电容器诊断装置以及电容器诊断方法

技术领域

本发明的实施方式涉及电容器诊断装置以及电容器诊断方法。

背景技术

已知一种电力转换装置，具备使与直流电力相关的电压平滑化的电容器(电容)，并基于该直流电力来生成交流电力。电容器是有寿命部件之一，但有时无法容易地检测电容器的劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-191446号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于，提供能够容易地检测电容器的劣化的电容器诊断装置以及电容器诊断方法。

用于解决课题的手段

实施方式的电容器诊断装置具备传感器、频谱分析部、频率成分提取部、以及诊断处理部。传感器对电力转换单元中的根据电容器中流动的电流而变化的物理量进行检测，该电力转换单元将由相对于直流链路并联连接的上述电容器进行了平滑化的直流电力，通过动力运转变换为交流电力。频谱分析部生成基于在上述电力转换单元的上述动力运转中检测到的上述传感器的检测结果的频谱。频率成分提取部基于上述频谱，提取与取决于上述电力转换单元的构成的频率相关的特定频带的成分。诊断处理部至少基于所提取的上述特定频带的成分的大小，对上述电容器的状态进行诊断。

附图说明

图1是第一实施方式的电力转换系统的构成图。

图2是第一实施方式的电容器诊断装置的构成图。

图3是第一实施方式的FFT处理所涉及的信号的时序。

图4是用于说明第一实施方式的各电容器单元的判定基准的图。

图5是对第一实施方式的各电容器单元的状态进行诊断的处理的流程图。

图6是第二实施方式的电力转换系统的构成图。

图7是第二实施方式的电容器诊断装置的构成图。

图8是用于说明第二实施方式的电容器的第二判定基准的图。

图9是第二实施方式的对电容器的状态进行诊断的处理的流程图。

图10是用于说明第二实施方式的变形例的电容器的第三判定基准的图。

图11是第三实施方式的电力转换系统的构成图。

图12是第三实施方式的电容器诊断装置的构成图。

图13是第三实施方式的对电容器的状态进行诊断的处理的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的电容器诊断装置以及电容器诊断方法进行说明。在以下的说明中，对于具有相同或者类似的功能的构成赋予相同的符号。

在说明书中所述的“连接”，不限定于物理地连接的情况，也包括电连接的情况。在本说明书中，将交流的基本波的频率称为基本频率。

(第一实施方式)

首先，对包括实施方式的电容器诊断装置的电力转换系统2进行说明。

图1是表示第一实施方式的电力转换系统2的构成图。图1中示出交流电源1、电力转换系统2以及电动机3。

交流电源1为工业电源系统(PS)、发电机等，例如，向电力转换系统2供给三相交流电。

电动机3例如是感应电动机等交流可变速电动机(M)。电动机3通过从电力转换系统2供给的交流电力来驱动，向未图示的输出轴输出旋转驱动力，并通过其旋转驱动力来驱动与输出轴连结的负载。

电力转换系统2将从交流电源1供给的交流电力变换为直流电力，将直流电力逆变换为交流电力，并将通过逆变换而得到的单相交流电力供给到电动机3。并不限制于此，如果电动机3是三相交流式，则电力转换系统2也可以向电动机3供给三相交流电。在以下的说明中，例示电动机3为单相交流式的情况来进行说明。

电力转换系统2例如具备正变换装置20、电容器30、电容器诊断装置40、逆变换装置50、控制部60以及负载电流检测器70。

正变换装置20中除了与交流电源1连接的交流侧端子以外，还具备正极输出端子20P以及直流侧输出负极端子20N。正极输出端子20P与正极线80P的第一端部连接。正极线80P的第二端部与逆变换装置50的正极输入端子50P连接。直流侧输出负极端子20N与负极线80N的第一端部连接。负极线80N的第二端部与逆变换装置50的负极输入端子50N连接。

例如，正变换装置20例如包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等的1个或者多个开关元件20S。开关元件20S由控制部60控制而使得正变换装置20的输出侧的直流电压成为所希望的电压。正变换装置20将变换后的直流电力，从正极输出端子20P以及直流侧输出负极端子20N向正极线80P以及负极线80N输出。

电容器30与正极线80P以及负极线80N并联连接，使正变换装置20输出的直流电力平滑化。电容器30包括直流地相互并联连接的多个电容器单元。电容器单元31(第一电容器单元)、电容器单元32(第二电容器单元)以及电容器单元33是多个电容器单元的一个例子。电容器30具有与正极线80P连接的正极分支端子30P以及与负极线80N连接的负极分支端子30N。

例如，电容器单元31、32、33的正极侧经由正极分支端子30P与正极线80P连接。同样，电容器单元31、32、33的负极侧经由负极分支端子30N与负极线80N连接。上述的连接方式是直流地相互并联连接的方式的一个例子。

此外，电容器30的种类例如可以为电解电容、薄膜电容等。电容器单元31、32、33的种类以及电容全部为相互相同的种类、且为相互相同的电容即可。将电容器单元31、32、33称为各电容器单元。

电容器诊断装置40为，对在电力转换系统2的动力运转中在各电容器单元中流动的电流进行检测，并从基于所检测出的电流值的频谱中提取特定频带的电流成分，基于所提取的特定频带的电流成分的大小，对各电容器单元的状态进行诊断。例如，上述的特定频带包括与取决于后述的逆变换装置50的构成的频率相关的频带。对此将后述。

