电动机控制装置和电动机的绝缘恶化检测方法

专利名称：电动机控制装置和电动机的绝缘恶化检测方法
技术领域：
本发明涉及一种具备检测电动机的绝缘恶化(绝缘电阻的异常降低)的绝缘恶化检测装置的电动机控制装置和检测电动机的绝缘恶化的方法。
背景技术：
工作机械等中使用的伺服电动机等各种电动机由具备PWM控制的逆变器电路的电动机控制装置驱动。工作机械中，使用切削液执行加工的工作机械中，切削液会附着于电动机上。另外，切削液的性质导致切削液进入电动机内部而使电动机的电气绝缘恶化的问题。电动机的电气绝缘恶化缓慢进行，最终导致接地故障。若电动机发生接地故障，则或使漏电断路器断开(trip),或使电动机控制装置破损，导致利用电动机的系统发生故障。系统的故障对工厂的制造线产生大的影响。因此，从预防保全的观点看，必需可检测电动机的绝缘恶化的装置。
作为检测这种电动机的绝缘恶化的现有方法，有
(1) 使用电气绝缘电阻计的方法
(2) 使用泄漏电流检测器的方法
(3) 在PWM控制的逆变器电路的一对直流输入部、即正极和负极双方或之一极与接地(地)之间，插入电容器与电阻的串联电路，设置检测该串联电路的电阻的两端电位差的电路，不停止电动机的驱动，检测电动机的绝缘恶化的方法(专利文献1)
(4) 将PWM控制的逆变器电路的直流输入部接地(连接地)，利用逆变器电路中包含的半导体元件，将施加于逆变器装置的直流电压施加于电动机，测定此时的逆变器装置的直流电压和直流电流，求出电动机的电气绝缘电阻的方法(专利文献2)
(5) 另外，在特开JP2005-16958号公报和特开JP2005-110400号公报(专利文献3和4)中，公开了一种绝缘恶化判定技术，当构成逆变器电路的多
7个半导体开关元件全部处于非导通状态时，利用平滑电容器的充电电压，判定绝缘恶化。在该公知技术中，经与构成逆变器电路的半导体开关不同设置的开关，将平滑电容器的充电电压施加于电动机。
专利文献1: JP特开2005-201669号公报专利文献2: JP特开平6-94762号公报专利文献3: JP特开2005-16958号公报专利文献4: 2005-110400号公报
上述(l)的使用绝缘电阻计的方法中，取下电动机与电动机控制装置之间的布线，在电动机的线圈与接地(地)之间连接绝缘电阻计，测量电气绝缘电阻，利用电气绝缘电阻的值检测绝缘的恶化。但是，该方法中，必需取下电动机的布线，存在必需多个作业工时的问题。
在上述(2)的使用泄漏电流检测器的方法中，在电动机控制装置的电源输入侧，设置泄漏电流检测器，利用该检测值来检测电动机的绝缘恶化。但是，在具备PWM控制的逆变器电路的电动机控制装置中，伴随逆变器电路中的半导体元件的开关的泄漏电流通过电源流过。因此，存在不能正确检测电动机的绝缘恶化的问题。
在上述(3)的方法中，由于通过电源流过的泄漏电流或通过电动机或布线缆线的寄生电容(Stray Capacity)流过的泄漏电流，检测电路中流过的电流受到影响，存在绝缘恶化的检测中产生误差的问题。
在上述(4)的方法中，将逆变器电路的直流侧接地(连接于地)，利用逆变器电路中的半导体元件，向电动机施加逆变器装置的直流电压。之后，测定此时的逆变器电路的直流输入电压和直流输入电流，求出电动机的电气绝缘电阻。但是，在该方法中，在电动机的电气绝缘恶化而产生接地故障的情况下，因逆变器电路中的半导体元件的导通，使逆变器电路的直流电压短路。其结果，存在半导体元件会破损的问题。另外，在测定直流电流的检测器中，当绝缘恶化检测时流过微小电流，当通常的电动机控制时，流过大的电流。因此，必需可流过大电流且可高精度检测微小电流的电流检测器。但是， 一般的电流检测器不能得到这种精度，存在提高检测精度的问题。
在上述(5)的专利文献3和4中记载的绝缘恶化判定技术中，由于经与构成逆变器电路的半导体开关不同设置的开关向电动机施加平滑电容器 的充电电压，所以存在部件个数变多的问题。另外，在该现有技术中，无 法得知电动机的绝缘恶化的原因。

发明内容
本发明的目的在于提供一种电动机控制装置，不受逆变器电路的开关 引起的泄漏电流的影响，即便电动机发生接地故障也无逆变器电路中的半 导体开关的破损，且具备高精度的绝缘恶化检测装置。
本发明的另一目的在于提供一种电动机的绝缘恶化检测方法，不受逆 变器电路的开关引起的泄漏电流的影响，即便电动机发生接地故障也不使 逆变器电路中的半导体开关破损，且可高精度地检测电动机的绝缘恶化。
除上述目的外，本发明的再一目的在于提供一种具备可知道电动机的 绝缘恶化的原因的绝缘恶化捡测装置的电动机控制装置和电动机的绝缘 恶化检测方法。
本发明的电动机控制装置具备整流电路、逆变器电路和绝缘恶化检测
装置。整流电路经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直
流输出部之间具备平滑用电容器。此外，逆变器电路构成为，将串联连接 一对半导体开关而构成且以一对半导体开关的连接点成为交流输出部的
多个臂电路并联连接而构成。并且，绝缘恶化检测装置检测由逆变器电路 驱动的电动机的绝缘电阻的恶化。
在本发明中，使用具备电压分压电路、检测动作控制部与电压比较部 的绝缘恶化检测装置。在具有最基本构成的绝缘恶化检测装置中，电压分 割电路通过常开开关电路被配置于正极直流输出部和负极直流输出部之 一与地之间。并且，检测动作控制部当断路器为开状态时，使常开开关电 路为闭状态，且使多个臂电路中的多个半导体开关中电连接于正极直流输 出部和负极直流输出部的另一方的至少一个半导体开关变为导通状态。另 外，电压比较部比较从电压分压电路输出的分压电压与基准电压，若判定 为分压电压超过基准电压，则输出表示绝缘电阻恶化的警告信号。
