(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ装置とインバータ駆動される負荷機器との間に接続された三相給電電路および該負荷機器の絶縁劣化を診断する装置であって、
三相給電電路の零相電流を計測するための零相電流計測部と、
計測した零相電流から、３次高調波成分および３ｎ次高調波成分（ｎは２以上の整数）を抽出するための高調波抽出部と、
抽出した３次高調波成分および３ｎ次高調波成分に基づいて、各相の給電電路の絶縁抵抗値を演算する演算部と、を備え、
演算部は、少なくとも３つの異なる基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電圧で負荷機器を駆動した各条件下で、各相の給電電路における印加電圧の３次高調波成分と３ｎ次高調波成分との比率ｓ、零相電流Ｉ0の３次高調波成分Ｉ0_3fおよび３ｎ次高調波成分Ｉ0_3nfをそれぞれ取得し、下記の式（Ａ１）を用いて各相の給電電路の絶縁抵抗を介して漏洩する電流の合成値ａをそれぞれ算出し、基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３について得られた３つの連立方程式を解くことにより、各相の漏洩電流値を算出することを特徴とする絶縁劣化診断装置。
【数１】
0005705102.tif 000010
【請求項２】
演算部は、算出した各相の漏洩電流値、および各相の給電電路における印加電圧の３次高調波成分と３ｎ次高調波成分を用いて、各相の給電電路の絶縁抵抗値を算出することを特徴とする請求項１記載の絶縁劣化診断装置。
【請求項３】
インバータ装置は、制御装置によって制御されており、
演算部は、インバータ装置の制御装置から、各相の給電電路における印加電圧の３次高調波成分と３ｎ次高調波成分を取得することを特徴とする請求項１記載の絶縁劣化診断装置。
【請求項４】
インバータ装置は、制御装置によって制御されており、
高調波抽出部は、インバータ装置の制御装置から各相の給電電路に印加されている電圧波形を取得し、この印加電圧の３次高調波成分および３ｎ次高調波成分を抽出し、
演算部は、高調波抽出部から、各相の給電電路における印加電圧の３次高調波成分と３ｎ次高調波成分を取得することを特徴とする請求項１記載の絶縁劣化診断装置。
【請求項５】
給電電路に印加されている電圧波形をそれぞれ計測するための電圧計測部を備え、
高調波抽出部は、電圧計測部から電圧波形を取得し、この印加電圧の３次高調波成分および３ｎ次高調波成分を抽出し、
演算部は、高調波抽出部から、各相の給電電路における印加電圧の３次高調波成分と３ｎ次高調波成分を取得することを特徴とする請求項１記載の絶縁劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置とインバータ駆動される負荷機器との間に接続された給電電路および該負荷機器の絶縁劣化を診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ駆動される負荷機器には、電動機、無停電電源装置（ＵＰＳ: Uninterruptible Power Supply）、電磁調理器、そして照明などが挙げられるが、いずれの機器も経年劣化により絶縁劣化を生じる。例えば、搬送機等に用いられる電動機においては、電動機と連結する作業台の頻繁な移動に伴い、給電するための導体ケーブルに摩擦、ねじれ、伸縮が生じ導体被膜が損傷する場合があり、また切削加工機等に用いられる電動機においては切削液や油等が電動機に飛沫し、シャフト軸等などをつたって、内部の絶縁材まで浸食する場合がある。
【０００３】
このように、インバータ駆動する負荷機器の絶縁劣化は使用環境や部材の耐久性により劣化度合いは異なるが、この絶縁劣化が生じた箇所を介し漏洩電流が流れ、人体への感電の危機や漏電遮断器が作動する要因となる。漏電遮断器は人体への感電を未然に防ぐべく設置されるものである。人命第一は当然であるが、漏電遮断器がいったん作動すると、該当の電動機を含む装置や設備は停止するため、漏電の原因および箇所の特定、そして復旧に時間を要してしまい、生産設備の稼動効率の低下を招いてしまう。
【０００４】
こうした絶縁劣化を診断する手法として、一般的に絶縁抵抗計（メガー）が用いられる。絶縁抵抗計は、診断対象電路に直流の高電圧を印加した際に流れる電流を測定し、オームの法則に基づき絶縁抵抗を算出している。
【０００５】
特許文献１（図１）では、絶縁抵抗計の原理を電動機の絶縁劣化診断に応用した例が提案されており、スイッチ開閉により、電動機への給電回路を、絶縁抵抗およびグランドを含む閉回路に切り替え、直流電圧を閉回路に印加した際に流れる電流を測定することによって絶縁劣化を診断している。
【０００６】
絶縁劣化のきっかけや進行度合いは使用環境によって異なることから、絶縁劣化の診断は定期的に実施する必要がある。このため、特許文献１の切り替え方式は絶縁劣化を精度よく計測できるものの、給電電路を切り替える際には電動機を完全に停止させる必要がある。そのため、絶縁劣化の診断時期は電動機の駆動前もしくは駆動後に限定されてしまい、長期連続運転を必要とする負荷機器においては、給電を完全に停止させる時まで絶縁劣化診断を実施することができず、絶縁劣化を未然に検出できない課題がある。
