绝缘异常检测系统以及绝缘异常检测方法与流程

1.本技术涉及检测三相电动机的绝缘异常的绝缘异常检测系统以及绝缘异常检测方法。


背景技术：

2.在目前的电气设备的绝缘异常检测的解决方法中，已知有根据机器人或输送机的电动机电流的变化来检测电动机的绝缘异常的方法。例如以往有使电动机停止而直接测量电阻值的方法，但该方法只能在停机状态下使用，这影响电气设备的正常工作，难以进行高频度地绝缘异常检测。
3.除了上述停机进行绝缘异常检测的方式，还有在电动机动作时进行绝缘异常检测的方法。具体来说，机器人或输送机通常使用三相电动机，通过改变120度相位的电流来控制三相(u相、v相、w相)的各相线圈，从而使电动机旋转。在理想状态下，三相线圈的三相电流信号是平衡的，即、三相线圈的总电流始终为零。图1是示出三相电动机在理想状态下的各相电流以及总电流的示意图。但如果三相电动机发生绝缘破坏，则漏电流流动，三相电流信号的平衡被破坏，三相线圈的总电流发生波动，这时发生电动机故障。图2是示出三相电动机在漏电状态下的各相电流以及总电流的示意图。基于上述原理，考虑可以通过检测三相电流信号的平衡变化来检测绝缘异常，具体来说，使用零相变流器(zct)来检测三相线圈的总电流，根据获取的三相线圈的总电流值来得出三相电动机的漏电检测值，从而检测电动机的绝缘异常。


