JP3364088B2

JP3364088B2 - 回転状態検出装置

Info

Publication number: JP3364088B2
Application number: JP20331996A
Authority: JP
Inventors: 裕河島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2016-08-01
Also published as: JPH1048235A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転状態検出装置
に関し、極めて広い速度範囲で回転速度が変化していく
回転体の回転数や位相を、どのような速度領域であって
も正確に検出することができるように工夫したものであ
る。特に、本発明は、ＧＤ²（はずみ車効果）の大きい
回転体の回転数や位相を検出するのに用いて好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン発電機を用いた発電設備
は、始動・停止が容易で負荷の急変に対応でき、自動化
に適し、建設期間も短い。このため、ピーク負荷用や非
常用電源設備に適する。このようなガスタービン発電設
備は、ガスタービンおよび発電機よりなるガスタービン
発電機、インバータ、各種の制御装置により構成されて
おり、発電機として同期機を用いる。

【０００３】そして、このガスタービン発電機を起動す
る際には、次のような手順で起動している。つまり、回
転数が０〜数ｒｐｍ（例えば２．５ｒｐｍ）まではター
ニングギア等の機械的駆動装置によりガスタービン発電
機を始動回転させる。さらに、回転数を数ｒｐｍから定
格回転数である数千ｒｐｍ（例えば３６００ｒｐｍ）ま
で上昇させるためには、同期機を同期電動機として機能
させ、インバータからこの同期機に供給する電源周波数
を漸増させていってモータ駆動していく。

【０００４】回転数がガスタービンの点火可能な回転数
領域に入ったら、ガスタービンを点火して（ガスタービ
ンにガスを供給して）ガスタービンにも回転の漸増力を
発生させ、ガスタービンが自力で昇速可能な所定回転数
に達した後は、インバータを切り離しガスタービンにて
ガスタービン発電機を回転させ、同期機を発電機として
機能させて発電を行う。

【０００５】ここで、従来のガスタービン発電設備の一
例を、単線結線図である図４を参照して説明する。

【０００６】同図に示すように、ガスタービン２および
同期機１よりなるガスタービン発電機において、同期機
１の回転子にはガスタービン２のロータが直結されてお
り、前記回転子及びロータを含めたＧＤ²（はずみ車効
果）は極めて大きくなっている。このようにＧＤ²が極
めて大きいため、ガスタービン発電機を数ｒｐｍから定
格回転数である数千ｒｐｍまで上昇させる際には、トル
クを所定の値に正確に制御して回転数を上昇させること
が要請されている。

【０００７】ガスタービン発電機を起動する際には、ま
ず、遮断器３, ４を開放状態にして、ターニングギア等
の機械的駆動装置（図示省略）によりガスタービン発電
機を数ｒｐｍまで回転させる。

【０００８】数ｒｐｍまで回転数が上昇したら、前記機
械的駆動装置による駆動をやめ、遮断器３の開放状態を
保持したまま遮断器４を投入し、インバータ５から同期
機１に三相交流電流を供給して同期機１を同期電動機と
して機能させる。

【０００９】インバータ５は、電力系統Ｌ１の電力をト
ランス６を介して受電し、起動制御装置７から送られて
くるゲート制御信号ｓによりゲート制御され、ゲート制
御信号ｓのタイミングに応じた周波数の三相交流電流を
出力する。周波数制御された三相交流電流は、トランス
１２及び遮断器４を介して同期機１に供給され、同期機
１は供給電流の周波数に応じた回転数で回転する。

【００１０】回転状態検出装置８のパルス発生器８ａは
ガスタービン２のロータに連結されており、ガスタービ
ン２のロータの回転数、即ち、同期機１の回転子の回転
数に応じた数のパルス信号ｐを出力する。

【００１１】従来では、パルス発生器８ａとしては、２
相パルス光学ピックアップや多パルスエンコーダが採用
されていた。そして、回転状態検出装置８の位相角演算
器８ｂはパルス信号ｐを基に回転子の位相θを検出し、
回転数演算器８ｃはパルス信号ｐを基に回転子の回転数
ｎを検出する。位相θ及び回転数ｎは、起動制御装置７
に送られる。

【００１２】起動制御装置７は、トルク一定制御器７
ａ, 出力一定制御器７ｂ, ＰＷＭ合成器７ｃなどを有し
ており、同期機１の回転数が漸増し且つモータ出力トル
クが所定値になるような三相交流電流がインバータ５か
ら同期機１に供給されるように、ゲート制御信号ｓのタ
イミングを制御して出力する。

【００１３】なお、同期機１の界磁コイルには、サイリ
スタで構成した整流器９を介して界磁電流が供給されて
いる。しかも、界磁電流の値は、発電機制御装置１０に
よって制御されている。

