DE112014002853B4

DE112014002853B4 - Isolationsdetektor und elektrische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112014002853B4
Application number: DE112014002853.3T
Authority: DE
Inventors: Taichiro Tamida; Masayuki Uematsu; Akira Tanabe; Yoshitomo Hayashi; Yoji Tsutsumishita; Kosuke Tsujikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: JP2017142269A; TW201700984A; TWI583966B; CN107621572A; KR101813355B1; JP5705382B1; CN105358997A; WO2015075821A1; CN105358997B; TWI617815B; US10416224B2; JP6181769B2; US20180340971A1; TW201534937A; KR20160015332A; JP6345312B2; JPWO2015075821A1; DE112014002853T5; CN107621572B; US20160377670A1

Abstract

Isolationsdetektor (30), der mit einer elektrischen Vorrichtung (20) verbunden ist, die einen vorrichtungsinternen Kondensator (22) aufweist, wobei der Isolationsdetektor (30) aufweist:einen isolationsdetektoreigenen Kondensator (31);eine Spannungserfassungseinheit (33), die eine Spannung des isolationsdetektoreigenen Kondensators (31) erfasst; undeinen einen Strompfad ausbildenden Schalter (32), um ein Gehäuse oder Masse, den vorrichtungsinternen Kondensator (22) und den isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) seriell zu verbinden und einen Strompfad auszubilden, der einen Isolationswiderstand der elektrischen Vorrichtung (20) umfasst, wobei der Isolationsdetektor (30) den Isolationswiderstand misst, indem mit Hilfe der Spannungserfassungseinheit (33) eine Zeitkonstante einer Spannungsänderung am isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) gemessen wird, undder Kapazitätswert des isolationsdetektoreigenen Kondensators (31) im Vergleich mit dem Kapazitätswert des vorrichtungsinternen Kondensators (22) ein Wert ist, der bei der Messung des Isolationswiderstands vernachlässigbar ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolationsdetektor, der erfasst, ob die Isolierung einer Last, beispielsweise eines Motors, beeinträchtigt ist oder einen Masseschluss aufweist, sowie eine den Isolationsdetektor umfassende elektrische Vorrichtung.
Hintergrund
Da das Isolationsmaterial einer elektrischen Vorrichtung im Laufe der Zeit üblicherweise altert, besteht der Wunsch die Alterung zu überwachen und Messungen vorzunehmen. Ein Leckstrom aufgrund eines dielektrischen Durchschlags sollte durch eine Masseschlusssicherung vermieden werden. Es wäre wünschenswert, wenn die Alterung der Isolierung überwacht, ein dielektrischer Durchschlag vorhergesehen und der dielektrische Durchschlag verhindert werden könnte. Die Masseschlusssicherung kann einen Leckstrom von einer Vorrichtung nach Masse erfassen. Da die durch die Alterung des Isolationsmaterials bedingte Änderung des Isolierwiderstands gering ist, lässt sich die Veränderung nur schwer messen. Bei einer in einer Produktionsstätte einer Fabrik eingesetzten Werkzeugmaschine werden zum Beispiel mehrere Motoren, beispielsweise ein Spindelmotor, ein Servomotor oder dergleichen, verwendet. Isoliermaterialien zwischen Gehäusen und Spulen des Motors altern mit der Zeit. Bei einer solchen Werkzeugmaschine spricht, wenn aufgrund einer Alterung der Isolierung des Motors ein großer Leckstrom fließt, eine mit einem Stromversorgungssystem verbundene Masseschlusssicherung an, wodurch das gesamte System gestoppt wird. Da die Vorrichtung in diesem Fall plötzlich angehalten wird, ist der Einfluss auf die Fertigung groß, die Ermittlung der Ursache für den Leckstrom schwierig und die Zeit zur Wiederinstandsetzung der Vorrichtung lang. Es besteht daher ein Bedarf an einem Mechanismus zur genauen Erfassung einer Verschlechterung des Isolationswiderstands gegenüber Masse oder gegenüber dem Gehäuse der Vorrichtung oder der Last, beispielsweise dem Motor, oder einem Mechanismus zum regelmäßigen Erfassen des Isolationswiderstands, vorhersehen der Alterung und Vornehmen einer vorbeugenden Wartung an der Vorrichtung.
In Patentdokument 1 offenbart eine Technologie zum Versorgen einer Last mit einem elektrischen Strom mithilfe eines auf eine Spannung aufgeladenen Glättungskondensators, anstelle einer Erfassung des elektrischen Stroms, einer Überwachung einer Spannungsänderung am Glättungskondensator und einer Berechnung eines Isolationswiderstands aus einer Zeitkonstante der Änderung. Bei der in dem Patentdokument 1 offenbarten Technologie ist ein schwacher Strom nicht Gegenstand der Messung, sondern die Spannungsänderung am Kondensator, die weniger störempfindlich ist. Daher wird angenommen, dass hochgenaue Messungen vorgenommen werden können, die gegen Störungen robust sind.
In Patentdokument 2 wird die Aufgabe „Angeben einer Motoransteuerungsvorrichtung, die eine kostengünstige Vorhersage einer Isolierstoffalterung bei einem Motor ermöglicht“ gestellt und eine Motoransteuerungsvorrichtung offenbart, bei der „ein mit einer Masse G2 verbundener geschlossener Strompfad aus einem Gehäuse, einer Motorspule, Widerstand R1, Widerstand R2, einem Relaiskontakt K1, Dioden D4, D5 und D6, einer Wechselstromstromversorgung 1 und einer Masse G1 eines Motors 10 durch Einschalten des Relaiskontakts K1 gebildet wird, wenn ein Motoransteuerungsverstärker 8 nicht in Betrieb ist. Somit liegt bei dem geschlossenen Strompfad an der Masse der Wechselstromversorgung 1 eine Spannung an. Bei großem Isolationswiderstand des Motors 10 ist der durch den geschlossenen Strompfad fließende elektrische Strom klein und eine durch den Widerstand R1 bedingte Potenzialdifferenz gering. Bei gealterter Isolierung des Motors nimmt der Leckstrom zu und die Potenzialdifferenz am Widerstand R1 übersteigt eine durch eine Zenerdiode festgelegte Referenzspannung. Daraufhin wird von einem Komparator 32 ein Ausgangssignal ausgegeben, von einem Optokoppler 35 ein Signal ausgegeben und an einer Anzeige einer Steuerungsvorrichtung 11 eine Abnahme eines Isolationswiderstands angezeigt. Eine Beeinträchtigung der Isolierung des Motors kann einfach und kostengünstig vorhergesagt und eine plötzliche Betriebsunterbrechung durch einen Leckstrom oder dergleichen kann verhindert werden“. Bei der in dem Patentdokument 1 offenbarten Technik wird der Isolationswiderstand eines Motors einer Werkzeugmaschine von Seiten einer Ansteuervorrichtung gemessen.
Dokument DE 60 2006 000 132 T2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln einer Verschlechterung des Isolationswiderstands bei einem Motor, der von einem Motortreiber angetrieben wird, umfassend einen Spannungsquellenabschnitt, in dem eine elektrische Spannung von einer Wechselspannungsquelle über einen Schalter von einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und von einem Kondensator geglättet wird, und einen Motorantriebsverstärker, in dem eine Gleichspannung von dem Spannungsquellenabschnitt in eine Wechselspannung zum Antreiben des Motors umgewandelt wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Verbinden von einem Ende des Kondensators mit Erde, nachdem durch AUS-Drehen des Schalters der Motorbetrieb gestoppt wurde, und Verbinden von dem anderen Ende mit einer Motorspule. Sowie Ermitteln von einem Strom, der durch eine geschlossene Schaltung aus dem Kondensator, der Motorspule, dem Isolationswiderstand des Motors und Erde fließt, wodurch eine Verschlechterung des Motorisolationswiderstands ermittelt wird. Zusammenfassend sind aus diesem Dokument die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche 15 und 16 bekannt.
Dokument US 2010 / 0 246 081 A1 offenbart ein System zur Ermittlung eines Fehlers eines Motors durch Detektion eines Isolationswiderstandes.
Dokument DE 10 2009 060 200 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Erkennen einer verschlechterten Isolation, die eine verschlechterte Isolation in einer Mehrzahl von Motoren mit einem einfachen Schaltkreisaufbau exakt ermitteln kann. Wenn die Isolation auf eine Verschlechterung überprüft wird, ist ein Anschluss eines Glättungskondensators über einen ersten Schalter mit Masse verbunden, und der andere Anschluss ist über einen zweiten Schalter mit den Motorwicklungen verbunden; in diesem Zustand wird mit einem in einer Wandlereinheit bereitgestellten Spannungsmessschaltkreis die Verbindungsspannung gemessen, und der gemessene Verbindungsspannungswert wird mit serieller Kommunikation an einen Mikrocomputer in jeder Wechselrichtereinheit übermittelt. Die über die Isolationswiderstände, fließenden Ströme werden durch einen in jeder Wechselrichtereinheit bereitgestellten Strommessschaltkreis gemessen, und der Mikrocomputer berechnet die Werte der Isolationswiderstände, aus dem Verbindungsspannungswert und dem Stromwert.
Liste der Zitate
Patentliteratur

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP S60 78 359 A
Patentdokument 2: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2005 16 958 A

Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Bei der in dem oben angegebenen Patentdokument 1 beschriebenen herkömmlichen Technologie wird der Glättungskondensator zum Stabilisieren einer Spannung eingesetzt. Bei dem Kapazitätswert des Glättungskondensators handelt es sich im Allgemeinen um einen sehr großen Wert. Andererseits handelt es sich auch bei dem Widerstandswert des Isolationswiderstands, der den Gegenstand der Messung bildet, um einen extrem großen Wert. Damit entspricht die Zeitkontante τ=R×C der Spannungsänderung einer extrem langen Zeit. Damit kann man einen kleinen Widerstandswert wie beispielsweise einen Masseschluss messen. Problematisch hierbei ist jedoch, dass bei einem großen Widerstandswert wie bei dem Isolationswiderstand eine extrem lange Zeit erforderlich ist.
Gewöhnlich wird parallel zum Glättungskondensator häufig ein Entladungswiderstand geschaltet, um Elektrizität abzuleiten, wenn die elektrische Vorrichtung angehalten wird. Problematisch bei diesem Verfahren ist jedoch, dass der Widerstandswert des Isolationswiderstands nicht gemessen werden kann, da der Widerstandswert wesentlich größer als der Entladungswiderstand ist.
Vom Standpunkt einer vorbeugenden Wartung muss auch eine geringfügige Änderung im Wert eines Isolationswiderstands erfasst werden können, deren Ausmaß zu keinen Problemen beim Betrieb der elektrischen Vorrichtung selbst führt. Auch die Messung hoher Isolationswiderstände von zum Beispiel 100 Megaohm muss möglich sein.
Bei der in dem oben angegebenen Patentdokument 2 beschriebenen herkömmlichen Technologie werden in einem Zustand mit gestopptem Inverter und Motor ein N-Bus nach der Gleichrichtung und ein Außenleiter des Motors, der einen Ausgang des Inverters darstellt, über einen Widerstand miteinander verbunden. Die Spannung des N-Busses wird durch einen Messwiderstand und den Isolationswiderstand des Motors geteilt. Dadurch kann der Isolationswiderstand des Motors durch Messen einer an dem Widerstand anliegenden Spannung gemessen werden. Es besteht jedoch das Problem, dass die Messung nicht abhängig von einem Masseverbindungsverfahren einer leistungsaufnehmenden Wechselstromversorgung vorgenommen werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben Dargestellten entwickelt, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Isolationsdetektors besteht, der einen Isolationswiderstand einer Last oder einer Vorrichtung gegenüber Masse oder einem Gehäuse mit einem einfachen Aufbau hochgenau erfassen oder messen kann.
Lösung der Problemstellung
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der oben angegebenen Probleme ist ein mit einer elektrischen Vorrichtung, die einen vorrichtungsinternen Kondensator aufweist, verbundener Isolationsdetektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, dass er Folgendes aufweist: einen isolationsdetektoreigenen Kondensator, eine Spannungserfassungseinheit, die eine Spannung am isolationsdetektoreigenen Kondensator erfasst, und einen, einen Strompfad ausbildenden, Schalter, um ein Gehäuse oder Masse, den vorrichtungsinternen Kondensator und den isolationsdetektoreigenen Kondensator seriell zu verbinden und einen Strompfad auszubilden, der einen Isolationswiderstand der elektrischen Vorrichtung umfasst, wobei der Isolationsdetektor den Isolationswiderstand misst, indem mit Hilfe der Spannungserfassungseinheit eine Zeitkonstante einer Spannungsänderung am isolationsdetektoreigenen Kondensator gemessen wird, und der Kapazitätswert des isolationsdetektoreigenen Kondensators im Vergleich mit dem Kapazitätswert des vorrichtungsinternen Kondensators ein Wert ist, der bei der Messung des Isolationswiderstands vernachlässigbar ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Isolationsdetektor, der zwischen einen P-Bus oder einen N-Bus einer elektrischen Vorrichtung und einer Ausgangsleitung geschaltet ist, wobei die elektrische Vorrichtung eine Gleichrichterschaltung, die zwischen einer Wechselstromversorgung und einer Last angeordnet ist und eine Wechselspannung der Wechselstromversorgung in eine Gleichspannung umwandelt, und einen Inverter aufweist, der mit der Ausgangsstufe der Gleichrichterschaltung verbunden ist und die Last ansteuert, wobei die Ausgangsleitung den Inverter mit der Last verbindet, alternativ so ausgebildet, dass er einen Widerstand, einen parallel zum Widerstand geschalteten Kondensator und einen Spannungsdetektor aufweist, der eine am Widerstand anliegende Spannung oder einen Teil einer geteilten Spannung erfasst, um an den beiden Enden des Isolationsdetektors einen Spannungswert zu messen, wobei der Isolationsdetektor den Isolationswiderstand zwischen der Last und einem Gehäuse oder Masse aus dem mit dem Spannungsdetektor gemessenen Spannungswert erfasst.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine hochgenaue Erfassung oder Messung eines Isolationswiderstands einer Last oder einer Vorrichtung gegenüber Masse oder dem Gehäuse mit einem einfachen Aufbau.
Figurenliste

1 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt die Spannungsänderung an einem Kondensator und einem vorrichtungsinternen Kondensator der elektrischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einer graphischen Darstellung.
3 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
4 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
5 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
6 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
7 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und der mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.
8 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
9 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform.
10 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform.
11 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform.
12 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform.
13 zeigt die Spannungsänderung an einem Kondensator und einem Glättungskondensator, sowie einer in der elektrischen Vorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform gemessene Spannung in einer graphischen Darstellung.
14 zeigt eine Änderung der gemessenen Spannung gemäß der zehnten Ausführungsform in einer graphischen Darstellung.
15 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform.
16 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform.
17 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform.
18 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform.
19 zeigt eine Änderung der in der elektrischen Vorrichtung gemäß der vierzehnten Ausführungsform gemessenen Spannung.
20 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform.
21 zeigt einen Schaltplan zur Messung eines Isolationswiderstands gemäß der fünfzehnten Ausführungsform, wobei die Schaltungselemente für die Isolationswiderstandsmessung einfach ein Ersatzschaltbild umgewandelt sind.
22 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer achtzehnten Ausführungsform.
23 zeigt ein Schaltbild einer Ausgestaltung gemäß einer neunzehnten Ausführungsform, bei der die an einem vorrichtungsinternen Kondensator und dazu seriell geschalteten Kondensator anliegende Spannung über einen Verstärker gemessen wird.
24 zeigt ein Schaltbild einer Ausgestaltung gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform, bei der die an einem vorrichtungsinternen Kondensator und dazu seriell geschalteten Kondensator anliegende Spannung über einen Verstärker gemessen wird.
25 zeigt eine graphische Darstellung eines speziellen Ablaufs während einer Messung gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform.
26 zeigt eine graphische Darstellung eines speziellen Ablaufs während einer Messung gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform.
27 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform.
28 zeigt eine graphische Darstellung eines bestimmten Ablaufs während einer Messung gemäß der dreiundzwanzigsten Ausführungsform.
29 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform.
30 zeigt eine graphische Darstellung eines bestimmten Ablaufs während einer Messung gemäß der vierundzwanzigsten Ausführungsform.
31 zeigt eine graphische Darstellung eines bestimmten Ablaufs während einer Messung gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform.
32 zeigt eine graphische Darstellung eines bestimmten Ablaufs während einer Messung gemäß einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform.
33 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung gemäß einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform.
34 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer achtundzwanzigsten Ausführungsform.
35 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau des Isolationsdetektors und den Aufbau der elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der achtundzwanzigsten Ausführungsform.
36 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für einen Aufbau, bei dem eine Wechselstromversorgung, ein Gleichrichterschaltkreis, ein Glättungskondensator und eine Last gemäß der achtundzwanzigsten Ausführungsform miteinander verbunden sind.
37 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau, bei dem die Wechselstromversorgung, der Gleichrichterschaltkreis, der Glättungskondensator und die Last gemäß der achtundzwanzigsten Ausführungsform miteinander verbunden sind.
38 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau, bei dem die Wechselstromversorgung, der Gleichrichterschaltkreis, der Glättungskondensator und die Last der achtundzwanzigsten Ausführungsform miteinander verbunden sind.
39 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau des Isolationsdetektors und den Aufbau der elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der achtundzwanzigsten Ausführungsform.
40 zeigt eine graphische Darstellung eines Ersatzschaltbildes während einer Isolationserfassung mit einem in 34 gezeigten Schaltungsaufbau gemäß der achtundzwanzigsten Ausführungsform.
41 zeigt eine graphische Darstellung einer zeitlichen Änderung eines Spannungsverlaufs an den beiden Enden des Messwiderstands, bei der es sich um ein Beispiel eines typischen Messkurvenverlaufs des in 40 gezeigten Ersatzschaltbilds der achten Ausführungsform handelt.
42 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer neunundzwanzigsten Ausführungsform.
43 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer dreißigsten Ausführungsform.
44 zeigt eine graphische Darstellung eines Ersatzschaltbildes während einer Isolationserfassung mit einem in 43 gezeigten Schaltungsaufbau gemäß der dreißigsten Ausführungsform.
45 zeigt eine graphische Darstellung einer zeitlichen Änderung eines Spannungsverlaufs an den beiden Enden des Messwiderstands, bei der es sich um ein Beispiel eines typischen Messkurvenverlaufs des in 44 gezeigten Ersatzschaltbilds der dreißigsten Ausführungsform handelt.
46 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer einunddreißigsten Ausführungsform.
47 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau des Isolationsdetektors und den Aufbau der elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der einunddreißigsten Ausführungsform.
48 zeigt eine Graphik zur Darstellung eines Verfahrens zur Verkürzung einer Messzeit bei einer zweiunddreißigsten Ausführungsform.
49 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer dreiunddreißigsten Ausführungsform.
50 zeigt eine Graphik zur Darstellung einer Beziehung zwischen messbarem Isolationswiderstand und Streukapazität bei einer fünfunddreißigsten Ausführungsform.
51 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer sechsunddreißigsten Ausführungsform.
52 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer siebenunddreißigsten Ausführungsform.
53 zeigt eine graphische Darstellung einer zeitlichen Änderung eines Spannungsverlaufs an den beiden Enden des in 52 der siebenunddreißigsten Ausführungsform gezeigten Messwiderstands.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt ist.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Es wird darauf hingewiesen, dass der Isolationsdetektor eine Ausstattung der elektrischen Vorrichtung bildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Isolationsdetektor kann auch in der elektrischen Vorrichtung aufgenommen sein. In 1 erhält eine elektrische Vorrichtung 20 elektrische Energie von einer Systemstromversorgung 10. Ein Ansteuerschaltkreis der elektrischen Vorrichtung 20 steuert einen Motor 24 an. Der in 1 dargestellte Aufbau eignet sich insbesondere, wenn eine Spannungsmessung zusammen mit einer Messung der Spannung an einem vorrichtungsinternen Kondensator erfolgt.
Die Systemstromversorgung 10 umfasst eine Dreiphasenwechselstromversorgung 11. Zwischen der Dreiphasenwechselstromversorgung 11 und der elektrischen Vorrichtung 20 ist ein Schütz 12 angeordnet.
