TW201700984A - 絕緣檢測器及電氣機器 - Google Patents

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Abstract

本發明之絕緣檢測器30係連接於具備機器內電容器與電池之任一方或雙方的電氣機器，且能以簡易之構成高精確度地檢測或測定負載或機器之對地或對框體之絕緣電阻的絕緣檢測器，其具備：絕緣檢測器內電容器31；電壓檢測部33，檢測絕緣檢測器內電容器31之電壓；以及電流路徑形成開關32，係串聯連接對地或框體、機器內電容器22、及絕緣檢測器內電容器31，以形成包含電氣機器之絕緣電阻之電流路徑；藉由電壓檢測部33來測定絕緣檢測器內電容器31之電壓變化的時常數，而測定絕緣電阻，絕緣檢測器內電容器31之電容值與機器內電容器22之電容值相比較，為在絕緣電阻之測定中可忽視之值。

Description

絕緣檢測器及電氣機器
本發明係關於一種檢測出負載、例如馬達之絕緣劣化或接地故障之絕緣檢測器、及具有該絕緣檢測器之電氣機器。
電氣機器之絕緣材係通常經年性劣化，因此較佳為監視其劣化並採取對策，因絕緣破壞所造成之漏電，必須以漏電遮斷機等來防止。若能監視絕緣性之降低，並預測到絕緣破壊而防範未然，可謂較理想者。漏電遮斷機雖可檢測出從裝置往對地之洩漏電流，但由於因絕緣材之劣化所產生之絕緣電阻的變化為些微者，因此難以測定其變化。例如，在工廠之生產現場中所用之工具機，雖使用複數個馬達(例如主軸馬達及伺服馬達(servo motor))，但馬達之框體與線圏(coil)之間的絕緣材會經時性劣化。在該種工具機中，通常在流通有因馬達之絕緣劣化所產生之大洩漏電流時，連接在系統電源之漏電遮斷機會作動，且裝置整體會停止。此時，因裝置突然停止，故對於生產之影響大，且難以特定漏電之原因部位，亦需耗費用時間復原。因此，需要有一種精確度佳地檢測出裝置或負載例如馬達 之對地或絕緣電阻對於框體之劣化的機構、或定期地檢測出絕緣電阻並預知其劣化而可實現裝置之預防保全的機構。
專利文獻1中揭示有以下技術：雖以蓄積於平滑電容器(capacitor)之電壓使電流流通於負載，但並非檢測出該電流，而是監視平滑電容器之電壓的變化，從該時常數來算出絕緣電阻之技術。在專利文獻1所揭示之技術中，測定對象並非微弱之電流，而是不容易產生雜訊(noise)之電容器的電壓變化，因此可進行抗雜訊之高精確度的測定。
在專利文獻2中，係以「獲致一種可廉價地預知馬達之絕緣劣化的馬達驅動裝置」為課題，其揭示一種馬達驅動裝置，其係「當馬達驅動放大器(amplifier)8對於接地G2之馬達10的外殼(housing)、馬達線圏、電阻R1、電阻R2、中繼(relay)接點K1、二極體(diode)D4，D5，D6、交流電源1、接地G1之閉電路不進行動作時，使中繼接點K1導通(on)而形成。藉此，對該閉電路施加交流電源1之對地間電壓。當馬達10之絕緣電阻較高時，流通於閉電路之電流較小，且因電阻R1所產生之電位差較小。若馬達之絕緣劣化，則漏洩電流會增加，且電阻R1之電位差超過由齊納二極體(Zener diode)所設定之基準電壓時，會將輸出信號從比較機32輸出，且將信號從光耦合器(photocoupler)35輸出，而在控制裝置11之顯示器顯示絕緣電阻降低。可簡單且廉價地預知馬達之絕緣劣化而防止 因漏電等所造成之突然的運轉停止」。在專利文獻1所揭示之技術中，係從工具機之驅動馬達之絕緣電阻的機器之側進行測定。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開昭60-78359號公報
專利文獻2：日本特開2005-16958號公報
然而，依據上述專利文獻1所記載的習知技術，平滑電容器係為了使電壓穩定化而設置者，其電容值一般而言係非常大之值。另一方面，作為測定對象之絕緣電阻的電阻值亦為非常大之值。於是，電壓變化之時常數τ=R×C係成為非常長之時間。因此，如接地般之較小的電阻值雖可進行測定，但如絕緣電阻如此電阻值大時，會有耗費非常長時間之問題。
再者，通常如在電氣機器停止時進行放電，雖大多在平滑電容器並聯設置有放電電阻，但在該方法中，由於電阻值遠比放電電阻大，因此會有無法測定絕緣電阻之電阻值的問題。
再者，從預防保全之觀點來看，必須亦檢測到對於電氣機器本身之動作不會產生問題之程度的絕緣電阻值之些微變化，例如必須即使在100MΩ之高絕緣電 阻下，亦可進行測定。
再者，依據上述專利文獻2所記載之習知技術，在停止反向器(inverter)及馬達之狀態下，透過電阻連接整流後之N母線與屬於反向器輸出之馬達的繞線，並藉由測定用之電阻器及馬達之絕緣電阻而將N母線之電壓予以分壓。因此，雖可藉由測定施加於電阻之電壓而測定馬達之絕緣電阻，但會有無法藉由受電交流電源之接地方法來進行測定之問題。
本發明係鑑於上述課題而研創者，其目的在於獲得一種絕緣檢測器，其係能以簡易之構成高精確度地測定負載或機器之對地或對框體之絕緣電阻。
為了要解決上述課題並達成目的，本發明係一種連接於具備機器內電容器的電氣機器之絕緣檢測器，其具備：絕緣檢測器內電容器；電壓檢測部，檢測前述絕緣檢測器內電容器之電壓；以及電流路徑形成開關(switch)，係串聯連接對地或框體、前述機器內電容器、及前述絕緣檢測器內電容器，以形成包含前述電氣機器之絕緣電阻之電流路徑；藉由前述電壓檢測部來測定前述絕緣檢測器內電容器之電壓變化的時常數，而測定前述絕緣電阻，前述絕緣檢測器內電容器之電容值與前述機器內電容器之電容值相比較，為在前述絕緣電阻之前述測定中可忽視之值；或是一種連接在電氣機器之P母線及N母線之任一者、與連接前述反向器及前述負載之輸出線之間的絕緣 檢測器，該電氣機器包含配置在交流電源與負載之間且將來自前述交流電源之交流電壓轉換成直流電壓之整流電路、及連接在前述整流電路之後段且驅動前述負載之反向器，前述絕緣檢測器係具備：電阻器；並聯連接在該電阻器之電容器；以及藉由檢測出前述電阻器之兩端的電壓或被分壓之一部分的電壓而測定前述絕緣檢測器之兩端之電壓值的電壓檢測部；由前述電壓檢測部所測定之前述電壓值，檢測出前述負載與對地或框體之間的絕緣電阻。
依據本發明，可發揮以下效果：能以簡易之構成高精確度地測定負載及機器之對地或對框體之絕緣電阻。
10、10a‧‧‧系統電源
11‧‧‧三相交流電源
12‧‧‧接觸器
20、20a、20b‧‧‧電氣機器
21‧‧‧整流電路
22‧‧‧機器內電容器
23‧‧‧反向器
24‧‧‧馬達
30‧‧‧絕緣檢測器
31、31a、31b‧‧‧電容器
32、32a、32b、32c‧‧‧開關
32c1、32c2、32c3‧‧‧開關
33‧‧‧電壓檢測部
34‧‧‧控制部
35‧‧‧輸出部
36‧‧‧保險絲
41‧‧‧電池
51‧‧‧太陽電池
52‧‧‧升壓截波電路
60‧‧‧管理部
61‧‧‧A/D轉換部
62‧‧‧微電腦
63‧‧‧控制器
64‧‧‧溫度計
65‧‧‧濕度計
66‧‧‧記憶體
110‧‧‧三相交流電源
111、111A‧‧‧電氣機器
112、112a、112b‧‧‧馬達
113‧‧‧整流電路
114‧‧‧平滑電容器
115、115a、115b‧‧‧反向器
116、116a、116b‧‧‧浮遊電容
117、117a、117b‧‧‧絕緣電阻
118‧‧‧P母線
119‧‧‧N母線
120、120a、120A、120B‧‧‧絕緣檢測器
120C、120Ca、120Cb、120D‧‧‧絕緣檢測器
121、121a、121b‧‧‧電壓檢測器
122、128、128a、128b、129、160‧‧‧開關
123、123a、123b‧‧‧檢測電阻
124、124a、124b‧‧‧分壓電阻
125、125a、125b‧‧‧測定電阻
126、126a、126b‧‧‧測定電容器
127、127a、127b‧‧‧電流限制電阻
130‧‧‧接觸器
140‧‧‧A/D轉換器
150‧‧‧微電腦
170、171、172‧‧‧曲線
第1圖係顯示實施形態1之絕緣檢測器的構成、及安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第2圖係顯示實施形態1之電氣機器之電容器與機器內電容器之電壓的變化之圖。
第3圖係顯示實施形態2之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第4圖係顯示實施形態3之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第5圖係顯示實施形態4之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第6圖係顯示實施形態5之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第7圖係顯示實施形態5之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第8圖係顯示實施形態6之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第9圖係顯示實施形態7之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第10圖係顯示實施形態8之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第11圖係顯示實施形態9之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第12圖係顯示實施形態10之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第13圖係顯示實施形態10之電氣機器的電容器及平滑電容器之電壓與測定電壓之變化的圖。
第14圖係顯示實施形態10之測定電壓之變化的圖。
第15圖係顯示實施形態11之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第16圖係顯示實施形態12之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第17圖係顯示實施形態13之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第18圖係顯示實施形態14之絕緣檢測器的構成與安 裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第19圖係顯示實施形態14之電氣機器之測定電壓之變化的圖。
第20圖係顯示實施形態15之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第21圖係針對實施形態15之絕緣電阻測定，將該電路要素單純地予以等效電路化而顯示之電路圖。
第22圖係顯示實施形態18之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第23圖係針對實施形態19之串聯連接之機器內電容器與電容器之電壓，透過放大器而測定之態樣的圖。
第24圖係針對實施形態20之串聯連接之機器內電容器與電容器之電壓，透過放大器而測定之態樣的圖。
第25圖係顯示實施形態21之測定時之具體順序(sequence)的圖。
第26圖係顯示實施形態22之測定時之具體順序的圖。
第27圖係顯示實施形態23之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第28圖係顯示實施形態23之測定時之具體順序的圖。
第29圖係顯示實施形態24之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第30圖係顯示實施形態24之測定時之具體順序的圖。
第31圖係顯示實施形態25之測定時之具體順序的圖。
第32圖係顯示實施形態26之測定時之具體順序的圖。
第33圖係顯示實施形態27之絕緣檢測器的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
第34圖係顯示實施形態28之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第35圖係顯示實施形態28之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第36圖係顯示實施形態28之交流電源、整流電路、平滑電容器、及連接有負載之構成之一例的圖。
第37圖係顯示實施形態28之交流電源、整流電路、平滑電容器、及連接有負載之構成之一例的圖。
第38圖係顯示實施形態28之交流電源、整流電路、平滑電容器、及連接有負載之構成之一例的圖。
第39圖係顯示實施形態28之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第40圖係顯示實施形態28之第34圖之電路構成之絕緣檢測時之等效電路的圖。
第41圖係顯示實施形態28中之屬於第40圖之等效電路之典型測定波形之一例的測定電阻之兩端的電壓波形之時間變化的圖。
