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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-046289 , eingereicht am 14. März 2018, die hier einschließlich der Beschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung für einen Elektromotor, die in einer Wechselrichtervorrichtung montiert ist, um eine Stromsteuerung des Elektromotors auszuführen.
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HINTERGRUND
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In
JP H5-328739A und in
JP 2006-226993A sind herkömmliche Beispiele einer Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung, die in einer Wechselrichtervorrichtung montiert ist, um eine Stromsteuerung eines Elektromotors auszuführen, offenbart. In einem Verfahren zum Detektieren eines Erdschlusses, wie es in
JP H5-328739A offenbart ist, wird ein Stromdetektor oder ein Schaltelement wie etwa ein Transistor, der für die Stromsteuerung verwendet wird, als eine Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung verwendet, was die Hinzufügung der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung zu der Wechselrichtervorrichtung mit niedrigen Kosten ermöglicht. Da in dem in
JP H5-328739A offenbarten Verfahren zum Detektieren der Isolationsqualitätsminderung (des Erdschlusses) ein für die Stromsteuerung des Stromdetektors erforderlicher Detektionspegel ein hoher Strom von mehreren zehn Ampere bis zu mehreren hundert Ampere ist und ein Rauschpegel mehrere zehn mA beträgt, kann die Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung Anomalien allerdings nur detektieren, wenn die Isolationsqualitätsminderung erheblich zugenommen hat.
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In den letzten Jahren ist in eine Leistungsversorgung der Wechselrichtervorrichtung häufig ein Fehlerstromschutzschalter eingebaut. Da der Fehlerstromschutzschalter eine Leistungsversorgung abschaltet, wenn ein Strom von 15 bis 30 mA abfließt, ist es in dem in
JP H5-328739A offenbarten Verfahren zum Detektieren der Isolationsqualitätsminderung (des Erdschlusses) schwierig, die Anomalie der Isolationsqualitätsminderung zu detektieren, bevor der Fehlerstromschutzschalter die Leistungsversorgung abschaltet.
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Im Gegensatz dazu ist es in der in
JP 2006-226993A offenbarten Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung leicht, die Isolationsqualitätsminderung des Elektromotors früher als der Fehlerstromschutzschalter zu detektieren, da ein Stromdetektor und für den Leckstrom vorgesehene Schaltelemente in der Wechselrichtervorrichtung getrennt montiert sind. Allerdings ist es schwierig, diese Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung als Standard in der Wechselrichtervorrichtung zu montieren, da in der Wechselrichtervorrichtung eine teure für die Isolationsqualitätsminderung vorgesehene Komponente montiert ist.
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Es wird angemerkt, dass angenommen wird, dass in einer Werkzeugmaschine das Werkstück beschädigt wird, was selten eine beträchtliche Beschädigung verursachen kann, wenn während der Verarbeitung wegen des Stromlecks des Elektromotors durch einen Fehlerstromschutzschalter oder dergleichen die Leistungsversorgung abgeschaltet wird. Somit ist es bevorzugt, die Isolationsqualitätsminderung zu detektieren, bevor das Werkstück verarbeitet wird. Allerdings tritt eine solche Situation selten auf und kann eine ähnliche Situation wegen eines Netzausfalls wie etwa während eines Blitzschlags auftreten. Somit möchten nur eine beschränkte Anzahl von Benutzern die Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung zu zusätzlichen Kosten in der Wechselrichtervorrichtung montieren.
