JP2013054031A - 電気システムの調子をモニタするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機およびモータの調子を監視する改善された方法および電気システムを提供する。
【解決手段】電気システムは、回転負荷に電力を供給する複数の滑り面を含む１または複数の回転式電力供給アセンブリ内でのアーク放電事象に対応する高周波（ＲＦ）信号を測定する１または複数の高周波変流器（ＲＦＣＴ）４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃと、１または複数のＲＦＣＴから測定値を受信して回路の調子値を少なくとも部分的に受信測定値に基づいて決定するプロセッサ４８を含む。
【選択図】図２

Description

本明細書で開示する主題は一般的に、発電機およびモータに関し、より具体的には、電気ターボ発電機に関する。

一般的に、電気の生成は、電機子巻線の組の上に、近くの磁界を相対的に移動させる結果電流を誘導することによって行なう場合がある。この磁界を発生させるために、いくつかの発電機から大量の電流（たとえば、１〜５ｋＡ）を回転ロータの界磁巻線内に、動作中に注入する場合がある。このような発電機では、コレクタ・アセンブリ（回転スリップ・リング・アセンブリとしても知られる）を使用している場合がある。コレクタ・アセンブリは、ロータの周りに配置され、ロータを固定励磁機に、いくらかの固定ブラシを介して電気的に結合する。したがって、これらのブラシによって固定励磁機と回転ロータとの間に導電性経路が形成されて、電力がロータに伝達され回転磁界が生成され得るようになっている。しかし、動作中に、１または複数のブラシがコレクタ・リングとの接触を失うと、アーク放電事象が起こる場合がある。たとえば、ブラシとコレクタ・リングとがアーク放電を起こす原因は、ブラシおよび／またはリング上の物理的摩耗、シャフトの過剰な振動、ブラシとリングとの間での汚染物質の存在（たとえば、粒子もしくはオイル）、または不正確なブラシ位置合わせもしくは取り付けである場合がある。

多くの発電機内で大きな電圧および電流が作用しているために、アーク放電事象が起きると、時間とともにコレクタ・リングおよびブラシに対してかなりの損傷が生じる場合があり、最終的にはフラッシュオーバー事象に至ることがある。フラッシュオーバー事象が生じている間、短絡経路が、励磁機の正および負端子の間のロータ内で、励磁機の正端子と接地との間のロータ内で、ならびに／または励磁機の負端子と接地との間のロータ内で形成される場合がある。一般的に言って、フラッシュオーバー事象が発生すると、発電機の突発故障が起きて、発電機を動作不可能にしてしまう。さらに、フラッシュオーバー事象が起きると、かなりの損傷が、発電機に結合された他の電気部品だけでなく発電機の付近に物理的に配置され得る作業員または機器に対して、生じる場合がある。一般的に、定期的にスケジュールされた検査および保守を発電機に施すことが、ブラシ／スリップ・リング・アセンブリの整合性を検証してフラッシュオーバーの危険性を最小限にするために、必要とされることが多い。

しかし、定期的にスケジュールされた検査および保守を発電機に施すことは費用がかかる。一般的に、発電機の検査および保守のほとんどは、発電機が動作を続けている間に実際に行なう場合があり、そのため、このような保守は非常に複雑で安全性リスクが高い。さらに、このような保守スケジュールに頼った場合、機器の動作時間のみが考慮され、装置性能または他の指標に基づいて保守に優先順位を付けることはない。すなわち、厳密にスケジュール・ベースの保守の場合、調子の良い発電機が、ほとんど不要な保守を保守スケジュールに基づいて受ける場合があり、一方で、補修する必要がある調子の悪い機械が、最近補修されたという理由だけで保守を受けることが遅れる場合がある。

米国特許４，３３３，０９５第号明細書

このため、電気システムの調子をモニタするための改善されたシステムおよび方法が求められる。

一実施形態では、電気システムが回路を含んでいる。回路は、回転負荷に電力を供給する複数の滑り面を含む１または複数の回転式電力供給アセンブリを含んでいる。また回路は、１または複数の回転式電力供給アセンブリ内でのアーク放電事象に対応する高周波（ＲＦ）信号を測定する１または複数の高周波変流器（ＲＦＣＴ）を含んでいる。また電気システムは、１または複数のＲＦＣＴから測定値を受信して回路の調子値を少なくとも部分的に受信測定値に基づいて決定するプロセッサを含んでいる。