第42圖係顯示實施形態29之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第43圖係顯示實施形態30之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第44圖係顯示實施形態30之第43圖之電路構成之絕 緣檢測時之等效電路的圖。
第45圖係顯示實施形態30中之屬於第44圖之等效電路之典型測定波形之一例的測定電阻之兩端的電壓波形之時間變化的圖。
第46圖係顯示實施形態31之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第47圖係顯示實施形態31之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第48圖係顯示實施形態32中之縮短測定時間之方法的圖。
第49圖係顯示實施形態33之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第50圖係顯示實施形態35中之可進行測定之絕緣電阻與浮遊電容之關係的圖。
第51圖係顯示實施形態36之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第52圖係顯示實施形態37之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。
第53圖係顯示實施形態37中之第52圖之測定電阻之兩端的電壓波形之時間變化的圖。
以下，根據圖式詳細地說明本發明之絕緣檢測器與電氣機器之實施形態。此外，本發明並非由該實施形態所限定者。
實施形態1
第1圖係顯示本發明之實施形態1之絕緣檢測器的構成、及安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。此外，在第1圖中，雖為在電氣機器安裝有絕緣檢測器之構成，但本發明並未限定於此，絕緣檢測器亦可包含在電氣機器。在第1圖中，從將電力從系統電源10供給至電氣機器20。在電氣機器20中，驅動電路係驅動馬達24。第1圖之構成係特別適合於與機器內電容器之電壓一同進行電壓測定之情形。
系統電源10係包含三相交流電源11，在三相交流電源11與電氣機器20之間配置有接觸器(contactor)12。
電氣機器20係具備整流電路21、機器內電容器22及反向器(inverter)23。電氣機器20係透過系統電源10之接觸器12從三相交流電源11將三相交流予以受電，藉由整流電路21及機器內電容器22將所受電之三相交流轉換為直流。該直流電壓係藉由反向器23轉換為交流電壓，並藉由轉換來的交流而對馬達24進行驅動。此外，將直流電壓之負(minus)電位側之母線稱為N母線，將正(plus)電位側之母線稱為P母線。
絕緣檢測器30係具備電容器31、開關32(電流路徑形成開關)、電壓檢測部33、控制部34、及輸出部35。絕緣檢測器30係測定電氣機器20之N母線與對地或框體之間的絕緣電阻。在此，絕緣檢測器內之電容器31 係使用小容量電容器。此外，在以下之說明中，並非稱為機器內電容器而僅稱為電容器時，係指與電容器31同樣地為小容量電容器者。
此外，電壓檢測部33係檢測出電容器31之值，該檢測出之值係送至控制部34。
就電容器31而言，係使用比機器內電容器22充分小之電容值(例如機器內電容器22之電容值的10%以下)的電容器。電容器31之一端係連接於P母線，另一端係透過開關32而連接在對地或框體。電容器31之電容值與機器內電容器22之電容值相比較，為在絕緣電阻之測定中可忽視之小的值。
在不進行計測之通常的狀態下，開關32係斷開(Open)。在進行計測時，首先使電氣機器20停止。在通常之狀態下係包含電氣機器20驅動負載時。
接著，為了使電氣機器20之電位、亦即P母線及N母線之電位變得不定，係將固定電位之部分予以切離。具體而言，係斷開接觸器12(Open)。於是，成為對應於機器內電容器22之電壓蓄積於機器內電容器22之狀態。在該狀態下閉合開關32(Close)。於是，形成包含機器內電容器22、電容器31、開關32、及對地及絕緣電阻之電流路徑，在該電流路徑內流通有電流。
將機器內電容器22之電容設為C0，將電容器31之電容設為CM時，串聯合成電容CM’係以下述之數學式(1)表示。
在此，一般而言，機器內電容器22之電容C0雖係因電氣機器20之大小而不同，但設為1至10mF左右。相對於此，將電容器31之電容Cm設為機器內電容器22之電容C0的1000分之1以下時，電容器31之電容Cm與機器內電容器22之電容C0的串聯合成電容Cm’係大致等於Cm。最初，使電荷以電壓V0蓄積在機器內電容器22時，從絕緣電阻之測定開始時(亦即，開關32閉合而形成電流路徑時)經過充分長之時間後，機器內電容器22與電容器31之電壓相等，該電壓V1係以下述之數學式(2)來表示。
由於機器內電容器22之電容C0係非常大，因此電壓V1係與電壓V0接近之值。亦即，在測定開始後之電容器31與機器內電容器22之電容器的電壓之變化係如第2圖所示。機器內電容器22之電容C0係非常大，因此機器內電容器22之電壓幾乎不會變化(電壓V1係大致與電壓V0相等)。另一方面，電容器31之電壓係以電壓V1為目標而上升。電容器31之電容Cm的電壓Vcm之變化係以下述之數學式(3)表示。
[數學式3]
其中，τ為電壓變化之時常數，此時為合成電容Cm’與絕緣電阻Rx之乘積，以下述之數學式(4)表示。
[數學式4]τ=Cm'×Rx…(4)
電容器31之電壓波形係如第2圖所示，以時常數τ上升，而將t=τ時之電壓設為V2時，電壓V2係以下述之數學式(5)表示。
在此，e為自然對數之底數。亦即，當測定電壓到達電壓V2之時間時，該時間會與τ=R×C相等。該電壓之變化係以上述之數學式(3)表示，因此相當於電壓V2之電壓值係只要適當選擇即可。例如，當選擇電壓V3，測定電壓到達電壓V3之時間時，此時之時刻τ’(自開始測定時之時間)係以下述之數學式(6)表示
可由如上方式測定之時常數及電容器31之電容Cm，求出絕緣電阻之電阻Rx。
在機器內電容器22，通常並聯地設置有放 電電阻，因此當經過充分長之時間時，機器內電容器22之電壓會下降。因此，本發明之絕緣電阻的測定時間(以τ為代表)必須為遠比該時間短之時間。例如，為了將絕緣電阻設為與在機器內電容器22並聯設置之放電電阻的10倍以上，電容器31係必須設為機器內電容器22之電容的10%以下。較佳為，將絕緣電阻設為機器內電容器22之放電電阻的1000倍以上，電容器31係設為機器內電容器22之電容的0.1%以下。
由上述條件得知，電容器31之電容Cm係比電容C0充分地小，對於考慮欲計測之絕緣電阻的值Rx，由上述之數學式(4)將時常數τ之值設為例如數秒以下等非常現實之測定時間，而將該測定時間設為遠比機器內電容器22之放電時常數短的時間。
控制部34係如上述方式測定絕緣電阻，將該絕緣電阻與初期值或所設定之容許值進行比較，以進行異常判定。由控制部34所進行之判定的結果，當判斷為異常時，控制部34係將異常信號送出至輸出部35，藉由電氣機器20之管理者等對輸出部35之輸出結果進行辨識等，而可判定絕緣電阻是否為異常。
然而，本發明並非限定於此，控制部34及輸出部35係為了說明上之方便而圖示者，並非一定要設置控制部34及輸出部35。
實施形態2.
第3圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態2的構 成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。第3圖所示之絕緣檢測器30係對第1圖所示之絕緣檢測器30替換電容器31之位置與開關32之位置者，其他構成皆與第1圖所示之絕緣檢測器30相同。
在第1圖中，電容器31之一端連接在P母線，電容器31之另一端連接在開關32之一端，開關32之另一端雖連接在對地或框體，但在第3圖中，開關32之一端係連接在P母線，開關32之另一端係連接在電容器31之一端，電容器31之另一端係連接在對地或框體。如此，第3圖所示之構成，亦可與第1圖所示之構成同樣地進行絕緣電阻之測定。
實施形態3.
第4圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態3的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。第4圖所示之電氣機器20a係具有與機器內電容器22並聯連接之電池41。亦即，電氣機器20a係在該構成包含電池(二次電池)，就電氣機器20a而言，可例示電動汽車。
如此，第4圖所示之構成，亦可與第1圖所示之構成同樣地進行絕緣電阻之測定，在第4圖所示之構成中，不論是機器內電容器22之有無，P母線與N母線之間的電壓係維持為一定，因此在上述之數學式(2)中，V1=V0，在數學式(1)中，Cm’=Cm。
實施形態4.
第5圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態4的構 成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。第5圖所示之絕緣檢測器30係對於第1圖所示之絕緣檢測器30，將電容器31之連接位置轉換為N母線側者，其他構成皆與第1圖所示之絕緣檢測器30相同。
在第1圖中，電容器31之一端係連接在P母線，電容器31之另一端係連接在開關32之一端，開關32之另一端雖係連接在對地或框體，但在第5圖中，電容器31之一端連接在N母線，電容器31之另一端連接在開關32之一端，開關32之另一端係連接在對地或框體。在第1圖中，雖測定N母線與對地或框體之間的絕緣電阻，惟如此地設為第5圖所示之構成時，可測定P母線與對地或框體之間的絕緣電阻。
實施形態5
第6圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態5的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。第6圖所示之電氣機器20b並未具有整流電路21，且未連接在系統電源10，而具有與機器內電容器22並聯連接之電池41。馬達24係藉由電池41之電力而驅動。亦即，電氣機器20b係在該構成包含電池(二次電池)，就電氣機器20b而言，可例示電動汽車。
在第6圖所示之構成中，如第1圖所示之系統電源10，由於並未連接有決定對地之電位的電源，因此可在該狀態下檢測出絕緣電阻。此外，雖未圖示，但在第6圖中與第5圖同樣地，亦可為測定P母線與對地或框體 之間之絕緣電阻的構成。
此外，在第6圖所示之構成中，雖具有與機器內電容器22並聯連接之電池41，但本發明並非限定於此。取代機器內電容器22之設置有電池之構成亦包含在本發明。第7圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態5的構成、及安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。第7圖所示之電氣機器20b1係為不具有整流電路，且未連接在系統電源，從第6圖所示之電氣機器20b排除機器內電容器22之構成。在第7圖所示之構成中，電池41係與機器內電容器同樣地動作。一般而言，電池41之容量係非常大，在第7圖之構成中，即使電容器31之電容值大，電池41之電壓亦為一定，而可進行計測。
實施形態6
第8圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態6的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。第8圖所示之電氣機器20c並未具有整流電路21，而具有太陽電池51與升壓截波(chopper)電路52。將太陽電池51之電力輸出至系統電源10a。亦即，電氣機器20c係在該構成包含太陽電池(二次電池)51，就電氣機器20c而言，可例示電力調節器(power conditioner)。
由於太陽電池51之輸出會變動，因此藉由升壓截波電路52將該輸出轉換為定電壓，然後藉由反向器23轉換為交流而供給至系統電源10a。此外，供給電力之對象並未限定於系統電源10a，亦可為其他電氣機器(例如 家庭內之其他交流電氣機器)。
在第8圖之構成中，由電氣機器20c之驅動電路部分將太陽電池51之部分予以切離，以形成箭頭所示之電流路徑，在測定太陽電池51之絕緣電阻的同時，可測定驅動電路之絕緣電阻。
如此，為了測定絕緣電阻，雖與實施形態1至5同樣地，將該電流路徑從對地予以切離，但其可藉由反向器23從系統電源10a切離而實現。亦即，反向器23若為第8圖所示之全橋接(full bridge)型，則只要將全部之反向器元件斷開(open)即可。
如此，將反向器23設為全橋接型時，藉由反向器23而從系統電源10a切離，藉此與第6圖同樣地，可在該狀態下檢測出絕緣電阻。
此外，在反向器23為非從系統電源10a切離之構成(例如半橋接(half-bridge)型)之情形時，與第1圖同樣地，只要在系統電源10a與反向器23之間設置接觸器等而成為可絕緣之構成即可。
實施形態7.
