JPWO2014083866A1 - モータの絶縁検査装置およびモータの絶縁検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
実施の形態1は、モータを駆動するインバータとモータの健全性を判定する部分放電検出部とインバータの制御を行う制御回路とを備え、制御回路はインバータのスイッチング間隔をインバータとモータ間のパルス往復伝播時間に合わせるように調整して駆動時のサージ電圧を超える対地間電圧を発生させて絶縁検査を行うモータの絶縁検査装置に関するものである。また、このモータの絶縁検査装置は、制御回路はインバータ各相のスイッチング時間を調整してモータの駆動時のサージ電圧を超える相間電圧を発生させて絶縁検査を行う。
図1において、モータの絶縁検査システムは、モータの絶縁検査装置1および絶縁検査対象であるモータ2から構成されている。モータの絶縁検査装置1は、モータ2を駆動するすると共に後で詳細を説明する絶縁検査用の試験電圧(サージ電圧)を発生する3相(U、V、W相)駆動のインバータ3と、インバータ3のスイッチング素子のスイッチングを制御する制御回路3aと、直流電源4と、モータ2とインバータ3間に敷設されているモータ2駆動用のケーブル5と、絶縁検査において部分放電を検出してモータ2の健全性を判定する部分放電検出部6から構成されている。
図1において、インバータ3の駆動電源として直流電源4を使用しているが、交流電源を整流器回路で直流電圧に変換する構成とすることができる。
なお、以下の説明では、通常運転中にインバータ3がモータ2を駆動する電圧をVとしている。
図2は、U相電圧、V相電圧、およびUV相間の電圧パルス波形を表したものである。図2において、点線(A)はインバータ3端の電圧パルス波形(インバータ端電圧パルス)を示し、実線(B)はモータ2端の電圧パルス波形(モータ端電圧パルス)を示している。
一般に、ケーブルインピーダンスはモータのインピーダンスに比べて小さく、インバータ出力の電圧パルスの立上り時間がケーブル中のパルス往復伝播時間以下となると、図2のようにモータ2端にインバータ3端の電圧パルスの2倍のサージ電圧が発生する。
図3において、制御回路3aはインバータ3のU相とV相を同時にスイッチングしている。具体的には、U相をオンからオフにするタイミングで、V相をオフからオンにしている。
このように、U相とV相を同時にスイッチングすることで、U相のサージ電圧とV相のサージ電圧が重畳し、UV相間に3Vの電圧を発生させることができる。図3では負側に3Vのサージ電圧を発生させる例を示したが、U相とV相のスイッチングのオン、オフを入れ替えれば、正側に3Vのサージ電圧を発生させることができる。
図4のようにU相とV相のスイッチング時間をずらすことで、3V未満のサージ電圧を相間に発生させることができる。図4の例では、UV相間に2.7Vのサージ電圧を発生している。
このようにスイッチングの時間をずらすことで、駆動時のサージ電圧越える2V〜3Vのサージ電圧を任意に発生させることができる。
図5は、後で説明する発生原理により、U相と対地間に3Vのサージ電圧を発生させたときの電圧波形を示す。図5において、Aはインバータ端電圧パルスを表し、Bはモータ端電圧パルスを表している。また、Cはスイッチング間隔の第1の調整を表し、Dはスイッチング間隔の第2の調整を表している。
スイッチング間隔の第1の調整では、インバータ端において、U相をスイッチングオフからオンし、パルス往復伝播時間経過後、スイッチングオフにしている。また、スイッチング間隔の第2の調整では、インバータ端において、U相をスイッチングオンからオフし、パルス往復伝播時間経過後、スイッチングオンしている。
インバータのスイッチング素子のスイッチング間隔をケーブル内のパルス往復伝播時間とすることで、スイッチング間隔の第1の調整においては負側に2Vのサージ電圧(通常は1V)、スイッチング間隔の第2の調整においては、正側に3Vのサージ電圧を発生させることができる。
時刻T1でスイッチング(オンからオフ)すると電圧パルスがモータ端へ伝播する。電圧パルスがモータ端に達したとき、モータのインピーダンスはケーブルのインピーダンスより大きいため、サージが発生し、電圧パルスがインバータ端へ向かって反射する。インバータ端に電圧パルスが達するとケーブルのインピーダンスはインバータ端のインピーダンスより大きいため、電圧パルスの極性が反転しモータ端へ向かって反射する。このとき(時刻T2)にインバータ素子をスイッチング(オフからオン)すると、反射波とインバータ出力の電圧パルスが同時にモータ端へと伝播する。
