專利名稱：絕緣老化檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被逆變器驅(qū)動的設(shè)備中的絕緣老化檢測裝置，特別是能夠優(yōu)選利用于電動機(jī)中的絕緣老化檢測裝置。
背景技術(shù)：
在被逆變器驅(qū)動的設(shè)備中，可舉出電動機(jī)、不間斷電源裝置(UPS Uninterruptible Power Supply)、電磁烹調(diào)器、以及照明等，但是任何設(shè)備都由于經(jīng)年老化而產(chǎn)生絕緣老化。例如，在用于搬運(yùn)機(jī)等的電動機(jī)中，伴隨著與電動機(jī)連結(jié)的作業(yè)臺的頻繁的移動，有時在用于供電的導(dǎo)體電纜中產(chǎn)生摩擦、扭曲、伸縮并導(dǎo)體覆膜受到損傷，另外在用于切削加工機(jī)等的電動機(jī)中，有時切削液、油等飛濺到電動機(jī)，并順著軸等侵蝕到內(nèi)部的絕緣材料材。這樣，根據(jù)使用的環(huán)境、構(gòu)件的耐用性，絕緣老化程度不同，但是經(jīng)由產(chǎn)生了該絕緣老化的部位流過泄漏電流，成為對人體觸電的危險、漏電斷路器進(jìn)行動作的主要原因。漏電斷路器是為了預(yù)先防止對人體觸電而設(shè)置的。人的生命當(dāng)然是第一位的，但是當(dāng)漏電斷路器一旦進(jìn)行動作時，包含相應(yīng)的負(fù)載設(shè)備的裝置、設(shè)備會停止，因此導(dǎo)致漏電的原因以及漏電部位的確定、以及恢復(fù)需要時間，導(dǎo)致裝置、設(shè)備的運(yùn)行效率的下降。S卩，從狀態(tài)監(jiān)視保全的觀點(diǎn)來看，希望能夠定期地檢測、監(jiān)視負(fù)載設(shè)備的絕緣狀態(tài)。例如作為檢測電動機(jī)的絕緣老化的方法，提出了如下絕緣監(jiān)視裝置(專利文獻(xiàn)1等) 通過開關(guān)將向負(fù)載設(shè)備(電動機(jī))的供電電路切換到包含絕緣電阻以及接地的閉合電路， 通過向所述閉合電路施加電壓并測量流過閉合電路的微小電流來檢測絕緣老化。
日本特開2008-102096號公報日本特開2007-15擬89號公報日本特開平8485903號公報日本特開平9-19046號公報日本特開平2-304380號公報日本特開昭63-85380號公報日本特開2009-261138號公報日本特開平7-239359號公報專利文獻(xiàn)1
專利文獻(xiàn)2
專利文獻(xiàn)3
專利文獻(xiàn)4
專利文獻(xiàn)5
專利文獻(xiàn)6
專利文獻(xiàn)7
專利文獻(xiàn)8

發(fā)明內(nèi)容
絕緣老化的時機(jī)、發(fā)展程度，根據(jù)使用的設(shè)備、使用的環(huán)境而不同，因此以往是通過開關(guān)等將向負(fù)載設(shè)備的供電電路切換到包含絕緣電阻以及接地的閉合電路來定期地實(shí)施了設(shè)備的絕緣老化診斷。然而，在為了實(shí)施絕緣老化診斷而切換供電電路時，需要完全停止負(fù)載設(shè)備的驅(qū)動，導(dǎo)致絕緣老化的診斷時期被限定于負(fù)載設(shè)備的驅(qū)動前或者驅(qū)動后。特別是，在需要長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備中，存在無法預(yù)先檢測出絕緣老化的課題。
本發(fā)明的目的在于，提供一種不切換向負(fù)載裝置的供電電路就能夠檢測被逆變器驅(qū)動的設(shè)備中的絕緣老化的絕緣老化檢測裝置。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明是一種檢測被逆變器驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備中的絕緣老化的裝置，具備設(shè)置于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備之間的供電電路并測量供電電路的零相電流的單元；獲取供電電路的至少1相以上的相電流的頻率的單元；以及對零相電流的測量結(jié)果實(shí)施信號解析的信號解析單元，其中，信號解析單元對測量出的零相電流信號實(shí)施傅立葉變換，只提取與相電流的基波分量相當(dāng)?shù)男盘枴Ａ硗?，本發(fā)明是一種檢測被逆變器驅(qū)動的電動機(jī)中的絕緣老化的裝置，具備零相電流測量單元，設(shè)置于逆變器裝置與電動機(jī)之間的供電電路，并測量供電電路的零相電流；以及指令控制單元，用于使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)待機(jī)，其中，零相電流測量單元測量以軸在旋轉(zhuǎn)待機(jī)時被施加外力的情況下也不旋轉(zhuǎn)的方式向各相供電的相電流的總和。