【０００７】
絶縁抵抗計を用いた場合も同様に、診断の際に負荷への給電を停止したり、結線を断ち切る必要があり、活線状態で絶縁劣化診断を行うことはできない。さらに、絶縁抵抗計を用いた絶縁劣化診断は、定期検査の際に、人間の手作業によって行うことが多い。しかしながら、定期検査対象機器が多い場合は、人的ミスにより別系統の回路に高電圧を印加して負荷機器の故障などを招いてしまう可能性もある。
【０００８】
このような観点から、漏電遮断器や漏電保護リレー等にも用いられている零相変流器は、活線状態での絶縁劣化診断に有効である。
【０００９】
特許文献２（図２）や特許文献３（第１図）では、負荷機器への給電電路の途中に、往路と復路の差分電流成分や三相交流の零相電流を計測する零相変流器（ＺＣＴ: Zero-phase Current Transformer）を配置し、零相電流を検出することで、電路から漏洩する電流を求めることができる。この場合、負荷への給電や結線を断ち切る必要はなく、活線状態で電路から漏洩する漏洩電流を測定することができる。ただし、インバータ駆動する負荷機器には、一般的に、数Ｈｚから百数十Ｈｚの周波数の電流が通電され、通電するケーブルと大地間に生じる浮遊容量を介して、大地に漏洩電流が流れることがある。
【００１０】
その対策として、電路に印加されている電圧の値と漏洩電流値の値から絶縁抵抗を算出し、絶縁劣化診断を行うような方式の場合、浮遊容量を介して漏洩する電流分は検出対象から除外する必要がある。絶縁抵抗を介して漏洩する電流と浮遊容量を介して漏洩する電流はそれぞれＲとＣの成分であるため、両者は各々９０度位相が異なる漏洩電流ベクトルとして分離可能である。ただし、零相変流器は、原理上、２つの漏洩電流ベクトルの合成ベクトルを検出するため、両者を分離することができない。
【００１１】
特許文献４（第１図、第２図）では、零相変流器の出力波形から電路に印加されている電圧と同一位相のベクトル成分を抽出することによって、絶縁抵抗を介して漏洩する電流のみを検出している。
【００１２】
特許文献５（図１）では、三相交流電路において、変成器を介して絶縁劣化診断用の電圧を電路に重畳し、電路に設けた零相変流器にて絶縁劣化診断用の電圧と同一周波数成分のみ抽出することを２つ以上の周波数条件下で行うことで、三相交流電路から漏洩する漏洩電流から絶縁抵抗を介して漏洩する電流のみを検出している。
【００１３】
特許文献６（図１）では、三相交流電路において、各相に流れる電流の波形はそれぞれ位相が１２０度ずつ異なるものの、各相に流れる電流波形の３次高調波成分はいずれも同相であることに着目し、３次高調波電圧と３次高調波電流の同相成分を抽出することによって、三相交流電路から漏洩する漏洩電流から絶縁抵抗を介して漏洩する電流のみを検出している。
【００１４】
特許文献７（図１）では、零相変流器及び電圧測定器にて測定した漏洩電流と電圧から基本波成分や５次高調波成分を抽出し、基本波及び５次高調波における漏洩電流と電圧の位相関係から、所定の解析アルゴリズムに従って解析することによって、絶縁抵抗を介して漏洩する電流のみを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−１５９２８９号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２８４２３５号公報（図２）
【特許文献３】特開平４−１３２９６９号公報（第１図）
【特許文献４】特開平４−１６９８６９号公報（第１図、第２図）
【特許文献５】特開２００３−２３２８２１号公報（図１）
【特許文献６】特開平６−４３１９６号公報（図１）
【特許文献７】特開２００４−３１７４６６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
活線状態で絶縁抵抗を介して漏洩する電流のみを検出する方式は、上述のように複数の方式が知られている。ただし、いずれの方式においても課題を有する。例えば、電圧と漏洩電流の位相関係を用いる方式の場合、電圧や漏洩電流の波形が重要な信号情報となるが、一つのセンサで漏洩電流を測定することのできる零相変流器は磁性体やコイルから構成されているため、漏洩電流として比較的に大電流が流れることで、磁性体の磁化状態が変化し、零相電流器の出力波形と漏洩電流波形が一致しなくなり、位相特性に誤差が生ずるという課題を有する。
【００１７】
一方、零相変流器を使用せずに、原理上位相ズレがない電流センサを用いることも可能である。しかしながら、零相電流を検出するために、各相にそれぞれ電流センサを備える必要があり、装置の大型化やセンサ出力配線の煩雑さを招く。さらに、絶縁劣化診断の際、外部から変成器を介して電路に絶縁劣化診断用電圧を印加する場合は、変成器が大型であり、装置の寸法面やコスト面において課題を有する。
【００１８】
