JPH10246750A - 共振型絶縁耐電圧試験装置による絶縁耐電圧試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速で且つ信頼性の高い絶縁耐電圧試験を実
現可能とする共振型絶縁耐電圧試験装置による絶縁耐電
圧試験方法を提供する。 【解決手段】 ワークを含む試験装置の共振周波数は試
験電圧Ｖt の周波数よりも高く、且つばら付きを考慮し
て設定された最大ワーク容量にて共振するように、共振
型絶縁耐電圧試験装置を設定する。そして、共振時の印
加電圧が規定値以下となるように初期発振電圧e0を発振
し、この時発生する初期印加電圧Ｖ0 に基づいて試験用
発振電圧etを算出する。次いで、算出した試験用発振電
圧etにより規定の試験電圧Ｖt を発生させ、この試験電
圧Ｖt にて耐電圧試験を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トランスやコモンコイ
ル、あるいはコンデンサ等、容量性ワークの絶縁耐電圧
試験方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来公知である共振型絶縁耐電圧
試験装置の概略回路構成図、図９はその等価回路であ
る。

【０００３】前記共振型絶縁耐電圧試験装置は、共振回
路の共振現象を利用して絶縁耐電圧試験のための高電圧
の交流電源を発生させるものであって、図示するように
所定の試験周波数を発振させる発振器１を交流信号源と
して、これに接続される電力増幅器２、昇圧トランス３
を経て電流・電圧増幅された発振電圧が、抵抗Ｒ、調整
用コイルのインダクタンスＬ、および被試験物である容
量性のワーク４の容量Ｃ（実際はワーク４をセットする
治具５の容量Ｃ' との合成容量となる）とで構成される
ＬＣＲ直列共振回路に供給されて、予め設定された所定
の共振周波数にて共振し、この時に発生する高電圧交流
電源が規定の試験電圧として前記治具５にセットされた
ワーク４の両端に印加されるように構成されている。

【０００４】尚、前記ＬＣＲ直列共振回路の抵抗Ｒは、
共振の鋭さを抑制してワーク容量のばら付きによる試験
電圧の変動を小さくするためのものである。

【０００５】ところで、図９に示す前記共振型絶縁耐電
圧装置の等価回路において、治具５を含めたワーク４の
合成容量をＣ、発振器１の試験角周波数をω、試験装置
の共振角周波数をω0 とした時、

【数１】 ω0 ＝（ＬＣ）^−1/2 ＝ω となるように前記調整用コイルのインダクタンスＬを設
定することにより、試験角周波数ωにて前記ＬＣＲ直列
共振回路を共振させることができ、この時、ワーク４の
両端に印加される電圧、すなわち試験電圧Ｖc は最大と
なる。

【０００６】したがって、ワーク４の容量に応じてイン
ダクタンスＬを調整し、試験装置の共振周波数を設定す
ると共に、共振時に得られる試験電圧Ｖc が絶縁耐電圧
試験規格で定められた規定の電圧値となるように発振器
１の発振電圧e0を調整することで、低い発振電圧e0で所
定の絶縁耐電圧試験を実施することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うに、ワーク４の容量Ｃと調整用コイルのインダクタン
スＬで決定される試験装置の共振角周波数ω0 が試験角
周波数ωと同じ値に設定されている場合、標準容量を同
一とするワーク４の耐電圧試験であっても、実質的なワ
ーク容量Ｃのばら付きにより、ワーク４毎に共振点が変
動して発生する試験電圧Ｖc は大きく変化してしまう。

【０００８】そのため、絶縁耐電圧試験の際は試験電圧
Ｖc を常に規定値に設定すべく、その都度、発振器１の
発振電圧e0を調整し直す必要が有り、そのため、絶縁耐
電圧試験は極めて繁雑なものとなっていた。

【０００９】また、係る共振条件においては、ワーク容
量Ｃが標準容量に対して大小いずれにばら付いても、発
生する試験電圧Ｖc は全て規定値より低くなる方向に変
化してしまうため、試験電圧Ｖc の変化量からワーク容
量Ｃのばら付きを推定し、不良ワークを判別することは
困難であった。