第9圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態7的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。
在第1圖至第7圖中，雖為測定P母線或N母線、對地或框體之間之絕緣電阻的構成，但在第9圖中為測定負載之絕緣電阻、亦即馬達24與對地或框體之間之絕緣電阻的構成。
在測定馬達24與對地或框體之間的絕緣電阻時，首先斷開接觸器12而從系統電源10切離電氣機器20d。
從電氣機器20d之P母線，到反向器23內之串聯連接之2個反向器元件之任一個之間，係設置有開關32a(負載側路徑電感開關)。並且，從開關32a經由馬達24而連接在對地或框體與開關32之一端。開關32之另一端係連接在電容器31之一端，電容器31之另一端係連接在N母線。
當電氣機器20d停止時，反向器23之元件皆關斷(off)，因此閉合開關32、32a而如箭頭所示形成電流之路徑。如此，藉由形成電流路徑，電流雖係流通於馬達24之絕緣電阻，惟與第5圖同樣，在P母線與對地或框體之間的絕緣電阻亦流通有電流，故實際上在並聯連接之該等2個電阻亦流通有電流。因此，若框體之絕緣性充分地高，該絕緣電阻之計測值即成為馬達24之絕緣電阻。
實施形態8.
第10圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態8的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在第10圖所示之構成中，係以反向器23之反向器元件的1個來代用第9圖之開關32a者。藉由設為第10圖所示之構成，而不需要開關32a，因此可作成為比第9圖所示之構成更簡略的構成。
實施形態9
第11圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態9的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在第10圖所示之絕緣檢測器30中，電容器31之一端係連接於電氣機器20之N母線，電容器31之另一端係連接於開關32之一端，開關32之另一端連接於對地或框體，但第11圖所示之絕緣檢測器30中，電容器31之一端係連接於電氣機器20之P母線，電容器31之另一端係連接於開關32之一端，開關32之另一端係連接於對地或框體。在第11圖所示之構成中，與第10圖所示之構成同樣地，使用反向器23之反向器元件的1個，以取代開關32a。此外，如箭頭所示，在第11圖所示之構成中，電流之流向係與第10圖所示之構成相反。
採用第10圖與第11圖之哪一構成，係在馬達24之絕緣電阻具有二極體(diode)特性時或假設有二極體特性時，需要考慮電流之流向而選擇。
實施形態10
第12圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態10的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在第10圖之構成中，電壓檢測部33雖僅檢測出電容器31之電壓，但在第12圖之構成中，係檢測出串聯連接有電壓檢測部33之機器內電容器22與電容器31之電壓，此點與第10圖之構成不同。在第12圖之構成中，測定電壓係機器內電容器22與電容器31之電壓的差。
首先，由於蓄積於機器內電容器22之電荷 朝電容器31移動，因此兩者之電壓差係接近於零(zero)。亦即，測定電壓係將機器內電容器22與電容器31之電壓的差作為初期值，最後以接近於零之衰減曲線來表示。並且，測定電壓之趨近值為零，並未取決於機器內電容器22之電壓初期值，假設即使電荷殘留於電容器31，亦不會對測定造成影響。在測定開始後之電容器31與機器內電容器22之電容器的電壓、與測定電壓之變化係如第13圖所示。
在此，與第2圖同樣地，將機器內電容器22之初期電壓設為電壓V0，將電容器31之初期電壓設為電壓V3。於是，機器內電容器22之電壓與電容器31之電壓趨近的電壓V1’係如下述之數學式(7)表示。
其中，電壓檢測部33之測定電壓的初期值為V4=V0-V3。並且，時間經過時，機器內電容器22之電壓與電容器31之電壓為相等，因此測定電壓為零。
第13圖中之衰減的時常數係與第2圖相同，且與上述之數學式(4)相同。在第13圖中，衰減曲線之趨近值明確，因此可進行不取決於機器內電容器22之電壓之初期值之時常數的測定。亦即，如第14圖所示，意指只要是在測定電壓之衰減中，即可選擇開始測定時。該測定值係以下述數學式(8)表示。
[數學式8]
其中，將成為電壓V5時之時刻τ作為時常數進行測定。該τ以上述之數學式(4)表示時，電壓V4與電壓V5之關係係以下述之數學式(9)表示。
其中，e為自然對數的底數。在上述之數學式(9)的關係中，亦可將電壓V4之基準設為衰減開始後經過預定時間後的電壓V42。亦即，從成為電壓V42之時刻將τ經過後之電壓設為V52時，電壓V4與電壓V5之關係係以下述之數學式(10)表示。
亦即，將在測定電壓之衰減開始後經過預定時間後之電壓V42作為基準，或將測定電壓成為電壓V42之時刻作為基準，並測定該電壓成為電壓V52=V42/e之時間，而可測定τ。
如此，可決定開始進行電壓測定之時刻或電壓。因此，如放電開始之瞬後，可避開容易產生電壓變動之期間而開始進行測定。
此外，與上述數學式(6)同樣地，即使藉由 測定至達到預定電壓為止之時間，亦可進行時常數τ之測定。例如，測定電壓從電壓V0衰減至電壓V6之時間係以從上述之數學式(8)至下述之數學式(11)表示。
如上方式，可從藉由測定所獲得之τ’與測定電壓來算出時常數τ。
實施形態11.
第15圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態11的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在實施形態10中，雖針對不仰頼機器內電容器22及電容器31之初期電壓而可進行測定之構成加以說明，但在實施形態10之構成中，機器內電容器22之初始電壓與電容器31之初始電壓相等時，由於不會產生電荷之移動，因此不會產生測定電壓之衰減。
再者，當電容器31之電壓比機器內電容器22之電壓高時，測定電壓係成為負值，而可能產生測定運算(algorithm)上之問題。因此，電容器31之電壓較佳為充分地小，初始電壓較佳為零。
在第15圖所示之構成中，設置有電容器31之放電電阻。電容器31之放電電阻係並聯連接在電容器31。在此，為了測定電容器31之電壓變動，且為了不使電流流通至電容器31之放電電阻，係使電容器31之放電電 阻之電阻值比作為測定對象之絕緣電阻大。例如，將電容器31之放電電阻的放電時常數設成與機器內電容器22之放電電阻的放電時常數相近之值即可。
在此，將機器內電容器22之放電電阻的電阻值設為Rd0時，機器內電容器22之放電時常數為C0×Rd0。當使電容器31之放電電阻的放電時常數與機器內電容器22之放電電阻的放電時常數相等時，電容器31之放電電阻的電阻值Rd M係以下述之數學式(12)表示。
本發明之測定時間係遠比機器內電容器22之放電時常數短，因此以滿足上述之數學式(12)的方式選擇電容器31之放電電阻時，電容器31之放電電阻對於測定所造成之影響非常小。
當設定此種放電電阻作為電容器31之放電電阻時，在未進行絕緣電阻之測定，而斷開開關32時係可將電容器31之兩端的電壓保持為零。在進行絕緣電阻之測定後，斷開開關32時，電容器31之電壓會因前述之放電電阻的時常數而降低，當經過長時間後，電容器31之電壓係成為零。
在該狀態下，電壓檢測部33係僅測定機器內電容器22之電壓。亦即，當不進行絕緣電阻之測定時，可藉由電壓檢測部33來測定機器內電容器22之兩端的電 壓(P母線與N母線之間的電壓)。如以上方式，亦可獲得就反向器裝置之控制而言重要的P母線與N母線之間的電壓。或者，亦可併用該P母線與N母線之電壓測定部、及絕緣電阻之檢測用的電壓測定部。
實施形態12
第16圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態12的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在實施形態11之構成中，在測定後斷開開關32，若未經過長時間，則電容器31之電壓不會成為零，而可能會產生測定運算上問題。
第16圖所示之構成係為可迅速地進行電容器31之放電的構成。在第16圖所示之構成中，不僅設置有設置在電容器31之一端與對地或框體之間的開關32，亦設置有藉由並聯設於電容器31之電阻而使電容器31之兩端短路的開關32b。該電阻係與第15圖之電容器31的放電電阻不同，該電阻值係設定為非常小者(例如絕緣電阻之10%以下)，只要是在短路時開關32不會損傷電容器31之程度即可。在測定順序上，雖透過往電容器31(檢測用電容器)之絕緣電阻依電流流入所產生之電壓變化來測定時常數，但必須在測定之空檔使並聯之放電電阻的開關導通(on)而將檢測用電容器之電壓設定為零。該作業係以遠比時常數之測定短之時間進行，因此當以例如1/10之時間來進行時，電阻值亦必須設定為1/10以下。較佳為，以1/100之時間進行該作業，且將電阻值設為1%以下。與電容器 31並聯設置之電阻的電阻值係設為小至在時常數之測定的空檔可放電以使電容器31之電壓成為零之程度的值。
當未進行絕緣電阻之測定時，開關32b係閉合。在絕緣電阻之測定時係斷開開關32b，且閉合開關32，以形成包含電容器31之電流路徑而測定絕緣電阻。
實施形態13
第17圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態13的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在第17圖顯示第16圖中藉由開關32與開關32b之2個開關來實現之動作的構成中，能以1個開關(開關32c)來實現。