在本發(fā)明中，還具備獲取供電電路的至少1相以上的相電流的頻率的單元；以及對零相電流的測量結(jié)果實(shí)施信號解析的信號解析單元，其中，信號解析單元對測量出的零相電流信號實(shí)施傅立葉變換，只提取與相電流的基波分量相當(dāng)?shù)男盘?。在本發(fā)明中，還具備在電動機(jī)被N相驅(qū)動的情況下(N為自然數(shù))，測量至少(N-I)相的相電流的值的單元；以及計算各相的絕緣電阻的計算單元，其中，計算單元優(yōu)選根據(jù)在電動機(jī)的軸的固定位置為N個以上的不同的狀態(tài)下測量出的零相電流以及各相的相電流的值，計算各相的絕緣電阻。根據(jù)本發(fā)明，能夠去除電源噪聲、逆變器驅(qū)動時的載波噪聲等的影響而檢測被逆變器驅(qū)動的設(shè)備中的絕緣老化。特別是，在負(fù)載設(shè)備為電動機(jī)的情況下，不僅在電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下而且在即使施加外力時也固定電動機(jī)的軸的待機(jī)狀態(tài)下，也能夠不用將逆變器裝置和負(fù)載設(shè)備的供電電路切換到其它電路來檢測絕緣老化。因此，即使是需要長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)也能夠早期地發(fā)現(xiàn)絕緣老化的前兆。


圖1是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式1有關(guān)的絕緣老化檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是在相電流的周期為可變的情況下的波形處理的概要說明圖。圖3是表示絕緣老化檢測裝置的其它例子的結(jié)構(gòu)圖。圖4是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式2有關(guān)的絕緣老化檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖5是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式3有關(guān)的絕緣老化檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。
5
圖6是表示電動機(jī)的等效電路的概要電路圖。圖7是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式4有關(guān)的絕緣老化檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖8是在零相電流傳感器和電流傳感器的各輸出中沒有相位差的情況下的波形處理的概要說明圖。圖9是在零相電流傳感器和電流傳感器的各輸出中有相位差的情況下的波形處理的概要說明圖。附圖標(biāo)記說明1 逆變器裝置；2 控制裝置；3 負(fù)載設(shè)備；4 零相電流傳感器；5 電流傳感器； 6a.6b.6c 供電電路；7 頻率計算電路；8 同步檢波電路；9 顯示器；10 電動機(jī)；11 電纜；12 絕緣老化診斷裝置；13 相位校正電路；21 電流傳感器的輸出波形；22 零相電流傳感器的輸出波形；90,91,92 絕緣老化檢測電路；101、102、103、104、105 絕緣老化檢測
直ο
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1.圖1是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式1有關(guān)的絕緣老化檢測裝置101的結(jié)構(gòu)圖。負(fù)載設(shè)備3是通過從逆變器裝置1經(jīng)由供電電路6a、6b、6c提供相電流來進(jìn)行驅(qū)動。例如，在被逆變器驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備中，可舉出電動機(jī)、不間斷電源裝置(UPS)、電磁烹調(diào)器、以及照明等。控制裝置2具有進(jìn)行逆變器驅(qū)動的控制的功能，根據(jù)負(fù)載設(shè)備的驅(qū)動方式，將三相的驅(qū)動電流的波形、大小、周期等的控制信號傳送給逆變器裝置1。本發(fā)明的絕緣老化檢測裝置101具備零相電流傳感器4、電流傳感器5、以及絕緣老化檢測電路90等。零相電流傳感器4設(shè)置于供電電路6a、6b、6c的中途，具有測量供電電路的零相電流的功能。零相電流表示經(jīng)由絕緣電阻向大地流入的泄漏電流。