專利名稱：一種成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種成組變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀。
背景技術(shù)：
隨著變頻器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。為了提高效率，降 低成本，工業(yè)生產(chǎn)一般采用成組變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由公共整流器集中給該區(qū)域的變頻器供 電，每臺(tái)變頻器根據(jù)工藝要求，可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)。但變頻驅(qū)動(dòng)也帶來一些負(fù)面影響，變頻 器輸出的PWM脈沖電壓上升率很高，在電動(dòng)機(jī)繞組上產(chǎn)生不均勻地電壓分布，在電機(jī)側(cè)可 能產(chǎn)生近2倍高頻振蕩的過電壓；輸出的諧波電流增加了電機(jī)的鐵耗和銅耗，使電動(dòng)機(jī)溫 度上升，對電機(jī)絕緣構(gòu)成嚴(yán)重威脅；而且對周圍電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運(yùn)行。據(jù)報(bào)導(dǎo)，在實(shí)際現(xiàn)場運(yùn)行中曾多次出現(xiàn)因變頻電機(jī)單相繞組絕緣擊穿，造成機(jī)組 其它設(shè)備速度與張力波動(dòng)，公共整流器輸出直流電壓、電流劇烈波動(dòng)，甚至出現(xiàn)跳電與損壞 的故障，嚴(yán)重影響機(jī)組生產(chǎn)地穩(wěn)定運(yùn)行。目前，絕大多數(shù)工業(yè)用電系統(tǒng)都采用IT系統(tǒng)，即變 壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)大阻抗接地。這種供電方式的優(yōu)點(diǎn)是一旦負(fù)載發(fā)生單相接地故障 時(shí)，由于沒有構(gòu)成接地回路，可以維持繼續(xù)運(yùn)行。但要盡快排除接地點(diǎn)，否則對人身安全造 成威脅，而且一旦單點(diǎn)接地惡化衍變成多點(diǎn)同時(shí)接地時(shí)，會(huì)造成該回路供電中斷。所以迫切 需要在電機(jī)或供電回路發(fā)生單相接地時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，并及時(shí)切除，避免故障擴(kuò)大。目前常用的交流變頻電機(jī)在線絕緣檢測儀一般有以下幾種方法。1、利用部分變頻器提供的接地檢測功能來監(jiān)測電機(jī)的絕緣，通過檢測變頻器輸出 電流，一旦三相電流偏差值超過設(shè)定值，變頻器判斷電機(jī)有接地現(xiàn)象。這種檢測方法在現(xiàn)場 使用方便，不需要外加任何設(shè)備，但檢測效果并不可靠，特別對于一個(gè)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī) 時(shí)，當(dāng)電機(jī)與變頻器之間電纜較長或PWM開關(guān)頻率較高時(shí)，經(jīng)常會(huì)誤動(dòng)作，從而影響生產(chǎn)的 穩(wěn)定運(yùn)行。此外，它不能同時(shí)對給變頻器供電的交流IT輸入電源側(cè)(即變壓器中性點(diǎn)不接 地的供電電源側(cè))的絕緣進(jìn)行監(jiān)視。2、通過在變頻器的輸出串接專用零序電流互感器來監(jiān)視電機(jī)的絕緣。由于變頻器 輸出PWM脈沖波，在電機(jī)側(cè)產(chǎn)生共模電壓，相應(yīng)產(chǎn)生一定數(shù)量的零序電流，市場上供配電回 路常用的零序電流檢測器無法用，需要專用零序電流檢測。當(dāng)一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)時(shí)， 需要每臺(tái)電機(jī)配置一臺(tái)專用零序電流檢測器。這種方法比較準(zhǔn)確地在線監(jiān)測變頻電機(jī)的絕 緣，并自動(dòng)保護(hù)。但它也存在價(jià)格很高、需要安裝空間的問題；而且它也不能同時(shí)對IT供電 電源側(cè)的絕緣進(jìn)行監(jiān)視。3、利用本德爾(BENDER)系列產(chǎn)品如IRDH275來監(jiān)視IT供電電源側(cè)或單臺(tái)變頻電 機(jī)絕緣變化趨勢，它能夠?qū)^緣變化趨勢進(jìn)行比較準(zhǔn)確地監(jiān)控。