WO1982004164A1 - Unite de controle de la tension d'arbre d'une machine electrique rotative - Google Patents

Description

明 细細

発 明 の 名 称

Ξ 菱鼋接株式会社

技術分野

本発明 は 、 例 え ば ブ ラ シ レ ス 同期機等 の 回 転電 機 の 軸電 圧上 に現 わ れ る 異常現象 を 検出 す る 回 転 電機 の監視装置 に 関 す る も の で あ る 。

背景技術

同期機 は磁束 や 起磁力 の ア ン バ ラ ン ス ， タ ー ビ ン の 流体 に よ る 電 荷 の 蓄積又 は コ ィ ル の 接 地等 に よ り 、 回 転軸 上 に 数 ボ ル 卜 〜 1 0数 ボ ル 卜 の 電圧が 生 じ る 。 こ の 軸電圧 は 、 軸受 の 軸 膜を 破壊 し 軸 電 流 を流 す た め 、 軸 受が損傷 す る 。 軸電圧 は 交流分 と 直流分が含 ま れ 、 交流 分 と し て は 同 期機基本周 波数 （ 1 次 ： 5 0¾又は 6 0¾ ， 同 期機 3 次調波

( 1 5 0 ¥¾又は 1 S 0 ¾ を 有 し て い る 。

励磁装置 が ブ ラ シ レ ス 方式 の 場合交 流励 磁機 の 電 源周 波数 が交流分 と し て 表わ れ 、 又 、 サ イ リ ス タ 方式 の 場 合同 期 機 と 同 一周波 数が表 わ れ る 。

従来 、 こ の種同 期機 の軸 電圧 を監視 す る 手段 と し て は 、 軸 に ブ ラ シ を 接触 さ せ軸 と ア ー ス 間 の 雷

O PI 圧 を 計測 す る 手段 が知 ら れ て い る 。 ブ ラ シ レ ス タ

— ビ ン 発電機 を 例 に と る と 、 通常 、 タ ー ビ ン 側 に ア ー ス フ シ を 設 け る と 共 に 、 反 タ ー ビ ン側 の ブ ラ シ レ ス 励磁機 の軸 、 も し く は ブ ラ シ レ ス 励 磁機 側 タ ー ビ ン発 電機 の軸 に別 の ブ ラ シ を接触 さ せ て、 そ の ブ .ラ シ を 抵抗回 路 を通 し ア ー ス に接続す る こ と に よ り 、 抵抗 回路雨端 間 の 電圧値 を 検 出 し て 軸 電圧値の 異常 を 監視す る よ う に し た も の で あ っ た, し か し な が ら 、 こ の よ う な監視装置 に お い て は. 抵抗 回路が短絡 し た り 、 ま た は ブ ラ シ が軸 に非接 触状態 と な っ た 時 に は軸 電圧 を検 出す る こ と が で き な く なっ て 、 ブ ラ シ レ ス 同期機 の監視装置 と し て 信頼性の 低い の と なつ て

尧 明の 開

回 ¾子軸 の 少 く と も 2 点閭 に お け る 電圧信号 を 得 る 検出 器 と 、 回 転子軸 と ア ー ス 間 の 電圧信号 を 得 る 他の検 出器 と 、 回転電機 の界磁側 の 搆成体 の 電気信号 を 検出 す る 検 岀 器 と 、 こ れ ら 挨出 器の 検 出信号 に基 い て ¾電圧 の 電 圧値及 び周波数値 の 異 常時に異常.信号 を 発す る 異 常挨出 器 を 備 え た の で. 軸電 圧 の監視が確実 に 行い 得 、 異常現象の原 因や

ΟΓΛΡΙ 位置 を 判別 し 得 る 回 転 電機 の監視装置 を 得 る こ と が で き る 。

図 面 の簡単 な 説明

第 1 図 は こ の 発明 に よ る 回 転電機 の監視装置 を 適用 す る ブ ラ シ レ ス 同期機 の 構成 図 、 第 2 図 は こ の 発 明 を 示 す搆成図 、 第 ³ 図 第 ⁴ 図は こ の 発 明 の 他 の 実施例 を示 す構成図 で あ る 。