別の実施形態では、方法が、電気装置の回路内の第１の高周波（ＲＦ）信号電力を、回路内に配置された１または複数の高周波変流器（ＲＦＣＴ）を用いて測定することを含んでいる。また方法は、回路内の第２のＲＦ信号電力を、１または複数のＲＦＣＴを用いて測定することを含んでいる。また方法は、第１および第２のＲＦ信号電力測定値の１または複数の特徴を比較することと、電気装置に対して行なうべき行為を少なくとも部分的に比較に基づいて推奨することと、を含む。

別の実施形態では、発電機が励磁機回路を含んでいる。励磁機回路は、回転界磁巻線の組と、励磁機回路に電力を供給する直流（ＤＣ）励磁機とを含んでいる。また励磁機回路は、回転界磁巻線の組に電力を供給し複数のブラシとコレクタ・リングとを含むコレクタ・アセンブリを含んでいる。また励磁機回路は、励磁機回路内のアーク放電事象に対応する高周波（ＲＦ）信号を測定する複数の高周波変流器（ＲＦＣＴ）を含むシャフト電圧サプレッサ（ＳＶＳ）を含んでいる。発電機は、プロセッサを含んでいる。プロセッサは、複数のＲＦＣＴから測定値を受信し、測定値を処理してＲＦ信号の電力を信号周波数の関数として決定し、回路の調子を少なくとも部分的にＲＦ信号の決定された電力に基づいて評価する。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。なお図面の全体に渡って同様の文字は同様の部品を表わしている。

本開示の態様により、典型的な発電機のロータの実施形態を例示する図である。 本開示の態様により、発電機の励磁機回路の実施形態を例示する図である。 本開示の態様により、１または複数のブラシがコレクタ・リングとの接触を失ってアーク放電が起きたときの励磁機回路内の相対的なＲＦ信号電力を例示するグラフである。 本開示の態様に、よりかなりのアーク放電が起きた場合および起きなかった場合の励磁機回路に対するＲＦ信号電力対信号周波数のプロットを例示するグラフである。 本開示の態様により、プロセッサが、回路内のＲＦ信号を測定するために、回路の調子にアクセスするために、および回路の調子に基づいて行為を推奨または実施するために用いても良いプロセスを例示するフロー図である。

開示した実施形態によって、回転物体に電力を伝達することを伴う電気システム内のアーク放電事象を検出することが可能になる。たとえば、開示した実施形態によって、発電機内のブラシとコレクタ・アセンブリのコレクタ・リング（たとえば、滑り面）との間で生じるアーク放電事象を検出することが可能になる。アーク放電事象は通常、ある特定の電気システムが（たとえば、ブラシおよびコレクタ・リング上に磨耗が蓄積されることに起因して）正常に機能しなくなり始めると、頻度が増えるため、開示した実施形態によって、コレクタ・アセンブリの調子を、検出されたアーク放電事象に基づいてモニタすることができる。こうして、開示した実施形態によって、厳密にスケジュールに基づく保守ではなく調子に基づく保守を電気機器に施すことが可能になり、その結果、コストおよび安全性の両方の便益が得られる場合がある。

さらに加えて、開示した実施形態によって、通電中のコレクタの調子を評価することが、機器をオフラインにする必要も、電力を機器の部分から取り除く必要も、または別の方法で電気システムを中断する必要もなく可能であり、その結果、保守費および機器ダウンタイムが最小限になる。さらに、開示した実施形態によって、アーク放電事象の検出に基づいて電気システムの動作パラメータ（たとえば、電力出力）を調整することが可能になる。すなわち、開示した実施形態によって、発電機またはモータのパラメータを調整して、かなりの程度のアーク放電は起こらないような許容レベルの性能を実現することができる。また、開示した実施形態は一般的に、電力を回転物体（たとえば、多くのタイプのＡＣ発電機およびＤＣモータ）へ供給すること（たとえば、コレクタまたは整流器アセンブリを介して）を伴う任意の電気システムに適用されることにも注意されたい。実際には、コレクタまたは整流器アセンブリが無いある特定の電気システムにおいてさえ、開示した実施形態は、システムのある特定の要素（たとえば、回路遮断器、スイッチ、リレー）内で生じる有害なアーク放電事象を検出して、システムの将来性能に関する予測を行ない得るようにすることに有用な場合がある。

