逆变装置、以及逆变装置的冷却能力测定方法

摘要

本发明涉及逆变装置、以及逆变装置的冷却能力测定方法。本发明的目标是提供能不受周围温度或负载状态的影响，测定因冷却风扇的寿命或冷却翼片的网眼堵塞等引起的冷却能力下降的逆变装置、以及逆变装置的冷却能力测定方法。其解决方法是：根据逆变装置的运转/停止指令，利用来自温度检测电路(21)的温度检测值和来自定时器(22)的时间信号，在热时间常数运算电路(23)运算热时间常数，在比较器(25)比较在热时间常数运算电路(23)运算而得的热时间常数的运算值和预先存储在存储器(24)中的热时间常数的基准值，根据该比较结果判断冷却能力是否下降。

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变(inverter)装置、以及逆变装置的冷却能力测定方法，该逆变装置包括：将交流输入变换成直流的交流-直流变换部、使交流-直流变换部的输出平滑的平滑电容器、和将直流输入变换成交流的直流-交流变换部，其设有搭载有构成交流-直流变换部和直流-交流变换部的发热部件的冷却翼片(fin)，尤其涉及能够对因冷却翼片的网眼堵塞、设在冷却翼片上的冷却风扇寿命引起的转速的下降等导致冷却能力下降的情况进行测定的逆变装置以及逆变装置的冷却能力测定方法。

背景技术

在这种逆变装置中，将作为交流-直流变换部和直流-交流变换部的构成部件的整流二极管或IGBT等发热部件载置在设有多个翅片(fin)部的冷却翼片上，使得来自发热部件的热量热传导到冷却翼片，通过冷却风扇向冷却翼片供给空气，进行热交换，通过这种强制空冷方式散热。

冷却风扇有使用寿命问题，为了实现冷却风扇的长寿命化，例如，在专利文献1中，检测搭载有发热部件的冷却体的温度，根据该温度检测值的高低进行冷却风扇的启动、停止。

按照专利文献1，能够实现冷却风扇的长寿命化，但是因为不具备预测冷却风扇的寿命结束时间的功能，所以根据冷却风扇的故障才初次知道冷却风扇的寿命结束。

即，若长时间使用冷却风扇，则因寿命关系而风扇风量下降，因此，冷却能力下降，若这样冷却能力下降，则温度上升，超过IGBT等发热部件具有的使用基准值。

以往，利用安装在冷却体的温度检测器检测温度的绝对值，在通过温度检测器检测出的温度的绝对值超过预先设定的基准值的情况下，判断冷却风扇的寿命结束，进行逆变装置的保护停止或显示警告。

但是，在以往方式中，因为用安装在冷却体的温度检测器所检测到的温度绝对值判断冷却风扇的寿命，所以，有时，即使冷却风扇的冷却能力没有降低，但因周围温度的上升或负载状态、或过负载而发生保护功能动作。

专利文献1：日本特开平7-154976号公报

发明内容

本发明就是为了解决上述以往技术所存在的问题而提出的，其目的在于，提供能不受周围温度或负载状态影响、对因冷却翼片的网眼堵塞或冷却冷却翼片的冷却风扇的寿命等引起的冷却能力的下降进行测定的逆变装置以及逆变装置的冷却能力测定方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种逆变装置以及逆变装置的冷却能力测定方法，所述逆变装置包括：将交流输入变换成直流的交流-直流变换部、使交流-直流变换部的输出平滑的平滑电容器、和将直流输入变换成交流的直流-交流变换部，且设有搭载有构成交流-直流变换部和直流-交流变换部的发热部件的冷却翼片，还设有检测上述冷却翼片的温度的温度检测装置，

(1)根据该逆变装置从运转状态成为停止状态后由上述温度检测装置得到的温度检测值的变化量，判断冷却能力的下降。

(2)根据该逆变装置开始运转后由所述温度检测装置得到的温度检测值的变化量，判断冷却能力的下降。

(3)根据该逆变装置运转中的输出电流、输出频率、输出功率之中的至少一个以上的信息运算上述发热部件的发生损耗Ploss，根据该运算所得的值和所述温度检测装置的检测值，判断冷却能力的下降。

下面说明本发明效果。

按照本发明，通过根据逆变装置停止后或逆变装置开始运转后的温度检测值的变化量，或逆变装置运转中的发热部件的发生损耗，在逆变装置自身测定冷却能力的下降，即使在周围温度高的情况下或发生损耗大的情况下，也能不受周围温度或负载状态的影响，判断因冷却翼片的网眼堵塞或设在冷却翼片的冷却风扇的寿命等引起的冷却能力的下降。

