DE112010000959T5

DE112010000959T5 - Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau

Info

Publication number: DE112010000959T5
Application number: DE112010000959T
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Watanabe; Ryuichi NISHIURA; Toru Oka; Hirotaka Muto; Hiroshi Nishizawa; Toshiki Tanaka; Yoshiharu Kaneda; Yoji Tsutsumishita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: TWI426282B; US9335380B2; WO2010100998A1; US20110320146A1; TW201037333A; JPWO2010100998A1; DE112010000959B4; KR101279193B1; JP5220182B2; KR20110111529A; CN102317800A; CN102317800B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau in einer wechselrichterbetriebenen Verbrauchervorrichtung, insbesondere einem Motor, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Nullphasenstrommesseinrichtung zum Messen eines Nullphasenstroms in Stromzufuhrleitungen, die in den Stromzufuhrleitungen zwischen einer Wechselrichtervorrichtung und dem Motor vorgesehen ist; und eine Befehlssteuereinrichtung, um die Drehung des Motors auf Bereitschaft zu setzen; wobei die Nullphasenstrommesseinrichtung den Gesamtbetrag von Phasenströmen misst, die in jeweilige Phasen eingespeist werden, um eine Welle, selbst wenn eine externe Kraft an die Welle angelegt wird, während die Drehung auf Bereitschaft ist, nicht zu drehen, wodurch eine regelmäßige Erfassung von Isolationsabbau ermöglicht ist, ohne die mit der Verbrauchervorrichtung verbundenen Stromzufuhrleitungen umzuschalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau in einer wechselrichterbetriebenen Vorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung, die vorzugsweise als Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau in einem Motor genutzt wird.
HINTERGRUND
Die wechselrichterbetriebene Vorrichtung umfasst einen Motor, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), ein elektromagnetisches Kochgerät und Beleuchtung o. dgl. Jede Vorrichtung kann aufgrund alterungsbedingten Abbaus einen Isolationsabbau erleiden. Zum Beispiel kann im Falle eines Motors, der für eine Transportmaschine verwendet wird, die Bewegung einer mit dem Motor gekoppelten Plattform Reibung, Verwindung oder Dehnung und Schrumpfung in einem Strom zuführenden Leiterkabel verursachen, was zu einer beschädigten Leiterschicht führt. In einem anderen Fall eines Motors, der für eine Schneidemaschine verwendet wird, kann es sein, dass ein Schneidefluid, Öl o. dgl. auf den Motor gespritzt wird und dann über eine Welle von diesem läuft und auf Isoliermaterialien im Inneren des Motors übergreift.
Auf eine solche Weise kann sich ein Grad an Isolationsabbau je nach einem Umfeld beim Gebrauch oder einer Dauerhaftigkeit von Teilen verändern. Sobald ein Kriechstrom durch einen Abschnitt fließt, in dem dieser Isolationsabbau auftritt, bewirkt dies eine Gefahr, dass menschliche Körper unter Strom gesetzt werden oder ein Fehlerstromschutzschalter tritt in Aktion. Der Fehlerstromschutzschalter ist installiert, um zu verhindern, dass der menschliche Körper unter Strom gesetzt wird. Selbstverständlich wird dem menschlichen Leben erste Priorität gegeben. Allerdings werden, sobald der Fehlerstromschutzschalter in Betrieb ist, Vorrichtungen oder Einrichtungen, die die Verbrauchervorrichtung von Interesse enthalten, zwangsläufig angehalten. So wird es eine Menge Zeit brauchen, herauszufinden, wie und wo das elektrische Leck verursacht wurde, sowie die Vorrichtungen oder Einrichtungen wiederherzustellen, wodurch deren Betriebswirkungsgrad gesenkt wird.
Vom Gesichtspunkt der Zustandsüberwachung und Wartung ist es deshalb wünschenswert, dass ein Isolationszustand der Verbrauchervorrichtung regelmäßig erfasst und überwacht werden kann. Zum Beispiel ist als Verfahren zur Erfassung eines Isolationsgrads einen Motors eine Isolationsüberwachungsvorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau vorgeschlagen, indem von Stromzufuhrleitungen, die mit einem Verbraucher (z. B. einem Motor) verbunden sind, zu einem geschlossenen Kreislauf, der einen Isolationswiderstand und ein Masseteil umfasst, unter Verwendung eines Schalters umgeschaltet und dann eine Spannung an den geschlossenen Kreislauf angelegt wird, um einen extrem kleinen elektrischen Strom zu messen, der durch den geschlossenen Kreislauf fließt (siehe Patentschrift 1 und weitere).
SCHRIFTEN AUS DEM STAND DER TECHNIK
PATENTSCHRIFTEN

PATENTSCHRIFT 1 JP 2008-102096 A
PATENTSCHRIFT 2 JP 2007-159289 A
PATENTSCHRIFT 3 JP 8-285903 A (1996)
PATENTSCHRIFT 4 JP 9-19046 A (1997)
PATENTSCHRIFT 5 JP 2-304380 A (1990)
PATENTSCHRIFT 6 JP 63-85380 A (1988)
PATENTSCHRIFT 7 JP 2009-261138 A
PATENTSCHRIFT 8 JP 7-239359 A (1997)

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEM, DAS DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL
Ein Auslöser und ein Fortschrittsgrad eines Isolationsabbaus können sich je nach einem in Gebrauch befindlichen Gerät oder einem im Gebrauch herrschenden Umfeld verändern. In herkömmlichen Lösungsansätzen wird, indem von einem Stromzufuhrschaltkreis, der an eine Verbrauchervorrichtung angeschlossen ist, zu einem geschlossenen Schaltkreis, der einen Isolationswiderstand und ein Masseelement enthält, unter Verwendung eines Schalters umgeschaltet wird, regelmäßig eine Isolationsabbaudiagnose der Vorrichtung durchgeführt.
Jedoch muss ein Benutzer beim Umschalten der Stromzufuhrleitungen, um die Isolationsabbaudiagnose durchzuführen, den Antrieb des Verbrauchers vollständig anhalten. Auf diese Weise wird ein Diagnosezeitablauf des Isolationsabbaus auf vor oder nach das Betreiben der Verbrauchervorrichtung beschränkt. Besonders bei einer Vorrichtung, die einen langfristigen stetigen Betrieb erforderlich macht, besteht insofern ein Problem, als der Isolationsabbau nicht im Vorfeld erfasst werden kann.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau bereitzustellen, die in der Lage ist, den Isolationsabbau in einer wechselrichterbetriebenen Vorrichtung zu erfassen, ohne Stromzufuhrleitungen umzuschalten, die mit einer Verbrauchervorrichtung verbunden sind.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Um das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau in einer wechselrichterbetriebenen Verbrauchervorrichtung bereitgestellt, Folgendes umfassend:
eine Einrichtung zum Messen eines Nullphasenstroms in Stromzufuhrleitungen, die in den Stromzufuhrleitungen zwischen einer Wechselrichtervorrichtung und der wechselrichterbetriebenen Verbrauchervorrichtung vorgesehen ist;
eine Einrichtung zum Erfassen einer Frequenz eines Phasenstroms in mindestens einer Phase der Stromzufuhrleitungen; und
eine Signalanalyseneinrichtung zum Durchführen einer Signalanalyse an einem Messergebnis des Nullphasenstroms;
wobei die Signalanalyseneinrichtung eine Fourier-Transformation am gemessenen Nullphasenstromsignal durchführt, um nur ein Signal zu extrahieren, das einer Grundschwingungskomponente des Phasenstroms entspricht.
Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau in einem wechselrichterbetriebenen Motor bereitgestellt, Folgendes umfassend:
eine Nullphasenstrommesseinrichtung zum Messen eines Nullphasenstroms in Stromzufuhrleitungen, die in den Stromzufuhrleitungen zwischen einer Wechselrichtervorrichtung und dem Motor vorgesehen ist; und
eine Befehlssteuereinrichtung, um die Drehung des Motors auf Bereitschaft zu setzen;
wobei die Nullphasenstrommesseinrichtung den Gesamtbetrag von Phasenströmen misst, die in jeweilige Phasen eingespeist werden, um eine Welle, selbst wenn eine externe Kraft an die Welle angelegt wird, während die Drehung auf Bereitschaft ist, nicht zu drehen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Vorrichtung darüber hinaus umfasst:
eine Einrichtung zum Erfassen einer Frequenz des Phasenstroms in mindestens einer Phase der Stromzufuhrleitungen; und
eine Signalanalyseneinrichtung zum Durchführen einer Signalanalyse an einem Messergebnis des Nullphasenstroms;
wobei die Signalanalyseneinrichtung eine Fourier-Transformation am gemessenen Nullphasenstromsignal durchführt, um nur ein Signal zu extrahieren, das einer Grundschwingungskomponente des Phasenstroms entspricht.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Vorrichtung darüber hinaus umfasst:
eine Einrichtung zum Messen eines Werts des Phasenstroms in mindestens einer (N – 1) Phase, im Falle, dass der Motor N-Phasen-angetrieben ist (wobei N eine natürliche Zahl ist); und
eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Isolationswiderstands jeder Phase;
wobei die Berechnungseinrichtung den Isolationswiderstand jeder Phase auf Grundlage von Werten des Nullphasenstroms und des Phasenstroms jeder Phase berechnet, die jeweils in verschiedenen Stadien gemessen werden, in denen die Welle des Motors auf N oder mehr verschiedene Feststellpositionen eingestellt ist.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Isolationsabbau in der wechselrichterbetriebenen Vorrichtung erfasst werden, während gleichzeitig Einflüsse wie ein Stromzufuhrrauschen und Trägerrauschen während des Wechselrichterantriebs eliminiert werden. Insbesondere in einem Fall, bei dem es sich bei der Verbrauchervorrichtung um den Motor handelt, kann nicht nur in einem drehenden Zustand des Motors, sondern auch in einem Bereitschaftszustand, um die Welle des Motors festzustellen, selbst wenn eine externe Kraft an die Welle angelegt wird, ein Isolationsabbau erfasst werden, ohne die Stromzufuhrleitungen zwischen der Wechselrichtervorrichtung und der Verbrauchervorrichtung auf einen anderen Schaltkreis umzuschalten. Deshalb kann auch bei einem Motor, der einen langfristigen stetigen Betrieb erforderlich macht, ein Anzeichen für den Isolationsabbau in einem früheren Stadium gefunden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine veranschaulichende schematische Darstellung einer Wellenformverarbeitung in einem Fall, in dem ein Zyklus eines Phasenstroms variabel ist.
3 ist ein Aufbauschema, das ein anderes Beispiel der Vorrichtung zur Erfassung des Isolationsabbaus zeigt.
4 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein schematischer Schaltplan, der einen Ersatzschaltkreis eines Motors zeigt.
7 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine veranschaulichende schematische Darstellung einer Wellenformverarbeitung in einem Fall, in dem keine Phasendifferenz zwischen Ausgängen eines Nullphasenstromsensors und eines Stromsensors vorliegt.
9 ist eine veranschaulichende schematische Darstellung einer Wellenformverarbeitung in einem Fall, in dem eine Phasendifferenz zwischen den Ausgängen des Nullphasenstromsensors und des Stromsensors vorliegt.
AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
1 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung 101 zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Verbrauchervorrichtung 3 wird angetrieben, indem Phasenströme von einer Wechselrichtervorrichtung 1 über Stromzufuhrleitungen 6a, 6b und 6c in die Verbrauchervorrichtung 3 eingespeist werden. Zum Beispiel kann die wechselrichterbetriebene Verbrauchervorrichtung einen Motor, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), ein elektromagnetisches Kochgerät und Beleuchtung o. dgl. umfassen. Eine Steuervorrichtung 2 hat eine Funktion zum Steuern des Wechselrichterantriebs, um Steuersignale für Wellenformen, Amplituden und Zyklen von Dreiphasentreiberströmen gemäß einem Verfahren zum Antreiben der Verbrauchervorrichtung an die Wechselrichtervorrichtung 1 zu übertragen.
Die Vorrichtung 101 zur Erfassung von Isolationsabbau nach der vorliegenden Erfindung umfasst einen Nullphasenstromsensor 4, einen Stromsensor 5 und einen Isolationsabbauerfassungsschaltkreis 90.
Der Nullphasenstromsensor 4 ist in der Mitte der Stromzufuhrleitungen 6a, 6b und 6c vorgesehen und hat eine Funktion zum Messen eines Nullphasenstroms in den Stromzufuhrleitungen. Der Nullphasenstrom drückt einen Kriechstrom aus, der über einen Isolationswiderstand zur Masse fließt. Für den Nullphasenstromsensor 4 kann unter Berücksichtigung der Tatsachen, dass es sich bei Signalen, die von der Wechselrichtervorrichtung 1 ausgegeben werden, um Wechselstromsignale handelt, und dass der durch den Isolationswiderstand abgeleitete Strom ein extrem kleiner Strom ist, vorzugsweise zum Beispiel ein Nullphasenstromtransformator (ZCT – zero-phase current transformer) oder ein Fluxgate-Stromsensor verwendet werden. Es wäre anzumerken, dass, obwohl nicht gezeigt, ein Masseanschluss der Wechselrichtervorrichtung 1 unter Verwendung eines Massekabels mit einem Masseanschluss der Verbrauchervorrichtung 4 verbunden werden kann.