３次高調波成分を測定する方式では、三相電路の各相を一括（合成）して測定しているため、絶縁劣化が生じた相を特定することができないという課題を有する。
【００１９】
また、漏洩電流及び電圧の基本波成分や５次高調波成分から絶縁の劣化が生じた相を特定できる方式では、電圧と漏洩電流の位相関係を用いることから、零相変流器の位相特性の変動について課題を有する。さらに、５次高調波成分が電路に印加されている電圧信号に含まれていることが前提条件であることや、仮に含まれていたとしても信号レベルが小さいことも課題である。
【００２０】
本発明の目的は、漏洩電流と電圧の位相関係を使用することなく、絶縁抵抗を介して漏洩する電流のみを検出するとともに、各相の絶縁抵抗値を算出し、絶縁劣化が生じた相を特定できる絶縁劣化診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明は、インバータ装置とインバータ駆動される負荷機器との間に接続された三相給電電路および該負荷機器の絶縁劣化を診断する装置であって、
三相給電電路の零相電流を計測するための零相電流計測部と、
計測した零相電流から、３次高調波成分および３ｎ次高調波成分（ｎは２以上の整数）を抽出するための高調波抽出部と、
抽出した３次高調波成分および３ｎ次高調波成分に基づいて、各相の給電電路の絶縁抵抗値を演算する演算部と、を備え、
演算部は、少なくとも３つの異なる基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電圧で負荷機器を駆動した各条件下で、各相の給電電路における印加電圧の３次高調波成分と３ｎ次高調波成分との比率ｓ、零相電流Ｉ0の３次高調波成分Ｉ0_3fおよび３ｎ次高調波成分Ｉ0_3nfをそれぞれ取得し、下記の式（５）を用いて各相の給電電路の絶縁抵抗を介して漏洩する電流の合成値ａをそれぞれ算出し、基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３について得られた３つの連立方程式を解くことにより、各相の漏洩電流値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、絶縁劣化を診断する際、計測した零相電流の３次高調波成分および３ｎ次高調波成分を用いることによって、漏洩電流と電圧の位相関係を使用することなく、各相の給電電路の絶縁抵抗値を演算できる。その結果、零相電流計測部の位相特性の変動による影響を受けることなく、絶縁劣化を正確に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る絶縁劣化診断装置を示す構成図である。
【図２】零相変流器と三相ケーブル線の配置を示す断面図である。
【図３】三相交流電路を流れる電流が発生する磁界ベクトルを示す説明図であり、図３（ａ）は漏洩電流が存在しない場合、図３（ｂ）は漏洩電流が存在する場合を示す。
【図４】各相の絶縁抵抗を介して漏洩する電流ベクトル及び各相のコンデンサを介して漏洩する電流ベクトルを示す説明図であり、図４（ａ）は絶縁抵抗およびコンデンサが各相で同じである場合、図４（ｂ）は絶縁抵抗およびコンデンサが各相ごとに異なる場合を示す。
【図５】零相電流の３次高調波成分及び３ｎ次高調波成分のベクトル成分を示す説明図である。
【図６】絶縁劣化診断装置の他の例を示す構成図である。
【図７】絶縁劣化診断装置のさらに他の例を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る絶縁劣化診断装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る絶縁劣化診断装置１０１を示す構成図である。負荷機器３は、インバータ装置２から、給電電路として機能する複数のケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃを経由して相電流を給電することによって駆動される。例えば、三相駆動の場合は３本のケーブル線を使用し、単相駆動の場合は２本のケーブル線を使用する。
【００２５】
インバータ駆動される負荷機器３として、例えば、電動機、無停電電源装置（ＵＰＳ）、電磁調理器、照明などが挙げられる。各ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃと大地との間には、絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃおよび、浮遊容量を表すコンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれ存在する。なお、インバータ装置１のグランド端子と負荷機器３のグランド端子とは、アース線で結線されていても構わない。
【００２６】
制御装置１は、インバータ装置２の動作を制御する機能を有し、負荷機器３の駆動方式に応じて、三相の駆動電流の波形や大きさや周期などの制御信号をインバータ装置２に伝送する。インバータ装置２は、制御装置１からの制御信号に基づいて、前段のコンバータ等から入力される直流信号を変調する機能を有し、制御装置１で指令した波形、振幅、周波数を有する交流信号を出力する。
