JP4094360B2

JP4094360B2 - 回転電機の絶縁診断方法および装置

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Publication number: JP4094360B2
Application number: JP2002205204A
Authority: JP
Inventors: 功治尾畑; 慶滋福士; 良三武内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: JP2004045307A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機がインバータ駆動できるか判別する絶縁診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギー化の観点から、回転電機のインバータ駆動が盛んに行われている。回転電機をインバータ電源で駆動した例について、電気学会技術報告第739号、p．14（1999）の3．2の電位分布や、IEEE Electrical Insualtion Magazine,Vol.12，p．9（1996）に報告されている。これによれば、回転電機コイルのターン導体間に大きな電圧が発生し、ターン導体間を絶縁する層間絶縁が劣化、破壊し、回転電機が故障することがあった。
【０００３】
従来、このような問題に対しては、実測あるいは回路解析により層間絶縁の分担電圧を求め、インバータおよび回転電機に絶縁対策を施してきた。分担電圧を実測する公知例には、例えば、三菱電機技報Vol．45，p．1650（1971）や、IEEE．Proc．Electr．Power Appl．Vol．144，p．191（1997）がある。また、回路解析の公知例には、例えば電気学会論文誌Ｂ，Vol．100，P．25（1980）や、特開平９―８０１２９号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転電機内の電圧分布は、前述の電気学会技術報告にあるように、回路や機器の特性に応じて変化する。このため、各種のインバータ電源、回転電機に対し、それぞれ層間絶縁の分担電圧を実測あるいは回路解析しなければならない。しかし、従来の分担電圧の実測では、回転電機を解体し、コイル絶縁を除去し、測定電極、リード線を設置して、分担電圧を測定しなければならなかった。さらに、電圧測定後には測定電極、リード線を除去し、再度、コイルの絶縁処理を施さなければならなかった。このため、製造した回転電機を診断し出荷するまでに多くの時間を要する問題があった。特に、既設の回転電機にインバータ電源を導入する場合には、回転電機の運転を長期間停止しなければならない問題もあった。
【０００５】
一方、回路解析では、回転電機をはしご型等価回路でモデル化し回路計算する。しかしモデルが不適当であると、計算結果と実際の電圧分布が一致しない問題があった。このような問題には上述の文献のように、計算結果が実測結果に一致するように回路定数を調整している。また、調整した回路定数を使用して計算した場合にも、計算結果が正しいかどうか確認する必要がある。このように、回路解析においても、回転電機の電圧分布を実測無しで求めることは困難であった。
【０００６】
以上のように、従来、各種のインバータ電源、回転電機に対し層間絶縁の分担電圧を求めるには困難があり、層間絶縁がインバータ駆動に耐えられるか、すなわち回転電機がインバータ駆動できるかを判別することは困難であった。この結果、例えば特開平９―８０１２９号公報にあるように、インバータ、回転電機に裕度を持たせた絶縁対策を施していた。また、既設の回転電機にインバータ電源を導入することが進捗できなかった。
【０００７】
本発明の目的は、従来技術のかかる状況に鑑み、非破壊かつ容易に回転電機の電圧分布を求め、回転電機がインバータ駆動できるか判別する絶縁診断装置および診断方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の方法により解決できる。すなわち、サージ電圧を回転電機に印加し、回転電機のサージ電圧印加点から、回転電機巻線の電圧計測点までサージ伝播時間τを計測し、計測したサージ伝播時間とサージ電圧印加点から電圧計測点までのコイル数より、１コイルのサージ伝播時間τ／ｌ（ｌ：線路長）および、この逆数であるサージ伝播速度ｖを求める。得られたサージ伝播速度ｖと、使用するインバータ電源の波頭長ｔ_fと、コイルターン導体の段数ｐを掛け合わせ、得られた値を図２５のマスターカーブに適用し、回転電機の層間絶縁電圧分担率α_turnを求める。
【０００９】
図２５のマスタカーブは、本発明者が各種の回転電機を分解し、サージ電圧を印加したときの層間絶縁分担電圧を調べて得た知見である。すなわち、横軸にサージ伝播速度ｖ、サージ波頭長ｔｆ、コイル段数ｐの積をとり、縦軸に印加電圧に対する層間絶縁分担電圧の割合α_turnをとり、各回転電機のデータをプロットすると、一定の範囲で直線上に位置することを見出した。この結果より、層間絶縁電圧分担率α_turnは式（１）によって表される。ただし、ｋ…ターン間分担電圧安全率、X…１相コイル数である。
【００１０】
α_turn＝１００ｋ／（ｖ・ｔｆ・ｐ） …（１）
ただし、α_turn＞１００ｋ％ならば、α_turn＝１００ｋ（％）
α_turn＜１００／（Ｘ・ｐ）ならば、α_turn＝１００／（Ｘ・ｐ）（％）
次に、インバータを設置する箇所に、インバータと同じ波頭長のサージ電圧を印加し、回転電機端における電圧増加率βを求め、使用するインバータの電圧変化量ΔＶ_Iをこれに掛け合わせて、回転電機に印加されるサージ電圧ΔＶ_Mを求める。得られたΔＶ_Mと回転電機の層間絶縁電圧分担率α_turnを掛け合わせて、層間絶縁の分担電圧Ｖ_turnを求める。この分担電圧Ｖ_turnにおいて、部分放電が発生しない、あるいは部分放電が発生しても、課電寿命がモータの余寿命以上の場合には、インバータ駆動可能と判別する。また、部分放電が発生する、あるいは課電寿命がモータの余寿命未満の場合には、インバータ駆動不可と判別する。
【００１１】
このような本発明によれば、インバータ駆動以外の回転電機にも適用して、そのインバータ駆動の可否を簡単に判別できるので、回転電機のインバータ電源駆動化を推進できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回転電機絶縁診断方式の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は回転電機絶縁診断装置の構成を示す。回転電機絶縁診断装置１には、少なくともサージ電圧を発生するサージ電源７、８と、発生したサージ電圧と、電圧計測点間のサージ伝播時間と、電圧計測点におけるサージ電圧とを計測するサージ電圧計測部５を有する。また、計測したサージ伝播時間、電圧と、ユーザから与えられた回転電機・インバータの仕様、各種層間絶縁材料の部分放電特性および課電寿命特性を計測データ診断部６に記憶する。計測データ診断部６は、これらの情報から層間絶縁電圧分担率α_turn、電圧増加率β、層間絶縁の分担電圧Ｖ_turnを求め、インバータ駆動可否を判別する。さらに、ユーザがデータを入力するための入力装置１０と、ユーザに判別結果を知らせるための出力装置１１を備えている。なお、計測を容易に行うために、回転電機結線切り換え部４、ケーブル接続切り換え部９を備えている。