【００１４】また、インバータ５及び整流器９のスイッ
チング素子として、ＧＴＯ（ゲート・ターン・オフ）サ
イリスタを採用している。

【００１５】上述したようにして、同期機１をインバー
タ５によりインバータ駆動して回転数を数ｒｐｍから昇
速させ、またガスタービン２を点火させて、ガスタービ
ンの自力昇速可能な所定回転数である数千ｒｐｍまで上
昇させたら、遮断器４を開放する。その後、定格回転数
に達したら遮断器３を投入し、ガスタービン２の回転力
によりガスタービン発電機を回転させ、同期機１を発電
機として機能させる。

【００１６】同期機１で発電された電力は、トランス１
１を介して電力系統Ｌ１に出力される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したガスタービン
発電設備では、ガスタービン発電機を起動する際に、数
ｒｐｍから数千ｒｐｍまでの極めて広い速度範囲で同期
引き入れ状態を確保しつつ同期機１の回転数を上昇させ
るよう速度・位相制御をしなければならず、しかも、広
い速度範囲の全ての領域においてモータ出力トルクを所
定値にするようゲート制御のタイミングを正確に制御す
る必要がある。このようにするためには、位相θ及び回
転数ｎを極めて正確に検出する必要があるが、次のよう
な問題がある。

【００１８】従来、回転数や位相角の検出手段として、
各種のロータリエンコーダを用いることが考えられる。
この場合、検出器の取付位置が基本的に発電機やガスタ
ービンの軸端に限定されるため、精密機械であるロータ
リエンコーダの仕様において不適当な点が多い。すなわ
ち、ロータリエンコーダは、機械的な摺動部を持つ精密
機械であること、大型機械軸との結合において発生が予
測される外乱に対し許容値が小さいこと、発生信号が高
周波で検出器から処理演算装置までの長距離信号伝送に
おいてノイズ等の影響を受けやすいことにより、長期的
に安定した信頼性の高い計測には不向きである。

【００１９】更に、従来では出力されたパルス信号ｐを
単にそのまま用いて、位相θや回転数ｎを求めている。
このため、広い速度範囲の全ての速度領域において、精
度よく位相θや回転数ｎを検出することができなかっ
た。よって、広い速度範囲でモータ出力トルクを所定値
に制御して同期機１の回転数を正確に漸増させることは
できなかった。

【００２０】本発明は、上記従来技術に鑑み、ガスター
ビン発電機の同期機のように低速度と高速度との倍率が
１０００倍程度と極めて広い速度範囲で回転速度が変化
していく回転体の回転数や位相を、どの様な速度領域で
あっても（低速回転領域であっても高速回転領域であっ
ても）正確に検出することのできる回転状態検出装置を
提供することを目的とする。

【００２１】

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、高周波の時間パルス（ＴＰ）を出力する時
間パルス発振器(130) と、回転体が１回転する間に多数
の第１の回転パルス（ＮＰ１）を出力する第１の回転パ
ルス発生装置(110) と、前記回転体が１回転する間に前
記第１の回転パルス（ＮＰ１）の出力数よりも少ない数
の第２の回転パルス（ＮＰ２）を出力する第２の回転パ
ルス発生装置(120) と、前記時間パルス（ＴＰ）と前記
第１の回転パルス（ＮＰ１）が入力され、先行する第１
の回転パルス（ＮＰ１）とこれに続く第１の回転パルス
（ＮＰ１）との間の期間において、時間パルス（ＴＰ）
の入力数をカウントし、このカウント数を示す積算パル
ス数（Ｐ１）を出力するパルスカウンタ(141) と、予め
決めたタイミングで位相角計測指令（Ｙ）を出力する位
相角計測指令器(190) と、前記第１の回転パルス（ＮＰ
１）と前記第２の回転数パルス（ＮＰ２）と前記位相角
計測指令（Ｙ）が入力され、第２の回転パルス（ＮＰ
２）が入力された時点から位相角計測指令（Ｙ）が入力
された時点までの期間において、第１の回転パルス（Ｎ
Ｐ１）の入力数をカウントし、このカウント数を基に位
相角（ＰＨ）を演算して出力する位相角演算装置(180)
と、前記時間パルス（ＴＰ）と前記第１の回転パルス
（ＮＰ１）と前記積算パルス数（Ｐ１）と前記位相角計
測指令（Ｙ）が入力され、第１の回転パルス（ＮＰ１）
が入力された時点から位相角計測指令（Ｙ）が入力され
た時点までの期間において、時間パルス（ＴＰ）の入力
数をカウントし、このカウント数と前記積算パルス数
（Ｐ１）とを基に補正位相角（ΔＰＨ）を演算して出力
するパルス間角度演算装置(200) と、前記位相角（Ｐ
Ｈ）に前記補正位相角（ΔＰＨ）を加えることにより、
位相角度（ＰＨＳ）を求めて出力する位相角度演算出力
装置(210) と、を備えたことを特徴とする。

