モータを制御するインバータは、工場設備の心臓部とも言える存在です。
内部のコンデンサやIGBTなどが劣化すると、トリップやモータ過熱、突発停止を招くことがあります。
この記事では、電圧・電流波形からインバータの異常を早期に検知する「インバータ診断」の基本を解説します。
インバータ診断とは？（基礎知識）
インバータ診断は、DCリンク（直流回路）やスイッチング素子、冷却部などの健全性を波形・温度・ノイズから評価する手法です。
近年は予兆保全の観点から、電圧波形・電流波形・リプル成分・高調波解析が注目されています。
- DCリンク電圧のリプル増加 → コンデンサ劣化の兆候
- スイッチングノイズの異常 → IGBT劣化やゲート不良の兆候
- 中性点電位の偏り → 制御バランス崩壊の可能性
インバータの主要構成と劣化要因
| 構成部位 | 主な機能 | 劣化/異常モード |
|---|---|---|
| 整流回路 | AC→DC変換 | ダイオード劣化・過熱・サージ破壊 |
| DCリンクコンデンサ | 直流平滑 | 容量低下・ESR上昇・リプル増大 |
| IGBT/パワーモジュール | スイッチング制御 | ゲート劣化・短絡・熱暴走 |
| 冷却系（ヒートシンク/ファン） | 放熱・温度安定 | 冷却不足・埃詰まり・熱疲労 |
| 制御基板 | PWM信号生成 | ノイズ混入・電源レギュレータ劣化 |
診断の主要パラメータ
| 測定項目 | 異常傾向 | 考えられる原因 |
|---|---|---|
| DCリンク電圧 | 平均電圧の低下、リプル増大 | コンデンサ容量低下、整流ダイオード劣化 |
| リプル成分（ΔV） | 周期的な電圧波形の上下変動 | 平滑不足・負荷変動 |
| スイッチング波形 | 立ち上がり遅延・オーバーシュート増加 | IGBT劣化・ゲート抵抗不良 |
| 出力電流波形 | 非対称・欠相・高調波増加 | 相間不平衡・巻線短絡・ケーブル接触不良 |
| 温度（素子/ヒートシンク） | 上昇傾向・変動大 | ファン停止・放熱不良 |
波形診断の基本フロー
- インバータの運転条件を固定（負荷率・回転数）
- 入力・DCリンク・出力の3点をオシロスコープで測定
- 電圧波形の周期・振幅・リプルを算出
- FFT解析で高調波成分（5次・7次・11次など）を抽出
- 経時変化（過去データとの比較）で劣化傾向を判断
代表的な異常波形の例
| 波形の特徴 | 想定される異常 | 対応策 |
|---|---|---|
| リプルが周期的に増大 | DCリンクコンデンサ劣化 | 定格電圧・容量確認、交換検討 |
| 高調波成分が急増 | 整流素子や制御異常 | 入力フィルタや素子交換 |
| 波形が非対称 | IGBT一部短絡・相不平衡 | モジュール点検・絶縁診断 |
| スイッチングノイズが増加 | ゲート駆動劣化・接地不良 | ゲート回路修正・接地確認 |
オンライン監視の構築例
- 計測：電圧・電流クランプ＋高速サンプリングロガー
- 分析：FFT・THD・リプル率自動算出
- 通知：リプル閾値超過でメール/クラウド連携
- 統合：MCSA・温度・絶縁結果と統合してダッシュボード化
判定と傾向管理のコツ
- 「定格±5%」を超えるリプル増加は早期点検のサイン
- 高調波の5次・7次が増える場合、電源歪またはスイッチング異常を疑う
- 温度・電流の増加と波形異常が同時に発生した場合は要注意
代表的な診断ツール
| メーカー | 特徴 |
|---|---|
| 横河電機（YOKOGAWA） | 高精度電力解析装置（WTシリーズ）。リプル・THD測定に対応。 |
| 日置電機（HIOKI） | メモリハイコーダ・パワーロガー。直流リプルと波形保存に強い。 |
| キーエンス（KEYENCE） | 電流プローブ内蔵型データロガー。クラウド連携も容易。 |
| テクトロニクス（Tektronix） | IGBT波形観測・スイッチング損失解析に特化したオシロ。 |
まとめ
インバータの波形診断は、突発停止の防止とモータ長寿命化に直結します。
リプル・高調波・非対称波形を定期的に確認し、劣化兆候をデータで蓄積すれば、交換タイミングを“感覚”ではなく“数値”で判断できるようになります。
