CN85101415A - 静态伦纳德(Leonard)装置 - Google Patents

Abstract

在静态伦纳德装置可控硅整流器的直流输出线之间跨接一个电容器，并经主电流开关输出到直流电机。当主电流开关断路时，接地开关闭合，使直流输出总线之一接地，形成包括直流电动机的闭合电容放电回路，在该回路中电容器通过直流电动机放电。主电流开关断路期间，可控硅整流器的输出电压对电容器充电。电容器经接地闭合放电回路放电。测定放电电容器在时间坐标中两点之间的电压值，以便计算电容器的放电时间常数，根据算出的时间常数，便能测出直流电动机的绝缘电阻值。

Description

本发明涉及一种用可控硅整流器驱动直流电动机的靜态伦纳德（Static    leonard    apparatus）装置的改进。

用可控硅整流器驱动直流电动机的靜态伦纳德装置中，常常需要测量直流电动机的绝缘电阻。一般这种测量要定期进行，例如每隔三个月测量一次。

按照先有技术，测量每台由可控硅整流器控制的直流电动机绝缘电阻的作法是，打开可控硅整流器一条输出母线上的主电路开关，并且在正输出线（或者负输出线）与地之间接入一个绝缘电阻测试仪。但是，先有技术的实际作法，需要在每台单独的直流电动机上分别接入绝缘电阻测试仪，每测试一次后便拆除。其缺点是测试全部直流电动机的绝缘电阻，需要相当长的时间。因为测量每台直流电动机的绝缘电阻，就需要大约30分钟。一台轧钢机上装有多达一百个直流电动机，为了在一天内完成如此之多的直流电动机绝缘电阻的测量工作，必须投入许多操作人员。因此，目前迫切需要一种改进的方法，以便能够把靜态伦纳德装置中的直流电动机的绝缘电阻，在短时间内简便地测量出来。

本发明的基本目的是提出一个改进的靜态伦纳德装置，使其能够在短时间内简便地测出直流电动机的绝缘电阻，以便满足以上所提的要求。

根据本发明改进的靜态伦纳德装置的特征是，在可控硅整流器的直流输出母线之间接入一个电容器，一条直流输出母线接地，这样便形成一个包括直流电动机在内的闭合电容放电回路;计算出电容器的放电时间常数，便可测定直流电动机的绝缘电阻。

根据以下的详细说明，并参考附图便可明显看出本发明的其他目的和特征。

图1表示根据本发明的靜态伦纳德装置较佳实施方案的结构，

图2、为一个流程示意图，表示在图1绝缘电阻测试电路中的测试步骤;

图3、为图1中闭合放电电路图。

图4、为图3中绝缘电阻器和电容器放电时间常数之间的关系曲线;

图5、为电容器的放电特性曲线图。

图6和图7、为本发明其他实施方案的结构图。

图8、为图7中闭合放电电路图。

图1表明了根据本发明靜态伦纳德装置较佳实施方案的结构。

参照图1，可控硅整流器2通过电源变压器1将来自交流电源AC的交变电流变成直流电流。图1的可控硅整流器是可逆型的。直流电动机4经主电路开关3，联接到可控硅整流器2的直流输出端。虽然可控硅整流器2为可逆型，但为了叙述方便，图1中可控硅整流器2的上、下两条输出线，分别称为正输出线P和负输出线N。在输出线P和N之间接上一个电涌吸收电容器7和电阻器8的串联电路。在输出线P和N之间保留接入一个电压检测电阻9。在正输出线P上接入一个接地开关12，当正输出线P上串接的主电路开关3关断时，其中接地开关12闭合。

电动机控制电路6包括速度控制电路，电流控制电路等等，并由控制电路6向门脉冲发生电路5输入相位控制信号。门脉冲发生电路5则用对应于电动机控制电路6所发出相位控制信号的相位角，触发可控硅整流器2的控制极。电压检测器10A（为一个隔离放大器）将施于电阻器9两端的电压测出来，并将所测得的电压信号V送往门脉冲发生电路5和绝缘电阻检测电路14。电压检测器10A的电压测量信号V，被送到门脉冲发生电路5的原因，是为了在直流电动机4，从电力回转操作到反饋操作的转換期间内，让反饋可控硅整流器的触发相位，保持在对应于电压测量信号V电平的一个预定値上，从而保证直流电动机4立刻减速。在测量直流电动机4的绝缘电阻时，电阻检测指令电路13向门脉冲发生电路5发出一个初始信号S_S，并向绝缘电阻检测电路14，发出一个测量指令信号S_C。图1中阿拉伯数字11表示了直流电动机的绝缘电阻。

