CN102812369B - 绝缘劣化诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及诊断连接于逆变器装置与被逆变器驱动的负载设备之间的电线路的绝缘劣化的装置，包括：零相变流器，具有环状的磁性体芯、卷绕在该磁性体芯的励磁线圈、以及卷绕在该磁性体芯的检测线圈，用于检测电线路的零相电流；励磁控制电路，用于对励磁线圈供给具有负载设备的驱动频率（fd）的2倍以上的频率的交流电流，对磁性体芯进行励磁；以及同步检波电路，用于从检测线圈的输出信号中，抽出与驱动频率（fd）相同的频率分量。通过这样的结构，能够在宽的频率范围内高精度地测量从被逆变器驱动的负载设备泄漏的电流。

Description

绝缘劣化诊断装置

技术领域

本发明涉及绝缘劣化诊断装置，该绝缘劣化诊断装置检测从连接于逆变器装置与被逆变器驱动的负载设备之间的电线路（electricpath）泄漏的电流，并实施绝缘劣化诊断。

背景技术

在被逆变器驱动的负载设备中，可以举出电动机、不停电电源装置（UPS：Uninterruptible Power Supply）、电磁烹调器、以及照明等，但无论哪个设备都由于经年劣化而产生绝缘劣化。例如，在用于搬送机等中的电动机中，伴随与电动机连结的作业台的频繁移动，与用于供电的导体电缆摩擦、产生扭曲和伸缩，从而存在导体皮膜损伤的情况，另外，在用于切削加工机等中的电动机中，切削液、油等飞溅到电动机，并有时顺着轴等侵蚀至内部的绝缘材料。

这样，被逆变器驱动的负载设备的绝缘劣化虽然由于使用环境、部件的耐久性而劣化程度不同，但经由产生了该绝缘劣化的部位而流过泄漏电流，成为向人体触电的危险、漏电断路器工作的主要原因。漏电断路器是为了未然地防止向人体的触电而设置的。人命第一是当然，但如果漏电断路器一旦工作，则包括相应的电动机的装置、设备停止，所以为了确定漏电的原因以及部位、以及恢复而花费时间，导致生产设备的运转效率降低。

作为测量这样的泄漏电流的手段，例如，如专利文献1的图2、专利文献2的图1、专利文献3的图1所示，在向被逆变器驱动的负载设备的供电电线路的途中，配置测量去路和归路的差分电流分量、三相交流的零相电流的零相变流器（ZCT：Zero－phase CurrentTransformer），或者在各相中配置变流器（CT：CurrentTransformer）、霍尔CT、分流电阻等电流检测器，对全相的输出信号进行总和运算，从而计算泄漏电流。

近年来，例如，提出了绝缘劣化诊断装置，该绝缘劣化诊断装置如专利文献4的图1所示，通过开关将向电动机的供电电路切换为包括绝缘电阻以及接地线的闭合电路，通过整流电路对施加到电动机的控制电路的交流电压进行整流，利用所得到的直流电压，对流向所述闭合电路的电流进行测量，从而检测绝缘劣化。在该情况下，泄漏电流是直流分量，所以无法使用以交流分量的检测为对象的零相变流器、变流器，而使用能够检测直流分量的元件，例如霍尔CT、分流电阻。

专利文献1：日本特开2003－284235号公报（图2）

专利文献2：日本特开平4－132969（图1）

专利文献3：日本特开2001－124814（图1）

专利文献4：日本特开2007－159289号公报（图1）

专利文献5：日本特开平7－239359号公报（图3）

专利文献6：日本特开昭63－85380号公报（图1）

发明内容

绝缘劣化的开端、进展程度根据使用环境而不同，所以需要定期地实施绝缘劣化的诊断。但是，如专利文献4那样，通过开关等切换为绝缘劣化诊断用的供电电路来实施绝缘劣化诊断的绝缘劣化诊断装置虽然能够高精度地实施绝缘劣化诊断，但需要完全停止向被逆变器驱动的负载设备的供电。因此，在需要长期进行连续运转的负载设备中，在完全停止供电之前，无法实施绝缘劣化诊断，存在无法未然地检测绝缘劣化的课题。

从这样的观点来看，在漏电断路器、漏电保护继电器等中也使用的零相变流器适合于平常测量。但是，能够用零相变流器测量的泄漏电流在高精度品种中是1mA以上、在通用品种中是几mA以上，存在只在负载设备的绝缘劣化充分进展了的状态下能够检测这样的课题。

同样地，在使用了霍尔元件、磁阻元件等薄膜磁检测元件的CT、分流电阻中，也能够测量交流电流，所以对负载设备驱动中的电流测量是有效的。但是，由于1）薄膜磁检测元件的输出相对于周边温度变化而变动；2）分流电阻由于电阻值小，所以针对微小电流的输出电压小，电阻值的偏差、周边温度对测定精度造成的影响大，等理由，不适合于微小电流测量。

