DE102014019603A1

DE102014019603A1 - Motorantriebseinrichtung mit Isolationsstörungsdektektorfunktion und Verfahren zum Detektieren eines Isolationswiderstandes eines Motors

Info

Publication number: DE102014019603A1
Application number: DE102014019603.8A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC CORPORATION Sato Hiroyasu; c/o FANUC CORPORATION Tateda Masaya; c/o FANUC LTD Akira Hirai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: CN104767464B; DE102014019603B4; CN104767464A; US20150194922A1; JP5788538B2; US9404974B2; JP2015129704A

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung weist folgendes auf: eine Gleichrichterschaltung (3), die eingerichtet ist, eine Wechselspannung gleichzurichten; eine Stromversorgungseinheit (4), die eingerichtet ist, eine Gleichspannung mit einem Kondensator (41) glätten; eine Invertereinheit (5), die eingerichtet ist, einen Motor durch Konversion einer Gleichspannung in eine Wechselspannung anzutreiben; eine Stromdetektoreinheit (7), die eingerichtet ist, einen Strom zu messen, der durch einen Widerstand (71) fließt, welcher mit einer Wicklung eines Motors und dem Kondensator verbunden ist; eine Spannungsdetektoreinheit (8), die eingerichtet ist, den Wert einer Spannung zu messen, die über dem Kondensator anliegt; einen zweiten Schalter (9), welcher den Kondensator mit Masse verbindet; und eine Isolationswiderstanddetektoreinheit (10), die eingerichtet ist, einen Isolationswiderstandswert eines Motors zu detektieren unter Verwendung von zwei Sätzen eines Stromwertes und eines Spannungswertes, die in zwei Zuständen gemessen werden, in denen der zweite Schalter ausgeschaltet bzw. eingeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Isolationswiderstandes bei einem Motor und insbesondere eine Motorantriebsvorrichtung mit einer exakten Messfunktion bezüglich des Isolationswiderstandes, bei der der Einfluss von Leckstrom entfernt ist, welcher durch ein Halbleiterschaltungselement eines Inverters strömt, und mit einer Detektorfunktion bezüglich einer Isolationsstörung, sowie ein Verfahren zum Detektieren des Isolationswiderstandes eines Motors.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik bekannt ist eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Funktion zum Detektieren eines Isolationsstörung einer Motorwicklung (Spule) durch Anlegen einer Spannung über einen glättenden Kondensator einer Gleichstromanschlusseinheit zwischen die Motorwicklung und Masse (z. B. japanische Patentveröffentlichung JP-B-4554501 ). Bei einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung wird eine Isolationsstörung des Motors detektiert durch Messung eines Leckstromes, der zwischen einer Motorwicklung und Masse fließt durch Anlagen einer Spannung über einen glättenden Kondensator einer Gleichstromquelle (Gleichstromanschlusseinheit), die an einen Inverter zwischen der Motorwicklung und Masse angeschlossen ist, nachdem mittels eines Schalters die Wechselstromquelle abgeschaltet ist.
Weiterhin bekannt ist eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Invertereinheiten zum Antreiben einer Mehrzahl von Motoren, bei der ein Isolationswiderstand für jeden Motor berechnet wird durch gleichzeitige Detektion von Spannungen und Strömen unter Verwendung einer Spannungsdetektoreinheit einer gemeinsamen Konvertereinheit und einer Mehrzahl von Stromdetektoreinheiten jeder Invertereinheit für jeden Motor (japanische Patentveröffentlichung JP-B-4565036 ; nachfolgend als „Patentveröffentlichung 2” genannt).
Jede der obigen herkömmlichen Techniken verwendet zu Messzwecken eine Hochspannung, die über einen Glättungskondensator angelegt wird, der ursprünglich in dem Inverter enthalten ist, der zur Stromquelle gehört. Deshalb ist es nicht erforderlich, eine besondere Stromquelle für Messzwecke bereitzustellen und deshalb ist der Aufbau auch einfach und jede dieser Techniken stellt ein vorzügliches Verfahren dar mit Messergebnissen hoher Genauigkeit, da eine hohe Messspannung benutzt wird.
Um einen hohen Isolationswiderstand mit großer Genauigkeit zu messen ist es vorteilhaft, den Messstromwert durch Erhöhung der angelegten Spannung zu steigern. Dem entspricht die Tatsache, dass bei vielen Messinstrumenten zum Messen eines Isolationswiderstandes, welche üblicherweise als „Isolationswiderstandsmessgerät” oder „Megohm Tester” bezeichnet werden, hohe Messspannungen, wie 250 [V], 500 [V], und 1000 [V], eingesetzt werden.
1 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Motorantriebseinrichtung mit herkömmlicher Technik gemäß Patentveröffentlichung 2.
Das Messverfahren für den Isolationswiderstand eines Motors mit einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung 100 ist wie folgt: zunächst wird der Anschluss einer Wechselstromquelle an eine Gleichrichterschaltung 1003 unterbrochen durch Ausschalten eines ersten Schalters 1001 in einem Zustand, in dem alle Halbleiterschaltelemente 1051 bis 1056 eines Inverters 1005, der diese Schaltelement enthält, und Dioden 1051d bis 1056d, die daran invers parallel angeschlossen sind, ausgeschaltet sind. Sodann werden ein zweiter Schalter 1009 und ein dritter Schalter 1010 eingeschaltet und ein positiver Anschluss 1042 eines Glättungskondensators 1041 einer Gleichstromverbindungseinheit 1004 wird an Masse angeschlossen. Im Ergebnis wird eine Spannung des Kondensators 1041 der Gleichstromverbindungseinheit 1004 zwischen Spulen 1061 bis 1063 eines Motors 1006 und Masse angelegt. Dabei fließt ein Strom durch einen geschlossenen Kreis, der mit gestrichelter Linie angedeutet ist (vgl. 1), gebildet aus dem Kondensator 1041, der Motorspule (z. B. 1062), und der Masse, wobei der Strom gemessen wird durch einen Strommesskreis 1007, der zwischen der Motorspule 1062 und dem Minusanschluss 1043 des Kondensators 41 der Gleichstromverbindungseinheit 1004 angeordnet ist. Gleichzeitig wird auch eine Spannung zwischen Anschlüssen des Kondensators 1041 der Gleichstromverbindungseinheit 1004 mittels eines Spannungsmesskreises 1008 gemessen, der parallel zur Gleichstromverbindungseinheit 1004 geschaltet ist, unter Verwendung eines Detektionswiderstandes 1081 und eines Spannungsteilungswiderstandes 1082. Dann ergibt sich der Isolationswiderstandswert zwischen dem Motor 1006 und der Masse aus dem Spannungswert und dem Stromwert, die mit der obigen Messung erhalten werden.
2 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Verbindung zwischen dem geschlossenen Kreis und dem Halbleiterschaltelement bei einer Messung des Isolationswiderstandes in dem Aufbau gemäß 1 im Vergleich zu der herkömmlichen Motorantriebseinrichtung. Zur Zeit der Messung ist der erste Schalter 1001 im AUS-Zustand und deshalb ist die Verbindung zur Wechselstromquelle 1002 unterbrochen. Der zweite Schalter 1009 und der dritte Schalter 1010 sind im EIN-Zustand und deshalb ist der positive Anschluss 1042 der Gleichstromverbindungseinheit 1004 an Massen angeschlossen und der Strommesskreis 1007 ist an den negativen Anschluss 1043 der Gleichstromverbindungseinheit 1004 angeschlossen. „RU_–IGBT bedeutet einen äquivalenten Isolationswiderstandswert wenn die Halbleiterschaltelemente 1051, 1053 und 1055 im oberen Zweig des Inverters im Zustand AUS sind, „RD_–IGBT” bedeutet einen äquivaltenden Isolationswiderstandswert wenn die Halbleiterschaltelemente 1052, 1054 und 1056 im unteren Zweig des Inverters im Zustand AUS sind, „RM” bedeutet einen Isolationswiderstandswert zwischen der Spule des zu vermessenden Motors und Masse, und „RC” bedeutet einen Widerstandswert wenn die Reihenverbindung eines Spannungsteilungswiderstandes 1072 und eines Stromdetektorwiderstandes 1071 im Strommesskreis 1007 durch einen Widerstand repräsentiert werden.
Beim Stand der Technik fließt aufgrund der hohen Spannung über dem Glättungskondensator 1041 ein Leckstrom durch die Halbleiterschaltelemente 1052 bis 1056 im AUS-Zustand des Inverters 1005 und diese Ströme überlagern den Messstrom und deshalb besteht das Problem der reduzierten Messgenauigkeit, insbesondere bei höheren Temperaturen, wenn der Leckstrom durch die Halbleiterschaltelemente ansteigt.
In der obigen Beschreibung betrifft der „im AUS-Zustand durch die Halbleiterschaltelemente fließende Leckstrom” beim Beispiel eines IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einen Leckstrom, der vom Kollektor zum Emitter fließt, wenn der IGBT im AUS-Zustand ist.
Der Leckstrom im AUS-Zustand ergibt sich aus den elektrischen Parametern, und ist durch ein Symbol I_CES in dem IGBT repräsentiert und wird üblicherweise als „Kollektor-Emitter-Leckstrom” bezeichnet. Der Kollektor-Emitter-Leckstrom (I_CES) ist gegeben als derjenige Leckstrom, der vom Kollektor zum Emitter fließt wenn eine bestimmte Spannung (üblicherweise eine Maximalspannung) zwischen Kollektor und Emitter angelegt wird in einem Zustand, in dem das Gate und der Emitter kurzgeschlossen sind, d. h. in einem Zustand, in welchem der IGBT vollständig ausgeschaltet ist.
