JP2021028591A - Diagnostic system and diagnostic method for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機、発電機、及び誘導機などの回転電機の診断システムと診断方法に関する。 The present invention relates to a diagnostic system and a diagnostic method for rotating electric machines such as electric motors, generators, and inducers.
電動機、発電機、及び誘導機などの回転電機は、突発的な故障を起こすと、ユーザのシステム全体に対して想定外の稼動停止をもたらし、社会生活に大きな損失を与える恐れがあり得る。例えば、各種の生産工場において回転電機が予期せぬタイミングで停止すると、製作中の製品をすべて失い、発注先への納期が遅れる場合がある。また、発電所における突発的な発電機の停止は、経済的に大きな損失を生じうる。回転電機の故障原因のうち、軸受に関するものが35%で絶縁に関するものが35%であるという報告があり、これらの故障を発生前に未然に防ぐことは、回転電機の安定した稼働に大きく貢献する。 When a sudden failure of a rotating electric machine such as an electric motor, a generator, and an induction machine causes an unexpected shutdown of the entire user's system, there is a risk of causing a great loss in social life. For example, if a rotary electric machine is stopped at an unexpected timing in various production factories, all the products being manufactured may be lost and the delivery date to the supplier may be delayed. Also, a sudden generator outage at a power plant can result in significant economic losses. It has been reported that 35% of the causes of failure of rotary electric machines are related to bearings and 35% are related to insulation. Preventing these failures before they occur greatly contributes to the stable operation of rotary electric machines. To do.
近年、材料や装置構造における技術革新によって、回転電機を含めた電気機器は、機器の信頼性と製造容易性などのトレードオフとなる事象に対し、バランス良く設計されるようになってきた。しかし、周囲環境や稼働条件が過酷な場合において、電気機器が故障するケースも散見されるようになり、安価かつ高精度な診断技術を併用することの重要性が高くなっている。 In recent years, due to technological innovations in materials and device structures, electric devices including rotary electric machines have come to be designed in a well-balanced manner against trade-offs such as device reliability and ease of manufacture. However, in harsh surrounding environments and operating conditions, there are some cases where electrical equipment breaks down, and it is becoming more important to use inexpensive and highly accurate diagnostic technology together.
回転電機の従来の診断システムの例として、特許文献1には、三相給電電路の零相電流を計測し、計測した零相電流から抽出した高調波成分に基づいて、各相の給電電路の絶縁抵抗値を導出する絶縁劣化診断装置が記載されている。また、特許文献2には、回転電機の各相の引き出し線のそれぞれに取り付けられた電流センサと、全ての相の引き出し線に一括して取り付けられた電流センサを使用することによって、零相電流と固定子巻線の絶縁材を介して流れる漏れ電流を計測して、軸受の劣化と固定子巻線の絶縁の劣化を診断する劣化診断システムが記載されている。
As an example of a conventional diagnostic system for a rotary electric machine,
回転電機は、固定子と回転子を備え、固定子と回転子のコアに設けられたスロット内にコイルが収納される。スロット内に配置されたコイルは、表面が絶縁層で覆われている。コイルがスロットから脱落するのを防ぐために、スロットの開口部に磁性楔が設置される。 The rotary electric machine includes a stator and a rotor, and the coil is housed in a slot provided in the core of the stator and the rotor. The surface of the coil arranged in the slot is covered with an insulating layer. A magnetic wedge is installed in the opening of the slot to prevent the coil from falling out of the slot.
回転電機の事故の要因のうちで多くの割合を占めるのは、磁性楔がスロットから脱落したりスロットに対して緩くなったりすることによるコイルの破損である。磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みが生じると、磁性楔や磁性楔の破片が、スロット内に配置されたコイルを覆う絶縁層を破壊し、回転電機に絶縁破壊が起こって異常が生じ得る。 A large proportion of the causes of rotary electrical accidents is coil breakage due to the magnetic wedge falling out of the slot or loosening relative to the slot. If the magnetic wedge falls out of the slot or loosens from the slot, the magnetic wedge or fragments of the magnetic wedge destroy the insulating layer that covers the coil placed in the slot, causing dielectric breakdown in the rotary electric machine and causing an abnormality. obtain.
