專利名稱：絕緣劣化診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣劣化診斷裝置，該絕緣劣化診斷裝置檢測從連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路(electric path)泄漏的電流,并實施絕緣劣化診斷。
背景技術(shù)：
在被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備中，可以舉出電動機、不停電電源裝置(UPS:Uninterruptible Power Supply)、電磁烹調(diào)器、以及照明等，但無論哪個設(shè)備都由于經(jīng)年劣化而產(chǎn)生絕緣劣化。例如，在用于搬送機等中的電動機中，伴隨與電動機連結(jié)的作業(yè)臺的頻繁移動，與用于供電的導(dǎo)體電纜摩擦、產(chǎn)生扭曲和伸縮，從而存在導(dǎo)體皮膜損傷的情況，另外，在用于切削加工機等中的電動機中，切削液、油等飛濺到電動機，并有時順著軸等侵蝕至內(nèi)部的絕緣材料。 這樣，被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備的絕緣劣化雖然由于使用環(huán)境、部件的耐久性而劣化程度不同，但經(jīng)由產(chǎn)生了該絕緣劣化的部位而流過泄漏電流，成為向人體觸電的危險、漏電斷路器工作的主要原因。漏電斷路器是為了未然地防止向人體的觸電而設(shè)置的。人命第一是當(dāng)然，但如果漏電斷路器一旦工作，則包括相應(yīng)的電動機的裝置、設(shè)備停止，所以為了確定漏電的原因以及部位、以及恢復(fù)而花費時間，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率降低。作為測量這樣的泄漏電流的手段，例如，如專利文獻I的圖2、專利文獻2的圖I、專利文獻3的圖I所示，在向被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備的供電電線路的途中，配置測量去路和歸路的差分電流分量、三相交流的零相電流的零相變流器(ZCT Zero 一 phase CurrentTransformer),或者在各相中配置變流器(CT Current Transformer)、霍爾CT、分流電阻等電流檢測器，對全相的輸出信號進行總和運算，從而計算泄漏電流。近年來，例如，提出了絕緣劣化診斷裝置，該絕緣劣化診斷裝置如專利文獻4的圖I所示，通過開關(guān)將向電動機的供電電路切換為包括絕緣電阻以及接地線的閉合電路，通過整流電路對施加到電動機的控制電路的交流電壓進行整流，利用所得到的直流電壓，對流向所述閉合電路的電流進行測量，從而檢測絕緣劣化。在該情況下，泄漏電流是直流分量，所以無法使用以交流分量的檢測為對象的零相變流器、變流器，而使用能夠檢測直流分量的元件，例如霍爾CT、分流電阻。專利文獻I :日本特開2003 — 284235號公報(圖2)專利文獻2 :日本特開平4 - 132969 (圖I)專利文獻3 :日本特開2001 - 124814 (圖I)專利文獻4 :日本特開2007 - 159289號公報(圖I)專利文獻5 :日本特開平7 - 239359號公報(圖3)專利文獻6 :日本特開昭63 — 85380號公報(圖I)
發(fā)明內(nèi)容
絕緣劣化的開端、進展程度根據(jù)使用環(huán)境而不同，所以需要定期地實施絕緣劣化的診斷。但是，如專利文獻4那樣，通過開關(guān)等切換為絕緣劣化診斷用的供電電路來實施絕緣劣化診斷的絕緣劣化診斷裝置雖然能夠高精度地實施絕緣劣化診斷，但需要完全停止向被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備的供電。因此，在需要長期進行連續(xù)運轉(zhuǎn)的負載設(shè)備中，在完全停止供電之前，無法實施絕緣劣化診斷，存在無法未然地檢測絕緣劣化的課題。從這樣的觀點來看，在漏電斷路器、漏電保護繼電器等中也使用的零相變流器適合于平常測量。但是，能夠用零相變流器測量的泄漏電流在高精度品種中是ImA以上、在通用品種中是幾mA以上，存在只在負載設(shè)備的絕緣劣化充分進展了的狀態(tài)下能夠檢測這樣的課題。同樣地，在使用了霍爾元件、磁阻元件等薄膜磁檢測元件的CT、分流電阻中，也能夠測量交流電流，所以對負載設(shè)備驅(qū)動中的電流測量是有效的。但是，由于I)薄膜磁檢測元件的輸出相對于周邊溫度變化而變動；2)分流電阻由于電阻值小，所以針對微小電流的輸出電壓小，電阻值的偏差、周邊溫度對測定精度造成的影響大，等理由，不適合于微小電 流測量。在適合于平常測量的零相變流器中，為了高靈敏度地對從零相電流產(chǎn)生的零相磁場進行集磁，作為構(gòu)成部件，使用高磁導(dǎo)率的磁性材料，一般使用PC坡莫合金。但是，PC坡莫合金具有根據(jù)施加磁場的頻率而磁特性不同這樣的頻率特性，并具有隨著頻率的增加而磁導(dǎo)率降低的特性。被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備一般情況下能夠通過控制供電的電壓、電流的頻率來高效地控制負載設(shè)備的驅(qū)動。例如，被逆變器驅(qū)動的電動機一般情況下能夠通過控制驅(qū)動電壓頻率來控制驅(qū)動轉(zhuǎn)速，所以驅(qū)動轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電壓頻率處于比例關(guān)系。另外，在驅(qū)動電壓頻率的調(diào)制中，使用逆變器，并采用V/f恒定控制，在該V/f恒定控制中，將施加到電動機的各相的驅(qū)動電壓與驅(qū)動電壓頻率之比控制為恒定。如果驅(qū)動電壓頻率變低，則對電動機的各相施加的驅(qū)動電壓變低，如果驅(qū)動電壓頻率變高，則對電動機的各相施加的驅(qū)動電壓變高。