Der Kollektor-Emitter-Leckstrom (I_CES) eines IGBT hat einen starke Temperaturabhängigkeit und steigt exponentiell mit der Temperatur an.
Es ist bekannt, dass ein solcher Anstieg des Leckstromes im AUS-Zustand mit steigender Temperatur nicht nur bei IGBT beobachtet wird, sondern auch bei anderen Halbleiterschaltelementen, wie MOS-FET. Beispielsweise werden bei einem MOS-FET derartige elektrische Eigenschaften durch das Symbol I_DSS als Drain-Source-Leckstrom im AUS-Zustand bezeichnet.
Im Allgemeinen wird der Anstieg des Leckstromes I_CES bei hohen Temperaturen in dem IGBT bei Verwendung in einem Inverter zum Antreiben eines Motors als Problem hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt von erhöhtem Verlust angesehen. Wenn jedoch der Leckstrom I_CES in der Größenordnung von einigen zehn [μA] liegt, ist dies eigentlich zu vernachlässigen unter dem Gesichtspunkt von Verlusten beim Motorantrieb, jedoch verursacht im Stand der Technik der Leckstrom I_CES eine Verringerung der Messgenauigkeit des Isolationswiderstandes eines Motors.
Wie es sich aus 2 ergibt, liegt das Problem des Standes der Technik darin, dass der durch die Halbleiterschaltelemente 1051 bis 1056 im AUS-Zustand fließende Leckstrom den Strom überlagert (vgl. Strom I gemäß gestrichelter Linie und Pfeil in 2), der das eigentliche Ziel der Messung darstellt und durch den Isolationswiderstand Rm zwischen dem Motor 106 und der Masse (vgl. 1) und direkt in den Strommessschaltkreis 1007 fließt (vgl. I_LEAK gemäß der Strick-Punkt-Linie gemäß 2) und deshalb verursacht der durch die Halbleiterschaltelemente 1051 bis 1056 fließende Strom direkt einen Messfehler.
Wenn im Stand der Technik der durch die Halbleiterschaltelemente 1051 bis 1056 fließende Strom hinreichend klein ist, sodass er im Vergleich zum Messstrom vernachlässigbar ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Messgenauigkeit bezüglich des Isolationswiderstandes des Motors 106 ein praktisches Problem darstellt.
Ein Maßstab zur Beurteilung, ob der äquivalente Isolationswiderstandswert der Halbleiterschaltelement 1041 bis 1056 im AUS-Zustand die Messgenauigkeit bezüglich des Isolationswiderstandswertes des Motors erheblich beeinflusst oder nicht, kann wie folgt gefunden werden: Ist der äquivalente Isolationswert der Halbleiterschaltelemente 1051 bis 1056 im AUS-Zustand hinreichend groß im Vergleich zum Isolationswiderstandswert des Motors 106, der vermessen werden soll, dann kann davon ausgegangen werden, dass kein problematischer Einfluss besteht. Ist aber der äquivalente Isolationswiderstandswert der Halbleiterschaltelemente 1051 bis 1056 gleich oder kleiner als der Isolationswiderstandswert des zu vermessenden Motors 106, ist es schwierig, die Isolationswiderstandsmessung mit hinreichend guter Genauigkeit durchzuführen. Dies ergibt sich auch offensichtlich aus dem Ersatzschaltbild gemäß 2.
3 zeigt einen Graphen bezüglich der Relation (Temperaturabhängigkeit) zwischen dem Kollektor-Emitter-Leckstrom I_CES [μA], also des Leckstromes bei einem IGBT mit einer typischen Durchschlagspannung von 1200 [V], wie er bei einem industriellen Inverter verwendet wird, und einer Temperatur T_j [°C] an der Sperrschicht.
Der Graph gemäß 3 wird gewonnen durch Messung des Stromes in parallelem Anschluss, bei dem die drei Kollektoren und drei Emitter im oberen Zweig der IGBT verbunden sind, wie bei einem Einsatz der IGBT in einem drei-phasigen Inverter. Ein Graph, der gewonnen wurde durch ähnliche Parellelschaltung der drei Kollektoren und drei Emitter im unteren Zweig der IGBT würde genau so aussehen wie beim oberen Zweig und deshalb ist in 3 nur ein Graph dargestellt.
Ein Wert, der gewonnen wird durch Division einer Spannung von 1200 [V], welche zwischen Kollektor und Emitter bei der Messung angelegt wird, durch den Leckstrom I_CES (μA), welcher vom Kollektor zum Emitter fließt, was aus dem Graphen gemäß 3 ablesbar ist, ergibt den äquivalenten Isolationswiderstandswert zwischen Kollektor und Emitter bei jeder Temperatur des IGBT. Nachfolgend wird mit Blick auf den Graphen gemäß 3 erläutert, wie der Leckstrom des IGBT die Isoltionswiderstandsmessung beim Stand der Technik bei jeweiligen Temperaturen beeinflusst.
Bei Raumtemperatur (25[°C]) ist der Leckstrom bei IGBT im AUS-Zustand so klein wie etwa 0,3 [μA] und dies entspricht etwa 4 [GΩ] in Einheiten des äquivalenten Isolationswiderstandswertes des IGBT. Dieser Wert ist hinreichend groß im Vergleich zum Isolationswiderstandswert (100 [MΩ] bis 1 [MΩ]) des zu vermessenden Motors und deshalb kann davon ausgegangen werden, dass der Leckstrom des IGBT die Messgenauigkeit des Isolationswiderstandswertes des Motors bei Raumtemperatur nicht nennenswert beeinflusst.
Steigt aber die Temperatur des IGBT an, steigt auch der Leckstrom des IGBT exponentiell an. Beträgt die Sperrschichttemperatur T_j 80[°C], beträgt der Leckstrom des IGBT etwa 40 [μA] und dies bedeutet für den äquivalenten Isolationswiderstandswert des IGBT, dass dieser Wert sich auf etwa 30 [MΩ] reduziert. In diesem Falle ergibt sich, dass der äquivalente Isolationswiderstandswert auf einen Pegel abfällt, welcher die Messgenauigkeit aufgrund des Leckstromes des IGBT bei Messung des Isolationswiderstandswertes des Motors gemäß dem Stand der Technik beeinflusst.
Steigt die Sperrschichttemperatur T_j auf 100 [°C], dann steigt der Leckstrom beim IGBT im AUS-Zustand auf etwa 200 [μA] und der äquivalente Isolationswiderstandswert des IGBT beträgt etwa 6 [MΩ]. In diesem Falle verringert sich der äquivalente Isolationswiderstandswert auf einen Widerstandswert, der gleich ist oder kleiner als der Isolationswiderstandswert des zu vermessenden Motors und deshalb wird es schwierig, die Isolationswiderstandswertsmessung mit hirneichender Genauigkeit durchzuführen.
Wie oben erläutert, ist bei einem IGBT mit den in 3 dargestellten Eigenschaften der Temperaturbereich, in dem es möglich ist, Isolationsstörungen eines Motors mit herkömmlicher Technik zu detektieren, begrenzt auf einen Bereich von Temperaturen um die Raumtemperatur herum oder geringer, also in Zuständen mit höherer Temperatur (z. B. unmmittelbar nach Anlaufen des Motors mit dem Inverter etc.) ein Problem hinsichtlich der Messgenauigkeit bezüglich des Isolationswiderstandes eines Motors und der Detektion einer Isolationsstörung wegen des Einflusses des Leckstromes in den Halbleiterschaltelementen.
Wie oben erläutert ist, überlagert der Leckstrom, welcher durch die Halbleiterschaltelemente des Inverters fließt, welcher mit der Motorwicklung (Spule) und der Gleichstromanschlusseinheit verbunden ist, den Messstrom und deshalb entsteht insbesondere bei hohen Temperaturen und steigendem Leckstrom das Problem reduzierter Genauigkeit bei der Isolationswiderstandsmessung.
Die vorliegende Erfindung widmet sich diesen Problemen und hat zum Ziel, eine Motorantriebseinrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Isolationswiderstandes bereitzustellen, bei denen eine genaue Messung des Isolationswiderstandswertes und eine Isolationsstörungsdetektion eines Motors mit einem einfachen Aufbau ermöglicht sind durch sichere Elimination des Einflusses von Leckstrom durch Halbleiterschaltelemente in einem Inverter, und zwar auch dann, wenn die Temperatur hoch ist, unter Verwendung einer Hochspannung über einen Glättungskondensator einer Gleichstromanschlusseinheit, die im Inverter als Stromquelle vorhanden ist.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält folgendes: eine Gleichrichterschaltung, die eingerichtet ist, eine Spannung für Wechselstrom, welche über einen ersten Schalter von einer Wechselstromquelle geliefert wird, in eine Spannung für Gleichstrom zu wandeln; eine Stromquelleneinheit, die eingerichtet ist, mittels eines Kondensators die in der Gleichrichterschaltung gleichgerichtete Spannung für Gleichstrom zu glätten; eine Invertereinheit, die eingerichtet ist, mittels einer Schaltoperation eines Halbleiterschaltelementes einen Motor zu versorgen durch Wandlung einer durch die Stromquelleneinheit geglättete Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung; eine Stromdetektoreinheit, die eingerichtet ist, einen Wert des durch einen Widerstand fließenden Stromes zu messen, von dem ein Ende mit einer Wicklung des Motors und das andere Ende mit einem Anschluss des Kondensators verbunden sind; einen zweiten Schalter, welcher den anderen Anschluss des Kondensators erdet; und eine Isolationswiderstandsdetektoreinheit, die eingerichtet ist, den Betrieb des Motors zu stoppen, den ersten Schalter auszuschalten und einen Wert eines Isolationswiderstandes des Motors zu detektieren, wobei es sich um einen Widerstand zwischen der Wicklung des Motors und Masse handelt, unter Verwendung von zwei Sätzen eines Stromwertes und eines Spannungswertes, die in zwei Zuständen gemessen werden, d. h. in einem Zustand, in dem der zweite Schalter ausgeschaltet ist und in einem Zustand, in dem der zweite Schalter eingeschaltet ist.