靜态伦纳德装置控制可控硅整流器2的触发相位，从而控制直流电动机4，靜态伦纳德装置的这些工作原理，已为人们所熟知，无需详述。

当直流电动机4沒有转动时（此时，主电路开关3关断），接地开关12首先接通，准备测量直流电动机4的绝缘电阻。这时，电容器7处于极板电荷为0的状态。因为一旦停止直流电动机4的运转，电容器7就通过主电路开关3和直流电动机4进行放电。直流电动机4绕组线圈的电阻値一般很小，或小于1欧姆。在接地开关12接通后，电阻检测指令电路13发出的测量初始信号S_S，被送到门脉冲发生器5。门脉冲发生器5响应测量始初信号S_S的作用，在预定週期内影响可控硅整流器2的触发控制极，从而使电容器7充电。虽然，此刻接地开关12在接通状态，但可控硅整流器2的直流输出被电容器7的充电所消耗，因为直流电动机4的绝缘电阻11的阻値R_G是很大的。在电容器7的充电週期内，通过接地开关12电流有可能流过，电容器7在预定充电週期内进行充电以后，接地开关12可能被接通。在电容器7在预定充电週期内进行充电以后，当停止可控硅整流器2的触发控制时（卽锁住门时），电容器7就通过如图3所示的电阻9和直流电动机4（卽绝缘电阻4）进行放电。此时电容器7的放电时间常数用下列公式计算，其中直流电动机4的绕线电阻可以忽略不计：

T＝C×（R₁＋ (R_D×R_G)/(R_D＋R_G) ）

＝C×（R₁＋ (R₁)/(1＋R_G／R_D) ）……（1）式

式中    C：电容器7的电容値。

R₁：电阻器8的电阻値。

R_D：电阻器9的电阻値。

R_G：绝缘电阻値。

在靜态伦纳德装置中，电容器7的电容値C，一般为几微法，电阻器8的电阻値R₁一般为几十欧姆，电阻器9的电阻値R_D，一般为几十万欧姆。另外，虽然直流电动机的绝缘电阻値R_G通常为几兆欧姆-几百兆欧姆，但当产生绝缘失效时，绝缘电阻値R_G降到几万欧姆-几十万欧姆。

从公式（1）计算绝缘电阻値R_G，卽得到下列公式：

R_G＝（ (T)/(C) －R₁）（1＋ (R_G)/(R_D) ）……（2）式

将（2）式左、右两边同除R_G，求出其结果的倒数，卽得出下式：

1/(R_G) ＝ 1/(T／C－R₁) － 1/(R_D) ……（3）式

（3）式的倒数为绝缘电阻値R_G的计算公式：

R_G＝（ 1/(T／C－R₁) － 1/(R_D) ）^－1……（4）式

从（4）式可以看出，放电时间常数T的値越大，（4）式中右边第一项的値越小，这就意味着绝缘电阻値R_G就越大。另一方面，放电时间常数T的値越小，（4）式右边第一项的値越大，这就意味着绝缘电阻値R_G越小。所以，放电时间常数T的値与绝缘电阻値R_G之间是相关的。

特别是当绝缘电阻値R_G变得非常小，以至满足关系式1＞＞R_G/R_D，则（2）式便可以表示为：

R_G＝ (T)/(C) -R₁……（5）式

一般情况下，当R_G＞＞R₁时，电容器7的电容値C为常数。所以，在1＞＞R_GR_D的范围内，绝缘电阻R_G与放电时间常数T的値成正比。图4表示绝缘电阻値R_G（R_G/R_D）与放电时间常数T之间的关系。

由此可以看出，直流电动机4的绝缘电阻値R_G越小，放电时间常数T的値也越小。

现在根据C、R₁、R_D和R_G的实际数値，计算放电时间常数T。

设：电容器7的电容値为4微法，电阻器8的电阻値＝40欧姆，电阻器9的电阻値＝20万欧姆，直流电动机绝缘电阻的正常値＝10兆欧。在上述条件下，根据（1）式，放电时间常数T的计算式如下：

