KR101630591B1

KR101630591B1 - 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법

Info

Publication number: KR101630591B1
Application number: KR1020157031329A
Authority: KR
Inventors: 겐야 마츠시타; 마사카츠 사와다
Original assignee: 다나신덴기가부시키가이샤
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2016-06-14
Also published as: EP3006947B1; WO2014192217A1; JP5631444B1; US9465065B2; US20160124038A1; EP3006947A1; TW201447321A; JP2014228519A; TWI474014B; CN105264393B; KR20150131395A; EP3006947A4; CN105264393A

Abstract

노이즈의 영향이 억제된 정확한 누설 전류값을 산출 가능한 누설 전류값 산출 장치를 제공한다. 삼상 모터 각 상에 입력되는 각각의 대지 전압을 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 대지 전압 측정 수단과, 삼상 모터를 통해 흐르는 대지 누설 전류인 0상 전류를 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 0상 전류 측정 수단과, 각 상의 대지 전압에 대해 동상으로 되는 주파수를 갖는 기본 교류 전압 파형을, 대지 전압으로부터 추출하는 기본 교류 파형 추출 수단과, 기본 교류 전압 파형의 주파수를 포함하는 주파수 대역에 있어서 해당 주파수 대역의 0상 전류 성분을 추출하는 주파수 성분 추출 수단과, 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 주파수 대역의 0상 전류 성분을 적분하는 것에 의해, 대지 누설 전류 중의 삼상 모터의 대지 용량 성분을 제외한 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류값 I₀cosθ를 산출하는 누설 전류값 산출 수단을 구비하는 구성으로 되어 있다.

Description

누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법{LEAKAGE CURRENT CALCULATION DEVICE AND METHOD FOR CALCULATING LEAKAGE CURRENT}

본 발명은 소정의 교류 전원을 전원으로 하는 인버터 기기에 의해서 구동되는 삼상 모터의 대지(對地) 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류를 산출하는 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법에 관한 것으로서, 특히, 삼상 모터 각 상에 입력되는 대지 전압으로부터 누설 전류를 산출하는 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법에 관한 것이다.

소정의 교류 전원을 전원으로 하는 인버터 기기에 의해서 구동되는 삼상 모터의 대지 저항 성분, 즉 절연 저항을 통해 흐르는 누설 전류를 산출하는 누설 전류 산출 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2).

이러한 누설 전류 산출 장치에서는 누설 전류의 값을 모터 운전 상태인 채로 산출할 수 있도록 되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2011-153910호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 제2009-115754호

그러나, 종래의 누설 전류 산출 장치에서는 이하와 같은 문제가 있었다.

예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 누설 전류 산출 장치에서는 삼상 모터 각 상에 접속되는 배선의 선간 전압을 측정하여 누설 전류를 산출하도록 구성되어 있다. 선간 전압으로부터 누설 전류를 산출하도록 한 것은 대지 전압, 즉 선간 전압에 상용 교류 전원 전압의 중첩된 합성 전압은 파형이 복잡하고, 산출이 곤란한 것으로 되는 것을 회피하기 위함이다. 그런데, 누설 전류는 이러한 합성 전압인 대지 전압에 따라 변화하기 ?문에, 선간 전압으로부터 누설 전류를 산출하는 것은 정확성이 부족할 우려가 있었다.

한편, 특허문헌 2에 기재된 누설 전류 산출 장치에서는 삼상 모터 각 상에 입력되는 대지 전압으로부터 누설 전류를 산출하도록 구성되어 있지만, 최대값으로 될 때의 대지 전압에 의거하여 누설 전류를 산출하도록 되어 있다. 그런데, 대지 전압의 최대값은 반드시 정상시의 최대값이라고는 한정할 수 없으며, 고조파의 노이즈가 중첩되어 있는 경우도 있기 때문에, 누설 전류를 정확하게 산출할 수 있다고는 할 수 없었다.

또, 삼상 모터 각 상 각각의 절연 열화 상태의 진행 정도를 정확하게 파악하기 위해서는 삼상 모터 각 상 각각의 대지 저항 성분의 저항값(절연 저항값)을 산출할 필요가 있지만, 지금까지의 누설 전류 산출 장치에서는 삼상 모터 각 상 각각의 절연 저항값을 산출할 수 없었다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 상용 교류 전원 전압에 인버터 기기로부터 삼상 모터에 급전(전원 공급)되는 삼상 제어 전압의 중첩된 대지 전압을 측정하면서도, 정확한 누설 전류값 뿐만 아니라, 삼상 모터 각 상 각각의 절연 저항값까지도 산출 가능한 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 누설 전류 산출 장치는 소정의 교류 전원을 전원으로 하는 인버터 기기에 의해서 구동되는 삼상 모터 각 상에 입력되는 각각의 대지 전압을 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 대지 전압 측정 수단과, 삼상 모터를 통해 흐르는 대지 누설 전류인 0상 전류를 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 0상 전류 측정 수단과, 상기 각 상의 대지 전압에 대해 동상으로 되는 주파수를 갖는 기본 교류 전압 파형을 상기 대지 전압으로부터 추출하는 기본 교류 파형 추출 수단과, 적어도 상기 기본 교류 전압 파형의 주파수를 포함하는 주파수 대역에 있어서 해당 주파수 대역의 0상 전류 성분을 추출하는 주파수 성분 추출 수단과, 상기 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 상기 주파수 대역의 0상 전류 성분을 적분하는 것에 의해, 상기 대지 누설 전류 중의 삼상 모터의 대지 용량 성분을 제외한 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류값을 산출하는 누설 전류값 산출 수단을 구비하는 구성으로 되어 있다.

또, 본 발명의 누설 전류 산출 방법은 소정의 교류 전원을 전원으로 하는 인버터 기기에 의해서 구동되는 삼상 모터 각 상에 입력되는 각각의 대지 전압을 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 대지 전압 측정 공정과, 삼상 모터를 통해 흐르는 대지 누설 전류인 0상 전류를 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 0상 전류 측정 공정과, 상기 각 상의 대지 전압에 대해 동상으로 되는 주파수를 갖는 기본 교류 전압 파형을 상기 대지 전압으로부터 추출하는 기본 교류 파형 추출 공정과, 적어도 상기 기본 교류 전압 파형의 주파수를 포함하는 주파수 대역에 있어서 해당 주파수 대역의 0상 전류 성분을 추출하는 주파수 성분 추출 공정과, 상기 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 상기 0상 전류 성분을 적분하는 것에 의해, 상기 대지 누설 전류 중의 삼상 모터의 대지 용량 성분을 제외한 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류값을 산출하는 누설 전류값 산출 공정을 갖는 방법으로 되어 있다.

