CN1306686C - 电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

提供一种电动机驱动装置，在电动机驱动放大器的动作停止过程中，接通电磁接触器接点规定时间，用整流电路整流3相电力来给平滑电容充电。其后，通过放电电阻使平滑电容放电，当达到规定电压时，闭合接点，由此，形成平滑电容、检测电阻、电动机的线圈、电动机的绝缘电阻、接地的闭合电路。而且，检测由泄漏电流产生的上述检测电阻的两端间的电压，比较该值和基准值。如果检测电压超过基准值，则发送绝缘降低的信号。

Description

电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及可以检测电动机的绝缘劣化的电动机驱动装置。

背景技术

如果长年连续使用电动机，则根据其使用环境等，电动机的绝缘要发生劣化。根据因该绝缘劣化所产生的泄漏电流，泄漏断路器进行工作，使用该电动机的装置突然停止工作。这种情况下，搞不清是电动机出现了问题还是电动机驱动装置出现了问题，调查突然停止的原因较花费时间，因此，存在长期停止使用该电动机的装置或生产线的趋势。

如上上述，检测电动机的绝缘劣化的方法，一般是通过检测泄漏电流来检测。检测泄漏电流的泄漏检测器或漏电保护继电器等的漏电检测器，一般小型的检测15mA左右的泄漏电流，最小的检测3mA左右的泄漏电流。因此，以往的漏电检测器存在只能在电动机绝缘劣化发展的阶段检测泄漏电流的问题。另外，当因漏电流突然停止时，对于其停止的原因是由电动机自身而导致的，还是由电动机驱动装置等或因其他的配套设备的影响而导致的，必须停止装置或生产线等系统的全部的作业后来进行调查。再者，该漏电检测器不能用于电动机绝缘劣化的预测、预防维修。

特开2001-141795号公开了在空气调节装置中早期发现压缩机中的电动机绝缘劣化来预先防止导致不能运转的方法。该方法在电动机停止运转过程中，向构成功率转换器的1个晶体管施加高频脉冲，使(包括与绝缘劣化相当的电流)泄漏电流流向电动机。该功率转换器，将整流和滤波过的3相交流电源的直流电源的电压，变换为任意的电压和频率后来驱动电动机。而且，根据输入功率检测器的直流电源电压和用检测器检测出的电动机电流，算出绝缘电阻值，求得的绝缘电阻值如果低于设定绝缘电阻值，则发出警报。另外，也提出了不是向1个晶体管施加高频脉冲，而只让晶体管导通后算出绝缘电阻值，来预测绝缘劣化的方法。

另一方面，在上述专利文献所记载的方法中，虽然可以用于电动机绝缘劣化的预测、预防、维护，但是必须检测电压和电流。而且，该检测器必须考虑大电流，这是成本增大的主要原因。

因此，开发了可以改善上述以往的检测电动机的绝缘劣化的方法所存在的问题，廉价且可以预知绝缘劣化的电动机驱动装置并提出了专利申请(日本专利申请2003-177754号)。

在上述专利申请中提出的电动机驱动装置，是通过检测电阻器、将对被接地的交流电源的接地间电压整流过的直流电源、施加给电动机，检测在检测电阻两端产生的电位差，来检测电动机的绝缘劣化的驱动装置的。但是，在该专利申请提出的驱动装置中，为检测绝缘电阻劣化所施加的电压，在中点接地电源中为3相半波整流电压，而在1线接地电源中为缺少3相之中的1相的3相半波整流电压。即为脉冲状电压，这一点是问题。

在中点接地电源中为3相半波整流电压，是用电容平滑为平滑的直流电压，通过将该电压施加给检测电阻和电动机的绝缘劣化的串联电路，如果电动机的绝缘电阻变小，则检测电阻两端的电位差变小，可以检测出电动机绝缘劣化。但是，在1线接地电源中为脉冲状电压，会受到与电动机的绝缘电阻共同存在、与绝缘电阻并联加入的寄生电容(静电容量)的影响。

