CN105048927B - 电动机驱动装置和故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个实施例的电动机驱动装置具备:电源部(1),其将交流整流为直流,通过电容器(12)进行平滑化;电动机驱动放大器部(2),其转换为交流;电源电压测定部(3),其测定电源部的电压;绝缘电阻劣化检测部(4),其具备将电容器的一端与大地连接的接点部(42)以及设置在电容器的另一端和电动机线圈之间的电流检测部(41),根据使用电流检测部从由接点部、电容器、电动机线圈以及大地形成的闭合电路得到的检测信号,检测电动机的绝缘电阻的劣化的有无;故障检测部(5),其根据绝缘电阻劣化检测部的检测信号和通过电源电压测定部测定的电压值,检测绝缘电阻劣化检测部的故障的有无。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测功能的电动机驱动装置和故障检测方法。特别涉及检测与能够驱动电动机的电动机驱动装置连接的电动机的绝缘电阻的劣化的装置及其故障检测方法。
背景技术
在通过电动机驱动装置驱动电动机的情况下,如果电动机的线圈(绕组)的绝缘电阻异常地低,则无法正常驱动电动机。因此,报告了测定电动机线圈的绝缘电阻的方法(例如日本特开2006-226993号公报(JP2006-226993A)。以下,称为“专利文献1”)。在专利文献1中,记载了检测与电动机驱动装置连接的电动机的绕组的绝缘电阻的劣化的装置,该电动机驱动装置由对3相交流电源进行整流并通过平滑电容器进行平滑化而成为直流电源的电源部、将该直流电源转换为频率可变的交流电源而驱动电动机的电动机驱动放大器构成。
即,在检测绝缘电阻的劣化时,切断3相交流电源并将平滑电容器的一端接地,将另一端与电动机线圈连接,将经过电动机的绝缘电阻流过的电流与基准值进行比较,由此检测绝缘电阻的劣化。
但是,为了正确地测定电动机的绝缘电阻,需要正确地测定经过电动机的绝缘电阻流过的电流。在电动机的绝缘电阻劣化检测部发生了故障的情况下,存在以下的问题,即电动机的绝缘电阻的测定结果会发生错误,并且无法检测该错误。
发明内容
本发明的目的在于:在现有技术中成为课题的“不追加专用的检测电路、不产生不必要的成本而实现”“检测电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障”的电动机驱动装置。
本发明的一个实施例的具备电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测功能的电动机驱动装置的特征在于,具备:电源部,其通过整流电路将经由开关从交流电源供给的交流电压整流为直流电压,通过电容器对整流后的直流电压进行平滑化;电动机驱动放大器部,其使用上支路和下支路开关元件将来自电源部的直流电压转换为交流电压而驱动电动机;电源电压测定部,其测定电源部的电压;绝缘电阻劣化检测部,其具备将电容器的一端与大地连接的接点部以及设置在电容器的另一端和电动机线圈之间的电流检测部,将开关设为关断状态,将接点部设为接通状态,根据使用电流检测部从由接点部、电容器、电动机线圈以及大地形成的闭合电路得到的检测信号,检测电动机的绝缘电阻的劣化的有无;故障检测部,其将接点部从接通状态设为关断状态,使电动机驱动放大器部的上支路或下支路的开关元件任意地开关,根据绝缘电阻劣化检测部的检测信号和通过电源电压测定部测定的电压值,检测绝缘电阻劣化检测部的故障的有无。
本发明的其他实施例的电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法是电动机驱动装置的电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法,该电动机驱动装置具备:电源部,其通过整流电路对经由开关从交流电源供给的电力进行整流,并且通过电容器进行平滑化;电动机驱动放大器部,其将来自该电源部的直流电压转换为交流电压而驱动电动机,该电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法的特征在于,包括:测定电源部的电压的步骤;绝缘电阻劣化检测部在将开关设为关断状态而停止电动机的运转后,将电容器的一端的接点与大地连接,并且将另一端与电动机线圈连接,根据从由接点、电容器、电动机线圈以及大地形成的闭合电路得到的检测信号,检测电动机的绝缘电阻的劣化的有无的步骤;将接点从接通状态设为关断状态的步骤;任意地开关电动机驱动放大器部的开关元件的上支路或下支路的步骤;根据在绝缘电阻劣化检测步骤中测定的检测信号和通过电源部测定的电压值,检测绝缘电阻劣化检测部的故障的步骤。