特許文献1や特許文献2に記載されたような従来の診断システムでは、磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出できない。このため、従来は、主に目視により磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出しており、検出に必要な労力が大きく、見落としによる検出漏れがあると、コイルが破損して回転電機に絶縁破壊が起こる可能性があるという課題がある。このため、磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みという、回転電機の異常を検出できる診断システムが望まれている。
Conventional diagnostic systems such as those described in
本発明は、磁性楔の、固定子または回転子のコアのスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出し、回転電機の異常を検出可能な、回転電機の診断システムと診断方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a diagnostic system and a diagnostic method for a rotating electric machine capable of detecting a fall of a magnetic wedge from a slot of a stator or a rotor core or looseness to a slot and detecting an abnormality of the rotating electric machine. The purpose.
本発明による回転電機の診断システムは、回転電機のコイルに接続された往復ケーブルに設置され、前記往復ケーブルに流れる往復電流を計測する電流センサと、前記電流センサが計測した前記往復電流を入力し、前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める診断装置とを備える。前記診断装置は、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する。 The rotary electric machine diagnostic system according to the present invention is installed in a reciprocating cable connected to the coil of the rotary electric machine, and inputs a current sensor that measures the reciprocating current flowing through the reciprocating cable and the reciprocating current measured by the current sensor. A diagnostic device for obtaining a leakage current, which is the difference between the current flowing into the coil and the current flowing out of the coil, from the reciprocating current. The diagnostic apparatus obtains a spectrum of the leakage current frequency region from the leakage current waveform, and if the obtained spectrum is different from the spectrum of the leakage current frequency region when the rotating electric machine is normal, It is determined that the rotary electric machine is abnormal.
本発明による回転電機の診断方法は、回転電機のコイルに接続された往復ケーブルに設置された電流センサで、前記往復ケーブルに流れる往復電流を計測する計測工程と、前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める漏れ電流取得工程と、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する診断工程とを備える。 The method for diagnosing a rotating electric machine according to the present invention is a measurement step of measuring the reciprocating current flowing through the reciprocating cable with a current sensor installed in a reciprocating cable connected to the coil of the rotating electric machine, and the reciprocating current from the reciprocating current to the coil. The leakage current acquisition step of obtaining the leakage current, which is the difference between the inflowing current and the outflowing current from the coil, and the spectrum of the leakage current frequency region obtained from the leakage current waveform are obtained, and the obtained spectrum is the rotary electric machine. If the spectrum is different from the spectrum of the frequency region of the leakage current in the normal case, the rotary electric machine is provided with a diagnostic step of determining that the abnormality is present.
本発明によると、磁性楔の、固定子または回転子のコアのスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出し、回転電機の異常を検出可能な、回転電機の診断システムと診断方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is provided a diagnostic system and a diagnostic method for a rotating electric machine capable of detecting a fall of a magnetic wedge from a slot of a stator or a rotor core or looseness to the slot and detecting an abnormality of the rotating electric machine. Can be done.
回転電機では、固定子と回転子のコアに設けられたスロットに設置された磁性楔がスロットから脱落したりスロットに対して緩くなったりすると、回転電機から漏れる磁場が歪む。従って、回転電機から漏れる磁場の変歪を検出すると、絶縁事故の要因のうちで比率の多い磁性楔の脱落や緩みを検出できる。回転電機から漏れる磁場の変歪は、スロット内に配置されたコイルからコイルの表面を覆う絶縁層にのみ漏れ流れる電流(以下、「対地漏れ電流」と称する)の高調波成分に現れる。 In a rotary electric machine, when the magnetic wedges installed in the slots provided in the stator and the core of the rotor fall off from the slots or become loose with respect to the slots, the magnetic field leaking from the rotary electric machine is distorted. Therefore, by detecting the distortion of the magnetic field leaking from the rotating electric machine, it is possible to detect the falling off or loosening of the magnetic wedge, which has a large proportion of the causes of the insulation accident. The distortion of the magnetic field leaking from the rotating electric machine appears in the harmonic component of the current leaking only from the coil arranged in the slot to the insulating layer covering the surface of the coil (hereinafter referred to as "leakage current to ground").
本発明では、回転電機のコイルの各相に繋がる往復ケーブルに流れる往復電流を1つの電流センサで計測し、往復電流の差分を求めることで、対地漏れ電流を計測する。往復ケーブルとは、回転電機のコイルに流入する電流とコイルから流出する電流が流れる一対のケーブルのことである。往復電流の差分とは、コイルに流入する電流とコイルから流出する電流の差分(往復ケーブルの一方に流れる電流と他方に流れる電流の差分)のことである。対地漏れ電流は、電流センサが計測した往復電流から、往復電流の差分として求められる。 In the present invention, the reciprocating current flowing through the reciprocating cable connected to each phase of the coil of the rotary electric machine is measured by one current sensor, and the difference between the reciprocating currents is obtained to measure the leakage current to the ground. The reciprocating cable is a pair of cables through which the current flowing into the coil of the rotary electric machine and the current flowing out of the coil flow. The difference in reciprocating current is the difference between the current flowing into the coil and the current flowing out of the coil (difference between the current flowing in one of the reciprocating cables and the current flowing in the other). The leakage current to the ground is obtained as the difference between the reciprocating currents measured by the current sensor.
