JP3294197B2 - ロータのバランス試験用駆動電動機及びその駆動方法 - Google Patents

ロータのバランス試験用駆動電動機及びその駆動方法

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JP3294197B2 JP20901798A JP20901798A JP3294197B2 JP 3294197 B2 JP3294197 B2 JP 3294197B2 JP 20901798 A JP20901798 A JP 20901798A JP 20901798 A JP20901798 A JP 20901798A JP 3294197 B2 JP3294197 B2 JP 3294197B2
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明はロータのバランス試
験用装置の駆動電動機及びその駆動方法に関し、特に大
容量ロータの高速バランス設備に適用して有用なもので
ある。 【0002】 【従来の技術】発電機用原動機の高効率化及びコスト低
減のため、ガスタービンの高温大容量化や蒸気タービン
の単車容量増がなされており、ロータの重量及び慣性力
は増加の一途をたどっている。これらの大形ロータは工
場で翼植組立完成後、実機回転数にて動バランス作業等
を行い、現地組立、試運転時の品質確保を行なってい
る。すなわち、発電機用原動機等の回転機械のロータは
高速で回転するため、動的不均衡があるとこれが加振力
となって振動系に対し悪影響を及ぼす。これを防止する
ためには当該ロータの動的なバランスをとってやる必要
がある。そこで、このときの動的バラスンスをとるため
に完成したロータを実際に回転させて不均衡の状況を調
べ、その状況に応じてカウンタウエイトを設ける等の対
策を講じている。 【0003】ロータのバランス試験用のバランサとは、
上述の如きロータの動バランスの検査のために供する装
置であり、図3に示すように、試験ロータ1を真空環境
で回転させるとともに防護壁の機能も兼備するための密
閉空間である真空室2と、試験ロータ1を回転駆動する
駆動源である駆動電動機(図の場合は誘導電動機)3、
この駆動電動機3の回転数を制御するためのインバータ
装置4及び駆動電動機3の回転を増速して試験ロータ1
に伝達するための増速機5を有している。 【0004】発電機用原動機には蒸気タービン及びガス
タービン等があるが、通常4極の発電機用と2極の発電
機用とに大きく分かれ、さらにそれぞれの極数毎に50
ヘルツ用と60ヘルツ用とに分かれる。したがって、試
験すべきロータの種類は、通常4種類となり、上記ロー
タのバランス試験用のバランサはかかる4種類のロータ
の全てを試験することができるように構成する必要があ
る。ちなみに、50ヘルツ/4極機のロータは1500
rpmが同期速度となりこの回転数で運転され、以下同
様に60ヘルツ/4極機のロータは1800rpm、5
0ヘルツ/2極機のロータは3000rpm、60ヘル
ツ/2極機のロータは3600rpmが同期速度となり
この回転数でそれぞれ運転される。そして、当該試験に
おいては、オーバスピード試験と呼ばれる通り、上記同
期速度より若干上方の回転数でも試験を行なう必要があ
る。このため、4極機に関する試験においては、150
0rpm乃至2200rpm程度、2極機に関する試験
では3000rpm乃至4400rpm程度の試験回転
数で試験ロータ1を回転する必要がある。 【0005】上述の如く4極機と2極機とでは試験回転
数が大きく異なるため、従来技術においては、4極機又
は2極機毎にギャ比の異なる2種類の増速機5を用意し
ておき、極数に合わせて増速機5を取り替えて使用して
いる。1台の駆動電動機3を4極機及び2極機用の試験
ロータ1の試験に兼用するためである。また、駆動電動
機1は最高回転数(60ヘルツ/2極機の試験の際の最
高回転数により決定される。)で最大の出力がでるもの
を選定している。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術に
係るロータのバランス試験用バランサにおいては、4極
機の試験の場合と、2極機の試験の場合とで増速機5を
変更する必要があり、これに伴う作業に多大の時間を要