其檢測原理是通過微處理 器的控制，在被測回路與地之間施加低壓脈沖，通過檢測電流來計(jì)算絕緣電阻，當(dāng)電機(jī)對地 絕緣電阻低于設(shè)定值時(shí)，檢測儀報(bào)警或輸出故障信號。這種產(chǎn)品適用于對IT供電側(cè)或單臺(tái) 電機(jī)的在線絕緣監(jiān)視，但在對多臺(tái)變頻電機(jī)回路進(jìn)行絕緣監(jiān)視時(shí)，因?qū)嶋H電纜走向、長度變 化，經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警或不報(bào)警的現(xiàn)象。[0008]4、采用常規(guī)不接地供電回路中對工頻設(shè)備絕緣監(jiān)視方法。原理是一旦工頻設(shè)備某 相接地，該相對地電壓為零，其它兩相對地電壓電壓可能上升到線電壓，通過在三相交流電 源輸入側(cè)安裝三只電壓表來監(jiān)視系統(tǒng)對地絕緣情況，參見圖1。這種方法對工頻設(shè)備的接地 絕緣監(jiān)視的效果好，而且可以判斷是哪一相接地；但對變頻電機(jī)并不適用。比如在由公共整 流器集中供電，變頻器成組驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)時(shí)，一旦某臺(tái)變頻電機(jī)發(fā)生單相接地時(shí)，并不會(huì)出 現(xiàn)交流供電電源側(cè)的一相對地電壓降低，而其它兩相對地電壓上升為線電壓的現(xiàn)象，從而 出現(xiàn)漏報(bào)警或不報(bào)警現(xiàn)象，并且需要人工監(jiān)視，不能實(shí)時(shí)監(jiān)視并發(fā)出報(bào)警與跳閘信號。5、采用電壓繼電器方法，如圖2所示，通過一個(gè)三相五柱式電壓互感器T，其二次 側(cè)的星形繞組接有三個(gè)電壓表，另一個(gè)二次繞組接成開口三角形，接入電壓繼電器。當(dāng)交流 輸入側(cè)發(fā)生接地時(shí)，會(huì)產(chǎn)生零序電壓，電壓繼電器動(dòng)作發(fā)出報(bào)警或跳間信號，通過三個(gè)電壓 表可以判斷是電源哪一相接地。這種方法適合對工頻設(shè)備的絕緣進(jìn)行監(jiān)視，但不適宜對多 臺(tái)變頻電機(jī)同時(shí)進(jìn)行絕緣監(jiān)視。這是因?yàn)樽冾l電機(jī)發(fā)生單相接地時(shí)，交流供電電源側(cè)的三 相對地電壓依然對稱，在三相五柱式電壓互感器的開口繞組側(cè)感應(yīng)出的電壓比較低，不易 造成電壓繼電器動(dòng)作，從而出現(xiàn)漏報(bào)警的現(xiàn)象。在IT不接地供電系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)發(fā)生單相接地，由于沒有形成接地回路，允許電 機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；但如果發(fā)生電機(jī)多點(diǎn)接地，必然造成變頻器兩相或三相短路，巨大的短路電流 使變頻裝置立即保護(hù)跳間。盡管變頻電機(jī)某相接地時(shí)，允許電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，但也存在一些問 題。一方面，由于電機(jī)其它兩相對地電壓上升為線電壓，當(dāng)變頻器與電機(jī)之間電纜長或該 變頻器同時(shí)帶多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，相對地及相與相之間的分布電容大，變頻器輸出的高頻PWM (脈寬調(diào)制)脈沖電壓波，導(dǎo)致變頻器輸出電流的增加；另一方面 ，由于高頻漏電流產(chǎn)生EMC (電磁兼容)問題，影響周圍電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，造成機(jī)組速度與張力波動(dòng)，導(dǎo)致公共整流 器或逆變器電壓、電流劇烈波動(dòng)而損壞。此外，IT不接地供電系統(tǒng)中，一旦發(fā)生供電回路單 相接地，容易對人身安全造成威脅，而且一旦接地惡化衍變成多點(diǎn)同時(shí)接地時(shí)，會(huì)造成該回 路供電中斷。