ１０の充電電圧に基づいて、充電の初期段階では定電流制御用誤差増幅回路１３による定電流制御を選択し、充電の完了段階では充電電圧制御用誤差増幅回路１７による目標充電電圧制御を選択するものである。その他の構成については図１と同様である。

次に動作について説明する。
電力用コンデンサ寿命診断回路２１において、寿命診断判定部２５は、電力用コンデンサ１０の充電電圧（５）に基づいて、充電の初期段階では定電流制御用誤差増幅回路１３に選択信号（１２）を出力し、定電流制御用誤差増幅回路１３による定電流制御を選択する。

電力用コンデンサ充電制御回路１１において、抵抗（充電電流検出回路）６、基準電流設定部１２および定電流制御用誤差増幅回路１３からなる構成により、上記実施の形態１に示したように、オア回路１８を通じた比較回路１５からは、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，８のオン時間幅が長く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が短くなり最後には一定となる制御パルス（９）を発生し、このオン時間幅一定となる制御パルスにより、電力用コンデンサ１０の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。

また、電力用コンデンサ寿命診断回路２１において、寿命診断判定部２５は、電力用コンデンサ１０の充電電圧（５）に基づいて、充電の完了段階（例えば、測定充電電圧（５）が図３における充電電圧Ｖ３に到達し、寿命診断結果が得られた時点）では充電電圧制御用誤差増幅回路１７に選択信号（１３）を出力し、充電電圧制御用誤差増幅回路１７による電力用コンデンサ１０の充電電圧が目標充電電圧になるような制御を選択する。

電力用コンデンサ充電制御回路１１において、目標電圧設定部１６には、電力用コンデンサ１０の目標充電電圧が予め設定され、目標電圧設定部１６からは、その設定された目標充電電圧（４）が発生される。充電電圧制御用誤差増幅回路１７は、目標電圧設定部１６に設定された目標充電電圧（４）と、電力用コンデンサ１０の高電位線に接続された充電電圧検出線からの電力用コンデンサ１０の充電電圧（５）とを比較し、その充電電圧が目標充電電圧に到達しない間は信号出力せず、充電電圧が目標充電電圧に達した場合に信号出力（６）する。比較回路１５は、三角波発生回路１４からの三角波（８）と充電電圧制御用誤差増幅回路１７からのオア回路１８を通じた信号出力（７）とを比較し、三角波が信号出力以上の期間に応じた制御パルス（９）を発生する。

この制御パルスは、電力用コンデンサ１０の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に発生を停止するものである。この制御パルス（９）に基づいて第１および第２の半導体スイッチ４，８の動作を制御することにより、電力用コンデンサ１０の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第１および第２の半導体スイッチ４，８の動作を停止させ、電力用コンデンサ１０の充電電圧を目標充電電圧に一致させることができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、充電の初期段階、すなわち、電力用コンデンサ１０の寿命診断結果が得られる時点までは、電力用コンデンサ１０に充電される充電電流を予め設定された基準充電電流にすることから、電力用コンデンサ１０の充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧の関係の直線性をより高めると共に、充電時間充電電圧記憶部２４に予め設定される電力用コンデンサ１０の充電時間および充電電圧の関係の直線性をより高め、その結果、電力用コンデンサ１０の寿命の診断性能をより高めることができる。
また、充電の完了段階では、電力用コンデンサ１０の充電電圧を予め設定した目標充電電圧に一致させることができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置であり、電力用コンデンサ寿命診断回路２１において、スタートスイッチ２７は、電力用コンデンサ１０の完全放電に連動してオン動作し、寿命診断判定部２５に再診断信号を出力するものである。その他の構成については、図１と同様である。

次に動作について説明する。
電力用コンデンサ寿命診断回路２１において、スタートスイッチ２７は、この実施の形態３による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置を、例えば、高圧回路の短絡保護や開閉に使用される真空遮断器の投入コイルや遮断コイル駆動用の電源装置として使用した場合に、投入コイルや遮断コイルを使用すると、電力用コンデンサ１０が放電されて、充電電圧が０Ｖとなるため、再度、電力用コンデンサ１０を充電する必要が生じる。

この時、真空遮断器の投入コイルや遮断コイルの駆動時の信号等の、電力用コンデンサ１０の放電完了に連動した信号によりスタートスイッチ２７をオン動作することにより、寿命診断判定部２５に再診断信号を出力する。寿命診断判定部２５では、その再診断信号の入力に応じて、充電時間充電電圧記憶部２４に予め設定された電力用コンデンサ１０の充電時間および充電電圧の特性と、それら特性に応じた寿命診断結果と、電力用コンデンサ１０の充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧との比較に基づいて電力用コンデンサ１０の寿命を再診断する。また、表示警報部２６では、寿命診断判定部２５による寿命診断結果を報知する。

以上のように、この実施の形態３によれば、電力用コンデンサ１０の完全放電に連動してオン動作するスタートスイッチ２７からの再診断信号により、寿命診断判定部２５は、電力用コンデンサ１０の寿命を再診断し、表示警報部２６では、寿命診断判定部２５による寿命診断結果を報知することができる。

なお、この実施の形態３におけるスタートスイッチ２７は、上記実施の形態２による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置に適用しても良く、また、スタートスイッチ２７は、機械的接点に限定されるものではなく、半導体スイッチであっても良い。

また、上記実施の形態１から実施の形態３において、交流電源線２が直流電源線の場合は、電源回路３および制御回路用電源回路２２は、不要であるか、またはＤＣ／ＤＣコンバータにより構成すれば良い。