逆变换装置50例如是包括IGBT等的1个或者多个开关元件50S的单相逆变器。开关元件50S的种类不限制于IGBT，也可以变更为其他种类。逆变换装置50的开关元件50S由控制部60进行PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制。逆变换装置50例如将从正变换装置20经由正极线80P以及负极线80N供给的直流电力变换为单相交流电力。逆变换装置50将变换后的单相交流电力经由负载电力线58向电动机3供给。

负载电流检测器70对在用于从逆变换装置50向电动机3供给电力的负载电力线58中流动的电流进行检测。

控制部60通过基于对在负载电力线58中流动的负载电流进行检测的负载电流检测器70的检测值等的反馈控制，在动力运转时向逆变换装置50的开关元件50S输出基于PWM控制的栅极脉冲信号。由此，控制部60对开关元件50S进行PWM控制。例如，控制部60在PWM控制中使用固定为特定频率的载波频率的载波信号。

控制部60也可以为，通过与电容器诊断装置40进行通信，由此将例如表示逆变换装置50的运转状态的信息、负载电流检测器70的检测值等向电容器诊断装置40供给。表示逆变换装置50的运转状态的信息，例如可以是表示逆变换装置50处于动力运转状态的信息、表示有效电力所流动的方向的信息。

图2是第一实施方式的电容器诊断装置40的构成图。

电容器诊断装置40例如具备通信接口单元41(在图2的记载中为通信IF单元。)、电流检测器42、电压检测器44(第一电压传感器)、显示器45、以及分析处理单元46。

通信接口单元41通过后述的分析处理单元46的控制而与电容器诊断装置40外部的装置进行通信。例如，通信接口单元41与控制部60以能够通信的方式连接，并通过后述的分析处理单元46的控制而与控制部60进行通信。

电流检测器42包括多个电流传感器单元。电流传感器单元421(第一电流传感器)、电流传感器单元422(第二电流传感器)以及电流传感器单元423是多个电流传感器单元的一个例子。在将电流传感器单元421、电流传感器单元422、以及电流传感器单元423集中说明的情况下，称为电流传感器单元420。

电流传感器单元420分别对在电容器30的各电容器单元中分别流动的电流进行检测，并将分别表示检测到的电流的电流检测值分别向分析处理单元46输出。

例如，电容器单元31的正极侧(第一极端子)经由分支线31BP(第一分支路)与正极分支端子30P连接。电容器单元32的正极侧经由分支线32BP(第二分支路)与正极分支端子30P连接。电容器单元33的正极侧经由分支线33BP与正极分支端子30P连接。同样，电容器单元31的负极侧(第二极端子)经由分支线31BN与负极分支端子30N连接。电容器单元32的负极侧经由分支线32BN与负极分支端子30N连接。电容器单元33的负极侧经由分支线33BN与负极分支端子30N连接。从正极线80P(第一极)到正极分支端子30P的连接线路、以及从负极线80N(第二极)到负极分支端子30N的连接线路，是分支路的一个例子。换言之，在电容器单元31的正极侧形成有：从正极线80P(第一极)到正极分支端子30P的连接线路；以及从该连接线路进一步分支的分支线31BP、分支线32BP以及分支线33BP。

在上述情况下，电流传感器单元421设置于分支线31BP，对在分支线31BP中流动的电流进行检测。在分支线31BP中流动的电流成为在电容器单元31中流动的电流。同样，电流传感器单元422设置于分支线32BP，对在分支线32BP中流动的电流进行检测。在分支线32BP中流动的电流成为在电容器单元32中流动的电流。电流传感器单元423设置于分支线33BP，对在分支线33BP中流动的电流进行检测。在分支线33BP中流动的电流成为在电容器单元33中流动的电流。此外，上述的例子例示了在各电容器单元的正极侧对上述电流进行检测的情况，但也可以代替该情况，而将电流传感器单元420设置于负极侧的分支线，以便在各电容器单元的负极侧对上述电流进行检测。

电流传感器单元420也可以为，例如包括未图示的霍尔元件，通过未图示的AD(Analog to Digital)转换器将由霍尔元件检测到的信号量子化，而作为表示电流值的电流检测值进行输出。

电压检测器44对施加于正极分支端子30P与负极分支端子30N之间的电压进行检测，并将表示该电压的电压检测值向分析处理单元46输出。施加于正极分支端子30P与负极分支端子30N之间的电压，与施加于形成直流链路的正极线80P与负极线80N之间的电压相等。以下，将该电压成为直流链路的电压。

电压检测器44经由例如输入输出被绝缘的直流电压变换器等对直流链路的电压进行检测，通过未图示的AD转换器将直流链路的电压量子化而作为电压检测值进行输出。

此外，控制部60也可以为了使直流链路的电压稳定化、或者为了以不成为过电压的方式进行保护，而利用电压检测器44的检测结果。例如，控制部60也可以为，从电压检测器44取得直流链路的电压的检测值，通过对正变换装置20进行控制来对直流链路的电压进行调整。

