CN1641996A - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

电动机驱动装置，具备把从交流电源(1)供给的电压用第1整流电路(D1一D6)整流并用电容器(C)进行平滑性处理的电源部(6)；把该电源部(6)的输出电压变换为驱动电动机(M)的频率的交流电压并驱动电动机的电动机驱动放大器(8)，其特征在于，具备：在所述电源部(6)的输出线(4，5)的正极(4)及负极(5)的至少一方和地(G2，G4)之间连接的元件(R1，C2，R11，C21)；检测该元件之间的电压和流过该元件的电流的至少一方的绝缘劣化检测电路(10、11、12)，通过这样，能够简单并经济地检测出电动机的绝缘劣化。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种在由电压型逆变器、PWM逆变器等电动机驱动放大器驱动电动机的电动机驱动系统中，能够检测出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的话，根据其使用环境等，电动机的绝缘发生劣化。由于该因绝缘的劣化引起漏电电流，漏电保护装置工作，正在使用该电动机的装置的动作突然停止工作。在这种情况下，不知道是电动机发生了问题，还是驱动装置发生了问题，在进行该装置的动作突然停止的原因调查上，要花费时间，具有使正在使用该电动机的装置或生产线的停止成为长期化的趋势。
作为检测电动机的绝缘劣化的方法，一般用上述那样通过漏电电流检测来检测的方法。但是，由漏电检测器检测漏电电流存在下面的问题：只有在达到了一定程度的大小的状态，才能检测到；只有到电动机的绝缘劣化已经很严重的阶段，才能检测到。另外，由于是漏电而引起的突然停止，为了要判断装置的动作停止的原因是由电动机本身引起的，还是电动机驱动装置等或其他的外围设备在影响，就不得不停止装置或者生产线等系统整体的操作来调查。而且，该漏电检测器有以下问题：对于电动机的绝缘劣化的预测及预防性保养不能起到作用。
这样，在空气调节装置中，提出了一种方法，该方法使得在早期发现压缩机中的电动机绝缘劣化，并将成为不能运行的状态防范于未然(参照特开2001-141795号公报)。该方法是：在电动机的运行停止状态中，在把直流电压变换成任意的电压和频率并驱动电动机的功率转换器的一个晶体管上，施加高频脉冲驱动，对把3相交流电源整流并滤波的直流电源的电压(或者预先设定的电压值)和电动机电流进行检测，根据该直流电源的电压和电动机电流，计算出绝缘阻抗值，当求得的绝缘阻抗值低于设定绝缘阻抗值时，发出警报。
另外，以下的发明是公知的：在用电压型逆变器装置驱动的电动机中，为了防止因让逆变器装置以高频进行开关，而通过逆变器和电动机之间的配线或电动机内的导电部和接地之间的漂移电容而流到接地的漏电电流而引起漏电保护装置误动作，在连接整流器和逆变器的正侧，及负侧的线上插入直流电抗器的同时，把各个正侧、负侧的线，通过电容器和电阻器的串联电路接地，使得逆变器动作而产生的零相电流在漂移电容、接地电容器、电阻器、所述正侧、负侧的线的闭合回路流动，以防止漏电包护装置的误动作(参照特开平10-210649号公报)。
如用漏电检测器检测电动机的绝缘劣化，只有在绝缘劣化发展到严重程度时才能够检测到。另外，如果因漏电引起动作突然停止，必须把装置或者生产线等系统整体的操作停止下来，才能调查出停止的原因是电动机自身引起的还是由电动机驱动装置等或其他的外围设备造成的。另外，该漏电检测器在电动机绝缘劣化的预测和预防性保养上不能起到作用。
另一方面，用特开2001-141795号公报的方法的话，虽然能够对于电动机绝缘劣化的预测、预防保养能够起到作用，但是必须检测出电压和电流。而且，电流必须让功率转换器的一个晶体管打开，用直接流入电动机的电流通路来检测。即使检测的电流为很小的值，该检测器也必须采用考虑到大电流的装置，成为成本增大的原因。另外，只能在让电动机停止的装置才能测定电动机的绝缘劣化。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种既经济由能够预测电动机的绝缘劣化的电动机驱动装置。
根据本发明的第1个方式，提供一种电动机的驱动方式，把从交流电源供给的电压用第1整流电路整流并用电容器进行平滑性处理的电源部；把该电源部的输出电压变换为驱动电动机的频率的交流电压并驱动电动机的电动机驱动放大器，其特征在于，具备：与所述电源部的输出线的正极及负极的至少一方和地之间连接的元件；检测该元件之间的电压和流过该元件的电流的至少一方的绝缘劣化检测电路。
