DE102021128355A1 - Wechselrichtersystem mit Motorisolations-Prüffunktion - Google Patents

Abstract

Ein Wechselrichtersystem enthält einen Umsetzer (3), einen Wechselrichter (6), einen ersten Schalter SW1, der zwischen dem Umsetzer (3) und einer Wechselstromquelle (1) verbindet, einen Kondensator (5), der eine Gleichstromleistung in einem Gleichstrombus (4) glättet, einen Widerstand Rr, der von einer Positivspannungsseite des Gleichstrombusses (4) mit Masse verbunden ist, einen zweiten Schalter SW2, der zwischen dem Widerstand Rr und Masse verbindet, und eine Steuereinheit (10), die das Ansteuern des Wechselrichtersystems steuert. Die Steuereinheit (10) ist konfiguriert zum: nach dem Aufladen des Kondensators (5), während sich der erste Schalter SW1 in einem AUS-Zustand befindet, Einschalten des zweiten Schalters SW2 und Erhalten eines ersten Spannungsabfalls ER1des Widerstands Rx; Einschalten eines Elements von den Halbleiterelementen des Wechselrichters (6), das mit der Negativspannungsseite des Gleichstrombusses (4) verbunden ist, und daraufhin Erhalten eines zweiten Spannungsabfalls ER2des Widerstands Rx; und Prüfen des Isolationswiderstands eines Motors (7) auf der Grundlage der Spannungsabfälle ER1, ER2.

