JP4197602B2 - 交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流回転電機の固定子巻線導体温度を測定する装置およびその方法に係り、特に、交流回転電機の固定子巻線の出力端子を短絡して定格または定格近傍の回転速度で通電運転中の固定子巻線導体温度を測定する装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に、従来の交流回転電機に使用される固定子１の一部を拡大して構造を示した説明図を示す。
【０００３】
図１１に示される固定子１は、固定子鉄心２に設けられるスロット３に固定子巻線４が巻かれ、楔５で固定子巻線４をスロット３内に押えている。固定子巻線４は、固定子鉄心２の外周側に巻かれる固定子巻線（以下、下コイルとする）４ｊと、内周側に巻かれる固定子巻線（以下、上コイルとする）４ｋとが巻かれている。
【０００４】
また、大容量・高電圧回転電機においては、下コイル４ｊと上コイル４ｋの間に温度を温度測定素子である抵抗温度デバイス（以下、ＲＴＤとする）６を温度測定要求のある箇所に分散させて挿入する。ＲＴＤ６が挿入されず、下コイル４ｊと上コイル４ｋとの間に隙間が発生している箇所には、隙間を埋めるスペーサ７が挿入される。
【０００５】
交流回転電機運転中、すなわち、通電中の固定子巻線４の温度測定について説明する。
【０００６】
通電中の固定子巻線４の温度測定は、固定子巻線４における導体部８の温度を測定することが望ましい。従って、交流回転電機が小容量機の場合には、固定子巻線４の抵抗値を測定して、測定した抵抗値から固定子巻線４の温度を算出して、通電運転中の固定子巻線４の温度を求める方法が一般的に使用され、ＪＥＣ、ＩＥＥＥおよびＩＥＣ規格においても容認されている。以下に、測定した抵抗値から固定子巻線４の温度を算出する換算式を数式１に示す。
【０００７】
【数１】
【０００８】
固定子巻線４の抵抗値から通電運転中の固定子巻線４の温度を求める方法は、幾つかあるが、例えば、交流回転電機を急速に停止させて停止中の固定子巻線４の抵抗値を無通電状態にして測定した後、測定時刻（無通電状態にしてからの経過時間）および測定した抵抗値から直接通電運転中の温度を推定し評価する方法、または、ある一定間隔で固定子巻線４の抵抗値を連続測定し、測定した固定子巻線４の抵抗値から固定子巻線４の温度を換算して、通電運転中の温度を外挿による推定を行い評価する方法がある。
【０００９】
図１２に、交流回転電機を急速に無通電状態とした後、停止中に固定子巻線４の抵抗値を測定する測定概略を表した説明図を示す。
【００１０】
図１２によれば、固定子巻線４の抵抗値測定は、固定子巻線４の両端、すなわち、中性点側および出力（ライン端子）側に４端子抵抗計１１の抵抗計電流通電線１０と抵抗計電圧通電線１１とを接続して、固定子巻線４の抵抗値を測定する。測定した固定子巻線４の抵抗値から固定子巻線４の温度を算出する場合は数式１を用いる。数式１において、基準巻線抵抗値、基準温度および測定抵抗値を予め測定等により調べておけば、測定巻線抵抗温度が算出できる。
【００１１】
一方、大容量・高電圧回転電機では、急速に回転子を停止することは事実上不可能であり、通電中において固定子巻線４の抵抗値を直接測定するのは困難であるため、通電中の交流回転電機の固定子巻線４の温度を測定する際には、下コイル４ｊと上コイル４ｋとの間にＲＴＤ６を事前に挿入しておき、このＲＴＤ６を使用して固定子巻線４表面の温度、すなわち、導体部８の温度を絶縁部１２を介して測定している。
【００１２】
従来の大容量・高電圧回転電機における通電中の固定子巻線４の温度測定の概略を説明する説明図を図１３に示し、この図１３を参照して、従来の大容量・高電圧回転電機における通電中の固定子巻線４の温度測定方法について説明する。
【００１３】
図１３によれば、従来の通電中の巻線温度測定方法は、絶縁部１２で覆われた下コイル４ｊと上コイル４ｋとの間に事前挿入されるＲＴＤ６に温度測定装置１３を接続して、通電中の固定子巻線４表面の温度の温度を測定する。しかし、大容量・高電圧回転電機では固定子巻線４の絶縁部１２が厚く、導体部８と固定子巻線４表面との温度差が大きくなる。
【００１４】
従って、回転電機運転中において、固定子巻線４の導体部８の温度を測定する場合、できるだけ精度良く測定するために、固定子巻線４の導体部８の温度を直接測定することは重要であり、特に、製造者としては、回転電機運転中における固定子巻線４の導体部８の温度を直接把握するニーズは非常に高い。
【００１５】
そこで、ＩＥＣ規格６０２７９では、幾つかの負荷運転中および三相短絡通電運転中における導体温度測定方法を規定している。ＩＥＣ規格６０２７９で規定されている導体温度測定方法の１つに運転中の交流回転電機の固定子巻線４に外部から直流電圧を印加し、固定子巻線４の直流電圧および電流を測定して固定子巻線４の抵抗値を算出して温度評価する電圧・電流法がある。
【００１６】
図１４にＩＥＣ規格６０２７９で提案されている交流回転電機の三相短絡通電中における固定子巻線４の抵抗値を測定する測定方法のうち、電圧・電流法による固定子巻線抵抗測定回路１４の回路構成図を示す。