在适合于平常测量的零相变流器中，为了高灵敏度地对从零相电流产生的零相磁场进行集磁，作为构成部件，使用高磁导率的磁性材料，一般使用PC坡莫合金。但是，PC坡莫合金具有根据施加磁场的频率而磁特性不同这样的频率特性，并具有随着频率的增加而磁导率降低的特性。

被逆变器驱动的负载设备一般情况下能够通过控制供电的电压、电流的频率来高效地控制负载设备的驱动。例如，被逆变器驱动的电动机一般情况下能够通过控制驱动电压频率来控制驱动转速，所以驱动转速和驱动电压频率处于比例关系。

另外，在驱动电压频率的调制中，使用逆变器，并采用V/f恒定控制，在该V/f恒定控制中，将施加到电动机的各相的驱动电压与驱动电压频率之比控制为恒定。如果驱动电压频率变低，则对电动机的各相施加的驱动电压变低，如果驱动电压频率变高，则对电动机的各相施加的驱动电压变高。即，在电动机低速旋转的情况下想要测量从电线路泄漏的电流时，由于对电动机的各相施加的驱动电压低，所以从绝缘劣化了的部位泄漏的电流成为微小电流。

这样，在通过零相变流器测量从被逆变器驱动的负载设备泄漏的电流的情况下，根据对负载设备供电的驱动电压值、驱动电压频率，作为测量对象的零相电流成为微小电流，进而还受到PC坡莫合金的频率特性的影响，存在无法高精度地测量这样的课题。

本发明的目的在于提供一种能够在宽的频率范围中高精度地测量从被逆变器驱动的负载设备泄漏的电流的绝缘劣化诊断装置。

为了达成上述目的，本发明的第1方式提供一种绝缘劣化诊断装置，对连接于逆变器装置与被逆变器驱动的负载设备之间的电线路的绝缘劣化进行诊断，具备：

零相变流器，具有环状的磁性体芯、卷绕在该磁性体芯的励磁线圈、以及卷绕在该磁性体芯的检测线圈，该零相变流器用于检测电线路的零相电流；

励磁控制电路，用于对励磁线圈供给具有负载设备的驱动频率的2倍以上的频率的交流电流，对磁性体芯进行励磁；

频率抽出电路，用于从检测线圈的输出信号中，抽出规定的频率分量；以及

检测器，用于检测对负载设备供电的电流波形或者电压波形，

所述绝缘劣化诊断装置根据该检测器的输出信号，控制对励磁线圈供给的电流。

在本发明的第1方式中，优选地，还具备用于根据所述检测器的输出信号计算驱动频率的频率运算电路，

频率抽出电路从检测线圈的输出信号中，抽出与驱动频率相同的频率分量。

在本发明的第1方式中，优选地，频率抽出电路抽出磁性体芯的励磁频率的2倍波分量。

在本发明的第1方式中，优选地，还具备用于根据频率运算电路的运算结果判定励磁控制电路可否工作的工作判定电路。

在本发明的第1方式中，优选地，还具备用于根据频率运算电路的运算结果判定可否进行绝缘劣化诊断工作的诊断判定电路。

根据本发明，即使在负载设备的驱动频率发生变化的情况下，也能够通过变更所使用的零相变流器的灵敏度或者磁饱和电平来降低驱动频率的依赖性，能够高精度地测量零相电流。其结果，能够实施可靠性高的绝缘劣化诊断。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的绝缘劣化诊断装置的结构图。

图2是示出零相变流器的一个例子的立体图。

图3是示出零相电流发生的状态的说明图。

图4是概略地示出PC坡莫合金的频率特性的说明图，图4A示出B－H曲线的频率变化，图4B示出相对磁导率的频率变化。

图5是示出本发明的实施方式2的绝缘劣化诊断装置的结构图。

图6是本实施方式的工作原理的说明图，图6A示出磁性体芯的B－H曲线以及励磁磁场的波形，图6B示出磁性体芯磁饱和的状态，图6C示出直流磁场重叠的状态。

图7是示出本发明的实施方式3的绝缘劣化诊断装置的结构图。

图8是示出本发明的实施方式4的绝缘劣化诊断装置的结构图。

图9是示出本发明的实施方式5的绝缘劣化诊断装置的结构图。

图10是示出本发明的实施方式6的绝缘劣化诊断装置的结构图。

图11是示出本发明的实施方式7的绝缘劣化诊断装置的结构图。

（符号说明）

1：逆变器装置；2：控制装置；3：负载设备；4、31：零相变流器；5：电流检测器；6a、6b、6c：电线路；7：频率运算电路；8：励磁控制电路；9：同步检波电路；10：绝缘劣化诊断电路；11：显示器；12：2倍波检波电路；13：工作判定电路；14：诊断判定电路；15：磁性体芯；16：励磁线圈；17：检测线圈；32：变换判定电路；33：温度控制电路；34：应力控制电路；90：处理电路；101~107：绝缘劣化诊断装置。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的绝缘劣化诊断装置101的结构图。在逆变器装置1与被逆变器驱动的负载设备3之间，连接有多个电线路6a、6b、6c。例如，在三相驱动的情况下，使用3条电线路，在单相驱动的情况下，使用2条电线路。另外，逆变器装置1的接地端子和负载设备3的接地端子也可以通过地线连线。

