JP2009145205A - Partial discharge inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ等の巻き線を利用した機器の不良品を検出する装置に関するものであり、特に、巻き線を利用した機器の固定子の部分放電試験による絶縁不良を検査する部分放電検査装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for detecting a defective product of a device using windings such as a motor, and more particularly to a partial discharge inspection device for inspecting an insulation failure by a partial discharge test of a stator of a device using windings. It is about.
モータ等の巻き線を利用した機器で発生した部分放電信号を検出する手段の一つとして、例えば特許文献1に記載された方法を説明する。図10は特許文献1で示された、モータの検査装置並びに検査方法を示す図である。ここでは、電圧制御部46からの信号で高電圧電源45が電圧をコイル42、43、44に印加する。この時発生する部分放電による信号をアンテナ47および電流センサー49で検出する。各検出信号は絶縁試験装置63へ出力される。絶縁試験装置63では、前記検出信号の波形をFFT解析部50a、50bで解析の後、ノイズ判定部61でモータが健全であるかどうかの判定を行い、判定結果を表示部62に表示する。その際、アンテナ47および電流センサー49で受信した信号のいずれもが、基準値より大きい場合に不合格と判定する。
For example, a method described in
上記特許文献1の方法では、電圧制御部46と高電圧電源45とからなる高電圧発生部、アンテナ47、電流センサー49及びそれに続き検出信号の解析・判定を行う絶縁試験装置63との間の細部の連携機能が提示されていない。つまり、ノイズ判定部61は、正規の検出信号のみでなく不要に受信した信号をも解析・判定する状態にある。
In the method disclosed in
この場合、高電圧電源45が印加開始する時に発生するスイッチングノイズ、あるいは試験のための高電圧が印加される前の何らかの外来ノイズがアンテナ47、電流センサー49に入力された場合も、誤って放電ありと判断し、不良品と判定してしまうという問題点があった。
In this case, even when switching noise generated when the high-voltage power supply 45 starts application or some external noise before application of a high voltage for testing is input to the
請求項1に係る部分放電検査装置は、被試験品に高電圧のインパルス信号を印加するインパルス発生部と、前記インパルス信号の印加により前記被試験品内の放電により発生する電磁波信号を受信するアンテナと、前記電磁波信号を前記インパルス信号の印加に同期させて後段に出力するゲート回路と、このゲート回路から出力された電磁波信号を検波する検波器と、この検波信号の大きさに基づき被試験品の合否を判断する信号処理部とを備えたことを特徴とするものである。
A partial discharge inspection apparatus according to
また、請求項2に係る部分放電検査装置は、前記ゲート回路に送られるインパルス信号と同期した信号が、インパルス信号の印加開始から一定の遅延時間の後に前記ゲート回路に送られることを特徴とするものである。
The partial discharge inspection apparatus according to
また、請求項3に係る部分放電検査装置は、被試験品に高電圧のインパルス信号を印加するインパルス発生部と、前記インパルス信号の印加により前記被試験品内の放電により発生する電磁波信号を受信するアンテナと、前記電磁波信号を前記インパルス電圧が所定の電圧値を越えたときに後段に出力するゲート回路と、このゲート回路から出力された電磁波信号を検波する検波器と、この検波信号の大きさに基づき被試験品の合否を判断する信号処理部とを備えたことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a partial discharge inspection apparatus for receiving an impulse generator for applying a high voltage impulse signal to a device under test and an electromagnetic wave signal generated by a discharge in the device under test by applying the impulse signal. An antenna that outputs the electromagnetic wave signal to a subsequent stage when the impulse voltage exceeds a predetermined voltage value, a detector that detects the electromagnetic wave signal output from the gate circuit, and a magnitude of the detection signal And a signal processing unit for determining whether the product under test is acceptable or not.