していた。また、駆動電動機3は60ヘルツ/2極機の
試験の際の最高回転数に合わせて、この最高回転数で最
大の出力がでるような特性のものを選定しているので、
50ヘルツ/2極機の試験の際に必要なトルクが十分で
ないという問題も生起していた。すなわち、各試験ロー
タ1中で最も重量が大であり、当該試験の際の最大トル
クはこの50ヘルツ/2極機の試験ロータ1により規定
されるが、従来技術に係る駆動電動機3は、かかる最大
トルクに適切に対応した特性を有するものではないの
で、50ヘルツ/2極機の試験ロータ1の試験の際に
は、昇速特性が悪化するばかりでなく、トルク不足に起
因して所望の回転数まで昇速することができない場合も
あった。 【0007】本願発明は、上記従来技術に鑑み、増速機
を変更することなく、速度制御のみで4極機と2極機と
の試験に兼用し得るばかりでなく、所望の試験回転数へ
の昇速も問題なく実現し得るロータのバランス試験用装
置の駆動電動機及びその駆動方法を提供することを目的
とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 【0009】1) 4極の発電機用原動機のロータと2
極の発電機用原動機のロータの動的不均衡の状況を試験
するためのロータのバランス試験用装置の駆動源である
駆動電動機であって、4極の発電機用原動機のロータは
定トルク運転領域で当該試験のための最高回転数に至る
ように回転する一方、2極の発電機用原動機のロータは
定出力運転領域で当該試験のための最高回転数に至るよ
うに回転するとともに、当該ロータの試験のために必要
な最大トルクを確保し得るように構成したこと。 【0010】本発明によれば、相対的な低速域である4
極の発電機用原動機のロータの試験回転数までは定トル
クで最短で加速され、相対的な高速域である2極の発電
機用原動機のロータの試験回転数までは定出力で十分な
トルクを確保して加速される。 【0011】2) 上記1)に記載するロータのバラン
ス試験用駆動電動機の駆動方法であって、4極の発電機
用原動機のロータは定トルク制御で所定の最高回転数に
至るように制御する一方、2極の発電機用原動機のロー
タは定出力制御で所定の最高回転数に至るように制御す
ること。 【0012】本発明では上記1)に記載する駆動電動機
を低速域では、定トルクで加速し、高速域では、定出力
で駆動する。 【0013】3) 4極の発電機用原動機のロータと2
極の発電機用原動機のロータの動的不均衡の状況を試験
するためのロータのバランス試験用装置において、試験
用のロータを回転駆動する駆動源となる電動機は、4極
の発電機用原動機のロータを定トルク運転領域で当該試
験のための最高回転数に至るように回転する一方、2極
の発電機用原動機のロータを定出力運転領域で当該試験
のための最高回転数に至るように回転するとともに、当
該ロータの試験のために必要な最大トルクを確保し得る
ように構成したものであり、4極の発電機用原動機のロ
ータは定トルク制御で所定の最高回転数に至るように制
御する一方、2極の発電機用原動機のロータは定出力制
御で所定の最高回転数に至るように制御するようにした
ものであること。 【0014】本発明によれば、試験用ロータが4極機の
発電機用のロータである場合、駆動電動機は、この試験
用ロータをその試験回転数まで定トルクで最短で加速す
る一方、試験用ロータが2極機の発電機用のロータであ
る場合、駆動電動機は、この試験用ロータをその試験回
転数まで定出力で、しかも十分なトルクを確保して加速
される。 【0015】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【0016】図1は本発明の実施の形態に係るロータの
バランス試験用装置(バランサ)の全体的な構成を示す
ブロック図である。同図に示すように、このバランサ
は、図3に示す従来技術と外形的には同一構成のもので
ある。ただ、駆動電動機13及びインバータ装置14の
構成が異なる。すなわち、駆動電動機13は、図2の特
性図に示すような回転数−出力及びトルク特性を有する
ものであり、インバータ装置14はかかる特性になるよ
うに駆動電動機13を制御するものである。 【0017】図2に示す通り、駆動電動機13の特性