Der Stromsensor 5 ist an einer beliebigen Stelle zwischen den Stromzufuhrleitungen 6a, 6b und 6c vorgesehen und hat eine Funktion zum Messen der jeweiligen Phasenströme, die durch die Verbrauchervorrichtung 3 fließen. Für den Stromsensor 5 kann unter Berücksichtigung der Tatsache, dass es sich bei den Signalen, die von der Wechselrichtervorrichtung 1 ausgegeben werden, um Wechselstromsignale handelt, vorzugsweise zum Beispiel ein Hall-CT mit einem Stromtransformator (CT – current transformer) und einem Hall-Element verwendet werden. Jedoch wird ein geeigneter Stromsensor wünschenswerter Weise auf Grundlage eines oberen Grenzstromwerts des zugeführten Phasenstroms ausgewählt. Im Falle, dass der extrem kleine Strom gemessen werden soll, kann ein Fluxgate-Stromsensor oder ein Nebenschlusswiderstand verwendet werden, der direkt in die Leitung eingesetzt wird.
Der Isolationsabbauerfassungsschaltkreis 90 umfasst eine Frequenzberechnungsschaltung 7 und eine Synchronerfassungsschaltung 8. Die Frequenzberechnungsschaltung 7 berechnet eine Frequenz auf Grundlage eines Zyklus des durch den Stromsensor 5 gemessenen Phasenstroms. Die Synchronerfassungsschaltung 8 führt eine Fourier-Transformation an dem durch den Nullphasenstromsensor 4 gemessenen Nullphasenstromsignal durch, um nur eine Komponente (Grundschwingung) zu extrahieren, die der Frequenz des durch die Frequenzberechnungsschaltung 7 berechneten Phasenstroms entspricht.
Darüber hinaus überträgt der Isolationsabbauerfassungsschaltkreis 90 ein Berechnungsergebnis der Synchronerfassungsschaltung 8 an ein Anzeigegerät 9 wie etwa ein Display, um regelmäßig einen Übergang des Berechnungsergebnisses anzuzeigen, so dass der Isolationsabbau visuell erfasst werden kann. Obwohl nicht gezeigt, kann der sich ergebende Isolationsabbau, außer mit dem Anzeigegerät 9, einem Benutzer unter Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters, eines Erdschlusswächters, eines Alarmsummers o. dgl. mitgeteilt werden, ansonsten kann auch eine beliebige Funktion bei Bedarf durch den Benutzer hinzugefügt werden, wenn der Isolationsabbau auftritt.
Als Nächstes wird nachstehend ein Verfahren zur Erfassung von Isolationsabbau beschrieben. Der Zyklus des der Verbrauchervorrichtung 3 zugeführten Phasenstroms kann je nach den technischen Antriebsdaten der Verbrauchervorrichtung 3 entweder ein fester Zyklus oder ein variabler Zyklus sein. Im Folgenden wird der Fall des variablen Zyklus erörtert.
Aufgrund einer Kennlinie der Wechselrichtervorrichtung 1 entsteht, wenn ein Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal umgewandelt wird, eine Wechselstromwellenform, bei der sich Trägerrauschen, Stromversorgungsrauschen u. dgl. überlagern. Um den Nullphasenstrom mit hoher Genauigkeit zu messen, wird wünschenswerter Weise nur eine Grundschwingungskomponente gemessen, während gleichzeitig diese Rauscharten beseitigt werden. Im Übrigen muss, wenn nur eine Grundschwingungskomponente unter Verwendung eines Bandpassfilters extrahiert wird, unter Berücksichtigung des sich verändernden Zyklus ein relativ weiter Durchlassbereich eingerichtet werden, so dass eine ausreichende Rauschbeseitigungswirkung nicht erzielt werden kann.
Um das obige Problem zu lösen, wird eine Rauschbeseitigung am Ausgangssignal des Nullphasenstromsensors im Hinblick auf den Zyklus der Phasenstromwellenform unter Nutzung eines derartigen Verhältnisses durchgeführt, dass der Zyklus der Nullphasenstromwellenform mit dem Zyklus der Phasenstromwellenform übereinstimmt (aber nicht unbedingt in der Phase übereinstimmt).
Im Speziellen wird zuerst eine Periode, die einem Zyklus entspricht, aus der gemessenen Phasenstromwellenform extrahiert, um die Frequenz zu berechnen. Dann wird eine in derselben wie der vorstehenden Periode vorhandene Wellenform aus der gleichzeitig mit dem Phasenstrom gemessenen Nullphasenstromwellenform extrahiert. Dann wird eine Fourier-Transformation an der extrahierten Wellenform durchgeführt, um eine synchrone Erfassung am Umwandlungsergebnis durchzuführen, um nur eine Komponente zu extrahieren, die der Frequenz des Phasenstroms entspricht.
Indem das vorstehende Verfahren eingesetzt wird, kann, auch wenn sich die Frequenz des Phasenstroms verändert, die Grundschwingungskomponente des Nullphasenstroms, der denselben Zyklus wie ein Zyklus des Phasenstroms hat, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
2 ist eine veranschaulichende schematische Darstellung einer Wellenformverarbeitung in einem Fall, in dem der Zyklus des Phasenstroms variabel ist. Diese stellt beispielhaft eine Ausgangswellenform 21 des Stromsensors 5 und eine rauschreiche Ausgangswellenform 22 des Nullphasenstromsensors 4 in einem Fall dar, in dem sich der Zyklus des der Verbrauchervorrichtung 3 zugeführten Phasenstroms verändert. Da sich der Zyklus des der Verbrauchervorrichtung 3 zugeführten Phasenstroms von einem Moment zum anderen verändert, verändert sich auch jede Periode (Intervall), die jeweils einem der Zyklen der Ausgangswellenformen 21 und 22 entspricht.
Wenn die Nullphasenstromwellenform für jeden einzelnen Zyklus aus der Phasenstromwellenform extrahiert wird und dann die extrahierten Wellenformen einander überlagert und gemittelt werden (auf eine einer Mittelwertbildungsfunktion von Oszilloskopen unter Verwendung eines Auslösers ähnliche Weise), passen diese Wellenformen nicht zueinander und es kann wegen des entsprechend dem Zyklus des Phasenstroms veränderten Zyklus des Nullphasenstroms kein genauer Mittelwert gebildet werden.
Dabei kann die Fourier-Transformation für jeden einzelnen Zyklus durchgeführt werden, um Effektivwerte des Nullphasenstroms für jeden einzelnen Zyklus mittels Synchronerfassung zu berechnen, was umgerechnete physikalische Werte (Effektivwerte) ergibt, während gleichzeitig die Veränderung im Zyklus des Phasenstroms nachvollzogen wird. Deshalb kann der Nullphasenstrom mit keiner Abhängigkeit von der Veränderung im Zyklus des Phasenstroms genau gemessen werden.
