JP7503201B2

JP7503201B2 - Power Conversion Equipment

Info

Publication number: JP7503201B2
Application number: JP2023505023A
Authority: JP
Inventors: 将登大矢
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2024-06-19
Anticipated expiration: 2041-03-11
Also published as: TW202235898A; WO2022190331A1; JPWO2022190331A1; TWI804136B

Description

本発明は、電動機の異常診断を行う電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that performs abnormality diagnosis on an electric motor.

産業機械分野、家電分野、自動車分野などの技術分野では、電動機の駆動を行う電力変換装置が用いられている。 Power conversion devices are used to drive electric motors in technical fields such as industrial machinery, home appliances, and automobiles.

電動機あるいは当該電動機により駆動される負荷装置の例としては、コンベアなどの生産ラインに組み込まれるもの、あるいは工作機械などに部品の一部として組み込まれるものなどがあり、用途は多岐にわたる。 Examples of electric motors or load devices driven by such motors include those incorporated into production lines such as conveyors, or those incorporated as part of machine tools, and their applications are diverse.

一方、どのような用途においても、電動機を含む駆動系の故障や駆動性能の劣化などの異常が発生した場合、損失は過大となることが予想される。このため、異常が発生する前の段階において、それらの異常を予兆したいという需要がある。On the other hand, in any application, if an abnormality occurs in the drive system, including the electric motor, or in the drive performance deterioration, the loss is expected to be excessive. For this reason, there is a demand for predicting such abnormalities before they occur.

このような需要に対し、駆動系の異常を診断する技術が提案されている。駆動系における故障の予兆としては、対象駆動系機器の損傷、偏心、または窪みなどにより、機械的な振動として現れる。この機械的な振動を測定用センサにより捉え、センサ情報の解析結果から診断する技術がある。 In response to this demand, technology has been proposed to diagnose abnormalities in drive systems. Signs of failure in the drive system appear as mechanical vibrations caused by damage, eccentricity, or dents in the target drive system equipment. There is technology that captures this mechanical vibration with a measurement sensor and diagnoses the problem from the results of analyzing the sensor information.

また、駆動系機器の振動が電気系にも影響を与えることから、例えば特許文献１のように、電流と電圧を測定用センサにより捉え、検出された電流と電圧から負荷トルクを演算し、演算された負荷トルクの解析を同様に実施し、診断する技術などがある。 In addition, since vibrations in drive system equipment also affect the electrical system, there is technology such as that described in Patent Document 1, which captures current and voltage using a measurement sensor, calculates load torque from the detected current and voltage, and similarly analyzes and diagnoses the calculated load torque.

あるいは、特許文献２のように、検出された電流を別の物理量に加工することなく直接解析し、診断する技術などがある。Alternatively, there is technology such as that described in Patent Document 2, which directly analyzes and diagnoses the detected current without converting it into another physical quantity.

特開２０１６－１９７０４０号公報JP 2016-197040 A 特開２０１５－２２２１５１号公報JP 2015-222151 A

特許文献１及び特許文献２では、対象駆動系機器診断のための演算方法と、その演算結果に基づく異常度の判定を実施し、それらどちらの特許文献についても、電流などの物理量を統計処理することが記載されている。 Patent Documents 1 and 2 describe a calculation method for diagnosing the target drive system equipment and a determination of the degree of abnormality based on the calculation results, and both patent documents describe statistical processing of physical quantities such as current.

統計処理を実施するためには、解析に一定数以上の標本を記憶する必要がある。このことから、統計演算が処理される演算処理装置は相応の記憶領域を使用する。このため、電力変換装置に実装されるような汎用マイクロコンピュータ、特に安価なマイクロコンピュータへの実装は難しいという課題があった。 To perform statistical processing, it is necessary to store a certain number of samples for analysis. For this reason, the processing device that processes the statistical calculations uses a considerable amount of memory space. For this reason, there was an issue that it was difficult to implement in general-purpose microcomputers such as those implemented in power conversion devices, especially inexpensive microcomputers.

本発明の目的は、統計処理を実施することなく、正確に駆動系の異常を診断可能な電力変換装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a power conversion device that can accurately diagnose abnormalities in the drive system without performing statistical processing.

本発明の一態様の電力変換装置は、交流電動機の制御を行う電力変換装置であって、前記交流電動機の駆動中の出力値を検出する検出回路と、前記交流電動機の機械的異常の予兆を診断する予兆診断機能部と、を有し、前記予兆診断機能部は、前記出力値に基づいて、前記交流電動機の出力値の推定分布を逐次更新して、推定更新分布を出力する逐次更新部と、前記推定更新分布と前記出力値とを比較する比較部と、前記比較の結果に基づいて、前記交流電動機の前記機械的異常の予兆を診断する診断判定部と、を有することを特徴とする。 A power conversion device according to one embodiment of the present invention is a power conversion device that controls an AC motor, and includes a detection circuit that detects an output value of the AC motor while it is being driven, and a predictive diagnosis function unit that diagnoses signs of mechanical abnormality in the AC motor, and the predictive diagnosis function unit includes a sequential update unit that sequentially updates an estimated distribution of the output value of the AC motor based on the output value and outputs an estimated updated distribution, a comparison unit that compares the estimated updated distribution with the output value, and a diagnosis determination unit that diagnoses signs of the mechanical abnormality in the AC motor based on the result of the comparison.