【００１４】
図２は、本診断装置１による診断の手順を示すフローチャートである。始めに、回転電機、インバータ、ケーブルの仕様を、入力装置１０から入力する（Ｓ１１）。
【００１５】
図３は入力画面を示す。表示装置１１の入力画面は、診断対象のインバータと回転電機２の仕様が入力できるように構成されている。例えば、インバータの電圧変化量ΔＶ_I、波頭長ｔ_f、キャリア周波数ｆ_inv、回転電機のＹ／Δ結線、試験を希望する結線図Ｎｏ、回転電機固定子の１相当たりコイル数Ｘ、コイル内のターン導体段数ｐである。さらに、層間絶縁の厚さｄ_i、材質、比誘電率ε_i、安全率ｋ、回転電機の余寿命なども入力される。これらの入力データは表示装置１１の画面から入力され、計測データ診断部６に記憶される。なお、結線図のＮｏは操作マニュアルや診断装置１内のヘルプメニューに記載されている。
【００１６】
以上のデータ入力が終わった後、回転電機結線切り換え部４を用いて診断装置と回転電機の結線を行なう（Ｓ１２）。図４〜２０に各結線例を示し、詳細は後述する。
【００１７】
次に、サージ電源７を用いて波頭長が急峻な矩形波、インパルスなどのサージ電圧を回転電機２に印加し、サージ電圧計測部５にて回転電機内のサージ伝播特性を計測する（Ｓ１３）。計測したサージ伝播特性は、計測データ診断部６に記録され、回転電機内のサージ伝播時間τを求め、先に入力した回転電機の仕様、計測した回転電機の結線から、回転電機内のサージ伝播速度を導出する。さらに、計測データ診断部６では、得られたサージ伝播速度を用いて層間絶縁電圧分担率α_ｔｕｒｎを（１）式から求める（Ｓ１４）。
【００１８】
次に、回転電機結線切り換え部４とケーブル接続切り換え部９を用いて、サージ電圧をケーブル３から回転電機２に印加できるようにする（Ｓ１５）。結線が終了し測定準備ができたところで、ケーブル３の入力端に供試インバータと同じ波頭長の矩形波あるいはインパルスなどのサージ電圧を印加し、サージ電圧計測部５にてケーブル３の回転電機端の電圧変化量を計測する。
【００１９】
計測した電圧変化量は、計測データ診断部６に記録される。診断部６では測定した回転電機端のサージ電圧変化量と入力したサージ電圧変化量の比から、ケーブル−回転電機端における電圧増加率βを求める（Ｓ１６）。
【００２０】
また、得られた電圧増加率βと、先にオペレータが入力したインバータの電圧変化量との積により、回転電機端の電圧変化量ΔＶ_Mを導出する（Ｓ１７）。さらに、先に得た層間絶縁電圧分担率α_turnとの積から層間絶縁分担電圧Ｖ_turnを求める（Ｓ１８）。
【００２１】
最後に、計測データ診断部６では、診断部６内に記憶された層間絶縁材料の課電寿命、部分放電特性データベースから、供試回転電機の層間絶縁課電寿命、部分放電特性データを取り出す。これと得られた層間絶縁分担電圧Ｖ_ｔｕｒｎと、部分放電電圧、回転電機の余寿命データを比較し、インバータ駆動の可否を判別する（Ｓ１９）。この詳細については後述のインバータ駆動可否の判別処理において説明する。
【００２２】
以下、回転電機診断装置１の各機能を詳細に説明する。結線切り換え部４は、回転電機２のＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚの口出し線２１や接地線２２の結線を切り換え、図４〜２０の各結線を行なう。
【００２３】
図２１は結線切り換え部４のスイッチ回路を示す。結線切り換え部４はスイッチ４０１を用いて、回転電機２の口出し線２１とサージ電源７の電源線７１の結線を切り換えることができる。ここでは、回転電機のみのサージ伝播特性を測定するため、スイッチ４０２によりケーブルと回転電機を切り離しておく。なお、結線切り換え部４のスイッチには、同軸スイッチなどの高周波スイッチの他にリレーや一般的なロータリースイッチを使用できる。
【００２４】
本発明では、特に結線切り換えを手作業で行っても本発明の目的を達成できる。このため、結線切り換え部４は単純に端子台とし、端子台上で回転電機の結線切り換えを行っても良い。また、最も単純には、直接、供試回転電機２をサージ電源７およびサージ電圧計測部５に手作業で接続しても良い。ただし、スイッチで結線切り換え部４を製作した場合には、スイッチの状態をGP−IB、RS−232C、10BASE−Tなどの計測器制御と、データ線４００で計測データ診断部６に伝送する。また、手作業で結線を行う場合には、入力画面から試験時の結線を入力する。
【００２５】
ここで、図４〜２０の結線を説明する。図４は、Ｙ型回転電機のＵＶＷ三相の一相に、電圧供給線７１を介してサージ電圧を印加し、電圧測定リード５１を用いて電圧印加相と他の二相に到達するサージ電圧を測定する例である。
【００２６】
図５は、Ｙ型回転電機のＵＶＷ三相の一相にサージ電圧を印加し、他の二相の内、一方の電圧を測定する例である。基本的に各相の巻線が同じ仕様で製作されていれば、特に図４のように二相を測定しなくとも一方の相の電圧を測定すれば良い。なお、図６、７は、図４、５の回転電機をΔ型回転電機とした例である。
【００２７】
図８〜１３は、端子箱に中性点接続線を有する。あるいはＹ−Δ起動できる回転電機のように、端子箱にＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ端子を有していて、Ｘ，Ｙ，Ｚ端子を一括することにより中性点電位を測定できる。
【００２８】
図８は、Ｙ型回転電機のＵＶＷ三相の一相にサージ電圧を印加し、中性点の電圧を測定する例である。この場合、特に電圧印加相を変えるだけで、ＵＶＷ各相の巻線のサージ伝播特性を個別に測定できる。
【００２９】
図９、１０は、図８においてさらに電圧印加相でない端子の電圧も測定する例である。この場合、図８に比し、電圧印加相を入れ替える作業を１あるいは２回低減することができる。
【００３０】
図１１は、Ｙ型回転電機のＵＶＷ三相にサージ電圧を印加し、中性点の電圧を測定する例である。この場合、ＵＶＷ三相の平均的なサージ伝播特性を求めることができる。
【００３１】
図１２、１３ではＹ型回転電機の二相にサージ電圧を印加し、中性点、他相の電圧を測定する例である。図１１と同様に、回転電機巻線の平均的なサージ伝播特性を求めることができる。
【００３２】
図１４〜２０は、端子箱にＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ端子を有している。図１４は、ＵＶＷ三相にサージ電圧を印加し、同時に各相の巻線のサージ伝播特性を測定する例である。この場合、特に各相のサージ伝播速度の違いを一度に測定することができる。
【００３３】
図１５〜１７は一相の巻線サージ伝播特性、図１８〜２０は二相の巻線サージ伝播特性を測定する例である。図１５〜１７では一相づつ切り離して各相のサージ伝播特性を測定できる。特に、図１５では、非試験相を接地しているため、容量結合性のノイズが大きい場合にもこれを低減できる。一方、図１６、１７では非試験相の一部もしくは全てを浮かせているため、試験相と非試験相の相互インダクタンスが大きい場合にも、誘導電流が流れる閉回路ができず、誘導電流の影響を除去できる。同様の理由から、図１８〜２０の回路は、二相の巻線のサージ伝播特性を測定する場合に、それぞれ、非試験相を接地または一部もしくは全部を浮かせた例である。
【００３４】