即，在電動機低速旋轉(zhuǎn)的情況下想要測量從電線路泄漏的電流時，由于對電動機的各相施加的驅(qū)動電壓低，所以從絕緣劣化了的部位泄漏的電流成為微小電流。這樣，在通過零相變流器測量從被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備泄漏的電流的情況下，根據(jù)對負載設(shè)備供電的驅(qū)動電壓值、驅(qū)動電壓頻率，作為測量對象的零相電流成為微小電流，進而還受到PC坡莫合金的頻率特性的影響，存在無法高精度地測量這樣的課題。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在寬的頻率范圍中高精度地測量從被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備泄漏的電流的絕緣劣化診斷裝置。為了達成上述目的，本發(fā)明的第I方式提供一種絕緣劣化診斷裝置，對連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路的絕緣劣化進行診斷，具備零相變流器，具有環(huán)狀的磁性體芯、卷繞在該磁性體芯的勵磁線圈、以及卷繞在該磁性體芯的檢測線圈，該零相變流器用于檢測電線路的零相電流；勵磁控制電路，用于對勵磁線圈供給具有負載設(shè)備的驅(qū)動頻率的2倍以上的頻率的交流電流，對磁性體芯進行勵磁；以及頻率抽出電路，用于從檢測線圈的輸出信號中，抽出規(guī)定的頻率分量。
在本發(fā)明的第I方式中，優(yōu)選地，還具備用于檢測對負載設(shè)備供電的電流波形或者電壓波形的檢測器，根據(jù)該檢測器的輸出信號，控制對勵磁線圈供給的電流。在本發(fā)明的第I方式中，優(yōu)選地，還具備用于根據(jù)所述檢測器的輸出信號計算驅(qū)動頻率的頻率運算電路，頻率抽出電路從檢測線圈的輸出信號中,抽出與驅(qū)動頻率相同的頻率分量。在本發(fā)明的第I方式中，優(yōu)選地，頻率抽出電路抽出磁性體芯的勵磁頻率的2倍波分量。在本發(fā)明的第I方式中，優(yōu)選地，還具備用于根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果判定勵磁控制電路可否工作的工作判定電路。在本發(fā)明的第I方式中，優(yōu)選地，還具備用于根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果判定·可否進行絕緣劣化診斷工作的診斷判定電路。另外，本發(fā)明的第2方式提供一種絕緣劣化診斷裝置，對連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路的絕緣劣化進行診斷，具備多個零相變流器，具有相互不同的磁飽和電平，用于檢測電線路的零相電流；檢測器，用于檢測對負載設(shè)備供電的電流波形或者電壓波形；頻率運算電路，用于根據(jù)該檢測器的輸出信號，計算負載設(shè)備的驅(qū)動頻率；以及變換判定電路，根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果，判定使用來自多個零相變流器中的哪一個零相變流器的輸出信號來進行絕緣劣化診斷。另外，本發(fā)明的第3方式提供一種絕緣劣化診斷裝置，對連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路的絕緣劣化進行診斷，具備零相變流器，用于檢測電線路的零相電流；檢測器，用于檢測對負載設(shè)備供電的電流波形或者電壓波形；頻率運算電路，用于根據(jù)該檢測器的輸出信號，計算負載設(shè)備的驅(qū)動頻率；以及靈敏度調(diào)整單元，用于根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果，調(diào)整零相變流器的靈敏度。在本發(fā)明的第3方式中，優(yōu)選地，磁飽和變更單元通過變更零相變流器中包含的磁性體芯的溫度、或者對磁性體芯施加的應(yīng)力，來調(diào)整零相變流器的靈敏度。根據(jù)本發(fā)明，即使在負載設(shè)備的驅(qū)動頻率發(fā)生變化的情況下，也能夠通過變更所使用的零相變流器的靈敏度或者磁飽和電平來降低驅(qū)動頻率的依賴性，能夠高精度地測量零相電流。其結(jié)果，能夠?qū)嵤┛煽啃愿叩慕^緣劣化診斷。


圖I是示出本發(fā)明的實施方式I的絕緣劣化診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是示出零相變流器的一個例子的立體圖。圖3是示出零相電流發(fā)生的狀態(tài)的說明圖。圖4是概略地示出PC坡莫合金的頻率特性的說明圖，圖4A示出B — H曲線的頻率變化，圖4B示出相對磁導(dǎo)率的頻率變化。圖5是示出本發(fā)明的實施方式2的絕緣劣化診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖6是本實施方式的工作原理的說明圖，圖6A示出磁性體芯的B — H曲線以及勵磁磁場的波形，圖6B示出磁性體芯磁飽和的狀態(tài)，圖6C示出直流磁場重疊的狀態(tài)。