本発明の一態様によれば、電力変換装置において、統計処理を実施することなく、正確に駆動系の異常を診断することができる。 According to one aspect of the present invention, a power conversion device can accurately diagnose abnormalities in the drive system without performing statistical processing.

実施例における電力変換装置の構成ブロック図である。1 is a configuration block diagram of a power conversion device according to an embodiment. 予兆診断機能部の構成ブロック図である。FIG. 2 is a configuration block diagram of a predictive diagnosis function unit. 線形確率システムの状態空間モデルの一例である。This is an example of a state space model of a linear stochastic system. 逐次更新部２００の動作概要図である。2 is a schematic diagram illustrating an operation of the sequential update unit 200. FIG. 推定更新分布２０Ａと基準範囲の一例である。1 is an example of an estimated updated distribution 20A and a reference range. 予兆診断結果の変化変化の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of changes in a sign diagnosis result. 積算値からの検証過程の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a verification process based on an integrated value.

以下、図面を用いて実施例について説明する。 Below, the embodiments are explained using drawings.

図１を参照して、実施例１の電力変換装置の構成について説明する。 Referring to Figure 1, the configuration of the power conversion device of Example 1 will be described.

図１に示すように、３相交流電動機１２０の駆動を行う電力変換装置１１０は、整流回路１１１、平滑回路１１２、スイッチング回路１１３、電流検出回路１１４、予兆診断機能部１１５及び外部出力部１１６を有する。As shown in FIG. 1, the power conversion device 110 that drives a three-phase AC motor 120 has a rectifier circuit 111, a smoothing circuit 112, a switching circuit 113, a current detection circuit 114, a predictive diagnosis function unit 115, and an external output unit 116.

３相交流電源１００から出力される３相交流電圧は、整流回路１１１により整流され、平滑回路１１２により平滑し、直流電圧を生成する。なお、３相交流電源１００の代わりに単相交流電源を用い、単相交流電圧を整流、平滑し、直流電圧を生成してもよい。また、整流回路１１１及び平滑回路１１２を取り外し、直流電源から直接、直流電圧を得てもよい。The three-phase AC voltage output from the three-phase AC power supply 100 is rectified by the rectifier circuit 111 and smoothed by the smoothing circuit 112 to generate a DC voltage. Note that a single-phase AC power supply may be used instead of the three-phase AC power supply 100, and the single-phase AC voltage may be rectified and smoothed to generate a DC voltage. Also, the rectifier circuit 111 and the smoothing circuit 112 may be removed, and the DC voltage may be obtained directly from the DC power supply.

スイッチング回路１１３は、複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを組み合わせることで、直流電圧を任意の３相交流電圧に変換し、３相交流電動機１２０に印加する。スイッチング回路１１３は、例えば、それぞれ２個のスイッチング素子を直列接続したＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを並列接続して構成することができる。The switching circuit 113 converts the DC voltage into an arbitrary three-phase AC voltage by combining ON/OFF of multiple switching elements, and applies it to the three-phase AC motor 120. The switching circuit 113 can be configured, for example, by connecting in parallel U-phase, V-phase, and W-phase arms, each of which has two switching elements connected in series.

電流検出回路１１４は、電力変換装置１１０の３相出力電流を検出する。２相のみを検出し、３相交流の総和が零であることから、残りの１相を算出してもよい。なお、スイッチング回路１１３の入力の正極側、あるいは負極側にシャント抵抗を設け、このシャント抵抗に流れる電流から３相出力電流を推定してもよい。The current detection circuit 114 detects the three-phase output current of the power conversion device 110. It is possible to detect only two phases and calculate the remaining one phase since the sum of the three-phase AC is zero. In addition, a shunt resistor may be provided on the positive or negative side of the input of the switching circuit 113, and the three-phase output current may be estimated from the current flowing through this shunt resistor.

予兆診断機能部１１５は、検出電流１１Ａにより、３相交流電動機１２０の機械的異常の予兆診断を実施し、その予兆診断の結果である外部出力信号１１Ｂを出力する。The predictive diagnosis function unit 115 performs predictive diagnosis of mechanical abnormalities in the three-phase AC motor 120 using the detected current 11A, and outputs an external output signal 11B that is the result of the predictive diagnosis.

外部出力部１１６は、外部出力信号１１Ｂにより、３相交流電動機１２０の機械的異常の予兆診断結果を電力変換装置１１０の外部に報知する。The external output unit 116 reports the results of the predictive diagnosis of a mechanical abnormality in the three-phase AC motor 120 to the outside of the power conversion device 110 via the external output signal 11B.