본 발명의 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법에 의하면, 대지 누설 전류 중의 삼상 모터의 대지 용량 성분을 제외한 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류값을 적분에 의해 산출하므로, 노이즈의 영향이 억제된 정확한 누설 전류값을 산출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 인버터 기기에 급전되는 상용 교류 전원 전압의 배전 형태를 나타내는 도면이며, (a)는 삼상 델타 결선 방식, (b)는 삼상 스타 결선 방식을 나타내는 도면이다.
도 3은 삼상 델타 결선 방식의 전압 파형을 나타내는 도면이며, (a)는 인버터 기기에 입력되는 상용 전압 파형의 도면, (b)는 인버터 기기에 있어서 정류된 상용 전압 파형(기본 교류 전압 파형)의 도면이다.
도 4는 삼상 스타 결선 방식의 전압 파형을 나타내는 도면이며, (a)는 인버터 기기에 입력되는 상용 전압 파형의 도면, (b)는 인버터 기기에 있어서 정류된 상용 전압 파형(기본 교류 전압 파형)의 도면이다.
도 5는 삼상 델타 결선 방식의 파형을 나타내는 도면이며, (a)는 기본 교류 전압 파형과 삼상 모터 각 상을 제어하는 제어 전압 파형의 도면, (b)는 기본 교류 전압 파형의 중첩된 제어 전압 파형의 도면, (c)는 0상 전류 파형의 도면이다.
도 6은 삼상 스타 결선 방식의 파형을 나타내는 도면이며, (a)는 기본 교류 전압 파형과 삼상 모터 각 상을 제어하는 제어 전압 파형의 도면, (b)는 기본 교류 전압 파형의 중첩된 제어 전압 파형의 도면, (c)는 0상 전류 파형의 도면이다.
도 7은 0상 전류와, 0상 전류 중의 저항 성분과, 0상 전류 중의 용량 성분의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 전압 파형과 전류 파형의 위상의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이며, (a)는 기본 교류 전압 파형의 도면, (b)는 기본 교류 전압 파형의 중첩된 제어 전압 파형의 도면, (c)는 0상 전류 파형의 도면, (d)는 0상 전류 중의 저항 성분 전류값을 면적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 전압값 및 전류값의 산출 방법을 설명하는 설명도이며, (a)는 기본 교류 전압값과 각 상 전압값의 산출 방법을 나타내는 도면, (b)는 기본 교류 전압값, 각 상 전압값 각각의 평균값을 나타내는 도면, (c)는 0상 전류 중의 저항 성분 전류값의 산출 방법을 나타내는 도면, (d)는 0상 전류 중의 저항 성분 전류값의 평균값을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 1실시형태에 관한 각 상 대지 저항값 산출 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 1실시형태에 관한 대지 합성 저항값 산출 처리를 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명에 관한 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법의 바람직한 실시형태에 대해 도 1∼도 11을 참조하면서 설명한다.

본 실시형태에 관한 누설 전류 산출 장치(10)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 상용 교류 전원(1)을 전원으로 하는 인버터 기기(2)에 의해서 구동되는 서보 모터 등의 삼상 모터(3)의 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류를 측정 가능하게 구성되어 있다.

누설 전류 산출 장치(10)는 각 상 전압 측정 케이블(11), 영상 변류기(ZCT)(12), 신호 처리부(13), 연산부(14), 및 연산부(14)의 연산 결과를 표시하는 표시부(15)(예를 들면, 액정 표시기)를 갖추고 있다.

각 상 전압 측정 케이블(11)은 대지 전압 측정 수단으로서 동작하며, 삼상 모터(3)의 각 상(U, V, W)에 접속되고, 인버터 기기(2)로부터 삼상 모터(3)의 각 상(U, V, W)에 입력되는 제어 전압 각각의 각 상 대지 전압을 소정의 기간에 걸쳐 소정의 샘플링 주기에서 측정한다.

이 각 상 대지 전압은 각 상(U, V, W)과 대지 G간과의 전위차를 나타내고, 상용 교류 전원(1)과 제어 전압(예를 들면, PWM 제어에 의한 기본파 및 반송파의 합성된 전압)이 중첩된 값으로서 측정된다.

영상 변류기(ZCT)(12)는 0상 전류 측정 수단으로서 동작하며, 인버터 기기(2)와 삼상 모터(3) 사이에 흐르는 삼상의 합성된 대지 0상 전류를 소정의 기간에 걸쳐 소정의 샘플링 주기에서 측정한다.

이 대지 0상 전류는 삼상 모터(3) 각 상의 대지 정전 용량 성분(Cu, Cv, Cw)과, 절연 저항으로 되는 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 통해, 삼상 모터(3) 각 상으로부터 대지 G에 흐르는 누설 전류를 합성한 값으로서 측정된다.

신호 처리부(13)는 각 상 전압 측정 케이블(11) 및 영상 변류기(ZCT)(12)로부터 입력되는 각 상(U, V, W) 대지 전압 및 대지 0상 전류를 처리한다.

구체적으로는 신호 처리부(13)는 주파수 성분 추출부(131), 기본 교류 파형 추출부(132), 제로 크로스 데이터 추출부(133, 134)를 구비하고 있다.

주파수 성분 추출부(131)는 주파수 성분 추출 수단으로서 동작하고, 각 상 전압 측정 케이블(11) 및 영상 변류기(ZCT)(12)를 통해 측정된 동일한 주파수 대역에 있는 주파수 성분의 각 상 대지 전압 및 대지 0상 전류를 추출한다.

주파수 성분 추출부(131)는 예를 들면, 로우 패스 필터, 밴드 패스 필터 등의 주파수 필터로 이루어지며, 임의의 일정한 주파수 대역에 있는 각 상 대지 전압 및 대지 0상 전류의 주파수 성분을 추출한다.

여기서, 주파수 성분 추출부(131)가 추출하는 주파수 성분의 주파수 대역에 대해 이하에 설명한다.

주파수 성분 추출부(131)가 추출하는 주파수 성분의 주파수 대역은 상용 교류 전원(1)의 주파수, 또는 이 주파수의 정수배의 주파수를 포함하도록 설정되어 있다.

예를 들면, 도 2의 (a)에 나타내는 S상을 접지한 삼상 델타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 삼상 중의 R상과 T상의 대지 전압 파형은 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같은 위상의 60°어긋난 정현파로 된다.

인버터 기기(2)에서는 입력되는 정현파를 다이오드 및 평활 콘덴서를 통해 정류한다. 이것에 의해 얻어지는 대지 전압은 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같은 상용 교류 전원(1)과 동일한 주파수 성분을 갖는 전압 파형 F로 된다.

이 전압 파형 F의 주파수는 상용 교류 전원(1)의 주파수가 50㎐이면 50㎐이고, 상용 교류 전원(1)의 주파수가 60㎐이면 60㎐로 된다.

마찬가지로, 도 2의 (b)에 나타내는 삼상 스타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 삼상(R, S, T) 각 상의 대지 전압 파형은 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같은 각각 위상의 60°어긋난 정현파로 된다.

인버터 기기(2)에서는 입력되는 정현파를 다이오드 및 평활 콘덴서를 통해 정류한다. 이것에 의해 얻어지는 대지 전압은 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같은 상용 교류 전원(1)의 3배의 주파수 성분을 갖는 전압 파형 F로 된다.

이 전압 파형 F의 주파수는 상용 교류 전원(1)의 주파수가 50㎐이면 150㎐이고, 상용 교류 전원(1)의 주파수가 60㎐이면 180㎐로 된다.

이러한 전압 파형 F의 주파수 성분은 각 상 대지 전압과 대지 0상 전류의 각각의 파형 중에 중첩되어 있다.

삼상 모터(3)의 각 상(U, V, W)에 입력되는 제어 전압은 각각 위상의 60°어긋난 정현파로 나타낼 수 있다(도 5의 (a), 도 6의 (a) 참조). 이들 제어 전압(의 기본파)의 주파수는 전압 파형 F의 주파수와는 동일하다고는 한정되지 않는다.

각 상 대지 전압에는 이러한 제어 전압에 전압 파형 F가 중첩되고, 예를 들면 삼상 델타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 삼상 모터(3)의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)은 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같은 파형으로서 나타난다.