さらに、図３において、電力用コンデンサ１０の寿命診断結果を、領域Ａ〜領域Ｆの６領域に分けたが、この６領域に限定されるものではなく、必要に応じた領域に区分すれば良い。

さらに、寿命診断判定部２５は、充電電圧が目標電圧に到達する充電時間や、所定の充電時間で到達する充電電圧の値で判定するようにしても良く、場合によっては、充電時間充電電圧記憶部２４に記憶されるデータや寿命診断判定部２５の構成を簡単にすることができる。

さらに、充電時間充電電圧記憶部２４に記憶される充電電圧Ｖ１〜Ｖ４や充電時間Ｔ１〜Ｔ３は固定値でも良いが、各種機器や各種定格に容易に設定できるような設定手段を備えて、任意の充電電圧や充電時間を設定できるようにしても良い。

さらに、上記実施の形態１から実施の形態３における電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置では、第１および第２の半導体スイッチ４，８のオンオフ動作を同時に行うようにしたが、特開２００２−２１８７４３号公報に示されたように、第１および第２の半導体スイッチのオン期間にリアクトルに直流電源を印加してリアクトルに電磁エネルギーを蓄積して、第２の半導体スイッチのオフにより、リアクトルに蓄積された電磁エネルギーに加えて交流電源のエネルギーを、整流器、平滑用コンデンサ、リアクトル、ダイオード、電力用コンデンサの経路で循環させて、電力用コンデンサを充電するように構成すれば、交流電源のエネルギーをも含めて電力用コンデンサを充電することができる。

さらに、基準電流設定部１２および目標電圧設定部１６は、可変抵抗器やデジタルスイッチ等を使用し、電力用コンデンサ１０を充電する基準充電電流や目標充電電圧が操作者に見え、且つ操作の可能な形態にすることができる。また、予め充電装置によって基準充電電流や目標充電電圧が決められる場合は、固定にしても良い。

さらに、同様に、充電時間充電電圧記憶部２４も、可変抵抗器やデジタルスイッチ等を使用し、設定される充電電圧や充電時間が操作者に見え、且つ操作の可能な形態にすることができる。また、予め充電装置によって充電電圧や充電時間が決められる場合は、固定にしても良い。

この発明の実施の形態１による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置である。 電力用コンデンサの等価回路を示す回路図である。 電力用コンデンサの充電時間および充電電圧の特性を示す特性図である。 この発明の実施の形態２による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置である。 この発明の実施の形態３による電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置である。

符号の説明

１ 電力用コンデンサ充電回路、２ 交流電源線、３ 電源回路、４ 第１の半導体スイッチ（半導体スイッチ）、５ 第１のダイオード、６ 抵抗、７ リアクトル、８ 第２の半導体スイッチ（半導体スイッチ）、９ 第２のダイオード、１０ 電力用コンデンサ、１０ａ 容量成分、１０ｂ 等価直列抵抗、１１ 電力用コンデンサ充電制御回路、１２ 基準電流設定部、１３ 定電流制御用誤差増幅回路、１４ 三角波発生回路、１５ 比較回路、１６ 目標電圧設定部、１７ 充電電圧制御用誤差増幅回路、１８ オア回路、２１ 電力用コンデンサ寿命診断回路、２２ 制御回路用電源回路、２３ タイマ回路、２４ 充電時間充電電圧記憶部、２５ 寿命診断判定部、２６ 表示警報部、２７ スタートスイッチ。

Claims (4)

1. 電源回路に接続され、半導体スイッチをオン動作することによりその電源回路から発生される直流電源をリアクトルに電磁エネルギーとして蓄積し、その半導体スイッチをオフ動作することによりそのリアクトルに蓄積された電磁エネルギーを電力用コンデンサに充電する電力用コンデンサ充電回路と、
   上記半導体スイッチをオン動作およびオフ動作させる制御パルスを発生する電力用コンデンサ充電制御回路と、
   予め設定された上記電力用コンデンサの充電時間および充電電圧の関係と、その電力用コンデンサの充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧との比較を行い、チェックポイントとなる充電電圧と充電時間により複数個所に細分化される領域のどの領域に至るかを検出することにより電力用コンデンサの容量抜け、等価直列抵抗の増大、漏れ電流の増加が規定値を超えたことを検出することにより寿命を診断し、その診断結果を報知する電力用コンデンサ寿命診断回路とを備えた電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置。
2. 電力用コンデンサ充電制御回路は、
   半導体スイッチのオフ動作時に電力用コンデンサに充電される充電電流が予め設定された基準充電電流になるような制御パルスを発生することを特徴とする請求項１記載の電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置。
3. 電力用コンデンサ充電制御回路は、
   電力用コンデンサの充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に半導体スイッチの動作を停止させるような制御パルスを発生することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置。
4. 電力用コンデンサ寿命診断回路は、
   電力用コンデンサの完全放電に連動して、予め設定された上記電力用コンデンサの充電時間および充電電圧の関係と、その電力用コンデンサの充電開始からの測定充電時間および測定充電電圧との比較を行い、チェックポイントとなる充電電圧と充電時間により複数個所に細分化される領域のどの領域に至るかを検出することにより電力用コンデンサの容量抜け、等価直列抵抗の増大、漏れ電流の増加が規定値を超えたことを検出することにより寿命を診断し、その診断結果を報知することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電力用コンデンサの寿命診断機能付き充電装置。

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