Ein Verfahren zum Detektieren eines Isolationswiderstandes eines Motors gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung enthält folgende Schritte: einen Schritt der Gleichrichtung, mittels einer Gleichrichterschaltung, einer Wechselstromspannung, die von einer Wechselstromquelle über einen ersten Schalter geliefert wird, in eine Gleichstromspannung; einen Schritt des Glättens einer in der Gleichrichterschaltung gleichgerichteten Gleichstromspannung mittels einer Gleichspannungsquelle und eines Kondensators; einen Schritt des Antreibens, mittels einer Invertereinheit, eines Motors durch Wandlung einer Gleichstromspannung, die mittels der Stromquelleneinheit geglättet ist, in eine Wechselstromspannung durch Schaltoperationen eines Halbleiterschaltungselementes; einen Schritt des Messens, mittels einer Stromdetektoreinheit, des Wertes eines Stromes, der durch einen Widerstand fließt, von dem ein Ende mit einer Wicklung des Motors und das andere Ende mit einem Anschluss des Kondensators verbunden sind; einen Schritt des Messens, mittels einer Spannungsdetektoreinheit, einer Spannung über beide Enden des Kondensators; einen Schritt der Bereitstellung eines zweiten Schalters, welcher den anderen Anschluss des Kondensators an Masse legt; einen Schritt des Stoppens des Betriebs des Motors und Ausschalten des ersten Schalters; einen Schritt des Ausschaltens des zweiten Schalters und des Messens eines Stromwertes und eines Spannungswertes; einen Schritt des Einschaltens des zweiten Schalters und des Messens eines Stromwertes und eines Spannungswertes; und einen Schritt des Detektierens eines Wertes des Isolationswiderstandes, bei dem es sich um einen Widerstand zwischen der Wicklung des Motors und Masse handelt, unter Verwendung von zwei Sätzen eines Stromwertes und eines Spannungswertes, die in zwei Zuständen gemessen werden, nämlich einem Zustand, in dem der zweite Schalter ausgeschaltet ist, und einem Zustand, in dem der zweite Schalter eingeschaltet ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher durch Lektüre der nachfolgenden Beschreibung mit Blick auf die Figuren:
1 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen Motorantriebseinrichtung;
2 ist eine Ersatzschaltbild eines geschlossenen Kreises und eines Halbleiterschaltungselementes bei einer Isolationswiderstandsmessung mit einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung;
3 zeigt einen Graphen, welcher die Temperaturabhängigkeit eines Kollektor-Emitter-Leckstromes zeigt wenn ein IGBT im AUS-Zustand ist;
4 zeigt den Aufbau einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs bei einem Verfahren zum Detektieren einer Isolationsstörung unter Verwendung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 ist ein Ersatzschaltbild zur Zeit einer erstmaligen Messung, bei der ein zweiter Schalter ausgeschaltet ist, unter Verwendung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ist ein Ersatzschaubild zur Zeit einer zweiten Messung in einem Zustand, in dem der zweite Schalter umgeschaltet ist, unter Verwendung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 zeigt den Aufbau einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbespiel der Erfindung;
9 zeigt den Aufbau einer Schaltung einer Spannungsdetektoreinheit einer Konvertereinheit und einer Schaltung einer Stromdetektoreinheit eines Inverters gemäß 8; und
10 zeigt den Aufbau einer Steuerung auf höherer Ebene.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Einzelnen
Nachfolgend werden mit Bezug auf die Figuren eine Motorantriebsvorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Isolationswiderstandes eines Motors gemäß der Erfindung beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass der technische Bereich der Erfindung nicht auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern die Erfindung und deren Äquivalente umfasst, wie in den Ansprüchen beschrieben.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
4 zeigt den Aufbau einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Eine Motorantriebsvorrichtung 101 gemäß dem Ausführungsbeispiel enthält folgendes: eine Gleichrichterschaltung 3, die eingerichtet ist, eine Wechselstromspannung, welche über einen ersten Schalter 1 von einer Wechselstromquelle 2 geliefert wird, in eine Gleichstromspannung gleichzurichten; eine Stromquelleneinheit 4, die eingerichtet ist, mit einem Kondensator 41 eine durch die Gleichrichterschaltung 3 gleichgerichtete Gleichstromspannung zu glätten; eine Invertereinheit 5 mit Halbleiterschalterelementen 51 bis 56 und Dioden 51d bis 56d, die invers parallel dazu geschaltet und eingerichtet sind, einen Motor 6 anzutreiben durch wandeln einer mittels der Stromquelleneinheit 4 geglätteten Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung durch Schaltbetrieb der Halbleiterschaltelement 51 bis 56; eine Stromdetektoreinheit 7, die eingerichtet ist, die Stärke eines Stromes zu messen, der durch Widerstände 71 und 72 fließt, von denen ein Ende mit Wicklungen 61 bis 63 des Motors 6 und das andere Ende mit einem Anschluss 43 des Kondensators 41 verbunden ist; eine Spannungsdetektoreinheit 8, die eingerichtet ist, einen Spannungswert zu messen, der über beiden Anschlüssen des Kondensators 41 liegt; einen zweiten Schalter 9, welcher den anderen Anschluss 42 des Kondensators 41 erdet; und eine Isolationswiderstandsdetektoreinheit 10, die eingerichtet ist, den Betrieb des Motors zu stoppen, den ersten Schalter 1 auszuschalten und einen Wert des Isolationswiderstandes zu detektieren, bei dem es sich um den Widerstand zwischen den Wicklungen 61 bis 63 des Motors und der Erde handelt, unter Verwendung von zwei Sätzen jeweils eines Stromwertes und eines Spannungswertes, die in zwei Zuständen gemessen werden, wobei in einem Zustand der zweite Schalter 9 ausgeschaltet ist und in einem anderen Zustand der zweite Schalter 9 eingeschaltet ist.
Die Isolationswiderstandsmessung des Motors wird wie folgt ausgeführt. 5 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs beim Verfahren für die Detektion einer Isolationsstörung unter Verwendung der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Zunächst wird in Schritt S101 der Betrieb des Motors 6 gestoppt und alle Halbleiterschaltelemente 51 bis 56 des Inverters 5 werden in den AUS-Zustand gebracht, um den Isolationszustand des Motors zu messen.
Sodann wird in Schritt S102 die Wechselstromquelle 2 ausgeschaltet durch Ausschalten des ersten Schalters 1. Sodann wird in Schritt 103 in einem Zustand, in dem der zweite Schalter 9, welcher den positiven Anschluss 42, also ein Ende des Kondensators 41, mit Masse verbindet, ausgeschaltet ist mit der Spannungsdetektoreinheit 8 die Spannung über beide Anschlüsse des Kondensators 41 gemessen und die Stromdetektoreinheit 7 misst den Strom, welcher durch den Detektorwiderstand 41 fließt, welcher ein Ende der Motorwicklung und den negativen Anschluss 43 verbindet, also den anderen Endanschluss des Kondensators 41. Dabei erfolgt die sogenannte erste Messung, bei der die Spannung und der Strom gleichzeitig gemessen werden durch gleichzeitige Aktivierung der Spannungsdetektoreinheit 8 und der Stromdetektoreinheit 7. Durch Messung des Wertes der Spannung über beiden Endanschlüssen des Kondensators 41 und der Stärke des Stromes mit der Stromdetektoreinheit 7 zum gleichen Zeitpunkt, wie oben beschrieben, erfolgt die erste Messung zur Ermittlung des Leckstromes durch die Halbleiterschaltungselemente und des äquivalenten Isolationswiderstandes der Halbleiterschaltungselemente. Sodann werden in Schritt S104 die Ergebnisse der ersten Messung in einem Speicher 11 abgelegt.
Bei der herkömmlichen Technik ist ein Schalter, wie der dritte Schalter 110 gemäß 1, vorgesehen zur Verbindung und Unterbrechung des Strommesskreises 107, bei der Motorantriebsvorrichtung 101 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung hingegen ist ein Schalter, welcher die Stromdetektoreinheit 7 abtrennt nicht vorgesehen und die Stromdetektoreinheit 7 ist laufend elektrisch verbunden, folgende Maßnahmen ermöglicht: Erhöhung des Widerstandswertes des Spannungsteilerwiderstandes 72 der Stromdetektoreinheit 7 und Reduzierung des durch die Stromdetektoreinheit 7 fließenden Stromes wenn der Motor 6 in Betrieb ist auf einem Pegel, der nicht den Betrieb des Motors 6 stört.