反射波と電圧パルスがモータ端に達すると、反射波と電圧パルスの2Vの電圧に対してサージが発生するため4Vの電圧変化が発生する。このとき0Vを基準にすると3Vの電圧が発生する。
3Vのサージ電圧を発生させるためには、スイッチング間隔(時刻T1と時刻T2の時間差)をパルス往復伝播時間に合わせることで実現できる。また、スイッチング間隔をパルス往復伝播時間以下にすることで、任意の2Vから3Vのサージ電圧をモータ端に発生させることができる。
なお、図7は、図5におけるスイッチング間隔の第1の調整に対応した図である。スイッチング間隔の第2の調整の場合は、サージ電圧のピーク値は+3Vとなる。
例えば、U相にスイッチング間隔の第1の調整の電圧パルスを発生させると同時に、V相にスイッチング間隔の第2の調整の電圧パルスを発生させると、UV相間に5Vのサージ電圧を発生させることができる。
すなわち、インバータの2相について、電圧パルスのスイッチング間隔をパルス往復伝播時間に合わせるように調整し、2相間で電圧パルスの正負を逆転することで、相間にモータの駆動時のサージ電圧を越える最大5倍のサージ電圧を発生させることができる。
本実施の形態では、モータ2の絶縁検査方法の例として、サージ電圧印加時の部分放電を検出して、モータ2の健全性を判定している。
電流センサ7およびアンテナ8から信号が、部分放電検出部6に入力されて、信号処理が行われて、部分放電が検出される。
電流センサ7で検出する微弱な部分放電電流は、立ち上がりで流れる電流と重畳する。また、アンテナ8で検出する電磁波は、立ち上がりで流れる電流によって放射される電磁波と重畳する。このために、ハイパスフィルタで高周波の部分放電成分のみを取り出す。
実施の形態1のモータの絶縁検査装置1では、部分放電の検出に電流センサ7とアンテナ8の両方を使用しているが、いずれか一方のみを使用してもよい。
実施の形態2のモータの絶縁検査装置は、インバータの電圧パルスの立上り時間が遅い場合、立上り時間を早くするための回路を追加したものである。
以下、実施の形態2のモータの絶縁検査装置の構成、動作について、モータの絶縁検査装置20の主要構成図である図10、サージ電圧の図である図11、サージ電圧の説明図である図12に基づいて差異を中心に説明する。
実施の形態1では、インバータの電圧パルスの立上り時間が早い、すなわち、インバータ3とモータ2間のパルス往復伝搬時間より早い場合を前提に説明した。
インバータの電圧パルスの立上り時間が遅い場合に発生するサージ電圧について、図11および図12を用いて説明する。
具体的には、インバータ3のスイッチング素子のゲート抵抗に並列に抵抗を接続する端子を設けて、絶縁検査のときに、電圧パルスの立上り時間をパルス往復伝播時間以下に調整することで、モータ2端に2Vのサージ電圧を発生させることができる。
なお、インバータ3の電圧パルスの立上り時間をパルス往復伝播時間以下とすることができない場合は、インバータ3とモータ2間のケーブル5の長さを長くしてパルス往復伝播時間を電圧パルスの立上り時間より長くすることもできる。
したがって、専用の検査装置を必要とせず、モータの駆動電圧以上の電圧を印加しモータの絶縁劣化を早期に簡易的に検出することができる。
実施の形態3のモータの絶縁検査装置は、実施の形態1のモータの絶縁検査装置1に絶縁検査データを保存し、絶縁検査を実行する絶縁検査設定部を新たに設けたものである。
以下、実施の形態3のモータの絶縁検査装置30の構成、動作について、モータの絶縁検査装置30の構成図である図13に基づいて差異を中心に説明する。
図13において、図1および図8と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
絶縁検査設定部31を設けたことで、モータの絶縁検査装置30は、モータの駆動電圧、インバータとモータ間のパルス往復伝播時間および検査手順のデータを保存できる。モータの絶縁検査装置30は、絶縁検査時に保存したデータを読み出して、指定された試験電圧(サージ電圧)での絶縁検査を自動的に行うことができる。
さらに、絶縁検査の検査データを絶縁検査設定部31に保存することができる。この検査データを適宜、外部に取り出し、分析することで、モータの日常・定期検査や寿命予測に有効活用することができる。