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Die vorliegende Patentschrift offenbart eine preiswerte Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung, die eine Isolationsqualitätsminderung eines Elektromotors detektieren kann, bevor ein Fehlerstromschutzschalter eine Leistungsversorgung abschaltet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung ist in einer Wechselrichtervorrichtung montiert, die eine Gleichstromleistungsversorgung, die eine Dreiphasenwechselstromleistung, in der eine Phase geerdet ist, in eine Gleichstromleistung umsetzt, einen Stromdetektor, der einen in einem Wicklungsdraht eines Elektromotors fließenden Strom detektiert, um den detektierten Strom als ein Stromdetektionssignal auszugeben, und mehrere Schaltelemente, die mit der Gleichstromleistungsversorgung in einer Brückenschaltung verbunden sind, enthält, wobei die Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung, die aus dem Stromdetektionssignal eines mit dem Schaltelement verbundenen Elektromotorwicklungsdrahts dieselbe Frequenzkomponente wie eine Frequenz der Dreiphasen-Wechselstromleistung extrahiert, und einen Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller, der eine erste Schaltoperation ausführt, um das Schaltelement einzuschalten und die anderen Schaltelemente auszuschalten, und der die durch die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung während einer Ausführungszeitdauer der ersten Schaltoperation extrahierte Frequenzkomponente in einer ersten Speichervorrichtung speichert, enthält, wobei wenigstens auf der Grundlage eines in der ersten Speichervorrichtung gespeicherten Werts eine Bestimmung vorgenommen wird, ob eine Isolationsqualitätsminderung des Elektromotors auftritt.
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In diesem Fall führt der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller ferner während derselben Zeitdauer wie der Ausführungszeitdauer der ersten Schaltoperation eine zweite Schaltoperation aus, um alle der mehreren Schaltelemente auszuschalten, und speichert er die durch die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung während einer Ausführungszeitdauer der zweiten Schaltoperation extrahierte Frequenzkomponente in einer zweiten Speichervorrichtung, wobei auf der Grundlage eines Differenzwerts zwischen einem in der ersten Speichervorrichtung gespeicherten Wert und einem in der zweiten Speichervorrichtung gespeicherten Wert eine Bestimmung vorgenommen wird, ob die Isolationsqualitätsminderung auftritt.
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Die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung enthält einen Sinusschwingungs-Signalgenerator, der auf der Grundlage einer Dreiphasenleitungsspannung der Dreiphasen-Wechselstromleistung ein Sinusschwingungssignal mit derselben Phase wie einer Phasenspannung einer Phase, die geerdet ist, erzeugt, und die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung kann auf der Grundlage eines durch den Sinusschwingungs-Signalgenerator erzeugten Sinusschwingungssignals dieselbe Frequenzkomponente wie eine Frequenz des Dreiphasenwechselstroms extrahieren.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Die in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung kann eine Isolationsqualitätsminderung eines Elektromotors detektieren, bevor ein Fehlerstromschutzschalter eine Leistungsversorgung abschaltet, und weist niedrige Kosten auf.
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Figurenliste
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Anhand der folgenden Figuren werden eine bzw. mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben; es zeigen:
- 1 einen Blockschaltplan, der eine Wechselrichtervorrichtung darstellt, in der eine Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung montiert ist;
- 2 einen Blockschaltplan, der eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung aus 1 darstellt;
- 3 einen Graphen, der eine Spannungssignalform zwischen +DC und E zeigt, wenn eine Phase S geerdet ist;
- 4 einen Blockschaltplan, der eine Wechselrichtervorrichtung darstellt, in der die andere Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung montiert ist; und