Es wäre anzumerken, dass, obwohl vorstehend ein Fall beschrieben ist, in dem ein zur Wellenformverarbeitung extrahiertes Intervall als ein Zyklus der Grundschwingung angesetzt ist, auch eine Wellenformverarbeitung wie etwa eine Mittelwertbildungsverarbeitung und Fourier-Transformation an einem Intervall durchgeführt werden kann, das mehrere Zyklen der Grundschwingung umfasst. Mit anderen Worten kann eine Mittelwertbildungsverarbeitung wie etwa eine gleitende Mittelwertbildungsverarbeitung an dem durch Synchronerfassung bestimmten Wert des Nullphasenstroms durchgeführt werden, oder zu messende Wellenformen können für jede Periode extrahiert werden, die eine geringe Veränderung im Zyklus aufweist, um daran eine Mittelwertbildungsverarbeitung vorzunehmen, wodurch eine genauere Erfassung eines Isolationsabbaus erzielt wird.
Obwohl ein Isolationsabbau auf Grundlage eines Werts des Nullphasenstroms erfasst wird, kann ein Isolationsabbau auch auf Grundlage eines Werts des Isolationswiderstands erfasst werden. Speziell kann eine Phasenspannung unter Verwendung einer Spannungsmessvorrichtung wie etwa eines Spannungswandlers (VT – voltage transformer) gemessen werden, um einen Isolationswiderstand aus dem Verhältnis zwischen der Phasenspannung und dem Nullphasenstrom zu berechnen. Der Isolationsabbau kann ohne Weiteres auf Grundlage eines Werts des Isolationswiderstands berechnet werden.
Darüber hinaus ist eine in 3 gezeigte Vorrichtung 102 zur Erfassung von Isolationsabbau so aufgebaut, dass Information über Amplitude, Zyklus u. dgl. des Phasenstroms von der Steuervorrichtung 2 über eine drahtgebundene oder drahtlose Informationskommunikationseinrichtung (z. B. Kabel 11) direkt an die Synchronerfassungsschaltung 8 geliefert wird. Insbesondere werden in einer solchen wie in 3 gezeigten Ausführungsform der Zyklus des Phasenstroms und der Wert der Phasenspannung nicht direkt gemessen, und von daher kann ein Isolationsabbau ohne jeglichen Messfehler genau erfasst werden. Zusätzlich kann ein Weglassen des Stromsensors die gesamte Vorrichtung verkleinern.
Obwohl die Verbrauchervorrichtung, die mit den Dreiphasenwechselströmen betrieben wird, vorstehend beispielhaft beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise auch im Falle von Einphasen- oder Zweiphasenwechselströmen eingesetzt werden. Ferner besteht kein Problem, wenn ein oder mehrere Stromsensoren und ein oder mehrere Nullphasenstromsensor/en vorgesehen sind. Zum Beispiel können die Phasenströme in allen drei Phasen gemessen werden, um diese Frequenzen aus den Wellenformen der Phasenströme zu berechnen, und dann können die berechneten Werte gemittelt werden, um Messfehler zu reduzieren, oder ein Messfehler kann durch eine Vergleichsprüfung beurteilt werden.
In dieser Ausführungsform kann ein Isolationsabbau mit hoher Genauigkeit ohne Abhängigkeit vom Zyklus des Phasenstroms erfasst werden, der der wechselrichterbetriebenen Verbrauchervorrichtung zugeführt wird.
Ausführungsform 2
4 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung 103 zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform stellt beispielhaft einen Fall dar, bei dem ein Motor 10 als die Verbrauchervorrichtung 3 von 1 verwendet wird.
Der Motor 10 kann mit einer gewünschten Drehzahl drehen und bei einem gewünschten Drehwinkel angehalten werden, indem die Dreiphasentreiberströme dem Motor 10 von der Wechselrichtervorrichtung 1 über die Stromzufuhrleitungen 6a, 6b und 6c zugeführt werden. Die Steuervorrichtung 2 hat eine Funktion zur Steuerung des Wechselrichterantriebs, um Steuersignale für Wellenformen, Volumina und Zyklen der Dreiphasentreiberströme entsprechend einem Verfahren zum Antreiben des Motors 10 zur Wechselrichtervorrichtung 1 zu übertragen.
In Übereinstimmung mit seinen Betriebsbedingungen kann sich der Motor 10 hauptsächlich in drei Zuständen befinden, die einen drehenden Zustand, einen Bereitschaftszustand und einen angehaltenen Zustand umfassen. Der Bereitschaftszustand zeigt an, dass unter nicht drehenden Zuständen des Motors Phasenströme den drei Phasen zugeführt werden, um zu verhindern, dass sich die Welle des Motors, auch wenn eine externe Kraft an die Welle angelegt wird, unbedacht dreht. Dabei zeigt der angehaltene Zustand an, dass überhaupt keine Phasenströme zugeführt werden, d. h. einen Zustand, in dem die Welle des Motors durch eine externe Kraft gedreht werden kann. Wenn der Motor betrieben wird, geht er normalerweise vom angehaltenen Zustand über den Bereitschaftszustand in den drehenden Zustand über, in dem der Motor in Abhängigkeit von seiner Anwendung betrieben wird. Dabei geht der Motor, wenn der Betrieb zu Ende geht, vom drehenden Zustand über den Bereitschaftszustand in den angehaltenen Zustand über.
Eine Drehbefehlsvorrichtung 11 erteilt der Steuervorrichtung Befehle, so dass sich der Betriebszustand des Motors 10 in einem der Zustände drehender Zustand, Bereitschaftszustand und angehaltener Zustand befindet.
Da es sich bei dem Verfahren zur Erfassung des Isolationsabbaus des im drehenden Zustand bleibenden Motors 10 um dasselbe wie in Ausführungsform 1 beschrieben handelt, wird eine doppelte Beschreibung weggelassen.
Als Nächstes wird nachstehend die Erfassung eines Isolationsabbaus des im Bereitschaftszustand bleibenden Motors 10 beschrieben. Wenn der Motor 10 im Bereitschaftszustand ist, können die Wellenformen der Phasenströme, die den jeweiligen Phasen zugeführt werden, Welligkeiten umfassen, und das Stromversorgungsrauschen kann im Wesentlichen als Gleichstromwellenformen angesehen werden. In Abhängigkeit von einer Feststellposition (Winkel) der Welle, verändern sich die Werte der Phasenströme jeweils. Es wäre anzumerken, dass im Falle, dass ein vernachlässigbar kleiner Strom durch eine potentialgetrennte Kapazität jeder Phase entweicht und kein Strom durch irgendein Widerstandsbauteil entweicht, die Summe der durch die drei Phasen fließenden Phasenströme null beträgt.
Im Falle jedoch, dass ein vernachlässigbar kleiner Strom durch eine potentialgetrennte Kapazität jeder Phase entweicht, während es einen Strom gibt, der durch ein Widerstandsbauteil entweicht, kann der Nullphasenstrom unter Verwendung des Nullphasenstromsensors 4 erfasst werden. Da im Übrigen der Nullphasenstrom wie vorstehend beschrieben im Wesentlichen eine Gleichstromkomponente hat, kann der Nullphasenstromtransformator oder der Stromtransformator nicht verwendet werden. Der Nullphasenstromsensor 4, wie etwa der Fluxgate-Stromsensor, wird benötigt, um einen extrem kleinen Gleichstrom zu messen. Der Stromsensor 5 wird auch dazu benötigt, einen Gleichstrom zu messen.