Description

• Querverweis auf verwandte Anmeldung
• Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-183819 , eingereicht am 2. November 2020, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen ist, wobei die Beschreibung, die Ansprüche, die Zeichnungen und die Zusammenfassung enthalten sind.
• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Beschreibung offenbart ein Wechselrichtersystem, das eine Funktion zum Prüfen des Isolationswiderstands eines anzusteuernden Motors aufweist.
• Hintergrund
• In einer Produktionsanlage ist es erwünscht, jegliche Fehler vorab zu detektieren und eine vorbeugende Wartung auszuführen, da ein plötzlicher Fehler die Produktivität beeinträchtigt. Insbesondere bei einer Werkzeugmaschine zum Durchführen einer Metallverarbeitung tritt häufig ein Fehler auf, bei dem ein wässriges Schneidfluid, das für die Verarbeitung verwendet wird, einen Nebel bildet, am Motor anhaftet und in diesen eindringt und eine Verschlechterung der Isolation bewirkt. Dementsprechend ist es erwünscht, den Motorisolationswiderstand zu prüfen und zu diagnostizieren.
• Früher wurde zum Diagnostizieren des Motorisolationswiderstands der Motor während eines Außerbetriebnahmezeitraums der Maschine vom Wechselrichter getrennt, um den Motorisolationswiderstand unter Verwendung einer Isolationswiderstands-Prüfeinrichtung zu messen, und dieser Prozess wurde periodisch durchgeführt. Jedoch erfordert das Durchführen einer Prüfung durch Trennen des Motors bei den komplexen Maschinenstrukturen der letzten Jahre viel Arbeitsaufwand und Zeit, was die Produktivität aufgrund der Prüfarbeit auf problematische Weise verringert.
• Um den Arbeitsaufwand einer Motorisolationsprüfung zu verringern, sind Techniken zum Messen des Isolationswiderstands unter Verwendung einer Funktion des Wechselrichters entworfen worden. Zum Beispiel wird in Patentdokument 1 eine Spannungsteilerschaltung, wie in 4 gezeigt, die mit den Widerständen R1 und R2 konfiguriert und von der Negativspannungsseite eines Wechselrichter-Gleichstrombusses her angeschlossen ist, über einen Schalter SW2 mit Masse gekoppelt, und zu diesem Zeitpunkt wird durch gleichzeitiges Einschalten der Halbleiterelemente, die den Wechselrichter bilden, eine geschlossene Schaltung gebildet, die den Motorisolationswiderstand Rx enthält, und eine Spannung, die in der Spannungsteilerschaltung auftritt, wird detektiert. Hier wird die Wechselrichterschaltung durch Ausschalten des Schalters SW1 von der Wechselstromquelle getrennt.
• Wenn in 4 der Schalter SW2 und irgendeines der Halbleiterelemente, die auf der oberen Seite des Wechselrichters angeordnet sind, eingeschaltet werden, fließt ein Strom über den folgenden Weg durch den Widerstand R1: Positivspannungsseite des Gleichstrombusses → Wechselrichterelement → Motorleitung → Motorisolationswiderstand Rx → Masse → Widerstand R2 → Schalter SW2 → Widerstand R1 → Negativspannungsseite des Gleichstrombusses. Durch Detektieren der Spannung, die im Widerstand R1 auftritt, ist es möglich, den Wert des Motorisolationswiderstands Rx abzuleiten, der das Ziel der Messung ist.
• Jedoch kann der Wert des Motorisolationswiderstands Rx in einem tatsächlichen Wechselrichtersystem wegen des Vorhandenseins eines Leckstroms von den Halbleiterelementen, die den Wechselrichter und den Umsetzer bilden, sowie eines Leckstroms, der durch andere bildende Komponenten in dem Wechselrichtersystem bewirkt wird, nicht genau berechnet werden. Insbesondere besteht die Tendenz, dass die Messgenauigkeit in einem System, bei dem mehrere Wechselrichter mit einem einzigen Gleichstrombus verbunden sind, um mehrerer Motore zu steuern, verschlechtert wird. Dieses Problem wird unter Bezugnahme auf 5 erklärt. Der Motor A ist der Messzielmotor, und eines der Halbleiterelemente der oberen Seite des Wechselrichters A wird eingeschaltet, um die Spannung der positiven Seite des Gleichstrombusses an den Motor A anzulegen. Den Motor B betreffend fließen die Leckströme I_L1, I_L2, I_L3 durch die Halbleiterelemente, obwohl alle Halbleiterelemente des Wechselrichters B ausgeschaltet sind, und diese Ströme fließen über den Isolationswiderstand Rx₂ des Motors B zum Widerstand R1. Als ein Ergebnis enthält die Spannung, die im Widerstand R1 auftritt, aufgrund des Isolationswiderstands Rx₂ des Motors B zusätzlich zur Widergabe des Isolationswiderstands Rx₁ des Motors A eine Fehlerkomponente.