在本发明中，当位于电源与整流电路之间的断路器处于开状态、即遮 断状态时，绝缘恶化检测装置动作。因此，当绝缘恶化的检测动作时，可
9防止电源侧流过泄漏电流，检测精度降低。另外，电源发生的噪声的影响 不影响检测动作。在本发明中，利用常开开关电路，电压分压电路在逆变 器电路通常动作时从逆变器电路切离，所以电压分压电路不影响逆变器电 路的动作。并且，当绝缘恶化检测时，电压分压电路对电动机和平滑用电 容器变为电阻负荷，所以即便电动机侧产生接地故障，也不会在短时间内 从平滑用电容器通过导通的半导体开关流过过电流。因此，即便在电动机 产生接地故障的情况下，也可防止逆变器电路中的半导体开关破损。另外， 由于将平滑用电容器作为检测时的动作电源，直流电流流过包含半导体开 关的电路中后检测，所以不受电动机或布线缆线的寄生电容的影响，可高 精度地检测绝缘恶化。尤其在本发明中，由于当绝缘恶化检测时，逆变器 电路中的半导体开关的一部分变为导通状态，也用于检测动作，所以可减 少检测所需的开关等的部件个数。此外，由于通过电动机的励磁线圈中流 过电流的电路放电平滑用电容器的电荷，所以可反映励磁线圈的绝缘恶化 的状态，检测电动机的绝缘恶化。
另外，使绝缘恶化检测装置动作时所需的控制电源可与连接断路器的 电源另外准备，也可利用不经断路器连接于所述电源的电源电路。
虽然仅通过上述基本构成可检测绝缘恶化，但不能直接知道绝缘恶化 的原因。为了能一起知道绝缘恶化的原因，将检测动作控制部构成为，以 预定的顺序使多个臂电路中的多个半导体开关中电连接于正极直流输出 部和负极直流输出部的另一方的多个半导体开关一个一个地变为导通状 态。此时，电压比较部判定分压电压超过基准电压并输出警告信号时，警 告信号不仅表示电动机的绝缘电阻的恶化，还可表示此时连接处于导通状 态的半导体开关的电动机的励磁相中的绝缘恶化发生的可能性。若依次使 多个半导体开关变为导通状态，则当然，在电动机的绝缘电阻降低的情况 下，即便使任一半导体开关变为导通状态，均输出警告信号。但是，当电 动机的绝缘电阻未降低时，当向未绝缘恶化的励磁相施加电压时，当然不 输出警告信号。因此，仅在特定的半导体开关处于导通状态时，输出警告 信号，当其它半导体开关处于导通状态时不输出警告信号时，通过确定处 于该导通状态的半导体开关，可确定绝缘恶化的励磁相，知道电动机的绝 缘恶化的原因之一。另外，使半导体开关导通的顺序可任意设定。可在一次测定中使一个半导体开关变为导通状态，在下一个测定中使其它半导体 开关处于导通状态。另外，也可通过一次测定使需要导通的所有半导体开 关顺序导通。
电压分压电路可构成为，电连接将一端电连接于负极直流输出部的第 1电阻器的另一端与一端电连接于地部的第2电阻器的另一端。此时，最
好将第1电阻器的两端电压作为分压电压输入电压比较部，第2电阻器设
为防止电动机处于接地故障状态时流过过电流的保护电阻。这样地可确实 防止当电动机处于接地故障状态时发生过电流。
另外，最好在第1电阻器的另一端与第2电阻器的另一端之间配置常 开开关电路，另外，最好将常开开关电路设置在第2电阻器与地之间。 在基本的本发明的电动机的绝缘恶化检测方法中，首先使断路器为开
状态。之后，在正极直流输出部和负极直流输出部之一与地之间电连接电
压分压电路。之后，使多个臂电路中的多个半导体开关中电连接于正极直
流输出部和负极直流输出部另一方的至少一个半导体开关变为导通状态，
向由处于导通状态的一个半导体开关、电动机的励磁线圈、电动机的电气
绝缘电阻和电压分压电路构成的串联电路施加平滑用电容器的电压。之
后，根据从电压分压电路输出的分压电压是否超过基准电压，检测绝缘电
阻的恶化。在一起知道绝缘恶化的原因的情况下，以预定的顺序使多个半
导体开关变为导通状态，根据使多个半导体开关变为导通状态时的分压电
压是否全部超过基准电压、或使特定的半导体开关变为导通状态时分压电
压是否超过基准电压，检测电动机的绝缘电阻恶化和此时连接处于导通状
态的半导体开关的电动机的励磁相中绝缘恶化发生的可能性。
在由多个逆变器电路驱动多个电动机的情况下，从多个逆变器电路中
依次选择一个逆变器电路，将选择到的逆变器电路的多个臂电路中的多个
半导体开关中电连接于正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的至 少一个半导体开关变为导通状态，可以向由处于导通状态的一个半导体开
关、电动机的励磁线圈、电动机的电气绝缘电阻和电压分压电路构成的串 联电路施加平滑用电容器的电压。
另外，在由多个逆变器电路驱动多个电动机的情况下，也可知道绝缘 恶化的原因。此时，在由m台逆变器电路分别驱动m台电动机的情况下，如下构成电动机控制装置。首先，构成检测动作控制部，以当断路器为开
状态时，使常开开关电路为闭状态，从m台逆变器电路中依次选择成为检 测对象的n台(n为1以上小于m的正整数)逆变器电路，且以预定的顺序 使选择到的n台逆变器电路中包含的多个臂电路中的多个半导体开关中电 连接于正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的多个半导体开关变 为导通状态。之后，电压比较部比较从电压分压电路输出的分压电压与基 准电压，若电压比较部判定分压电压超过基准电压，则输出警告信号。通 过知道警告信号的发生状况，可知道在由选择到的n台逆变器电路驱动的 n台电动机之一中发生了绝缘电阻恶化和/或此时连接处于导通状态的半 导体开关的电动机的励磁相中存在绝缘恶化发生的可能性(存在绝缘恶化 的原因)。