Die sogenannte erste Messung ist eine Messung in einem Zustand, in dem der zweite Schalter 9 ausgeschaltet ist und deshalb kein Strom zur Masse fließt, jedoch nur Strom von dem Plusanschluss 43 zum Minusanschluss 42 des Kondensators durch die Halbleiterschaltelemente 51 bis 56 und die Widerstände 71 und 72 der Stromdetektoreinheit 7. Dementsprechend ist es möglich, einen Äquivalentstrom bei der ersten Messung gemäß 6 darzustellen.
In 6 repräsentieren eine oberer und ein unterer Widerstand R_–IGBT, die in Reihe geschaltet sind, den Isolationswiderstandswert wenn die Halbleiterschaltelemente 51, 53 und 55 im oberen Zweig des Inverters 5 im AUS-Zustand sind, bzw. den Isolationswiderstandswert wenn die Halbleiterschaltelemente 52, 54 und 56 des unteren Armes im AUS-Zustand sind, und RC repräsentiert die Reihenschaltung des Spannungsteilerwiderstandes 72 und des Detektorwiderstandes 71 der Stromdetektoreinheit 7 als einen einzigen Widerstand.
Der Isolationswiderstand bei Halbleiterelementen 51 bis 56 im AUS-Zustand bedeutet bei Verwendung von IGBT als Halbleiterschaltelementen den äquivalenten Isolationswiderstand zwischen dem Kollektor und Emitter des IGBT in dem AUS-Zustand, welcher gewonnen wird durch Teilung der Spannung, welche zwischen dem Kollektor und Emitter des IGBT in dessen AUS-Zustand angelegt ist, durch den Lecktstrom, welcher vom Kollektor zum Emitter im AUS-Zustand fließt.
In 4 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem ein Motor mit drei Phasen als Motor 6 eingesetzt wird. Bei einem Inverter, der einen drei-phasigen Motor antreibt, sind drei serielle Verbindungen von zwei Sätzen von Halbleiterschaltelementen im oberen Arm und im unteren Arm mit beiden Anschlüssen des Kondensators 41 verbunden. Jeder Verbindungspunkt der Halbleiterschaltelemente im oberen Arm und im unteren Arm ist zwischen Anschlüssen jeder Phase des Motors angeschlossen und die drei Anschlüsse jeder Phase des Motors sind über die Motorwicklungen 61 bis 63 verbunden. Deshalb kann angenommen werden, dass der obere Wert R_–IGBT der kombinierte Widerstand ist wenn die drei Stromschaltelemente des oberen Zweiges parallel geschaltet sind, und es kann angenommen werden, dass der untere Wert R_–IGBT der kombinierte Widerstandswert ist wenn die drei Stromschaltelemente im unteren Zweig parallel geschaltet sind.
Für die zwei Sätze von Halbleiterschaltelementen, die im oberen Zweig und im unteren Zweig in Reihe geschaltet sind, können, wie bei einem Inverter 5 üblich, die gleichen elektrischen Eigenschaften angenommen werden. Deshalb kann weiterhin gemäß 3 davon ausgegangen werden, dass die äquivalenten Isolationswiderstandswerte der Halbleiterschaltelemente im oberen Zweig gleich sind denen der Halbleiterschaltelemente im unteren Zweig.
Wenn gemäß dem Ersatzschaltbild nach 6 eine Gleichstromanschlussspannung V_DC1 über beiden Enden des Kondensators 41, wie von der Spannungsdetektoreinheit 8 gemessen, ein Strom I₁, welcher durch den Stromdetektorwiderstand RC fließt, wie von der Stromdetektoreinheit 7 gemessen, und eine Spannung V_IN1 über beide Enden des RC von den Messergebnissen her bekannt sind, und der Widerstandswert des RC bereits bekannt ist, kann durch Anwendung von Kirchhoffs Gesetz unter Berücksichtigung des Stromes, der an dem Punkt P einfließt und abfließt, der äquivalente Isolationswiderstandswert R_–IGBT des Halbleiterschaltungselementes mittels Rechnung der Recheneinheit 12 gefunden werden.
Im Einzelnen, entsprechend 6: durch Anwendung von Kirchhoffs erstem Gesetz am Knotenpunkt P ist es möglich, den äquivalenten Isolationswiderstandswert R_–IGBT zu berechnen. Zunächst sei der durch den RC des Strommesskreises fließende Strom I₁, der durch den IGBT im oberen Zweig fließende Strom sei I_1a, und der durch den IGBT im unteren Zweig fließende Strom sei I_1b. Durch Anwendung von Kirchhoffs erstem Gesetz am Knotenpunkt P wird die nachfolgende Gleichung gewonnen weil die Summe der Ströme aller an den Knoten angeschlossenen Zweige null ist. I_1a – I_1b – I₁ = 0 (1)
Werden die Terme I_1a, I_1b und I₁ in der obigen Gleichung (1) durch die gemessenen Spannungen V_DC1 und V_in1 und die jeweiligen Widerstandswerte R_IGBT und den RC-Wert ausgedrückt, ergibt sich die folgende Gleichung (2).
Durch Vereinfachung der Gleichung (2) ergibt sich die folgende Gleichung (3) zur Berechnung von R_–KGBT.
Die Spannung V_dc1 über beide Endanschlüsse des Kondensators 71, die bei der ersten Messung gewonnen worden ist, der Strom I₁, welcher durch den Stromdetektorwiderstand RC fließt, der gemessen wird durch die Stromdetektoreinheit 7, die Spannung V_in1 über beide Endanschlüsse des RC, und der Isolationswiderstandswert von R_–IGBT, der gewonnen wird als Ergebnis der Berechnung in der arithmetischen Recheneinheit 12, werden im Speicher 11 abgespeichert, da sie später verwendet werden zur Ermittlung des Isolationswiderstandes des Motors.
Sodann wird in Schritt S105, in einem Zustand, in dem der zweite Schalter 9, welcher den positiven Anschluss 42, also einen Endanschluss des Kondensators 41, mit Masse verbindet, eingeschaltet ist, die über den Kondensator 41 angelegte Spannung zwischen die Wicklungen 61 bis 63 des Motors und die Masse angelegt und somit ein Stromfluss verursacht, der durch einen geschlossen Kreis geht, welcher gebildet ist durch den Kondensator 51, die Wicklungen 61 bis 63 des Motors, und die Masse. In diesem Zustand wird unter Verwendung der Spannungsdetektoreinheit 8, welche die Spannung über beide Enden des Kondensators 41 misst, und der Stromdetektoreinheit 7, welche den durch den Detektorwiderstand 71 fließenden Strom misst, und des Widerstandes, welcher ein Ende der Wicklungen 61 bis 63 des Motors mit der negativen Anschlussseite 43 verbindet, welche einen Endanschluss des Kondensators bildet, die zweite Messung zum Ermitteln des Isolationswiderstandswertes zwischen den Wicklungen 61 bis 63 des Motors und der Masse ausgeführt durch Messung des Spannungswertes über beide Enden des Kondensators 41 und der Stromstärke der Stromdetektoreinheit 7, beides zur gleichen Zeit. Bei der zweiten Messung werden die Spannung und der Strom zur gleichen Zeit dadurch gemessen, dass die Spannungsdetektoreinheit 8 und die Stromdetektoreinheit 7 zur gleichen Zeit betrieben werden. Nach der zweiten Messung wird der zweite Schalter 9 in Schritt 106 in den AUS-Zustand rückgeführt.
Es ist möglich, ein Ersatzschaltbild gemäß 7 für den Zeitpunkt der zweiten Messung aufzustellen. In 7 bedeutet Rm den Isolationswiderstand, der zu ermitteln ist, zwischen den Wicklungen 61 bis 64 des Motors und der Masse. Wie auch in 6, bedeutet „R_–IGBT” den äquivalenten Isolationswiderstandswert wenn die Halbleiterschaltelemente 51 bis 56 im AUS-Zustand sind, und „RC” bedeutet die Reihenschaltung des Detektionswiderstandes 71 und des Spannungsteilerwiderstandes 72 der Stromdetektoreinheit 7, als ein Widerstand repräsentiert. Die Schaltung gemäß 7 entspricht dem Ersatzschaltbild gemäß 6, zu dem der Isolationswiderstand Rm zwischen Masse und Motorwicklung zugefügt ist. Zum Zeitpunkt der zweiten Messung wird in der Stromdetektoreinheit 7 die Stromstärke, welche die Stärke des durch den geschlossenen Kreis aus Kondensator 41, Wicklungen 61 bis 63 des Motors, und Masse fließenden Stromes ist, und der Stromstärke eines Teils des Leckstromes gemessen, welcher durch die Halbleiterschaltelemente 51 bis 56 im AUS-Zustand fließt.
Sodann werden in Schritt S07 die Ergebnisse der zweiten Messung in dem Speicher abgelegt und es erfolgt eine Rechenoperation zur Ermittlung des Isolationswiderstandswertes aus den Ergebnissen der ersten Messung und der zweiten Messung. Wenn bei dem Ersatzschaltbild gemäß 7 eine Gleichstromverknüpfungsspannung V_dc2 über beide Endanschlüsse des Kondensators, welche mit der Spannungsdetektoreinheit 8 gemessen wird, ein Strom I₂, der durch den Stromdetektorwiderstand RC fließt, welcher mit der Stromdetektoreinheit 7 gemessen wird, und eine Spannung V_in2 über beide Endanschlüsse des RC aus den Messungen bekannt sind, wobei der Widerstandswert des RC bereits bekannt ist und der äquivalente Isolationswiderstandswert R_–IGBT der Halbleiterschaltelemente 51 bis 56 aus der Rechenoperation bezüglich der Ergebnisse der vorangegangenen Messung ebenfalls bekannt ist, ist es möglich, den Isolationswiderstand Rm zwischen dem Motor und Masse zu berechnen, welcher den einzigen unbekannten Wert darstellt im Ersatzschaltbild entsprechend 7, in dem vier Widerstände in der Art einer H-Brücke geschaltet sind.