【００１７】
図１４に示される固定子巻線抵抗測定回路１４は、直流電圧を供給する直流電圧源１５と、固定子巻線４を三相短絡した三相短絡回路１６と、シャント１７とが電気的に直列接続される。直流電圧源１５は、ＩＥＣ規格６０２７９で推奨している制限抵抗１８を介して直流電源（バッテリー）１９を接続した回路構成としている。
【００１８】
固定子巻線抵抗測定回路１４を構成する三相短絡回路１６の両端、すなわち、中性点２０側および出力側のライン端子２１間にかかる電圧Ｖを測定する電圧測定回路２２が電気的に並列接続される。固定子巻線抵抗測定回路１４を構成するシャント１７の両端には、三相短絡回路１６を流れる電流（三相並列一括）Ｉ０を測定する電流測定回路２３が電気的に並列接続される。
【００１９】
電圧測定回路２２は、三相平衡したリアクトル２４と第１のフィルタ２５とμＡオーダの電流を計測するμＡ計２６とを電気的に接続して構成し、第１のフィルタ２５を通過する電流をμＡ計２６で測定する。電圧測定回路２２を構成するリアクトル２４および第１のフィルタ２５の抵抗値は事前に測定されており、リアクトル２４の抵抗値はｒａ、第１のフィルタ２５の抵抗値はｒである。
【００２０】
電圧測定回路２２による三相短絡回路１６の両端にかかる電圧Ｖの測定は、第１のフィルタ２５を通過する電流をμＡ計２６で計測することによりなされ、μＡ計２６における電流値の読みをｉとすれば、
【数２】
Ｖ＝（ｒａ／３＋ｒ）ｉ
となる。
【００２１】
電流測定回路２３は、トランス２７と第２のフィルタ２８とｍＶオーダの電圧を測定するｍＶ計２９とを電気的に接続して構成される。電流測定回路２３による三相短絡回路１６を流れる電流（三相並列一括）Ｉ０の測定は、シャント１７両端にかかる電圧値をｍＶ計２９で測定し、既知のシャント１７の抵抗値からシャント１７を流れる電流値を算出することで、三相短絡回路１６を流れる電流（三相並列一括）Ｉ０を測定する。
【００２２】
電圧測定回路１９および電流測定回路２０から測定された三相短絡回路１６の両端にかかる電圧Ｖおよび三相短絡回路１６を流れる電流Ｉ０と、三相短絡回路１６を流れる電流Ｉ０および各相の固定子巻線４を通電する電流Ｉ１との関係（Ｉ１＝Ｉ０／３）から固定子巻線４の抵抗値Ｒは、
【数３】
Ｒ＝ｉ（３ｒ＋ｒａ）／Ｉ０
となる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固定子巻線の導体部の温度を直接測定する従来の三相短絡通電中の交流回転電機の固定子巻線導体温度測定装置およびその方法では、固定子巻線導体温度を固定子巻線の抵抗から換算して測定する場合、例えば、タービン発電機や水車発電機のような大容量・高電圧交流回転電機の固定子巻線では、各相の固定子巻線抵抗の大きさが、０．０００１Ω〜０．００１Ωのオーダと非常に小さいため、固定子巻線抵抗を精度良く測定しないと、温度に対する測定精度が低下する問題がある。
【００２４】
具体的に例を挙げて説明すると、例えば、０．０００５Ωの固定子巻線の温度について１℃単位の温度変化を評価するためには、通常の銅製巻線の温度係数は１／２３５（ＪＥＣ２１００等の規格指定値）であるから、０．０００５×１／２３５×１＝２．１３×１０−６Ωオーダで固定子巻線抵抗を測定することが要求される。
【００２５】
また、交流回転電機を急速に無通電状態とした後、停止中に固定子巻線の抵抗値を測定し、外挿による推定で三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度を求める従来の交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法では、交流回転電機の回転子が停止してからでないと測定が行えないため、例えば、タービン発電機や水車発電機のような大容量・高電圧交流回転電機の場合、停止するまでにかなりの時間を要する。
【００２６】
従って、無通電状態になってから測定を開始する時間までかなりの時間を要し、外挿により固定子巻線導体温度を推定する際に推定した固定子巻線導体温度が精度の良いものであるとは言い難いという問題点がある。
【００２７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、０．０００１Ω〜０．００１Ωのオーダの低抵抗値を有する固定子巻線の温度を測定した抵抗値から算出する際に、固定子巻線導体の抵抗値を精度良く測定可能に構成することで、固定子巻線の温度を精度良く求めることが可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【００２８】