前述したことを念頭に置いて、図１に、ＡＣ発電機のロータ１０の実施形態を例示する。例示したロータ１０は、回転する電磁石が生成する回転磁界を用いて、固定巻線の組（すなわち、ステータ、図示せず）内に電流を誘導し、その結果、電気を得る。したがって、ロータ１０は、ロータ１０の長さを通して配置されたシャフト１２であって、任意の機械式電源によって駆動され得るシャフト１を含んでいても良い。たとえば、シャフト１２を回転させること１３を、エンジン（たとえば、燃焼エンジン）またはタービン（たとえば、ガソリンで動く、風力で動く、もしくは水力で動くタービン）によって、約３６００回転／分（ＲＰＭ）で、２つのポール・ガス・タービン駆動のターボ発電機用に行なっても良い。シャフト１２の一部の中に、電力供給されると回転磁界を発生させるいくらかの界磁巻線が配置されていても良い。さらに加えて、ハウジング１４であって、ロータ巻線に対する支持を与える１または複数の止め輪１５とともに、動作中にロータ１０に冷却を与えるいくらかの送風機１６を含むハウジング１４が、シャフトの周りに配置されていても良い。

例示した実施形態では、一対のコレクタ・アセンブリ１８Ａおよび１８Ｂも、シャフト１２の周りに配置されて、励磁機２０に結合されている。より具体的には、コレクタ・アセンブリ１８Ａは励磁機２０の正端子に結合され、コレクタ・アセンブリ１８Ｂは励磁機２０の負端子に結合されている。励磁機２０は、ＤＣ電力を界磁巻線（たとえば、シャフト１２の一部の内部または周囲に配置される）に供給して回転磁界を発生させることができる任意のＤＣ電源（たとえばＤＣ発電機）、バッテリ、または整流器であっても良い。一般的に言って、コレクタ・アセンブリ１８によって、励磁機２０と回転シャフト１２内の界磁巻線との間に導電性経路が形成される。すなわち、コレクタ１８は、固定励磁機２０と回転シャフト１２内の界磁巻線とを電気的に結合して、界磁巻線に電圧を印加して回転磁界が発生し得るようになっている。

図２に、電力を界磁巻線３２の組に供給するように構成され、コレクタ・アセンブリ１８内で生じたかまたはロータ１０上のどこか他の場所で生じたアーク放電事象を検出するように構成された回路３０の実施形態の概略図を例示する。例示した回路３０は、励磁機２０、コレクタ・アセンブリ１８Ａおよび１８Ｂ、および界磁巻線３２を含んでいる。各コレクタ・アセンブリ１８によって形成される導電性経路は、いくらかの伝導性の固定ブラシ３４が、シャフト１２の周りに配置された伝導性の回転コレクタ・リング３６に接触することによって与えられる。これらのブラシ３４は、いくらかの耐久性のある伝導性材料（たとえば金属、合金、またはある特定のタイプのカーボン）から製造しても良い。ブラシ３４は一般的に、回転コレクタ・リング３６に対して固定されていても良い。一般的に、ブラシ３４は、力（たとえば、バネ力）が印加されることによって、回転コレクタ・リング３６と接触した状態に留まっても良い。シャフト１２が回転したとき１３に、ブラシ３４の自由端は、シャフト１２の周りに配置された回転コレクタ・リング３６と物理的および電気的に接触した状態に留まるようにデザインされている。コレクタ・リング３６は通常、シャフト１２と同軸の伝導性の金属リングであって、ブラシ３４に接触するための滑らかな（たとえば、機械加工された）かまたは溝付きの表面を有するものであっても良い。

例示した回路３０では、コレクタ・アセンブリ１８Ａのブラシ３４Ａが励磁機２０の正端子に結合され、コレクタ・アセンブリ１８Ｂのブラシ３４Ｂが励磁機２０の負端子に結合されている。同様に、コレクタ・アセンブリ１８Ａのコレクタ・リング３６Ａが界磁巻線３２の一方の端部に結合され、一方で、コレクタ・アセンブリ１８Ｂのコレクタ・リング３６Ｂが界磁巻線３２の反対の端部に結合されている。すなわち、コレクタ・アセンブリ１８の回転コレクタ・リング３６が界磁巻線に電気的に結合されて、完結した導電性経路が、励磁機２０から、コレクタ１８Ａのブラシ３４Ａおよびコレクタ・リング３６Ａを通り、界磁巻線３２を通り、コレクタ１８Ｂのブラシ３４Ｂおよびコレクタ・リング３６Ｂを通って、励磁機２０に戻るように形成され得るようになっている。したがって、コレクタ・アセンブリ１８Ａおよび１８Ｂは、励磁機２０と協同して、回転する界磁巻線３２に電力を供給して回転磁界を発生させる。