また、請求項4に係る部分放電検査装置は、被試験品に高電圧のインパルス信号を印加するインパルス発生部と、前記インパルス信号の印加により前記被試験品内の放電により発生する電磁波信号を受信するアンテナと、前記電磁波信号を増幅する低雑音増幅器と、前記インパルス信号の印加に同期させて前記低雑音増幅器へ電源を供給するスイッチ回路と、前記増幅器から出力された電磁波信号を検波する検波器と、この検波信号の大きさに基づき被試験品の合否を判断する信号処理部とを備えたことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a partial discharge inspection apparatus that receives an impulse generator that applies a high-voltage impulse signal to a device under test, and an electromagnetic wave signal that is generated by a discharge within the device under test due to the application of the impulse signal. Antenna, a low noise amplifier that amplifies the electromagnetic wave signal, a switch circuit that supplies power to the low noise amplifier in synchronization with the application of the impulse signal, and a detector that detects the electromagnetic wave signal output from the amplifier And a signal processing unit that determines the pass / fail of the product under test based on the magnitude of the detection signal.
以上のようにこの発明の部分放電検査装置によれば、スイッチングノイズと部分放電による電磁波信号を区別することができ、誤った判断をなくすことができるため、信頼性が向上するという効果を奏する。また、過大な外来ノイズに対して、検出器内部の素子を保護することが可能となり、信頼性が向上するという効果を奏する。 As described above, according to the partial discharge inspection apparatus of the present invention, switching noise and electromagnetic wave signals due to partial discharge can be distinguished, and erroneous determination can be eliminated, so that the reliability is improved. Moreover, it becomes possible to protect the elements inside the detector against excessive external noise, and the reliability is improved.
実施例1.
図1は本発明の実施例1に係る部分放電検査装置を示すブロック図である。図1において、1は電磁波を捕捉するアンテナ、2は電磁波の振幅に応じたアナログ信号を出力する検出器、3はアンテナ1と検出器2とから成るマイクロ波センサー、4はインパルス発生を制御する制御部、5はインパルスを発生するインパルス発生部、6はモータ内部のコイル巻き線などの被試験品、7は被試験品から放出される電磁波、8は検出器2から得られる信号を処理する信号処理部、9は信号処理結果を表示するための表示部、10は制御部4から検出器2へ受け渡される同期信号、11は少なくとも制御部4、インパルス発生部5、信号処理部8及び表示部9から成るインパルス試験装置である。
Example 1.
FIG. 1 is a block diagram showing a partial discharge inspection apparatus according to
また、図2は図1に示された検出器2の内部構成を示すブロック図である。図2において、21はアンテナ1で検出された信号の入力時間を制限するゲート回路、22は過大信号を遮断するリミッタ、23は所望の周波数帯域の信号だけを通過させるフィルタ、24は信号を増幅させる低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)、25は電磁波信号を直流信号に変換する検波器、26は検波器25の出力を増幅させる増幅器(AMP)である。なお、ゲート回路としては図3に示すような高速動作のIC(動作時間は5ナノ秒以下)が市販されており、こういったものを利用すればよい。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the
次に動作について説明する。制御部4からインパルス発生部5に対し、インパルス出力信号が出力される。インパルス発生部5では予めコンデンサに電荷が蓄えられ、制御部4からの前記インパルス出力信号に従い、例えばサイリスタなどの半導体スイッチを閉じてコンデンサの電荷を放電し、非試験品6に高電圧を印加する。被試験品6は、例えばモータに使用されるコイル巻き線などである。この巻き線間の絶縁が不十分である場合、部分放電が発生することがある。その時、この部分放電により電磁波7が放出される。この場合の電磁波は広い周波数成分を含んでいる。アンテナ1は例えば1GHzから3GHzの間のいずれかの周波数に共振周波数f0を設定してあり、電磁波7のうちから共振周波数f0の信号を検出器2に送る。
Next, the operation will be described. An impulse output signal is output from the