また、本発明の他の目的は、交流回転電機の回転子の動作状態に関わらず、無通電状態にあれば、固定子巻線導体温度を測定開始でき、三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度を精度良く推定可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供するにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置は、上述した課題を解決するため、請求項１に記載したように、回転電機の固定子巻線を三相短絡する三相短絡手段と、前記三相短絡手段によって得られた三相短絡回路に直流電圧を可変可能に供給する可変直流電圧供給手段と、前記三相短絡回路と、電流計測用抵抗とを電気的に接続することにより構成される測定基本回路と、前記三相短絡回路に印加された直流電圧値および前記三相短絡回路に通電された電流値を取得する測定チャンネルと、この測定チャンネルからのアナログ出力をデジタル変換し記録するデジタル記録手段と、このデジタル記録手段からの出力をデータ処理して入力結果を出力するデータ処理手段とを備える電圧電流測定手段とを具備し、前記測定基本回路を前記三相短絡回路に生じる交流電圧に匹敵する直流電圧を印加できるように構成し、前記電圧電流測定手段を測定時に取得されるアナログ測定信号から交流成分を減衰させるフィルタと、このフィルタから出力されるアナログ測定信号を増幅する増幅器とを備える前記測定チャンネルと、１４ｂｉｔ〜１６ｂｉｔの分解能を有する前記デジタル記録手段と、データ処理して処理結果を表示する前記データ処理手段とを電気的に接続して構成し、前記フィルタを商用周波数５０Ｈｚおよび６０Ｈｚでフィルタ利得が−４０〜−８０ｄＢ、入力耐電圧が１００〜６００Ｖで構成し、前記増幅器を増幅率が５０〜１０００倍でドリフトの発生が少なく、前記増幅率で線形性を有する低ドリフトアンプで構成することで、前記固定子巻線の抵抗値を１０ −７ Ωオーダまでの精度で測定可能に構成したことを特徴とする。
【００３１】
請求項１記載の交流回転電機の巻線導体温度測定装置において、前記測定基本回路を前記三相短絡回路に生じる交流電圧に匹敵する直流電圧を印加でき、印加可能な直流電圧は５〜２００Ｖである。印加する直流電圧は、測定時に前記三相短絡回路に生じる交流電圧がどのくらいあるのかを見ながら適宜調整して決定する。
【００３２】
本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法は、上述した課題を解決するため、請求項２に記載したように、固定子巻線への通電がない無通電状態にて、前記固定子巻線の抵抗値を求め、基準温度における巻線抵抗値に換算する基準抵抗値算出ステップと、スター接続された交流回転電機の固定子巻線を三相短絡し三相短絡回路を形成する三相短絡ステップと、前記交流回転電機が運転され、前記固定子巻線への通電がある状態にて、可変直流電圧供給手段により前記三相短絡回路に印加される直流電圧値および通電される直流電流値を測定することで前記固定子巻線の抵抗値を算出する巻線抵抗値算出ステップと、前記固定子巻線の抵抗値と前記基準抵抗値とを用いて前記交流回転電機の運転中における固定子巻線導体温度を前記電圧電流測定手段で算出する巻線導体温度算出ステップと、
前記回転電機が運転された状態にて測定された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を平均化処理手段で高速サンプリングして、平均化処理した平均化処理ステップを備え、前記巻線導体温度算出ステップは、前記巻線抵抗値算出ステップで巻線抵抗を算出する際に、前記平均化処理ステップで平均化処理された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を用いて前記交流回転電機の固定子巻線導体温度を測定することを特徴とする。
【００３４】
さらに、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項３に記載したように、前記平均化処理ステップは、前記回転電機が運転された状態にて測定された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を平均化処理手段で高速サンプリングして、平均化処理して得られる平均値に対して、一定偏差を超える範囲のサンプリングデータを除外する統計的処理を施すステップをさらに有し、前記巻線抵抗値算出ステップで巻線抵抗を算出する際に用いられる前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値は、前記統計的処理を施した後に残ったサンプリングデータを平均化処理して得られた値であることを特徴とする。
【００３５】
さらにまた、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項４に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転している間、前記巻線短絡導体を冷却し、前記巻線短絡導体の温度変化を抑制する導体冷却ステップを備え、前記巻線抵抗値算出ステップで算出される前記固定子巻線の抵抗値を測定する際の測定誤差の低減を図ったことを特徴とする。
【００３６】
一方、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項５に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転している間、前記巻線短絡導体を冷却し、前記巻線短絡導体の温度変化を抑制する導体冷却ステップと、前記巻線短絡導体の抵抗値を換算式から算出する巻線短絡導体抵抗算出ステップとを備えたことを特徴とする。