图4是上述专利申请提出的电动机驱动装置中的电动机绝缘电阻测定的原理说明图。符号51是3相交流电源，符号54是电磁接触器接点。符号52是电动机驱动装置的电源部的整流电路，与后述的图1中的电源部6对应。另外，符号53是电动机驱动放大器(与图1的电动机驱动放大器8的逆变电路对应)的等效电路，符号D51、D52是电动机驱动放大器的逆变电路的二极管。二极管51与图1所示的电动机驱动放大器8的二极管D11、D12、D13对应，二极管D52与图1的电动机驱动放大器8的二极管D14、D15、D16对应。另外，电阻R51、R52是表示逆变电路的开关元件的泄漏电流的等效电阻，电阻R51与图1的开关元件Q11、Q12、Q13对应，电阻R52与图1的开关元件Q14、Q15、Q16对应。另外，符号RM是电动机的对地间绝缘电阻，符号CM是电动机的对地间寄生电容。而且，在该专利申请中，通过检测电阻R1，连接电动机的1个相的线圈和电源部的整流电路52的负侧输出线，来测定电动机的绝缘电阻。

如果将附带这样的电动机绝缘电阻测定器的电动机驱动装置连接到1线接地的3相交流电源51上，并合上电磁接触器接点54，则电源51的对地间的电压，形成电动机驱动装置的电源部整流电路52、保护用电阻R2、检测电阻R1、电动机线圈(电动机的对地间绝缘电阻RM、电动机的对地间寄生电容CM)、接地G2、G1的闭合环路，形成3相半波整流。

但是，因为电源51的1线接地，所以3相之中1相的电压被去掉，图5中用符号P1表示的0电位出现的脉冲状波形被施加给电动机。如果3相交流电源是中点接地(在上述专利申请中，示出了电动机驱动装置与中点接地的3相电源连接的例子)，则如图5中符号P2所示的比较平滑的电压被施加给电动机。另外，图5所示的P1、P2的波形的电压，是表示3相交流电源51的相电压E为115V时的、忽略整流电路的二极管的正向电压下降和线路的电压下降的整流后的理想电压波形的峰值。

如果电动机没有对地间寄生电容CM，1线接地电源也好、中点接地电源也好，如果相电压E相同，整流后的峰压即使不同，平均电压也相同，所以如果在检测电阻R1加上电容进行平均化，不管哪种接地方式的电源，都可以用几乎相同的值来检测电动机的绝缘电阻及其降低。

但是，如果有对地间寄生电容CM，则因为1线接地电源为脉冲状波形，所以向该电容的充电时间受脉冲幅度限制，反复充放电，且电容的容量越大，充电电压就越低，所以，向电动机只施加低的电压。另一方面，如果向电动机施加的电压低，则因为检测电阻串联加入电动机绝缘电阻和电容的并联电路，所以检测电阻两端的电位差变大。因而，为了检测一定的电动机绝缘电阻，必须根据电容的值来改变检测电阻值或改变与用检测电阻检测出的电压进行比较的基准电压值。但是，因为电容的值是不清楚的，所以改变这样的检测电阻值或基准电压值较困难。

再者，在电动机对地间绝缘电阻测定中所使用的绝缘电阻表(insulationtester(megger))中，检测所使用的电压是平滑的直流电压，与用像上述那样的脉冲状的电压检测出的绝缘电阻值不同。这样，当为1线接地电源的场合，当用兆欧表-megger检测电动机的绝缘电阻劣化时，变换表必须按电动机的种类进行。

发明内容

基于本发明的电动机驱动装置，具有：对由交流电源通过开关供给的电力用整流电路进行整流、且用电容进行平滑的电源部；将来自该电源部的直流电压变换为交流后，驱动电动机的电动机驱动放大器；与电动机线圈串联连接的检测电阻；使上述开关动作一定时间、向上述电容蓄积能量后，将上述整流电路接地、将上述电容所蓄积的能量通过上述检测电阻施加给电动机的电压施加单元；检测在上述检测电阻的两端产生的电位差的电压检测电路。