開關32c係在未進行絕緣電阻之測定時連接電容器31及與電容器31並聯設置之電阻，在測定開始時形成包含電容器31與絕緣電阻之電流路徑來測定絕緣電阻。藉由第17圖所示之構成，可使構成簡略化。
實施形態14
第18圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態14的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在第18圖所示之構成中，在成為負載之馬達24與對地之間追加浮遊電容Cs。在此，係圖示最重要之與馬達24之絕緣電阻並聯的浮遊電容Cs。再者，存在有由反向器23內之反向器元件所代用之開關32d。
在斷開開關32b而切離使電容器31短路之電阻的狀態下閉合開關32及開關32d而形成電流路徑時，在電流流通於絕緣電阻Rx之前，會流通於浮遊電容 Cs。換言之，機器內電容器22之電壓係以電容器31與浮遊電容Cs分壓。
假設浮遊電容Cs不存在，則在測定開始時機器內電容器22之電壓皆係施加在絕緣電阻Rx，但如第18圖所示當存在有浮遊電容Cs時，電壓會被分壓且一部分之電壓被施加在電容器31。分壓後之電容器31的初始電壓VCm0係以下述之數學式(13)表示。
電壓V0為機器內電容器22之初始電壓。其中，在上述之數學式(13)中，機器內電容器22之電容C0係使用設為比串聯連接之電容器31的電容Cm與浮遊電容Cs之合成電容充分大之近似值。將此以測定波形表示時，則如第19圖所示。由於最初電容器31被充電至上述之數學式(13)，因此測定波形、亦即機器內電容器22與電容器31之電壓的差係在測定開始瞬間後會降低至V0-Vcm0。然後，會因流通於絕緣電阻Rx之電流而產生電壓之衰減。亦即，如第19圖所示，測定電壓係首先在初期產生急遽之電壓降低，然後因時常數τ而衰減，所以會成為2階段。
假設浮遊電容Cs與電容器31之電容Cm大致相等或比電容Cm大時，因上述之數學式(13)，Vcm0較大，因此初始之電壓降低變得非常大。於是，難以測定因時常數τ所產生之衰減部分的波形。為了避免上述情形，係控 制開關32與開關32b導通之時序(timing)。
首先，在進入絕緣電阻Rx之測定之前，開關32b係閉合，且開關32、32d係斷開。在測定開始時，開關32b、32、32d皆閉合。於是，首先浮遊電容Cs係以機器內電容器22之電壓充電至接近V0之值。在浮遊電容Cs之充電充分地進行，且充電至電壓V0後，當斷開開關32b時，流通於絕緣電阻Rx之電流會將電荷蓄積在電容器31，以觀測測定電壓之衰減。
如上方式，可使之成為將浮遊電容Cs之電壓設為V0，且將電容器31之電壓設為0的狀態，而可獲得作為測定電壓之從V0衰減的波形。此外，如上方式控制開關32與開關32b導通之時序時，必須分別設置開關32與開關32b。
實施形態15
第20圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態15的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在第20圖所示之構成中，相對於第18圖所示之構成，在與電容器31並聯設置之電阻與開關32b之間設置有保險絲(fuse)36。
在第18圖所示之構成中，具有開關32與開關32b同時閉合之時間，此時，N母線係因與電容器31並聯設置之低電阻的電阻而接地，因此當投入電源時，電氣機器20會接地。如第20圖所示，當設置保險絲36時，電氣機器20內之電路係受到保護。
實施形態16
在本實施形態中，係說明浮遊電容或其他浮遊成分對計測造成之影響。第21圖係針對上述說明之本發明的絕緣電阻測定，將該電路要素單純地予以等效電路化而顯示之電路圖。
在上述實施形態中，針對機器內電容器22之電壓透過絕緣電阻Rx而流入電容器31，且串聯連接有該等電容器者加以說明。然而，如第21圖所示，實際上具有亦顯示在第18圖之浮遊電容Cs、及計測系統之阻抗(impedance)Rm。
浮遊電容Cs係如實施形態14所說明，重要之成分係假設並聯存在於馬達24之絕緣電阻Rx。例如，馬達24之繞線與其框體之間的電容係相當於浮遊電容Cs。包含反向器23之電氣機器20的驅動電路與對地或框體之間的電容亦能以同樣之電路常數來表示。
計測系統之阻抗為電壓測定所需之阻抗。電壓計及示波器(oscilloscope)之探針(probe)的阻抗雖被設定為在通常之測定下不會產生問題之程度的非常高之值，但由於成為測定對象之絕緣電阻的電阻值亦高，因此計測系統之阻抗的影響大。如此，當考慮浮遊電容Cs與計測系統之阻抗Rm時，第21圖所示之電路的放電時常數係以下述之數學式(14)表示。
[數學式14]
亦即，由電壓變化測定時常數τ，即使電容器31之電容Cm與機器內電容器22之電容C0為已知，為了知道絕緣電阻Rx，亦必須明瞭浮遊電容Cs與計測系統之阻抗Rm。計測系統之阻抗Rm為檢測電路之設計時所大致決定之值，浮遊電容Cs為依據電氣機器之構成及纜線(cable)之狀態、場合，依據劣化之程度而可變化之值。因此，為了進行絕緣電阻Rx之正確測定，浮遊電容Cs亦必須同時進行測定。
實施形態17
在本實施形態中，針對浮遊電容Cs之測定方法加以說明。在浮遊電容Cs之測定中，可利用能獲得第19圖所示之波形時之急遽的電壓降低。依據第19圖，測定電壓係從電壓V0降低至V0-Vcm0。Vcm0係以上述的數學式(13)表示，因此可測定浮遊電容Cs。亦即，在第19圖之初始之急遽電壓降低時測定浮遊電容Cs，以之後的衰減波形測定時常數τ，並依據浮遊電容Cs與時常數τ，利用上述之數學式(14)可測定絕緣電阻Rx。
實施形態18
第22圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施形態18的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。在第22圖所示之構成中，具有並聯連接之電容器31a及電容器31b以取代電容器31，而成為可藉由開關32e切換電容器 31a與電容器31b之構成。其他構成係與第18圖相同。
將電容器31a之電容設為Cm1，將電容器31b之電容設為Cm2，依據上述之數學式(1)，將電容器31a、電容器31b與機器內電容器22之合成電容分別設為Cm1’、Cm2’。利用電容器31a與電容器31b，分別進行電壓變化之衰減時的時常數之測定，將結果所得之時常數τ設為τ a、τ b。亦即，下述之數學式(15)、(16)成立。
由上述之數學式(15)減去數學式(16)，可得下述之數學式(17)、(18)。
亦即，利用2個電容器進行2次之時常數之測定，藉此可取消(cancel)浮遊電容並正確地求出絕緣電阻之值。2個電容器亦可切換電容不同者，亦可準備電容不 同或相等者，藉由變更並聯連接之個數而使電容變化。
再者，在此雖利用2種類之電容器電容，但可藉由增加測定而提升測定精確度。亦可利用3種類以上之電容的電容器進行3次以上之測定。
如本實施形態所說明，亦考慮浮遊電容之影響，能以高精確度來測定絕緣電阻之電阻值。
實施形態19
在本實施形態中，針對計測系統之阻抗Rm加以說明。第23圖係在第12圖之構成中，針對串聯連接之機器內電容器22與電容器31之電壓，透過放大器而測定之態樣的圖。第23圖所示之放大器為絕緣放大器，此為用以將與主電路之電位不同之電位的電容器之電壓轉換為控制系統之電位者。然而，放大器並不限定於絕緣放大器，亦可利用一般之運算放大器(operational amplifier)，亦可利用用以去除雜訊之儀器放大器或差動放大器，亦可組合上述之放大器。
在此，將第23圖所示之放大器的輸入阻抗設為Ra。此時，例如運算放大器之輸入阻抗雖充分高者多，但絕緣放大器之輸入阻抗並未如此高，可依據例如使用狀況、溫度、元件變異而變化。
然而，如上述之數學式(14)所示，計測系統之阻抗Rm較佳為比測定對象之絕緣電阻Rx更高，若與絕緣電阻Rx相比較極低時，測定精確度會變得極差。此外，在計測系統之阻抗Rm變動時，此變異會直接對計測結果造 成影響。
因此，為了容許該計測系統之阻抗的變動而獲得充分之測定精確度，在第23圖中係對計測用之放大器的輸入並聯地設置電阻Rd。此時，計測系統之阻抗Rm係以下述之數學式(19)求出。
其中，電阻Rd係設定為遠比放大器之輸入阻抗Ra小，即使Ra變動，Ra與Rd之並聯合成電阻之值亦無特別變化。另一方面，由於計測系統之阻抗Rm不能設為比要測定之絕緣電阻Rx過小之值，因此必須使用輸入阻抗Ra為充分大的放大器。就接受電壓之最初元件而言，較佳為使用輸入阻抗充分大的儀器放大器等。
實施形態20
第24圖係顯示第23圖之變形例。在實施形態19所說明之構成中，當將所測定之電壓予以分壓時，可使輸入阻抗變高。
電氣機器20係用來驅動馬達24，對PN母線間施加數百V左右之電壓，為了以一般之放大器接收，必須在測定時進行分壓。在第24圖中，以電阻Rd1與電阻Rd2之串聯接收欲測定之部分的電壓，並將測定用之放大器(輸入阻抗Ra)與電阻Rd2並聯連接。此時之計測系統的阻抗Rm係以下述之數學式(20)求出。
亦即，能以電阻Rd1，Rd2之選擇方式使計測系統之阻抗Rm變得充分地大。然而，與實施形態19同樣地，係假設輸入阻抗Ra會變動，而將Rd2設定為遠比Ra小之值(例如，與計測系統之阻抗Rm相比較為10%以下)。即使考慮此，若將分壓比(Rd 2/(Rd1+Rd2))設為充分地大，亦可將計測系統之阻抗Rm設為充分地大。假設計測系統之阻抗Rm因溫度變化等而變化為2倍，為了將檢測值之變動抑制在5%以下，亦可與計測系統並聯地設置計測系統之阻抗的10%以下之電阻。如此，電阻Rd 2係設為比輸入阻抗Ra小，而可忽視計測系統之阻抗Rm因溫度變化等而變化時之檢測值之變動。
實施形態21
在本實施形態中，針對具體之測定順序加以說明。第25圖係顯示在實施形態18之第22圖的構成中準備2個電容器而進行浮遊電容之補正時，顯示測定時之具體順序的圖。