마찬가지로, 삼상 스타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 삼상 모터(3)의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)은 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같은 파형으로서 나타난다.

즉, 삼상 모터(3)의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)은 배전 형태의 차를 불문하고, 동상의 주파수 성분으로서의 전압 파형 F의 주파수 성분을 각각 포함하고 있다.

한편, 대지 0상 전류 I는 이러한 전압 파형 F의 중첩된 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew) 각각의 전위에 의거하여, 대지 정전 용량 성분(Cu, Cv, Cw)과, 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 통해 대지 G에 흐르기 ?문에(도 1 참조), 이 대지 0상 전류 I의 파형에도 전압 파형 F의 주파수 성분이 중첩되게 된다(도 5의 (c), 도 6의 (c) 참조).

또, 대지 0상 전류 I의 파형은 대지 정전 용량 성분(Cu, Cv, Cw)의 영향에 의해, 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 파형에 대해 위상이 각도 θ분만큼 진행하는 것이 알려져 있다.

이와 같이, 전압 파형 F의 중첩된 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 의거하여 대지 0상 전류 I가 얻어지기 ?문에, 동일한 주파수 대역의 전압 파형과 전류 파형의 추출에 의해, 오옴의 법칙이 성립하는 한 쌍의 전압 파형과 전류 파형을 특정할 수 있다. 또, 전압 파형 F의 주파수 성분은 삼상 각각의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew) 및 대지 0상 전류 I에 공통하는 주파수 성분으로 되어 있다.

그래서, 주파수 성분 추출부(131)에서는 적어도 전압 파형 F의 주파수를 포함하는 주파수 대역을 대상으로 해서 추출 주파수 대역을 설정하고, 이 추출 주파수 대역에 있어서, 대지 0상 전류 I 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 주파수 성분을 추출한다.

추출 주파수 대역을 설정하기 위해서는 전압 파형 F의 주파수를 특정할 필요가 있다.

삼상 모터(3)의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 중첩되는 전압 파형 F는 삼상 델타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 상용 주파수의 1배 뿐만 아니라 그 정수배의 고조파 성분, 또, 삼상 스타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 상용 주파수의 3배 뿐만 아니라 그 정수배의 고조파 성분도 존재하지만, 고조파로 될수록 진폭이 감쇠하는 경향이 있기 때문에, 그 분만큼 추출도 곤란하게 된다. 그래서, 진폭이 가장 큰 가능한 한 저주파의 주파수 성분을 갖는 전압 파형 F를 포함하도록, 대상으로 되는 주파수 대역을 설정하는 것이 바람직하다.

구체적으로는 삼상 델타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 예를 들면, 상용 주파수를 50㎐로 하면, 이것과 동일 주파수의 50㎐를 기본 교류 전압 파형의 주파수로 해서 추출 주파수 대역을 설정하는 것이 바람직하고, 삼상 스타 결선 방식의 배전 형태를 갖는 상용 교류 전원(1)에서는 예를 들면, 상용 주파수를 50㎐로 하면, 이것의 3배 고조파로 되는 150㎐를 기본 교류 전압 파형으로 해서 추출 주파수 대역을 설정하는 것이 바람직하다.

또, 설정하는 추출 주파수 대역은 기본 교류 전압 파형만을 추출 가능하게 이와 대략 동일 주파수의 대역(예를 들면, 핀 포인트의 대역, 또는 좁은 대역)으로 할 수도 있다.

또한, 기본 교류 전압 파형에 중첩되는 제어 전압의 성분(예를 들면, PWM 제어의 성분)을 추출 가능하게, 기본 교류 전압 파형의 주파수±α(예를 들면,＋100㎐, -20㎐)로 되는 바와 같은 일정한 수치 범위를 갖는 추출 주파수 대역으로 할 수도 있다. 특히, 후술하는 바와 같이 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw) 각각의 저항값을 구하기 위해서는 추출 주파수 대역을, 기본 교류 전압 파형의 주파수를 포함하면서도 제어 전압의 성분을 추출 가능한 일정한 수치 범위를 갖는 주파수 대역으로 할 필요가 있다.

기본 교류 파형 추출부(132)는 기본 교류 파형 추출 수단으로서 동작하며, 삼상 모터(3)의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)으로부터, 기본 교류 전압 파형을 추출한다.

도 5의 (a), 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 삼상 모터(3)의 각 상(U, V, W)에 입력되는 제어 전압은 각각 위상의 60°어긋난 정현파로 나타낼 수 있고, 임의의 순간에 있어서 각 상의 제어 전압을 가산하면 그 값은 「제로」가 되는 특성을 갖고 있다.

그래서, 기본 교류 파형 추출부(132)는 동일한 측정 타이밍의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 값을 각각 가산하고, 그 합을 삼상의 「3」으로 제산하는 것에 의해, 기본 교류 전압 파형(기본 교류 전압 Ef)을 추출한다.

또, 주파수 성분 추출부(131)에 있어서, 추출 주파수 대역을 기본 교류 전압 파형의 주파수로만 설정하는 것에 의해(예를 들면, 기본 교류 전압 파형의 주파수만 추출하는 밴드 패스 필터 등), 주파수 성분 추출부(131)를 기본 교류 파형 추출 수단으로서 동작시킬 수도 있다.

제로 크로스 데이터 추출부(133, 134)는 기본 교류 파형 추출부(132)에서 추출된 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스를 복수 특정하는 동시에, 각 제로 크로스간에 대응하는 기간의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)과, 대지 0상 전류 I의 각 수치 데이터(측정값)를 한 쌍의 데이터군으로서 특정한다. 또한, 제로 크로스는 진폭에 대칭성을 갖는 동시에 주기성을 갖는 기본 교류 전압 Ef의 파형에 있어서, 진폭이 제로(0)를 나타내는 부분을 말한다.

이러한 제로 크로스의 특정에 의해, 각 제로 크로스간에 있어서, 오옴의 법칙이 성립하는 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 파형과, 이와 쌍을 이루는 대지 0상 전류 I의 파형이 특정되게 된다.

또한. 제로 크로스 데이터 추출부(134)는 기본 교류 파형 추출부(132)에 의해 추출된 기본 교류 전압 파형에 있어서, 각 제로 크로스간에 대응하는 기간의 기본 교류 전압 Ef의 수치 데이터(측정값)를, 상기의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew) 및 대지 0상 전류 I와 쌍을 이루는 데이터군으로서 특정한다.

연산부(14)는 예를 들면, 중앙 연산 처리 장치(CPU), ROM, RAM, I/O 등의 인터페이스 등을 구비하는 컴퓨터로 구성되며, 전류값 산출부(141)와, 전압값 산출부(142)와, 저항값 산출부(143)를 구비하고 있다.

전류값 산출부(141)는 누설 전류 산출 수단으로서 동작하며, 복수의 제로 크로스(ZC0, ZC1, ZC2…) 각각의 사이에 있어서, 대지 0상 전류 I의 수치 데이터를 제로 크로스간마다 적분하는 동시에, 이 적분값으로부터 제로 크로스간마다의 평균 전류값을 산출한다.

전압값 산출부(142)는 기본 교류 전압값 산출 수단 및 각 상 전압값 산출 수단으로서 동작하고, 복수의 제로 크로스(ZC0, ZC1, ZC2…) 각각의 사이에 있어서, 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 수치 데이터를 제로 크로스간마다 적분하는 동시에, 이 적분값으로부터 제로 크로스간마다의 평균 전압값을 산출한다.