実施の形態4は、モータを駆動するインバータとモータの健全性を判定する部分放電検出部とインバータの制御を行う制御回路とを備えたモータの絶縁検査装置を用い、制御回路は駆動時のサージ電圧を超える最大3倍の対地間電圧を発生させるためインバータのスイッチング間隔をインバータとモータ間のパルス往復伝播時間に合わせるように調整して絶縁検査を行うモータの絶縁検査方法に関するものである。また、このモータの絶縁検査方法は、モータの駆動時のサージ電圧を超える最大3倍の相間電圧を発生させるためインバータ各相のスイッチング時間を調整して絶縁検査を行う。
なお、実施の形態1のモータの絶縁検査装置1の構成図である図8を参照して説明する。
次にステップ2(S2)において、制御回路3aはモータ2と対地間に発生しうるモータ2の駆動時のサージ電圧を超えるサージ電圧をステップ1で定めた試験電圧に設定するために、インバータ3の電圧パルスのスイッチング間隔をインバータ3とモータ2間のパルス往復伝播時間に合わせるように調整する(対地間試験電圧調整ステップ)。
次にステップ3(S3)において、インバータ3はU相、V相、W相の各相に対して、対地間にステップ1で定めた試験電圧(サージ電圧)を印加する(対地間試験電圧印加ステップ)。
次にステップ4(S4)において、部分放電検出部6は電流センサ7または/およびアンテナ8からの信号を取り込み、部分放電信号を検出し、モータの対地間の健全性を判定する(対地間健全性判定ステップ)。
次にステップ6(S6)において、インバータ3はU−V、U−W、V−Wの各相間にステップ1で定めた試験電圧(サージ電圧)を印加する(相間試験電圧印加ステップ)。
次にステップ7(S7)において、部分放電検出部6は電流センサ7または/およびアンテナ8からの信号を取り込み、部分放電信号を検出し、モータの各相間の健全性を判定する(相間健全性判定ステップ)。
次にステップ8(S8)において、試験条件および検査結果のデータを保存して(データ保存ステップ)、処理を終了する。
実施の形態5は、インバータにモータ絶縁検査専用のインバータを用いる構成としたものである。以下、実施の形態5のモータの絶縁検査装置40の構成、動作について、モータの絶縁検査装置40の構成図である図15に基づいて、実施の形態3のモータの絶縁検査装置30との差異を中心に説明する。
図15において、図13と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
ここで、制御回路41aはモータ絶縁検査専用のインバータ41によりモータ2を駆動すると共に絶縁検査用の試験電圧(サージ電圧)を発生する。また、検査用ケーブル42のモータ2側の端部には、絶縁検査時にモータ2に接続するための接続端子43が設けられている。
例えば、検査用ケーブル42の接続端子43を可動とすることで、モータの絶縁検査装置40と検査対象のモータを自動で接続し、絶縁検査を効率的に行うことができる。
この場合、モータの絶縁検査方法は、制御回路41aは駆動時のサージ電圧を超える対地間電圧を発生させるためにインバータのスイッチング間隔をインバータとモータ間のパルス往復伝播時間に合わせるように調整して絶縁検査を行うことができる。また、制御回路41aはモータの駆動時のサージ電圧を超える相間電圧を発生させるためにインバータ各相のスイッチング時間を調整して絶縁検査を行うことができる。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査装置は、モータを駆動するインバータと、モータの部分放電を検出しモータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備え、制御回路はインバータ各相のスイッチングを同時とするかまたはずらす調整を行うことで、モータの相間にモータの駆動電圧を駆動電圧の3倍以下か2倍以上のサージ電圧を発生させる構成としたものである。
この発明に係る第3のモータの絶縁検査装置は、モータを駆動するインバータと、モータの部分放電を検出しモータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備え、制御回路はインバータ各相の電圧パルスのスイッチング間隔をインバータとモータ間のパルス往復伝播時間に等しいかそれより小さい時間に調整し、相間で電圧パルスの正負を逆転させることで、モータの相間に前記モータの駆動電圧を駆動電圧の5倍以下か2倍以上のサージ電圧を発生させる構成としたものである。