逆变器装置1具有根据控制装置2的指令信号对从前级的转换器等输入的直流信号进行调制的功能，输出具有由控制装置2指令的振幅、频率的交流信号。负载设备3根据从逆变器装置1经由电线路6a、6b、6c输入的交流信号被驱动。在被逆变器驱动的负载设备3中，例如可以举出电动机、不停电电源装置（UPS）、电磁烹调器、照明等。

绝缘劣化诊断装置101具备零相变流器4、电流检测器5、频率运算电路7、励磁控制电路8、处理电路90、以及显示器11等。

零相变流器4设置于电线路6a、6b、6c的途中，具有检测供电电线路的零相电流的功能。零相电流是指，经由绝缘电阻流向大地的泄漏电流。

图2是示出零相变流器4的一个例子的立体图。零相变流器4检测对流入负载设备3的三相电流（Ia+Ib+Ic）进行总和而得到的零相电流，由环状的磁性体芯15、卷绕在磁性体芯15的励磁线圈16、以及卷绕在磁性体芯15的检测线圈17等构成。成为检测对象的3条电线路6a、6b、6c被配置成贯通磁性体芯15的内侧。

另外，在图2中，为易于理解，将励磁线圈16以及检测线圈17表现为偏向局部卷绕的形式，但为了抑制线圈的卷绕不均、外部磁场等所致的输出变动，通常情况下，将励磁线圈16以及检测线圈17都均等地卷绕在磁性体芯15的全周。另外，在磁性体芯15上直接卷绕了各线圈，但为了防止由于绕组应力产生的磁性体芯15的特性劣化，也可以例如在内部封入了磁性体芯15的树脂制壳体的外面实施绕组加工。

返回图1，电流检测器5具有检测对负载设备3供电的电流波形的功能，例如由分流电阻、或者使用了霍尔元件、磁阻元件（MR元件）的变流器等构成。另外，也可以代替电流检测器5，而使用检测对负载设备3供电的电压波形的电压检测器。

频率运算电路7具有根据由电流检测器5测量的电流波形来计算负载设备3的驱动频率fd的功能，例如由频率计数器等构成。

励磁控制电路8具有如下功能，即，对零相变流器4的励磁线圈16供给具有负载设备3的驱动频率fd的2倍以上的频率fe（≧2×fd）的交流电流而使磁性体芯15励磁，该励磁控制电路8例如由频率可变振荡器和功率放大器的组合等构成。

处理电路90实施零相变流器4的输出信号处理以及绝缘劣化诊断，在本实施方式中，由同步检波电路9和绝缘劣化诊断电路10等构成。同步检波电路9使用由频率运算电路7计算出的驱动频率fd，从零相变流器4的检测线圈17的输出信号中抽出与驱动频率fd相同的频率分量。绝缘劣化诊断电路10例如由微处理器等构成，根据来自同步检波电路9的输出信号来实施绝缘劣化诊断。

显示器11显示绝缘劣化诊断的结果，例如由显示器等构成。另外，也可以代替显示器11，而使用漏电断路器、漏电继电器、警告蜂鸣器等安保设备，能够适当选择符合负载设备3的绝缘劣化诊断后的运用方法的手段。

接下来，说明绝缘劣化诊断方法。最初，说明励磁控制电路8未工作的情况。零相变流器4使零相磁场集磁到磁性体芯15，并且电流经由连接于检测线圈17的端子之间的负担电阻（未图示）流过以消除被集磁的磁通，其中，所述零相磁场是从流入电线路6a、6b、6c的单相的往返电流或者对二相至三相电流进行总和而得到的零相电流产生的。假设将耦合系数设为1，则零相电流除以检测线圈17的卷绕数而得到的电流值流入检测线圈17。因此，能够检测与卷绕数比对应的电流，所以被称为变流器。

图3A~图3C是示出发生零相电流的状态的说明图。如图3A所示，例如设想频率60Hz的三相交流电流（实线：U相、虚线：V相、灰色线：W相）分别流入电线路6a、6b、6c的情况。相对于此，如图3B所示，在只有一相（例如，V相）产生泄漏电流而峰值不同的情况下，如图3C所示，零相电流成为60Hz的电流。即，对零相变流器4的磁性体芯15施加的零相磁场的频率为60Hz。