【００２７】
絶縁劣化診断装置１０１は、零相電流センサ４と、絶縁劣化検出回路９０と、情報伝送ケーブル９と、表示器１１などを備える。
【００２８】
情報伝送ケーブル９は、インバータ装置２から、ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃに印加されている電圧の３次高調波成分と３ｎ次高調波成分（ｎは２以上の整数）との比率の情報および周波数情報を制御装置１から絶縁劣化検出回路９０に伝送する機能を有する。なお、３ｎ次高調波とは、６次高調波、９次高調波、１２次高調波などを意味する。
【００２９】
零相電流センサ４は、ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃの途中に設けられ、給電電路の零相電流を測定する機能を有する。零相電流とは、電路から絶縁抵抗を介して大地へ流れる漏洩電流を示す。ここで、インバータ装置２から出力される信号が交流信号であることや、コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃや絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを介して漏洩する電流が微小電流であることを考慮すると、零相電流センサ４として、例えば、零相変流器（ＺＣＴ: Zero-phase Current Transformer）やフラックスゲート電流センサを応用した零相変流器などを使用することが好ましい。
【００３０】
絶縁劣化検出回路９０は、フィルタ回路５と、絶縁抵抗演算回路１０などを備える。
【００３１】
フィルタ回路５は、零相電流センサ４の出力電圧波形から３次高調波成分や３ｎ次高調波成分を抽出する機能を有する。フィルタ回路５は、アナログ回路で構成してもよいが、インバータ装置２から負荷機器３に給電する電圧周波数が可変であり、その基本周波数が変動することを考慮すると、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などのデジタル回路で構成することが好ましい。デジタル回路の場合、零相電流センサ４の出力電圧波形をＡ／Ｄ変換し、離散フーリエ演算処理を行うことで、高調波成分を抽出し、情報伝送ケーブル９を介して得られるインバータ装置２の駆動周波数（基本周波数）に基づいて３次高調波成分や３ｎ次高調波成分を抽出することができる。
【００３２】
絶縁抵抗演算回路１０は、情報伝送ケーブル９を介して得られた情報、例えば、ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃに印加されている電圧に関する情報、およびフィルタ回路５の出力値を用いて所定の演算式に従って、ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃの絶縁抵抗値を演算する機能を有する。
【００３３】
表示器１１は、絶縁劣化診断の結果を表示するものであり、例えば、ディスプレイなどで構成され、各相の絶縁抵抗値を定期的に表示することによって、絶縁劣化を視覚的に監視できる。なお、表示器１１の代わりに、漏電遮断器、漏電リレーまたは警告ブザー等を使用して絶縁劣化をユーザに知らせる形態でもよく、絶縁劣化が生じた時にユーザが望む機能を付加することも可能である。
【００３４】
次に、絶縁劣化検出方法について説明する。零相電流センサ４として零相変流器を用いた場合、図２に示すように、三相すべてのケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃを零相変流器の環状コア４ａの内側に貫通させる。零相変流器は、ケーブル線６ａに流れる電流ベクトルＩｕ、ケーブル線６ｂに流れる電流ベクトルＩｖ、およびケーブル線６ｃに流れる電流ベクトルＩｗの合成ベクトルの大きさを検出できる。
【００３５】
三相交流電路では、各相の基本波電圧の位相は１２０度ずつ異なる。電路から漏洩する電流がない場合、図３（ａ）に示すように、各ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃに流れている電流値の振幅は同じであるため、各ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃから生じる磁界も同じ値であり、磁界の合成ベクトルの大きさは零となり、零相変流器にはゼロ電圧が出力される。なお、図３（ａ）では、Ｕ相ケーブル線６ａから生じる磁界をＨ（Ｕ）、Ｖ相ケーブル線６ｂから生じる磁界をＨ（Ｖ）、Ｗ相ケーブル線６ｃから生じる磁界をＨ（Ｗ）としている。
【００３６】