なお、コレクタ・リング３６が界磁巻線３２に結合される一方で、コレクタ・リング３６および界磁巻線３２は両方とも、シャフト１２の残りの部分から電気的に絶縁されている。しかし、シャフト１２には、界磁巻線３２によって電圧が誘導される場合がある。したがって、例示した回路３０は、シャフト電圧サプレッサ（ＳＶＳ）３８の実施形態も含んでいる。一般的に、ＳＶＳ３８は、電圧が印加された界磁巻線３２からシャフト１２に容量結合される電圧を緩和するのに役立つ場合がある。例示したＳＶＳ３８は、２つの高い値のキャパシタ４０（たとえば、１０μＦ）、２つの高い値の抵抗器４２（たとえば、４４０ｋΩ）、および２つの他の抵抗器４４（たとえば、１．２Ω）を含んでいる。図２に、説明を目的として特定のＳＶＳ３８を例示しているが、ＳＶＳデザインは多数あり、任意の適切な定格のＳＶＳを回路３０内で用いても良いことに注意されたい。ある実施形態では、ＳＶＳ３８は励磁機２０の一部として組み込んでも良く、いくつかの実施形態では、ＳＶＳ３８は存在していなくても良い。

回路３０内のＲＦ信号を検出するために、回路３０に１または複数の無線周波数（ＲＦ）変流器（ＲＦＣＴ）４６を備え付けても良い。たとえば、例示した回路３０は、回路３０内のＲＦ信号の電力を測定し得る３つのＲＦＣＴ（たとえば、４６Ａ、４６Ｂ、および４６Ｃ）を含んでいる。一般的に言って、回路内のＲＦ信号は、コレクタ・アセンブリ１８のブラシ３４とコレクタ・リング３６との間の界面で生じるアーク放電事象の結果である場合がある。すなわち、コレクタ・アセンブリ１８のブラシ３４とコレクタ・リング３６との間で接触不良が生じると、励磁機２０を界磁巻線３２に連結する導電性経路が中断される場合がある。動作中に高電流がコレクタ・アセンブリ１８のブラシ３４を横断しているために、導電性経路が中断すると、高エネルギーのアーク放電事象がブラシ３４とコレクタ・リング３６との間に起きる場合がある。このようなアーク放電事象が起きるとＲＦ信号が発生することになる。ＲＦ信号は、回路３０内の１または複数のＲＦＣＴ４６を介して検出しても良い。

ある実施形態では、回路３０のＳＶＳ３８を、１または複数のＲＦＣＴ４６を含むように変更しても良い。たとえば、例示した回路３０の３つのＲＦＣＴ４６Ａ、４６Ｂ、および４６ＣはＳＶＳ３８内に配置されている。しかし、他の実施形態では、１または複数のＲＦＣＴを、回路３０内の任意の数の異なる位置（たとえば、ＳＶＳ３８の外側の位置）に配置しても良い。回路内の位置が異なっていることに加えて、各ＲＦＣＴ（たとえば、４６Ａ、４６Ｂ、または４６Ｃ）は、ＲＦ信号を異なる周波数で、異なるレベルの感度で、および／または異なるダイナミック・レンジで測定するように構成しても良い。たとえば、ＲＦＣＴ４６を回路３０内の異なる部分に合理的に位置させることによって、バックグラウンドのＲＦノイズをＲＦ信号測定値から隔離および引き算することが可能になる場合がある。一般的に、ＲＦＣＴ４６からの出力をプロセッサ４８（たとえば、スコープ、プロセス・コントローラ、またはコンピュータ）に送信して、表示および／またはさらなる処理を図っても良い。

図３に、ブラシ３４がコレクタ・リング３６との接触を失ったときのＲＦ信号電力に対する一般的な傾向を例示するグラフ５０を示す。図３では、２つの点５２および５４が、ブラシ３４とコレクタ・リング３６との間の異なるレベルの接触に対して例示されている。第１の点５２が反映しているのは基線ＲＦ信号電力であり、ブラシ３４がコレクタ・リング３６と良好な接触状態にあり、アーク放電がないかまたは低レベルのスパーキングのみがあるときである。すなわち、第１の点５２が示しているのは、ブラシ３４およびコレクタ・リング３６が（たとえば、正常なスパーキングの結果として）良好に接触しているときでも、ある特定の量のＲＦ信号（すなわち、基線信号）が回路３０内に予想される（たとえば、ＲＦノイズ）ということである。一般的に言って、スパーキングおよびアーク放電は同様の基本的現象（たとえば、空隙にかかる電圧）を表わしている場合があるが、スパーキング事象の方が、エネルギーが実質的に低く、ロータ１０の通常動作では典型的である。グラフ５０上の第２の点５４が例示しているのは、１または複数のブラシ３４がコレクタ・リング３６との接触を失うことによって生じる回路３０内のアーク放電事象の結果として測定されるＲＦ信号電力の増加である。なお、点５４で観察されるより高いＲＦ電力は、一方または両方のコレクタ・アセンブリ１８において１つまたは複数のブラシ３４を上昇させることによって生じるアーク放電に由来する場合があることに注意されたい。一般的に、いったん１または複数のブラシ３４とコレクタ・リング３６との間の接触が不安定になり始めると（たとえば、点５２および５４間で）、ＲＦ信号電力の２〜１０倍の増加５６が生じる場合がある。