附图说明
根据与附图关联的以下的实施方式的说明进一步了解本发明的目的、特征和优点。
图1是本发明的实施例1的电动机驱动装置的框图。
图2是表示在本发明的实施例1的电动机驱动装置中,在测定电动机的绝缘电阻的情况下流过的电流的路径的图。
图3是表示在本发明的实施例1的电动机驱动装置中,在判断绝缘电阻劣化检测部的故障的有无的情况下流过的电流的路径的图。
图4是表示在本发明的实施例1的电动机驱动装置中,在判断绝缘电阻劣化检测部的故障的有无的情况下流过的电流的路径的主要部分的图。
图5是用于说明使用本发明的实施例1的电动机驱动装置执行电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法的步骤的流程图。
图6是本发明的实施例1的电动机驱动装置的其他结构的框图。
图7是本发明的实施例2的电动机驱动装置的框图。
图8是表示在本发明的实施例2的电动机驱动装置中,在测定电动机的绝缘电阻的情况下流过的电流的路径的图。
图9是表示在本发明的实施例2的电动机驱动装置中,在判断绝缘电阻劣化检测部的故障的有无的情况下流过的电流的路径的图。
图10是表示在本发明的实施例2的电动机驱动装置中,在判断绝缘电阻劣化检测部的故障的有无的情况下流过的电流的路径的主要部分的图。
图11是用于说明使用本发明的实施例2的电动机驱动装置执行电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法的步骤的流程图。
图12是本发明的实施例2的电动机驱动装置的其他结构的框图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的具备电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测功能的电动机驱动装置以及故障检测方法。但是,本发明的技术范围并不限于这些实施方式,应该注意涉及权利要求所记载的发明及其等价物这一点。
[实施例1]
首先,说明本发明的实施例1的电动机驱动装置。在图1中表示本发明的实施例1的电动机驱动装置101的框图。本发明的实施例1的电动机驱动装置101的特征在于,具备:电源部1,其通过整流电路11将经由开关7从交流电源6供给的交流电压整流为直流电压,通过电容器12对整流后的直流电压进行平滑化;电动机驱动放大器部2,其使用上支路和下支路开关元件21~26将来自电源部1的直流电压转换为交流电压而驱动电动机8;电源电压测定部3,其测定电源部1的电压;绝缘电阻劣化检测部4,其具备将电容器12的一端与大地连接的接点部42以及设置在电容器12的另一端和电动机线圈之间的电流检测部41,将开关7设为关断状态,将接点部42设为接通状态,根据使用电流检测部41从由接点部42、电容器12、电动机线圈以及大地形成的闭合电路得到的检测信号,检测电动机8的绝缘电阻9的劣化的有无;故障检测部5,其将接点部42从接通状态设为关断状态,使电动机驱动放大器部2的上支路或下支路的开关元件21~26任意地开关,根据绝缘电阻劣化检测部4的检测信号和通过电源电压测定部3测定的电压值,检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无。
特别地在本实施例中,其特征点在于:在上述的电动机驱动装置中,绝缘电阻劣化检测部4在闭合电路中设置电流检测用的电阻413,检测信号是在该电阻413的两端产生的电位差,根据该电位差和电阻检测电流而检测电动机的绝缘电阻的劣化的有无。
进一步详细地说明图1所示的实施例1的电动机驱动装置101。从交流电源6供给的3相的交流电压经由开关7输入到电源部1。电源部1具备整流电路11、平滑电容器(以下也简称为“电容器”)12,从交流电源6供给的交流电压通过整流电路11被整流为直流电压,整流后的直流电压进而通过平滑电容器12被平滑化。另外,通过设置在绝缘电阻劣化检测部4的控制部40控制开关7的开/关。