【００１０】本発明の目的は、迅速で且つ信頼性の高い
絶縁耐電圧試験を実現可能とする共振型絶縁耐電圧試験
装置による絶縁耐電圧試験方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に記
載の本発明では、抵抗（Ｒ）とインダクタンス（Ｌ）と
セットされたワーク（４）の容量（Ｃ）とで構成される
ＬＣＲ直列共振回路を利用して所定周波数の交流試験電
圧（Ｖt ）を発生させる共振型絶縁耐電圧試験装置によ
るワーク（４）の絶縁耐電圧試験方法において、前記Ｌ
ＣＲ直列共振回路の共振周波数を前記試験電圧（Ｖt ）
の周波数よりも高く、且つワーク容量のばら付きを考慮
して設定された最大ワーク容量（Ｃ）以上にて共振する
ように設定し、絶縁耐電圧試験時に発生する試験電圧
（Ｖt ）の変化量よりワーク容量（Ｃ）のばらつきを推
定し、これより不良ワーク（４）を判別することを特徴
とする。

【００１２】また、請求項２に記載の本発明では、抵抗
（Ｒ）とインダクタンス（Ｌ）とセットされたワーク
（４）の容量（Ｃ）とで構成されるＬＣＲ直列共振回路
を利用して所定周波数の交流試験電圧（Ｖt ）を発生さ
せる共振型絶縁耐電圧試験装置によるワーク（４）の絶
縁耐電圧試験方法において、前記ＬＣＲ直列共振回路の
共振周波数を前記試験電圧（Ｖt ）の周波数よりも高
く、且つワーク容量のばら付きを考慮して設定された最
大ワーク容量（Ｃ）以上にて共振するように設定し、絶
縁耐電圧試験の際は、まず、前記ＬＣＲ直列共振回路の
共振時に前記ワーク（４）への印加電圧が規定値を越え
ない最大電圧となるような初期発振電圧（e0）を発振さ
せ、この初期発振電圧（e0）と初期発振電圧（e0）によ
り発生する初期印加電圧（Ｖ0 ）に基づいて試験用発振
電圧（et）を算出し、次いで、算出された前記試験用発
振電圧（et）を発振して規定の試験電圧（Ｖt ）を発生
させることを特徴とする。

【００１３】また、請求項３に記載の本発明では、前記
ワーク（４）が一次巻線および二次巻線を備えたトラン
スであることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図９を等価回路とする共振型絶縁
耐電圧試験装置（以下耐電圧試験装置と呼ぶ）におい
て、交流電源の角周波数をωとすると、共振回路のイン
ピーダンスＺは

【数２】 Ｚ＝Ｒ＋ｊ（ωＬ−１／ωＣ） となり、発振器１からの発振電圧をe0とした時、ワーク
４の両端に印加される試験電圧Ｖc は数２の式を用いて

【数３】 Ｖc ＝e0／（（１−ω² ＬＣ）＋ｊωＣＲ） で表すことができ、前記試験電圧Ｖc は共振角周波数ω
0 にて最大となる。

【００１５】ところで、既述したように、従来方式の耐
電圧試験装置の場合、共振角周波数ω0 が試験角周波数
ωとほぼ同じ値に設定されているのに対し、本発明の第
一実施形態では、共振角周波数ω0 が試験角周波数ωよ
りも高くなるようにインダクタンスＬが設定されてい
る。

【００１６】いま、図８において、標準容量１００ｐＦ
のワーク４について、試験周波数７０ＫＨｚで１５００
Ｖの耐電圧試験を実施する場合を想定する。

【００１７】従来方式では、試験周波数の７０ＫＨｚで
共振するようにインダクタンスＬ（数１の式により、Ｌ
＝５１．７ｍＨとなる）が設定されるが、本第一実施形
態の場合には、これより高い周波数で共振し、且つ、そ
の共振点がワーク容量のばら付きを考慮して定められた
最大ワーク容量Ｃ以上となるようにインダクタンスＬ
（Ｌ＝４６．３ｍＨとなる）が設定される。この場合、
ばら付きを考慮した最大ワーク容量を１１２ｐＦと設定
すれば、共振周波数は７４ＫＨｚとなる。