通过逆变器驱动方式，以期望的电流值以及频率，对负载设备3进行驱动。对负载设备3供电的电流的频率根据负载设备3的驱动条件而变化，相伴于此，零相电流的频率也在例如接近直流的几Hz至几百Hz的范围内发生变化。此时，零相变流器4的磁性体一般具有相对施加磁场的频率而磁特性不同这样的频率特性。为了高灵敏度地对零相电流等微小电流进行集磁而使用的PC坡莫合金也是根据频率而特性变化的磁性材料之一。

图4A和图4B是概略地示出了PC坡莫合金的频率特性的说明图，图4A示出B－H曲线的频率变化，图4B示出相对磁导率的频率变化。可以判断，根据施加磁场的频率，B－H曲线的斜率（相当于空气中的磁导率×相对磁导率）发生变化，相比于60Hz，在15Hz时，相对磁导率大，检测灵敏度高。另外，无论频率多少，饱和磁通密度都是恒定的。

因此，在施加了有效值相同但频率不同的零相磁场的情况下，越是低频，检测灵敏度越高，但磁性体芯容易达到磁饱和状态，其结果零相电流的测量精度会劣化，测量范围也会变窄。

接下来，说明励磁控制电路8工作的情况。能够通过频率运算电路7获取负载设备3的驱动频率fd。励磁控制电路8针对负载设备3的驱动频率fd，选定满足使用者规定的采样率（驱动频率fd的2倍以上）的励磁频率fe，输出励磁电流。该励磁电流流入零相变流器4的励磁线圈16而发生励磁磁场，并集磁到磁性体芯15。另外，励磁磁场的工作范围优选为，仅使用磁性体芯15的BH特性的线性区域，即使在通过零相电流得到的磁场（零相磁场）重叠了的情况下，也不会磁饱和。

在励磁磁场的有效值以及频率大于零相磁场的情况下，在被集磁于磁性体芯15的磁场中，励磁磁场占主导，成为在该励磁磁场上重叠了零相磁场的状态。即，在零相变流器4的输出信号中，混合存在测量对象频率和励磁频率的分量。

同步检波电路9从零相变流器4的输出信号中抽出与驱动频率fd相同的频率分量。通过采用同步检波，能够以高的S/N比，仅抽出零相变流器4的输出信号中包含的测量对象频率的信号分量。

此时，即使在检测到相同的零相电流值的情况下，只要励磁频率不同，则根据磁性体芯15的频率特性，通过同步检波抽出的信号分量值也不同。作为其对策，通过在绝缘劣化诊断电路10中设置根据零相变流器4的频率特性来校正所检测到的零相电流的功能，从而能够降低驱动频率的依赖性。其结果，能够在绝缘劣化诊断电路10中，实施高精度的绝缘劣化诊断。

显示器11根据由处理电路90计算出的绝缘电阻值、泄漏电流值进行处理，能够对使用者促进例如绝缘电阻值、泄漏电流值的时序列推移、负载设备3的寿命、故障警报。另外，为了计算绝缘电阻值，需要对负载设备施加的相电压的值，但也可以通过计算来求出对负载设备施加的相电压的关系。例如，在负载设备3是电动机的情况下，可以根据电动机的驱动转速、极数等来计算，可以根据零相电流以及相电压，依照欧姆法则，计算绝缘电阻值。

另外，虽然说明了在处理电路90中作为抽出与驱动频率fd相同的频率分量的电路而使用了同步检波电路的例子，但也可以作为该同步检波电路的替代，而使用抽出驱动频率fd附近的信号分量的带通滤波器。

这样，根据本实施方式，即使在驱动频率fd低的情况下，通过以比驱动频率fd高的频率fe（优选为fe≧2×fd）使磁性体芯15励磁，从而也能够防止磁性体芯15的磁饱和。另外，通过根据零相变流器4的频率特性来校正所检测出的零相电流，从而能够降低驱动频率的依赖性。其结果，能够实施可靠性高的绝缘劣化诊断。

实施方式2.

图5是示出本发明的实施方式2的绝缘劣化诊断装置102的结构图。本实施方式的绝缘劣化诊断装置102具有与实施方式1的绝缘劣化诊断装置101同样的结构，但代替同步检波电路9，而使用了2倍波检波电路12，该2倍波检波电路12用于从零相变流器4的输出信号中抽出磁性体芯15的励磁频率fe的2倍波分量（2×fe）。

图6A~图6C是本实施方式的工作原理的说明图，图6A示出磁性体芯15的B－H曲线以及励磁磁场的波形，图6B示出磁性体芯15磁饱和的状态，图6C示出重叠了直流磁场的状态。

如图6A所示，在对磁性体芯15施加了正弦波的励磁磁场H的状态下波形的一部分达到了磁饱和电平的情况下，如图6B所示，在磁饱和的期间，磁性体内的磁通密度B的变化为零，依照电磁感应法则，检测线圈17中的检测电压V是零。