一方、電路から大地へ漏洩する電流が存在する場合、例えば、図３（ｂ）に示すように、各ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃから生じる磁界の振幅が異なるようになり、磁界の合成ベクトルの大きさはゼロにならず、合成ベクトルの大きさに比例した値が零相変流器の出力として得られる。図３（ｂ）では、Ｖ相及びＷ相の磁界の大きさが図３（ａ）より減少しているが、電路から漏洩した電流は同相成分である。印加電圧と漏洩電流が同相であることは、抵抗成分を介して漏洩電流が流れており、容量成分を介して漏洩電流が流れていないことを意味する。
【００３７】
図１でも示したように、各相のケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃには大地との間に浮遊容量があるため、コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃが存在する。そのため、絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを介して大地に流れる電流だけでなく、コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃを介して大地に流れる電流を考慮する必要がある。すなわち、零相変流器は、図４（ａ）に示すように、各相の絶縁抵抗を介して漏洩する電流Ｉ０Ｒ及び各相のコンデンサを介して漏洩する電流Ｉ０Ｃの合成ベクトルの大きさに比例した電圧信号を出力する。コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃの値が同一であれば、コンデンサを介して漏洩する電流Ｉ０Ｃの合成ベクトルの大きさはゼロである。一方、コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃの値、絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃの値がそれぞれ異なる場合、例えば、図４（ｂ）に示すような合成ベクトルＩ０となる。
【００３８】
さて、三相交流電路の場合、各相の基本波電圧の位相は１２０度ずつ異なるが、３次および３ｎ次高調波成分はそれぞれ同相になる。そのため、例えば、３次高調波成分に着目すると、図５（ａ）に示すように、各相から漏洩する電流の３次高調波成分ベクトルは同一方向で、和算される。
【００３９】
なお、各相の絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃの絶縁抵抗値をＲ（Ｕ），Ｒ（Ｖ），Ｒ（Ｗ）とし、各相のコンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃの絶縁容量値をＣ（Ｕ），Ｃ（Ｖ），Ｃ（Ｗ）とし、各絶縁抵抗及び各コンデンサに印加される電圧の３次高調波成分の大きさをＶ（Ｕ）＿３ｆ，Ｖ（Ｖ）＿３ｆ，Ｖ（Ｗ）＿３ｆとすると、下記の式（１）、式（２）が成り立つ。
【００４０】
【数１】
0005705102.tif 000002
【００４１】
零相電流Ｉ０の３次高調波成分Ｉ０＿３ｆは、図５（ｂ）に示すように、各絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを介して漏洩する電流の合成ベクトルの大きさをａとし、各コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃを介して漏洩する電流の合成ベクトルの大きさをｂとすると、式（３）が成り立つ。
【００４２】
【数２】
0005705102.tif 000003
【００４３】
また、コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃのインピーダンスは、式（２）からも判るように、周波数ｆに依存する。そのため、図５（ｃ）に示すように、３次高調波のｎ倍（ｎ：２，３，４，…）の高調波成分に着目すると、式（４）が成り立つ。なお、式（４）におけるｓは、式（４ａ）に示すように、３ｎ次高調波電圧と３次高調波電圧との比率を表し、各相の３ｎ次高調波電圧は等しいものとする。
【００４４】
【数３】
0005705102.tif 000004
【００４５】
式（３）と式（４）より、各絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを介して漏洩する電流の合成ベクトルの大きさａは、式（５）で表される。
【００４６】
【数４】
0005705102.tif 000005
【００４７】
特に、負荷機器３の駆動電圧波形が矩形波である場合、矩形波はフーリエ展開によって、式（６）で表される。
【００４８】
【数５】
0005705102.tif 000006
【００４９】
矩形波の場合、３ｎ次である９次高調波と３次高調波の電圧比率は１／３である。ｓ＝１／３、ｎ＝３とすると、各絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを介して漏洩する電流の合成ベクトルの大きさａは、式（７）で表される。
【００５０】
【数６】
0005705102.tif 000007
【００５１】