显示器45包括液晶显示器等显示设备，通过后述的分析处理单元46的控制而使显示设备显示所希望的信息。

分析处理单元46使用表示电流检测器42检测到的电流的电流检测值、以及表示电压检测器44检测到的电压的电压检测值中的至少一方，对电容器30的状态进行诊断。

例如，分析处理单元46具备存储部461、电流值取得部462、电压值取得部464、高速傅立叶变换部465、提取部466、判定部467、显示处理部468以及通信处理部469。

存储部461例如存储由电流值取得部462取得的表示在各电容器单元中流动的电流的电流检测值数据、经由控制部60取得的表示在逆变换装置50与电动机3之间流动的电流的电流值数据、由电压值取得部464取得的表示直流链路的电压的电压检测值数据、逆变换装置50的运转状态数据、由高速傅立叶变换部465生成的频谱数据、提取频率成分数据、判定基准数据表、电容器诊断处理的程序等。上述的电流检测值数据、电流值数据、电压检测值数据以及运转状态数据是时间序列数据。上述的各信息的详细情况将后述。

电流值取得部462、电压值取得部464、高速傅立叶变换部465、提取部466、判定部467、显示处理部468、以及通信处理部469分别例如通过由CPU(Central Processing Unit)等硬件处理器执行程序(软件)来实现。此外，这些构成要素中的一部分或者全部，可以由LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等硬件(电路部；包括circuitry)来实现，也可以通过软件与硬件的协作来实现。存储部461例如通过HDD(Hard Disk Drive)、闪存、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory)、ROM(Read Only Memory)、或者RAM(Random Access Memory)等来实现。

电流值取得部462取得表示由电流传感器单元420检测到的电流的电流检测值，并追加到存储部461的电流检测值数据中。此外，从存储部461所储存的电流检测值数据中取得表示规定数量的电流检测值的检测值而向高速傅立叶变换部465输出。例如，电流值取得部462参照运转状态数据，将从电流检测值数据中取得的电流检测值之中、表示与逆变换装置50处于运转状态的期间对应的期间的规定数量的电流检测值的检测值向高速傅立叶变换部465供给。此外，电流值取得部462也可以并列地进行从电流传感器单元420取得电流检测值、以及从存储部461读出电流检测值。

电压值取得部464取得表示由电压检测器44检测到的直流链路的电压的检测值(电压检测值)，并追加到存储部461的电压检测值数据中。此外，取得存储部461的电压检测值数据所储存的表示规定数量的电压检测值的检测值，并向高速傅立叶变换部465输出。例如，电压值取得部464参照运转状态数据，将从电压检测值数据取得的电压检测值之中、表示与逆变换装置50处于运转状态的期间对应的期间的规定数量的电压检测值的检测值向高速傅立叶变换部465供给。此外，电压值取得部464也可以并列地进行从电压检测器44取得电压检测值、以及从存储部461的电压检测值数据读出电压检测值。

高速傅立叶变换部465为，例如，通过对从电流值取得部462接受到的规定数量的电流检测值进行FFT处理(高速傅立叶变换处理)，由此生成频谱FSi，并将所生成的频谱FSi追加到存储部461的频谱数据中。通过FFT处理而得到的频谱FSi，表示基于从电流值取得部462接受到的规定数量的电流检测值的频率成分。高速傅立叶变换部465为了进行FFT处理而从电流值取得部462接受的电流检测值的数量可以设定为，在通过FFT处理而得到的频谱FSi中包含所希望的频率的成分。

此外，高速傅立叶变换部465也可以对从电压值取得部464接受到的规定数量的电压检测值进行FFT处理。对此将后述。

提取部466从高速傅立叶变换部465生成而存储于存储部461的频谱数据的频谱FSi中，提取与取决于逆变换装置50的构成的频率相关的特定频带的成分，将所提取的成分作为提取频率成分F

判定部467基于预先规定的第一判定基准来判定由提取部466提取并存储于存储部461的提取频率成分数据的提取频率成分F

显示处理部468使判定部467的判定结果显示于显示器45。显示处理部468在判定部467的判定结果判定为在电容器30内存在劣化发展了的电容器单元的情况下，也可以使显示器45针对包含劣化发展了的电容器单元的电容器30，一并显示劣化已发展的情况。

通信处理部469通过与控制部60进行通信，由此从控制部60取得表示处于动力运转时的信息、负载电流检测器70的检测值等信息。通信处理部469将表示处于动力运转时的信息追加到存储部461的运转状态数据中。通信处理部469将负载电流检测器70的检测值追加到存储部461的电流值数据中。

接下来，参照图3对FFT处理的对象数据进行说明。图3是第一实施方式的FFT处理所涉及的信号的时序。

图3所示的时序为，从上段侧起分别表示：(a)逆变换装置50的运转状态，(b)由电流传感器单元420检测到的电流值，(c)电流值取得部462取得的电流值(标本化的数据)，(d)电流值取得部462向高速傅立叶变换部465供给的数据。

该图3所示的初始状态为，如图3中的(a)所示那样，逆变换装置50的运转状态处于再生运转状态。此时，通过所再生的电力对电容器30进行充电。例如，电流传感器单元421检测对电容器单元31进行充电的电流。如果将电容器单元31放电的电流用正值表示，则如图3中的(b)所示那样，对电容器单元31进行充电的电流成为负值。当逆变换装置50处于再生运转状态时，根据电动机3的再生量，对电容器单元31进行充电的电流的大小变化。在图3中的(c)中，将标本化的数据进行模型化而作为电流值取得部462所取得的电流值进行表示，但与图3中的(b)同样地成为负值。