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査方法は、モータを駆動するインバータと、モータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備えたモータの絶縁検査装置を用い、モータに印加する試験電圧の値を設定する第1ステップと、制御回路は、モータの相間に発生しうるモータの駆動電圧を駆動電圧の3倍以下か2倍以上のサージ電圧を試験電圧に設定するために、インバータ各相のスイッチングを同時とするかまたはずらす調整を行う第5ステップと、インバータは各相間に試験電圧を印加する第6ステップと、部分放電検出部は部分放電信号を検出し、モータの対相間の健全性を判定する第7ステップとから成るものである。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査装置は、上記のように構成されているため、専用の検査装置を必要とせず、モータの駆動電圧以上の電圧を印加しモータの絶縁劣化を早期に簡易的に検出することができるモータの絶縁検査装置を提供することができる。
この発明に係る第3のモータの絶縁検査装置は、上記のように構成されているため、専用の検査装置を必要とせず、モータの駆動電圧以上の電圧を印加しモータの絶縁劣化を早期に簡易的に検出することができるモータの絶縁検査装置を提供することができる。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査方法は、上記の各ステップから成るため、専用の検査装置を必要とせず、モータの駆動電圧以上の電圧を印加しモータの絶縁劣化を早期に簡易的に検出することができるモータの絶縁検査方法を提供することができる。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査装置は、モータを駆動するインバータと、モータの部分放電を検出しモータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備え、制御回路はインバータ各相の電圧パルスにおけるスイッチングのオフとオンとのタイミングを同時とするかまたはタイミングをずらす調整を行うことで、モータの相間に駆動電圧の3倍以下かつ2倍以上のサージ電圧を発生させる構成としたものである。
この発明に係る第3のモータの絶縁検査装置は、モータを駆動するインバータと、モータの部分放電を検出しモータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備え、制御回路は、インバータ各相の電圧パルスにおける前記インバータのスイッチングをオンからオフにする間隔、または前記インバータのスイッチングをオフからオンにする間隔をインバータとモータ間のパルス往復伝播時間に等しいかそれより小さい時間に調整し、相間で電圧パルスの正負を逆転させることで、モータの相間に駆動電圧の5倍以下かつ2倍以上のサージ電圧を発生させる構成としたものである。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査方法は、モータを駆動するインバータと、モータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備えたモータの絶縁検査装置を用い、モータに印加する試験電圧の値を設定する第1ステップと、制御回路は、駆動電圧の3倍以下かつ2倍以上のサージ電圧を試験電圧に設定するために、インバータ各相の電圧パルスにおけるスイッチングのオフとオンとのタイミングを同時とするかまたはタイミングをずらす調整を行う第5ステップと、インバータは各相間に試験電圧を印加する第6ステップと、部分放電検出部は部分放電信号を検出し、モータの対相間の健全性を判定する第7ステップとから成るものである。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査装置は、モータを駆動するインバータと、モータの部分放電を検出しモータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備え、制御回路はインバータ各相の電圧パルスにおけるスイッチングのオフとオンとのタイミングをずらす調整を行うことで、モータの相間に駆動電圧の3倍未満かつ2倍以上のサージ電圧を発生させる構成としたものである。
この発明に係る第3のモータの絶縁検査装置は、モータを駆動するインバータと、モータの部分放電を検出しモータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備え、制御回路は、インバータ各相の電圧パルスにおける前記インバータのスイッチングをオンからオフにする間隔、または前記インバータのスイッチングをオフからオンにする間隔をインバータとモータ間のパルス往復伝播時間に等しいかそれより小さい時間に調整し、相間で電圧パルスの正負を逆転させることで、モータの相間に駆動電圧の5倍以下かつ2倍以上のサージ電圧を発生させる構成としたものである。