【００１８】図６に示す特性は、夫々設定されたインダ
クタンスＬを基に、数３の式によりワークの容量の変化
に伴う試験電圧Ｖc の変化を算出し、ワーク容量に対す
る試験電圧値をプロットしたものである。図中、特性Ａ
は試験装置の共振周波数が７０ＫＨｚに設定された従来
方式、特性Ｂは共振周波数が７４ＫＨｚに設定された第
一実施形態を示している。

【００１９】第一実施形態では、数３の式におけるe0は
昇圧トランス３の二次側電圧を示しており、ワーク４の
標準容量値である１００ｐＦの点で試験電圧が１５００
Ｖとなるように発振器１の発振電圧が調整されている。
すなわち、特性Ｂの共振点はワーク容量１１２ｐＦに設
定され、この時に発生する共振電圧は約２４００Ｖであ
る。

【００２０】それゆえ、図６から明らかなように、試験
装置の共振周波数を試験周波数と同じ７０ＫＨｚに設定
するようにした従来方式では、ワーク容量Ｃが標準容量
である１００ｐＦで試験電圧Ｖc が最大（１５００Ｖ）
となり、ワーク容量Ｃがこれより大きくなっても小さく
なっても試験電圧Ｖc は低下していく。

【００２１】これに対し、第一実施形態では、上述のよ
うに、試験周波数７０ＫＨｚでワーク容量１１２ｐＦに
共振点を持つため、標準値（１００ｐＦ）よりも容量の
小さいワーク４がセットされると１５００Ｖより低い試
験電圧Ｖc が印加され、また、標準値よりも容量の大き
いワーク４がセットされると、これより高い試験電圧Ｖ
c が印加されるようになる。

【００２２】以上のように、本発明の第一実施形態によ
れば、発振電圧e0が一定であれば、その時、ワーク４に
印加される試験電圧Ｖc の変化量から、耐電圧試験に供
されるワーク４の容量が許容できるばら付き範囲内（例
えば、標準容量１００ｐＦのワーク４であれば、ばら付
きの範囲は９０〜１１２ｐＦ）にあるかどうかを推定す
ることが可能となる。

【００２３】したがって、耐電圧試験装置における試験
電圧Ｖc の特性を図６のＢのように設定することによっ
て、例えば、トランスの絶縁耐電圧を試験する場合、そ
の時発生する試験電圧からトランス一次巻線と二次巻線
間の空間距離のばら付きを推定することで、不良品の選
別が可能である。

【００２４】図１は本発明の第二実施形態を示す耐電圧
試験装置の概略ブロック構成図であって、従来方式の耐
電圧試験装置に、試験電圧監視部８、発振電圧制御部
６、および、これらを制御するコントローラ９を備えて
耐電圧試験を実施する際、ワーク４への印加電圧（試験
電圧Ｖc ）を自動的に且つ瞬時に設定可能とした、自動
絶縁耐電圧試験装置である。

【００２５】図２にその具体的な構成を示せば、前記発
振電圧制御部６として前記コントローラ９により出力可
変の発振器１が、共振調整部７として抵抗Ｒとインダク
タＬの組み合わせが、試験電圧監視部８として電圧計が
使用されている。

【００２６】次に、図３および図７に基づいて、本第二
実施形態における耐電圧試験方法について説明する。図
３は自動化された絶縁耐電圧試験方式を示すフローチャ
ートであり、図７は本試験方式を実施するために設定さ
れた試験電圧対ワーク容量特性である。

【００２７】先ず、耐電圧試験を開始する前に試験条
件、すなわち、試験電圧Ｖt 値（例えば１５００Ｖ）、
および試験周波数ｆ値（例えば７０ＫＨｚ）を夫々コン
トローラ９に入力する。

【００２８】ところで、共振型の耐電圧試験装置では、
昇圧トランス３の二次側電圧が一定であれば、ワーク容
量Ｃがばら付いた時の最大試験電圧は共振時の電圧であ
り、逆に、ワーク容量Ｃが変化しても一定の試験電圧を
得るための必要最小限の昇圧トランス３の二次側電圧も
また共振時の電圧である。