Es ist möglich, den Isolationswiderstand Rm durch Anwendung von Kirchhoff's erstem Gesetz am Knoten P zu berechnen und einen Rechenwert, welcher bei der ersten Messung gewonnen wurde, für den Wert von R_–IGBT einzusetzen. Entsprechend 7 sei der durch den RC des Strommesskreises fließende Strom I₂, ein durch den IGBT im oberen Zweig fließender Strom sei I_2a, ein durch den IBGT im unteren Zweig fließender Strom sei I_2b, und ein durch den Isolationswiderstand Rm des Motors fließender Strom sei I_2c. Wird Kirchhoff's erstes Gesetz am Knoten P angewandt, dann ist die Summe der Ströme, die von allen Zweigen in den Knoten fließen null und somit ergibt sich die nachfolgende Gleichung: I_2a + I_2c – I_2b – I₂ = 0 (4)
Werden die Terme I_2a, I_2b, I_2c und I₂ in der obigen Gleichung (4) ausgedrückt unter Verwendung der gemessenen Spannungen V_dc2 und V_in2 und jedes Widerstandswertes R_–IBGT, und die Terme Rm und Rc eingesetzt, ergibt sich die folgende Gleichung (5).
Durch Vereinfachung der Gleichung (5) ergibt sich die nachfolgende Gleichung (6).
Durch Einsetzen der Gleichung (3) für den Wert von R_–IGBT, welcher durch die erste Messung mit der obigen Gleichung (6) gewonnen wurde, und durch Vereinfachung des Ausdruckes (6), wird die nachfolgende Gleichung (7) gewonnen.
Durch Vereinfachung der Gleichung (7) wird die nachfolgende Gleichung (8) gewonnen.
Unter Verwendung der Gleichung (8) wird eine Gleichung (9) zur Ermittlung des Isolationswiderstandes Rm des Motors gewonnen aus zwei Sätzen für den Stromwert und den Spannungswert einschließlich der Ergebnisse V_dc1 und V_in1 der ersten Messung und der Ergebnisse V_dc2 und V_in2 der zweiten Messung und dem bereits bekannten Widerstandswert RC des Stromdetektorwidertandes.
Durch sequenzielles Ausführen der obigen Verfahrensschritte ist es möglich, den Isolationswiderstandswert Rm des Motors zu gewinnen. Bei Schritt S108 ist es möglich, einen Schritt hinzuzufügen, welcher durch eine Isolationsstörungsbestimmungseinheit 14 ausgeführt wird, um eine Warnung oder einen Alarm abzugeben zur Darstellung des Ausmaßes der Isolationsstörung, welches gewonnen wird durch Vergleich des ermittelten Isolationswiderstandswertes des Motors mit einem Bezugswert. Weiterhin ist es in Schritt S109 möglich, eine Aufzeichnung und eine Anzeige des Isolationswiderstandswertes des Motors hinzuzufügen, welcher bei der jeweiligen Messung gewonnen wird zuzüglich gegebenenfalls Informationen bezüglich Datum und Zeit, zu der die Messung für den betroffenen Motor abgeschlossen worden ist.
Beim Flussdiagramm gemäß 5 ist es auch möglich, die Reihenfolge der ersten Messung (Schritt S103) und der zweiten Messung (Schritt S105) zu vertauschen.
Beim oben beschriebenen Verfahren wird unter Verwendung von V_dc2, I₂, und V_in2, welche bei der zweiten Messung gewonnen wurden, der Ergebnisse V_dc1, I₁, und V_in1 der ersten Messung, wie sie im Speicher 11 abgelegt sind, und des Wertes von R_–IGBT, welcher mit der Rechenoperation aus den Ergebnissen der ersten Messung gewonnen wurde, den exakten Isolationswiderstandswert Rm des Motors zu finden durch Berechnung mittels der Recheneinheit 12, und der Isolationswiderstandswert Rm des Motors, der so gefunden wurde, wird in der Isolationsstörungsbestimmungseinheit 14 mit dem Bezugswert verglichen und sodann wird eine Mitteilung oder eine Anzeige, wie eine Warnung oder ein Alarm, entsprechend dem Ausmaß der Verringerung des Isolationswiderstandswertes des Motors auf Basis der Ergebnisse des Vergleichs gegeben.
Bezüglich der Berechnung zum Ermitteln des Isolationswiderstandswertes Rm des Motors in der Recheneinheit 12 wurde in der obigen Beschreibung ein Verfahren vorgestellt zum Berechnen des Isolationswiderstandswertes Rm des Motors mit den Ergebnissen der zweiten Messung unter Verwendung des Wertes von R_–IGBT nach dem vorläufigen Auffinden des äquivalenten Isolationswiderstandswertes R_–IGBT der Halbleiterschaltelemente aufgrund der Ergebnisse der ersten Messung. Es ist aber auch möglich, den Isolationswiderstand Rm zwischen Motor und Masse direkt zu ermitteln durch Berechnung aus den Werten V_dc1, I₁, und V_in1 der ersten Messung und den Werten V_dc2, I₂, und V_in2 der zweiten Messung durch Verwendung des Wertes von R_–IGBT abhängig von den Werten V_dc1, I₁, und V_in1 der ersten Messung, ohne dass eine Rechnung ausgeführt werden müsste zum Auffinden des Wertes von R_–IGBT.
In Bezug auf die Reihenfolge der Messungen wurde oben ein Beispiel erläutert, bei dem die erste Messung in einem Zustand erfolgt, in dem der zweite Schalter 9, welcher den positiven Anschluss 42, also einen Endanschluss des Kondensators 41, mit Masse verbindet, im AUS-Zustand ist und sodann wurde die zweite Messung in einem Zustand ausgeführt, in dem der zweite Schalter 9 in einem EIN-Zustand ist. Es ist aber auch möglich, die Messungen in umgekehrter Reihenfolge auszuführen. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine abschließende Rechnung unter Verwendung von Messwerten gemäß zweier Messungen durchzuführen nach Speicherung der gemessenen Ergebnisse und somit ist die Reihenfolge der Messungen nicht eingeschränkt.
Weiterhin wird der durch Rechnung in der Recheneinheit 12 gefundene Isolationswiderstandswert des Motors über die Isolationswiderstandsdetektoreinheit 10 in eine Steuerung 15 höherer Ebene abgegeben und verwendet zur Bestimmung der Isolationsstörung in der Isolationsstörungsbestimmungseinheit 14.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch zweimalige Messung, ein Mal in einem Zustand, in dem der zweite Schalter 9, welcher den positiven Anschluss 42, also einen Endanschluss des Kondensators 41, mit Masse verbindet, im AUS-Zustand ist, und ein anderes Mal in einem Zustand, in dem der zweite Schalter 9 in einem EIN-Zustand ist, entsprechend dem äquivalenten Isolationswiderstand der Halbleiterschaltelemente im AUS-Zustand; mit anderen Worten: der Einfluss des Leckstromes durch die Halbleiterschaltelemente wird exakt berücksichtigt durch Verrechnung der Ergebnisse der zweimaligen Messungen und damit wird der genaue Isolationswiderstandswert des Motors nach Elimination des Einflusses von Leckstrom durch die Halbleiterschaltelemente exakt ermittelt.
Es ist weiterhin möglich, eine Anzeigeeinheit 13 vorzusehen, die eingerichtet ist, die Ergebnisse der Isolationsstörungsbestimmung durch Vergleich des gefundenen Isolationswiderstandswertes mit einem im Voraus vorgegebenen Bezugswert anzuzeigen.
Es ist weiterhin möglich, die Ergebnisse der Messung des Isolationswiderstandswertes für jeden Motor zusammen mit Informationen bezüglich Datum und Zeit der Messung abzuspeichern und die Historie der aufgezeichneten Daten und Zeiten bezüglich des Isolationswiderstandswertes des Motors auf der Anzeigeeinheit 13 anzuzeigen.
Weiterhin ist es gemäß 4 auch möglich, durch die Isolationswiderstandsdetektoreinheit 10 die Ergebnisse der Messung des Isolationswiderstandswertes des Motors 6, ein Mess-Beendigungssignal, welches die Zeitfolge der Messungen anzeigt, und die Ergebnisse der Isolationsstörungsbestimmungen an eine Steuerung 15 höherer Ordnung zu übertragen.
Ein Aufbau eines Beispiels für eine Steuerung 15 höherer Ordnung ist in 10 gezeigt. Die Steuerung 15 höherer Ordnung ist numerisch gesteuert und liefert Befehle zum Antrieb des Motors an jeden Inverter 5. Die Steuerung 15 höherer Ordnung hat einen seriellen Kommunikationsschaltkreis 246 für eine Kommunikation mit jedem Inverter 5, einen Mikrocomputer 17 mit einer eingebauten Funktion zur Prüfung von Daten bezüglich Datum und Zeit, ein nichtflüchtiges ROM 16, und eine Anzeigeeinheit 13. Die Steuerung 15 höherer Ordnung zeigt die Historie der Ergebnisse des Messung des Isolationswiderstandes für jeden Motor und die Information bezüglich Datum und Zeit entsprechend Aufzeichnungen in dem ROM 16 auf der Anzeigeeinheit 30 sowie auch aufgezeichnete Informationen bezüglich Datum und Zeit, zu der das Messbeendigungssignal von der Isolationswiderstandsdetektoreinheit 10 empfangen worden ist sowie gemessene Isolationswiderstandswerte im Eins-zu-Eins-Verhältnis für jeden Motor.