は、先ず必要な最大トルク(通常50ヘルツ/2極機の
試験の際に必要な最大トルク)を確保した上で、定トル
ク運転領域及び定出力運転領域を設けたものである。本
形態の場合、60ヘルツ用の4極の発電機用原動機のロ
ータの試験回転数よりも若干大きい回転数(2500r
pm)までは一定トルクで回転速度が上昇して出力が1
00パーセントになり、この回転数以上では一定出力で
回転数が上昇して60ヘルツ用の2極の発電機用原動機
のロータの試験回転数(4400rpm)でもこの回転
数で試験ロータ1を回転することができるような特性と
なっている。すなわち、50ヘルツ/4極機及び60ヘ
ルツ/4極機の場合には、図2にプロットするように、
それぞれの最高試験回転数(1800rpm程度、22
00rpm程度))で十分なトルクが得られ、また50
ヘルツ/2極機及び60ヘルツ/2極機の場合にも、そ
れぞれの最高試験回転数(3600rpm程度、440
0rpm程度))で十分なトルクが得られるような特性
となっている。ここで、現状においては50ヘルツ/2
極機用の試験ロータ1が最も大きい回転トルクを必要と
する。そこで、当該駆動電動機1の最大トルクは50ヘ
ルツ/2極機用の試験ロータ1の最高試験回転数で要求
されるトルクを基準に、このトルクを確保し得るような
特性としてある。 【0018】インバータ装置14は、駆動電動機13の
出力が100パーセントになるまでは周波数とともに出
力電圧を直線的に上昇させることにより駆動電動機13
を昇速し、駆動電動機13の出力が100パーセントに
なった時点でこの出力を一定にして出力電力の周波数を
変えることにより駆動電動機13を昇速するように制御
する。ここで、上記駆動電動機13の種類に特別な限定
はないが、本形態においては誘導電動機を使用した。そ
こで、この場合のインバータ装置14では、上記定トル
ク運転領域においては駆動電動機13をいわゆるV/f
一定制御で昇速し、定出力運転領域においては出力(出
力電圧V)を一定にして出力周波数fを増加させること
により昇速する。 【0019】かかる本形態によれば、50ヘルツ/4極
機及び60ヘルツ/4極機の場合には、その試験回転数
まで定トルクで最短で加速することができ、50ヘルツ
/2極機及び60ヘルツ/2極機の場合には、その試験
回転数まで定出力で十分なトルクを確保して加速するこ
とができる。 【0020】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項1〕に記載する発明は、4極の発電機用
原動機のロータと2極の発電機用原動機のロータの動的
不均衡の状況を試験するためのロータのバランス試験用
装置の駆動源である駆動電動機であって、4極の発電機
用原動機のロータは定トルク運転領域で当該試験のため
の最高回転数に至るように回転する一方、2極の発電機
用原動機のロータは定出力運転領域で当該試験のための
最高回転数に至るように回転するとともに、当該ロータ
の試験のために必要な最大トルクを確保し得るように構
成したので、相対的な低速域である4極の発電機用原動
機のロータの試験回転数までは定トルクで最短で加速さ
れ、相対的な高速域である2極の発電機用原動機のロー
タの試験回転数までは定出力で十分なトルクを確保して
加速される。この結果、要求回転数が大きく異なる広い
範囲の速度を、所望のトルクを確保して1台の駆動電動
機でフォローすることができる。また、このときの駆動
電動機の可及的な小容量化も達成し得る。 【0021】〔請求項2〕に記載する発明は、〔請求項
1〕に記載するロータのバランス試験用駆動電動機の駆
動方法であって、4極の発電機用原動機のロータは定ト
ルク制御で所定の最高回転数に至るように制御する一
方、2極の発電機用原動機のロータは定出力制御で所定
の最高回転数に至るように制御するようにしたので、
〔請求項1〕に記載する駆動電動機を低速域では、定ト
ルクで加速し、高速域では、低出力で駆動することがで
きる。この結果、4極の発電機用原動機の試験用のロー
タと2極の発電機用の試験用のロータの動バランス試験
を行なう場合等、駆動電動機に対する要求回転数が大き
く異なる広い範囲の速度制御を良好に実現し得る。 【0022】〔請求項3〕に記載する発明は、4極の発
電機用原動機のロータと2極の発電機用原動機のロータ