另外,在平滑电容器12的两个端子设置有电源电压测定部3,能够测定向平滑电容器12施加的电压。
通过平滑电容器12平滑化了的直流电压输入到电动机驱动放大器部2。在电动机驱动放大器部2中设置有6个功率半导体开关元件21~26、与它们逆并联配置的二极管。6个功率半导体开关元件21~26被分为上支路开关元件21、23、25和下支路开关元件22、24、26。根据来自设置在绝缘电阻劣化检测部4中的开关指示部44的指令使6个功率半导体开关元件21~26开关,由此能够使得输出希望的频率的交流电压而驱动电动机8。
在本发明的实施例1的电动机驱动装置101中设置有绝缘电阻劣化检测部4,通过测定电动机线圈(未图示)的绝缘电阻9,能够检测电动机的绝缘电阻的劣化的有无。绝缘电阻劣化检测部4具备控制部40、电流检测部41、接点部42、开关指示部44。
电流检测部41设置在平滑电容器12的另一端和电动机线圈之间,具备分压电阻411、检测电阻413、测定向检测电阻413的两端施加的电压的电压测定部412。电流检测部41根据作为电压测定部412的检测信号的电压值和电阻,检测流过由接点部42、平滑电容器12、电动机线圈以及大地形成的闭合电路的电流。
接点部42具备电阻421、开关422,电阻421的一端与作为平滑电容器12的一端的正侧端子连接,开关422的一端与大地连接。因此,通过使开关422接通,作为平滑电容器12的一端的正侧端子与大地连接。
接着,说明使用了本发明的实施例1的电动机驱动装置101的电动机的绝缘电阻的检测方法。在图2中,用点划线L1表示在本发明的实施例1的电动机驱动装置中测定电动机的绝缘电阻的情况下流过的电流的路径。如图2所示,根据来自控制部40的指令,将开关7设为关断状态,将接点部42的开关422设为接通状态,将电动机驱动放大器部2的开关元件21~26设为关断状态。这时,在由接点部42、平滑电容器12、电动机线圈以及大地形成的闭合电路中如用图2的点划线L1所示那样流过电流。通过电流检测部41测定该电流,能够检测出电动机的绝缘电阻。具体地说,如果将对来自交流电源6的交流电压进行整流所得的电源部1的电压除以所测定的电流,则求出流过电流的路径整体的电阻值。通过从该电阻值减去在设计时使用的电路内的电阻值,能够计算绝缘电阻。但是,如果在绝缘电阻劣化检测部(用带箭头的点划线L1所示的路径内)发生了故障(电路内的电阻值、电压测定值的异常),则绝缘电阻值的计算值也异常,无法计算出绝缘电阻的正确的值。因此,在本发明的实施例1的电动机驱动装置中具备检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无的故障检测部5。
接着,说明在本发明的实施例1的电动机驱动装置101中,检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无的方法。图3是表示在本发明的实施例1的电动机驱动装置中,在判断绝缘电阻劣化检测部的故障的有无的情况下流过的电流的路径的一个例子。首先,在图3所示的本发明的实施例1的电动机驱动装置101中,根据来自控制部40的指令,将接点部42从接通状态设为关断状态,根据来自开关指示部44的指令,使电动机驱动放大器部2的上支路或下支路的开关元件21~26任意地开关。例如,在将U相上支路开关元件21设为接通状态,将U相、V相、W相的各下支路开关元件22、24、26设为关断状态的情况下,在用图3的虚线L2表示的路径中流过电流。
如果使开关元件接通则成为短路的状态,因此如果抽出用图3的虚线L2所示的电流通过的电路而简化则如图4那样。在此,在图4中,将平滑电容器12的端子间电压即电源电压测定部3的检测电压定义为Va,将电流检测部41的检测电阻413的端子间电压即电压测定部412的检测电压定义为Vb,将电流检测部41的分压电阻定义为Ra,将检测电阻定义为Rb。这样,用以下的公式(1)表示这些电压和电阻之间的关系。
Va:Vb=(Ra+Rb):Rb (1)
对Va和Vb使用实际的测定值,对Ra和Rb使用设计值。在此,如果电压的测定值Va、Vb有异常,或电阻值Ra、Rb有异常,则上述公式(1)不成立。根据该公式(1)的成立可否,能够检测绝缘电阻劣化检测部4的故障。