- 5 einen Blockschaltplan, der eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung aus 4 darstellt.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zunächst wird ein Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsprinzip einer in der vorliegenden Patentschrift offenbarten Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung beschrieben. Im Fall einer typischen Gleichstromleistungsversorgung, in der eine Phase S geerdet ist, setzt die Gleichstromleistungsversorgung eine Dreiphasenwechselstromleistung mit einer Spannung von 200 V und mit einer Frequenz vom 60 Hz in Gleichstromleistung um und wird zwischen einem oberen Zweig (+DC) der Gleichstromleistungsversorgung und der Erde (E) eine in 3 durch eine durchgezogene Linie angegebene Spannung (+DC-E) angelegt. Wenn in einem Zustand, in dem die Isolationsqualitätsminderung in einem Elektromotor auftritt, ein mit einer Seite des oberen Zweigs verbundenes Schaltelement Qx eingeschaltet ist, fließt zwischen dem mit dem Schaltelement Qx verbundenen Elektromotor-Wicklungsdraht und der Erde ein Leckstrom mit einer Signalform, die näherungsweise proportional zu der in 3 durch eine durchgezogene Linie angegebenen Spannung (+DC-E) ist. Somit sind in einem Stromdetektionssignal, das durch einen Stromdetektor für einen Wicklungsdraht, durch den der Leckstrom geflossen ist, ausgegeben wird, die in 3 durch die durchgezogene Linie angegebenen Signalformkomponenten enthalten. Die wie in 3 durch die durchgezogene Linie angegebene Signalform enthält eine Gleichstromkomponente, eine Frequenzkomponente von 60 Hz eines Dreiphasenwechselstroms und ihre dritte Oberschwingungskomponente. Hinsichtlich der Gleichstromkomponente ist es schwierig, sie von einer Versatzspannung des Stromdetektors zu unterscheiden, wobei die Änderung wegen eines 1/f-Rauschens eines Verstärkers oder dergleichen Effekten umso größer ist, je niedriger die Frequenz ist, was für die Detektion eines sehr kleinen Leckstroms nicht geeignet ist. Hinsichtlich der dritten Oberschwingungskomponente ist der Amplitudenpegel etwa 60 % des Amplitudenpegels einer Grundschwingungskomponente. Die in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung führt eine erste Schaltoperation aus, um nur ein oder mehrere mit der Seite des oberen Zweigs verbundene Schaltelemente Qx einzuschalten, extrahiert während der Ausführungszeitdauer dieser ersten Schaltoperation aus dem Stromdetektionssignal des in dem mit den Schaltelementen Qx verbundenen Wicklungsdraht fließenden Stroms die Leckstromkomponente, die dieselbe Frequenzkomponente wie die Frequenz des Dreiphasenwechselstroms ist, und speichert die extrahierte Leckstromkomponente in einer ersten Speichervorrichtung. Daraufhin detektiert die Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung auf der Grundlage der Größe der in der ersten Speichervorrichtung gespeicherten Frequenzkomponente, ob die Isolationsqualitätsminderung auftritt. Da gemäß dieser Detektionstechnik dieselbe Frequenzkomponente wie die Frequenz des Dreiphasenwechselstroms extrahiert wird, wird die Detektion weniger wahrscheinlich durch den Versatz des Stromdetektors und durch das Rauschen beeinflusst. Dies ermöglicht, dass ein sehr kleiner Leckstrombetrag (Betrag der Isolationsqualitätsminderung) mit hoher Genauigkeit detektiert wird.
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Das Stromdetektionssignal enthält Rauschen des Stromdetektors, das mit dem in dem Wicklungsdraht tatsächlich fließenden Strom nicht zusammenhängt. Außerdem enthält die extrahierte Leckstromkomponente (dieselbe Frequenzkomponente wie die Frequenz des Dreiphasenwechselstroms) dieselbe Frequenzkomponente (Rauschkomponente) wie die Frequenz des Dreiphasenwechselstroms, der in diesem Rauschen enthalten ist. Die in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung führt eine zweite Schaltoperation aus, um alle Schaltelemente für dieselbe Zeitdauer wie die, während der die Schaltelemente Qx eingeschaltet sind (die Ausführungszeit der ersten Schaltoperation), auszuschalten, und speichert die während der Extraktionszeitdauer dieser zweiten Schaltoperation durch die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung extrahierte Frequenzkomponente in einer zweiten Speichervorrichtung. Ein Wert der in dieser zweiten Speichervorrichtung gespeicherten Frequenzkomponente wird näher zu einem Wert derselben Frequenzkomponente wie der Frequenz des Dreiphasenwechselstroms, die in dem Rauschen des Stromdetektors enthalten ist. Somit kann dadurch, dass ein Differenzwert zwischen dem in der ersten Speichervorrichtung gespeicherten Wert und dem in der zweiten Speichervorrichtung gespeicherten Wert erhalten wird, genau die Leckstromkomponente erhalten werden, in der die Wirkung des Rauschens verringert ist. Das Detektieren des Leckstrombetrags (des Isolationsqualitätsminderungsbetrags) auf der Grundlage dieses Differenzwerts ermöglicht eine hochgenaue Detektion des Leckstrombetrags (des Isolationsqualitätsminderungsbetrags).
