WO2011129218A1 - 絶縁劣化診断装置 - Google Patents

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zero
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phase current
insulation deterioration
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佳正 渡邊
吉治 兼田
西沢　博志
岡　徹
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an insulation deterioration diagnosis device that detects an electric current leaking from an electric circuit connected between an inverter device and an inverter-driven load device and performs insulation deterioration diagnosis.
  • the inverter-driven load equipment includes an electric motor, an uninterruptible power supply (UPS: “Uninterruptible Power Supply”), an electromagnetic cooker, and lighting. All of these equipments cause insulation deterioration due to aging. For example, in an electric motor used for a transporter or the like, with frequent movement of a workbench connected to the electric motor, the conductor cable for supplying power may be rubbed, distorted, expanded and contracted, and the conductor coating may be damaged. In an electric motor used for a processing machine or the like, cutting fluid or oil may splash on the electric motor and erode to an internal insulating material through a shaft shaft or the like.
  • UPS Uninterruptible Power Supply
  • the degree of insulation degradation of load equipment driven by an inverter varies depending on the environment of use and the durability of the components, but leakage current flows through the location where this insulation degradation occurs, causing a risk of electric shock to the human body and interruption of leakage It becomes a factor that the device operates.
  • the earth leakage breaker is installed to prevent electric shock to the human body.
  • human life is a matter of course, but once the earth leakage circuit breaker is activated, the equipment and equipment containing the motor will stop, so it will take time to identify the cause and location of the earth leakage and restore it. The operating efficiency will be reduced.
  • a zero-phase current transformer ZCT: Zero-phase Current Transformer
  • CT Current Transformer
  • Hall CT a current detector such as a shunt resistor
  • a power supply circuit to a motor is switched to a closed circuit including an insulation resistor and a ground by a switch, and an AC voltage applied to a control circuit of the motor is changed.
  • an insulation deterioration diagnosis device that detects insulation deterioration by measuring a current flowing to the closed circuit using a DC voltage obtained by rectification by a rectifier circuit.
  • the leakage current is a direct current component
  • a zero-phase current transformer or current transformer for detecting the alternating current component cannot be used, and an element capable of detecting the direct current component, such as a hall CT or a shunt resistor Is used.
  • an insulation deterioration diagnosis apparatus that performs insulation deterioration diagnosis by switching to a power supply circuit for insulation deterioration diagnosis using a switch or the like can perform insulation deterioration diagnosis with high accuracy, but can be applied to an inverter-driven load device. It is necessary to completely stop the power supply. For this reason, in a load device that requires long-term continuous operation, there is a problem that the insulation deterioration diagnosis cannot be performed until the power supply is completely stopped, and the insulation deterioration cannot be detected in advance.
  • zero-phase current transformers used for earth leakage circuit breakers and earth leakage protection relays are suitable for continuous measurement.
  • the leakage current that can be measured with a zero-phase current transformer is 1 mA or more for high-precision products, and several mA or more for general-purpose products, and there is a problem that it can be detected only when the insulation deterioration of the load equipment has sufficiently progressed.
  • CT and shunt resistance using a thin film magnetic detection element such as a Hall element or a magnetoresistive element can also measure alternating current, which is effective for measuring current while driving a load device.
  • a thin film magnetic detection element such as a Hall element or a magnetoresistive element
  • the output of thin-film magnetic sensing elements fluctuates with changes in ambient temperature
  • the shunt resistance has a small resistance value, so the output voltage for small currents is small, and the resistance value variation and ambient temperature are measured. It is not suitable for measuring minute currents because it has a large effect on accuracy.
  • a zero-phase current transformer suitable for continuous measurement collects a zero-phase magnetic field generated from a zero-phase current with high sensitivity. Therefore, a magnetic material having a high magnetic permeability is used as a constituent member, and a PC permalloy is generally used. .
  • the PC permalloy has a frequency characteristic that the magnetic characteristic varies depending on the frequency of the applied magnetic field, and has a characteristic that the magnetic permeability decreases as the frequency increases.
  • a load device driven by an inverter can efficiently control driving of the load device by controlling the frequency of the voltage and current to be supplied.
  • an electric motor driven by an inverter can generally control the drive rotation speed by controlling the drive voltage frequency, so that the drive rotation speed and the drive voltage frequency are in a proportional relationship.
  • V / f constant control is adopted in which the ratio between the drive voltage applied to each phase of the motor and the drive voltage frequency is controlled to be constant. If the drive voltage frequency is low, the drive voltage applied to each phase of the electric motor is low, and if the drive voltage frequency is high, the drive voltage applied to each phase of the electric motor is high. That is, when the motor is rotating at a low speed, when trying to measure the current leaked from the electric circuit, the drive voltage applied to each phase of the motor is low, so the current leaked from the location where the insulation has deteriorated is a minute current. Become.
  • the zero-phase current to be measured is a minute current depending on the drive voltage value and the drive voltage frequency supplied to the load device, Furthermore, there is a problem that measurement is not possible with high accuracy due to the influence of the frequency characteristics of PC permalloy.
  • An object of the present invention is to provide an insulation deterioration diagnosis apparatus capable of measuring a current leaking from a load device driven by an inverter over a wide frequency with high accuracy.
  • a first aspect of the present invention is a device for diagnosing insulation deterioration of an electric circuit connected between an inverter device and a load device driven by an inverter,
  • a zero-phase current transformer having an annular magnetic core, an excitation coil wound around the magnetic core, and a detection coil wound around the magnetic core for detecting a zero-phase current in an electric circuit;
  • An excitation control circuit for exciting the magnetic core by supplying an alternating current having a frequency more than twice the drive frequency of the load device to the excitation coil;
  • a frequency extraction circuit for extracting a predetermined frequency component from the output signal of the detection coil.
  • a detector for detecting a current waveform or a voltage waveform supplied to the load device is further provided, and a current supplied to the exciting coil is controlled based on an output signal of the detector. Is preferred.
  • the apparatus further comprises a frequency arithmetic circuit for calculating a drive frequency based on the output signal of the detector,
  • the frequency extraction circuit preferably extracts the same frequency component as the drive frequency from the output signal of the detection coil.
  • the frequency extraction circuit preferably extracts the second harmonic component of the excitation frequency of the magnetic core.
  • an operation determination circuit for determining whether or not the excitation control circuit is operable based on the calculation result of the frequency calculation circuit.
  • the diagnosis determination circuit for determining whether or not the insulation deterioration diagnosis can be performed based on the calculation result of the frequency calculation circuit.
  • the second aspect of the present invention is a device for diagnosing insulation deterioration of an electric circuit connected between an inverter device and an inverter-driven load device, A plurality of zero-phase current transformers having different magnetic saturation levels and for detecting a zero-phase current in a circuit; A detector for detecting a current waveform or a voltage waveform supplied to the load device; A frequency calculation circuit for calculating the driving frequency of the load device based on the output signal of the detector; A conversion determination circuit that determines whether to perform insulation deterioration diagnosis using an output signal from any of the plurality of zero-phase current transformers based on a calculation result of the frequency calculation circuit.
  • the third aspect of the present invention is a device for diagnosing insulation deterioration of an electric circuit connected between an inverter device and an inverter-driven load device, A zero-phase current transformer for detecting the zero-phase current in the circuit; A detector for detecting a current waveform or a voltage waveform supplied to the load device; A frequency calculation circuit for calculating the driving frequency of the load device based on the output signal of the detector; Sensitivity adjusting means for adjusting the sensitivity of the zero-phase current transformer based on the calculation result of the frequency calculation circuit.
  • the magnetic saturation changing means changes the sensitivity of the zero-phase current transformer by changing the temperature of the magnetic core included in the zero-phase current transformer or the stress applied to the magnetic core. Is preferably adjusted.
  • the dependency of the driving frequency can be reduced by changing the sensitivity or magnetic saturation level of the zero-phase current transformer to be used, and the zero-phase current can be accurately detected. Can be measured. As a result, highly reliable insulation deterioration diagnosis can be performed.
  • FIG. 4A is an explanatory diagram schematically showing frequency characteristics of PC permalloy
  • FIG. 4A shows a frequency change of a BH curve
  • FIG. 4B shows a frequency change of relative permeability.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating the principle of operation of the present embodiment
  • FIG. 6A shows the BH curve of the magnetic core and the waveform of the excitation magnetic field
  • FIG. 6A shows the BH curve of the magnetic core and the waveform of the excitation magnetic field
  • FIG. 6B shows the state in which the magnetic core is magnetically saturated, and FIG. Shows a state where is superimposed.
  • Embodiment 7 of this invention is a block diagram which shows the insulation degradation diagnostic apparatus which concerns on Embodiment 7 of this invention.
  • FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing an insulation deterioration diagnosis apparatus 101 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a plurality of electric circuits 6a, 6b, 6c are connected between the inverter device 1 and the load device 3 driven by the inverter.
  • three electric circuits are used, and in the case of single-phase driving, two electric circuits are used.
  • the ground terminal of the inverter device 1 and the ground terminal of the load device 3 may be connected by an earth wire.
  • the inverter device 1 has a function of modulating a DC signal input from a previous converter or the like based on a command signal from the control device 2, and outputs an AC signal having an amplitude and a frequency commanded by the control device 2.
  • the load device 3 is driven in accordance with an AC signal input from the inverter device 1 through the electric circuits 6a, 6b, and 6c. Examples of the inverter-driven load device 3 include an electric motor, an uninterruptible power supply (UPS), an electromagnetic cooker, and lighting.