T＝4μF×（40Ω+ (200KΩ×10MΩ)/(200KΩ+10MΩ) ）

当忽略电阻器8的阻値R₁时，则放电时间常数T为：

T≈0.78秒（sec）

另外一种情况，当绝缘电阻値R_G减少到5万欧姆，则放电时间常数T的値为：

T≈0.16秒

由此，可以看出直流电动机4的绝缘电阻値R_G与电容器7的放电时间常数T有关，而且测量放电时间常数T，便可以得知绝缘电阻値R_G。

现在，根据图5说明一种测定放电时间常数T的方法。

假定，电容器7两端的充电电压，用电压检测器10A测定的初始电压値为V₀，电容器开始放电后，在启动电容器放电后的时刻t₁测定的电压値为V₁，从时刻t₁经过一予定时间週期△T之后，在t₂时刻所测得的电压値为V₂。那么，当忽略电阻器8的电阻値R₁时，V₁和V₂的电压可以表示为：

V₁＝V₀×e×p（-t₁/T） …（6）

V₂＝V₀×e×p（-t₂/T） …（7）

用（6）式除以（7）式得出下面的比値：

V₁/V₂＝e×p（-t₁/T+t₂/T……（8）

从（8）式可以算出放电时间常数T：

T＝（t₂-t₁）/loge（V₁/V₂

＝△t/loge（V₁/V₂…（9）

从（9）式可以看出：放电时间常数T与电容器7上的初始放电电压値V₀无关，因而可以根据电压测量时间t₁、t₂和测出的电压値V₁、V₂求出放电时间常数T。

如图1所示，应用电阻检测指令电路13所发出的检测指令信号S_C，绝缘电阻检测电路14执行如图2所示的程序，从电压检测器10A发出的测定电压信号V，用来测量直流电动机4的绝缘电阻値。在时刻t₁，电阻检测指令电路13，产生测试指令信号S_C，该时刻t₁是从可控硅整流器2被门封锁的时刻起（如图5所示时间轴的零点经过一时间周期t₁之后的时刻t₁。

参见图2，应用电阻检测指令电路13发出的检测指令信号S_C，在步骤S₁中，可读出t₁时刻被测量的电压值V₁。在下一步骤S₂中可以判别，在步骤S₁中被测电压值V₁读出后，预置的时间△t是否已经过去。在步骤S₂中判断结果为“是”，则由步骤S₂向步骤S₃进行。在步骤S₃中，可以读出t₂时刻上被测电压值V₂在下一步骤S₄中，便可根据（9）式计算出放电时间常数T。在步骤5中，用步骤4计算出来的放电时间常数T，根据（4）式计算绝缘电阻值R_G。执行上述方法的各个步骤，绝缘电阻检测电路14可检测出绝缘电阻值R_G。

用上述方法可测出直流电动机4的绝缘电阻R_G。为达到测定的目的，须测出电容器7的放电时间常数T，以便检测绝缘电阻值R_G。而在先有技术中，对每个直流电动机联接绝缘电阻检测器的步骤然后再从联接部分上将绝缘电阻检测器拆下来的步骤都成为不必要的了。因此，仅在很短的时间内，即可简便地测定绝缘电阻值。

另外，在图1所示本发明的一个实施方案中，电容器7，可用普通的电涌吸收式电容器，且电压检测器产生检测电压信号，以便控制靜态伦纳德装置，用此方法测量绝缘电阻因而本发明的装置仅仅要求增加一个接地开关，在结构上比较简单。

图6表示的本发明另一个实施方案。这个实施例是图1所示方案的改进，在图6中主电路开关3连接在输出线N中，而接地开关12，跨接在负输出线N与地之间。

图6的实施方案也一样，当接地开关12接通时，就形成了一个闭合放电电路，用来通过直流电动机4对电容器7进行放电。所以，在图6所示的实施方案中，绝缘电阻的测定方法与图1所示的实施方案中的测定方法相似。