考慮從逆變器裝置1輸出的信號為交流信號、以及經(jīng)由絕緣電阻泄漏的電流為微小電流，零相電流傳感器4例如優(yōu)選使用零相電流互感器(ZCT =Zero-Phase Current Transformer)或者磁通門電流傳感器等。此外，雖然沒有圖示，但是也可以由地線來連接逆變器裝置1的接地端子和負(fù)載設(shè)備4 的接地端子。電流傳感器5設(shè)置于供電電路6a、6b、6c中的任意1個部位，具有測量流過負(fù)載設(shè)備3的各個相電流的功能?？紤]從逆變器裝置1輸出的信號為交流信號，電流傳感器5例如優(yōu)選使用電流互感器(CT =Current Transformer)以及使用了霍爾元件的霍爾CT。但是， 希望根據(jù)通電的相電流的電流上限值選定恰當(dāng)?shù)碾娏鱾鞲衅?，在測量微小電流的情況下， 也可以使用磁通門電流傳感器或者直接插入到電路的分流電阻。絕緣老化檢測電路90包含頻率計算電路7以及同步檢波電路8。頻率計算電路7 根據(jù)由電流傳感器5測量出的相電流的周期計算頻率。同步檢波電路8對由零相電流傳感器4測量出的零相電流信號實(shí)施傅立葉變換，只提取與由頻率計算電路7計算出的相電流的頻率相當(dāng)?shù)姆至?基波)。 進(jìn)而，絕緣老化檢測電路90通過將同步檢波電路8的計算結(jié)果傳送給顯示器等的顯示器9并定期地顯示計算結(jié)果的變遷，從而變得容易通過視覺檢測絕緣老化。另外，雖然沒有圖示，但是除了顯示器9以外也可以采用使用漏電斷路器、漏電繼電器或者警告蜂鳴器等向用戶通知絕緣老化的方式，希望在產(chǎn)生了絕緣老化時附加用戶期望的功能。接著，說明絕緣老化檢測方法。根據(jù)負(fù)載設(shè)備3的驅(qū)動規(guī)范，向負(fù)載設(shè)備3供電的相電流的周期存在恒定周期的情況或者可變周期的情況，但是這里考慮周期為可變周期的情況。逆變器裝置1的特性上，在從直流信號轉(zhuǎn)換為交流信號時，成為重迭了載波噪聲、 電源噪聲等的交流波形。為了高精度地進(jìn)行零相電流的測量，希望只測量去除了這些噪聲的基波分量。但是，在使用帶通濾波器來只提取基波分量的情況下，還考慮周期發(fā)生變化， 需要設(shè)定某程度寬的通過帶寬。其結(jié)果，無法獲得充分的噪聲去除效果。作為其對策，利用零相電流波形的周期和相電流波形的周期是一致(此外，相位未必一致)的關(guān)系，以相電流波形的周期為基準(zhǔn)，從零相電流傳感器的輸出信號進(jìn)行噪聲去除。具體地說，首先從測量出的相電流波形提取與一周期相當(dāng)?shù)钠陂g來計算頻率。然后，從與相電流同時進(jìn)行測量的零相電流波形提取與該期間相同期間的波形。進(jìn)而，對該提取出的波形實(shí)施傅立葉變換，對變換結(jié)果實(shí)施只提取與相電流的頻率相當(dāng)?shù)姆至康耐綑z波。通過這樣的方法，在相電流的頻率發(fā)生變化的情況下也能夠高精度地求出具有與相電流的一周期相同的周期的零相電流的基波分量。圖2是在相電流的周期為可變周期的情況下的波形處理的概要說明圖。這里，示出了在向負(fù)載設(shè)備3供電的相電流的周期發(fā)生變化的情況下的電流傳感器5的輸出波形21 和包含了噪聲的零相電流傳感器4的輸出波形22。向負(fù)載設(shè)備3供電的相電流的周期逐漸變化，因此輸出波形21，22的一周期相當(dāng)?shù)钠陂g(間隔)發(fā)生變化。在提取了由相電流波形求出的每一周期的零相電流波形時，對提取出的波形進(jìn)行重合并平均化(與基于示波器的觸發(fā)的平均功能相同)的情況下，根據(jù)相電流的周期而零相電流的周期變化，因此波形不一致，無法正確地進(jìn)行平均化。另一方面，在每一周期中實(shí)施傅立葉變換，并在每一周期中利用同步檢波計算零相電流的有效值，從而能夠追隨相電流的周期變化而轉(zhuǎn)換為物理量(有效值)。因此，不依賴于相電流的周期變化就能夠正確地測量零相電流。此外，在以上的說明中，說明了將為了進(jìn)行波形處理而提取的區(qū)間設(shè)為基波一周期的情況，但是在設(shè)為基波的多個周期的情況下，也可以實(shí)施平均化處理、傅立葉變換等波形處理。即、通過對利用同步檢波求出的零相電流的值實(shí)施移動平均處理等平均化處理、或者在周期基本不變動的每個期間提取測量波形來實(shí)施平均化處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的絕緣老化檢測。另外，根據(jù)零相電流的值來實(shí)施了絕緣老化檢測，但是也可以根據(jù)絕緣電阻的值來實(shí)施絕緣老化檢測。具體地說，可以使用VT(Voltage Transformer,電壓變換器)等的電壓測量設(shè)備測量相電壓并根據(jù)相電壓與零相電流的關(guān)系計算絕緣電阻，容易根據(jù)絕緣電阻的值來實(shí)施絕緣老化檢測。