本発明では、計測した対地漏れ電流に対して周波数分析を実施することで、磁性楔の、コアのスロットからの脱落やスロットに対する緩みを効率良く高精度に検出する。 In the present invention, by performing frequency analysis on the measured ground leakage current, it is possible to efficiently and accurately detect the magnetic wedge falling off from the slot or loosening from the slot.
本発明では、磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みという回転電機の異常を検出可能であり、これらに起因するコイルの破損と回転電機の絶縁破壊の発生を防止できる。これにより、省メンテナンスを可能とする新たな診断手法を提供でき、回転電機の診断サービスをより高効率化できる。また、回転電機の絶縁特性と相関のある量として、回転電機から漏れる磁場の変歪の他に、回転電機の静電容量成分の変化を検出することができる。 In the present invention, it is possible to detect abnormalities in the rotating electric machine such as the magnetic wedge falling out of the slot or loosening in the slot, and it is possible to prevent the coil from being damaged and the dielectric breakdown of the rotating electric machine from occurring due to these. As a result, it is possible to provide a new diagnostic method that enables maintenance saving, and it is possible to improve the efficiency of the diagnostic service of the rotary electric machine. Further, as an amount correlating with the insulation characteristics of the rotating electric machine, it is possible to detect a change in the capacitance component of the rotating electric machine in addition to the fluctuation of the magnetic field leaking from the rotating electric machine.
本発明による回転電機の診断システムと診断方法は、電動機、発電機、及び誘導機などの回転電機を診断することができる。特に、ガスタービン、鉄道、自動車、航空、及び風力発電機などに用いられる、負荷が変動する回転電機に有効である。 The diagnostic system and diagnostic method for rotary electric machines according to the present invention can diagnose rotary electric machines such as electric motors, generators, and induction machines. In particular, it is effective for rotary electric machines with variable loads used in gas turbines, railways, automobiles, aviation, wind power generators, and the like.
以下、本発明の実施例による、回転電機の診断システム及び診断方法を、図面を用いて説明する。以下では、回転電機の固定子について診断を行う例を説明するが、本発明による、回転電機の診断システム及び診断方法は、回転子についても、固定子と同様に診断することができる。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。 Hereinafter, a diagnostic system and a diagnostic method for a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, an example of diagnosing the stator of the rotary electric machine will be described, but the diagnostic system and the diagnostic method of the rotary electric machine according to the present invention can also diagnose the rotor in the same manner as the stator. In the drawings used in the present specification, the same or corresponding components may be designated by the same reference numerals, and repeated description of these components may be omitted.
本発明の実施例1による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。 The diagnostic system and the diagnostic method of the rotary electric machine according to the first embodiment of the present invention will be described.
図7は、本発明の実施例1による診断システム10と、診断システム10が診断する回転電機1を示すブロック図である。回転電機1は、電力系統9に接続されている。診断システム10は、回転電機1に接続している往復ケーブル5に接続可能である。また、回転電機1は、負荷となる装置50に接続されている。
FIG. 7 is a block diagram showing a
図8は、回転電機1の固定子30の一部を示す図である。固定子30は、空隙を挟んで回転子40に対向し、固定子コア31と固定子コイル32を備える。固定子コア31には、スロット33が設けられている。固定子コイル32は、スロット33に収納され、表面が絶縁層34で覆われている。スロット33の開口部には、磁性楔35が設置されている。磁性楔35がスロット33から脱落したりスロット33に対して緩くなったりすると、磁性楔35や磁性楔35の破片が固定子コイル32を覆う絶縁層34を破壊し、固定子コイル32の破損や回転電機1の絶縁破壊という回転電機1の異常が起こり得る。