例如，在由4台逆变器电路分别驱动4台电动机的情况下，从4台逆 变器电路中选择2台逆变器电路，作为第1和第2组。之后，以预定的顺 序使选择到的2台逆变器电路(第1组)中包含的、电连接于正极直流输出 部和负极直流输出部的另一方的多个半导体开关变为导通状态。此时，若 选择的2台逆变器电路中同时控制半导体开关元件的导通，则各逆变器电 路中的半导体开关的导通控制变容易。但是，当然也可错开时间分别导通 控制2台逆变器电路中的半导体开关。接着选择剩余的2台逆变器电路(第 2组)。之后，以预定的顺序使剩余的2台逆变器电路中包含的、电连接于
正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的多个半导体开关变为导通 状态。此时，将选择到的n台逆变器电路作为一个组，可依次检测电动机 的绝缘恶化。若一次选择的逆变器电路的台数为相同台数，则可使用相同 的控制电路来执行之后的半导体开关的导通控制。
另外，在逆变器电路为5台这样不能分成相同台数的组的情况下，也 可不使n值固定，而使之变动。即，最初设!1=3，对由3台逆变器电路构 成的第1组执行检测动作，接着设n=2，对由2台逆变器电路构成的第2 组执行检测动作。
若考虑电动机故障的情况，则最好设11=1， 一台一台地选择逆变器电 路，依次使选择到的逆变器电路中的多个半导体开关变为导通状态。此时 可明确识别故障电动机的存在，另外，可立即确定发生绝缘恶化的电动机。
12如上所述，在依次使1台逆变器电路中包含的多个半导体开关变为导 通状态来判定各励磁相的恶化状态的情况下，最好在绝缘恶化检测装置中 还设置保存电压比较部的比较结果的比较结果保存部。若设置比较结果保 存部，则不仅可知道电动机的绝缘恶化的发生和特定的励磁线圈中的绝缘 恶化发生的可能性，还可根据过去的测定历史记录来知道绝缘恶化的进行 状况。另外，此时，只要准备值不同的多种基准电压作为基准电压，将是 否达到多种基准电压的结果保存在比较结果保存部中即可。电压比较部 中，若准备多种基准电压，则在电动机变为完全绝缘恶化的状态之前，可 事先警告绝缘恶化发生的可能性。
发明效果
根据本发明，由于当处于电源与整流电路之间的断路器处于开状态、 即遮断状态时，绝缘恶化检测装置动作，所以可防止绝缘恶化的检测动作 时，电源侧流过泄漏电流，检测精度降低。另外，检测动作不受电源发生 的噪声的影响。
另外，在本发明中，由于利用常开开关电路，在逆变器电路的通常动 作时从逆变器电路切离电压分压电路，所以不影响逆变器电路的动作。
并且，在绝缘恶化检测时，由于电压分压电路相对电动机和平滑用电 容器变为电阻负荷，所以即便电动机侧产生接地故障，也不会在短时间内 从平滑用电容器通过导通的半导体开关流过过电流。因此，即便在电动机 产生接地故障的情况下，也可防止逆变器电路中的半导体开关破损。
另外，由于将平滑用电容器作为检测时的工作电源，直流电流流过包 含半导体开关的电路中后检测绝缘恶化，所以不受电动机或布线缆线的寄
生电容的影响，可高精度地检测绝缘恶化。
并且，若使用1台绝缘电阻检测装置来检测由多个逆变器电路驱动的 多个电动机的绝缘电阻的状态，则能够以低成本来检测多台电动机的绝缘 恶化。
尤其在本发明中，由于当绝缘恶化检测时，逆变器电路中的半导体开 关的一部分变为导通状态，也用于检测动作，所以可减少检测所需的开关 等的部件个数。并且，若以预定的顺序使多个半导体开关变为导通状态， 确认有无发生警告信号，则不仅可知道电动机的绝缘电阻的恶化，还可知道连接处于导通状态的半导体开关的电动机的励磁相中绝缘恶化发生的 可能性，可知道绝缘恶化的发生原因。


图1是表示由一个逆变器电路驱动一台电动机的本发明的电动机控制 装置的第1实施方式一例的构成的电路图。
图2是表示由2个逆变器电路驱动2台电动机的本发明的电动机控制 装置的第2实施方式一例的构成的电路图。
图3是表示由4个逆变器电路驱动4台电动机的本发明的电动机控制 装置的第3实施方式一例的构成的电路图。
符号说明
1电动机控制装置
2、 102、 202 断路器
3、 103、 203 全波整流电路
4A、 104A、 204A正极直流输出部 4B、 104B、 204B 负极直流输出部
5、105、205、305、 405 逆变器电路
6、106、206绝缘恶化检测装置
7、107、207电压分压电路
8、108、208检测动作控制部
9、109、209电压比较部
10比较结果保存部
TR1 TR6晶体管(半导体开关)
C平滑用电容器
Rl第1电阻器
R2第2电阻器
SW常开开关电路
OP 电压比较器
具体实施例方式
下面，参照附图来详细说明实施本发明的电动机控制装置和电动机的
绝缘恶化检测方法的实施方式。图1是表示由1个逆变器电路5驱动1台 三相交流电动机(motor)M的电动机控制装置1的构成的一例的图。电动机 控制装置1通过作为断路器的电磁接触器2，连接于三相交流电源AC。 在该电动机控制装置1中，利用桥连接6个二极管D1 D6构成的全波整 流电路3来全波整流从三相交流电源AC输出的三相交流，得到直流电压。 之后，由电解电容器构成的平滑用电容器C平滑化该直流电压。在本实施 方式中，由全波整流电路3与平滑用电容器C构成整流电路。之后，平滑 用电容器C的两端构成正极直流输出部4A与负极直流输出部4B。