発明 を 実施す る た め の最良 の形態

第 1 図 は本発 明 に適用 す る ブ ラ シ レ ス 同期機 の 構成 を示 す も の で 、 図 に お い て 、 （1) は 電機子 （²) と 界磁 （3) を 有 す る 同 期機で 、 こ の 同期機 （1) の 回 転子 軸 （4) に は 、 交流 励磁機 （5)及 び副 励磁機 （6) の 回転子 が直結 さ れて 一体構成 と な っ て い る 。 ま た ） ， (8) は 上記交流励磁機 （⁵) の界磁 と 電機子で あ り 、 （9) , . ^ は 上記副 励 磁機（6) の界磁 と 電機子 を 示 し て お り、 上 記交流励磁機 ） の界磁 （⁷)へ の界磁電流 は 、 副 励 磁機 （⁶) の 電機子 に接続 さ れ た 自 動 電圧調整装置 AVR (U) に よ っ て調整 さ れ る よ う 構成 さ れ 、 そ し て 同 期機（1) の界磁 （3) への 電流 は 、 上記交流励磁機（5) の 電機子 （⁸) の 出 力端 に接続 さ れ た 回 転整流 装置 を介 し て供給 さ れ る よ う 構成 さ れ て い る し か し て 、 第 2 図 は 上記搆成で な る ブ ラ シ レ ス 同期機の軸電 圧 を監 視す る 具体 的実施例 を示 し 、 こ の ブ ラ シ レ ス （1) の 回 転子軸 （⁴) は 、 タ ー ビ ン 等 の 駆動軸 と 直結 さ れ る 一端が検出 用 ス リ ッ プ リ ン グ

( 13 a ) , 及 び こ の ス リ ッ プ リ ン グ （ 13 a〕 に接触す る 検出 用 ブ ラ シ （14a ) を 介 し て接地 さ れ 、 他端 が 検出 用 ス リ ッ プ リ ン グ （ 13b：) 、 検出 用 ブ ラ シ（14b) 及 び抵抗回 路 ^ を介 し て接地 さ れ て お り 、 回転子 軸 （⁴) の 2 点 間 に発生 す る 軸電 圧が軸電圧検出 器 ^ に よ り 検出 さ れ る 。 な お ブ ラ シ （ 1⁴ a ) は 通常 使用 す る ア ー ス ブ ラ シ （ 蓄積電荷 に よ る 高電圧や サ イ リ ス タ 方 式の 3 次調波過電圧 を防止す る た め 軸電 圧 を ア ー ス 電位 に流 し て い る ) を利用 し て も よ い 。 ま た 、 上記抵抗 回路 ^ の雨篛 閭 の 電 圧を 検 出 す る 抵抗回路両罈 閭電圧検出 器 ': Lつが設 け ら れて お り 、 さ ら に交流勸磁機 ） の界磁（⁷) の一饍 に接練 さ れ た 電流 シ ャ ン ト ^ の両端 間 電 圧 を 検 出 す る 電流 シ ャ ン 卜 両端間 電圧検出 器 ^ が設 け ら れて い て 、 こ れ ら 電圧検出器 ' ， ¾ , な 9 の 検出 信号 に基 い て 電圧比較 回路 ^及 び周波数比較 回路 ^ に よ り 回転 子軸 ω の 二点間 に お け る 電圧信号 の 電圧値及 び 周

OMPI 波数値 を 比較 し て 異 常時 に は 異 常検 出 回 路 ^ に よ つ て 異 常信号 を 発す る よ ぅ 搆成 さ れ て い る 。

し た が っ て 、 検 出 器 ^ , ^ の ¾圧 信号量及 び電 圧周 波 数比較 に よ っ て 、 つ ま り ア ー ス ブ ラ シ の 接 触不良が生 じ 、 軸 と ア ー ス ブ ラ シ と の接 触カ で き ず過大 な軸 電圧が発生 し た 場 合 、 電圧検出器 の 検出 電圧 Vi を整流 し 全 電圧平均値 に す る か 、 又 は 検 出 電圧 Vi を 微分 し て交流 電圧値 に 直 し 、 そ れ ら の 電圧 値が基 準値 よ り 大 き か 5 か を 比較 し 、 大 き い場 合異常 と み な す の で あ る 。 ま た 、 絶縁が破壊 し コ ィ ル ど 軸 と が接触 し 口 一 タ 回路 が接地 し た 場 合、 電圧 検 出 器な$ ατ) の 検 出 電 圧 v₂ ¼ が設定値以 内 か ど う か 、 ま た そ の 検 出 電 圧 を 波形 サ ン プ リ ン グ し 記憶 さ せ な 力 ら フ 一 リ ュ 解折 を 経て 、 周 波数成 分演算 し 、 電圧 v₂ 中 の 周波数成分 を 見付 け 、 あ る い は 電圧 の励磁装置 の 一次三 次 成分 の割 合 を見 出 し 、 励磁 装置の 周 波数 成分が一定以 上 の 値 で含 ま れ る か で異 常 を 判別 す る 。