而后，将通过上述电压检测电路所检测的电压在比较放大器与基准值进行比较，当检测电压超过基准值时，向显示单元通知异常。或者，将电压检测所检测的电压用A/D转换器变换为数字信号、并在显示单元显示该变换过的电压值。

另外，做成：具有直流电源，该直流电源的一输出连接到上述整流电路、另一输出连接到大地，并且，该直流电源不将上述整流电路与大地连接。再者，做成：上述电压施加单元，具有检测使上述开关工作一定时间后的整流电路的电压的单元，该电压检测单元如果检测规定值的电压，则将上述电容所蓄积的能量、通过上述检测电阻施加给电动机。

根据本发明，因为具有以上构成，而将从交流电源整流后蓄积在电容的电压作为电动机的绝缘电阻测定用的电源，因此，交流电源是1线接地电源也好，中点接地电源也好，不论哪种方式(即与输入电源的接地方式无关)，在电动机驱动装置所使用的任何类型的交流电源中，都可以测定电动机的对地间绝缘电阻，检测其绝缘劣化。

附图说明

本发明上述的以及其他的目的及特征，参照附图，从下面实施例的说明中就会更加清楚。这些图中：

图1是基于本发明的电动机驱动装置的第1实施方式的主要部分电路框图。

图2是基于本发明的电动机驱动装置的第2实施方式中的电动机绝缘电阻检测装置的电路框图。

图3是基于本发明的电动机驱动装置的第3实施方式的主要部分电路图。

图4是以往的专利申请所提出的电动机驱动装置中的电动机绝缘电阻测定的原理说明图。

图5是表示从1线接地的3相电源和中点接地的3相电源进行3相半波整流时的整流电路输出波形。

具体实施方式

图1是基于本发明的电动机驱动装置的第1实施方式的主要部分电路框图。如图1所示，电动机驱动装置本体1，由通过整流电路将3相交流电源变换为直流电源的电源部6、和从直流电源变换为任意的交流电源后、驱动电动机10的电动机驱动放大器8构成。再者，在本发明中，该电动机驱动装置本体1还附加有电动机绝缘电阻检测装置2。该电动机绝缘电阻检测装置2由电压检测电路3和控制器4构成。

电动机驱动装置本体1的电源部6，具有：对从3相交流电源通过电磁接触器接点5所输入的电力进行整流、变换为直流电源的二极管D1～D6构成的整流电路；和由与各二极管D1～D6并列，用于将再生电流回馈给交流电源的IGBT等构成的开关元件Q1～Q6。另外，电源部6还具有平滑用二极管D1～D6的整流电路所整流的直流输出的平滑电容C。该平滑电容C的两端电压由R11、R12分压，根据其分压电压，控制器7控制用于检测电动机的绝缘电阻的动作开始。

电动机驱动放大器8，由IGBT等构成的开关元件Q11～Q16和分别与该开关元件Q11～Q16并联连接的二极管D11～D16构成的逆变电路、以及控制器9构成。

电源部6的整流电路的输出线(DC连接部)12、13与电动机驱动放大器8连接，向该电动机驱动放大器8供给直流电压。另外，用于放电平滑电容C所充电的电压的放电电阻R13被连接在该DC连接部的输出线12、13之间。电源输出线的负侧线13，被构成为：通过继电器接点11可以与大地连接。

电源部6的控制器7以及电动机驱动放大器8的控制器9，分别被连接到控制该电动机驱动装置的控制装置20。控制器9根据来自控制装置20的指令，开/关控制开关元件Q11～Q16，驱动控制电动机10。另外，根据来自控制装置20的指令，对电磁接触器接点5进行开、关控制。