これらの結線による試験は、いずれも回転電機の外部端子箱に用意されている端子を利用している。このため、従来のように、回転電機を解体し、コイル絶縁を除去し、測定電極、リード線を設置し、試験後には再び測定電極、リード線を除去し、コイルの絶縁処理する作業が必要なく、従来に比べて短時間で試験ができる。
【００３５】
サージ電源７は、サージ電源出力線７１、結線切り換え部４および回転電機口出し線２１を介し、回転電機２にサージ電圧を印加する。サージ電源の電圧波形は、波頭長が短い矩形波やインパルスが好ましい。特に、サージ電圧の波頭長が短いほどサージ伝播特性を測定しやすく、波頭長が１０μｓ以下、とりわけ１μｓ以下の矩形波やインパルスを使用することが望ましい。
【００３６】
サージ電圧計測部５では、印加サージ電圧と回転電機内を伝播したサージ電圧波形を測定する。図２２に測定波形を示す。印加サージ電圧５３に対し、サージ伝播時間τだけ電圧の立ち上がり／立下りが遅れたサージ電圧５４を観測することができる。τは回転電機のサージ電圧入力端とサージ測定端子との間の伝播時間である。また、開放端の測定端子では、電圧波形にサージ伝播時間τの約４倍の周期を有する振動が認められる。さらに、サージ電圧計測部５で、印加サージ電圧５３と測定サージ電圧５４の差電圧を測定する。差電圧５５には、サージ伝播時間τと同じ幅のパルスと、サージ伝播時間τの約４倍の周期を有する振動が認められる。これらの電圧測定波形は、計測器制御とデータ線５００を介し、計測データ診断部６に伝送される。
【００３７】
以上のサージ電圧計測部５は、高周波広帯域の電圧プローブとデジタルオシロスコープや高速Ａ／Ｄ変換器などの電圧波形計測機器で実現することができる。また、特に振動波形および振動周期を観測せず、サージの遅延だけを測定する場合は、入力インピーダンスの高い電圧プローブを使用しなくてもよい。50Ωや75Ωの同軸ケーブルで、被測定点の電圧波形を直接デジタルオシロスコープの電圧波形観測装置に導いても良い。
【００３８】
計測データ診断部６は回転電機サージ伝播時間τを、サージ電圧波形の時間遅れ、振動周期あるいは差電圧のパルス幅、振動周期から求める。図２３にサージ伝播時間計測の出力画面（１）を示す。印加サージ電圧▲１▼、回転電機内伝播サージ電圧▲２▼、差電圧▲１▼−▲２▼の図示と、回転電機サージ伝播時間τが示されている。
【００３９】
計測データ診断部６では、得られたサージ伝播時間τから回転電機の層間絶縁電圧分担率を求める。図２４に回転電機の層間絶縁電圧分担率を求めるフローチャートを示す。計測データ診断部６には、回転電機の被測定結線と、これに対応する線路長ｌと、１相のコイル数Ｘと、インバータ波頭長ｔ_fと、コイル導体の段数ｐとターン間分担電圧安全率ｋが入力されている。図２４（ｂ）に、被測定結線とこれに対応する線路長ｌを示す。
【００４０】
始めに、得られたサージ伝播速度τと、回転電機の結線と、線路長ｌと、回転電機の１相のコイル数Ｘから、回転電機内のサージ伝播速度ｖを求める（Ｓ２１）。次に、回転電機内のサージ伝播速度ｖと、インバータ波頭長ｔ_f、コイル段数ｐ、ターン間分担電圧安全率ｋを用い、層間絶縁電圧分担率α_turnを式（１）により計算する（Ｓ２２）。α_turnが100ｋ%を超える場合（Ｓ２３）、α_turn＝100ｋ%とする（Ｓ２４）。また、α_turnが平等分布のときの値（＝100／(x・p)%）に比べて小さい場合（Ｓ２５）、α_turn＝100／(x・p) %と修正する（Ｓ２６）。図２６は層間絶縁電圧分担率α_turnの出力画面（２）である。
【００４１】
計測データ診断部６は、層間絶縁電圧分担率α_turnを求めると、次にサージ電圧をケーブルのインバータ端から回転電機に印加するように指示する。図２７に、ケーブル・回転電機の結線切換えの説明図を示す。これらの作業をスイッチで行う場合、回転電機結線切り換え部４は、例えば図２１に示すスイッチ４０１と４０２を開閉し、先の回転電機のサージ伝播特性を求めたサージ電源７と回転電機２を切り離し、ケーブル３と回転電機２を接続する。また、ケーブル接続切り換え部９では、サージ電源８とケーブル３を接続する。図２８にケーブル接続切換え部９の一例を示す。図示のように、スイッチ９０１を開閉し、ＵＶＷ相の極性を決定する。
【００４２】
図２１、２８の回転電機結線切り換え部４、ケーブル接続切り換え部９では、スイッチの状態を計測器制御、データ線４００、９００を介して、計測データ診断部６に伝送する。また、先述のように、回転電機結線切り換え部４、ケーブル接続切り換え部９は手作業で行うことも可能である。
【００４３】
サージ電源８は、ケーブル−回転電機の結線が完了した時点で、サージ電源出力線８１、ケーブル結線切り換え部９を介し、供試インバータと同じ波頭長の矩形波あるいはインパルスなどのサージ電圧をケーブル３に入力する。この際、ケーブルのインバータ電源端３２と回転電機端３１におけるサージ電圧は、それぞれ測定リード５２、５１を介して、サージ電圧計測部５で計測される。
【００４４】
この測定結果の例を、図２７の３３、３４に示す。回転電機端では、入力電圧ΔＶのβ倍の電圧変化３３、ケーブル端では入力電圧ΔＶの電圧変化３４が観測される。これらの電圧波形は、図１に示すようにサージ電圧計測部５からデータ線５００を介し計測データ診断部６に伝送される。なお、供試インバータと同じ波頭長の矩形波あるいはインパルスは、波頭長が可変のサージ電源を使用する。あるいは波頭長が急峻なサージ電源の出力にＬＣＲ，ＬＲ，ＣＲ，ＬＣなどのローパスフィルタを接続することで実現できる。
【００４５】
計測データ診断部６では、回転電機端の電圧増加率βを回転電機端とインバータ端の電圧波形３３、３４の電圧変化の比から求める。あるいは回転電機端の電圧波形の最大値と平坦部の電圧変化量の比から求める。
【００４６】
さらに、計測データ診断部６では、インバータ駆動時の回転電機端の電圧変化量ΔＶ_Mを求める。図２９に手順を示すように、入力されたインバータ電圧変化量ΔＶ_Iと電圧増加率βとの積から、回転電機端の電圧変化量ΔＶ_Mを求めることができる。
【００４７】
図３０に出力画面（３）の表示例を示す。表示装置１１の表示画面には、回転電機端電圧増加率β、回転電機端電圧変化量ΔＶ_Mが、電圧変化３３，３４とともに表示されている。
【００４８】
さらに、計測データ診断部６では、得られた層間絶縁電圧分担率α_turnと回転電機端の電圧変化量ΔＶ_Mの積を計算し、インバータ駆動時の層間絶縁分担電圧Ｖ_turnを求める。図３１にその手順を示す。また、その結果を図３２の出力画面（４）に示す。出力画面（４）には、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnとともに、層間絶縁電圧分担率α_turn、サージ電圧変化量ΔＶ_Mなどが図示のように示されている。
【００４９】
回転電機・ケーブルのサージ伝播特性の計測により得られた層間絶縁分担電圧Ｖ_turnは、計測データ診断部６において層間絶縁材料の課電寿命、部分放電特性データ、回転電機の余寿命と比較され、インバータ駆動可否の判別が行われる。
【００５０】
図３３にインバータ駆動可否の判別処理のフローチャートを示す。先に入力された層間絶縁材の厚さｄ_iと層間絶縁の種類あるいは比誘電率ε_riに対し、図３４に示す部分放電電圧Ｖ_dが求められる（Ｓ３１）。なお、部分放電電圧には、部分放電開始電圧Ｖ_iと消滅電圧Ｖ_Eが使用できる。一般に両者はほぼ同値であるが、後者の方がやや低く、かつ、測定値のばらつきが小さいため、後者を用いることが望ましい。さらに、後者はパッシェンの法則から導いた部分放電電圧と良く一致することが知られている。したがって、理論的に予測できる点からも、後者を使用することが望ましい。