進(jìn)而，圖3所示的絕緣老化檢測裝置102構(gòu)成為從控制裝置2經(jīng)由以有線或者無線構(gòu)成的信息通信單元(例如，電纜11)將與相電流的大小、周期等有關(guān)的信息直接提供給同步檢波電路8。特別是，如果是圖3所示的方式，則并不是直接測量相電流的周期、相電壓的值，因此也沒有測量誤差，能夠高精度地實(shí)施絕緣老化檢測。另外，通過電流傳感器的省略能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。在以上的說明中，以由3相交流進(jìn)行驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備為例進(jìn)行了說明，但是在單相交流、2相交流的情況下，本發(fā)明也能夠同樣地實(shí)施。進(jìn)而，電流傳感器、零相電流傳感器只要是1個以上即可，例如也可以對3相全部測量相電流，根據(jù)各相電流的波形計算頻率、 并對各計算值進(jìn)行平均化來減小測量誤差、或通過比較檢查來判定測量錯誤。以上，在本實(shí)施方式中，不依賴于向被逆變器驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備進(jìn)行供電的相電流的周期而能夠高精度地實(shí)施絕緣老化檢測。實(shí)施方式2.圖4是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式2有關(guān)的絕緣老化檢測裝置103的結(jié)構(gòu)圖。這里， 說明作為圖1的負(fù)載設(shè)備3使用電動機(jī)10的情況。電動機(jī)10通過從逆變器裝置1經(jīng)由供電電路6a、6b、6c提供3相的驅(qū)動電流來以任意的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、或以任意的旋轉(zhuǎn)角停止。控制裝置2具有進(jìn)行逆變器驅(qū)動的控制的功能，根據(jù)電動機(jī)10的驅(qū)動方式，將三相的驅(qū)動電流的波形、大小、周期等的控制信號傳送給逆變器裝置1。電動機(jī)10根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)可以主要分為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)這3種。待機(jī)狀態(tài)表示電動機(jī)不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)中的、向3相提供相電流以使得即使向電動機(jī)的軸施加外力也不會意外旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。另一方面，停止?fàn)顟B(tài)表示不提供任何相電流的狀態(tài)、即電動機(jī)的軸通過外力會旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。通常，在運(yùn)行電動機(jī)的情況下，從停止?fàn)顟B(tài)經(jīng)由待機(jī)狀態(tài)成為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，進(jìn)行與電動機(jī)的使用用途相應(yīng)的動作，另一方面，在運(yùn)行結(jié)束時，從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)經(jīng)由待機(jī)狀態(tài)成為停止?fàn)顟B(tài)。旋轉(zhuǎn)指令裝置11對控制裝置發(fā)出指令使得電動機(jī)10的運(yùn)行狀態(tài)成為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、 待機(jī)狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)中的某一個。旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的電動機(jī)10中的絕緣老化檢測方法與實(shí)施方式1中說明的方法相同，因此省略重復(fù)說明。接著，說明待機(jī)狀態(tài)的電動機(jī)10中的絕緣老化檢測。在電動機(jī)10為待機(jī)狀態(tài)的情況下，提供給各相的相電流波形中有時會包含脈動、電源噪聲，但是可以大致視為直流波形。另外，根據(jù)軸的固定位置(角度)，相電流的值分別不同。此外，在經(jīng)由各相的寄生電容泄漏的電流小到能夠忽略的程度，并經(jīng)由電阻成分等泄漏的電流也沒有的情況下，如果相加流過3相的相電流則成為零。另一方面，在經(jīng)由各相的寄生電容泄漏的電流小到能夠忽略的程度、但是經(jīng)由電阻成分等泄漏的電流存在的情況下，可以使用零相電流傳感器4來檢測零相電流。但是，如上述那樣零相電流幾乎是直流分量，因此無法使用零相電流互感器、電流互感器，需要例如磁通門電流傳感器等能夠測量微小直流電流的零相電流傳感器4。此外，電流傳感器5也同樣需要能夠測量直流電流的傳感器。在本實(shí)施方式中，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)的任意情況下都能夠進(jìn)行絕緣老化檢測， 與在電動機(jī)10的停止?fàn)顟B(tài)時將供電電路6a、6b、6c切換到其它電路來實(shí)施絕緣老化檢測的以往的方式有很大不同。