FIG. 8 is a diagram showing a part of the
図1は、本実施例による診断システム10の構成を示す図であり、診断システム10と回転電機1と電力系統9を含めた全体回路を示している。本実施例では、回転電機1は、固定子コイル32の三相がΔ結線で結線されている。また、回転電機1は、電力系統9に給電ケーブル3で接続されている。給電ケーブル3は、端子箱の端子台4にて分岐し、往復ケーブル5として回転電機1に結線される。往復ケーブル5は、一対の給電ケーブル3で構成されており、回転電機1の固定子コイル32の1つの相ごとに接続する。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the
診断システム10は、電流センサ2と計測装置8と診断装置20を備える。なお、計測装置8と診断装置20は、1つの装置(例えば、コンピュータ)で構成しても、複数の装置で構成してもよい。
The
電流センサ2は、回転電機1の固定子コイル32の各相に接続された往復ケーブル5に、相ごとに設置され、端子台4と回転電機1との間に位置する。電流センサ2は、回転電機1の固定子コイル32の各相に対して1つ、合計3つ設けられる。1つの電流センサ2は、往復ケーブル5を構成する一対の給電ケーブル3に設置され、往復ケーブル5に流れる往復電流(固定子コイル32に流入する電流と固定子コイル32から流出する電流)を計測する。
The
計測装置8は、電流センサ2に接続されており、通信機器と記憶媒体の少なくとも一方を備える。通信機器は、無線通信または有線通信によって、電流センサ2が計測した往復電流を診断装置20に送信する。記憶媒体は、電流センサ2が計測した往復電流を記憶する。記憶媒体は、計測装置8に対して着脱可能でもよい。また、計測装置8は、診断装置20に対して着脱可能でもよい。計測装置8は、例えば、ハードディスク付きパソコンとデータロガーや、記憶装置を備えUSB接続が可能なオシロスコープなどで構成することができる。
The measuring
診断装置20は、電流センサ2が計測した往復電流を計測装置8から入力する。診断装置20は、計測装置8の通信機器から送信された往復電流を受信したり、往復電流を記憶した計測装置8の記憶媒体が接続されたりすることで、計測装置8から往復電流を入力する。診断装置20は、入力した往復電流から、対地漏れ電流(固定子コイル32から固定子コイル32の表面を覆う絶縁層34にのみ漏れ流れる電流)を求める。
The
本実施例による診断システム10では、回転電機1の固定子コイル32の各相に繋がる往復ケーブル5に電流センサ2が設置され、回転電機1の固定子コイル32の各相に流れる往復電流を1つの電流センサ2で計測し、診断装置20が往復電流の差分を求めることで、回転電機1の固定子コイル32の各相における対地漏れ電流を高精度に計測する。対地漏れ電流Iは、固定子コイル32から固定子コイル32の表面を覆う絶縁層34にのみ漏れ流れる電流のことであり、回転電機1の固定子コイル32に流入する電流I1の値から、固定子コイル32から流出する電流I2の値を引いて往復電流の差分を求めることで、得ることができる(I=I1−I2)。
In the
図2は、対地漏れ電流の時間変化の例を示す図であり、対地漏れ電流を計測した実験結果を基に作成した図である。図2の横軸は時間を示し、縦軸は対地漏れ電流の大きさ(振幅)を示す。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a time change of the ground leakage current, and is a diagram created based on the experimental results of measuring the ground leakage current. The horizontal axis of FIG. 2 indicates time, and the vertical axis indicates the magnitude (amplitude) of leakage current to ground.
図2に示すように、対地漏れ電流の時間変化には、対地漏れ電流がほぼ一定の値を取る時間帯と、対地漏れ電流が増大する時間帯が存在する。すなわち、対地漏れ電流は、変動して間欠的に増大する。対地漏れ電流は、回転電機1の出力が小さい低出力領域で、ほぼ一定の安定した値を取る。この一定の値は、対地漏れ電流の最小値である。対地漏れ電流の増大は、回転電機1の負荷に変動があり、回転電機1の出力が低出力領域から高出力領域に遷移して大きくなる際に発生する。
As shown in FIG. 2, the time change of the ground leakage current includes a time zone in which the ground leakage current takes a substantially constant value and a time zone in which the ground leakage current increases. That is, the leakage current to the ground fluctuates and increases intermittently. The leakage current to ground takes a substantially constant and stable value in a low output region where the output of the rotary
図2に示すように、回転電機1の低出力領域で現れる安定した対地漏れ電流の値(振幅の値)を、基準値12と称し、基準値12に対する対地漏れ電流の増加量を変動値11と称する。基準値12は、対地漏れ電流の最小値とすることができる。
As shown in FIG. 2, the value of the stable leakage current to the ground (amplitude value) that appears in the low output region of the rotary
診断装置20は、求めた対地漏れ電流に対し、任意の時間帯について周波数分析を実施し、磁性楔35の、固定子コア31のスロット33からの脱落やスロット33に対する緩みを検出する。診断装置20は、対地漏れ電流の波形を周波数領域のスペクトルに変換することで、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求める。
The
図3は、磁性楔35が正常な場合、すなわち、磁性楔35が、固定子コア31のスロット33から脱落したりスロット33に対して緩んだりしていない場合における、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルの例を示す図であり、対地漏れ電流を計測した実験結果を基に作成した図である。図3の横軸は周波数を示し、縦軸は対地漏れ電流(対数を取った値)を示す。磁性楔35が正常な回転電機1とは、例えば、製造後で運転開始前の回転電機や、補修後で運転開始前の回転電機である。
