JP2012186973A - 交流電動機における固定子巻線の短絡故障診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る短絡故障診断方法は、解析等より正相アドミタンスYpを求めるステップS11と、固定子電流値を一定時間おきに取得するステップS12と、固定子電流値に基づいて電流パークベクトルIを求めるステップS13と、最小自乗法を用いたあてはめにより当該電流パークベクトルIの正相成分Ipおよび逆相成分Inを求めるステップS14、S15と、正相アドミタンスYp、電流パークベクトルIの正相成分Ipおよび逆相成分Inから非対称アドミタンスYa *を求めるステップS16と、非対称アドミタンスYa *に基づいて短絡故障情報を得るステップS17とを含む。
【選択図】図2
Description
[1]解析またはシミュレーションにより正相アドミタンスYpを求めるステップと、[2]いずれか2相の固定子巻線に流れる固定子電流値を一定時間おきに連続的に取得するステップと、[3]取得した固定子電流値に基づいて電流パークベクトルIを求めるステップと、[4]電流パークベクトルIに基づいて、当該電流パークベクトルIの正相成分Ipを最小自乗法を用いたあてはめにより求めるステップと、[5]正相成分Ipを差し引いた後の電流パークベクトルIに基づいて、当該電流パークベクトルIの逆相成分Inを最小自乗法を用いたあてはめにより求めるステップと、[6]式(1)を用いて、正相アドミタンスYp、電流パークベクトルIの正相成分Ipおよび逆相成分Inから非対称アドミタンスYa *を求めるステップと、
[7]非対称アドミタンスYa *に基づいて短絡故障情報を得るステップと、を含むことを特徴とする。
[8]非対称アドミタンスYa *に基づいて短絡故障情報を得るステップと、を含むことを特徴とする。
図1に、第1実施形態のシステム構成を示す。同図に示すように、三相(a相、b相、c相)誘導機1は三相インバータ等を含む三相交流電源2により駆動される。A/Dコンバータ3は、三相交流電源2からa相の固定子巻線(不図示)に向かって流れる固定子電流の電流値iasと、b相の固定子巻線(不図示)に向かって流れる固定子電流の電流値ibsとを一定時間おきにA/D変換して、そのディジタルデータを演算部としてのコンピュータ4に出力する。コンピュータ4は、固定子電流値iasおよびibsのディジタルデータに基づいて、最終的に、三相誘導機1の短絡故障情報(診断結果)を出力する。
続いて、ステップS14およびステップS15における最小自乗法を用いたあてはめについて説明する。なお、正弦波形のパラメータには、振幅A、角周波数ωおよび位相θの3つがあるが、本実施形態では、計算量を減らすため、角周波数ωは与えられたものとして残りの2つのパラメータ(振幅A、位相θ)をあてはめにより求めることとしている。
図3に、第2実施形態のシステム構成を示す。同図に示すように、三相(a相、b相、c相)誘導機1は三相インバータ等を含む三相交流電源2により駆動される。A/Dコンバータ3は、三相交流電源2からa相の固定子巻線(不図示)に向かって流れる固定子電流の電流値iasと、b相の固定子巻線(不図示)に向かって流れる固定子電流の電流値ibsと、a相−b相の相間固定子電圧の電圧値vabと、b相−c相の相間固定子電圧の電圧値vbcとを一定時間おきにA/D変換して、そのディジタルデータを演算部としてのコンピュータ4に出力する。コンピュータ4は、固定子電流値ias、ibsおよび相間固定子電圧値vab、vbcのディジタルデータに基づいて、最終的に、三相誘導機1の短絡故障情報(診断結果)を出力する。
(第1実験)
図5および図6に、第2実施形態に係る短絡故障診断方法により得た電圧パークベクトルVの正相成分振幅パラメータ|Vp|および位相パラメータ∠Vp、電流パークベクトルIの正相成分振幅パラメータ|Ip|および位相パラメータ∠Ip、並びに電流パークベクトルIの逆相成分振幅パラメータ|In *|および位相パラメータ∠In *のグラフを示す。なお、本実験では、三相交流電源2から入力される固定子電圧の周波数を60Hz、相間固定子電圧の振幅を100V、サンプリング時間hを65.1μ秒(サンプリング周波数:15360Hz)とし、コンピュータ4における処理はdSPACEで構築したシステム上で行った。また、上記∠Vp、∠Ipはあてはめにより求めた位相パラメータθpに相当し、上記∠In *はあてはめにより求めた位相パラメータθnに相当するものであるが、理解を容易にするために、あえて別の表記とした。