此外，逆变器电路5由串联连接3个臂电路51 53构成的桥电路来 构成。3个臂电路51 53分别串联连接由晶体管构成的一对半导体开关 (TR1和TR4、 TR2和TR5和TR3和TR6)来构成。另夕卜， 一对半导体开关 (TR1和TR4、TR2和TR5和TR3和TR6)的连接点CP1 CP3构成交流输 出部。在连接点CP1 CP3上连接电动机M的星形结线的三相励磁线圈 W1 W2。图1中，图示在星形结线的三相励磁线圈W1 W2的中性点与 接地(地)之间因电动机的电气绝缘恶化而缓慢变小的电气绝缘电阻RM。 在逆变器电路5中使用的6个晶体管TR1 TR6上分别逆并联连接二极管 D。在本实施例中，该逆变器电路5根据从未图示的逆变器控制电路输出 的PWM控制信号进行PWM控制，将直流电变换为交流电后输出。之后， 逆变器控制电路根据来自固定于电动机的输出轴上的、未图示的编码器等 位置检测器的输出，检测电动机的转子的位置，根据该检测信息，执行电 动机的转子的位置或速度控制。在电动机控制装置l中，内置检测由逆变 器电路5驱动的电动机M的电气绝缘恶化(绝缘电阻RM的大幅度降低) 的绝缘恶化检测装置6。
绝缘恶化检测装置6具备电压分压电路7、检测动作控制部8、和电 压比较部9。电压分割电路7经由继电器触点(relay contact)构成的常开开 关电路SW，配置于负极直流输出部4B的一方与地之间。具体而言，电 压分压电路7具有如下结构，在一端电连接于负极直流输出部4B的作为 绝缘恶化检测用电阻的第1电阻器R1的另一端与一端电连接于地的第2
15电阻器R2的另一端之间，配置平时处于开状态、但若输入指令则变为闭
状态的常开开关电路SW。将第1电阻器R1的两端电压作为分压电压， 输入电压比较部9内的电压比较器OP。第2电阻器R2构成为，具有防止 电动机M处于接地故障状态时流过过电流的电阻值的保护电阻。若如此 构成电压分压电路7，则可确实防止电动机M处于接地故障状态时发生过 电流。
检测动作控制部8在由电磁接触器构成的断路器2变为开状态时，使 常开开关电路SW变为闭状态，且使3个臂电路51 53中的晶体管TR1 TR6中电连接于正极直流输出部4A的晶体管TR1 TR3的至少一个晶体 管变为导通状态。
另外，在本实施方式中，当执行检测动作时，从检测动作控制部8向 断路器2输出遮断指令，必然使断路器2变为开状态。在将断路器2用作
中止电动机控制装置1执行的电动机M的控制时的电源开关的情况下， 当然可由来自停止开关的指令将断路器2变为遮断状态。
电压比较部9由比较器OP比较从电压分压电路7输出的分压电压V 与基准电压Vref。若电压比较器OP判定分压电压V超过基准电压Vref， 则电压比较部9根据电压比较器OP的输出，输出表示绝缘电阻RM小至 恶化状态的警告信号。使用电动机控制装置1的用户根据来自该警告信号 的信息，交换电动机M，防止电动机接地故障后系统发生故障。
另外，为了包含各励磁线圈W1 W3的绝缘恶化状态并检测电动机 M的恶化状态，也可将检测动作控制部8构成为，以预定的顺序使晶体管 TR1 TR3—个一个地变为导通状态。此时，电压比较部9也比较从电压 分压电路7输出的分压电压V与基准电压Vref。之后，若电压比较部9 判定分压电压V超过基准电压Vref，则输出警告信号。当发生警告信号时， 在连接了在电动机M的绝缘电阻恶化时或此时处于导通状态的半导体开 关(TR1 TR3中任何一个)的电动机M的励磁相中，存在发生绝缘恶化的 可能性。具体而言，例如设置具备多个显示灯的显示装置。之后，根据警 告信号，以灯的点亮来显示电动机的绝缘恶化发生的可能性，同时，使确 定处于导通状态的晶体管的灯点亮，可显示存在在对应于该晶体管的励磁 线圈中发生绝缘恶化的可能性。处于导通状态的晶体管的确定可通过确认
16从检测动作控制部8输出的导通信号提供给哪个晶体管来简单地确定。另
外，在一次测定中，根据依次使晶体管TR1 TR3变为导通状态时的警告 信号有无发生，可判定电动机的绝缘恶化的原因是绝缘电阻的异常降低还 是特定的励磁线圈的绝缘恶化。即，当使晶体管TR1 TR3变为导通状态 时，在每次输出警告信号的情况下，考虑绝缘电阻的异常降低。但是，当 仅某个晶体管处于导通状态时输出警告信号的情况下，可知对应于该晶体 管的励磁线圈中发生绝缘恶化的可能性高。在使用微型计算机來实现检测 动作控制部8和电压比较部9的情况下，只要根据晶体管TR1 TR3的导 通时期与导通时期中的警告信号有无发生的数据，由微型计算机判断存在 电动机的绝缘恶化发生的可能性或存在励磁线圈的绝缘恶化发生的可能 性即可。另外，判断结果的显示方法任意。
在本实施方式中，还具备对电压比较部9保存电压比较部9的比较结 果的比较结果保存部(M0)10。在比较结果保存部10中保存过去的比较结 果的历史记录。如上所述，为了检测电动机M的恶化状态，在以预定的 顺序使晶体管TR1 TR3 —个一个地变为导通状态的情况下，也依次将各 晶体管变为导通状态时的比较结果保存在比较结果保存部10中。这样， 通过察看比较结果保存部10中保存的数据，正确判断上述电动机的绝缘 恶化发生或励磁线圈的绝缘恶化发生。另外，通过察看比较结果保存部10 中保存的数据，也可监视对应于晶体管TR1 TR3的各励磁线圈W1 W3 的绝缘状态。为了监视绝缘恶化的进行，最好准备多种或多阶段的基准电 压作为基准电压Vref。若比较多种或多阶段的基准电压与分压电压V，则 在最终判断为绝缘恶化之前，可知道绝缘恶化进行的征兆。