在一般之動作狀態下，接觸器12會導通，且開關32b會導通。在測定時，首先在測定之前，將開關32e連接在電容器31a側。接著，為了將電氣機器20整體從系統電源10切離而成為不定電位，係將接觸器12關斷。接著，如實施形態14所說明，在閉合開關32b之情形下， 閉合開關32與開關32d。然後，斷開開關32b時，測定電壓會開始降低。然後，在適當之電壓的時機進行時常數τ 1之測定。在時常數τ 1之測定完成後，斷開開關32與開關32d。因此，電流路徑會被遮斷。
接著，閉合開關32b時，電容器31a會短路，電壓會成為零，測定電壓會回復成原來之電壓。接著，進行第2次之時常數的測定。切換開關32e並連接在電容器31b側，變更電容器之電容。然後，閉合開關32、32d，斷開開關32b而再度開始時常數之測定，以獲得時常數τ 2。
由於流通有第1次之測定之程度的電流，因此在第1次與第2次之間機器內電容器22之電壓雖從初期值V0略為降低，但一般而言機器內電容器22之電容較大，因此只有些微的電壓降低。此外，若採用實施形態10中說明之方法，電壓之初始值對計測所造成之影響較小。因此，如本實施形態所說明，亦可連續進行2次以上之測定。
實施形態22
第26圖係顯示與實施形態21中說明之方法不同的方法，且為在實施形態18之第22圖的構成中準備2個電容器來進行浮遊電容之補正時，顯示測定時之具體順序的圖。
與實施形態21同樣地，在測定時，首先在測定之前，將開關32e連接在電容器31a側，使接觸器12關斷，並閉合開關32與開關32d。當斷開開關32b時，測定電壓會開始降低。然後，在適當之電壓的時機進行時 常數τ 1之測定。
在時常數τ 1之測定完成之後，將開關32、32b、32d維持原來之狀態而將開關32e連接於電容器31b側。於是，將此時之電壓作為初始值，不同之時常數的電壓會開始衰減。此時測定常數而獲得τ 2。
依據實施形態10之測定，時常數之測定並未取決於電壓之初始值，因此若測定預定之電壓V、與V/e之間的時常數，則求出時常數τ=R×C。如此，亦可進行使用2階段之衰減的測定。
藉由本實施形態，即可進行測定時間之縮短與順序之簡略化。另一方面，由於電壓之動態範圍(dynamic range)會變窄，因此必須考慮到測定精確度及計測之方法。此時，若時常數τ之測定電壓更具有自由度，則設計更為容易。例如，依據上述數學式(9)，從電壓V4降低至V5=V4/e為止的時間雖為τ=R×C，但如上述數學式(11)所示，即使測定至預定電壓為止的時間，亦可測定τ。考慮測定精確度或測定所花費之時間，以預定之電壓進行時常數之測定，之後藉由演算求出時常數τ即可。
實施形態23
就絕緣電阻而言，雖可考慮第1圖所示之電氣機器20之驅動電路本身與框體之間的電阻、及第9圖所示之馬達24與框體之間的電阻，但若應用測定之順序，即可分別求出該等之電阻值。
第27圖係顯示本發明之絕緣檢測器之實施 形態23的構成與安裝有該絕緣檢測器之電氣機器之一例的圖。第28圖係顯示第27圖之切換(switching)之順序的圖。此外，在第27圖中，將電容器31設為1個，將並聯之電阻予以省略。在第27圖所示之構成中，在電氣機器20之驅動電路部分之P母線與對值或框體之間存在有絕緣電阻Rd。
首先，將接觸器12關斷，並閉合開關32而構成包含絕緣電阻之串聯電路，但此時在閉合開關32之狀態時，電流會流通至驅動電路之絕緣電阻Rd。在該狀態下閉合開關32b而開始計測。由測定之時常數τ d求出之電阻值為未包含負載之絕緣電阻之驅動電路與框體之間的電阻。
接著，暫時先閉合開關32b並使電容器31之電壓放電，使測定電壓回復到V0，再度閉合開關32與開關32d，斷開開關32b開始測定時，這次電流會在通過負載之絕緣電阻Rx的路徑中流通至開關32d。然而，此時絕緣電阻Rd係保持在連接之狀態，因此正確地測定絕緣電阻Rd與絕緣電阻Rx之並聯電阻。此外，在上述之其他實施形態中，並未考慮到絕緣電阻Rd為較大者。所測定之時常數τ x係表示Rx與Rd之並聯合成電阻。
在第1次之測定中，由於求出絕緣電阻Rd，因此可藉由2次之測定而個別地測定絕緣電阻Rd與絕緣電阻Rx。在此，為了簡單起見，僅記載一種類之電容器31，但實際上為了進行正確之測定，必須補正浮遊電容，因此 可設置2個以上之電容器31，並進行各2次之測定(合計4次以上)。
實施形態24
第29圖係顯示第27圖之變形例。第29圖係顯示在單一之受電電路與整流電路部分(受電電路、整流電路與機器內電容器22、其他)並聯連接有複數個反向器，且各個反向器驅動各個馬達，且驅動複數個馬達24a、24b、24c之例。在此情形下，顯示以設置在機器內電容器22之單一的絕緣電阻檢測機構，可測定各個馬達之絕緣電阻。
第30圖係顯示第29圖之切換之順序的圖。將開關及測定之順序顯示在第30圖。首先，將接觸器12關斷，且閉合開關32。在此，在第30圖中首先計測驅動電路之絕緣電阻Rd。因此，反向器側之開關32c1、32c2、32c3不會動作，維持在斷開之狀態下，斷開開關32開始進行測定。藉由測定而可測定到時常數τ d後，暫時閉合開關32而使電壓回復到V0。此時，開關32係如第30圖所示，亦可維持在閉合之狀態，亦可在未測定之期間(如第25圖所示)斷開。
接著，測定馬達24a之絕緣電阻Rxa。為了構成流至馬達之電流路徑，而閉合開關32c1。此外，斷開開關32並開始進行測定，以測定時常數τ a。在該測定中，可獲得馬達24a之絕緣電阻Rxa、及電路之絕緣電阻Rd之並聯電阻的值。如此，依序閉合開關32c2、32c3並測定電壓變化之時常數，而可測定各馬達之絕緣電阻Rxb、RxC。
此外，在此雖測定電路之絕緣電阻Rd，但當明顯地比馬達24a、24b、24c之電阻大時，亦可不進行絕緣電阻Rd之測定。
實施形態25
第31圖係如第29圖所示由複數個反向器與馬達所構成時之檢測順序的其他例。如第30圖所示使之動作時，在具有多數個馬達之情形時，需要有非常長之測定時間。因此，不依每次之測定使電容器31放電，而是在電壓降低之途中切換電流路徑，即可使複數次測定一次結束。亦即，首先係閉合開關32c1而進行絕緣電阻Rxa之測定，然後斷開開關32c1，並閉合開關32c2而進行絕緣電阻Rxb之測定。由於以狹窄之電壓變化進行測定，因此雖有測定精確度變差之可能性，但可在短時間內進行測定。
實施形態26
第32圖係顯示第29圖所示之構成之其他測定順序。在測定時同時閉合開關32c1、32c2、32c3之3個開關。藉由第32圖所示之測定，雖無法測定絕緣電阻Rxa、Rxb、RxC及Rd之各個值，但可在短時間內以簡便之方法測定該等之並聯合成電阻的值、亦即裝置整體之絕緣電阻。
第32圖所示之測定係適用於作為裝置整體之絕緣電阻的監視。例如，在一般之定期的絕緣電阻之測定中，進行第32圖所示之測定，以確認是否為裝置整體之問題，結果判斷為作為裝置整體之電阻值較小，且在裝置之任一部分的絕緣具有問題時，可考慮以例如第30圖所示 之順序來診斷各個絕緣電阻，且使具有問題之部位明確化的運用。亦即，可藉由併用不同之順序，確實地進行定期性之絕緣電阻的監視與問題發生時之問題部位的分析。
實施形態27
第33圖係顯示相對於第23圖追加長時間記錄並管理所測定之絕緣電阻之值的構成(管理部60)的圖。可謂第1圖等所示之控制部34與輸出部35之詳細構成的圖。
絕緣電阻係依據環境(例如溫濕度)而變異，經年性劣化係以非常長之時間進行，因此將每次之診斷結果通知給外部之控制器(controller)(NC(數值控制)控制器或上位控制器)而監視長時間之變化，藉此可更正確地進行誤動作少之診斷。
所測定之值係藉由A/D轉換部61而轉換為數位資料(digital data)後，且輸入至微電腦(microcomputer)62，在演算後獲得絕緣電阻之測定值。可為以下構成：將如此所得之測定值顯示在監視器(monitor)(未圖示)，當該測定值為設定值以上時，例如顯示警告訊息(message)，或發出警告音來進行報知。
再者，如第33圖所示，可為以下構成：將絕緣電阻之測定值發送至控制器63(NC(數值控制)控制器或更上位之控制器)，將測定值儲存於記憶體(memory)66。
絕緣電阻之測定值係在正常動作時極高，可能因測定誤差而大幅變動。因此，藉由監視長時間之變動，即可觀測負載之絕緣電阻的長期間的劣化，且可進行 可靠性高之判定。
再者，如第33圖所示，當設為設置溫度計64或濕度計65，且該等的測定資料(data)亦同時賦予關聯而記錄而可掌握傾向之構成時，精確度進一步變高，且可進行可靠性高之診斷。
實施形態28
第34圖係顯示實施形態28之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。第34圖3所示之電氣機器111係具備：配置在三相交流電源110與負載之馬達112之間且將來自三相交流電源110之交流電壓轉換成直流電壓之整流電路113；連接在整流電路113之後段且驅動屬於負載之馬達112的反向器115；及並聯連接在整流電路113與反向器115之間的平滑電容器114。馬達112係藉由電氣機器111而驅動，且包含對地之浮遊電容116及絕緣電阻117。此外，在第34圖中，雖成為馬達112連接在電氣機器111之構成，但本發明並未限定於此，亦可為馬達112包含於電氣機器111之構成。
第34圖所示之電氣機器111係藉由反向器115將由整流電路113及平滑電容器114所轉換之直流電壓轉換成交流波形，而驅動馬達112。絕緣檢測器120係具備：用以與屬於負載之馬達112的絕緣電阻117進行分壓之分壓電阻124；用以檢測施加於分壓電阻124之電壓的檢測電阻123；用以測定檢測電阻123之電壓的電壓檢測器121；及並聯設置在分壓電阻124及檢測電阻123之 測定電容器126。測定電阻125係檢測電阻123與分壓電阻124串聯連接之構成。亦即，絕緣檢測器120係將測定電阻125及測定電容器126予以並聯連接之構成，測定電阻125係將檢測電阻123及分壓電阻124予以串聯連接之構成。
檢測電阻123係比分壓電阻124小，分壓電阻124係將所施加之電壓與屬於測定對象之絕緣電阻117進行分壓者。檢測電阻123係將所分壓之電壓的一部分轉換成例如適於運算放大器之電壓。絕緣檢測器120之一端係連接在反向器115之輸出線、亦即馬達112之繞線，另一端係透過開關而連接在反向器115之N母線119。