• Um mit diesem Problem umzugehen, wird z. B. in Patentdokument 2 die Spannung, die an den Motor angelegt wird, wenn der Schalter SW2 eingeschaltet wird, auf ein Potential nahe an Masse eingestellt, indem alle Halbleiterelemente der unteren Seite des Wechselrichters B eingeschaltet werden und dadurch die Spannung des Negativseite des Gleichstrombusses an den Motor B angelegt wird, derart, dass ein Leckstromfluss verhindert wird.
• Entgegenhaltungsliste
• Patentliteratur
• Patentdokument 1: JP 2009-204600 A
• Patentdokument 2: JP 2015-169479 A
• Patentdokument 3: WO 2013/018411 A
• Obwohl die oben genannten Patentdokumente 1 und 2 Techniken offenbaren, die versuchen, den Einfluss des Isolationswiderstands irgendeines anderen Motors als des Messzielmotors zu beseitigen, gibt es bei einem tatsächlichen Wechselrichtersystem zusätzliche Faktoren, die die Genauigkeit der Isolationswiderstandsmessung verschlechtern. Diese Faktoren werden unter Bezugnahme auf 3 erklärt. Das in 3 gezeigte Wechselrichtersystem ist derart konfiguriert, dass der Umsetzer 3 unter Verwendung von Halbleiterelementen wie etwa IGBT eine umkehrbare Umsetzung durchführen kann und dazu dient, eine regenerative elektrische Energie von einem Lastmotor 7 zurückzugewinnen. Die Rückgewinnung von Energie ist für Anwendungen, bei denen sehr häufig Beschleunigungs- und Verlangsamungsvorgänge durchgeführt werden, wie etwa Werkzeugmaschinen-Hauptspindelantriebanwendungen, unverzichtbar und folglich wird ein derartiges Wechselrichtersystem allgemein verwendet.
• Da in einem Umsetzer 3, der Energierückgewinnung durchführt, durch Schaltsteuerung bewirkt wird, dass ein Strom in der Wechselstromquellenleitung fließt, ist im Allgemeinen ein Leitungsfilter 2 zum Glätten des Stroms zwischen dem Umsetzer 3 und der Wechselstromquelle 1 eingefügt. Wie in 3 gezeigt ist, ist dieses Leitungsfilter 2 häufig mit Reaktoren und Kondensatoren konfiguriert und als die Kondensatoren sind häufig Entladungswiderstände in der Größenordnung von einigen hundert kΩ parallel geschaltet.
• Wenn die Isolationswiderstands-Messverfahren, wie in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart, auf ein Wechselrichtersystem, wie in 3 gezeigt, angewendet werden, wird nicht lediglich der Isolationswiderstand des Messzielmotors wiedergegeben, sondern zusätzlich ist ein Leckstrom von den Halbleiterelementen des Umsetzers 3 in dem Strom enthalten, der über die Entladungswiderstände, die im Leitungsfilter 2 angeordnet sind, zum Detektionswiderstand Rr fließt, und daher tritt in der detektierten Spannung ein Fehler auf. Ferner wird, obwohl das Leitungsfilter 2 ohne Verwendung von Entladungswiderständen konfiguriert sein kann, in diesem Fall bewirkt, dass aufgrund der Spannung, die in den Kondensatoren gesammelt ist, ein Leckstrom fließt, der als ein Fehlerfaktor wirkt. Zusätzlich ist der Isolationswiderstand R_F der Reaktoren des Leitungsfilters 2 als ein weiterer Fehlerfaktor vorhanden. Somit besteht ein Problem, dass der Motorisolationswiderstand aufgrund dieser mehrfachen Fehlerfaktoren nicht genau gemessen werden kann.
• Ferner offenbart Patentdokument 3, dass der Motorisolationswiderstand nicht genau gemessen werden kann, wenn ein Leckstrom von den Halbleiterelementen, die den Wechselrichter bilden, oder ein Leckstrom von der Gleichstrombusschaltung des Wechselrichters vorliegt. Als eine Maßnahme, um dieses Problem beim Messen des Isolationswiderstands anzugehen, offenbart Patentdokument 3, zuerst eine Messung vorzunehmen, während sich die Halbleiterelemente des Wechselrichters in einem AUS-Zustand befinden, und dann, wenn zu diesem Zeitpunkt ein Isolationswiderstand mit einem vorgegebenen Wert oder höher detektiert wird, den Prozess des Messens des Motorisolationswiderstands zu unterbrechen. Mit anderen Worten, es besteht ein Problem, dass der Motorisolationswiderstand nicht gemessen werden kann, wenn die oben beschriebenen Fehlerfaktoren vorhanden sind.