【００５１】
計測データ診断部６では、Vｉ、Ｖ_Eと層間絶縁分担電圧Ｖ_turnを比較し（Ｓ３２）、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnが層間絶縁の部分放電電圧Ｖ_d未満の場合には、インバータ駆動可と判別する（Ｓ３３）。逆に、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnが部分放電電圧Ｖ_d以上の場合には、次のように処理が分かれる。
【００５２】
ユーザが層間絶縁を部分放電電圧以上で使用するか否かを判断し（Ｓ３４）、使用しないと判断した場合には、インバータ駆動不可と判別する（Ｓ３８）。一方、層間絶縁を部分放電電圧以上で使用すると判断した場合は、計測データ診断部６は、層間絶縁材料の課電寿命特性からＶ_turnにおける破壊までの時間ｔ（ａｔＶ_turn）を求めて回転電機の余寿命ｔ_Mと比較する（Ｓ３７）。時間ｔ（ａｔＶ_turn）がｔ_M以上の場合はインバータ駆動可と判別する。一方、ｔ（ａｔＶ_turn）がｔ_M未満の場合はインバータ駆動不可と判別する。
【００５３】
図３５に、Ｖ_turnと破壊までの時間ｔ（ａｔＶ_turn）の関係を示す。また、課電寿命特性は、図３６に示す層間絶縁材料のインパルスＶ−Ｎ特性のＮを、インバータ電源のキャリア周波数ｆ_invの２倍で除すことにより得る。
【００５４】
以上の３種類の判別を行なった場合、表示装置１１には、例えば図３７〜３９のような出力画面（５）〜（７）が表示される。各出力画面には判別に用いられた層間絶縁分担電圧Ｖ_turnと部分放電電圧Ｖｄの関係、あるいは層間絶縁寿命ｔ（ａｔＶ_turn）と回転電機余寿命ｔ_Mの関係と、インバータ駆動の可否が示される。
【００５５】
次に、上記した発明の実施の形態に基づく実施例を説明する。
【００５６】
（実施例１）
図４０に、本発明の回転電機絶縁診断装置の実施例１の構成図を示す。回転電機・ケーブルの結線切り換え部４、９を同軸スイッチ４０００、９０００、サージ電圧計測部５をデジタルオシロスコープ５０００、サージ電源７、８をファンクションジェネレータ７０００、８０００により構成した。また、計測データ診断部６にはＰＣ６０００を使用し、入力装置１０はＰＣのキーボード１００００と図示しないマウス、表示装置１１はＰＣのディスプレイ１１０００を用いた。ＰＣと各結線切り換え部、サージ電源、サージ電圧計測装置は、ＧＰ―ＩＢ１００を介して接続されている。
【００５７】
ＰＣ６０００には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦＤＤ、ＨＤＤ、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤなどの記憶装置６０があり、記憶装置６０には大きく分けて、プログラム６１、データベース６２、データ記録領域６３が用意されている。プログラム領域６１には、インバータ駆動可否判別プログラム６１０が記憶されている。データベース領域６２には、各種層間絶縁材料の部分放電特性６２０、課電寿命特性６２１、比誘電率６２２、回転電機の結線と線路長の関係データ６２３が記憶されている。
【００５８】
なお、各種層間絶縁材料としては、例えば、油性、ホルマール、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、エナメル、シリコーン、アクリルニトリル、テフロン等のエナメルが記憶されている。また、ガラスクロス、アスベストなどの無機繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、紙、絹、綿などの有機繊維、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮなどのフィルム、マイカ、ガラスフレーク、無機粉末コートエナメルなどの耐コロナ性材料等が記憶されている。
【００５９】
データ記憶領域６３には、判別プログラム起動時入力データの回転電機巻線のＹ／Δ結線６３０、診断装置と回転電機の結線６３１、回転電機の１相のコイル数６３２が記憶されている。また、回転電機コイルのターン導体の段数６３３、層間絶縁の厚さ６３４、層間絶縁材料名６３５、インバータ波頭長６３６、電圧変化量６３７、キャリア周波数６３８、回転電機余寿命６３９が記憶される。さらに、回転電機端電圧増加率６４０、回転電機端電圧変化量６４１や、電圧波形計測データ６４２も記憶される。
【００６０】
実施例１の診断例を説明する。始めにユーザはＰＣ６０００、デジタルオシロスコープ５０００、ファンクションジェネレータ７０００、８０００の電源を入れ、ＰＣ起動後に、ユーザがインバータ駆動可否判別プログラム６１０を起動する。
【００６１】
始めに、図３の初期データ入力画面が起動する。ユーザはインバータの仕様として、ステップ電圧の電圧変化量ΔＶ_I、波頭長ｔ_f、キャリア周波数ｆ_invを入力する。回転電機仕様は、回転電機のＹ／Δ結線、中性点接地／非接地、Ｙ／Δ起動可能／不可能、サージ伝播特性測定結線、固定子巻線の一相当たりコイル数、コイル導体の縦方向の段数、層間絶縁の厚さｄ_i、材質、安全率ｋ、回転電機の余寿命を入力する。
【００６２】
図４１に入力結果の一例を示す。なお、画面下部の注意書きにあるように、低圧電動機では一般的な乱巻コイルの場合、コイル段数ｐには１を入力する。また、既知であれば、層間絶縁の比誘電率ε_riも入力することが望ましい。ただし、比誘電率は材料名を入力した時点で、代表的な値がＰＣ６０００内の比誘電率データベース６２２から抽出可能なため、特に入力しなくても良い。安全率ｋは初期値に１．３が入力されているが、回転電機メーカの推奨値があれば、これを入力する。回転電機の余寿命は、回転電機の保証年数から現在までの使用年数を引いた値を入力する。
【００６３】
また、電圧変化量ΔＶ_I＝１．３kV、波頭長ｔ_f＝０．１μｓ、キャリア周波数ｆ_inv＝５００Ｈｚのインバータを使用した。回転電機には、Ｙ型、中性点非接地、Ｙ／Δ起動可能、固定子巻線の１相のコイル数１６個、ターン導体の段数１０段、層間絶縁の厚さｄ_i＝０．１５ｍｍ、材質がマイカ巻電線、比誘電率ε_ri＝４．２、安全率ｋ＝１．３、余寿命１年の回転電機を使用した。また、サージ伝播特性の測定回路には、図４の回路を選択した。
【００６４】
この結果、実施例１の診断装置と回転電機の結線は図４２に示すものとなる。このとき、同軸スイッチ４０００は図４３に示すように投入されている。ファンクションジェネレータ７０００からサージ電圧を発生させ、これを回転電機の一相、例えばＵ相に入力する。また、この際、入力したサージ電圧と、回転電機内を伝播し他相のＶ，Ｗ相口出しに到達するサージ電圧を広帯域ＦＥＴプローブ５００１〜５００３とデジタルオシロスコープ５０００にて測定する。なお、同軸スイッチにおける記号は、回転電機の端子記号である。また、Ｇは、回転電機の接地端子を意味する。
【００６５】