【００２３】また本発明の構成は、高周波の時間パルス
（ＴＰ）を出力する時間パルス発振器(130) と、回転体
が１回転する間に多数の第１の回転パルス（ＮＰ１）を
出力する第１の回転パルス発生装置(110) と、前記回転
体が１回転する間に前記第１の回転パルス（ＮＰ１）の
出力数よりも少ない数の第２の回転パルス（ＮＰ２）を
出力する第２の回転パルス発生装置(120) と、前記時間
パルス（ＴＰ）と前記第１の回転パルス（ＮＰ１）が入
力され、先行する第１の回転パルス（ＮＰ１）とこれに
続く第１の回転パルス（ＮＰ１）との間の期間におい
て、時間パルス（ＴＰ）の入力数をカウントし、このカ
ウント数を示す積算パルス数（Ｐ１）を基に前記回転体
の回転数を示す第１の回転数（ＮＬ）を演算して出力す
る低速回転数演算装置(140) と、前記時間パルス（Ｔ
Ｐ）と前記第２の回転パルス（ＮＰ２）が入力され、先
行する第２の回転パルス（ＮＰ２）とこれに続く第２の
回転パルス（ＮＰ２）との間の期間において、時間パル
ス（ＴＰ）の入力数をカウントし、このカウント数を基
に前記回転体の回転数を示す第２の回転数（ＮＨ）を演
算して出力する高速回転数演算装置(150) と、第１の回
転数（ＮＬ）と第２の回転数（ＮＨ）とが入力されると
共に、判定回転数が設定されており、回転数（ＮＬ），
（ＮＨ）の値が判定回転数以下であるときには第１の回
転数（ＮＬ）を出力し、回転数（ＮＬ），（ＮＨ）の値
が判定回転数を越えるときには第２の回転数（ＮＨ）を
出力する回転数選択装置(160)と、予め決めたタイミン
グで位相角計測指令（Ｙ）を出力する位相角計測指令器
(190) と、前記第１の回転パルス（ＮＰ１）と前記第２
の回転数パルス（ＮＰ２）と前記位相角計測指令（Ｙ）
が入力され、第２の回転パルス（ＮＰ２）が入力された
時点から位相角計測指令（Ｙ）が入力された時点までの
期間において、第１の回転パルス（ＮＰ１）の入力数を
カウントし、このカウント数を基に位相角（ＰＨ）を演
算して出力する位相角演算装置(180) と、前記時間パル
ス（ＴＰ）と前記第１の回転パルス（ＮＰ１）と前記積
算パルス数（Ｐ１）と前記位相角計測指令（Ｙ）が入力
され、第１の回転パルス（ＮＰ１）が入力された時点か
ら位相角計測指令（Ｙ）が入力された時点までの期間に
おいて、時間パルス（ＴＰ）の入力数をカウントし、こ
のカウント数と前記積算パルス数（Ｐ１）とを基に補正
位相角（ΔＰＨ）を演算して出力するパルス間角度演算
装置(200) と、前記位相角（ＰＨ）に前記補正位相角
（ΔＰＨ）を加えることにより、位相角度（ＰＨＳ）を
求めて出力する位相角度演算出力装置(210) と、を備え
たことを特徴とする。

【００２４】また本発明の構成は、前記第１の回転パル
ス発生装置(110) 及び第２の回転パルス発生装置(120)
は、回転体に同心状態で嵌合された歯車と、この歯車の
歯を検出する近接センサを備え、近接センサが歯車の歯
を検出する毎に前記回転パルス（ＮＰ１）, （ＮＰ２）
を出力することを特徴とする。

【００２５】また本発明の構成は、前記位相角度演算出
力装置(210) は、機械・電気角補正器(212) および遅延
時間補正器(213) を具えたことを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る回転状態検出装置を示している。

【００２７】この回転状態検出装置は、ガスタービン発
電機の同期機１の回転子及びガスタービン２に連結され
ている回転軸１００の回転状態を検出するものである。
なお、本明細書では、回転状態とは、「回転数」「位
相」「回転数と位相」の３つの状況を総称したものとし
て用いる。

【００２８】図１に示すように、回転パルス発生装置１
１０は、歯車１１１と磁気式の近接センサ１１２とパル
ス出力回路１１３とで構成されている。歯車１１１は回
転軸１００に同心状に嵌合されており、６０個の歯（歯
車１１１の歯数：ＧＮ１＝６０）を有している。

【００２９】近接センサ１１２は、回転する歯車１１１
の歯に近接して配置されており、各歯の接近・離反を検
出する。パルス出力回路１１３は、近接センサ１１２が
各歯を検出するたびに回転パルスＮＰ１（図２（ｂ）参
照）を出力する。つまり、回転軸１００が１回転する毎
に、６０個の回転パルスＮＰ１を出力する。

【００３０】回転パルス発生装置１２０は、歯車１２１
と磁気式の近接センサ１２２とパルス出力回路１２３と
で構成されている。歯車１２１は回転軸１００に同心状
に嵌合されており、１個の歯（歯車１２１の歯数：ＧＮ
２＝１）を有している。

【００３１】歯車１２１の歯の位置は、同期機１の界磁
コイルの位置に合わせて配設している。近接センサ１２
２は、回転する歯車１２１の歯に近接して配置されてお
り、歯車１２１の歯の接近・離反を検出する。パルス出
力回路１２３は、近接センサ１２２が歯を検出するたび
に回転パルスＮＰ２（図２（ｃ）参照）を出力する。つ
まり回転軸１００が１回転する毎に、１個の回転パルス
ＮＰ２を出力する。