这里，设电动机的绝缘电阻RM的电阻值为RM，第1电阻器Rl的 电阻值为R1，平滑用电容器C的两端电压为VDC时，第1电阻器R1的 两端的电压、即分压电压V被检测为V=VDC/(RM+Rl+R2)xRl。在绝缘 电阻RM高的情况下，分压电压V低，在绝缘电阻RM低的情况下，分压 电压V高。因此，作为基准电压Vref，通过设定相当于绝缘电阻RM—定 程度恶化时的分压电压的电压，可检测绝缘电阻RM的恶化。基准电压 Vref的设定可对应于电动机的种类或使用环境来任意设定。在图1的实例 中，利用平滑用电容器C的两端电压来形成基准电压Vref。在图l的实施方式中，在检测电动机的绝缘恶化的情况下，使通常的 电动机控制停止，将断路器2变为遮断状态，即开状态。之后，使常开开
关电路SW变为闭状态(ON状态)，通过第1和第2电阻器R1和R2，将 逆变器电路5的直流输入的负极、即整流电路3的负极直流输出部4B接 地。之后，从逆变器电路5的3个臂51 53中位于臂的正极侧的晶体管 TR1 TR3任一中，使一个以上的晶体管变为导通状态。此时，平滑用电 容器C的电压被施加于晶体管TR1 TR3中导通的晶体管—电动机M的 线圈—绝缘电阻RM—第2电阻器R2—第1电阻值R1这样的路径的串联 电路。电压比较器OP比较此时的第1电阻器Rl的两端的分压电压V与 基准电压Vref，当分压电压V大于(超过)基准电压Vref时，可知发生绝缘 恶化(绝缘电阻的异常降低，或特定的励磁线圈的绝缘恶化)。
另外，也可代替绝缘恶化检测装置6的电压比较器OP，将使用AD 转换器数字化后的分压电压V输入微处理器，在微处理器内部通过软件处 理来检测绝缘恶化。此时，即便绝缘恶化正在进行也可简单地检测。另外， 整流电路3也可以是PWM转换器等可在电源AC中再生电的电路。此时， 当检测绝缘恶化时，使PWM转换器停止，执行绝缘恶化的检测。
另外，使绝缘恶化检测装置6动作时必需的控制电源与连接断路器2 的三相交流电源AC另外准备。另外，也可不经断路器2将控制电源连接 于三相交流电源AC来构成。
在对整流电路连接多个逆变器电路的情况下也可适用本发明。此时， 绝缘恶化检测装置的检测动作控制部可以构成为，当断路器变为开状态 时，使常开开关电路变为闭状态，从多个逆变器电路中依次选择成为检测 对象的1台逆变器电路，且使选择到的逆变器电路中的多个臂电路中的多 个半导体开关中电连接于正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的 至少一个半导体开关变为导通状态。此时，使用1台绝缘电阻检测装置， 可依次检测由多个逆变器电路驱动的多个电动机的绝缘电阻的状态。结 果，可降低成本，检测多台电动机的绝缘恶化。
图2表示本发明电动机控制装置的第2实施方式的电路构成。在图2 所示的电路构成中，向与构成图l所示的电路构成的部件一样的部件，附 加对附加于图1所示的部件的符号数加上100的数或200的数后的数的符号，省略详细说明。在图2的实施方式中，对整流电路103连接2台逆变 器电路105和205。另外，在2台逆变器电路105和205上分别连接2台 电动机M1和M2。在本实施方式中，2台电动机可分别利用1个绝缘恶化 检测装置106来检测其绝缘恶化。因此，在本实施方式中，将绝缘恶化检 测装置106的检测动作控制部108构成为，当断路器102为开状态时，使 常开开关电路SW变为闭状态，从2台逆变器电路105和205中依次选择 构成检测对象的1台逆变器电路，且使选择到的逆变器电路中的臂电路 (151 153、 251 253)中的6个晶体管(TR1 TR6)中电连接于正极直流输 出部104的至少一个晶体管变为导通状态。
具体而言，最初使逆变器电路105的臂151 153中包含的晶体管中 正极侧的晶体管TR1 TR3任一个以上变为导通状态。之后，电压比较部 109的电压比较器OP比较电压分压电路107中的第1电阻器R1的两端的 分压电压V与基准电压Vref,当分压电压V大于(超过)基准电压Vref时， 检测为发生电动机M1的绝缘恶化。接着，检测动作控制部108停止向逆 变器电路105中的特定晶体管输出导通信号，向逆变器电路205的特定晶 体管提供导通信号。此时，逆变器电路205的臂251 253中包含的晶体 管中正极侧的晶体管TR1 TR3任一个以上也变为导通状态。之后，电压 比较部109的电压比较器OP比较电压分压电路107中的第1电阻器Rl 的两端的分压电压V与基准电压Vref，当分压电压V大于基准电压Vref 时，检测为发生电动机M2的绝缘恶化。
这样，在结束1台电动机的绝缘恶化检测之后，对应于剩余的1台电 动机的逆变器电路也执行同样的动作，若对多台电动机依次执行绝缘恶化 的检测，则可降低成本，检测多台电动机的绝缘恶化。
另外，即便在图2的实施方式中，为了能包含各电动机M1和M2的 励磁线圈W1 W3的绝缘恶化的状态并检测电动机Ml和M2的绝缘恶 化，可将检测动作控制部108构成为，以预定的顺序使晶体管TR1 TR3 一个一个地变为导通状态。此时，若电压比较部109判定分压电压V超过 基准电压Vref，则输出表示电动机M1或M2的绝缘电阻的恶化和/或连接 此时处于导通状态的半导体开关(TR1 TR3的任一个)的电动机的励磁线 圈中绝缘恶化发生的可能性的警告信号。
19图3表示本发明电动机控制装置的第3实施方式的电路构成。在图3
