專利名稱:靜態(tài)倫納德(Leonard)裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種用可控硅整流器驅(qū)動直流電動機的靜態(tài)倫納德(Static leonard apparatus)裝置的改進。
用可控硅整流器驅(qū)動直流電動機的靜態(tài)倫納德裝置中，常常需要測量直流電動機的絕緣電阻。一般這種測量要定期進行，例如每隔三個月測量一次。
按照先有技術，測量每臺由可控硅整流器控制的直流電動機絕緣電阻的作法是，打開可控硅整流器一條輸出母線上的主電路開關，并且在正輸出線(或者負輸出線)與地之間接入一個絕緣電阻測試儀。但是，先有技術的實際作法，需要在每臺單獨的直流電動機上分別接入絕緣電阻測試儀，每測試一次后便拆除。其缺點是測試全部直流電動機的絕緣電阻，需要相當長的時間。因為測量每臺直流電動機的絕緣電阻，就需要大約30分鐘。一臺軋鋼機上裝有多達一百個直流電動機，為了在一天內(nèi)完成如此之多的直流電動機絕緣電阻的測量工作，必須投入許多操作人員。因此，目前迫切需要一種改進的方法，以便能夠把靜態(tài)倫納德裝置中的直流電動機的絕緣電阻，在短時間內(nèi)簡便地測量出來。
本發(fā)明的基本目的是提出一個改進的靜態(tài)倫納德裝置，使其能夠在短時間內(nèi)簡便地測出直流電動機的絕緣電阻，以便滿足以上所提的要求。
根據(jù)本發(fā)明改進的靜態(tài)倫納德裝置的特征是，在可控硅整流器的直流輸出母線之間接入一個電容器，一條直流輸出母線接地，這樣便形成一個包括直流電動機在內(nèi)的閉合電容放電回路;計算出電容器的放電時間常數(shù)，便可測定直流電動機的絕緣電阻。
根據(jù)以下的詳細說明，并參考附圖便可明顯看出本發(fā)明的其他目的和特征。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的靜態(tài)倫納德裝置較佳實施方案的結(jié)構(gòu)，圖2、為一個流程示意圖，表示在圖1絕緣電阻測試電路中的測試步驟;
圖3、為圖1中閉合放電電路圖。
圖4、為圖3中絕緣電阻器和電容器放電時間常數(shù)之間的關系曲線;
圖5、為電容器的放電特性曲線圖。
圖6和圖7、為本發(fā)明其他實施方案的結(jié)構(gòu)圖。
圖8、為圖7中閉合放電電路圖。
圖1表明了根據(jù)本發(fā)明靜態(tài)倫納德裝置較佳實施方案的結(jié)構(gòu)。
參照圖1，可控硅整流器2通過電源變壓器1將來自交流電源AC的交變電流變成直流電流。圖1的可控硅整流器是可逆型的。直流電動機4經(jīng)主電路開關3，聯(lián)接到可控硅整流器2的直流輸出端。雖然可控硅整流器2為可逆型，但為了敘述方便，圖1中可控硅整流器2的上、下兩條輸出線，分別稱為正輸出線P和負輸出線N。在輸出線P和N之間接上一個電涌吸收電容器7和電阻器8的串聯(lián)電路。在輸出線P和N之間保留接入一個電壓檢測電阻9。在正輸出線P上接入一個接地開關12，當正輸出線P上串接的主電路開關3關斷時，其中接地開關12閉合。
電動機控制電路6包括速度控制電路，電流控制電路等等，并由控制電路6向門脈沖發(fā)生電路5輸入相位控制信號。門脈沖發(fā)生電路5則用對應于電動機控制電路6所發(fā)出相位控制信號的相位角，觸發(fā)可控硅整流器2的控制極。電壓檢測器10A(為一個隔離放大器)將施于電阻器9兩端的電壓測出來，并將所測得的電壓信號V送往門脈沖發(fā)生電路5和絕緣電阻檢測電路14。電壓檢測器10A的電壓測量信號V，被送到門脈沖發(fā)生電路5的原因，是為了在直流電動機4，從電力回轉(zhuǎn)操作到反饋操作的轉(zhuǎn)換期間內(nèi)，讓反饋可控硅整流器的觸發(fā)相位，保持在對應于電壓測量信號V電平的一個預定値上，從而保證直流電動機4立刻減速。在測量直流電動機4的絕緣電阻時，電阻檢測指令電路13向門脈沖發(fā)生電路5發(fā)出一個初始信號SS，并向絕緣電阻檢測電路14，發(fā)出一個測量指令信號SC。圖1中阿拉伯數(shù)字11表示了直流電動機的絕緣電阻。