次に、図２を参照して、予兆診断機能部１１５の構成について説明する。図２は、実施例１における予兆診断機能部１１５の構成ブロック図である。Next, the configuration of the predictive diagnosis function unit 115 will be described with reference to Figure 2. Figure 2 is a configuration block diagram of the predictive diagnosis function unit 115 in Example 1.

図２に示すように、予兆診断機能部１１５は、逐次更新部２００、比較部２０１、診断判定部２０２を有し、外部出力部１１６に外部出力信号１１Ｂを出力する。As shown in FIG. 2, the predictive diagnosis function unit 115 has a sequential update unit 200, a comparison unit 201, and a diagnosis judgment unit 202, and outputs an external output signal 11B to the external output unit 116.

逐次更新部２００は、内部に図３に示す３相交流電動機１２０の電流値を確率変数として表現した状態空間モデルと、その状態空間モデルを基に推定した電流値の分布を有する。３相交流電動機の電流値の推定分布は、検出電流１１Ａにより更新され、その更新された結果である分布を推定更新分布２０Ａとして出力する。The sequential update unit 200 has an internal state space model in which the current values of the three-phase AC motor 120 shown in Figure 3 are expressed as random variables, and a distribution of the current values estimated based on the state space model. The estimated distribution of the current values of the three-phase AC motor is updated by the detected current 11A, and the distribution resulting from this update is output as an estimated updated distribution 20A.

図４を参照して、逐次更新部２００の動作の概要について説明する。図４において、横軸は電流値（確率変数）であり、縦軸は確率である。 The operation of the sequential update unit 200 will be outlined with reference to Figure 4. In Figure 4, the horizontal axis represents the current value (random variable) and the vertical axis represents the probability.

図４の矢印に示すように、ある時刻における電流値の推定分布が、新たに検出された検出電流１１Ａにより推定更新分布２０Ａに更新される。As shown by the arrow in Figure 4, the estimated distribution of current values at a certain time is updated to an estimated updated distribution 20A based on a newly detected detection current 11A.

比較部２０１は、検出電流１１Ａと推定更新分布２０Ａとを入力に有する。さらに、比較部２０１は、図５に示すように、推定更新分布２０Ａと斜線にて示されている異常判定のための基準範囲を定め、その基準範囲と検出電流１１Ａとを比較する。比較の結果、検出電流１１Ａが推定更新分布２０Ａの基準範囲外の値である場合に異常と判定しＯＮとなり、基準範囲内の値である場合にＯＦＦとなる異常判定信号２０Ｂを出力する。The comparison unit 201 has the detection current 11A and the estimated update distribution 20A as inputs. Furthermore, as shown in FIG. 5, the comparison unit 201 determines the estimated update distribution 20A and a reference range for abnormality judgment, which is indicated by diagonal lines, and compares the detection current 11A with the reference range. As a result of the comparison, if the detection current 11A is a value outside the reference range of the estimated update distribution 20A, it is judged to be abnormal and outputs an abnormality judgment signal 20B that turns ON, and if the value is within the reference range, turns OFF.

診断判定部２０２は、異常判定信号２０Ｂの入力からＯＮの回数を、あらかじめ決められている一定期間内に積算し、その積算値が閾値を超えた場合に異常と判断する。この判断結果として、正常または異常を外部出力信号１１Ｂとして出力する。The diagnosis determination unit 202 accumulates the number of times the abnormality determination signal 20B is ON from the input within a predetermined period of time, and determines that an abnormality has occurred if the accumulated value exceeds a threshold value. As a result of this determination, the external output signal 11B is output as normal or abnormal.

以下、実施例１における基本動作について説明する。実施例１の基本となる３相交流電動機１２０の機械的異常の予兆診断は、３相交流電動機１２０の電流値に異常兆候があることを、検出電流１１Ａの電流値により推定することである。ここで、３相交流電動機１２０の電流値をｘｋと定義し、そのｘｋの確率変数をＸｋとする。そのＸｋは、図３及び図３と等価な（数１）及び（数２）とに示す線形確率システムにより表現される。 The basic operation of the first embodiment will be described below. The predictive diagnosis of mechanical abnormality of the three-phase AC motor 120, which is the basis of the first embodiment, is to estimate the presence of abnormal signs in the current value of the three-phase AC motor 120 based on the current value of the detected current 11A. Here, the current value of the three-phase AC motor 120 is defined as xk, and the random variable of xk is Xk. Xk is expressed by the linear probability system shown in Figure 3 and (Equation 1) and (Equation 2) which are equivalent to Figure 3.

ｋは離散時間｛０、１、２、・・・｝、または｛０、±１、±２、・・・｝という離散値である。この線形確率システムはＹｋを出力として、Ｙｋは、検出電流１１Ａの電流値をｙｋとしたときのｙｋの確率変数を意味する。ａｋ、ｂｋ、そしてｃｋは設計値であり、対象とする電力変換装置１１０を含む駆動系の特性により決定する。 k is a discrete time {0, 1, 2, ...} or a discrete value {0, ±1, ±2, ...}. This linear stochastic system outputs Yk, which means the random variable yk when the current value of the detected current 11A is yk. ak, bk, and ck are design values and are determined by the characteristics of the drive system including the target power conversion device 110.