上述电动驱动装置本体1的构成，虽然与以往的电动机驱动装置几乎没有变化的地方，但是，本发明，在以下几点上却具有特点：放电电阻R13被连接在了DC连接部的输出线12、13间；DC连接部的负侧线13被构成为通过继电器接点11可以与大地连接；以及在电动机驱动装置本体1上构成了附加测定电动机的绝缘电阻的电动机绝缘电阻检测装置2的电动机驱动装置。

电动机绝缘电阻检测装置2的电压检测电路3，与连接电动机驱动放大器8的逆变电路和电动机10的线圈的连接线的1相的线、和DC连接部的正侧输出线12连接。

在电压检测电路3中，K1是内置于控制器4的继电器的接点，R1～R6是电阻，C1、C2是电容，31是齐纳二极管，32是比较放大器，33是晶体管，34是二极管，35是光耦合器。该电压检测电路3，在电动机驱动装置本体1的电动机驱动放大器8中的逆变电路的工作停止状态下，使继电器接点K1接通，根据这时的电阻R1的两端子间的电位差，来测定电动机绝缘电阻值。

下面，对该电动机驱动装置所连接的电动机的绝缘电阻的测定以及绝缘劣化的检测进行说明。在测定电动机的绝缘电阻时，根据来自控制装置20的指令，闭合电磁接触器接点。来自3相电源的电力由二极管D1～D6整流后对平滑电容C充电。该平滑电容C在经过规定的时间后被充分充电，而且如果其容量是足够大的话，则充电电压为变动小的平滑的直流电压。因此，对具有足够大容量的平滑的电容C被进行充分充电的电荷通过放电电阻R13被缓慢放电。用电阻R11、R12分割这时产生的电压后，用电源部6的控制器7检测该分割的电压。在用控制器7检测的电压到达预先设定值的时刻，控制器7闭合继电器接点11，在使DC连接部的电源输出线13(负侧线)接地的同时，向电动机绝缘电阻检测装置2的控制器4发送绝缘电阻测定开始指令信号。

另外，通过放电电阻R13来放电该平滑的电容C所充电的能量，用电阻R11、R12分割此时产生的电压，来检测其分割电压，在其分割电压到达预先设定的值的时刻输出绝缘电阻测定开始指令信号的方法，对于像向该电动机驱动装置本体1的输入电源电压为200V/400V的多规格的装置，因为可以使其绝缘电阻测定开始时间只对应于改变设定电压，所以特别有效。另外该放电电阻R13，不必为本发明而特别设置，也可以利用已经为安全起见为对平滑电容C的能量进行放电而本来所设置的电阻。

电动机绝缘电阻检测装置2的控制器4，接收绝缘电阻测定开始指令信号，闭合接点K1，通过检测电阻R1将平滑电容C的充电电压施加给电动机10。即，形成平滑电容C的正侧端子、DC连接部的正侧线12、继电器接点K1、保护用电阻R2、检测电阻R1、电动机的1相的线圈、电动机10的绝缘电阻(包括电动机的寄生电容)、接地G2、G1、接点11、平滑电容C的负侧端子的闭合电路。由此，因为平滑电容C和电动机的对地间绝缘电阻和检测电阻R1被串联连接，根据在该闭合电路所流的电流(泄漏电流)的大小可检测电阻R1两端的电位差发生变化，所以，根据该电位差的大小，来测定电动机的对地间绝缘电阻。电动机的对地间绝缘电阻如果降低，则电流(泄漏电流)变多，检测电阻R1两端的电位差变大。