In dieser Ausführungsform kann ein Isolationsabbau sowohl im drehenden Zustand als auch im Bereitschaftszustand erfasst werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich stark von einem herkömmlichen Verfahren zur Erfassung von Isolationsabbau durch Umschalten der Stromzufuhrleitungen 6a, 6b und 6c auf andere Leitungen im angehaltenen Zustand des Motors 10.
Obwohl in der vorstehenden Beschreibung ein Isolationsabbau auf Grundlage eines Werts des Nullphasenstroms erfasst wird, kann ein Isolationsabbau auch auf Grundlage eines Werts des Isolationswiderstands erfasst werden. Speziell kann eine Phasenspannung unter Verwendung einer Spannungsmessvorrichtung wie etwa einem Spannungstransformator (VT) gemessen werden, um aus dem Verhältnis zwischen der Phasenspannung und dem Nullphasenstrom einen Isolationswiderstand zu berechnen. Der Isolationsabbau kann ohne Weiteres auf Grundlage eines Werts des Isolationswiderstands erfasst werden.
Ferner kann im Falle eines Synchronmotors oder eines Induktionsmotors die Phasenspannung zur Drehzahl des Motors 10 oder dem diesem zugeführten Phasenstrom unter Verwendung von mathematischen Ausdrücken in Beziehung gesetzt werden, also kann die Drehzahl des Motors 10 auch unter Verwendung mathematischer Ausdrücke zur Frequenz des Phasenstroms in Beziehung gesetzt werden. Das heißt, wenn der Phasenstrom durch den Stromsensor 5 gemessen werden kann, um einen Effektivwert und die Frequenz des Phasenstroms zu berechnen, kann auch die Phasenspannung ohne Weiteres berechnet werden.
Im Spezielleren umfasst im Falle des Synchronmotors oder des Induktionsmotors der dem Motor zugeführte Strom einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom. Bei dem q-Achsen-Strom handelt es sich um eine Stromkomponente, die zur Drehung beiträgt, während es sich bei dem d-Achsen-Strom um eine Stromkomponente handelt, die nicht zur Drehung beiträgt, Somit wird von einem Gesichtspunkt der Energieeinsparung her der nicht zur Drehung beitragende d-Achsen-Strom typischerweise auf Null geregelt. Das heißt, die Phasenspannung des Motors weist einen zum q-Achsen-Strom proportionalen Wert auf.
Wenn Isolationsabbau erfasst wird, kann er mit dem höheren Wert der Phasenspannung mit höherer Genauigkeit erfasst werden. Diese stammt von der Messempfindlichkeit des Nullphasenstromsensors. Insbesondere umfasst unter verschiedenen Nullphasenstromsensoren der Nullphasenstromtransformator, der in der Lage ist, einen noch kleineren Strom zu messen, oftmals ein Material, das PC-Permalloy genannt wird, als magnetischen Bestandteil, Allerdings hat das Material insofern einen Nachteil, als eine magnetische Kennlinie aufgrund einer Wärmebehandlungsbedingung eines Vergütungsprozesses, einer Materialzusammensetzung, einer auf das magnetische Material wirkenden Belastung o. dgl. verändert ist, insbesondere ist die Reproduzierbarkeit einer B-H-Kurve in einem nichtlinearen Bereich in der Nähe eines Ursprungs der B-H-Kurve ungünstig. Da insbesondere der nichtlineare Bereich in der Nähe des Ursprungs zur Erfassung eines extrem kleinen Stroms verwendet wird, wird eine Messschwankung verursacht. Deshalb können tatsächlich nur Ströme von einigen wenigen mA oder mehr mit günstiger Genauigkeit gemessen werden.
Der Isolationswiderstand des Motors weist jedoch in einem einwandfreien Zustand einige MΩ (Mega-Ohm) oder mehr auf. Zum Beispiel beträgt im Falle, dass der Isolationswiderstand 10 MΩ und die Phasenspannung 100 V beträgt, der Kriechstrom 10 μA. Wie auch hieraus deutlich hervorgeht, ist es, um Isolationsabbau mit hoher Genauigkeit zu erfassen, wirksam, die Phasenspannung so hoch wie möglich zu erhöhen, um den Kriechstrom zu erhöhen.
Nur wenn bei der Erfassung von Isolationsabbau der nicht zur Drehung beitragende d-Achsen-Strom zusätzlich zum q-Achsen-Strom zugeführt wird, um die Phasenspannung zu erhöhen, kann der Isolationsabbau mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Ein solches Verfahren der Erhöhung des d-Achsen-Stroms, um die Phasenspannung zu erhöhen, ist sowohl im drehenden Zustand als auch dem Bereitschaftszustand des Motors wirksam. Insbesondere ist anzumerken, dass, wenn es sich bei dem im Bereitschaftszustand zugeführten d-Achsen-Strom um eine Wechselstromkomponente handelt, ein Stromsensor oder ein Nullphasenstromsensor gewählt werden sollte, der in der Lage ist, eine Gleich- und Wechselstromkomponente zu messen.
Wie auch 3, kann die vorliegende Erfindung auch in einer Ausführungsform eingesetzt werden, bei der Information über Amplitude, Zyklus u. dgl. des Phasenstroms von der Steuervorrichtung 2 über die drahtgebundene oder drahtlose Informationskommunikationseinrichtung direkt zur Synchronerfassungsschaltung geliefert wird. Der Isolationsabbau kann auf ähnliche Weise erfasst werden, nicht nur, wenn der Motor 10 mit den Dreiphasenwechselströmen, sondern auch mit den Einphasen- oder Zweiphasenwechselströmen angetrieben wird.
Darüber hinaus beschreibt diese Ausführungsform einen Fall, in dem die Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auf den Motor 10 angewendet wird. Jedoch kann der Isolationsabbau auch dann erfasst werden, wenn zum Beispiel der Isolationsabbauerfassungsschaltkreis 90 und der Stromsensor 5 nicht vorgesehen sind.
In dieser Ausführungsform kann Isolationsabbau mit hoher Genauigkeit erfasst werden, selbst wenn sich der wechselrichterbetriebene Motor in einem der Zustände drehender Zustand, Bereitschaftszustand und angehaltener Zustand befindet.