在该状态下，如图6C所示，对正弦波的励磁磁场重叠了恒定的直流磁场Hdc的情况下，正侧的饱和期间变长，负侧的饱和期间变短。因此，检测线圈17中的检测电压V的成为零的时间间隔在倍周期不同。

该检测电压的2倍波信号分量的有效值与重叠于磁性体芯15的直流磁场大致成比例，所以能够计算直流磁场的有效值。即使在重叠的磁场并不是直流磁场而是交流磁场的情况下，只要针对交流磁场的频率将励磁频率设定得充分大，也能够将励磁磁场的每个波的交流磁场变化局部地捕捉为直流磁场，所以直流以及交流的哪个磁场都能够测量。

在上述实施方式1中，前提是励磁磁场的工作范围只使用磁性体芯15的BH特性的线性区域，即使在重叠了通过零相电流产生的零相磁场的情况下也不磁饱和，但在本实施方式中，励磁磁场的工作范围使用包括磁性体芯15的BH特性的饱和区域的区域。

励磁控制电路8针对负载设备3的驱动频率fd，选定满足使用者规定的采样率（驱动频率fd的2倍以上）的励磁频率fe，对零相变流器4的励磁线圈16供给该励磁频率fe下的最佳的励磁电流（即，磁性体芯磁饱和的励磁电流）。

2倍波检波电路12从零相变流器4的输出信号中，抽出励磁频率fe的2倍的频率波分量（2×fe），抽出零相电流所致的变化量。此时，即使在检测到相同的零相电流值的情况下，只要励磁频率不同，也根据磁性体芯15的频率特性而所抽出的信号分量值不同。作为其对策，通过在绝缘劣化诊断电路10中设置根据零相变流器4的频率特性来校正所检测到的零相电流的功能，从而能够降低驱动频率的依赖性。其结果，能够在绝缘劣化诊断电路10中，实施高精度的绝缘劣化诊断。

另外，说明了在处理电路90中作为抽出励磁频率fe的2倍波信号分量的电路而使用了2倍波检波电路的例子，但也可以作为该2倍波检波电路的代替，使用抽出频率波分量（2×fe）附近的信号分量的带通滤波器。

这样，根据本实施方式，通过将磁饱和期间的变化作为励磁频率fe的2倍的频率波分量（2×fe）的变化而抽出，从而能够高精度地检测零相电流。另外，通过根据零相变流器4的频率特性来校正所检测到的零相电流，从而能够降低驱动频率的依赖性。其结果，能够实施可靠性高的绝缘劣化诊断。

实施方式3.

图7是示出本发明的实施方式3的绝缘劣化诊断装置103的结构图。本实施方式的绝缘劣化诊断装置103具有与实施方式1的绝缘劣化诊断装置101同样的结构，但在频率运算电路7与励磁控制电路8之间追加了工作判定电路13。

工作判定电路13例如由微处理器等构成，根据频率运算电路7的运算结果进行阈值判定，根据判定结果，判定是否通过励磁控制电路8进行励磁工作。

绝缘劣化诊断最好经常实施，但也有时可以根据负载设备3的运转状况等而定期地进行诊断。另外，由于磁性体芯15的励磁工作，功耗增加。

作为其对策，考虑根据负载设备3的驱动频率fd来控制磁性体芯15的励磁工作。即，对于低频带的零相电流，使励磁控制电路8工作，对于商用频率或高频带的零相电流，不使励磁控制电路8工作，而使其作为一般已知的零相变流器4工作，从而能够抑制功耗。使用者也可以考虑负载设备3的驱动频率fd的下限值、上限值而任意地设定用于判定可否工作的阈值频率。

另外，在本实施方式中，说明了在实施方式1的结构中追加了工作判定电路13的例子，但也可以在实施方式2的结构中在频率运算电路7与励磁控制电路8之间追加工作判定电路13。在该情况下，磁通量闸门方式的零相变流器4在磁性体芯15的BH特性中励磁至饱和区域，所以与应用于实施方式1的情况相比，功耗的抑制效果好。

实施方式4.

图8是示出本发明的实施方式4的绝缘劣化诊断装置104的结构图。本实施方式的绝缘劣化诊断装置104具有与实施方式3的绝缘劣化诊断装置103同样的结构，但在频率运算电路7与工作判定电路13之间追加了诊断判定电路14。

诊断判定电路14例如由微处理器等构成，根据频率运算电路7的运算结果，判定是否通过处理电路90实施绝缘劣化诊断。

在实施方式1至实施方式3的各结构中，关于从励磁控制电路8输出的励磁电流的频率，针对负载设备3的驱动频率fd选定了满足使用者规定的采样率（驱动频率fd的2倍以上）的励磁频率fe。但是，虽然根据负载设备3的使用环境、用途而不同，但只要是进行恒定工作、单调工作的用途，则从逆变器驱动的概念来看，负载设备3的驱动频率fd也不会急剧变化。另外，在绝缘劣化诊断中，相比于诊断的适应性，定期并且高精度地诊断绝缘劣化是更重要的。