此外，在以上的說明中，根據(jù)零相電流的值來實(shí)施絕緣老化檢測，但是也可以根據(jù)絕緣電阻的值來實(shí)施絕緣老化檢測。具體地說，能夠使用VT(Voltage Transformer)等的電壓測量設(shè)備來測量相電壓，并根據(jù)相電壓與零相電流的關(guān)系計算絕緣電阻，容易根據(jù)絕緣電阻的值來實(shí)施絕緣老化檢測。另外，在同步電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)的情況下，相電壓可以以數(shù)式來關(guān)聯(lián)電動機(jī)10 的轉(zhuǎn)數(shù)、供電的相電流，電動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)也可以以數(shù)式來與相電流的頻率相關(guān)聯(lián)。S卩、如果能夠以電流傳感器5測量相電流并計算相電流的有效值、相電流的頻率，則能夠容易地計算相電壓。S卩，在同步電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)的情況下，提供給電動機(jī)的電流是由d軸電流和q 軸電流構(gòu)成。q軸電流是對旋轉(zhuǎn)有貢獻(xiàn)的電流分量，d軸電流是對旋轉(zhuǎn)沒有貢獻(xiàn)的電流分量，因此從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，一般進(jìn)行控制使得對旋轉(zhuǎn)沒有貢獻(xiàn)的d軸電流成為零。S卩、電動機(jī)的相電壓成為與q軸電流成比例的值。在實(shí)施絕緣老化檢測的情況下，相電壓的值越大則能夠?qū)嵤┰礁呔鹊慕^緣老化檢測。作為其理由，可舉出零相電流傳感器的測量靈敏度。特別是在零相電流傳感器之中具有能夠測量微小電流的特征的零相電流互感器，作為結(jié)構(gòu)磁性構(gòu)件常常使用被稱作PC坡莫合金的材料。但是，根據(jù)退火工序的熱處理條件、材料組成、對磁性材料的應(yīng)力等，磁特性發(fā)生變動，特別是存在如下問題B-H曲線的原點(diǎn)附近的非線性區(qū)域中的B-H曲線的再現(xiàn)性差。特別是，由于在微小電流檢測中使用原點(diǎn)附近的非線性區(qū)域，因此存在測量偏差，實(shí)際上能夠高精度地進(jìn)行測量的是幾mA以上。另一方面，正常狀態(tài)下的電動機(jī)的絕緣電阻是幾ΜΩ以上，例如，在假設(shè)絕緣電阻 IOM Ω、相電壓100V的情況下，泄漏電流是10 μ Α。從中也可知，為了高精度地實(shí)施絕緣老化檢測，盡可能加大相電壓、加大泄漏電流是有效的。因此，只在絕緣老化檢測時除了 q軸電流之外提供對旋轉(zhuǎn)沒有貢獻(xiàn)的d軸電流，增加相電壓，從而能夠高精度地實(shí)施絕緣老化檢測。增加d軸電流、增加相電壓的方法在電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時、待機(jī)時都有效。特別是，在待機(jī)時供電的d軸電流為交流分量的情況下，注意需要選定能夠從直流測量交流分量的電流傳感器、零相電流傳感器。另外，與圖3同樣地，在從控制裝置2經(jīng)由以有線或者無線構(gòu)成的信息通信單元將與相電流的大小、周期等有關(guān)的信息直接提供給同步檢波電路的方式下，本發(fā)明也能夠?qū)嵤Ａ硗?，不僅是以3相交流進(jìn)行驅(qū)動的電動機(jī)10，而且以單相交流、2相交流進(jìn)行驅(qū)動的情況下，也同樣能夠?qū)嵤┙^緣老化檢測。并且在本實(shí)施方式中，說明了在電動機(jī)10中應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施方式1的情況， 但是例如沒有絕緣老化檢測電路90、電流傳感器5也能夠?qū)嵤┙^緣老化檢測。以上，在本實(shí)施方式中，在被逆變器驅(qū)動的電動機(jī)為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)的任一情況下都能夠高精度地實(shí)施絕緣老化檢測。