JPS61258645A - 直流電動機のオンライン絶縁抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、圧延機、搬送装置あるいは精密加工等にお
いて用いられている直流電動機の絶縁物の絶縁劣化（又
は低下）を判定するための、絶縁性（絶縁抵抗）をオン
ラインで（運転中に）測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

例えばプロセスライン等においては、各種機器類を駆動
するために多数の直流電動機が使用されている。プロセ
スラインにおいて製造される製品（７）　品ｔ　’ｔｃ
一定レベルに保持するためには、この直流電動機の性能
を維持することが非常に重要である。直流電動機の性能
の一つに絶縁物の絶縁性があり、この絶縁性が劣化する
と接地電流が増加し、安全上問題になるのは勿論のこと
、ラインで製造される製品の品質を悪化させることにな
る。

直流電動機の絶縁性を測定するには、直流電動機の運転
を停止させて行うのが一般的であるが、この方法では、
その都度ラインを停止しなければならず、このため生産
性を阻害することになる。

従来、直流電動機の絶縁性をオンラインで測定するもの
としては、例えば、株式会社日立製作所発行の「日立製
　直流機グランドモニタ（形式ＧＭ−７５）取扱説明書
」に記載されたものが知られている。

この従来の絶縁抵抗測定装置は、ＤＣ７５０Ｖ級の大型
の直流電動機の絶縁抵抗をオンラインで検出するもので
、その検出原理は、直流電動機の回転子の巻線内の電圧
が交流であることから、接地電流を全波整流し、実効値
として検出して絶縁抵抗を測定するものであり、この絶
縁抵抗から絶縁性の劣化を判定している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、運転中の直流電動機の場合は、直流電源
回路及び直流電動機の双方の絶縁劣化により流れる接地
電流は、直流電動機の回転子巻線部位の回転数に比例し
た交番電流（交流成分）と、直流電源回路部位の直流電
流（直流成分）とが重畳されたものとなり、上記従来装
置においてはその２種の成分を重畳したものを測定して
いるため、回転子巻線部位の交流成分か直流電源回路部
位の直流成分かの弁別ができない、特に、保安上危険の
大きいものは回転子巻線部位に発生する交流成分である
ので、接地電流から交流成分だけを分離することが必要
となる。また、接地検出感度が直流電源回路の直流電圧
によって変化するが、接地検出感度が変化すると、特に
低圧での接地検出が難しくなり、すなわち、異常の早期
発見ができにくくなる。さらに、接地検出感度が変化す
ると、絶縁抵抗値（メグ）による一定管理ができない等
の問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、少なくとも回転子巻線部位の交流成分を分離
抽出し、直流電源回路の直流電圧が変化しても絶縁抵抗
値を正確に測定することのできる直流電動機のオンライ
ン絶縁抵抗測定装置を提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この発明に係わる直流電動機のオンライン絶縁
抵抗測定装置は、直流電源回路に直列に接続された直流
電動機と並列に接続し、その接地電流を検出してオンラ
イン状態で絶縁抵抗を測定する直流電動機のオン与イン
酷縁抵抗測定装置において、接地電流中の交流成分を分
離する交流成分分離回路と、この交流成分分離回路の出
力と直流電源回路の電圧とに基づき絶縁抵抗値を演算す
る抵抗値演算回路とを備えることを特徴とするのもであ
る。

〔作用〕

そして、この発明に係わる直流電動機のオンライン絶縁
抵抗測定装置の作用は、直流電動機の直流電源回路の接
地電流から、交流成分分離回路によって交流成分を分離
することにより回転子巻線部位に生じる接地電流成分を
検出し、これと直流電源回路の電圧値とに基づいて抵抗
値演算回路によって回転子巻線部位絶縁抵抗値を演算し
、抵抗値演算回路の出力端子からその絶縁抵抗値を得る
ものである。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

図において、まず構成を説明すると、１は直流電動機の
回転子（＝電機子）巻線であり、Ｐは＋端子、Ｎは一端
子である。２は変圧器、３はその交流出力を直流に変換
するサイリスタ等のＡＣ−ＤＣ変換回路、４はしゃ断器
である。

５は絶縁抵抗測定装置であり、そのＰ（＋）端子及びＮ
（−）端子はそれぞれ回転子巻線１のＰ（＋）端子及び
Ｎ　（−）端子に接続され、絶縁抵抗測定装置５のもう
一つのＥ端子を接地することにより、接地電流ｉ、の閉
回路を形成する。

Ｐ端子及びＮ端子はそれぞれ所定抵抗値の抵抗６．７を
介して互いに接続され、抵抗６，７間及びＥ端子間に流
れる接地電流ｉ、が交流成分分離回路８及び直流成分分
離回路９にそれぞれ供給される。