即ち、３次高調波成分と３ｎ次高調波成分の零相電流の値を用いることで、各絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを介して漏洩する電流の合成ベクトルの大きさａを求めることができ、その結果、絶縁劣化の程度を判定することが可能になる。しかしながら、ここで得られた値は絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃの合成抵抗に流れる漏洩電流であり、どの絶縁抵抗を介して漏洩している電流かまでは特定することができない。
【００５２】
そこで、インバータ装置２の基本機能である周波数可変機能を応用し、制御装置１からの制御によって、少なくとも３つの異なる基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電圧で負荷機器３をインバータ駆動し、それぞれ異なる条件下で零相電流を計測する。得られた零相電流はいずれもフィルタ回路５を介して、３次高調波成分と３ｎ次高調波成分の零相電流の値を抽出することにより、式（８）〜式（１０）に示すように、漏洩電流の合成ベクトルの大きさａ１，ａ２，ａ３に関する３つの方程式を得ることができる。また、各相の３次高調波電圧の値、各相の３次高調波電圧の値と３ｎ次高調波電圧の値との比率ｓなどの情報は、制御装置１から情報伝送ケーブル９を介して取得できる。
【００５３】
【数７】
0005705102.tif 000008
【００５４】
こうして絶縁抵抗値Ｒ（Ｕ），Ｒ（Ｖ），Ｒ（Ｗ）という３つの未知数に対して、式（８）、式（９）、式（１０）という３つの連立方程式が成立する。この連立方程式を解くことにより、Ｒ（Ｕ），Ｒ（Ｖ），Ｒ（Ｗ）の値が得られ、その結果、絶縁劣化が生じた絶縁抵抗を特定することが可能になる。従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に関する絶縁抵抗値の増減または変化率などを指標にして、負荷機器３及びケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃの絶縁劣化を正確に診断することができる。
【００５５】
なお、式（８）〜（１０）では各相の３次高調波電圧の値を代入しているが、その代替として、下記の式（１１）、式（１２）、式（１３）に示すように、各相の絶縁抵抗を介して漏洩する電流として、連立方程式を演算し、絶縁抵抗を介して各相から漏洩する電流の３次高調波成分で絶縁劣化診断を評価しても構わない。この場合、制御装置１から情報伝送ケーブル９を介して得る情報は基本周波数、各相の３次高調波電圧の値と３ｎ次高調波電圧の値との比率の情報だけでよく、各相の３次及び３ｎ次高調波電圧の値の情報は必要ない。
【００５６】
【数８】
0005705102.tif 000009
【００５７】
負荷機器３が無停電電源装置（ＵＰＳ）、電磁調理器、照明などの場合、異なる基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電圧で負荷機器３を駆動することは比較的容易である。しかし、負荷機器３が主軸用電動機の場合、一定の回転速度で駆動することが多いため、複数の周波数の条件下で零相電流を測定することが困難であると考えられる。その場合、例えば、駆動周波数を徐々に変化させて、電動機の回転速度を低速から一定速度に達するまでの加速期間中に得られる零相検出器の出力波形に対して、例えば、短時間フーリエ演算処理を施すなどを行うことにより、加速中のデータから３つ以上の異なる基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に応じた零相電流を抽出することが可能である。電動機の回転速度を徐々に減速させる場合も同様に、異なる基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に応じた零相電流が抽出可能である。
【００５８】
更なる代替として、電動機が一定速度で回転している状況下では、電動機のトルクに寄与しないｄ軸電流の周波数を変化させることによって、異なる基本周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に応じた零相電流が抽出可能である。
【００５９】
図１の構成では、三相交流電路に印加されている３次高調波成分や３ｎ次高調波成分の電圧値やその比率の値に関する情報は、制御装置１から情報伝送ケーブル９を介して取得している。その代替として、図６に示すように、ＶＴ(Voltage Transformer)などの電圧計測機器１３をケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃの途中に設置して各相の相電圧を計測し、フィルタ回路１４により３次高調波成分及び３ｎ次高調波成分の電圧値を取得することも可能である。
【００６０】
