JP2870559B2 - ブラシレス発電機の回転整流器故障検出装置 - Google Patents

ブラシレス発電機の回転整流器故障検出装置

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JP2870559B2
JP2870559B2 JP3150711A JP15071191A JP2870559B2 JP 2870559 B2 JP2870559 B2 JP 2870559B2 JP 3150711 A JP3150711 A JP 3150711A JP 15071191 A JP15071191 A JP 15071191A JP 2870559 B2 JP2870559 B2 JP 2870559B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ブラシレス発電機の
主要な構成要素である回転整流器の故障を検出する装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】図6はブラシレス発電機の構成の概略を
示した構成図である。この図6において、交流発電機は
固定した電機子2Aと回転磁極2Fとでなっており、こ
の回転磁極2Fに交流発電機励磁電流IF を流すことに
より、電機子2Aからは3相交流電力を出力する。この
交流発電機励磁電流IF を供給するための交流励磁機は
回転電機子3Aと固定磁極3Fとでなり、励磁電源3S
から固定磁極3Fへ交流励磁機励磁電流IFEを流すこと
で、回転電機子3Aは3相交流電力を出力する。そこで
交流発電機の回転磁極2Fと、交流励磁機の回転電機子
3Aとを共通の回転軸5で結合し、この回転軸5を原動
機4で駆動する。このとき、回転軸5に回転整流器6を
固着し、交流励磁機の回転電機子3Aが出力する交流電
力をこの回転整流器6で直流電力に変換し、交流発電機
の回転磁極2Fへ交流発電機励磁電流IF として与える
ようにすれば、回転整流器6は回転磁極2F及び回転電
機子3Aと同体で回転するので、この交流発電機はスリ
ップリングやブラシを必要とせず、所謂ブラシレス発電
機となる。
【0003】ブラシレス発電機はブラシなど磨耗する部
品が無く、スリップリングなどを保守点検する手間を省
略出来るので多用されている。尚、回転整流器6の保護
用として従来はヒューズを挿入することもあったが、こ
のヒューズは回転整流器6と共に回転するので遠心力に
より破損する恐れがあり、構造上の弱点になる。一方適
用技術の向上により、回転整流器6が破損する恐れは少
なくなって来ているので、近頃は保護ヒューズを省略す
ることが多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】回転整流器6に保護ヒ
ューズを挿入していない近頃のブラシレス発電機では、
整流素子が短絡する故障を生じると交流発電機励磁電流
F は増加するのであるが、従来は交流発電機が無負荷
で定格電圧を出力する状態における交流発電機励磁電流
と、全負荷で定格電圧を出力する状態における交流発電
機励磁電流の2点しか監視していなかったので、交流発
電機がそれ以外の状態で運転しているときは、整流素子
が短絡する故障を生じてもこれを検出することは出来な
い不具合があった。
【0005】そこでこの発明の目的は、ブラシレス発電
機がどのような負荷状態で運転していても、その運転状
態に対応した交流発電機励磁電流を常時演算し、この演
算値と交流発電機励磁電流検出値とに所定値以上の差を
生じれば、回転整流器の故障と判断して警報を発するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明の回転整流器故障検出装置は、固定子が電
機子で回転子が磁極の交流発電機の回転磁極と、固定子
が磁極で回転子が電機子の交流励磁機の回転電機子とを
共通の回転軸で結合し、この交流励磁機の回転電機子が
出力する交流電力を前記回転軸に取付けた回転整流手段
で整流し、励磁電流として前記交流発電機の回転磁極に
与える構成のブラシレス発電機において、前記交流発電
機が出力する有効電力と無効電力とを検出する電力検出
手段、交流発電機端子電圧を検出する電圧検出手段、交
流発電機の励磁電流を検出する交流発電機励磁電流検出
手段、交流発電機の無負荷飽和特性を模擬する第1関数
発生手段、及び交流発電機の出力限界特性を模擬する模