第35圖係顯示在第34圖中未設置用以連接檢測電路120之開關122的情形。在第35圖之構成中，係於馬達動作對馬達112施加電壓，因此在檢測電路120a經常為流通有微弱電流。為了抑制該微弱電流，分壓電阻124必須為電阻值充分大者。再者，並聯連接之測定電容器126亦必須為單位電容較小者。在第35圖之構成中，當馬達停止且反向器之元件全部關斷時，開始進行計測動作。當反向器關斷時，與第41圖所示者同樣地，電壓會往屬於定常值之趨近電壓值Va趨近。當將測定趨近電壓值Va時，可計測馬達之絕緣電阻。在第35圖之構成中，因在馬達之動作中電流會持續地流通至測定電容器126，故無法將測定電容器126設為大電容量者，而使測定範圍受到限制。然而，由於無須設置開關，故可作成為簡便之構成。此外， 如此作成未設置有開關之構成，亦同樣地可應用在以下所示之其他絕緣檢測器或安裝有該絕緣檢測器之電氣機器。
第36、37、38圖係顯示交流電源、整流電路、平滑電容器、及連接有負載之構成之一例、以及在平滑電容器之兩端，亦即P母線及N母線之對地之電壓變化的圖。在第36圖所示之構成中，受電之三相交流係藉由整流電路而進行三相全波整流，並利用平滑電容器使所整流之輸出平滑，且施加於負載。在此，第36圖之三相交流電源為Y結線，該中性點係接地。在第36圖中，P母線及N母線之電壓雖會以交流電源之頻率的3倍之頻率而變化，但在P側係維持變動幅度較小之正電壓，且在N側係維持負電壓。
第37圖之三相交流電源為V結線，三相交流之一相為接地。如第37圖所示，在V結線之情形時，P母線係在平均時成為正電壓，N母線係在平均時成為負電壓，而存在有電壓為0之時間。亦即，在V結線中，施加於P母線及N母線之電壓波形皆為脈衝(pulse)波形。並且，在第36圖所示之構成中，P母線及N母線之電壓波形之變化的頻率係受電之交流頻率的3倍，而在第37圖所示之構成中，P母線及N母線之電壓波形之變化的頻率為受電之交流頻率的1倍。
第38圖之交流電源為單相。如第38圖所示，在單相交流中，一方之相為接地之情形雖較多，但在第38圖中亦與V結線之情形相同，P母線及N母線之電壓 波形為具有成為0之時間的脈衝波形。在第38圖所示之構成中，P母線及N母線之電壓波形的變化之頻率為受電頻率的1倍。
當施加該脈衝波形時，若負載為單純之電阻，則直接對脈衝波形進行分壓而計測。然而，負載為裝置時，例如負載為馬達時，大多為具有對地之電容成分。於是，脈衝會對於該電容成分反覆進行充放電，而無法進行由電阻分壓所產生之絕緣電阻的測定。
因此，在第34圖之構成中，可藉由測定電容器126來解決在該電路構成中產生之問題。
此外，在第34圖中係成為絕緣檢測器120連接於電氣機器111外部之構成，但本發明並不限定於此，亦可為絕緣檢測器120包含於電氣機器111之構成。
接著，針對第34圖所示之構成的動作加以說明。在馬達112之動作中，絕緣檢測器120並未動作，而使開關122關斷。當進行絕緣檢測時，首先藉由停止反向器115之動作，而停止馬達112，並使開關122導通。三相交流電源110為連接之狀態，因此對N母線119施加第36、37、38圖所示之電壓波形的電壓。N母線119係可考慮平均地將負電壓施加於對地。因此，當使開關122導通時，係成為測定電阻125與絕緣電阻117串聯連接於N母線119與對地之間的狀態，藉由2個電阻而對N母線119之電壓進行分壓。當對N母線119施加一定之直流電壓時，直流電壓係藉由該等之電阻而被分壓，亦在檢測電阻 123顯現一定之直流電壓。因此，當檢測出檢測電阻123之電壓而與N母線119之電壓進行比較時，可得知絕緣電阻117之電阻值。
第39圖係顯示本發明實施形態28之絕緣檢測器的構成、及連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。第39圖所示之構成為第34圖所示之構成的變形例。在第34圖中雖在N母線119側連接有絕緣檢測器120，但在第39圖中係在P母線118側連接有絕緣檢測器120。
在第39圖所示之構成中，由於設置有測定電容器126，因此使開關122導通後之變化係與未設置有測定電容器126時之構成不同。亦即，在使開關122導通之瞬間，電流不會流通於測定電阻125及絕緣電阻117，首先直流電壓係被分壓成測定電容器126與浮遊電容116，且略為上升，然後慢慢地接近趨近電壓值。
第40圖係顯示第34圖之電路構成之絕緣檢測時之等效電路的圖。對N母線等效地施加以對地為基準之負的直流成分VN及交流變動成分。負的直流成分VN之值為整流後之直流電壓的值，亦即施加於平滑電容器114之電壓值V01的一半，且以下述之數學式(21)表示。
在N母線與對地之間，串聯連接有絕緣電 阻RM及測定電阻RD。在絕緣電阻RM並聯存在有浮遊電容CS，在測定電阻RD並聯設置有測定電容器CD。此外，第40圖所示之絕緣電阻RM係相當於第34圖之絕緣電阻117，測定電阻RD係相當於第34圖之測定電阻125，浮遊電容CS係相當於第34圖之浮遊電容116，測定電容器CD係相當於第34圖之測定電容器126，開關係相當於開關122。
第41圖係顯示屬於第40圖之等效電路之典型測定波形之一例的測定電阻RD之兩端的電壓波形之時間變化的圖。其中，電壓V係利用分壓電阻Rb而從由檢測電阻Rk之兩端所檢測出之電壓顯示之測定電阻RD=Rk+Rb之兩端的電壓。此外，檢測電阻Rk係相當於第34圖之檢測電阻123，分壓電阻Rb係相當於第34圖之分壓電阻124。由於分壓電阻Rb之值為已知，因此當檢測出檢測電阻Rk之值時，可測定出測定電阻RD之兩端的值。
首先，在使開關導通之前，使之放電而使測定電容器CD之兩端的電壓成為0。然後，當使開關導通時，由於絕緣電阻RM及測定電阻RD之電阻值較大，因此在使開關導通之瞬間，電壓V係在測定電容器CD與浮遊電容CS分壓且上升至電壓值Vi。當將測定電容器CD及浮遊電容CS之初期電壓設為0時，電壓值Vi係以下述之數學式(22)表示。
[數學式22]
接著，電壓V係依據電路之電阻成分與電容成分之值，以某個時常數τ t緩緩地變化，且接近由電阻之分壓所決定之趨近電壓值Va。在此，所施加之電壓不僅包含負的直流成分VN，亦包含交流變動成分，因此電壓波形係如第41圖所示，存在有以細線所示之交流變動成分、及以粗線所示之緩緩地接近趨近電壓值Va之成分。在此，係去除該交流變動成分而僅著眼於第41圖之粗線的變化。趨近電壓值Va係以下述之數學式(23)表示。
負的直流成分VN及測定電阻RD為已知之值，因此絕緣電阻RM係利用趨近電壓值Va以下述之數學式(24)表示。
顯示第41圖所示之電壓V從電壓值Vi變化為趨近電壓值Va為止之曲線之電壓V的函數V(t)係在第40圖之等效電路中成為單一時常數之指數函數的衰減曲線，且以下述之數學式(25)表示。
[數學式25]
其中，時常數τ t係以下述之數學式(26)表示。
依據上述之數學式(26)，當Va>Vi時，會成為上升之曲線，當Vi>Va時，會成為下降之曲線。
在測定中，係去除交流變動成分而僅檢測出第41圖之粗線，同時求出趨近電壓值Va。因此，可在絕緣檢測器120設置濾波(filter)電路，或對交流波形數值性地進行平均處理。在此，濾波電路係可例示用以去除高頻成分之低通濾波器(low-pass filter)、或僅去除電源頻率之凹口濾波器(notch filter)。
接著，說明無法藉由交流變動成分來進行測定之問題。當交流成分之振幅變大，且瞬間對測定電阻RD施加0或負的電壓時，第34圖之電路的反向器115之下臂(arm)的還流二極體會導通。當電流流通在該路徑時，電壓變化之平均值的趨近點不會以絕緣電阻RM與測定電阻RD之分壓正確地表示，而無法進行絕緣電阻117之檢測。 亦即，為了可進行測定，包含交流變動成分之電壓必須為0以上，因此，在未設置有測定電容器126之電路構成中，在N母線之電位變化時，無法進行測定。
如上所述，第34圖所示之構成與未設置有測定電容器126時之構成的不同係在於測定電容器126之有無，交流變動成分之振幅會因測定電容器126而變化。在此，為了簡單起見，交流變動成分之頻率f之測定電容器CD及浮遊電容CS的阻抗係比測定電阻RD及絕緣電阻RM小，且下述數學式(27)成立。
此外，交流變動成分之頻率f係在第36圖之構成中為受電頻率之3倍，在第37、38圖之構成中為受電頻率之1倍。
在未設置有測定電容器126之構成中，由於未存在有測定電容器CD，因此N母線之交流成分係藉由屬於小阻抗之浮遊電容CS及屬於大阻抗之測定電阻RD而分壓，且在測定電阻RD之兩端會產生與原來之變動的振幅相同之振幅的交流變動，因此難以測定絕緣電阻117。
另一方面，在第34圖之情形，N母線之交流變動成分係僅流通在2個電容器，因此以該2個電容器之電容比而分壓。亦即，將測定電容器CD與浮遊電容CS設為相同程度之值時，對測定電容器CD之兩端施加N母線之交流變動成分之一半的電壓。因此，顯現在絕緣檢測器120之兩端的交流變動成分會變小，可進行絕緣電阻117之測定。
實施形態29
第42圖係顯示本發明實施形態29之絕緣檢測器的構成、及連接有該絕緣檢測器之電氣機器的構成之一例的圖。第42圖所示之電氣機器111係與第34圖所示之電氣機器111相同。第42圖所示之絕緣檢測器120A係在第34圖所示之絕緣檢測器120追加有電流限制電阻127的構成，其他構成係與第34圖所示之絕緣檢測器120相同。
電流限制電阻127係串聯連接在測定電阻125及測定電容器126與連接在反向器115之輸出線之一端之間。在開始進行絕緣檢測之際使開關122導通時，與實施形態28之第41圖同樣地，電壓V會上升至電壓值Vi。這是由於在實施形態28之第40圖所示之等效電路中湍急之電流會流入測定電容器CD及浮遊電容CS，但若湍急之電流過度地流入時，會有使元件受損之虞。因此，如第42圖所示，設置電流限制電阻127時，可抑制流入至測定電容器CD及浮遊電容CS之電流的峰(peak)值而保護電路，並且抑制雜訊。電流限制電阻127較佳為與絕緣電阻117及分壓電阻124相比較為低電阻。
實施形態30.