Die elektrische Vorrichtung 20 weist einen Gleichrichterschaltkreis 21, einen vorrichtungsinternen Kondensator 22 und einen Inverter 23 auf. Von der Dreiphasenwechselstromversorgung 11 der Systemstromversorgung 10 erhält die elektrische Vorrichtung 20 über den Schütz 12 einen Dreiphasenwechselstrom und wandelt den erhaltenen Dreiphasenwechselstrom mit dem Gleichrichterschaltkreis 21 und dem vorrichtungsinternen Kondensator 22 in einen Gleichstrom um. Der Gleichstrom wird durch den Inverter 23 in eine Wechselspannung umgewandelt. Der Motor 24 wird mit der umgewandelten Wechselspannung angetrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass eine auf dem Minuspotenzial der Gleichspannung liegende Leitung als N-Bus und eine auf dem Pluspotenzial liegende Leitung als P-Bus bezeichnet wird.
Ein Isolationsdetektor 30 weist einen Kondensator 31, einen Schalter 32, bei dem es sich um einen Strompfadbildungsschalter handelt, eine Spannungserfassungseinheit 33, eine Steuereinheit 34 und eine Ausgabeeinheit 35 auf. Der Isolationsdetektor 30 misst einen Isolationswiderstand zwischen dem N-Bus der elektrischen Vorrichtung 20 und Masse oder einem Gehäuse. Als Kondensator 31 des Isolationsdetektors 30 wird ein Kondensator geringer Kapazität verwendet. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn in den nachfolgenden Ausführungen ein Kondensator schlicht als „Kondensator“ und nicht als „vorrichtungsinterner Kondensator“ bezeichnet wird, es sich um einen Kondensator geringer Kapazität wie den Kondensator 31 handelt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Spannungserfassungseinheit 33 einen Wert des Kondensators 31 erfasst. Der erfasste Wert wird an die Steuereinheit 34 übertragen.
Als Kondensator 31 wird ein Kondensator verwendet, dessen Kapazitätswert kleiner ist als der Kapazitätswert des vorrichtungsinternen Kondensators 22, beispielsweise 10 % oder weniger des Kapazitätswerts des vorrichtungsinternen Kondensators 22 beträgt. Ein Ende des Kondensators 31 ist mit dem P-Bus verbunden. Das andere Ende ist über den Schalter 32 mit Masse oder dem Gehäuse verbunden. Der Kapazitätswert des Kondensators 31 muss im Vergleich zum Kapazitätswert des vorrichtungsinternen Kondensators 22 lediglich klein genug sein, damit er bei der Messung des Isolationswiderstands vernachlässigt werden kann.
Im Normalzustand, in dem keine Messung vorgenommen wird, ist der Schalter 32 offen. Bei Durchführung einer Messung wird zunächst die elektrische Vorrichtung 20 angehalten. Der Normalzustand umfasst die Zeit, während der die elektrische Vorrichtung 20 eine Last ansteuert.
Anschließend wird eine Sektion, an der das Potenzial fest vorgegeben ist, abgetrennt, um das Potenzial der elektrischen Vorrichtung 20 zu destabilisieren, d. h. die Potenziale von P-Bus und N-Bus. Konkret wird der Schütz 12 geöffnet. Dann wird in dem vorrichtungsinternen Kondensator 22 eine dem vorrichtungsinternen Kondensator 22 entsprechende Spannung akkumuliert. In diesem Zustand ist der Schalter 32 geschlossen. Dann wird ein den vorrichtungsinternen Kondensator 22, den Kondensator 31, den Schalter 32, Masse und den Isolationswiderstand umfassender Strompfad gebildet. In dem Strompfad fließt ein elektrischer Strom.
Wenn die Kapazität des vorrichtungsinternen Kondensators 22 als C₀ und die Kapazität des Kondensators 31 als C_m bezeichnet werden, ergibt sich die seriell kombinierte Kapazität C_m' über die folgende Formel (1):
$C_{m}^{'} = \frac{C_{0} C_{m}}{C_{0} + C_{m}}$
Die Kapazität C₀ des vorrichtungsinternen Kondensators 22 wird abhängig von der Größe der elektrischen Vorrichtung 20 im Allgemeinen auf etwa 1 bis 10 Millifarad festgelegt. Wenn andererseits die Kapazität C_m des Kondensators 31 auf 1/1000 oder weniger der Kapazität C₀ des vorrichtungsinternen Kondensators 22 festgelegt wird, entspricht der Wert der aus der Kapazität C_m des Kondensators 31 und der Kapazität C₀ des vorrichtungsinternen Kondensators 22 seriell kombinierten Kapazität C_m' nahezu dem Wert C_m. Zunächst sind, wenn die Ladungen im vorrichtungsinternen Kondensator 22 bei einer Spannung V₀ akkumuliert wurden, zu Beginn der Messung des Isolationswiderstands, d. h. wenn nach dem Schließen des Schalters 32 und der Ausbildung des Strompfads eine lange Zeit vergangen ist, die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 und die Spannung am Kondensator 31 gleich. Die Spannung V1 wird durch die folgende Formel (2) wiedergegeben:
$V_{1} = \frac{C_{0}}{C_{0} + C_{m 0}} V_{0}$
Da die Kapazität C₀ des vorrichtungsinternen Kondensators 22 groß ist, entspricht der Wert der Spannung V₁ in etwa dem der Spannung V₀. Anders ausgedrückt verhalten sich die Änderungen der Spannungen am Kondensator 31 und am vorrichtungsinternen Kondensator 22 nach dem Start einer Messung so wie in 2 gezeigt. Da die Kapazität C₀ des vorrichtungsinternen Kondensators 22 groß ist, ändert sich die Spannung des vorrichtungsinternen Kondensators 22 nahezu nicht. Der Wert der Spannung V₁ entspricht in etwa dem der Spannung V₀. Andererseits steigt die Spannung am Kondensator 31 auf die Spannung V₁ an. Eine Änderung einer Spannung V_Cm am Kondensator 31 wird durch die folgende Formel (3) wiedergegeben:
$V_{C m} = V_{1} (1 - exp (- \frac{t}{τ}))$
In der Formel bezeichnet τ eine Zeitkonstante der Spannungsänderung. In diesem Fall ist τ ein Produkt der kombinierten Kapazität C_m' und des Isolationswiderstands R_x und wird durch die folgende Formel (4) wiedergegeben:
$τ = C_{m}^{'} \times R_{x}$
Die Spannung am Kondensator 31 steigt wie in 2 gezeigt mit einer Zeitkonstante τ an. Wird die Spannung zum Zeitpunkt t=τ als V₂ bezeichnet, dann wird die Spannung V₂ durch die folgende Formel (5) wiedergegeben:
$V_{2} = V_{1} (1 - \frac{1}{e}) ≅ V_{1} \times 0.632 \dots$
In der Formel bezeichnet e die Basis des natürlichen Logarithmus. Wird die Zeit, an der die Spannung den Wert V₂ erreicht, gemessen, dann entspricht diese Zeit daher τ=R×C. Eine Änderung der Spannung wird durch die oben angegebene Formel (3) wiedergegeben. Daher muss als geeigneter nur ein zur Spannung V₂ äquivalenter Spannungswert gewählt werden. Wird beispielsweise eine Spannung V₃ gewählt und die Zeit, zu der die Spannung den Wert V₃ erreicht, gemessen, dann wird die Zeit τ' ab einer Startzeit der Messung, die die Zeit an diesem Punkt wiedergibt, durch die folgende Formel (6) wiedergegeben:
$τ' = τ \times 1 n (\frac{V_{1}}{V_{1} - V_{3}})$
Der Widerstand R_x des Isolationswiderstands kann aus der auf diese Weise gemessenen Zeitkonstante und der Kapazität C_m des Kondensators 31 berechnet werden.
Üblicherweise ist der Entladungswiderstand parallel zum vorrichtungsinternen Kondensator 22 geschaltet. Dadurch nimmt die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 mit der Zeit ab. Daher muss bei der vorliegenden Erfindung eine durch τ des Isolationswiderstands bestimmte Messzeit kürzer sein als diese, wobei die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 innerhalb dieser Zeitspanne nicht abfällt. Wenn der Isolationswiderstand beispielsweise das Zehnfache oder mehr des zum vorrichtungsinternen Kondensator 22 parallel geschalteten Entladungswiderstands beträgt, dann muss die Kapazität des Kondensators 31 10 % oder weniger der Kapazität des vorrichtungsinternen Kondensators 22 betragen. Der Isolationswiderstand beträgt vorzugsweise das Tausendfache oder mehr des Entladungswiderstands des vorrichtungsinternen Kondensators 22. Die Kapazität des Kondensators 31 wird auf 0,1 % oder weniger der Kapazität des vorrichtungsinternen Kondensators 22 festgesetzt.
Aufgrund dieser Bedingungen wird für den Kondensator 31 eine Kapazität C_m festgelegt, die kleiner ist als die Kapazität C₀ ist. Der Wert der Zeitkonstante τ wird mit der oben angegebenen Formel (4) auf eine bezüglich des Werts R_x des erwartungsgemäß zu messenden Isolationswiderstands realistische Messzeit festgelegt, beispielsweise mehrere Sekunden oder weniger. Die Messzeit wird so festgelegt, dass sie kürzer ist, als eine Entladungszeitkonstante des vorrichtungsinternen Kondensators 22.
Die Steuereinheit 34 misst den Isolationswiderstand wie oben erläutert und vergleicht den Isolationswiderstand bei Ausführung einer Anomaliebestimmung mit einem Anfangswert oder einer festgelegten Fehlergrenze. Wenn die Bestimmung durch die Steuereinheit 34 zu der Feststellung führt, dass ein anormaler Isolationswiderstand vorliegt, dann sendet die Steuereinheit 34 an die Ausgabeeinheit 35 ein Anomaliesignal. Ein Administrator der elektrischen Vorrichtung 20 kann bestimmen, ob der Isolationswiderstand anormal ist, indem er das von der Ausgabeeinheit 35 ausgegebene Ergebnis in Augenschein nimmt.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Steuereinheit 34 und die Ausgabeeinheit 35 sind in der Figur zur besseren Erläuterung dargestellt. Steuereinheit 34 und Ausgabeeinheit 35 müssen nicht immer vorhanden sein.
Zweite Ausführungsform
3 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei dem in 3 dargestellten Isolationsdetektor 30 sind die Positionen von Kondensator 31 und Schalter 32 des in 1 gezeigten Isolationsdetektors 30 miteinander vertauscht. Alle anderen Komponenten sind mit den Komponenten des in 1 gezeigten Isolationsdetektors 30 identisch.
In 1 ist ein Ende des Kondensators 31 mit dem P-Bus, das andere Ende des Kondensators 31 mit einem Ende des Schalters 32 und das andere Ende des Schalters 32 mit dem Gehäuse oder Masse verbunden. In 3 ist jedoch ein Ende des Schalters 32 mit dem P-Bus, das andere Ende des Schalters 32 mit einem Ende des Kondensators 31 und das andere Ende des Kondensators 31 mit dem Gehäuse oder Masse verbunden. Dadurch kann der Isolationswiderstand bei dem in 3 gezeigten Aufbau wie bei dem in 1 gezeigten Aufbau gemessen werden.
Dritte Ausführungsform
4 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Eine wie in 4 dargestellte elektrische Vorrichtung 20a weist eine parallel zum vorrichtungsinternen Kondensator 22 geschaltete Batterie 41 auf. Die von der elektrischen Vorrichtung 20a umfasste Batterie stellt bei der Konfiguration der elektrischen Vorrichtung 20a somit eine Sekundärbatterie dar. Als Illustration der elektrischen Vorrichtung 20a kann ein elektrisches Kraftfahrzeug angeführt werden.
Dadurch kann der Isolationswiderstand bei dem in 4 gezeigten Aufbau wie bei dem in 1 gezeigten Aufbau gemessen werden. Bei dem in 4 gezeigten Aufbau wird jedoch die Spannung zwischen dem P-Bus und dem N-Bus unabhängig vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des vorrichtungsinternen Kondensators 22 konstant gehalten. Daher ist in der oben angegebenen Formel (2) V₁=V₀ und in Formel (1) C_m'=C_m.
Vierte Ausführungsform
5 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei dem in 5 dargestellten Isolationsdetektor 30 ist eine Anschlussposition des Kondensators 31 zur N-Busseite des in 1 dargestellten Isolationsdetektors 30 abgeändert. Alle anderen Komponenten sind mit den Komponenten des in 1 gezeigten Isolationsdetektors 30 identisch.
In 1 ist ein Ende des Kondensators 31 mit dem P-Bus, das andere Ende des Kondensators 31 mit einem Ende des Schalters 32 und das andere Ende des Schalters 32 mit dem Gehäuse oder Masse verbunden. In 5 ist jedoch ein Ende des Kondensators 31 mit dem N-Bus, das andere Ende des Kondensators 31 mit einem Ende des Schalters 32 und das andere Ende des Schalters 32 mit dem Gehäuse oder Masse verbunden. In 1 wird der Isolationswiderstand zwischen dem N-Bus und dem Gehäuse oder Masse gemessen. Somit kann, wenn der in 5 gezeigte Aufbau übernommen wird, der Isolationswiderstand zwischen dem P-Bus und dem Gehäuse oder Masse gemessen werden.
Fünfte Ausführungsform
Das Schaltbild von 6 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Eine wie in 6 dargestellte elektrische Vorrichtung 20b weist keine Gleichrichterschaltung 21 auf, ist nicht mit der Systemstromversorgung 10 verbunden und weist die parallel zum vorrichtungsinternen Kondensator 22 geschaltete Batterie 41 auf. Der Motor 24 wird mit der elektrischen Leistung der Batterie 41 angetrieben. Die von der elektrischen Vorrichtung 20b umfasste Batterie stellt bei der Konfiguration der elektrischen Vorrichtung 20b somit eine Sekundärbatterie dar. Als Illustration der elektrischen Vorrichtung 20b kann ein elektrisches Kraftfahrzeug angeführt werden.
Bei dem in 6 gezeigten Aufbau ist keine Stromversorgung angeschlossen, die das Potenzial gegenüber Masse wie die in 1 gezeigte Systemstromversorgung 10 festlegt. Dafür kann der Isolationswiderstand unter Aufrechterhaltung dieses Zustands erfasst werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in 6, auch wenn dies in der Figur nicht gezeigt ist, der Isolationswiderstand zwischen dem P-Bus und dem Gehäuse oder Masse wie in 5 gemessen werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass der in 6 gezeigte Aufbau die parallel zum vorrichtungsinternen Kondensator 22 geschaltete Batterie 41 aufweist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen Aufbau, der anstatt des vorrichtungsinternen Kondensators 22 eine Batterie aufweist. Das Schaltbild von 7 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Eine wie in 7 dargestellte elektrische Vorrichtung 20b1 weist keinen Gleichrichterschaltkreis auf und ist nicht mit einer Systemstromversorgung verbunden. Bei dem Aufbau der elektrische Vorrichtung 20b1 ist der vorrichtungsinterne Kondensator 22 der in 6 gezeigten elektrischen Vorrichtung 20b nicht vorhanden. Bei dem in 7 gezeigten Aufbau übernimmt die Batterie 41 die Funktion des vorrichtungsinternen Kondensators. Die Kapazität der Batterie 41 ist im Allgemeinen ziemlich groß. Bei dem in 7 gezeigten Aufbau ist die Spannung der Batterie auch bei großem Kapazitätswert des Kondensators 31 konstant und messbar.
Sechste Ausführungsform
Das Schaltbild von 8 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Eine wie in 8 gezeigte elektrische Vorrichtung 20c weist keine Gleichrichterschaltung 21, sondern eine Batterie 51 und eine Aufwärtswandlerschaltung 52 auf. Die elektrische Leistung der Solarbatterie 51 wird an eine Systemstromversorgung 10a ausgegeben. Die von der elektrischen Vorrichtung 20c umfasste Solarbatterie 51 stellt bei der Konfiguration der elektrischen Vorrichtung 20c somit eine Sekundärbatterie dar. Als Illustration der elektrischen Vorrichtung 20c kann eine Energieaufbereitung angeführt werden.
Da die Ausgangsleistung der Solarbatterie 51 schwankt, wandelt die Aufwärtswandlerschaltung 52 den Ausgang in eine konstante Spannung um, die durch den Inverter 23 anschließend in einen Wechselstrom umgewandelt und der Systemstromversorgung 10a zugeführt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass das Ziel für die Zufuhr der elektrischen Leistung nicht auf die Systemstromversorgung 10a beschränkt ist, sondern auch von anderen elektrischen Vorrichtungen, beispielsweise anderen elektrischen Wechselstromvorrichtungen in einem Haushalt, gebildet sein kann.
Bei dem in 8 dargestellten Aufbau ist die Verbindung zwischen dem Solarbatterieteil 51 und einem Ansteuerschaltungsteil der elektrischen Vorrichtung 20c nicht unterbrochen. Es wird ein durch einen Pfeil angedeuteter Strompfad gebildet. Somit kann der Isolationswiderstand der Ansteuerschaltung simultan zum Isolationswiderstand der Solarbatterie 51 gemessen werden.
Um den Isolationswiderstand auf diese Weise zu messen, wird der Strompfad wie bei der ersten bis fünften Ausführungsform von der Masse getrennt. Dies kann durch Abtrennen des Strompfads von der Systemstromversorgung 10a unter Verwendung des Inverters 23 erreicht werden. Bei einem wie in 8 gezeigten Zweiweginverter 23 bedeutet dies lediglich, dass sich alle Inverterelemente im geöffneten Zustand befinden müssen.
Auf diese Weise kann, wenn es sich bei dem Inverter 23 um einen Zweiweginverter wie in 6 handelt, der Isolationswiderstand durch Trennen des Strompfads von der Systemstromversorgung 10a unter Verwendung des Inverters23 unter Aufrechterhaltung dieses Zustands gemessen werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei einer Konfiguration, bei der der Inverter 23 nicht von der Systemstromversorgung 10a getrennt ist, beispielsweise bei einem Einweginverter, zwischen der Systemstromversorgung 10a und dem Inverter 23 beispielsweise wie in 1 lediglich ein Schütz angeordnet sein muss, um die Konfiguration in eine isolationstaugliche Konfiguration zu überführen.
Siebte Ausführungsform
Das Schaltbild von 9 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung.
In den 1 bis 7 wird der Isolationswiderstand zwischen dem P-Bus oder dem N-Bus und dem Gehäuse oder Masse gemessen. In 9 wird jedoch der Isolationswiderstand einer Last, das heißt, der Isolationswiderstand zwischen dem Motor 24 und dem Gehäuse oder Masse gemessen.
Zur Messung des Isolationswiderstands zwischen dem Motor 24 und dem Gehäuse oder Masse wird zunächst der Schütz 12 geöffnet, um die elektrische Vorrichtung 20d von der Systemstromversorgung 10 zu trennen.
Zwischen dem P-Bus der elektrischen Vorrichtung 20d und einem von zwei Inverterelementen, die in dem Inverter 23 in Reihe geschaltet sind, ist ein Schalter 32a angeordnet, bei dem es sich um einen zur Lastseite führenden Schalter handelt. Der Schalter 32a ist durch den Motor 24 hindurch mit dem Gehäuse oder Masse sowie einem Ende des Schalters 32 verbunden. Das andere Ende des Schalters 32 ist mit einem Ende des Kondensators 31 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 31 ist mit dem N-Bus verbunden.
Beim Stoppen der elektrischen Vorrichtung 20d befinden sich alle Elemente des Inverters 23 im Auszustand. Dadurch sind die Schalter 32 und 32a zur Bildung eines durch einen Pfeil angedeuteten elektrischen Strompfads geschlossen. Wenn der Strompfad auf diese Weise gebildet wird, fließt durch den elektrischen Isolationswiderstand des Motors 24 ein elektrischer Strom. Da der Strom jedoch auch zu dem Isolationswiderstand zwischen dem P-Bus und dem Gehäuse oder Masse fließt, fließt der elektrische Strom eigentlich zu diesen beiden, parallel geschalteten Widerständen. Bei hochwertiger Isolation des Gehäuses entspricht der gemessene Wert des Isolationswiderstands daher dem Isolationswiderstand des Motors 24.