而且，检测电阻R1两端的电位差，如果未超过由齐纳二极管31决定的基准电压，则从比较放大器32不输出信号。但是，如果由于电动机10的绝缘电阻劣化而导致对地间绝缘电阻降低，所流的电流增加，则检测电阻R1两端的电位差超过上述基准电压，从比较放大器32输出信号，使晶体管33导通。结果，在光耦合器的发光元件中流过电流，来自光耦合器35的输出信号通过控制器4输入控制装置20，在其显示电路21进行对地间绝缘电阻降低的显示。操作员看见该显示后，进行电动机10的交换等。另外，在闭合接点K1的初期阶段，在对电动机的对地间寄生电容进行充电期间，用检测电阻R1所检测的电压发生变动，但是只要做到使其在经过该阶段后的、电动机的对地间寄生电容被充分充电后的稳定状态下，来判别对地间绝缘电阻降低即可。

这样，若依据图1所示的电动机驱动装置，因为可以简单地测定电动机的对地间绝缘电阻，可以简单地检测电动机的绝缘劣化、绝缘降低，所以可以进行电动机绝缘劣化的预防维护。而且，为测定该电动机的绝缘电阻而使用的电源，因为是对平滑电容C所充电的能量，所以该电动机驱动装置本体1所连接的3相交流电源，是中点接地电源也好，是1线接地电源也好，可以与3相交流电源的方式无关地、容易地测定电动机的对地间绝缘电阻，检测电动机的绝缘劣化。

另外，在驱动电动机驱动放大器8使电动机10工作时，继电器接点K1以及继电器接点11保持断开状态。

在上述实施方式中，做成了：比较用检测电阻R1检测出的电压和用于检测电动机的绝缘电阻降低的基准电压，来检测检测电压超过基准电压时的绝缘电阻降低。但是，也可以做成为：只单单检测电动机的绝缘电阻。

图2，是基于本发明的电动机驱动装置的第2实施方式所使用的电动机绝缘电阻检测装置2’的电路框图。在该实施方式中，取代上述第1实施方式的电动机驱动装置使用的电动机绝缘电阻检测装置2、通过使用图2所示的电动机绝缘电阻检测装置2’，来检测电动机的绝缘劣化。进而，做成了：可以对应电动机驱动装置中的电动机驱动放大器的规格(种类)，即电动机的规格(种类)，来分别检测绝缘劣化。

构成图2所示的电动机绝缘电阻检测装置2’(的电压检测电路)的继电器接点K1、检测电阻R1、保护用电阻R2、滤波用电阻R3以及电容C1，是与构成图1(第1实施方式)所示的电动机绝缘电阻检测装置2的电压检测电路3的那些元件相同的。但是，图2所示的电动机绝缘电阻检测装置2’，在将检测电阻R1间的电压输入给A/D转换器(由模拟信号变换为数字信号的转换器)36这一点上，与图1所示的电动机绝缘电阻检测装置2(电压检测电路3)不同，另外，在控制器4’具有微型计算机41和存储器42这一点上，与图1所示的控制器4不同。

再者，在控制器4’的存储器42中，按照电动机驱动装置所使用的电动机驱动放大器8的规格(种类)或电动机的规格(种类)，预先存储有显示电动机绝缘劣化的基准值。另外，虽然图2上未示出，但是在电动机驱动放大器8的控制器9中，设有存储电动机驱动放大器8的规格(种类)或电动机的规格(种类)的存储器。

因此，为了检测对地间绝缘电阻，如上述那样，将对地间绝缘电阻的检测指令输入给控制装置20。于是，控制装置20，在从电动机驱动放大器8的控制器9中读取电动机驱动放大器的规格(种类)，并将该读取的信息发送给电动机绝缘电阻检测装置2’的控制器4’的同时，发送对地间绝缘电阻检测指令。

于是，控制器4’，根据该对地间绝缘电阻检测指令使继电器动作，闭合继电器接点K1，用A/D转换器36将检测电阻R1间的电位差变换为数字信号。微型计算机41读取该检测电位差并写入到存储器42。进而，从存储器42中读取对应于发送来的电动机驱动放大器的规格(种类)或电动机的规格(种类)的基准值，将检测电位差与该基准值进行比较，如果检测电位差超过基准值，则将对地间绝缘电阻降低的信号发送给控制装置20。控制装置20接收该信号后，在显示电路21进行对地间绝缘电阻降低的显示。