擬回路とを備え、前記交流発電機の無負荷時は前記交流
発電機端子電圧検出値と前記第1関数発生手段とにより
この交流発電機の無負荷励磁電流計算値を求め、前記交
流発電機の負荷時はこの交流発電機の有効電力検出値、
無効電力検出値、前記第1関数発生手段によるこの交流
発電機の無負荷励磁電流計算値、及び前期交流発電機の
直軸同期リアクタンスと横軸同期リアクタンスとを用い
て前記模擬回路からこの交流発電機の励磁電流計算値を
求め、これら交流発電機無負荷時、又は負荷時の励磁電
流計算値と前記交流発電機励磁電流検出値とを比較し、
両者の差異が所定値以上のとき、前記回転整流手段の故
障と判定するものとする。
【0007】
【作用】この発明は、交流発電機出力電圧に対応した無
負荷励磁電流計算値を求めると共に交流発電機が出力し
ている有効電力PX と無効電力QX を検出し、これらと
当該交流発電機の定数である発電機直軸同期リアクタン
スと発電機横軸同期リアクタンスとを模擬回路に与え
て、この模擬回路からその時の負荷状態に対応した交流
発電機の負荷時励磁電流計算値IfXを求め、この負荷時
励磁電流計算値IfXと交流発電機励磁電流検出値IF
の差が所定値以上になれば、回転整流器故障と判定して
警報しようとするものである。尚、上述の模擬回路は交
流発電機の出力限界特性を模擬した回路構成とする。
【0008】
【実施例】図1は本発明の第1実施例を表した回路図で
ある。この図1において、電機子2Aと回転磁極2Fと
で構成している交流発電機2と、回転電機子3Aと固定
磁極3Fとで構成している交流励磁機3と、回転整流器
6とにより、図6で既述のブラシレス発電機を構成して
おり、励磁電源3Sからは交流励磁機3の固定磁極3F
へ交流励磁機励磁電流IFEを供給することで、交流発電
機2の回転磁極2Fには交流発電機励磁電流IF が流
れ、交流発電機2の電機子2Aからは遮断器7を介して
母線8へ交流電力を出力している。
【0009】交流発電機2の出力側には変流器11と計
器用変圧器12とを設けて、交流発電機の出力電流と出
力電圧とを検出している。電力検出器13は、この電流
と電圧から当該交流発電機2が出力している有効電力P
X と無効電力QX を演算して模擬回路20へ出力する。
又第1関数発生器14は、交流発電機の無負荷飽和特性
を模擬した関数を発生しているので、計器用変圧器12
で検出した電圧を入力することにより、その電圧に対応
した無負荷励磁電流計算値If0を模擬回路20へ出力す
る。更に、第1定数設定器15は発電機直軸同期リアク
タンスXd の逆数であるAなる値を設定し、第2定数設
定器16は発電機横軸同期リアクタンスXq の逆数であ
るBなる値を設定し、これら設定値を模擬回路20へ入
力している。
【0010】模擬回路20は交流発電機2の出力限界特
性を模擬しているので、この模擬回路20へ上述の各種
データを入力することにより、交流発電機2のその時点
に於ける負荷状態に対応した負荷時励磁電流計算値IfX
を、この模擬回路20が出力する。それ故、交流発電機
励磁電流検出値IF がこのようにして計算した負荷時励
磁電流計算値IfXに一致しているか否かを検出すること
で、回転整流器6の素子に異常を生じているか否かを判
断することが出来る。
【0011】図2は交流発電機の出力限界特性をを示し
たグラフであって、縦軸は有効電力を単位法で、横軸は
無効電力を同じく単位法で表しているが、横軸の右方向
は進みの無効電力を負極性で表し、横軸の左方向は遅れ
の無効電力を正極性で表すものとする。この図2に示す
グラフにおいて、A=1/Xd (但しXd は発電機直軸
同期リアクタンス)とし、B=1/Xq(但しXq は発
電機横軸同期リアクタンス)であるから、円弧ABは半
径が(B−A)/2で、C点を中心とする円の一部であ
る。但しC点の座標は、〔A+(B−A)/2,0〕で
ある。このようにすると、線分OA(但しOはこのグラ
フの原点)が無負荷励磁電流If0に対応した大きさにな
り、線分CDから前述の円の半径を差し引いた大きさが
負荷時励磁電流IfXに対応したものとなる。
【0012】そこで図2に表している負荷時励磁電流I
fX(即ち線分CDから円の半径を引いた長さ)は下記の
数1に示すようになる。
【0013】
【数1】
【0014】図3は本発明の第2実施例を表したブロッ
ク回路図であって、前述の数1を演算する回路である。