Ein Benutzer kann für die Vergangenheit bis zur Gegenwart die übergebenen Isolationswiderstandswerte für jeden Motor 6 auf der Anzeigeeinheit 13 der Steuerung 15 höherer Ordnung durch einen entsprechenden Befehl in diese anzeigen. Andererseits ist es auch möglich, die Daten dazu zu verwenden, eine Maschine zu schützen und zu warten, welche die Motorantriebseinrichtung 101 verwendet weil die Daten aus dem ROM 16 in der Steuerung 15 höherer Ordnung ausgelesen und geprüft werden können.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Nunmehr wird eine Motorantriebseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert. 8 zeigt einen Aufbau einer Motorantriebsvorrichtung 102 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Beim zweiten Ausführungsbeispiel treibt die Motorantriebseinrichtung 102 mehrere Motoren 6a und 6b an und es ist dabei ermöglicht, eine exakte Isolationswiderstandsbestimmung durchzuführen für einen Motor nach Elimination des Einflusses von Leckströmen, welche durch Halbleiterschaltelemente 51a bis 56a und 51b bis 56b fließen, um eine Isolationsstörungsdetektion durchzuführen.
Mit dem ersten Motor 6a sind ein erster Inverter 5a mit Halbleiterschaltelementen 51a bis 56a und dazu invers parallel geschaltete Dioden 51da bis 56da verbunden. Mit dem zweiten Motor 6b sind ein zweiter Inverter 5b mit Halbleiterschaltelementen 51b bis 56b und dazu invers parallel geschaltete Dioden 51db bis 56db verbunden. Zur Durchführung der sogenannten ersten Messungen zur Auffindung des Einflusses von Leckströmen durch die Halbleiterschaltelemente 51a bis 56a bzw. 51b bist 56b sowohl des ersten als auch des zweiten Inverters 5a bzw. 5b, und zum Auffinden des äquivalenten Isolationswiderstandswertes der Halbleiterschaltelemente für jeden Motor, sowie für die sogenannte zweite Messung zum Auffinden des Isolationswiderstandswertes zwischen den Wicklungen 61a bis 63a des ersten Motors und der Masse und des Isolationswiderstandswertes zwischen Wicklungen 61b bis 63b des zweiten Motors und Masse, ist es möglich, einen exakten Isolationswiderstandswert des Motors zu finden nach Elimination des Einflusses von Leckströmen durch die Halbleiterschaltelemente 51a bis 56a und 51 bis 56b für sowohl den ersten als auch den zweiten Motor 6a bzw. 6b aufgrund der Ergebnisse der zweifach durchgeführten Messungen.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel werden die ersten Messungen und die zweiten Messungen gleichzeitig in der gemeinsamen Spannungsdetektoreinheit 8 und in ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a bzw. 5b durchgeführt.
Die Anzahl der Messungen bleibt die Gleiche auch wenn mehrere Motoren vorhanden sind und nur durch zweifache Ausführung der Messung in einem Zustand, in dem der zweite Schalter 9 im AUS-Zustand ist und in dem Zustand, in dem der zweite Schalter 9 im EIN-Zustand ist, ist es möglich, die Isolationswiderstandswerte aller Motoren zu gewinnen und für jeden Motor eine Isolationsstörungsdetektion durchzuführen.
Bei der Motorantriebvorrichtung 102 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 8 sind mit einer Stromversorgungsquelle (Konvertereinheit) 20 die erste Invertereinheit 5a zum Antrieb des ersten Motor 6a und die zweite Invertereinheit 5b zum Antrieb des zweiten Motors 6b verbunden. Rm1 und Rm2 sind der jeweilige Isolationswiderstandswert zwischen den Wicklungen 61a bis 63a des ersten Motors 6a und Masse bzw. der Isolationswiderstandswert zwischen den Wicklungen 61b bis 63b des zweiten Motors 6b und Masse. Beim Beispiel gemäß 8 sind die erste Invertereinheit 5a und die zweite Invertereinheit 5b mit einem glättenden Kondensator 41a bzw. 41b versehen, wobei die Kondensatoren 41a und 41b parallel geschaltet sind und deshalb wie ein Kondensator wirken mit einer elektrostatischen Kapazität, die der Gesamtkapazität der beiden Kondensatoren entspricht.
8 zeigt ein Beispiel einer Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben von zwei Motoren 6a und 6b, jedoch ergibt sich, dass die Anzahl der Motoren nicht auf dieses zweite Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
Bei zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 8 können der Gleichrichterschaltkreis 3, der eingerichtet ist, die von der Wechselstromquelle 2 über den ersten Schalter 1 gelieferte Wechselstromspannung in Gleichspannung zu wandeln, der zweite Schalter 9, welcher den positiven Anschluss 42a und einen positiven Anschluss 42b verbindet, welche jeweils einen Endanschluss des Kondensators 41a bzw. 41b, welcher den Ausgang des Gleichrichterschaltkreises glätten, mit Masse verbinden, und die Spannungsdetektoreinheit 8 (und der AD-Konverter 21, welcher dessen Ausgang in eine Digitalwert wandelt), welche eingerichtet, die Spannung über die beiden Endanschlüsse (42a und 43a) des Kondensators 41a und die Spannung über beide Endanschlüsse (42b und 43b) des Kondensators 41b zu messen, gemeinsam vom ersten und zweiten Inverter 5a und 5b verwendet werden und deshalb ist es nicht erforderlich, solche Komponenten jeweils für mehrere Motoren vorzuhalten, vielmehr ist jeweils eine einzige Komponente hinreichend.
Andererseits liegen die ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b (und die AD-Konverter 73a und 73b, welche deren Ausgangssignale in Digitalwerte wandeln, in Mehrzahl vor für das Paar aus erstem Motor 6a und erstem Inverter 5a, welches den Motor 6a antreibt, und für das Paar aus zweitem Motor 6b und zweitem Inverter 5b, welches den Motor 6b antreibt, und als Stromwerte werden die durch die ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b entsprechend in jedem Motor gemessenen Werte verwendet, und als Spannungswert wird der Wert verwendet, der durch die einzige Spannungsdetektoreinheit 8 gemessen wird und für alle verwendeten Motoren gemeinsam gilt. Durch diesen Aufbau ist es möglich, exakt den Einfluss des durch die Halbleiterschaltelemente 51a bis 56a im AUS-Zustand fließenden Stromes zu ermitteln sowie den Einfluss des durch die Halbleiterschaltelemente 51b bis 56b fließenden Leckstromes für jedes Paar aus Motor und ersten Inverter 5a, welcher den Motor antreibt, und das Paar aus Motor und zweitem Inverter 5b, welcher den Motor antreibt, und auch den äquivalenten Isolationswiderstandswert der Halbleiterschaltelemente für jeden Motor zu ermitteln.
Wie oben beschrieben, war im Stand der Technik ein Schalter, wie der dritte Schalter 1010 in 1, vorgesehen, welcher den Strommesskreis jedes Inverters 1005 anschließt bzw. dessen Verbindung unterbricht. Mit der vorliegenden Erfindung gemäß 8 hingegen erübrigen sich durch Anheben der Widerstandswerte der Spannungsteilerwiderstände 72a und 72b der ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b zur Reduzierung der durch die ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b fließenden Ströme bei Betrieb des Motors auf Werte, welche den Betrieb des Motors nicht (wesentlich) beeinflussen, Schalter für das Unterbrechen der Verbindung zu den ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b und die ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b können für alle Zeit angeschlossen bleiben. Deshalb werden die Schalter der Stromdetektoreinheiten, welche entsprechend der Anzahl der Inverter im Stand der Technik erforderlich waren, weggelassen und es ergibt sich eine einfache und kostengünstige Isolationswiderstandsdetektoreinheit.
9 zeigt ein besonderes Ausführungsbeispiel der Schaltung für die Spannungsdetektoreinheit 8 einer Konvertereinheit 20 und die Schaltung der ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b gemäß 8. Jeder der Schaltkreise ist eingerichtet, eine Spannung Vs zu messen, welche über beide Anschlüsse des Detektionswiderstandes auftritt und der Widerstandswert eines Detektionswiderstandes 81 (oder 71a, 71b) und eines Spannungsteilerwiderstandes 82 (72a, 72b) sind bereits bekannt und deshalb wird in den ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b der Schaltkreis verwendet als Strommesskreis zum Auffinden, aufgrund der Messergebnisse, eines Stromstärkewertes Ed, der durch den Detektorwiderstand 81 (oder 71a, 71b) fließt, und in der Konvertereinheit wird die Schaltung verwendet als Spannungsmessschaltkreis zum Auffinden einer Spannung über beiden Endanschlüssen einer Serienverbindung des Spannungsteilerwiderstandes 82 und des Detektorwiderstandes 81 aus dem Spannungsteilerverhältnis des Widerstandes.