また、Ｗｋ及びＶｋは、Ｘｋ及びＹｋ、さらにＷｋ、Ｖｋそれぞれとも独立な期待値が０、分散が１の正規分布に従う雑音である。Ｔは時間遅延要素であり、これは図３のＸｋが時間遅延要素Ｔを通過した後の信号がＸｋ－１となっていることからも明らかである。ここで、Ｘ０は期待値が任意のμ０、分散が任意のτ０の正規分布に従う初期状態であるとし、以降ｋ番目のＸｋにおいては、期待値がμｋ、分散がτｋの正規分布に従い、正規分布が保たれるとする。 Furthermore, Wk and Vk are noises that follow a normal distribution with an expectation of 0 and a variance of 1, independent of Xk and Yk, and furthermore, Wk and Vk. T is a time delay element, which is clear from the fact that the signal after Xk in Figure 3 passes through the time delay element T becomes Xk-1. Here, X0 is assumed to be the initial state in which the expectation follows a normal distribution with an arbitrary μ0 and a variance of an arbitrary τ0, and thereafter, for the kth Xk, the expectation follows a normal distribution with μk and a variance of τk, maintaining the normal distribution.

ここで、（数１）に示した線形確率システムに表現された３相交流電動機１２０の電流値ｘｋの確率変数Ｘｋの特性である（μｋ、τｋ）の組をｙｋにより逐次更新すること、すなわち図４に示した動作となる（μｋ－１、τｋ－１）から（μｋ、τｋ）への更新を考える。Here, we consider sequentially updating the set (μk, τk), which is the characteristic of the random variable Xk of the current value xk of the three-phase AC motor 120 expressed in the linear probability system shown in (Equation 1), by yk, that is, updating from (μk-1, τk-1) to (μk, τk), which results in the operation shown in Figure 4.

この更新は、Ｘｋの条件付き確率分布を求めることにより明示され、時間経過とともに新たな出力電流ｙｋが得られるため、条件付確率密度関数ｐ（ｘｋ｜ｙｋ）を逐次計算することで導かれる。ｐ（ｘｋ｜ｙｋ）は、（数３）に従って計算される。This update is manifested by determining the conditional probability distribution of Xk, and as new output currents yk are obtained over time, it is derived by successively calculating the conditional probability density function p(xk|yk). p(xk|yk) is calculated according to Equation 3.

（数３）の左辺ｐ（ｘｋ｜ｙｋ）は、Ｙｋ＝ｙｋという実現値を得た際のＸｋの分布であり、すなわち検出電流１１Ａを得て、３相交流電動機１２０の電流値の推定分布が更新されることを示し、この数式は図４と等価である。The left side p(xk|yk) of (Equation 3) is the distribution of Xk when the realized value of Yk=yk is obtained, that is, it indicates that the detected current of 11A is obtained and the estimated distribution of the current value of the three-phase AC motor 120 is updated, and this equation is equivalent to Figure 4.

以降、（数３）の右辺を演算し、整理するため各要素について示す。はじめに、ｐ（ｙｋ｜ｘｋ）は、Ｘｋ＝ｘｋという実現値を得た際のＹｋの分布であり、また（数２）よりＹｋは正規分布に従うため、Ｙｋの期待値と分散を演算することにより求められる。Ｙｋの期待値と分散とを演算する操作をそれぞれＥ（Ｙｋ）とＶ（Ｙｋ）と表すと、それぞれ（数４）と（数５）のように示される。 Below, each element will be shown in order to calculate and rearrange the right hand side of (Equation 3). First, p(yk|xk) is the distribution of Yk when the realized value of Xk = xk is obtained, and since Yk follows a normal distribution according to (Equation 2), it can be found by calculating the expected value and variance of Yk. If the operations to calculate the expected value and variance of Yk are represented as E(Yk) and V(Yk), respectively, they can be shown as (Equation 4) and (Equation 5), respectively.

（数４）と（数５）とから、ｐ（ｙｋ｜ｘｋ）は（数６）のように示される。 From (Equation 4) and (Equation 5), p(yk|xk) is expressed as (Equation 6).

次に、ｐ（ｘｋ）について求める。（数１）とＥ（Ｘｋ－１）＝μｋ－１、Ｖ（Ｘｋ－１）＝τｋ－１であることから、それぞれ（数７）と（数８）のように示される。Next, find p(xk). Since (Equation 1) and E(Xk-1) = μk-1 and V(Xk-1) = τk-1, these can be expressed as (Equation 7) and (Equation 8), respectively.

（数７）と（数８）とから、ｐ（ｘｋ）は（数９）のように示される。 From (Equation 7) and (Equation 8), p(xk) is shown as (Equation 9).