圖7是示出本發(fā)明的實施方式3的絕緣劣化診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖8是示出本發(fā)明的實施方式4的絕緣劣化診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖9是示出本發(fā)明的實施方式5的絕緣劣化診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖10是示出本發(fā)明的實施方式6的絕緣劣化診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖11是示出本發(fā)明的實施方式7的絕緣劣化診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。(符號說明)I :逆變器裝置；2 :控制裝置；3 :負載設(shè)備；4、31 :零相變流器；5 電流檢測器；6a、6b、6c :電線路；7 :頻率運算電路；8 :勵磁控制電路；9 :同步檢波電路；10 :絕緣劣化診斷電路；11 :顯示器；12 :2倍波檢波電路；13 :工作判定電路；14 :診斷判定電路；15 :磁性體芯；16 :勵磁線圈；17 :檢測線圈；32 :變換判定電路；33 :溫度控制電路；34 :應(yīng)力控制電 路；90 :處理電路；IOf 107 :絕緣劣化診斷裝置。
具體實施例方式實施方式I.圖I是示出本發(fā)明的實施方式I的絕緣劣化診斷裝置101的結(jié)構(gòu)圖。在逆變器裝置I與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備3之間，連接有多個電線路6a、6b、6c。例如，在三相驅(qū)動的情況下，使用3條電線路，在單相驅(qū)動的情況下，使用2條電線路。另外，逆變器裝置I的接地端子和負載設(shè)備3的接地端子也可以通過地線連線。逆變器裝置I具有根據(jù)控制裝置2的指令信號對從前級的轉(zhuǎn)換器等輸入的直流信號進行調(diào)制的功能，輸出具有由控制裝置2指令的振幅、頻率的交流信號。負載設(shè)備3根據(jù)從逆變器裝置I經(jīng)由電線路6a、6b、6c輸入的交流信號被驅(qū)動。在被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備3中，例如可以舉出電動機、不停電電源裝置(UPS)、電磁烹調(diào)器、照明等。絕緣劣化診斷裝置101具備零相變流器4、電流檢測器5、頻率運算電路7、勵磁控制電路8、處理電路90、以及顯示器11等。零相變流器4設(shè)置于電線路6a、6b、6c的途中，具有檢測供電電線路的零相電流的功能。零相電流是指，經(jīng)由絕緣電阻流向大地的泄漏電流。圖2是示出零相變流器4的一個例子的立體圖。零相變流器4檢測對流入負載設(shè)備3的三相電流(Ia+Ib+Ic)進行總和而得到的零相電流，由環(huán)狀的磁性體芯15、卷繞在磁性體芯15的勵磁線圈16、以及卷繞在磁性體芯15的檢測線圈17等構(gòu)成。成為檢測對象的
3條電線路6a、6b、6c被配置成貫通磁性體芯15的內(nèi)側(cè)。另外，在圖2中，為易于理解，將勵磁線圈16以及檢測線圈17表現(xiàn)為偏向局部卷繞的形式，但為了抑制線圈的卷繞不均、外部磁場等所致的輸出變動，通常情況下，將勵磁線圈16以及檢測線圈17都均等地卷繞在磁性體芯15的全周。另外，在磁性體芯15上直接卷繞了各線圈，但為了防止由于繞組應(yīng)力產(chǎn)生的磁性體芯15的特性劣化，也可以例如在內(nèi)部封入了磁性體芯15的樹脂制殼體的外面實施繞組加工。返回圖1，電流檢測器5具有檢測對負載設(shè)備3供電的電流波形的功能，例如由分流電阻、或者使用了霍爾元件、磁阻元件(MR元件)的變流器等構(gòu)成。另外，也可以代替電流檢測器5，而使用檢測對負載設(shè)備3供電的電壓波形的電壓檢測器。頻率運算電路7具有根據(jù)由電流檢測器5測量的電流波形來計算負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd的功能，例如由頻率計數(shù)器等構(gòu)成。勵磁控制電路8具有如下功能，即，對零相變流器4的勵磁線圈16供給具有負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd的2倍以上的頻率fe 2Xfd)的交流電流而使磁性體芯15勵磁，該勵磁控制電路8例如由頻率可變振蕩器和功率放大器的組合等構(gòu)成。處理電路90實施零相變流器4的輸出信號處理以及絕緣劣化診斷，在本實施方式中，由同步檢波電路9和絕緣劣化診斷電路10等構(gòu)成。同步檢波電路9使用由頻率運算電路7計算出的驅(qū)動頻率fd，從零相變流器4的檢測線圈17的輸出信號中抽出與驅(qū)動頻率fd相同的頻率分量。絕緣劣化診斷電路10例如由微處理器等構(gòu)成，根據(jù)來自同步檢波電路9的輸出信號來實施絕緣劣化診斷。顯示器11顯示絕緣劣化診斷的結(jié)果，例如由顯示器等構(gòu)成。另外，也可以代替顯示器11，而使用漏電斷路器、漏電繼電器、警告蜂鳴器等安保設(shè)備，能夠適當(dāng)選擇符合負載設(shè)備3的絕緣劣化診斷后的運用方法的手段。 接下來，說明絕緣劣化診斷方法。最初，說明勵磁控制電路8未工作的情況。零相變流器4使零相磁場集磁到磁性體芯15，并且電流經(jīng)由連接于檢測線圈17的端子之間的負擔(dān)電阻(未圖示)流過以消除被集磁的磁通，其中，所述零相磁場是從流入電線路6a、6b、6c的單相的往返電流或者對二相至三相電流進行總和而得到的零相電流產(chǎn)生的。假設(shè)將耦合系數(shù)設(shè)為1，則零相電流除以檢測線圈17的卷繞數(shù)而得到的電流值流入檢測線圈17。因此，能夠檢測與卷繞數(shù)比對應(yīng)的電流，所以被稱為變流器。圖3A 圖3C是示出發(fā)生零相電流的狀態(tài)的說明圖。如圖3A所示，例如設(shè)想頻率60Hz的三相交流電流(實線U相、虛線V相、灰色線W相)分別流入電線路6a、6b、6c的情況。相對于此，如圖3B所示，在只有一相(例如，V相)產(chǎn)生泄漏電流而峰值不同的情況下，如圖3C所示，零相電流成為60Hz的電流。即，對零相變流器4的磁性體芯15施加的零相磁場的頻率為60Hz。通過逆變器驅(qū)動方式，以期望的電流值以及頻率，對負載設(shè)備3進行驅(qū)動。對負載設(shè)備3供電的電流的頻率根據(jù)負載設(shè)備3的驅(qū)動條件而變化，相伴于此，零相電流的頻率也在例如接近直流的幾Hz至幾百Hz的范圍內(nèi)發(fā)生變化。