当成为时刻t1时，控制部60使逆变换装置50的运转状态转移到动力运转状态，并通过PWM控制对逆变换装置50进行控制。例如，控制部60为，在逆变换装置50处于动力运转状态时，以根据指令值使电动机3驱动的方式对逆变换装置50进行控制。

由此，当成为上述的动力运转状态时，在电容器30中流动放电电流。例如，电流传感器单元421对从电容器单元31的放电电流进行检测。在该图3中的(b)中以正值表示电容器单元31的放电电流。同样，图3中的(c)所示的电流值取得部462所取得的电流值的数据也成为正值。此外，对数据进行标本化的间隔以能够检测到由PWM控制导致的电流值的变动的程度而被规定得足够短。

该逆变换装置50的动力运转状态持续到时刻t4，然后，逆变换装置50的运转状态转移到再生运转状态。

电压值取得部464基于逆变换装置50的运转状态的信息，在逆变换装置50处于动力运转状态的时刻t1至时刻t4的期间中，选择预先决定的规定长度的期间T。所选择的期间T的起点由时刻t2表示，终点由时刻t3表示。期间T成为FFT处理的对象期间。

如图3中的(d)所示那样，电压值取得部464将时刻t2至时刻t3的数据向高速傅立叶变换部465供给，由此高速傅立叶变换部465能够对于与逆变换装置50的运转状态的期间对应的电流检测值实施FFT处理。

此外，由根据指令值而被控制的逆变换装置50向电动机3供给的电流的变化量为，电动机3的负载变动越小则越变得比较少。作为其结果，电动机3的负载变动不易对从电容器单元31的放电电流产生影响。因此，电压值取得部464也可以选择检测到所希望的电流量的范围的数据。

此外，在上述的时序中，例示了在时刻t1至时刻t4的期间设置了一个FFT处理的对象期间的情况，但不限制于此，也可以设置多个FFT处理的对象期间。在该情况下，判定部467可以将各期间的FFT处理的结果分别用于判定，也可以在判定之前进行平均化处理等统计处理而抑制偶发性的成分。

接下来，参照图4对电容器单元的第一判定基准进行说明。图4是用于对第一实施方式的各电容器单元的第一判定基准进行说明的图。图4所示的图表，表示在电容器30的各电容器单元中流动的特定频率成分的电流(纵轴)相对于电容器单元的电容(横轴)的关系。

在图4所示的图表中，在各电容器单元的电容为约10％至100％的范围内，描绘出向右上增加的直线GI1。该直线GI1表示在电容器的电容少于100％时能够检测到的在各电容器单元中流动的电流成分的大小。使用该图表所示的直线GI1，如下述那样规定各电容器单元的判定基准。

·基于各电容器单元的劣化未发展的初始状态时的电流检测值，对特定频率成分的大小(最大值)进行规定。例如，将其大小用100％表示。用于对各电容器单元的状态进行判定的第一判定基准的基准值，以各电容器单元的电容为额定电容时的值为基准来规定。此外，各电容器单元的电容为额定电容时，是指各电容器单元处于劣化未发展的初始状态时。只要各电容器单元实际的电容可视为额定电容的状态即可，各电容器单元的电容也不一定必须为100％。

·上述的第一判定基准的值为，与电容器单元的劣化状态对应地被决定为比上述的第一判定基准的基准值(100％)小的值。例如，成为各电容器单元的劣化越发展，则各电容器单元的电容越多地减少的状态。随此，由电流检测器42检测的电流检测值的大小越变小。

作为产生这种现象的重要因素，能够列举下述的重要因素。例如，假定电容器单元31的劣化发展而电容变得少于期待值，并将其称为劣化电容器单元。与此相对，假定电容器单元32保持健全状态而电容满足期待值，并将其称为健全电容器单元。即使成为劣化电容器单元与健全电容器单元并联连接的状态，由于并联连接的各电容器单元的端子电压相等，因此劣化电容器单元能够蓄积的电力量也变得少于健全电容器单元能够蓄积的蓄的电力量。

当假设上述的劣化电容器单元与健全电容器单元在并联连接的状态下并行地分别放电，而直流链路的电压从放电前的电压V1降低到电压V2时，劣化电容器单元所失去的电荷量少于健全电容器单元所失去的电荷量。因此，从劣化电容器单元流出的电流少于从健全电容器单元流出的电流。实施方式的第一判断基准基于该倾向而被规定。

判定部467使用的第一判定基准，基于上述的特定频带的电流成分的大小与电容器单元的劣化状况之间的关系而被规定，并储存于存储部461的判定基准数据表。例如，对如下情况进行说明：判定部467基于判定基准数据表所储存的第一判定基准(判定基准信息)来判定所提取的特定频带的电流成分的大小，并基于判定结果对电容器单元31的状态进行诊断。

例如，在将未劣化的初始状态的电容器单元31的电容设为100％时，在电容器单元31中流动载波频率f的2倍的频带(称为频率2f带宽。)的电流成分，将该电流成分的大小设为100％。并且，将由于劣化而电容降低时的其电容的下限允许值规定为阈值电流I