交流成分分離回路８は接地電流ｉ、に含まれる交流成分
ｉＡｃを分離するものであり、例えば直流成分を阻止す
るコンデンサの交番周波数によるインピーダンス変化を
利用し、これを全波整流して平均化することにより、交
流成分ｉａｃが出力される。直流成分分離回路９は接地
電流ｉ、に含まれる直流成分ｉｏｃを分離するものであ
り、例えば、交流成分をバイパスするバイパスコンデン
サを有して構成されている。ここで、Ｉｓ　＝　ＩＤＣ
＋　ｉａｃであり、ｉａｃは回転子巻線１の接地抵抗を
流れる接地電流（交流成分）、ｉＤＣは直流電源回路の
接地抵抗を流れる接地電流（直流成分）である。また、
ｉＡｃの交番周波数は直流電動機の（回転数（ｒｐｍ）
＋６０Ｘ極数÷２）である。

１０は絶縁測定部位を選択する選択回路であり、選択ス
イッチ１０ａの切換え選択によって所望とする接地電流
を選択する。すなわち、固定接点１゜を選択すると交流
成分ｉａｃが、固定接点ｔ３を選択すると直流成分ｉｅ
ｃが、固定接点ｔ、を選択すると交流成分ｉａｃと直流
成分ｉＤｃの金成分（ｉａｃ＋１ｏｃ）がそれぞれ選択
され出力される。

１１は抵抗値演算回路であり、直流電源回路の回路電圧
（Ｖ）と選択回路１０により選択された接地電流（Ｉ　
ＡＣ＋　　Ｉ　ＤＣ＋　　Ｉ　ＡＣ”　Ｉ　ＤＣ）が供
給され、これらに基づき前記選択回路１０の選択動作に
応じて所定の演算を行い、絶縁抵抗値（メグ）を算出す
る。１２はその抵抗値演算回路１１により演算された絶
縁抵抗値に応じた出力信号が供給された出力端子である
。

１３は上記絶縁抵抗の管理値（一般的に、０．１〜０．
３ＭΩ）に応じた信号を発生する設定回路、１４は抵抗
値演算回路１１から出力される絶縁抵抗値に応じた信号
と設定回路１３から発生される絶縁抵抗管理値に応じた
信号とを比較する比較回路、１５は比較回路１４による
比較結果に応じた信号を取り出す出力端子１５である。

・次に、上記実施例の動作を説明すると、通常の絶縁監
視状態では、選択回路１０の選択スイッチ１０ａを固定
接点ｔ３側に切り換えておき、抵抗値演算回路１１で交
流成分ｉＡｃ及び直流成分ｉｏｃの金成分（ｉ　ａｃ＋
　ｉ　ａｃ）に基づく直流電動機駆動系の絶縁抵抗値を
演算するように設定する。

この状態で、直流電源回路及び回転子巻線１における絶
縁状態が良好であるとものとすると、これらと接地との
間の絶縁抵抗ＲＤＣ＋　ＲＡＣは無限大となり、接地電
流ｉ、は略零となる。このため、選択回路１０から出力
される電流値（ｉａｃ＋１ｏｃ）も略零となり、これが
抵抗値抵抗値演算回路１１に供給される。したがって、
抵抗値抵抗値演算回路１１で直流成分ｉ！ｌｃ及び交流
成分ｉａｃの金成分（ｉａｃ＋１ｏｃ）と電源回路の電
圧Ｖとに基づき下記（１１式及び（２）式の演算を行っ
て絶縁抵抗値ＲＥを算出する。

Ｒ１”Ｉ　Ｖ／　（ｉａｃ＋　ｌ　ａｃ）一定数　　・
・・・・・（１）このとき、合成電流値（ｉ　ａｃ＋　
ｉ　ａｃ）が略零となるので、算出した絶縁抵抗値Ｒ１
は無限大（実際には、かなり大きな有限値として出力さ
れる）となり、絶縁状態が良好であることを判知するこ
とができる。

この絶縁状態が良好な状態から、直流電動機の回転子巻
線１又は直流電源回路で絶縁不良が生じると、これに応
じて接地電流ｉ、の値が大きくなる。ここで、回転子巻
線１で絶縁不良が生じたときには、接地電流が回転子の
回転数をＮ（ｒｐｍ）どし、極数をＰとすると、Ｎ−Ｐ
／２・６０で表される交番周波数の交流電流となり、直
流電源回路で絶縁不良が生じたときには、接地電流が一
定値の直流電流となり、両者が同時に絶縁不良となると
、直流成分と交流成分とが重畳された電流となる。