此時，零相變流器4的磁性體一般具有相對施加磁場的頻率而磁特性不同這樣的頻率特性。為了高靈敏度地對零相電流等微小電流進行集磁而使用的PC坡莫合金也是根據(jù)頻率而特性變化的磁性材料之一。圖4A和圖4B是概略地示出了 PC坡莫合金的頻率特性的說明圖，圖4A示出B — H曲線的頻率變化，圖4B示出相對磁導(dǎo)率的頻率變化。可以判斷,根據(jù)施加磁場的頻率,B -H曲線的斜率(相當(dāng)于空氣中的磁導(dǎo)率X相對磁導(dǎo)率)發(fā)生變化，相比于60Hz，在15Hz時，相對磁導(dǎo)率大，檢測靈敏度高。另外，無論頻率多少，飽和磁通密度都是恒定的。 因此，在施加了有效值相同但頻率不同的零相磁場的情況下，越是低頻，檢測靈敏度越高，但磁性體芯容易達到磁飽和狀態(tài)，其結(jié)果零相電流的測量精度會劣化，測量范圍也會變窄。接下來，說明勵磁控制電路8工作的情況。能夠通過頻率運算電路7獲取負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd。勵磁控制電路8針對負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd，選定滿足使用者規(guī)定的采樣率(驅(qū)動頻率fd的2倍以上)的勵磁頻率fe,輸出勵磁電流。該勵磁電流流入零相變流器4的勵磁線圈16而發(fā)生勵磁磁場，并集磁到磁性體芯15。另外，勵磁磁場的工作范圍優(yōu)選為，僅使用磁性體芯15的BH特性的線性區(qū)域，即使在通過零相電流得到的磁場(零相磁場)重疊了的情況下，也不會磁飽和。在勵磁磁場的有效值以及頻率大于零相磁場的情況下，在被集磁于磁性體芯15的磁場中，勵磁磁場占主導(dǎo),成為在該勵磁磁場上重疊了零相磁場的狀態(tài)。即，在零相變流器4的輸出信號中，混合存在測量對象頻率和勵磁頻率的分量。同步檢波電路9從零相變流器4的 輸出信號中抽出與驅(qū)動頻率fd相同的頻率分量。通過采用同步檢波，能夠以高的S/N比，僅抽出零相變流器4的輸出信號中包含的測量對象頻率的信號分量。此時，即使在檢測到相同的零相電流值的情況下，只要勵磁頻率不同，則根據(jù)磁性體芯15的頻率特性，通過同步檢波抽出的信號分量值也不同。作為其對策，通過在絕緣劣化診斷電路10中設(shè)置根據(jù)零相變流器4的頻率特性來校正所檢測到的零相電流的功能，從而能夠降低驅(qū)動頻率的依賴性。其結(jié)果，能夠在絕緣劣化診斷電路10中，實施高精度的絕緣劣化診斷。顯示器11根據(jù)由處理電路90計算出的絕緣電阻值、泄漏電流值進行處理，能夠?qū)κ褂谜叽龠M例如絕緣電阻值、泄漏電流值的時序列推移、負載設(shè)備3的壽命、故障警報。另夕卜，為了計算絕緣電阻值，需要對負載設(shè)備施加的相電壓的值，但也可以通過計算來求出對負載設(shè)備施加的相電壓的關(guān)系。例如，在負載設(shè)備3是電動機的情況下，可以根據(jù)電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)速、極數(shù)等來計算，可以根據(jù)零相電流以及相電壓，依照歐姆法則，計算絕緣電阻值。另外，雖然說明了在處理電路90中作為抽出與驅(qū)動頻率fd相同的頻率分量的電路而使用了同步檢波電路的例子，但也可以作為該同步檢波電路的替代，而使用抽出驅(qū)動頻率fd附近的信號分量的帶通濾波器。這樣，根據(jù)本實施方式，即使在驅(qū)動頻率fd低的情況下，通過以比驅(qū)動頻率fd高的頻率fe (優(yōu)選為fe ^ 2Xfd)使磁性體芯15勵磁，從而也能夠防止磁性體芯15的磁飽和。另外，通過根據(jù)零相變流器4的頻率特性來校正所檢測出的零相電流，從而能夠降低驅(qū)動頻率的依賴性。其結(jié)果，能夠?qū)嵤┛煽啃愿叩慕^緣劣化診斷。實施方式2.圖5是示出本發(fā)明的實施方式2的絕緣劣化診斷裝置102的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的絕緣劣化診斷裝置102具有與實施方式I的絕緣劣化診斷裝置101同樣的結(jié)構(gòu)，但代替同步檢波電路9，而使用了 2倍波檢波電路12，該2倍波檢波電路12用于從零相變流器4的輸出信號中抽出磁性體芯15的勵磁頻率fe的2倍波分量(2Xfe)。圖6A 圖6C是本實施方式的工作原理的說明圖，圖6A示出磁性體芯15的B — H曲線以及勵磁磁場的波形，圖6B示出磁性體芯15磁飽和的狀態(tài)，圖6C示出重疊了直流磁場的狀態(tài)。如圖6A所示，在對磁性體芯15施加了正弦波的勵磁磁場H的狀態(tài)下波形的一部分達到了磁飽和電平的情況下,如圖6B所示，在磁飽和的期間，磁性體內(nèi)的磁通密度B的變化為零，依照電磁感應(yīng)法則，檢測線圈17中的檢測電壓V是零。在該狀態(tài)下，如圖6C所示，對正弦波的勵磁磁場重疊了恒定的直流磁場Hdc的情況下，正側(cè)的飽和期間變長，負側(cè)的飽和期間變短。因此，檢測線圈17中的檢測電壓V的成為零的時間間隔在倍周期不同。