所示的电路构成中，向与构成图l所示的电路的部件相同的部件，附加对
附加于图1所示的部件的符号数加上100的数 400的数后的数的符号， 省略详细说明。在图3的实施方式中，对整流电路203连接4台逆变器电 路105、 205、 305和405。另夕卜，在4台逆变器电路105 405上分别连接 4台电动机M1 M4。在本实施方式中，4台电动机与图2的实施方式一 样，可分别利用1个绝缘恶化检测装置206来检测其有无发生绝缘恶化。 在一台一台地检测电动机的绝缘恶化的情况下，将绝缘恶化检测装置206 的检测动作控制部208构成为，当断路器202为开状态时，使常开开关电 路SW变为闭状态，从4台逆变器电路105 405中依次选择构成检测对 象的1台逆变器电路，且使选择到的逆变器电路中的臂电路(151 153、 251 253、 351 353、 451 453)中的6个晶体管(TR1 TR6)中电连接于 正极直流输出部204的至少一个晶体管(TR1 TR3)变为导通状态。与第1 和第2实施方式中说明的一样，为了包含励磁线圈W1 W3的绝缘恶化 的状态并检测电动机M1 M4的绝缘恶化，当然可将检测动作控制部208 构成为，以预定的顺序使晶体管TR1 TR3 —个一个地变为导通状态。
具体而言，最初使逆变器电路105的臂电路151 153中包含的晶体 管中正极侧的晶体管TR1 TR3任一个以上变为导通状态。之后，电压比 较部209的电压比较器OP比较电压分压电路207中的第1电阻器R1的 两端的分压电压V与基准电压Vref。当分压电压V大于(超过)基准电压 Vref时，电压比较器OP输出表示电动机Ml的绝缘恶化发生和/或对应于 处于导通状态的晶体管的励磁线圈中绝缘恶化发生的警告信号。接着，检 测动作控制部208停止向逆变器电路105中的特定的晶体管输出导通信 号，向逆变器电路205的特定的晶体管提供导通信号。此时，逆变器电路 205的臂251 253中包含的晶体管中正极侧的晶体管TR1 TR3任一个以 上也变为导通状态，执行绝缘恶化的检测。对逆变器电路305和405也同 样执行绝缘恶化的检测。
这样，也可构成检测动作控制部208，不是一台一台地选择逆变器电 路，而同时选择多台逆变器电路，同时检测多台电动机的绝缘恶化。例如， 从4台逆变器电路105 405中选择2台逆变器电路105和205作为第1
20组。之后，将从选择到的2台逆变器电路105和205(第1组)中包含的、 电连接于正极直流输出部204的半导体开关TR1 TR3中选择的一个以上 的半导体开关变为导通状态，或以预定顺序使半导体开关TR1 TR3变为 导通状态。此时，选择到的2台逆变器电路105和205中，若同时控制半 导体开关元件TR1 TR3的导通，则各逆变器电路中的半导体开关的导通 控制变容易。但是，当然也可错开时间分别导通控制2台逆变器电路中的 半导体开关。接着选择剩余的2台逆变器电路305和405(第2组)。将从 剩余的2台逆变器电路305和405(第2组)中包含的、电连接于正极直流 输出部204的半导体开关TR1 TR3中选择的一个以上的半导体开关变为 导通状态，或以预定顺序使半导体开关TR1 TR3变为导通状态。此时， 选择到的2台逆变器电路305和405中，也同时控制半导体开关元件TR1 TR3的导通。另外，此时，当然也可错开时间分别导通控制2台逆变器电 路305和405中的半导体开关。
根据本实施方式，可将选择到的2台逆变器电路作为一个组，依次检 测电动机的绝缘恶化。若一次选择的逆变器电路的台数为相同台数，则检 测动作控制部208的构成变简单。另外，在同时将多台逆变器电路作为一 个组进行检测动作时，可知哪一组内的哪个电动机发生绝缘恶化。但是， 具体而言，不立即可知哪个电动机中发生绝缘恶化。可是，即便在这种情 况下，若可知该组内的电动机发生绝缘恶化，则可使用公知的对策来执行 适当的处理。
另外，在逆变器电路为5台这样不能分成相同台数的组的情况下，也 可不使选择的逆变器电路的台数固定，而使之变动。即，最初对由3台逆 变器电路构成的第1组执行检测动作，接着对由2台逆变器电路构成的第 2组执行检测动作。
另外，在由多个逆变器电路驱动多个电动机的情况下， 一般化说明如 下。SP，在由m台逆变器电路分别驱动m台电动机的情况下，首先，当 断路器为开状态时，使常开开关电路为开状态，从m台逆变器电路中依次 选择成为检测对象的n台(n为1以上小于m的正整数)逆变器电路。之后， 构成检测动作控制部，使选择到的n台逆变器电路中包含的多个臂电路中 的多个半导体开关中电连接于正极直流输出部和负极直流输出部的另一
21方的至少一个半导体开关变为导通状态，或以预定顺序使多个半导体开关 变为导通状态。之后，电压比较部比较从电压分压电路输出的分压电压与 基准电压，若电压比较部判定分压电压超过基准电压，则输出警告信号。
根据上述实施方式，停止电动机的通常运转，将断路器2、 102、 202 变为开状态，遮断三相交流电源AC，检测电动机M、 M1 M4的绝缘恶 化。因此，不受通过电源线流过的泄漏电流或电源的噪声影响。另外，使 用仅在绝缘恶化检测时通电的第1电阻器R1来检测绝缘恶化。因此，可 将作为绝缘恶化检测用电阻的第1电阻器R1设为专用的电阻值。并且， 由于使用逆变器电路5、 105 405的输入侧的直流电压(电容器C的两端 电压)，使直流电流在逆变器电路中的特定晶体管中流过电流，检测绝缘恶 化，所以不受电动机或布线缆线的寄生电容的影响，可高精度地检测绝缘 恶化。另外，即便电动机发生接地故障，也由于第2电阻器R2变为保护 电阻，所以不流过过大的电流。因此，根据上述实施方式，不必取下电动 机的布线，也不必特别的作业工时。