こうして、回路３０（たとえば、ＳＶＳ３８内）に含まれるＲＦＣＴ４６を用いて、回路３０内のＲＦ信号電力を測定しても良い。ある実施形態では、ＲＦＣＴ４６の測定値を、未処理のＲＦＣＴ信号をさらに処理するように構成されたプロセッサ４８（たとえば、コンピュータまたはコントローラ）に送信しても良い。たとえば、プロセッサ４８は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）動作を施して、ＲＦ信号電力を信号周波数の関数として決定しても良い。また、ある実施形態では、プロセッサ４８は、フィルタを未処理のＲＦＣＴ信号に施してＲＦノイズを取り除くことを、ＦＦＴ動作を実行する前に行なっても良い。

図４に、ＲＦ信号電力（μＷ）対信号周波数（ｋＨｚ）のグラフ６０を例示する。これはたとえば、ＲＦＣＴ４６の未処理信号を処理した後に得ても良く、前述の通りである。プロット６０の第１の曲線６２は、ブラシ３４がコレクタ・リング３６と良好な接触状態にあるときの、信号周波数範囲１〜２５０ｋＨｚ上でのＲＦ信号電力を表わす。この第１の曲線６２は図３の点５２に関連しているため、ＲＦ信号の基線レベル（たとえば、ＲＦノイズ）のみが観察され、検出されたアーク放電は皆無かそれに近いことを意味している。プロット６０の第２の曲線６４は、ブラシ３４がコレクタ・リング３６と良好な接触状態にないときの、同じ信号周波数範囲上でのＲＦ信号電力を表わす。この第２の曲線６４は図３の点５４に関連しているため、いくらかの周波数において第１の曲線６２に対するＲＦ信号電力の増加が観察され、回路３０内で起こるアーク放電の量がかなり増加したことを示している。

したがって、プロセッサ４８は、図５に例示したプロセス７０の実施形態を、ＲＦ信号を測定すること、回路３０の調子にアクセスすること、およびロータ１０に対する行為を推奨および／または実施することにおいて行なっても良い。プロセス７０は、プロセッサ４８がＲＦＣＴ４６を用いて回路内の基線ＲＦ信号を測定することによって開始される（ブロック７２）。たとえば、プロセッサ４８は基線ＲＦ信号の測定を、ロータ１０を最初に取り付けたときかまたはロータ１０、回路３０、および／もしくはコレクタ・アセンブリ１８を補修した直後に、行なっても良い。一般的に、ブロック７２で測定した基線ＲＦ信号は、図３の点５２および図４の曲線６２に関連するはずであり、したがって、回路３０内のアーク放電は皆無かそれに近いことを表わすはずである。若干使用した後に、プロセッサ４８は、回路３０内のその後のＲＦ信号を、ＲＦＣＴ４６を用いて測定しても良い（ブロック７４）。ブラシ３４とコレクタ・リング３６との接触が、基線測定を行なったときよりも著しく不十分である場合、その後に測定されるＲＦ信号は、図３の点５４および図４の曲線６４に関連する場合があり、したがって、かなりの程度のアーク放電が回路３０内に生じていることを表わす場合がある。