即ち発電機直軸同期リアクタンスXd の逆数であるA
と、発電機横軸同期リアクタンスXq の逆数であるBと
の差を演算し(第1減算器21)、その演算結果を2で
割ること(第1除算器22)で、図2で既述の円の半径
を算出している。第1加算器23はこの第1除算器22
の演算結果と、前述の値Aと、無効電力検出値QX とを
加算し、更に第1乗算器24はこの値の2乗を演算す
る。一方、第2乗算器25は有効電力検出値PX の2乗
を演算するので、この第2乗算器25の演算結果と第1
乗算器24の演算結果とを加算(第2加算器26)し、
これの平方根を平方根演算器27で求める。第2減算器
28は平方根演算器27の演算結果と、前述した第1除
算器22の演算結果との差の演算を行い、その演算結果
を値Aで割り算する(第2除算器29)。この割り算結
果と無負荷励磁電流計算値If0との掛け算を第3乗算器
30において行うことにより、負荷時励磁電流計算値I
fXを求めることが出来る。
【0015】図4は図3で図示の第2実施例回路で得ら
れる負荷時励磁電流計算値と交流発電機励磁電流検出値
とを比較して警報出力を得る回路を表した回路図であっ
て、第3除算器41、コンパレータ42、及び警報設定
器43で構成している。即ち負荷時励磁電流計算値IfX
と交流発電機励磁電流検出値IF との比率を第3除算器
41で演算し、その演算結果が警報設定器43で設定し
た値に達すると、コンパレータ42が警報信号を出力す
る仕組みである。但し、ブラシレス発電機の場合は、交
流発電機励磁電流IF を検出するのは困難である。そこ
で、この交流発電機励磁電流IF を検出する代わりに、
これとはほぼ線形の関係にある交流励磁機励磁電流検出
値IFEを利用する。
【0016】図5は本発明の第3実施例を表した回路図
である。図4で既述したように、警報信号を出力するの
にあたって、検出が困難な交流発電機励磁電流IF の代
わりに交流励磁機励磁電流検出値IFEを用いると、両者
の関係はほぼ線形であっても誤差を生じる。そこで交流
励磁機励磁電流検出値IFEを第2関数発生器50に入力
することで、この第2関数発生器50からは交流発電機
励磁電流IF に一致した信号を取り出し、この信号を第
3除算器41に与えているので、コンパレータ42は正
確な警報を出力出来る。
【0017】
【発明の効果】ブラシレス発電機では、従来は交流発電
機が無負荷定格電圧状態のときの励磁電流と、全負荷定
格電圧状態のときの励磁電流しか監視していなかったの
で、回転整流器の整流素子が短絡するような異常を生じ
ても、この異常を検出することは出来なかった。本発明
においては、交流発電機の無負荷励磁電流とこの交流発
電機が出力する有効電力と無効電力とを検出し、これら
の検出値と交流発電機の定数とを模擬回路に与える。こ
の模擬回路は交流発電機の出力限界特性を模擬している
ので、この模擬回路は上述の値を入力して負荷時励磁電
流を計算し、これを出力する。従って、ブラシレス発電
機がどのような運転状態にあっても、その運転状態にお
ける交流発電機の励磁電流を正確に演算するので、この
励磁電流計算値と交流発電機励磁電流検出値(実際は交
流励磁機励磁電流で代用する)とを比較することで、回
転整流器に異常を生じたか否かの監視が、常時に且つ容
易に行える効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を表した回路図
【図2】交流発電機の出力限界特性をを示したグラフ
【図3】本発明の第2実施例を表したブロック回路図
【図4】図3で図示の第2実施例回路で得られる負荷時
励磁電流計算値と交流発電機励磁電流検出値とを比較し
て警報出力を得る回路を表した回路図
【図5】本発明の第3実施例を表した回路図
【図6】ブラシレス発電機の構成の概略を示した構成図
【符号の説明】
2 交流発電機 2F 交流発電機回転磁極 3 交流励磁機 3A 交流励磁機回転電機子 4 原動機 5 回転軸 6 回転整流器 13 電力検出器 14 第1関数発生器 20 模擬回路 21 第1減算器 22 第1除算器 23 第1加算器 24 第1乗算器 25 第2乗算器 26 第2加算器 27 平方根演算器 28 第2減算器 29 第2除算器 30 第3乗算器 41 第3除算器 42 コンパレータ 50 第2関数発生器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子が電機子で回転子が磁極の交流発電