FIG. 3 shows the frequency domain of the leakage current to the ground when the
図3に示すように、磁性楔35が正常な回転電機1では、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、最も大きなピークとして基本波成分のピーク21が検出され、その次に大きなピークとしてスロット高調波(スロット33の存在に起因する高調波)によるピーク22が検出される。
As shown in FIG. 3, in the rotary
図4は、磁性楔35が異常な場合、すなわち、磁性楔35が、固定子コア31のスロット33から脱落したりスロット33に対して緩んだりした場合における、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルの例を示す図であり、対地漏れ電流を計測した実験結果を基に作成した図である。図4の横軸は周波数を示し、縦軸は対地漏れ電流(対数を取った値)を示す。
FIG. 4 shows the spectrum of the frequency domain of the leakage current to the ground when the
図4に示すように、磁性楔35が異常な回転電機1では、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、基本波成分のピーク21とスロット高調波によるピーク22の他に、磁性楔35が正常な回転電機1のスペクトルには存在しない、異常を示すピーク23が検出される。この異常を示すピーク23は、磁性楔35の脱落や緩みによって回転電機1から漏れる磁場の変歪に起因する。このピーク23は、磁性楔35の異常状態の初期においては、スロット高調波によるピーク22よりも振幅が小さい傾向にある。しかし、磁性楔35が異常な回転電機1では、磁性楔35が正常な回転電機1では存在しないピーク23が、明確に出現する。
As shown in FIG. 4, in the rotary
従って、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルが、回転電機1が正常な場合、すなわち磁性楔35が正常な場合における対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、磁性楔35が異常であると判断することができる。具体的には、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、磁性楔35が正常な場合のスペクトルには存在しないピーク(但し、ノイズレベルより大きいピーク)が検出されたら、磁性楔35が異常であると判断することができる。
Therefore, if the spectrum of the frequency domain of the leakage current to the ground is different from the spectrum of the frequency domain of the leakage current to the ground when the rotary
診断装置20は、正常な回転電機1(すなわち、磁性楔35が正常な回転電機1)について対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルを記憶しておく。そして、診断装置20は、求めた対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルと、正常な回転電機1についての対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルとを比較し、求めた対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、正常な回転電機1についての対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルには存在しないピークを検出したら、回転電機1が異常である、すなわち、磁性楔35が、固定子コア31のスロット33から脱落したりスロット33に対して緩んだりしており異常であると判断する。
The
電流センサ2は、回転電機1の固定子コイル32の各相に接続する往復ケーブル5に、次のように設置することもできる。
The
回転電機1の固定子コイル32の1つの相に接続する往復ケーブル5は、一対の給電ケーブル3で構成されている。往復ケーブル5を構成する一対の給電ケーブル3のそれぞれは、複数条のケーブルで構成することができる。すなわち、往復ケーブル5は、複数条のケーブルからなる給電ケーブル3が一対となって構成されてもよい。
The
図9は、往復ケーブル5が、複数条のケーブルからなる給電ケーブル3が一対となって構成されており、この往復ケーブル5に設置されている電流センサ2を示す図である。図9には、一例として、一対の給電ケーブル3の一方が2本のケーブル3a、3bで構成されており、他方が2本のケーブル3c、3dで構成されている往復ケーブル5を示している。給電ケーブル3は、3本以上のケーブルで構成することもできる。
FIG. 9 is a diagram showing a
往復ケーブル5が、一対の、複数条のケーブルからなる給電ケーブル3、すなわち、ケーブル3a、3bからなる給電ケーブル3とケーブル3c、3dからなる給電ケーブル3で構成されている場合には、電流センサ2は、給電ケーブル3を構成する複数条のケーブル3a、3b、3c、3dのうち一部のケーブルに設置することができる。図9には、一例として、電流センサ2が、一方の給電ケーブル3のケーブル3bと他方の給電ケーブル3のケーブル3cに設置された構成を示している。
When the
このように、電流センサ2を、複数条のケーブルのうちの一部のケーブルに設置することで、往復ケーブル5が太くても、往復ケーブル5と電流センサ2の大きさに応じて、電流センサ2を設置できる。
By installing the
本実施例による診断システム10では、計測した対地漏れ電流に対して周波数分析を実施することで、磁性楔35の異常、すなわち、磁性楔35の、固定子コア31のスロット33からの脱落やスロット33に対する緩みを効率良く高精度に検出することができ、回転電機1の異常を検出可能であり、固定子コイル32の破損と回転電機1の絶縁破壊の発生を防止できる。
In the
本発明の実施例2による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。以下では、本実施例について、実施例1と異なる点を主に説明する。 A diagnostic system and a diagnostic method for a rotary electric machine according to a second embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described.