プロセッサ４８は続いて、基線とその後のＲＦ信号測定値との１または複数の特徴を比較して（ブロック７６）、回路３０および／またはコレクタ・アセンブリ１８の調子を判定しても良い。すなわち、図４をもう一度参照して、プロット６０の第１の曲線６２および第２の曲線６４をいくつかの異なる方法で比較して、回路３０内に生じているアーク放電の量を評価することを、したがって、回路３０および／またはコレクタ・アセンブリ１８の調子を評価することを行なっても良い。たとえば、プロセッサ４８は、特定の周波数範囲上で、第１および第２の曲線（たとえば、６２および６４）の最大、中央、または平均のＲＦ信号電力値を比較しても良い。すなわち、プロセッサ４８は、第１の曲線６２の４５〜５５ｋＨｚにおける最大ＲＦ信号電力は約１μＷであると決定し、第２の曲線６４の同じ周波数範囲における最大ＲＦ信号電力は約４μＷであると決定しても良い。ある実施形態では、プロセッサ４８は、第２の曲線６４からの値を第１の曲線６２の値から差し引いて、基線ノイズを取り除いても良い。すなわち、コンピュータは、１μＷを４μＷから差し引いて、アーク放電によるＲＦ信号は４５〜５５ｋＨｚにおいて約３μＷであると決定しても良い。他の実施形態では、プロセッサ４８は、代わりに、第２の曲線６４からの値対第１の曲線６２からの値の比率を考慮しても良い。すなわち、プロセッサ４８は、４μＷ対１μＷの比率を計算して、アーク放電中のＲＦ信号は４５〜５５ｋＨｚにおいて基線よりも大まかに４倍大きいと決定しても良い。

さらに加えて、ある実施形態では、プロセッサ４８は、第１および第２の曲線（たとえば、６２および６４）の一部について積分を求めて、比較を図っても良い。したがって、プロセッサ４８は続いて、ある特定の周波数範囲（たとえば、４５〜５５ｋＨｚ）における第２の曲線６４下の面積を、同じ周波数範囲における第１の曲線６２下の面積から差し引いても良い。ある実施形態では、プロセッサ４８は２つの積分の比率を求めても良い。さらに、ある実施形態では、プロセッサ４８は、組み合わせアプローチを用いても良く、また第１の曲線６２の複数の部分または特徴を第２の曲線６４の複数の部分または特徴と比べても良い。これはすでに別個に述べた通りである。たとえば、プロセッサ４８は、第１および第２の曲線（たとえば、６２および６４）の４５〜５５ｋＨｚにおける最大ＲＦ電力の比率を決定するとともに、第１および第２の曲線（たとえば、６２および６４）の８０〜９０ｋＨｚにおける積分の比率を決定して、回路内で起こるアーク放電のレベルを決定しても良い。

図５をもう一度参照して、プロセッサ４８は続いて、ロータ１０および／または回路３０に対するいくらかの異なる行為を推奨または実施することを、未処理のデータおよび／またはプロットを処理した後に行なっても良い（ブロック７８）。これはすでに述べた通りである。たとえば、プロセッサ４８は、ＲＦ信号電力データの凝縮を（おそらく履歴のＲＦ信号電力データの凝縮に加えて）行なって、単一のコレクタ調子値（たとえば、定量的または定性的な点数）にしても良い。すなわち、ＲＦ信号電力データ中に検出されるアーク放電の程度に基づいて、プロセッサ４８は、回路３０に対するコレクタ調子値（１００（たとえば、完璧な調子）〜０（たとえば、フラッシュオーバー寸前）の範囲）を決定しても良い。たとえば、プロセッサ４８は、特定の回路３０のコレクタ調子値が９５よりも大きいということを決定しても良い。この意味は、アーク放電はほとんどまたはまったく発生していないということ、ならびにコレクタ・アセンブリ１８および／または回路３０は調子が良いということである。したがって、プロセッサ４８は、コレクタ調子値を他の任意の要求データとともに運転員に出力して、運転員に、コレクタの調子が、機器の動作を中断する必要なく表示され得るようにしても良い。

プロセッサ４８が、特定のコレクタ・アセンブリ１８および／または回路３０が調子が悪い（たとえば、コレクタ調子値が２０未満である）と決定した場合には、値および／または関連データを運転員に出力するだけでなく、プロセッサ４８は、アラームの音を出し、機器に対する保守を自動的にスケジュールし、または発電機、回路３０、および／もしくはロータ１０に対する動作パラメータを推奨しても良い。たとえば、コレクタ調子値が１０未満である場合には、プロセッサ４８はアラーム信号を送って、運転員に、ロータ１０がオフ・ラインになっていないおよび／または補修されていないならばフラッシュオーバーが近いうちに起こり得るということを通知しても良い。さらなる例として、コレクタ調子値が８０未満である場合には、プロセッサ４８は、場合の重大性に基づいて、保守要求を（たとえば、電子メール、電子保守要求システムなどを介して）自動的に生成しても良い。すなわち、ある発電機に対するコレクタ調子値が８０で、第２の発電機に対するコレクタ調子値が５０である場合、第２の発電機を優先させて最初の保守を施しても良い。