【００３２】歯車１１１の歯数ＧＮ１と歯車１２１との
歯数ＧＮ２は、１〜２桁異なるようにしている。このよ
うに歯数を大きく異ならせているのは、後述するよう
に、検出する回転数の範囲が極めて広いため、回転数を
高速領域と低速領域とで分けて検出するようにしている
からである。このようにすることにより、低速領域でも
高速領域でも正確に回転数の検出ができる（詳細は後述
する）。

【００３３】時間パルス発振器１３０は、数十ＫＨｚの
発振周波数で発振する発振器であり、数十ＫＨｚの周波
数（高周波数）となっている時間パルスＴＰ（図２
（ａ）参照）を出力する。

【００３４】低速回転数演算装置１４０は、パルスカウ
ンタ１４１と回転数演算器１４２とで構成されている。
パルスカウンタ１４１は汎用のＩＣカウンタであり、カ
ウント端子Ｃと、ラッチ端子Ｌと、ゼロクリア端子Ｚ
と、読出端子Ｒとを有している。

【００３５】前記パルスカウンタ１４１には、そのカウ
ント端子Ｃに時間パルスＴＰが入力され、そのラッチ端
子Ｌ及びゼロクリア端子Ｚに回転パルスＮＰ１が入力さ
れる。パルスカウンタ１４１は、時間パルスＴＰが入力
される毎にカウント数をカウントアップしていき、回転
パルスＮＰ１がラッチ端子Ｌに入力される時点でカウン
ト数をラッチ（一時記憶）するとともに、ただちにカウ
ント数をクリアする（ここでの、ラッチ、積算パルス数
の出力、カウント数のクリアのタイミングは、ＩＣカウ
ンタとしては周知のものであるが、その詳細は後述す
る）。

【００３６】結局、先行する回転数パルスＮＰ１とこれ
に続く回転数パルスＮＰ１との間の期間（図２参照）
において入力された時間パルスＴＰの入力数が、積算パ
ルス数Ｐ１として読み出される。

【００３７】なお、回転軸１００（タービン２及び同期
機の回転子を含めた）のＧＤ²が極めて大きく、処理・
演算間隔に対し緩やかに増速されるため、隣接する期間
どうしでは、期間の差は殆ど無い。

【００３８】回転数演算器１４２は、パルスカウンタ１
４１にラッチ（一時記憶）されている積算パルス数Ｐ１
の値を読み出して、次式（１）に適用することにより、
回転軸１００の回転数ＮＬ（ｒｐｍ）を演算する。ＮＬ＝（時間パルス発振器１３０の発振周波数×６０秒）÷ （積算パルス数Ｐ１×歯車１１１の歯数ＧＮ１）・・・（１）

【００３９】低速回転数演算装置１４０で演算した回転
数ＮＬは、特に回転軸１００の回転数が小さいときに正
確な値を示す。この理由は、回転数が小さくても、歯車
１１１の歯数が多く回転パルス発生装置１１０から多数
の回転パルスＮＰ１が出力されるからである。

【００４０】ここで、パルスカウンタ１４１における、
ラッチ、積算パルス数の出力、カウント数のクリアのタ
イミングの一例について、図３を参照して説明する。図
３に示すように、回転パルスＮＰ１がラッチ端子Ｌに入
力されると、パルスカウンタ１４１は、カウント数をラ
ッチし、その後に積算パルス数（ラッチしたカウント
数）Ｐ１が読み出される。

【００４１】さらに、回転パルスＮＰ１がゼロクリア端
子Ｚに入力されてから微小時間Δｔ遅延した時点でカウ
ント数のクリアが実行される。クリア後は再び時間パル
スＴＰの入力数をカウントしていく。しかも、微小時間
Δｔは、時間パルスＴＰのパルス間隔時間よりも短く設
定してある。

【００４２】高速回転数演算装置１５０は、パルスカウ
ンタ１５１と回転数演算器１５２とで構成されている。
パルスカウンタ１５１は汎用のＩＣカウンタであり、カ
ウント端子Ｃと、ラッチ端子Ｌと、ゼロクリア端子Ｚ
と、読出端子Ｒとを有している。

【００４３】前記パルスカウンタ１５１には、そのカウ
ント端子Ｃに時間パルスＴＰが入力され、そのラッチ端
子Ｌ及びゼロクリア端子Ｚに回転パルスＮＰ２が入力さ
れる。パルスカウンタ１５１は、時間パルスＴＰが入力
される毎にカウント数をカウントアップしていき、回転
パルスＮＰ２がラッチ端子Ｌに入力される時点でカウン
ト数をラッチ（一時記憶）するとともに、ただちにカウ
ント数をクリアする（ここでの、ラッチ、積算パルス数
の出力、カウント数のクリアのタイミングは、パルスカ
ウンタ１４１と同様である）。