图7表示的仍为本发明另一个实施方案的结构。这个实施方案是图1所示实施方案的另一种改进。

参见图7，将四个电阻15a-15d串联到总线P和总线N之间。串联的中点接地，（卽电阻器15b和15c的连接点接地）。电阻器15a、15b的连接点处电位和电阻器15c、15d的连接点处电位输入到一个运算放大器上，做为电压检测器，用来产生检测电压。在输出线P和N之间电压这样的电压检测装置用在靜态伦纳德装置里，此处，总线P和总线N之间的电压（卽主电路电压）相对较低。用这种检测方法。电阻器15a和15b的电阻値约为98千欧姆，电阻器15b和15c的电阻値约为2千欧姆。

在图7所示的实施方案中，电容器7通过图8所示的接地闭合放电电路进行放电。符号R_D1和R_D2分别表示电阻器15a、15b和电阻器15c、15d的电阻阻値之和。在图8中，当直流电动机4的绕组电阻忽略不计时，电容器7的放电时间常数T，可由下列公式求出：

T=C×（R₁+R_D1+ (R_D2×R_G)/(R_D2+R_G) ）……（10）

对照（4）式，可推导出（10）式的绝缘电阻値R_G的表达式如下：

$R_G\mathrm{=\; (}\frac{1}{\frac{T}{C}{\mathrm{-(R}}_1{\mathrm{+\; R}}_{\mathrm{D\; 1}})}-\frac{1}{R_{\mathrm{D\; 2}}}{)}^{\mathrm{-1}}$

……（11）

因此在图7的实施方案中，电容器7也是通过包括直流电动机4的闭合放电电路放电，所以，绝缘电阻的测量方法与图1所示实施方案的方法相似。在图7所示的实施方案中，由于总线P通过电阻器15a和15b接地，因而不需要安装接地开关。

从前面对本发明的详细叙述可认识到：在靜态伦纳德装置中，可以在短时间内简便地测出直流电动机的绝缘电阻値。当应用伦纳德装置时，例如应用在滾动研磨机中，其中包括很多靜态伦纳德装置，此时，本发明展现出特别明显的效果。

前面提到的本发明的实施方案参考到可逆型可控硅整流器的情况。然而很显然，对于装有单向可控硅整流器的靜态伦纳德装置，采用本发明同样有效，另外，当直接测量电容器上的充电电压时，无需用电压检测电阻器，卽可测量直流电动机的绝缘电阻値。

Claims (6)

1、一个静态伦纳德装置，其特征包括：

(a)一个可控硅整流器，将交流电整流为直流电；

(b)一个直流电动机，上述可控硅整流器通过一主电路开关输入到直流电动机；

(c)在上述可控硅整流器的直流输出总线之间跨接一个电容器；

(d)接地装置，用来将一条直流输出总线接地，从而构成一个接地的闭合放电回路，以便通过直流电动机对上述电容器放电，当主电流开关断路时，该接地装置建立起上述接地闭合放电回路；

(e)充电控制装置有效的触发控制该可控硅整流器向上述电容器充电，该充电控制装置在该主电流开关断路时，对该电容器充电；

(f)电压检测装置用来检测该电容器的电压；以及

(g)绝缘电阻检测装置，用来计算该电容器通过该接地闭合放电回路放电的放电时间常数，进而根据算出的放电时间常数，检测该直流电动机的绝缘电阻；

2、根据权利要求1所述的靜态伦纳德装置，其特征为：

该电压检测装置检测该可控硅整流器直流输出总线之间跨接的电阻器两端的电压，并且，在该接地闭合放电回路中，该电阻器与该直流电动机并联。

3、根据权利要求1所述的一个靜态伦纳德装置，其特征为：

该接地装置包含一个开关，当开关闭合时，使该可控硅整流器的直流输出总线之一接地，在主电流开关断路时该接地开关闭合。

4、根据权利要求1所述的一个靜态伦纳德装置，其特征为：

该接地装置，包括多个电阻器跨接在该可控硅整流器直流输出总线之间，且该电阻器的中间接点接地。

5、根据权利要求1所述的一个靜态伦纳德装置，其特征为：

该电容器开始放电后，根据时间座标中的两个适当点上测出的电压値，用上述绝缘电阻检测装置计算放电时间常数。

6、根据权利要求1所述的一个靜态伦纳德装置，其特征为：

该电容器也用作为一个电涌吸收元件。

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