• Zusammenfassung
• Ein Wechselrichtersystem mit Motorisolations-Prüffunktion, wie in der vorliegenden Beschreibung offenbart, enthält Folgendes: einen Umsetzer, der eine Wechselstromleistung, die von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, in eine Gleichstromleistung umsetzt und die Gleichstromleistung an einen Gleichstrombus ausgibt; einen ersten Schalter, der eine Verbindung zwischen dem Umsetzer und der Wechselstromquelle ein- und ausschaltet; einen Wechselrichter, der mehrere Halbleiterelemente enthält und der die Gleichstromleistung, die an den Gleichstrombus ausgegeben wird, in eine Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an einen Motor anlegt; einen Kondensator, der die Gleichstromleistung im Gleichstrombus glättet; einen Widerstand, der entweder von einer Positivspannungsseite oder einer Negativspannungsseite des Gleichstrombusses mit Masse verbunden ist; einen zweiten Schalter, der einen Verbindungsweg zwischen dem Widerstand und der Masse ein- und ausschaltet; eine erste Spannungsdetektionsschaltung, die einen Spannungsabfall über dem Widerstand detektiert; und eine Steuereinheit, die das Ansteuern des Wechselrichtersystems steuert. Die Steuereinheit ist konfiguriert, Folgendes durchzuführen: eine Aufladungsverarbeitung, die das Einschalten des ersten Schalters und das Aufladen des Kondensators enthält; eine erste Detektionsverarbeitung, die nach der Aufladungsverarbeitung, während sich der Wechselrichter, der Umsetzer und der erste Schalter alle in einem AUS-Zustand befinden, das Einschalten des zweiten Schalters und daraufhin das Erhalten eines Ausgangs von der ersten Spannungsdetektionsschaltung als einen ersten Spannungsabfall enthält; eine zweite Detektionsverarbeitung, die nach der Aufladungsverarbeitung, während sich sowohl der Umsetzer als auch der erste Schalter in einem AUS-Zustand befinden, das Einschalten des zweiten Schalters, außerdem das Einschalten irgendeines Elements von den Halbleiterelementen des Wechselrichters, das mit der anderen der Positivspannungsseite oder der Negativspannungsseite des Gleichstrombusses verbunden ist, und daraufhin das Erhalten eines Ausgangs von der ersten Spannungsdetektionsschaltung als einen zweiten Spannungsabfall enthält; und eine Prüfverarbeitung, die nach der ersten Detektionsverarbeitung und der zweiten Detektionsverarbeitung das Prüfen einer Qualität des Isolationswiderstands des Motors auf der Grundlage mindestens des ersten Spannungsabfalls und des zweiten Spannungsabfalls enthält.
• In der obigen Konfiguration kann das Wechselrichtersystem ferner eine zweite Spannungsdetektionsschaltung enthalten, die eine Spannung des Gleichstrombusses detektiert. Die Steuereinheit kann in der ersten Detektionsverarbeitung zusätzlich einen Ausgang von der zweiten Spannungsdetektionsschaltung als eine erste Gleichstrombusspannung erhalten; in der zweiten Detektionsverarbeitung zusätzlich einen Ausgang von der zweiten Spannungsdetektionsschaltung als eine zweite Gleichstrombusspannung erhalten und in der Prüfverarbeitung den Isolationswiderstand des Motors auf der Grundlage der ersten Gleichstrombusspannung, der zweiten Gleichstrombusspannung, des ersten Spannungsabfalls, des zweiten Spannungsabfalls und eines Widerstandswertes des Widerstands berechnen.
• In der obigen Konfiguration kann die Steuereinheit den Isolationswiderstand Rx des Motors gemäß der folgenden Gleichung 1 berechnen, wobei E_DC1 die erste Gleichstrombusspannung bezeichnet, E_DC2 die zweite Gleichstrombusspannung bezeichnet, E_R1 den ersten Spannungsabfall bezeichnet, E_R2 den zweiten Spannungsabfall bezeichnet und Rr den Widerstandswert des Widerstands bezeichnet. $${\text{R}}_{\text{x}}={\text{R}}_{\text{r}}\left(\frac{{\text{E}}_{\text{DC}1}{\text{E}}_{\text{DC}2}}{{\text{E}}_{\text{R}2}{\text{E}}_{\text{DC}1}-{\text{E}}_{\text{R}1}{\text{E}}_{\text{DC}2}}-1\right)$$