저항값 산출부(143)는 합성 저항값 산출 수단 및 각 상 저항값 산출 수단으로서 동작하며, 전류값 산출부(141) 및 전압값 산출부(142)에 있어서 동일한 제로 크로스간의 측정 데이터로부터 산출된 대지 0상 전류 I의 평균 전류값과, 이와 쌍을 이루는 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 평균 전압값으로부터, 각 상의 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 합성한 대지 합성 저항값, 및 각 상 각각의 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)의 저항값을 산출한다.

우선은, 전류값 산출부(141)에 있어서 산출되는 대지 0상 전류 I 중의 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류의 산출 원리에 대해, 도 7∼도 9를 참조하면서 설명한다.

도 8의 (a)는 기본 교류 전압 Ef의 파형, 도 8의 (b)는 기본 교류 전압 Ef의 파형과 제어 전압의 파형을 합성한 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 파형, 도 8의 (c)는 대지 0상 전류 I의 파형을 나타내며, 설명을 간단하게 하기 위해 각각의 파형을 간이한 정현파로 모식적으로 나타내고 있다.

도 8의 (a)에 나타내는 기본 교류 전압 Ef는 기본 교류 파형 추출부(132)에 의해 추출된 것으로, 이 파형으로부터 진폭이 제로(0)로 되는 제로 크로스 ZC가 ZC0, ZC1, ZC2…와 같이 순차 특정된다.

도 8의 (b)에 나타내는 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)은 주파수 성분 추출부(131)에 의해, 기본 교류 전압 Ef의 주파수를 포함하는 주파수 대역의 주파수 성분으로서 추출된 전압이며, 기본 교류 전압 Ef의 파형과 위상이 일치하는 파형을 갖고 있다. 또, 제로 크로스 ZC0, ZC1, ZC2…의 특정에 의해, 각 제로 크로스간에 속하는 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)의 수치 데이터(측정값)가 결정된다.

도 8의 (c)에 나타내는 대지 0상 전류 I는 주파수 성분 추출부(131)에 의해, 기본 교류 전압 Ef의 주파수를 포함하는 주파수 대역의 주파수 성분으로서 추출된 전류이다. 또, 제로 크로스 ZC0, ZC1, ZC2…의 특정에 의해, 각 제로 크로스간에 속하는 대지 0상 전류 I 수치 데이터(측정값)가 결정된다.

각 제로 크로스간의 대지 0상 전류 I는 이와 쌍을 이루는 각 제로 크로스간의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 의거하여 흐르고, 예를 들면 ZC0－ZC1간의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 의거하여 ZC0－ZC1간의 대지 0상 전류 I가 흐르게 된다.

바꾸어 말하면, 도 8의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 각 제로 크로스간의 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)을 적분한 값 E₀(빗금부의 면적)의 전압에 의거하여, 각 제로 크로스간의 대지 0상 전류 I를 적분한 값 I₀(빗금부의 면적)의 전류가 흐르게 된다.

그런데, 대지 0상 전류 I에는 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 통해 흐르는 누설 전류(저항 성분 전류) 뿐만 아니라, 대지 정전 용량 성분(Cu, Cv, Cw)을 통해 흐르는 누설 전류(용량 성분 전류)도 포함된다.

대지 0상 전류 I, 대지 0상 전류 I 중의 저항 성분 전류, 및 대지 0상 전류 I 중의 용량 성분 전류를 각각 벡터로 나타내면, 도 7에 나타내는 바와 같은 관계를 갖고 있다.

대지 0상 전류 I 중의 저항 성분 전류는 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 대한 위상의 어긋남은 생기지 않지만, 대지 0상 전류 I 중의 용량 성분 전류는 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 대해 위상이 90°진행하는 것이 알려져 있다.

대지 0상 전류 I는 이러한 용량 성분에 의한 위상의 어긋남의 영향에 의해, 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 대해 위상이 소정 각도θ 어긋나게 된다.

이러한 것으로부터, 대지 0상 전류 I 중의 저항 성분 전류는 대지 0상 전류 I의 크기를 I₀로 나타내면, I₀cosθ로 나타낼 수 있다.

이 I₀cosθ는 이하에 나타내는 바와 같이, 대지 0상 전류 I의 파형을 각 제로 크로스간에서 적분한 값과 등가이다.

예를 들면, 대지 0상 전류 I를 진폭 1의 정현파로 한 경우, 식 1과 같이 나타낼 수 있다.

[식 1]

단, t는 시간, ω=2πf, f는 대지 0상 전류 I의 주파수, θ는 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 대한 대지 0상 전류 I의 위상의 어긋남을 나타낸다.

제로 크로스간의 대지 0상 전류 I의 총 면적을 I₀로 하면, I₀는 식 2와 같이 구할 수 있다.

[식 2]

한편, I(t)를 제로 크로스간에서 적분하면, 식 3과 같이 나타내어진다.

[식 3]

즉, 제로 크로스간의 대지 0상 전류 I를 적분함으로써, 대지 0상 전류 I 중의 저항 성분 전류 I₀cosθ, 즉 저항값 성분(Ru, Rv, Rw)을 통해 흐르는 누설 전류의 합성값을 구할 수 있는 것이다.

이와 같이, 제로 크로스간의 대지 0상 전류 I를 적분함으로써 대지 0상 전류 I 중의 저항 성분 전류(누설 전류)를 구할 수 있는 것은 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 대해 무효한 성분으로서 흐르는 용량 성분 전류는 도 8의 (d)에 나타내는 바와 같이, 하나의 제로 크로스간, 즉 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew) 파형의 반주기 중에서 (-) 분과(＋) 분이 상쇄되어 「제로」로 되고, 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압(Eu, Ev, Ew)에 대해 위상의 어긋남이 생기지 않는 유효한 성분으로 되는 저항 성분 전류 I₀cosθ(빗금친 부분의 면적)만이 남기 때문이다.

이와 같이, 대지 0상 전류 I 중의 저항 성분 전류 I₀cosθ는 대지 0상 전류 I를 제로 크로스간에서 적분하는 것에 의해 구할 수 있다.

이하에, 전류값 산출부(141)에 있어서 실행되는 저항 성분 전류 I₀cosθ(저항 성분 누설 전류)의 구체적인 산출 방법에 대해, 도 9의 (c), (d)를 이용해서 설명한다.

[저항 성분 전류 I₀cosθ의 산출 방법]

도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이, 대지 0상 전류 I는 소정의 샘플링 주기에서 소정의 기간에 걸쳐 측정되고 있기 때문에, 제로 크로스 데이터 추출부(133)에 의해 추출된 대지 0상 전류 I의 수치 데이터(측정값)가 예를 들면, 각 제로 크로스간에 있어서 n개 있는 것으로 한다.

전류값 산출부(141)에서는 저항 성분 전류 I₀cosθ를 산출하기 위해, 전류가 흐르는 방향의 차(예를 들면, ±)에 따라, 1∼n의 각각의 대지 0상 전류 I에 플러스 또는 마이너스의 부호를 붙이고(도 9의 (c) 중에 있어서 실선 화살표는 플러스, 파선 화살표는 마이너스), 이들을 순차 가산한다.

이 가산은 대지 0상 전류 I를 제로 크로스간에서 적분하는 것과 등가이기 때문에, 합계된 전류값이 대지 0상 전류 I 중의 저항 성분 전류 I₀cosθ의 전류값으로 된다.