該檢測電壓的2倍波信號分量的有效值與重疊于磁性體芯15的直流磁場大致成比例，所以能夠計算直流磁場的有效值。即使在重疊的磁場并不是直流磁場而是交流磁場的情況下，只要針對交流磁場的頻率將勵磁頻率設(shè)定得充分大，也能夠?qū)畲糯艌龅拿總€波的交流磁場變化局部地捕捉為直流磁場，所以直流以及交流的哪個磁場都能夠測量。在上述實施方式I中，前提是勵磁磁場的工作范圍只使用磁性體芯15的BH特性的線性區(qū)域，即使在重疊了通過零相電流產(chǎn)生的零相磁場的情況下也不磁飽和，但在本實施方式中,勵磁磁場的工作范圍使用包括磁性體芯15的BH特性的飽和區(qū)域的區(qū)域。勵磁控制電路8針對負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd，選定滿足使用者規(guī)定的采樣率(驅(qū)動頻率fd的2倍以上)的勵磁頻率fe，對零相變流器4的勵磁線圈16供給該勵磁頻率fe下的最佳的勵磁電流(即,磁性體芯磁飽和的勵磁電流)。2倍波檢波電路12從零相變流器4的輸出信號中，抽出勵磁頻率fe的2倍的頻率波分量(2Xfe)，抽出零相電流所致的變化量。此時，即使在檢測到相同的零相電流值的情況下，只要勵磁頻率不同，也根據(jù)磁性體芯15的頻率特性而所抽出的信號分量值不同。作 為其對策，通過在絕緣劣化診斷電路10中設(shè)置根據(jù)零相變流器4的頻率特性來校正所檢測到的零相電流的功能，從而能夠降低驅(qū)動頻率的依賴性。其結(jié)果，能夠在絕緣劣化診斷電路10中，實施高精度的絕緣劣化診斷。另外，說明了在處理電路90中作為抽出勵磁頻率fe的2倍波信號分量的電路而使用了 2倍波檢波電路的例子，但也可以作為該2倍波檢波電路的代替，使用抽出頻率波分量(2Xfe)附近的信號分量的帶通濾波器。這樣，根據(jù)本實施方式，通過將磁飽和期間的變化作為勵磁頻率fe的2倍的頻率波分量(2X fe)的變化而抽出，從而能夠高精度地檢測零相電流。另外，通過根據(jù)零相變流器4的頻率特性來校正所檢測到的零相電流，從而能夠降低驅(qū)動頻率的依賴性。其結(jié)果，能夠?qū)嵤┛煽啃愿叩慕^緣劣化診斷。實施方式3.圖7是示出本發(fā)明的實施方式3的絕緣劣化診斷裝置103的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的絕緣劣化診斷裝置103具有與實施方式I的絕緣劣化診斷裝置101同樣的結(jié)構(gòu)，但在頻率運算電路7與勵磁控制電路8之間追加了工作判定電路13。工作判定電路13例如由微處理器等構(gòu)成，根據(jù)頻率運算電路7的運算結(jié)果進行閾值判定，根據(jù)判定結(jié)果，判定是否通過勵磁控制電路8進行勵磁工作。絕緣劣化診斷最好經(jīng)常實施，但也有時可以根據(jù)負載設(shè)備3的運轉(zhuǎn)狀況等而定期地進行診斷。另外，由于磁性體芯15的勵磁工作，功耗增加。作為其對策，考慮根據(jù)負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd來控制磁性體芯15的勵磁工作。即，對于低頻帶的零相電流，使勵磁控制電路8工作，對于商用頻率或高頻帶的零相電流，不使勵磁控制電路8工作，而使其作為一般已知的零相變流器4工作，從而能夠抑制功耗。使用者也可以考慮負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd的下限值、上限值而任意地設(shè)定用于判定可否工作的閾值頻率。另外，在本實施方式中，說明了在實施方式I的結(jié)構(gòu)中追加了工作判定電路13的例子，但也可以在實施方式2的結(jié)構(gòu)中在頻率運算電路7與勵磁控制電路8之間追加工作判定電路13。在該情況下，磁通量閘門方式的零相變流器4在磁性體芯15的BH特性中勵磁至飽和區(qū)域，所以與應(yīng)用于實施方式I的情況相比，功耗的抑制效果好。實施方式4.圖8是示出本發(fā)明的實施方式4的絕緣劣化診斷裝置104的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的絕緣劣化診斷裝置104具有與實施方式3的絕緣劣化診斷裝置103同樣的結(jié)構(gòu)，但在頻率運算電路7與工作判定電路13之間追加了診斷判定電路14。診斷判定電路14例如由微處理器等構(gòu)成，根據(jù)頻率運算電路7的運算結(jié)果，判定是否通過處理電路90實施絕緣劣化診斷。在實施方式I至實施方式3的各結(jié)構(gòu)中，關(guān)于從勵磁控制電路8輸出的勵磁電流的頻率，針對負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd選定了滿足使用者規(guī)定的采樣率(驅(qū)動頻率fd的2倍以上)的勵磁頻率fe。但是，雖然根據(jù)負載設(shè)備3的使用環(huán)境、用途而不同，但只要是進行恒定工作、單調(diào)工作的用途，則從逆變器驅(qū)動的概念來看，負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd也不 會急劇變化。另外，在絕緣劣化診斷中，相比于診斷的適應(yīng)性，定期并且高精度地診斷絕緣劣化是更重要的。S卩，為了高精度地診斷絕緣劣化，優(yōu)選在負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd穩(wěn)定的狀態(tài)下實施。因此，優(yōu)選在勵磁控制電路8以及工作判定電路13的前級，設(shè)置診斷判定電路14，該診斷判定電路14判定負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd的變動，向后級電路的工作判定電路13以及檢測電路90發(fā)出進行絕緣劣化診斷的指令。另外，也可以為了診斷絕緣劣化，在控制裝置2中設(shè)置以恒定的頻率驅(qū)動負載設(shè)備3的絕緣劣化診斷模式。特別是，在被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備3是電動機的情況下，只要在電動機的負載環(huán)境、驅(qū)動環(huán)境中沒有特別的限制，就將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)速設(shè)定為高速旋轉(zhuǎn)。電動機一般情況下能夠通過控制驅(qū)動電壓頻率來控制驅(qū)動轉(zhuǎn)速，驅(qū)動轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電壓頻率處于比例關(guān)系。