根据本发明的第2个实施方式，元件由电容器和电阻器串联连接构成，绝缘劣化检测电路为检测所述电阻器两端之间的电压的电压检测电路。
根据本发明的第3个实施方式，元件为电容器和检测与流过所述电容器的电流呈比例的电压的电流传感器串联连接构成，绝缘检测电路为检测来自所述电流传感器的输出电压的电压检测电路。
根据本发明的第4个实施方式，电压检测电路具备把检测电压与基准电压进行比较的比较器，设置成为，当所述检测电压超出所述基准电压时，在显示器上显示异常。
根据本发明的第5个实施方式，电压检测电路具备把检测电压变换为对地的直流电压的第2整流电路和把所述第2整流电路的输出电压与基准电压进行比较的比较器，设置成为，当所述第2整流电路的输出电压超出所述基准电压时，在显示器中显示异常。
根据本发明的第6个实施方式，电压检测电路具备把所述检测电压变换为数字信号的A/D变换器；当由该A/D变换器变换后的电压超出规定值时，使显示器显示异常的处理器。
根据本发明的第7个实施方式，电压检测电路具备：把所述检测电压变换成对地的直流电压的第2整流电路、把所述检测电压变换成数字信号的A/D变换器；当由该A/D变换器变换成的电压超出规定值时，使显示器显示异常的处理器。
根据本发明的第8个实施方式，检测电路具有存储检测出的电压的存储器，处理器使所述显示器显示在存储器中存储的多个检测电压值。
根据本发明的第9个实施方式，存储器对电动机和电动机驱动放大器中至少一个的规格的基准电压值进行存储，当检测电压值超出基准电压时，处理器让显示器显示异常。
根据本发明的第10个实施方式，存储器把在所述电动机驱动装置及所述电动机中未发生绝缘不良的状态时从所述A/D变换器输出的检测电压作为第1基准值存储，把判断所述电动机驱动装置及所述电动机为绝缘不良的电压值作为第2基准值存储，当从所述A/D变换器输出的电压值与所述第1基准值的差超出所述第2基准值时，所述处理器让所述显示器显示异常。
附图说明
以下，根据附图说明实施本发明的最佳方式。
图1是本发明的一个实施方式的电动机驱动装置的要部方框电路图。
图2是本发明的其他的实施方式的电动机驱动装置的要部框图。
图3是图1或者图2所示实施方式中的检测电路的电路图的一个例子。
图4是图1或者图2所示实施方式中的检测电路的电路图的其他例子。
图5是图1或者图2所示的实施方式中的检测电路的电路图的另外的其他例子。
图6是图1或者图2所示的实施方式中的检测电路的电路图的另外的其他例子。
具体实施方式
图1是本发明的一个实施方式的要部方框电路图。
符号1是接地的3相交流电源，2是由控制装置11所控制的电磁接触器的接点。3是电动机驱动装置的本体，由把3相交流电源通过整流电路变换为直流电源的电源部6和从直流电源变换成任意的交流电源来驱动电动机M的电动机驱动放大器8构成。
电源部6具有：由把3相交流电源1整流并变换为直流电源的二极管D1～D6构成的整流电路；由用于与各个二极管D1～D6并联着把再生电流返还到交流电源中的集成门双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)构成的开关元件Q1～Q6。另外，还具有把由D1～D6的整流电路整流过的直流输出进行平滑性处理的平滑电容器C1、进而，平滑电容器C的两端电压输出到正侧线4、负侧线5的电源部整流电路的输出线(DC环节)上。控制器7检测再生开始电压，控制开关元件Q1～Q6的开关，把再生电流返回到交流电源中。
另外，电动机驱动放大器8具备：由IGBT等构成的开关元件Q11～Q16和与该开关元件Q11～Q16各自并联连接的二极管D11～D16构成的逆变器电路；控制器9。
电源部6及电动机驱动放大器8的控制器7、9连接至数值控制装置等控制该电动机驱动装置的控制装置11，根据来自该控制装置11的命令，由控制器9对开关元件Q11～Q16进行开关控制，驱动控制电动机M。
上述的电动机电动机驱动装置本体3的构成与现有的电动机驱动装置没有区别。本发明在下述方面与现有技术不同：在该现有的电动机驱动装置上，附加上了检测电动机的绝缘劣化的电动机绝缘劣化检测装置。
在此实施方式中，作为电动机绝缘劣化检测装置，电源部6的整流电流的输出线(DC环节)的负侧线5，通过电阻器R1和电容器C2的串联电路接地G2，进而，设置有检测该电阻器R1两端的电压的检测电路10。同样地，在电源部整流电路的输出线(DC环节)的正侧线4通过电阻器R11和电容器C21的串联电路接地G4，进一步由检测电路10也检测该电阻器R11两端的电压。电阻器R1和电容器C2的串联电路和电阻器R11和电容器C21的串联电路的至少一方存在即可。如果设置双方的串联电路则能够更加可靠地检测出电动机的绝缘劣化。在以下的说明中，对于仅有电阻器R1和电容器C2的串联电路的情况进行描述。另外，检测电路10与控制装置11是连接着的。