Ausführungsform 3
5 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung 104 zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Vorrichtung 104 zur Erfassung von Isolationsabbau hat im Wesentlichen denselben wie in 4 gezeigten Aufbau, umfasst aber darüber hinaus Stromsensoren 5 zum Messen der Phasenströme aller Phasen als Einrichtungen zum Messen der Phasenströme der Phasen, und eine Isolationswiderstandsberechnungsschaltung 12 zum Berechnen von Isolationswiderstandswerten der Phasen. In der Ausführungsform 2 wird der Isolationsabbau auf Grundlage des Gesamtwerts der aus den Stromzufuhrleitungen 6a, 6b und 6c des Motors 10 entweichenden Ströme, d. h. des Nullphasenstroms erfasst. In dieser Ausführungsform wird der Isolationsabbau auf Grundlage der aus den Phasen der Stromzufuhrleitungen 6a, 6b und 6c des Motors entweichenden Ströme erfasst.
Im Falle, dass die Isolationswiderstände in jeweiligen Phasen des Motors 10 R_u, R_v und R_w, die Impedanz jeder Phase des Motors 10 R_m und die Impedanz R_m mit demselben Wert in allen Phasen ausgeglichen ist, ist ein Ersatzschaltkreis wie in 6 gezeigt.
Als Nächstes wird nachstehend ein Berechnungsverfahren für die Isolationswederstände R_u, R_v und R_w der Phasen beschrieben. Ein Kriechstrom I_g kann unter Verwendung von Phasenströmen I_du, I_dv und I_dw der Phasen durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt werden.
Formel 1

α·I_du + β·I_dv + γ·I_dw = I_g (1) worin α = R_m/R_u, β = R_m/R_v, γ = R_m/R_w und R_u, R_v und R_w die Isolationswiderstände der jeweiligen Phasen sind, und R_m eine Impedanz jeder Phase ist, und I_g ein Kriechstrom (d. h. Ausgang des Nullphasenstromsensors 4) ist, und I_du, I_dv und I_dw Phasenströme der jeweiligen Phasen sind.

Bei Werten der Phasenströme I_du, I_dv und I_dw der jeweiligen Phasen, die im Ausdruck (1) gezeigt sind, handelt es sich um Werte, die von einer Bereitschaftsposition (Winkel) der Welle abhängen. Somit können sich diese Werte ändern, wenn sich die Bereitschaftsposition (Winkel) ändert. Mit anderen Worten sind die drei Koeffizienten α, β und γ, die jeweils umgekehrt proportional zu den Isolationswiderständen R_u, R_v und R_w der jeweiligen Phasen sind, unbekannte Werte. Deshalb können bzw. kann, während die Welle des Motors in mindestens drei verschiedenen Positionen (Winkeln) in Bereitschaft versetzt wird, die entsprechenden Phasenströme der jeweiligen Phasen bzw. der entsprechende Nullphasenstrom (Kriechstrom) gemessen werden. Infolgedessen können genauso viele simultane Gleichungen aufgestellt werden wie es unbekannte Werte gibt, wodurch sich Berechnungswerte für die Koeffizienten α, β und γ ergeben.
Im Übrigen kann, auch wenn die Impedanz R_m des Motors 10 nicht bekannt ist, aber die Koeffizienten α, β und γ bekannt sind, der Kriechstrom quantitativ bewertet werden. Darüber hinaus kann die Impedanz R_m vorab gemessen werden, so dass die Werte der Isolationswiderstände der jeweiligen Phasen berechnet werden können und auch eine nicht normale Phase ausgemacht werden kann. Selbstverständlich kann, wenn die Isolationswiderstände der jeweiligen Phasen berechnet werden können, auch der Isolationswiderstand des Motors 20 ohne Weiteres aus dem Ersatzschaltkreis berechnet werden.
Darüber hinaus hängen die Feststellposition (Winkel) und die Feststellhäufigkeit für die Welle vom Gebrauchsumfeld und der Anzahl von angetriebenen Phasen des Motors ab, Der vorstehend beschriebene Fall stellt beispielhaft dar, dass es sich bei der Anzahl von angetriebenen Phasen um drei, d. h. Dreiphasenwechselströme handelt. In einem anderen Fall der Zweiphasenwechselströme kann die Welle an zwei oder mehr verschiedenen Feststellpositionen (Winkeln) auf Bereitschaft gesetzt werden. In noch einem anderen Fall des Einphasenwechselstroms kann die Welle an einer oder mehreren Feststellpositionen (Winkeln) auf Bereitschaft gesetzt werden. Somit können genauso viele simultane Gleichungen aufgestellt werden, wie es unbekannte Werte gibt.
Darüber hinaus kann, je nach dem Gebrauchsumfeld des Motors durch den Benutzer, im Falle, dass mehrmals während des Betriebs eine Maßnahme des temporären auf Bereitschaft Setzens der Drehung eingeschoben wird, so dass die Welle an drei oder mehr verschiedenen Positionen (Winkeln) auf Bereitschaft ist, der Isolationsabbau unter Verwendung eines solchen wie vorstehend beschriebenen Verfahrens erfasst werden. Mit anderen Worten kann während normalen Betriebs, die Zeit des Startens des Betriebs und die Zeit des Beendens des Betriebs ausgeschlossen, der Isolationsabbau, ohne einen spezifischen Inspektionsbetrieb o. dgl. anzusetzen, erfasst werden.
Selbst in einem Fall, in dem die Drehung nicht temporär auf Bereitschaft sein kann oder die Welle nicht die vorbestimmte Anzahl von Malen während des Normalbetriebs an verschiedenen Positionen auf Bereitschaft sein kann, kann der Bereitschaftszustand zum Zeitpunkt des Startens des Betriebs des Motors oder zum Zeitpunkt des Beendens des Betriebs immer sichergestellt werden. Wenn in diesem Fall zum Beispiel ein Inspektionsbetrieb zum Durchführen einer Messung, bis die vorbestimmte Anzahl von Malen erreicht ist, angesetzt wird, und dann eine Lösung der simultanen Gleichungen berechnet wird, kann der Isolationsabbau erfasst werden. In einem anderen Fall, in dem die Isolationswiderstände der jeweiligen Phasen nicht im Normalbetrieb, die Zeit des Beendens des Betriebs ausgeschlossen, berechnet werden können, kann der Inspektionsbetrieb zum Zeitpunkt des Beendens des Betriebs angesetzt und die Messung durchgeführt werden, bis die vorbestimmte Anzahl von Malen erreicht ist.
Es wäre anzumerken, dass, obwohl in der vorstehenden Beschreibung die Phasenströme der jeweiligen Phasen unter Verwendung der drei Stromsensoren 5 gemessen werden, die Stromsensoren 5 zum Beispiel in beliebigen zwei Phasen von den drei Phasen vorgesehen sein können, und die übrige eine Phase aus einem Verhältnis, in dem der Gesamtwert der Dreiphasenströme null ist, rückwärts berechnet wird (vorausgesetzt, der Wert des Kriechstroms ist ausreichend kleiner als die Werte der Phasenströme). Im Allgemeinen, wenn der Motor mit N Phasen betrieben wird (N ist eine natürliche Zahl), werden (N – 1) Stromsensoren 5 verwendet, um die jeweiligen Phasenströme in (N – 1) Phasen tatsächlich zu messen, und der Phasenstrom der übrigen einen Phase kann aus einem Verhältnis berechnet werden, in dem der Gesamtwert der Phasenströme in den N Phasen null ist.