附图说明

图1是表示本发明的第一、第二实施方式的结构图。

图2是逆变装置停止时的温度变化的特性图。

图3是逆变装置开始运转时的温度变化的特性图。

图4是表示本发明的第三实施方式的电路图。

图5是逆变装置运转中的冷却翼片的热等效电路图。

图6是表示本发明的第四实施方式的电路图。

图7是表示本发明的第五实施方式的电路图。

符号说明如下。

1发热部件

2冷却翼片

3冷却风扇

5温度传感器

11交流电源

12负载

13交流-直流变换部

14平滑电容器

15直流-交流变换部

16电压检测器

17电流检测器

20、50、60、70冷却能力测定电路

21温度检测电路

22定时器

23热时间常数运算电路

24存储器

25比较器

30模式切换单元

40显示器。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的第一实施方式的构成图，其中，符号1表示作为交流-直流变换部及直流-交流变换部的构成部件的二极管、IGBT等发热部件，符号2表示设有多个翅片部2a、搭载发热部件1的冷却翼片，符号3表示对冷却翼片2进行冷却的冷却风扇，符号5表示配置在发热部件1附近的冷却翼片2上、检测冷却翼片2的温度的温度传感器。

符号20表示冷却能力测定电路，由温度检测电路21、定时器22、热时间常数运算电路23、存储器24、比较器25构成，根据温度检测值的变化量判断冷却能力的下降。温度检测电路21将由温度传感器5检测到的温度检测值向热时间常数运算电路23输出，热时间常数运算电路23根据逆变装置的运转/停止指令，利用来自温度检测电路21的温度检测值和来自定时器22的时间信号运算(计算)热时间常数。比较器25将在热时间常数运算电路23运算得到的热时间常数的运算值与预先存储在存储器24的热时间常数的基准值进行比较，判断冷却能力是否降低。符号30是选择切换通常运转模式和冷却能力测定模式的模式切换单元，符号40是根据比较器25的输出表示冷却能力已下降的情况的显示器。

图2是逆变装置停止时的温度变化的特性图，下面，对测定冷却风扇的冷却能力的方法进行说明。

测定冷却风扇3的冷却能力时，用模式切换单元30选择冷却能力测定模式。在此，若选择冷却能力测定模式，则停止逆变装置的运转后，使得冷却风扇3继续运转规定时间。

另一方面，若输入逆变装置的停止指令，则运转中的逆变装置在时刻t₁₁停止运转，但冷却风扇3继续运转。接收到该停止指令，逆变装置的停止运转时刻(时间t₁₁时刻)的温度检测值T₁₂从温度检测电路21被输入热时间常数运算电路23。在热时间常数运算电路23，根据冷却翼片2的温度检测值从逆变装置的运转停止时刻到降低预先设定的温度变化量ΔT_C1的时间，即，温度检测值从T₁₂降低到T₁₁的时间，进行热时间常数的运算。

在因冷却风扇3的寿命等转速降低的情况下，或垃圾等堵塞在冷却翼片2的翅片部2a的情况下，冷却能力降低，热时间常数变长，因此，在比较器25中，将在热时间常数运算电路23运算得到的热时间常数的运算值与预先存储在存储器24的热时间常数的基准值进行比较，在热时间常数的运算值比基准值长时输出信号，在显示器40表示冷却能力已降低的情况。或者也可以在判断冷却能力降低时输出报警信号。

在图2中，特性曲线A是成为预先设定的热时间常数的基准值的特性，表示为了使得逆变装置在运转停止的时刻的温度检测值T₁₂变化到T₁₁(温度变化量ΔT_C1)，需要化费从时间t₁₁到时间t₁₃的情况。此外，特性曲线B是冷却能力正常时的特性，表示为了使得逆变装置在运转停止的时刻的温度检测值T₁₂变化到T₁₁(温度变化量ΔT_C1)，需要化费从时间t₁₁到时间t₁₂的情况，特性曲线C是冷却能力下降时的特性，表示为了使得逆变装置在运转停止的时刻的温度检测值T₁₂变化到T₁₁(温度变化量ΔT_C1)，需要化费从时间t₁₁到时间t₁₄的情况。如图2所示，相对于预先设定的热时间常数的基准值(特性A)，在热时间常数短的特性B的情况下，判断冷却风扇3的冷却能力正常，在热时间常数长的特性C的情况下，判断冷却能力下降(异常)。