所以迫切需要在電機(jī)側(cè)或供電回路發(fā)生單相接地時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，并及時(shí) 切除，避免故障擴(kuò)大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀，該絕緣監(jiān)測儀能 對由同一公共整流器集中供電的所有變頻器驅(qū)動(dòng)的多組變頻電機(jī)的對地絕緣情況進(jìn)行在 線監(jiān)視，檢測效果準(zhǔn)確，而且不需要對每臺(tái)電機(jī)單獨(dú)設(shè)置絕緣檢測儀，而且也能對工頻電源 側(cè)設(shè)備的絕緣進(jìn)行在線監(jiān)視。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀，包括三組電阻和 三個(gè)取樣電阻、三個(gè)電壓變換器、三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和穩(wěn)壓電源，一組電阻和一 個(gè)取樣電阻串聯(lián)后構(gòu)成一相，三組電阻和三個(gè)取樣電阻構(gòu)成三相并且三個(gè)取樣電阻一端并 接組成人工模擬中性點(diǎn)接地，三組電阻經(jīng)三相開關(guān)接與變壓器中性點(diǎn)不接地供電回路的二 次側(cè)或公共整流器的輸入側(cè)，從而引入變壓器中性點(diǎn)不接地供電回路的交流三相電壓；在 三組電阻和三個(gè)取樣電阻之間引出三相引線，三相引線分別接三個(gè)熔斷器后經(jīng)過三個(gè)獨(dú)立 的電壓隔離變換器后再通過三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入微處理器輸入通道，微處理器通過對三 相對地電壓進(jìn)行計(jì)算與處理，然后進(jìn)行相互比較，輸出結(jié)果輸入顯示器或發(fā)出報(bào)警信號；穩(wěn)壓電源由交流電源經(jīng)開關(guān)和熔斷器后輸入，穩(wěn)壓電源輸出接微處理器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和電 壓隔離變換器。所述三組電阻共有六個(gè)電阻，每組電阻為二個(gè)電阻串聯(lián)。本實(shí)用新型的絕緣監(jiān)測儀通過對IT不接地供電系統(tǒng)(變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng) 大阻抗接地供電系統(tǒng))的交流輸入三相對地電壓進(jìn)行測試，來判斷是否存在變頻電機(jī)接地 或工頻供電側(cè)出現(xiàn)接地現(xiàn)象，然后根據(jù)對地絕緣程度發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，并根據(jù)需要可 以延時(shí)發(fā)出機(jī)組停機(jī)與跳閘信號。其優(yōu)點(diǎn)在于1)能對由同一公共整流器集中供電的所有變頻器驅(qū)動(dòng)的多組變頻電機(jī)的對地絕 緣情況進(jìn)行在線監(jiān)視。2)也能對同一 IT不接地系統(tǒng)的供電回路與工頻電機(jī)的絕緣進(jìn)行在線監(jiān)視，而且 可以判斷三相供電電源的哪一相接地。3) —旦檢測到電機(jī)或供電電源側(cè)存在接地現(xiàn)象，立即向上位機(jī)或中央操作室發(fā)出 報(bào)警信號。一方面，維持生產(chǎn)繼續(xù)運(yùn)行；另一方面，及時(shí)通知技術(shù)人員檢查與排除故接地故障。4)本實(shí)用新型絕緣監(jiān)測儀檢測效果準(zhǔn)確、可靠，而且不需要對每臺(tái)電機(jī)單獨(dú)設(shè)置 絕緣檢測儀，節(jié)省了投資。5)本實(shí)用新型絕緣監(jiān)測儀可以根據(jù)需要設(shè)定接地報(bào)警值，適用電壓范圍廣 (AC220V AC690V)。6)本實(shí)用新型絕緣監(jiān)測儀體積小，不僅可以在線安裝使用，也可以作為移動(dòng)設(shè)備使用。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)在三相供電回路安裝三只電壓表檢測對地絕緣的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)通過三相五柱式電壓互感器與電壓繼電器的配合來檢測對地絕 緣的示意圖；圖3為采用本實(shí)用新型成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀檢測對地絕緣的示意圖。圖中R、S、T為IT供電回路二次側(cè)或公共整流器的輸入側(cè)的R、S、T相(三相)，R1、 R2、R3為R相電阻，S1、S2、S3為S相電阻，T1、T2、T3為T相電阻，KO為開關(guān)，Kl為三相開 關(guān)，F(xiàn)1、F2、F3、F4為熔斷器，IM為變頻電機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。