在上述3个实施方式中，当检测绝缘恶化时，在负极直流输出部4B、 104B、 204B上连接分压电阻电路7、 107、 207，但也可在正极直流输出部 4A、 104A、 204A上连接分压电阻电路7、 107、 207。此时，当检测绝缘 恶化时，例如只要使逆变器电路5的3个臂51 53中包含的6个晶体管 TR1 TR6中位于负极侧的晶体管TR4 TR6的任一个以上变为导通状 态、或依次使晶体管TR4 TR6变为导通状态即可。第2和第3实施方式 的情况也一样。
权利要求
1. 一种电动机控制装置，具备整流电路，经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直流输出部之间具备平滑用电容器；逆变器电路，将串联连接一对半导体开关而构成且所述一对半导体开关的连接点成为交流输出部的多个臂电路并联连接而构成；和绝缘恶化检测装置，检测由所述逆变器电路驱动的电动机的绝缘电阻的恶化，所述绝缘恶化检测装置具备电压分压电路，通过常开开关电路，配置于所述正极直流输出部和负极直流输出部之一与地之间；检测动作控制部，当所述断路器为开状态时，使所述常开开关电路成为闭状态，且以预定的顺序使所述多个臂电路中的多个所述半导体开关中电连接于所述正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的多个所述半导体开关一个一个地变为导通状态；和电压比较部，比较从所述电压分压电路输出的分压电压与基准电压，若判定为所述分压电压超过所述基准电压，则输出表示所述电动机的所述绝缘电阻恶化和/或连接此时处于导通状态的所述半导体开关的所述电动机的励磁相中的绝缘恶化发生的可能性的警告信号。
2. —种电动机控制装置，具备整流电路，经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直流输出部之间具备平滑用电容器；m台逆变器电路，将串联连接一对半导体开关而构成且所述一对半导 体开关的连接点成为交流输出部的多个臂电路并联连接而构成，其中，m 为2以上的正整数；和绝缘恶化检测装置，检测由m台所述逆变器电路分别驱动的m台电 动机的绝缘电阻的恶化，所述绝缘恶化检测装置具备电压分压电路，通过常开开关电路，配置于所述正极直流输出部和负极直流输出部之一与地之间；检测动作控制部，当所述断路器为开状态时，使所述常开开关电路成 为闭状态，从所述m台逆变器电路中依次选择构成检测对象的n台所述逆 变器电路，且以预定的顺序使选择到的所述n台逆变器电路中包含的所述 多个臂电路中的多个所述半导体开关中电连接于所述正极直流输出部和 负极直流输出部的另一方的多个所述半导体开关变为导通状态，其中，n 为1以上小于m的正整数；禾口电压比较部，比较从所述电压分压电路输出的分压电压与基准电压， 若判定为所述分压电压超过所述基准电压，则输出表示由选择到的n台所 述逆变器电路驱动的n台所述电动机的任一个中发生了所述绝缘电阻恶化 和/或连接此时处于导通状态的所述半导体开关的所述电动机的励磁相中 存在绝缘恶化发生的可能性的警告信号。
3. —种电动机控制装置，具备整流电路，经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直 流输出部之间具备平滑用电容器；逆变器电路，将串联连接一对半导体开关而构成且所述一对半导体开 关的连接点成为交流输出部的多个臂电路并联连接而构成；和绝缘恶化检测装置，检测由所述逆变器电路驱动的电动机的绝缘电阻 的恶化，所述绝缘恶化检测装置具备电压分压电路，通过常开开关电路，配置于所述正极直流输出部和负 极直流输出部之一与地之间；检测动作控制部，当所述断路器为开状态时，使所述常开开关电路成 为闭状态，且使所述多个臂电路中的多个所述半导体开关中电连接于所述 正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的至少一个所述半导体开关 变为导通状态；和电压比较部，比较从所述电压分压电路输出的分压电压与基准电压， 若判定为所述分压电压超过所述基准电压，则输出表示所述绝缘电阻恶化 的警告信号。
4. 一种电动机控制装置，具备整流电路，经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直流输出部之间具备平滑用电容器；多个逆变器电路，将串联连接一对半导体开关而构成且所述一对半导 体开关的连接点成为交流输出部的多个臂电路并联连接而构成；和绝缘恶化检测装置，检测由所述逆变器电路分别驱动的多个电动机的 绝缘电阻的恶化，所述绝缘恶化检测装置具备电压分压电路，通过常开开关电路，配置于所述正极直流输出部和负 极直流输出部之一与地之间；检测动作控制部，当所述断路器为开状态时，使所述常开开关电路成为闭状态，从所述多个逆变器电路中依次选择构成检测对象的1台所述逆变器电路，且使选择到的所述逆变器电路中的所述多个臂电路中的多个所述半导体开关中电连接于所述正极直流输出部和负极直流输出部的另一 方的至少一个所述半导体开关变为导通状态；和电压比较部，比较从所述电压分压电路输出的分压电压与基准电压， 若判定为所述分压电压超过所述基准电压，则输出表示所述绝缘电阻恶化 的警告信号。