【００２９】そこで、本耐電圧試験の第一ステップとし
て、予め入力されている前記試験条件に基づき、耐電圧
試験に供するワーク４の容量のばら付きの範囲内で規定
の試験電圧（１５００Ｖ）を超えない発振器１の最大の
発振電圧、すなわち、共振時に規定の試験電圧を得るた
めの初期発振電圧e0を算出し、コントローラ９の制御の
基、前記発振電圧制御部６を制御して算出した初期発振
電圧e0を発振させる（図７によれば、初期発振電圧e0は
約１１０Ｖに設定されている）。

【００３０】ここで、初期発振電圧e0は、例えば以下の
手順で算出することができる。

【００３１】共振時のワーク４への印加電圧Ｖc は、昇
圧トランス３の二次側電圧をＥ2 とすると

【数４】 Ｖc ＝ｊω0 Ｌ・Ｅ2 ／Ｒ と表すことができる。

【００３２】また、電力増幅器２の増幅度と昇圧トラン
ス３の昇圧比は既知であるから、数４の式により共振時
の発振電圧と試験電圧の関係は容易に求めることができ
る。したがって、上記関係より初期発振電圧ｅ0 は試験
周波数ｆと試験電圧Ｖt の関数ｇ（ｆ，Ｖt ）より算出
できる。また、別の方法として、予め上記算出結果をテ
ーブルの形で設定しておいて、その都度参照するように
しても良い。

【００３３】次に、耐電圧試験の第二ステップとして、
初期発振電圧ｅ0 を発振させた時、ワーク４の両端に印
加される初期印加電圧Ｖ0 を試験電圧監視部１０にて測
定し、予め設定されている前記初期発振電圧e0、および
試験電圧Ｖt と、測定された初期印加電圧Ｖ0 とをパラ
メータとした関数ｈ（e0，Ｖ0 ，Ｖt ）より、規定の試
験電圧Ｖt （１５００Ｖ）を得るための発振電圧etを算
出する。

【００３４】例えば、発振電圧etは数５の式により比例
計算で求めることができるが、前記同様、テーブル参照
形式としても良い。

【００３５】

【数５】 et＝Ｖt ・e0／Ｖ0 次に、発振電圧制御部６を制御して算出された発振電圧
e0にて試験電圧を印加し、規定の耐電圧試験を実施す
る。

【００３６】例えば、図７は共振点がワーク容量１１２
ｐＦに設定された耐電圧試験装置により、標準容量１０
０ｐＦのワーク４を試験電圧１５００Ｖにて耐電圧試験
する場合の試験電圧特性を示したものである。図中、特
性Ａは前記した第一ステップで設定されるもので、共振
時に試験電圧が１５００Ｖとなる初期発振電圧での試験
電圧特性、一方、特性Ｂは前記した第二ステップで設定
される、ワーク容量１００ｐＦで試験電圧が１５００Ｖ
となるような発振電圧での試験電圧特性、特性Ｃは試験
電圧を１５００Ｖにするための各ワーク容量に対応する
昇圧トランス３の二次側電圧である。

【００３７】ところで、前記第一実施形態では、試験装
置の共振周波数が試験周波数よりも高くなるように（例
えば７４ＫＨｚ）設定されており、印加電圧が最大とな
る共振時の電圧を試験電圧とする従来方式と異なり、共
振点を外れた標準容量１００ｐＦの点で規定の試験電圧
１５００Ｖが得られるように発振電圧が設定されている
ため、ワーク容量Ｃのばら付き具合によっては、ワーク
４に規定以上の電圧が印加される場合が有り、これがワ
ーク４の破壊につながる危険性がある。そのため、耐電
圧試験に際しては、ワーク４に印加される電圧が規定の
試験電圧１５００Ｖを越えないよう、発振電圧を徐々に
上昇させて行く必要があるが、これでは電圧設定に時間
が掛かりすぎて耐電圧試験が繁雑になると共に、試験電
圧の印加時間に誤差が生じることになる。