この発明に係る第2のモータの絶縁検査方法は、モータを駆動するインバータと、モータの健全性を判定する部分放電検出部と、インバータの制御を行う制御回路とを備えたモータの絶縁検査装置を用い、モータに印加する試験電圧の値を設定する第1ステップと、制御回路は、駆動電圧の3倍未満かつ2倍以上のサージ電圧を試験電圧に設定するために、インバータ各相の電圧パルスにおけるスイッチングのオフとオンとのタイミングをずらす調整を行う第5ステップと、インバータは各相間に試験電圧を印加する第6ステップと、部分放電検出部は部分放電信号を検出し、モータの対相間の健全性を判定する第7ステップとから成るものである。
Claims (11)
- モータを駆動するインバータと、前記モータの部分放電を検出し前記モータの健全性を判定する部分放電検出部と、前記インバータの制御を行う制御回路とを備え、前記制御回路は前記インバータを制御し電圧パルスのスイッチング間隔を前記インバータと前記モータ間のパルス往復伝播時間に合わせるように調整することで、前記モータと対地間に前記モータの駆動電圧を越えるサージ電圧を発生させる構成のモータの絶縁検査装置。
- さらに前記制御回路は前記インバータ各相のスイッチング時間を調整することで、前記モータの相間に前記モータの駆動電圧を越えるサージ電圧を発生させる構成とした請求項1に記載のモータの絶縁検査装置。
- 前記制御回路に前記インバータ出力の前記電圧パルスの立上り時間を調整する回路を設けて、前記電圧パルスの立上り時間を調整することで、前記モータの駆動電圧を越えるサージ電圧を発生させる構成とした請求項1または請求項2に記載のモータの絶縁検査装置。
- 前記制御回路は、前記インバータ各相について、前記電圧パルスのスイッチング間隔を前記パルス往復伝播時間に合わせるように調整し、相間で前記電圧パルスの正負を逆転することで、前記モータの相間に前記モータの駆動電圧を越えるサージ電圧を発生させる構成とした請求項1に記載のモータの絶縁検査装置。
- さらに前記モータの駆動電圧、前記インバータと前記モータ間のパルス往復伝播時間および検査手順のデータを保存して、絶縁検査時に保存した前記データを読み出して、指定された試験電圧での絶縁検査を行う絶縁検査設定部を設ける構成の請求項1または請求項2に記載のモータの絶縁検査装置。
- 前記部分放電検出部は、前記モータから放射される電磁波から部分放電信号を検出するアンテナを備えた構成の請求項1または請求項2に記載のモータの絶縁検査装置。
- 前記部分放電検出部は、前記モータの部分放電電流から部分放電信号を検出する電流センサを備えた構成の請求項1または請求項2に記載のモータの絶縁検査装置。
- 前記インバータは、モータ絶縁検査専用のインバータである構成の請求項1または請求項2に記載のモータの絶縁検査装置。
- モータを駆動するインバータと、前記モータの健全性を判定する部分放電検出部と、前記インバータの制御を行う制御回路とを備えたモータの絶縁検査装置を用い、
前記モータに印加する試験電圧の値を設定する第1ステップと、
前記制御回路は、前記モータと対地間に発生しうる前記モータの駆動電圧を越えるサージ電圧を前記試験電圧に設定するために、前記インバータの電圧パルスのスイッチング間隔を前記インバータと前記モータ間のパルス往復伝播時間に合わせるよう調整する第2ステップと、
前記インバータは各相の対地間に前記試験電圧を印加する第3ステップと、
前記部分放電検出部は部分放電信号を検出し、前記モータの対地間の健全性を判定する第4ステップと、
を備えたモータの絶縁検査方法。 - さらに、前記制御回路は、前記モータの相間に発生しうる前記モータの駆動電圧を越えるサージ電圧を前記試験電圧に設定するために、前記インバータ各相のスイッチング時間を調整する第5ステップと、
前記インバータは各相間に前記試験電圧を印加する第6ステップと、
前記部分放電検出部は部分放電信号を検出し、前記モータの対相間の健全性を判定する第7ステップと、
を追加した請求項9に記載のモータの絶縁検査方法。 - 前記インバータはモータ絶縁検査専用のインバータであるモータの絶縁検査装置を用いる請求項9または請求項10に記載のモータの絶縁検査方法。
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