【００４４】結局、先行する回転数パルスＮＰ２とこれ
に続く回転数パルスＮＰ２との間の期間（図２参照）
において入力された時間パルスＴＰの入力数が、積算パ
ルス数Ｐ２として読み出される。

【００４５】なお、回転軸１００（タービン２及び同期
機の回転子を含めた）のＧＤ²が極めて大きく、処理・
演算間隔に対し、緩やかに増速されるため、隣接する期
間どうしでは、期間の差は殆ど無い。

【００４６】回転数演算器１５２は、パルスカウンタ１
５１にラッチ（一時記憶）されている積算パルス数Ｐ２
の値を読み出して、次式（２）に適用することにより、
回転軸１００の回転数ＮＨ（ｒｐｍ）を演算する。ＮＨ＝（時間パルス発振器１３０の発振周波数×６０秒）÷ （積算パルス数Ｐ２×歯車１２１の歯数ＧＮ２）・・・（２）

【００４７】高速回転数演算装置１５０で演算した回転
数ＮＨは、特に回転軸１００の回転数が大きいときに正
確な値を示す。この理由は、回転パルス発生装置１２０
は、回転軸１００が１回転する毎に１個の回転パルスＮ
Ｐ２を出力するだけであるが、高速回転時には回転数が
上昇するため単位時間当たりに多数の回転パルスＮＰ２
を出力するからである。

【００４８】なお、高速回転時には、回転パルス発生装
置１１０からきわめて多数の回転パルスＮＰ１が出力さ
れため、高速な回転数に対して回転数ＮＬの計測スケー
ルが相対的に細かくなりすぎ、この回転数ＮＬを用いて
高速回転数を示すのは適当でない。

【００４９】回転数選択装置１６０は、回転数判定器１
６１と選択スイッチ１６２，１６３とで構成されてい
る。回転数判定器１６１には、判定回転数が設定され
る。例えば、回転軸１００の回転数が２．５ｒｐｍから
２０００ｒｐｍであるときには、判定回転数として３０
ｒｐｍが設定される。

【００５０】そして、回転数判定器１６１には、回転数
ＮＬ，ＮＨが入力される。回転数判定器１６１は、回転
数ＮＬ，ＮＨが３０ｒｐｍ以下であれば、選択スイッチ
１６２を投入すると共に選択スイッチ１６３を開放す
る。回転数ＮＬ，ＮＨが３０ｒｐｍを越えれば、選択ス
イッチ１６３を投入すると共に選択スイッチ１６２を開
放する。

【００５１】したがって、回転数選択装置１６０から
は、回転軸１００の回転数が３０ｒｐｍ以下の時には回
転数ＮＬが出力され、回転軸１００の回転数が３０ｒｐ
ｍを越えると回転数ＮＨが出力される。

【００５２】回転数選択装置１６０から選択的に出力さ
れた回転数ＮＬ（低速回転時）または回転数ＮＨ（高速
回転時）は、回転数表示器１７１にてその値（回転数）
が表示されると共に、起動制御装置（図４参照）に送ら
れ、インバータの制御に利用される。

【００５３】このように、低速回転時にはその回転数を
正確に示す回転数ＮＬが出力され、高速回転時にはその
回転数を正確に示す回転数ＮＨが出力されるため、回転
数制御がより正確にできる。

【００５４】位相角演算装置１８０は、パルスカウンタ
１８１と位相角演算器１８２とで構成されている。パル
スカウンタ１８１は汎用のＩＣカウンタであり、カウン
ト端子Ｃと、ラッチ端子Ｌと、ゼロクリア端子Ｚと、読
出端子Ｒとを有している。

【００５５】また、位相角計測指令器１９０は、位相角
計測指令Ｙを出力する。すなわち、位相角度を連続して
出力する場合は必要ないが、一般的に検出から出力まで
にはある程度の処理演算時間がかかるため、また演算・
処理器の能力・使用率の関係から、必要な時期のみに位
相角度を出力するようにしており、位相角計測指令器１
９０にて、その時期を判断（又は演算）し位相角計測指
令Ｙを出力している。

【００５６】前記パルスカウンタ１８１には、そのカウ
ント端子Ｃに回転パルスＮＰ１が入力され、そのラッチ
端子Ｌに位相角計測指令Ｙが入力され、そのゼロクリア
端子Ｚに回転パルスＮＰ２が入力される。

【００５７】パルスカウンタ１８１は、回転パルスＮＰ
１が入力される毎にカウント数をカウントアップしてい
き、位相角計測指令Ｙがラッチ端子Ｌに入力される時点
でカウント数をラッチ（一時記憶）し、回転パルスＮＰ
２がゼロクリア端子Ｚに入力されるとカウント数をクリ
アする。

【００５８】位相角演算器１８２は、パルスカウンタ１
８１にラッチ（一時記憶）されている積算パルス数Ｐ３
の値を読み出して、次式（３）に適用することにより、
回転軸１００の位相角ＰＨを演算する。ＰＨ＝３６０度÷歯車１１１の歯数ＧＮ１×積算パルス数Ｐ３・・・（３）