さらに加えて、プロセッサ４８は、コレクタ調子値に基づいて、発電機、回路３０、および／またはロータ１０に対する動作パラメータを調整することを推奨しても良い。すなわち、発電機が１００％電力出力時に回路３０のコレクタ調子値が５０である場合、プロセッサ４８は、発電機を５０％電力出力で動作させることを推奨しても良い。ある実施形態では、プロセッサ４８は、ＲＦ信号電力の決定を、発電機、回路３０、および／またはロータ１０のパラメータを調整してコレクタ調子値が調整によって改善されたか否かを判定した後に行なっても良い。ある実施形態では、プロセッサ４８は、回路３０のＲＦ信号電力をリアル・タイムで継続的にモニタして、発電機、回路３０、および／またはロータ１０のパラメータに自動調整を加えてコレクタ調子値を指定範囲内に維持しても良い。こうして、ロータ１０のコレクタ調子値が下り始めたら発電機の電力出力の設定を１００％から徐々に下げても良く、その結果、ロータ１０に対する損傷がフラッシュオーバー事象の発生を回避することで防止され、また発電機が適切に性能を劣化させて補修を受けることが可能になる。さらに加えて、ある実施形態では、プロセッサ４８は、回路３０および／またはロータ１０の調子が十分であるので、発電機を正常な動作条件を超えて（たとえば、１１５％電力出力で）、限られた時間だけ無理に動かす（たとえば、短期間の電力需要を満たすために動かす）ことができることを、運転員に通知しても良い。

さらに加えて、回路３０内のＲＦ信号電力をロータ１０の寿命にわたって追跡することによって、発電機、ロータ１０、コレクタ・アセンブリ１８、および／または回路３０の調子を長期にわたって追跡しても良い。すなわち、長期にわたるコレクタ調子値の傾向に基づいて、プロセッサ４８は、回路３０および／もしくはロータ１０をいつ補修する必要があるか、ならびに／または回路３０および／もしくはロータ１０がいつ破損する（たとえば、フラッシュオーバーする）可能性があるかを予測して、運転員に通知しおよび／または機器に対する保守をスケジュールしても良い。さらに加えて、開示した実施形態によって、運転員は、コレクタ・アセンブリ１８および／または回路３０が受ける保守によって本当に回路３０の調子が向上するか否かを即座に判定することができ、その結果、保守処理中の運転員の誤操作（たとえば、不適切なブラシ取り付け）により回路３０に損傷が生じることを防止するのに役立つ場合がある。さらに、開示した実施形態を、他の機器の調子モニタリングおよびプロセス制御コンポーネント、ならびに工業制御システムとのインターフェースと並行して実施して、機器を管理するときに制御システムがコレクタ調子値を考慮し得るようにしても良い。

さらに、既存の電気機器（たとえば、発電機および／またはモータ）を、開示した実施形態の特徴を取り入れるように変更しても良いことに注意されたい。たとえば、既存の発電機のＳＶＳを、励磁機回路内のＲＦ信号を検知することができる１または複数のＲＦＣＴを含むように変更しても良い。ある実施形態では、ＲＦＣＴの取り付けは、電気機器がオンラインのままでいる間に、または電気機器が一部の電力が一時的に別経路（ｔｅｍｐｏｒａｒｉｌｙ ｒｅｒｏｕｔｅｄ）になっている間にさえ行なっても良く、その結果、機器ダウンタイムを最小限にすることができる。プロセッサを用いれば、このような変更によって、回路および／または発電機の調子を継続的または断続的に評価することができ、この調子評価に基づいた推奨が得られるであろう。

この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されており、当業者に想起される他の例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。

Claims (23)