Achte Ausführungsform
Das Schaltbild von 10 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei dem in 10 gezeigten Aufbau ist der in 9 gezeigte Schalter 32a durch eines der Inverterelemente des Inverters 23 ersetzt. Durch Übernehmen der in 10 gezeigten Konfiguration wird der Schalter 32a überflüssig. Dadurch kann eine einfachere Konfiguration als die in 9 gezeigte Konfiguration erhalten werden.
Neunte Ausführungsform
Das Schaltbild von 11 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei dem in 10 gezeigten Isolationsdetektor 30 ist ein Ende des Kondensators 31 mit dem N-Bus der elektrischen Vorrichtung 20, das andere Ende des Kondensators 31 mit einem Ende des Schalters 32 und das andere Ende des Schalters 32 mit dem Gehäuse oder Masse verbunden. Bei dem in 11 dargestellten Isolationsdetektor 30 ist jedoch ein Ende des Kondensators 31 mit dem P-Bus der elektrischen Vorrichtung 20, das andere Ende des Kondensators 31 mit einem Ende des Schalters 32 und das andere Ende des Schalters 32 mit dem Gehäuse oder Masse verbunden. Bei dem in 11 gezeigten Aufbau wird wie bei dem in 10 gezeigten Aufbau eines der Inverterelemente des Inverters 23 als Ersatz für den Schalter 32a verwendet. Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem in 11 gezeigten Aufbau die durch einen Pfeil angegebene Richtung des elektrischen Stromflusses der Richtung in dem in 10 gezeigten Aufbau entgegengesetzt ist.
Besitzt der Isolationswiderstand des Motors 24 eine Diodencharakteristik oder unterstellt man, dass der Isolationswiderstand des Motors 24 eine Diodencharakteristik aufweist, dann muss die Entscheidung darüber, welche von den in 10 und 11 gezeigten Konfigurationen übernommen wird, unter Berücksichtigung der Richtung des elektrischen Stroms getroffen werden.
Zehnte Ausführungsform
Das Schaltbild von 12 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei der in 10 dargestellten Konfiguration erfasst die Spannungserfassungseinheit 33 lediglich die Spannung am Kondensator 31. Der Aufbau von 12 unterscheidet sich dadurch, dass die Spannungserfassungseinheit 33 die Spannungen an der Serienschaltung von vorrichtungsinternem Kondensator 22 und Kondensator 31 erfasst. Bei dem in 12 gezeigten Aufbau gibt eine gemessene Spannung einen Unterschied zwischen den Spannungen am vorrichtungsinternen Kondensator 22 und am Kondensator 31 wieder.
Zunächst bewegen sich die in dem vorrichtungsinternen Kondensator 22 angesammelten elektrischen Ladungen zum Kondensator 31. Die Spannungsdifferenz zwischen dem vorrichtungsinternen Kondensator 22 und dem Kondensator 31 geht dadurch gegen Null. Die gemessene Spannung wird somit durch eine Dämpfungskurve wiedergegeben, die bei einem Anfangswert beginnt, der der Differenz der Spannungen am vorrichtungsinternen Kondensator 22 und am Kondensator 31 entspricht, und sich schließlich dem Wert Null annähert. Der asymptotische Wert der gemessenen Spannung ist Null und hängt nicht vom Anfangswert der Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 ab. Auch wenn in dem Kondensator 31 elektrische Ladungen verbleiben, beeinträchtigen die elektrischen Ladungen nicht die Messung. Die Änderungen der Spannungen am Kondensator 31 und am vorrichtungsinternen Kondensator 22 sowie die nach Beginn der Messung gemessene Spannung entsprechen dem in 13 Gezeigten.
Wie bereits in 2 wird eine anfängliche Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 durch die Spannung V₀ und eine anfängliche Spannung am Kondensator 31 durch die Spannung V₃ wiedergegeben. Dann wird eine Spannung V₁', der sich die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 und die Spannung am Kondensator 31 allmählich annähern, durch die folgende Formel (7) wiedergegeben:
$V_{1}^{'} = V_{3} + \frac{C_{0}}{C_{0} + C_{m}} (V_{0} - V_{3})$
Der anfängliche Wert der von der Spannungserfassungseinheit 33 gemessenen Spannung beträgt V₄=V₀-V₃. Im Laufe der Zeit wird die gemessene Spannung Null, da sich die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 und die Spannung am Kondensator 31 aneinander angleichen.
In 13 ist die Zeitkonstante der Dämpfung dieselbe wie die Zeitkonstante von 2 und stimmt mit der von Formel (4) überein. In 13 kann die Zeitkonstante, da der asymptotische Wert der Dämpfungskurve eindeutig ist, gemessen werden, ohne dass eine Abhängigkeit vom Anfangswert der am vorrichtungsinternen Kondensator 22 anliegenden Spannung besteht. Das bedeutet, dass, wie in 14 gezeigt ist, solange ein Startzeitpunkt der Messung gewählt werden kann, wie die gemessene Spannung gedämpft wird. Der gemessene Wert wird durch die folgende Formel (8) wiedergegeben:
$V (t) = V_{4} (exp (- \frac{t}{τ}))$
Als Zeitkonstante wird die Zeit τ gemessen, die der Zeit entspricht, zu der die gemessene Spannung eine Spannung V₅ erreicht. Wenn τ durch die oben angegebene Formel (4) wiedergegeben wird, wird die Beziehung zwischen der Spannung V₄ und der Spannung V₅ durch die folgende Formel (9) wiedergegeben:
$V_{5} = \frac{V_{4}}{e}$
In der Formel bedeutet e die Basis des natürlichen Logarithmus. Bei der Beziehung der oben angegebenen Formel (9) kann als Referenz für die Spannung V₄ eine Spannung V₄₂ nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach Beginn der Dämpfung festgelegt werden. Das bedeutet, dass, wenn eine Spannung nach Ablauf von τ nachdem die gemessene Spannung die Spannung V₄₂ erreicht hat als V₅₂ bezeichnet wird, die Beziehung zwischen der Spannung V₄ und der Spannung V₅ durch die folgende Formel (10) wiedergegeben wird:
$\frac{V_{52}}{V_{42}} = \frac{V_{5}}{V_{4}} = \frac{1}{e}$
Somit wird die Spannung V₄₂ nach Ablauf der bestimmten Zeit nach dem Beginn der Dämpfung der gemessenen Spannung als Referenz bestimmt, bzw. wird die Zeit, bis zu der die gemessene Spannung die Spannung V₄₂ erreicht, als Referenz festgelegt, τ kann gemessen werden, indem die Zeit gemessen wird, an der die Spannung die Spannung V₅₂=V₄₂/e erreicht.
Auf diese Weise können die Zeit, zu der die Spannungsmessung beginnt, oder eine Spannung bestimmt werden, mit der die Spannungsmessung beginnt. Dadurch kann die Messung unter Vermeidung von Zeiträumen begonnen werden, in denen mit Sicherheit Spannungsschwankungen auftreten, beispielsweise einem Zeitraum unmittelbar nach dem Beginn der Entladung.
Wie aus der oben angegebenen Formel (6) ersichtlich kann die Zeitkonstante τ auch durch Messen der Zeit, bis zu der die gemessene Spannung eine bestimmte Spannung erreicht, gemessen werden. Aus der oben angegebenen Formel (8) ergibt sich zum Beispiel die folgende Formel (11), die die Zeit, während der die gemessene Spannung von der Spannung V₀ auf eine Spannung V₆ gedämpft wird, wiedergibt.
$τ^{'} = τ \cdot l n \frac{V_{0}}{V_{6}}$
Hiermit kann die Zeitkonstante τ aus τ' berechnet werden, das durch die Messung und die gemessene Spannung erhalten wird.
Elfte Ausführungsform
Das Schaltbild von 12 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei der zehnten Ausführungsform wurde ein Aufbau erläutert, bei dem eine von den anfänglichen Spannungen am vorrichtungsinternen Kondensator 22 und am Kondensator 31 unabhängige Messung möglich ist. Wenn bei der Konfiguration der zehnten Ausführungsform die anfänglichen Spannungen am vorrichtungsinternen Kondensator 22 und am Kondensator 31 jedoch gleich sind, erfolgt keine Dämpfung der gemessenen Spannung, da keine elektrische Ladung bewegt wird.
Wenn die Spannung am Kondensator 31 höher als die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 ist, nimmt die gemessene Spannung einen negativen Wert an, und es kommt zu einem Problem bezüglich eines Messalgorithmus. Daher wird bevorzugt, dass die Spannung am Kondensator 31 klein und die anfängliche Spannung Null ist.
Die in 15 dargestellte Konfiguration weist einen Entladungswiderstand für den Kondensator 31 auf. Der Entladungswiderstand für den Kondensator 31 ist parallel zum Kondensator 31 geschaltet. Zur Messung von Schwankungen der Spannung am Kondensator 31 wird der Widerstandswert des Entladungswiderstands für den Kondensator 31 größer festgelegt als ein als Messobjekt bestimmter Isolationswiderstand, sodass zum Entladungswiderstand für den Kondensator 31 kein elektrischer Strom fließt. Eine Entladungszeitkonstante des Entladungswiderstands für den Kondensator 31 muss zum Beispiel lediglich auf einen zur Entladungszeitkonstante des Entladungswiderstands für den vorrichtungsinternen Kondensator 22 nahegelegenen Wert gesetzt werden.
Wird der Widerstandswert des Entladungswiderstands für den vorrichtungsinternen Kondensator 22 als R_d0 bezeichnet, dann ist die Entladungszeitkonstante für den vorrichtungsinternen Kondensator 22 C₀×R_d0. Wenn die Entladungszeitkonstante für den Entladungswiderstand für den Kondensators 31 gleich der Entladungszeitkonstante für den Entladungswiderstand für den vorrichtungsinternen Kondensator 22 gesetzt wird, wird ein Widerstandswert R_dm des Entladungswiderstands für den Kondensators 31 durch die folgende Formel (12) wiedergegeben:
$R_{d m} = \frac{C_{0} \times R_{d 0}}{C_{m}}$
Die Messzeit ist bei der vorliegenden Erfindung kürzer als die Entladungszeitkonstante für den vorrichtungsinternen Kondensator 22. Daher ist, wenn der Entladungswiderstand für den Kondensators 31 so gewählt wird, dass er die oben angegebene Formel (12) erfüllt, der Einfluss des Entladungswiderstands für den Kondensators 31 auf die Messung gering.
Wird als Entladungswiderstand für den Kondensators 31 ein solcher Entladungswiderstand verwendet, dann kann, wenn keine Messung des Isolationswiderstands erfolgt und der Schalter 32 offen ist, die Spannung über die beiden Enden des Kondensators 31 auf Null gehalten werden. Nach erfolgter Messung des Isolationswiderstands fällt die Spannung am Kondensator 31, wenn der Schalter 32 geöffnet wurde, mit einer Zeitkonstante eines vorherigen Entladungswiderstands ab. Nach Ablauf einer langen Zeit nimmt die Spannung am Kondensator 31 auf Null ab.
In diesem Zustand misst die Spannungserfassungseinheit 33 lediglich die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22. Somit kann mit der Spannungserfassungseinheit 33, wenn keine Messung des Isolationswiderstands vorgenommen wird, die Spannung zwischen dem P-Bus und dem N-Bus, die der an den beiden Enden des vorrichtungsinternen Kondensators 22 anliegenden Spannung entspricht, gemessen werden. Auf diese Weise kann die zur Steuerung einer Invertereinrichtung wichtige Spannung zwischen dem P-Bus und dem N-Bus erhalten werden. Alternativ können eine Spannungsmesseinheit für den P-Bus und den N-Bus sowie eine Spannungsmesseinheit zur Erfassung des Isolationswiderstands gleichzeitig eingesetzt werden.
Zwölfte Ausführungsform
Das Schaltbild von 16 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei dem Aufbau der elften Ausführungsform fällt die Spannung am Kondensator 31, sofern der Schalter 32 nach der Messung nicht geöffnet wird und eine lange Zeit vergeht, nicht auf Null ab, wodurch ein Problem in Bezug auf einen Messalgorithmus auftritt.
Bei der Konfiguration des in 16 gezeigten Aufbaus kann die Entladung des Kondensators 31 schnell erfolgen. Der in 16 gezeigte Aufbau weist nicht nur den zwischen einem Ende des Kondensators 31 und dem Gehäuse oder Masse angeordneten Schalter 32, sondern auch einen Schalter 32b zum Kurzschließen der beiden Enden des Kondensators 31 mithilfe eines parallel zum Kondensator 31 geschalteten Widerstands auf. Anders als bei dem in 15 dargestellten Entladungswiderstand für den Kondensator 31 ist der Widerstandswert des Widerstands klein. Der Widerstandswert wird zum Beispiel auf 10 % oder weniger des Isolationswiderstands festgelegt und muss lediglich so bemessen sein, dass der Schalter 32 beim Kurzschließen des Kondensators 31 nicht beschädigt wird. Bei einem Messvorgang wird eine Zeitkonstante mithilfe einer Spannungsänderung gemessen, die durch den über den Isolationswiderstand in den Kondensator 31, der einen Erfassungskondensator darstellt, fließenden Strom bedingt ist. Es muss jedoch ein Schalter für den parallelen Entladungswiderstand geschlossen und die Spannung am Erfassungskondensator während der Messung auf Null reduziert werden. Dieser Arbeitsgang wird in einer kürzeren Zeit als die Messung der Zeitkonstante ausgeführt. Wird der Arbeitsgang daher zum Beispiel in einem Zehntel der Zeit ausgeführt, dann muss der Widerstandswert ebenfalls auf ein Zehntel oder weniger festgelegt werden. Vorzugsweise erfolgt die Ausführung des Arbeitsgangs in einem Hundertstel der Zeit, wobei der Widerstandswert auf 1 % oder weniger festgelegt wird. Für den parallel zum Kondensator 31 angeordneten Widerstand wird ein kleiner Widerstandswert festgelegt, der so bemessen ist, dass eine Entladung ermöglicht wird, die die Spannung am Kondensator 31 während der Messung der Zeitkonstante auf Null reduziert.
Wenn keine Messung des Isolationswiderstands vorgenommen wird, ist der Schalter 32b geschlossen. Während der Messung des Isolationswiderstands befinden sich der Schalter 32b im geöffneten und der Schalter 32 im geschlossen Zustand, um einen den Kondensator 31 umfassenden Strompfad auszubilden und den Isolationswiderstand zu messen.
Dreizehnte Ausführungsform
Das Schaltbild von 17 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei dem in 17 dargestellten Aufbau kann der in 16 durch zwei Schalter, d. h. den Schalter 32 und den Schalter 32b, implementierte Vorgang mittels eines Schalters 32c realisiert werden.
Wenn der Isolationswiderstand nicht gemessen wird, verbindet der Schalter 32c den Kondensator 31 mit dem parallel zum Kondensator 31 angeordneten Widerstand. Bei Beginn der Messung bildet der Schalter 32c zum Messen des Isolationswiderstands einen Strompfad aus, der den Kondensator 31 und den Isolationswiderstand umfasst. Eine Übernahme der in 17 gezeigten Konfiguration ermöglicht eine Vereinfachung des Aufbaus.
Vierzehnte Ausführungsform
Das Schaltbild von 18 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei der in 18 dargestellten Konfiguration ist zwischen dem Motor24, der eine Last bildet, und Masse eine Streukapazität C_s eingefügt. Dargestellt ist die zum Isolationswiderstand des Motors 24 parallele Streukapazität C_s, die die vorherrschendste darstellt. Es liegt ein durch das Inverterelement des Inverters 23 ersetzter Schalter 32d vor.
Wenn der Schalter 32 und der Schalter 32d geschlossen werden, um einen Strompfad in einem Zustand auszubilden, bei dem der Schalter 32b geöffnet und die Verbindung zum Widerstand zum Kurzschließen des Kondensators 31 unterbrochen ist, fließt durch die Streukapazität C_s ein Strom, bevor ein Strom durch den Isolationswiderstand R_x fließt. Anders ausgedrückt wird die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 durch den Kondensator 31 und die Streukapazität C_s geteilt.
Liegt keine Streukapazität C_s vor, liegt bei Beginn der Messung der gesamte Inhalt des vorrichtungsinternen Kondensators 22 am Isolationswiderstand R_x an. Liegt jedoch eine wie in 18 gezeigte Streukapazität C_s vor, dann wird die Spannung aufgeteilt, wobei ein Teil der Spannung am Kondensator 31 anliegt. Eine nach der Spannungsteilung anfänglich am Kondensator 31 anliegende Spannung V_Cm0 wird durch die folgende Formel (13) wiedergegeben:
$V_{C m 0} = \frac{C_{s}}{C_{m} + C_{s}} \times V_{0}$
Die Spannung V₀ gibt die anfängliche Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 an. Bei der oben angegebenen Formel (13) wird eine Näherung verwendet, bei der angenommen wird, dass die Kapazität C₀ des vorrichtungsinternen Kondensators 22 größer als die kombinierte Kapazität der in Reihe geschalteten Kapazität C_m des Kondensators 31 und der Streukapazität C_s ist. Dies wird durch den in 19 gezeigten Kurvenverlauf einer Messung wiedergegeben. Da zuerst der Kondensator 31 gemäß der obigen Formel (13) geladen wird, nimmt die Spannungsdifferenz zwischen der am vorrichtungsinternen Kondensator 22 anliegenden Spannung und der am Kondensator 31 anliegenden Spannung, bei der es sich um die Messkurve handelt, unmittelbar nach Beginn der Messung auf V₀-V_Cm0 ab. Die anschließende Dämpfung der Spannung wird durch einen elektrischen Strom bewirkt, der durch den Isolationswiderstand R_x fließt. Das bedeutet, dass sich die gemessene Spannung wie aus 19 ersichtlich in zwei Stufen ändert, da bei Beginn zuerst ein plötzlicher Abfall der Spannung zu verzeichnen ist und die Spannung anschließend mit der Zeitkonstante τ gedämpft wird.
Falls die Streukapazität C_s im Wesentlichen größer oder gleich der Kapazität C_m des Kondensators 31 ist, ist, da V_Cm0 gemäß der oben angegebenen Formel (13) groß ist, der Spannungsabfall zu Beginn außerordentlich groß. Eine Messung des Kurvenverlaufs im Bereich der Dämpfung mit der Zeitkonstante τ ist somit schwierig. Um dies zu vermeiden werden die Zeitpunkte, zu denen der Schalter 32 und der Schalter 32b eingeschaltet werden, gesteuert.
Vor Beginn einer Messung des Isolationswiderstands R_x wird zunächst der Schalter 32b geschlossen und die Schalter 32 und 32d werden geöffnet. Bei Beginn der Messung werden alle Schalter 32b, 32 und 32d geschlossen. Dann wird zunächst die Streukapazität C_s mithilfe der Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 auf einen Wert nahe V₀ geladen. Nach dem Aufladen der Streukapazität C_s auf die Spannung V₀ werden, wenn der Schalter 32b geöffnet wird, über den durch den Isolationswiderstand R_x fließenden elektrischen Strom im Kondensator 31 elektrische Ladungen gespeichert. Es ist eine Dämpfung der gemessenen Spannung zu beobachten.
Auf diese Weise können die Spannung an der Streukapazität C_s auf V₀ und die Spannung am Kondensator 31 auf 0 gesetzt werden. Somit wird für die gemessene Spannung ein von V₀ ausgehend gedämpfter Kurvenverlauf erhalten. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeitpunkte, zu denen der Schalter 32 und der Schalter 32b eingeschaltet werden, so gesteuert werden, dass der Schalter 32 und der Schalter 32b separat angeordnet sein müssen.
Fünfzehnte Ausführungsform
Das Schaltbild von 18 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei der in 20 dargestellten Konfiguration befindet sich zwischen dem parallel zum Kondensator 31 angeordneten Widerstand und dem Schalter 32b der in 18 gezeigten Konfiguration eine Sicherung 36.
Bei dem in 18 gezeigten Aufbau schließen der Schalter 32 und der Schalter 32b zu einem Zeitpunkt gleichzeitig. An diesem Punkt wird der N-Bus durch den parallel zum Kondensator 31 angeordneten niedrigen Widerstand auf Masse gelegt. Ist die Stromversorgung angeschaltet, liegt bei der elektrischen Vorrichtung 20 somit ein Masseschluss vor. Bei einer Anordnung einer Sicherung 36 wie in 20 gezeigt, wird die Schaltung der elektrischen Vorrichtung 20 geschützt.