また、制御部4はインパルス発生部5に対しインパルス出力信号を出力した時点から、遅延時間t1の後、検出器2に対し同期信号10を出力する。検出器2での動作については図2を用いて説明する。検出器2は制御部4からの同期信号10を受信すると同時にゲート回路21を開き、アンテナ1からの信号を受け入れる。リミッタ22は、入力信号が過大である場合に信号をアースに流すことにより、以後の回路を保護する。フィルタ23はアンテナ1で絞った周波数帯域をさらに絞込み、必要最小限の入力信号をLNA24に出力する。LNA24は信号を増幅させる。検波器25は入力されて来たGHz帯の信号の包絡線(エンベロープ)に比例した信号を出力する。AMP26は検波器25の信号を増幅し、信号処理部8へ出力する。
Further, the
したがって、検出器2からの出力信号の周波数成分は、アンテナ1からの入力信号に比較してその周波数が何桁も小さいものとなる。このため、後述の信号処理部8のA/D変換素子は低ビット・低速のものが使用できる。
Therefore, the frequency component of the output signal from the
信号処理部8では、検出器2からの信号をA/D変換した後、信号の大きさをもとにして被試験品6が試験合格か不合格かを判断する。表示部9は例えばインパルス波形や電磁波信号の包絡線波形、合否を表示し、試験実施者に知らせる。
In the
被試験品6に印加されるインパルス波形は、例えば図4の上のグラフようなものである。印加開始から数10ナノ秒で最大値に達し、その後振幅が減衰しながら振動する。被試験品6で部分放電が発生する場合、図4の下のグラフに示すように、印加電圧の最大値付近で部分放電が発生するため、先に述べた制御部4から検出器2に送られる同期信号の遅延時間t1を数10ナノ秒に設定し、部分放電による電磁波を受信できるようにゲート回路21を開く。その後、一定時間の後にゲート回路21を閉じる。
The impulse waveform applied to the DUT 6 is, for example, like the upper graph in FIG. The maximum value is reached in several tens of nanoseconds from the start of application, and then the vibration oscillates while the amplitude is attenuated. When a partial discharge occurs in the device under test 6, as shown in the lower graph of FIG. 4, a partial discharge occurs near the maximum value of the applied voltage, so the
インパルス電圧を印加開始する際、サイリスタなどの半導体スイッチを閉じるのであるが、多くの場合この時にスイッチングノイズと呼ばれるノイズが放出される。本発明のように部分放電を、放出される電磁波で検出しようとする装置においては、スイッチングノイズがアンテナ1で受信され、部分放電による電磁波が検出されたと誤認し、健全な被試験品6を誤って不合格と判断してしまうことがある。これに対し、本実施例のようにインパルス信号の印加にある遅延時間をもって同期させてゲート回路を開閉することによって、スイッチングノイズと部分放電による電磁波信号を区別することができ、誤った判断をなくすことができるため、信頼性が向上する。
When applying an impulse voltage, a semiconductor switch such as a thyristor is closed. In many cases, noise called switching noise is emitted at this time. In an apparatus that attempts to detect a partial discharge with an emitted electromagnetic wave as in the present invention, switching noise is received by the
また、試験実施中でなくても、検出器2にアンテナ1が接続されていれば、外界から何らかの電磁波やノイズをアンテナが受信すれば、その信号が検出器2に送られ、仮に受信信号が大きい場合、内部の素子を損傷させる恐れがある。本実施の形態のようにすることによって、試験実施中以外の時はゲート回路が閉じているので、内部の素子を保護することが可能となり、信頼性が向上する。
Even if the test is not being performed, if the
なお、上記説明では遅延時間t1を数10ナノ秒としたが、この時間に限るものではないことは言うまでもない。この遅延時間t1の最適値は、被試験品6やインパルス発生部5や試験系に合わせて選択すればよい。
In the above description, the delay time t1 is several tens of nanoseconds, but it is needless to say that the time is not limited to this time. The optimum value of the delay time t1 may be selected according to the product under test 6, the
また、制御部4の内部に遅延時間t1を設ける回路を設置することができない場合は、図5のように遅延回路30を別に設置してもよい。このような構成にすることによって、上記実施例と同等の効果が得られると同時に、制御部4あるいはインパルス試験装置11が小型になるという利点がある。
Further, when a circuit for providing the delay time t1 cannot be installed inside the
また、図6に示すように、遅延回路30を検出器2の内部に設置する方法でもよい。このような構成にすれば、前記図1、5の回路構成のものと電気性能的に同じ効果が得られると同時に、インパルス試験装置11の系が簡単になるという効果がある。
Further, as shown in FIG. 6, a method of installing the
実施例2.