并且，当假设电容器单元31的劣化发展而频率2f带宽的电流成分成为30％时，劣化发展到了不满足频率2f带宽的电流成分的极限允许值的40％的状态，因此可以诊断为需要立即实施电容器单元31的更换。如果是图4所示的例子，则频率2f带宽的电流成分为30％时的电容器单元31的电容为约30％，因此上述的诊断妥当。

由此，判定部467通过将阈值电流ITH利用为基于特定频带的电流成分的大小与电容器单元31的劣化状况之间的关系而规定的第一判定基准，能够对电容器单元31的状况进行判定。

接下来，对电容器30的第一诊断处理中的分析对象的频带的决定方法进行说明。在本实施方式中，着眼于从处于动力运转状态的逆变换装置50向电动机3供给的电力量与PWM控制的载波频率f同步地变化的情况。例如，在按照所希望的调制系数对全桥型的单相逆变器进行PWM控制的情况下，在以PWM控制所使用的载波频率f的2倍的频率(称为频率2f。)为中心频率的规定的频率范围内，产生基于PWM控制的被调制信号的、子带成分。因此，以使分析对象的频带包含上述的子带成分的方式将以频率2f为中心频率的规定的频率范围决定为分析对象的频带即可。将该频率范围所包含的信号成分简称为频率2f成分。频率2f成分相当于载波频率f的2倍的频率成分。

电容器诊断装置40能够对应用于全桥型的单相逆变器的逆变换装置50的电容器30的状态进行诊断。

接下来，参照图5对电容器单元的状态的诊断步骤进行说明。图5是对第一实施方式的各电容器单元的状态进行诊断的处理的流程图。

此外，虽然在上述流程图中未示出，但是与图5所示的处理并列地进行如下的电压取得处理：电压检测器44对表示直流链路的电压的检测值进行检测，取得部404取得检测值并存储于存储部461。

电力转换系统2在系统运转中始终或者在发生了特定事件的情况下，执行用于对电容器单元的状态进行诊断的处理(称为诊断处理。)。所谓系统运转中始终，是指持续地进行诊断处理，例如包括：按顺序实施的第一和第二FFT处理的对象期间连续的情况、按顺序实施的第一和第二FFT处理的对象期间重复的情况、按顺序实施的第一和第二FFT处理的除了切换所涉及的时间以外的对象期间连续的情况等。发生了特定事件的情况，包括每隔规定时间间隔的定时、特定条件得到满足时等。所谓特定条件得到满足的情况，例如也可以是从控制部60接收到诊断请求时。此时，控制部60也可以在逆变换装置50处于动力运转状态时对上述诊断请求进行通知。

以下，对诊断处理进行说明。首先，取得部404从存储部461所存储的电流检测值的数据中，取得逆变换装置50处于动力运转状态时的规定数量的电流检测值的数据，并向高速傅立叶变换部465输出(步骤S100)。接下来，高速傅立叶变换部465对从取得部404接受到的规定数量的电流检测值的数据进行FFT处理，生成频谱FSi，并使所生成的频谱FSi存储于存储部461(步骤S110)。接下来，提取部466从存储于存储部461的频谱FSi中，提取特定频率成分、例如频率2f的成分，并将所提取的成分作为提取频率成分F

接下来，判定部467判定存储于存储部461的提取频率成分F

在电流I

接下来，当步骤S140或者步骤S150的处理结束时，显示处理部468使每个电容器单元的判定结果显示于显示器45(步骤S160)，并使一系列的处理结束。

通过以上的处理，电容器诊断装置40能够判定每个电容器单元的状态。

根据第一实施方式，电容器诊断装置40对逆变换装置50进行诊断，该逆变换装置50通过动力运转将由相对于直流链路相互并联连接的电容器单元31(第一电容器单元)及电容器单元32(第二电容器单元)进行了平滑化的直流电力变换为交流电力。电容器诊断装置40具备电流传感器单元421、高速傅立叶变换部465(第一频谱分析部)、提取部466、以及判定部467。电流传感器单元421对在电容器单元31中流动的电流进行检测。高速傅立叶变换部465生成基于在逆变换装置50的动力运转中检测到的电流传感器单元421的检测结果的、频谱FSi(第一频谱)。提取部466基于频谱FSi来提取与取决于逆变换装置50的构成的频率相关的特定频带的电流成分。判定部467至少基于所提取的特定频带的电流成分的大小，对电容器单元31的状态进行诊断，由此能够容易地检测出电容器单元31的劣化。此外，电容器单元31、32、33是电容器的一个例子。电流传感器单元420是传感器的一个例子。由电流传感器单元420检测出的电流值是物理量的一个例子。

关于电容器单元32以及电容器单元33也是同样的。例如，在电容器单元32的情况下，电流传感器单元422对在电容器单元32中流动的电流进行检测。高速傅立叶变换部465生成基于在逆变换装置50的动力运转中检测到的电流传感器单元422的检测结果的、频谱FSi2(第二频谱)。提取部466基于频谱FSi2而与上述同样地提取特定频带的电流成分。判定部467至少基于所提取的特定频带的电流成分的大小，对电容器单元32的状态进行诊断。