Sechzehnte Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform wird der Einfluss der Streukapazität und anderer streuender Komponenten auf die Messung erläutert. Der in 21 dargestellte Schaltplan zeigt die Messung des Isolationswiderstands gemäß der oben erläuterten vorliegenden Erfindung anhand eines Ersatzschaltbilds, das die Schaltelemente zur Messung des Isolationswiderstands enthält.
Bei der Erläuterung der oben angeführten Ausführungsformen wird angenommen, dass die am vorrichtungsinternen Kondensator 22 anliegende Spannung über den Isolationswiderstand R_x in den Kondensator 31 überführt wird und der vorrichtungsinterne Kondensator 22 und der Kondensator 31 in Reihe geschaltet sind. Wie jedoch aus 21 ersichtlich weist der Schaltkreis die in 18 dargestellte Streukapazität C_s und ferner eine Impedanz R_m eines Messsystems auf.
Wie bei der vierzehnten Ausführungsform erläutert wird angenommen, dass die dominante Komponente der Streukapazität C_s parallel zum Isolationswiderstand R_x des Motors 24 vorliegt. Die Streukapazität C_s entspricht zum Beispiel einer Kapazität zwischen einem Wicklungsdraht des Motors 24 und einem Gehäuse des Motors 24. Eine Kapazität zwischen der Ansteuerschaltung der elektrischen Vorrichtung 20, die den Inverter 23 und das Gehäuse oder Masse umfasst, kann durch dieselbe Schaltungskonstante wiedergegeben werden.
Die Impedanz des Messsystems ist die zur Spannungsmessung erforderliche Impedanz. Bei einem Voltmeter oder einer Sonde eines Oszilloskops werden hohe Impedanzen verwendet, damit bei einer normalen Messung keine Probleme auftreten. Da auch der Widerstandswert des Isolationswiderstands, bei dem es sich um das Messobjekt handelt, hoch ist, ist der Einfluss der Impedanz des Messsystems jedoch ebenfalls groß. Wenn die Streukapazität C_s und der Impedanz R_m des Messsystems auf diese Weise berücksichtigt werden, wird die Entladungszeitkonstante der in 21 gezeigten Schaltung durch die folgende Formel (14) wiedergegeben:
$τ = (C_{m}^{'} + C_{s}) (\frac{R_{x} R_{m}}{R_{x} + R_{m}}) = (\frac{C_{0} \cdot C_{m}}{C_{0} + - C_{m}} + C_{s}) (\frac{R_{x} R_{m}}{R_{x} + R_{m}})$
Selbst wenn die Zeitkonstante τ aus einer Spannungsänderung gemessen wird und die Kapazität C_m des Kondensators 31 und die Kapazität C₀ des vorrichtungsinternen Kondensators 22 bekannt sind, müssen die Streukapazität C_s und die Impedanz R_m des Messsystems geklärt werden, um den Isolationswiderstand R_x in Erfahrung zu bringen. Die Impedanz R_m des Messsystems stellt einen Wert dar, der im Allgemeinen durch den Entwurf eines Erfassungsschaltkreises bestimmt wird. Die Streukapazität C_s stellt jedoch einen Wert dar, der sich mit der Konfiguration einer elektrischen Vorrichtung und mit dem Zustand eines Kabels und in einigen Fällen entsprechend dem Fortschritt der Alterung verändern kann. Daher ist zur genauen Messung des Isolationswiderstands R_x eine gleichzeitige Messung der Streukapazität C_s erforderlich.
Siebzehnte Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum Messen der Streukapazität C_s erläutert. Zum Messen der Streukapazität C_s kann ein, plötzlicher Spannungsabfall während der Zeit einer Aufnahme des in 19 gezeigten Kurvenverlaufs genutzt werden. Wie aus 19 ersichtlich nimmt eine gemessene Spannung von der Spannung V₀ auf V₀-V_Cm0 ab. Da V_Cm0 durch die oben angegebene Formel (13) wiedergegeben wird, kann die Streukapazität C_s gemessen werden. Somit können die Streukapazität C_s während des Zeitraums eines plötzlichen Spannungsabfalls zu Beginn von 19, die Zeitkonstante τ danach im gedämpften Kurvenverlauf und der der Streukapazität C_s und der Zeitkonstante τ entsprechende Isolationswiderstand R_x unter Verwendung der obigen Formel (14) gemessen werden.
Achtzehnte Ausführungsform
Das Schaltbild von 22 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Bei dem in 22 dargestellten Aufbau weist der Isolationsdetektor 30 anstatt des Kondensators 31 einen Kondensator 31a und einen Kondensator 31b auf, die parallel geschaltet sind. Der Kondensator 31a und der Kondensator 31b können über einen Schalter 32e zugeschaltet werden. Die anderen Komponenten entsprechen den in 18 gezeigten.
C_m1 bedeutet die Kapazität des Kondensators 31a und C_m2 die Kapazität des Kondensators 31b, wobei die mit dem vorrichtungsinternen Kondensator 22 kombinierten Kapazitäten des Kondensators 31a bzw. 31b jeweils entsprechend der oben angegebenen Formel (1) als C_m1' bzw. C_m2' bezeichnet werden. Die Messungen der Zeitkonstanten erfolgen jeweils während einer Dämpfung einer Spannungsänderung unter Einsatz des Kondensators 31a und des Kondensators 31b. Die als Ergebnis der Messungen erhaltenen Zeitkonstanten τ werden als τ_a und τ_b bezeichnet. Damit gelten die folgenden Formeln (15) und (16):
$τ_{a} = (C_{m a}^{'} + C_{s}) (\frac{R_{x} R_{m}}{R_{x} + R_{m}})$

$τ_{b} = (C_{m b}^{'} + C_{s}) (\frac{R_{x} R_{m}}{R_{x} + R_{m}})$
Wenn die oben angegebene Formel (16) von der oben angegebenen Formel (15) subtrahiert wird, erhält man die folgenden Formeln (17) und (18).
$τ_{a} - τ_{b} = (C_{m a}^{'} - C_{m b}^{'}) (\frac{R_{x} R_{m}}{R_{x} + R_{m}})$

$R_{x} = \frac{1}{\frac{(C_{m a}^{'} - C_{m b}^{*})}{(τ_{a} - τ_{b})} - \frac{1}{R_{m}}}$
Somit kann die Streukapazität durch zweimaliges Messen einer Zeitkonstante unter Verwendung der beiden Kondensatoren eliminiert und der Wert eines Isolationswiderstands korrekt berechnet werden. Als Kondensatoren können Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten zugeschaltet werden. Es können Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten oder gleichen Kapazitäten zusammengestellt werden. Die Kapazitäten können durch Ändern der Anzahl von parallel geschalteten Kondensatoren geändert werden.
Hier werden zwei verschiedene Kondensatorkapazitäten verwendet. Die Messgenauigkeit kann jedoch durch Erhöhen der Anzahl der Messungen verbessert werden. Mit Kondensatoren, die drei oder mehr verschiedene Kapazitäten besitzen können drei oder mehr Messungen vorgenommen werden.
Wie bei dieser Ausführungsform erläutert kann der Widerstandswert des Isolationswiderstands unter Berücksichtigung von sogar dem Einfluss der Streukapazität sehr genau gemessen werden.
Neunzehnte Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform wird die Impedanz R_m des Messsystems erläutert. Das Schaltbild der 23 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die an dem vorrichtungsinternen Kondensator 22 und dem dazu seriell geschalteten Kondensator 31 anliegenden Spannungen über einen in der Konfiguration von 12 gezeigten Verstärker gemessen werden. Bei dem in 23 dargestellten Verstärker handelt es sich um einen Trennverstärker. Dies dient dazu, die an einem Kondensator anliegende Spannung, dessen Potenzial sich von dem Potenzial eines Hauptstromkreises unterscheidet, auf das Potenzial eines Steuersystems zu bringen. Der Verstärker ist jedoch nicht auf einen Trennverstärker beschränkt. Die Verwendung eines üblichen Operationsverstärkers ist möglich. Zur Verringerung des Rauschens können auch ein Instrumentenverstärker oder ein Differenzverstärker eingesetzt werden. Der Instrumentenverstärker und der Differenzverstärker können kombiniert werden.
Die Eingangsimpedanz des in 23 gezeigten Verstärkers wird als R_a bezeichnet. Die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers ist in diesem Fall beispielsweise häufig hoch. Die Eingangsimpedanz des Trennverstärkers ist jedoch nicht so hoch und kann sich zum Beispiel einem Gebrauchszustand, einer Temperatur oder einer Elementvariationentsprechend ändern.
Wie aus der obigen Formel (14) ersichtlich ist die Impedanz R_m des Messsystems jedoch wünschenswerterweise höher als der Isolationswiderstand R_x, der das Messobjekt darstellt. Die Messgenauigkeit ist äußerst gering, wenn die Impedanz R_m zumindest im Vergleich mit dem Isolationswiderstand R_x äußerst klein ist. Schwankt die Impedanz R_m des Messsystems, dann wird das Messergebnis durch die Schwankung unmittelbar beeinträchtigt.
Um eine solche Schwankung der Impedanz des Messsystems zuzulassen und eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen, ist in 23 für die Messung ein Widerstand R_a parallel zum Eingang des Verstärkers angeordnet. Die Impedanz R_m des Messsystems ergibt sich hierbei aus der folgenden Formel (19):
$R_{m} = \frac{R_{a} R_{d}}{R_{a} + R_{d}}$
Der Widerstand R_a wird in der Formel so festgelegt, dass er kleiner als die Eingangsimpedanz R_a des Verstärkers ist und so, dass sich ein Wert einer Parallelschaltung von R_a und R_d selbst dann nicht wesentlich ändert, wenn R_a schwankt. Andererseits sollte der für die Impedanz R_m des Messsystems festgelegte Wert im Vergleich zum zu messenden Isolationswiderstand R_x nicht zu klein sein. Daher muss ein Verstärker mit einer großen Eingangsimpedanz R_a verwendet werden. Vorzugsweise wird als erstes Element, das eine Spannung aufnimmt, ein Instrumentenverstärker mit einer hohen Eingangsimpedanz verwendet.
Zwanzigste Ausführungsform
24 zeigt eine Modifikation von 23. Bei dem bei der neunzehnten Ausführungsform erläuterten Aufbau kann die Eingangsimpedanz bei geteilter gemessener Spannung erhöht werden.
Da die elektrische Vorrichtung 20 den Motor 24 antreibt, liegt zwischen dem P-Bus und dem N-Bus eine Spannung von etwa mehreren hundert Volt an. Um die Spannung mit einem normalen Verstärker aufzunehmen, muss die Spannung während der Messung geteilt werden. In 24 wird eine Spannung an einem zu messenden Bereich über eine Reihenschaltung des Widerstands R_d1 mit dem Widerstand R_d2 abgenommen. Parallel zum Widerstand R_d2 ist ein Verstärker mit der Eingangsimpedanz R_a geschaltet. Die Impedanz R_m des Messsystems wird an diesem Punkt durch die folgende Formel (20) wiedergegeben:
$R_{m} = R_{d 1} + \frac{R_{d} R_{d 2}}{R_{a} + R_{d 2}}$
Somit kann die Impedanz R_m des Messsystems entsprechend einer Wahl der Widerstände R_d1 und R_d2 erhöht werden. Wenn jedoch wie in der neunzehnten Ausführungsform angenommen wird, dass die Eingangsimpedanz R_a schwankt, wird R_d2 auf einen kleineren Wert als R_a gesetzt, im Vergleich zur Impedanz R_m des Messsystems beispielsweise auf 10 % oder weniger. Auch unter Berücksichtigung dessen kann die Impedanz R_m des Messsystems erhöht werden, wenn das Teilungsverhältnis (R_d2/(R_d1+R_d2)) erhöht wird. Um die Schwankung eines Erfassungswerts auch dann auf 5 % oder weniger zu reduzieren, wenn sich die Impedanz R_m des Messsystems aufgrund einer Temperaturänderung oder dergleichen um das Doppelte ändert, wird parallel zum Messsystem vorzugsweise ein Widerstand von 10 % oder weniger der Impedanz des Messsystems verwendet. Auf diese Weise wird der Widerstand R_d2 ausreichend kleiner als der Eingangswiderstand R_a festgelegt, sodass die Schwankungen eines Erfassungswerts bei Änderungen der Impedanz R_m des Messsystems durch eine Temperaturänderung oder dergleichen vernachlässigbar sind.
Einundzwanzigste Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform wird ein spezieller Messablauf erläutert. Die graphische Darstellung von 25 zeigt einen speziellen Ablauf während einer Messung mit zwei Kondensatoren zur Korrektur der Streukapazität bei dem in 22 gezeigten Aufbau der achtzehnten Ausführungsform.
Im normalen Betriebszustand sind der Schütz 12 geschlossen und der Schalter 32b geschlossen. Bei Durchführung einer Messung wird vor der Messung zuerst der Schalter 32e auf die Seite des Kondensators 31a geschaltet. Anschließend wird der Schütz 12 geöffnet, um die gesamte elektrische Vorrichtung 20 von der Systemstromversorgung 10 zu trennen und die elektrische Vorrichtung 20 auf ein unbestimmtes Potenzial zu setzen. Danach werden, wie bei der vierzehnten Ausführungsform erläutert wurde, der Schalter 32 und der Schalter 32d geschlossen, während der Schalter 32b im geschlossenen Zustand gehalten wird. Wenn der Schalter 32b daraufhin geöffnet wird, beginnt der Abfall einer gemessenen Spannung. Dann erfolgt zu einer Zeit mit einer geeigneten Spannung die Messung einer Zeitkonstante τ₁. Nach Abschluss der Messung der Zeitkonstante τ₁ werden der Schalter 32 und der Schalter 32d geöffnet. Als Folge dessen ist der Strompfad unterbrochen.
Der Kondensator 31a wird beim anschließenden Schließen des Schalters 32b kurzgeschlossen und die Spannung fällt auf Null ab, wobei die gemessene Spannung auf die vorhergehende Spannung zurückkehrt. Danach wird eine zweite Messung einer Zeitkonstante durchgeführt. Der Schalter 32e wird auf die Seite des Kondensators 31b geschaltet, um die Kapazität des Kondensators zu ändern. Daraufhin werden die Schalter 32 und 32d geschlossen und der Schalter 32b wird geöffnet, um die Messung einer Zeitkonstante erneut aufzunehmen und eine Zeitkonstante τ₂ zu erhalten.
Da bei der ersten Messung ein elektrischer Strom in einem gewissen Ausmaß fließt, fällt die Spannung am vorrichtungsinternen Kondensator 22 zwischen der ersten Messung und der zweiten Messung auf etwas unterhalb des anfänglichen Werts V₀ ab. Der Abfall der Spannung ist im Allgemeinen jedoch gering, da der vorrichtungsinterne Kondensator 22 eine große Kapazität aufweist. Bei Übernahme des bei der zehnten Ausführungsform erläuterten Verfahrens ist der Einfluss des anfänglichen Spannungswerts auf die Messung gering. Daher kann, wie bei dieser Ausführungsform erläutert wurde, die zweite und nachfolgende Messung ohne Unterbrechung unmittelbar anschließend vorgenommen werden.
Zweiundzwanzigste Ausführungsform
Die graphische Darstellung von 26 zeigt ein zu dem bei der einundzwanzigsten Ausführungsform erläuterten Verfahren unterschiedliches Verfahren, d. h. einen speziellen Ablauf während einer Messung mit zwei Kondensatoren zur Korrektur der Streukapazität bei dem in 22 gezeigten Aufbau der achtzehnten Ausführungsform.
Wie bei der einundzwanzigsten Ausführungsform werden vor der Messung zuerst der Schalter 32e auf die Seite des Kondensators 31a geschaltet, der Schütz 12 geöffnet und der Schalter 32 und der Schalter 32d geschlossen. Mit dem Öffnen des Schalters 32b beginnt der Abfall der gemessenen Spannung. Danach erfolgt zu einer Zeit mit einer geeigneten Spannung die Messung einer Zeitkonstante τ₁.
Nach Abschluss der Messung der Zeitkonstante τ₁ wird der Schalter 32e auf die Seite zum Kondensator 31b geschaltet, während der Zustand der Schalter 32, 32b und 32d beibehalten wird. Dann beginnt die Dämpfung einer Spannung mit einer anderen Zeitkonstante ausgehend von einer Spannung die an diesem Punkt als anfänglicher Wert festgelegt ist. Die Zeitkonstante wird zum Erhalt von τ₂ gemessen.
Die Zeitkonstante τ=R×C wird gemäß der zehnten Ausführungsform gemessen, da die Messung der Zeitkonstante nicht vom anfänglichen Wert der Spannung abhängt, wenn eine Zeitkonstante zwischen der Spannung V und V/e gemessen wird. Die Messung mit zwei Dämpfungsstufen kann ebenfalls auf diese Weise vorgenommen werden.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine Verkürzung der Messzeit und eine Vereinfachung eines Ablaufs. Da der Dynamikbereich einer Spannung andererseits verengt wird, müssen Messgenauigkeit und Messverfahren berücksichtigt werden. In diesem Fall vereinfacht sich die Konstruktion, wenn bei der Zeitkonstante τ der Grad der Freiheit bezüglich der gemessenen Spannung höher ist. Zum Beispiel beträgt gemäß der oben angegebenen Formel (9) die Zeit, innerhalb der die Spannung V₄ auf V₅=V₄/e abnimmt τ=R×C. Wie jedoch aus der oben angegebenen Formel (11) ersichtlich ist, kann τ auch gemessen werden, indem die Zeit bis zum Erreichen der bestimmten Spannung gemessen wird. Unter Berücksichtigung der Messgenauigkeit und der zur Messung erforderlichen Zeit genügt es die Messung der Zeitkonstante bei der bestimmten Spannung vorzunehmen und die Zeitkonstante τ anschließend mithilfe einer arithmetischen Operation zu berechnen.
Dreiundzwanzigste Ausführungsform
Als Isolationswiderstand kommen der in 1 gezeigte Widerstand zwischen der Ansteuerschaltung selbst und dem Gehäuse der elektrischen Vorrichtung 20 und der in 9 gezeigte Widerstand zwischen dem Motor 24 und dem Gehäuse in Betracht. Bei Verwendung eines Messablaufs können die Widerstandswerte der jeweiligen Widerstände berechnet werden.
Das Schaltbild von 27 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer mit dem Isolationsdetektor ausgestatteten elektrischen Vorrichtung. Die graphische Darstellung von 28 zeigt einen der 27 gemäßen Ablauf der Schaltvorgänge. Es wird darauf hingewiesen, dass 27 einen Kondensator 31 aufweist und kein Parallelwiderstand vorhanden ist. Bei der in 27 dargestellten Konfiguration befindet sich der Isolationswiderstand R_d zwischen dem P-Bus des Ansteuerschaltungsteils der elektrischen Vorrichtung 20 und dem Gehäuse oder Masse.
Zunächst werden der Schütz 12 geöffnet und der Schalter 32 geschlossen, um eine den Isolationswiderstand umfassende serielle Schaltung zu schaffen. Wenn der Schalter 32 an diesem Punkt geschlossen gehalten wird, fließt ein elektrischer Strom zum Isolationswiderstand R_d der Ansteuerschaltung. In diesem Zustand wird der Schalter 32b geschlossen, um die Messung zu beginnen. Der aus einer Messung der Zeitkonstante τ_d berechnete Widerstandswert entspricht dem des Widerstands zwischen der Ansteuerschaltung und dem Gehäuse und umfasst nicht den Isolationswiderstand der Last.