第43圖係顯示本發明實施形態30之絕緣檢測器的構成、及連接有該絕緣檢測器之電氣機器的構成之一例的圖。第43圖所示之電氣機器111係與第34圖所示之電氣機器111相同。第43圖所示之絕緣檢測器120B係從第34圖所示之絕緣檢測器120去除開關122，且追加開關128 之構成。第34圖所示之絕緣檢測器120的一端係連接在反向器115之輸出線，亦即馬達112之繞線，另一端係透過開關122連接在反向器115之N母線119，且藉由使開關122關斷而從電氣機器111分離之構成，而第43圖所示之絕緣檢測器120B之一端係透過開關128而連接在反向器115之輸出線、亦即馬達112之繞線及P母線118，另一端係連接在反向器115之N母線119。第43圖所示之絕緣檢測器120B係成為以下構成：當切換開關128時，可在反向器115之輸出線與P母線118之間切換絕緣檢測器120B之一端的連接處。
首先，反向器115會動作，且馬達112動作之狀態下，開關128係連接在P母線118側。在該狀態下，絕緣檢測器120B係連接在PN母線間，而可測定PN母線間之電壓。亦即，第43圖所示之絕緣檢測器120B係在反向器115之動作時、亦即不進行絕緣檢測時，可兼用作為反向器115之PN母線間之電壓的檢測機構。因此，第43圖所示之絕緣檢測器120B係例如為了進行反向器115之控制，而有用於必須預先監視PN母線間之電壓的情形。
在停止反向器115而進行絕緣檢測時，只要將開關128之接統處從P母線118切換成反向器115之輸出線即可。將開關128之接統處設為反向器115之輸出線時，測定波形雖不同，但電路構成係與第34圖所示之使絕緣檢測器120之開關122導通之情形相同。
第44圖係顯示第43圖之電路構成之絕緣檢 測時之等效電路的圖。第45圖係顯示第44圖之等效電路之典型測定波形之一例的測定電阻RD之兩端的電壓波形之時間變化的圖。第45圖之縱軸係與第41圖同樣地，為從所檢測出之檢測電阻Rk的電壓測定之測定電阻RD之兩端的電壓V。
首先，在測定前開關係連接在P母線118側，而檢測出PN母線間之電壓值V01。在此，當開關被切換成反向器115之輸出線側，且開始進行絕緣檢測時，電壓V係先降低至電壓值Vi。這是由於將負的直流成分VN分壓成測定電容器CD與浮遊電容CS，且充電至電壓值V01之測定電容器CD的電壓局部放電之故，因此當將切換前之浮遊電容CS之電壓設為0時，電壓值Vi係以下述之數學式(28)表示。
電壓V係在降低至電壓值Vi後，會指數函數地衰減，同時往趨近電壓值Va接近。趨近電壓值Va係以下述之數學式(29)表示。
電壓V從電壓值Vi變化為趨近電壓值Va為止之衰減曲線，係以下述之數學式(30)表示。
上述之數學式(29)係與實施形態28之數學式(23)相同。再者，上述數學式(30)表示的衰減曲線係與實施形態28之數學式(25)表示的衰減曲線不同而下降。這是由於出發點之電壓值Vi比VN=V01/2大，且屬於到達點之趨近電壓值Va比負的直流成分VN小，而成為Vi>Va之故。再者，衰減之時常數τ t係以下述之數學式(31)表示。
所以上之說明，第43圖所示之絕緣檢測器120B係在反向器115之動作時、亦即不進行絕緣檢測時，可兼用作為反向器115之PN母線間的電壓之檢測機構。因此，可實現電路之簡單化及低成本(cost)化。此外，如上所述，在本數學式中，下述之數學式(32)會成立，因此電壓V會下降而到達趨近電壓值Va。
[數學式32]V01>Vi>VN>Va>0…(32)
此外，電壓V雖會平均地單純地衰減，但被施加之電壓為負的直流成分VN與交流成分之總合，如第45圖所示，測定電壓之波形終究只是衰減成分與交流成分之總合。如實施形態28所述，為了可進行測定，包含交流 變動成分之電壓必須為0以上。因此，電壓V如第45圖所示下降之情形係比電壓V如第41圖所示上升之情形，可進行更廣範圍的測定。
實施形態31
第46圖係顯示實施形態31之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。第46圖所示之電氣機器111係與第34圖所示之電氣機器111相同。第46圖所示之構成係第43圖所示之構成的變形例。在第43圖中，雖在N母線119側連接有絕緣檢測器120B，但在第46圖中係在P母線118側連接有絕緣檢測器120B。在第46圖所示之絕緣檢測器120B中，可進行與第43圖所示之絕緣檢測器120B同樣之計測。
第47圖係顯示實施形態31之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。第47圖所示之電氣機器111係與第34圖所示之電氣機器111相同。第47圖所示之絕緣檢測器120C係在第46圖所示之絕緣檢測器120B追加有電流限制電阻127的構成，其他構成係與第34圖所示之絕緣檢測器120相同。
在第47圖所示之絕緣檢測器120C中，除了可進行與第43圖所示之絕緣檢測器120B同樣之計測，亦可藉由電流限制電阻127來抑制流入測定電容器CD及浮遊電容CS之電流的峰值，且保護電路並抑制雜訊。
電流限制電阻127較佳為與絕緣電阻117及分壓電阻124相比較為低電阻。在第47圖所示之絕緣檢 測器120C中，與第42圖所示之絕緣檢測器120A同樣地抑制檢測開始時朝電容器湧入之電流。
實施形態32.
在本實施形態32中，係針對於實施形態28至31中，由絕緣檢測器檢測出之電壓為過渡的狀態下推定絕緣電阻之值的方法。
例如，在第34圖所示之絕緣檢測器120中，為了使計測之絕緣電阻117的電阻值變大，必須使測定電阻125之電阻值亦變大。此外，為了抑制交流變動之振幅，亦必須使測定電容器CD之電容值變大。結果，會有電壓V之變化的時常數τ t變得非常大之疑虞。亦即，在該檢測方式中，由於由趨近電壓值Va來求出絕緣電阻117之電阻值，因此會有測定在電壓V之低頻成分成為一定之前無法完成，造成測定時間變得非常長之問題。
第48圖係顯示縮短測定時間之方法的圖。除了交流變動成分以外之電壓變化的低頻成分係以上述之數學式(30)表示。在此，在以上述數學式(30)表示之曲線的時刻t1，t2，t3，以相同之時間間隔△t=t3-t2，t2-t1進行3次之電壓測定，且獲得各個時刻t1，t2，t3之電壓值Vt1，Vt2，Vt3時，由於上述數學式(30)為指數函數，因此在電壓值Vt1，Vt2，Vt3、與指數函數之趨近電壓值Va之間，具有下述之數學式(33)的關係。
[數學式33]
當對上述數學式(33)進行解答時，趨近電壓值Va係以下述數學式(34)表示。
如此，即使未等到電壓V接近於趨近電壓值Va為止，亦可在過渡性變化之狀態下對電壓V進行3點測定時，亦可求出趨近電壓值Va。因此，可縮短測定時間。
此外，電壓V之測定係可進行3點以上。此外，在上述說明中，雖使計測之3點的時間間隔一致，但測定之時間間隔亦可不一致。然而，當使測定之時間間隔相等時，如上述之數學式(34)所示，能以簡略之數學式導出趨近電壓值Va。
再者，由於在電壓V之波形包含有交流變動成分，因此為了測定某個時刻之電壓，必須費工夫。在商用電源頻率之50Hz或60Hz或者在第36圖所示之構成中，交流變動之頻率係可考慮設為其3倍的150Hz或180Hz，因此不論在哪一個頻率，皆容易在整數週期包含有波形之0.1秒的範圍內使電壓波形平均化，但由於0.1秒鐘之電壓V的變動大，因而有無法進行正確之測定的疑虞。因此，較佳為以更短之時間進行測定。例如，可例示 另外測定交流變動之頻率，且在該交流變動之一週期的範圍使波形平均化的方法。
實施形態33.
在本實施形態33中，針對求出浮遊電容CS之電容值的方法加以說明。在第40圖或第44圖所示之等效電路中，電路兩端為交流變動之情形時，可由測定電容器CD之兩端的電壓之交流成分的振幅求出浮遊電容CS之電量值。為了簡單起見，係考慮交流變動成分之頻率f的測定電容器CD及浮遊電容CS之阻抗比測定電阻RD及絕緣電阻RM之阻抗小，且上述之數學式(27)成立之情形。在此情形下，由於交流變動成分係僅以浮遊電容CS及測定電容器CD進行分壓，因此N母線之交流成分的振幅Vac、及檢測出之測定電容器CD的兩端之交流成分的振幅Vdac，係成立下述之數學式(35)。
將振幅Vac設為已知而由數學式測定振幅Vdac時，可求出浮遊電容CS。因此，必須將振幅Vac設為已知。
第49圖係顯示實施形態33之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。第49圖所示之電氣機器111係與第34圖所示之電氣機器111相同。第49圖所示之絕緣檢測器120D為在第43 圖所示之絕緣檢測器120B追加開關129的構成，其他構成係與第43圖所示之絕緣檢測器120B相同。
第49圖所示之絕緣檢測器120D的一端係透過開關128及開關129而連接在反向器115之輸出線、亦即馬達112之繞線、及P母線118，另一端係連接在反向器115之N母線119。第49圖所示之絕緣檢測器120D係當切換開關128時可在反向器115之輸出線與P母線118之間切換絕緣檢測器120D之一端的連接處之構成，且當切換開關129時可在開關128與對地之間切換測定電阻125之連接處的構成。當將開關129連接在對地時，可利用絕緣檢測器120D直接測定N母線119之電壓。
然而，在不設置屬於該特別之構成的開關129之情形下實現的方法中，可列舉測定交流變動之頻率的方法。商用電源頻率為50Hz或60Hz。當考慮1次側之結線方法為第36、37、38圖之任一者時，在交流變動之頻率f=50Hz或60Hz之情況下，係第39圖所示之Y結線，而在交流變動成分之頻率f=150Hz或180Hz之情形下，亦可為第40圖或第41圖之V結線或單相。此外，Y結線亦包含屬於△結線且其相電壓之中點接地之情形。在為V結線或單相、且電流未流通在負載、整流電路之電壓降為0之情形時，N母線119或P母線118之電壓變動係0伏(volt)至√2×Vrms伏特，因此交流變動之振幅Vac係以下述之數學式(36)表示。
[數學式36]
在此，Vrms為交流電源之線間電壓的實效值。另一方面，如第36圖所示，考慮中性點接地之Y結線之情形時之N母線或P母線之電壓變動。與V結線或單相之情形同樣地，設為負載為高阻抗且未流通電流，整流電路中之電壓降為0。首先，P母線118之電位的最大值或N母線119之電位的最小值係成為受電電壓之相電壓的最大值Vp，且以下述之數學式(37)表示。
另一方面，由於負載為高阻抗，因此PN母線間之電壓係固定在一定之電壓值V01。
因此，當P母線118到達最大值Vp時，母線119之電位為Vp-V01、且N母線119為最小值-Vp時，P母線118之電位係成為V01-Vp。因此，交流變動之振幅Vac係以下述之數學式(39)表示。
亦即，當測定交流變動之頻率時，可預測N母線119之交流變動幅、亦即振幅Vac之值，且可由上述 之數學式(35)與測定電容器CD之兩端之交流變動的振幅Vdac一同求出浮遊電容CS。
實施形態34.
在本實施形態34中，針對求出浮遊電容CS之電容值之其他方法加以說明。第34圖之構成中之第41圖的電壓值Vi及第43圖之構成中之第45圖的電壓值Vi係分別如上述之數學式(22)，(28)所示，取決於浮遊電容CS。由於測定電容器CD之電容值及負的直流成分VN之值為已知，因此當測定電壓值Vi之值時，可得知浮遊電容CS之電容值。
在此，第34圖之浮遊電容CS及測定電容器CD以及第43圖之構成中之浮遊電容CS的初期電荷量係設為0。此外，在第43圖之構成中，測定電容器CD之初期電荷量為V01。例如，為了將浮遊電容CS設為0，係在使反向器115停止之後開始進行絕緣電阻117之檢測之前，且放置比CS×RM更長之時間，以使浮遊電容CS之電荷放電，並使浮遊電容CS之電荷放電。與測定電容器CD同樣地，可在放置比CD×RD更長之時間之後開始計測，以使浮遊電容CS之電荷放電。
實施形態35.