靜態(tài)倫納德裝置控制可控硅整流器2的觸發(fā)相位，從而控制直流電動機4，靜態(tài)倫納德裝置的這些工作原理，已為人們所熟知，無需詳述。
當直流電動機4沒有轉(zhuǎn)動時(此時，主電路開關3關斷)，接地開關12首先接通，準備測量直流電動機4的絕緣電阻。這時，電容器7處于極板電荷為0的狀態(tài)。因為一旦停止直流電動機4的運轉(zhuǎn)，電容器7就通過主電路開關3和直流電動機4進行放電。直流電動機4繞組線圈的電阻値一般很小，或小于1歐姆。在接地開關12接通后，電阻檢測指令電路13發(fā)出的測量初始信號SS，被送到門脈沖發(fā)生器5。門脈沖發(fā)生器5響應測量始初信號SS的作用，在預定週期內(nèi)影響可控硅整流器2的觸發(fā)控制極，從而使電容器7充電。雖然，此刻接地開關12在接通狀態(tài)，但可控硅整流器2的直流輸出被電容器7的充電所消耗，因為直流電動機4的絕緣電阻11的阻値RG是很大的。在電容器7的充電週期內(nèi)，通過接地開關12電流有可能流過，電容器7在預定充電週期內(nèi)進行充電以后，接地開關12可能被接通。在電容器7在預定充電週期內(nèi)進行充電以后，當停止可控硅整流器2的觸發(fā)控制時(卽鎖住門時)，電容器7就通過如圖3所示的電阻9和直流電動機4(卽絕緣電阻4)進行放電。此時電容器7的放電時間常數(shù)用下列公式計算，其中直流電動機4的繞線電阻可以忽略不計T＝C×(R1＋ (RD×RG)/(RD＋RG) )
＝C×(R1＋ (R1)/(1＋RG／RD) )……(1)式式中 C電容器7的電容値。
R1電阻器8的電阻値。
RD電阻器9的電阻値。
RG絕緣電阻値。
在靜態(tài)倫納德裝置中，電容器7的電容値C，一般為幾微法，電阻器8的電阻値R1一般為幾十歐姆，電阻器9的電阻値RD，一般為幾十萬歐姆。另外，雖然直流電動機的絕緣電阻値RG通常為幾兆歐姆-幾百兆歐姆，但當產(chǎn)生絕緣失效時，絕緣電阻値RG降到幾萬歐姆-幾十萬歐姆。
從公式(1)計算絕緣電阻値RG，卽得到下列公式RG＝( (T)/(C) －R1)(1＋ (RG)/(RD) )……(2)式將(2)式左、右兩邊同除RG，求出其結(jié)果的倒數(shù)，卽得出下式1/(RG) ＝ 1/(T／C－R1) － 1/(RD) ……(3)式(3)式的倒數(shù)為絕緣電阻値RG的計算公式RG＝( 1/(T／C－R1) － 1/(RD) )－1……(4)式從(4)式可以看出，放電時間常數(shù)T的値越大，(4)式中右邊第一項的値越小，這就意味著絕緣電阻値RG就越大。另一方面，放電時間常數(shù)T的値越小，(4)式右邊第一項的値越大，這就意味著絕緣電阻値RG越小。所以，放電時間常數(shù)T的値與絕緣電阻値RG之間是相關的。
特別是當絕緣電阻値RG變得非常小，以至滿足關系式1＞＞RG/RD，則(2)式便可以表示為RG＝ (T)/(C) -R1……(5)式一般情況下，當RG＞＞R1時，電容器7的電容値C為常數(shù)。所以，在1＞＞RGRD的范圍內(nèi)，絕緣電阻RG與放電時間常數(shù)T的値成正比。圖4表示絕緣電阻値RG(RG/RD)與放電時間常數(shù)T之間的關系。
由此可以看出，直流電動機4的絕緣電阻値RG越小，放電時間常數(shù)T的値也越小。
現(xiàn)在根據(jù)C、R1、RD和RG的實際數(shù)値，計算放電時間常數(shù)T。
設電容器7的電容値為4微法，電阻器8的電阻値＝40歐姆，電阻器9的電阻値＝20萬歐姆，直流電動機絕緣電阻的正常値＝10兆歐。在上述條件下，根據(jù)(1)式，放電時間常數(shù)T的計算式如下T＝4μF×(40Ω+ (200KΩ×10MΩ)/(200KΩ+10MΩ) )當忽略電阻器8的阻値R1時，則放電時間常數(shù)T為T≈0.78秒(sec)
另外一種情況，當絕緣電阻値RG減少到5萬歐姆，則放電時間常數(shù)T的値為T≈0.16秒由此，可以看出直流電動機4的絕緣電阻値RG與電容器7的放電時間常數(shù)T有關，而且測量放電時間常數(shù)T，便可以得知絕緣電阻値RG。
現(xiàn)在，根據(jù)圖5說明一種測定放電時間常數(shù)T的方法。