Anschließend wird der Schalter 32b zum Abbau der Spannung am Kondensator 31 einmal geschlossen, die gemessene Spannung wird wieder auf V0 gebracht und der Schalter 32 und der Schalter 32d werden geschlossen und zum Starten der Messung wird der Schalter 32b wieder geöffnet. Daraufhin fließt nun ein elektrischer Strom entlang eines durch den Isolationswiderstand R_d der Last führenden Pfades zum Schalter 32d. Da die Verbindung zum Isolationswiderstand R_d nicht unterbrochen ist, wird genau genommen der Widerstand der Parallelschaltung aus dem Isolationswiderstand R_d und dem Isolationswiderstand R_x gemessen. Es wird darauf hingewiesen, dass der Isolationswiderstand R_d bei den oben erläuterten Ausführungsformen groß ist und nicht berücksichtigt wird. Die gemessene Zeitkonstante τ_x repräsentiert die Parallelschaltung von R_x und R_d.
Da der Isolationswiderstand R_d bei der ersten Messung berechnet wurde können der Isolationswiderstand R_d und der Isolationswiderstand R_x bei der zweiten Messung separat gemessen werden. Zur Vereinfachung wurde nur ein einziger Kondensator 31 beschrieben. Da für eine genaue Messung jedoch eine Korrektur der Streukapazität erforderlich ist, werden vorzugsweise in Wirklichkeit zwei oder mehr Kondensatoren 31 verwendet und die Messung insgesamt viermal, d. h. zweimal pro Kondensator 31, durchgeführt.
Vierundzwanzigste Ausführungsform
29 zeigt eine Modifikation der 27. 29 zeigt ein Beispiel, bei dem mehrere parallel geschaltete Inverter mit einer einzigen mit Strom versorgten Schaltung und einem von einer mit Strom versorgten Schaltung gebildeten Gleichrichterschaltungsteil verbunden sind, wobei die Gleichrichterschaltung, der vorrichtungsinterne Kondensator 22 und dergleichen sowie der jeweilige Inverter einen der verschiedenen Motoren antreiben, nämlich einen entsprechenden der mehreren Motoren 24a, 24b und 24c. In diesem Falle können die Isolationswiderstände der jeweiligen Motoren mithilfe eines einzigen am vorrichtungsinternen Kondensator 22 angeordneten Isolationswiderstandserfassungsmechanismus gemessen werden.
Die graphische Darstellung von 30 zeigt den Ablauf der Schaltvorgänge für 29. Die Schaltvorgänge und ein Messablauf sind in 30 dargestellt. Als Erstes wird der Schütz 12 geöffnet und der Schalter 32 geschlossen. In 30 wird zunächst der Isolationswiderstand R_d der Ansteuerschaltung gemessen. Daher werden die inverterseitigen Schalter 32c1, 32c2 und 32c3 nicht betätigt und bleiben geöffnet. Zum Starten der Messung wird der Schalter 32 geöffnet. Wenn die Messung eine Messung der Zeitkonstante τ_d ermöglicht, wird der Schalter 32 einmal geschlossen, um zur Spannung V₀ zurückzukehren. An diesem Punkt kann, wenn keine Messung durchgeführt wird der Schalter 32 wie in 30 gezeigt geschlossen bleiben oder wie in 25 gezeigt geöffnet werden.
Anschließend wird der Isolationswiderstand R_xa des Motors 24a gemessen. Der Schalter 32c1 wird geschlossen, um einen Strompfad auszubilden, durch den ein elektrischer Strom zum Motor fließt. Dann wird der Schalter 32 zum Starten der Messung und zum Messen der Zeitkonstante τ_a geöffnet. Durch diese Messung erhält man den Widerstandswert der Parallelschaltung aus Isolationswiderstand R_xa des Motors 24a und Isolationswiderstand R_d der Schaltung. Auf diese Weise können die Schalter 32c2 und 32c3 zum Messen einer Zeitkonstante einer Spannungsänderung nacheinander geschlossen werden und die Isolationswiderstände R_xb und R_xc eines jeden Motors gemessen werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass obschon der Isolationswiderstand R_a der Schaltung gemessen wird, die Messung des Isolationswiderstands R_d nicht erforderlich ist, wenn der Isolationswiderstand R_d im Vergleich zu den Widerständen der Motoren 24a, 24b und 24c offensichtlich groß und die Messung des Isolationswiderstand R_a überflüssig ist.
Fünfundzwanzigste Ausführungsform
31 zeigt ein weiteres Beispiel einer Erfassungssequenz für eine wie in 29 dargestellte, mit mehreren Invertern und Motoren ausgebildete, elektrische Vorrichtung 20. Wenn die elektrische Vorrichtung 20 wie in 30 dargestellt betrieben wird, wird, wenn viele Motoren vorhanden sind, eine ziemlich lange Messzeit benötigt. Daher können jeweils mehrere verschiedene Messungen durch Umschalten eines Strompfads während einer Spannungsabnahme beendet werden, ohne den Kondensator 31 bei jeder Messung zu entladen. Anders ausgedrückt wird zuerst der Schalter 32c1 geschlossen, um eine Messung des Isolationswiderstands R_xa vorzunehmen, danach wird der Schalter 32c1 geöffnet und der Schalter 32c2 geschlossen, um eine Messung des Isolationswiderstands R_xb vorzunehmen. Da die Messung innerhalb einer kleinen Spannungsänderung erfolgt, kann es sein, dass die Messgenauigkeit leidet. Dafür kann die Messung innerhalb einer kurzen Zeitspanne durchgeführt werden.
Siebenundzwanzigste Ausführungsform
In 32 ist noch ein weiterer Messablauf für den in 29 gezeigten Aufbau dargestellt. Während der Messung befinden sich die drei Schalter, d. h. die Schalter 32c1, 32c2 und 32c3, gleichzeitig im geschlossen Zustand. Bei Ausführung der in 32 gezeigten Messung können zwar nicht die Werte der einzelnen Isolationswiderstände R_xa, R_xb und R_xc gemessen werden, dafür kann der Widerstandswert der parallelgeschalteten Isolationswiderstände, d. h. des Isolationswiderstands der gesamten Vorrichtung in einem einfachen Verfahren innerhalb einer kurzen Zeit gemessen werden.
Die in 32 dargestellte Messung eignet sich zur Überwachung des Isolationswiderstands der gesamten Vorrichtung. Die in 32 gezeigte Messung wird zum Beispiel bei einer normalen regelmäßig vorgenommen Messung des Isolationswiderstands durchgeführt, um zu überprüfen, ob bei der Vorrichtung als solches ein Problem vorliegt. Stellt sich als Folge der Messung heraus, dass der Widerstandswert der Gesamtvorrichtung klein ist und bei einigen Teilen der Vorrichtung ein Isolationsproblem vorliegt, kann in Erwägung gezogen werden, an jedem der Isolationswiderstände eine Diagnose entsprechend des in 30 gezeigten Ablaufs vorzunehmen, um den Teil zu identifizieren, an dem das Problem auftritt. Anders ausgedrückt kann regelmäßig eine sorgfältige Überprüfung des Isolationswiderstands vorgenommen werden und, falls ein Problem auftritt, mithilfe eines anderen Ablaufs gleichzeitig eine Analyse eines problembehafteten Teils.
Siebenundzwanzigste Ausführungsform
Das Schaltbild von 33 zeigt einen Aufbau, dem gegenüber 23 eine Verwaltungseinheit 60 hinzugefügt wurde, die einen Wert des gemessenen Isolationswiderstands über eine lange Zeit speichert und verwaltet. 33 ist auch als Figur zu verstehen, in der der Aufbau der Steuereinheit 34 und der Ausgabeeinheit 35 detailliert dargestellt ist.
Der Isolationswiderstand verändert sich umgebungsbedingt, beispielsweise temperatur- oder feuchtigkeitsbedingt. Der Alterungsprozess schreitet über eine äußerst langen Zeitraum voran. Daher kann eine präzisere Diagnostik mit weniger Fehlfunktionen erhalten werden, wenn das Ergebnis einer jeden Diagnose an eine externe Steuerung (eine NC-Steuerung (numerische Steuerung), die von einer numerischen Steuerungsregelung oder einem Steuerungsrechner gebildet wird) übermittelt und die Veränderung über einen langen Zeitraum verfolgt wird.
Ein gemessener Wert wird nach einer Konvertierung in digitale Daten mittels einer AD-Wandlungseinheit 61 in einen Mikrocomputer 62 eingegeben. Der Messwert eines Isolationswiderstands wird nach einer arithmetischen Operation erhalten. Ein auf diese Weise erhaltener Messwert wird an einem nicht dargestellten Monitor angezeigt. Wenn der Messwert größer oder gleich einem festgelegten Wert ist, kann dies zum Beispiel lediglich durch Anzeigen einer Warnmitteilung oder Ausgeben eines Warntons angezeigt werden.
Wünschenswerterweise wird der Isolationswiderstands-Messwert ferner wie in 33 dargestellt an eine NC-Steuerung übertragen, bei der es sich um eine numerische Steuerungsregelung handelt, oder an eine Steuerung 63, bei der es sich um einen Steuerungsrechner der NC-Steuerung handelt, und der Messwert in einem Speicher 66 gespeichert.
Der Isolationswiderstands-Messwert ist während eines normalen Betriebs äußerst hoch und weist große messfehlerbedingte Schwankungen auf. Durch Überwachen der Schwankungen über einen langen Zeitraum kann daher die Langzeitalterung des Isolationswiderstands einer Last beobachtet werden und eine Bestimmung mit hoher Genauigkeit erfolgen.
Wie aus 33 ersichtlich werden ferner ein Thermometer 64 oder ein Hygrometer 65 verwendet, wobei die Messdaten des Meters gleichzeitig zugeordnet und aufgezeichnet werden, um eine Tendenz ausmachen zu können. Mithin kann eine Diagnose mit größerer Präzision und größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden.
Achtundzwanzigste Ausführungsform
Das Schaltbild von 34 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer ausgestatteten elektrischen Vorrichtung, die mit dem Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß einer achtundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine wie in 34 dargestellte elektrische Vorrichtung 111 weist eine Gleichrichterschaltung 113, die zwischen einer Dreiphasenwechselstromversorgung 110 und einem Motor 112, der eine Last bildet, angeordnet ist und eine Wechselspannung der Dreiphasenwechselstromversorgung 110 in eine Gleichspannung umwandelt, einen Inverter 115, der mit der Ausgangsstufe der Gleichrichterschaltung 113 verbunden ist und den Motor 112, der die Last bildet, ansteuert, und einen Glättungskondensator 114 auf, der zwischen der Gleichrichterschaltung 113 und dem Inverter 115 und zu diesen parallel geschaltet ist. Der von der elektrischen Vorrichtung 111 angesteuerte Motor 112 weist eine Streukondensator 116 und einen Isolationswiderstand 117 gegenüber Masse auf. Es wird darauf hingewiesen, dass der Motor 112 in 34 mit der elektrischen Vorrichtung 111 verbunden ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Motor 112 kann in der elektrischen Vorrichtung 111 aufgenommen sein.
Die in 34 dargestellte elektrische Vorrichtung 111 wandelt eine durch Umwandlung mit der Gleichrichterschaltung 113 und dem Glättungskondensator 114 erhaltene Gleichspannung mithilfe des Inverters 115 in einen Wechselstrom zum Ansteuern des Motors 112 um. Der Isolationsdetektor 120 weist einen Spannungsteilerwiderstand 124, der mit dem Isolationswiderstand 117 des die Last bildenden Motors 112 eine Spannung teilt, einen Erfassungswiderstand 123, der eine an dem Spannungsteilerwiderstand 124 anliegende Spannung erfasst, einen Spannungsdetektor 121, der die Spannung am Erfassungswiderstand 123 misst, und einen Messkondensator 126, der zum Spannungsteilerwiderstand 124 und Erfassungswiderstand 123 parallel geschaltet ist, auf. Der Messwiderstand 125 ist aus einer Serienschaltung von Erfassungswiderstand 123 und Spannungsteilerwiderstand 124 aufgebaut. Der Isolationsdetektor weist damit einen Aufbau mit einer Parallelschaltung von Messwiderstand 125 und Messkondensator 126 auf. Der Aufbau des Messwiderstands 125 weist eine Serienschaltung von Erfassungswiderstand 123 und Spannungsteilerwiderstand 124 auf.
Der Erfassungswiderstand 123 ist im Vergleich zum Spannungsteilerwiderstand 124 klein. Zusammen mit dem Isolationswiderstand 117, der das Messobjekt darstellt, teilt der Spannungsteilerwiderstand 124 eine angelegte Spannung. Der Erfassungswiderstand 123 wandelt einen Teil der geteilten Spannung in eine zum Beispiel für einen Operationsverstärker geeignete Spannung um. Ein Ende des Isolationsdetektors 120 ist mit einer Ausgangsleitung des Inverters 115 verbunden, das bedeutet mit einem Wicklungsdraht des Motors 112. Das andere Ende ist über einen Schalter 122 mit dem N-Bus 119 des Inverters 115 verbunden.
35 zeigt einen Aufbau, der keinen Schalter 122 zur Verbindung mit dem Erfassungsschaltkreis 120 von 34 aufweist. Bei der in 35 dargestellten Konfiguration fließt, da an dem Motor 112 während eines Motorbetriebs eine Spannung anliegt, zum Erfassungsschaltkreis 120 stets ein schwacher Strom. Zur Unterdrückung des schwachen Stroms muss der Spannungsteilerwiderstand 124 einen ausreichend großen Widerstandswert aufweisen. Die Kapazität des parallel geschalteten Messkondensators 126 muss relativ klein sein. Bei dem in 35 dargestellten Aufbau beginnt ein Messvorgang mit dem Stoppen des Motors und Abschalten aller Elemente des Inverters. Beim Abschalten des Inverters nähert sich die Spannung wie die in 41 dargestellte Spannung asymptotisch dem Spannungswert V_a, bei dem es sich um einen gleichbleibenden Wert handelt. Der Isolationswiderstand des Motors kann gemessen werden, wenn der asymptotische Spannungswert V_a gemessen wird. Da während des Motorbetriebs ständig ein elektrischer Strom zum Messkondensator 126 fließt, kann für den Messkondensator 126 bei dem in 35 gezeigten Aufbau kein Kondensator mit großer Kapazität verwendet werden, wodurch der Messbereich eingeschränkt wird. Da jedoch kein Schalter vorhanden sein muss, kann der Aufbau vereinfacht werden. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Konfiguration ohne Schalter auch bei anderen Isolationsdetektoren oder einer mit den unten erläuterten Isolationsdetektoren ausgestatteten elektrischen Vorrichtung möglich ist.
Die graphischen Darstellungen der 36, 37 und 38 zeigen ein Beispiel einer Konfiguration, bei der eine Wechselstromversorgung, eine Gleichrichterschaltung, ein Glättungskondensator und eine Last miteinander verbunden sind, sowie die Änderung einer Spannung an den beiden Enden des Glättungskondensators, das heißt, am P-Bus und am N-Bus gegenüber Masse. Bei dem in 36 dargestellten Aufbau wird ein eingehender Dreiphasenwechselstrom in der Gleichrichterschaltung einer Dreiphasenzweiweggleichrichtung unterzogen. Der gleichgerichtete Ausgang wird mittels des Glättungskondensators geglättet und an die Last angelegt. Die in 36 gezeigte Dreiphasenwechselstromversorgung weist eine Sternschaltung auf, wobei der neutrale Sternpunkt auf Masse liegt. In 36 ändern sich die Spannungen am P-Bus und am N-Bus mit der dreifachen Frequenz der Frequenz der Wechselstromversorgung. Die an der P-Seite erhaltene positive Spannung und an die an der N-Seite erhaltene negative Spannung weisen jedoch eine relative geringe Schwankungsbreite auf.
Die in 37 dargestellte Dreiphasenwechselstromversorgung weist eine V-Schaltung auf. Eine Phase des dreiphasigen Wechselstroms liegt auf Masse. Wie aus 37 zu ersehen weist im Falle der V-Schaltung der P-Bus im Durchschnitt eine positive Spannung und der N-Bus im Durchschnitt eine negative Spannung auf. Zu manchen Zeiten sind die Spannungen jedoch gleich Null. Anders ausgedrückt weisen die bei der V-Schaltung am P-Bus und am N-Bus anliegenden Spannungsverläufe Impulsform auf. Bei dem in 36 dargestellten Aufbau beträgt die Änderungsfrequenz der Spannungsverläufe am P-Bus und am N-Bus das Dreifache der Frequenz des eingehenden Wechselstroms. Bei dem in 37 dargestellten Aufbau entspricht die Änderungsfrequenz der Spannungsverläufe am P-Bus und am N-Bus der Frequenz des eingehenden Wechselstroms.
Die Wechselstromversorgung von 38 ist einphasig. Wie in 38 gezeigt liegt bei einem einphasigen Wechselstrom eine Phase oft auf Masse. In 38 sind die Spannungsverläufe auf dem P-Bus und dem N-Bus wie im Falle der V-Schaltung jedoch impulsförmig, wobei die Spannungsverläufe zu manchen Zeiten gleich Null werden. Auch bei dem in 38 gezeigten Aufbau entspricht die Frequenz der Änderung des Spannungsverlaufs auf dem P-Bus und dem N-Bus der Frequenz des eingehenden Stroms.
Bei Anlegen solcher Impulsverläufe werden die Impulse, wenn die Last ein einfacher Widerstand ist, direkt geteilt und gemessen. Handelt es sich bei der Last jedoch um eine Vorrichtung, beispielsweise wenn die Last. ein Motor ist, weist die Last häufig eine kapazitive Komponente gegenüber Masse auf. Dann wird die kapazitive Komponente wiederholt durch einen Impuls geladen und entladen, wodurch keine Messung des Isolationswiderstands durch eine Teilung der Spannung am Widerstand möglich ist.
Daher können bei dem in 34 gezeigten Aufbau die Probleme, die bei einer solchen Schaltungskonfiguration auftreten, mit Hilfe des Messkondensators 126 gelöst werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass in 34 der Isolationsdetektor 120 extern zur elektrischen Vorrichtung 111 mit dieser verbunden ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Isolationsdetektor 120 kann in der elektrischen Vorrichtung 111 aufgenommen sein.
Es wird die Funktionsweise des in 34 dargestellten Aufbaus erläutert. Während des Betriebs des Motors 112 wird der Isolationsdetektor 120 nicht betrieben und der Schalter 122 ist offen. Wenn eine Isolationserfassung erfolgt, wird zunächst der Betrieb des Inverters 115 gestoppt, um den Motor 112 anzuhalten, und der Schalter 122 wird geschlossen. Die Dreiphasenwechselstromversorgung 110 ist angeschlossen. Dadurch liegen am N-Bus 119 Spannungen mit den in den 36, 37 und 38 gezeigten Spannungsverläufen an. Es kann angenommen werden, dass im Durchschnitt bezüglich Masse an dem N-Bus 119 eine negative Spannung anliegt. Bei geschlossenem Schalter 122 sind daher der Messwiderstand 125 und der dazu in Reihe geschaltete Isolationswiderstand 117 zwischen den N-Bus 119 und Masse geschaltet. Die beiden Widerstände teilen die am N-Bus 119 anliegende Spannung. Unter der Annahme, dass an dem N-Bus 119 eine konstante Gleichspannung anliegt, teilen diese Widerstände die Gleichspannung, wobei sich die konstante Gleichspannung auch an dem Erfassungswiderstand 123 zeigt. Wenn die Spannung am Erfassungswiderstand 123 erfasst und mit der Spannung am N-Bus 119 verglichen wird, kann daher der Widerstandswert des Isolationswiderstands 117 in Erfahrung gebracht werden.
Das Schaltbild von 39 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer ausgestatteten elektrischen Vorrichtung, die mit dem Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der achtundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in 39 gezeigte Aufbau stellt eine Modifikation des in 34 gezeigten Aufbaus dar. In 34 ist der Isolationsdetektor 120 mit dem N-Bus 119 verbunden. In 39 ist der Isolationsdetektor 120 dagegen mit dem P-Bus 118 verbunden.
Durch die Verwendung des Messkondensators 126 unterscheidet sich bei der in 39 dargestellten Konfiguration die Änderung unmittelbar nach Schließen des Schalters 122 von der Änderung bei einer Konfiguration ohne Messkondensator 126. In dem Augenblick, in dem der Schalter 122 geschlossen wird, fließt zu dem Messwiderstand 125 und dem Isolationswiderstand 117 nämlich kein elektrischer Strom. Zunächst wird eine Gleichspannung durch den Messwiderstand 126 und den Streukondensator 116 geteilt und steigt etwas an. Dann nähert sich die Gleichspannung langsam einem asymptotischen Spannungswert an.