【００５９】パルス間角度演算装置２００は、パルスカ
ウンタ２０１と補正値演算器２０２とで構成されてい
る。パルスカウンタ２０１は汎用のＩＣカウンタであ
り、カウント端子Ｃと、ラッチ端子Ｌと、ゼロクリア端
子Ｚと、読出端子Ｒとを有している。

【００６０】前記パルスカウンタ２０１には、そのカウ
ント端子Ｃに時間パルスＴＰが入力され、そのラッチ端
子Ｌに位相角計測指令Ｙが入力され、そのゼロクリア端
子Ｚに回転パルスＮＰ１が入力される。

【００６１】パルスカウンタ２０１は、時間パルスＴＰ
が入力される毎にカウント数をカウントアップしてい
き、位相角計測指令Ｙがラッチ端子Ｌに入力される時点
でカウント数をラッチ（一時記憶）し、回転パルスＮＰ
１がゼロクリア端子Ｚに入力されるとカウント数をクリ
アする。

【００６２】補正値演算器２０２は、パルスカウンタ１
４１，２０１にラッチ（一時記憶）されている積算パル
スＰ１，Ｐ４を次式（４）に適用することにより、補正
位相角ΔＰＨを演算する。 ΔＰＨ＝（積算パルス数Ｐ４÷積算パルス数Ｐ１）× （３６０度÷歯車１１１の歯数ＧＮ１）・・・（４）

【００６３】前述したようにして求めた、位相角ＰＨは
回転軸１００の１回転（期間）当たりでの、３６０度
／ＧＮ１単位の大きな位相を示し、補正位相角ΔＰＨは
回転軸１００の３６０／ＧＮ１度（期間）の内での詳
細な位相を示す。つまり、１回転の内で３６０／ＧＮ１
度を１単位とする位相を位相角ＰＨで示し、３６０／Ｇ
Ｎ１度内でのさらに細かい位相を補正位相角ΔＰＨで示
している。

【００６４】位相角度演算出力装置２１０は、加算器２
１１と機械・電気角補正器２１２と遅延時間補正器２１
３とで構成されている。機械・電気角補正器２１２は、
歯車１２１の歯の位置（機械角の原点）に対する電気角
の補正値を示す機械・電気角θｆを出力する。この機械
・電気角θｆは、歯車１２１の歯を同期機１の界磁コイ
ルの電気角が零の位置に合わせて配設した時には、ゼロ
を設定する。また、歯車１２１の歯の位置が界磁コイル
の電気角が零の位置からずれた時には、そのずれ量に応
じた機械・電気角θｆを設定する。

【００６５】遅延時間補正器２１３は、演算・処理器で
の処理時間中に回転する角度である遅延時間補正角θｔ
を出力する。すなわち、位相角計測指令器１９０にて、
位相角計測指令Ｙを発信してから位相角度ＰＨＳが出力
され、その後、それに対応した制御が開始されるまでに
は所定の遅延時間ｔがかかり、その時間ｔ中に回転軸１
００はある程度回転する。そこで、予め所定の遅延時間
ｔを設定しておき、回転数選択装置１６０からの回転数
信号ＮＬ，ＮＨを受信し、遅延時間補正角θｔ（＝Ｋ・
ｔ／ＮＬ（ＮＨ）・３６０度）を演算する。なお、Ｋは
換算係数である。

【００６６】加算器２１１は、位相角ＰＨと補正位相角
ΔＰＨと機械・電気角θｆと遅延時間補正角θｔを加算
することにより、位相角度ＰＨＳを出力する。この位相
角度ＰＨＳは回転軸１００の回転位相を正確に示すもの
となっている。

【００６７】位相角度ＰＨＳは、位相角度表示器１７２
にてその値（位相角度）が表示されると共に、起動制御
装置（図４参照）に送られ、インバータの制御に利用さ
れる。このように、正確な位相角度ＰＨＳが出力される
ため、正確な位相制御ができる。

【００６８】なお、上記実施の形態では、歯車１１１，
１２１の歯数ＧＮ１，ＧＮ２の比を１対６０にしている
が、比の割合として１〜２桁程度異なっていれば、他の
割合でもよい。また、歯車１２１に２以上の歯を備える
ようにしてもよい。

【００６９】本実施の形態の例では、１ｒｐｍから３６
００ｒｐｍまでの回転数の範囲において計測する必要が
あり、この範囲を２個の歯車にて行う場合、ＧＮ１，ＧＮ２の比＝（３６００／１）^1/2＝６０として決定している。

【００７０】さらに、歯車を１つのみとし、この歯車に
多数の歯を備えるとともに、歯のうちの１つのみを高く
しておき、近接センサ１１２により全ての歯を検出し、
近接センサ１２２により、高くしている１つの歯を検出
するようにしてもよい。このようにすれば、歯車を共用
化でき構成が簡素化する。