さ ら に 同期機巻線局 部短絡 し 、 磁束起磁力 に ァ ン バ ラ ン ス が生 じ た 場合 、 電圧検 出器 ^ な 7) の検 出 電圧 V₂ , Vi に 同期機 の 一次 ， 三次 周 波数成分 の 割

( OMPI 合 を 検出 し 、 一定割 合以上 そ れ ら の 成分が含 ま れ て いれば異常 と 判断す る 。 監視計器 の精 度や信頼 性 を 向 上 さ せ る ば か り で な く 軸 電圧 の異常の 原因 や位置等 の判 別 に も 使用 さ れ る 。 さ ら に 、 軸電圧 の異常が負荷量 に影響 さ れ る 場合 も あ り 、 交流励 磁機 （⁵) の界磁電流量 を 電流 シ ャ ン ト ^ で 検出 し 、 検出 器 ^ の 検出 信号 を デ ー タ と し て加え る こ と に よ り 例 え ば ブ ラ シ の接触不良等 を ェ ッ ク で き 、 特 に そ の 過渡 的 な変化分 を と ら え る こ と も 有効 な 監視法 と な る 。 ま た 異常 に高 い高周波 信号を 監視 す る こ と に よ り 界磁導体 の部分破断 の よ う な異 常 も 検出 で き る 。

次 に本発明 の 池 の 実施例 を 第 3 図'に基 いて説明 す る と 、 図 に お い て 、 （103 ) , (203 ) は 回 電機の 固定子 と 回転子 を 示 し 、 軸 受 （303a) , (303b)で支 え ら れ た 回転子軸 （⁴) を 有す る 回転電機 は 、 'ス リ ッ プ リ ン グ （ 30 3 )か ら 励磁の 供給 を 受 け反 ス リ ッ プ側 の 図 示 し な い原動襪 で駆動 さ れ る こ と に よ り 、 界 磁が 回転 し 固定子 （ 103 )で あ る 電機子で発電が可 能 と な る 。 な お ¾磁 は サ イ リ ス タ を 使用 し た 図示 し な い 励磁装置 か ら 界磁ブ ラ シ （ 603 ) を 通 し て ス リ ツ プ リ ン グ （⁴) に 電 源 供 給 さ れ る 。

し 力 し て 、 （703a) , (703b)は ア ー ス ブ ラ シ を 示 し、 ァ ー ス ブ ラ シ （703a;) を 回 転 子軸 （⁴) に 接 触 さ せ る こ と に よ り 、 例 え ば サ イ リ ス タ 劻 磁装 置 の リ ッ プ ル 分 に よ り 生 ず る 軸 電 圧 を ァ 一 ス に お と し 、 軸 受 に 挿 入 し て あ る 軸 絶 縁 を 破壊 す る よ う な 過 電 圧 を 加 え る こ と の な い よ う 保護 し て い る 。 し カ し な 力 ら、 も し ア ー ス ブ ラ シ （703a) 力；摩 耗 に よ り す り 減 り ブ ラ シ が軸 に 接触 し な い 場 合 に 、 と く に 軸 絶 縁 が な い 場 合 に は 大 き な 問 題 と な る 。 さ ち に 回 転 子（203) の 界磁 コ イ ル の 絶縁 が 破 れ た り 、 固定子 （ 103 )側 の導 体 に 異 常 が あ る と 、 軸 が 電 位 を も っ た り 磁 束 の ア ン バ ラ ン ス に よ り 軸電 圧 が生 じ る 。 こ の 場 合 に 対処 し て 回 転子軸 （⁴) の 両 端 に 設 け ら れ た ア ー ス ブ ラ シ （7033)，（703b)を 介 し て 電 圧検 出 器 ^ に よ つ て 電 圧 が検 出 さ れ る よ う 構成 さ れ て い る 。 ま た 界 磁 回 路 の 両端 か ら 界 磁 電 圧 を 検 出 す る 電 圧検 出 器 ^ が設 け ら れ て い る 。 こ の 場 合 、 こ の 検 出 器か ら 検 出 さ れ る 界 磁 電 圧 の リ ッ プ ル分 は 図 示 し な い サ イ リ ス タ 励 磁 装置 の 出 力 周 波 数 で き め ら れ 、 か つ そ の 大 き さ も そ の 励 磁量 の 量 に 比 例'す る も の と な る o