另外，作為控制方式，采用V/f恒定控制的情況較多，在所述V/f恒定控制中，將對電動機的各相施加的驅(qū)動電壓和驅(qū)動電壓頻率之比控制為恒定。因此，如果驅(qū)動電壓頻率變高，則對電動機的各相施加的驅(qū)動電壓變高，所以經(jīng)由絕緣電阻而泄漏的電流必然變大，變得容易實施絕緣劣化診斷。但是，在搬送機的平臺移動、加工機的車床等能夠自由移動的沖程短的情況下，無法提高驅(qū)動轉(zhuǎn)速，還有時無法將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)速設(shè)定為低速旋轉(zhuǎn)。在這樣的情況下，在本實施方式I至實施方式3中敘述的內(nèi)容是有效的。實施方式5.圖9是示出本發(fā)明的實施方式5的絕緣劣化診斷裝置105的結(jié)構(gòu)圖。在逆變器裝置I與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備3之間，連接多個電線路6a、6b、6c。例如，在三相驅(qū)動的情況下，使用3條電線路，在單相驅(qū)動的情況下，使用2條電線路。另外，逆變器裝置I的接地端子和負載設(shè)備3的接地端子也可以通過地線連線。逆變器裝置I具有根據(jù)控制裝置2的指令信號對從前級的轉(zhuǎn)換器等輸入的直流信號進行調(diào)制的功能，輸出具有由控制裝置2指令的振幅、頻率的交流信號。根據(jù)從逆變器裝置I經(jīng)由電線路6a、6b、6c輸入的交流信號，驅(qū)動負載設(shè)備3。在被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備3中，例如可以舉出電動機、不停電電源裝置(UPS)、電磁烹調(diào)器、照明等。絕緣劣化診斷裝置105具備多個(此處為2個)零相變流器4、31、電流檢測器5、頻率運算電路7、變換判定電路32、處理電路90、以及顯示器11等。零相變流器4、31設(shè)置于電線路6a、6b、6c的途中，具有檢測供電電線路的零相電流的功能。零相電流表示經(jīng)由絕緣電阻而流入大地的泄漏電流。零相變流器4、31檢測對流入負載設(shè)備3的三相電流(Ia+Ib+Ic)進行總和而得到的零相電流，由環(huán)狀的磁性體芯、和卷繞在磁性體芯的檢測線圈等構(gòu)成。成為檢測對象的3條電線路6a、6b、6c被配置成貫通磁性體芯的內(nèi)側(cè)。電流檢測器5具有檢測對負載設(shè)備3供電的電流波形的功能，例如由分流電阻、或者使用了霍爾元件、磁阻元件(MR元件)的變流器等構(gòu)成。另外，也可以代替電流檢測器5，而使用檢測對負載設(shè)備3供電的電壓波形的電壓檢測器。頻率運算電路7具有根據(jù)由電流檢測器5測量出的電流波形來計算負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd的功能，例如由頻率計數(shù)器等構(gòu)成。變換判定電路32例如由微處理器等構(gòu)成，根據(jù)頻率運算電路7的運算結(jié)果，判定使用來自多個零相變流器4、31中的哪一個零相變流器的輸出信號來進行絕緣劣化診斷。
處理電路90實施零相變流器4的輸出信號處理以及絕緣劣化診斷，在本實施方式中，由同步檢波電路9和絕緣劣化診斷電路10等構(gòu)成。同步檢波電路9使用由頻率運算電路7計算出的驅(qū)動頻率fd，從零相變流器4的檢測線圈17的輸出信號中抽出與驅(qū)動頻率fd相同的頻率分量。絕緣劣化診斷電路10例如由微處理器等構(gòu)成，根據(jù)來自同步檢波電路9的輸出信號來實施絕緣劣化診斷。顯示器11顯示絕緣劣化診斷的結(jié)果，例如由顯示器等構(gòu)成。另外，也可以代替顯示器11，而使用漏電斷路器、漏電繼電器、警告蜂鳴器等安保設(shè)備，能夠適當(dāng)選擇符合負載設(shè)備3的絕緣劣化診斷后的運用方法的手段。在本實施方式中，除了零相變流器4以外還設(shè)置了 I個以上的零相變流器31。零相變流器4、31具有相互不同的磁飽和電平，例如，零相變流器31的磁性體芯的體積大于零相變流器4的磁性體芯的體積。在測量低頻的零相電流的情況下，零相磁場的頻率越低，零相變流器的磁性體芯越易于磁飽和。如果產(chǎn)生磁飽和，則檢測線圈中流過的電流波形無法再現(xiàn)零相電流的波形，所以其結(jié)果，零相變流器4的測量精度降低。為了防止該現(xiàn)象，優(yōu)選使用針對低頻的零相磁場也不產(chǎn)生磁飽和的零相變流器。因此，通過同時設(shè)置磁性體芯的體積比零相變流器4大的零相變流器31，從而能夠高精度地測量低頻的零相電流。但是，如果增大磁性體芯的體積，則產(chǎn)生與線圈的卷繞長度增加相伴的繞組電阻增加、或者與磁性體芯剖面積增加相伴的線圈電感增加，測量精度也有時根據(jù)測量對象的零相電流的頻率而降低。因此，在本實施方式中，僅在測量低頻的零相電流的情況下，追加增大了磁性體芯的體積的零相變流器31，并設(shè)置了變換判定電路32，該變換判定電路32根據(jù)負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd，判定使用哪一個零相變流器4、31的輸出來進行絕緣劣化診斷。另外，也可以由使用者考慮負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd的下限值、上限值來任意地設(shè)定用于判定使用哪一個零相變流器4、31的輸出信號的閾值頻率。在本實施方式中，說明了使用磁性體芯的體積不同的2個零相變流器4、31的例子，但也可以使用磁性體芯的體積不同的3個以上的零相變流器，能夠根據(jù)所使用的零相變流器的個數(shù)來設(shè)定閾值頻率。這樣，根據(jù)本實施方式，在測量低頻的零相電流的情況下，通過使用變更了磁性體芯的體積以使得不會由于零相磁場而磁飽和的零相變流器31，從而不論驅(qū)動頻率fd為多少都能夠高靈敏度地測量零相電流。