5. 根据权利要求l、 2、 3或4所述的电动机控制装置，其特征在于 所述电压分压电路电连接一端电连接于所述负极直流输出部的第1电阻器的另一端和一端电连接于所述地的第2电阻器的另一端而构成，将所述第1电阻器的两端电压作为所述分压电压，输入到所述电压比 较器，所述第2电阻器是防止所述电动机处于接地故障状态时流过过电流 的保护电阻。
6. 根据权利要求l、 2、 3或4所述的电动机控制装置，其特征在于 所述绝缘恶化检测装置还具备保存所述电压比较部的比较结果的比较结果保存部。
7. —种电动机的绝缘恶化检测方法，检测由电动机控制装置驱动的 电动机的电气绝缘电阻恶化，所述电动机控制装置具备整流电路，经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直 流输出部之间具备平滑用电容器；和逆变器电路，将串联连接一对半导体开关而构成且所述一对半导体开 关的连接点成为交流输出部的多个臂电路并联连接而构成，在所述绝缘恶化检测方法中，使所述断路器成为开状态， 之后，在所述正极直流输出部和负极直流输出部之一与地之间电连接 电压分压电路，以预定的顺序使所述多个臂电路中的多个所述半导体开关中电连接于所述正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的多个所述半导体开 关一个一个地变为导通状态，向由处于导通状态的所述一个半导体开关、所述电动机的励磁线圈、所述电气绝缘电阻和所述电压分压电路构成的串 联电路施加所述平滑用电容器的电压，比较从所述电压分压电路输出的分压电压与基准电压，根据所述分压 电压是否超过所述基准电压，检测所述电动机的所述绝缘电阻恶化和/或连 接此时处于导通状态的所述半导体开关的所述电动机的励磁相中存在绝 缘恶化发生的可能性。
8. —种电动机的绝缘恶化检测方法，检测由电动机控制装置驱动的m台电动机的电气绝缘电阻的恶化，所述电动机控制装置具备整流电路，经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直流输出部之间具备平滑用电容器；和m台逆变器电路，将串联连接一对半导体开关而构成且所述一对半导体开关的连接点成为交流输出部的多个臂电路并联连接而构成，其中，m为2以上的正整数，在所述绝缘恶化检测方法中，使所述断路器成为开状态，之后，在所述正极直流输出部和负极直流输出部之一与地之间电连接电压分压电路，从所述m台逆变器电路中依次选择构成检测对象的n台所述逆变器电 路，且以预定的顺序使选择到的所述n台逆变器电路的所述多个臂电路中 的多个所述半导体开关中电连接于所述正极直流输出部和负极直流输出 部的另一方的多个所述半导体开关变为导通状态，向由处于导通状态的所 述半导体开关、所述电动机的励磁线圈、所述电气绝缘电阻和所述电压分压电路构成的串联电路施加所述平滑用电容器的电压，其中，n为l以上小于m的正整数，根据从所述电压分压电路输出的分压电压是否超过基准电压，检测由 选择到的n台所述逆变器电路驱动的n台所述电动机的所述绝缘电阻的恶 化和/或连接此时处于导通状态的所述半导体开关的所述电动机的励磁相 中存在绝缘恶化发生的可能性。
9. 一种电动机的绝缘恶化检测方法，检测由电动机控制装置驱动的 多个电动机的电气绝缘电阻恶化，所述电动机控制装置具备整流电路，经断路器与交流电源连接，且在正极直流输出部与负极直 流输出部之间具备平滑用电容器；和多个逆变器电路，将串联连接一对半导体开关而构成且所述一对半导 体开关的连接点成为交流输出部的多个臂电路并联连接而构成，在所述绝缘恶化检测方法中，使所述断路器成为开状态，之后，在所述正极直流输出部和负极直流输出部之一与地之间电连接 电压分压电路，从所述多个逆变器电路中依次选择一个所述逆变器电路，使选择到的 所述逆变器电路的所述多个臂电路中的多个所述半导体开关中电连接于 所述正极直流输出部和负极直流输出部的另一方的至少一个所述半导体 开关变为导通状态，向由处于导通状态的所述半导体开关、所述电动机的 励磁线圈、所述电气绝缘电阻和所述电压分压电路构成的串联电路施加所 述平滑用电容器的电压，根据从所述电压分压电路输出的分压电压是否超过基准电压，检测连 接于所述选择到的逆变器电路的所述电动机的所述电气绝缘电阻的恶化。
全文摘要
提供一种电动机控制装置，不受泄漏电流的影响，即便电动机发生接地故障也无逆变器电路中的半导体开关的破损，且具备高精度的绝缘恶化检测装置。电压分割电路(7)经由继电器触点构成的常开开关电路(SW)，配置于负极直流输出部(4B)的一方与地之间。检测动作控制部(8)当断路器(2)为开状态时，使常开开关电路(SW)变为闭状态，且使3个臂电路(51～53)中的晶体管(TR1～TR6)中电连接于正极直流输出部(4A)的晶体管(TR1～TR3)的至少一个晶体管变为导通状态。将第1电阻器(R1)的两端电压作为分压电压，输入电压比较部(9)内的电压比较器(OP)。电压比较部(9)由电压比较器(OP)比较从电压分压电路(7)输出的分压电压(V)与基准电压(Vref)，若分压电压(V)超过基准电压(Vref)，则输出警告信号。
文档编号G01R27/02GK101499773SQ20091000372
公开日2009年8月5日 申请日期2009年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者井出勇治 申请人:山洋电气株式会社