図４４にデジタルオシロスコープで測定した電圧波形を示す。Ｕ相に入力したサージ電圧５０１０とＶ、Ｗ相に到達したサージ電圧５０１１、５０１２が計測される。デジタルオシロスコープでは、これらの波形をＡ／Ｄ変換し、変換された数値データはＧＰ−ＩＢ１００を介してＰＣ６０００に送信される。ＰＣでは、採取した電圧波形の立上がり開始時刻の差から、回転電機内のサージ電圧伝播時間τを求める。
【００６６】
なお、本実施例ではＶ、Ｗ相の二相の電圧波形を計測しているが、図４４で明らかなように、特にサージ電圧の到達時間に違いは認められない。しかしながら、巻線の製作上のばらつきによってサージ伝播時間に違いが生じる場合には、特に長い側のサージ伝播時間を採用することが望ましい。
【００６７】
図４５に測定結果の出力画面を示す。測定結果に、ノイズが多く重畳したり、いずれかの相の信号が計測されていない等の問題がなければ、層間絶縁電圧分担率を求めるボタンをクリックする。一方、異常が認められた場合には、測定を中止するか、あるいは再測定する。
【００６８】
ユーザが層間絶縁電圧分担率を求める指示を出すと、ＰＣ６０００内のインバータ駆動可否判別プログラム６１０は、図２４（ａ）のフローチャートに従い、層間絶縁電圧分担率α_turnを求める。すなわち、始めにプログラムは、回転電機の結線図４に対応した線路長ｌを図２４（ｂ）から選択する。これとユーザが入力した１相のコイル数Ｘと計測したサージ伝播時間τを用い、サージ電圧が伝播した線路ｌに含まれるコイル数Ｘを、サージが伝播するのに要した時間τで割る。これにより、単位時間あたりにサージが伝播するコイル数、すなわちサージ伝播速度ｖが求められる。得られたサージ伝播速度ｖと、ユーザが入力したインバータ波頭長ｔ_f、コイル段数ｐ、ターン間分担電圧安全率ｋを用い、図２４の場合分けに応じた層間絶縁電圧分担率α_turnを計算する。ただし、α_turnが130%以上の場合には、αを130%とする。また、１相のコイル数で平等に電圧を分担する場合、すなわち１相のコイル数Ｘと段数ｐで100%を割った値に比しα_turnが小さい場合には、α_turnを平等分布の値とする。
【００６９】
本実施例では、図２４（ｂ）より、図４に対応する線路長ｌは２Ｘ、１相のコイル数Ｘは１６個、サージ伝播時間τは１０μｓであるため、サージ伝播速度ｖは３．２コイル／μｓとなる。また、インバータの波頭長ｔ_fは０．１μｓ、コイル段数ｐは１０段、ターン間分担電圧安全率ｋは１．３であるため、層間絶縁電圧分担率α_turnは４１％となる。
【００７０】
以上の結果、ディスプレイ１１０００には、図４６のように表示される。すなわち、供試インバータの波頭長ｔ_fに対し、層間絶縁電圧分担率α_turnが一意に決まる。
【００７１】
なお、診断プログラムは、層間絶縁に実際に印加される電圧の絶対値を求めるために、回転電機端に印加されるサージ電圧を測定する。もし、サージ電圧が既知ならばユーザに入力するように促す。ユーザは、回転電機端のサージ電圧変化量の数値を入力することができ、この場合、プログラムは次の回転電機端の電圧増加率βを求めるフローを省略し、図３１のフローに移行する。なお、ここでは、ケーブルと回転電機のサージインピーダンスの不整合に伴う電圧跳ね上りも含めた変化量を入力する必要がある。
【００７２】
一方、インバータから発生されたサージ電圧が回転電機端で跳ね上り、増加する割合が分からない場合には、“はい”をクリックし、続いて回転電機端の電圧増加率βを求める。あるいは、回転電機端の電圧変化量をメーカに問い合わせる場合には、途中で本プログラムを中止することもできる。
【００７３】
診断プログラムは、ユーザが回転電機端の電圧増加率βを求めることを指示した場合、同軸スイッチ４０００及び９０００を開閉し、回転電機端にケーブル３を介してサージ電圧を印加する図２７の回路を実現する。図４７に、実施例１の装置で構成した接続図を示す。これを実現するためには、図４８、４９に示すように、スイッチ４０００及び９０００を投入すれば良い。すなわち、始めに、スイッチ４０００は先に使用したファンクションジェネレータ７０００と回転電機を切り離し、回転電機のＵ、Ｖ，Ｗ相をそれぞれケーブルの該当する相に接続する。一方、スイッチ９０００はＵ、Ｖ、Ｗ相の中の１相をファンクションジェネレータ８０００の＋に、他の２相を−に接続する。
【００７４】
ファンクションジェネレータ８０００は、回路の結線が終了した時点で、インバータの波頭長と同じ波頭長のサージ電圧を発生する。発生した電圧と、回転電機端の電圧は、デジタルオシロスコープ５０００と広帯域ＦＥＴプローブ５００１〜５００５にて測定する。図５０に、この際の測定結果を示す。すなわち、ファンクションジェネレータの＋側に接続されたＵ相では（ａ）の正極性の電圧、−側に接続されたＶ，Ｗ相では（ｂ）の負極性の電圧が観測される。いずれも、ファンクションジェネレータ側のステップ電圧変化量ΔＶに対し、回転電機端ではβ倍だけ電圧が増加した波形が観測される。この測定波形は、先の回転電機内のサージ伝播特性と同様に、デジタルオシロスコープでＡ／Ｄ変換され、数値データはＧＰ−ＩＢ１００を介してＰＣ６０００に送信される。ＰＣでは、採取した電圧波形の電圧変化量を比較し、電圧増加倍率βが求められる。
【００７５】
なお、＋側と−側の電圧波形の電圧変化量は、ケーブルやモータの浮遊容量の分布によって変化する。また、−側を接地したファンクションジェネレータを使用した場合には、−側の電圧波形は観測されない。これらの測定条件に伴う電圧波形の変化を除去する場合、ファンクションジェネレータ、回転電機の各相の対地電圧を測定するのではなく、線間電圧を測定し、ファンクションジェネレータ側と回転電機側の線間電圧の電圧変化量を比較すれば良い。この結果、ケーブルと回転電機のサージインピーダンスの不整合に伴う電圧増加率βとほぼ同じ電圧増加率を得ることができる。ただし、ケーブル長や浮遊容量などの回路条件が各相で異なる場合には、これらの影響を含めた平均的な電圧増加率が得られる。
【００７６】
得られた電圧増加率βは、図２９のフローの入力データとなり、回転電機端の電圧変化量が求められる。すなわち、回転電機端の電圧増加率βと、ユーザが入力したインバータの電圧変化量ΔＶ_Iの積を計算し、回転電機端の電圧変化量ΔＶ_Mを求めることができる。実施例１では、インバータの電圧変化量ΔＶ_I＝１．３ｋＶ、β＝１．９であることから、ΔＶ_Mは２．５ｋＶとなる。
【００７７】
以上の回転電機端の電圧変化量βや、これを用いて計算した回転電機端の電圧変化量ΔＶ_Mは、図５１のようにディスプレイ１１０００に表示される。この画面で、プログラムはさらに層間絶縁の分担電圧Ｖ_turnを求めるかどうか尋ねる。ここで、ユーザが“はい”をクリックすると、プログラムは図３１のフローを実行する。一方、測定したβが２より大きい場合や、測定を中断する場合には、“中止”をクリックすることでプログラムを中止できる。
【００７８】
層間絶縁分担電圧Ｖ_turnを求めるフローを図３１に示す。層間絶縁分担電圧Ｖ_turnは回転電機端に印加される対地サージ電圧に対する電圧分担率α_turnと回転電機端の電圧変化量ΔＶ_Mの積を計算することで求められる。実施例１では、層間絶縁電圧分担率α_turn＝４１％、回転電機端の電圧変化量ΔＶ_M＝２．５ｋＶであるため、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnは１．０ｋＶとなる。この結果は、図５２のようにディスプレイ１１０００に表示される。
【００７９】