또, 이와 같이 산출되는 저항 성분 전류 I₀cosθ에는 제어 전압의 성분(예를 들면, PWM 제어의 성분)을 포함시킬 수도 있고, 저항 성분 전류 I₀cosθ로부터 제어 전압의 성분을 제외하고, 기본 교류 전압 파형의 주파수 성분만으로 할 수도 있다.

이것은 주파수 성분 추출부(131)에 있어서 설정되는 추출 주파수 대역의 수치 범위의 증감에 의해 선택 가능하다.

예를 들면, 주파수 성분 추출부(131)에 있어서 설정되는 추출 주파수 대역을 기본 교류 전압 파형의 주파수 성분과 대략 동일한 주파수의 대역으로 설정함으로써, 저항 성분 전류 I₀cosθ는 기본 교류 전압 파형의 주파수 성분만을 갖는 값으로 된다.

또, 설정되는 추출 주파수 대역을 기본 교류 전압 파형의 주파수±α(예를 들면,＋100㎐, -20㎐)로 되는 바와 같은 임의의 일정한 수치 범위를 갖는 주파수 대역으로 함으로써, 저항 성분 전류 I₀cosθ는 기본 교류 전압 파형의 주파수 성분과 제어 전압의 성분(예를 들면, PWM 제어의 성분)의 합성된 값으로 된다.

[평균 저항 성분 전류 Izr의 산출 방법]

또, 도 9의 (d)에 나타내는 바와 같이, 제로 크로스간의 저항 성분 전류 I₀cosθ의 평균값인 평균 저항 성분 전류 Izr을 구할 수도 있다.

전류값 산출부(141)에서는 합계된 전류값(저항 성분 전류 I₀cosθ)을 n으로 제산함으로써, 평균 저항 성분 전류 Izr을 산출한다.

또한, 대지 0상 전류 I의 샘플링 주기는 임의의 주기로 설정 가능하고, 이것을 짧게 함으로써 저항 성분 전류 I₀cosθ 및 평균 저항 성분 전류 Izr 각각의 값의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 평균 저항 성분 전류 Izr에는 저항 성분 전류 I₀cosθ와 마찬가지로, 주파수 성분 추출부(131)에 있어서 설정되는 추출 주파수 대역의 대역에 의해, 제어 전압의 성분(예를 들면, PWM 제어의 성분)을 포함시킬 수도 있고, 제어 전압의 성분을 제외하고, 기본 교류 전압 파형의 주파수 성분만으로 할 수도 있다.

[기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 산출 방법]

또, 이러한 저항 성분 전류 I₀cosθ와 쌍을 이루는 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 각 전압값도, 저항 성분 전류 I₀cosθ와 마찬가지로, 제로 크로스간의 각각의 전압값을 적분하는 것에 의해 구할 수 있다.

도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew는 소정의 샘플링 주기에서 소정의 기간에 걸쳐 측정되고 있기 때문에, 제로 크로스 데이터 추출부(134)에 의해 추출된 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 수치 데이터(측정값)가, 예를 들면 각 제로 크로스간에 있어서 n개 있는 것으로 한다.

전압값 산출부(142)에서는 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 전압값을 각각 산출하기 위해, 전위의 차(예를 들면, ±)에 따라, 1∼n의 각각의 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew에 플러스 또는 마이너스의 부호를 붙이고(도 9의 (a) 중에 있어서 실선 화살표는 플러스, 파선 화살표는 마이너스), 이들을 순차 가산한다.

이 가산은 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew를 각각 제로 크로스간에서 적분하는 것과 등가이기 때문에, 합계된 각각의 전압값이 각 제로 크로스간에서 공급된 전압의 총량으로 된다.

또, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew에는 기본 교류 전압 Ef 뿐만 아니라, 제어 전압의 성분(예를 들면, PWM 제어의 성분)의 전압이 포함되어 있다.

이것은 주파수 성분 추출부(131)에 있어서 설정되는 추출 주파수 대역을, 기본 교류 전압 파형의 주파수±α(예를 들면,＋100㎐, -20㎐)로 되는 바와 같은 임의의 일정한 수치 범위를 갖는 주파수 대역으로 함으로써 실현된다.

[기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압의 산출 방법]

또, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 각 제로 크로스간의 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압을 구할 수도 있다.

전압값 산출부(142)에서는 합계된 각각의 전압값(제로 크로스간의 적분값)을 n으로 제산함으로써, 평균 전압을 산출한다.

또한, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 샘플링 주기는 대지 0상 전류 I의 샘플링 주기와 일치시키지만, 임의의 주기로 설정 가능하며, 이것을 짧게 함으로써, 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 합계 전압, 평균 전압의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압에는 기본 교류 전압 Ef 뿐만 아니라, 제어 전압의 성분(예를 들면, PWM 제어의 성분)의 전압이 포함되어 있다.

저항값 산출부(143)는 전류값 산출부(141)에서 산출된 평균 저항 성분 전류 Izr과, 전압값 산출부(142)에서 산출된 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 평균 전압을 이용해서, 각 상의 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 합성한 대지 합성 저항값 Z와, 각 상 각각의 각 상 대지 저항값 Ru, Rv, Rw를 각각 산출한다.

대지 합성 저항값 Z의 산출 방법에는 기본 교류 전압 Ef의 평균 전압과 평균 저항 성분 전류 Izr을 이용해서 대지 합성 저항값 Z를 산출하는 제 1 산출 방법과, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 평균 전압과 평균 저항 성분 전류 Izr을 이용해서 대지 합성 저항값 Z를 산출하는 제 2 산출 방법이 있다.

[대지 합성 저항값의 제 1 산출 방법］

각 상의 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 합성한 대지 합성 저항값 Z는 오옴의 법칙에 따라, 식 4에 나타내는 바와 같이, 기본 교류 전압 Ef의 평균 전압을 평균 저항 성분 전류 Izr로 제산함으로써 구할 수 있다.

[식 4]

단, 기본 교류 전압 Ef의 평균 전압은 제어 전압의 주파수 성분을 포함하지 않는 기본 교류 전압 파형의 주파수 성분만으로 이루어지는 기본 교류 전압 Ef의 평균값이기 때문에, 평균 저항 성분 전류 Izr에 제어 전압의 성분이 포함되어 있으면, 산출되는 대지 합성 저항값 Z의 정밀도가 저하하게 된다. 그래서, 대지 합성 저항값 Z의 산출에 이용하는 평균 저항 성분 전류 Izr은 주파수 성분 추출부(131)에 의해 제어 전압의 주파수 성분이 제외된 기본 교류 전압 파형의 주파수 성분만을 갖는 평균 저항 성분 전류 Izr을 채용한다.

또, 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간에 있어서, 기본 교류 전압 Ef의 평균 전압과, 평균 저항 성분 전류 Izr을 각각 복수 구하는 동시에, 각각의 평균값을 식 4에 대입하는 것에 의해, 산출되는 대지 합성 저항값 Z의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

[대지 합성 저항값의 제 2 산출 방법］

제 2 산출 방법에서는 기본 교류 전압 Ef 대신에, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 평균 전압을 이용해서 대지 합성 저항값 Z를 구한다.

각 상의 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 합성한 대지 합성 저항값 Z는 오옴의 법칙에 따라, 식 5에 나타내는 바와 같이, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 평균 전압의 평균값(식 5 중의 「3」으로 평균값을 산출하고 있음)를 평균 저항 성분 전류 Izr로 제산함으로써 구할 수 있다.