次に、ｐ（ｙｋ）について求める。ｐ（ｙｋ）は確率変数Ｘｋに依存しないことは明らかであるため、定数Ｎとして（数３）の全体での確率が１となるように調整する数値である。このことと（数６）と（数９）とから、（数３）は（数１０）の演算結果により求められる。Next, p(yk) is calculated. Since p(yk) is obviously independent of the random variable Xk, it is a value adjusted as the constant N so that the overall probability of (Equation 3) becomes 1. From this, and from (Equation 6) and (Equation 9), (Equation 3) can be calculated from the result of the calculation of (Equation 10).

（数１０）を確率変数Ｘｋに依存しない部分をまとめて定数Ｍとして整理すると、（数１１）のように示される。 If we rearrange (Equation 10) by grouping together the parts that do not depend on the random variable Xk as a constant M, we get (Equation 11).

（数１１）からμｋ、τｋがそれぞれ求められるため、（μｋ－１、τｋ－１）から（μｋ、τｋ）への更新は、それぞれ（数１２）と（数１３）により、逐次計算できる。 Since μk and τk can be found from (Equation 11), the update from (μk-1, τk-1) to (μk, τk) can be calculated sequentially using (Equation 12) and (Equation 13), respectively.

逐次更新部２００は、これら（数１２）と（数１３）とに示されたμｋ、τｋを検出電流１１Ａにより更新された分布である推定更新分布２０Ａとして出力する。The sequential update unit 200 outputs μk and τk shown in (Equation 12) and (Equation 13) as an estimated updated distribution 20A, which is a distribution updated by the detection current 11A.

次に、（数１２）、（数１３）に示されたμｋ、τｋ、そして設計値αから決められた（数１４）に示す基準範囲と、その基準範囲とｙｋとを（数１５）に示す式により比較する。この基準範囲は、μｋを中心に最小値μｋ－ατｋ、最大値μｋ＋ατｋであり、図５の斜線部と等価である。ただし、（数１２）から明らかなように、μｋはｙｋの情報をすでに含んでいるため、ここではｋ－１時点のμｋ－１とτｋ－１とを用いる。Next, the reference range shown in (Equation 14), determined from μk, τk, and the design value α shown in (Equation 12) and (Equation 13), is compared with yk using the formula shown in (Equation 15). This reference range is centered on μk, with a minimum value μk-ατk and a maximum value μk+ατk, and is equivalent to the shaded area in Figure 5. However, as is clear from (Equation 12), μk already contains information about yk, so here μk-1 and τk-1 at time point k-1 are used.

比較部２０１は、（数１４）に示した基準範囲を持ち、その基準範囲を推定更新分布２０Ａに定める。そして（数１５）に示した比較式を満たさない場合に異常と判定しＯＮとなり、比較式を満たす場合にＯＦＦとなる信号を異常判定信号２０Ｂとして出力する。The comparison unit 201 has a reference range shown in (Equation 14), and determines the reference range as the estimated update distribution 20A. If the comparison formula shown in (Equation 15) is not satisfied, it judges that there is an abnormality and outputs a signal that is ON, and if the comparison formula is satisfied, it outputs a signal that is OFF as an abnormality judgment signal 20B.

診断判定部２０２は、異常判定信号２０ＢのＯＮの回数を予め決められている時間分積算する。図６は、積算値の時間変化の一例であり、横軸を時間、縦軸を積算値として示されている。新品の交流電動機である正常交流電動機と、その同一の交流電動機を一年間継続使用し劣化した交流電動機である異常交流電動機の積算値について、計測開始を時刻０とし時刻ｔまでの時間をグラフとして表している。The diagnosis determination unit 202 accumulates the number of times the abnormality determination signal 20B is ON for a predetermined period of time. Figure 6 is an example of the change in the accumulated value over time, with the horizontal axis being time and the vertical axis being the accumulated value. The graph shows the accumulated values of a normal AC motor, which is a brand new AC motor, and an abnormal AC motor, which is the same AC motor that has deteriorated after continuous use for a year, with the measurement starting at time 0 and the time up to time t.

図６のグラフ上の実線が正常交流電動機、点線が異常交流電動機であり、異常交流電動機の方が正常交流電動機よりも時間あたりの積算値が大きく増加していることは明らかである。このことを利用し、ｔを基準時間としてｔ毎に積算値の検証を実施することで、異常判断を可能とする。 The solid line on the graph in Figure 6 is a normal AC motor, and the dotted line is an abnormal AC motor, and it is clear that the abnormal AC motor has a greater increase in the integrated value per hour than the normal AC motor. Utilizing this, it is possible to determine an abnormality by verifying the integrated value every t, with t being the reference time.