【００７１】また、上記実施の形態では、回転パルス発
生装置１１０，１２０において、センサ機構として歯車
１１１、１２１と磁気センサ１１２，１２２を用いてい
たが、これに代わり、スリット式やタコジェネレータ式
のセンサ機構を用いるようにしてもよい。ただし現状の
技術では、歯車と磁気式の近接センサを用いたセンサ機
構が、応答時間が最も短く好ましい。

【００７２】更に、上記実施の形態では、歯車１２１の
歯の位置を同期機１の界磁コイルの位置（正確には、界
磁コイルの機械上の中心ではなく、磁界の中心）に合わ
せて配設しても良いが、歯の位置を界磁コイルの位置に
関係付けることなく任意の位置に配設した場合には、機
械・電気角補正器２１２により機械・電気角θｆを調整
することにより、正確な位相角度ＰＨＳを求めることが
できる。

【００７３】もちろん本発明は、同期機の回転数及び回
転位相を検出するのみならず、他の回転体の回転数及び
回転位相を検出するのにも適用することができる。

【００７４】

【００７５】

【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
たように、本発明によれば、高周波の時間パルス（Ｔ
Ｐ）と、回転体が１回転する間に多数出力される回転パ
ルス（ＮＰ１）と、この第１の回転パルス（ＮＰ１）の
出力数よりも少なく出力される第２の回転パルス（ＮＰ
２）と、所定タイミングで出力される位相角計測指令
（Ｙ）を発生させ、第１の回転パルス（ＮＰ１）と第２
の回転数パルス（ＮＰ２）と位相角計測指令（Ｙ）を用
いて演算した位相角（ＰＨ）と、時間パルス（ＴＰ）と
第１の回転パルス（ＮＰ１）と位相角計測指令（Ｙ）を
用いて演算した補正位相角（ΔＰＨ）と、を加えること
により、位相角度（ＰＨＳ）を求めるようにしたので、
正確な位相角度を求めることができる。

【００７６】また本発明では、歯車と近接センサを用い
たセンサ機構を用いて、回転体の回転に対応した回転パ
ルス（ＮＰ１），（ＮＰ２）を出力するようにしたの
で、応答性よく、しかもパルス間隔が正確な回転パルス
が得られ、ひいては、正確な回転数及び回転位相を検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る回転状態検出装置を
示す回路図。