したがって、少なくとも回転子巻線１又は直流電源回路
の何れか一方が絶縁不良となると、接地電流ｉ、が大き
な値となり、交流成分分離回路８又は直流成分分離回路
９の検出値が大きくなり、両者の和の検出値（ｉ　ａｃ
＋ｉ　ｏｃ）も大きな値をとることになり、抵抗値演算
回路１１から比較的小さな絶縁抵抗値Ｒ２を表す電圧値
となる測定信号Ｖ、が出力される。

一方、この測定信号が比較回路１４に供給されるので、
この比較回路１４で予め設定された絶縁管理値を表す設
定電圧ｖ３と比較し、Ｖ、＞Ｖｓであるときには、絶縁
不良が許容範囲内であることを表す例えば論理値“０”
の比較信号を出力し、■、≦■、であるときには、有害
な絶縁不良を生じていることを表す論理値“１”の比較
信号を出力する。

そして、出力端子１５に論理値“１”の比較信号が出力
されると、これに接続された゛警報回路が作動されて、
音又は光等でなる警報が発せられる。

このように警報回路で警報が発せられると、絶縁下良状
態が発生したことを判知することができ、この状態で選
択回路１０の選択スイッチ１０ａを固定接点ｔ１側に切
り換えると、交流成分分離回路８の出力が抵抗値演算回
路１１に供給されて、交流成分ｉａｃに対応した絶縁抵
抗値ＲＡＣが演算されて出力され、その絶縁抵抗値ＲＡ
Ｃの値が小さいときには、回転予巻ｖＡ１で絶縁不良が
発生したことを判知することができる。

また、選択回路１０の選択スイッチ１０ａを固定接点ｔ
２側に切り換えると、直流成分分離回路９の出力が抵抗
値演算回路１１に供給されて、直流成分子ｏｅに対応し
た絶縁抵抗値ＲＤＣが演算されて出力され、その絶縁抵
抗値ＲＤＣＯ値が小さいときには、直流電源回路で絶縁
不良が発生したことを判知することができる。

なお、上記実施例においては、接地電流ｉｔに含まれる
交流成分と直流成分とをそれぞれ分離して検出する場合
について説明したが、交流成分ｉ■のみを検出すると共
に、接地電流ｉ、を全波整流して直流電動機駆動系全体
の絶縁状態を検出し、全波整流出力によって絶縁状態を
監視し、ｖｌ、縁不良が生じたときに、交流成分ｉａｃ
による絶縁抵抗値を演算して回転子巻線部位の絶縁不良
であるか直流電源回路部位の絶縁不良であるかを弁別す
るようにしてもよい。

また、上記実施例においては、交流成分分離回路８及び
直流成分分離回路９の出力を選択回路１０で選択する場
合について説明したが、これに限定されるものではなく
、交流成分分離回路８及び直流成分分離回路９の出力と
、両者の和の合成出力をそれぞれ独立の抵抗値演算回路
に供給するようにしてもよいこと勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明に係わる直流電動機のオ
ンライン絶縁抵抗測定装置によれば、回転子巻線部位の
絶縁劣化（又は低下）か直流電源回路部位の絶縁劣化か
がオンラインで（運転中に）判別できるので、危険性の
大きい回転子巻線部位の絶縁劣化を常時監視できるとと
もに、直流電源回路部位の絶縁低下の方が発生頻度が高
いので、操業の停止時間が大幅に短縮される。また、直
流電源回路の電圧を考慮して演算により絶縁抵抗値を求
めているので、電圧が変化しても測定感度が低下せず、
正確な絶縁抵抗値を得ることができ、絶縁抵抗値による
管理が可能になる。

さらに、運転中の絶縁抵抗値の変化を見ることができる
ので、例えば巻線温度との相関を取る等により、絶縁物
の劣化か吸湿劣化かの判定を容易に行うことができる。

このため、絶縁劣化対策を適切に講することが可能にな
り、吸湿劣化の場合には洗浄・フェス処理で絶縁回復を
図ることができ、巻替えに比べて費用が約１１５ですむ
等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明に係わる直流電動機のオンライン絶縁抵抗
測定装置の一実施例を示す構成図である。 １・・・回転子巻線、５・・・絶縁抵抗測定装置、８・
・・交流成分分離回路、９・・・直流成分分離回路、１
０・・・選択回路、１０ａ・・・選択スイッチ、１１・
・・抵抗値演算回路、１２．１５・・・出力端子、１３
・・・設定回路、１４．・・比較回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源回路に直列に接続された直流電動機と並列に接
   続し、その接地電流を検出してオンライン状態で絶縁抵
   抗を測定する直流電動機のオンライン絶縁抵抗測定装置
   において、前記接地電流中の交流成分を分離する交流成
   分分離回路と、該交流成分分離回路の出力と前記直流電
   源回路の電圧とに基づき絶縁抵抗値を演算する抵抗値演
   算回路とを備えることを特徴とする直流電動機のオンラ
   イン絶縁抵抗測定装置。