Wie auch 3, kann die vorliegende Erfindung auch in einer Ausführungsform eingesetzt werden, bei der Information über Amplitude, Zyklus u. dgl. der Phasenströme von der Steuervorrichtung 2 über die drahtgebundene oder drahtlose Informationskommunikationseinrichtung direkt zur Isolationswiderstandsberechnungsschaltung geliefert wird.
Wie in Ausführungsform 2 beschrieben, ist es für eine genaue Erfassung von Isolationsabbau auch wirksam, den nicht zur Drehung beitragenden d-Achsen-Strom dem Motor nur zum Zeitpunkt des Erfassens des Isolationsabbaus zuzuführen, um die Phasenspannung zu erhöhen.
In dieser Ausführungsform können die Isolationswiderstände der jeweiligen Phasen aus Ausgängen der Stromsensoren 5 und des Nullphasenstromsensors 4 im Bereitschaftszustand des Motors berechnet werden, wodurch eine Messung einer nicht normalen Phase durchgeführt werden kann.
Ausführungsform 4
7 ist ein Aufbauschema, das eine Vorrichtung 105 zur Erfassung von Isolationsabbau nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Vorrichtung 105 zur Erfassung von Isolationsabbau hat im Wesentlichen denselben wie in 1 gezeigten Aufbau, aber ein Isolationsabbauerfassungsschaltkreis 93 umfasst darüber hinaus eine Phasenkorrekturschaltung 13 zum Anpassen der Phasen zweier Signale.
Im Falle, dass zum Beispiel der Nullphasenstromtransformator oder der Stromtransformator für den Nullphasenstromsensor 4 und den Stromsensor 5 verwendet wird, kann eine Phasendifferenz zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal entstehen, die von einem Wert eines an den Nullphasenstromtransformator oder den Stromtransformator angeschlossenen Lastwiderstand abhängt, und als Ergebnis gibt es manchmal eine Phasendifferenz zwischen dem Ausgang des Nullphasenstromsensors 4 und dem Ausgang des Stromsensors 5.
Als Nächstes wird nachstehend ein Problem der Phasendifferenz zwischen dem Ausgang des Nullphasenstromsensors 4 und dem Ausgang des Stromsensors 5 beschrieben.
Zuerst wird vorab Eingangs- und Ausgangsphasendifferenzinformation des Nullphasenstromsensors 4 und des Stromsensors 5 durch Auswerten der einzelnen Körper der einzelnen Sensoren ermittelt.
8 ist eine veranschaulichende schematische Darstellung einer Wellenformverarbeitung in einem Fall, in dem es keine Phasendifferenz zwischen den Ausgängen des Nullphasenstromsensors 4 und des Stromsensors 5 gibt. Im Falle, dass es keine Phasendifferenz gibt, wird ein Zeitraum, der einem Zyklus entsprecht, aus der gemessenen Phasenstromwellenform 21 extrahiert, und dann im selben Zeitraum wie dem obigen Zeitraum eine Wellenform aus der gleichzeitig mit dem Phasenstrom gemessenen Nullphasenstromwellenform 22 extrahiert. In diesem Fall ist, auch wenn der Zyklus des Phasenstroms der feste Zyklus oder der variable Zyklus ist, die extrahierte Wellenform der Nullphasenstromwellenform dieselbe wie ein Zyklus des Phasenstroms.
Dabei ist 9 eine veranschaulichende schematische Darstellung einer Wellenformverarbeitung in einem Fall, in dem es eine Phasendifferenz zwischen den Ausgängen des Nullphasenstromsensors 4 und des Stromsensors 5 gibt. Im Falle, dass es eine Phasendifferenz gibt, wird ein Zeitraum, der einem Zyklus entspricht, aus der gemessenen Phasenstromwellenform 21 extrahiert, und dann im selben Zeitraum wie dem obigen Zeitraum eine Wellenform aus der gleichzeitig mit dem Phasenstrom gemessenen Nullphasenstromwellenform 22 extrahiert. In diesem Fall gibt es kein Problem, wenn es sich bei dem Zyklus des Phasenstroms um den festen Zyklus handelt. Ist der Zyklus des Phasenstroms hingegen der variable Zyklus, ist die extrahierte Wellenform der Nullphasenstromwellenform nicht einem Zyklus des Phasenstroms angepasst. Das heißt, wenn die Phasendifferenz nicht berücksichtigt wird, wird ein Ergebnis, das durch Durchführen der Fourier-Transformation erhalten wird, einen Fehler mit sich bringen.
Als Nächstes wird nachstehend ein Verfahren zum Korrigieren der Phase beschrieben. Eine Eingangs- und Ausgangsphasendifferenz φ1 des Nullphasenstromsensors 4 in Bezug auf einen Eingangsstrom (Referenzsignal) und eine Eingangs- und Ausgangsphasendifferenz φ2 des Stromsensors 5 in Bezug auf den Eingangsstrom (Referenzsignal) werden vorab ermittelt, indem die einzelnen Körper der Sensoren ausgewertet werden. Zum Beispiel kann ein Strom von 60 Hz und 1 A (Ampere) als Primärstrom in den Nullphasenstromsensor 4 und den Stromsensor 5 eingegeben werden, und dann kann die Phasendifferenz in Bezug auf die Ausgangswellenform experimentell unter Verwendung des Oszilloskops beobachtet werden. Stärker bevorzugt wird ein Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsphasendifferenzen, wobei eine Amplitude und eine Frequenz des Eingangsstroms jeweils verändert werden, unter Verwendung statistischer Verarbeitung von Experimentaldaten ermittelt.
Wie vorstehend beschrieben, muss, um die Phasendifferenz zwischen dem Ausgang des Nullphasenstromsensors 4 und dem Ausgang des Stromsensors 5 auf Null zu setzen, die Phase der Ausgangswellenform entweder des Nullphasenstromsensors 4 oder des Stromsensors 5 so korrigiert werden, dass die Phasendifferenz φ1–φ2 null beträgt. In einem Fall zum Beispiel, in dem die Phasendifferenz φ1–φ2 in Bezug auf die Frequenz des Eingangsstroms fest ist, wird die Phasenkorrekturschaltung 13 eines analogen Schaltkreises vorzugsweise so konfiguriert, dass eine gewisse Phasenverschiebung sichergestellt ist. In einem anderen Fall, in dem die Phasendifferenz φ1–φ2 in Bezug auf die Frequenz des Eingangsstroms variabel ist, wird das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsphasendifferenzen vorab in einem Speicher o. dgl. gespeichert, und die Phasenkorrekturschaltung 13 eines digitalen Schaltkreises wird vorzugsweise konfiguriert.