【００３７】
また、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項６に記載したように、前記可変直流電圧供給手段に、単相交流可変電圧商用周波電源と、対地から絶縁された変圧器と、単相全波整流装置とを電気的に接続して直流電圧の可変供給を可能に構成した可変直流電圧供給回路を使用して行うことを特徴とする。
【００３８】
さらに、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項７に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転中における前記交流回転電機の固定子巻線の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定ステップを備え、前記基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値およびデータ処理に必要な数式とともに前記固定子巻線の絶縁部の厚さを入力した後に、前記三相短絡回路の電圧値および電流値を測定することを特徴とする。
【００３９】
さらにまた、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項８に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転中において、前記三相短絡回路の電圧が５０〜６００Ｖと高い場合には、通電を遮断して無通電状態とした後、前記電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを例えば、１分間等の任意の一定間隔で前記固定子巻線導体温度を算出し、冷媒温度とほぼ等しくなるまで前記電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップをくりかえし行って算出した前記固定子巻線導体温度の推移から前記固定子巻線導体温度の推移を関数近似して通電遮断時の固定子巻線導体温度を推定することを特徴とする。
【００４０】
請求項８記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法において、冷媒温度とほぼ等しくなるまでとは、前記固定子巻線導体温度が冷媒温度との差が０〜５℃の範囲で飽和している状態および冷媒温度との差が０〜２℃の範囲にある状態の少なくとも一方の状態にあることをいう。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法について、図面を参照して説明する。
【００４２】
［第１の実施形態］
図１に本発明の第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０の一例を示す。
【００４３】
図１に示される交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０は、大地から絶縁され直流電圧を可変して印加できる可変直流電圧源３１と、回転電機内の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３の交流成分を制限する制限抵抗３４と、温度変化に対して抵抗値の変化の少ない抵抗素子であるシャント３５とを電気的に直列接続して構成される固定子巻線抵抗測定基本回路（以下、測定基本回路とする）３６と、固定子巻線３２の電圧および電流を測定する電圧電流測定手段３８とを具備する。
【００４４】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する三相短絡回路３３は、三相の固定子巻線３２を三相短絡手段としての巻線短絡導体３９で中性点４０側および出力側、いわゆるライン端子４１側を三相短絡して形成される。
【００４５】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する電圧電流測定手段３８は、２つの測定チャンネル（以下、測定ｃｈとする）４３と、測定ｃｈ４３からのアナログ測定信号をアナログ／デジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換とする）して、デジタル測定信号をメモリした後に出力するデジタル記録手段としての多チャンネルデジタル記録装置（以下、デジタル記録装置とする）４５と、デジタル記録装置４５からのデジタル測定信号を処理して測定値や測定値を代入して入力式を演算した演算結果を表示するデータ処理手段としてのデータ処理装置４６とを備える。
【００４６】
電圧電流測定手段３８が備える２つの測定ｃｈ４３である第１チャンネル（以下、１ｃｈとする）および第２チャンネル（以下、２ｃｈとする）は、両方とも同じ構成をしている。測定ｃｈ４３の１つのチャンネル構成は、測定により得られた測定信号の交流成分を減衰させるフィルタ４９と、フィルタ４９から出力される測定信号を増幅する増幅器５０とを備える。