另外，根据来自控制装置20的指令，微型计算机41，将存储器42存储的、采取到的检测电位差的数据，或上一次检查时的数据，全部发送给显示电路21，来显示这些数据。因为能显示对地间绝缘电阻的历史，所以可以得知绝缘劣化的发展状况。

另外，当在电动机驱动装置本体1的电源部6中要连接多个电动机驱动放大器8这样的场合，可以做成：在该电动机绝缘电阻检测装置2’内，设置各电动机驱动放大器8的检测电路(继电器接点K1、检测电阻R1、保护用电阻R2、滤波用电阻R3、电容C1、A/D转换器)，对各个电动机驱动放大器即各个电动机、测定对地间绝缘电阻，并存储其履历，同时，按照各电动机驱动放大器的种类(电动机的种类)，与其基准值进行比较后来显示绝缘劣化。

另外，在上述第1、第2实施方式中，如图1所示，将电源部6的整流电路输出(DC连接部)的负侧的输出线13用继电器接点11直接接地。但是，当用继电器接点不能直接接地的场合，如图1中虚线所示，也可以做成：在将直流电源15的一方的端子连接到输出线13上的同时，将另一方的端子接地。显然，这种场合也进行与上述实施方式同样的功能、作用。

图3是基于本发明的电动机驱动装置的第3实施方式的主要部分电路图。在上述的第1、第2实施方式中，将用于检测电动机绝缘劣化的电压检测电路3从外部附加到电动机驱动装置本体1上，但是，在该第3实施方式中，组装成了使电压检测电路3’内置于电动机驱动装置本体1中。

在图3所示的电动机驱动放大器8中，开/关控制IGBT等的开关Q11～Q16的栅极驱动电路G11～G16具有独立的电源E2。而且，将该栅极驱动电路G11～G16用的电源E2作为电压检测电路3’的电源。在这些点上，图3所示的电动机驱动放大器8和电压检测电路3’，与图1所示的电动机驱动放大器8和电压检测电路3不同。

另外，作为电压检测电路3’的输出的光耦合器35的输出，被输入电动机驱动放大器8的控制器9，由该控制器9检测电动机绝缘电阻异常，并发送给控制装置20。另外，向电动机施加平滑电容的充电电压的继电器接点K1的开/关的控制也由该控制器9进行。由此，可以得到在电动机驱动装置内内置了用于检测电动机绝缘劣化的电压检测电路的装置。

Claims (4)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，在具有对由交流电源通过开关供给的电力用整流电路进行整流且用电容进行平滑的电源部；和将来自该电源部的直流电压变换为交流来驱动电动机的电动机驱动放大器的电动机驱动装置中，

具有：

与电动机线圈串联连接的检测电阻；

使上述开关工作一定时间、并向上述电容蓄积能量后，将上述整流电路与大地连接，将上述电容所蓄积的能量通过上述检测电阻施加给电动机的电压施加单元；和

检测在上述检测电阻的两端产生的电位差的电压检测电路，

用比较放大器将通过上述电压检测电路所检测的电压与基准值进行比较，当检测电压超过了基准值时，将异常通知显示单元。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，做成为：用A/D转换器将通过上述电压检测电路所检测的电压变换为数字信号，并在显示单元显示该变换过的电压值。

3.根据权利要求1至2中任意一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，具有直流电源，该直流电源的一输出连接到上述整流电路、另一输出连接到大地，并且，该直流电源不将上述整流电路与大地连接。

4.根据权利要求1至2中任意一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，上述电压施加单元具有检测使上述开关工作一定时间后的整流电路的电压的单元，该电压检测单元如果检测出规定值的电压，就通过上述检测电阻将上述电容所蓄积的能量施加给电动机。

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