實施方式6.圖10是示出本發(fā)明的實施方式6的絕緣劣化診斷裝置106的結(jié)構(gòu)圖。在逆變器裝置I與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備3之間，連接多個電線路6a、6b、6c。例如，在三相驅(qū)動的情況下，使用3條電線路，在單相驅(qū)動的情況下，使用2條電線路。另外，逆變器裝置I的接地端子和負載設(shè)備3的接地端子也可以通過地線連線。逆變器裝置I具有根據(jù)控制裝置2的指令信號對從前級的轉(zhuǎn)換器等輸入的直流信號進行調(diào)制的功能，輸出具有由控制裝置2指令的振幅、頻率的交流信號。根據(jù)從逆變器裝置I經(jīng)由電線路6a、6b、6c輸入的交流信號，驅(qū)動負載設(shè)備3。在被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備3中，例如可以舉出電動機、不停電電源裝置(UPS)、電磁烹調(diào)器、照明等。
絕緣劣化診斷裝置106具備零相變流器4、電流檢測器5、頻率運算電路7、溫度控制電路33、處理電路90、以及顯示器11等。零相變流器4設(shè)置于電線路6a、6b、6c的途中，具有檢測供電電線路的零相電流的功能。零相電流是指，經(jīng)由絕緣電阻而流入大地的泄漏電流。零相變流器4檢測對流入負載設(shè)備3的三相電流(Ia+Ib+Ic)進行總和而得到的零相電流，由環(huán)狀的磁性體芯和卷繞在磁性體芯的檢測線圈等構(gòu)成。成為檢測對象的3條電線路6a、6b、6c被配置成貫通磁性體芯的內(nèi)側(cè)。電流檢測器5具有檢測對負載設(shè)備3供電的電流波形的功能，例如由分流電阻、或者使用了霍爾元件、磁阻元件(MR元件)的變流器等構(gòu)成。另外，也可以代替電流檢測器5，而使用檢測對負載設(shè)備3供電的電壓波形的電壓檢測器。頻率運算電路7具有根據(jù)由電流檢測器5測量的電流波形來計算負載設(shè)備3的驅(qū)動頻率fd的功能，例如由頻率計數(shù)器等構(gòu)成。溫度控制電路33具有如下功能，即，通過根據(jù)頻率運算電路7的運算結(jié)果來控制零相變流器4中包含的磁性體芯的溫度，從而調(diào)整零相變流器4的靈敏度。處理電路90實施零相變流器4的輸出信號處理以及絕緣劣化診斷，在本實施方式中，由同步檢波電路9和絕緣劣化診斷電路10等構(gòu)成。同步檢波電路9使用由頻率運算電路7計算出的驅(qū)動頻率fd，從零相變流器4的檢測線圈17的輸出信號中抽出與驅(qū)動頻率fd相同的頻率分量。絕緣劣化診斷電路10例如由微處理器等構(gòu)成，根據(jù)來自同步檢波電路9的輸出信號來實施絕緣劣化診斷。顯示器11顯示絕緣劣化診斷的結(jié)果，例如由顯示器等構(gòu)成。另外，也可以代替顯示器11，而使用漏電斷路器、漏電繼電器、警告蜂鳴器等安保設(shè)備，能夠適當(dāng)選擇符合負載設(shè)備3的絕緣劣化診斷后的運用方法的手段。在本實施方式中，在零相變流器4中包含的磁性體芯上卷繞加熱器線，將通過加熱器通電而產(chǎn)生的焦耳熱作為熱源，對磁性體芯進行加熱。另外，作為磁性體芯的溫度監(jiān)視器，也可以配置熱電偶等溫度傳感器。一般情況下，伴隨溫度上升，磁性體的磁特性劣化，所以磁導(dǎo)率(B - H曲線的斜率)降低。在本實施方式中，利用了與該溫度變化相伴的磁特性的劣化。在測量低頻的零相電流的情況下，為了針對低頻并且微小的零相磁場防止磁飽和，通過均勻地加熱零相變流器4的磁性體芯，從而能夠降低零相變流器4的靈敏度。但是，急劇的溫度控制是不實用的，所以優(yōu)選地預(yù)先設(shè)定測定時刻，并進行控制以使得僅在測量時成為零相變流器4的磁性體芯的溫度上升的狀態(tài)。另外，通過預(yù)先將磁性體芯的溫度、磁特性以及頻率之間的關(guān)系關(guān)聯(lián)起來，并在絕緣劣化診斷電路10中設(shè)置在測量時可相互運算的功能，由此能夠進行絕緣劣化診斷。另外，不僅設(shè)置對零相變流器4中包含的磁性體芯進行加熱的機構(gòu)，而且也可以設(shè)置對磁性體芯進行冷卻的機構(gòu)，例如自然冷卻單元、或者風(fēng)扇等強制冷卻單元。另外，也可以按照對零相變流器4的設(shè)置環(huán)境(空間)進行溫度控制的方式進行控制，以得到環(huán)境溫度與磁性體芯的溫度的相關(guān)。這樣，根據(jù)本實施方式，在測量低頻的零相電流的情況下，通過調(diào)整零相變流器4中包含的磁性體芯的溫度以使得不會由于零相磁場而磁飽和，從而能夠進行零相變流器4的靈敏度調(diào)整，所以不論驅(qū)動頻率fd為多都能夠高靈敏度地測量零相電流。 實施方式7.圖11是示出本發(fā)明的實施方式7的絕緣劣化診斷裝置107的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的絕緣劣化診斷裝置107具有與實施方式6的絕緣劣化診斷裝置106同樣的結(jié)構(gòu)，但代替溫度控制電路33，而設(shè)置了壓力控制電路33，該壓力控制電路33用于使對零相變流器4中包含的磁性體芯施加的應(yīng)力發(fā)生變化。在本實施方式中，例如，可以在零相變流器4的磁性體芯上安裝壓電元件，并根據(jù)壓電元件的施加電壓，來控制磁性體芯的內(nèi)部應(yīng)力。一般情況下，伴隨應(yīng)力變化，磁性體的磁特性發(fā)生變化，磁導(dǎo)率(B - H曲線的斜率)也發(fā)生變化。在本實施方式中，利用了與該應(yīng)力變化相伴的磁特性的變化。在測量低頻的零相電流的情況下，為了針對低頻并且微小的零相磁場防止磁飽和，可以通過對零相變流器4的磁性體芯提供應(yīng)力，來降低零相變流器4的靈敏度。作為表示這樣的壓力依賴性的磁性體，可以使用非晶形FeSiB等。