實(shí)施方式3.圖5是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式3有關(guān)的絕緣老化檢測裝置104的結(jié)構(gòu)圖。絕緣老化檢測裝置104與圖4所示結(jié)構(gòu)大致相同，但是作為測量各相的相電流的單元，還具備測量各相的相電流的電流傳感器5、計算各相的絕緣電阻值的絕緣電阻計算電路12。另外，在實(shí)施方式2中，根據(jù)從電動機(jī)10的供電電路6a、6b、6c泄漏的電流的總和、即零相電流來檢測了絕緣老化，但是在本實(shí)施方式中，根據(jù)從電動機(jī)的供電電路6a、6b、6c的各相泄漏的電流來檢測各相的絕緣老化。在將電動機(jī)10的各相中的絕緣電阻設(shè)為Ru、Rv、Rw，將電動機(jī)10的各相的阻抗設(shè)為Rm，Rm在各相中平衡而全部設(shè)為相同的值的情況下，等效電路變得如圖6那樣。接著，說明各相的絕緣電阻RU、RV、RW的計算方法。泄漏電流Ig是使用各相的相電流idu、idv> IdW以下述的式α)來表示。[數(shù)式1]α Idu+β Idv+y Idw= Ig (1)
DD其中，Λ= J = ^,r = ^
λ R νR Ru、Rv、Rw 各相的絕緣電阻Rm 各相的阻抗Ig 泄漏電流(零相電流傳感器4的輸出)Idu、Idv、Idw:各相的相電流式(1)所示的各相的相電流Idu、Idv、Idw的值成為與軸的待機(jī)位置(角度)相應(yīng)的值，因此如果待機(jī)位置(角度)不同則值也分別不同。即，與各相的絕緣電阻扎、民、民成反比例的3個系數(shù)α、β、γ是未知數(shù)，但是通過使軸至少3次以上待機(jī)在不同位置(角度) 并測量此時各相的相電流以及零相電流(泄漏電流)，能夠建立與未知數(shù)相同數(shù)量的聯(lián)立方程式，結(jié)果能夠計算出系數(shù)α、β、Υ的值。此外，在電動機(jī)10的阻抗Rm不明確的情況下，如果已知上述系數(shù)α、β、Υ，貝IJ也能夠定量地評價泄漏電流。另外，通過事先測量好阻抗Rm，能夠計算各相的絕緣電阻的值， 另外也能夠進(jìn)行異常相的確定。當(dāng)然，如果能夠計算各相的絕緣電阻，則當(dāng)然容易從等效電路計算電動機(jī)10的絕緣電阻。另外，軸的固定位置(角度)、固定次數(shù)根據(jù)電動機(jī)的使用環(huán)境、驅(qū)動相數(shù)而不同， 但是上面敘述的是驅(qū)動相數(shù)為3相交流的情況，在2相交流的情況下至少2次以上，在單相交流的情況下至少1次以上，使軸待機(jī)在不同的固定位置(角度)中，從而能夠建立與未知數(shù)相同數(shù)量的聯(lián)立方程式。并且，也根據(jù)用戶的電動機(jī)的使用環(huán)境而不同，但是在運(yùn)行時插入多次使旋轉(zhuǎn)暫時待機(jī)的動作、且3次以上待機(jī)在不同位置(角度)的情況下，能夠通過上述的方法來檢測絕緣老化。即、在除了電動機(jī)的運(yùn)行開始時以及運(yùn)行結(jié)束時以外的通常運(yùn)行時，不用特別準(zhǔn)備檢查模式等就能夠檢測絕緣老化。假設(shè)在通常運(yùn)行時無法使旋轉(zhuǎn)暫時待機(jī)的情況、無法規(guī)定次數(shù)待機(jī)在不同位置的情況下，為了在電動機(jī)的運(yùn)行開始時或者運(yùn)行結(jié)束時必須能夠確保待機(jī)狀態(tài)，此時，例如可以設(shè)定為檢查模式，實(shí)施測量直到滿足期望次數(shù)為止，在滿足了期望次數(shù)時通過計算聯(lián)立方程式的解來檢測絕緣老化。另外，在除了運(yùn)行結(jié)束時以外的通常運(yùn)行時，無法計算各相的絕緣電阻的情況下，也可以在運(yùn)行結(jié)束時設(shè)定為檢查模式來實(shí)施測量直到滿足期望次數(shù)為止。此外，在以上的說明中，使用3個電流傳感器5來測量了各相的相電流，但是例如也可以是如下將電流傳感器5設(shè)置于3相中的任意2相，剩余1相是根據(jù)3相的總和為零 (與相電流的值相比，假設(shè)泄漏電流的值足夠小)的關(guān)系進(jìn)行逆計算而求出。一般在N相驅(qū)動的情況下(N為自然數(shù))，使用N-I個電流傳感器5來分別實(shí)測(N-I)相的相電流，剩余1 相的相電流能夠根據(jù)N相的相電流總和為零的關(guān)系算出。另外，與圖3同樣地，在從控制裝置2經(jīng)由以有線或者無線構(gòu)成的信息通信單元將與相電流的大小、周期等有關(guān)的信息直接提供給絕緣電阻計算電路的方式下，本發(fā)明也能夠?qū)嵤Ａ硗?，也如?shí)施方式2中說明那樣，只在絕緣老化檢測時將對旋轉(zhuǎn)沒有貢獻(xiàn)的d軸電流提供給電動機(jī)，并增加相電壓也對絕緣老化檢測的高精度化有效。