【００４７】
図２に固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられるフィルタ４９の回路構成を示す。
【００４８】
図２によれば、フィルタ４９は、抵抗素子５２と、コンデンサ５３とで形成されるいわゆるＲＣフィルタを複数段、例えば６段接続等の多段接続にして構成される。
【００４９】
フィルタ４９は、三相短絡回路３３の電圧に対しても有効に機能させるために通常フィルタで使用される電圧よりも使用可能な電圧を高く設定し、入力される電圧の上限値（以下、入力耐電圧とする）を少なくとも１００Ｖ、つまり、１００Ｖの電圧では有効に機能し得るように構成される。
【００５０】
フィルタ４９の入力耐電圧は、できるだけ高い方が好ましい。しかし、入力耐電圧を向上させると、フィルタ４９の製作コストが増加するため、必要以上に入力耐電圧を向上させるのは不要な製作コスト増加につながる。そこで、フィルタ４９の入力耐電圧は、好ましくは５〜６００Ｖ、より好ましくは、４０〜３００Ｖ、さらに好ましくは、８０〜２３０Ｖにする。例えば、図２に示されるフィルタ４９は、２５０Ｖまでの電圧に対して有効に機能し得る。
【００５１】
また、フィルタ４９は、フィルタ４９のゲイン特性として、商用周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで少なくとも−５０ｄＢのゲインを得る高減衰特性を有し、例えば、図２に示されるフィルタ４９は、−６０ｄＢのゲインを得るゲイン特性を有する。
【００５２】
フィルタ４９のゲイン特性は、商用周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚにおいて、測定精度の観点から言えばできるだけフィルタ減衰率が高い方が好ましい。しかし、フィルタ製作の容易性およびコストと必要とされる測定精度とを考慮してフィルタ減衰率を設定すれば、好ましくは−４５ｄＢ〜−８０ｄＢであり、より好ましくは−５０ｄＢ〜−７０ｄＢであり、さらに好ましくは−５０ｄＢ〜−６０ｄＢである。
【００５３】
測定ｃｈ４３が備える増幅器５０は、増幅率が少なくとも５０倍以上でリニアリティーを示し、かつ、低ドリフト特性を有する低ドリフトアンプである。図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられる増幅器５０の増幅率は、好ましくは５０倍〜１０００倍であり、より好ましくは、７０倍〜５００倍であり、さらに好ましくは９０倍〜２５０倍である。
【００５４】
電圧電流測定手段３８が備えるデジタル記録装置４５は、少なくとも１４ｂｉｔ（２−１４＝１／１６３８４）の分解能を有する。図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられるデジタル記録装置４５の分解能は、出来るだけ良い方が測定上は望ましいが、装置のコストと必要とされる分解能を考慮すれば、１４〜１６ｂｉｔで十分である。例えば、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられるデジタル記録装置４５の分解能は、１４ｂｉｔであり、１０Ｖ入力の場合、１０×１／１６３８４＝０．６１ｍＶの分解能となる。
【００５５】
電圧電流測定手段３８が備えるデータ処理装置４６は、平均化処理を行うアベレージング機能および入力された式に平均化処理を行った平均値を代入して演算処理する演算処理機能を有する。データ処理装置４６には、電圧電流測定手段３８で測定される直流電圧値および電流値から算出される固定子巻線抵抗値Ｒa’と事前測定した固定子巻線抵抗値を９５℃での抵抗値に換算した基準抵抗値Ｒ９５および固定子巻線導体温度Ｔとの関係を表す数式４を
【数４】
固定子巻線導体温度の測定開始前に事前に入力しておく。
【００５６】
そして、固定子巻線導体温度測定を行い、測定した直流電圧および電流からデータ処理装置４６が演算して得たから数式４を計算し、固定子巻線導体温度Ｔをデータ処理装置４６が換算し、必要に応じてその出力をディスプレイに表示する。
【００５７】
図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた三相短絡通電運転中における固定子巻線導体温度測定方法について説明する。
【００５８】
まず、三相短絡通電運転中における固定子巻線導体温度測定を実施する前に事前に各相の固定子巻線３２の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と抵抗測定時の温度から所定温度の基準抵抗値を算出する基準抵抗値算出ステップを行う。基準抵抗値算出ステップでは、各相の固定子巻線３２の抵抗値を測定し、測定した固定子巻線３２の抵抗値および抵抗測定時の温度を数式１に代入して、数式４に示される基準抵抗値Ｒ９５を算出する。そして、算出した基準抵抗値Ｒ９５をデータ処理装置４６に入力する。
【００５９】