発明者らは、負荷変動を有する回転電機においては、実施例1で図2を用いて説明したように、対地漏れ電流が変動することを見出した。対地漏れ電流が変動すると、対地漏れ電流の高調波成分に機械的な振動に起因する成分が含まれるため、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルにおいて、回転電機から漏れる磁場の変歪に起因するピークのみを検出することが難しい。 The inventors have found that in a rotary electric machine having a load fluctuation, the leakage current to the ground fluctuates as described with reference to FIG. 2 in Example 1. When the ground leakage current fluctuates, the harmonic component of the ground leakage current includes a component caused by mechanical vibration. Therefore, in the spectrum of the frequency range of the ground leakage current, the peak caused by the distortion of the magnetic field leaking from the rotating electric machine. Only difficult to detect.
そこで、本実施例では、診断装置20は、磁性楔35の異常以外に対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに影響を与える要因を取り除くため、求めた対地漏れ電流に対し、対地漏れ電流がほぼ一定の値である時間帯について周波数分析を実施する。
Therefore, in this embodiment, the
図5は、図2に示した対地漏れ電流の時間変化の例において、周波数分析を行う時間帯を示した図である。診断装置20は、求めた対地漏れ電流の大きさが、変動値11を含まず、予め定めた範囲内に収まっている時間帯13を抽出する。対地漏れ電流の大きさのこの範囲は、基準値12を含み、対地漏れ電流がほぼ基準値12であるとみなせるように上限と下限を任意に定めることができる。診断装置20は、対地漏れ電流の大きさがこの範囲内に収まっていれば、対地漏れ電流がほぼ一定の値(基準値12)であると判断する。
FIG. 5 is a diagram showing a time zone in which frequency analysis is performed in the example of the time change of the leakage current to the ground shown in FIG. The
そして、診断装置20は、抽出した時間帯13のみについて、対地漏れ電流の周波数分析を実施し、対地漏れ電流の波形を周波数領域のスペクトルに変換する。すなわち、診断装置20は、対地漏れ電流が、ほぼ基準値12であり変動が小さくSN比が高い時間帯13のみを対象として、対地漏れ電流の周波数分析を行う。
Then, the
本実施例では、機械的な振動(例えば、機械的劣化による振動)などに起因する変動を含まない対地漏れ電流について周波数分析を実施するので、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルにおいて、異常を示すピーク23(磁性楔35の脱落や緩みによって回転電機1から漏れる磁場の変歪に起因するピーク)を高精度に検出することができ、磁性楔35の異常をより高精度で高感度に検出できる。
In this embodiment, since frequency analysis is performed on the ground leakage current that does not include fluctuations caused by mechanical vibration (for example, vibration due to mechanical deterioration), an abnormality is shown in the frequency domain spectrum of the ground leakage current. The peak 23 (the peak caused by the distortion of the magnetic field leaking from the rotary
本実施例による診断システム10では、対地漏れ電流が変動値11を含まずほぼ一定の値である時間帯13について周波数分析を実施することで、磁性楔35の異常をより高精度で高感度に検出することができ、回転電機1の異常を検出可能であり、固定子コイル32の破損と回転電機1の絶縁破壊の発生を防止できる。
In the
本発明の実施例3による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。以下では、本実施例について、実施例1と異なる点を主に説明する。 The diagnostic system and the diagnostic method of the rotary electric machine according to the third embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described.
