JP3635232B2

JP3635232B2 - 回路構成要素の動作状態を監視する方法

Info

Publication number: JP3635232B2
Application number: JP2000310048A
Authority: JP
Inventors: マイケル・ジョセフ・ダントニオ; アービング・アルバート・ギブス; ローレンス・ジャビン・レーン; ロドニイ・アレン・ローソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP3160282B2; JP2001161097A; JPH03165276A; US4996519A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に電気回路の構成部分の監視に関するものであり、更に詳しくは正規動作状態および故障回路状態に応答して同じ出力を発生するような電気回路の動作状態を連続的に監視するための方法と装置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
場合によっては、制御回路のような電気回路は正規動作状態と故障状態に応答して同じ出力を発生し得る。たとえば、ある増幅制御回路では零入力に応答して零出力が生じ、これは誤りが現存していない状態を示しているが、回路が故障した場合にも同じ零状態が生じることがある。このような場合、この回路またはその構成要素が機能的に動作しているか判定することが難しいことがよくある。もちろん試験信号を周期的に印加して、出力が正規の値であるか確認することができる。しかし、この方法には２つの基本的な問題がある。これらの問題のうちの第１の問題は回路が直接帰還ル―プの中にある場合、この回路をそのル―プから切り離して被制御システムを乱さないようにしなければならないということである。第２の主な欠点はこの型式の構成では回路または構成部分を連続的に監視していないということである。
【０００３】
上記の状況が存在する例は米国特許第４，８５５，６４４号に述べられている。その特許に示されているように、与えられた発電機の速度はその同期速度の上下に振動することがあり、その振動期間はほぼ０．２秒から２．０秒の範囲にある。発電機は電気機械的な振動を殆んど減衰せず、その結果、自発振動が生じたり電力システムとの同期が失なわれたり、大きな電圧差が生じることが知られている。機械的振動および同期喪失は発電機の動作寿命および電力システムの信頼性に悪影響を与える。この特許では、発電機界磁励磁を制御するための増幅器等の回路を各相に設けた多相システムについて述べられている。発電機は電力システム安定器を介した発電機励磁の変更を必要としない休止状態にとどまることがあるので、回路出力が長時間、零にとどまることがあることがわかる。このシステムで問題なのは、出力信号が変化しないで発電機が比較的長時間休止状態にとどまっていることがあるので、回路が連続的に動作できるという保証がないということである。
【０００４】
【発明の目的】
したがって、本発明の１つの目的は線間電圧で動作する電気システムに用いられる回路および回路構成要素の動作状態の監視を行なうための方法と装置を提供することである。
【０００５】
【発明の概要】
本発明によれば上記の目的および他の目的はシステムの中性点対線電圧をそれぞれ表わす複数の電圧信号を発生し、上記電圧信号の各々に同じ信号（送電信号）をベクトル加算することにより線間電圧を変更しないで対応する複数の修正中性点対線電圧信号を生じることより、線間電圧で動作する多相電気システムの回路構成要素の監視を可能にする方式によって達成される。本発明は更に２つの成分から成る入力信号を増幅器に供給し、この増幅器の出力を、増幅器の利得に対応する利得を持たせた上記２つの入力成分のうちの一方を表わす付加的信号と比較することにより増幅器の動作状態の監視を行なう。好ましい用途として、増幅器とその監視システムは発電機を安定化することにより発電機用の特定の回路を常に動作させる多相システムに用いられる。
【０００６】
本発明は請求の範囲に規定されているが、添付の図面を参照した以下の説明により良く理解することができよう。
【０００７】
【発明の詳しい説明】