図7に、第1実施形態および第2実施形態に係る短絡故障診断方法により得た非対称アドミタンスYa *の絶対値および位相のグラフを示す。本実験では、1秒経過する度にa相の故障ターン数を1ターンずつ増加させた。つまり、時間0秒〜1秒の間は故障ターン数0、時間1秒〜2秒の間は故障ターン数1、・・・、時間5秒〜6秒の間は故障ターン数6とした。また、入力条件は第1実験と同様とした。
続いて、いずれか2相の固定子巻線を同時に5ターンまで短絡故障させた第3実験について説明する。本実験では、まず、事前準備として図9に示すマップを作成した。このマップは、巻線短絡故障モデル(図8参照)を用いたシミュレーションで得た非対称アドミタンスYa *を実部と虚部に分解し、複素平面上にプロットしたものである。なお、図8に示すモデルにおいて、μaはa相固定子巻線の故障率、μbはb相固定子巻線の故障率、Rafはa相短絡故障抵抗、Rbfはb相短絡故障抵抗である。また、iaf、ibfは、a相固定子巻線またはb相固定子巻線が短絡故障した際に流れる故障電流である。
また、第3実験では第2実施形態に係る短絡故障診断方法を用いたが、第1実施形態に係る短絡故障診断方法を用いても同様の診断を行うことができる。
2 三相交流電源
3 A/Dコンバータ
4 コンピュータ
Claims (4)
- 交流電動機における固定子巻線の短絡故障を診断する短絡故障診断方法であって、
解析またはシミュレーションにより正相アドミタンスYpを求めるステップと、
いずれか2相の固定子巻線に流れる固定子電流値を一定時間おきに連続的に取得するステップと、
取得した前記固定子電流値に基づいて電流パークベクトルIを求めるステップと、
前記電流パークベクトルIに基づいて、当該電流パークベクトルIの正相成分Ipを最小自乗法を用いたあてはめにより求めるステップと、
前記正相成分Ipを差し引いた後の前記電流パークベクトルIに基づいて、当該電流パークベクトルIの逆相成分Inを最小自乗法を用いたあてはめにより求めるステップと、
式(1)を用いて、前記正相アドミタンスYp、前記電流パークベクトルIの正相成分Ipおよび逆相成分Inから非対称アドミタンスYa *を求めるステップと、
前記非対称アドミタンスYa *に基づいて短絡故障情報を得るステップと、
を含むことを特徴とする短絡故障診断方法。 - 交流電動機における固定子巻線の短絡故障を診断する短絡故障診断方法であって、
いずれか2相の固定子巻線に流れる固定子電流値と、いずれか1相と他の2相との相間固定子電圧値とを一定時間おきに連続的に取得するステップと、
取得した前記固定子電流値に基づいて電流パークベクトルIを求めるステップと、
取得した前記相間固定子電圧値に基づいて電圧パークベクトルVを求めるステップと、
前記電流パークベクトルIに基づいて、当該電流パークベクトルIの正相成分Ipを最小自乗法を用いたあてはめにより求めるステップと、
前記正相成分Ipを差し引いた後の前記電流パークベクトルIに基づいて、当該電流パークベクトルIの逆相成分Inを最小自乗法を用いたあてはめにより求めるステップと、
前記電圧パークベクトルVに基づいて、当該電圧パークベクトルVの正相成分Vpを最小自乗法を用いたあてはめにより求めるステップと、
式(2)を用いて、前記電流パークベクトルIの逆相成分In、および前記電圧パークベクトルVの正相成分Vpから非対称アドミタンスYa *を求めるステップと、
前記非対称アドミタンスYa *に基づいて短絡故障情報を得るステップと、
を含むことを特徴とする短絡故障診断方法。 - 前記短絡故障情報を得るステップにおいて、
前記非対称アドミタンスYa *を絶対値化し、当該絶対値|Ya *|の増加傾向に基づいて前記短絡故障が伸展しているか否かを診断することを特徴とする請求項1または2に記載の短絡故障診断方法。 - 前記短絡故障情報を得るステップにおいて、
前記非対称アドミタンスYa *を実部と虚部に分解し、前記非対称アドミタンスYa *の複素平面上における位置に基づいて前記短絡故障が発生している相と各故障相の故障ターン数を推定することを特徴とする請求項1または2に記載の短絡故障診断方法。
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