  
• Gemäß einem Wechselrichtersystem mit Motorisolations-Prüffunktion, wie in der vorliegenden Beschreibung offenbart, kann der Isolationswiderstand des Messzielmotors genau gemessen werden, indem die Einflüsse von Fehlerfaktoren wie etwa einem Entladungswiderstand, der im Leitungsfilter enthalten ist, einem Isolationswiderstand eines beliebigen anderen Motors als dem Messziel und einem Isolationswiderstand der Reaktoren des Leitungsfilters beseitigt werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Bedarf der Wartungsarbeit des periodischen Trennens des Motors und des Prüfens seines Isolationswiderstands zur vorbeugenden Wartung zu beseitigen.
• Figurenliste
• Eine Ausführungsfonn bzw. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden auf der Grundlage der folgenden Figuren beschrieben; es zeigen:
• 1 ein Konfigurationsdiagramm eines Wechselrichtersystems;
• 2 einen Ablaufplan, der einen Vorgang zum Messen eines Motorisolationswiderstands veranschaulicht;
• 3 ein Diagramm, das Probleme bei der Isolationswiderstandsmessung in einem Wechselrichtersystem erklärt;
• 4 ein Konfigurationsdiagramm eines Wechselrichtersystems gemäß dem Hintergrundgebiet; und
• 5 ein Konfigurationsdiagramm eines weiteren Wechselrichtersystems gemäß dem Hintergrundgebiet.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• 1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Wechselrichtersystems. Eine Wechselstromquelle 1 ist über einen ersten Schalter SW1 mit einem Leitungsfilter 2 verbunden. Eine Dreiphasen-Wechselstromleistung, die das Leistungsfilter 2 passiert hat, wird in einen Umsetzer 3 eingegeben, derart, dass sie in eine Gleichstromleistung umgesetzt wird, die an einen Gleichstrombus 4 ausgegeben wird. Ein Kondensator 5 zum Glätten der Gleichstromleistung ist mit dem Gleichstrombus 4 verbunden.
• Der Gleichstrombus 4 ist mit einem Gleichstrom-Eingangsanschluss eines Wechselrichters 6 verbunden. Der Wechselrichter 6 setzt die Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung um, indem eine Schaltsteuerung von Halbleiterelementen durchgeführt wird, und legt die Wechselstromleistung an einen Motor 7 an.
• Der Motor 7 weist eine Struktur auf, in der Spulen im Inneren eines metallischen (d. h. leitfähigen) Gehäuses enthalten sind und durch ein Isolationsmaterial eine Isolation zwischen dem Gehäuse und den Spulen bereitgestellt wird. Wenn jedoch als ein Ergebnis einer Langzeitanwendung Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringt, wird der Isolationswiderstand verringert und ein Leckstrom fließt zwischen den Spulen und dem Gehäuse. In 1 ist dieser Isolationswiderstand mit Rx bezeichnet. Da das Gehäuse am Maschinenhauptkörper befestigt ist, fließt der Leckstrom, der durch den Isolationswiderstand Rx fließt, dementsprechend zum Maschinenhauptkörper ab. Eine Steuereinheit 10 führt das Ein- und Ausschalten des ersten Schalters SW1 und des zweiten Schalters SW2 und der Halbleiterelemente, die den Umsetzer 3 und den Wechselrichter 6 bilden, aus. Die Steuereinheit 10 führt außerdem Schritt 0 bis 4 aus, die weiter unten erklärt sind, und prüft dadurch den Isolationswiderstand Rx des Motors 7 auf der Grundlage von detektierten Werten einer ersten Spannungsdetektionsschaltung 9 und einer zweiten Spannungsdetektionsschaltung 8, die unten beschrieben sind. Die Steuereinheit 10 ist z. B. mit einem Computer konfiguriert, der einen Prozessor und einen Speicher umfasst.
• Um in dem Wechselrichtersystem, wie oben beschrieben, den Isolationswiderstand Rx des Motors 7 zu messen, ist ein Widerstand Rr von der Negativspannungsseite des Gleichstrombusses 4 angeschlossen und über den zweiten Schalter SW2 mit Masse, d.h. mit dem Maschinenhauptkörper, gekoppelt. Obwohl der Widerstand Rr im vorliegenden Beispiel mit der Negativspannungsseite des Gleichstrombusses 4 verbunden ist, kann der Widerstand Rr alternativ mit der Positivspannungsseite verbunden sein. Wenn die Verbindung zur Positivspannungsseite hergestellt ist, kann eine äquivalente Funktion realisiert werden, indem die Positivspannungsseite (oder die obere Seite) und die Negativspannungsseite (oder die untere Seite) in den unten beschriebenen Vorgängen der Halbleiterelemente miteinander vertauscht werden. In dem Wechselrichtersystem sind die erste Spannungsdetektionsschaltung 9, die einen Spannungsabfall über dem Widerstand Rr detektiert, und die zweite Spannungsdetektionsschaltung 8, die eine Gleichspannung des Gleichstrombusses 4 detektiert, vorgesehen.