  • UPS uninterruptible power supply
  • the insulation deterioration diagnosis device 101 includes a zero-phase current transformer 4, a current detector 5, a frequency calculation circuit 7, an excitation control circuit 8, a processing circuit 90, a display 11, and the like.
  • the zero-phase current transformer 4 is provided in the middle of the electric circuits 6a, 6b, and 6c, and has a function of detecting the zero-phase current in the power supply circuit.
  • the zero-phase current indicates a leakage current that flows to the ground through an insulation resistance.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the zero-phase current transformer 4.
  • the zero-phase current transformer 4 detects a zero-phase current obtained by summing up three-phase currents (Ia + Ib + Ic) flowing through the load device 3, and includes an annular magnetic core 15 and an excitation wound around the magnetic core 15.
  • the coil 16 and the detection coil 17 wound around the magnetic core 15 are included.
  • the three electric paths 6a, 6b, 6c to be detected are arranged so as to penetrate the inside of the magnetic core 15.
  • the excitation coil 16 and the detection coil 17 are expressed as eccentric windings. However, in order to suppress output fluctuations due to coil winding unevenness, an external magnetic field, etc., normally, the excitation coil 16 and the detection coil 17 are wound evenly over the entire circumference of the magnetic core 15. In addition, although each coil is wound directly around the magnetic core 15, in order to protect the characteristic deterioration of the magnetic core 15 due to winding stress, for example, on the outer surface of a resin case in which the magnetic core 15 is enclosed. Winding processing may be performed.
  • the current detector 5 has a function of detecting a current waveform supplied to the load device 3.
  • the current detector 5 uses a shunt resistor or a current transformer using a Hall element or a magnetoresistive element (MR element). It is composed of containers.
  • a voltage detector that detects a voltage waveform supplied to the load device 3 may be used.
  • the frequency calculation circuit 7 has a function of calculating the drive frequency fd of the load device 3 based on the current waveform measured by the current detector 5, and is configured by, for example, a frequency counter.
  • the excitation control circuit 8 supplies an alternating current having a frequency fe ( ⁇ 2 ⁇ fd) that is at least twice the drive frequency fd of the load device 3 to the excitation coil 16 of the zero-phase current transformer 4 to provide a magnetic core 15.
  • a frequency fe ⁇ 2 ⁇ fd
  • a power amplifier For example, a combination of a frequency variable oscillator and a power amplifier.
  • the processing circuit 90 performs output signal processing of the zero-phase current transformer 4 and insulation deterioration diagnosis, and in this embodiment, includes a synchronous detection circuit 9 and an insulation deterioration diagnosis circuit 10.
  • the synchronous detection circuit 9 extracts the same frequency component as the drive frequency fd from the output signal of the detection coil 17 of the zero-phase current transformer 4 using the drive frequency fd calculated by the frequency calculation circuit 7.
  • the insulation deterioration diagnosis circuit 10 is composed of, for example, a microprocessor and performs insulation deterioration diagnosis based on an output signal from the synchronous detection circuit 9.
  • the display 11 displays the result of the insulation deterioration diagnosis, and is composed of, for example, a display.
  • a safety device such as an earth leakage breaker, an earth leakage relay, or a warning buzzer may be used, and a means in accordance with the operation method after the insulation deterioration diagnosis of the load device 3 can be appropriately selected.
  • the zero-phase current transformer 4 collects a single-phase reciprocating current flowing in the electric paths 6a, 6b, and 6c or a zero-phase magnetic field generated from a zero-phase current obtained by summing two-phase or three-phase currents in the magnetic core 15, and A current flows through a burden resistor (not shown) connected between the terminals of the detection coil 17 so as to cancel the collected magnetic flux. If the coupling coefficient is 1, a current value obtained by dividing the zero-phase current by the number of turns of the detection coil 17 flows to the detection coil 17. Therefore, since a current corresponding to the turn ratio can be detected, it is called a current transformer.
  • FIG. 3A to 3C are explanatory views showing a state where a zero-phase current is generated.
  • a three-phase alternating current having a frequency of 60 Hz (solid line: U-phase, broken line: V-phase, gray line: W-phase) flows in the electric circuits 6a, 6b, and 6c.
  • FIG. 3B when the leakage current occurs only in one phase (for example, V phase) and the peak values are different, the zero-phase current becomes a current of 60 Hz as shown in FIG. 3C. That is, the frequency of the zero phase magnetic field applied to the magnetic core 15 of the zero phase current transformer 4 is 60 Hz.
  • the load device 3 is driven at a desired current value and frequency by an inverter driving method. Since the frequency of the current supplied to the load device 3 changes according to the driving conditions of the load device 3, the frequency of the zero-phase current also changes in the range of several Hz to several hundred Hz close to DC, for example. Will do.
  • the magnetic body of the zero-phase current transformer 4 generally has frequency characteristics such that the magnetic characteristics differ with respect to the frequency of the applied magnetic field.
  • PC permalloy which is used to collect a minute current such as a zero-phase current with high sensitivity, is one of magnetic materials whose characteristics change depending on the frequency.
  • FIG. 4A and 4B are explanatory views schematically showing the frequency characteristics of PC permalloy
  • FIG. 4A shows the frequency change of the BH curve
  • FIG. 4B shows the frequency change of the relative permeability.
  • the slope of the BH curve (corresponding to the permeability in air x the relative permeability) changes according to the frequency of the applied magnetic field, and the relative permeability is higher at 15 Hz than at 60 Hz, and the detection sensitivity is higher. I understand that.
  • the saturation magnetic flux density is constant regardless of the frequency.
  • the drive frequency fd of the load device 3 can be acquired by the frequency calculation circuit 7.
  • the excitation control circuit 8 selects an excitation frequency fe that satisfies a sampling rate (at least twice the drive frequency fd) determined by the user with respect to the drive frequency fd of the load device 3, and outputs an excitation current.
  • This exciting current flows through the exciting coil 16 of the zero-phase current transformer 4 to generate an exciting magnetic field and is collected by the magnetic core 15.
  • the operating range of the excitation magnetic field is preferably only the linear region of the BH characteristic of the magnetic core 15 and is not magnetically saturated even when a magnetic field (zero phase magnetic field) due to zero phase current is superimposed.
  • the output signal of the zero-phase current transformer 4 contains both the measurement target frequency and the excitation frequency components.
  • the synchronous detection circuit 9 extracts the same frequency component as the drive frequency fd from the output signal of the zero-phase current transformer 4. By adopting synchronous detection, only the signal component of the measurement target frequency included in the output signal of the zero-phase current transformer 4 can be extracted with a high S / N ratio.
  • the insulation deterioration diagnosis circuit 10 can perform highly accurate insulation deterioration diagnosis.
  • the display 11 performs processing based on the insulation resistance value and leakage current value calculated by the processing circuit 90, and uses, for example, the time series transition of the insulation resistance value and leakage current value, the life of the load device 3 and a failure alarm. Can be encouraged. Further, in order to calculate the insulation resistance value, the value of the phase voltage applied to the load device is required, but there is no problem even if the relationship of the phase voltage applied to the load device is obtained by calculation. For example, when the load device 3 is an electric motor, the load resistance 3 can be calculated from the number of drive revolutions and the number of poles of the electric motor, and the insulation resistance value can be calculated from the zero-phase current and the phase voltage according to Ohm's law.
  • the magnetic core 15 is excited by exciting the magnetic core 15 at a frequency fe (preferably fe ⁇ 2 ⁇ fd) higher than the drive frequency fd. Can prevent magnetic saturation. Further, the dependency of the driving frequency can be reduced by correcting the detected zero-phase current based on the frequency characteristics of the zero-phase current transformer 4. As a result, highly reliable insulation deterioration diagnosis can be performed.
  • FIG. FIG. 5 is a configuration diagram showing an insulation deterioration diagnosis apparatus 102 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the insulation deterioration diagnosis device 102 according to the present embodiment has the same configuration as the insulation deterioration diagnosis device 101 according to the first embodiment, but instead of the synchronous detection circuit 9, the output signal of the zero-phase current transformer 4 is A second harmonic detection circuit 12 for extracting a second harmonic component (2 ⁇ fe) of the excitation frequency fe of the magnetic core 15 is used.
  • FIG. 6A to 6C are explanatory diagrams of the operation principle of this embodiment.
  • FIG. 6A shows the BH curve of the magnetic core 15 and the waveform of the excitation magnetic field.
  • FIG. 6B shows that the magnetic core 15 is magnetically saturated.
  • FIG. 6C shows a state in which a DC magnetic field is superimposed.
  • the effective value of the second harmonic signal component of the detection voltage is substantially proportional to the DC magnetic field superimposed on the magnetic core 15, the effective value of the DC magnetic field can be calculated. Even when the superimposed magnetic field is not a DC magnetic field but an AC magnetic field, if the excitation frequency is set sufficiently large with respect to the frequency of the AC magnetic field, the AC magnetic field change per excitation magnetic field can be locally recognized as a DC magnetic field. Therefore, both DC and AC magnetic fields can be measured.
  • the operating range of the excitation magnetic field is based on the premise that only the linear region of the BH characteristic of the magnetic core 15 is used and no magnetic saturation occurs even when the zero-phase magnetic field due to the zero-phase current is superimposed.
  • the operating range of the excitation magnetic field uses a region including the saturation region of the BH characteristic of the magnetic core 15.
  • the excitation control circuit 8 selects an excitation frequency fe that satisfies a sampling rate (at least twice the drive frequency fd) determined by the user with respect to the drive frequency fd of the load device 3, and optimal excitation at that excitation frequency fe
  • a current that is, an exciting current at which the magnetic core is magnetically saturated is applied to the exciting coil 16 of the zero-phase current transformer 4.
  • the double wave detection circuit 12 extracts a frequency wave component (2 ⁇ fe) that is twice the excitation frequency fe from the output signal of the zero phase current transformer 4, and extracts a change due to the zero phase current. At this time, even if the same zero-phase current value is detected, if the excitation frequency is different, the extracted signal component value is different according to the frequency characteristic of the magnetic core 15.
  • the insulation deterioration diagnosis circuit 10 by providing the insulation deterioration diagnosis circuit 10 with a function for correcting the detected zero-phase current based on the frequency characteristics of the zero-phase current transformer 4, the dependency of the drive frequency can be reduced. As a result, the insulation deterioration diagnosis circuit 10 can perform highly accurate insulation deterioration diagnosis.
  • the example which used the 2nd wave detection circuit as the circuit which extracts the 2nd harmonic signal component of the excitation frequency fe was demonstrated in the processing circuit 90, as an alternative, the signal of the frequency wave component (2 * fe) vicinity is demonstrated.
  • a bandpass filter that extracts components may be used.
  • the zero-phase current can be detected with high accuracy. Further, the dependency of the driving frequency can be reduced by correcting the detected zero-phase current based on the frequency characteristics of the zero-phase current transformer 4. As a result, highly reliable insulation deterioration diagnosis can be performed.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an insulation deterioration diagnosis apparatus 103 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the insulation deterioration diagnosis device 103 according to the present embodiment has the same configuration as the insulation deterioration diagnosis device 101 according to the first embodiment, but an operation determination circuit 13 is added between the frequency calculation circuit 7 and the excitation control circuit 8. ing.
  • the operation determination circuit 13 is configured by, for example, a microprocessor, and performs threshold determination based on the calculation result of the frequency calculation circuit 7 and determines whether or not to perform the excitation operation by the excitation control circuit 8 based on the determination result. .
  • the excitation control circuit 8 is operated for the zero-phase current in the low frequency band, and the excitation control circuit 8 is not operated for the zero-phase current in the commercial frequency or the high frequency band.
  • the threshold frequency for determining whether or not to operate can be arbitrarily set by the user in consideration of the lower limit value and the upper limit value of the drive frequency fd of the load device 3.
  • the operation determination circuit 13 is added to the configuration of the first embodiment.
  • the operation determination circuit 13 is interposed between the frequency arithmetic circuit 7 and the excitation control circuit 8. It is also possible to add.
  • the flux gate type zero-phase current transformer 4 excites up to the saturation region in the BH characteristic of the magnetic core 15, so that the effect of suppressing the power consumption is higher than that applied to the first embodiment. .
  • FIG. FIG. 8 is a configuration diagram showing an insulation deterioration diagnosis apparatus 104 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the insulation deterioration diagnosis device 104 according to the present embodiment has the same configuration as the insulation deterioration diagnosis device 103 according to the third embodiment, but a diagnosis determination circuit 14 is added between the frequency calculation circuit 7 and the operation determination circuit 13. ing.
  • the diagnosis determination circuit 14 is constituted by, for example, a microprocessor, and determines whether or not to perform insulation deterioration diagnosis by the processing circuit 90 based on the calculation result of the frequency calculation circuit 7.
  • the frequency of the excitation current output from the excitation control circuit 8 is a sampling rate (drive frequency fd) determined by the user with respect to the drive frequency fd of the load device 3.
  • the excitation frequency fe is selected so as to satisfy (2 times or more).
  • the driving frequency fd of the load device 3 does not change dramatically from the concept of the inverter drive as long as it is an application that performs constant operation or monotonous operation, although it varies depending on the usage environment and application of the load device 3.
  • a determination circuit 14 is preferably provided.
  • an insulation deterioration diagnosis mode in which the load device 3 is driven at a constant frequency in the control device 2 may be provided.
  • the load device 3 driven by the inverter is an electric motor
  • the drive rotational speed of the electric motor is set to a high speed unless there are special restrictions on the load environment or the driving environment of the electric motor.
  • an electric motor can control a drive rotation speed by controlling a drive voltage frequency, and the drive rotation speed and the drive voltage frequency are in a proportional relationship.
  • V / f constant control is often employed in which the ratio between the drive voltage applied to each phase of the electric motor and the drive voltage frequency is controlled to be constant.
  • the drive voltage frequency is increased, the drive voltage applied to each phase of the electric motor is increased, so that the current leaked through the insulation resistance is inevitably increased, and the insulation deterioration diagnosis is easily performed.
  • the stroke that can be freely moved is short, such as a stage movement of a transfer machine or a lathe of a processing machine, the drive rotation speed cannot be increased, and the drive rotation speed of the electric motor may be set to a low-speed rotation. In such a case, the contents described in the first to third embodiments are effective.
  • FIG. FIG. 9 is a configuration diagram showing an insulation deterioration diagnosis apparatus 105 according to Embodiment 5 of the present invention.
  • a plurality of electric circuits 6a, 6b, 6c are connected between the inverter device 1 and the load device 3 driven by the inverter.
  • three electric circuits are used, and in the case of single-phase driving, two electric circuits are used.
  • the ground terminal of the inverter device 1 and the ground terminal of the load device 3 may be connected by an earth wire.
  • the inverter device 1 has a function of modulating a DC signal input from a previous converter or the like based on a command signal from the control device 2, and outputs an AC signal having an amplitude and a frequency commanded by the control device 2.
  • the load device 3 is driven in accordance with an AC signal input from the inverter device 1 through the electric circuits 6a, 6b, and 6c. Examples of the inverter-driven load device 3 include an electric motor, an uninterruptible power supply (UPS), an electromagnetic cooker, and lighting.
  • UPS uninterruptible power supply
  • the insulation deterioration diagnosis device 105 includes a plurality of (here, two) zero-phase current transformers 4, 31, a current detector 5, a frequency calculation circuit 7, a conversion determination circuit 32, a processing circuit 90, and a display. 11 and the like.
  • the zero-phase current transformers 4 and 31 are provided in the middle of the electric circuits 6a, 6b, and 6c, and have a function of detecting the zero-phase current in the power supply circuit.
  • the zero-phase current indicates a leakage current that flows to the ground through an insulation resistance.
  • the zero-phase current transformers 4 and 31 detect a zero-phase current obtained by summing the three-phase currents (Ia + Ib + Ic) flowing through the load device 3, and an annular magnetic core and a detection wound around the magnetic core Consists of coils and the like.
  • the three electric paths 6a, 6b, 6c to be detected are arranged so as to penetrate the inside of the magnetic core.
  • the current detector 5 has a function of detecting a current waveform supplied to the load device 3, and is constituted by, for example, a shunt resistor or a current transformer using a Hall element or a magnetoresistive element (MR element). .
  • a voltage detector that detects a voltage waveform supplied to the load device 3 may be used.
  • the frequency calculation circuit 7 has a function of calculating the drive frequency fd of the load device 3 based on the current waveform measured by the current detector 5, and is configured by, for example, a frequency counter.
  • the conversion determination circuit 32 is configured by, for example, a microprocessor, and outputs an output signal from any of the plurality of zero-phase current transformers 4 and 31 based on the calculation result of the frequency calculation circuit 7. Use it to determine whether to diagnose insulation deterioration.
  • the processing circuit 90 performs output signal processing of the zero-phase current transformer 4 and insulation deterioration diagnosis, and in this embodiment, includes a synchronous detection circuit 9 and an insulation deterioration diagnosis circuit 10.
  • the synchronous detection circuit 9 extracts the same frequency component as the drive frequency fd from the output signal of the detection coil 17 of the zero-phase current transformer 4 using the drive frequency fd calculated by the frequency calculation circuit 7.
  • the insulation deterioration diagnosis circuit 10 is composed of, for example, a microprocessor and performs insulation deterioration diagnosis based on an output signal from the synchronous detection circuit 9.
  • the display 11 displays the result of the insulation deterioration diagnosis, and is composed of, for example, a display.
  • a safety device such as an earth leakage breaker, an earth leakage relay, or a warning buzzer may be used, and a means in accordance with the operation method after the insulation deterioration diagnosis of the load device 3 can be appropriately selected.
  • one or more zero-phase current transformers 31 are installed in addition to the zero-phase current transformer 4.
  • the zero-phase current transformers 4 and 31 have different magnetic saturation levels.
  • the volume of the magnetic core of the zero-phase current transformer 31 is larger than the volume of the magnetic core of the zero-phase current transformer 4. large.
  • the zero-phase current transformer 31 When measuring a low-frequency zero-phase current, the lower the frequency of the zero-phase magnetic field, the more easily the magnetic core of the zero-phase current transformer becomes magnetically saturated. When magnetic saturation occurs, the waveform of the current flowing through the detection coil cannot reproduce the waveform of the zero-phase current. As a result, the measurement accuracy of the zero-phase current transformer 4 decreases. In order to prevent this, it is preferable to use a zero-phase current transformer that does not cause magnetic saturation even for a low-frequency zero-phase magnetic field. Accordingly, by providing the zero-phase current transformer 31 having a magnetic core volume larger than that of the zero-phase current transformer 4, it is possible to accurately measure the low-frequency zero-phase current.
  • a zero-phase current transformer 31 having a larger magnetic core volume is added, and depending on the drive frequency fd of the load device 3, whichever A conversion determination circuit 32 is provided for determining whether to diagnose insulation deterioration using the outputs of the zero-phase current transformers 4 and 31.
  • the threshold frequency for determining which of the zero-phase current transformers 4 and 31 is used is arbitrarily set by the user in consideration of the lower limit value and the upper limit value of the drive frequency fd of the load device 3. May be.
  • the threshold frequency can be set according to the number of zero-phase current transformers to be used.
  • the zero-phase current transformer 31 when measuring a low-frequency zero-phase current, by using the zero-phase current transformer 31 in which the volume of the magnetic core is changed so as not to be magnetically saturated by the zero-phase magnetic field, The zero-phase current can be measured with high sensitivity without depending on the drive frequency fd.
  • FIG. FIG. 10 is a configuration diagram showing an insulation deterioration diagnosis apparatus 106 according to Embodiment 6 of the present invention.
  • a plurality of electric circuits 6a, 6b, 6c are connected between the inverter device 1 and the load device 3 driven by the inverter.
  • three electric circuits are used, and in the case of single-phase driving, two electric circuits are used.
  • the ground terminal of the inverter device 1 and the ground terminal of the load device 3 may be connected by an earth wire.
  • the inverter device 1 has a function of modulating a DC signal input from a previous converter or the like based on a command signal from the control device 2, and outputs an AC signal having an amplitude and a frequency commanded by the control device 2.
  • the load device 3 is driven in accordance with an AC signal input from the inverter device 1 through the electric circuits 6a, 6b, and 6c. Examples of the inverter-driven load device 3 include an electric motor, an uninterruptible power supply (UPS), an electromagnetic cooker, and lighting.
  • UPS uninterruptible power supply
  • the insulation deterioration diagnosis device 106 includes a zero-phase current transformer 4, a current detector 5, a frequency calculation circuit 7, a temperature control circuit 33, a processing circuit 90, a display 11, and the like.
  • the zero-phase current transformer 4 is provided in the middle of the electric circuits 6a, 6b, and 6c, and has a function of detecting the zero-phase current in the power supply circuit.
  • the zero-phase current indicates a leakage current that flows to the ground through an insulation resistance.
  • the zero-phase current transformer 4 detects a zero-phase current obtained by summing three-phase currents (Ia + Ib + Ic) flowing through the load device 3, and includes an annular magnetic core and a detection coil wound around the magnetic core. Consists of.
  • the three electric paths 6a, 6b, 6c to be detected are arranged so as to penetrate the inside of the magnetic core.
  • the current detector 5 has a function of detecting a current waveform supplied to the load device 3 and is constituted by, for example, a shunt resistor or a current transformer using a Hall element or a magnetoresistive element (MR element). .
  • a voltage detector that detects a voltage waveform supplied to the load device 3 may be used.
  • the frequency calculation circuit 7 has a function of calculating the drive frequency fd of the load device 3 based on the current waveform measured by the current detector 5, and is configured by, for example, a frequency counter.
  • the temperature control circuit 33 has a function of adjusting the sensitivity of the zero-phase current transformer 4 by controlling the temperature of the magnetic core included in the zero-phase current transformer 4 based on the calculation result of the frequency calculation circuit 7. Have.
  • the processing circuit 90 performs output signal processing of the zero-phase current transformer 4 and insulation deterioration diagnosis, and in this embodiment, includes a synchronous detection circuit 9 and an insulation deterioration diagnosis circuit 10.
  • the synchronous detection circuit 9 extracts the same frequency component as the drive frequency fd from the output signal of the detection coil 17 of the zero-phase current transformer 4 using the drive frequency fd calculated by the frequency calculation circuit 7.
  • the insulation deterioration diagnosis circuit 10 is composed of, for example, a microprocessor and performs insulation deterioration diagnosis based on an output signal from the synchronous detection circuit 9.
  • the display 11 displays the result of the insulation deterioration diagnosis, and is composed of, for example, a display.
  • a safety device such as an earth leakage breaker, an earth leakage relay, or a warning buzzer may be used, and a means in accordance with the operation method after the insulation deterioration diagnosis of the load device 3 can be appropriately selected.
  • a heater wire is wound around the magnetic core included in the zero-phase current transformer 4, and the magnetic core is heated using Joule heat generated by energizing the heater as a heat source.
  • position temperature sensors such as a thermocouple, as a temperature monitor of a magnetic body core.
  • the magnetic core of the zero-phase current transformer 4 is uniformly heated to prevent magnetic saturation with respect to the low-frequency and minute zero-phase magnetic field. The sensitivity of the current transformer 4 can be lowered.
  • insulation deterioration diagnosis circuit 10 by associating the relationship among the temperature, magnetic characteristics, and frequency of the magnetic core in advance and providing the insulation deterioration diagnosis circuit 10 with a function that can perform mutual calculations during measurement, insulation deterioration diagnosis can be performed. it can.
  • a mechanism for cooling the magnetic core for example, a natural cooling means or a forced cooling means such as a fan may be provided. Further, the temperature of the installation environment (space) of the zero-phase current transformer 4 may be controlled so as to obtain a correlation between the environmental temperature and the temperature of the magnetic core.
  • the temperature of the magnetic core included in the zero-phase current transformer 4 is adjusted so as not to be magnetically saturated by the zero-phase magnetic field. Since the sensitivity of the zero-phase current transformer 4 can be adjusted, the zero-phase current can be measured with high sensitivity without depending on the drive frequency fd.
  • FIG. FIG. 11 is a configuration diagram showing an insulation deterioration diagnosis apparatus 107 according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the insulation deterioration diagnosis device 107 according to the present embodiment has the same configuration as that of the insulation deterioration diagnosis device 106 according to the sixth embodiment, but a magnetic substance included in the zero-phase current transformer 4 instead of the temperature control circuit 33.
  • a pressure control circuit 33 for changing the stress applied to the core is provided.
  • a piezoelectric element is attached to the magnetic core of the zero-phase current transformer 4, and the internal stress of the magnetic core can be controlled in accordance with the applied voltage of the piezoelectric element.
  • the magnetic properties of a magnetic material change with a change in stress, and the magnetic permeability (BH curve slope) also changes.
  • a change in magnetic properties accompanying this change in stress is utilized.
  • insulation deterioration diagnosis circuit 10 by associating the relationship among the internal stress, magnetic characteristics and frequency of the magnetic core in advance, and providing the insulation deterioration diagnosis circuit 10 with a function capable of performing mutual computation during measurement, insulation deterioration diagnosis is performed. Can do.
  • amorphous FeSiB or the like has reversibility in magnetic properties against stress due to external strain.
  • the internal stress of the magnetic core included in the zero-phase current transformer 4 is adjusted so as not to be magnetically saturated by the zero-phase magnetic field.
  • the sensitivity of the zero-phase current transformer 4 can be adjusted, so that the zero-phase current can be measured with high sensitivity without depending on the drive frequency fd.

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Abstract

　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電路の絶縁劣化を診断する装置に関するものであって、環状の磁性体コア、該磁性体コアに巻回された励磁コイル、および該磁性体コアに巻回された検出コイルを有し、電路の零相電流を検出するための零相変流器と、負荷機器の駆動周波数ｆｄの２倍以上の周波数を有する交流電流を励磁コイルに供給して、磁性体コアを励磁するための励磁制御回路と、検出コイルの出力信号から、駆動周波数ｆｄと同じ周波数成分を抽出するための同期検波回路などで構成される。　こうした構成により、インバータ駆動される負荷機器から漏洩する電流を広い周波数に渡って高精度に計測できる。

Description

絶縁劣化診断装置
　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電路から漏洩する電流を検出し、絶縁劣化診断を実施する絶縁劣化診断装置に関する。
　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。
　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。
　こうした漏洩電流を計測する手段として、例えば、特許文献１の図２、特許文献２の図１、特許文献３の図１に示されているように、インバータ駆動する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）や各相に変流器（ＣＴ: Current Transformer）、ホールＣＴ、シャント抵抗等の電流検出器を配置し、全相分の出力信号を総和演算することによって漏洩電流を算出している。
　近年では、例えば、特許文献４の図１に示されているように、スイッチ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、電動機の制御回路に印加される交流電圧を整流回路で整流し、得られた直流電圧を利用して、前記閉回路へ流れる電流を計測することによって、絶縁劣化を検出する絶縁劣化診断装置が提案されている。この場合、漏洩電流は直流成分であるため、交流成分の検出を対象とした零相変流器や変流器は用いることができず、直流成分を検出できる素子、例えば、ホールＣＴやシャント抵抗が用いられている。
特開２００３－２８４２３５号公報（図２） 特開平４－１３２９６９（図１） 特開２００１－１２４８１４（図１） 特開２００７－１５９２８９号公報（図１） 特開平７－２３９３５９号公報（図３） 特開昭６３－８５３８０号公報（図１）
　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ため、絶縁劣化の診断は定期的に実施する必要がある。しかしながら、特許文献４のように、スイッチ等により絶縁劣化診断用の給電回路に切り替えて絶縁劣化診断を実施する絶縁劣化診断装置は、絶縁劣化診断を精度よく実施できるものの、インバータ駆動する負荷機器への給電を完全に停止させる必要がある。そのため、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することができない課題がある。
　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常時計測には適する。ただし、零相変流器で計測できる漏洩電流は、高精度品で１ｍＡ以上、汎用品では数ｍＡ以上であり、負荷機器の絶縁劣化が十分進行した状態でしか検出できないという課題がある。
　同様に、ホール素子や磁気抵抗素子等の薄膜磁気検出素子を用いたＣＴやシャント抵抗においても、交流電流を計測できるため、負荷機器の駆動中の電流計測には有効ではある。しかし、１）薄膜磁気検出素子は、周辺温度変化に対し出力が変動すること、２）シャント抵抗は、抵抗値が小さいゆえ、微小電流に対する出力電圧は小さく、抵抗値のばらつきや周辺温度が測定精度に与える影響が大きいこと、等の理由から微小電流計測には適していない。
　常時計測に適した零相変流器は、零相電流から生じる零相磁界を高感度に集磁するため、構成部材として高透磁率の磁性材料が用いられ、ＰＣパーマロイが一般的に用いられる。ただし、ＰＣパーマロイは、印加磁界の周波数に応じて磁気特性が異なるといった周波数特性を有しており、周波数の増加に従い透磁率が低下する特性を有する。
　インバータ駆動する負荷機器は、一般に、給電する電圧や電流の周波数を制御することによって負荷機器の駆動を効率良く制御することができる。例えば、インバータ駆動する電動機は、一般に、駆動電圧周波数を制御することによって駆動回転数を制御できるため、駆動回転数と駆動電圧周波数とは比例関係にある。
　また、駆動電圧周波数の変調にはインバータが用いられ、電動機の各相に印加される駆動電圧と駆動電圧周波数の比を一定に制御するといったＶ／ｆ一定制御が採用されている。駆動電圧周波数が低くなれば、電動機の各相に印加される駆動電圧は低くなり、駆動電圧周波数が高くなれば、電動機の各相に印加される駆動電圧は高くなる。即ち、電動機が低速で回転している場合、電路から漏洩する電流を計測しようとすると、電動機の各相に印加される駆動電圧は低いことから、絶縁劣化した箇所から漏洩する電流は微小電流となる。
　このようにインバータ駆動する負荷機器から漏洩する電流を零相変流器で計測する場合、負荷機器に給電する駆動電圧値や駆動電圧周波数によっては、計測対象である零相電流は微小電流となり、さらにＰＣパーマロイの周波数特性の影響も受け、精度良く計測できないといった課題がある。
　本発明の目的は、インバータ駆動される負荷機器から漏洩する電流を広い周波数に渡って高精度に計測できる絶縁劣化診断装置を提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明の第１態様は、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電路の絶縁劣化を診断する装置であって、
　環状の磁性体コア、該磁性体コアに巻回された励磁コイル、および該磁性体コアに巻回された検出コイルを有し、電路の零相電流を検出するための零相変流器と、
　負荷機器の駆動周波数の２倍以上の周波数を有する交流電流を励磁コイルに供給して、磁性体コアを励磁するための励磁制御回路と、
　検出コイルの出力信号から、所定の周波数成分を抽出するための周波数抽出回路と、を備える。
　本発明の第１態様において、負荷機器に給電される電流波形または電圧波形を検出するための検出器をさらに備え、該検出器の出力信号に基づいて、励磁コイルに供給する電流を制御することが好ましい。
　本発明の第１態様において、前記検出器の出力信号に基づいて、駆動周波数を算出するための周波数演算回路をさらに備え、
　周波数抽出回路は、検出コイルの出力信号から、駆動周波数と同じ周波数成分を抽出することが好ましい。
　本発明の第１態様において、周波数抽出回路は、磁性体コアの励磁周波数の２倍波成分を抽出することが好ましい。
　本発明の第１態様において、周波数演算回路の演算結果に基づいて、励磁制御回路の動作可否を判定するための動作判定回路をさらに備えたことが好ましい。
　本発明の第１態様において、周波数演算回路の演算結果に基づいて、絶縁劣化診断の動作可否を判定するための診断判定回路をさらに備えたことが好ましい。
　また本発明の第２態様は、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電路の絶縁劣化を診断する装置であって、
　互いに異なる磁気飽和レベルを有し、電路の零相電流を検出するための複数の零相変流器と、
　負荷機器に給電される電流波形または電圧波形を検出するための検出器と、
　該検出器の出力信号に基づいて、負荷機器の駆動周波数を算出するための周波数演算回路と、
　周波数演算回路の演算結果に基づいて、複数の零相変流器のうち何れの零相変流器からの出力信号を用いて絶縁劣化診断するかを判定する変換判定回路と、を備える。
　また本発明の第３態様は、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電路の絶縁劣化を診断する装置であって、
　電路の零相電流を検出するための零相変流器と、
　負荷機器に給電される電流波形または電圧波形を検出するための検出器と、
　該検出器の出力信号に基づいて、負荷機器の駆動周波数を算出するための周波数演算回路と、
　周波数演算回路の演算結果に基づいて、零相変流器の感度を調整するための感度調整手段と、を備える。
　本発明の第３態様において、磁気飽和変更手段は、零相変流器に含まれる磁性体コアの温度、または磁性体コアに印加される応力を変更することによって、零相変流器の感度を調整することが好ましい。
　本発明によれば、負荷機器の駆動周波数が変化した場合でも、使用する零相変流器の感度または磁気飽和レベルを変更することによって駆動周波数の依存性を低減でき、高精度に零相電流を計測することが可能になる。その結果、信頼性の高い絶縁劣化診断を実施することができる。
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。 零相変流器の一例を示す斜視図である。 零相電流が発生する状態を示す説明図である。 ＰＣパーマロイの周波数特性を概略的に示した説明図であり、図４ＡはＢ－Ｈカーブの周波数変化を示し、図４Ｂは比透磁率の周波数変化を示す。 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。 本実施形態の動作原理の説明図であり、図６Ａは磁性体コアのＢ－Ｈカーブおよび励磁磁界の波形を示し、図６Ｂは磁性体コアが磁気飽和した状態を示し、図６Ｃは直流磁界が重畳した状態を示す。 本発明の実施の形態３に係る絶縁劣化診断装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態４に係る絶縁劣化診断装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態５に係る絶縁劣化診断装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態６に係る絶縁劣化診断装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態７に係る絶縁劣化診断装置を示す構成図である。
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。インバータ装置１と、インバータ駆動される負荷機器３との間には、複数の電路６ａ，６ｂ，６ｃが接続される。例えば、三相駆動の場合は３本の電路を使用し、単相駆動の場合は２本の電路を使用する。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。
　インバータ装置１は、制御装置２の指令信号に基づき、前段のコンバータ等から入力される直流信号を変調させる機能を有し、制御装置２で指令した振幅、周波数を有する交流信号を出力する。負荷機器３は、インバータ装置１から電路６ａ，６ｂ，６ｃを介して入力される交流信号に応じて駆動される。インバータ駆動される負荷機器３には、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。
　絶縁劣化診断装置１０１は、零相変流器４と、電流検出器５と、周波数演算回路７と、励磁制御回路８と、処理回路９０と、表示器１１などを備える。
　零相変流器４は、電路６ａ，６ｂ，６ｃの途中に設けられ、給電電路の零相電流を検出する機能を有する。零相電流とは、絶縁抵抗を介して大地へ流れる漏洩電流を示す。
　図２は、零相変流器４の一例を示す斜視図である。零相変流器４は、負荷機器３に流れる三相電流（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）を総和した零相電流を検出するものであり、環状の磁性体コア１５と、磁性体コア１５に巻回された励磁コイル１６と、磁性体コア１５に巻回された検出コイル１７などで構成される。検出対象となる３本の電路６ａ，６ｂ，６ｃは、磁性体コア１５の内側を貫通するように配置される。
　なお、図２では理解容易のため、励磁コイル１６および検出コイル１７を偏局巻きとして表現しているが、コイルの巻きムラや外部磁界などによる出力変動を抑制するために、通常は、励磁コイル１６および検出コイル１７ともに磁性体コア１５の全周に渡って均等に巻回される。また、磁性体コア１５に各コイルを直接巻回しているが、巻線応力による磁性体コア１５の特性劣化を保護するために、例えば、磁性体コア１５を内部封入した樹脂製ケースの外面に巻線加工を施しても良い。
　図１に戻って、電流検出器５は、負荷機器３に給電される電流波形を検出する機能を有し、例えば、シャント抵抗または、ホール素子や磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いた変流器などで構成される。なお、電流検出器５の代わりに、負荷機器３に給電される電圧波形を検出する電圧検出器を使用してもよい。
　周波数演算回路７は、電流検出器５で計測した電流波形に基づいて負荷機器３の駆動周波数ｆｄを算出する機能を有し、例えば、周波数カウンタなどで構成される。
　励磁制御回路８は、負荷機器３の駆動周波数ｆｄの２倍以上の周波数ｆｅ（≧２×ｆｄ）を有する交流電流を、零相変流器４の励磁コイル１６に供給して磁性体コア１５を励磁する機能を有し、例えば、周波数可変発振器と電力増幅器の組合せなどで構成される。
　処理回路９０は、零相変流器４の出力信号処理および絶縁劣化診断を実施するものであり、本実施形態では、同期検波回路９と、絶縁劣化診断回路１０などで構成される。同期検波回路９は、周波数演算回路７で算出された駆動周波数ｆｄを用いて、零相変流器４の検出コイル１７の出力信号から駆動周波数ｆｄと同じ周波数成分を抽出する。絶縁劣化診断回路１０は、例えば、マイクロプロセッサなどで構成され、同期検波回路９からの出力信号に基づいて絶縁劣化診断を実施する。
　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る。なお、表示器１１の代わりに、漏電遮断器、漏電リレー、警告ブザーなどの保安機器を使用してもよく、負荷機器３の絶縁劣化診断後の運用方法に則した手段を適宜選択できる。
　次に、絶縁劣化診断方法について説明する。最初に、励磁制御回路８が動作していない場合について説明する。零相変流器４は、電路６ａ，６ｂ，６ｃに流れる単相の往復電流もしくは二相ないしは三相電流を総和した零相電流から生じる零相磁界を磁性体コア１５に集磁するとともに、集磁された磁束を打ち消すように、検出コイル１７の端子間に接続される負担抵抗（図示せず）を介して電流が流れる。仮に結合係数を１とすれば、零相電流を検出コイル１７の巻数で除算した電流値が検出コイル１７に流れる。従って、巻数比に応じた電流が検出可能であることから、変流器と呼ばれる。
　図３Ａ～図３Ｃは、零相電流が発生する状態を示す説明図である。図３Ａに示すように、例えば、周波数６０Ｈｚの三相交流電流（実線：Ｕ相、破線：Ｖ相、グレー線：Ｗ相）が電路６ａ，６ｂ，６ｃにそれぞれ流れている場合を想定する。これに対して、図３Ｂに示すように、一相（例えば、Ｖ相）のみ漏洩電流が生じて波高値が異なった場合、図３Ｃに示すように、零相電流は６０Ｈｚの電流となる。即ち、零相変流器４の磁性体コア１５に印加される零相磁界の周波数は６０Ｈｚとなる。
　負荷機器３は、インバータ駆動方式によって所望の電流値および周波数で駆動される。負荷機器３に給電される電流の周波数は、負荷機器３の駆動条件に応じて変化するため、それに伴って零相電流の周波数も、例えば、直流に近い数Ｈｚから数百Ｈｚの範囲で変化することになる。このとき零相変流器４の磁性体は、一般に、印加磁界の周波数に対して磁気特性が異なるといった周波数特性を有する。零相電流などの微小電流を感度良く集磁するために用いられるＰＣパーマロイも、周波数に応じて特性が変化する磁性材料の１つである。
　図４Ａと図４Ｂは、ＰＣパーマロイの周波数特性を概略的に示した説明図であり、図４ＡはＢ－Ｈカーブの周波数変化を示し、図４Ｂは比透磁率の周波数変化を示す。印加磁界の周波数に応じてＢ－Ｈカーブの傾き（空気中の透磁率×比透磁率に相当）が変化しており、６０Ｈｚと比べて１５Ｈｚの方が比透磁率が大きく、検出感度が高いことが判る。なお、飽和磁束密度は周波数に関係なく一定である。
　従って、実効値が同一で周波数が異なる零相磁界が印加された場合、低周波であるほど検出感度は高くなるが、磁性体コアは磁気飽和状態に達しやすくなり、結果的に零相電流の計測精度は劣化してしまい、計測レンジも狭くなってしまう。
　次に、励磁制御回路８が動作している場合について説明する。負荷機器３の駆動周波数ｆｄは、周波数演算回路７によって取得できる。励磁制御回路８は、負荷機器３の駆動周波数ｆｄに対し、使用者が定めたサンプリングレート（駆動周波数ｆｄの２倍以上）を満足する励磁周波数ｆｅを選定し、励磁電流を出力する。この励磁電流は、零相変流器４の励磁コイル１６に流れて励磁磁界を発生し、磁性体コア１５に集磁される。なお、励磁磁界の動作範囲は、磁性体コア１５のＢＨ特性の線形領域のみを用い、零相電流による磁界（零相磁界）が重畳した場合でも磁気飽和しないことが好ましい。
　励磁磁界の実効値および周波数が零相磁界に比べて大きい場合、磁性体コア１５に集磁される磁界は励磁磁界が支配的となり、その励磁磁界に零相磁界が重畳した状態となる。即ち、零相変流器４の出力信号には、計測対象周波数と励磁周波数の成分が混在することになる。
　同期検波回路９は、零相変流器４の出力信号から駆動周波数ｆｄと同じ周波数成分を抽出する。同期検波を採用することによって、零相変流器４の出力信号に含まれる計測対象周波数の信号成分のみを高いＳ／Ｎ比で抽出することができる。
　このとき、同じ零相電流値を検出した場合でも、励磁周波数が異なれば、磁性体コア１５の周波数特性に応じて、同期検波により抽出した信号成分値は異なる。その対策として、零相変流器４の周波数特性に基づいて、検出した零相電流を補正する機能を絶縁劣化診断回路１０に設けておくことによって、駆動周波数の依存性を低減できる。その結果、絶縁劣化診断回路１０において高精度の絶縁劣化診断を実施することができる。
　表示器１１は、処理回路９０で算出した絶縁抵抗値や漏洩電流値を基に処理が行われ、例えば、絶縁抵抗値や漏洩電流値の時系列推移、負荷機器３の寿命や故障警報を使用者に促すことができる。また、絶縁抵抗値を計算するためには、負荷機器に印加される相電圧の値が必要となるが、負荷機器に印加される相電圧の関係を計算により求めても問題ない。例えば、負荷機器３が電動機である場合、電動機の駆動回転数や極数などから算出することができ、零相電流及び相電圧からオームの法則に従い、絶縁抵抗値を算出することができる。
　なお、処理回路９０において、駆動周波数ｆｄと同じ周波数成分を抽出する回路として同期検波回路を使用した例を説明したが、その代替として、駆動周波数ｆｄ近傍の信号成分を抽出するバンドパスフィルタを使用してもよい。
　このように本実施形態によれば、駆動周波数ｆｄが低い場合でも、駆動周波数ｆｄより高い周波数ｆｅ（好ましくは、ｆｅ≧２×ｆｄ）で磁性体コア１５を励磁することによって、磁性体コア１５の磁気飽和を防止できる。また、零相変流器４の周波数特性に基づいて、検出した零相電流を補正することによって、駆動周波数の依存性を低減できる。その結果、信頼性の高い絶縁劣化診断を実施することができる。
実施の形態２．
　図５は、本発明の実施の形態２に係る絶縁劣化診断装置１０２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１０２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、同期検波回路９の代わりに、零相変流器４の出力信号から、磁性体コア１５の励磁周波数ｆｅの２倍波成分（２×ｆｅ）を抽出するための２倍波検波回路１２を使用している。
　図６Ａ～図６Ｃは、本実施形態の動作原理の説明図であり、図６Ａは磁性体コア１５のＢ－Ｈカーブおよび励磁磁界の波形を示し、図６Ｂは磁性体コア１５が磁気飽和した状態を示し、図６Ｃは直流磁界が重畳した状態を示す。
　図６Ａに示すように、正弦波の励磁磁界Ｈを磁性体コア１５に印加した状態で、波形の一部が磁気飽和レベルに達した場合、図６Ｂに示すように、磁気飽和した期間において磁性体内の磁束密度Ｂの変化は零になり、電磁誘導の法則に従って検出コイル１７での検出電圧Ｖは零となる。
　この状態で、図６Ｃに示すように、正弦波の励磁磁界に対して一定の直流磁界Ｈｄｃが重畳した場合、プラス側の飽和期間が長くなり、マイナス側の飽和期間が短くなる。従って、検出コイル１７での検出電圧Ｖは、零となる時間間隔が倍周期で異なるようになる。
　この検出電圧の２倍波信号成分の実効値は、磁性体コア１５に重畳した直流磁界にほぼ比例することから、直流磁界の実効値を算出することができる。重畳する磁界が直流磁界ではなく交流磁界の場合でも、交流磁界の周波数に対して励磁周波数を十分大きく設定すれば、励磁磁界１波あたりの交流磁界変化を局所的に直流磁界として捉えることができるため、直流および交流いずれの磁界も計測可能である。
　上述した実施の形態１では、励磁磁界の動作範囲は磁性体コア１５のＢＨ特性の線形領域のみを用い、零相電流による零相磁界が重畳した場合でも磁気飽和しないことが前提であったが、本実施形態では、励磁磁界の動作範囲は磁性体コア１５のＢＨ特性の飽和領域を含んだ領域を用いている。
　励磁制御回路８は、負荷機器３の駆動周波数ｆｄに対し、使用者が定めたサンプリングレート（駆動周波数ｆｄの２倍以上）を満足する励磁周波数ｆｅを選定し、その励磁周波数ｆｅにおける最適な励磁電流（即ち、磁性体コアが磁気飽和する励磁電流）を零相変流器４の励磁コイル１６に通電する。
　２倍波検波回路１２は、零相変流器４の出力信号から、励磁周波数ｆｅの２倍の周波数波成分（２×ｆｅ）を抽出し、零相電流による変化分を抽出する。このとき、同じ零相電流値を検出した場合でも、励磁周波数が異なれば、磁性体コア１５の周波数特性に応じて、抽出した信号成分値は異なる。その対策として、零相変流器４の周波数特性に基づいて、検出した零相電流を補正する機能を絶縁劣化診断回路１０に設けておくことによって、駆動周波数の依存性を低減できる。その結果、絶縁劣化診断回路１０において高精度の絶縁劣化診断を実施することができる。
　なお、処理回路９０において、励磁周波数ｆｅの２倍波信号成分を抽出する回路として２倍波検波回路を使用した例を説明したが、その代替として、周波数波成分（２×ｆｅ）近傍の信号成分を抽出するバンドパスフィルタを使用してもよい。
　このように本実施形態によれば、磁気飽和期間の変化を、励磁周波数ｆｅの２倍の周波数波成分（２×ｆｅ）の変化として抽出することによって、零相電流を高精度で検出できる。また、零相変流器４の周波数特性に基づいて、検出した零相電流を補正することによって、駆動周波数の依存性を低減できる。その結果、信頼性の高い絶縁劣化診断を実施することができる。
実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態３に係る絶縁劣化診断装置１０３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１０３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、周波数演算回路７と励磁制御回路８の間に動作判定回路１３を追加している。
　動作判定回路１３は、例えば、マイクロプロセッサなどで構成され、周波数演算回路７の演算結果に基づいて閾値判定を行い、判定結果により励磁制御回路８による励磁動作を行うか、行わないかを判定する。
　絶縁劣化診断は、常時実施することが望ましいが、負荷機器３の稼働状況などによっては定期的な診断で足りることもある。また、磁性体コア１５の励磁動作によって消費電力が増加する。
　この対策として、負荷機器３の駆動周波数ｆｄに応じて磁性体コア１５の励磁動作を制御することが考えられる。即ち、低周波帯域の零相電流に対しては励磁制御回路８を動作させ、商用周波数や高周波帯域の零相電流に対しては励磁制御回路８を動作させず、一般に知られる零相変流器４として動作させることにより、消費電力の抑制を図ることができる。動作可否を判定するための閾値周波数は、負荷機器３の駆動周波数ｆｄの下限値や上限値を勘案して使用者が任意に設定してもよい。
　なお、本実施形態では、実施の形態１の構成に動作判定回路１３を追加した例を説明したが、実施の形態２の構成において周波数演算回路７と励磁制御回路８の間に動作判定回路１３を追加することも可能である。この場合、フラックスゲート方式の零相変流器４は、磁性体コア１５のＢＨ特性において飽和領域まで励磁することから、実施の形態１に適用した場合に比べ、消費電力の抑制の効果は高い。
実施の形態４．
　図８は、本発明の実施の形態４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３に係る絶縁劣化診断装置１０３と同様な構成を有するが、周波数演算回路７と動作判定回路１３の間に診断判定回路１４を追加している。
　診断判定回路１４は、例えば、マイクロプロセッサなどで構成され、周波数演算回路７の演算結果に基づいて、処理回路９０による絶縁劣化診断を実施するか、しないかを判定する。
　実施の形態１から実施の形態３までの各構成において、励磁制御回路８から出力される励磁電流の周波数は、負荷機器３の駆動周波数ｆｄに対し、使用者が定めたサンプリングレート（駆動周波数ｆｄの２倍以上）を満足する励磁周波数ｆｅを選定している。但し、負荷機器３の使用環境や用途によって異なるものの、一定動作や単調動作を行う用途であれば、インバータ駆動の概念からも負荷機器３の駆動周波数ｆｄは劇的に変化するものではない。また、絶縁劣化診断は、診断の即応性に比べ、定期的、かつ精度良く絶縁劣化を診断することがより重要である。
　即ち、精度良く絶縁劣化を診断するためには、負荷機器３の駆動周波数ｆｄが安定した状態で実施することが望ましい。そのため、励磁制御回路８および動作判定回路１３の前段に、負荷機器３の駆動周波数ｆｄの変動を判定し、絶縁劣化診断を行う指令を後段回路の動作判定回路１３および検出回路９０に発令する診断判定回路１４を設けることが好ましい。
　また、絶縁劣化を診断するために、制御装置２において一定の周波数で負荷機器３を駆動させる絶縁劣化診断モードを設けてもよい。特に、インバータ駆動する負荷機器３が電動機の場合、電動機の負荷環境や駆動環境に特別の制約がない限り、電動機の駆動回転数は高速回転に設定する。電動機は、一般に、駆動電圧周波数を制御することによって駆動回転数を制御でき、駆動回転数と駆動電圧周波数は比例関係にある。また、制御方式として、電動機の各相に印加される駆動電圧と駆動電圧周波数の比を一定に制御するといったＶ／ｆ一定制御が採用されている場合が多い。そのため、駆動電圧周波数が高くなれば、電動機の各相に印加される駆動電圧は高くなることから、絶縁抵抗を介して漏洩する電流は必然的に大きくなり、絶縁劣化診断を実施し易くなる。但し、搬送機のステージ移動や加工機の旋盤など、自由に移動できるストロークが短い場合、駆動回転数を上げることができず、電動機の駆動回転数は低速回転に設定する場合もある。このような場合、本実施の形態１から実施の形態３で述べた内容が有効である。
実施の形態５．
　図９は、本発明の実施の形態５に係る絶縁劣化診断装置１０５を示す構成図である。インバータ装置１と、インバータ駆動される負荷機器３との間には、複数の電路６ａ，６ｂ，６ｃが接続される。例えば、三相駆動の場合は３本の電路を使用し、単相駆動の場合は２本の電路を使用する。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。
　インバータ装置１は、制御装置２の指令信号に基づき、前段のコンバータ等から入力される直流信号を変調させる機能を有し、制御装置２で指令した振幅、周波数を有する交流信号を出力する。負荷機器３は、インバータ装置１から電路６ａ，６ｂ，６ｃを介して入力される交流信号に応じて駆動される。インバータ駆動される負荷機器３には、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。
　絶縁劣化診断装置１０５は、複数（ここでは２個）の零相変流器４，３１と、電流検出器５と、周波数演算回路７と、変換判定回路３２と、処理回路９０と、表示器１１などを備える。
　零相変流器４，３１は、電路６ａ，６ｂ，６ｃの途中に設けられ、給電電路の零相電流を検出する機能を有する。零相電流とは、絶縁抵抗を介して大地へ流れる漏洩電流を示す。零相変流器４，３１は、負荷機器３に流れる三相電流（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）を総和した零相電流を検出するものであり、環状の磁性体コアと、磁性体コアに巻回された検出コイルなどで構成される。検出対象となる３本の電路６ａ，６ｂ，６ｃは、磁性体コアの内側を貫通するように配置される。
　電流検出器５は、負荷機器３に給電される電流波形を検出する機能を有し、例えば、シャント抵抗または、ホール素子や磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いた変流器などで構成される。なお、電流検出器５の代わりに、負荷機器３に給電される電圧波形を検出する電圧検出器を使用してもよい。
　周波数演算回路７は、電流検出器５で計測した電流波形に基づいて負荷機器３の駆動周波数ｆｄを算出する機能を有し、例えば、周波数カウンタなどで構成される。
　変換判定回路３２は、例えば、マイクロプロセッサなどで構成され、周波数演算回路７の演算結果に基づいて、複数の零相変流器４，３１のうち何れの零相変流器からの出力信号を用いて絶縁劣化診断するかを判定する。
　処理回路９０は、零相変流器４の出力信号処理および絶縁劣化診断を実施するものであり、本実施形態では、同期検波回路９と、絶縁劣化診断回路１０などで構成される。同期検波回路９は、周波数演算回路７で算出された駆動周波数ｆｄを用いて、零相変流器４の検出コイル１７の出力信号から駆動周波数ｆｄと同じ周波数成分を抽出する。絶縁劣化診断回路１０は、例えば、マイクロプロセッサなどで構成され、同期検波回路９からの出力信号に基づいて絶縁劣化診断を実施する。
　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る。なお、表示器１１の代わりに、漏電遮断器、漏電リレー、警告ブザーなどの保安機器を使用してもよく、負荷機器３の絶縁劣化診断後の運用方法に則した手段を適宜選択できる。
　本実施形態において、零相変流器４に加えて１個以上の零相変流器３１を設置している。零相変流器４，３１は、互いに異なる磁気飽和レベルを有すものであり、例えば、零相変流器３１の磁性体コアの体積が零相変流器４の磁性体コアの体積より大きい。
　低周波の零相電流を計測する場合、零相磁界の周波数が低いほど、零相変流器の磁性体コアは磁気飽和し易くなる。磁気飽和が生じると、検出コイルに流れる電流波形は、零相電流の波形を再現できないため、結果的に零相変流器４の計測精度は低下する。これを防止するためには、低周波の零相磁界に対しても磁気飽和が生じない零相変流器を使用することが好ましい。従って、零相変流器４よりも磁性体コアの体積が大きい零相変流器３１を併設することによって、低周波の零相電流を精度よく計測することが可能になる。
　但し、磁性体コアの体積を大きくすると、コイルの巻回長の増加に伴う巻線抵抗の増加や磁性体コアの断面積の増加に伴うコイルインダクタンスの増加が生じて、計測対象の零相電流の周波数によっては計測精度が低下する場合もある。このため、本実施形態では低周波の零相電流を計測する場合のみ、磁性体コアの体積を大きくした零相変流器３１を追加して、負荷機器３の駆動周波数ｆｄに応じて、どちらの零相変流器４，３１の出力を用いて絶縁劣化診断するかを判定する変換判定回路３２を設けている。
　なお、どちらの零相変流器４，３１の出力信号を用いるかを判定するための閾値周波数は、負荷機器３の駆動周波数ｆｄの下限値や上限値を勘案して使用者が任意に設定してもよい。
　本実施形態では、磁性体コアの体積が異なる２つの零相変流器４，３１を使用する例を説明したが、磁性体コアの体積が異なる３つ以上の零相変流器を使用してもよく、使用する零相変流器の個数に応じて閾値周波数を設定できる。
　このように本実施形態によれば、低周波の零相電流を計測する場合、零相磁界により磁気飽和しないように、磁性体コアの体積を変更した零相変流器３１を用いることによって、駆動周波数ｆｄに依存することなく、零相電流を高感度に計測することができる。
実施の形態６．
　図１０は、本発明の実施の形態６に係る絶縁劣化診断装置１０６を示す構成図である。インバータ装置１と、インバータ駆動される負荷機器３との間には、複数の電路６ａ，６ｂ，６ｃが接続される。例えば、三相駆動の場合は３本の電路を使用し、単相駆動の場合は２本の電路を使用する。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。
　インバータ装置１は、制御装置２の指令信号に基づき、前段のコンバータ等から入力される直流信号を変調させる機能を有し、制御装置２で指令した振幅、周波数を有する交流信号を出力する。負荷機器３は、インバータ装置１から電路６ａ，６ｂ，６ｃを介して入力される交流信号に応じて駆動される。インバータ駆動される負荷機器３には、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。
　絶縁劣化診断装置１０６は、零相変流器４と、電流検出器５と、周波数演算回路７と、温度制御回路３３と、処理回路９０と、表示器１１などを備える。
　零相変流器４は、電路６ａ，６ｂ，６ｃの途中に設けられ、給電電路の零相電流を検出する機能を有する。零相電流とは、絶縁抵抗を介して大地へ流れる漏洩電流を示す。零相変流器４は、負荷機器３に流れる三相電流（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）を総和した零相電流を検出するものであり、環状の磁性体コアと、磁性体コアに巻回された検出コイルなどで構成される。検出対象となる３本の電路６ａ，６ｂ，６ｃは、磁性体コアの内側を貫通するように配置される。
　電流検出器５は、負荷機器３に給電される電流波形を検出する機能を有し、例えば、シャント抵抗または、ホール素子や磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いた変流器などで構成される。なお、電流検出器５の代わりに、負荷機器３に給電される電圧波形を検出する電圧検出器を使用してもよい。
　周波数演算回路７は、電流検出器５で計測した電流波形に基づいて負荷機器３の駆動周波数ｆｄを算出する機能を有し、例えば、周波数カウンタなどで構成される。
　温度制御回路３３は、周波数演算回路７の演算結果に基づいて、零相変流器４に含まれる磁性体コアの温度を制御することによって、零相変流器４の感度を調整する機能を有する。
　処理回路９０は、零相変流器４の出力信号処理および絶縁劣化診断を実施するものであり、本実施形態では、同期検波回路９と、絶縁劣化診断回路１０などで構成される。同期検波回路９は、周波数演算回路７で算出された駆動周波数ｆｄを用いて、零相変流器４の検出コイル１７の出力信号から駆動周波数ｆｄと同じ周波数成分を抽出する。絶縁劣化診断回路１０は、例えば、マイクロプロセッサなどで構成され、同期検波回路９からの出力信号に基づいて絶縁劣化診断を実施する。
　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る。なお、表示器１１の代わりに、漏電遮断器、漏電リレー、警告ブザーなどの保安機器を使用してもよく、負荷機器３の絶縁劣化診断後の運用方法に則した手段を適宜選択できる。
　本実施形態において、零相変流器４に含まれる磁性体コアにヒータ線を巻回し、ヒータ通電により生じたジュール熱を熱源として、磁性体コアを加熱している。また、磁性体コアの温度モニタとして、熱電対などの温度センサを配置してもよい。
　一般に、磁性体は温度上昇に伴って磁気特性は劣化するため、透磁率（Ｂ－Ｈカーブの傾斜）は低下する。本実施形態は、この温度変化に伴う磁気特性の劣化を利用したものである。低周波の零相電流を計測する場合、低周波かつ微小な零相磁界に対して磁気飽和を防止するために、零相変流器４の磁性体コアを均一に加熱することによって、零相変流器４の感度を下げることができる。
　但し、急峻な温度制御は実用的ではないため、予め測定時刻を設定し、計測時のみ零相変流器４の磁性体コアの温度が上昇した状態となるように制御することが望ましい。
　また、磁性体コアの温度、磁気特性および周波数の間の関係を予め関連付けておいて、計測時に相互に演算できる機能を絶縁劣化診断回路１０に設けておくことによって、絶縁劣化診断を行うことができる。
　なお、零相変流器４に含まれる磁性体コアを加熱する機構だけでなく、磁性体コアを冷却する機構、例えば、自然冷却手段、またはファンなどの強制冷却手段を設けてもよい。また、零相変流器４の設置環境（空間）を温度制御する形態で、環境温度と磁性体コアの温度との相関が取れるように制御してもよい。
　このように本実施形態によれば、低周波の零相電流を計測する場合、零相磁界により磁気飽和しないように、零相変流器４に含まれる磁性体コアの温度を調整することによって、零相変流器４の感度調整が可能になるため、駆動周波数ｆｄに依存することなく、零相電流を高感度に計測することができる。
実施の形態７．
　図１１は、本発明の実施の形態７に係る絶縁劣化診断装置１０７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１０７は、実施の形態６に係る絶縁劣化診断装置１０６と同様な構成を有するが、温度制御回路３３の代わりに、零相変流器４に含まれる磁性体コアに印加される応力を変化させるための圧力制御回路３３を設けている。
　本実施形態において、例えば、零相変流器４の磁性体コアに圧電素子を装着し，圧電素子の印加電圧に応じて、磁性体コアの内部応力を制御することができる。
　一般に、磁性体は応力変化に伴って磁気特性は変化し、透磁率（Ｂ－Ｈカーブの傾斜）も変化する。本実施形態は、この応力変化に伴う磁気特性の変化を利用したものである。低周波の零相電流を計測する場合、低周波かつ微小な零相磁界に対して磁気飽和を防止するために、零相変流器４の磁性体コアに応力を与えることによって、零相変流器４の感度を下げることができる。こうした圧力依存性を示す磁性体として、アモルファスＦｅＳｉＢなどが使用できる。
　但し、急激な応力制御は実用的ではないため、予め測定時刻を設定し、計測時のみ零相変流器４の磁性体コアに応力を印加した状態となるように制御することが望ましい。
　また、磁性体コアの内部応力、磁気特性および周波数の間の関係を予め関連付けておいて、計測時に相互に演算できる機能を絶縁劣化診断回路１０に設けておくことによって、絶縁劣化診断を行うことができる。
　なお、応力の有無に可逆特性を有さない磁性材料は本実施の形態の対象外であり、例えばアモルファスＦｅＳｉＢなどは外部からの歪による応力に対して、磁気特性が可逆特性を有する。
　このように本実施形態によれば、低周波の零相電流を計測する場合、零相磁界により磁気飽和しないように、零相変流器４に含まれる磁性体コアの内部応力を調整することによって、零相変流器４の感度調整が可能になるため、駆動周波数ｆｄに依存することなく、零相電流を高感度に計測することができる。
　１　インバータ装置、　２　制御装置、　３　負荷機器、　４，３１　零相変流器、
　５　電流検出器、　６ａ，６ｂ，６ｃ　電路、　７　周波数演算回路、
　８　励磁制御回路、　９　同期検波回路、　１０　絶縁劣化診断回路、
　１１　表示器、　１２　２倍波検波回路、　１３　動作判定回路、
　１４　診断判定回路、　１５　磁性体コア、　１６　励磁コイル、
　１７　検出コイル、　３２　変換判定回路、３３　温度制御回路、
　３４　応力制御回路、　９０　処理回路、　１０１～１０７　絶縁劣化診断装置。

Claims (9)

  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電路の絶縁劣化を診断する装置であって、
    　環状の磁性体コア、該磁性体コアに巻回された励磁コイル、および該磁性体コアに巻回された検出コイルを有し、電路の零相電流を検出するための零相変流器と、
    　負荷機器の駆動周波数の２倍以上の周波数を有する交流電流を励磁コイルに供給して、磁性体コアを励磁するための励磁制御回路と、
    　検出コイルの出力信号から、所定の周波数成分を抽出するための周波数抽出回路と、を備えたことを特徴とする絶縁劣化診断装置。
  2. 　負荷機器に給電される電流波形または電圧波形を検出するための検出器をさらに備え、該検出器の出力信号に基づいて、励磁コイルに供給する電流を制御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。
  3. 　前記検出器の出力信号に基づいて、駆動周波数を算出するための周波数演算回路をさらに備え、
    　周波数抽出回路は、検出コイルの出力信号から、駆動周波数と同じ周波数成分を抽出することを特徴とする請求項２記載の絶縁劣化診断装置。
  4. 　周波数抽出回路は、磁性体コアの励磁周波数の２倍波成分を抽出することを特徴とする請求項２記載の絶縁劣化診断装置。
  5. 　周波数演算回路の演算結果に基づいて、励磁制御回路の動作可否を判定するための動作判定回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の絶縁劣化診断装置。
  6. 　周波数演算回路の演算結果に基づいて、絶縁劣化診断の動作可否を判定するための診断判定回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の絶縁劣化診断装置。
  7. 　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電路の絶縁劣化を診断する装置であって、
    　互いに異なる磁気飽和レベルを有し、電路の零相電流を検出するための複数の零相変流器と、
    　負荷機器に給電される電流波形または電圧波形を検出するための検出器と、
    　該検出器の出力信号に基づいて、負荷機器の駆動周波数を算出するための周波数演算回路と、
    　周波数演算回路の演算結果に基づいて、複数の零相変流器のうち何れの零相変流器からの出力信号を用いて絶縁劣化診断するかを判定する変換判定回路と、を備えたことを特徴とする絶縁劣化診断装置。
  8. 　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電路の絶縁劣化を診断する装置であって、
    　電路の零相電流を検出するための零相変流器と、
    　負荷機器に給電される電流波形または電圧波形を検出するための検出器と、
    　該検出器の出力信号に基づいて、負荷機器の駆動周波数を算出するための周波数演算回路と、
    　周波数演算回路の演算結果に基づいて、零相変流器の感度を調整するための感度調整手段と、を備えたことを特徴とする絶縁劣化診断装置。
  9. 　磁気飽和変更手段は、零相変流器に含まれる磁性体コアの温度、または磁性体コアに印加される応力を変更することによって、零相変流器の感度を調整することを特徴とする請求項８記載の絶縁劣化診断装置。
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