次に、各相の固定子巻線３２を三相短絡導体３９で三相短絡して三相短絡回路３３を形成する三相短絡回路ステップを行う。そして、三相短絡回路ステップで三相短絡回路３３を形成した後、固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８と三相短絡回路３３とを電気的に接続する測定装置接続ステップを行う。
【００６０】
測定装置接続ステップは、まず、測定対象である固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３を測定基本回路３６を構成する可変直流電圧源３１とシャント３５との間に電気的に直列接続する。そして、電圧電流測定手段３８が備える測定ｃｈ４３の一方のチャンネルを三相短絡回路３３に電気的に並列接続し、測定ｃｈ４３の他方のチャンネルをシャント３５に電気的に並列接続することでなされる。
【００６１】
次に、測定者が交流回転電機を三相短絡通電運転状態にして、三相短絡回路３３の直流電圧値および電流値を電圧電流測定手段３８で測定する電圧電流測定ステップを行う。三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsの測定は、測定ｃｈ４３の一方、例えば１ｃｈが三相短絡回路３３の両端に接続されているので、直接、三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖs値を測定することでなされる。一方、三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsの測定は、シャント３５を流れる電流値と三相短絡回路３３に流入する電流値とが等しいことを利用して測定される。
【００６２】
三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsの測定についてもう少し具体的に説明すると、三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsの測定は、まず、測定ｃｈ４３の他方、例えば、２ｃｈがシャント３５の両端に接続されて、シャント３５の両端にかかる電圧値が測定される。次に、測定されたシャント３５の両端にかかる電圧値から既知のシャント３５の抵抗値を利用してシャント３５を流れる電流値を算出する。シャント３５を流れる電流値と三相短絡回路３３に流入する電流値とは等しいので、シャント３５を流れる電流値がわかれば三相短絡回路３３に流入する電流値を求めることができる。
【００６３】
次に、電圧電流測定ステップで測定された直流電圧値および電流値からデータ処理装置４６が固定子巻線３２の抵抗値を算出する巻線抵抗値算出ステップを行う。巻線抵抗値算出ステップは、まず、データ処理装置４６で測定された直流電圧値および電流値から三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaを算出する。そして、算出した三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaから固定子巻線抵抗値Ｒa’を算出する。
【００６４】
三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaは、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを含むため、事前に測定した巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒex分を補正する必要がある。固定子巻線抵抗値Ｒa’と、三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaと、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexとの関係は、以下の数式５で表される。
【００６５】
【数５】
Ｒa’＝３（Ｒa−Ｒex）
【００６６】
次に、データ処理装置４６が巻線抵抗値算出ステップで算出された固定子巻線抵抗値Ｒa’と、事前入力される基準抵抗値Ｒ９５および数式４とから固定子巻線導体温度Ｔを演算する巻線導体温度算出ステップを行い、演算結果、すなわち、固定子巻線導体温度Ｔをディスプレイに表示する。
【００６７】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０が、三相短絡通電運転中に三相短絡回路３３に生じる交流電圧に対して同等以上の直流電圧を供給可能な可変直流電圧供給手段と三相短絡回路３３に生じる交流電圧を制限する制限抵抗３４とシャント３５とを備えた測定基本回路３６と、測定信号に重畳した交流成分を直流成分に対して大幅に減衰させる測定ｃｈ４３と分解能の高いデジタル記録装置４５と測定信号を処理するデータ処理装置４６とを備えた電圧電流測定手段３８とを具備することにより、固定子巻線３２の抵抗値を最小１０−７Ωオーダまで精度良く抵抗値を測定することが可能となるので、固定子巻線３２の温度変化を１℃程度の精度で測定することが可能となる。
【００６８】