技术实现要素：

4.发明要解决的问题
5.采用上述的在电动机动作时进行绝缘异常检测的方法，能够在不停机的状态下进行电动机的绝缘异常检测，实现设备的高频度绝缘异常检测。但在该方法中，有时会因测量环境的影响而导致绝缘异常检测的精度降低。
6.本技术发明人经过研究发现，不仅绝缘电阻劣化(漏电)会导致三相电流信号变得不平衡，各相线圈的寄生电容的差分也会导致三相电流信号的平衡变化。图3是示出三相电动机1的各相线圈的寄生电容的差分对总电流的影响的示意图。图3中的cu、cv、cw分别表示各相线圈的寄生电容，在各相线圈的寄生电容不平衡的情况下(例如，cu》cv＝cw)，三相电流信号也会变得不平衡，而且，在高频电流下，三相电流信号的不平衡进一步增加。
7.接下来，进一步说明电流频率对三相电流信号的不平衡(后文有时简称为不平衡电流)的影响。众所周知，流入三相电动机的电流的频率与电动机的转速(动作频率)成正比，流入三相电动机的电流的频率高，电动机的动作频率高、转速也高，反之，流入三相电动机的电流的频率低，电动机的动作频率低、转速也低。图4是示出三相电动机的动作频率与不平衡电流的关系的示意图。如图4所示，绝缘电阻劣化引起的不平衡电流是恒定的，与电动机的动作频率无关，但寄生电容的差分引起的不平衡电流在电动机的动作频率变高时增
加。
8.经由上述分析可知，在使用零相变流器检测到的三相电动机的总电流来进行绝缘异常检测的方法中，漏电检测值不可避免会受到寄生电容的差分的影响，而且随着电动机的动作频率的增加，寄生电容的差分对漏电检测值的影响会逐渐增大，从而导致检测精度的下降。图5示意性地示出了三相电动机的动作频率与漏电检测值的关系。如图5所示，在高频动作区间，寄生电容的差分对漏电检测值的影响已经远远大于绝缘电阻，在这种情况下，不能准确地检测到三相电动机的绝缘异常。由此可见，为了提高绝缘异常检测精度，需要降低各相线圈的寄生电容的差分对漏电检测值的影响。
9.本技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种绝缘异常检测系统以及绝缘异常检测方法，用于检测三相电动机的绝缘异常，能够在不停机的情况下检测绝缘异常，并且能够降低各相线圈的寄生电容的差分对漏电检测值的影响，提高绝缘异常检测的精度。
10.解决问题的技术手段
11.为了达成上述的目的，本技术的绝缘异常检测系统，用于检测三相电动机的绝缘异常，具备：总电流获取部，其获取所述三相电动机的三相线圈的总电流信号；特征量提取部，其基于所述总电流获取部获取到的所述总电流信号提取总电流值；单相电流获取部，其获取所述三相电动机的某一相线圈的电流信号；频率检测部，其基于所述单相电流获取部获取到的某一相线圈的电流信号，检测所述三相电动机的动作频率；异常检测区间设定部，其基于所述频率检测部检测到的三相电动机的动作频率，设定所述三相电动机的低频动作区间，并将所述低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间；异常检测部，其在所述异常检测区间内，根据所述总电流值检测所述三相电动机的绝缘异常；以及检测结果显示部，其显示所述异常检测部的检测结果。
12.通过根据三相线圈的总电流值来检测三相电动机的绝缘异常，能够在不停机的情况下检测绝缘异常，并且通过设定低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间，能够降低各相线圈的寄生电容的差分对漏电检测值的影响，提高绝缘异常检测的精度。
13.本技术的绝缘异常检测系统中，可以是所述异常检测区间设定部将所述三相电动机的动作频率在规定频率以下的区间设定为所述低频动作区间。也可以是所述异常检测区间设定部根据所述三相电动机的最大动作频率设定所述低频动作区间。还可以是所述异常检测区间设定部将所述三相电动机刚启动之后的规定时间段设定为所述低频动作区间。
14.通过设定低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间，能够降低各相线圈的寄生电容的差分对漏电检测值的影响，提高绝缘异常检测的精度。根据三相电动机的实际动作情况设定低频动作区间，能够进一步提高绝缘异常检测的精度。
15.本技术的绝缘异常检测系统中，在所述异常检测区间内，所述总电流值超过规定阈值时，所述异常检测部检测到所述三相电动机发生绝缘异常。
16.发明的效果
17.根据本技术，能够提供一种绝缘异常检测系统以及绝缘异常检测方法，用于检测三相电动机的绝缘异常，能够在不停机的情况下检测绝缘异常，并且能够降低各相线圈的寄生电容的差分对漏电检测值的影响，提高绝缘异常检测的精度。
附图说明
18.图1是示出三相电动机在理想状态下的各相电流以及总电流的示意图。
19.图2是示出三相电动机在漏电状态下的各相电流以及总电流的示意图。
20.图3是示出三相电动机的各相线圈的寄生电容的差分对总电流的影响的示意图。
21.图4是示出三相电动机的动作频率与不平衡电流的关系的示意图。
22.图5是示出三相电动机的动作频率与漏电检测值的关系的示意图。
23.图6是示出本技术的绝缘异常检测系统中设定的异常检测区间的示意图。
24.图7是示出本技术实施方式1的绝缘异常检测系统的构成图。
25.图8是说明本技术实施方式1的绝缘异常检测系统的动作的流程图。
26.图9是示出三相电动机的低频动作区间的设定方法的一例的示意图。
27.图10是示出本技术实施方式2的绝缘异常检测系统的构成图。
具体实施方式