即，为了高精度地诊断绝缘劣化，优选在负载设备3的驱动频率fd稳定的状态下实施。因此，优选在励磁控制电路8以及工作判定电路13的前级，设置诊断判定电路14，该诊断判定电路14判定负载设备3的驱动频率fd的变动，向后级电路的工作判定电路13以及检测电路90发出进行绝缘劣化诊断的指令。

另外，也可以为了诊断绝缘劣化，在控制装置2中设置以恒定的频率驱动负载设备3的绝缘劣化诊断模式。特别是，在被逆变器驱动的负载设备3是电动机的情况下，只要在电动机的负载环境、驱动环境中没有特别的限制，就将电动机的驱动转速设定为高速旋转。电动机一般情况下能够通过控制驱动电压频率来控制驱动转速，驱动转速和驱动电压频率处于比例关系。另外，作为控制方式，采用V/f恒定控制的情况较多，在所述V/f恒定控制中，将对电动机的各相施加的驱动电压和驱动电压频率之比控制为恒定。因此，如果驱动电压频率变高，则对电动机的各相施加的驱动电压变高，所以经由绝缘电阻而泄漏的电流必然变大，变得容易实施绝缘劣化诊断。但是，在搬送机的平台移动、加工机的车床等能够自由移动的冲程短的情况下，无法提高驱动转速，还有时无法将电动机的驱动转速设定为低速旋转。在这样的情况下，在本实施方式1至实施方式3中叙述的内容是有效的。

实施方式5.

图9是示出本发明的实施方式5的绝缘劣化诊断装置105的结构图。在逆变器装置1与被逆变器驱动的负载设备3之间，连接多个电线路6a、6b、6c。例如，在三相驱动的情况下，使用3条电线路，在单相驱动的情况下，使用2条电线路。另外，逆变器装置1的接地端子和负载设备3的接地端子也可以通过地线连线。

逆变器装置1具有根据控制装置2的指令信号对从前级的转换器等输入的直流信号进行调制的功能，输出具有由控制装置2指令的振幅、频率的交流信号。根据从逆变器装置1经由电线路6a、6b、6c输入的交流信号，驱动负载设备3。在被逆变器驱动的负载设备3中，例如可以举出电动机、不停电电源装置（UPS）、电磁烹调器、照明等。

绝缘劣化诊断装置105具备多个（此处为2个）零相变流器4、31、电流检测器5、频率运算电路7、变换判定电路32、处理电路90、以及显示器11等。

零相变流器4、31设置于电线路6a、6b、6c的途中，具有检测供电电线路的零相电流的功能。零相电流表示经由绝缘电阻而流入大地的泄漏电流。零相变流器4、31检测对流入负载设备3的三相电流（Ia+Ib+Ic）进行总和而得到的零相电流，由环状的磁性体芯、和卷绕在磁性体芯的检测线圈等构成。成为检测对象的3条电线路6a、6b、6c被配置成贯通磁性体芯的内侧。

电流检测器5具有检测对负载设备3供电的电流波形的功能，例如由分流电阻、或者使用了霍尔元件、磁阻元件（MR元件）的变流器等构成。另外，也可以代替电流检测器5，而使用检测对负载设备3供电的电压波形的电压检测器。

频率运算电路7具有根据由电流检测器5测量出的电流波形来计算负载设备3的驱动频率fd的功能，例如由频率计数器等构成。

变换判定电路32例如由微处理器等构成，根据频率运算电路7的运算结果，判定使用来自多个零相变流器4、31中的哪一个零相变流器的输出信号来进行绝缘劣化诊断。

处理电路90实施零相变流器4的输出信号处理以及绝缘劣化诊断，在本实施方式中，由同步检波电路9和绝缘劣化诊断电路10等构成。同步检波电路9使用由频率运算电路7计算出的驱动频率fd，从零相变流器4的检测线圈17的输出信号中抽出与驱动频率fd相同的频率分量。绝缘劣化诊断电路10例如由微处理器等构成，根据来自同步检波电路9的输出信号来实施绝缘劣化诊断。

显示器11显示绝缘劣化诊断的结果，例如由显示器等构成。另外，也可以代替显示器11，而使用漏电断路器、漏电继电器、警告蜂鸣器等安保设备，能够适当选择符合负载设备3的绝缘劣化诊断后的运用方法的手段。

在本实施方式中，除了零相变流器4以外还设置了1个以上的零相变流器31。零相变流器4、31具有相互不同的磁饱和电平，例如，零相变流器31的磁性体芯的体积大于零相变流器4的磁性体芯的体积。