• Ein Betriebsablauf zum Prüfen des Isolationswiderstands Rx wird nun unter Bezugnahme auf den Ablaufplan aus 2 beschrieben.
• <Schritt 0>
• In einem Messprozess wird zuerst der Zustand des Schalters SW1 geprüft. Wenn der erste Schalter SW1 aufgrund von Gründen wie etwa, dass sich der Motor 7 vor dem Beginn des Messprozesses in Betrieb befand, bereits eingeschaltet ist, befindet sich der Kondensator 5 in einem Zustand, in dem er mit Gleichspannung aufgeladen wird. In diesem Fall fährt der Prozess einfach zu Schritt 1 fort. Wenn sich der erste Schalter SW1 andererseits zu Beginn des Messprozesses in einem AUS-Zustand befindet und der Kondensator 5 nicht aufgeladen wird, wird der erste Schalter SW1 vorübergehend eingeschaltet, um den Kondensator 5 aufzuladen.
• <Schritt 1>
• Wenn der Kondensator 5 aufgeladen wird, wird daraufhin den Halbleiterelementen des Wechselrichters 6 und des Umsetzers 3 ein AUS-Signal zugeführt, und außerdem wird der erste Schalter SW1 ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der Kondensator 5 in einem Zustand, in dem er mit Gleichspannung aufgeladen wird, und diese Gleichspannung soll zum Durchführen des Messvorgangs verwendet werden.
• <Schritt 2>
• Daraufhin wird der zweite Schalter SW2 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich der Wechselrichter 6 und der Umsetzer 3 in einem AUS-Zustand und aufgrund eines Leckstroms von den Halbleiterelementen fließt ein Strom, wie durch die gestrichelten Linien in 3 angegeben, durch den Widerstand Rr. Hier wird eine Gleichspannung des Gleichstrombusses 4 durch die zweite Spannungsdetektionsschaltung 8 als eine erste Gleichstrombusspannung E_DC1 detektiert, und ein Spannungsabfall über dem Widerstand Rr wird durch die erste Spannungsdetektionsschaltung 9 als ein erster Spannungsabfall E_R1 detektiert.
• <Schritt 3>
• Daraufhin wird irgendeinem der Halbleiterelemente der oberen Seite des Wechselrichters 6, der den Motor 7 ansteuert, der als das Messziel dient, ein EIN-Signal zugeführt. Da die Spulen im Motor im Allgemeinen auf der Innenseite miteinander verbunden sind, ist es ausreichend, einfach irgendeine der drei Phasen einzuschalten. Anschließend wird ein Spannungsabfall über dem Widerstand Rr als ein zweiter Spannungsabfall E_R2 detektiert und eine Gleichstrombusspannung wird als eine zweite Gleichstrombusspannung E_DC2 detektiert.
• Da zu diesem Zeitpunkt die Gleichspannung des Gleichstrombusses 4 an den Motor 7 angelegt ist, fließt jeglicher Strom, der durch den Isolationswiderstand Rx fließt, zum Widerstand Rr. Wenn der Isolationswiderstand Rx ausreichend hoch ist und kein Strom dort hindurch fließt, wird der zweite Spannungsabfall E_R2 gleich dem ersten Spannungsabfall E_R1, der im obigen Schritt 2 detektiert worden ist. Wenn andererseits Rx abgesenkt ist, nimmt der Strom zu, derart, dass E_R1 < E_R2 wahr ist, und der Strom, der durch Rx fließt, wird als der Stromanstieg detektiert.
• Die zweite Gleichstrombusspannung E_DC2, die in Schritt 3 detektiert wird, ist grundsätzlich gleich der ersten Gleichstrombusspannung E_DC1. Wenn es jedoch eine relativ lange Zeit dauert, um von Schritt 2 zu Schritt 3 fortzufahren, nimmt die Gleichspannung des Kondensators 5 aufgrund des Entladens ab, derart, dass E_DC1 > E_DC2 wahr ist.
• Hier wird die Zeitdifferenz zwischen Schritt 2 und Schritt 3 wie folgt erklärt. Wie oben erwähnt, wird der erste Spannungsabfall E_R1, der in Schritt 2 detektiert wird, durch einen Leckstrom von den Halbleiterelementen bewirkt. Wie allgemein bekannt ist, ändert sich ein Leckstrom von einem Halbleiterelement abhängig von der Temperatur des Elements. Dementsprechend können der erste Spannungsabfall E_R1 und der zweite Spannungsabfall E_R2 durch das Ausführen von Schritt 2 unmittelbar vor Schritt 3 im Wesentlichen in einer Umgebung mit derselben Temperatur detektiert werden, und daher kann eine hochgenaue Messung des Isolationswiderstands durchgeführt werden.
• <Schritt 4>
• Die Werte von E_R1, E_R2, E_DC1 und E_DC2, die in den obigen Schritten erhalten werden, werden verwendet, um den Motorisolationswiderstand Rx gemäß der folgenden Gleichung zu berechnen. $${\text{R}}_{\text{x}}={\text{R}}_{\text{r}}\left(\frac{{\text{E}}_{\text{DC}1}{\text{E}}_{\text{DC}2}}{{\text{E}}_{\text{R}2}{\text{E}}_{\text{DC}1}-{\text{E}}_{\text{R}1}{\text{E}}_{\text{DC}2}}-1\right)$$