根据第一实施方式，电力转换系统2至少具备电容器30、电容器诊断装置40、逆变换装置50以及控制部60。逆变换装置50具备开关元件50S，通过使开关元件50S开关的动力运转，将由包括电容器单元31、32、33等的电容器30进行了平滑化的直流电力变换为交流电力。此时，电容器诊断装置40将基于在逆变换装置50的动力运转中检测到的电流传感器单元421的检测结果而生成的第一频谱，用于电容器单元31、32、33等的劣化的诊断。由此，电力转换系统2能够容易地检测出电容器单元31、32、33等的劣化。

根据第一实施方式，逆变换装置50的开关元件50S通过使用了固定的载波频率的载波信号的PWM控制而被控制。提取部466也可以基于所生成的第一频谱，提取以载波频率的整数倍的频率为基准而规定的频带的电流成分，作为特定频带的电流成分。由此，能够将基于载波频率规定的频带的电流成分，作为特定频带的电流成分而提取。例如，针对规定上述频带的载波频率的倍率，是基于逆变换装置50的构成(规格)而规定的。上述倍率为，如果逆变换装置50为单相全桥逆变器，则可以规定为2倍，如果是三相全桥逆变器，则可以规定为6倍。此外，在如上述那样逆变换装置50为全桥逆变器的情况下，上述倍率与逆变换装置50的相数无关而成为偶数。

(第二实施方式)

对第二实施方式的电力转换系统2A进行说明。

第一实施方式的电力转换系统2基于在各电容器单元中流动的电流的特定频率成分的大小，对各个电容器单元的状态进行诊断。代替该情况，电力转换系统2A对包括多个电容器单元的电容器30的状态进行诊断。以下，对此进行说明。

图6是第二实施方式的电力转换系统2A的构成图。

图6所示的电力转换系统2A为，代替上述电力转换系统2中的电容器诊断装置40而具备电容器诊断装置40A。

图7是第二实施方式的电容器诊断装置40A的构成图。

图7所示的电容器诊断装置40A不具备电容器诊断装置40的电流检测器42，并且代替分析处理单元46而具备分析处理单元46A。

分析处理单元46A不具备电流值取得部462，代替分析处理单元46的高速傅立叶变换部465、提取部466、判定部467，而具备高速傅立叶变换部465A、提取部466A、判定部467A。分析处理单元46A为，代替对从电流值取得部462接受到的规定数量的电流检测值进行FFT处理，而对从电压值取得部464接受到的规定数量的电压检测值进行FFT处理。以下，对此进行说明。

高速傅立叶变换部465A(第三频谱分析部)通过对从电压值取得部464接受到的规定数量的电压检测值进行FFT处理来生成频谱FSv，并使所生成的频谱FSv存储于存储部461。除此以外，能够将与上述高速傅立叶变换部465相关的说明中的电流检测值，替换为电压检测值。

提取部466A从由高速傅立叶变换部465生成并存储于存储部461的频谱FSv中，提取与取决于逆变换装置50的构成的频率相关的特定频带的电压成分，并将所提取的成分作为提取频率成分F

判定部467A基于预先规定的第二判定基准，来判定提取部466提取并存储于存储部461的提取频率成分F

接下来，参照图8对电容器30的第二判定基准进行说明。图8是用于对第二实施方式的电容器30的第二判定基准进行说明的图。图8所示的图表表示直流链路的特定频率成分的电压(纵轴)相对于电容器30的电容(横轴)的关系。

在图8所示的图表中，在电容器30的电容为约10％至100％的范围内，描绘有向右下降低的直线GV1。该直线GV1表示在电容器30的电容少于100％时能够检测到的直流链路的电压成分(纹波电压成分)的大小。使用该图表所示的GV1，如下述那样规定电容器30的第二判定基准。

·基于电容器30的劣化未发展的初始状态时的电压检测值，对特定频率成分的大小(最小值)进行规定。例如，将其大小用100％表示。

·上述的判定基准的值与电容器30的劣化状态对应地被决定为比上述的判定基准的基准值(100％)大的值。例如，电容器30的劣化越发展，则电容器30的电容变得越少，与此相伴随由电压检测器44检测到的电压检测值变得越大。第二判定基准可以被规定为能够对该情况进行识别。

作为产生这种现象的重要因素，能够列举下述的重要因素。例如，因下述因素而产生：当在并联连接的电容器30中产生劣化电容器单元时，并联连接的电容器单元的电容的总和变少，因此未完全平滑化D成分作为纹波电压而产生。

判定部467A所使用的第二判定基准基于上述的特定频带的电压成分的大小与电容器30的劣化状况之间的关系而被规定，并储存在存储部461的判定基准数据表中。判定部467A基于判定基准数据表所储存的第二判定基准，对所提取的特定频带的电流成分的大小进行判定，并基于判定的结果来对电容器30的状态进行诊断。

例如，在将未劣化的初始状态的电容器30的电容设为100％时，频率2f带宽的电流成分在电容器30中流动，将该情况下的直流链路的电压成分(纹波电压成分)的大小设为100％。并且，将由于劣化而电容降低时的该电容的上限允许值规定为阈值电压V

并且，如果频率2f带宽的电流成分为170％，则劣化发展到了超过极限允许值的160％的状态，因此可以诊断为需要立即实施电容器30的更换。根据图8所示的例子，频率2f带宽的电流成分为170％时的电容器30的电容为约30％，因此上述的诊断妥当。