[식 5]

이 경우, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압에는 제어 전압의 주파수 성분이 포함되어 있기 때문에, 대지 합성 저항값 Z의 산출에 이용하는 평균 저항 성분 전류 Izr도, 이들 평균 전압 Eu, Ev, Ew와 동일한 대역의 주파수 성분의 추출된 평균 저항 성분 전류 Izr을 채용한다.

또, 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압과, 평균 저항 성분 전류 Izr을 각각 복수 구하는 동시에, 각각의 평균값을 식 5에 대입하는 것에 의해, 산출되는 대지 합성 저항값 Z의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

[각 상 대지 저항값의 산출 방법］

저항값 산출부(143)에서는 각 상의 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw) 각각의 각 상 대지 저항값을 이하와 같이 산출한다.

병렬 접속된 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw와, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 평균 전압과, 평균 저항 성분 전류 Izr은 식 6의 관계를 만족시킨다.

[식 6]

이러한 관계는 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압과, 이것에 대응하는 평균 저항 성분 전류 Izr에도 성립하기 때문에, 저항값 산출부(143)에서는 이들을 식 6에 대입하여, 우변과 좌변이 동일하게 되는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 조합을 반복 연산에 의해 구한다.

즉, 저항값 산출부(143)에서는 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압을 독립 변수(설명 변수), 평균 저항 성분 전류 Izr을 종속 변수, 및 식 6을 회귀식으로 하는 중회귀 분석에 의해 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 조합을 구한다.

구체적으로는 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew의 평균 전압을 각각 Eu, Ev, Ew로 나타내면, 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 평균 전압 Eu(Eu₀, Eu₁, Eu₂…), Ev(Ev₀, Ev₁, Ev₂…), Ew(Ew₀, Ew₁, Ew₂…)와, 이들과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr(Izr₀, Izr₁, Izr₂…)을 이용해서, 이들에 대응하는 각 상 대지 저항 Ru(Ru₀, Ru₁, Ru₂…), Rv(Rv₀, Rv₁, Rv₂…), Rw(Rw₀, Rw₁, Rw₂…)를 추정하면서 순차 갱신하여, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 진값에 근접시킨다.

상세하게는 각 상 대지 저항 Ru₀, Rv₀, Rw₀은 각각의 초기값을 나타내고 있고, 이들 초기값을 소정의 선 형식을 이용해서, 제 1 각 상 대지 저항 Ru₁, Rv₁, Rw₁, 제 2 각 상 대지 저항 Ru₂, Rv₂, Rw₂와 같이 순차 그 값의 갱신을 반복하면서, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 진값에 근접시킨다.

또한, 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀는 미리 정해진 소정의 값을 이용한다.

반복 연산에서는 식 7에 나타내는 바와 같이, 식 6의 우변과 좌변의 차분 S가 제로가 되었을 때의 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 값이 진값이라는 것으로 된다.

[식 7]

단, 제로가 되지 않아도, 식 8에 나타내는 바와 같이, 제로에 가까운 소정의 값 X로 됨으로써, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 값이 진값에 근접한(집속) 것으로 판단할 수 있다.

[식 8]

구체적인 반복 연산에서는 예를 들면, 최초로 각 상 평균 전압 Eu₀, Ev₀, Ew₀과, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr₀과, 각 상 대지 저항의 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀을 식 8에 대입하여, 차분 S를 구한다. 이 차분 S를 구하는 과정에 있어서, 식 8의 우변 제 2 항(괄호내의 값)이 제 1 누설 전류값으로 된다.

이 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하일 때에는 그 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀가 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 진값이라는 것으로 된다.

차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하가 아닐 때에는 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀을 제 1 각 상 대지 저항 Ru₁, Rv₁, Rw₁로 갱신한다.

또한, 제로 크로스간이 상이한 다른 각 상 평균 전압 Eu₁, Ev₁, Ew₁과, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr₁과, 제 1 각 상 대지 저항 Ru₁, Rv₁, Rw₁을 식 8에 대입하여, 새로운 차분 S를 구한다. 이 차분 S를 구하는 과정에 있어서, 식 8의 우변 제 2 항이 제 2 누설 전류값으로 된다.

이 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하일 때에는 그 때의 각 상 대지 저항 Ru₁, Rv₁, Rw₁이 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 진값이라는 것이 된다. 한편, 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하가 아닐 때에는 제 1 각 상 대지 저항 Ru₁, Rv₁, Rw₁을 제 2 각 상 대지 저항 Ru₂, Rv₂, Rw₂로 갱신한다. 이하, 이러한 갱신을 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하가 될 때까지 반복한다.

이러한 반복 연산의 과정에 있어서, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 갱신은 이하에 나타내는 갱신 방법에 따라 실행된다.

예를 들면, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 갱신 방법으로서, 이하에 설명하는 2가지의 방법 중의 1가지를 채용할 수 있다.

1개째의 갱신 방법은 평균 전압 Eu, Ev, Ew 중에서 최대의 값을 나타내는 평균 전압 Eu, Ev, Ew가 차분 S를 발생시키는 인자라고 판단하고, 평균 전압 Eu, Ev, Ew 중에서 최대의 값을 나타내는 평균 전압 Eu, Ev, Ew에 대응하는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw만을 갱신하고, 그 이외를 갱신하지 않는 방법이다. 갱신에는 예를 들면, 식 9에 나타내는 바와 같은 선형식을 이용할 수 있다.

[식 9]

단, 식 9에 있어서 갱신하는 것은 Ru, Rv, Rw 중의 어느 하나이며, n은 제로(0) 이상의 정수를 나타내고, k는 소정의 보정 계수를 나타낸다.

이것에 의해, 진값으로부터 가장 괴리해 있는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw 중의 어느 하나의 값을 신속하게 진값에 근접시킬 수 있다.

또, 2개째의 갱신 방법은 평균 전압 Eu, Ev, Ew의 값에 따라 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 각각 갱신하는 방법이며, 갱신에는 예를 들면, 식 10에 나타내는 바와 같은 선형식을 이용할 수 있다.

[식 10]

단, 식 10에서는 Ru, Rv, Rw의 전부를 갱신하는 것으로 하며, n은 제로(0) 이상의 정수를 나타내고, k는 소정의 보정 계수를 나타낸다.

이것에 의해, 평균 전압 Eu, Ev, Ew의 값에 따라 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 값을 각각 진값에 근접시킬 수 있다.

이상과 같이 반복 연산을 실행함에 앞서, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw 각각의 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀을 미리 결정해 둘 필요가 있다.

각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 산출 속도를 빠르게 하기 위해서는 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀은 가능한 한 진값에 가까운 것이 바람직하다. 그래서, 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀을 전술한 대지 합성 저항값 Z로부터 구하는 것으로 한다.

대지 합성 저항값 Z로부터 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw 각각의 저항값은 산출할 수 없지만, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 평균값 Ra는 구할 수 있기 때문에, 이 평균값 Ra를 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀으로서 이용한다. 하기의 식 11에 있어서, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 평균값 Ra로 치환하면,

[식 11]

식 11과 식 5로부터 , 평균값 Ra는 식 12와 같이 나타낼 수 있다.

[식 12]

즉, 본 실시형태에서는 대지 합성 저항값 Z로부터 구해지는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 평균값 Ra를, 식 7 또는 식 8에 있어서의 각각의 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀으로서 이용하는 것에 의해, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 진값에 근접시키는 속도, 즉 반복 연산에 의한 집속을 빠르게 할 수 있다.