28.本技术发明人发现，在电动机的低频动作区间，由布线寄生电容的差分引起的不平衡电流较低，也就是寄生电容对漏电检测值的影响较小，但在电动机的高频动作区间，由布线寄生电容的差分引起的不平衡电流较高，寄生电容对漏电检测值的影响较大(参照图3～5)。
29.因此，为了抑制由布线寄生电容的不平衡引起的检测精度的降低，本技术发明人考虑通过设定电动机低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间，来降低各相线圈的寄生电容的差分对漏电检测值的影响，提高绝缘异常检测的精度。图6是示出本技术的绝缘异常检测系统中设定的异常检测区间的示意图。如图6所示，在本技术的绝缘异常检测系统中，根据三相电动机的转速，将电动机低频动作的区间作为异常检测区间。关于电动机的动作频率，可以通过在电动机的任意一相线圈上设置电流频率检测用的ct传感器来检测。
30.下面，参考附图，对本技术的绝缘异常检测系统的各实施方式进行说明。
31.(实施方式1)
32.下面对本技术实施方式1的绝缘异常检测系统的构成和动作流程进行具体说明。图7是示出本技术实施方式1的绝缘异常检测系统的构成图。图8是说明本技术实施方式1的绝缘异常检测系统的动作的流程图。
33.如图7所示，本技术实施方式1的绝缘异常检测系统具备：总电流获取部2、特征量提取部41、单相电流获取部3、频率检测部42、异常检测区间设定部43、异常检测部44、检测结果显示部5。
34.绝缘异常检测系统中的总电流获取部2和单相电流获取部3可以是设置在三相电动机的三相线圈上的传感器，用于获取电流信号。总电流获取部2例如是前文提到过的零相变流器(zct)，用于获取三相电动机的三相线圈的总电流信号，这里，获取三相电动机的三相线圈的总电流信号是指获取三相电动机的三相线圈的各电流信号的矢量和。单相电流获取部3例如是前文提到过的ct传感器，设置在某一相的线圈上，用于获取三相电动机的某一相线圈的电流信号(图8步骤s100)。
35.特征量提取部41、频率检测部42、异常检测区间设定部43、异常检测部44构成绝缘
异常检测模块4，用于三相电动机的绝缘异常检测，也就是三相电动机的漏电检测。
36.特征量提取部41基于总电流获取部2获取到的总电流信号提取总电流值，频率检测部42基于单相电流获取部3获取到的某一相线圈的电流信号，检测三相电动机的动作频率(图8步骤s101)。
37.异常检测区间设定部43基于频率检测部42检测到的三相电动机的动作频率，设定三相电动机的低频动作区间，并将设定的低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间(图8步骤s102)。
38.在异常检测区间内，异常检测部44根据总电流值检测三相电动机的绝缘异常(图8步骤s103)，具体来说，在总电流值超过规定阈值时，异常检测部44检测到三相电动机发生绝缘异常，规定阈值根据三相电动机的实际动作情况而设定。最终，检测结果显示部5显示异常检测部44的检测结果(图8步骤s104)。
39.接下来，对三相电动机的低频动作区间的设定方法进行说明。图9是示出三相电动机的低频动作区间的设定方法的一例的示意图。
40.在图9所示的设定方法中，异常检测区间设定部43根据三相电动机的最大动作频率设定低频动作区间。具体来说，异常检测区间设定部43通过stft(短时傅立叶变换)计算电动机的最大动作频率(fpeak)，将动作频率在最大动作频率的1/10以下的电动机的动作区间设定为低频动作区间。显然，最大动作频率的1/10仅表示一个数值实例，具体的取值需要根据具体情况进行设定。
41.低频区间的设定方法并不限定于此，也可以将三相电动机的动作频率在规定频率以下的区间设定为低频动作区间，规定频率根据三相电动机的实际动作情况而设定。也可以将三相电动机刚启动之后的规定时间段设定为低频动作区间，这是因为电动机在刚启动之时一定是在低频动作区间，规定时间段根据三相电动机的实际动作情况而设定。
42.(实施方式2)
43.实施方式2是将实施方式1的绝缘异常检测模块4应用到伺服放大器6和三相电动机1之间的实例。图10是示出本技术实施方式2的绝缘异常检测系统的构成图。
44.如图10所示，总电流获取部2和单相电流获取部3提取到的电流信号经过逻辑控制器7的处理被输入到绝缘异常检测模块4，通过绝缘异常检测模块4得到的检测结果以可视化画面的形式被输出到检测结果显示部5。
45.检测结果显示部5的显示画面可以显示检测到的电动机的总电流值和电流频率，从而直观地显示检测结果。检测结果显示部5的显示画面还可以电动机的绝缘异常变化趋势，图10的实例中显示了漏电检测值的逐日变化，从而反应电动机的绝缘异常变化趋势。
46.逻辑控制器7与绝缘异常检测模块4之间可以有线或无线连接，绝缘异常检测模块4可以现场设置、也可以远程设置。同样，绝缘异常检测模块4与检测结果显示部5之间可以有线或无线连接。
47.本技术的绝缘异常检测系统中的总电流获取部2和单相电流获取部3是设置在现场的传感器，绝缘异常检测模块4可以通过至少具备cpu(central processing unit，中央处理器)、存储装置以及接口的计算机、和控制这些硬件资源的程序来实现。用于实现本技术的绝缘异常检测方法的程序被存储在存储装置中，按照存储在存储装置中的程序执行上述实施方式中说明的处理。
48.以上，说明了本技术的实施方式，但本技术不限于这些实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变更。另外，即使是在说明书和附图中没有直接记载的构成，只要起到本技术的作用、效果，也在本技术的技术思想的范围内。进而，上述记载以及各图所示的实施方式，只要其目的以及构成等不矛盾，也可以将相互的记载内容组合。