假定，電容器7兩端的充電電壓，用電壓檢測器10A測定的初始電壓値為V0，電容器開始放電后，在啟動電容器放電后的時刻t1測定的電壓値為V1，從時刻t1經(jīng)過一予定時間週期△T之后，在t2時刻所測得的電壓値為V2。那么，當忽略電阻器8的電阻値R1時，V1和V2的電壓可以表示為V1＝V0×e×p(-t1/T) …(6)V2＝V0×e×p(-t2/T) …(7)用(6)式除以(7)式得出下面的比値V1/V2＝e×p(-t1/T+t2/T……(8)從(8)式可以算出放電時間常數(shù)TT＝(t2-t1)/loge(V1/V2＝△t/loge(V1/V2…(9)從(9)式可以看出放電時間常數(shù)T與電容器7上的初始放電電壓値V0無關，因而可以根據(jù)電壓測量時間t1、t2和測出的電壓値V1、V2求出放電時間常數(shù)T。
如圖1所示，應用電阻檢測指令電路13所發(fā)出的檢測指令信號SC，絕緣電阻檢測電路14執(zhí)行如圖2所示的程序，從電壓檢測器10A發(fā)出的測定電壓信號V，用來測量直流電動機4的絕緣電阻値。在時刻t1，電阻檢測指令電路13，產(chǎn)生測試指令信號SC，該時刻t1是從可控硅整流器2被門封鎖的時刻起(如圖5所示時間軸的零點經(jīng)過一時間周期t1之后的時刻t1。
參見圖2，應用電阻檢測指令電路13發(fā)出的檢測指令信號SC，在步驟S1中，可讀出t1時刻被測量的電壓值V1。在下一步驟S2中可以判別，在步驟S1中被測電壓值V1讀出后，預置的時間△t是否已經(jīng)過去。在步驟S2中判斷結(jié)果為“是”，則由步驟S2向步驟S3進行。在步驟S3中，可以讀出t2時刻上被測電壓值V2在下一步驟S4中，便可根據(jù)(9)式計算出放電時間常數(shù)T。在步驟5中，用步驟4計算出來的放電時間常數(shù)T，根據(jù)(4)式計算絕緣電阻值RG。執(zhí)行上述方法的各個步驟，絕緣電阻檢測電路14可檢測出絕緣電阻值RG。
用上述方法可測出直流電動機4的絕緣電阻RG。為達到測定的目的，須測出電容器7的放電時間常數(shù)T，以便檢測絕緣電阻值RG。而在先有技術中，對每個直流電動機聯(lián)接絕緣電阻檢測器的步驟然后再從聯(lián)接部分上將絕緣電阻檢測器拆下來的步驟都成為不必要的了。因此，僅在很短的時間內(nèi)，即可簡便地測定絕緣電阻值。
另外，在圖1所示本發(fā)明的一個實施方案中，電容器7，可用普通的電涌吸收式電容器，且電壓檢測器產(chǎn)生檢測電壓信號，以便控制靜態(tài)倫納德裝置，用此方法測量絕緣電阻因而本發(fā)明的裝置僅僅要求增加一個接地開關，在結(jié)構(gòu)上比較簡單。
圖6表示的本發(fā)明另一個實施方案。這個實施例是圖1所示方案的改進，在圖6中主電路開關3連接在輸出線N中，而接地開關12，跨接在負輸出線N與地之間。
圖6的實施方案也一樣，當接地開關12接通時，就形成了一個閉合放電電路，用來通過直流電動機4對電容器7進行放電。所以，在圖6所示的實施方案中，絕緣電阻的測定方法與圖1所示的實施方案中的測定方法相似。
圖7表示的仍為本發(fā)明另一個實施方案的結(jié)構(gòu)。這個實施方案是圖1所示實施方案的另一種改進。
參見圖7，將四個電阻15a-15d串聯(lián)到總線P和總線N之間。串聯(lián)的中點接地，(卽電阻器15b和15c的連接點接地)。電阻器15a、15b的連接點處電位和電阻器15c、15d的連接點處電位輸入到一個運算放大器上，做為電壓檢測器，用來產(chǎn)生檢測電壓。在輸出線P和N之間電壓這樣的電壓檢測裝置用在靜態(tài)倫納德裝置里，此處，總線P和總線N之間的電壓(卽主電路電壓)相對較低。用這種檢測方法。電阻器15a和15b的電阻値約為98千歐姆，電阻器15b和15c的電阻値約為2千歐姆。
在圖7所示的實施方案中，電容器7通過圖8所示的接地閉合放電電路進行放電。符號RD1和RD2分別表示電阻器15a、15b和電阻器15c、15d的電阻阻値之和。在圖8中，當直流電動機4的繞組電阻忽略不計時，電容器7的放電時間常數(shù)T，可由下列公式求出T=C×(R1+RD1+ (RD2×RG)/(RD2+RG) )……(10)對照(4)式，可推導出(10)式的絕緣電阻値RG的表達式如下RG= (1TC-(R1+ RD 1)-1RD 2)-1]]>……(11)因此在圖7的實施方案中，電容器7也是通過包括直流電動機4的閉合放電電路放電，所以，絕緣電阻的測量方法與圖1所示實施方案的方法相似。在圖7所示的實施方案中，由于總線P通過電阻器15a和15b接地，因而不需要安裝接地開關。