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Als die in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung ist ein Stromdetektor oder ein Schaltelement wie etwa ein Transistor, der für die Stromsteuerung verwendet ist, verwendet, wobei die weitere Verarbeitung durch die Software eines in der Wechselrichtervorrichtung montierten Mikrocomputers ausgeführt wird. Da die für die Isolationsqualitätsminderungsdetektion erforderliche Softwareverarbeitung vor dem Anfang oder nach dem Abschluss der Steuerung des in dem Wicklungsdraht des Elektromotors fließenden Stroms ausgeführt werden kann, beeinflusst die Softwareverarbeitung die Steuerverarbeitung des Elektromotors nicht. Dementsprechend ist keine Kostenerhöhung erforderlich, um die Verarbeitungsleistungsfähigkeit des Mikrocomputers zu erhöhen. Aus den oben beschriebenen Gründen ist es leicht, die Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung in der Wechselrichtervorrichtung zu montieren, in der ein typischer vorhandener Mikrocomputer montiert ist, ohne Hardware hinzuzufügen. Somit ist es möglich, die in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung ohne Erhöhung der Kosten als Standard in der vorhandenen Wechselrichtervorrichtung zu montieren.
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Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen spezifische Ausführungsformen beschrieben. 1 ist ein Blockschaltplan, der eine Wechselrichtervorrichtung darstellt, in der eine Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung montiert ist. 2 ist ein Blockschaltplan, der eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung in 1 darstellt. Eine Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung 2, in der eine Phase R, eine Phase S und eine Phase T um 120 Grad gegeneinander verschoben sind, gibt eine Leitungsspannung von 200 V mit einer Frequenz von 60 Hz aus, und die Phase S ist mit der Erde (E) verbunden (geerdet). Ein Diodenmodul 3 enthält sechs Dioden, in denen die Dreiphasenleistungen von der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung 2 in die Gleichstromleistungen +DC und -DC umgesetzt werden. Ein Elektrolytkondensator 4 ist zwischen +DC und -DC geschaltet und glättet eine in einer Gleichspannung enthaltene Pulsationskomponente. Ein Transistormodul 5 enthält drei Sätze von Schaltelementen; d. h. Schaltelemente Q1 und Q2, Schaltelemente Q3 und Q4 und Schaltelemente Q5 und Q6, die in einer Brückenschaltung verbunden sind. Die drei Sätze von Schaltelementen geben an einen Elektromotor 1 jeweils Dreiphasenströme einer Phase U, einer Phase V und einer Phase W aus. Stromdetektoren 7, 8 detektieren die Ströme der Phase U bzw. der Phase V, wobei die detektierten Ströme der Phase U und der Phase V als Detektionssignale Iu bzw. Iv in die AD-Umsetzer 11, 12 eingegeben werden und die Detektionssignale Iu, Iv in digitale Signale DIu bzw. DIv umgesetzt werden. Die digitalen Signale DIu, DIv werden in einen Stromcontroller 13 eingegeben und der Stromcontroller 13 steuert jedes der Detektionssignale Iu, Iv durch Steuern des Einschaltens und Ausschaltens der Schaltelemente Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 über eine Gate-Ansteuerschaltung 6 gemäß dem Strombefehl in der Weise, dass sie dieselben wie ein Strombefehlsbetrag sind.
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In dem ersten Teil (0,5 Sekunden) (ganzzahlige Zykluszeit der Frequenz der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung 2) von etwa einer Sekunde, unmittelbar bevor die Wechselrichtervorrichtung die Stromsteuerung beginnt oder unmittelbar nachdem die Wechselrichtervorrichtung die Stromsteuerung beendet, gibt ein Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 14 an den Stromcontroller 13 einen ersten Schaltoperationsbefehl Qon zum Einschalten nur eines Elements des Schaltelements Q1 und zum Ausschalten der anderen fünf Elemente durch den Stromcontroller 13 aus. Darüber hinaus gibt der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 14 an eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 20, unmittelbar bevor das Schaltelement Q1 eingeschaltet wird, einen Initialisierungsbefehl CL aus.