通过控制装置11，电磁接触器动作、其接点2开通，并且向电动机驱动装置3供电，由电源部6即整流电路，3相交流电源被整流并交换成直流电源、通过DC环节部的线4、5供给电动机驱动放大器8的逆变器，该逆变器的开关元件Q11～Q16用控制器9控制，进行高速开关动作(数KHz～十数KHz)，变换为任意的频率的交流信号驱动电动机。此时，由于电线的电感或者漂移电容及其他的原因，产生比开关频率高的频率的振动噪音、由于给电动机M的供电线与电动机之间的阻抗的失配而因反射引起波动峰值噪声。以下把这些噪声统称为高频噪声。
这些高频噪声，通过电动机M的对地之间的绝缘阻抗流入接地G3。所谓高频漏电流流动。
高频漏电流由于DC环节的直流电流是其发生源头，当DC环节的负侧线5与接地点G2之间的电阻R1与电容器C2的阻抗和对3相交流电源的阻抗相比足够低的话，该高频漏电流可以被减少到非常低的水准。
另一方面，电动机M的对地之间的绝缘阻抗有其使用寿命，当长年连续使用电动机M时，该绝缘阻抗越来越降低。另外，也存在因使用环境而使线圈受到损害，而造成绝缘阻抗的急遽降低的情况。由于绝缘阻抗的降低，流入大地的高频噪音的量也增加，流入电阻R1、电容C2的高频电流也增加。因此，通过用检测电路10测定因流入该电阻R1、电容C2的电路中的电流而产生的电阻R1的两端的电压，能够检测出电动机的绝缘劣化。
图2是由于本发明的其他的实施例的电动机驱动装置的要部框图。在该图中，与图1的不同之处在于，代替图1中的电阻R1和电容C2的串联电路及电阻R11和电容C21的串联电路，在图2中，电容器C2和电流传感器11的串联电路连接在电源部的整流电路的输出线的负侧线5与地G2之间，及电容器C21和电流传感器12地串联电路连接在整流电路地输出线地正侧线4与地G4之间。电流传感器11及12检测出与在其上流动地电流地大小呈比例的电压并输出到检测电路10。检测电路10通过测定该电压能够检测出电动机的绝缘劣化。
图3是图1或者图2中所示出的实施方式中的检测电路10的电路图的一例。
图3中示出的检测电路101中，由电压检测电路30检测DC环节的负侧线5和接地2之间连接的电阻R1和电容C2的串联电路中电阻R1的两端产生的交流电压的振幅。电压检测电路30的输出被输入到比较器32的+侧端子的同时，还被输入到比较器36的一侧端子。比较器32的一侧端子被输入有由齐纳二极管31决定的基准电压，通过电压检测电路30，比较器36的+侧端子上被输入有由齐纳35决定的基准电压。当检测出的正电压比基准电压高时，通过从比较器输出的信号，晶体管33导通。当检测出的负电压比基准电压低时，通过从比较器36输出的信号，晶体管38导通。在晶体管33上串联连接有光耦合器34的发光元件。通过晶体管33导通，在光耦合器34的发光元件上流过电流，从光耦合器34的受光元件输出的信号作为异常检出信号输出到控制装置11。同样地，在晶体管38上串联连接有光耦合器37的发光元件，当晶体管38导通时，在光耦合器37的发光元件上流过电流，从光耦合器37的受光元件输出的信号作为异常检出信号输出给控制装置11。
因此，如果通过齐纳二极管31及35事先设定基准电压，当电动机的绝缘降低，电阻R1和电容器C2上流动的高频的漏电流增加，电阻R1的两端的电压达到基准电压以上时，由光耦合器34或37输出信号，能够检测出电动机的绝缘阻抗达到了规定值。
该绝缘阻抗的降低的检出在电动机驱动中也可以检测，不必特地为了检测绝缘劣化而停止电动机的驱动，在驱动电动机中，当绝缘阻抗成为规定值以下时，通知控制装置11，据此，通过设置在控制装置11的显示器12等，通知电动机的绝缘降低即可。
图4时在图1或图2中示出的实施方式中检测电路10的电路图的另外的一例。
在图4所示检测电路102中，41是整流电路，由二极管D21～D24及电容器C3、电阻器R2构成。另外，R3～R5是电阻器，C2是电容器，42是齐纳二极管，43是比较器，44是晶体管，45是光耦合器。