【００３８】ところが、上述した第二実施形態によれ
ば、予め設定した試験条件に基づいて自動的に規定の試
験電圧が算出・設定されるため、電圧設定時にワーク４
に規定以上の電圧が印加される心配はない。したがっ
て、短時間で且つ安全に規定の試験電圧が設定可能とな
る。

【００３９】また、本第二実施形態では、図４のフロー
チャートに示すように、予めワーク容量のばら付きを考
慮して定めた許容最低電圧ＶL1を設定しておくことによ
り、前記した耐電圧試験の第一ステップにおいて、初期
発振電圧e0により発生した初期試験電圧Ｖ0 がこの許容
最低電圧ＶL1以下となった場合、ワーク４が治具５に正
しくセットされていないと判断して耐電圧試験を中止す
るように制御することができる。これは、印加電圧は容
量Ｃに依存することから、ワーク４のセット不良によっ
てワーク容量Ｃがばら付きの範囲を越えて小さくなり、
印加電圧が極端に低下してしまったものと判断できるた
めである。

【００４０】いま、ワーク４のセット不良が発生したと
すると、図７に示す特性Ａのように、治具５とワーク４
の合成容量Ｃが治具５の容量Ｃ' のみとなるため、ばら
付きを考慮した最小のワーク容量（例えば、９０ｐＦ）
より減少し、初期印加電圧Ｖ0 がこの最小容量９０ｐＦ
で発生する電圧、すなわち、許容最低電圧ＶL1（図７よ
り約５５０Ｖ）よりも低下してしまうことから、ワーク
４のセット不良と判定される。

【００４１】ところで、前記第二実施形態による自動絶
縁耐電圧試験では、ワーク容量の変化に応じて自動的に
発振電圧を変化させることで規定の試験電圧を印加させ
る制御形態であるので、上述のようにワーク４のセット
が適正に行われていない場合であっても、耐電圧試験を
実行しまう可能性があるが、上述のように許容最低電圧
ＶL1を設定し、これをチェックすることで、規定電圧に
よる耐電圧試験を実施する前にワーク４のセット不良が
検知できるため、係る不都合は防止されて全てのワーク
４に対して信頼性の高い絶縁耐電圧試験が実施できるよ
うになる。

【００４２】さらに、本第二実施形態では、図５のフロ
ーチャートに示すように、予め、許容最低電圧ＶL2を設
定することにより、前記した耐電圧試験の第二ステップ
において、電圧耐電圧試験を実施中に試験用発振電圧et
により発生した試験電圧Ｖtがこの許容最低電圧ＶL2以
下となった場合、ワーク４が絶縁破壊を起こしてワーク
容量Ｃがばら付きの範囲を越えて増大したものと判断し
て耐電圧試験を中止するように制御することができる。

【００４３】例えば、図７に示す試験条件（特性Ｂ）で
は、許容最低電圧ＶL2は約８５０Ｖに設定している。こ
の電圧値は、ワーク容量に換算すると１３０ｐＦに相当
し、標準容量１００ｐＦのワークの容量のばら付き範囲
（最大１１０ｐＦ）を大きく越えたものであるから、こ
れよりワーク４の絶縁破壊と判定できる。

【００４４】前記したワーク４のセット不良や絶縁破壊
の発生は、いずれも試験電圧監視部８による測定データ
に基づき、コントローラ９によって判定されるものであ
って、異常が検出された場合、発振電圧制御部６が制御
されて発振電圧が自動的に停止される構成であるため、
異常発生時の耐電圧試験の停止は極めて的確に行われる
ものである。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明によれば、共振型絶縁耐電圧試験装置による絶縁
耐電圧試験において、試験装置の共振周波数を試験周波
数よりも高くなるように設定することにより、発振電圧
が一定であればワーク容量に応じて試験電圧が一方向に
変化することから、試験電圧によりワーク容量のばら付
きを推定することができる。そこで、絶縁耐電圧試験の
際に、印加される試験電圧を監視すれば、ワークの不良
を検知することが可能となる。