Das Schaltbild der 40 zeigt ein Ersatzschaltbild während einer Isolationserfassung bei dem in 34 dargestellten Schaltungsaufbau. Am N-Bus liegen entsprechend eine gegenüber Masse negative Gleichspannungskomponente V_N und eine schwankende Wechselspannungskomponente an. Der Wert der negativen Gleichspannungskomponente V_N beträgt die Hälfte des Werts der Gleichspannung nach der Gleichrichtung, das heißt des Werts V₀₁ der am Glättungskondensator 114 anliegenden Spannung, und wird durch die folgende Formel (21) wiedergegeben:
$V_{N} = \frac{V_{01}}{2}$
Der Isolationswiderstand R_M und der dazu in Reihe geschaltete Messwiderstand R_D sind zwischen den N-Bus und Masse geschaltet. Die Streukapazität C_s liegt parallel zum Isolationswiderstand R_M. Parallel zum Messwiderstand R_D ist ein Messkondensator C_D geschaltet. Es wird darauf hingewiesen, dass der in 40 gezeigte Isolationswiderstand R_M dem in 34 gezeigten Isolationswiderstand 117 entspricht. Der Messwiderstand R_D entspricht dem in 34 gezeigten Messwiderstand 125. Die Streukapazität C_s entspricht dem in 34 gezeigten Streukondensator 116. Der Messkondensator C_D entspricht dem Messkondensator 126. Der Schalter entspricht dem Schalter 122.
Die graphische Darstellung von 41 zeigt eine zeitliche Änderung eines Spannungsverlaufs an den beiden Enden des Messwiderstands R_D, wobei es sich um ein Beispiel einer typischen Kurvenform bei einer Messung gemäß dem in 40 dargestellten Ersatzschaltbild handelt. Die Spannung V entspricht der Spannung an dem Messwiderstand R_D=R_k+R_b, die durch die unter Verwendung des Spannungsteilerwiderstands R_b am Erfassungswiderstand R_k erfasste Spannung repräsentiert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Erfassungswiderstand R_k dem Erfassungswiderstand 123 entspricht, der in 34 dargestellt ist. Der Spannungsteilerwiderstand R_b entspricht dem in 34 dargestellten Spannungsteilerwiderstand 124. Da der Wert des Spannungsteilerwiderstands R_b bekannt ist, kann der an den beiden Enden des Messwiderstands R_D abgegriffene Wert gemessen werden, wenn der Wert am Erfassungswiderstand R_k erfasst wird.
Vor dem Schließen des Schalters wird der Messkondensator C_D entladen, um die Spannung am Messkondensator C_D auf Null herabzusetzen. Wenn der Schalter geschlossen wird, wird in dem Augenblick die Spannung V durch den Messkondensator C_D und die Streukapazität C_s geteilt und steigt auf den Spannungswert V_i an, da die Widerstandswerte von Isolationswiderstand R_m und Messwiderstand R_D relativ groß sind. Wenn die anfänglichen Spannungen am Messkondensator C_D und der Streukapazität C_s Null sind, wird der Spannungswert V_i durch die folgende Formel (22) wiedergegeben:
$V_{i} = \frac{C_{S}}{C_{D} + C_{S}} V_{N}$
Anschließend ändert sich die Spannung V langsam mit einer bestimmten, einer Widerstandskomponente und einer kapazitiven Komponente des Schaltkreises entsprechenden Zeitkonstante τ_t und nähert sich dem asymptotischen Spannungswert V_a an, der durch die per Widerstand geteilte Spannung bestimmt ist. Die anliegende Spannung umfasst nicht nur die negative Gleichspannungskomponente V_N, sondern auch eine Wechselspannungsschwankungskomponente. Daher weist der Spannungsverlauf wie in 41 gezeigt eine durch eine dünne Linie angegebene Wechselspannungsschwankungskomponente und eine durch eine dicke Linie angegebene Komponente auf, die sich dem asymptotischen Spannungswert V_a langsam nähert. Die Wechselspannungsschwankungskomponente wird entfernt und das Interesse richtet sich lediglich auf die in 41 gezeigte dicke Linie. Der asymptotische Spannungswert V_a wird durch die folgende Formel (23) wiedergegeben:
$V_{a} = \frac{R_{D}}{R_{D} + R_{M}} V_{N}$
Die Werte der negativen Gleichspannungskomponente V_N und des Messwiderstands R_D sind bekannt. Damit wird der Isolationswiderstand R_M unter Verwendung des asymptotischen Spannungswerts V_a durch die folgende Formel (24) wiedergegeben:
$R_{M} = \frac{V_{N} - V_{a}}{V_{a}} R_{D}$
Die Funktion V(t) der Spannung V, die die in 41 gezeigte Kurve der Änderung der Spannung V vom Spannungswert V_i zum asymptotischen Spannungswert V_a wiedergibt, stellt eine exponentielle Dämpfungskurve mit einer einzigen Zeitkonstante des in 40 gezeigten Ersatzschaltbildes dar und wird durch die folgende Formel (25) wiedergegeben:
$V (t) = V_{a} - (V_{a} - V_{i}) exp (- \frac{t}{τ_{t}})$
Die Zeitkonstante τ_t wird durch die folgende Formel (26) wiedergegeben:
$τ_{t} = (C_{D} + C_{S}) (\frac{R_{D} R_{M}}{R_{D} + R_{M}})$
Gemäß Formel (26) handelt es sich im Falle von V_a>V_i um eine ansteigende Kurve und in Falle von V_i>V_a um eine abfallende Kurve.
Bei der Messung werden die Wechselspannungsschwankungskomponente entfernt und der asymptotische Spannungswert V_a berechnet, sodass nur die in 41 gezeigte dicke Linie erfasst wird. Hierzu muss in dem Isolationsdetektor lediglich eine Filterschaltung ausgebildet sein oder es muss der Durchschnitt des Wechselspannungsverlaufs numerisch bestimmt werden. Als Filterschaltung können ein Tiefpassfilter zum Entfernen einer hochfrequenten Komponente oder ein Kerbfilter zum Entfernen lediglich der Frequenz der Stromversorgung verwendet werden.
Es wird ein Problem beschrieben, bei dem die Messung aufgrund der Wechselspannungsschwankungskomponente nicht erfolgen kann. Wenn die Amplitude der Wechselspannungskomponente groß ist und an dem Messwiderstand R_D momentan eine Spannung von Null oder eine negative Spannung anliegt, ist eine Schutzdiode in einem unteren Ast des Inverters 115 der in 34 gezeigten Schaltung leitend. Wenn ein elektrischer Strom durch einen solchen Pfad fließt, wird ein asymptotischer Punkt des Mittelwerts einer Spannungsänderung durch die geteilten Spannungen am Isolationswiderstand R_M und Messwiderstand R_D nicht korrekt wiedergegeben und der Isolationswiderstand 117 kann nicht erfasst werden. Demnach muss eine Spannung, die die Wechselspannungsschwankungskomponente umfasst, größer oder gleich Null sein, damit eine Messung möglich ist. Daher kann die Messung in einer Schaltungskonfiguration ohne Messkondensator 126 nicht durchgeführt werden, wenn sich das Potential des N-Buses ändert.
Wie oben erläutert wurde, besteht ein Unterschied zwischen der in 34 dargestellten Konfiguration und der Konfiguration ohne Messkondensator 126 in dem Vorhandensein oder Fehlen des Messkondensators 126, wobei sich die Amplitude der Wechselspannungsschwankungskomponente durch den Messkondensator 126 ändert. Es wird zur Vereinfachung angenommen, dass die Impedanzen des Messkondensators C_D und der Streukapazität C_s bei einer Frequenz f der Wechselspannungsschwankungskomponente kleiner sind als der Messwiderstand R_D und der Isolationswiderstand R_M und die folgende Formel (27) gilt:
$\frac{1}{2 π f C_{D}}, \frac{1}{2 π f C_{S}} < R_{D}, R_{M}$
Es wird drauf hingewiesen, dass die Frequenz f der Wechselspannungsschwankungskomponente in der in 36 gezeigten Konfiguration dem Dreifachen der eingangsseitigen Stromfrequenz entspricht und in der in den 37 und 38 dargestellten Konfiguration identisch mit der eingangsseitigen Stromfrequenz ist.
In der Konfiguration, bei der kein Messkondensator 126 vorgesehen ist, ist der Messkondensator C_D nicht vorhanden. Die Wechselspannungskomponente des N-Buses wird daher durch die Streukapazität C_s, bei der es sich um eine kleine Impedanz handelt, und den Messwiderstand R_D, dessen Impedanz groß ist, geteilt. Die Amplitude der Wechselspannungsschwankung entspricht der Amplitude der originären Schwankung am Messwiderstand R_D. Es ist daher schwierig, den Isolationswiderstand 117 zu messen.
Im Falle von 34 fließt die Wechselspannungsschwankungskomponente des N-Busses andererseits nur durch die beiden Kondensatoren. Dadurch wird die Wechselspannungsschwankungskomponente entsprechend dem Kapazitätsverhältnis der beiden Kondensatoren geteilt. Wenn daher der Messkondensator C_D und die Streukapazität C_s die gleichen Werte aufweisen, liegt am Messkondensator C_D die halbe Spannung der Wechselspannungsschwankungskomponente des N-Busses an. Damit nimmt die an den beiden Enden des Isolationsdetektors 120 auftretende Wechselspannungsschwankungskomponente ab, wodurch eine Messung des Isolationswiderstands 117 möglich ist.
Neunundzwanzigste Ausführungsform
Das Schaltbild der 42 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der neunundzwanzigsten Ausführungsform. Die in 42 dargestellte elektrische Vorrichtung 111 entspricht der in 34 dargestellten elektrischen Vorrichtung 111. Der in 42 gezeigte Isolationsdetektor 120A weist einen Aufbau auf, dem gegenüber dem in 34 gezeigten Isolationsdetektor 120 ein Strombegrenzungswiderstand 127 hinzugefügt wurde. Die anderen Komponenten entsprechen den Komponenten des in 34 gezeigten Isolationsdetektors.
Der Strombegrenzungswiderstand 127 ist seriell zum Messwiderstand 125 und Messkondensator 126 geschaltet, und mit einem Ende der Ausgangsleitung des Inverters 115 verbunden. Wenn der Schalter 122 bei Beginn der Isolationserfassung geschlossen wird, steigt die Spannung V wie in 41 der achtundzwanzigsten Ausführungsform auf den Spannungswert Vi an. Der Grund hierfür ist, dass in den Messkondensator C_D und die Streukapazität C_s des in 40 gezeigten Ersatzschaltkreises der achtundzwanzigsten Ausführungsform ein steil ansteigender elektrischer Strom fließt. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass Elemente beschädigt werden, wenn ein äußerst steil ansteigender elektrischer Strom in den Messkondensator C_D und die Streukapazität C_s fließt. Mit dem wie in 42 dargestellten strombegrenzenden Widerstand 127 kann der Spitzenwert eines in den Messkondensator C_D und die Streukapazität C_s fließenden elektrischen Stroms herabgesetzt, die Schaltung geschützt und das Rauschen gemindert werden. Der Strombegrenzungswiderstand 127 ist im Vergleich mit dem Isolationswiderstand 117 und dem Spannungsteilerwiderstand 124 vorzugsweise ein kleiner Widerstand.
Dreißigste Ausführungsform
Das Schaltbild der 43 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der dreißigsten Ausführungsform. Die in 43 dargestellte elektrische Vorrichtung 111 entspricht der in 34 dargestellten elektrischen Vorrichtung 111. Der in 43 gezeigte Isolationsdetektor 120B weist einen Aufbau auf, dem gegenüber dem in 34 gezeigten Isolationsdetektor 120 der Schalter 122 fehlt und ein Schalter 128 hinzugefügt wurde. Ein Ende des in 34 gezeigten Isolationsdetektors 120 ist mit der Ausgangsleitung des Inverters 115 verbunden, d. h. dem Wicklungsdraht des Motors 112. Das andere Ende ist über den Schalter 122 mit dem N-Bus 119 des Inverters 115 verbunden. Der Isolationsdetektor 120 ist von der elektrischen Vorrichtung 111 getrennt, wenn der Schalter 122 geöffnet ist. Bei dem in 43 gezeigten Isolationsdetektor 120B ist jedoch über den Schalter 128 ein Ende mit der Ausgangsleitung des Inverters 115 verbunden, d. h. dem Wicklungsdraht des Motors 112, bzw. dem P-Bus 118. Das andere Ende ist mit dem N-Bus 119 des Inverters 115 verbunden. Beim Umschalten des Schalters 128 kann der in 43 gezeigte Isolationsdetektor 120 das Verbindungsziel des einen Endes des Isolationsdetektors 120B zwischen der Ausgangsleitung des Inverters 115 und dem P-Bus 118 umschalten.
In einem Zustand, in dem der Inverter 115 in Betrieb ist und sich der Motor 112 bewegt, ist der Schalter 128 zunächst auf die Seite des P-Buses 118 geschaltet. In diesem Zustand ist der Isolationsdetektor 120B zwischen P- und N-Bus geschaltet und kann die Spannung zwischen P- und N-Bus messen. Während des Betriebs des Inverters 115, d. h. wenn keine Isolationserfassung vorgenommen wird, kann der in 43 gezeigte Isolationsdetektor 128B also auch als Erfassungsmechanismus für die Spannung zwischen P- und N-Bus des Inverters 115 verwendet werden. Somit eignet sich der in 43 gezeigte Isolationsdetektor 120B, wenn beispielsweise die Spannung zwischen P- und N-Bus überwacht werden soll, zur Kontrolle des Inverters 115.
Wenn der Inverter 115 gestoppt und die Isolationserfassung vorgenommen wird, muss das Verbindungsziel des Schalters 128 lediglich vom P-Bus 118 auf die Ausgangsleitung des Inverters 115 umgelegt werden. Wenn das Verbindungsziel des Schalters 128 auf die Ausgangsleitung des Inverters 115 gelegt wurde, entspricht trotz unterschiedlicher Messkurve der Schaltungsaufbau der Konfiguration, bei der der Schalter 122 des in 34 gezeigten Isolationsdetektors 120 geschlossen ist.
Die graphische Darstellung von 44 zeigt ein Ersatzschaltbild des in 43 gezeigten Schaltungsaufbaus während der Isolationserfassung. Die graphische Darstellung von 45 zeigt eine zeitliche Änderung eines Spannungsverlaufs an den beiden Enden des Messwiderstands R_D, wobei es sich um ein Beispiel einer typischen Kurvenform bei einer Messung gemäß dem in 44 dargestellten Ersatzschaltbild handelt. Wie in 41 entspricht die Ordinate von 45 der Spannung V am Messwiderstand R_D, die über die am Erfassungswiderstand R_k erfasste Spannung gemessen wird.
Zunächst ist vor der Messung der Schalter mit dem P-Bus 118 verbunden und es wird der zwischen dem P- und N-Bus anliegende Spannungswert V01 erfasst. Wenn der Schalter auf die Seite der Ausgangsleitung des Inverters 115 umgelegt wird und die Isolationserfassung beginnt, sinkt die Spannung V auf den Spannungswert Vi. Dies rührt daher, dass die negative Gleichspannungskomponente V_N durch den Messkondensator C_D und die Streukapazität C_s geteilt wird und ein Teil der Spannung des auf den Spannungswert V01 geladenen Messkondensators C_D entladen wird. Wenn die Streukapazität C_s vor dem Schalten Null ist, wird der Spannungswert Vi durch die folgende Formel (28) wiedergegeben:
$V_{i} = \frac{2 C_{D} + C_{S}}{C_{D} + C_{S}} V_{N} = (1 + \frac{C_{D}}{C_{D} + C_{S}}) V_{N}$
Nach Abfall auf den Spannungswert Vi erreicht die Spannung V den asymptotischen Spannungswert V_a, wobei sie exponentiell gedämpft wird. Der asymptotische Spannungswert V_a wird durch die folgende Formel (29) wiedergegeben:
$V_{a} = \frac{R_{D}}{R_{D} + R_{M}} V_{N}$
Eine Dämpfungskurve der Änderung der Spannung V vom Spannungswert Vi auf den asymptotischen Spannungswert V_a wird durch die folgende Formel (30) wiedergegeben:
$V (t) = V_{a} + (V_{i} - V_{a}) exp (- \frac{t}{τ_{t}})$
Die obige Formel (29) entspricht der Formel (23) der achtundzwanzigsten Ausführungsform. Die durch die obige Formel (30) wiedergegebene Dämpfungskurve fällt anders ab als die durch die Formel (25) der achtundzwanzigsten Ausführungsform wiedergegebene Dämpfungskurve. Der Grund hierfür ist, dass Vi größer ist als V_a, da der Spannungswert Vi bei Beginn größer ist als V_N=V₀₁/2 und der asymptotische Spannungswert V_a am Ende kleiner als die negative Gleichspannungskomponente V_N ist. Die Zeitkonstante τ_t der Dämpfung wird durch die folgende Formel (31) wiedergegeben:
$τ_{t} = (C_{D} + C_{S}) (\frac{R_{D} R_{M}}{R_{D} + R_{M}})$
Während des Betriebs des Inverters 115, d. h. wenn keine Isolationserfassung vorgenommen wird, kann der in 43 dargestellte Isolationsdetektor 120B wie oben erläutert auch als Erfassungsmechanismus für die Spannung zwischen P- und N-Bus des Inverters 115 verwendet werden. Dadurch können der Schaltkreis vereinfacht und die Kosten der Schaltung gesenkt werden. Wie oben erläutert fällt die Spannung V bei diesem System, da die folgende Formel (32) gilt, ab und erreicht den asymptotischen Spannungswert V_a.
$V_{01} > V_{i} > V_{N} > V_{a} > 0$
Es wird darauf hingewiesen, dass die Spannung V im Durchschnitt monoton gedämpft wird. Da die anliegende Spannung jedoch eine Spannung ist, die durch Addieren der negativen Gleichspannungskomponente V_N und der Wechselspannungskomponente wie in 45 gezeigt erhalten wird, stellt der Verlauf der Messspannung lediglich eine Addition der gedämpften Komponente und der Wechselspannungskomponente dar. Wie in der achtungszwanzigsten Ausführungsform erläutert muss die Spannung einschließlich der Wechselspannungsschwankungskomponente Null oder mehr betragen, damit eine Messung möglich ist. Dadurch ist im Vergleich mit einem Anstieg der Spannung V wie in 41 dargestellt eine Messung in einem breiteren Bereich möglich, wenn die Spannung wie in 45 gezeigt abfällt.
Einunddreißigste Ausführungsform
Das Schaltbild der 46 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der einunddreißigsten Ausführungsform. Die in 46 dargestellte elektrische Vorrichtung 111 entspricht der in 34 dargestellten elektrischen Vorrichtung 111. Der in 46 gezeigte Aufbau ist eine Modifikation des in 43 gezeigten Aufbaus. In 43 ist der Isolationsdetektor 120B mit dem N-Bus 119 verbunden. In 46 ist der Isolationsdetektor 120B jedoch mit dem P-Bus 118 verbunden. Mit dem in 46 dargestellten Isolationsdetektor 120B kann die selbe Messung durchgeführt werden wie mit dem in 43 dargestellten Isolationsdetektor 120B.
Das Schaltbild der 47 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der einunddreißigsten Ausführungsform. Die in 47 dargestellte elektrische Vorrichtung 111 entspricht der in 34 dargestellten elektrischen Vorrichtung 111. Der in 47 dargestellte Isolationsdetektor 120C hat einen Aufbau, bei dem gegenüber dem in 46 dargestellten Isolationsdetektor 120B zusätzlich ein Strombegrenzungswiderstand 127 hinzugefügt wurde. Die anderen Komponenten entsprechen den Komponenten des in 34 gezeigten Isolationsdetektors 120.
Mit dem in 47 dargestellten Isolationsdetektor 120C kann die gleiche Messung durchgeführt werden wie mit dem in 43 dargestellten Isolationsdetektor 120B. Mit dem Strombegrenzungswiderstand 127 ist es ferner möglich, den Spitzenwert eines in den Messkondensator C_D und die Streukapazität C_s fließenden elektrischen Stroms herabzusetzen, die Schaltung zu schützen und das Rauschen zu mindern.