なお、インバータ駆動可否判別プログラムは、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnを求めた時点で一通りの測定を終了する。ここからは、得られた層間絶縁分担電圧Ｖ_turnとＰＣ６０００内のデータベースに記憶された層間絶縁材料の部分放電特性６２０、課電寿命特性６２１を比較し、インバータ駆動可否判別を行なう。
【００８０】
ユーザがインバータ駆動可否判別を行なう指示を出した場合の、インバータ駆動可否判別フローは、図３３となる。判別プログラムは、ユーザが入力した層間絶縁の厚さｄ_iと比誘電率ε_riに相当する部分放電電圧Ｖ_dを、ＰＣ内に保存された部分放電特性データベース６２０から求める。なお、部分放電特性データベース６２０には、図３４の特性が数値データとして記憶されている。
【００８１】
実施例１では、層間絶縁の厚さｄ_i＝０．１５ｍｍ、ε_ri＝４．２であるので、データベースから部分放電電圧Ｖ_dは１．５ｋＶとなる。得られた部分放電電圧と先に計測した層間絶縁分担電圧Ｖ_turn＝１．０ｋＶを比較すると、層間絶縁分担電圧Ｖ_turn＝１．０ｋＶは部分放電電圧Ｖ_d＝１．５ｋＶ未満であるため、インバータ駆動可能と表示し、全プログラムを終了する。
【００８２】
この際の表示画面は、例えば図５３のようになる。すなわち、層間絶縁分担電圧が部分放電電圧以下であることと、インバータ駆動可能であることを表示する。また、診断プログラムを終了するボタンが表示される。なお、特に、続けて他の回転電機を診断するか、あるいは再度確認のために診断を行ないたい場合には、再診断ボタンをクリックすることで再度、始めから診断を行なう事ができる。
【００８３】
（実施例２）
実施例２は、コイル導体の段数ｐが５段であることを除き、他の仕様は実施例１と同じモータを試験する例である。なお、実施例２では特に実施例１とコイル巻線長がほぼ同じモータを試験するものとする。この場合のサージ伝播時間τは、モータの巻線長がほぼ同じであるため、実施例１と同じ１０μｓとなる。この結果、サージ伝播速度ｖも実施例１とほぼ同じく３．２コイル／μｓとなる。しかしながら、コイル段数ｐが５段であり、実施例１の１／２であるため、層間絶縁電圧分担率α_turnは８２％となる。この結果、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnは実施例１の約２倍の２．０ｋＶとなり、層間絶縁部分放電電圧１．５ｋＶ以上となる。
【００８４】
得られた層間絶縁分担電圧Ｖ_turnを図３３のフローに適用すると、図５４に示す画面が表示される。この画面で、層間絶縁部分放電電圧Ｖ_d以上で使用するかどうかを質問する。なお、繰り返し回数が多いインバータサージ電圧下では、一度、部分放電劣化が生じると絶縁物は急速に劣化するため、インバータにフィルタを設置するか、あるいは絶縁強化するなどの対策をとることが望ましい。このため、図示のように、この主旨の注意書きが記載されることが望ましい。
【００８５】
ここで、ユーザが“はい”をクリックした場合，判別プログラムは、ＰＣ６０００内のデータベースにある層間絶縁材料の課電寿命特性（Ｖ−Ｎ特性）６２１の電圧印加回数Ｎをインバータのキャリア周波数ｆ_invの２倍で割り、Ｖ−ｔ特性に換算する。すなわち、図３６の課電圧Ｖと絶縁物の破壊までの電圧印加回数Ｎの関係を、単位時間あたりのインバータサージ電圧の繰り返し回数２ｆ_invを用いて、課電圧Ｖと絶縁物が破壊するまでの時間ｔの関係に換算する。判別プログラムは、換算したグラフにおいて、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnにおける破壊までの時間ｔ（ａｔＶ_turn）を求め、これとユーザが入力した回転電機の余寿命ｔ_Mを比較する。層間絶縁分担電圧Ｖ_turnにおける破壊までの時間ｔ（ａｔＶ_turn）が回転電機の余寿命ｔ_M以上の場合、インバータ駆動可と表示し、逆に、回転電機の余寿命ｔ_M未満の場合には、インバータ駆動不可と表示する。
【００８６】
実施例２の結果を図５５に示す。実施例２では、耐部分放電劣化特性に優れたマイカ巻電線を使用しているため、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnにおける破壊までの時間ｔ（ａｔＶ_turn）は１．５年となり、ユーザが入力した余寿命ｔ_M＝１年に比し長い。したがって、プログラムは、インバータ駆動可能であることを表示する。また、プログラムは、診断プログラムを終了するか、あるいは再診断するか質問する。
【００８７】
一方、先の図５４で“いいえ”をクリックした場合、図５６に示すように、インバータ駆動不可であることを表示し、診断プログラムを終了するか、あるいは再診断するか質問する。
【００８８】
（実施例３）
実施例３では、実施例２の層間絶縁が二重ガラス被覆電線の回転電機の場合を示す。二重ガラス被覆電線では、比誘電率ε_riが５．３となるため、部分放電特性データベース６２０から実施例３の層間絶縁部分放電電圧Ｖ_dは１．２ｋＶとなる。すなわち、実施例３では、実施例２と同様に、層間絶縁分担電圧Ｖ_turn＝２．０ｋＶが層間絶縁部分放電電圧Ｖ_d＝１．２ｋＶに比し高いため、図５４と同様に、部分放電電圧以上で使用するかどうかの質問が行なわれる。
【００８９】
ここでユーザが“はい”をクリックした場合、実施例２と同様に、課電寿命特性データベース６２１のＶ−Ｎ特性と、キャリア周波数ｆ_invの２倍を用いて、Ｖ-ｔ特性を求める。換算したグラフにおいて、層間絶縁分担電圧Ｖ_turnにおける破壊までの時間ｔ（ａｔＶ_turn）を求め、これとユーザが入力した回転電機の余寿命ｔ_Mを比較する。
【００９０】
実施例３の結果を図５７に示す。実施例３では層間絶縁分担電圧Ｖ_turn＝２．０ｋＶにおける破壊までの時間ｔ（ａｔＶ_turn）は０．１年であり、ユーザが入力した余寿命ｔ_M＝１年に比し短い。したがって、プログラムは、インバータ駆動不可であることを表示する。また、プログラムは、診断プログラムを終了するか、あるいは再診断するか質問する。
【００９１】
（実施例４）
図５８に実施例４の装置構成を示す。実施例４では、実施例１のファンクションジェネレータ７０００、８０００を、一つのファンクションジェネレータ１２で実現し、サージ電圧は、サージ電源出力切り換え部１３で、同軸スイッチ４０００あるいは９０００のいずれかに印加できる。なお、サージ電源出力切り換え部１３はスイッチで構成することができる。
【００９２】
図５９にスイッチの開閉回路を示す。始めに回転電機内のサージ伝播特性を測定する場合には、（ｂ）側にスイッチを投入し、回転電機にサージ電圧を印加する。一方、モータ端の電圧増加率を測定する場合には、（ｃ）の側にスイッチを投入することで、ケーブルのインバータ電源側にサージ電圧を印加する。
【００９３】
以上のように、実施例４では、サージ電源を１つに統一しているため、実施例１に比し装置を小型化できる。なお、実施例４では、計測機器制御、データ線１０１には、ＲＳ−２３２Ｃを用いている。
【００９４】
（実施例５）
図６０に実施例５の装置構成を示す。実施例５では、実施例１のサージ電源８０００でケーブルのインバータ端に電圧を印加し、ケーブルの回転電機端の電圧増加率を計測するとともに、回転電機内のサージ伝播特性を測定する例である。
【００９５】