本発明の説明を始める前に、本発明を特に適用し得ると考えられる従来技術のシステムを説明することが適当であると考えられる。そこで、まず第１図を参照して説明する。第１図は従来のシステムの主要ブロック図である。米国特許第４，８５５，６４４号については前に言及したが、第１図（第２図も）はそれから取ったものである。第１図に示すように、交流同期発電機１０が線１２で表わされる電力システムに接続されている。Ｙ結線の三相変圧器１４で表わされる計器用変圧器システムは従来技術で知られた型式の電力システム安定器（ＰＳＳ）に発電機端子電圧に比例した信号を供給する。変圧器１４からの電圧信号は線Ａ，ＢおよびＣを介して、本発明を直接適用できる変調器２０にも与えられる。変圧器１４の二次巻線の共通点はア―スに接続されている。
【０００８】
発電機１０の出力電流に比例した信号が適当な変流器１８から得られる。これらの信号も電力システム安定器１６に与えられる。
【０００９】
発電機端子電圧を表わす入力信号に応答して電力システム安定器１６は瞬時値が発電機１０の振動に比例する振動信号を線２２に送出する。線２２のこの信号は変調器２０に与えられる。線Ｄ，ＥおよびＦの変調器出力（制御信号）は線Ａ，ＢおよびＣの信号を変調器２０で線２２の信号に従って修正したものである。変調器からの信号は通常の型式の電圧調整器２４に与えられる。電圧調整器２４の出力は励磁機２６に与えられる。励磁機は発電機界磁巻線２８の励磁を制御する。
【００１０】
本発明に於ける変調器の機能は線２２の電力システム安定器の出力を使って線Ａ，ＢおよびＣの発電機端子電圧信号に対して加算または減算を行う（すなわち変調する）ことにより、発電機励磁電流が線２２の信号に従って修正されるようにすることである。
【００１１】
第２図は前記特許の一実施例に示された変調器２０を示しており、参照点として３本の入力線Ａ，ＢおよびＣ、電力システム安定器１６およびその入力も含まれている。（第２図は前記特許に示されているいくつかの具体例の１つであり、すべての実施例と同様に本発明の使用の適当な環境としての役目を果す。）変調器には全体を３０で表わした変圧器が含まれている。変圧器にはＹ接続された一次巻線が含まれており、一次巻線Ｐ₁，Ｐ₂およびＰ₃は３本の入力線Ａ，ＢおよびＣにそれぞれ接続されている。共通点（ｎ′）は印加電圧の中性点の電圧に等しい値にとどまる。３つの二次巻線Ｓ₁，Ｓ₂およびＳ₃がＹ結線され、それらの共通点はア―スすなわち中性点である。△結線の三次巻線３２は三次高調波電流を流して中性点の設定を助けるために設けられる。
【００１２】
標準的な変圧器の理論に従えば、それぞれ節点３４，３６および３８に得られる、中性点またはア―スに対する二次巻線Ｓ₁，Ｓ₂およびＳ₃の両端間の電圧は（中性点に対する）線Ａ，ＢおよびＣの電圧に二次巻線と一次巻線の巻数比を乗じたものに等しくなる。節点３４，３６および３８に於ける３つの電圧信号は３個の乗算器Ｍ₁，Ｍ₂およびＭ₃の“Ｙ”入力にそれぞれ印加される。各乗算器の第２の入力（Ｘ）は線２２の電力システム安定器１６の出力である。乗算器Ｍ₁，Ｍ₂およびＭ₃はそれぞれ四象限乗算器であることが好ましい。すなわち、それぞれの節点４０，４２および４４に得られる出力（Ｚ）の信号の大きさは乗算器入力の積となり、符号は入力の相対符号によってきまる。
【００１３】
節点４０の信号は線形増幅器４６に与えられる。当業者には周知のように、線形増幅器４６には、入力抵抗５０をそなえた演算増幅器４８が含まれている。演算増幅器４８の入力と出力との間に帰還抵抗５２が接続されている。線形増幅器４６の出力は変圧器５６の一次巻線５４の一端に接続されており、一次巻線５４の他端はア―スに接続されている。変圧器５６の二次巻線５８は変調器２０のＡ入力とＤ出力との間に接続されている。二次巻線５８に誘導される電圧は乗算器Ｍ₁の出力に比例し、線形増幅器４６の比例係数および変圧器の巻数比によって調節されている。二次巻線５８は入力Ａから出力Ｄまでの線と直列になっているので、中性点に対する出力Ｄの電圧はＡの電圧と二次巻線５８に誘導された電圧との代数和に等しくなる。
【００１４】
同様に、節点４２の電圧は線形増幅器６０に印加される。線形増幅器６０の出力は入力Ｂおよび出力Ｅに関連した変圧器６２に印加される。節点４４の電圧信号は線形増幅器６４に印加される。線形増幅器６４の出力は入力Ｃおよび出力Ｆに関連した変圧器６６に与えられる。第１図を参照して前に説明したように、線Ｄ，ＥおよびＦの信号は電圧調整器２４に与えられる。電圧調整器２４は従来技術の教えるところに従って励磁機２６、したがって発電機の界磁励磁を制御する。
【００１５】
第１図および第２図、電力システム安定器ならびに第２図のものに対応する他の実施例のより完全な理解のため、再び前記米国特許を参照して説明する。
【００１６】
この環境で、増幅器４６，６０および６４に関連した回路が主として重要な回路である。この回路の監視が発明の特定の実施例の結果である。線２２の電力システム安定器の出力が零である限り、乗算器の出力は零となる。増幅器の入力が零である場合、出力はなく、増幅器の動作状態の監視が容易でなくなる。
【００１７】
この休止状態が長期間継続することがあり、また増幅器の適正な動作状態はシステム全体の動作にとって重要であるので、この回路を連続的に監視できるようにすることが望まれてきた。
【００１８】
第３，４および５図のベクトル図は本発明で用いられる概念を示す。第３図は３つの中性点対線電圧、すなわちｎ′−ａ，ｎ′−ｂおよびｎ′−ｃを示す。第４図では破線により、対応する線間電圧ａ−ｂ，ｂ−ｃおよびｃ−ａを示す。第３図に示すように、各々の中性点対線電圧に同じベクトルの電圧信号（すなわちベクトルａ−ｄ，ｂ−ｅおよびｃ−ｆ）が加えられた場合、線間電圧は変化しない。これは第４図の実線のベクトルｄ−ｅ，ｅ−ｆおよびｆ−ｄによって示されている。したがってｄ，ｅおよびｆを第２図の線Ｄ，ＥおよびＦに関連付けて考えると、節点３４，３６および３８に於ける中性点対線電圧入力に同じベクトルを加えても線Ｄ，ＥおよびＦの相互間の線間電圧に影響を及ぼさないことは明らかである。
【００１９】
第５図は付加的なベクトルの角度（α）は線間電圧の表現に対して重要でないことを示す。明らかに三相システムが最も一般的であるが、同じことは三相システム以外にもあてはまることを示すことができる。したがって、これらのベクトル図からわかることは、多相システムでは中性点対線電圧信号の表現にそれぞれ同じ信号を加えた場合、中性点対線電圧信号は影響を受けるが、線間電圧の表現は変化しないということである。
【００２０】
この概念をその最も基本的な形式で用いたものが第６図および第７図に示されている。第６図および第７図は基本的な発明の概念の２つの実施例を示す。まず第６図に示すように、２つの信号が加算結合点７０に印加される。これらの２つの信号は「送電」および「基本」と表示されている。第３，４および５図の説明に於いて、基本信号は用いることが望ましい信号、すなわちＰＳＳ出力（線２２）によって変調された中性点対線電圧信号である。送電信号は付加的なベクトルであり、その実効値（ｒｍｓ）は零ボルトより大きい。第６図ではこれらの信号はともに正の向きで結合点７０に与えられる。結合点７０の出力は所定の利得Ｇを有する増幅器７２に印加される。増幅器７２の出力はシステム全体に対する信号の１つとしての役目を果す。たとえば第２図では、これは変圧器５６，６２または６６に印加される信号のうちの１つの信号に対応する。増幅器７２の出力は第２の増幅器７４にも与えられる。第２の増幅器７４の利得は増幅器７２の利得に関係しており、この場合１／Ｇである。増幅器７４の出力は第２の加算結合点７６に負の向きに印加され、基本信号は正の向きで印加される。結合点７６の出力は絶対値回路７８に印加される。絶対値回路７８の出力はフィルタ回路７９に印加される。フィルタ回路７９の出力は２個の比較器８０および８２の各々に対する入力としての役目を果す。比較器８０および８２の第２の入力はそれぞれ所望の最大および最小の信号レベルを規定する基準信号である。
【００２１】
上記の説明から、監視されている主要な要素であるすべての回路、特に増幅器７２が正しく機能している場合には、絶対値回路７８の出力は送電信号の大きさに等しくなる。送電信号は、本発明および前のベクトル図によれば、常に零以外のある実効値を持つことになる。これは零の値を含む基本信号のすべての値にあてはまる。しかし、増幅器７２が機能停止して零出力を生じる場合には、絶対値回路７８の出力は基本信号の値に等しくなる。送電信号の許容値の関数として２個の比較器８０および８２に対する最大および最小の基準信号の値を適切に調節することにより、回路は適当な警報を送出するように作ることができる。この警報は線８１および８３の２つの比較器のいずれかの出力とすることができる。
【００２２】
第７図は第６図と類似しているが、主な相違点は増幅器７２の出力が直接、負の向きに結合点７６に与えられ、また基本信号が付加的な増幅器８６に与えられることである。増幅器８６の利得は増幅器７２の利得に等しく、Ｇである。この場合、すべての回路が適切に動作していれば、絶対値回路７８の出力は送電信号の絶対値を増幅器７２で増幅したものに等しくなる。しかし、すべての基本的な面で、その概念は第６図の概念と同じである。
【００２３】
第８図は第６図または第７図の実施例を第２図の型式の環境に適用したものを示す。第８図は第２図と同様であるが、相違点は節点３４の信号、すなわちＡ相の中性点対線電圧に比例した信号は増幅器４６，６０および６４の各々に対する付加的な入力として印加される。これらは送電信号であり、それぞれ抵抗Ｒ₁，Ｒ₂およびＲ₃を介して印加される。増幅器４６，６０および６４は第６または７図の加算ブロック７０および利得ブロック７２に対応する。その場合、ブロック１００，１００′および１００″は第６図および第７図の破線ブロックの中に示されている残りの回路を表わす。
【００２４】
第８図では、発電機が動作している限り、節点３４に電圧が存在し、この電圧は電力システムの電圧を表わす。このシステム電圧は正規の状況では実用的に一定である（たとえば土１０％）。節点３４のこの信号は前に用いた用語では「送電」信号としての役目を果す。前に名付けられた「基本」信号は、１つの乗算器Ｍ₁，Ｍ₂およびＭ₃の出力であり、前記特許では変調信号と呼ばれている。電力システム安定器１６の出力が零である場合には、前に述べたようにこの信号は零の値となり、発電機および電力システムが休止状態で動作していることが示される。
【００２５】
このように回路（または構成部分）、特に増幅器の連続的監視を可能にする方式を図示し説明してきた。三相システムで使用したとき、この方式により線間電圧の表現に影響を与えることなく線間電圧を表わす信号を容易に使用することができる。実施例により本発明を図示し説明してきたが、当業者がこれを変形することは容易である。たとえば本発明の基本概念を前述の特許の実施例の１つの環境に適用した場合についてのみ示したが、前に述べたようにこの概念はそこに述べられている各実施例に等しく適用できる。したがって、本発明は図示し説明してきた特定の実施例に限定されるものでなく、本発明の趣旨と範囲に入るこのようなすべての変形は請求の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による三相電力システムのブロック図である。
【図２】従来技術による第１図の一部の概略回路図であり、本発明の方法と装置を使用するための好ましい環境を例示する図である。
【図３】本発明の原理を例示するベクトル図である。
【図４】本発明の原理を例示するベクトル図である。
【図５】本発明の原理を例示するベクトル図である。
【図６】本発明の第１の実施例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施例を示すブロック図である。
【図８】三相の用途に本発明を用いた場合を示す第２図に対応する概略回路図である。
【符号の説明】
１０発電機
１４三相変圧器
１６電力システム安定器
２０変調器
２４電圧調整器
２６励磁機
３０変圧器
４６，６０，６４増幅器
７８絶対値回路
７９フィルタ回路
８０，８２比較器
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃ 乗算器
Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃ 二次巻線

Claims

線間電圧で動作する多相システムの回路構成要素の動作状態を監視する方法において、
ａ）上記システムの中性点対線電圧をそれぞれ表わす複数の中性点対線電圧信号を発生するステップ、
ｂ）上記各中性点対線電圧信号に対して同じ信号をそれぞれベクトル加算するステップであって、上記同じ信号は、同じ大きさと方向を有しており、該加算の結果、線間電圧およびそれを表す電圧信号を変更することなしに、上記複数の中性点対線電圧信号に各々が対応する複数の修正中性点対線電圧信号が生じる、上記ベクトル加算するステップ、および
ｃ）上記修正信号を検査して、上記回路構成要素の動作状態を決定するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
線間電圧で動作する多相システムの回路構成要素の動作状態を監視する方法において、
ａ）上記システムの中性点対線電圧をそれぞれ表わす複数の中性点対線電圧信号を発生するステップ、
ｂ）上記各中性点対線電圧信号に対して同じ信号をそれぞれベクトル加算するステップであって、上記同じ信号は、同じ大きさと方向を有しており、該加算の結果、線間電圧およびそれを表す電圧信号を変更することなしに、上記複数の中性点対線電圧信号に各々が対応する複数の修正中性点対線電圧信号が生じる、上記ベクトル加算するステップ、および
ｃ）上記多相システムの各相に対して、監視すべき回路構成要素に関連したそれぞれの修正中性点対線信号を対応する電圧信号と比較することにより、該監視すべき回路構成要素の動作状態を表わす出力信号を発生するステップ、
を含むことを特徴とする方法。