1. 回路であって、
   回転負荷に電力を供給する複数の滑り面を含む１または複数の回転式電力供給アセンブリと、
   前記１または複数の回転式電力供給アセンブリ内でのアーク放電事象に対応する高周波（ＲＦ）信号を測定する１または複数の高周波変流器（ＲＦＣＴ）と、を含む回路と、
   前記１または複数のＲＦＣＴから測定値を受信して、前記回路の調子値を少なくとも部分的に前記受信測定値に基づいて決定するプロセッサと、を含む電気システム。
2. シャフト電圧サプレッサ（ＳＶＳ）を含み、前記ＲＦＣＴのうちの１または複数は前記ＳＶＳ内に配置されている請求項１に記載のシステム。
3. 前記１または複数の回転式電力供給アセンブリは、１または複数のコレクタ・アセンブリ、整流器アセンブリ、またはそれらの任意の組み合わせを含む請求項１に記載のシステム。
4. プロセッサが、前記受信測定値に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）動作を行なって、ＲＦ信号電力を信号周波数の関数として決定する請求項１に記載のシステム。
5. 前記プロセッサは、前記回路の前記調子値の決定を、基線値対前記関数のピークの比率、前記関数の信号周波数範囲での平均値、または前記関数の前記信号周波数範囲での積分を計算することによって行なう請求項４に記載のシステム。
6. 前記プロセッサは、前記回路の前記調子値の決定を、基線値と前記関数のピークとの差、前記関数の信号周波数範囲での平均値、または前記関数の前記信号周波数範囲での積分を計算することによって行なう請求項４に記載のシステム。
7. 前記プロセッサは、変更すべき前記電気システムの動作パラメータを少なくとも部分的に前記回路の前記調子値に基づいて決定する請求項１に記載のシステム。
8. 前記プロセッサは、前記電気システムの前記決定された動作パラメータを、少なくとも部分的に前記回路に対する前記調子値に基づいて変更する請求項７に記載のシステム。
9. 前記プロセッサは、アラームを出すこと、前記電気システムの保守を要求すること、前記電気システム内の将来のフラッシュオーバー事象を予測すること、またはそれらの任意の組み合わせを、少なくとも部分的に前記回路に対する前記調子値に基づいて行なう請求項１に記載のシステム。
10. 前記回路に電力を供給する直流（ＤＣ）電源を含む励磁機を含む請求項１に記載のシステム。
11. 前記電気システムは発電機またはモータを含む請求項１に記載のシステム。
12. 電気装置の回路内の第１の高周波（ＲＦ）信号電力を、前記回路内に配置された１または複数の高周波変流器（ＲＦＣＴ）を用いて測定することと、
    前記回路内の第２のＲＦ信号電力を、前記１または複数のＲＦＣＴを用いて測定することと、
    前記第１および第２のＲＦ信号電力測定値の１または複数の特徴を比較することと、
    前記電気装置に対して行なうべき行為を少なくとも部分的に前記比較に基づいて推奨することと、を含む方法。
13. 前記計算は、前記第１のＲＦ信号電力測定値の特徴と前記第２のＲＦ信号電力測定値の特徴との差または比率を決定することを含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記１または複数の特徴は、極大ＲＦ信号電力、周波数範囲での平均ＲＦ信号電力、前記周波数範囲でのＲＦ信号電力の積分、またはそれらの任意の組み合わせを含む請求項１２に記載の方法。
15. 行為を推奨することは、前記電気システムの１または複数のパラメータを調整することを推奨することを含む請求項１２に記載の方法。
16. 行為を推奨することは、前記電気装置の停止を推奨すること、前記電気システムの保守を推奨すること、または両方を含む請求項１２に記載の方法。
17. 前記回路は、コレクタ・アセンブリ、整流器アセンブリ、または両方を含む請求項１２に記載の方法。
18. 前記回路は、回路遮断器、スイッチ、リレー、またはそれらの任意の組み合わせを含む請求項１２に記載の方法。
19. 励磁機回路であって、
    回転界磁巻線の組と、
    前記励磁機回路に電力を供給する直流（ＤＣ）励磁機と、
    前記回転界磁巻線の組に電力を供給し、複数のブラシとコレクタ・リングとを含むコレクタ・アセンブリと、
    前記励磁機回路内のアーク放電事象に対応する高周波（ＲＦ）信号を測定する複数の高周波変流器（ＲＦＣＴ）を含むシャフト電圧サプレッサ（ＳＶＳ）と、を含む励磁機回路と、
    前記複数のＲＦＣＴから測定値を受信し、前記測定値を処理して前記ＲＦ信号の電力を信号周波数の関数として決定し、前記回路の調子を少なくとも部分的に前記ＲＦ信号の前記決定された電力に基づいて評価するプロセッサと、を含む発電機。
20. 前記ＲＦ信号は、前記コレクタ・アセンブリの前記複数のブラシと前記コレクタ・リングとの間のアーク放電事象に対応する請求項１９に記載の発電機。
21. 前記プロセッサは、アラームを出すこと、前記発電機の保守を要求すること、前記発電機内の将来のフラッシュオーバー事象を予測すること、またはそれらの任意の組み合わせを、少なくとも部分的に前記回路の前記調子の前記評価に基づいて行なう請求項１９に記載の発電機。
22. 前記回路の前記調子を評価することは、前記関数の１または複数の特徴を１または複数の基線値と比較することを含む請求項１９に記載の発電機。
23. 前記１または複数の特徴は、極大ＲＦ信号電力、周波数範囲での平均ＲＦ信号電力、前記周波数範囲でのＲＦ信号電力の積分、またはそれらの任意の組み合わせを含む請求項２２に記載の発電機。