実施例2について、図7、図8を用いて説明する。図7において、31は被試験品6に印加されている電圧の、例えば1/1000の電圧値を出力する分圧器、32は分圧器から出力される電圧信号である。また、図8において、33は前記分圧器31からの電圧信号を測定し、その電圧値に応じてゲート開放の信号をゲート回路21に出力する電圧測定回路である。
Example 2
A second embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 7,
次に動作について説明する。図4に示した通り、部分放電による電磁波パルスは、高い電圧が被試験品6に印加されているタイミングで発生することが分かっている。よって、電圧測定回路33は、例えばインパルス電圧の最大値の70%を越える電圧が印加された時点でゲート開放信号を出力するようにする。
Next, the operation will be described. As shown in FIG. 4, it is known that the electromagnetic pulse by the partial discharge is generated at the timing when a high voltage is applied to the product under test 6. Therefore, the
このような構成とすることによって、上記実施例1と同様にインパルス発生部で発生するスイッチングノイズによる誤判定を防止することができる。また、試験実施中以外の時はゲート回路が閉じているので、内部の素子を保護することが可能となり、信頼性が向上する。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent erroneous determination due to switching noise generated in the impulse generator as in the first embodiment. Further, since the gate circuit is closed when the test is not being performed, the internal elements can be protected, and the reliability is improved.
実施例3.
実施例3について、図9を用いて説明する。10は実施例1で説明した同期信号である。本実施例では、インパルス電圧印加に同期して、検出器2内部のLNA24に電源供給しようとするものである。すなわち、同期信号10が入力されると、スイッチ回路33を閉じ、電源線34に供給されている電源をLNA24に供給する。
Example 3 FIG.
A third embodiment will be described with reference to FIG.
このような構成にすれば、LNA24は同期信号10が入力された時にだけアンテナ1からの信号を増幅し、検波器25に出力するため、上記実施例1と同様に、スイッチングノイズによる誤判定を防止することが可能となり、信頼性の高い試験装置を提供できる。
With this configuration, the
1 アンテナ、 2 検出器、 3 マイクロ波センサ、 4 制御部、
5 インパルス発生部、 6 被試験品、 7 電磁波、 8 信号処理部、
9 表示部、 10 同期信号、 11 インパルス試験装置、
21 ゲート回路、 22 リミッタ、 23 フィルタ、 24 低雑音増幅器、
25 検波器、 26 増幅器、 30 遅延回路、 41 モータ、
42、43、44 コイル、 45 高電圧電源、 46 電圧制御部、
47 アンテナ、 48a、48b A/D変換部、 49 電流センサ、
50a、50b FFT解析部、 61 ノイズ判定部、 62 表示部、
63 絶縁試験装置。
1 antenna, 2 detector, 3 microwave sensor, 4 control unit,
5 impulse generator, 6 device under test, 7 electromagnetic wave, 8 signal processor,
9 display unit, 10 synchronization signal, 11 impulse test device,
21 gate circuit, 22 limiter, 23 filter, 24 low noise amplifier,
25 detectors, 26 amplifiers, 30 delay circuits, 41 motors,
42, 43, 44 coils, 45 high voltage power supply, 46 voltage control unit,
47 antenna, 48a, 48b A / D converter, 49 current sensor,
50a, 50b FFT analysis unit, 61 noise determination unit, 62 display unit,
63 Insulation test equipment.
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