在上述实施方式中，将热时间常数的运算设为从温度检测值T₁₂变化到T₁₁的时间的一处，但是，热时间常数运算也可以设为二处或二处以上。再有，在上述实施方式中，根据从逆变装置停止运转时刻的第一温度检测值T₁₂降低到第二温度检测值T₁₁的时间，进行热时间常数的运算，但是，也能够从逆变装置的运转停止后的每单位时间的温度变化量求取热时间常数。

在上述实施方式中，将热时间常数的基准值设为预先设定值，但是，也可以在模式切换单元30设置基准值测定模式，在设置逆变装置后，根据逆变装置最初运转时在热时间常数运算电路23运算而得的热时间常数，设定热时间常数的基准值。具体地说，用模式切换单元30选择基准值测定模式，若向逆变装置给予停止指令，则逆变装置停止，但冷却风扇3继续运转。在热时间常数运算电路23，根据变化温度变化量ΔT_C1时来自温度检测电路21的温度检测值，以及来自定时器22的时间信号，运算热时间常数，将运算而得的热时间常数按规定增益倍数进行运算(例如+20％)，将运算得到的值作为热时间常数的基准值存储在存储器24中。

此外，测定冷却能力既可以通过合适的手工动作用模式切换单元30选择冷却能力测定模式，也可以自动地实行，例如，每当逆变装置的累计运转时间或冷却风扇3的累计运转时间达到规定时间时自动地实行。

图3是逆变装置开始运转时的温度变化的特性图，根据图1和图3说明第二实施方式的测定冷却风扇的冷却能力的方法。

在图3中，特性曲线D是成为预先设定的热时间常数的基准值的特性，表示为了使得逆变装置在开始运转的时刻t₂₁的温度检测值T₂₁变化到T₂₂(温度变化量ΔT_C2)，需要化费从时间t₂₁到时间t₂₃的情况。此外，特性曲线E是冷却能力正常时的特性，表示为了使得逆变装置在开始运转的时刻的温度检测值T₂₁变化到T₂₂(温度变化量ΔT_C2)，需要花费从时间t₂₁到时间t₂₄的情况，特性曲线F是冷却能力下降时的特性，表示为了使得逆变装置在开始运转的时刻的温度检测值T₂₁变化到T₂₂(温度变化量ΔT_C2)，需要化费从时间t₂₁到时间t₂₂的情况。

若向逆变装置输入运转指令，则逆变装置在时刻t₂₁开始运转，同时，冷却风扇3也开始运转。接收到该运转指令，逆变装置的开始运转时刻(时间t₂₁时刻)的温度检测值T₂₁从温度检测电路21被输入热时间常数运算电路23。在热时间常数运算电路23，根据冷却翼片2的温度检测值从逆变装置的开始运转时刻上升预先设定的温度变化量ΔT_C2的时间，即，温度检测值从T₂₁上升到T₂₂的时间，进行热时间常数的运算。

在因冷却风扇3的寿命等转速降低的情况下，或垃圾等堵塞在冷却翼片2的翅片部2a的情况下，冷却能力降低，开始运转时的热时间常数变短，因此，在比较器25中，将在热时间常数运算电路23运算得到的热时间常数的运算值与预先存储在存储器24的热时间常数的基准值进行比较，在热时间常数的运算值比基准值短时输出信号，在显示器40表示冷却能力已降低的情况。或者也可以在判断冷却能力降低时输出报警信号。

即，如图3所示，相对于预先设定的热时间常数的基准值(特性D)，在热时间常数长的特性E的情况下，判断冷却能力正常，在热时间常数短的特性F的情况下，判断冷却能力下降(异常)。

在上述实施方式中，将热时间常数的运算设为从温度检测值T₂₁变化到T₂₂的时间的一处，但是，热时间常数运算也可以设为二处或二处以上。再有，在上述实施方式中，根据从逆变装置开始运转的时刻的第三温度检测值T₂₁上升到第四温度检测值T₂₂的时间，进行热时间常数的运算，但是，也可以从逆变装置开始运转后的每单位时间的温度变化量求取热时间常数。

在上述第二实施方式中，热时间常数的基准值既可以设为预先设定值，或者也可以在模式切换单元30设置基准值测定模式，根据设置逆变装置后，逆变装置最初运转时，在热时间常数运算电路23运算而得的热时间常数，设定热时间常数的基准值。此外，冷却能力的测定既可以通过合适的手工动作用模式切换单元30选择冷却能力测定模式，也可以自动地实行，例如，每当逆变装置的累计运转时间或冷却风扇3的累计运转时间达到规定时间时自动实行。