在本實施形態35中，係針對所測定之浮遊電容CS之絕緣檢測的利用方法加以說明。如上所述，電壓V之變化係以第41圖或第45圖所示之曲線表示，且其變化之時常數τ t係以數學式(26)或數學式(31)表示。因此，若測定該時常數τ t，且浮遊電容CS為已知，則可求出絕緣電阻RM。 再者，可在本檢測方法中測定之絕緣電阻RM的電阻值之極限係強烈取決於浮遊電容CS。
第50圖係顯示藉由本檢測方法而可進行測定之絕緣電阻RM、與浮遊電容CS之關係的圖。如第50圖所示，當浮遊電容CS變大時，可測定之絕緣電阻RM的上限會變低。因此，可由浮遊電容CS推定此時可測定之絕緣電阻RM的極限值或測定精確度。亦即，可依據浮遊電容CS來判斷所測定之電阻值的可靠性。所測定之電阻值的可靠性係在判斷要如何處理所檢測之值時可作為參考。
實施形態36.
第51圖係顯示實施形態36之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。第51圖所示之電氣機器111A係具備整流電路113、平滑電容器114、及反向器115，115a，115b。反向器115，115a，115b係與第34圖所示之反向器115相同，該等反向器115，115a，115b係並聯連接。反向器115係連接在具有浮遊電容116及絕緣電阻117之馬達112，反向器115a係連接在具有浮遊電容116a及絕緣電阻117a之馬達112a，反向器115b係連接在具有浮遊電容116b及絕緣電阻117b之馬達112b。馬達112，112a，112b係與第34圖所示之馬達112相同。
第51圖所示之絕緣檢測器120C係與第47圖所示之絕緣檢測器120C相同。第51圖所示之絕緣檢測器120C係可利用一個絕緣檢測器進行反向器115，115a， 115b及馬達112，112a，112b之檢測。第51圖所示之絕緣檢測器120C係在切換開關128時可在反向器115之輸出線與P母線118之間切換絕緣檢測器120C之一端之連接處的構成。此外，在絕緣檢測器120C之一端與反向器115，115a，115b之輸出線之間配置有開關130，開關130係可切換是否連接絕緣檢測器120C之一端與反向器115，115a，115b之各個輸出線的構成。絕緣檢測器120C所具有之電壓檢測器121係連接在A/D轉換器140及微電腦150。
計測係基本上與第43圖之構成或第47圖之構成同樣可藉由以下方式進行：從在P母線118連接有絕緣檢測器120C之狀態切換成連接在反向器115，115a，115b之各個輸出線的狀態，並檢測馬達112，112a，112b之各個絕緣電阻117，117a，117b，每當對於一個馬達的測定結束時，暫時連接在P母線118且將PN母線間之電壓蓄積在測定電容器126，且依反向器及馬達之個數反覆進行對於下一個馬達切換連接並予以檢測之作業。
然而，若針對3個馬達112，112a，112b一個一個地進行檢測，則會耗費時間。因此，為了縮短測定時間，可考慮全部連接3個馬達112，112a，112b且同時進行檢測。亦即，在使絕緣檢測器120C從P母線118分離後，對於3個反向器115，115a，115b之輸出連接開關128，且使開關130全部導通，且在並聯連接有3個馬達112，112a，112b之絕緣電阻117，117a，117b的狀態下進行檢 測。此時，所檢測之電阻值係3個馬達112，112a，112b之絕緣電阻117，117a，117b之並聯連接的電阻值。
通常，若馬達112，112a，112b之絕緣電阻117，117a，117b較高，則並聯連接之電阻值亦會變高，且可確認正常。另一方面，在馬達112，112a，112b之絕緣電阻117，117a，117b的任一個電阻值異常低時，由於整體之電阻值亦被檢測出較低，因此可判別絕緣電阻117，117a，117b之任一個電阻值為異常地低。當檢測出異常狀態時，由於個別地測定馬達112，112a，112b之各者，因此可判別電阻值異常地變低之馬達112，112a，112b。若為該方法，則在正常時檢測會在短時間內結束，在異常時會個別地進行檢測，藉此可判別絕緣電阻之電阻值異常地低的馬達。
實施形態37.
第52圖係顯示實施形態37之絕緣檢測器的構成與連接有該絕緣檢測器之電氣機器之構成之一例的圖。第52圖所示之電氣機器111A係與第51圖所示之電氣機器111A相同。第52圖所示之絕緣檢測器120C，120Ca，120Cb係與第51圖所示之絕緣檢測器120C相同。亦即，絕緣檢測器120C係具備：用來與馬達112之絕緣電阻117分壓之分壓電阻124；檢測出施加於分壓電阻124之電壓的檢測電阻123；用以測定檢測電阻123之電壓的電壓檢測器121；並聯設置在分壓電阻124及檢測電阻123之測定電容器126；電流限制電阻127；及開關128；測定電阻125係串 聯連接有檢測電阻123與分壓電阻124之構成。同樣地，絕緣檢測器120Ca係具備分壓電阻124a、檢測電阻123a、電壓檢測器121a、測定電容器126a、電流限制電阻127a、及開關128a，測定電阻125a係串聯連接有檢測電阻123a與分壓電阻124a之構成，絕緣檢測器120Cb係具備分壓電阻124b、檢測電阻123b、電壓檢測器121b、測定電容器126b、電流限制電阻127b、及開關128b，測定電阻125b係串聯連接有檢測電阻123b與分壓電阻124b之構成。絕緣檢測器120C係可進行反向器115及馬達112之檢測，絕緣檢測器120Ca係可進行反向器115a及馬達112a之檢測，絕緣檢測器120Cb係可進行反向器115b及馬達112b之檢測。
絕緣檢測器120C，120Ca，120Cb之各者所具有之電壓檢測器121，121a，121b的各者係透過開關160連接在A/D轉換器140及微電腦150。藉由切換開關160而可切換A/D轉換器140及微電腦150之連接處的電壓檢測器。在第52圖所示之構成中，雖可進行與第51圖所示之構成同樣的計測，但亦可同時進行3種計測。
第53圖係顯示第52圖之測定電阻125，125a，125b之兩端的電壓V的圖。例如，曲線170係顯示測定電阻125之兩端的電壓V，曲線171係顯示測定電阻125a之兩端的電壓V，曲線172係顯示測定電阻125b之兩端的電壓V。亦即，如實施形態32所述，為了求出趨近電壓值Va，可在電壓過渡性變化之區域中，以相同之時間間 隔進行3點之電壓的測定。
因此，亦可同時以絕緣檢測器120C，120Ca，120Cb來進行檢測。亦即，如第53圖所示，亦可一面以時間間隔△ta進行曲線170之電壓的檢測，一面以時間間隔△tb進行曲線171之電壓的檢測，並且以時間間隔△tc進行曲線172之電壓的檢測。如本實施形態所示，在第52圖之構成中，可縮短測定時間。
實施形態38.
在實施形態28至37中所說明之絕緣電阻的電阻值係因各種要因、例如溫度或濕度而變化。此外，絕緣電阻之劣化係耗費非常長之時間而進行之現象。因此，為了進行絕緣電阻之劣化的正確判定，並非採用某個瞬間之電阻值的測定結果，而應長時間蓄積所測定之結果，從所蓄積之測定結果讀取傾向來進行判定。
管理該蓄積之測定結果的一個方法係將複數次之診斷結果通知給外部之例如控制器並監視長時間之變化。此外，外部之控制器係可例示屬於數值控制控制器之NC控制器及上位控制器。如此，藉由監視長時間之變化，即可更正確地進行誤判定較少之診斷。此外，將測定溫度或濕度之機構設置在馬達內，並取得與絕緣電阻之檢測值的相關而處理資料時，可更正確地讀取傾向。
以上之實施形態所示之構成係顯示本發明之內容之一例者，亦可組合其他的習知技術，且在不脫離本發明之要旨的範圍內，可省略、變更構成之一部分。
10‧‧‧系統電源
11‧‧‧三相交流電源
12‧‧‧接觸器
20‧‧‧電氣機器
21‧‧‧整流電路
22‧‧‧機器內電容器
23‧‧‧反向器
24‧‧‧馬達
30‧‧‧絕緣檢測器
31‧‧‧電容器
32‧‧‧開關
33‧‧‧電壓檢測部
34‧‧‧控制部
35‧‧‧輸出部

Claims (9)

  1. 一種絕緣檢測器，係連接在電氣機器之P母線及N母線之任一者與連接前述反向器及前述負載之輸出線之間者，該電氣機器包含配置在交流電源與負載之間且將來自前述交流電源之交流電壓轉換成直流電壓之整流電路、及連接在前述整流電路之後段且用以驅動前述負載之反向器，前述絕緣檢測器係具備：電阻器；並聯連接在該電阻器之電容器；以及藉由檢測出前述電阻器之兩端的電壓或被分壓之一部分的電壓而測定前述絕緣檢測器之兩端之電壓值的電壓檢測器；由前述電壓檢測器所測定之前述電壓值，檢測出前述負載與對地或框體之間的絕緣電阻。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之絕緣檢測器，其中，依據在前述絕緣檢測器之兩端的電壓過渡性變化之狀態下測定3次以上之前述絕緣檢測器的兩端之電壓值、及測定前述絕緣檢測器之兩端的電壓值的時刻間之時間間隔，來推定前述絕緣電阻之值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之絕緣檢測器，其中，由前述絕緣檢測器之兩端的電壓之交流變動成分的振幅來推定前述負載之浮遊電容。
  4. 一種絕緣檢測器，係透過開關而連接在電氣機器之P母線及N母線之任一者與連接前述反向器及前述負載之輸出線之間者，該電氣機器包含配置在交流電源與 負載之間且將來自前述交流電源之交流電壓轉換成直流電壓之整流電路、及連接在前述整流電路之後段且用以驅動前述負載之反向器，前述絕緣檢測器係具備：電阻器；並聯連接在該電阻器之電容器；以及藉由檢測出前述電阻器之兩端的電壓或被分壓之一部分的電壓而測定前述絕緣檢測器之兩端之電壓值的電壓檢測器；由前述電壓檢測器所測定之前述電壓值，檢測出前述負載與對地或框體之間的絕緣電阻。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之絕緣檢測器，其中，前述絕緣檢測器之一端係連接在P母線及N母線之任一方，在前述反向器之動作中，前述絕緣檢測器之另一端係透過開關而連接在前述P母線及N母線之另一方，當停止前述反向器而進行前述絕緣電阻之檢測時，係成為切換前述開關而將前述絕緣檢測器之另一端切換成前述反向器之輸出線的構成。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之絕緣檢測器，其中，依據在前述絕緣檢測器之兩端的電壓過渡性變化之狀態下測定3次以上之前述絕緣檢測器的兩端之電壓值、及測定前述絕緣檢測器之兩端的電壓值的時刻間之時間間隔，來推定前述絕緣電阻之值。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之絕緣檢測器，其中，由 前述絕緣檢測器之兩端的電壓之交流變動成分的振幅來推定前述負載之浮遊電容。
  8. 一種電氣機器，係包含申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之絕緣檢測器。
  9. 一種電氣機器，係包含申請專利範圍第4項至第7項中任一項所述之絕緣檢測器。
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