図6は、本実施例による診断システム10の構成を示す図であり、図1と同様に、診断システム10と回転電機1と電力系統9を含めた全体回路を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
本実施例による診断システム10は、計測装置8が無線通信機器7と大容量ストレージ6の少なくとも一方を備える。
In the
計測装置8が無線通信機器7を備えると、計測装置8は、電流センサ2が計測した往復電流などの計測データを、無線通信機器7による無線通信によってデータセンタに送信し、データセンタに保存する。また、無線通信機器7を備えた計測装置8は、診断装置20が求めた対地漏れ電流を、無線通信によってデータセンタに送信することもできる。
When the measuring
計測装置8が大容量ストレージ6を備えると、計測装置8は、計測データを大容量ストレージ6に保存する。また、大容量ストレージ6を備えた計測装置8は、診断装置20が求めた対地漏れ電流を大容量ストレージ6に保存することもできる。
When the measuring
本実施例による診断システム10では、往復電流や対地漏れ電流を、往復ケーブル5を活線したまま連続的に計測できるため、蓄積するデータ量が膨大になる。このため、長期間にわたって連続的に計測する場合には、無線通信機器7によりデータを転送したり、大容量ストレージ6にデータを保存したりすると、データの保存に有効である。
In the
無線通信機器7によりデータをデータセンタに転送するときには、データの転送に不具合が生じることがある。また、大容量ストレージ6に長期的に連続してデータを蓄積すると、データの保存に不具合が生じることがある。このため、本実施例による診断システム10は、状況に応じて無線通信機器7と大容量ストレージ6を使い分けるか、両者を併用するのが好ましい。
When the data is transferred to the data center by the wireless communication device 7, a problem may occur in the data transfer. Further, if data is continuously accumulated in the large-capacity storage 6 for a long period of time, a problem may occur in data storage. Therefore, in the
本発明の実施例4による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。実施例1で図7を用いて説明したように、診断システム10が診断する回転電機1は、負荷となる装置50に接続されている。本実施例では、診断システム10が診断可能な回転電機1であって、負荷変動が発生する装置50に接続され負荷電流が変動する回転電機1について、その例を説明する。
A diagnostic system and a diagnostic method for a rotary electric machine according to a fourth embodiment of the present invention will be described. As described with reference to FIG. 7 in Example 1, the rotary
本実施例による診断システム10が診断する回転電機1の例として、自動車用モータ、ガスタービン用発電機、風力用発電機、車両用回転電機、及び航空用モータなどが挙げられる。これら以外にも、診断システム10は、発電量やモータの出力が変動する回転電機1の全般を診断することが可能である。
Examples of the rotary
本実施例による診断システム10は、上述した回転電機1などを診断し、磁性楔35の異常を効率良く高精度に検出することができ、回転電機1の異常を検出可能で、固定子コイル32の破損と回転電機1の絶縁破壊の発生を防止できる。
The
本発明の実施例5による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。本実施例による診断システム10は、回転電機1について、固定子コイル32の絶縁層34の熱劣化や吸湿劣化などの有無を検出することができる。
The diagnostic system and the diagnostic method of the rotary electric machine according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The
本実施例による診断システム10では、回転電機1の固定子コイル32の静電容量成分を、対地漏れ電流から精度よく求めることができる。診断装置20は、対地漏れ電流が固定子コイル32の静電容量に比例するので、対地漏れ電流から固定子コイル32の静電容量を求めることができる。従って、診断装置20は、対地漏れ電流の変化から固定子コイル32の静電容量の変化を求めることができ、固定子コイル32の静電容量が減少したら固定子コイル32の絶縁層34が熱や吸湿により劣化したことなどを検出できる。
In the
このような熱劣化や吸湿劣化などの検出は、特に定格電圧が2kV以下の部分放電劣化が生じない回転電機1に対して有効である。
Such detection of thermal deterioration and moisture absorption deterioration is particularly effective for the rotary
本実施例による診断システム10は、特に定格電圧が2kV以下の回転電機1に対し、磁性楔35の異常と固定子コイル32の熱劣化や吸湿劣化を効率良く高精度に検出することができ、回転電機1の異常を検出可能で、固定子コイル32の破損と回転電機1の絶縁破壊の発生を防止できる。
The
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to the embodiment including all the described configurations. In addition, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment. It is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to delete a part of the configurations of each embodiment and add / replace other configurations.