このため、実施例１に対し、短時間でインバータ駆動可否判別ができる。また、実施例１のサージ電源７０００を除去できるため、診断装置を小型化できる。なお、実施例５では、計測機器制御、データ線１０２には、１０ＢＡＳＥ−Ｔを用いている。
【００９６】
実施例５の回路構成を図６１に示す。なお、図６１の回路構成は、同軸スイッチ４０００と９０００を図６２、６３とすることで実現できる。すなわち、同軸スイッチ４０００では、回転電機の一相のみをケーブル側と接続し、他相は開放する。一方、同軸スイッチ９０００では、ファンクションジェネレータの＋側を、同軸スイッチ４０００で回転電機と接続された相と接続し，ケーブルの他相は接地する。
【００９７】
実施例５の回路の動作を図６１を用いて説明する。実施例５では、実施例１の電圧増加率計測時と同様に、サージ電圧３５をケーブルのインバータ側に印加する。ケーブルから回転電機の一相に印加された電圧は、ケーブルと回転電機のサージインピーダンスの不整合が原因となり跳ね上り、サージ電圧３６が観測される。この際の電圧増加量βΔＶと入力したサージ電圧３５のΔＶを比較し、電圧増加率βを求める。さらに、ケーブル／回転電機端で増加したサージ電圧３６は、回転電機内に侵入、回転電機巻線を伝播、他相の口出しに到達し、この結果、サージ電圧３７が観測される。このサージ電圧３７と回転電機端のサージ電圧３６の立上がり時刻の差からサージ伝播時間τを求め、実施例１と同様に層間絶縁電圧分担率を得ることできる。
【００９８】
実施例５では、この時点で実施例１のサージ伝播時間τと電圧増加率βを測定できるため、インバータ駆動可否判別プログラムは、得られたデータとユーザが入力したデータとＰＣ内のデータベースを基に、直ちに回転電機のインバータ駆動可否判別ができる。
【００９９】
なお、実施例５ではケーブルの一相のみにサージ電圧３５を印加し、他の二相は開放しているが、特にこのような回路としても、回転電機端の電圧増加率βには実施例１、４と大きな差を生じない。これは、ケーブル側から回転電機を見た場合、回転電機の電圧印加相の対地サージインピーダンスは、回転電機のインダクタンスと対地静電容量で決まる固有の値となる。このため、他相の口出しが浮動電位でも、ケーブルと接続されていても影響されず、ケーブルと回転電機のサージインピーダンスの比から求められるケーブル−回転電機接続部の電圧反射率は実施例１、４と同じになるためである。また、線間のインピーダンスが不整合の場合でも、回転電機や変圧器のような巻線機器ではインダクタンスが大きく、高周波サージには開放と見なせるため、ケーブルと接続されていても開放されていても、回転電機端の電圧反射率は同じになるためである。
【０１００】
ただし、実施例５では、回転電機の非電圧印加相の口出しにおいて電圧反射が生じると、これとケーブル−回転電機端の電圧反射と区別することが困難になる。このため、非電圧印加相の口出しは、図６１に示すように、回転電機のサージインピーダンスと同程度かそれ以下の抵抗２２で終端する。あるいは、ＦＥＴプローブ５００２、５００３のインピーダンスを回転電機のサージインピーダンスと同程度かそれ以下にすることが望ましい。
【０１０１】
具体的には、種々の回転電機のサージインピーダンスを計測した結果、終端抵抗あるいは入力インピーダンスは10kΩ以下、とりわけ１kΩ以下が望ましい。ただし、終端抵抗あるいは入力インピーダンスの値が小さいと電圧信号の振幅が小さくなりノイズとの区別が困難になったため、少なくとも１Ω以上あることが望ましい。
【０１０２】
以上、本発明の複数の実施例を詳細に説明した。本発明では、以上のように回転電機を分解しないで、回転電機外部の端子を使用し回転電機、ケーブルのサージ伝播特性を測定し、インバータ駆動時の層間絶縁分担電圧を導出するため、従来に比し層間絶縁分担電圧を容易かつ迅速に得ることができる。また、得られた層間絶縁分担電圧と層間絶縁材の部分放電、課電寿命特性から回転電機をインバータ駆動できるかどうか判別するため、過剰な絶縁対策を行うことなくインバータ駆動が容易に行なえ、回転電機の省エネルギー化を推進できる。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明により、非破壊かつ容易に回転電機の電圧分布を測定し、回転電機がインバータ駆動できるか否かの判別をできるので、回転電機のインバータ駆動、省エネルギー化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転電機絶縁診断装置の構成図。
【図２】回転電機絶縁診断装置の試験手順を示すフローチャート。
【図３】インバータ、回転電機仕様データの入力画面。
【図４】Ｙ型回転電機巻線の一相課電、二相電圧計測の回路図。
【図５】Ｙ型回転電機巻線の一相課電、一相電圧計測の回路図。
【図６】Δ型回転電機巻線の一相課電、二相電圧計測の回路図。
【図７】Δ型回転電機巻線の一相課電、一相電圧計測の回路図。
【図８】Ｙ型回転電機の一相課電、中性点電圧計測の回路図。
【図９】Ｙ型回転電機の一相課電、中性点、一相電圧計測の回路図。
【図１０】Ｙ型回転電機の一相課電、中性点、二相電圧計測の回路図。
【図１１】Ｙ型回転電機の三相課電、中性点電圧計測の回路図。
【図１２】Ｙ型回転電機の二相課電、中性点、一相電圧計測の回路図。
【図１３】Ｙ型回転電機の二相課電、中性点電圧計測の回路図。
【図１４】Ｙ型回転電機の三相同時課電、各相巻き終わり電圧計測の回路図。
【図１５】他相の巻き始め、巻き終わりを接地したＹ型回転電機の一相課電、巻き終わり電圧計測の回路図。
【図１６】他相の巻き始めを接地し、巻き終わりを開放したＹ型回転電機の一相課電、巻き終わり電圧計測の回路図。
【図１７】他相の巻き始め、巻き終わりを開放したＹ型回転電機の一相課電、巻き終わり電圧計測の回路図。
【図１８】他相の巻き始め、巻き終わりを接地したＹ型回転電機の一相課電、中性点、巻き終わり電圧計測の回路図。
【図１９】他相の巻き始めを接地し、巻き終わりを開放したＹ型回転電機の一相課電、中性点、巻き終わり電圧計測の回路図。
【図２０】他相の巻き始め、巻き終わりを開放したＹ型回転電機の一相課電、中性点、巻き終わり電圧計測の回路図。
【図２１】回転電機結線切り換え部の回路図。
【図２２】印加サージ電圧と回転電機内を伝播したサージ電圧の測定結果の波形図。
【図２３】サージ伝播時間計測結果の表示図。
【図２４】サージ伝播速度から層間絶縁電圧分担率を求める手順を示すフローチャート。
【図２５】サージ伝播速度、波頭長、段数ｐに対する層間絶縁電圧分担率のグラフ。
【図２６】層間絶縁電圧分担率の導出結果の表示図。
【図２７】ケーブル・回転電機端での電圧増加率を求める回路及び測定結果の説明図。
【図２８】ケーブル結線切り換え部の回路図。
【図２９】回転電機端の電圧変化量を求めるフローチャート。
【図３０】回転電機端電圧変化量の導出結果の表示図。
【図３１】層間絶縁分担電圧を求めるフローチャート。
【図３２】層間絶縁分担電圧の導出結果の表示図。
【図３３】インバータ駆動可否を判別する処理のフローチャート。
【図３４】層間絶縁材料の厚さ、種類と部分放電電圧の特性図。
【図３５】層間絶縁材料の課電寿命の特性図。
【図３６】層間絶縁材料のＶ−Ｎ特性図。
【図３７】インバータ駆動可能と判断された一例による表示画面図。
【図３８】インバータ駆動可能と判断された他例による表示画面図。
【図３９】インバータ駆動不可と判断された更に別の例による表示画面図。