In dieser Ausführungsform kann im Falle, dass es eine Phasendifferenz zwischen dem Ausgang des Nullphasenstromsensors 4 und dem Ausgang des Stromsensors 5 gibt, indem die Phasendifferenz auf Null gesetzt wird, d. h. die Phasenkorrekturschaltung 13 dazu eingerichtet ist, die Zyklen der Nullphasenstromwellenform 21 und der Phasenstromwellenform 22 aneinander anzupassen, der Isolationsabbau mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist in einem Gesichtspunkt, dass ein Isolationsabbau in einer wechselrichterbetriebenen Vorrichtung erfasst werden kann, sehr nützlich.
Bezugszeichenliste

1: Wechselrichtervorrichtung,
2: Steuervorrichtung,
3: Verbrauchervorrichtung,
4: Nullphasenstromsensor,
5: Stromsensor,
6a, 6b, 6c: Stromzufuhrleitung,
7: Frequenzberechnungsschaltung,
8: Synchronerfassungsschaltung,
9: Anzeigegerät,
10: Motor,
11: Kabel,
12: Isolationsabbaudiagnosevorrichtung,
13: Phasenkorrekturschaltung,
21: Ausgangswellenform des Stromsensors,
22: Ausgangswellenform des Nullphasenstromsensors,
90, 91, 92: Isolationsabbauerfassungsschaltkreis,
101, 102, 103, 104, 105: Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-102096 A [0005]
JP 2007-159289 A [0005]
JP 8-285903 A [0005]
JP 9-19046 A [0005]
JP 2-304380 A [0005]
JP 63-85380 A [0005]
JP 2009-261138 A [0005]
JP 7-239359 A [0005]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau in einer wechselrichterbetriebenen Verbrauchervorrichtung, Folgendes umfassend: eine Einrichtung zum Messen eines Nullphasenstroms in Stromzufuhrleitungen, die in den Stromzufuhrleitungen zwischen einer Wechselrichtervorrichtung und der wechselrichterbetriebenen Verbrauchervorrichtung vorgesehen ist; eine Einrichtung zum Erfassen einer Frequenz eines Phasenstroms in mindestens einer Phase der Stromzufuhrleitungen; und eine Signalanalyseneinrichtung zum Durchführen einer Signalanalyse an einem Messergebnis des Nullphasenstroms; wobei die Signalanalyseneinrichtung eine Fourier-Transformation am gemessenen Nullphasenstromsignal durchführt, um nur ein Signal zu extrahieren, das einer Grundschwingungskomponente des Phasenstroms entspricht.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau in einem wechselrichterbetriebenen Motor, Folgendes umfassend: eine Nullphasenstrommesseinrichtung zum Messen eines Nullphasenstroms in Stromzufuhrleitungen, die in den Stromzufuhrleitungen zwischen einer Wechselrichtervorrichtung und dem Motor vorgesehen ist; und eine Befehlssteuereinrichtung, um die Drehung des Motors auf Bereitschaft zu setzen; wobei die Nullphasenstrommesseinrichtung den Gesamtbetrag von Phasenströmen misst, die in jeweilige Phasen eingespeist werden, um eine Welle, selbst wenn eine externe Kraft an die Welle angelegt wird, während die Drehung auf Bereitschaft ist, nicht zu drehen.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Anspruch 2, darüber hinaus Folgendes umfassend: eine Einrichtung zum Erfassen einer Frequenz des Phasenstroms in mindestens einer Phase der Stromzufuhrleitungen; und eine Signalanalyseneinrichtung zum Durchführen einer Signalanalyse an einem Messergebnis des Nullphasenstroms; wobei die Signalanalyseneinrichtung eine Fourier-Transformation am gemessenen Nullphasenstromsignal durchführt, um nur ein Signal zu extrahieren, das einer Grundschwingungskomponente des Phasenstroms entspricht.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Anspruch 2 oder 3, darüber hinaus Folgendes umfassend: eine Einrichtung zum Messen eines Werts des Phasenstroms in mindestens einer (N – 1) Phase, im Falle, dass der Motor N-Phasen-angetrieben ist (wobei N eine natürliche Zahl ist); und eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Isolationswiderstands jeder Phase; wobei die Berechnungseinrichtung den Isolationswiderstand jeder Phase auf Grundlage von Werten des Nullphasenstroms und des Phasenstroms jeder Phase berechnet, die jeweils in verschiedenen Stadien gemessen werden, in denen die Welle des Motors auf N oder mehr verschiedene Feststellpositionen eingestellt ist.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei während eines normalen Betriebs, ein Zeitpunkt des Startens des Betriebs des Motors und ein Zeitpunkt des Beendens des Betriebs ausgeschlossen, die Erfassung von Isolationsabbau durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in einem Inspektionsbetrieb, der auf einen Zeitpunkt des Startens des Betriebs des Motors oder einen Zeitpunkt des Beendens des Betriebs angesetzt ist, die Erfassung von Isolationsabbau durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Anspruch 4, wobei im Falle, dass die Isolationswiderstände der jeweiligen Phasen nicht während des Normalbetriebs, einen Zeitpunkt des Beendens des Betriebs des Motors ausgeschlossen, berechnet werden, in einem auf den Zeitpunkt des Beendens des Betriebs des Motors angesetzten Inspektionsbetrieb elf Messfehlbetrag erarbeitet wird, um die Isolationswiderstände der jeweiligen Phasen zu berechnen.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei im Hinblick auf eine dem Motor zugeführte Stromkomponente, eine für das Drehmoment unwirksame Stromkomponente nur zum Zeitpunkt des Erfassens des Isolationsabbaus erhöht wird, so dass die Phasenspannung steigt.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Anspruch 2 oder 3, darüber hinaus Folgendes umfassend: eine Berechnungseinrichtung zum Berechen von Isolationswiderständen der jeweiligen Phasen, wobei die Berechnungseinrichtung einen Wert einer Phasenspannung aus einem Wert des Phasenstroms und der Frequenz des Phasenstroms berechnet, und dann die Isolationswiderstände aus dem Wert der Phasenspannung und einem Wert des gemessenen Nullphasenstroms berechnet.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Anspruch 1 oder 3, wobei im Falle, dass der durch die Stromzufuhrleitungen fließende Phasenstrom einen variablen Zyklus hat, die Signalanalyseneinrichtung eine Signalanalyse für jeden Zyklus des Phasenstroms durchführt, um das Ergebnis der für jeden Zyklus erhaltenen Signalanalyse zu mitteln.
Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau nach Anspruch 1 oder 3, darüber hinaus Folgendes umfassend: eine Einrichtung zum Korrigieren der Phase des Messsignals so, dass ein Zyklus des Phasenstroms und ein Zyklus des Nullphasenstroms einander angepasst sind.