在测量低频的零相电流的情况下，零相磁场的频率越低，零相变流器的磁性体芯越易于磁饱和。如果产生磁饱和，则检测线圈中流过的电流波形无法再现零相电流的波形，所以其结果，零相变流器4的测量精度降低。为了防止该现象，优选使用针对低频的零相磁场也不产生磁饱和的零相变流器。因此，通过同时设置磁性体芯的体积比零相变流器4大的零相变流器31，从而能够高精度地测量低频的零相电流。

但是，如果增大磁性体芯的体积，则产生与线圈的卷绕长度增加相伴的绕组电阻增加、或者与磁性体芯剖面积增加相伴的线圈电感增加，测量精度也有时根据测量对象的零相电流的频率而降低。因此，在本实施方式中，仅在测量低频的零相电流的情况下，追加增大了磁性体芯的体积的零相变流器31，并设置了变换判定电路32，该变换判定电路32根据负载设备3的驱动频率fd，判定使用哪一个零相变流器4、31的输出来进行绝缘劣化诊断。

另外，也可以由使用者考虑负载设备3的驱动频率fd的下限值、上限值来任意地设定用于判定使用哪一个零相变流器4、31的输出信号的阈值频率。

在本实施方式中，说明了使用磁性体芯的体积不同的2个零相变流器4、31的例子，但也可以使用磁性体芯的体积不同的3个以上的零相变流器，能够根据所使用的零相变流器的个数来设定阈值频率。

这样，根据本实施方式，在测量低频的零相电流的情况下，通过使用变更了磁性体芯的体积以使得不会由于零相磁场而磁饱和的零相变流器31，从而不论驱动频率fd为多少都能够高灵敏度地测量零相电流。

实施方式6.

图10是示出本发明的实施方式6的绝缘劣化诊断装置106的结构图。在逆变器装置1与被逆变器驱动的负载设备3之间，连接多个电线路6a、6b、6c。例如，在三相驱动的情况下，使用3条电线路，在单相驱动的情况下，使用2条电线路。另外，逆变器装置1的接地端子和负载设备3的接地端子也可以通过地线连线。

逆变器装置1具有根据控制装置2的指令信号对从前级的转换器等输入的直流信号进行调制的功能，输出具有由控制装置2指令的振幅、频率的交流信号。根据从逆变器装置1经由电线路6a、6b、6c输入的交流信号，驱动负载设备3。在被逆变器驱动的负载设备3中，例如可以举出电动机、不停电电源装置（UPS）、电磁烹调器、照明等。

绝缘劣化诊断装置106具备零相变流器4、电流检测器5、频率运算电路7、温度控制电路33、处理电路90、以及显示器11等。

零相变流器4设置于电线路6a、6b、6c的途中，具有检测供电电线路的零相电流的功能。零相电流是指，经由绝缘电阻而流入大地的泄漏电流。零相变流器4检测对流入负载设备3的三相电流（Ia+Ib+Ic）进行总和而得到的零相电流，由环状的磁性体芯和卷绕在磁性体芯的检测线圈等构成。成为检测对象的3条电线路6a、6b、6c被配置成贯通磁性体芯的内侧。

电流检测器5具有检测对负载设备3供电的电流波形的功能，例如由分流电阻、或者使用了霍尔元件、磁阻元件（MR元件）的变流器等构成。另外，也可以代替电流检测器5，而使用检测对负载设备3供电的电压波形的电压检测器。

频率运算电路7具有根据由电流检测器5测量的电流波形来计算负载设备3的驱动频率fd的功能，例如由频率计数器等构成。

温度控制电路33具有如下功能，即，通过根据频率运算电路7的运算结果来控制零相变流器4中包含的磁性体芯的温度，从而调整零相变流器4的灵敏度。

处理电路90实施零相变流器4的输出信号处理以及绝缘劣化诊断，在本实施方式中，由同步检波电路9和绝缘劣化诊断电路10等构成。同步检波电路9使用由频率运算电路7计算出的驱动频率fd，从零相变流器4的检测线圈17的输出信号中抽出与驱动频率fd相同的频率分量。绝缘劣化诊断电路10例如由微处理器等构成，根据来自同步检波电路9的输出信号来实施绝缘劣化诊断。

显示器11显示绝缘劣化诊断的结果，例如由显示器等构成。另外，也可以代替显示器11，而使用漏电断路器、漏电继电器、警告蜂鸣器等安保设备，能够适当选择符合负载设备3的绝缘劣化诊断后的运用方法的手段。

在本实施方式中，在零相变流器4中包含的磁性体芯上卷绕加热器线，将通过加热器通电而产生的焦耳热作为热源，对磁性体芯进行加热。另外，作为磁性体芯的温度监视器，也可以配置热电偶等温度传感器。

一般情况下，伴随温度上升，磁性体的磁特性劣化，所以磁导率（B－H曲线的斜率）降低。在本实施方式中，利用了与该温度变化相伴的磁特性的劣化。在测量低频的零相电流的情况下，为了针对低频并且微小的零相磁场防止磁饱和，通过均匀地加热零相变流器4的磁性体芯，从而能够降低零相变流器4的灵敏度。