さ ら に 図 に お い て ス リ ッ プ リ ン グ （ 5 0 3 )側 の軸 端 に 設 け ら れ た ブ ラ シ （70 3b )は抵抗 回路 0$ を 介 し て接地 さ れ て お り 、 抵抗回路 の両端 電圧が電 圧 検出器 0¾ に よ っ て 検出 さ れ る よ う 構成 さ れて い る < そ し て 各検 出 器 ^ , ^ , ^ の検 出信号 は 周 波数比 較回路 ^及 び 電圧比較 回路 ^ に Λ力 さ れ周波数比 較 II 路 ^ は そ れ ら 検出信号 に 基い て 図示 し な い励 磁装置 の リ ッ プ ル 周 波数 と 回転電檨 出-力 周波数 と そ の 3 倍周 波数 と 分 け て比較 し 、 他方電 圧比較 回 路 ¾ は ビ ー ク 値 と 直流量で比較 し 、 そ の結果軸電 圧の異 常時 に異常検出 回路 を 動作 さ せ て異常信 号 を発す る よ う 構成 さ れて い る 。

し た がっ て 上記構成 に お い て 、 例 え ば検出 器（□) で軸電圧 Ο 大 き さ が得 ら れ る が、 検出 器 ^ と の 直 流分 に よ る 比較 に よ り 検 出の 精度や信頼性が大幅 に 向上で き る 。 ま た 検出 器 ^ に よ る リ ッ プ ル分周 波数 と 検 S 器 ^ , W の 同一周波数 を 連 ^的 に比較 し て い ずれ 力 の 変化 を磋認 す る こ と に よ り 、 装置 の 信賴性 O確認が行い 得て検 出 器 ₃ © と の 同一 周波数 の比較 に よ り 検 ffi.の 精 度や 信賴倥 を 大幅 に

0MP1 向 上 で き る 。 さ ら に 各周 波数 や直流 値 の 比較 に よ り 接地位置 の み な ら ず 、 例 え ば 固定子 （ 103 ) や 回 転子 （ 203 ) の巻線短絡等 に よ る 磁束 の異常状 態を 軸電圧で と， ら れ判別 デ ー タ と し て用 い早期 に 卜 ラ ブ ル を 発見 す る こ と 力； で き る 。 な お 上記実施例 で は検出 器 ^ は 界磁電 圧 の リ ッ プ ル分 を 検 出 し て い る が 、 こ れ に 代 え て界磁電流 を 検 出 す る よ う に し て も よ く 、 ま た そ の 両者 を 検 出 す る よ う に し て も よ い 。 た だ し そ の場合 に 、 周 波 数 の 比較 と し て は、 回 転電機 の 出 力周波数 や そ の 3 倍周波 数で 行 な い、 界磁電流 は装置 の チ エ ツ ク ゃ 軸電 圧現 象 の安定 に 用 い ら れ る 。

第 4 図 は第 1 図 の ブ ラ シ レ ス 同 期機 の軸 電 圧 を 監視 す る 他 の実施例 を 示 し 、 こ の ブ ラ シ レ ス 同期 機（1) の 回 子軸（⁴) は 、 タ ー ビ ン等 の駆動軸 と 直 結 さ れ る 一瑞 が検 出用 ス リ ッ プ リ ン グ （ 13 a ) 、 及 び こ の ス リ ッ プ リ ン グ （ 13 a ) に 接蝕 す る 検 出 用 フ シ （ 14a ) を 介 し て接地 さ れ 、 他端 が検出 用 ス リ ッ プ リ ン グ （ 13 b ) 、 検出 用 ブ ラ シ （ 14 b：) 、 及 び抵抗 回路 ^ を 介 し て 接地 さ れ て お り 、 回転孑 軸 （4) の 2 点 間 に発生 す る 軸 電 圧が軸 電圧検 出 器 ^ に よ り 検

O PI

. - WIPO 出 さ れ る な お ブ ラ シ （ 14 a ) は 通常 使用 す る ァ ー ス フ シ を 利用 し て も よ い ま た 、 上記抵 抗回路