    機の回転磁極と、固定子が磁極で回転子が電機子の交流
    励磁機の回転電機子とを共通の回転軸で結合し、この交
    流励磁機の回転電機子が出力する交流電力を前記回転軸
    に取付けた回転整流手段で整流し、励磁電流として前記
    交流発電機の回転磁極に与える構成のブラシレス発電機
    において、前記交流発電機が出力する有効電力と無効電
    力とを検出する電力検出手段、交流発電機端子電圧を検
    出する電圧検出手段、交流発電機の励磁電流を検出する
    交流発電機励磁電流検出手段、交流発電機の無負荷飽和
    特性を模擬する第1関数発生手段、及び交流発電機の出
    力限界特性を模擬する模擬回路とを備え、前記交流発電
    機の無負荷時は前記交流発電機端子電圧検出値と前記第
    1関数発生手段とによりこの交流発電機の無負荷励磁電
    流計算値を求め、前記交流発電機の負荷時はこの交流発
    電機の有効電力検出値、無効電力検出値、前記第1関数
    発生手段によるこの交流発電機の無負荷励磁電流計算
    値、及び前期交流発電機の直軸同期リアクタンスと横軸
    同期リアクタンスとを用いて前記模擬回路からこの交流
    発電機の励磁電流計算値を求め、これら交流発電機無負
    荷時又は負荷時の励磁電流計算値と前記交流発電機励磁
    電流検出値とを比較し、両者の差異が所定値以上のとき
    前記回転整流手段の故障と判定することを特徴とするブ
    ラシレス発電機の回転整流器故障検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のブラシレス発電機の回転
    整流器故障検出装置において、前記模擬回路は交流発電
    機定数である発電機直軸同期リアクタンスの逆数Aと、
    同じく交流発電機定数である発電機横軸同期リアクタン
    スの逆数であるBとの差を演算する第1減算器と、この
    第1減算器の演算結果を2で割り算する第1除算器と、
    この第1除算器の演算結果と前記の値Aと前記無効電力
    検出値とを加算する第1加算器と、この第1加算器の演
    算結果を2乗する第1乗算器と、前記有効電力検出値を
    2乗する第2乗算器と、これら第1乗算器の演算結果と
    第2乗算器の演算結果とを加算する第2加算器と、この
    第2加算器の演算結果の平方根を演算する平方根演算器
    と、この平方根演算器の演算結果と前記第1除算器の演
    算結果との差を演算する第2減算器と、この第2減算器
    の演算結果を前記の値Aで割り算する第2除算器と、こ
    の第2除算器の演算結果と前記第1関数発生手段が出力
    する無負荷励磁電流計算値とを掛け算する第3乗算器と
    で構成し、この第3乗算器の演算結果と前記交流発電機
    励磁電流検出値とを比較し、両者の差異が所定値以上の
    とき前記回転整流手段の故障と判定することを特徴とす
    るブラシレス発電機の回転整流器故障検出装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2に記載のブラシレス
    発電機の回転整流器故障検出装置において、前記交流発
    電機励磁電流検出値を前記交流励磁機励磁電流検出値に
    換算する第2関数発生手段を備えていることを特徴とす
    るブラシレス発電機の回転整流器故障検出装置。
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US7425771B2 (en) * 2006-03-17 2008-09-16 Ingeteam S.A. Variable speed wind turbine having an exciter machine and a power converter not connected to the grid
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CN117554810B (zh) * 2024-01-10 2024-03-19 南京师范大学 航空三级式起动/发电机旋转整流器故障诊断方法

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