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Wenn der Initialisierungsbefehl CL in die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 20 eingegeben wird, initialisiert die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 20 die internen Variablen t, die die Zeitpunkte eines Fensterfunktionsrechners 21 angeben, und die Fourier-Rechner 22, 23 auf null und löscht er Integratoren in den Fourier-Rechnern 22, 23. Der Fensterfunktionsrechner 21 berechnet die Formel DIu • (0,5 - 0,5cos(2πt/0,5)). Der Fensterfunktionsrechner 21 führt an dem digitalen Signal DIu für 0,5 Sekunden eine Hanning-Fensterfunktionsoperation aus und gibt ein Signal WIu aus. Das durch die Fensterfunktion verarbeitete Signal WIu wird in die Fourier-Rechner 22, 23 eingegeben. Der Fourier-Rechner 22 berechnet die Formel WIu • cos(2πft) mit f = 60 und integriert die Rechenergebnisse für jeweils 1 ms, um ein Signal Fc auszugeben. Der Fourier-Rechner 23 berechnet die Formel WIu • sin(2πft) und speichert die Rechenergebnisse für jeweils 1 ms auf, um ein Signal Fs auszugeben. Somit geben die Fourier-Rechner 22, 23 0,5 Sekunden, nachdem der Initialisierungsbefehl CL in die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 20 eingegeben worden ist, die Werte proportional zu einer Kosinuskomponente und zu einer Sinuskomponente als die Signale Fc bzw. Fs aus, wobei die Kosinuskomponente und die Sinuskomponente eine Frequenz von 60 Hz aufweisen, die in 0,5 Sekunden des Detektionsstroms Iu enthalten sind. Ein Rechner 24 für quadratisches Mittel führt an dem Signal Fc und an dem Signal Fs die Operation sqrt(Fc2 + Fs2) aus und gibt ein Signal Fa aus.
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Eine erste Speichervorrichtung 16 speichert zu dem Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement Q1 von ein- auf aufgeschaltet wird (dem Anfangszeitpunkt der ersten Schaltoperation) gemäß dem von dem Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 14 ausgegebenen Speicherbefehl St1 das Signal Fa. Daraufhin gibt der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 14 einen zweiten Schaltoperationsbefehl Qon an den Stromcontroller 13 aus, um alle Schaltelemente Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 auszuschalten. Der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 14 gibt zu dem Anfangszeitpunkt dieser zweiten Schaltoperation den Initialisierungsbefehl CL aus und gibt 0,5 Sekunden danach an eine zweite Speichervorrichtung 15 einen Speicherbefehl St2 aus, so dass das Signal Fa in der zweiten Speichervorrichtung 15 gespeichert wird. Somit wird ein in der zweiten Speichervorrichtung 15 gespeichertes Signal Fof zu einem Wert proportional zu einer Komponente mit einer Frequenz von 60 Hz, die in 0,5 Sekunden des Detektionsstroms Iu enthalten ist, wenn der Motorwicklungsdraht getrennt wird, und wird es zu einem Wert proportional zu einer Komponente mit einer Frequenz von 60 Hz des von dem Stromdetektor 7 ausgegebenen Rauschens. Ein in der ersten Speichervorrichtung 16 gespeichertes Signal Fon wird zu einem Wert proportional zu einer Komponente mit einer Frequenz von 60 Hz, die in 0,5 Sekunden des Detektionsstroms Iu enthalten ist, wenn die in 3 durch die durchgezogene Linie angegebene Spannung zwischen dem Motorwicklungsdraht und der Erde für 30 Zyklen angelegt wird, und wird zu einem Wert proportional zu einem Leckstrombetrag, der die Rauschkomponente des Stromdetektors 7 enthält. Ein Subtrahierer 17 gibt ein durch Subtrahieren des Signals Fof von dem Signal Fon erhaltenes Signal Li nach außen aus. Ein Komparator 19 vergleicht das Signal Li mit einem Zahlenwert Lc, der im Voraus eingestellt und in einer dritten Speichervorrichtung 18 gespeichert wird, und gibt nach außen ein Signal ERR aus, das die Anomalie angibt, wenn das Signal Li größer als der Zahlenwert Lc ist. Es wird angemerkt, dass die Verarbeitung in einem von einer Strichlinie 9 umgebenen Block durch in dem Mikrocomputer montierte Hardware und Software ausgeführt wird.