積算値の検証は、３相交流電動機１２０と電力変換装置１１０とを組み合わせたはじめの駆動時において、交流電動機を時間ｔ以上駆動させ、その時間ｔ分の積算値を正常値とする。次に、その正常値の２倍から３倍程度の値を異常値として閾値に採用し、時間ｔ毎に閾値と新たに得られた積算値とを比較し、積算値が閾値以下であれば正常、積算値が閾値を超えた場合に異常のように、検証を実施する。この積算値からの検証過程の一例を図７に示す。The verification of the integrated value is performed by first driving the three-phase AC motor 120 and the power conversion device 110 in combination, driving the AC motor for a time t or more, and taking the integrated value for that time t as the normal value. Next, a value two to three times that normal value is set as the abnormal value as the threshold, and the newly obtained integrated value is compared with the threshold every time t, and verification is performed such that if the integrated value is equal to or less than the threshold, it is normal, and if the integrated value exceeds the threshold, it is abnormal. An example of this verification process from the integrated value is shown in Figure 7.

図７は、図６と同様に横軸を時間、縦軸を積算値として、３相交流電動機１２０と電力変換装置１１０とを組み合わせたはじめの駆動時から異常判定までの時間過程を表し、時間ｔ毎に積算値と閾値との比較、積算値の初期化すなわち０への再設定を繰り返し、判定を実施する。 As in Figure 6, Figure 7 shows the time process from the initial operation of the three-phase AC motor 120 and the power conversion device 110 combined to the determination of an abnormality, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the integrated value, and the integrated value is compared with a threshold value every time t, and the integrated value is initialized, i.e., reset to 0, to make a determination.

なお、積算値と閾値との比較ではなく、新たに得られた積算値とその一つ前に得られた積算値との差分にて、積算値の変化量を算出することで、積算値の検証をしても良い。この検証結果を外部出力信号１１Ｂとして出力する。 In addition, instead of comparing the integrated value with a threshold value, the integrated value may be verified by calculating the amount of change in the integrated value from the difference between a newly obtained integrated value and the integrated value obtained immediately before. The verification result is output as an external output signal 11B.

以上の動作が、実施例１の基本となる３相交流電動機１２０の機械的異常の予兆診断方法である。この予兆診断結果である外部出力信号１１Ｂは、外部出力部１１６を通じて３相交流電動機１２０の使用者に報知する。The above operation is the method for predictive diagnosis of mechanical abnormalities in the three-phase AC motor 120 that is the basis of the first embodiment. The external output signal 11B, which is the result of this predictive diagnosis, is notified to the user of the three-phase AC motor 120 via the external output unit 116.

報知する装置としては、液晶画面に予兆診断結果を文字列として常時表示したり、回転灯や表示灯、あるいはブザーにより異常時のみ報知したりと、外部出力部１１６以降の形態について制限はない。 As for the device that notifies the user, there are no restrictions on the form after the external output unit 116; for example, the predictive diagnosis results may be constantly displayed as a string of characters on an LCD screen, or an alarm may be issued only when an abnormality occurs using a rotating light, indicator light, or buzzer.

実施例１では、交流電動機の機械的異常の予兆診断を駆動中の検出電流にて実施する方法を説明した。実施例２は、駆動中の検出電流ではなく、駆動中の回転速度を用いた交流電動機の機械的異常の予兆診断を提供することを特徴とする。In the first embodiment, a method for predicting mechanical abnormalities in an AC motor using the current detected during operation was described. The second embodiment is characterized by providing predictive diagnosis of mechanical abnormalities in an AC motor using the rotational speed during operation, rather than the current detected during operation.

実施例２の電力変換装置及び予兆診断機能部の構成は、実施例１で説明した図１及び図２と同じであり、基本動作についても同様なので、その説明は省略する。The configuration of the power conversion device and the predictive diagnosis function unit in Example 2 is the same as that in Figures 1 and 2 described in Example 1, and the basic operation is also the same, so the description is omitted.

実施例２が実施例１と異なる点は、異常の予兆診断に使用する物理量を検出電流ではなく、回転速度を用いる点である。これは、交流電動機の異常兆候が電流に限らず、別の物理量である回転速度にも異常兆候が現れるためである。 The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the physical quantity used for the abnormality prediction diagnosis is the rotation speed, not the detected current. This is because abnormality signs in AC motors are not limited to current, but also appear in another physical quantity, the rotation speed.

従って、実施例２の基本となる３相交流電動機１２０の機械的異常の予兆診断は、３相交流電動機１２０の回転速度に異常兆候があることを、検出電流１１Ａの電流値から演算した回転速度により推定することである。Therefore, the basic predictive diagnosis of mechanical abnormalities in the three-phase AC motor 120 in Example 2 is to estimate the presence of abnormal signs in the rotational speed of the three-phase AC motor 120 based on the rotational speed calculated from the current value of the detected current 11A.

ここで、（数３）において、３相交流電動機１２０の回転速度をｘｋと定義し、そのｘｋの確率変数をＸｋとする。また、Ｙｋは、検出電流１１Ａの電流値から演算した回転速度をｙｋとしたときのｙｋの確率変数を意味する。前述の（数３）における２つの確率変数の定義が実施例１との差異であり、基本動作については、実施例１と同様である。Here, in (Equation 3), the rotation speed of the three-phase AC motor 120 is defined as xk, and the random variable of xk is Xk. Also, Yk means the random variable of yk when the rotation speed calculated from the current value of the detected current 11A is yk. The definitions of the two random variables in (Equation 3) above are different from Example 1, and the basic operation is the same as in Example 1.