특히, 하나의 제로 크로스간의 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이에 대응하는 하나의 평균 저항 성분 전류 Izr로부터, 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀으로 되는 평균값 Ra를 구하는 것이 아니라, 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이에 대응하는 평균 저항 성분 전류 Izr로부터 초기값 Ru₀, Rv₀, Rw₀로 되는 평균값 Ra를 구함으로써, 더욱 집속을 빠르게 할 수 있다.

이와 같이, 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이에 대응하는 평균 저항 성분 전류 Izr을 이용해서, 이들에 대응하는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 순차 추정하면서 갱신하여 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 진값에 근접시킨다고 하는 반복 연산을 실행하는 것에 의해, 정확한 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 구할 수 있다.

이러한 저항값 산출부(143)의 각 상 저항값 산출 수단 및 합성 저항값 산출 수단으로서의 동작은 이하에 나타내는 흐름도에 의거하여 실행된다.

예를 들면, 대지 저항 성분 Ru, Rv, Rw 각각의 각 상 대지 저항값은 도 10에 나타내는 각 상 대지 저항값 산출 처리에 관한 흐름도에 의거하여 산출되며, 대지 저항 성분 Ru, Rv, Rw의 대지 합성 저항값 Z는 도 11에 나타내는 대지 합성 저항값 산출 처리에 관한 흐름도에 의거하여 산출된다.

도 10에 나타내는 각 상 대지 저항값 산출 처리에서는 우선, S1∼S3에 있어서, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 초기값을 구한다.

구체적으로는 각 제로 크로스간의 측정 데이터로부터, 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr을 취득하고(S1, S2), 이들을 식 12에 대입하여, 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 초기값으로 되는 평균값 Ra를 산출한다(S3).

이 경우, 취득원으로 되는 평균 전압과 평균 저항 성분 전류는 최초로 측정된 측정 데이터 뿐만 아니라, 각각 기간이 다른 제로 크로스간의 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr로 이루어지는 복수 조의 측정 데이터 각각의 평균값을 산출하고, 이들을 식 12에 대입하여 구해지는 평균값 Ra를 초기값으로 할 수도 있다.

다음에, S4∼S13에서는 또한 취득되는 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr로부터, 각 상 대지 저항 성분 Ru, Rv, Rw를 진값에 근접시키는 처리를 실행한다.

우선, 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr을 취득하고(S4, S5), 이들을 식 8에 대입하여, 차분 S를 산출한다(S6).

계속해서, 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하인지의 여부를 판정한다(S7).

차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하일 때에는(S7-Yes), 처리를 종료한다.

한편, 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하가 아닐 때에는(S7-No), 미리 설정된 S9 또는 S13 중의 어느 하나의 스텝에 관한 처리를 실행한다(S8).

S9∼S12의 처리는 앞서 1개째의 갱신 방법으로서 설명한 평균 전압 Eu, Ev, Ew 중에서 최대의 값을 나타내는 평균 전압 Eu, Ev, Ew에 대응하는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw만을 갱신하고, 그 이외를 갱신하지 않는 방법을 나타내고 있다.

구체적으로는 평균 전압 Eu, Ev, Ew의 값을 각각 비교하고(S9), 최대로 되는 평균 전압에 대응하는 각 상 대지 저항을, 식 9에 의거하여 갱신한다.

예를 들면, 평균 전압 Eu가 최대일 때에는 Ru만을 갱신하고(S10), 평균 전압 Ev가 최대일 때에는 Rv만을 갱신하며(S11), 평균 전압 Ew가 최대일 때에는 Rw만을 갱신한다(S12).

그 후, 재차 S4로 되돌려, 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하가 될 때까지 S4∼S12를 반복한다.

한편, S13의 처리는 평균 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 값에 따라 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 각각 갱신한다고 하는 전술한 2개째의 갱신 방법이다.

구체적으로는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 식 10에 의거하여 각각 갱신한다(S13).

그 후, 재차 S4로 되돌려, 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하가 될 때까지 S4∼S8, S13을 반복한다.

또한, 차분 S가 제로(0) 또는 소정수 X이하로 되고, 해당 처리가 종료했을 때에는(S7-Yes), 그 때의 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw 각각의 값이 표시부(15)에 표시되게 된다.

이상과 같은 각 상 대지 저항값 산출 처리의 실행에 의해, 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr을 이용해서, 이들에 대응하는 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 순차 추정하면서 갱신하여 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 진값에 근접시킬 수 있으므로, 정확한 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw를 구할 수 있다.

도 11에 나타내는 대지 합성 저항값 산출 처리는 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr을 이용해서, 대지 합성 저항값의 평균값 Za를 구하는 처리이며, 이 처리에서는 우선, S20∼S23에 있어서, 평균값 Za의 초기값을 구하는 등의 초기 설정을 실행한다.

구체적으로는 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr을 취득하고(S20, S21), 이들을 식 5에 대입하여, 대지 합성 저항값의 평균값 Za의 초기값을 산출한다(S22). 이 경우, 취득원으로 되는 평균 전압과 평균 저항 성분 전류는 최초로 측정된 측정 데이터로 할 수 있다. 또한, 반복 산출 회수 n에 초기값 1을 설정한다(S23).

다음에, S24∼S29에서는 또한 취득되는 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr로부터, 대지 합성 저항값의 평균값 Za를 갱신하는 처리를 실행한다.

우선, 반복 산출 회수 n을 ＋1 갱신하는 동시에(S24), 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr을 취득하고(S25, S26), 이들을 식 5에 대입하여, (금회) 대지 합성 저항값 Zn을 산출한다(S27).

계속해서, 대지 합성 저항값의 (전회) 평균값 Za(초기값 포함)의 합계(Za×(n-1))와, 산출된 대지 합성 저항값 Zn을 가산하고, 이 가산값을 n으로 나누는 것에 의해, 새로운 대지 합성 저항값의 평균값 Za를 산출한다(S28). 계속해서, 반복 산출 회수 n이 최대 산출 회수 M에 도달했는지의 여부를 판정한다(S29). 반복 산출 회수 n이 M회에 도달하면, 처리를 종료하고(S29-Yes), 반복 산출 회수 n이 M회에 도달하지 않으면(S29－No), S24∼S28를 재차 실행한다.

또한, 반복 산출 회수 n이 M회에 도달하여, 해당 처리가 종료했을 때에는(S29-Yes), 그 때의 대지 합성 저항값의 평균값 Za가 표시부(15)에 표시되게 된다.

이상과 같이, 대지 합성 저항값 산출 처리에서는 각각 기간이 다른 복수의 제로 크로스간의 평균 전압 Eu, Ev, Ew와, 이것과 쌍을 이루는 평균 저항 성분 전류 Izr을 이용한 반복 연산에 의해, 대지 합성 저항값 Z를 구하기 때문에, 대지 합성 저항값의 정밀도가 향상한다.

또, 이와 같이 해서 구해지는 대지 합성 저항값 Z를 「3」으로 제산한 값을 각 상 대지 저항값 산출 처리에 있어서의 각 상 대지 저항 Ru, Rv, Rw의 초기값으로 할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법에 의하면, 대지 누설 전류 중의 삼상 모터의 대지 용량 성분을 제외한 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류값을 적분에 의해 산출하므로, 노이즈의 영향이 억제된 정확한 누설 전류값을 산출할 수 있다.

또, 누설 전류값 뿐만 아니라, 각 상 대지 전압도 적분에 의해 산출하는 동시에, 이와 같이 해서 산출된 누설 전류값과 각 상 대지 전압에 의해, 대지 합성 저항값 및 각 상 대지 저항값을 구하므로, 노이즈의 영향이 억제된 정확한 저항값을 산출할 수 있다.