接着,使用图5的流程图说明使用本发明的实施例1的电动机驱动装置101检测电动机的绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无的方法。首先,在步骤S101中,通过电源电压测定部3测定作为电源部1的平滑电容器12的端子间电压的电压Va。
接着,在步骤S102中,检测电动机的绝缘电阻的劣化的有无。具体地说,在绝缘电阻劣化检测部4将开关7设为关断状态,停止电动机8的运转后,将平滑电容器12的一端的接点部42与大地连接,并且将另一端与电动机线圈连接,检测在由接点部42、电容器12、电动机线圈以及大地形成的闭合电路中流过的电流,根据检测出的电流检测电动机的绝缘电阻9的劣化的有无。
接着,在步骤S103中,根据来自控制部40的指令,将接点部42从接通状态设为关断状态。
接着,在步骤S104中,任意地开关电动机驱动放大器部2的上支路或下之路的开关元件。
接着,在步骤S105中,通过绝缘电阻劣化检测部4测定作为检测信号的电压值Vb。
接着,在步骤S106中,故障检测部5判定在作为电流检测部41的检测信号而测定的电压值Vb和在电源部1中测定的电压值Va之间Va:Vb=(Ra+Rb):Rb是否成立。
在上述公式成立的情况下,在步骤S107中,判断为在绝缘电阻劣化检测部4中没有故障。另一方面,在上述公式不成立的情况下,在步骤S108中,判断为在绝缘电阻劣化检测部4中发生了故障。如以上那样,能够检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无。
在以上说明的实施例1的电动机驱动装置101中,表示了将电流检测部41配置为检测流过电动机驱动放大器部2的上支路开关元件的电流的例子,但并不限于这样的结构。在图6中表示作为实施例1的电动机驱动装置的变形例子的其他结构。在图6所示的其他结构的电动机驱动装置101’中,电流检测部41’能够检测流过电动机驱动放大器部2的下支路开关元件的电流。图6所示的电流检测部41’的分压电阻411’、检测电阻413’、电压测定部412’分别与图1所示的电流检测部41的分压电阻411、检测电阻413、电压测定部412对应。在图6所示的作为实施例1的变形例子的电动机驱动装置中,能够如上述那样检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无。
[实施例2]
接着,使用附图说明本发明的实施例2的电动机驱动装置。在图7中表示本发明的实施例2的电动机驱动装置102的框图。实施例2的电动机驱动装置102与实施例1的电动机驱动装置101的不同点在于:在实施例1中,电流检测部41通过用电压测定部412测定向检测电阻413施加的电压来检测电流,与此相对,在实施例2中,电流检测部43使用电流检测器432测定流过检测电阻433的电流。即,在实施例2的电动机驱动装置102中,绝缘电阻劣化检测部4的特征点在于:具备检测流过电动机线圈的电流的电流检测器432,检测信号是电流检测器检测出的电流值,使用作为该电流检测器432的输出值的电流值,检测电动机的绝缘电阻的劣化的有无。实施例2的电动机驱动装置102的其他结构与实施例1的电动机驱动装置101的结构相同,因此省略详细的说明。
接着,说明使用本发明的实施例2的电动机驱动装置102的电动机的绝缘电阻的检测方法。在图8中,表示在本发明的实施例2的电动机驱动装置中,在测定电动机的绝缘电阻的情况下流过的电流的路径。如图8所示,根据来自控制部40的指令,将开关7设为关断状态,将接点部42的开关422设为接通状态,将电动机放大器部2的开关元件21~26设为关断状态。这时,在由接点部42、平滑电容器12、电动机线圈以及大地形成的闭合电路中在如用图8的点划线L3所示的路径中流过电流。通过电流检测部43测定该电流,能够检测电动机的绝缘电阻。具体地说,如果将对来自交流电源6的交流电压进行整流所得的电源部1的电压除以所测定的电流,则求出流过电流的路径整体的电阻值。通过从该电阻值减去在设计时使用的电路内的电阻值,能够计算绝缘电阻。但是,如果在绝缘电阻劣化检测部(用带箭头的点划线L3所示的路径内)发生了故障(电路内的电阻值、电压测定值的异常),则绝缘电阻值的计算值也异常,无法计算出绝缘电阻的正确的值。因此,在本发明的实施例2的电动机驱动装置102中,具备检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无的故障检测部5。