图4是表示本发明的第三实施方式的电路图。

在图4中，符号11表示交流电源，符号12表示电机等负载，符号13表示将交流输入变换成直流的交流-直流变换部，符号14表示使交流-直流变换部13的输出平滑的平滑电容器，符号15表示将直流输入变换成交流的直流-交流变换部，符号16表示检测平滑电容器14的两端电压的电压检测器，符号17表示检测逆变装置的输出电流的电流检测器。与图1相同，作为交流-直流变换部13及直流-交流变换部15的构成部件的二极管、IGBT等发热部件1(参照图1)搭载在冷却翼片2(参照图1)上，通过冷却风扇3(参照图1)冷却冷却翼片2。此外，在发热部件1附近的冷却翼片2上，配置有检测冷却翼片2的温度的温度传感器5(参照图1)。

此外，符号50表示冷却能力测定电路，在逆变装置运转中，根据由电流检测器17检测到的逆变装置的输出电流检测值I₀、由电压检测器16检测到的电压检测值V_dc、和逆变装置的PWM控制的载波频率f_c运算而得发热部件1的发生损耗P_loss，根据所述发生损耗P_loss和由温度传感器5测定的冷却翼片2的温度检测值T运算冷却翼片2的热电阻R_th，当该热电阻R_th大于预先设定的基准值R₀时，判断冷却能力下降，显示和/或输出报警信号。

图5表示逆变装置运转中的冷却翼片的热等效电路图。

由冷却翼片2的温度检测值T得到的冷却翼片的温度上升值T_C用下式(1)表示：T_C＝P_loss×R_th         (1)

发热部件的发生损耗P_loss用稳态损耗P_ON及开关损耗P_SW表示，稳态损耗P_ON用逆变装置的输出电流检测值I₀和平滑电容器14的两端电压的电压检测值V_dc的函数表示，开关损耗P_SW用逆变装置的输出电流检测值I₀和载波频率f_c的函数表示，因此，发热部件的发生损耗P_loss能够由输出电流检测值I₀、电压检测值V_dc、载波频率f_c近似求得。

因此，冷却能力测定电路50利用冷却翼片2的温度上升值T_C、以及由电流检测值I₀、电压检测值V_dc、载波频率f_c运算而得发热部件的发生损耗P_loss，根据式(1)，运算冷却翼片2的热电阻R_th，将该运算得到的热电阻R_th与预先设定的基准值R₀进行比较。在因冷却风扇3的寿命等转速降低的情况下，或垃圾等堵塞在冷却翼片2的翅片部2a的情况下，冷却能力降低，冷却翼片2的热电阻变大，因此，当运算而得的热电阻R_th小于预先设定的基准值R₀时，判断冷却能力正常，当运算而得的热电阻R_th大于预先设定的基准值R₀时，判断冷却能力下降(异常)。在冷却能力测定电路50判断冷却风扇3的冷却能力已下降的情况下，在显示器40显示冷却能力下降的情况和/或输出报警信号。

在此，平滑电容器14的两端电压也能够看作大致一定值，若预先存储规定的电压值V_dc0，将该存储的电压值V_dc0用于运算发生损耗P_loss时，则不需要检测平滑电容器14的两端电压。在此情况下，能由冷却翼片的温度上升值T_C、以及逆变装置的电流检测值I₀和载波频率f_c简易地判断冷却能力是否下降。

在上述第三实施方式中，热电阻基准值R₀既可以设为预先设定值，或者也可以在模式切换单元设置基准值测定模式，根据设置逆变装置后，逆变装置最初运转时，运算而得的值，设定热电阻基准值R₀。此外，冷却能力的测定既可以通过合适的手工动作用模式切换单元选择冷却能力测定模式，也可以自动地实行，例如，每当逆变装置的累计运转时间或冷却风扇3的累计运转时间达到规定时间时自动实行。

图6是表示本发明的第四实施方式的电路图。

在图6中，符号60是冷却能力测定电路，其由运算发热部件的发生损耗P_loss的发生损耗运算部61，根据在发生损耗运算部61运算而得的发生损耗P_loss运算冷却能力的冷却能力运算部62，以及判断部63构成。所述判断部63比较在冷却能力运算部62运算而得的冷却能力运算值和预先存储的冷却能力基准值，判断冷却能力是否下降。符号40是显示器，根据判断部63输出显示冷却能力下降的情况。