Der Strombegrenzungswiderstand 127 hat im Vergleich mit dem Isolationswiderstand 117 und dem Spannungsteilerwiderstand 124 vorzugsweise einen geringen Widerstand. Bei dem in 47 dargestellten Isolationsdetektor 120C kann bei Beginn der Erfassung wie bei dem in 42 dargestellten Isolationsdetektor 120A eine Stromspitze in den Kondensator niedrig gehalten werden.
Zweiunddreißigste Ausführungsform
Bei der zweiunddreißigsten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Abschätzen eines Isolationswiderstandswertes im Zustand des Übergangs einer Spannung erläutert, die mit Hilfe eines Isolationsdetektors gemäß der achtundzwanzigsten bis einunddreißigsten Ausführungsform erfasst wird.
Es ist bei dem in 34 dargestellten Isolationsdetektor 120 zur Erhöhung des zu messenden Widerstandswertes des Isolationswiderstands 117 beispielsweise erforderlich, auch den Widerstandswert des Messwiderstands 125 zu erhöhen. Es muss auch der Kapazitätswert des Messkondensators C_D erhöht werden, um die Amplitude einer Wechselspannungsfluktuation niedrig zu halten. Infolgedessen wird die sich ändernde Zeitkonstante τ_t der Spannung V wahrscheinlich äußerst groß. Da bei diesem Erfassungssystem der Widerstandswert des Isolationswiderstands 117 aus dem asymptotischen Spannungswert V_a berechnet wird, ist die Messung daher solange nicht abgeschlossen, bis sich eine niederfrequente Komponente der Spannung V nicht mehr ändert. Es besteht das Problem, dass die Messzeit außerordentlich lang wird.
Die graphische Darstellung von 48 zeigt ein Verfahren zur Verringerung der Messzeit. Eine niederfrequente Komponente einer Spannungsänderung wird durch die oben angegebene Formel (30) wiedergegeben, wobei die Wechselspannungsschwankungskomponente nicht berücksichtigt ist. Wenn eine Spannungsmessung in demselben Zeitintervall Δt=t₃-t₂, t₂-t₁ zu den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ an einer die oben angegebene Formel (30) wiedergebenden Kurve dreimal vorgenommen wird und zu den jeweiligen Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ Spannungswerte V_t1, V_t2 und V_t3 erhalten werden, besteht zwischen den Spannungswerten V_t1, V_t2 und V_t3 und dem asymptotischen Spannungswert V_a die nachfolgende Beziehung der Formel (33) der Exponentialfunktion, da die oben angegebene Formel (30) eine Exponentialfunktion ist.
$\frac{V_{t 3} - V_{a}}{V_{t 2} - V_{a}} = \frac{V_{t 2} - V_{a}}{V_{t 1} - V_{a}}$
Wenn die oben angegebene Formel (33) gelöst wird, wird der asymptotische Spannungswert V_a durch die folgende Formel (34) wiedergegeben.
$V_{a} = \frac{V_{t 1} V_{t 3} - V_{t 2}^{2}}{V_{t 1} + V_{t 3} - 2 V_{t 2}}$
Es ist auf diese Weise möglich, den asymptotischen Spannungswert V_a zu berechnen, ohne dass abgewartet werden muss, dass sich die Spannung V allmählich dem asymptotischen Spannungswert V_a annähert, wenn die Spannung V an drei Punkten in einem Zustand gemessen wird, bei dem sich die Spannung V transient ändert. Daher ist es möglich, die Messzeit zu verringern.
Es wird drauf hingewiesen, dass die Spannung V lediglich an drei oder mehr Punkten gemessen werden muss. Die Zeitintervalle zwischen den drei Punkten der Messung schließen zwar bei der obigen Erläuterung aneinander an, die Zeitintervalle für die Messung müssen jedoch nicht aneinander anschießen. Wenn die Messintervalle jedoch gleich lang gesetzt werden, kann der asymptotische Spannungswert V_a wie aus der oben angegebenen Formel (34) ersichtlich aus einer einfachen Formel abgeleitet werden.
Da der Verlauf der Spannung V die Wechselspannungsschwankungskomponente enthält, ist zur Messung einer Spannung zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Behelf erforderlich. Die Frequenz der Wechselspannungsschwankung wird als 50 Hertz oder 60 Hertz angenommen, bei der es sich um die kommerzielle Spannungsversorgungsfrequenz handelt, oder in der in 36 dargestellten Konfiguration als 150 Hertz oder 180 Hertz, d. h. einer im Vergleich mit der kommerziellen Spannungsversorgungsfrequenz dreimal so hohen Frequenz. Bei allen diesen Frequenzen ist es leicht, den Spannungsverlauf über einen Bereich von 0,1 Sekunde zu mitteln, der einen ganzen Kurvenformzyklus enthält. Da die Fluktuation der Spannung V in 0,1 Sekunden jedoch groß ist, ist es wahrscheinlich, dass keine genaue Messung durchgeführt werden kann. Es wäre daher wünschenswert, die Spannung V in einem kürzeren Zeitraum zu messen. Es kann beispielsweise ein Verfahren zum getrennten Messen der Frequenz der Wechselspannungsschwankung und zum Mitteln der Kurvenverläufe über die Länge eines Zyklus der Wechselspannungsschwankung erläutert werden.
Dreiunddreißigste Ausführungsform
Bei der dreiunddreißigsten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Berechnen des Kapazitätswertes der Streukapazität C_s erläutert. Bei dem in 40 oder 44 gezeigten Ersatzschaltbild kann, wenn die beiden Enden der Schaltung wechselweise schwanken, der Kapazitätswert der Streukapazität C_s aus der Amplitude einer Wechselspannungskomponente der Spannung am Messkondensator C_D berechnet werden. Es wird zur Vereinfachung angenommen, dass die Impedanzen des Messkondensators C_D und der Streukapazität C_s bei der Frequenz f der Wechselspannungsschwankungskomponente kleiner sind als der Messwiderstand R_D und der Isolationswiderstand R_M und die oben angegebene Formel (27) gilt. In diesem Fall wird die Wechselspannungsschwankungskomponente nur durch die Streukapazität C_s und den Messkondensator C_D geteilt. Daher gilt zwischen der Amplitude V_ac der Wechselspannungskomponente des N-Busses und der Amplitude V_dac der Wechselspannungskomponente am Messkondensator C_D die folgende Formel (35):
$V_{d a c} = \frac{C_{S}}{C_{D} + C_{S}} V_{a c}$
Wenn die Amplitude V_ac bekannt ist und die Amplitude V_dac gemessen wird, kann die Streukapazität C_s aus dieser Formel berechnet werden. Die Amplitude V_ac muss daher bekannt sein.
Das Schaltbild der 49 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der dreiunddreißigsten Ausführungsform. Die in 49 dargestellte elektrische Vorrichtung 111 entspricht der in 34 dargestellten elektrischen Vorrichtung 111. Der in 49 gezeigte Isolationsdetektor 120D weist einen Aufbau auf, bei dem gegenüber dem in 43 gezeigten Isolationsdetektor 120B ein Schalter 129 hinzugefügt wurde. Die anderen Komponenten entsprechen den Komponenten des in 43 gezeigten Isolationsdetektors 120B.
Ein Ende des in 49 gezeigten Isolationsdetektors 120D ist über den Schalter 128 und den Schalter 129 mit der Ausgangsleitung des Inverters 115, d. h. dem Wicklungsdraht des Motors 112, bzw. mit dem P-Bus 118 verbunden. Das andere Ende ist mit dem N-Bus 119 des Inverters 115 verbunden. Beim Umschalten des Schalters 128 kann der in 49 gezeigte Isolationsdetektor 120D das Verbindungsziel des einen Endes des Isolationsdetektors 120D zwischen der Ausgangsleitung des Inverters 115 und dem P-Bus 118 umschalten. Beim Umschalten des Schalters 129 kann der Isolationsdetektor 120D das Verbindungsziel des Messwiderstands 125 zwischen dem Schalter 128 und Masse umschalten. Wenn der Schalter 129 auf Masse geschaltet ist, kann die Spannung des N-Busses 119 mit dem Isolationsdetektor 120D direkt gemessen werden.
Beispiele für ein Verfahren, das ohne den Schalter 129 durchgeführt wird, bei dem es sich um eine spezielle Komponente handelt, umfassen im Übrigen ein Verfahren zur Messung der Frequenz einer Wechselspannungsschwankung. Die kommerzielle Wechselspannungsfrequenz beträgt 50 Hertz oder 60 Hertz. Wenn angenommen wird, dass es sich auf der Primärseite um eine Anschlussart gemäß einer der 36, 37 und 38 handelt, kann die Anschlussart die in 39 dargestellte Sternschaltung sein, wenn die Frequenz f der Wechselspannungsschwankung 50 Hertz oder 60 Hertz beträgt. Wenn die Frequenz f der Wechselspannungsschwankungskomponente 150 Hertz oder 180 Hertz ist, kann die Anschlussart die in 40 oder 41 dargestellte V-Schaltung oder eine einzelne Phase sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die Sternschaltung eine Dreieckschaltung umfasst, bei der der Mittelpunkt einer Phasenspannung auf Masse liegt. Wenn es sich bei der Anschlussart um eine V-Schaltung oder eine einzelne Phase handelt, fließt kein elektrischer Strom zu der Last und der Spannungsabfall in der Gleichrichterschaltung ist Null, wobei die Spannungsfluktuation an dem N-Bus 119 oder P-Bus 118 im Bereich von 0 bis √2×V_rms Volt liegt. Daher wird die Amplitude V_ac der Wechselspannungsschwankung durch die folgende Formel (36) wiedergegeben:
$V_{a c} = \sqrt{2} V_{r m s} ≅ 1.4 V_{r m s}$
In der Formel bedeutet V_rms den Effektivwert der Leitungsspannung der Wechselspannungsversorgung. Demgegenüber wird die Spannungsschwankung am N-Bus oder P-Bus im Falle der in 36 gezeigten Sternschaltung mit auf Masse liegendem Neutralpunkt untersucht. Im Falle der V-Schaltung oder einzelnen Phase wird angenommen, dass die Last eine hohe Impedanz aufweist, kein elektrischer Strom zu der Last fließt und der Spannungsabfall in der Gleichrichterschaltung Null ist. Das Potentialmaximum am P-Bus 118 oder das Potentialminimum am N-Bus 119 entspricht dem Maximum V_p der Spannung einer Phase der Eingangsspannung und wird durch die folgende Gleichung (37) wiedergegeben:
$V_{p} = \sqrt{\frac{2}{3}} V_{r m s}$
Da andererseits die Last eine hohe Impedanz aufweist, liegt die Spannung zwischen dem P- und dem N-Bus auf dem konstanten Spannungswert V₀₁.
$V_{01} = \sqrt{2} V_{r m s}$
Wenn der P-Bus 118 das Maximum V_p erreicht, ist das Potential am N-Bus 119 daher V_P-V₀₁. Wenn der N-Bus 119 das Minimum -V_p aufweist, ist das Potential am P-Bus 118 V₀₁-V_p. Die Amplitude V_ac der Wechselspannungsschwankung wird durch die folgende Formel (39) wiedergegeben:
$V_{a c} = V_{p} - (V_{01} - V_{p}) = 2 V_{p} - V_{01} = (2 \sqrt{\frac{2}{3}} - \sqrt{2}) V_{r m s} ≅ 0.22 V_{r m s}$
Dies bedeutet, dass die Breite der Wechselspannungsschwankung am N-Bus 119, d. h. ein Wert der Amplitude V_ac, vorhergesagt werden kann, wenn die Frequenz der Wechselspannungsschwankung gemessen wird. Aus der oben angegebenen Formel (35) kann die Streukapazität C_s unter Verwendung der Amplitude V_ac und der Amplitude V_dac der Wechselspannungsschwankung am Messkondensator C_D gemessen werden.
Vierunddreißigste Ausführungsform
Bei der vierunddreißigsten Ausführungsform wird ein anderes Verfahren zum Berechnen des Kapazitätswertes der Streukapazität C_s erläutert. Der in 41 dargestellte Spannungswert Vi der in 34 gezeigten Konfiguration bzw. der in 45 dargestellte Spannungswert Vi der in 43 gezeigten Konfiguration hängen wie oben in den Formeln (22) und (28) angegeben von der Streukapazität C_s ab. Da der Kapazitätswert des Messkondensators C_D und der Wert der negativen Gleichspannungskomponente V_N bekannt sind, erfährt man, wenn ein Wert des Spannungswertes V_i gemessen wird, den Kapazitätswert der Streukapazität C_s.
Es wird angenommen, dass die anfänglichen Ladungsmengen der Streukapazität C_s und des Messkondensators C_D, die in 34 dargestellt sind, und der Streukapazität C_s der in 43 gezeigten Konfiguration Null sind. Es wird darauf hingewiesen, dass in der in 43 gezeigten Konfiguration die anfängliche Ladungsmenge des Messkondensators C_D V₀₁ ist. Um die Streukapazität C_s auf Null zu bringen, bleibt die Streukapazität C_s beispielsweise vom Stoppen des Inverters 115 bis zum Beginn der Erfassung des Isolationswiderstands 117 für eine Zeitspanne von mehr als C_S×R_M unverändert, sodass die Ladungen der Streukapazität C_s entladen werden. Im Hinblick auf den Messkondensator C_D muss die Messung in ähnlicher Weise gestartet werden, nachdem der Messkondensator C_D für eine Zeitspanne von mehr als C_D×R_D unverändert war, sodass die Ladungen der Streukapazität C_s entladen werden.
Fünfunddreißigste Ausführungsform
Bei der fünfunddreißigsten Ausführungsform wird ein Verfahren erläutert, bei dem die Streukapazität C_s zur Isolationserfassung verwendet wird. Wie oben erläutert wird eine Änderung der Spannung V durch die in 41 oder 45 dargestellte Kurve wiedergegeben. Die Zeitkonstante τ_t der Änderung wird durch die Formel (26), oder die Formel (31) wiedergegeben. Wenn die Zeitkonstante τ_t gemessen wird und die Streukapazität C_s bekannt ist, ist es daher möglich, den Isolationswiderstand R_M zu berechnen. Die Grenze für den Widerstandswert des Isolationswiderstands R_M, der mit Hilfe dieses Erfassungsverfahrens gemessen werden kann, hängt stark von der Streukapazität C_s ab.
Die graphische Darstellung von 50 zeigt eine Beziehung zwischen dem Isolationswiderstand R_M, der durch das Erfassungsverfahren gemessen werden kann, und der Streukapazität C_s. Wie in der 50 dargestellt ist, nimmt die Obergrenze des messbaren Isolationswiderstands R_M ab, wenn die Streukapazität C_s zunimmt. Der Grenzwert und die Messgenauigkeit des Isolationswiderstands R_M, die an diesem Punkt gemessen werden können, können anhand der Streukapazität C_s abgeschätzt werden. Demnach ist es möglich, die Vertrauenswürdigkeit eines gemessenen Widerstandswertes gemäß der Streukapazität C_s zu bestimmen. Die Verlässlichkeit des gemessenen Widerstandswertes kann eine Referenz darstellen, wie ein erfasster Wert zu behandeln ist.
Sechsunddreißigste Ausführungsform
Das Schaltbild der 51 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der sechsunddreißigsten Ausführungsform. Die in 51 dargestellte elektrische Vorrichtung 111A umfasst die Gleichrichterschaltung 113, den Glättungskondensator 114 und die Inverter 115, 115a und 115b. Die Inverter 115, 115a und 115b entsprechen dem in 34 dargestellten Inverter 115 und sind zueinander parallel geschaltet. Der Inverter 115 ist mit dem Motor 112 verbunden, der den Streukondensator 116 und den Isolationswiderstand 117 aufweist. Der Inverter 115a ist mit dem Motor 112a verbunden, der den Streukondensator 116a und den Isolationswiderstand 117a aufweist. Der Inverter 115b ist mit dem Motor 112b verbunden, der den Streukondensator 116b und den Isolationswiderstand 117b aufweist. Die Motoren 112, 112a und 112b entsprechen dem in 34 dargestellten Motor 112.
Der in 51 dargestellte Isolationsdetektor120C entspricht dem in 47 dargestellten Isolationsdetektor 120C. Der in 51 dargestellte Isolationsdetektor 120C kann die Erfassung der Inverter 115, 115a und 115b und der Motoren 112, 112a und 112b mittels eines Isolationsdetektors durchführen. Beim Umlegen des Schalters 128 kann der in 51 dargestellte Isolationsdetektor 120C das Verbindungsziel des einen Endes des Isolationsdetektors 120 zwischen der Ausgangsleitung des Inverters 115 und dem P-Bus 118 umschalten. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Schalter 130 zwischen einem Ende des Isolationsdetektors 120C und den Ausgangsleitungen der Inverter 115, 115a und 115b angeordnet ist. Durch Umlegen des Schalters 130 kann festgelegt werden, ob ein Ende des Isolationsdetektors 120C mit den jeweiligen Ausgangsleitungen der Inverter 115, 115a und 115b verbunden ist. Der in dem Isolationsdetektor 120C enthaltene Spannungsdetektor 121 ist mit einem A/D-Wandler 140 und einem Mikrocomputer 150 verbunden.
Wie bei der in 43 dargestellten Konfiguration oder der in 47 dargestellten Konfiguration erfolgt die Messung im Wesentlichen dadurch, dass ein Umschalten von einem Zustand, bei dem der Isolationsdetektor 120C mit dem P-Bus 118 verbunden ist, in einen Zustand, bei dem der Isolationsdetektor 120C mit den jeweiligen Ausgangsleitungen der Inverter 115, 115a und 115b verbunden ist, für die Zahl der Inverter und Motoren wiederholt wird, die jeweiligen Isolationswiderstände 117, 117a und 117b der Motoren 112, 112a und 112b nach dem Verbinden des Isolationsdetektors 120C mit dem P-Bus 118 erfasst werden, die Spannung zwischen dem P-Bus und dem N-Bus immer dann in dem Messkondensator 126 akkumuliert wird, wenn die Messung für einen Motor beendet ist, und die Verbindung zu dem nächsten Motor umgeschaltet und die Erfassung durchgeführt wird.
Es erfordert jedoch Zeit, die Erfassung für die drei Motoren 112, 112a und 112b nacheinander getrennt vorzunehmen. Zur Verminderung der Messzeit ist es vorstellbar, alle drei Motoren 112, 112a und 112b zu verbinden und die Erfassung gleichzeitig durchzuführen. Das bedeutet, dass nach dem Trennen des Isolationsdetektors 120C von dem P-Bus 118 der Schalter 128 mit den Ausgängen der drei Inverter 115, 115a und 115b verbunden wird, alle Schalter 130 geschlossen werden und die Erfassung in einem Zustand erfolgt, bei dem die Isolationswiderstände 117, 117a und 117b der drei Motoren 112, 112a und 112b parallel geschaltet sind. Ein zu diesem Zeitpunkt erfasster Widerstandswert ist ein Widerstandswert der Parallelschaltung der Isolationswiderstände 117, 117a und 117b der drei Motoren 112, 112a und 112b.
Wenn die Isolationswiderstände 117, 117a und 117b der Motoren 112, 112a und 112b hoch sind, ist der Widerstandswert der Parallelschaltung gewöhnlich ebenfalls hoch, und eine Bestätigung, dass der Widerstandswert normal ist, ist möglich. Wenn andererseits ein Widerstandswert eines der Isolationswiderstände 117, 117a und 117b der Motoren 112, 112a und 112b ungewöhnlich niedrig ist, wird der Widerstandswert aller Isolationswiderstände 117, 117a und 117b ebenfalls als niedrig erfasst. Damit besteht die Möglichkeit, festzustellen, dass der Widerstandswert eines der Isolationswiderstände 117, 117a und 117b ungewöhnlich niedrig ist. Wenn ein anormaler Zustand erfasst wird, ist es durch eine individuelle Messung der jeweiligen Motoren 112, 112a und 112b möglich, denjenigen der Motoren 112, 112a und 112b mit einem ungewöhnlich niedrigen Widerstandswert zu ermitteln. Wenn der Widerstandswert normal ist, endet nach dieser Methode die Erfassung nach kurzer Zeit. Wenn der Widerstandswert anormal ist, ist es durch eine individuelle Durchführung der Erfassung möglich, den Motor mit einem außergewöhnlichen niedrigen Widerstandswert des Isolationswiderstands zu identifizieren.