尚、電圧電流測定手段３８が備える２つの測定ｃｈ４３の１ｃｈと２ｃｈとは、同じ構成のため、逆に接続しても測定上支障はない。また、測定ｃｈ４３のチャンネル数は必ずしも２である必要はなく、少なくとも２以上のチャンネル数を有していれば良い。
【００６９】
また、フィルタ４９は、ＲＣフィルタの多段接続となっているが、有効に機能する入力耐電圧範囲（１００Ｖ〜６００Ｖ）およびフィルタ利得特性が同程度（−５０ｄＢ〜−６０ｄＢ）であれば、例えば、デジタルフィルタ等の他のフィルタで実現しても良い。
【００７０】
［第２の実施形態］
図３に本発明の第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ａの一例を示す。
【００７１】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ａは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、電圧電流測定手段３８に代わり、第１の平均化処理装置５５を付加した電圧電流測定手段３８Ａを具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【００７２】
図３に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ａは、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０と同様に、測定基本回路３６と、電圧電流測定手段３８Ａとを具備する。測定基本回路３６には、三相短絡回路３３の両端に電圧電流測定手段３８Ａが電気的に接続され、測定ｃｈ４３の一方のチャンネルで三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが、他方のチャンネルで三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsが測定される。
【００７３】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する電圧電流測定手段３８Ａは、図１に示される電圧電流測定手段３８に高速サンプリングを行い、サンプリングしたデータを平均化処理して平均値を算出する平均化処理手段としての第１の平均化処理装置５５を付加したものであり、第１の平均化処理装置５５は、デジタル記録装置４５とデータ処理装置４６との間に設けられ電気的に接続される。
【００７４】
電圧電流測定手段３８Ａが備える第１の平均化処理装置５５は、０．１秒間で１０００点程度、すなわち、約１００μ秒のサンプリング周期で高速サンプリングを行うことが可能であり、図３に示される第１の平均化処理装置５５では、０．１秒間に１０００点のサンプリングを行い平均化処理することで、安定した精度の良いデータを得ることを可能にしている。
【００７５】
図３に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ａを用いた三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法に対して、第１の平均化処理ステップを備える点のみが異なっている。従って、第１の実施形態に係る三相短絡通電運転中における固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【００７６】
図３に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ａを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値Ｒ９５を求め、求めた基準抵抗値Ｒ９５の値および数式４をデータ処理装置４６に入力する。そして、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ａを三相短絡回路３３に電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。
【００７７】
次に、測定者が交流回転電機を三相短絡通電運転状態にして、電圧電流測定ステップを行う。そして、データ処理装置４６は、電圧電流測定ステップで測定された直流電圧値および電流値を０．１秒間に１０００点サンプリングする高速サンプリングを行い、高速サンプリングした直流電圧値および電流値を平均して平均値を算出する平均化処理ステップを行う。
【００７８】
次に、データ処理装置４６は、平均化処理ステップで平均化処理された直流電圧値および電流値、すなわち、直流電圧平均値および電流平均値から固定子巻線抵抗値Ｒa’を算出する巻線抵抗値算出ステップを行い、巻線導体温度算出ステップを行う。
【００７９】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ａが具備する電圧電流測定手段３８Ａは第１の平均化処理装置５５を備え、高速サンプリングを行い、サンプリングしたデータの平均値を算出し出力するので、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と比較して、安定した精度の良いデータを収集することが可能となる。