Sowohl der Detektionswiderstand des Schaltkreises der Spannungsdetektoreinheit 8 der Konvertereinheit 20 als auch die Detektionswiderstände der Schaltungen der ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b sind auf der Primärseite angeschlossen. Deshalb wird die in ein Sekundärpotential durch einen Isolationsverstärker 22 konvertierte detektierte Spannung in der AD-Konverter 21 (oder 73a, 73b) eingegeben und somit in einen Digitalwert konvertiert.
„A/D” in 8 bedeutet einen „A/D-Konverter” und dies gilt auch für den „A/D-Konverter” gemäß 9.
In 8 wird die „Isolationswiderstandsdetektoreinheit” gemäß 4 durch Mikrocomputer A bis C (23, 74a, 74b) implementiert. Durch die zu bestimmten Zeitpunkten entsprechend dem Flussdiagramm nach dem Beispiel gemäß 5 Befehle abgebenden Mikrocomputer A bis C (23, 74a, 74b) wird das Verfahren zum Messen implementiert, wie das Ausschalten der Halbleiterschaltelemente 51a bis 56a und 51b bis 56b der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a, 5b, das Ein- und Ausschalten des ersten Schalters 1 und des zweiten Schalters 2, und die AD-Konversion der AD-Konverter 21, 73a und 73b zum Aufnehmen der Messwerte der Spannungsdetektoreinheit 8 und der ersten und zweiten Stromdetektoreinheit 7a und 7b.
In 8 sind der „Speicher 11”, die „Recheneinheit 12”, und die „Isolationsstörungsbestimmungseinheit 14” gemäß 4 ebenfalls implementiert durch die Mikrocomputer A bis C (23, 74a, 74b). Die Mikrocomputer A bis C (23, 74a, 74b) lesen die Messergebnisse der Spannungsdetektoreinheit 8 und der ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b als Digitalwerte aus den AD-Konvertern 21, 73a und 73b. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Messung zweifach ausgeführt und jeder gemessene Wert wird gehalten bis die endgültige Rechenoperation in den Mikrocomputern A bis C (23, 74a, 74b) ausgeführt ist und durch Verwendung der nach der zweiten Messung gehaltenen Messwerte wird der Isolationswiderstandswert des Motors durch Rechenoperationen der Mikrocomputer B und C (74a, 74b) gewonnen. Das Verfahren zum Bestimmen der Isolationsstörung durch Vergleich des gefundenen Isolationswiderstandswertes des Motors mit dem Referenzwert und die Abgabe der Vergleichsergebnisse nach außen werden ebenfalls durch die Mikrocomputer B und C (74a, 74b) ausgeführt.
Gemäß 8 ist ein Mikrocomputer A (23) in der gemeinsamen Konvertereinheit 20 und in der ersten Invertereinheit 5a bzw. der zweiten Invertereinheit 5b vorgesehen und die jeweiligen Mikrocomputer sind seriell miteinander verbunden. Dieser Aufbau ist ein geeignetes Beispiel für den Fall, dass die Konvertereinheit, die erste Invertereinheit 5a und die zweite Invertereinheit 5b eigene getrennte Gehäuse haben.
Wenn alle Konvertereinheiten 20 und die ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b in ein und demselben Gehäuse enthalten sind, kann die serielle Verbindung zwischen den Rechnern dadurch weggelassen werden, dass ein Mikrocomputer das Verfahren ausführt. Wenn nur die ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b in ein und demselben Gehäuse enthalten sind, kann ein Mikrocomputer die Schritte der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b in dem Gehäuse ausführen.
Wenn eine Mehrzahl von Mikrocomputern verwendet wird für die Isolationswiderstandsmessung der ersten und zweiten Motoren 6a und 6b, wie im Ausführungsbeispiel gemäß 8, kann die Isolationswiderstandsmessung dadurch ausgeführt werden, dass irgendeiner der Mikrocomputer als Haupt-Mikrocomputer bei der Isolationswiderstandsmessung der ersten und zweiten Motoren 6a und 6b wirkt und die anderen Mikrocomputer als Neben-Mikrocomputer arbeiten, wobei der Haupt-Mikrocomputer Befehle für den Betrieb der Neben-Mikrocomputer gibt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Mikrocomputer A (23) der Konvertereinheit 20 als Haupt-Mikrocomputer. Er gibt über die seriellen Verbindungseinheiten 241, 242 und 244 Instruktionen zum Ausschalten aller IGBT 51a bis 56a und 51b bis 56b der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b an diese Invertereinheiten. Der Mikrocomputer B (74a) und der Mikrocomputer C (74b), welche entsprechende Befehle erhalten haben, schalten die IGBT der Inverter selbst aus. Sodann schaltet der Mikrocomputer A (23) den ersten Schalter aus.
Sodann führt der Mikrocomputer A (23) die erste Messung in einem Zustand aus, in dem der zweite Schalter 9 ausgeschaltet ist. Im Einzelnen gibt der Mikrocomputer A (23) Befehle und unterrichtet alle ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b über die Zeitfolge, zu der die ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b die Messung über die seriellen Kommunikationskreise 241 und 242 und 244 ausführen sollen. Der Mikrocomputer B (74a) und der Mikrocomputer C (74b) der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b gewinnen nach Erhalt der Unterrichtung die gemessenen Werte der ersten Stromdetektoreinheit 7a und der zweiten Stromdetektoreinheit 7b von den AD-Konvertern 73a bzw. 73b. Weiterhin gewinnt der Mikrocomputer A (23) selbst den gemessenen Wert der Spannungsdetektoreinheit 8 der Konvertereinheit 20 von dem AD-Konverter 21, und zwar zur gleichen Zeit, zu der die Mikrocomputer B und C (74a, 74b) der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b die gemessenen Werte von den AD-Konvertern 73a und 73b erhalten. Jeder der Mikrocomputer A bis C (23, 74a, 74b) hält und speichert den von den AD-Konvertern 21, 73a und 73b gewonnenen Messwert als Ergebnis der ersten Messung.
Nunmehr führt der Mikrocomputer A (23) die zweite Messung in einem Zustand aus, in dem der zweite Schalter 9 eingeschaltet ist. Wie bei der ersten Messung gibt der Mikrocomputer A (23) Instruktionen und unterrichtet alle ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b über die Zeitfolge, zu der die ersten und zweiten Stromdetektoreinheiten 7a und 7b die Messung ausführen sollen und zwar über die seriellen Kommunikationsschaltkreise 241, 242 und 244. Der Mikrocomputer B (74a) und der Mikrocomputer C (74b) der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b, welche die Unterrichtung erhalten haben, gewinnen die Messwerte der ersten Stromdetektoreinheit 7a und der zweiten Stromdetektoreinheit 7b von den AD-Konvertern 73a bzw. 73b. Der Mikrocomputer A (23) gewinnt auch den Messwert der Spannungsdetektoreinheit 8 der Konvertereinheit 20 von dem AD-Konverter 21 zu der Zeit, zu der die Mikrocomputer B und C (74a, 74b) der ersten und zweiten Invertereinheit 5a und 5b die Messerte von den AD-Konvertern 73a und 73b gewinnen. Jeder der Mikrocomputer A bis C (23, 74a, 74b) hält und speichert den von den AD-Konvertern 21, 73a und 73b gewonnenen Messwert als Ergebnis der zweiten Messung. Ist die zweite Messung abgeschlossen, bringt der Mikrocomputer A (23) den zweiten Schalter 9 in den Aus-Zustand.
Ist die zweite Messung abgeschlossen, überführt der Mikrocomputer A (23) die durch die Spannungsdetektoreinheit 8 der Konvertereinheit 20 gemessenen Werte der ersten Messung und der zweiten Messung über die seriellen Kommunikationskreise 241, 242 und 244 an alle ersten und zweiten Inverter 5a und 5b.
Nach Empfang der Messwerte der ersten Messung und der zweiten Messung der Spannungsdetektoreinheit 8 der Konvertereinheit 20 über die seriellen Kommunikationskreise 241, 242 und 244 verwenden der Mikrocomputer B (74a) und der Mikrocomputer C (74b) der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b die gemessenen Werte der ersten Messung und der zweiten Messung der ersten Stromdetektoreinheit 7a und der zweiten Stromdetektoreinheit 7b, welche durch den Mikrocomputer B (74a) und den Mikrocomputer C (74b) selbst gehalten werden, und die Messwerte der ersten Messung und der zweiten Messung der Spannungsdetektoreinheit 8 der Konvertereinheit 20, welche über die seriellen Kommunikationskreise 241, 242 und 244 empfangen worden sind, und der Mikrocomputer B (74a) berechnet den Isolationswiderstandswert Rm1 des ersten Motors 6a durch Rechnung und der Mikrocomputer C (74b) berechnet den Isolationswiderstandswert Rm2 des zweiten Motors durch Rechnung.