參見圖3，一種成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀，包括三組電阻和三個(gè)取樣電阻、三 個(gè)電壓變換器、三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和穩(wěn)壓電源。一組電阻和一個(gè)取樣電阻串聯(lián) 后構(gòu)成一相，三組電阻和三個(gè)取樣電阻構(gòu)成三相并且三個(gè)取樣電阻一端并接組成人工模擬 中性點(diǎn)接地，所述三組電阻共有六個(gè)電阻，每組電阻為二個(gè)電阻串聯(lián)；即由電阻R1、R2、R3、 S1、S2、S3、T1、T2、T3電阻組成的人工模擬中性點(diǎn)接地。三組電阻經(jīng)三相開關(guān)Kl接與原IT供電回路(即變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)大阻抗 接地的供電回路，本實(shí)施例以變壓器中性點(diǎn)不接地的供電回路為例來說明)的二次側(cè)或公共整流器的輸入側(cè)，從而引入變壓器中性點(diǎn)不接地供電回路的交流三相電壓；在三組電阻 Rl、R2、Si、S2、Tl、T2和三個(gè)取樣電阻R3、S3、T3之間引出三相引線，通過電阻Rl、R2、Si、 S2、T1、T2降壓，1 1、1 2、51、52、11、丁2的阻值分別取值為200ΚΩ,取樣電阻R3、S3、T3阻值 分別取值為10ΚΩ ；三相引線引出取樣電壓分別接三個(gè)熔斷器F1、F2、F3后經(jīng)過三個(gè)獨(dú)立的 電壓隔離變換器后與原交流電壓回路隔離，再通過三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入微處理器輸入通 道，微處理器通過對三相對地電壓進(jìn)行計(jì)算與處理，然后進(jìn)行比較，輸出結(jié)果輸入顯示器或 發(fā)出報(bào)警信號。如果所采樣的三相對地電壓同時(shí)都比正常三相對地電壓高，則判斷變頻器所控制 的電機(jī)側(cè)存在接地現(xiàn)象，并根據(jù)所采樣的三相對地電壓幅值的大小來判別變頻電機(jī)單相對 地絕緣劣化情況。當(dāng)三相對地電壓幅值相差較大，其中一相對地電壓較低，另外兩相對地電 壓同時(shí)升高時(shí)，則可判斷IT交流供電側(cè)或工頻電機(jī)存在單相接地現(xiàn)象，這里工頻電機(jī)直接 接在IT交流供電側(cè)(即IT交流供電回路二次側(cè))，參見圖3中的虛線連接部分；也可根據(jù)三 相對地電壓幅值大小來判斷IT交流供電回路或工頻電機(jī)單相對地絕緣劣化情況。然后發(fā) 出單相接地報(bào)警信號，通過通訊機(jī)向上位機(jī)或中央監(jiān)控室發(fā)出報(bào)警信號；也可根據(jù)絕緣劣 化情況，向上位機(jī)或中央監(jiān)控室延時(shí)發(fā)出跳間請求指令。穩(wěn)壓電源由交流電源220V經(jīng)開關(guān)KO和熔斷器F4后輸入，經(jīng)穩(wěn)壓電源內(nèi)部的交流 /直流變換，穩(wěn)壓電源輸出直流5V、士 15V、士24V穩(wěn)壓電源給微處理器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和電 壓隔離變換器提供工作電源。本實(shí)用新型的變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際數(shù)據(jù)可參見表 1。某企業(yè)的冷軋連退機(jī)組的所有電機(jī)均由逆變器驅(qū)動(dòng)，按照工藝區(qū)分，由入口段和出口段 兩個(gè)公共整流器給逆變器集中供電。采用本實(shí)用新型的變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀分別對入 口段和出口段兩個(gè)公共整流器進(jìn)行監(jiān)測，入口段公共整流器三相對地電壓明顯偏高，判斷 入口段由公共整流器集中供電的逆變器所控制的電機(jī)中有電機(jī)接地。通過檢查確實(shí)發(fā)現(xiàn)該 變頻器回路有一臺(tái)電機(jī)接地，通過對該接地電機(jī)采取絕緣處理后，該整流器三相交流進(jìn)線 電壓恢復(fù)正常值，機(jī)組也恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，參見表1的數(shù)據(jù)。