以上，在本實(shí)施方式中，能夠根據(jù)在電動機(jī)的待機(jī)狀態(tài)中獲得的電流傳感器5、零相電流傳感器4的輸出計算各相的絕緣電阻，能夠?qū)崿F(xiàn)異常相的測量等。實(shí)施方式4.圖7是表示與本發(fā)明的實(shí)施方式4有關(guān)的絕緣老化檢測裝置105的結(jié)構(gòu)圖。絕緣老化檢測裝置105與圖1所示的結(jié)構(gòu)大致相同，但是絕緣老化檢測電路93還具備使2個信號的相位一致的相位校正電路13。在作為零相電流傳感器4以及電流傳感器5例如使用了零相電流互感器、電流互感器的情況下，有時根據(jù)連接于零相電流互感器、電流互感器的負(fù)載電阻的值，在相對于輸入信號的輸出信號中產(chǎn)生相位差，結(jié)果有時在零相電流傳感器4的輸出與電流傳感器5的輸出中有相位差。下面，說明在零相電流傳感器4的輸出與電流傳感器5的輸出中有相位差時的問題點(diǎn)。首先，通過評價各個傳感器單體來預(yù)先獲取零相電流傳感器4以及電流傳感器5 的輸入輸出相位差信息。圖8是在零相電流傳感器4和電流傳感器5的各輸出中沒有相位差的情況下的波形處理的概要說明圖。在沒有相位差的情況下，從測量出的相電流波形21提取與一周期相當(dāng)?shù)钠陂g，從與相電流同時進(jìn)行測量的零相電流波形22提取與該期間相同的期間的波形。 在這種情況下，相電流的周期是恒定周期還是可變周期，零相電流波形的提取波形與相電流的一周期相同。另一方面，圖9是在零相電流傳感器4和電流傳感器5的各輸出中有相位差的情況下的波形處理的概要說明圖。在有相位差的情況下，從測量出的相電流波形21提取與一周期相當(dāng)?shù)钠陂g，從與相電流同時進(jìn)行測量的零相電流波形22提取與該期間相同的期間的波形。在這種情況下，如果相電流的周期是恒定周期就沒有問題，但是如果相電流的周期是可變周期，則零相電流波形的提取波形不會是相電流的一周期。即，如果不考慮相位差， 傅立葉變換后的結(jié)果會具有誤差。接著，說明相位校正的方法。通過傳感器單體評價預(yù)先獲取相對于輸入電流(基準(zhǔn)信號)的零相電流傳感器4的輸入輸出相位差口 1、以及相對于輸入電流(基準(zhǔn)信號)的電流傳感器5的輸入輸出相位差口 2。例如，也可以將60Ηζ、1Α的電流作為1次電流輸入到零相電流傳感器4以及電流傳感器5，以實(shí)驗方式用示波器等觀察與輸出波形的相位差，更優(yōu)選是通過實(shí)驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理來獲取分別改變了輸入電流的大小、頻率的情況下的輸入輸出相位差的關(guān)系。如上述那樣，為了使零相電流傳感器4的輸出與電流傳感器5的輸出的相位差為零，需要校正零相電流傳感器4以及電流傳感器5的任意一個輸出波形的相位使得相位差 □ 1_口2成為零。例如，在相位差口 1_口 2相對輸入電流的頻率為恒定的情況下，優(yōu)選構(gòu)成由模擬電路形成的相位校正電路13使得某一定相位偏移。另外，在相位差口 1- □ 2相對輸入電流的頻率為可變的情況下，將輸入輸出相位差的關(guān)系預(yù)先存儲于存儲器等，優(yōu)選構(gòu)成由數(shù)字電路形成的相位校正電路13。以上，在本實(shí)施方式中，在零相電流傳感器4的輸出與電流傳感器5的輸出中有相位差的情況下，通過設(shè)置使該相位差為零、即使零相電流波形21與相電流波形22的周期一致的相位校正電路13，能夠高精度地實(shí)施絕緣老化檢測。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明在能夠檢測被逆變器驅(qū)動的設(shè)備中的絕緣老化的點(diǎn)上對產(chǎn)業(yè)極為有用。
權(quán)利要求
1.一種絕緣老化檢測裝置，檢測被逆變器驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備中的絕緣老化，所述絕緣老化檢測裝置的特征在于，具備設(shè)置于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備之間的供電電路并測量供電電路的零相電流的單元；獲取供電電路的至少1相以上的相電流的頻率的單元；以及對零相電流的測量結(jié)果實(shí)施信號解析的信號解析單元，其中，信號解析單元對測量出的零相電流信號實(shí)施傅立葉變換，只提取與相電流的基波分量相當(dāng)?shù)男盘枴?br> 2.