接着,说明在本发明的实施例2的电动机驱动装置102中,检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无的方法。图9是表示在本发明的实施例2的电动机驱动装置中,在判断绝缘电阻劣化检测部的故障的有无的情况下流过的电流的路径的一个例子。首先,在图9所示的本发明的实施例2的电动机驱动装置102中,根据来自控制部40的指令,将接点部42从接通状态设为关断状态,根据来自开关指示部44的指令,使电动机驱动放大器部2的上支路或下支路的开关元件21~26开关。例如,在将U相上支路开关元件21设为接通状态,将U相、V相、W相的各下支路开关元件22、24、26设为关断状态的情况下,在用图9的虚线L4表示的路径中流过电流。
如果使开关元件接通则成为短路的状态,因此如果抽出用图9的虚线L4所示的电流通过的电路而简化则如图10那样。在此,在图10中,将平滑电容器12的端子间电压即电源电压测定部3的检测电压定义为Va,将电流检测部43的检测电阻431和433的合计值定义为Ra’,将作为电流检测器432的检测信号的检测电流定义为Ia。这样,用以下的公式(2)表示电压、电阻、电流之间的关系。
Va=Ia×Ra’ (2)
对Va和Ia使用实际的测定值,对Ra’使用设计值。在此,如果电压Va、电流Ia的测定值有异常,或电阻值Ra’有异常,则上述公式(2)不成立。根据该公式(2)的成立可否,能够检测绝缘电阻劣化检测部的故障。
接着,使用图11的流程图说明使用本发明的实施例2的电动机驱动装置102检测电动机的绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无的方法。首先,在步骤S201中,通过电源电压测定部3测定作为电源部1的平滑电容器12的端子间电压的电压Va。
接着,在步骤S202中,检测电动机的绝缘电阻9的劣化的有无。具体地说,在绝缘电阻劣化检测部4将开关7设为关断状态,停止电动机8的运转后,将平滑电容器12的一端的接点部42与大地连接,并且将另一端与电动机线圈连接,检测在由接点部42、电容器12、电动机线圈以及大地形成的闭合电路中流过的电流,根据检测出的电流检测电动机的绝缘电阻9的劣化的有无。
接着,在步骤S203中,根据来自控制部40的指令,将接点部42从接通状态设为关断状态。
接着,在步骤S204中,任意地开关电动机驱动放大器部2的上支路或下之路的开关元件。
接着,在步骤S205中,通过绝缘电阻劣化检测部4测定电流值Ia。
接着,在步骤S206中,故障检测部5判定在测定的电流值Ia和由电源电压测定部3测定的电压值Va之间Va=Ia×Ra’是否成立。
在上述公式成立的情况下,在步骤S207中,判断为在绝缘电阻劣化检测部4中没有故障。另一方面,在上述公式不成立的情况下,在步骤S208中,判断为在绝缘电阻劣化检测部4中发生了故障。如以上那样,能够检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无。
在以上说明的实施例2的电动机驱动装置102中,表示了将电流检测部43配置为检测流过电动机驱动放大器部2的上支路开关元件的电流的例子,但并不限于这样的结构。在图12中表示作为实施例2的电动机驱动装置的变形例子的其他结构。在图12所示的实施例2的其他结构的电动机驱动装置102’中,电流检测部43’能够检测流过电动机驱动放大器部2的下支路开关元件的电流。图12所示的电流检测部43’的电阻431’、433’、电流检测器432’分别与图7所示的电流检测部43的电阻431、433、电压检测器432对应。在图12所示的作为实施例2的变形例子的电动机驱动装置102’中,也能够如上述那样检测绝缘电阻劣化检测部4的故障的有无。
如以上那样,根据本发明,不追加专用的检测电路,不产生不必要的成本,就能够提供检测电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障的电动机驱动装置。