  
• Obwohl die obige Beschreibung ein Beispiel veranschaulicht hat, in dem in Schritt 2 eine Messung durchgeführt wird, während sich alle Halbleiterelemente in einem AUS-Zustand befinden, ist es alternativ möglich, den Halbleiterelementen, die auf der Negativspannungsseite des Gleichstrombusses angeordnet sind, ein EIN-Signal zuzuführen. In diesem Fall kann ein Leckstrom von den Halbleiterelementen verringert werden, und daher kann die Messgenauigkeit des Isolationswiderstands Rx weiter verbessert werden. Ferner können Schritt 2 und Schritt 3 ausgeführt werden, indem ihre Positionen in der Reihenfolge der Abfolge ausgetauscht werden. Mit anderen Worten, wenn Schritt 3 vor Schritt 2 ausgeführt werden soll, werden E_R2 und E_DC2 zuerst detektiert und E_R1 und E_DC1 werden anschließend detektiert, jedoch kann der Isolationswiderstand Rx auf dieselbe Weise gemäß der obigen Gleichung berechnet werden.
• Obwohl sich die obige Beschreibung auf ein Beispiel bezogen hat, das jeweils ein Wechselrichter und einen Motor enthält, kann die vorliegende Offenbarung auf gleichartige Weise in einem Wechselrichtersystem implementiert sein, die zwei oder mehr Motoren ansteuert, wie in 5 gezeigt ist. In diesem Fall werden Schritt 3 und Schritt 4 für eine Anzahl von Wiederholungen, die der Anzahl der Motoren entspricht, wiederholt ausgeführt, nachdem Schritt 2 einmal ausgeführt worden ist, um dadurch die Werte der Isolationswiderstände Rx der jeweiligen Motoren zu berechnen. Wenn die Anzahl der Motoren groß ist, nimmt die Gleichspannung des Gleichstrombusses 4 während der Zeit, in der Schritt 3 und Schritt 4 wiederholt ausgeführt werden, allmählich ab, was eine Verschlechterung der Messgenauigkeit bewirkt. Eine derartige Verschlechterung der Messgenauigkeit kann verhindert werden, indem z. B. ein Vorgang des Ausführens von Schritt 2 einmal jedes Mal dann, wenn eine Messung für einen Motor durchgeführt wird, hinzugefügt wird.
• Wenn ferner gewünscht ist, die Verarbeitung der Berechnung des Isolationswiderstands Rx zu vereinfachen, können lediglich E_R1 und E_R2, die in Schritt 2 und Schritt 3 erhalten werden, verwendet werden, um einen Näherungswert des Isolationswiderstands Rx auf der Grundlage einer Differenz zwischen diesen Werten (d. h. E_R2 - E_R1) zu bestimmen. Das heißt, da die Differenz (E_R2 - E_R1) zunimmt, wenn sich der Isolationswiderstand Rx verschlechtert, kann die Differenz (E_R2 - E_R1) mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden, und dann, wenn die Differenz den Schwellenwert überschreitet, kann bestimmt werden, dass der Isolationswiderstand Rx unzulänglich ist. Wenn dieser Prozess verwendet wird, müssen Schritt 2 und Schritt 3 in einer kurzen Zeit nacheinander ausgeführt werden. Da jegliche Änderung der Gleichstrombusspannung während dieser Zeit ausreichend klein ist, kann angenommen werden, dass E_DC1 ≈ E_DC2 wahr ist.
• Bezugszeichenliste