如上述那样，第二判断基准将电容器30中的各电容器单元的电容的总和作为判定的对象，仅根据使用第二判断基准进行的判定的判定结果无法确定劣化电容器单元，但通过对并列连接的电容器单元集中进行诊断，能够确定有可能产生劣化电容器单元的电容器30。根据上述的方法，与对电容器单元分别独立地进行诊断的方法相比，能够容易地确定有可能产生劣化电容器单元的电容器30。

特别是，在采用以电容器30为单位而更换为新的电容器30的维护方法的情况下，由于与本实施方式进行判定的单位一致，因此本实施方式的诊断方法对于分析处理的负载减轻来说较有效。

由此，判定部467A能够利用基于特定频带的电流成分的大小与电容器30的劣化状况之间的关系来规定的第二判定基准，并且能够利用上述的第二判定基准来诊断有无劣化电容器单元。

接下来，参照图9对电容器30的状态的诊断步骤进行说明。图9是第二实施方式的对电容器30的状态进行诊断的处理的流程图。

此外，虽然在上述流程图中未示出，但与图9所示的处理并行地进行如下的电压取得处理：电压检测器44对表示直流链路的电压的检测值进行检测，电压值取得部464取得检测值并存储于存储部461。

电力转换系统2A在系统运转中始终、或者发生了特定事件的情况下，执行用于对电容器30的状态进行诊断的处理(称为诊断处理。)。所谓系统运转中始终，是指持续地进行诊断处理，例如包括：按顺序实施的第一和第二FFT处理的对象期间连续的情况、按顺序实施的第一和第二FFT处理的对象期间重复的情况、按顺序实施的第一和第二FFT处理的除了切换所涉及的时间以外的对象期间连续的情况等。发生了特定事件的情况，包括每隔规定时间间隔的定时、特定条件得到满足时等。所谓特定条件得到满足的情况，例如也可以是从控制部60接收到诊断请求时。此时，控制部60也可以在逆变换装置50处于动力运转状态时对上述诊断请求进行通知。

以下，对诊断处理进行说明。首先，电压值取得部464从存储部461所存储的电压检测值的数据中，取得逆变换装置50处于动力运转状态时的规定数量的电压检测值的数据，并向高速傅立叶变换部465A输出(步骤S200)。接下来，高速傅立叶变换部465A对从电压值取得部464接受到的规定数量的电压检测值的数据进行FFT处理，生成频谱FSv，并使所生成的频谱FSv存储于存储部461(步骤S210)。接下来，提取部466A从存储于存储部461的频谱FSv中，例如提取频率2f的成分，并将所提取的成分作为提取频率成分F

接下来，判定部467A判定存储于存储部461的提取频率成分F

在电压V

接下来，当步骤S240或者步骤S250的处理结束时，显示处理部468使电容器30的判定结果显示于显示器45(步骤S260)，并使一系列的处理结束。

通过以上的处理，电容器诊断装置40A能够判定电容器30的状态。

根据第二实施方式，对逆变换装置50进行诊断，该逆变换装置50通过动力运转将由相对于直流链路并联连接的电容器单元31以及电容器单元32进行了平滑化的直流电力变换为交流电力。电容器诊断装置40A具备电压检测器44、高速傅立叶变换部465A、提取部466A、判定部467A。电压检测器44对直流链路的电压进行检测。高速傅立叶变换部465A生成基于在逆变换装置50的动力运转中检测到的电压检测器44的检测结果的频谱FSv(第三频谱)。提取部466A基于频谱FSv提取与取决于逆变换装置50的构成的频率相关的特定频带的电压成分。判定部467A至少基于所提取的特定频带的电流成分的大小，对电容器30的状态进行诊断，由此能够容易地检测出电容器30的劣化。电压检测器44是传感器的一个例子。由电压检测器44检测出的电压值是物理量的一个例子。

(第二实施方式的变形例)

对第二实施方式的变形例进行说明。

在第二实施方式中，说明了图8所示的使用具有一个判定基准的第二判定基准来进行判定的事例。在本变形例中，参照图10说明使用包括多个判定基准的第三判定基准来进行判定的事例。图10是用于对第二实施方式的变形例的电容器30的第三判定基准进行说明的图。在图10所示的图表中，与图8所示的图表同样，在各电容器单元的电容为约10％至100％的范围内，描绘有向右下降低的直线GV1以及直线GV2。与直线GV1相比，直线GV2的倾斜更缓和。

当电动机3的消耗电力变动时，在电动机3中流动的电流变化。此外，与此相伴随，直流链路的纹波电压的大小也发生变化。因此，本变形例中的第三判定基准设为取决于与由负载电流检测器70检测出的在电动机3中流动的交流电流(交流负载电流)的检测值的大小建立对应的交流负载电流的判定基准。在该情况下，在电动机3中流动的交流电流的检测值越大，则使阈值电压V

例如，判定部467A基于在电动机3中流动的电流的大小，从能够选择的特性值中选择适合的特性值，并将该特性值决定为判定基准。例如，第三判定基准将阈值电压V

通过利用如上述那样规定的阈值电压V

由此，即使在与电动机3的消耗电力的变动相伴随而直流链路的纹波电压的大小发生变动的情况下，也能够不受电动机3的消耗电力的变动影响地对电容器30的状态进行诊断。

(第三实施方式)