の動的不均衡の状況を試験するためのロータのバランス
試験用装置において、試験用のロータを回転駆動する駆
動源となる電動機は、4極の発電機用原動機のロータを
定トルク運転領域で当該試験のための最高回転数に至る
ように回転する一方、2極の発電機用原動機のロータを
定出力運転領域で当該試験のための最高回転数に至るよ
うに回転するとともに、当該ロータの試験のために必要
な最大トルクを確保し得るように構成したものであり、
4極の発電機用原動機のロータは定トルク制御で所定の
最高回転数に至るように制御する一方、2極の発電機用
原動機のロータは定出力制御で所定の最高回転数に至る
ように制御するようにしたので、試験用ロータが4極機
の発電機用のロータである場合、駆動電動機は、この試
験用ロータをその試験回転数まで定トルクで最短で加速
する一方、試験用ロータが2極機の発電機用のロータで
ある場合、駆動電動機は、この試験用ロータをその試験
回転数まで定出力で、しかも十分なトルクを確保して加
速される。この結果、相対的に低速領域の4極機用の試
験用のロータと相対的に高速域の2極機用の試験用のロ
ータとを大きく異なるそれぞれの試験回転数で、十分な
トルクを確保した上で、ギャ等の機械的な構成部分を変
更することなく、一台の駆動電動機で、それぞれ良好に
回転させることができる。また、このときの、駆動電動
機の容量は可及的に小さなものとすることができるの
で、当該ロータ検査用バランサの小形化及びコストの低
減にも寄与し得る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態に係るロータのバランス試
験用バランサの全体的な構成を示すブロック図である。 【図2】図1に示すバランサに適用する駆動電動機の回
転数−出力及びトルク特性を示す特性図である。 【図3】従来技術に係るロータ試験用のバランサの全体
的な構成を示すブロック図である。 【符号の説明】 1 試験ロータ 2 真空室 5 増速機 13 駆動電動機 14 インバータ装置

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 4極の発電機用原動機のロータと2極の
    発電機用原動機のロータの動的不均衡の状況を試験する
    ためのロータのバランス試験用装置の駆動源である駆動
    電動機であって、 4極の発電機用原動機のロータは定トルク運転領域で当
    該試験のための最高回転数に至るように回転する一方、
    2極の発電機用原動機のロータは定出力運転領域で当該
    試験のための最高回転数に至るように回転するととも
    に、当該ロータの試験のために必要な最大トルクを確保
    し得るように構成したことを特徴とするロータのバラン
    ス試験用駆動電動機。 【請求項2】 〔請求項1〕に記載するロータのバラン
    ス試験用駆動電動機の駆動方法であって、 4極の発電機用原動機のロータは定トルク制御で所定の
    最高回転数に至るように制御する一方、2極の発電機用
    原動機のロータは定出力制御で所定の最高回転数に至る
    ように制御することを特徴とするロータのバランス試験
    用駆動電動機の駆動方法。 【請求項3】 4極の発電機用原動機のロータと2極の
    発電機用原動機のロータの動的不均衡の状況を試験する
    ためのロータのバランス試験用装置において、 試験用のロータを回転駆動する駆動源となる電動機は、
    4極の発電機用原動機のロータを定トルク運転領域で当
    該試験のための最高回転数に至るように回転する一方、
    2極の発電機用原動機のロータを定出力運転領域で当該
    試験のための最高回転数に至るように回転するととも
    に、当該ロータの試験のために必要な最大トルクを確保
    し得るように構成したものであり、4極の発電機用原動
    機のロータは定トルク制御で所定の最高回転数に至るよ
    うに制御する一方、2極の発電機用原動機のロータは定
    出力制御で所定の最高回転数に至るように制御するよう
    にしたものであることを特徴とするロータバランス検査
    用装置。
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