技术特征：
1.一种绝缘异常检测系统，其用于检测三相电动机的绝缘异常，所述绝缘异常检测系统的特征在于，具备：总电流获取部，其获取所述三相电动机的三相线圈的总电流信号；特征量提取部，其基于所述总电流获取部获取到的所述总电流信号提取总电流值；单相电流获取部，其获取所述三相电动机的某一相线圈的电流信号；频率检测部，其基于所述单相电流获取部获取到的某一相线圈的电流信号，检测所述三相电动机的动作频率；异常检测区间设定部，其基于所述频率检测部检测到的三相电动机的动作频率，设定所述三相电动机的低频动作区间，并将所述低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间；异常检测部，其在所述异常检测区间内，根据所述总电流值检测所述三相电动机的绝缘异常；以及检测结果显示部，其显示所述异常检测部的检测结果。2.根据权利要求1所述的绝缘异常检测系统，其特征在于，所述异常检测区间设定部将所述三相电动机的动作频率在规定频率以下的区间设定为所述低频动作区间。3.根据权利要求1所述的绝缘异常检测系统，其特征在于，所述异常检测区间设定部根据所述三相电动机的最大动作频率设定所述低频动作区间。4.根据权利要求1所述的绝缘异常检测系统，其特征在于，所述异常检测区间设定部将所述三相电动机刚启动之后的规定时间段设定为所述低频动作区间。5.根据权利要求1所述的绝缘异常检测系统，其特征在于，在所述异常检测区间内，所述总电流值超过规定阈值时，所述异常检测部检测到所述三相电动机发生绝缘异常。6.一种绝缘异常检测方法，其用于检测三相电动机的绝缘异常，所述绝缘异常检测方法的特征在于，具备：总电流获取步骤，获取所述三相电动机的三相线圈的总电流信号；特征量提取步骤，基于在所述总电流获取步骤获取到的所述总电流信号提取总电流值；单相电流获取步骤，获取所述三相电动机的某一相线圈的电流信号；频率检测步骤，基于在所述单相电流获取步骤获取到的某一相线圈的电流信号，检测所述三相电动机的动作频率；异常检测区间设定步骤，基于在所述频率检测步骤检测到的三相电动机的动作频率，设定所述三相电动机的低频动作区间，并将所述低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间；异常检测步骤，在所述异常检测区间内，根据所述总电流值检测所述三相电动机的绝缘异常；以及检测结果显示步骤，显示所述异常检测步骤的检测结果。
7.根据权利要求6所述的绝缘异常检测方法，其特征在于，在所述异常检测区间设定步骤中，将所述三相电动机的动作频率在规定频率以下的区间设定为所述低频动作区间。8.根据权利要求6所述的绝缘异常检测方法，其特征在于，在所述异常检测区间设定步骤中，根据所述三相电动机的最大动作频率设定所述低频动作区间。9.根据权利要求6所述的绝缘异常检测方法，其特征在于，在所述异常检测区间设定步骤中，将所述三相电动机刚启动之后的规定时间段设定为所述低频动作区间。10.根据权利要求6所述的绝缘异常检测方法，其特征在于，在所述异常检测区间内，所述总电流值超过规定阈值时，检测到所述三相电动机发生绝缘异常。

技术总结
本申请涉及检测三相电动机的绝缘异常的绝缘异常检测系统以及绝缘异常检测方法。绝缘异常检测系统具备：总电流获取部(2)，其获取三相电动机的三相线圈的总电流信号；特征量提取部，其基于总电流信号提取总电流值；单相电流获取部(3)，其获取三相电动机的某一相线圈的电流信号；频率检测部，其基于某一相线圈的电流信号，检测三相电动机的动作频率；异常检测区间设定部，其基于三相电动机的动作频率，设定三相电动机的低频动作区间，并将低频动作区间作为进行绝缘异常检测的异常检测区间；异常检测部，其在异常检测区间内，根据总电流值检测三相电动机的绝缘异常；以及检测结果显示部(5)，其显示异常检测部的检测结果。其显示异常检测部的检测结果。其显示异常检测部的检测结果。


技术研发人员：矢崎徹 姚开鹏
受保护的技术使用者：日立解决方案（中国）有限公司
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2023/9/23