^ の雨端 間 の 電圧 を検 出 す る 抵抗回路雨端 間 電圧 検出 器 ^ 力 ί設 け ら れ て お り 、 さ ら に 回転子軸（⁴) 上 に と は 絶縁 さ れ て設 け ら れ た 計測用 ス リ ッ プ リ ン グ （ 184 ) と こ の ス リ ッ プ リ ン グ （ 184 ) に接触す る 検出 用 ブ ラ シ （ 194 ) を設 け交流励磁機 （S) の中 性 点 と 上記ス リ ツ プ リ ン グ （ 184 ) と を リ ド 線 ^ で 結 び検出 用 ブ ラ シ （14b ) , 〔 1^{9 4} ) を 介 し て 交流励 磁機 （5) の二 次巻線中 性点 と ア ー ス 間 の 電圧 を 電 圧 検出 器 （214 ) に よ っ て検 出 し て い る 。 そ し て さ ら に こ れ ら 電圧検 出 器 ^ ， (D ,. ( 214 ) の 検出信号 は 電圧比較 回路 ^ に よ り ピ ー ク 値 と 直流量 と で比較 さ れ 、 異常時 に異常検出 回路 ^ に よ っ て異常信号 が発 せ ら れ る よ う 構成 さ れ 、 他方周 波数比較 回 路 ^ に よ り 交流励磁機 ） の 出力 周 波数 の 3 倍周 波 数 と 同期機（1) の 出力 周 波数 と そ の 3 倍周 波数 と に分 け ら れ て 比較 さ れ 、 異常時 に異常検 出 回 路 こ よ つ て異常信号が発せ ら れ る よ ぅ 搆成 さ れ て い る 。

し たがっ て 第 ² 図構成 に お い て 、 検出器 に よ り 軸電圧 の 大 き さ が検 出 さ れ 検出 器 ^ と の 交流分

, OMPI 及 び直流分 に よ る 比較 で検 出 精 度 や信頼性 を 大幅 に 向 上 さ せ る こ と カ' で き る.。 ま た 検出 器 ^) に よ る 交流励磁機 （⁵) の 3 倍周波数が大 幅に 減少 す る こ と を 確認 し て接地 の確認が行 な い得 る と 共 に 検出 器 , ^ の検 出信号の 同一周波数 の比較 に よ り 検 出 の精 度及び信頼性 を 向 上 さ せ る こ と が で き る 。 さ ら に各周 波数 や直流値信号量 の比較 に よ り 接地 位 置 の み な ら ず 、 例え ば 固定子 や 回転子巻線 の短絡 な ど に よ る 磁束 の 異常状態 を 軸電 圧で と ら ぇ 早期 に 卜 ブ ル を 発見 す る こ と 力； で き る

OMPI

Claims

請 求 の 範 囲

(1) 回 転子軸 の 一端 に検 出 用 ア ー ス ブ ラ シ を 設 け る と 共 に 、 他端 に抵抗回路 を 介 し て他 の検出 用 ァ シ

ス ブ し て サ イ リ ス タ 励磁装置か ら の 電源供給 を 受 け る 回 転界磁形 の 回 転電機 に おい て 、 上記抵抗回路の両 端間 電圧 を 検出 る 検出器 と 、 上記両 ア ー ス ブ ラ シ間 の電 圧 を 検出 す る 検出 器 と 、 上記 回転電機 の 界磁側 の構成体 の 電 気信号 を 検出 す る 検 出 器 と 、 上記各検 出 器の 検 出信号 に基 い て軸電圧 の 電圧値 及 び周波数値 の異常時 に異常信号 を 発す る 異常検 岀 手段 を 備 え た 事 を 特徵 と す る 面転電機 の監視装 介

(²) 回転 電機 の界磁側 の 構成体の 電気信号 を検出 す る 検 出 器 は 、 回転電機 の界磁信号 を 検出 す る 請 求の 範囲 第 1 項記載 の 回転電機 の監視装置 。

(³) 回転電機 の 界磁側 の搆成体 の電気信号 を 検出 す る 検 出 器は 、 サ イ リ ス タ 励磁装置の 界磁電流 を 検出 す る 請求の範囲第 1 項記載 の 回転電機 の監視

(⁴) 回転電機の界磁側 の 搆成体の電 気信号 を 検出

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