이상, 본 발명의 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명에 관한 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법은 상술한 실시형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위에서 각종 변경 실시가 가능한 것은 물론이다.

예를 들면, 본 실시형태에서는 각 상의 대지 저항 성분(Ru, Rv, Rw)을 합성한 대지 합성 저항값 Z와, 각 상 각각의 각 상 대지 저항값의 산출에 있어서, 평균 저항 성분 전류 Izr과, 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew 각각의 평균 전압을 이용했지만, 각각의 적분값을 이용해서 산출할 수도 있다.

또, 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew와 대지 0상 전류 I를 측정하는 소정의 기간은 적어도 1이상의 제로 크로스간이 특정되는 기간으로 할 수 있다.

또, 대지 0상 전류 I, 기본 교류 전압 Ef 및 각 상 대지 전압 Eu, Ev, Ew를 각각 제로 크로스간에서 적분하는 방법은 본 실시형태에는 한정되지 않으며, 예를 들면 ΔΣ변조에 의해 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A-D변환기를 이용해서 적분값을 출력시킬 수도 있다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은 서보 모터 등의 삼상 모터 각 상의 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류 및 각 상 저항값을 측정하는 누설 전류 산출 장치에 있어서 널리 이용할 수 있다.

10; 누설 전류 산출 장치 11; 각 상 전압 측정 케이블
12; 0상 변류기(ZCT) 13; 신호 처리부
131; 주파수 성분 추출부 132; 기본 교류 파형 추출부
133, 134; 제로 크로스 데이터 추출부
14; 연산부 141; 전류값 산출부
142; 전압값 산출부 143; 저항값 산출부
15; 표시부

Claims

소정의 교류 전원을 전원으로 하는 인버터 기기에 의해서 구동되는 삼상 모터 각 상에 입력되는 각각의 대지 전압을 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 대지 전압 측정 수단과,
삼상 모터를 통해 흐르는 대지 누설 전류인 0상 전류를 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 0상 전류 측정 수단과,
각 상의 대지 전압에 대해 동상으로 되는 주파수를 갖는 기본 교류 전압 파형을 상기 대지 전압으로부터 추출하는 기본 교류 파형 추출 수단과,
적어도 상기 기본 교류 전압 파형의 주파수를 포함하는 주파수 대역에 있어서 해당 주파수 대역의 0상 전류 성분을 추출하는 주파수 성분 추출 수단과,
상기 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 상기 주파수 대역의 0상 전류 성분을 적분하는 것에 의해, 상기 대지 누설 전류 중의 삼상 모터의 대지 용량 성분을 제외한 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류값을 산출하는 누설 전류값 산출 수단을 구비하고,
상기 기본 교류 파형 추출 수단은 각 상에 입력되는 각각의 대지 전압을 가산하는 동시에 그 합을 3으로 제산하는 것에 의해, 상기 기본 교류 전압 파형을 추출하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 산출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 주파수 대역은 소정의 수치 범위를 갖도록 설정되고,
상기 주파수 성분 추출 수단은 삼상 모터 각 상 각각의 상기 주파수 대역의 대지 전압 성분을 추출하고,
상기 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 상기 각 상의 대지 전압 성분 각각을 적분하는 것에 의해, 각 상 각각의 각 상 전압값을 산출하는 각 상 전압값 산출 수단과,
상기 각 상 전압값과 상기 누설 전류값으로부터 삼상 모터 각 상 각각의 대지 저항 성분으로 되는 각 상 저항값을 산출하는 각 상 저항값 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 산출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 각 상 저항값 산출 수단은,
각각 기간이 다른 복수의 상기 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 쌍을 이루는 상기 누설 전류값과 상기 각 상 전압값으로부터, 소정의 반복 연산에 의해 상기 각 상 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 산출 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 각 상 저항값 산출 수단은,
한 쌍의 상기 누설 전류값 및 상기 각 상 전압값 중의 상기 각 상 전압값과, 미리 구해진 각 상 저항값의 초기값으로 되는 초기 각 상 저항값으로부터, 제 1 누설 전류값을 산출하고,
상기 제 1 누설 전류값과 상기 한 쌍의 상기 누설 전류값의 제 1 차분을 구하고,
상기 제 1 차분에 의거해서, 상기 초기 각 상 저항값을 갱신하여 제 1 각 상 저항값을 구하고,
다른 쌍을 이루는 상기 누설 전류값 및 상기 각 상 전압값 중의 상기 각 상 전압값과, 상기 제 1 각 상 저항값으로부터 제 2 누설 전류값을 산출하고,
상기 제 2 누설 전류값과 상기 다른 쌍을 이루는 상기 누설 전류값의 제 2 차분을 구하고,
상기 제 2 차분에 의거해서, 상기 제 1 각 상 저항값을 갱신하여 제 2 각 상 저항값을 구하고,
상기 제 1 차분과, 상기 제 2 차분에 계속되는 차분이 제로 또는 소정값 이하가 될 때까지 각 상 저항값을 갱신하는 반복 연산을 실행하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 산출 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 각 상 전압값의 평균값과 상기 누설 전류값으로부터 삼상 모터 각 상 각각의 대지 저항 성분을 합성한 합성 저항값을 산출하는 합성 저항값 산출 수단을 구비하고,
상기 합성 저항값 산출 수단은,
각각 기간이 다른 복수의 상기 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 쌍을 이루는 상기 누설 전류값과 상기 각 상 전압값으로부터 상기 합성 저항값의 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 산출 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 주파수 대역은 상기 기본 교류 전압 파형의 주파수와 동일하게 설정되고,
상기 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 해당 기본 교류 전압 파형을 적분하는 것에 의해, 기본 교류 전압값을 산출하는 기본 교류 전압값 산출 수단과,
상기 기본 교류 전압값과 상기 누설 전류값으로부터 삼상 모터 각 상 각각의 대지 저항 성분을 합성한 합성 저항값을 산출하는 합성 저항값 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 산출 장치.
소정의 교류 전원을 전원으로 하는 인버터 기기에 의해서 구동되는 삼상 모터 각 상에 입력되는 각각의 대지 전압을 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 대지 전압 측정 공정과.
삼상 모터를 통해 흐르는 대지 누설 전류인 0상 전류를 소정의 기간에 걸쳐 측정하는 0상 전류 측정 공정과,
상기 각 상의 대지 전압에 대해 동상으로 되는 주파수를 갖는 기본 교류 전압 파형을 상기 대지 전압으로부터 추출하는 기본 교류 파형 추출 공정과,
적어도 상기 기본 교류 전압 파형의 주파수를 포함하는 주파수 대역에 있어서 해당 주파수 대역의 0상 전류 성분을 추출하는 주파수 성분 추출 공정과,
상기 기본 교류 전압 파형의 제로 크로스간에 대응하는 기간에 있어서 상기 0상 전류 성분을 적분하는 것에 의해, 상기 대지 누설 전류 중의 삼상 모터의 대지 용량 성분을 제외한 대지 저항 성분을 통해 흐르는 누설 전류값을 산출하는 누설 전류값 산출 공정을 갖고,
상기 기본 교류 파형 추출 공정은 각 상에 입력되는 각각의 대지 전압을 가산하는 동시에 그 합을 3으로 제산하는 것에 의해, 상기 기본 교류 전압 파형을 추출하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 산출 방법.
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