なお、電流から回転速度の演算については、電流の周波数または周期から可能であるが、外部の回転速度計測器を用いて直接検出電流１１Ａに代替し入力しても良い。 The rotation speed can be calculated from the current using the frequency or period of the current, but it is also possible to use an external rotation speed meter and input it directly in place of the detected current 11A.

さらに、実施例１と実施例２とを組み合わせて、電流と回転速度とのいずれか、または両方を用いることで、実施例１よりも交流電動機の多様な異常兆候の予兆診断を実現できる電力変換装置が提供可能となる。 Furthermore, by combining Example 1 and Example 2 and using either or both of the current and the rotational speed, it is possible to provide a power conversion device that can realize predictive diagnosis of a wider variety of abnormal symptoms in AC motors than Example 1.

以上の動作により、３相交流電動機１２０の機械的異常の予兆診断結果を明示可能な電力変換装置が提供可能となる。 Through the above operations, it is possible to provide a power conversion device that can clearly indicate the results of predictive diagnosis of mechanical abnormalities in the three-phase AC motor 120.

上記実施例によれば、駆動している交流電動機の機械的異常の予兆診断を統計的な演算を用いることなく実現することができる。このため、記憶領域の節約につながり、予兆診断を安価なマイコンピュータで実現できる。According to the above embodiment, it is possible to realize a predictive diagnosis of mechanical abnormalities of a driven AC motor without using statistical calculations. This leads to saving of memory space and enables predictive diagnosis to be realized on an inexpensive personal computer.

以上実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Although the above describes the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments and includes various modified examples. Furthermore, the above embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described.

１１Ａ検出電流
１１Ｂ外部出力信号
２０Ａ推定更新分布
２０Ｂ異常判定信号
１００３相交流電源
１１０電力変換装置
１１１整流回路
１１２平滑回路
１１３スイッチング回路
１１４電流検出回路
１１５予兆診断機能部
１１６外部出力部
１２０３相交流電動機
２００逐次更新部
２０１比較部
２０２診断判定部 11A: Detected current 11B: External output signal 20A: Estimated updated distribution 20B: Abnormality determination signal 100: Three-phase AC power supply 110: Power conversion device 111: Rectifier circuit 112: Smoothing circuit 113: Switching circuit 114: Current detection circuit 115: Predictive diagnosis function unit 116: External output unit 120: Three-phase AC motor 200: Sequential update unit 201: Comparison unit 202: Diagnosis and determination unit

Claims

交流電動機の制御を行う電力変換装置であって、
前記交流電動機の駆動中の出力値を検出する検出回路と、
前記交流電動機の機械的異常の予兆を診断する予兆診断機能部と、を有し、
前記予兆診断機能部は、
前記出力値に基づいて、前記交流電動機の出力値の推定分布を逐次更新して、推定更新分布を出力する逐次更新部と、
前記推定更新分布と前記出力値とを比較する比較部と、
前記比較の結果に基づいて、前記交流電動機の前記機械的異常の予兆を診断する診断判定部と、
を有することを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that controls an AC motor,
a detection circuit for detecting an output value of the AC motor while it is being driven;
a predictive diagnosis function unit that diagnoses a predictive sign of a mechanical abnormality in the AC motor,
The predictive diagnosis function unit includes:
a sequential update unit that sequentially updates an estimated distribution of the output value of the AC motor based on the output value, and outputs an estimated updated distribution;
a comparison unit that compares the estimated updated distribution with the output value;
a diagnosis determination unit that diagnoses a sign of the mechanical abnormality of the AC motor based on a result of the comparison;
A power conversion device comprising:

前記検出回路は、
前記交流電動機の出力値として、前記交流電動機の駆動中の電流値を検出し、
前記逐次更新部は、
前記電流値に基づいて、前記交流電動機の電流値の推定分布を逐次更新して、前記電流値の前記推定更新分布を出力し、
前記比較部は、
前記推定更新分布と前記電流値とを比較することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The detection circuit includes:
Detecting a current value during driving of the AC motor as an output value of the AC motor;
The sequential update unit is
Sequentially updating an estimated distribution of current values of the AC motor based on the current values, and outputting the estimated updated distribution of the current values;
The comparison unit is
The power conversion device according to claim 1 , wherein the estimated updated distribution is compared with the current value.

前記検出回路は、
前記交流電動機の出力値として、前記交流電動機の駆動中の電流値を検出し、
前記逐次更新部は、
前記電流値から演算した回転速度に基づいて、前記交流電動機の回転速度の推定分布を逐次更新して、前記回転速度の前記推定更新分布を出力し、
前記比較部は、
前記推定更新分布と前記回転速度とを比較することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The detection circuit includes:
Detecting a current value during driving of the AC motor as an output value of the AC motor;
The sequential update unit is
Sequentially updating an estimated distribution of the rotation speed of the AC motor based on the rotation speed calculated from the current value, and outputting the estimated updated distribution of the rotation speed;
The comparison unit is
The power conversion device according to claim 1 , wherein the estimated updated distribution is compared with the rotation speed.