DC环节的负侧5和接地G2之间连接的电阻器R1和电容器C2的串联电路中的电阻器R1的两端所产生的交流电压，被输入到整流电路41，用二极管D21～D24整流，用电容器C3变换为平滑流畅的直流，在电阻R2的两端产生直流电压。该直流电压被输入到比较器43的一方的端子中。比较器43的另一方的端子中，输入有由齐纳二极管42决定的基准电压，当被检测出的直流电压比基准电压大时，通过由比较器43输出的信号晶体管44导通。该晶体管44上串联连接有光耦合器45的发光元件，当晶体管44导通时，光耦合器25的发光元件上流过电流，从光耦合器45的受光元件输出的信号作为异常检出信号被输出到控制装置11。
因此，如果通过齐纳二极管42事先设定基准电压，当电动机的绝缘降低，电阻R1和电容器C2上流动的高频漏电流增加，将该高频电流有检测电路10的整流电路41整流而得的直流电压达到基准电压以上时，由光耦合器45输出信号，能够检测出电动机的绝缘阻抗达到了规定值。
该绝缘阻抗的降低的检出同样在电动机驱动中也可以检测，不必特地为了检测绝缘劣化而停止电动机的驱动，在驱动电动机中，当绝缘阻抗成为规定值以下时，通知控制装置11，据此，通过设置在控制装置11的显示器12等，通知电动机的绝缘降低即可。
图5是本发明的另外的实施方式中的检测电路10的框图。通过使用该图5中所示检测电路103作为检测电路10，检测出电动机的绝缘劣化。特别是，对应于绝缘劣化的倾向、电动驱动装置中的电动机驱动放大器的规格(种类)或者电动机的规格(种类)，能够检测出各自的绝缘劣化。
该检测电路103如下构成：连接在DC环节的负侧线5和接地G2之间的电阻器R1和电容器C2的串联电路中的电阻器R1的两端所产生的交流电压被输入到A/D变换器(把模拟信号变换为数字信号的变换器)51中。另外，该检测电路103具备微处理器52和存储器53，由A/D变换器51变换为数字信号的电压信号输入到微处理器52。
存储器53中事先存储有与在电动机驱动装置中使用的电动机驱动放大器8的规格(种类)或者电动机的规格(种类)相对应的使电动机的绝缘劣化进行显示的基准值。另外，电动机驱动放大器8的控制器9中，设置有存储了电动机驱动放大器8的规格(种类)或者电动机的规格(种类)的存储器。
控制装置11从电动机驱动放大器8的控制器9读取电动机驱动放大器的规格(种类)，发送到检测电路103的微处理器52。微处理器52从存储器53读取与被送来的电动机驱动放大器的规格(种类)或者电动机的规格(种类)相对应的基准值，作为检测出绝缘降低的基准值。
同时，电压R1间的高频电压通过整流电路21整流后检测的直流电压用A/D变换器变换成数字信号，微处理器32把该变换成数字信号的检测电压值与基准值相比较，当检测电压超过基准值时，微处理器52把绝缘降低信号发送给控制装置11，控制装置11接受该信号在显示器12进行绝缘降低的显示。
另外，也可以是，基于来自控制装置11的指令，微处理器52把从A/D变换器51输出的检测电压值存储到存储器53的同时，发送给控制装置11，在控制装置11的显示器12中显示该检出电压值，显示绝缘降低的状态。另外，从控制装置11，定期发出存储并显示检测电压值的命令(例如，操作人员以每月一次等定期间隔把该命令输入控制装置11并使其把存储、显示命令输出到微处理器32)，让微处理器52把从A/D变换器51输出的检测电压值存储到存储器53的同时，把存储在该存储器33中的提取的检测电位差的数据全部发送给显示器12，或者把本次的一次或数次之前的检查时的多个数据发送给显示器12，使其显示这些数据。由于显示了对地绝缘阻抗的记录，可以得知绝缘劣化的严重程度。
进而，使用该检测电路103，首先，把在电动机驱动装置3及电动机M的最初开动时(未产生绝缘不良的状态)中，从A/D变换器51输出的检测电压作为第1基准电压预先存储入存储器53的同时，把与判断为电动机的绝缘不良的已知的值的差作为第2基准值存储入存储器53，微处理器52，求出其后依次检出的电压值与第1基准值的差，当该差超出了第2基准值时，判断为绝缘不良，向控制装置11发送绝缘异常的警告信号，在显示器12显示。通过这样，能够可靠地得知从最初的状态演变而成的绝缘劣化。
在上述各个实施方式中，设为在DC环节的负侧的线5上连接电阻器R1和电容器C2的串联电路并接地G2，不过，也可把电阻器R1和电容器C2的串联电路连接至正侧的线4上，并把该串联电路接地。进而，还可以在两线4、5上同时连接该电阻器和电容器的串联电路，通过该串联电路接地。
进而，代替该电阻器和电容的串联电路，也可以如图2所示把电容配置在线4或者/及线5与对地G2之间，设置检测流过该电容的电流的霍尔元件等的电流传感器，用电流传感器检测流过该电容的高频噪声，把该检测电压整流并变换为直流电压，与上述各实施方式同样，检测电动机的绝缘阻抗及其降低。