但是，急劇的應(yīng)力控制是不實用的，所以優(yōu)選地預(yù)先設(shè)定測定時刻，并進行控制以使得僅在測量時成為對零相變流器4的磁性體芯施加了應(yīng)力的狀態(tài)。另外，預(yù)先將磁性體芯的內(nèi)部應(yīng)力、磁特性以及頻率之間的關(guān)系關(guān)聯(lián)起來，并在絕緣劣化診斷電路10中設(shè)置在測量時可相互運算的功能，由此能夠進行絕緣劣化診斷。另外，針對應(yīng)力的有無沒有可逆特性的磁性材料并不是本實施方式的對象，例如非晶形FeSiB等是針對來自外部的形變所致的應(yīng)力而其磁特性具有可逆特性。這樣，根據(jù)本實施方式，在測量低頻的零相電流的情況下，調(diào)整零相變流器4中包含的磁性體芯的內(nèi)部應(yīng)力以使得不會由于零相磁場而磁飽和，由此能夠進行零相變流器4的靈敏度調(diào)整，所以不論驅(qū)動頻率fd為多少都能夠高靈敏度地測量零相電流。
權(quán)利要求
1.一種絕緣劣化診斷裝置，對連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路的絕緣劣化進行診斷，其特征在于，具備 零相變流器，具有環(huán)狀的磁性體芯、卷繞在該磁性體芯的勵磁線圈、以及卷繞在該磁性體芯的檢測線圈，該零相變流器用于檢測電線路的零相電流； 勵磁控制電路，用于對勵磁線圈供給具有負載設(shè)備的驅(qū)動頻率的2倍以上的頻率的交流電流，對磁性體芯進行勵磁；以及 頻率抽出電路，用于從檢測線圈的輸出信號中，抽出規(guī)定的頻率分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕緣劣化診斷裝置，其特征在于 ， 還具備檢測器，該檢測器用于檢測對負載設(shè)備供電的電流波形或者電壓波形， 所述絕緣劣化診斷裝置根據(jù)該檢測器的輸出信號，控制對勵磁線圈供給的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣劣化診斷裝置，其特征在于， 還具備頻率運算電路，該頻率運算電路用于根據(jù)所述檢測器的輸出信號，計算驅(qū)動頻率， 頻率抽出電路從檢測線圈的輸出信號中，抽出與驅(qū)動頻率相同的頻率分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣劣化診斷裝置，其特征在于， 頻率抽出電路抽出磁性體芯的勵磁頻率的2倍波分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣劣化診斷裝置，其特征在于， 還具備工作判定電路，該工作判定電路用于根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果，判定勵磁控制電路可否工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣劣化診斷裝置，其特征在于， 還具備診斷判定電路，該診斷判定電路用于根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果，判定可否進行絕緣劣化診斷工作。
7.—種絕緣劣化診斷裝置，對連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路的絕緣劣化進行診斷，其特征在于，具備 多個零相變流器，具有相互不同的磁飽和電平，用于檢測電線路的零相電流； 檢測器，用于檢測對負載設(shè)備供電的電流波形或者電壓波形； 頻率運算電路，用于根據(jù)該檢測器的輸出信號，計算負載設(shè)備的驅(qū)動頻率；以及變換判定電路，根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果，判定使用來自多個零相變流器中的哪一個零相變流器的輸出信號來進行絕緣劣化診斷。
8.—種絕緣劣化診斷裝置，對連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路的絕緣劣化進行診斷，其特征在于，具備 零相變流器，用于檢測電線路的零相電流； 檢測器，用于檢測對負載設(shè)備供電的電流波形或者電壓波形； 頻率運算電路，用于根據(jù)該檢測器的輸出信號，計算負載設(shè)備的驅(qū)動頻率；以及 靈敏度調(diào)整單元，用于根據(jù)頻率運算電路的運算結(jié)果，調(diào)整零相變流器的靈敏度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣劣化診斷裝置，其特征在于， 磁飽和變更單元通過變更零相變流器中包含的磁性體芯的溫度、或者對磁性體芯施加的應(yīng)力，來調(diào)整零相變流器的靈敏度。
全文摘要
本發(fā)明涉及診斷連接于逆變器裝置與被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備之間的電線路的絕緣劣化的裝置，包括零相變流器，具有環(huán)狀的磁性體芯、卷繞在該磁性體芯的勵磁線圈、以及卷繞在該磁性體芯的檢測線圈，用于檢測電線路的零相電流；勵磁控制電路，用于對勵磁線圈供給具有負載設(shè)備的驅(qū)動頻率(fd)的2倍以上的頻率的交流電流，對磁性體芯進行勵磁；以及同步檢波電路，用于從檢測線圈的輸出信號中，抽出與驅(qū)動頻率(fd)相同的頻率分量。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠在寬的頻率范圍內(nèi)高精度地測量從被逆變器驅(qū)動的負載設(shè)備泄漏的電流。
文檔編號G01R19/00GK102812369SQ20118001485
公開日2012年12月5日 申請日期2011年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者渡邊佳正, 兼田吉治, 西澤博志, 岡徹 申請人:三菱電機株式會社