该实施方式用输出电流检测值I₀和载波频率f_c的函数表示逆变装置运转中的发热部件的发生损耗P_loss，根据式(2)，由输出电流检测值I₀及载波频率f_c近似求取发热部件的发生损耗P_loss。

P_loss＝I₀(a+b×f_c)+c            (2)

在此，a，b，c为常数。

在图6中，在逆变装置运转中，在发生损耗运算部61由输出电流检测值I₀及载波频率f_c根据式(2)运算发生损耗P_loss。该发生损耗P_loss被输入冷却能力运算部62，并且，由温度传感器5测定到的冷却翼片2的温度检测值T被输入冷却能力运算部62，由发生损耗P_loss及冷却翼片的温度上升值T_c，根据式(3)运算冷却能力。温度传感器5与图1相同地配置在发热部件1附近的冷却翼片2上。

冷却能力＝T_C/P_loss              (3)

在判断部63中，比较运算而得的冷却能力运算值和预先设定的冷却能力基准值，当冷却能力运算值大于冷却能力基准值时，判断为冷却能力下降(异常)。在判断部63判断冷却能力下降的情况下，在显示器40显示冷却能力已下降的情况和/或输出报警信号。

图7是表示本发明的第五实施方式的电路图。

在图7中，符号70是冷却能力测定电路，其由根据输出功率值P₀运算发热部件的发生损耗P_loss的发生损耗运算部71，根据在发生损耗运算部71运算而得的发生损耗P_loss运算冷却能力的冷却能力运算部72，以及判断部73构成。所述判断部73比较在冷却能力运算部72运算而得的冷却能力运算值和预先存储的冷却能力基准值，判断冷却能力是否下降。

该实施方式根据逆变装置向负载供给的能量，预先通过实验等求取该供给的能量之中的逆变装置自身所损耗的能量(发生损耗P_loss)并加以存储，根据该存储的值运算发生损耗P_loss。

例如，在逆变装置的效率为90％的情况下，预先设定10％作为发生损耗P_loss，根据输出功率值P₀在发生损耗运算部71运算发生损耗P_loss。在此，输出功率值P₀能够根据逆变装置的输出电流的检测值及输出电压的检测值、或输出电流的指令值及输出电压的指令值、或逆变装置的直流中间部的直流电流的检测值及直流电压的检测值等求取。

发生损耗P_loss被输入冷却能力运算部72，并且，由温度传感器5测定的冷却翼片2的温度检测值T被输入冷却能力运算部72，由发生损耗P_loss及冷却翼片的温度上升值T_c，根据上述式(3)运算冷却能力。在判断部73中，比较运算而得的冷却能力运算值和预先设定的冷却能力基准值，当冷却能力运算值大于冷却能力基准值时，判断冷却能力下降(异常)。在判断部73判断为冷却能力下降的情况下，在显示器40显示冷却能力已下降的情况和/或输出报警信号。

在发生损耗运算部71中，也能够使用输出电流的检测值I₀或在逆变装置内部运算的转矩指令值，代替输出功率值P₀，运算发生损耗P_loss。再有，关于逆变装置输出电流I₀及发生损耗P_loss的特性，或逆变装置的输出功率P₀及发生损耗P_loss的特性，也可以预先通过实验等求取特性表并加以存储，根据该特性表求取发生损耗P_loss。

此外，在预先已决定与逆变装置连接的负载(机械装置)的情况下，由于输出功率值P₀和电机的转速成比例关系，因此，也可以根据电机的转速(例如，逆变装置的频率指令值)运算发生损耗P_loss。即，在负载已决定的情况下，能够预先通过实验等求取输出功率和输出频率的特性并加以存储，通过将逆变装置的输出频率输入发生损耗运算部71，能够根据输出频率运算发生损耗P_loss。或者也可以预先通过实验等求取逆变装置的输出频率和发生损耗P_loss的特性表并加以存储，根据该特性表求取发生损耗P_loss。

在上述实施方式中，对逆变装置设有冷却风扇3的情况进行了说明，判断是否因冷却翼片2的网眼堵塞、或设在冷却翼片2的冷却风扇3的寿命等引起冷却能力下降，但是，在未设有冷却风扇3的逆变装置中，也能同样判断冷却能力是否下降。但是，在未设有冷却风扇3的情况下，成为判断是否因冷却翼片2的网眼堵塞引起冷却能力下降。

上面参照附图说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述实施例。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。