また、図１および図６の構成では、ケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃに印加されている３次高調波成分及び３ｎ次高調波成分の電圧値を絶縁劣化検出回路９０，９１に直接提供するように構成している。その代替として、図７に示すように、制御装置１から各相に印加されている電圧波形を情報伝送ケーブル９を介してフィルタ回路１５に伝送し、フィルタ回路１５にて３次高調波成分及び３ｎ次高調波成分の電圧値を取得することも可能である。
【００６１】
情報伝送ケーブル９として、有線または無線の情報通信手段が利用できる。また、図１、図６、図７では、絶縁劣化検出回路９０，９１，９２は、インバータ装置２や制御装置１とは分離して記載しているが、同一筐体内に配置しても構わない。
【００６２】
以上の説明では、零相電流センサ４は、本実施形態で示したように、零相変流器が望ましいが、例えば、３相全てについて相電流を計測し、各相電流の波形から零相電流を求める方法でも構わない。
【００６３】
このように本実施形態では、インバータ駆動される負荷機器３に給電するケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃにおける各相の絶縁抵抗値Ｒ（Ｕ），Ｒ（Ｖ），Ｒ（Ｗ）を算出することができる。そのため、各絶縁抵抗値の増減や変化を監視し、絶縁劣化が生じている相を特定することができるため、絶縁劣化の診断精度を向上させることができる。
【００６４】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る絶縁劣化診断装置１０４を示す構成図である。本実施形態に係る絶縁劣化診断装置１０４は、実施の形態１に係る絶縁劣化診断装置１０１と同様な構成を有するが、情報伝送ケーブル９の代わりに、絶縁劣化検出回路９３に周波数−電圧値換算回路１２を設けている。即ち、実施の形態１では、情報伝送ケーブル９を用いて、制御装置１からケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃに印加されている電圧の周波数や３次高調波成分および３ｎ次高調波成分の電圧値に関する情報を、フィルタ回路５や絶縁抵抗演算回路１０に供給している。本実施形態では、情報伝送ケーブル９を用いずに、実施の形態１と同等な機能を実現している。
【００６５】
各相のケーブル線６ａ，６ｂ，６ｃに存在するコンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃが全て同じ値である場合は、コンデンサを介して漏洩する電流Ｉ０Ｃの基本波成分において、合成ベクトルの大きさはゼロである。しかしながら、電動機の製造や配線施工における環境変動により、各コンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃの値を一致させることは難しいと考えられる。即ち、製造初期の段階では絶縁抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを介して漏洩する電流は無視できる程度であっても、零相電流センサ４の出力は完全にゼロではなく、零相電流センサ４の出力電圧波形から基本周波数に相当する信号成分を抽出することができる。
【００６６】
零相電流センサ４の信号レベルにも依存するが、離散フーリエ演算処理を行う場合、基本周波数に相当する箇所にピーク値が明確にあらわれる。つまり、ピーク検知を行うことによって、基本周波数を推定することが可能である。
【００６７】
基本周波数が明確に現れている場合、例えば、基本周波数から基本波、３次及び３ｎ次高調波電圧値を逆算できると考えられる。そのため、フィルタ回路５で求めた基本周波数に基づいて、基本波、３次及び３ｎ次高調波電圧値を換算する周波数−電圧値換算回路１２を設け、換算した電圧値と、フィルタ回路５で求めた３次高調波成分の値及び３ｎ次高調波成分の値から、式（８）〜式（１０）に従って絶縁抵抗値Ｒ（Ｕ），Ｒ（Ｖ），Ｒ（Ｗ）を演算することができる。
【００６８】
このように本実施形態では、制御装置１から電路に印加されている電圧の周波数や３次、３ｎ次高調波成分の電圧値に関する情報を入手することなく、零相電流センサ４の出力に基づいて各相の絶縁抵抗値を求めることができ、その結果、各相の絶縁劣化診断を実施することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  制御装置、  ２  インバータ装置、  ３  負荷機器、  ４  零相電流センサ、
５  フィルタ回路、  ６ａ，６ｂ，６ｃ  ケーブル線、
７ａ，７ｂ，７ｃ  コンデンサ、  ８ａ，８ｂ，８ｃ  絶縁抵抗、
９  情報伝送ケーブル、  １０  絶縁抵抗演算回路、  １１  表示器、
１２  周波数−電圧換算回路、  １３  電圧計測機器、
５，１４，１５  フィルタ回路、  ９０〜９３  絶縁劣化検出回路、
１０１〜１０４  絶縁劣化診断装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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