图6是示出本发明的实施方式中的检测电路的电路图的其他例的框图。在该图中示出的检测电路104中，与图5的不同之处在于，追加上了在图4的电路内整流电路41。DC环节的负侧线5与接地G间连接的电阻器R1和电容器C2的串联电路中的电阻器R1的两端生成的交流电压，输入至整流电路41整流后，用A/D变换器51变换成数字信号。由于其他的结构及动作与图5所示出的检测电路103相同，因而省略其说明。

Claims (10)

1.一种电动机驱动装置，具备：把从交流电源(1)供给的电压用第1整流电路(D1-D6)整流并用电容器(C)进行平滑性处理的电源部(6)；和把该电源部(6)的输出电压变换为驱动电动机(M)的频率的交流电压并驱动电动机的电动机驱动放大器(8)，
其特征在于，具备：
在所述电源部(6)的输出线(4，5)的正极(4)及负极(5)的至少一方和地(G2，G4)之间连接的元件(R1，C2，R11，C21)；和对该元件之间的电压和流过该元件的电流的至少一方进行检测的绝缘劣化检测电路(10、11、12)。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述元件由电容器(C2，C21)和电阻器(R1，R11)串联连接而构成，所述绝缘劣化检测电路为检测所述电阻器两端之间的电压的电压检测电路(10)。
3.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述元件为电容器(C2，C21)和对与流过所述电容器的电流呈比例的电压进行检测的电流传感器(11，12)串联连接而构成，所述绝缘劣化检测电路为检测来自所述电流传感(11，12)的输出电压的电压检测电路(10)。
4.根据权利要求2或3所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电压检测电路(10)具备把所述检测电压与基准电压进行比较的比较器(32，36)，当所述检测电压超出所述基准电压时，在显示器(12)上显示异常。
5.根据权利要求2或3所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电压检测电路(10)具备把所述检测电压变换为对地的直流电压的第2整流电路(41)和把所述第2整流电路的输出电压与基准电压进行比较的比较器(43)，当所述第2整流电路的输出电压超出所述基准电压时，在显示器(12)上显示异常。
6.根据权利要求2或3所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电压检测电路(10)具备把所述检测电压变换为数字信号的A/D变换器(51)；和当由该A/D变换器变换后的电压超出规定值时，使显示器(12)显示异常的处理器(52)。
7.根据权利要求2或3所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电压检测电路(10)具备：把所述检测电压变换成对地的直流电压的第2整流电路(41)；把所述检测电压变换成数字信号的A/D变换器(51)；和当由该A/D变换器变换后的电压超出规定值时，使显示器(12)显示异常的处理器(52)。
8.根据权利要求6或7所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电压检测电路(10)具有存储所述检测出的电压的存储器(53)，所述处理器(52)使所述显示器(12)显示在所述存储器(53)中存储的多个检测电压值。
9.根据权利要求8所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述存储器(53)对所述电动机(M)和所述电动机驱动放大器(8)中至少一个的规格的基准电压值进行存储；当所述检测电压值超出所述基准电压值时，所述处理器(52)使所述显示器(12)显示异常。
10.根据权利要求8所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述存储器(53)把在所述电动机驱动装置及所述电动机中未发生绝缘不良的状态时从所述A/D变换器(51)输出的检测电压值作为第1基准值存储，把判断所述电动机驱动装置和所述电动机为绝缘不良的电压值作为第2基准值存储，当从所述A/D变换器(51)输出的电压值与所述第1基准值的差超出所述第2基准值时，所述处理器(52)使所述显示器(12)显示异常。
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