Siebenunddreißigste Ausführungsform
Das Schaltbild der 52 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Isolationsdetektors und den Aufbau einer elektrischen Vorrichtung, mit der der Isolationsdetektor verbunden ist, gemäß der siebenunddreißigsten Ausführungsform. Die in 52 dargestellte elektrische Vorrichtung 111A entspricht der in 51 dargestellten elektrischen Vorrichtung 111A. Die in 52 dargestellten Isolationsdetektoren 120C, 120Ca und 120Cb entsprechen dem in 51 dargestellten Isolationsdetektor 120C. Das bedeutet, dass der Isolationsdetektor 120C den Spannungsteilerwiderstand 124, um eine Spannung zusammen mit dem Isolationswiderstand 117 des Motors 112 zu teilen, den Erfassungswiderstand 123, der eine an dem Spannungsteilerwiderstand 124 anliegende Spannung erfasst, den Spannungsdetektor 121, der die Spannung am Erfassungswiderstand 123 misst, den Messkondensator 126, der parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand 124 und dem Erfassungswiderstand 123 angeordnet ist, den Strombegrenzungswiderstand 127 und den Schalter 128 umfasst. In dem Aufbau des Messwiderstands 125 sind der Erfassungswiderstand 123 und der Spannungsteilerwiderstand 124 in Reihe geschaltet. In ähnlicher Weise umfasst der Isolationsdetektor 120Ca den Spannungsteilerwiderstand 124a, den Erfassungswiderstand 123a, den Spannungsdetektor 121a, den Messkondensator 126a, den Strombegrenzungswiderstand 127a und den Schalter 128a. In dem Aufbau des Messwiderstands 125a sind der Erfassungswiderstand 123a und der Spannungsteilerwiderstand 124a in Reihe geschaltet. Der Isolationsdetektor 120Cb umfasst den Spannungsteilerwiderstand 124b, den Erfassungswiderstand 123b, den Spannungsdetektor 121b, den Messkondensator 126b, den Strombegrenzungswiderstand 127b und den Schalter 128b. In dem Aufbau des Messwiderstands 125b sind der Erfassungswiderstand 123b und der Spannungsteilerwiderstand 124b in Reihe geschaltet. Der Isolationsdetektor 120C kann den Inverter 115 und den Motor 112 erfassen. Der Isolationsdetektor 120Ca kann den Inverter 115a und den Motor 112a erfassen. Der Isolationsdetektor 120Cb kann den Inverter 115b und den Motor 112b erfassen.
Die Spannungsdetektoren 121, 121a und 121b der jeweiligen Isolationsdetektoren 120C, 120Ca und 120Cb sind über den Schalter 160 mit dem A/D-Wandler 140 und dem Mikrocomputer 150 verbunden. Durch Umschalten des Schalters 160 können die Spannungsdetektoren an den Verbindungszielen des A/D-Wandlers 140 und des Mikrocomputers 150 umgeschaltet werden. Mit der in 52 dargestellten Konfiguration kann dieselbe Messung durchgeführt werden wie mit der in 51 dargestellten Konfiguration. Es ist jedoch auch möglich, drei verschiedene Messungen gleichzeitig durchzuführen.
Die graphische Darstellung von 53 zeigt die Spannungen V an den Messwiderständen 125, 125a und 125b von 52. Beispielsweise gibt die Kurve 170 die Spannung V an dem Messwiderstand 125 wieder. Die Kurve 171 gibt die Spannung V an dem Messwiderstand 125a wieder. Die Kurve 172 zeigt die Spannung V an dem Messwiderstand 125b. Dies bedeutet, dass wie für die zweiunddreißigste Ausführungsform erläutert die Spannungen zur Berechnung des asymptotischen Spannungswerts V_a lediglich an drei Punkten mit gleichem Zeitabstand in einem Bereich gemessen werden müssen, in dem sich die Spannungen transient ändern.
Die Erfassungen durch die Isolationsdetektoren 120C, 120Ca und 120Cb können daher gleichzeitig erfolgen. Wie in 53 dargestellt ist, kann während der Erfassung der Spannung der Kurve 170 in einem Zeitintervall Δt_a die Erfassung der Spannung der Kurve 171 in einem Zeitintervall Δt_b und die Erfassung der Spannung der Kurve 172 in einem Zeitintervall Δt_c erfolgen. Mit der in 52 dargestellten Konfiguration ist es somit möglich, wie diese Ausführungsform zeigt, die Messzeit zu verringern.
Achtunddreißigste Ausführungsform
Die Widerstandswerte der Isolationswiderstände, die in der achtundzwanzigsten bis siebenunddreißigsten Ausführungsform erläutert wurden, ändern sich aufgrund verschiedener Faktoren, wie beispielsweise Temperatur und Feuchtigkeit. Die Beeinträchtigung des Isolationswiderstands ist ein Phänomen, das sich während einer sehr langen Zeitspanne zunehmend verschlechtert. Für eine korrekte Bestimmung der Verschlechterung des Isolationswiderstands sollte man daher keinen zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen Widerstandswert verwenden. Die Verschlechterung des Isolationswiderstands sollte stattdessen durch Akkumulieren von Messergebnissen über längere Zeit bestimmt werden, wobei aus den akkumulierten Messergebnissen eine Tendenz entnommen werden kann.
Eine Art von Verfahren zur Handhabung der akkumulierten Messwerte besteht in einem Verfahren, bei dem beispielsweise einer außerhalb befindlichen Steuerung die Ergebnisse von vielen Diagnosen übermittelt werden und eine Änderung über lange Zeit verfolgt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die außerhalb befindliche Steuerung eine NC-Steuerung, bei der es sich um eine numerische Steuerungsregelung handelt, oder ein Steuerrechner sein kann. Wenn auf diese Weise die Änderung über lange Zeit verfolgt wird, kann eine korrektere Diagnose mit weniger fehlerhaften Bestimmungen durchgeführt werden. Wenn ein Mechanismus zur Messung der Temperatur oder Feuchtigkeit in dem Motor vorhanden ist und Daten in Zusammenhang mit einem Erfassungswert des Isolationswiderstands verarbeitet werden, kann eine Tendenz mit höherer Genauigkeit abgelesen werden.
Die in den Ausführungsformen erläuterten Konfigurationen geben Beispiele für die Inhalte der vorliegenden Erfindung an. Die Konfigurationen können mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden. Ein Teil der Konfiguration kann weggelassen und abgewandelt werden, soweit der Kern der vorliegenden Erfindung nicht verlassen wird.
Bezugszeichenliste

10, 10a: Systemstromversorgung
11: Dreiphasenwechselstromversorgung
12: Schütz
20, 20a, 20b, 20b1, 20c, 20d: elektrische Vorrichtung
21: Gleichrichterschaltung
22: vorrichtungsinterner Kondensator
23: Inverter
24: Motor
30: Isolationsdetektor
31, 31a, 31b: Kondensator
32, 32a, 32b, 32c, 32c1, 32c2, 32c3: Schalter
33: Spannungserfassungseinheit
34: Steuereinheit
35: Ausgabeeinheit
41: Batterie
51: Solarbatterie
52: Aufwärtswandlerschaltung
60: Verwaltungseinheit
61: AD-Wandlungseinheit
62: Mikrocomputer
63: Steuerung
64: Thermometer
65: Hygrometer
66: Speicher
110: Dreiphasenwechselstromversorgung
111, 111A: elektrische Vorrichtung
112, 112a, 112b: Motor
113: Gleichrichterschaltung
114: Glättungskondensator
115, 115a, 115b: Inverter
116, 116a, 116b: Streukondensator
117, 117a, 117b: Isolationswiderstand
118: P-Bus
119: N-Bus
120, 120a, 120A, 120B, 120C, 120Ca, 120Cb, 120D: Isolationsdetektor
121, 121a, 121b: Spannungsdetektor
122, 128, 128a, 128b, 129, 160: Schalter
123, 123a, 123b: Erfassungswiderstand
124, 124a, 124b: Spannungsteilerwiderstand
125, 125a, 125b: Messwiderstand
126, 126a, 126b: Messkondensator
127, 127a, 127b: Strombegrenzungswiderstand
130: Schütz
140: A/D-Wandler
150: Mikrocomputer
170, 171, 172: Kurve

Claims

Isolationsdetektor (30), der mit einer elektrischen Vorrichtung (20) verbunden ist, die einen vorrichtungsinternen Kondensator (22) aufweist, wobei der Isolationsdetektor (30) aufweist: einen isolationsdetektoreigenen Kondensator (31); eine Spannungserfassungseinheit (33), die eine Spannung des isolationsdetektoreigenen Kondensators (31) erfasst; und einen einen Strompfad ausbildenden Schalter (32), um ein Gehäuse oder Masse, den vorrichtungsinternen Kondensator (22) und den isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) seriell zu verbinden und einen Strompfad auszubilden, der einen Isolationswiderstand der elektrischen Vorrichtung (20) umfasst, wobei der Isolationsdetektor (30) den Isolationswiderstand misst, indem mit Hilfe der Spannungserfassungseinheit (33) eine Zeitkonstante einer Spannungsänderung am isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) gemessen wird, und der Kapazitätswert des isolationsdetektoreigenen Kondensators (31) im Vergleich mit dem Kapazitätswert des vorrichtungsinternen Kondensators (22) ein Wert ist, der bei der Messung des Isolationswiderstands vernachlässigbar ist.
Isolationsdetektor (30), der mit einer elektrischen Vorrichtung (20b1) verbunden ist, die eine Batterie (41) aufweist, wobei der Isolationsdetektor (30) aufweist: einen isolationsdetektoreigenen Kondensator (31); eine Spannungserfassungseinheit (33), die eine Spannung des isolationsdetektoreigenen Kondensators (31) erfasst; und einen einen Strompfad ausbildenden Schalter (32), um ein Gehäuse oder Masse, die Batterie (41) und den isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) seriell zu verbinden und einen Strompfad auszubilden, der einen Isolationswiderstand der elektrischen Vorrichtung (20b1) umfasst, wobei der Isolationsdetektor (30) den Isolationswiderstand misst, indem mit Hilfe der Spannungserfassungseinheit (33) eine Zeitkonstante einer Spannungsänderung am isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) gemessen wird.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 1, wobei die elektrische Vorrichtung (20) eine Konfiguration zum Ansteuern einer Last (24) mit einem Inverter (23) aufweist, und der Isolationsdetektor (30) einen zur Lastseite führenden Schalter (32a) zum Verbinden eines Endes des vorrichtungsinternen Kondensators (22) mit einer Ausgangsleitung der Last (24) aufweist.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 2, wobei die elektrische Vorrichtung (20b1) eine Konfiguration zum Ansteuern einer Last (24) mit einem Inverter (23) aufweist, und der Isolationsdetektor (30) einen zur Lastseite führenden Schalter (32a) zum Verbinden eines Pols der Batterie mit einer Ausgangsleitung der Last (24) aufweist.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 3 oder 4, wobei eines der Inverterelemente in dem Inverter (23) auch als zur Lastseite führender Schalter verwendet wird.
Isolationsdetektor (30), der mit einer elektrischen Vorrichtung (20) verbunden ist, die einen vorrichtungsinternen Kondensator (22) aufweist, wobei der Isolationsdetektor (30) aufweist: einen isolationsdetektoreigenen Kondensator (31); eine Spannungserfassungseinheit (33), die Spannungen am vorrichtungsinternen Kondensator (22) und am isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) erfasst, die in Reihe geschaltet sind; und einen einen Strompfad ausbildenden Schalter (32), um ein Gehäuse oder Masse, den vorrichtungsinternen Kondensator (22) und den isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) seriell zu verbinden und einen Strompfad auszubilden, der einen Isolationswiderstand der elektrischen Vorrichtung (20) umfasst, wobei der Isolationsdetektor (30) den Isolationswiderstand misst, indem mit Hilfe der Spannungserfassungseinheit (33) eine Zeitkonstante einer Spannungsänderung am isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) gemessen wird, und der Kapazitätswert des isolationsdetektoreigenen Kondensators (31) im Vergleich mit dem Kapazitätswert des vorrichtungsinternen Kondensators (22) ein Wert ist, der bei der Messung des Isolationswiderstands vernachlässigbar ist.
Isolationsdetektor (30), der mit einer elektrischen Vorrichtung (20) verbunden ist, die eine Batterie (41) aufweist, wobei der Isolationsdetektor (30) aufweist: einen isolationsdetektoreigenen Kondensator (31); eine Spannungserfassungseinheit (33), die die Spannungen an der Batterie (41) und am isolationsdetektoreigenen Kondensator (31), die in Reihe geschaltet sind, erfasst; und einen einen Strompfad ausbildenden Schalter (32), um ein Gehäuse oder Masse, die Batterie (41) und den isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) seriell zu verbinden und einen Strompfad auszubilden, der einen Isolationswiderstand der elektrischen Vorrichtung (20) umfasst, wobei der Isolationsdetektor (30) den Isolationswiderstand misst, indem mit Hilfe der Spannungserfassungseinheit (33) eine Zeitkonstante einer Spannungsänderung am isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) gemessen wird.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 6 oder 7, der einen Entladungswiderstand aufweist, der mit den beiden Enden des isolationsdetektoreigenen Kondensators (31) verbunden ist.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Kurzschlussschalter (32b) und ein Element niedrigen Widerstands, das einen Widerstandswert aufweist, der kleiner ist als der Isolationswiderstand, in Reihe und parallel zum isolationsdetektoreigenen Kondensator (31) geschaltet sind, und der Widerstandswert des Elements niedrigen Widerstands ein Wert ist, der bei einer Messung einer Zeitkonstante des Isolationswiderstands ermöglicht, dass der isolationsdetektoreigene Kondensator (31) während des Zeitraums der Messung entladen wird.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 9, wobei der Isolationsdetektor (30) bei Beginn der Messung der Zeitkonstante den einen Strompfad ausbildenden Schalter (32) in einem Zustand schließt, bei dem der Kurzschlussschalter (32b) geschlossen ist, und den Kurzschlussschalter (32b) nach der Akkumulation von Ladungen in einem Streukondensator öffnet.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Isolationsdetektor (30) die Streukapazität eines Messsystems aus der Änderung des Spannungsverlaufs unmittelbar nach Beginn der Messung der Zeitkonstante berechnet und den Widerstandswert des Isolationswiderstands aus dem berechneten Wert der Streukapazität und einem Messwert der Zeitkonstante berechnet.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der isolationsdetektoreigene Kondensator (31) eine Konfiguration mit zwei parallel geschalteten kapazitiven Elementen (31a, 31b) aufweist.
Isolationsdetektor (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungserfassungseinheit (33) ein Widerstandselement mit bekanntem Widerstandswert aufweist, der kleiner als die Impedanz eines Messsystems der Spannungserfassungseinheit (33) ist, wobei das Widerstandselement parallel zu einem Eingang des Messsystems geschaltet ist.
Isolationsdetektor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, der einen Speicher (66) aufweist, der einen Erfassungswert der Spannungserfassungseinheit aufzeichnet, wobei der Isolationsdetektor (30) eine zeitliche Änderung des Erfassungswertes aufzeichnen kann.
Isolationsdetektor (120A), der zwischen einem P-Bus oder einem N-Bus einer elektrischen Vorrichtung (111) und einer Ausgangsleitung geschaltet ist, wobei die elektrische Vorrichtung (111) eine Gleichrichterschaltung (113), die zwischen einer Wechselstromversorgung (110) und einer Last (112) angeordnet ist und eine Wechselspannung der Wechselstromversorgung (110) in eine Gleichspannung umwandelt, und einen Inverter (115) aufweist, der mit der Ausgangsstufe der Gleichrichterschaltung (113) verbunden ist und die Last (112) ansteuert, wobei die Ausgangsleitung den Inverter (115) mit der Last (112) verbindet, wobei der Isolationsdetektor (120A) einen Messwiderstand (125), einen parallel zum Messwiderstand (125) geschalteten Kondensator (126) und einen Spannungsdetektor (121) aufweist, der einen Widerstandswert des Messwiderstands (125) erfasst, und der Isolationsdetektor (120A) den Isolationswiderstand (117) zwischen der Last (112) und einem Gehäuse oder Masse aus dem mit dem Spannungsdetektor (121) gemessenen Spannungswert erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (125) aus einem Erfassungswiderstand (123) und einem dazu in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderstand (124) aufgebaut ist, der Kondensator (126) parallel zur Reihenschaltung aus Erfassungswiderstand (123) und Spannungsteilerwiderstand (124), welche den Messwiderstand (125) bildet, geschaltet ist, und die an den Messwiderstand (125) anliegende Spannung durch den Spannungsteilerwiderstand (124) geteilt ist, um an den beiden Enden des Isolationsdetektors (120A) einen Spannungswert zu messen.
Isolationsdetektor (120; 120B), der über einen Schalter (122; 128) zwischen einem P-Bus oder einem N-Bus einer elektrischen Vorrichtung (111) und einer Ausgangsleitung geschaltet ist, wobei die elektrische Vorrichtung (111) eine Gleichrichterschaltung (113), die zwischen einer Wechselstromversorgung (110) und einer Last (112) angeordnet ist und eine Wechselspannung der Wechselstromversorgung (110) in eine Gleichspannung umwandelt, und einen Inverter (115) aufweist, der mit der Ausgangsstufe der Gleichrichterschaltung (113) verbunden ist und die Last (112) ansteuert, wobei die Ausgangsleitung den Inverter (115) mit der Last (112) verbindet, wobei der Isolationsdetektor (120; 120B) einen Messwiderstand (125), einen parallel zum Messwiderstand (125) geschalteten Kondensator (126) und einen Spannungsdetektor (121) aufweist, der einen Widerstandswert des Messwiderstands (125) erfasst, und der Isolationsdetektor (120; 120B) den Isolationswiderstand (117) zwischen der Last (112) und einem Gehäuse oder Masse aus dem mit dem Spannungsdetektor (121) gemessenen Spannungswert erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (125) aus einem Erfassungswiderstand (123) und einem dazu in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderstand (124) aufgebaut ist, der Kondensator (126) parallel zur Reihenschaltung aus Erfassungswiderstand (123) und Spannungsteilerwiderstand (124), welche den Messwiderstand (125) bildet, geschaltet ist, und die an den Messwiderstand (125) anliegende Spannung durch den Spannungsteilerwiderstand (124) geteilt ist, um an den beiden Enden des Isolationsdetektors (120; 120B) einen Spannungswert zu messen.
Isolationsdetektor (120B) nach Anspruch 16, wobei ein Ende des Isolationsdetektors (120B) mit einem von dem P-Bus oder dem N-Bus verbunden ist, das andere Ende des Isolationsdetektors (120B) während des Betriebs des Inverters (115) über den Schalter (128) mit dem anderen von dem N-Bus oder dem P-Bus verbunden ist, und bei Stoppen des Inverters (115) und Ausführen einer Erfassung des Isolationswiderstands der Isolationsdetektor (120B) den Schalter (128) umschaltet und das andere Ende des Isolationsdetektors (120B) auf die Ausgangsleitung des Inverters (115) schaltet.
Isolationsdetektor (120; 120A; 120B) nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Isolationsdetektor (120; 120A; 120B) einen Wert des Isolationswiderstands auf Grundlage von Spannungswerten an beiden Enden des Isolationsdetektors (120; 120A; 120B), die dreimal oder mehrmals in einem Zustand gemessen wurden, bei dem sich die Spannung an den beiden Enden des Isolationsdetektors (120; 120A; 120B) transient ändert, und auf Grundlage eines Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten abschätzt, zu denen die Spannungswerte an den beiden Enden des Isolationsdetektors (120; 120A; 120B) gemessen werden.
Isolationsdetektor (120; 120A; 120B) nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Isolationsdetektor (120; 120A; 120B) die Streukapazität der Last (112) aus der Amplitude einer Wechselspannungsschwankungskomponente einer Spannung an den beiden Enden des Isolationsdetektors (120; 120A; 120B) abschätzt.
Elektrische Vorrichtung, die einen Isolationsdetektor (30; 120; 120A; 120B) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 aufweist.