但是，急剧的温度控制是不实用的，所以优选地预先设定测定时刻，并进行控制以使得仅在测量时成为零相变流器4的磁性体芯的温度上升的状态。

另外，通过预先将磁性体芯的温度、磁特性以及频率之间的关系关联起来，并在绝缘劣化诊断电路10中设置在测量时可相互运算的功能，由此能够进行绝缘劣化诊断。

另外，不仅设置对零相变流器4中包含的磁性体芯进行加热的机构，而且也可以设置对磁性体芯进行冷却的机构，例如自然冷却单元、或者风扇等强制冷却单元。另外，也可以按照对零相变流器4的设置环境（空间）进行温度控制的方式进行控制，以得到环境温度与磁性体芯的温度的相关。

这样，根据本实施方式，在测量低频的零相电流的情况下，通过调整零相变流器4中包含的磁性体芯的温度以使得不会由于零相磁场而磁饱和，从而能够进行零相变流器4的灵敏度调整，所以不论驱动频率fd为多都能够高灵敏度地测量零相电流。

实施方式7.

图11是示出本发明的实施方式7的绝缘劣化诊断装置107的结构图。本实施方式的绝缘劣化诊断装置107具有与实施方式6的绝缘劣化诊断装置106同样的结构，但代替温度控制电路33，而设置了压力控制电路34，该压力控制电路34用于使对零相变流器4中包含的磁性体芯施加的应力发生变化。

在本实施方式中，例如，可以在零相变流器4的磁性体芯上安装压电元件，并根据压电元件的施加电压，来控制磁性体芯的内部应力。

一般情况下，伴随应力变化，磁性体的磁特性发生变化，磁导率（B－H曲线的斜率）也发生变化。在本实施方式中，利用了与该应力变化相伴的磁特性的变化。在测量低频的零相电流的情况下，为了针对低频并且微小的零相磁场防止磁饱和，可以通过对零相变流器4的磁性体芯提供应力，来降低零相变流器4的灵敏度。作为表示这样的压力依赖性的磁性体，可以使用非晶形FeSiB等。

但是，急剧的应力控制是不实用的，所以优选地预先设定测定时刻，并进行控制以使得仅在测量时成为对零相变流器4的磁性体芯施加了应力的状态。

另外，预先将磁性体芯的内部应力、磁特性以及频率之间的关系关联起来，并在绝缘劣化诊断电路10中设置在测量时可相互运算的功能，由此能够进行绝缘劣化诊断。

另外，针对应力的有无没有可逆特性的磁性材料并不是本实施方式的对象，例如非晶形FeSiB等是针对来自外部的形变所致的应力而其磁特性具有可逆特性。

这样，根据本实施方式，在测量低频的零相电流的情况下，调整零相变流器4中包含的磁性体芯的内部应力以使得不会由于零相磁场而磁饱和，由此能够进行零相变流器4的灵敏度调整，所以不论驱动频率fd为多少都能够高灵敏度地测量零相电流。

Claims (5)

1.一种绝缘劣化诊断装置，对连接于逆变器装置与被逆变器驱动的负载设备之间的电线路的绝缘劣化进行诊断，其特征在于，具备：

零相变流器，具有环状的磁性体芯、卷绕在该磁性体芯的励磁线圈、以及卷绕在该磁性体芯的检测线圈，该零相变流器用于检测电线路的零相电流；

励磁控制电路，用于对励磁线圈供给具有负载设备的驱动频率的2倍以上的频率的交流电流，对磁性体芯进行励磁；

频率抽出电路，用于从检测线圈的输出信号中，抽出规定的频率分量；以及

检测器，用于检测对负载设备供电的电流波形或者电压波形，

所述励磁控制电路根据该检测器的输出信号，控制对励磁线圈供给的电流。

2.根据权利要求1所述的绝缘劣化诊断装置，其特征在于，

还具备频率运算电路，该频率运算电路用于根据所述检测器的输出信号，计算驱动频率，

频率抽出电路从检测线圈的输出信号中，抽出与驱动频率相同的频率分量。

3.根据权利要求1所述的绝缘劣化诊断装置，其特征在于，

频率抽出电路抽出磁性体芯的励磁频率的2倍波分量。

4.根据权利要求1所述的绝缘劣化诊断装置，其特征在于，

还具备：

频率运算电路，该频率运算电路用于根据所述检测器的输出信号，计算驱动频率；以及

工作判定电路，该工作判定电路用于根据频率运算电路的运算结果，判定励磁控制电路可否工作。

5.根据权利要求1所述的绝缘劣化诊断装置，其特征在于，

还具备：

频率运算电路，该频率运算电路用于根据所述检测器的输出信号，计算驱动频率；以及

诊断判定电路，该诊断判定电路用于根据频率运算电路的运算结果，判定可否进行绝缘劣化诊断工作。