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公開番号2025030457
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023135762
出願日2023-08-23
発明の名称電力変換装置および電力変換方法
出願人株式会社日立産機システム
代理人青稜弁理士法人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250228BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】設備稼働時の運転条件を設定する場合にパワー半導体の損傷を抑えてパワー半導体を適正な寿命で有効利用する電力変換装置及び電力変換方法を提供する。
【解決手段】電力変換装置100は、交流電源1000より交流電圧を入力し直流電圧を出力する整流部200と、整流部から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部4と、所定の運転条件に基づいてインバータ部4の試運転を制御する制御部7と、制御部7によるインバータ部4の試運転期間中にインバータ部4の損傷量を算出して蓄積するとともにその蓄積された損傷量に基づいてインバータ部4の運転結果を取得する損傷量処理部9と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電力変換装置であって、
直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
所定の運転条件に基づいて前記インバータ部の運転を制御する制御部と、
前記制御部による前記インバータ部の運転期間中に前記インバータ部の損傷量を算出し、当該算出された損傷量および前記運転条件に基づいて運転結果を示すデータを生成する損傷量処理部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記電力変換装置は直流電圧を検出する電圧検出部と前記インバータ部の出力電流を検出する電流検出部とを備え、前記損傷量処理部は、前記インバータ部の運転期間中、前記検出された直流電圧と出力電流とに基づいて損傷量を算出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、あらかじめ設定された複数回の運転にそれぞれ異なる前記所定の運転条件が設定され、前記制御部は前記複数回分の運転を制御し、前記損傷量処理部は前記運転毎に蓄積された損傷量に基づいて前記運転毎に破損推定時期を含む運転結果を取得することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記電力変換装置は表示部を備え、前記表示部は前記損傷量処理部で生成されたデータに基づく運転結果の少なくとも一部を表示することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記電力変換装置は表示装置に接続され、前記損傷量処理部は前記生成したデータに基づく運転結果の少なくとも一部を前記表示装置に出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記電力変換装置は操作者の操作入力を受け付ける外部装置に接続され、前記制御部は前記外部装置から前記所定の運転条件を入力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記インバータ部は電源回生コンバータであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記インバータ部の出力側にはモータが接続され、前記所定の運転条件には前記モータの回転周波数が低速域における電流値を調整するパラメータが含まれることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記制御部に前記インバータ部の試運転の開始と終了を管理する試運転信号が入力されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記インバータ部が正常に動作する運転予定期間があらかじめ設定され、前記運転予定期間、前記運転条件および前記損傷量処理部で測定された損傷量に基づいて前記運転条件を変更した場合の破損推定時期を算出して運転結果を推定する損傷量推定部を備えることを特徴とする電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、例えば、モータに交流電力を供給する電力変換装置および電力変換方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
汎用インバータに代表される電力変換装置は、産業界で製造装置、昇降装置、搬送装置等におけるモータ駆動装置として幅広く用いられている。そうした様々な用途において、汎用インバータは安定稼働が求められており、万一、汎用インバータが停止した場合には、工場の生産停止や設備の稼働停止が起こって生産に対して甚大な影響を及ぼす場合がある。
【０００３】
汎用インバータは、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やダイオードなどの半導体素子（以下、パワー半導体という）で電流の通流および遮断を制御し、所望の電力変換を行う。パワー半導体は、ワイヤーボンディング、または、絶縁基板上に形成された銅箔パターンなどとはんだで接合されており、これによってパワー半導体外部の回路と電気的に接続される。
【０００４】
絶縁基板は金属ベース上に実装され、パワー半導体は金属ベースを介して冷却される。この様に外部回路との電気的接続構造や冷却構造を備えたハウジングにパワー半導体を内蔵した部品はパワーモジュールと呼ばれる。
【０００５】
パワー半導体に電流が通流および遮断する際、パワー半導体は発熱し、ジャンクションとフィン（冷却構造を備えた金属ベース）間に温度差（以下、△Ｔと呼ぶ）が発生する。インバータの停止時には発熱がなくなり、△Ｔは小さくなる。
【０００６】
上記のパワー半導体の接合部（ワイヤーボンディング、銅箔パターンとの接合部）は、一般的に異なる熱膨張率の材料が用いられるため、△Ｔの変動により、接合部に熱応力が加わる。△Ｔの変動が繰り返されると、接合部に剥離や亀裂が生じ故障に至る。
【０００７】
このような故障に至るまでの時間は、△Ｔの程度や頻度によって異なる。△Ｔの程度や頻度は、電力変換装置の使用方法、電力変換装置によって駆動する装置によって様々である。
【０００８】
また、装置の使用状況によって、ＩＧＢＴとダイオードにかかる負荷の割合も異なる。したがって、このような故障を予防するためには、電力変換装置の使用状況に応じて、ＩＧＢＴとダイオードにかかる負荷の程度を把握するための処置が必要である。
【０００９】
本技術分野における従来技術として特許文献１がある。特許文献１には、モータを駆動する電力変換装置において、パワー半導体に流れる電流、運転周波数およびキャリア周波数からパワー半導体の温度変化振幅を算出し、パワーサイクル曲線データと温度変化振幅とから熱ストレスを算出し、この熱ストレス信号に基づいてパワー半導体の残寿命を推定し、表示部に出力する技術が開示されている。
【００１０】
また、特許文献１には、積算熱ストレスが所定の閾値に到達した場合や、設定時間当たりの残寿命時間を算出して期待寿命と比較し、負荷変動等により残寿命時間が期待寿命よりも短い場合に、アラーム信号を表示部に出力したり、電流制限レベルを下げたり、キャリア周波数の上限値を下げるといった動作によりパワー半導体の延命処置を施す手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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