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Wenn die in dem Detektionssignal Iu des Stromdetektors 7 enthaltene Rauschkomponente ausreichend klein ist, kann die Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung aus 1 das Signal Fon ausgeben, ohne dass es als das Signal Li verarbeitet wird. Allerdings kann eine fehlerhafte Detektion des Leckstroms dadurch verhindert werden, dass das Signal Fof proportional zu der Rauschkomponente subtrahiert wird, wenn das in dem Detektionssignal Iu enthaltene Rauschen einen großen Betrag derselben Frequenzkomponente wie die Wechselstrom-Leistungsversorgung enthält. Es wird angemerkt, dass die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 20 auf eine Wechselstrom-Leistungsversorgung mit einer anderen Frequenz als der Frequenz 60 Hz, so wie sie ist, nicht angewendet werden kann. Somit ist es notwendig, die Einstellung einer Variablen f auf die Frequenz der Wechselstrom-Leistungsversorgung zu ändern, wenn die Wechselrichtervorrichtung eingebaut wird.
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4 ist ein Blockschaltplan, der die Wechselrichtervorrichtung darstellt, in der die andere Isolationsqualitätsminderungs-Detektionsvorrichtung montiert ist. 5 ist ein Blockschaltplan, der eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 29 aus 4 darstellt. In 4 sind den Komponenten mit den entsprechenden Funktionen und Operationen in 1 dieselben Bezugszeichen wie in 1 zugewiesen und ist ihre Beschreibung weggelassen. Die Spannungsdetektoren 34, 35 geben die Leitungsspannungen zwischen der Phase R und der Phase S und zwischen der Phase T und der Phase S der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung 2 als Detektionssignale Vrs bzw. Vts aus. Die Stromdetektoren 36, 37 geben in der Phase R und in der Phase T fließende Ströme als die Detektionssignale Ir bzw. It aus. Ein Spannungsdetektor 33 gibt eine Spannung zwischen +DC und -DC einer Gleichstromleistungsversorgung als ein Detektionssignal Vdc aus. Ein Transistormodul 31 enthält sechs Schaltelemente und setzt die Dreiphasenleistung von der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung 2 in Gleichströme +DC und -DC um.
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Die Detektionssignale Vdc, Vrs, Vts, Ir, It werden in einen Leistungsversorgungs-Regenerationscontroller 30 eingegeben. Der Leistungsversorgungs-Regenerationscontroller 30 steuert über eine Gate-Ansteuerschaltung 32 das Ein- und Ausschalten der sechs Schaltelemente, die in dem Transistormodul 31 enthalten sind, wenn das Detektionssignal Vdc einen im Voraus festgelegten Wert übersteigt, um die Regenerationsleistung, die erzeugt wird, wenn die Drehung des Elektromotors 1 verzögert wird, an die Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung 2 zurückzugeben, um dadurch zu steuern, dass die Erhöhung der Gleichstromleistungsversorgungsspannung unterdrückt wird. Der Leistungsversorgungs-Regenerationscontroller 30 identifiziert auf der Grundlage der Detektionssignale Vrs und Vts die Frequenz und die Phase der Phasenspannung der Phase S, die geerdet ist, und gibt ihre Informationen als ein Seriensignal Sph an die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 29 aus. In der Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 29 gibt ein Sinusschwingungs-Signalgenerator 27 auf der Grundlage der Informationen in dem Seriensignal Sph ein Sinusschwingungssignal Sn aus, das mit einer umgekehrten Phase der Spannung der Phase S vollständig synchronisiert ist. Ein Multiplizierer 26 berechnet die Formel DIu • Sn und der Integrator 28 integriert die Rechenergebnisse für je 1 ms, um ein Signal Fs auszugeben. Der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 25 gibt während 60 Zyklen des Sinusschwingungssignals Sn, unmittelbar, bevor die Wechselrichtervorrichtung die Stromsteuerung beginnt, oder unmittelbar, nachdem die Wechselrichtervorrichtung die Stromsteuerung beendet, an den Stromcontroller 13 einen ersten Schaltoperationsbefehl Qon aus, um durch den Stromcontroller 13 nur ein Element des Schaltelements Q1 einzuschalten und die anderen fünf Elemente auszuschalten. Darüber hinaus gibt der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 25, unmittelbar, bevor das Schaltelement Q1 eingeschaltet wird (wenn die erste Schaltoperation begonnen wird), an eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 29 einen Initialisierungsbefehl CL aus, um den Integrator 28 zu löschen. Zu einem Zeitpunkt, wenn das Schaltelement Q1 von ein- auf ausgeschaltet wird, gibt der Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller 25 in eine erste Speichervorrichtung 38 einen Speicherbefehl St ein, um das Signal Fs zu speichern.