前記逐次更新部は、
前記電流値の周波数又は周期に基づいて、前記電流値から前記回転速度を演算することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。 The sequential update unit is
4. The power conversion device according to claim 3, wherein the rotation speed is calculated from the current value based on a frequency or a period of the current value.

前記逐次更新部は、
外部の回転速度計測器を用いて検出された回転速度に基づいて、前記交流電動機の回転速度の推定分布を逐次更新して、前記回転速度の前記推定更新分布を出力し、
前記比較部は、
前記推定更新分布と前記回転速度とを比較することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The sequential update unit is
Sequentially updating an estimated distribution of the rotation speed of the AC motor based on a rotation speed detected using an external rotation speed measuring device, and outputting the estimated updated distribution of the rotation speed;
The comparison unit is
The power conversion device according to claim 1 , wherein the estimated updated distribution is compared with the rotation speed.

前記逐次更新部は、
前記交流電動機の前記出力値を確率変数として表現した状態空間モデルと、前記状態空間モデルを基に推定した前記交流電動機の出力値の推定分布を有し、
前記出力値に基づいて前記交流電動機の出力値の推定分布を逐次更新して、前記推定更新分布を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The sequential update unit is
a state space model expressing the output value of the AC motor as a random variable, and an estimated distribution of the output value of the AC motor estimated based on the state space model,
The power conversion device according to claim 1 , wherein an estimated distribution of the output value of the AC motor is successively updated based on the output value, and the estimated updated distribution is output.

前記比較部は、
前記機械的異常を判定するための前記推定更新分布の基準範囲を定め、
前記基準範囲と前記出力値とを比較して、
前記出力値が前記基準範囲外の値である場合に前記機械的異常と判定し、前記出力値が前記基準範囲内の値である場合に正常と判定して、異常判定信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The comparison unit is
determining a reference range of the estimated updated distribution for determining the mechanical anomaly;
Comparing the reference range with the output value,
2. The power conversion device according to claim 1, further comprising: a power supply that supplies a power to the power conversion device; a power supply that supplies a power to the power conversion device;

前記診断判定部は、
前記異常判定信号に基づいて前記機械的異常の回数を所定期間において積算し、積算値が所定の閾値を超えた場合に前記機械的異常と判断することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。 The diagnosis determination unit is
The power conversion device according to claim 7, wherein the number of times the mechanical abnormality has occurred is integrated over a predetermined period based on the abnormality determination signal, and when the integrated value exceeds a predetermined threshold, it is determined that the mechanical abnormality has occurred.

前記診断判定部は、
前記機械的異常の回数を予め決められている基準時間だけ積算し、
前記基準時間毎に前記積算値の検証を実施することにより、前記機械的異常を判断することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。 The diagnosis determination unit is
Integrating the number of mechanical abnormalities for a predetermined reference time period;
The power conversion device according to claim 8 , wherein the mechanical abnormality is determined by verifying the integrated value at each reference time.

前記診断判定部は、
前記交流電動機と前記電力変換装置とを組み合わせた最初の駆動時において、前記交流電動機を前記基準時間以上駆動させ、前記基準時間分の前記積算値を正常値とし、
前記正常値よりも大きい値を異常値として閾値に採用し、
前記基準時間毎に前記閾値と新たに得られた前記積算値とを比較し、
前記積算値が前記閾値以下であれば正常と判定し、
前記積算値が前記閾値を超えた場合に前記機械的異常と判定することにより、前記検証を実施することを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。 The diagnosis determination unit is
When the AC motor and the power conversion device are combined and driven for the first time, the AC motor is driven for at least the reference time, and the integrated value for the reference time is set as a normal value;
A value larger than the normal value is set as an abnormal value and used as a threshold value;
comparing the newly obtained integrated value with the threshold value for each reference time;
If the integrated value is equal to or less than the threshold value, the integrated value is determined to be normal.
The power conversion device according to claim 9 , wherein the verification is performed by determining that a mechanical abnormality has occurred when the integrated value exceeds the threshold value.

前記交流電動機の前記機械的異常の予兆の診断結果を前記電力変換装置の外部へ出力して報知する外部出力部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。The power conversion device according to claim 1, further comprising an external output unit that outputs the diagnosis result of the signs of the mechanical abnormality in the AC motor to the outside of the power conversion device to notify the user.

前記外部出力部は、
前記機械的異常の予兆の診断結果を画面に表示することにより報知することを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。 The external output unit is
The power conversion device according to claim 11, wherein the result of diagnosis of the sign of the mechanical abnormality is notified by displaying it on a screen.

前記外部出力部は、
前記機械的異常の予兆の診断結果を音声にて報知することを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。 The external output unit is
The power conversion device according to claim 11, wherein the diagnosis result of the sign of the mechanical abnormality is notified by voice.