【図４０】実施例１の装置の構成図。
【図４１】実施例１の入力画面図。
【図４２】診断装置と回転電機の結線図。
【図４３】同軸スイッチ４０００の接続図。
【図４４】実施例１で測定された電圧波形図。
【図４５】実施例１のサージ伝播時間の表示図。
【図４６】実施例１の層間絶縁電圧分担率の表示図。
【図４７】実施例１でケーブル・回転電機の接続による診断装置との結線図。
【図４８】結線切換え部４０００の接続図。
【図４９】結線切換え部９０００の接続図。
【図５０】実施例１でケーブルからのサージ電圧による回転電機端の電圧波形図。
【図５１】回転電機端電圧変化量の表示図。
【図５２】層間絶縁分担電圧の表示図。
【図５３】インバータ駆動可否の判別結果を示す表示図。
【図５４】実施例２によるインバータ駆動可否の判別結果の一例を示す表示図。
【図５５】実施例２によるインバータ駆動可否の判別結果の他例を示す表示図。
【図５６】実施例２によるインバータ駆動可否の判別結果の更に他の例を示す表示図。
【図５７】実施例３によるインバータ駆動可否の判別結果の一例を示す表示図。
【図５８】実施例４の装置構成を示す構成図。
【図５９】実施例４におけるスイッチの開閉を示す接続図。
【図６０】実施例５の装置構成を示す構成図。
【図６１】実施例５における試験回路の構成を示す説明図。
【図６２】実施例５の同軸スイッチ４０００の接続図。
【図６３】実施例５の同軸スイッチ９０００の接続図。
【符号の説明】
１…回転電機絶縁診断装置、２…回転電機、３…ケーブル、４…結線切り換え部、５…サージ電圧計測部、６…計測データ診断部、７…サージ電源、８…サージ電源、９…結線切り換え部、１０…入力装置、１１…表示装置、２１…回転電機口出し線、２２…回転電機接地線、３１…ケーブルの回転電機端、３２…ケーブルのインバータ電源端、５１…回転電機サージ電圧計測リード、５２…ケーブル入力端サージ電圧計測リード、７１…サージ電源出力線、８１…サージ電源出力線、４００…データ線、５００…データ線、７００…データ線、８００…データ線、９００…データ線、４０１…回転電機−サージ電源切り替えスイッチ、４０２…回転電機−ケーブル切り替えスイッチ、９０１…ケーブル−サージ電源切り替えスイッチ、１００…ＧＰ−ＩＢ、６０…記憶装置、６１…プログラム領域、６２…データベース領域、６３…データ記憶領域、６１０…インバータ駆動可否判別プログラム、６２０…部分放電特性、６２１…課電寿命特性、６２２…比誘電率、６２３…回転電機の結線と線路長の関係データ、６３０…回転電機巻線の結線、６３１…診断装置と回転電機の結線、６３２…回転電機の１相のコイル数、６３３…回転電機コイルのターン導体の段数、６３４…層間絶縁の厚さ、６３５…層間絶縁材料名、６３６…インバータ波頭長、６３７…インバータ電圧変化量、６３８…インバータキャリア周波数、６３９…回転電機余寿命、６４０…回転電機端電圧増加率、６４１…回転電機端電圧変化量、６４２…電圧波形計測データ。

Claims

回転電機のインバータ駆動の可否を判定する回転電機の絶縁診断方法において、
供試インバータの出力電圧と同じ波頭長の矩形波またはインパルスのサージ電圧を回転電機に印加して回転電機内を伝播したサージ電圧波形を測定し、該サージ電圧波形に基づいて回転電機内のサージ伝播速度を求め、該サージ伝播速度と前記波頭長及びコイル段数の積の逆数に基づいて層間絶縁電圧分担率（α turn ）を求め、
次に、インバータと回転電機を結ぶためのケーブルが回転電機と接続されたのち、該ケーブルに前記サージ電圧を入力してケーブルを介した回転電機端の電圧変化量を測定し、入力したサージ電圧の変化量と前記回転電機端の電圧変化量との比から回転電機端におけるサージ電圧増加率（β）を求め、
さらに、入力されたインバータ電圧変化量と前記サージ電圧変化率（β）からインバータ駆動時の回転電機端の電圧変化量（ΔＶ _Ｍ）を求め、該電圧変化量と前記層間絶縁電圧分担率の積より層間絶縁分担電圧（Ｖ turn ）を求め、
前記層間絶縁分担電圧を前記回転電機の部分放電電圧特性と比較し、前記層間絶縁分担電圧が部分放電電圧より小さいとき、インバータ駆動可と判定する回転電機の絶縁診断方法。
請求項１において、前記層間絶縁分担電圧が前記部分放電電圧以上のとき、
前記層間絶縁分担電圧における課電寿命が回転電機全体の寿命に比し短い場合には、インバータ駆動を不可と判定する回転電機の絶縁診断方法。
請求項２において、
前記回転電機で使用されている層間絶縁材料の課電寿命特性から前記層間絶縁分担電圧における破壊までの時間を求め、この時間が回転電機の余寿命より長いとき、インバータ駆動可と判定することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
回転電機のインバータ駆動の可否を判定する回転電機の絶縁診断装置において、
供試インバータの出力電圧と同じ波頭長の矩形波またはインパルスのサージ電圧を発生するサージ電源と、
前記サージ電源と前記回転電機及び前記サージ電源とインバータ電源に接続するための前記ケーブル及び前記回転電機の接続を切り換える結線切り換え部と、
前記サージ電圧を印加し、回転電機内のサージ伝播時間及びケーブルを介した回転電機端の電圧変化量を計測するサージ電圧計測部と、
前記サージ伝播時間から求めたサージ伝播速度と前記波頭長及びコイル段数の積の逆数に基づいて層間絶縁電圧分担率を求め、前記サージ電圧を前記ケーブルを介して入力して回転電機端の電圧変化量を測定し、前記層間絶縁電圧分担率と前記回転電機端の電圧変化量の積から層間絶縁分担電圧を求め、該層間絶縁分担電圧を前記回転電機の部分放電電圧特性と比較し、前記層間絶縁分担電圧が前記回転電機の部分放電電圧より小さいとき、インバータ駆動可と判定する計測データ診断部を設けていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
請求項４において、前記層間絶縁分担電圧が前記部分放電電圧以上のとき、
前記計測データ診断部は前記回転電機の課電寿命特性と比較し、前記層間絶縁分担電圧における課電寿命が回転電機全体の寿命に比し短い場合には、インバータ駆動を不可と判定する回転電機の絶縁診断装置。
請求項４または５において、
前記回転電機の接続を回転電機の種別に応じて切り換える回転電機結線切り換え部を設けていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
請求項４または５において、
前記回転電機の線路長、１相コイル数、部分放電特性、課電寿命特性と前記回転電機を駆動しようとするインバータのキャリア周波数及び波頭長を入力する入力手段を設けていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
請求項４または５において、
前記計測データ診断部と入出力可能な表示装置を設け、回転電機の結線図番号、１相あたりのコイル数、層間絶縁仕様、余寿命年など、及びインバータの波頭長、入力電圧及びキャリア周波数を入力する画面を有していることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
請求項４または５において、
前記計測データ診断部と入出力可能な表示装置を設け、インバータ駆動の可否とその判定要因を表示する出力画面を有していることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。