從前面對本發(fā)明的詳細敘述可認識到在靜態(tài)倫納德裝置中，可以在短時間內(nèi)簡便地測出直流電動機的絕緣電阻値。當應用倫納德裝置時，例如應用在滾動研磨機中，其中包括很多靜態(tài)倫納德裝置，此時，本發(fā)明展現(xiàn)出特別明顯的效果。
前面提到的本發(fā)明的實施方案參考到可逆型可控硅整流器的情況。然而很顯然，對于裝有單向可控硅整流器的靜態(tài)倫納德裝置，采用本發(fā)明同樣有效，另外，當直接測量電容器上的充電電壓時，無需用電壓檢測電阻器，卽可測量直流電動機的絕緣電阻値。
權(quán)利要求
1.一個靜態(tài)倫納德裝置，其特征包括(a)一個可控硅整流器，將交流電整流為直流電；(b)一個直流電動機，上述可控硅整流器通過一主電路開關輸入到直流電動機；(c)在上述可控硅整流器的直流輸出總線之間跨接一個電容器；(d)接地裝置，用來將一條直流輸出總線接地，從而構(gòu)成一個接地的閉合放電回路，以便通過直流電動機對上述電容器放電，當主電流開關斷路時，該接地裝置建立起上述接地閉合放電回路；(e)充電控制裝置有效的觸發(fā)控制該可控硅整流器向上述電容器充電，該充電控制裝置在該主電流開關斷路時，對該電容器充電；(f)電壓檢測裝置用來檢測該電容器的電壓；以及(g)絕緣電阻檢測裝置，用來計算該電容器通過該接地閉合放電回路放電的放電時間常數(shù)，進而根據(jù)算出的放電時間常數(shù)，檢測該直流電動機的絕緣電阻；
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的靜態(tài)倫納德裝置，其特征為該電壓檢測裝置檢測該可控硅整流器直流輸出總線之間跨接的電阻器兩端的電壓，并且，在該接地閉合放電回路中，該電阻器與該直流電動機并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一個靜態(tài)倫納德裝置，其特征為該接地裝置包含一個開關，當開關閉合時，使該可控硅整流器的直流輸出總線之一接地，在主電流開關斷路時該接地開關閉合。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一個靜態(tài)倫納德裝置，其特征為該接地裝置，包括多個電阻器跨接在該可控硅整流器直流輸出總線之間，且該電阻器的中間接點接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一個靜態(tài)倫納德裝置，其特征為該電容器開始放電后，根據(jù)時間座標中的兩個適當點上測出的電壓値，用上述絕緣電阻檢測裝置計算放電時間常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一個靜態(tài)倫納德裝置，其特征為該電容器也用作為一個電涌吸收元件。
專利摘要
在靜態(tài)倫納德裝置可控硅整流器的直流輸出線之間跨接一個電容器，并經(jīng)主電流開關輸出到直流電機。當主電流開關斷路時，接地開關閉合，使直流輸出總線之一接地，形成包括直流電動機的閉合電容放電回路，在該回路中電容器通過直流電動機放電。主電流開關斷路期間，可控硅整流器的輸出電壓對電容器充電。電容器經(jīng)接地閉合放電回路放電。測定放電電容器在時間坐標中兩點之間的電壓值，以便計算電容器的放電時間常數(shù)，根據(jù)算出的時間常數(shù)，便能測出直流電動機的絕緣電阻值。
文檔編號G01R31/34GK85101415SQ85101415
公開日1986年10月8日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者飛世正博 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan