JP6416416B2 - 絶縁抵抗測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ等の電力変換装置により負荷を駆動する場合において、負荷側の対地絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置に関するものである。

従来、インバータ等のスイッチング電源により駆動される電気機器及びその回路の対地絶縁抵抗を通じて流れる漏洩電流を測定する漏洩電流測定装置としては、切換開閉器によって順次入力されたスイッチング電源の対地電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷと、零相変流器が給電ケーブルから検出した漏洩電流Ｉ０とを信号処理し、対地電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷのいずれかと漏洩電流Ｉ０との位相差を計測して信号処理する信号処理部と、信号処理部において得られた測定電流Ｉ０の実効値、対地電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの実効値、対地電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷのいずれかと漏洩電流Ｉ０との位相差に基いて、対地漏洩抵抗を経由して流れる漏洩電流Iｇｒを演算するものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、スイッチング電源で駆動される電気機器を稼動状態のままでも、漏洩電流Ｉｇｒの値を測定することができるので、絶縁劣化の程度を常時監視することが可能で、絶縁劣化が進行して発生する地絡故障を未然に防止することが可能となる。

特開２００９−１１５７５４号公報

負荷を駆動する電力変換装置の出力側での漏洩電流の発生を把握するには、絶縁抵抗値を測定し、監視する必要があり、負荷である電機機器の停電状態において絶縁抵抗測定装置を用いて測定する方法が一般的である。これに対して、例えば、特許文献１の従来の漏洩電流測定装置では、測定された２次側の電圧と零相電流から対地絶縁抵抗を流れる漏洩電流を測定することにより、通電時に絶縁抵抗を測定することができ、この課題を解決している。しかしながら、この方法では、２次側の電圧を測定しているために、電力変換装置のスイッチング動作に伴うノイズが電圧に重畳され、正確な電圧の測定が容易ではないという課題があった。

また、電力変換装置が複数ある場合においては、各電力変換装置の２次側の漏洩電流を測定するためには、それぞれの電力変換装置に絶縁抵抗測定装置を接続する必要があるといった課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、負荷を駆動する電力変換装置の２次側の対地絶縁抵抗を測定することができる、耐ノイズ性に優れた絶縁抵抗測定装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る絶縁抵抗測定装置は、負荷に交流電力を出力する電力変換装置に接続された交流電源の各相の対地電圧を測定する電圧測定部と、前記交流電源の零相電流と前記電力変換装置の２次側の零相電流のいずれか一方を測定する電流測定部と、前記電力変換装置により前記各相の対地電圧が全波整流され、前記全波整流された後の最低次の周波数成分を基本周波数成分とする基本電圧を算出する基本電圧算出処理部と、前記零相電流から前記基本周波数成分とする基本電流を算出する基本電流算出処理部と、前記基本電圧と前記基本電流とから前記電力変換装置の２次側における絶縁抵抗を算出する絶縁抵抗算出部と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の絶縁抵抗測定装置によれば、交流電源の対地電圧と、電力変換装置の１次側と２次側の零相電流のいずれか一方を測定するという簡単な方法により、電力変換装置の２次側の絶縁抵抗を算出するようにしているので、装置構成が簡素で、電力変換装置のスイッチングノイズの影響を受けずに対地絶縁抵抗を測定することができる優れた装置が得られるといった効果がある。

実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置が接続された電気機器の基本構成図である。 実施の形態１における第一の実施例を示すものであり、三相３線式Δ結線でＳ相接地されている交流電源に絶縁抵抗測定装置が適用された場合の全体構成図である。 実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置の構成の詳細を示すブロック図である。 図２における電力変換装置の１次側のＲ相、Ｔ相及びＳ相の対地電圧波形を示す図である。 図２における電力変換装置の整流回路による整流後の対地電圧波形を示す図である。 図２における電力変換装置の２次側のＵ相の対地電圧波形を示す図である。 図２における電力変換装置の２次側のＶ相の対地電圧波形を示す図である。 図２における電力変換装置の２次側のＷ相の対地電圧波形を示す図である。 図２における電力変換装置の２次側のＵ相、Ｖ相及びＷ相の電源周波数成分での基本電圧波形を示す図である。 図２における電力変換装置の２次側における電源周波数成分での基本電圧に対する等価回路モデルを示す図である。 図２における電力変換装置の２次側基本電圧、２次側基本電流等のフェーザ表示によるベクトル図である。 実施の形態１における第二の実施例を示すものであり、単相２線式でＳ相接地されている交流電源に絶縁抵抗測定装置が適用された場合の構成図である。 図１２における電力変換装置の１次側のＲ相及びＳ相の対地電圧波形を示す図である。 図１２における電力変換装置の整流回路による整流後の対地電圧波形を示す図である。 図１２における電力変換装置の２次側のＵ相、Ｖ相及びＷ相の電源周波数成分での基本電圧波形を示す図である。 実施の形態１における第三の実施例を示すものであり、三相４線式で中性点が接地されている交流電源に絶縁抵抗測定装置が適用された場合の構成図である。 図１６における電力変換装置の１次側のＲ相、Ｔ相、Ｓ相及びＮ相の対地電圧波形を示す図である。 図１６における電力変換装置の整流回路による整流後の対地電圧波形を示す図である。 図１６における電力変換装置の２次側のＵ相、Ｖ相及びＷ相の電源周波数の３次調波成分での基本電圧波形を示す図である。 実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置が接続された電気機器の他の実施態様を示す基本構成図である。 実施の形態２に係る絶縁抵抗測定装置が接続された電気機器の基本構成図である。 実施の形態２に係る絶縁抵抗測定装置の構成の詳細を示すブロック図である。 図２１における電力変換装置の内部での対地間における絶縁抵抗及び静電容量の等価回路モデルを示す図である。 図２１における電力変換装置の内部で漏電が発生した場合における負荷の駆動状態を判定して電力変換装置の２次側のみの対地絶縁抵抗を算出するフロー図である。 実施の形態２における第一の実施例を示すものであり、交流電源が三相３線式Δ結線でＳ相接地されている場合の電力変換装置の整流回路による整流後の正側電圧波形と電源周波数成分の基本電圧波形を示す図である。 実施の形態２における第一の実施例を示すものであり、交流電源が三相３線式Δ結線でＳ相接地されている場合の電力変換装置の整流回路による整流後の負側電圧波形と電源周波数成分の基本電圧波形を示す図である。 図２１における電力変換装置の内部及び２次側における整流後の電源周波数成分での基本電圧に対する等価回路モデルを示す図である。 実施の形態２における第二の実施例を示すもので、交流電源が単相２線式でＳ相接地されている場合の電力変換装置の整流回路による整流後の正側対地電圧波形と電源周波数成分の基本電圧波形を示す図である。 実施の形態２における第二の実施例を示すもので、交流電源が単相２線式でＳ相接地されている場合の電力変換装置の整流回路による整流後の電力変換装置の２次側対地電圧波形と電源周波数成分の基本電圧波形を示す図である。 実施の形態２における第三の実施例を示すもので、交流電源が三相４線式で中性点接地されている場合の電力変換装置の整流回路による整流後の正側対地電圧波形と電源周波数の３次調波成分の基本電圧波形を示す図である。 実施の形態２における第三の実施例を示すもので、交流電源が三相４線式で中性点接地されている場合の電力変換装置の整流回路による整流後の電力変換装置の２次側対地電圧波形と電源周波数の３次調波成分の基本電圧波形を示す図である。 実施の形態３に係る絶縁抵抗測定装置が接続された電気機器の基本構成図である。 実施の形態４に係る絶縁抵抗測定装置が接続された電気機器の基本構成図である。 実施の形態５に係る絶縁抵抗測定装置が接続された電気機器の基本構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る絶縁抵抗測定装置の詳細について、図１から図３３を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置が電気機器に適用された場合の基本構成図を示すものである。図２は、実施の形態１における第一の実施例で、三相３線式Δ結線でＳ相接地されている交流電源に絶縁抵抗測定装置が適用された場合を示す全体構成図である。図３は、実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置の構成の詳細を示すブロック図である。

図１に示すように、負荷となる電気機器７は、商用の交流電源１からの交流電力を電力変換し、三相の交流を生成する電力変換装置３により駆動される。絶縁抵抗測定装置２は、交流電源１の各相の対地に対する電圧ｖ（ｔ）を測定する電圧測定部２ａと、全相を包括して零相変流器２ｂａにより電力変換装置３の負荷側の電流ｉ０（ｔ）を測定する電流測定部２ｂと、測定された電圧ｖ（ｔ）及び電流ｉ０（ｔ）から電力変換装置３の２次側（負荷側）の対地に対する絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する絶縁抵抗算出部２ｃと、で構成されている。ここでは、電流測定部２ｂは、電力変換装置３の１次側（入力側）に接続されている。さらに、絶縁抵抗測定装置２は、算出された絶縁抵抗Ｒ０Ｌの結果を表示する表示部２ｄと、絶縁抵抗の結果に基づいて通報する通報部２ｅと、を備えたものである。

交流電源１は、いずれかの一相が接地された三相３線式、単相２線式及び中性点（Ｎ相）が接地された三相４線式に対応しており、電力変換装置３の整流回路４に接続されている。図１では、交流電源１と整流回路４とは、模式的に１線で接続されているが、交流電源１が、三相３線式の場合には、整流回路４に接続される本数が３線となり、単相２線式の場合には２線となる。ただし、三相４線式の場合には、電圧測定部２ａに対して接地線を入力する。

電力変換装置３は、図１に示すように、交流電源１の交流電力を直流に変換する整流回路４と、直流から三相の交流に変換するインバータ回路５と、で構成されている。また、電力変換装置３は、インバータ回路５をスイッチング動作させて、負荷７を駆動するために任意の周波数の交流電力を生成し、出力する。

図１で示すように、負荷７が電力変換装置３の２次側に接続された場合の負荷側回路６は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相とそれぞれの対地間との絶縁抵抗値Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗと、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相とそれぞれの対地間との静電容量値Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗと、で表わされる。また、その絶縁抵抗値Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗの並列値を絶縁抵抗Ｒ０Ｌとし、静電容量値Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗの並列値を静電容量Ｃ０Ｌとして表わすことができる。

絶縁抵抗測定装置２は、電力変換装置３の２次側における絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌを算出することができる。

図２に、交流電源１が、三相３線式Δ結線でＳ相接地されている交流電源１１である場合における全体構成図を示す。ここでは、負荷７の電気機器としてモータを想定している。次に、図３から図１１を参照して、三相３線式Δ結線でＳ相が接地されている交流電源１１の場合において、絶縁抵抗測定装置２により、絶縁抵抗Ｒ０Ｌと静電容量Ｃ０Ｌを算出する動作原理について説明する。

図４に、電力変換装置３に入力される交流電源１１のＲ相、Ｓ相及びＴ相の対地電圧波形を示す。ここでは、交流電源１１の周波数が６０Ｈｚ、電圧の実効値が２００Ｖの場合を例に示す。

整流回路４は、図２に示すように、ブリッジダイオードを構成する整流用ダイオード４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ及び４ｆと、入力された交流電源１１の三相の電圧ｖＲ（ｔ）、ｖＳ（ｔ）、ｖＴ（ｔ）がブリッジダイオードにより全波整流された後、全波整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサ４ｇとで構成されている。

ここで、整流回路４の上側の３つのダイオード４ａ，４ｂ，４ｃの出力の内、入力電圧の一番大きい電圧が正側に現れ、下側の３つのダイオード４ｄ，４ｅ，４ｆの出力の内、入力電圧の一番小さい電圧が負側に現れる。以下、対地を基準として、整流後の正側に現れる電圧を正側電圧、負側に現れる電圧を負側電圧と呼ぶ。正側電圧と負側電圧の対地電圧波形を図５に示す。

インバータ回路５は、図２に示すように、ＰＷＭ変調用の半導体スイッチング素子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ及び５ｆによって構成される三相のインバータ回路である。整流後の電圧波形に対して、インバータ回路５の正側の半導体スイッチング素子５ａ，５ｂ，５ｃと負側の半導体スイッチング素子５ｄ，５ｅ、５ｆとを交互にオンとオフを繰り返すことで、ＰＷＭ変調を行って負荷を駆動する駆動周波数のＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相の出力電圧を生成する。なお、ここでは、半導体スイッチング素子の制御部は、省略されている。

インバータ回路５では、それぞれのスイッチング素子を制御するパルスの位相を各出力で、ずらすことによりＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相の駆動周波数の出力電圧の位相を変化させている。Ｕ相に対して１２０°遅れた波形をＶ相へ、Ｕ相に対して１２０°進んだ波形をＷ相へ、それぞれ出力している。

次に、電力変換装置３の２次側において、対地に対する電源周波数ｆの基本周波数成分における電圧波形が各相で一致する原理について説明する。

Ｕ相、Ｖ相及びＷ相へは、整流後の正側電圧と負側電圧を交互にオン、オフして電圧を出力する。図６、図７及び図８は、スイッチング後のＵ相、Ｖ相及びＷ相の対地出力電圧（実線）とそれらの包絡線を示した一例である。ここで、図６、図７及び図８において、上側の点線が上側の包絡線、下側の点線が下側の包絡線（点線）を表わしている。また、ここでは、スイッチングパルスの周波数は５００Ｈｚとしている。スイッチングパルスの周波数は、一般的には数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚであるがスイッチングの様子が分からないためこの周波数としている。

Ｕ相、Ｖ相及びＷ相で、それぞれスイッチングのパルスの位相は異なっているが、スイッチングの基となる整流後の正側電圧と負側電圧の電圧波形は同じであるため、電力変換装置３の２次側の各相の上側の包絡線は同一となり、また、各相の下側の包絡線も同一となる。したがって、電力変換装置３の２次側の各相の対地電圧波形の包絡線が同一であることから、各相の出力電圧の上側の包絡線及び下側の包絡線における周波数成分は、同一となる。

整流後の正側電圧と負側電圧をスイッチングするパルスは、異なるデューティ比のパルスにより構成されているが、負荷７を駆動する電圧波形に直流成分が出力されないようにするため、オンとオフ、それぞれ５０％の確率でスイッチングが繰り返されている。そのため、スイッチング後の対地電圧波形では、上側の包絡線と下側の包絡線が５０％の確率で出力される。ここで、上側の包絡線と下側の包絡線は、正側電圧と負側電圧で同じであるため、スイッチング後の対地電圧波形には、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形の周波数成分が含まれている。

正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形の１周期は、交流電源１１の電源周波数ｆの１周期と同一であることから、スイッチング後の対地電圧波形には、電源周波数ｆの基本周波数成分が含まれる。図９に、正側電圧と負側電圧を平均した対地電圧波形から電源周波数ｆの基本周波数成分を抽出した電圧波形を示す。ここで、正側電圧と負側電圧を平均した対地電圧波形から抽出された電源周波数ｆの基本周波数成分を持つ電圧を２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）とする。

以上のことから、電力変換装置３の２次側の各相における包絡線は一致しているため、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が電力変換装置３の２次側の各相で一致する。

２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が電力変換装置３の２次側の各相で一致することから、図２に示す各相における絶縁抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗと静電容量Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗは、並列に接続されていることと等価となる。これらは、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌとして表わされる。したがって、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を交流電源８として、電力変換装置３の２次側を単相２線式と見なすことができる。図１０は、交流電源８を２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）とした場合に、電力変換装置３から見た２次側の負荷側回路６の等価回路モデルを示す。

図１０に示すように、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）に比例した電流ｉ０ｆ（ｔ）が、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌに流れることが分かる。したがって、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）によって絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌに流れる電流ｉ０ｆ（ｔ）と、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を用いることで、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌを算出することができる。ここで、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）によって絶縁抵抗Ｒ０及び静電容量Ｃ０に流れる電流の合計を２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）と称する。

前述した通り、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形の電源周波数ｆの基本周波数成分であり、正側電圧と負側電圧は、交流電源１１からの入力電圧を全波整流することで得られるため、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、入力電圧ｖ（ｔ）から推定することができる。また、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）の周波数は、電源周波数ｆと同じであるため、電流測定部２ｂによって測定される電流ｉ０（ｔ）から電源周波数ｆの基本周波数成分を抽出することで、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）を算出することができる。ここで、電流ｉ０（ｔ）は、漏洩電流を表わしている。

２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）及び２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）は、式（１）及び式（２）で表すことができる。ここで、θは、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）のＲ相の電圧に対する位相差、φは、Ｒ相の電圧に対する２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）の位相差である。Ｖｆは、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）の実効値、Ｉ０ｆは、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）の実効値、ωは、電源周波数ｆにおける角周波数を示す。

２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）及び２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）を電源周波数ｆの基本周波数におけるフェーザ表記したＰｖｆ（θ）及びＰｉ０ｆ（φ）を式（３）及び式（４）に示す。

図１１に、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）のフェーザＰｖｆ（θ）と、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）のフェーザＰｉ０ｆ（φ）と、Ｒ相の電圧ｖＲのフェーザＰｖＲ及びＴ相の電圧ｖＴのフェーザＰｖＴと、絶縁抵抗Ｒ０Ｌに流れる電流ｉ０Ｒ（ｔ）のフェーザＰｉ０Ｒ（δ）及び静電容量Ｃ０Ｌに流れる電流ｉ０Ｃ（ｔ）のフェーザＰｉ０Ｃ（δ）との関係を示す。ここで、δは、θとφの差である。

図１１よりＰｉ０Ｒ（δ）及びＰｉ０Ｃ（δ）は、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）のフェーザＰｉ０ｆ（φ）の実部及び虚部であることが分かる。したがって、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）のフェーザＰｖｆ（θ）と２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）のフェーザＰｉ０ｆ（φ）から位相差δを算出し、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）の実効値I０ｆにｃｏｓδを乗算することで、絶縁抵抗Ｒ０Ｌに流れる電流の実効値である絶縁抵抗分電流実効値Ｉ０Ｒを算出することができる。また、ｓｉｎδを乗算することで、静電容量Ｃ０Ｌに流れる電流の実効値である静電容量分電流実効値Ｉ０Ｃを算出することができる。

以上により、絶縁抵抗分電流実効値Ｉ０Ｒと静電容量分電流実効値Ｉ０Ｃを算出することができるので、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌを算出することができる。

次に、式（５）及び式（６）に、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌの算出方法を示す。式（５）及び式（６）より、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌは、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）のフェーザＰｖｆ（θ）及び２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）のフェーザＰｉ０ｆ（φ）から算出できることが分かる。

以上のことから、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌは、交流電源１１の電圧ｖＲ（ｔ）、ｖＳ（ｔ）及びｖＴ（ｔ）から算出された２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と、全相を包括して零相変流器２ｂａで測定された電流ｉ０（ｔ）から算出された２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）と、を用いて算出できることが分かる。

絶縁抵抗測定装置２では、この絶縁抵抗Ｒ０Ｌの値を用いて絶縁劣化を検出することができる。絶縁抵抗Ｒ０Ｌは並列値であるため、いずれかの相の絶縁抵抗が低下した際には、並列値は小さい抵抗が支配的に作用するため、絶縁劣化を検出することができる。

以下に、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出する方法及び電流ｉ０（ｔ）から２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）を算出する方法と、絶縁抵抗Ｒ０Ｌの算出方法について絶縁抵抗算出部２ｃの構成と共に述べる。

図３は、実施の形態１における絶縁抵抗測定装置２の構成の詳細を示すものである。絶縁抵抗算出部２ｃは、電圧測定部２ａにより測定された交流電源１の電圧ｖ（ｔ）と電流測定部２ｂにより測定される零相電流ｉ０（ｔ）から絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出するまでの構成を示している。他の相線式の場合についても、本構成を使用して絶縁抵抗を算出できることは後述する。

絶縁抵抗算出部２ｃは、電圧測定部２ａで測定された交流電源１の電圧ｖ（ｔ）から２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出する２次側基本電圧算出処理部２ｃ１と、電流測定部２ｂで測定された電流ｉ０（ｔ）から２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）を算出する２次側基本電流算出処理部２ｃ２と、２次側基本電圧算出処理部２ｃ１で算出された２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）のフェーザＰｖｆ（θ）を算出するフェーザ算出処理部２ｃ３と、２次側基本電流算出処理部２ｃ２で算出された２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）からフェーザＰｉ０ｆ（φ）を算出するフェーザ算出処理部２ｃ４と、フェーザ算出処理部２ｃ３で算出されたフェーザＰｖｆ（θ）及びフェーザ算出処理部２ｃ４で算出されたフェーザＰｉ０ｆ（φ）とにより絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する絶縁抵抗算出処理部２ｃ５と、により構成されている。後述するが、電圧測定部２ａの構成は、交流電源１が三相３線式Ｙ結線、単相２線式及び三相４線式の場合についても同様に適用することができる。なお、図３において、電圧測定部２ａと２次側基本電圧算出処理部２ｃ１とは、模式的に１線で接続されているが、交流電源１の相線式によって線の数は異なる。

次に、絶縁抵抗算出部２ｃ内の各部の動作について説明する。
２次側基本電圧算出処理部２ｃ１では、電力変換装置３の２次側における電源周波数ｆの基本周波数成分の対地電圧波形である２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出する。具体的な方法としては、例えば、次のような方法がある。交流電源１の電圧ｖ（ｔ）から正側電圧と負側電圧を生成し、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形から電源周波数ｆの成分を抽出する。他に、電源周波数ｆの基本周波数成分を抽出する方法は、電源周波数ｆの基本周波数成分のみを抽出する周波数特性を有するフィルタを使用する方法やフーリエ変換によって電源周波数ｆの基本周波数成分のみを抽出する方法がある。

また、次のような方法によっても２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を取得することができる。２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形に対して、フーリエ級数展開して得た結果の電源周波数ｆの基本周波数成分となる。式（７）にフーリエ級数展開の公式を示す。ｆ（ｔ）は、フーリエ級数展開の対象となる波形である。

入力されるＲ相及びＴ相の電圧ｖＲ（ｔ）、ｖＴ（ｔ）を式（８）及び式（９）として、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形に対してフーリエ級数展開し、電源周波数ｆの基本周波数成分を抽出すると式（１０）となる。ここで、Ｖは、Ｒ相及びＴ相の電圧の実効値である。

式（１０）より、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）の振幅は、Ｔ相の振幅の０．５７８（小数点以下、第４位を四捨五入した値）倍となり、位相は、Ｔ相の電圧波形に対して、π／６だけ遅れていることがわかる。したがって、Ｔ相の電圧の振幅を０．５７８倍し、位相をπ／６だけ遅らせることで、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出することができる。位相をπ／６だけ遅らせる波形を生成する方法の一つとして、Ｒ相の電圧とＴ相の電圧の和から生成する方法がある。式（１１）に、Ｒ相の電圧ｖＲ（ｔ）とＴ相の電圧ｖＴ（ｔ）の和の結果を示す。

したがって、式（１１）を１／√３倍し、０．５７８倍することで、式（１０）の２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を取得することができる。

２次側基本電流算出処理部２ｃ２では、電流ｉ０（ｔ）から電源周波数ｆの基本周波数成分である２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）を算出する。２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）の算出の場合と同様、電源周波数ｆの基本周波数成分のみを抽出する周波数特性を持ったフィルタや、フーリエ変換によって電流ｉ０（ｔ）から電源周波数ｆの基本周波数成分を取得することができる。

フェーザ算出処理部２ｃ３では、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）から式（３）で示したフェーザＰｖｆ（θ）を算出する。算出方法としては、例えば、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）をフーリエ変換することで算出できる。また、電源周波数ｆの正弦波及び余弦波を搬送波として２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）に対して同期検波することでフェーザＰｖｆ（θ）を算出することもできる。

フェーザ算出処理部２ｃ４では、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）から式（４）で示したフェーザＰｉ０ｆ（φ）を算出する。フェーザ算出処理部２ｃ３によるフェーザＰｖｆ（θ）の算出の場合と同様の方法を用いて算出することができる。

絶縁抵抗算出処理部２ｃ５では、フェーザＰｉ０ｆ（φ）とフェーザＰｖｆ（θ）から絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する。式（５）より、フェーザＰｖｆ（θ）をフェーザＰｉ０ｆ（φ）で除算した結果の実部が絶縁抵抗Ｒ０Ｌとなり、虚部が静電容量Ｃ０Ｌとなる。

以上のことから、本実施の形態の絶縁抵抗測定装置２は、算出された絶縁抵抗Ｒ０Ｌの値により、電力変換装置３の２次側における漏電の発生の有無を判定することができる。

なお、電流測定部２ｂを電力変換装置３の２次側に接続した場合においても、同様の原理で絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。ここで、電力変換装置３の内部において漏電が発生している場合には、電力変換装置３の内部においても漏洩電流が流れるため、電流測定部２ｂを電力変換装置３の１次側に接続した場合と２次側に接続した場合とでは、測定される電流が異なる。したがって、実施の形態１では、電力変換装置３の内部で漏電が発生していない場合について適用することができる。また、電力変換装置３の内部で漏電が発生している場合については、実施の形態２で説明する。

また、絶縁抵抗測定装置２は、算出された絶縁抵抗Ｒ０Ｌを表示部２ｄに表示させることができる。表示部２ｄでは、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ以外にも、測定及び算出された各項目を表示することができる。さらに、絶縁抵抗Ｒ０Ｌに対して予め設定された閾値によって絶縁不良の判定を行う通報部２ｅを利用して、外部に通報することができる。

以上、交流電源１が、三相３線式Δ結線でＳ相接地されている交流電源１１の場合について、電圧測定部２ａで測定された交流電源１の電圧ｖ（ｔ）と電流測定部２ｂで測定された電流ｉ０（ｔ）から電力変換装置３の２次側の絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する方法について説明した。

次に、交流電源１が、単相２線式でＳ相接地されている交流電源１２である場合について説明する。
図１２に、単相２線式でＳ相が接地されている交流電源１２の場合の全体構成図を示す。交流電源１２と整流用ダイオード以外は、三相３線式Δ結線でＳ相接地されている交流電源１１の場合と同じ構成である。

図１３に、電力変換装置３に入力されるＲ相及びＳ相の対地電圧波形を示す。周波数ｆは６０Ｈｚ、実効値が２００Ｖとなる振幅となっている。図１４は、整流後の正側電圧と負側電圧の電圧波形である。

交流電源１が、単相２線式の交流電源１２の場合においても、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相へは、整流後の正側電圧と負側電圧を交互にオン、オフして電圧を出力する。したがって、三相３式Δ結線の場合と同様に、電力変換装置３の２次側の各相の対地電圧波形の包絡線は同一であり、各相の出力電圧の包絡線における周波数成分は同一となる。

また、三相３線式Δ結線の場合と同様に、上側と下側の包絡線は、５０％の確率でスイッチングが繰り返されている。そのため、スイッチング後の対地電圧波形は、上側の包絡線と下側の包絡線は５０％の確率で出力される。ここで上側の包絡線と下側の包絡線は、正側電圧及び負側電圧と同じであるため、スイッチング後の対地電圧波形には、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形の周波数成分が含まれている。

正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形は、Ｒ相の電圧ｖＲ（ｔ）を半分にした波形と同一であるため、単相２線式の交流電源１２の場合の２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、Ｒ相の電圧ｖＲ（ｔ）に１／２を乗じた波形となる。図１５に、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）の波形を示す。式（１２）に、交流電源１が、単相２線式の交流電源１２の場合の２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を示す。

以上のことから、電力変換装置３の２次側の各相における対地電圧波形の包絡線は一致しているため、単相２線式の交流電源１２の場合においても、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が、電力変換装置３の２次側の各相で一致する。

２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が、電力変換装置３の２次側の各相で一致することから、電源周波数ｆの基本周波数成分から見て電力変換装置３の２次側を単相２線式と見なすことができ、図１０と同様の等価回路モデルで表すことができる。したがって、交流電源１が、単相２線式の交流電源１２の場合においても、電圧測定部２ａで測定された交流電源１の電圧ｖ（ｔ）と電流測定部２ｂで測定された電流ｉ０（ｔ）を用いることで、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。算出方法は、三相３線式Δ結線の場合と同様である。

単相２線式の場合における絶縁抵抗算出部２ｃは、三相３線式Δ結線の場合と同様、図３の構成となる。ただし、交流電源１からの入力の違いにより、２次側基本電圧算出処理部２ｃ１の構成が異なる。その他の各部については、三相３線式Δ結線の場合と同様であり、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。

単相２線式の場合の２次側基本電圧算出処理部２ｃ１では、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、Ｒ相の電圧に１／２を乗じた電圧波形と同じであるため、例えば、Ｒ相の電圧ｖＲ（ｔ）に１／２を乗じて２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出する。

次に、交流電源１が、三相４線式で中性点接地されている交流電源１３である場合について説明する。
図１６に、三相４線式で中性点が接地されている交流電源１３の場合の全体構成図を示す。交流電源１３と整流用ダイオード以外は、三相３線式Δ結線でＳ相接地されている交流電源１１の場合と同じ構成である。

図１７に、電力変換装置３に入力されるＲ相、Ｓ相、Ｔ相及びＮ相の対地電圧波形を示す。周波数は６０Ｈｚ、実効値が２００Ｖとなる振幅となっている。図１８は、整流後の正側電圧と負側電圧の電圧波形である。

交流電源１が、三相４線式の交流電源１３の場合においてもＵ相、Ｖ相及びＷ相へは、整流後の正側電圧と負側電圧を交互にオン、オフして電圧を出力する。したがって、三相３線式Δ結線の場合と同様に、電力変換装置３の２次側の各相の対地電圧波形の包絡線は同一であり、各相の出力電圧の包絡線における周波数成分は同一となる。

また、三相３線式Δ結線の場合と同様に、上側と下側の包絡線は、５０％の確率でスイッチングが繰り返されている。そのため、スイッチング後の対地電圧波形は、上側の包絡線と下側の包絡線は、５０％の確率で出力される。ここで、上側の包絡線と下側の包絡線は正側電圧と負側電圧で同じであるため、スイッチング後の対地電圧波形には、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形の周波数成分が含まれている。

正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形の１周期は、交流電源１３の電源周波数ｆの１周期の１／３であることから、スイッチング後の対地電圧波形には、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分が含まれる。図１９は、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形から電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分を抽出した電圧波形である。三相４線式の場合における２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形から抽出した電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分となる。

以上のことから、電力変換装置３の２次側の各相における包絡線は一致しているため、三相４線式の交流電源１３の場合においても、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が、電力変換装置３の２次側の各相で一致する。

２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が電力変換装置３の２次側の各相で一致することから、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの成分から見て電力変換装置３の２次側を単相２線式と見なすことができ、図９と同様の等価回路モデルで表すことができる。したがって、交流電源１が、三相４線式の交流電源１３の場合においても、電圧測定部２ａで測定された交流電源１の電圧ｖ（ｔ）と電流測定部２ｂで測定された電流ｉ０（ｔ）を用いることで、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。算出方法は、三相３線式Δ結線の場合と同様である。

絶縁抵抗算出部２ｃは、三相３線式Δ結線の場合と同様、図３の構成となる。ただし、交流電源１３からの入力の違いにより、２次側基本電圧算出処理部２ｃ１の構成が異なる。また、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）の周波数が、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆになることから２次側基本電流算出処理部２ｃ２で算出する基本周波数成分も電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの周波数成分となる。その他の各部については、三相３線式Δ結線の場合と同様であり、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。

三相４線式の場合の２次側基本電圧算出処理部２ｃ１では、電力変換装置３の２次側における電源周波数ｆの３次調波成分３ｆを基本周波数とする２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出する。具体的な方法としては、例えば、次のような方法がある。交流電源１３から入力される電圧ｖ（ｔ）から正側電圧と負側電圧を生成し、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形から電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分を抽出する。電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分を抽出する方法は、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分のみを抽出する周波数特性を持ったフィルタを使用する方法や、ＦＦＴによって電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分のみを抽出する方法がある。

また、次のような方法によっても、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出することができる。２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形に対してフーリエ級数展開して得られた結果の電源周波数ｆの３次調波成分３ｆが基本周波数成分となる。入力されるＲ相の電圧ｖＲ（ｔ）を式（８）、Ｓ相の電圧ｖＳ（ｔ）及びＴ相の電圧ｖＴ（ｔ）を、式（１３）及び式（１４）として、正側電圧と負側電圧を平均した電圧波形に対してフーリエ級数展開し、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分を抽出すると式（１５）となる。ここで、Ｖは、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の電圧の実効値である。

式（１５）より、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）の周波数は、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆ、振幅は、測定されたＲ相（Ｓ相またはＴ相でも良い。）の電圧ｖＲ（ｔ）の−０．２０７（小数点以下、第４位を四捨五入した値である。）倍となっていることがわかる。これらのことより、測定されたＲ相（Ｓ相またはＴ相でも良い。）の周波数を３倍し、その周波数から正弦波を生成、Ｒ相（Ｓ相またはＴ相でも良い。）の振幅と−０．２０７を正弦波に乗じて２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出することができる。

三相４線式の場合、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）の周波数は、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分となるため、２次側基本電流算出処理部２ｃ２では、電流ｉ０（ｔ）から電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分を算出する。具体的には、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と同様に、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分のみを抽出する周波数特性を持ったフィルタや、フーリエ変換によって電流ｉ０（ｔ）から電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分を取得することができる。

したがって、本実施の形態では、交流電源が、三相３線式、単相２線式及び三相４線式に拘わらず、負荷に対して通電状態で、負荷を駆動する電力変換装置の２次側の対地絶縁抵抗を算出することができる。また、電力変換装置の１次側の電圧を測定することで、２次側の電圧を測定する場合よりも、電力変換装置のスイッチングノイズの影響を受けずに、正確にかつ容易に２次側の対地絶縁抵抗を算出することができる。

このように、実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置によれば、交流電源の電圧、及び交流電源の零相電流と電力変換装置の２次側の零相電流のいずれか一方を測定するという簡単な方法により、通電状態で２次側の対地絶縁抵抗を算出するようにしているので、簡素な装置構成で、電力変換装置のスイッチングノイズの影響を受けずに対地絶縁抵抗を測定する装置が得られるといった効果がある。

なお、上記実施の形態１の絶縁抵抗測定装置では、図１で示すように、電流測定部２ｂを電力変換装置３の１次側に設けているが、図２０の実施の形態１の他の実施態様の絶縁抵抗測定装置で示すように、電流測定部２ｂを電力変換装置３の２次側に設ける場合であってもよく、上記実施の形態１での説明と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図２１は、実施の形態２に係る絶縁抵抗測定装置が電気機器に適用された場合の基本構成図を示すものである。図２２は、実施の形態２に係る絶縁抵抗測定装置の構成を示すブロック図である。図２３は、実施の形態２の基本構成図において、電力変換装置の内部で漏電が発生した場合の等価回路モデルである。図２４は、実施の形態２において、２次側の絶縁抵抗を算出するフロー図である。実施の形態２に係る絶縁抵抗測定装置は、電力変換装置の内部で漏電が発生している場合の対地絶縁抵抗を算出するものである。

実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置との違いは、図２１に示すように、交流電源１の接地されていない、いずれか１相の負荷電流ｉｚ（ｔ）を測定する負荷電流測定部２ｆと、測定された負荷電流から負荷が駆動されているかどうかを判定する負荷駆動状態判定部２ｇと、が設けられ、その判定結果が絶縁抵抗算出部９ｃに送られ、判定された負荷駆動時と非駆動時のそれぞれの絶縁抵抗を算出し、これらの絶縁抵抗を用いて、電力変換装置の２次側の絶縁抵抗を算出するようにしたものである。実施の形態２の絶縁抵抗測定装置の他の構成、動作は、実施の形態１の絶縁抵抗測定装置の場合と同様であるので、説明を省略する。なお、ここでは、負荷電流測定部２ｆは、電力変換装置３の１次側に接続されている。

図２３は、電力変換装置３の内部で漏電が発生した場合の等価回路モデルである。整流後の正側の対地間に絶縁抵抗Ｒ０Ｓ１及び静電容量Ｃ０Ｓ１が接続され、負側には絶縁抵抗Ｒ０Ｓ２及び静電容量Ｃ０Ｓ２が接続されている。絶縁抵抗測定装置２３を用いることで、電力変換装置３の内部の対地間の絶縁抵抗Ｒ０Ｓ１と絶縁抵抗Ｒ０Ｓ２の並列の抵抗値である絶縁抵抗Ｒ０Ｓ及び、対地間の静電容量Ｃ０Ｓ１と静電容量Ｃ０Ｓ２の並列の容量値である静電容量Ｃ０Ｓを算出でき、電力変換装置３の２次側の絶縁抵抗値Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗの並列の抵抗値である絶縁抵抗Ｒ０Ｌと、静電容量値Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗの並列の容量値である静電容量Ｃ０Ｌを算出することができる。

図２１に示すように、電圧測定部２ａは、交流電源１の各相の電圧を測定する。電流測定部２ｂは、零相変流器２ｂａが全相を包括して接続され、接続された箇所以降の電流ｉ０（ｔ）を測定する。負荷電流測定部２ｆは、接地された相以外のいずれかの相に変流器２ｆａが接続され、電力変換装置３の２次側に接続された負荷７における負荷電流ｉｚ（ｔ）を測定する。負荷駆動状態判定部２ｇは、負荷電流測定部２ｆから出力された負荷電流ｉｚ（ｔ）が、一定値以上である場合には負荷７が駆動していると判定し、一定値以下である場合には駆動していないと判定する。判定された負荷駆動状態に応じて、絶縁抵抗算出処理部９ｃ５に負荷の駆動時の絶縁抵抗と非駆動時の絶縁抵抗をそれぞれ算出するよう指示を出す。絶縁抵抗算出処理部９ｃ５は、駆動時の絶縁抵抗Ｒ０‘と非駆動時の絶縁抵抗Ｒ０Ｓから２次側の絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する。なお、ここでは、変流器２ｆａによって負荷電流を測定して、負荷駆動状態を判定しているが、電力変換装置３や負荷７から駆動状態の情報を取得できる場合は、その情報を使用してもよい。また、負荷が駆動している場合、電力変換装置３内のインバータ回路５によるスイッチング制御が行われている。そのため、電流測定部２ｂにより測定された電流ｉ０（ｔ）からインバータ回路５におけるスッチング周波数成分を取得し、その電流成分から駆動状態を判定することもできる。スッチング周波数成分を取得する方法は、例えば、電流ｉ０（ｔ）をフーリエ変換することで取得することができる。

交流電源１が、三相３線式Δ結線でＳ相接地されている交流電源１１である場合について、絶縁抵抗Ｒ０Ｓ、静電容量Ｃ０Ｓ、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ及び静電容量Ｃ０Ｌを算出する原理について説明する。

三相３線式Δ結線の場合の整流後の正側電圧と負側電圧の波形は、図４に示されている。図４から、正側電圧と負側電圧はどちらの波形の１周期も電源周波数ｆの１周期と一致することが分かる。ここで、正側電圧と負側電圧をフーリエ変換して得た電源周波数ｆの基本周波数成分は一致する。図２５に、正側電圧における電源周波数ｆの基本周波数成分の波形、図２６に、負側電圧における電源周波数ｆの基本周波数成分の波形を示す。図２５の正側電圧、図２６の負側電圧のいずれにおいても、それぞれの電源周波数ｆの基本周波数成分が一致していることがわかる。なお、直流成分は、除去されている。

また、正側電圧と負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分は、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）とも一致することを説明する。２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、正側電圧と負側電圧の平均の電圧における電源周波数ｆの基本周波数成分である。言い換えると、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、正側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分と負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分の平均値である。ここで、正側電圧と負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分が等しいため、正側電圧と負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分は、平均しても同じ電圧となる。したがって、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、正側電圧と負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分の電圧と同じである。

正側電圧及び負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分と２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が一致することから、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）からみると電力変換装置３内の正側、負側及び電力変換装置３の２次側すべてを単相２線式と見なすことができる。図２７は、交流電源８を２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）として、電力変換装置３の内部及び電力変換装置３の２次側をみた等価回路モデルである。なお、正側電圧及び負側電圧には直流成分が含まれているが、零相変流器２ｂａでは、直流分は測定されないため考慮する必要はない。

負荷が駆動していない場合（直流から三相の交流に変換するインバータ回路５が動作していない場合）は、電力変換装置３の２次側に電流は流れないため、図２７において、対地の絶縁抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ及び静電容量Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗが接続されていない回路となる。したがって、負荷が駆動していない場合に、実施の形態１の算出方法と同様の方法を用いると、電力変換装置３内の対地の絶縁抵抗Ｒ０Ｓのみが算出されることがわかる。負荷が駆動している場合は、電力変換装置３内の絶縁抵抗Ｒ０Ｓと電力変換装置３の２次側の絶縁抵抗Ｒ０Ｌの並列値である絶縁抵抗Ｒ０‘が測定されることが分かる。電力変換装置３の２次側のみの絶縁抵抗Ｒ０Ｌは、算出された絶縁抵抗Ｒ０‘と絶縁抵抗Ｒ０Ｓから式（１６）を用いて算出することができる。

したがって、負荷の駆動状態を判定することで、負荷の駆動時には絶縁抵抗Ｒ０‘を、非駆動時には絶縁抵抗Ｒ０Ｓを算出することができ、その結果を用い、式（１６）で絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。

図２２は、実施の形態２に係る絶縁抵抗測定装置２３の構成を示すものである。絶縁抵抗算出部９ｃは、電圧測定部２ａで測定された交流電源１の電圧ｖ（ｔ）から２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）を算出する２次側基本電圧算出処理部９ｃ１と、電流測定部２ｂで測定された電流ｉ０（ｔ）から２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）を算出する２次側基本電流算出処理部９ｃ２と、２次側基本電圧算出処理部９ｃ１で算出された２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）のフェーザＰｖｆ（θ）を算出するフェーザ算出処理部９ｃ３と、２次側基本電流算出処理部９ｃ２で算出された２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）からフェーザＰｉ０ｆ（φ）を算出するフェーザ算出処理部９ｃ４と、フェーザ算出処理部９ｃ３で算出されたフェーザＰｖｆ（θ）及びフェーザ算出処理部９ｃ４で算出されたフェーザＰｉ０ｆ（φ）とにより絶縁抵抗を算出する絶縁抵抗算出処理部９ｃ５と、で構成され、実施の形態１の絶縁抵抗算出部２ｃと同じ構成となっている。しかし、絶縁抵抗算出部２ｃと異なる点は、絶縁抵抗算出処理部９ｃ５では、負荷電流測定部２ｆで測定された負荷電流ｉｚ（ｔ）により負荷の駆動状態を判定する負荷駆動状態判定部２ｇからの指令に基づき、負荷の駆動時の絶縁抵抗Ｒ０‘と非駆動時の絶縁抵抗Ｒ０Ｓを算出する。また、絶縁抵抗Ｒ０‘と絶縁抵抗Ｒ０Ｓを用いて、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する。なお、実施の形態１の絶縁抵抗算出処理部２ｃ５においても、非駆動時には絶縁抵抗Ｒ０Ｓを算出することが可能である。

次に、絶縁抵抗算出部９ｃで絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する処理手順を、図２２に示す絶縁抵抗測定装置２３の構成図と図２４に示すフロー図を用いて説明する。
まず、ステップ１（Ｓ０１）では、電圧測定部２ａで交流電源１の電圧ｖ（ｔ）を測定する。続いて、２次側基本電圧算出処理部９ｃ１において、電圧ｖ（ｔ）から２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が算出され、さらに、フェーザ算出処理部９ｃ３において、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）のフェーザＰｖｆ（θ）を算出する。これと並行して、電流測定部２ｂで電流ｉ０（ｔ）を測定する。続いて、２次側基本電流算出処理部９ｃ２において、電流ｉ０（ｔ）から２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）が算出され、さらに、フェーザ算出処理部９ｃ４において、２次側基本電流ｉ０ｆ（ｔ）のフェーザＰｉ０ｆ（φ）を算出する。

ステップ２（Ｓ０２）では、負荷駆動状態判定部２ｇにおいて、負荷電流測定部２ｆで測定された負荷電流ｉｚ（ｔ）に基づき、負荷が駆動しているかどうかを判定する。負荷が駆動していれば、ステップ３（Ｓ０３）に移行し、負荷が駆動していなければ、ステップ４（Ｓ０４）に移行する。

ステップ３（Ｓ０３）では、絶縁抵抗算出処理部９ｃ５において、フェーザＰｖｆ（θ）とフェーザＰｉ０ｆ（φ）から電力変換装置３の内部の絶縁抵抗Ｒ０Ｓと２次側の絶縁抵抗Ｒ０Ｌの並列抵抗値である絶縁抵抗Ｒ０‘を算出して、ステップ５（Ｓ０５）に移行する。

ステップ４（Ｓ０４）では、絶縁抵抗算出処理部９ｃ５において、フェーザＰｖｆ（θ）とフェーザＰｉ０ｆ（φ）から電力変換装置３の内部の絶縁抵抗Ｒ０Ｓのみを算出して、ステップ５（Ｓ０５）に移行する。

ステップ５（Ｓ０５）では、ステップ３（Ｓ０３）で算出された絶縁抵抗Ｒ０‘とステップ４（Ｓ０４）で算出された絶縁抵抗Ｒ０Ｓから式（１６）を用いて、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出する。絶縁抵抗Ｒ０Ｓのみを算出したい場合には、ステップ４（Ｓ０４）で取り出せばよい。

次に、交流電源１が、単相２線式でＳ相接地されている交流電源１２である場合について説明する。
単相２線式の場合の整流後の正側電圧と負側電圧の波形は、図１４に示した。図１４より、正側と負側どちらの波形の１周期も電源周波数ｆの１周期と一致することが分かる。ここで、正側電圧と負側電圧をフーリエ変換して得た電源周波数ｆの基本周波数成分は一致する。図２８、正側電圧における電源周波数ｆの基本周波数成分の波形、図２９に、負側電圧における電源周波数ｆの基本周波数成分の波形を示す。図２８の正側電圧と、図２９の負側電圧のいずれにおいても、それぞれの電源周波数ｆの基本周波数成分が一致していることがわかる。なお、直流成分は、除去されている。

単相２線式の場合においても、三相３線式Δ結線の場合と同様の理由で、正側電圧と負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分は、電力変換装置３の２次側における２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と一致している。

したがって、電源周波数ｆの基本周波数成分からみると電力変換装置３内の正側、負側及び電力変換装置３の２次側すべてを単相２線式と見なすことができ、図２７と同様の等価回路モデルで示すことができる。したがって、三相３線式Δ結線の場合と同様に負荷の駆動状態を判定することで、電力変換装置３内の絶縁抵抗Ｒ０Ｓ及び電力変換装置３の２次側の絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。

次に、交流電源１が、三相４線式で中性点接地されている交流電源１３である場合について説明する。
三相４線式の場合の整流後の正側電圧と負側電圧の波形は、図１８に示した。正側電圧と負側電圧をフーリエ変換すると、それぞれの電源周波数ｆの３次調波成分３ｆにおける基本周波数成分が一致する。図３０に、正側電圧における電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの波形を、図３１に、負側電圧における電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの波形を示す。なお、直流成分は除去されている。図３０の正側電圧と、図３１の負側電圧のいずれにおいても、それぞれの電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分が一致していることが分かる。

三相４線式の場合においても、三相３線式Δ結線の場合と同様の理由で、正側電圧と負側電圧の電源周波数ｆの３次調波成分３ｆは、電力変換装置３の２次側における電源周波数ｆの３次調波成分３ｆの基本周波数成分である２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と一致している。

しがたって、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆからみると電力変換装置３内の正側、負側及び電力変換装置３の２次側すべてを単相２線式と見なすことができ、図２７と同様の等価回路モデルで示すことができる。したがって、三相３線式Δ結線の場合と同様に負荷の駆動状態を判定することで、電力変換装置３内の絶縁抵抗Ｒ０Ｓ及び電力変換装置３の２次側の絶縁抵抗Ｒ０Ｌを測定することができる。

このように、実施の形態２に係る絶縁抵抗測定装置によれば、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、負荷の駆動状態を判定することで、電力変換装置内の絶縁抵抗を算出することができるとともに、電力変換装置の２次側の絶縁抵抗を算出できるという効果がある。

実施の形態３．
図３２は、実施の形態３に係る絶縁抵抗測定装置が電気機器に適用された場合の基本構成図を示すものである。実施の形態３に係る絶縁抵抗測定装置は、電力変換装置に複数の負荷が接続された構成において、各負荷における絶縁抵抗を算出するものである。

実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置との違いは、実施の形態３の絶縁抵抗測定装置２４では、一つの交流電源１と一つの電力変換装置３で複数の負荷７１，７２が駆動される場合で、複数の負荷７１，７２に対応して、電力変換装置３の２次側にそれぞれ設けられた電流測定部２ｂ１，２ｂ２と、電流測定部２ｂ１，２ｂ２を選択する電流選択部２ｈと、を備えたものである。実施の形態３の絶縁抵抗測定装置の他の構成、動作は、実施の形態１の絶縁抵抗測定装置の場合と同様であるので、説明を省略する。

電流測定部２ｂ１，２ｂ２は、零相変流器２ｂａ１，２ｂａ２が電力変換装置３の２次側に接続されている各負荷７１，７２の全相を包括して接続され、接続された箇所以降の電流ｉ０Ａ（ｔ），ｉ０Ｂ（ｔ）を測定する。例えば、一つの負荷７１に着目してみたとき、全体の構成は、実施の形態１と同じとなるため、実施の形態１と同様の方法で絶縁抵抗Ｒ０Ｌ１を測定することができる。複数の負荷が接続されている場合においても、各負荷７１，７２は、並列に接続されているため、電力変換装置３の２次側の電圧は、各負荷７１，７２で等しい。したがって、各負荷７１，７２において、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）が等しくなる。よって、電力変換装置３の１次側の電圧から生成された２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と各負荷７１，７２において測定された電流ｉ０Ａ（ｔ），ｉ０Ｂ（ｔ）を用いて、各負荷７１，７２における負荷側回路６１，６２の絶縁抵抗Ｒ０Ｌ１，Ｒ０Ｌ２を実施の形態１と同様の方法を用いて算出することができる。

電流選択部２ｈによって絶縁抵抗の算出対象となる負荷７１（または、７２）を選択し、選択された負荷７１（または、７２）において、電流測定部２ｂ１（または、２ｂ２）によって測定された電流ｉ０Ａ（ｔ）（または、ｉ０Ｂ（ｔ））を絶縁抵抗算出部２ｃに入力する。絶縁抵抗算出部２ｃ、表示部２ｄ及び通報部２ｅは、実施の形態１と同様の構成となる。

なお、交流電源１に対応している相線式は、実施の形態１の場合と同様、一相が接地された三相３線式、単相２線式及び三相４線式である。

図３２では、負荷が２つの例を示したが３つ以上接続される場合においても同様にそれぞれの負荷に対して電流ｉ０（ｔ）を測定し、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。

このように、実施の形態３に係る絶縁抵抗測定装置によれば、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、電力変換装置に複数の負荷が接続された場合においても、複数の負荷に対応した電力変換装置の２次側の絶縁抵抗を算出できるという効果がある。

実施の形態４．
図３３は、実施の形態４に係る絶縁抵抗測定装置が電気機器に適用された場合の基本構成図を示すものである。実施の形態４に係る絶縁抵抗測定装置は、複数の電力変換装置が接続された構成において、各電力変換装置の２次側における絶縁抵抗を算出するものである。

実施の形態１に係る絶縁抵抗測定装置との違いは、実施の形態４の絶縁抵抗測定装置２５では、一つの交流電源１で複数の電力変換装置３１，３２により、それぞれの負荷７１，７２が駆動される場合で、複数の電力変換装置３１，３２に対応して、電力変換装置３１，３２の１次側にそれぞれ設けられた電流測定部２ｂ１，２ｂ２と、電流測定部２ｂ１，２ｂ２を選択する電流選択部２ｈと、を備えたものである。実施の形態４の絶縁抵抗測定装置の他の構成、動作は、実施の形態１の絶縁抵抗測定装置の場合と同様であるので、説明を省略する。

電流測定部２ｂ１，２ｂ２は、零相変流器２ｂａ１，２ｂａ２が各電力変換装置３１，３２の１次側の全相を包括して接続され、接続された箇所以降の電流ｉ０Ａ（ｔ），ｉ０Ｂ（ｔ）を測定することができる。例えば、一つの電力変換装置３１に着目してみたとき、全体の構成は実施の形態１と同じとなるため、実施の形態１と同様の方法で絶縁抵抗Ｒ０Ｌ１を測定することができる。また、複数の負荷７１，７２が接続されている場合は、実施の形態３と同様の構成となるため、電流測定部２ｂ１，２ｂ２を各負荷７１，７２に接続することで、各負荷７１，７２における絶縁抵抗Ｒ０Ｌ１，Ｒ０Ｌ２を測定することができる。複数の電力変換装置３１，３２が接続された場合においても、各電力変換装置３１，３２に入力される交流電源１の電圧は等しいため、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）は、各電力変換装置３１，３２の２次側で等しくなる。したがって、電力変換装置３１，３２の１次側の電圧ｖ（ｔ）から算出された２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と各電力変換装置３１，３２において測定された電流ｉ０Ａ（ｔ），ｉ０Ｂ（ｔ）を用いて、各電力変換装置３１，３２における絶縁抵抗Ｒ０Ｌ１，Ｒ０Ｌ２を実施の形態１と同様の方法を用いて算出することができる。

実施の形態３と同様に、電流選択部２ｈによって絶縁抵抗の算出対象となる電力変換装置３１または３２を選択し、選択された電力変換装置３１または３２において、電流測定部２ｂ１，２ｂ２によって測定された電流ｉ０Ａ（ｔ），ｉ０Ｂ（ｔ）を絶縁抵抗算出部２ｃに出力する。絶縁抵抗算出部２ｃ、表示部２ｄ及び通報部２ｅは、実施の形態１と同様の構成となる。

図３３では、電力変換装置が２つの例を示したが３つ以上接続される場合においても同様にそれぞれの電力変換装置に対して電流ｉ０（ｔ）を測定し、絶縁抵抗Ｒ０Ｌを算出することができる。

なお、交流電源１に対応している相線式は、実施の形態１の場合と同様、一相が接地された三相３線式、単相２線式及び三相４線式である。

また、本実施の形態では、零相変流器２ｂａ１，２ｂａ２を各電力変換装置３１，３２の１次側に設けた構成で示したが、実施の形態１と同様に、零相変流器２ｂａ１，２ｂａ２を各電力変換装置３１，３２の２次側に設けても、絶縁抵抗Ｒ０Ｌ１，Ｒ０Ｌ２を実施の形態１と同様に算出することができる。