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Mit diesen Operationen wird ein in der ersten Speichervorrichtung 38 gespeichertes Signal Li zu einem Wert proportional zu einem Komponentenbetrag mit einer Frequenz von 60 Hz, der in einer Sekunde des Detektionsstroms Iu enthalten ist, wenn die in 3 durch die durchgezogene Linie angegebene Spannung für 60 Zyklen zwischen dem Motorwicklungsdraht und der Erde angelegt ist. Da in der Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung 29 der Rechenprozess äquivalent der Fourier-Transformation unter Verwendung eines mit der Phase S vollständig synchronisierten Signals Sn ausgeführt wird, sind die Fensterfunktionsoperation und die Operation der quadratischen Mittelung nicht notwendig und kann der Einfluss des in dem Detektionssignal Iu des Stromdetektors 7 enthaltenen Rauschens verringert werden.
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Wenn die wie in 4 dargestellte Gleichstromleistungsversorgung mit der Leistungsversorgungs-Regenerationsfunktion angewendet wird, ist als Standard ein Zwischenphasen-Spannungsdetektor der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung montiert, so dass es nicht notwendig ist, neue Hardware hinzuzufügen. In der Ausführungsform aus 4 ist es nicht notwendig, die Frequenz gemäß einer Differenz einer Wechselstromfrequenz im Voraus einzustellen. Es wird angemerkt, dass in 5 der Sinusschwingungs-Signalgenerator 27 die Spannungsphase der Phase S sendet, die geerdet ist, aber durch Ausführen der Rechenverarbeitung der Detektionssignale Vrs, Vts in die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung ein Signal eingeben kann, das dem Signal Sn entspricht, wobei das Signal, das dem Signal Sn entspricht, direkt als ein Sinusschwingungssignal auf der Seite der Leistungsversorgungs-Regenerationssteuerung erzeugt wird.
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In den spezifischen Ausführungsformen in 1 und 4 wird auf der Grundlage des ersten Schaltoperationsbefehls nur ein Schaltelement Q1 eingeschaltet, wobei aber zwei oder mehr Schaltelemente eingeschaltet werden können. Zum Beispiel können die zwei Elemente der Schaltelemente Q1 und Q3 auf der Grundlage des ersten Schaltelementbefehls eingeschaltet werden, so dass die Summe DIu + DIv der Detektionsströme DIu, DIv, die in den Wicklungsdrähten fließen, die mit den Schaltelementen Q1 und Q3 verbunden sind, jeweils in die Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung eingegeben werden. Wenn die Ströme der drei Phasen detektiert werden können, können alle Schaltelemente, die entweder mit dem oberen Zweig oder mit dem unteren Zweig verbunden sind, eingeschaltet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor,
- 2
- Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung,
- 3
- Diodenmodul,
- 4
- Elektrolytkondensator,
- 5,31
- Transistormodul,
- 6,32
- Gate-Ansteuerschaltung,
- 7, 8, 36, 37
- Stromdetektor,
- 9, 10
- Mikrocomputer,
- 11, 12
- AD-Umsetzer,
- 13
- Stromcontroller,
- 14, 25
- Isolationsqualitätsminderungs-Detektionscontroller,
- 15
- zweite Speichervorrichtung,
- 16, 38
- erste Speichervorrichtung,
- 18
- dritte Speichervorrichtung,
- 17
- Subtrahierer,
- 19
- Komparator,
- 20, 29
- Frequenzkomponenten-Extraktionseinrichtung,
- 21
- Fensterfunktionsrechner,
- 22, 23
- Fourier-Rechner,
- 24
- Rechner für quadratisches Mittel,
- 26
- Multiplizierer,
- 27
- Sinusschwingungs-Signalgenerator
- 28
- Integrator,
- 33, 34, 35
- Spannungsdetektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018046289 [0001]
- JP H5328739 A [0003, 0004]
- JP 2006226993 A [0003, 0005]