【００４６】また、請求項２に記載の本発明によれば、
まず、第一ステップで、予め設定した試験条件より初期
発振電圧を設定し、次に、第二ステップで、この初期発
信電圧により発生する初期印加電圧より実際の試験用発
振電圧を算出し、この試験用発振電圧を発振させて規定
の試験電圧を得るようにしたので、耐電圧試験時、ワー
クに規定以上の試験電圧が印加されることは無くなり、
過電圧によるワークの破壊事故が防止されると共に、係
る方法であれば、短時間で規定の試験電圧が設定できる
ため、絶縁耐電圧試験が容易に実施できるようになる。

【００４７】また、請求項３に記載の本発明によれば、
前記絶縁耐電圧試験方法によりトランスを試験すれば、
試験電圧のばら付きからトランス一次巻線と二次巻線間
の空間距離のばら付きを推定することができ、よって、
不良品の判別も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る絶縁耐電圧試験装置の概略ブロッ
ク構成図である。

【図２】同、絶縁耐電圧試験装置の概略回路構成図であ
る。

【図３】本発明に係る絶縁耐電圧試験の手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】同、絶縁耐電圧試験におけるワークのセット不
良を判断する手順を示すフローチャートである。

【図５】同、自動絶縁耐電圧試験におけるワークの破壊
を判断する手順を示すフローチャートである。

【図６】ワーク容量の変化に伴う試験電圧の変化を示す
図である。

【図７】図６とは別のワーク容量の変化に伴う試験電圧
の変化を示す図である。

【図８】従来の共振型絶縁耐電圧試験装置の概略回路構
成図である。

【図９】図８の等価回路図である。

【符号の説明】

４ ワーク e0 初期発振電圧 Ｖ0 初期印加電圧 et 試験用発振電圧 Ｖt 試験電圧

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗（Ｒ）とインダクタンス（Ｌ）とセ
   ットされたワーク（４）の容量（Ｃ）とで構成されるＬ
   ＣＲ直列共振回路を利用して所定周波数の交流試験電圧
   （Ｖt ）を発生させる共振型絶縁耐電圧試験装置による
   ワーク（４）の絶縁耐電圧試験方法において、 前記ＬＣＲ直列共振回路の共振周波数を前記試験電圧
   （Ｖt ）の周波数よりも高く、且つワーク容量のばら付
   きを考慮して設定された最大ワーク容量（Ｃ）以上にて
   共振するように設定し、 絶縁耐電圧試験時に発生する試験電圧（Ｖt ）の変化量
   よりワーク容量（Ｃ）のばらつきを推定し、これより不
   良ワーク（４）を判別することを特徴とする共振型絶縁
   耐電圧試験装置による絶縁耐電圧試験方法。
2. 【請求項２】 抵抗（Ｒ）とインダクタンス（Ｌ）とセ
   ットされたワーク（４）の容量（Ｃ）とで構成されるＬ
   ＣＲ直列共振回路を利用して所定周波数の交流試験電圧
   （Ｖt ）を発生させる共振型絶縁耐電圧試験装置による
   ワーク（４）の絶縁耐電圧試験方法において、 前記ＬＣＲ直列共振回路の共振周波数を前記試験電圧
   （Ｖt ）の周波数よりも高く、且つワーク容量のばら付
   きを考慮して設定された最大ワーク容量（Ｃ）以上にて
   共振するように設定し、 絶縁耐電圧試験の際は、 まず、前記ＬＣＲ直列共振回路の共振時に前記ワーク
   （４）への印加電圧が規定値を越えない最大電圧となる
   ような初期発振電圧（e0）を発振させ、この初期発振電
   圧（e0）と初期発振電圧（e0）により発生する初期印加
   電圧（Ｖ0 ）に基づいて試験用発振電圧（et）を算出
   し、 次いで、算出された前記試験用発振電圧（et）を発振し
   て規定の試験電圧（Ｖt ）を発生させることを特徴とす
   る共振型絶縁耐電圧試験装置による絶縁耐電圧試験方
   法。
3. 【請求項３】 前記ワーク（４）が一次巻線および二次
   巻線を備えたトランスであることを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の共振型絶縁耐電圧試験装置によ
   る絶縁体電圧試験方法。