Λ □ SifiT^^ADM (故障處理荊)(敢緣處現(xiàn)后)出 α SiHS備生Vjb I S鄉(xiāng) I sm61IV線電壓VsVa598V I 598V613V線電壓VsiVo600V 600V612V線電壓VsVreS3W 3S1V385VR相對地電壓Vse536V I 380VmmH相對It電壓Vt^lmn I 38SV38WR相對*電a本實(shí)用新型的變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀主要應(yīng)用于中、低壓變頻裝置，適用電壓 范圍在交流220伏到690伏之間，可根據(jù)現(xiàn)場需要通過參數(shù)設(shè)定和復(fù)位模塊實(shí)現(xiàn)，也可以使 用專用線路板，使其應(yīng)用于更高電壓等級回路。本實(shí)用新型的變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀檢測效果準(zhǔn)確、可靠，并且同一 IT供電回
路只需要設(shè)置一臺(tái)監(jiān)測儀，體積小，價(jià)格便宜，而且還可以作移動(dòng)設(shè)備使用，具有廣泛地推
6廣應(yīng)用空間。
權(quán)利要求一種成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀，其特征是包括三組電阻和三個(gè)取樣電阻、三個(gè)電壓變換器、三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和穩(wěn)壓電源，一組電阻和一個(gè)取樣電阻串聯(lián)后構(gòu)成一相，三組電阻和三個(gè)取樣電阻構(gòu)成三相并且三個(gè)取樣電阻一端并接組成人工模擬中性點(diǎn)接地，三組電阻經(jīng)三相開關(guān)接與變壓器中性點(diǎn)不接地供電回路的二次側(cè)或公共整流器的輸入側(cè)，從而引入變壓器中性點(diǎn)不接地供電回路的交流三相電壓；在三組電阻和三個(gè)取樣電阻之間引出三相引線，三相引線分別接三個(gè)熔斷器后經(jīng)過三個(gè)獨(dú)立的電壓隔離變換器后再通過三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入微處理器輸入通道，微處理器通過對三相對地電壓進(jìn)行計(jì)算與處理，然后進(jìn)行相互比較，輸出結(jié)果輸入顯示器或發(fā)出報(bào)警信號；穩(wěn)壓電源由交流電源經(jīng)開關(guān)和熔斷器后輸入，穩(wěn)壓電源輸出接微處理器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和電壓隔離變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀，其特征是所述三組電阻共 有六個(gè)電阻，每組電阻為二個(gè)電阻串聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種成組變頻電機(jī)在線絕緣監(jiān)測儀，其一組電阻和一個(gè)取樣電阻串聯(lián)后構(gòu)成一相，三組電阻和三個(gè)取樣電阻構(gòu)成三相并且三個(gè)取樣電阻一端并接組成人工模擬中性點(diǎn)接地，三組電阻經(jīng)三相開關(guān)接與變壓器中性點(diǎn)不接地供電回路的二次側(cè)或公共整流器的輸入側(cè)，從而引入交流三相電壓；在三組電阻和三個(gè)取樣電阻之間引出三相引線，三相引線分別接三個(gè)熔斷器后經(jīng)過三個(gè)電壓隔離變換器后再通過三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入微處理器輸入通道，微處理器通過對三相對地電壓進(jìn)行計(jì)算與處理，然后進(jìn)行比較，輸出結(jié)果輸入顯示器或發(fā)出報(bào)警信號；穩(wěn)壓電源由交流電源經(jīng)開關(guān)和熔斷器后輸入，穩(wěn)壓電源輸出接微處理器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和電壓隔離變換器。
文檔編號G01R31/02GK201673216SQ20102017317
公開日2010年12月15日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者劉珧, 王武君, 王雷, 薛平, 陶錦, 黃志剛 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司