一種絕緣老化檢測裝置，檢測被逆變器驅(qū)動的電動機(jī)中的絕緣老化，所述絕緣老化檢測裝置的特征在于，具備零相電流測量單元，設(shè)置于逆變器裝置與電動機(jī)之間的供電電路，并測量供電電路的零相電流；以及指令控制單元，用于使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)待機(jī)，其中，零相電流測量單元測量以軸在旋轉(zhuǎn)待機(jī)時被施加外力的情況下也不旋轉(zhuǎn)的方式向各相供電的相電流的總和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于，還具備 獲取供電電路的至少1相以上的相電流的頻率的單元；以及對零相電流的測量結(jié)果實(shí)施信號解析的信號解析單元，其中，信號解析單元對測量出的零相電流信號實(shí)施傅立葉變換，只提取與相電流的基波分量相當(dāng)?shù)男盘枴?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于，還具備在電動機(jī)被N相驅(qū)動的情況下，測量至少(N-I)相的相電流的值的單元，其中N為自然數(shù)；以及計算各相的絕緣電阻的計算單元，其中，計算單元根據(jù)在電動機(jī)的軸的固定位置為N個以上的不同的狀態(tài)下測量出的零相電流以及各相的相電流的值，計算各相的絕緣電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4中的任意一項所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于，在除了電動機(jī)的運(yùn)行開始時以及運(yùn)行結(jié)束時以外的通常運(yùn)行時，實(shí)施絕緣老化檢測。
6.根據(jù)權(quán)利要求2 4中的任意一項所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于， 在電動機(jī)的運(yùn)行開始時或者運(yùn)行結(jié)束時所設(shè)定的檢查模式下，實(shí)施絕緣老化檢測。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于，在除了電動機(jī)的運(yùn)行結(jié)束時以外的通常運(yùn)行時，在無法計算各相的絕緣電阻的情況下，在電動機(jī)的運(yùn)行結(jié)束時所設(shè)定的檢查模式下，為了計算各相的絕緣電阻而實(shí)施不足量的測量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2 7中的任意一項所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于，在向電動機(jī)供電的電流分量中，只在絕緣老化檢測時增加對轉(zhuǎn)矩?zé)o效的電流分量、增加相電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于， 還具備計算各相的絕緣電阻的計算單元，計算單元根據(jù)相電流的值以及相電流的頻率計算相電壓的值，根據(jù)相電壓的值和測量出的零相電流的值計算絕緣電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或者3所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于，在流過供電電路的相電流為可變周期的情況下，信號解析單元在相電流的每個周期實(shí)施信號解析，對在每個周期獲得的信號解析結(jié)果進(jìn)行平均化。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或者3所述的絕緣老化檢測裝置，其特征在于，還具備校正測量信號的相位使得相電流的周期與零相電流的周期一致的單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測被逆變器驅(qū)動的負(fù)載設(shè)備、特別是電動機(jī)中的絕緣老化的裝置，具備設(shè)置于逆變器裝置與電動機(jī)之間的供電電路并測量供電電路的零相電流的零相電流測量單元；以及用于使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)待機(jī)的指令控制單元，其中，零相電流測量單元測量以軸在旋轉(zhuǎn)待機(jī)時被施加外力的情況下也不旋轉(zhuǎn)的方式向各相供電的相電流的總和(零相電流)。通過這樣構(gòu)成，不切換向負(fù)載裝置的供電電路就能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣老化的時常檢測。
文檔編號G01R27/16GK102317800SQ20108000799
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者兼田吉治, 岡徹, 堤下洋治, 武藤浩隆, 渡邊佳正, 田中利貴, 西澤博志, 西浦龍一 申請人:三菱電機(jī)株式會社