このように、実施の形態４に係る絶縁抵抗測定装置によれば、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、複数の電力変換装置にそれぞれ負荷が接続された場合においても、複数の電力変換装置の２次側の絶縁抵抗を算出できるという効果がある。

実施の形態５．
図３４は、実施の形態５に係る絶縁抵抗測定装置が電気機器に適用された場合の基本構成図を示すものである。実施の形態５に係る絶縁抵抗測定装置は、複数の電力変換装置が接続された構成において、電力変換装置内部で漏電が発生している場合の各電力変換装置内部の絶縁抵抗及び各電力変換装置の２次側における絶縁抵抗を算出するものである。

実施の形態４に係る絶縁抵抗測定装置との違いは、実施の形態５の絶縁抵抗測定装置２６では、一つの交流電源１で複数の電力変換装置３１，３２により、それぞれの負荷７１，７２が駆動される場合で、複数の電力変換装置３１，３２に対応して、電力変換装置３１，３２の１次側にそれぞれ設けられた電流測定部２ｂ１，２ｂ２と、電流測定部２ｂ１，２ｂ２を選択する電流選択部２ｈと、電力変換装置３１，３２の１次側にそれぞれ設けられた負荷電流測定部２ｆ１，２ｆ２と、測定された負荷電流ｉｚＡ（ｔ），ｉｚＢ（ｔ）から負荷が駆動されているかどうかを判定するとともに負荷電流測定部２ｆ１，２ｆ２を選択する負荷駆動状態判定部２ｇと、を備えたものである。実施の形態５の絶縁抵抗測定装置の他の構成、動作は、実施の形態４の絶縁抵抗測定装置の場合と同様であるので、説明を省略する。

例えば、一つの電力変換装置３１に着目してみたとき、実施の形態２と同様の構成となり、電力変換装置３１の内部の縁抵抗及び電力変換装置３１の２次側の絶縁抵抗を算出することができる。複数の電力変換装置３１，３２が接続された場合においても、各電力変換装置３１，３２に入力される交流電源１の電圧は等しいため、実施の形態２の場合と同様に、電力変換装置３１または３２の内部の正側電圧及び負側電圧の電源周波数ｆの基本周波数成分（交流電源１が、三相４線式の場合は、電源周波数ｆの３次調波成分３ｆ）が、２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と等しくなる。したがって、交流電源１において測定された電圧から生成された２次側基本電圧ｖｆ（ｔ）と各電力変換装置３１，３２において測定された電流ｉ０Ａ（ｔ），ｉ０Ｂ（ｔ）を用いて負荷７１，７２の駆動状態によって、各電力変換装置３１，３２の内部の絶縁抵抗Ｒ０ＳＡ，Ｒ０ＳＢ及び各電力変換装置３１，３２の２次側の絶縁抵抗Ｒ０Ｌ１，Ｒ０Ｌ２を実施の形態２と同様の方法を用いて算出することができる。

実施の形態４の場合と同様に、絶縁抵抗の算出対象を電流選択部２ｈによって選択し、選択された電流ｉ０（ｔ）を絶縁抵抗算出部２ｃに出力する。また、負荷駆動状態判定部２ｇによって、絶縁抵抗の算出対象の負荷７１または７２の負荷駆動状態を絶縁抵抗算出部２ｃに出力する。絶縁抵抗算出部２ｃ、表示部２ｄ及び通報部２ｅは、実施の形態２と同様の構成となる。

このように、実施の形態５に係る絶縁抵抗測定装置によれば、実施の形態２及び４と同様の効果を有するとともに、複数の電力変換装置にそれぞれ負荷が接続された場合においても、負荷の駆動状態を判定することで、複数の電力変換装置内部の絶縁抵抗及び電力変換装置の２次側の絶縁抵抗を算出できるという効果がある。

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１，１１，１２，１３ 交流電源、２，２１，２２，２３，２４，２５，２６ 絶縁抵抗測定装置、２ａ 電圧測定部、２ｂ，２ｂ１，２ｂ２ 電流測定部、２ｂａ，２ｂａ１，２ｂａ２ 零相変流器、２ｃ，９ｃ 絶縁抵抗算出部、２ｄ 表示部、２ｅ 通報部、２ｆ，２ｆ１，２ｆ２ 負荷電流測定部、２ｆａ，２ｆａ１，２ｆａ２ 変流器、２ｇ 負荷駆動状態判定部、２ｈ 電流選択部、２ｃ１，９ｃ１ ２次側基本電圧算出処理部、２ｃ２，９ｃ２ ２次側基本電流算出処理部、２ｃ３，２ｃ４，９ｃ３，９ｃ４ フェーザ算出処理部、２ｃ５，９ｃ５ 絶縁抵抗算出処理部、３，３１，３２ 電力変換装置、４，４１，４２ 整流回路、５，５１，５２ インバータ回路、６，６１，６２ 負荷側回路、７，７１，７２ 負荷、８ 交流電源。

Claims (8)

1. 負荷に交流電力を出力する電力変換装置に接続された交流電源の各相の対地電圧を測定する電圧測定部と、
   前記交流電源の零相電流と前記電力変換装置の２次側の零相電流のいずれか一方を測定する電流測定部と、
   前記電力変換装置により前記各相の対地電圧が全波整流され、前記全波整流された後の最低次の周波数成分を基本周波数成分とする基本電圧を算出する基本電圧算出処理部と、
   前記零相電流から前記基本周波数成分とする基本電流を算出する基本電流算出処理部と、
   前記基本電圧と前記基本電流とから前記電力変換装置の２次側における絶縁抵抗を算出する絶縁抵抗算出部と、を備えたことを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
2. 前記交流電源は、いずれか１相が接地された三相３線式あるいは単相２線式であって、前記基本電圧は、前記交流電源の周波数を基本周波数成分とするものであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁抵抗測定装置。
3. 前記交流電源は、中性点が接地された三相４線式であって、前記基本電圧は、前記交流電源の周波数の３倍を基本周波数成分とするものであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁抵抗測定装置。
4. 前記交流電源の接地されていない、いずれか１相の負荷電流を測定する負荷電流測定部と、前記負荷電流から前記負荷の駆動状態を判定する負荷駆動状態判定部と、を備え、前記負荷駆動状態判定部からの指令により前記負荷の駆動時と非駆動時の前記零相電流を測定して、前記絶縁抵抗を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。
5. 前記電力変換装置に接続された前記負荷が複数である場合に、前記電力変換装置の２次側の零相電流を測定する複数の前記電流測定部と、前記複数の電流測定部のいずれかの電流を選択する電流選択部を備え、複数の前記絶縁抵抗を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。
6. 前記電力変換装置が複数であり、前記電力変換装置のそれぞれに前記負荷が接続されている場合に、前記複数の電力変換装置に対応した前記交流電源の零相電流又は前記複数の電力変換装置の２次側の零相電流を測定する複数の前記電流測定部と、前記複数の電流測定部のいずれか１つの電流を選択する電流選択部と、を備え、複数の前記絶縁抵抗を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。
7. 前記電力変換装置が複数であり、前記電力変換装置のそれぞれに前記負荷が接続されている場合に、前記複数の電力変換装置に対応した前記交流電源の零相電流を測定する複数の前記電流測定部と、前記複数の電流測定部のいずれかの電流を選択する電流選択部と、前記複数の電力変換装置に対応した前記交流電源の接地されていない、いずれか１相の負荷電流を測定する複数の負荷電流測定部と、前記複数の負荷電流から前記複数の負荷の駆動状態を判定する負荷駆動状態判定部と、を備え、前記負荷駆動状態判定部からの指令により前記複数の負荷の駆動時と非駆動時の前記零相電流を測定して、複数の前記絶縁抵抗を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。
8. 前記絶縁抵抗の結果を表示する表示部及び前記絶縁抵抗の結果に基づき外部に通報する通報部の少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。

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