Der Mikrocomputer B (74a) und der Mikrocomputer C (74b) unterrichten die Steuerung 15 höherer Ordnung über die Isolationswiderstandswerte der Motoren, wie durch die Rechnung erhalten, und über ein Messabschlusssignal, welches den Zeitpunkt angibt, zu dem die Messung abgeschlossen worden ist, wobei die Übertragung über die seriellen Kommunikationskreise 243, 245 und 246 erfolgt. Auch unterrichten der Mikrocomputer B (74a) und der Mikrocomputer C (74b) die Steuerung 15 höherer Ordnung über die Ergebnisse der Isolationsstörungsbestimmung, bei der das Ausmaß der Isolationsstörung ermittelt worden ist durch Vergleich der gewonnenen Isolationswiderstandswerte der Motoren mit einem Referenzwert, der im Voraus über die seriellen Kommunikationskreise 243, 245 und 246 gesetzt worden ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Aufbaus einer Steuerung 15 höherer Ordnung ist in 10 gezeigt. Die Steuerung 15 höherer Ordnung speichert in dem ROM 16 Informationen, in denen Daten bezüglich des Datums und der Zeit des Empfangs des Mess-Abschlusssignals und das Messergebnis des Isolationswiderstandswertes im Verhältnis eins-zu-eins für jeden der ersten und zweiten Motoren 6a und 6b enthalten sind, und zeigt das Ergebnis der Isolationsstörungsbestimmung, welches über die seriellen Kommunikationskreise 243, 245 und 246 empfangen worden ist, auf der Anzeigeeinheit 13. Auch zeigt die Steuerung 15 höherer Ordnung die Ergebnisse der Isolationswiderstandsmessung und Informationen bezüglich Datum und Zeit für jeden Motor in der Vergangenheit, wie sie in dem ROM 16 abgelegt sind.
Hinsichtlich des oben beschriebenen Referenzwertes ist es möglich, jeglichen Wert von außen in den Mikrocomputer B (74a) und den Mikrocomputer C (74b) einzugeben, insbesondere in Form einer Mehrzahl von Referenzwerten für jeden Motor. Beispielsweise können zwei Referenzwerte eingegeben werden, einer entspricht 20 [MΩ] als Warnpegel und der andere entspricht 2 [MΩ] als Alarmpegel, welche im Voraus von außen entsprechend der Maschine, Vorrichtung oder dergleichen eingesetzt werden, und die Motorantriebseinrichtung ist so ausgelegt, dass sie eine Warnung abgibt wenn der Isolationswiderstandswert des Motors, der sich aus den Messungen ergibt, gleich ist oder kleiner als 20 [MΩ], und einen Alarm abgibt, wenn er gleich oder kleiner ist als 2 [MΩ] und so ist es für eine Bedienungsperson möglich, das Ausmaß der Isolationsstörung des Motors aus den gegebenen Warnungen bzw. dem Alarm abzuleiten, auch wenn die Person keine große Erfahrung hat im Umgang mit Isoaltionsstörungen.
Wenn unterschiedliche Warnpegel und unterschiedliche Alarmpegel für unterschiedliche Motoren gewünscht werden, können diese für jeden Motor gesondert eingestellt werden.
Die arithmetische Recheneinheit und die Bestimmungseinheit können in jedem der Mikrocomputer B und C (74a, 74b) der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b für jeden Motor gemäß 8 vorgesehen sein oder es können die Rechnungen und Bestimmungen für mehrere Motoren durch eine Recheneinheit und eine Bestimmungseinheit durchgeführt werden.
Die Motorantriebsvorrichtung ist so aufgebaut, dass die Instruktionen zum Ausschalten aller IGBT 51a bis 56a und 51b bis 56b der ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b vor der Messung, welche der Mikrocomputer A (23) der Konvertereinheit 20 an alle ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b über die seriellen Kommunikationskreise 241, 242 und 244 überträgt, die Instruktionen zum Anzeigen des Zeitpunktes, zu dem die ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b die Strommessung bei der zweiten Messung ausführen, und die gemessenen Spannungswerte der Konvertereinheit 20, welche nach Abschluss der zweiten Messung an die ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b geschickt werden, gemeinsam empfangen werden können durch alle ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b. Weiterhin ist die Motorantriebsvorrichtung so aufgebaut, dass bei Empfang der Instruktionen oder Daten gemeinsam durch alle ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b von der Konverterseite (20) über die seriellen Kommunikationskreise 241, 242 und 244 alle ersten und zweiten Invertereinheiten 5a und 5b die oben beschriebenen bestimmten Operationen in der vorgegebenen Zeitfolge ausführen.
Bei einer Motorantriebsvorrichtung, in der mehrere Invertereinheiten (5a, 5b, ...) und die Konvertereinheit 20 in getrennten Gehäusen angeordnet sind, können unterschiedliche Kombinationen bezüglich der Anzahl von Invertereinheiten (5a, 5b, ...) gewählt werden, die mit einer Konvertereinheit 20 verbunden sind, und auch hinsichtlich der Anzahl der Motoren (6a, 6b, ...), die über die Invertereinheit angeschlossen sind. Durch Einsatz der oben beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, den Isolationswiderstand aller über eine Mehrzahl von Invertereinheiten an dieselbe Konvertereinheit angeschlossenen Motoren zu messen und eine Isolationsstörung zu detektieren ohne das Erfordernis spezieller Einstellungen oder des Wechsels von Verbindungen für jegliche Kombination und Anzahl von Invertereinheiten, die mit der Konvertereinheit 20 verbunden sind, und der Anzahl der Motoren.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, den Zustand einer Störung eines Isolationswiderstandes eines Motors mit hoher Genauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik zu bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4554501 B [0002]
JP 4565036 B [0003]

Claims

Motorantriebsvorrichtung, folgendes aufweisend: eine Gleichrichterschaltung (3), die eingerichtet ist, eine von einer Wechselstromquelle (2) gelieferte Wechselspannung über einen ersten Schalter (1) in eine Gleichspannung gleichzurichten; eine Stromquelleneinheit (4), die eingerichtet ist, mit einem Kondensator (41) eine mit der Gleichrichterschaltung gleichgerichtete Gleichspannung zu glätten; eine Invertereinheit (5), die eingerichtet ist, einen Motor durch Konversion einer durch die Stromquelleneinheit geglätteten Gleichspannung in eine Wechselspannung und durch Schaltoperationen eines Halbleiterschaltelementes anzutreiben; eine Stromdetektoreinheit (7), die eingerichtet ist, die Stärke eines durch einen Widerstand (71) fließenden Stromes zu messen, von dem ein Ende mit einer Wicklung des Motors und das andere Ende mit einem Anschluss des Kondensators verbunden sind; eine Spannungsdetektoreinheit (8), die eingerichtet ist, den Wert einer Spannung über den beiden Anschlüssen des Kondensators zu messen; einen zweiten Schalter (9), welcher den anderen Anschluss des Kondensators mit Masse verbindet; und eine Isolationswiderstandsdetektoreinheit (10), die eingerichtet ist, den Betrieb des Motors zu unterbrechen, den ersten Schalter auszuschalten, und den Isolationswiderstandswert eines Motors zu detektieren, bei dem es sich um den Widerstand zwischen einer Wicklung des Motors und der Masse handelt, unter Verwendung von zwei Sätzen des Stromwertes und des Spannungswertes, die in zwei Zuständen gemessen werden, nämlich in einem Zustand, in dem der zweite Schalter ausgeschaltet ist und in einem Zustand, in dem der zweite Schalter eingeschaltet ist.
Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: einen Speicher (11), welche einen Referenzwert bezüglich des Isolationswiderstandswertes des Motors speichert; eine Recheneinheit (12), die eingerichtet ist, den durch die Isolationswiderstandsdetektoreinheit detektierten Isolationswiderstandswert und einen im Voraus gesetzten Referenzwert zu vergleichen; und eine Anzeigeeinheit (13), die eingerichtet ist, das Ergebnis des durch die Recheneinheit durchgeführten Vergleichs anzuzeigen.
Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jedes Mal, wenn ein Isolationswiderstandswert gemessen wird, der durch die Isolationswiderstandsdetektoreinheit detektierte Isolationswiderstandswert zusammen mit Information bezüglich Datum und Zeit der Messung des Isolationswiderstandswertes aufgezeichnet wird.
Verfahren zum Detektieren eines Isolationswiderstandes eines Motors, folgende Schritte enthaltend: Gleichrichten einer von einer Wechselstromquelle (2) bereitgestellten Wechselspannung mittels einer Gleichrichterschaltung (3) über einen ersten Schalter (1) in eine Gleichspannung; Glätten einer mit der Gleichrichterschaltung gleichgerichteten Gleichspannung mittels einer Stromquelleneinheit (4) und eines Kondensator; Antreiben eines Motors mittels einer Invertereinheit (5) durch Konversion einer durch die Stromquelleneinheit geglätteten Gleichspannung in eine Wechselspannung mittels Schaltoperationen bezüglich eines Halbleiterschaltelementes; Messen der Stärke eines durch einen Widerstand (71) fließenden Stromes durch eine Stromdetektoreinheit (7), wobei ein Endanschluss des Widerstandes mit der Wicklung des Motors und der andere Endanschluss mit einem Anschluss des Kondensators verbunden ist; Messen des Wertes einer Spannung über beide Anschlüsse des Kondensators mittels einer Spannungsdetektoreinheit (8); Bereitstellen eines zweiten Schalters (9), welcher den anderen Anschluss des Kondensators mit Masse verbindet; Anhalten des Betriebs des Motors und Ausschalten des ersten Schalters; Ausschalten des zweiten Schalters (9) und Messen des Stromwertes und des Spannungswertes; Einschalten des zweiten Schalters (9), und Messen des Stromwertes und des Spannungswertes; und Detektieren eines Isolationswiderstandswertes des Motors, bei dem es sich um den Widerstand zwischen einer Wicklung des Motors und der Masse handelt, unter Verwendung von zwei Sätzen von Stromwerten und Spannungswerten, die in zwei Zuständen gemessen sind, nämlich einem ersten Zustand, in dem der zweite Schalter (9) ausgeschaltet ist, und einem zweiten Zustand, in dem der zweite Schalter (9) eingeschaltet ist.