1…回転電機、2…電流センサ、3…給電ケーブル、3a、3b、3c、3d…給電ケーブルを構成するケーブル、4…端子台、5…往復ケーブル、6…大容量ストレージ、7…無線通信機器、8…計測装置、9…電力系統、10…診断システム、11…変動値、12…基準値、13…実施例2において対地漏れ電流の周波数分析を行う時間帯、20…診断装置、21…基本波成分のピーク、22…スロット高調波によるピーク、23…異常を示すピーク、30…固定子、31…固定子コア、32…固定子コイル、33…スロット、34…絶縁層、35…磁性楔、40…回転子、50…負荷となる装置。 1 ... Rotating electric machine, 2 ... Current sensor, 3 ... Power supply cable, 3a, 3b, 3c, 3d ... Cables that make up the power supply cable, 4 ... Terminal block, 5 ... Reciprocating cable, 6 ... Large capacity storage, 7 ... Wireless communication Equipment, 8 ... Measuring device, 9 ... Power system, 10 ... Diagnostic system, 11 ... Fluctuation value, 12 ... Reference value, 13 ... Time zone for frequency analysis of leakage current to ground in Example 2, 20 ... Diagnostic device, 21 ... peak of fundamental wave component, 22 ... peak due to slot harmonics, 23 ... peak indicating abnormality, 30 ... stator, 31 ... stator core, 32 ... stator coil, 33 ... slot, 34 ... insulating layer, 35 ... Magnetic wedge, 40 ... rotor, 50 ... load device.
Claims (9)
前記電流センサが計測した前記往復電流を入力し、前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める診断装置と、
を備え、
前記診断装置は、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する、
ことを特徴とする、回転電機の診断システム。 A current sensor installed on a reciprocating cable connected to the coil of a rotary electric machine and measuring the reciprocating current flowing through the reciprocating cable.
A diagnostic device that inputs the reciprocating current measured by the current sensor and obtains a leakage current that is the difference between the current flowing into the coil and the current flowing out of the coil from the reciprocating current.
With
The diagnostic apparatus obtains a spectrum of the leakage current frequency region from the leakage current waveform, and if the obtained spectrum is different from the spectrum of the leakage current frequency region when the rotating electric machine is normal, Judging that the rotary electric machine is abnormal,
A diagnostic system for rotating electric machines, which is characterized by this.
請求項1に記載の回転電機の診断システム。 When the diagnostic apparatus detects in the obtained spectrum a peak that does not exist in the spectrum in the frequency region of the leakage current when the rotary electric machine is normal, it determines that the rotary electric machine is abnormal.
The diagnostic system for a rotary electric machine according to claim 1.
請求項1に記載の回転電機の診断システム。 The diagnostic device obtains the spectrum of the frequency region of the leakage current from the waveform of the leakage current only in a time zone in which the magnitude of the leakage current is within a predetermined range.
The diagnostic system for a rotary electric machine according to claim 1.
前記電流センサは、前記給電ケーブルを構成する前記複数条のケーブルのうち、一部のケーブルに設置されている、
請求項1に記載の回転電機の診断システム。 The reciprocating cable is composed of a pair of power supply cables, and the power supply cable is composed of a plurality of cables.
The current sensor is installed in a part of the plurality of cables constituting the power supply cable.
The diagnostic system for a rotary electric machine according to claim 1.
請求項1に記載の回転電機の診断システム。 The current sensor is installed in the reciprocating cable connected to the coil of the rotary electric machine whose load fluctuates.
The diagnostic system for a rotary electric machine according to claim 1.
請求項1に記載の回転電機の診断システム。 The current sensor is installed in the reciprocating cable connected to the coil of the rotating electric machine having a rated voltage of 2 kV or less.
The diagnostic system for a rotary electric machine according to claim 1.
前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める漏れ電流取得工程と、
前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する診断工程と、
を備えることを特徴とする、回転電機の診断方法。 A measurement process that measures the reciprocating current flowing through the reciprocating cable with a current sensor installed on the reciprocating cable connected to the coil of the rotary electric machine.
A leakage current acquisition step of obtaining a leakage current, which is the difference between the current flowing into the coil and the current flowing out of the coil, from the reciprocating current.
The spectrum of the frequency region of the leakage current is obtained from the waveform of the leakage current, and if the obtained spectrum is different from the spectrum of the frequency region of the leakage current when the rotating electric machine is normal, the rotating electric machine is abnormal. And the diagnostic process to determine that
A method for diagnosing a rotating electric machine, which comprises.
請求項7に記載の回転電機の診断方法。 In the diagnostic step, if a peak that does not exist in the spectrum in the frequency region of the leakage current when the rotary electric machine is normal is detected in the obtained spectrum, it is determined that the rotary electric machine is abnormal.
The diagnostic method for a rotary electric machine according to claim 7.
請求項7に記載の回転電機の診断方法。 In the diagnostic step, the spectrum of the frequency region of the leakage current is obtained from the waveform of the leakage current only in the time zone in which the magnitude of the leakage current is within a predetermined range.
The diagnostic method for a rotary electric machine according to claim 7.
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