对第三实施方式的电力转换系统2B进行说明。

第三实施方式的电力转换系统2B为，对处于劣化状态的电容器30进行确定，之后对电容器30内的各电容器单元的状态进行诊断。以下，对此进行说明。

图11是第三实施方式的电力转换系统2B的构成图。

图11所示的电力转换系统2B为，代替上述电力转换系统2中的电容器诊断装置40而具备电容器诊断装置40B。

图12是第三实施方式的电容器诊断装置40B的构成图。

图12所示的电容器诊断装置40B，代替电容器诊断装置40的分析处理单元46而具备分析处理单元46B。

分析处理单元46B中，代替分析处理单元46的高速傅立叶变换部465、提取部466、判定部467，而具备高速傅立叶变换部465B、提取部466B、判定部467B。

高速傅立叶变换部465B实施上述高速傅立叶变换部465以及高速傅立叶变换部465A的处理。上述的高速傅立叶变换部465和高速傅立叶变换部465A的说明中的高速傅立叶变换部465和高速傅立叶变换部465A的表述能够替换为高速傅立叶变换部465B。

提取部466B实施上述提取部466和提取部466A的处理。上述的提取部466和提取部466A的说明中的提取部466和提取部466A的表述能够替换为提取部466B。

判定部467B实施上述判定部467和判定部467A的处理。上述的判定部467和判定部467A的说明中的判定部467和判定部467A的表述能够替换为判定部467B。

分析处理单元46B通过具有上述构成，由此对从电压值取得部464接受到的规定数量的电压检测值进行FFT处理，在满足了规定条件的情况下，对从电流值取得部462接受到的规定数量的电流检测值进行FFT处理。

图13是第三实施方式的对电容器的状态进行诊断的处理的流程图。

在第一实施方式中，已经说明了基于在各电容器单元中流动的电流的特定频率成分的大小对各电容器单元的状态进行诊断的电力转换系统2。此外，在第二实施方式中，说明了对包括多个电容器单元的电容器30的状态进行诊断的电力转换系统2A。在本实施方式中，以与第一实施方式以及第二实施方式的不同点为中心进行说明。

首先，电容器诊断装置40B的分析处理单元46B实施步骤S200至S220的处理。

接下来，判定部467B判定存储于存储部461的提取频率成分F

另一方面，在电压V

接下来，分析处理单元46B按照该电容器30内的每个电容器单元来实施判定处理(步骤S270)。每个该电容器单元的判定处理为，按照该电容器30内的每个电容器单元，实施上述图5的步骤S100至S150的处理。通过该判定处理，能够识别出该电容器30内的劣化电容器单元和健全电容器单元。

接下来，当步骤S240或者步骤S270的处理结束时，显示处理部468使每个电容器30的判定结果以及每个电容器单元的判定结果显示于显示器45(步骤S260A)，并使一系列的处理结束。

根据上述的实施方式，分析处理单元46B生成基于在逆变换装置50的动力运转中检测出的电压检测器44的检测结果的频谱FSv(第三频谱)，而对电容器30的劣化状态进行判定。并且，在基于频谱FSv的判定结果中检测到电容器30的劣化的情况下，生成基于在逆变换装置50的动力运转中检测到的电流检测器42的检测结果的频谱FSi(第一频谱和第二频谱)，而对各电容器单元的状态进行判定。由此，能够分开实施电容器30等级的判定以及各电容器单元等级的判定，因此能够使判定所涉及的处理简化。

根据以上说明了的至少一个实施方式，电容器诊断装置具备传感器、频谱分析部、频率成分提取部、以及诊断处理部。传感器对在电力转换单元中的电容器中流动的电流进行检测，该电力转换单元通过动力运转将由相对于直流链路并联连接的电容器进行了平滑化的直流电力变换为交流电力。频谱分析部生成基于在电力转换单元的动力运转中检测出的传感器的检测结果的频谱。频率成分提取部基于上述第一频谱来提取与取决于上述电力转换单元的构成的频率相关的特定频带的成分。诊断处理部至少基于上述所提取的特定频带的成分的大小，对上述电容器的状态进行诊断。由此，电容器诊断装置能够容易地检测电容器的劣化。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换及变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨内，并且包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围。

在上述说明的实施方式中，逆变换装置50的交流输出的基本频率可以固定于规定值，也可以为了使电动机3进行加减速等而实时地变更逆变换装置50的交流输出的基本频率。在该情况下，电容器诊断装置40在逆变换装置50的交流输出的基本频率与电容器诊断装置40检测到的频带不干涉时实施规定的诊断处理即可。

符号的说明

1…交流电源，2、2A、2B…电力转换系统，3…电动机，20…正变换装置，30…电容器，31、32、33…电容器单元，40、40A、40B…电容器诊断装置，50…逆变换装置，60…控制部，70…负载电流检测器，42…电流检测器，420，423…电流传感器单元，421…电流传感器单元(第一电流传感器)，422…电流传感器单元(第二电流传感器)，44…电压检测器，46、46A、46B…分析处理单元，465、465A、465B…高速傅立叶变换部，466、466A、466B…提取部，467、467A、467B…判定部。