1

Wechselstromquelle,

2

Leitungsfilter,

3

Umsetzer,

4

Gleichstrombus,

5

Kondensator,

6

Wech-selrichter,

7

Motor,

8

zweite Spannungsdetektionsschaltung,

9

erste Spannungsdetektionsschaltung,

10

Steuereinheit.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2020183819 [0001]
• JP 2009204600 A [0008]
• JP 2015169479 A [0008]
• WO 2013/018411 A [0008]

Claims (3)

1. Wechselrichtersystem mit Motorisolations-Prüffunktion, die Folgendes umfasst: einen Umsetzer, der eine Wechselstromleistung, die von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, in eine Gleichstromleistung umsetzt und die Gleichstromleistung an einen Gleichstrombus ausgibt; einen ersten Schalter, der eine Verbindung zwischen dem Umsetzer und der Wechselstromquelle ein- und ausschaltet; einen Wechselrichter, der mehrere Halbleiterelemente enthält oder der die Gleichstromleistung, die an den Gleichstrombus ausgegeben wird, in eine Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an einen Motor anlegt; einen Kondensator, der die Gleichstromleistung im Gleichstrombus glättet; einen Widerstand, der entweder von einer Positivspannungsseite oder einer Negativspannungsseite des Gleichstrombusses mit Masse verbunden ist; einen zweiten Schalter, der einen Verbindungsweg zwischen dem Widerstand und der Masse ein- und ausschaltet; eine erste Spannungsdetektionsschaltung, die einen Spannungsabfall über dem Widerstand detektiert; und eine Steuereinheit, die das Ansteuern des Wechselrichtungssystems steuert, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, Folgendes durchzuführen: eine Aufladungsverarbeitung, die das Einschalten des ersten Schalters und das Aufladen des Kondensators umfasst; eine erste Detektionsverarbeitung, die nach der Aufladungsverarbeitung, während sich der Wechselrichter, der Umsetzer und der erste Schalter alle in einem AUS-Zustand befinden, das Einschalten des zweiten Schalters und daraufhin das Erhalten eines Ausgangs von der ersten Spannungsdetektionsschaltung als einen ersten Spannungsabfall umfasst; eine zweite Detektionsverarbeitung, die nach der Aufladungsverarbeitung, während sich sowohl der Umsetzer als auch der erste Schalter in einem AUS-Zustand befinden, das Einschalten des zweiten Schalters, außerdem das Einschalten irgendeines Elements von den Halbleiterelementen des Wechselrichters, das mit der anderen der Positivspannungsseite oder der Negativspannungsseite des Gleichstrombusses verbunden ist, und daraufhin das Erhalten eines Ausgangs von der ersten Spannungsdetektionsschaltung als einen zweiten Spannungsabfall umfasst; eine Prüfverarbeitung, die nach der ersten Detektionsverarbeitung und der zweiten Detektionsverarbeitung das Prüfen einer Qualität des Isolationswiderstands des Motors auf der Grundlage mindestens des ersten Spannungsabfalls und des zweiten Spannungsabfalls umfasst.
2. Wechselrichtersystem mit Motorisolations-Prüffunktion nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine zweite Spannungsdetektionsschaltung, die eine Spannung des Gleichstrombusses detektiert, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist zum: zusätzlichen Erhalten eines Ausgangs von der zweiten Spannungsdetektionsschaltung als eine erste Gleichstrombusspannung in der ersten Detektionsverarbeitung; zusätzlichen Erhalten eines Ausgangs von der zweiten Spannungsdetektionsschaltung als eine zweite Gleichstrombusspannung in der zweiten Detektionsverarbeitung; und Berechnen des Isolationswiderstands des Motors in der Prüfverarbeitung auf der Grundlage der ersten Gleichstrombusspannung, der zweiten Gleichstrombusspannung, des ersten Spannungsabfalls, des zweiten Spannungsabfalls und eines Widerstandswertes des Widerstands.
3. Wechselrichtersystem mit Motorisolations-Prüffunktion nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den Isolationswiderstand Rx des Motors gemäß der folgenden Gleichung 1 berechnet: $${\text{R}}_{\text{x}}={\text{R}}_{\text{r}}\left(\frac{{\text{E}}_{\text{DC}1}{\text{E}}_{\text{DC}2}}{{\text{E}}_{\text{R}2}{\text{E}}_{\text{DC}1}-{\text{E}}_{\text{R}1}{\text{E}}_{\text{DC}2}}-1\right)$$

   

   wobei E_DC1 die erste Gleichstrombusspannung bezeichnet, E_DC2 die zweite Gleichstrombusspannung bezeichnet, E_R1 den ersten Spannungsabfall bezeichnet, E_R2 den zweiten Spannungsabfall bezeichnet und Rr den Widerstandswert des Widerstands bezeichnet.

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