【図２】回転状態検出装置のパルス信号を示すタイミン
グ図。

【図３】回転パルスとカウンタの動作タイミングとの関
係を示す説明図。

【図４】ガスタービン発電設備を示す構成図。

【符号の説明】

１同期機２ガスタービン３，４遮断器５インバータ６トランス７起動制御装置７ａトルク一定制御器７ｂ出力一定制御器７ｃＰＷＭ合成器８回転状態検出装置８ａパルス発生器８ｂ位相角演算器８ｃ回転数演算器９整流器１０発電機制御装置１１，１２トランス１００回転軸１１０，１２０回転パルス発生装置１１１，１２１歯車１１２，１２２近接センサ１１３，１２３パルス出力回路１３０時間パルス発振器１４０低速回転数演算装置１４１パルスカウンタ１４２回転数演算器１５０高速回転数演算装置１５１パルスカウンタ１５２回転数演算器１６０回転数選択装置１６１回転数判定器１６２，１６３選択スイッチ１７１回転数表示器１７２位相角度表示器１８０位相角演算装置１８１パルスカウンタ１８２位相角演算器１９０位相角計測指令器２００パルス間角度演算装置２０１パルスカウンタ２０２補正値演算器２１０位相角度演算出力装置２１１加算器２１２機械・電気角補正器２１３遅延時間補正器ＮＰ１，ＮＰ２回転パルスＴＰ時間パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４積算パルス数ＮＬ，ＮＨ回転数Ｙ位相角計測指令ＰＨ位相角 ΔＰＨ補正位相角ＰＨＳ位相角度 θｆ機械・電気角 θｔ遅延時間補正角ｓゲート制御信号ｐパルス信号 θ 位相ｎ回転数Ｌ１電力系統Ｃカウント端子Ｌラッチ端子Ｚゼロクリア端子Ｒ読出端子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波の時間パルス（ＴＰ）を出力する
時間パルス発振器(130) と、回転体が１回転する間に多数の第１の回転パルス（ＮＰ
１）を出力する第１の回転パルス発生装置(110) と、前記回転体が１回転する間に前記第１の回転パルス（Ｎ
Ｐ１）の出力数よりも少ない数の第２の回転パルス（Ｎ
Ｐ２）を出力する第２の回転パルス発生装置(120) と、前記時間パルス（ＴＰ）と前記第１の回転パルス（ＮＰ
１）が入力され、先行する第１の回転パルス（ＮＰ１）
とこれに続く第１の回転パルス（ＮＰ１）との間の期間
において、時間パルス（ＴＰ）の入力数をカウントし、
このカウント数を示す積算パルス数（Ｐ１）を出力する
パルスカウンタ(141) と、予め決めたタイミングで位相角計測指令（Ｙ）を出力す
る位相角計測指令器(190) と、前記第１の回転パルス（ＮＰ１）と前記第２の回転数パ
ルス（ＮＰ２）と前記位相角計測指令（Ｙ）が入力さ
れ、第２の回転パルス（ＮＰ２）が入力された時点から
位相角計測指令（Ｙ）が入力された時点までの期間にお
いて、第１の回転パルス（ＮＰ１）の入力数をカウント
し、このカウント数を基に位相角（ＰＨ）を演算して出
力する位相角演算装置(180) と、前記時間パルス（ＴＰ）と前記第１の回転パルス（ＮＰ
１）と前記積算パルス数（Ｐ１）と前記位相角計測指令
（Ｙ）が入力され、第１の回転パルス（ＮＰ１）が入力
された時点から位相角計測指令（Ｙ）が入力された時点
までの期間において、時間パルス（ＴＰ）の入力数をカ
ウントし、このカウント数と前記積算パルス数（Ｐ１）
とを基に補正位相角（ΔＰＨ）を演算して出力するパル
ス間角度演算装置(200) と、前記位相角（ＰＨ）に前記補正位相角（ΔＰＨ）を加え
ることにより、位相角度（ＰＨＳ）を求めて出力する位
相角度演算出力装置(210) と、を備えたことを特徴とする回転状態検出装置。
【請求項２】高周波の時間パルス（ＴＰ）を出力する
時間パルス発振器(130) と、回転体が１回転する間に多数の第１の回転パルス（ＮＰ
１）を出力する第１の回転パルス発生装置(110) と、前記回転体が１回転する間に前記第１の回転パルス（Ｎ
Ｐ１）の出力数よりも少ない数の第２の回転パルス（Ｎ
Ｐ２）を出力する第２の回転パルス発生装置(120) と、前記時間パルス（ＴＰ）と前記第１の回転パルス（ＮＰ
１）が入力され、先行する第１の回転パルス（ＮＰ１）
とこれに続く第１の回転パルス（ＮＰ１）との間の期間
において、時間パルス（ＴＰ）の入力数をカウントし、
このカウント数を示す積算パルス数（Ｐ１）を基に前記
回転体の回転数を示す第１の回転数（ＮＬ）を演算して
出力する低速回転数演算装置(140) と、前記時間パルス（ＴＰ）と前記第２の回転パルス（ＮＰ
２）が入力され、先行する第２の回転パルス（ＮＰ２）
とこれに続く第２の回転パルス（ＮＰ２）との間の期間
において、時間パルス（ＴＰ）の入力数をカウントし、
このカウント数を基に前記回転体の回転数を示す第２の
回転数（ＮＨ）を演算して出力する高速回転数演算装置
(150) と、第１の回転数（ＮＬ）と第２の回転数（ＮＨ）とが入力
されると共に、判定回転数が設定されており、回転数
（ＮＬ），（ＮＨ）の値が判定回転数以下であるときに
は第１の回転数（ＮＬ）を出力し、回転数（ＮＬ），
（ＮＨ）の値が判定回転数を越えるときには第２の回転
数（ＮＨ）を出力する回転数選択装置(160)と、予め決めたタイミングで位相角計測指令（Ｙ）を出力す
る位相角計測指令器(190) と、前記第１の回転パルス（ＮＰ１）と前記第２の回転数パ
ルス（ＮＰ２）と前記位相角計測指令（Ｙ）が入力さ
れ、第２の回転パルス（ＮＰ２）が入力された時点から
位相角計測指令（Ｙ）が入力された時点までの期間にお
いて、第１の回転パルス（ＮＰ１）の入力数をカウント
し、このカウント数を基に位相角（ＰＨ）を演算して出
力する位相角演算装置(180) と、前記時間パルス（ＴＰ）と前記第１の回転パルス（ＮＰ
１）と前記積算パルス数（Ｐ１）と前記位相角計測指令
（Ｙ）が入力され、第１の回転パルス（ＮＰ１）が入力
された時点から位相角計測指令（Ｙ）が入力された時点
までの期間において、時間パルス（ＴＰ）の入力数をカ
ウントし、このカウント数と前記積算パルス数（Ｐ１）
とを基に補正位相角（ΔＰＨ）を演算して出力するパル
ス間角度演算装置(200) と、前記位相角（ＰＨ）に前記補正位相角（ΔＰＨ）を加え
ることにより、位相角度（ＰＨＳ）を求めて出力する位
相角度演算出力装置(210) と、を備えたことを特徴とする回転状態検出装置。
【請求項３】前記第１の回転パルス発生装置(110) 及び
第２の回転パルス発生装置(120) は、回転体に同心状態
で嵌合された歯車と、この歯車の歯を検出する近接セン
サを備え、近接センサが歯車の歯を検出する毎に前記回
転パルス（ＮＰ１）, （ＮＰ２）を出力することを特徴
とする請求項１または請求項２の回転状態検出装置。
【請求項４】前記位相角度演算出力装置(210) は、機械
・電気角補正器(212) および遅延時間補正器(213) を具
えたことを特徴とする請求項１または請求項２の回転状
態検出装置。