Claims (6)
1.一种具备电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测功能的电动机驱动装置,其特征在于,该电动机驱动装置具备:
电源部,其通过整流电路将经由开关设备从交流电源供给的交流电压整流为直流电压,通过电容器对整流后的直流电压进行平滑化;
电动机驱动放大器部,其使用上支路和下支路开关元件将来自上述电源部的直流电压转换为交流电压而驱动电动机;
电源电压测定部,其测定上述电源部的电压;
绝缘电阻劣化检测部,其具备将上述电容器的一端与大地连接的接点部以及设置在上述电容器的另一端和电动机线圈之间的电流检测部,将上述开关设备设为关断状态,将上述接点部设为接通状态,根据使用上述电流检测部从由上述接点部、上述电容器、上述电动机线圈以及大地形成的闭合电路得到的检测信号,检测电动机的绝缘电阻有无劣化;以及
故障检测部,其将上述接点部从接通状态设为关断状态,使上述电动机驱动放大器部的上支路或下支路的开关元件任意地开关,根据上述绝缘电阻劣化检测部中的上述检测信号和通过上述电源电压测定部测定的电压值,检测上述绝缘电阻劣化检测部有无故障。
2.根据权利要求1所述的具备电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测功能的电动机驱动装置,其特征在于,
上述绝缘电阻劣化检测部在上述闭合电路中设置电阻,上述检测信号是在该电阻的两端产生的电位差,上述绝缘电阻劣化检测部根据该电位差和上述电阻检测电流来检测电动机的绝缘电阻有无劣化。
3.根据权利要求1所述的具备电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测功能的电动机驱动装置,其特征在于,
上述绝缘电阻劣化检测部具备检测流过电动机线圈的电流的电流检测器,上述检测信号是电流检测器检测出的电流值,上述绝缘电阻劣化检测部使用作为该电流检测器的输出值的电流值来检测电动机的绝缘电阻有无劣化。
4.一种电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法,是电动机驱动装置中的电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法,该电动机驱动装置具备:电源部,其通过整流电路对经由开关设备从交流电源供给的电力进行整流,并且通过电容器进行平滑化;电动机驱动放大器部,其将来自该电源部的直流电压转换为交流电压而驱动电动机,其特征在于,该电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法包括如下步骤:
测定上述电源部的电压的步骤;
上述绝缘电阻劣化检测部在将上述开关设备设为关断状态而停止电动机的运转后,将上述电容器的一端所连接的接点部与大地连接,并且将另一端与电动机线圈连接,根据从由上述接点部、上述电容器、上述电动机线圈以及上述大地形成的闭合电路得到的检测信号,检测电动机的绝缘电阻有无劣化的步骤;
将上述接点部从接通状态设为关断状态的步骤;
任意地开关上述电动机驱动放大器部的开关元件的上支路或下支路的步骤;以及
根据在检测上述绝缘电阻有无劣化的步骤中测定的上述检测信号和通过上述电源部测定的电压值,来检测上述绝缘电阻劣化检测部的故障的步骤。
5.根据权利要求4所述的电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法,其特征在于,
检测上述绝缘电阻有无劣化的步骤包括以下步骤:在上述闭合电路中设置电阻,上述检测信号是在该电阻的两端产生的电位差,根据该电位差和上述电阻检测电流来检测电动机的绝缘电阻劣化的步骤。
6.根据权利要求4所述的电动机的绝缘电阻劣化检测部的故障检测方法,其特征在于,
检测上述绝缘电阻有无劣化的步骤包括以下步骤:上述检测信号是由检测流过电动机线圈的电流的电流检测器检测出的电流值,使用作为该电流检测器的输出值的电流值来检测电动机的绝缘电阻劣化的步骤。
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