【００８０】
従って、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法の方が、第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法よりも固定子巻線導体温度を測定する測定精度が向上する。
【００８１】
尚、電圧電流測定手段３８Ａが備える第１の平均化処理装置５５のサンプリング能力は、必ずしも０．１秒間で１０００点でなくても良く、５００点〜２０００点の範囲でサンプリングを行うことが可能であれば良い。
【００８２】
［第３の実施形態］
図４に本発明の第３の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｂの一例を示す。
【００８３】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂは、第２の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ａに対して、電圧電流測定手段３８Ａに代わり、電圧電流測定手段３８Ｂを具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第２の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ａと異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
図４に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂは、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ｂを具備する。測定基本回路３６には、電圧電流測定手段３８Ｂが電気的に接続され、測定ｃｈ４３の一方のチャンネルで三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが、他方のチャンネルで三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsが測定される。
【００８５】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する電圧電流測定手段３８Ｂは、図２に示される電圧電流測定手段３８Ａが備える第１の平均化処理装置５５に代わり、高速サンプリングを行いサンプリングしたデータの平均値を算出後、統計処理を施す平均化処理手段としての第２の平均化処理装置５７を付加したものであり、第２の平均化処理装置５７は、デジタル記録装置４５とデータ処理装置４６との間に設けられ電気的に接続される。
【００８６】
電圧電流測定手段３８Ｂが備える第２の平均化処理装置５７は、０．１秒間に１０００点のサンプリングを行い平均化処理した後、平均化処理して得られた平均値に対して、例えば、平均値から±３σ（σ：標準偏差）の範囲内のデータを残し、その他のデータ、すなわち、平均値から±３σの範囲外のデータを除外する等の統計的な処理を実行し、残りのデータのみを平均化処理してより安定した、精度の良いデータを得ることができる。
【００８７】
図４に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂを用いた三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法は、第２の実施形態に係る三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法に対して、平均化処理ステップの処理内容のみが異なっている。従って、第２の実施形態に係る三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【００８８】
図４に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値Ｒ９５を求め、求めた基準抵抗値Ｒ９５の値および数式４をデータ処理装置４６に入力する。そして、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ｂを三相短絡回路３３に電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。
【００８９】
次に、測定者が交流回転電機を三相短絡通電運転状態にして、電圧電流測定ステップを行う。そして、データ処理装置４６は、電圧電流測定ステップで測定された直流電圧値および電流値を０．１秒間に１０００点サンプリングする高速サンプリングを行い、高速サンプリングした直流電圧値および電流値を平均して平均値を算出し、さらに、算出した平均値に対して、例えば、平均値±３σの範囲外のデータを除外する統計的な処理を実行する平均化処理ステップを行う。
【００９０】
次に、データ処理装置４６は、平均化処理ステップで平均化処理された直流電圧値および電流値、すなわち、直流電圧平均値および電流平均値から固定子巻線抵抗値Ｒa’を算出する巻線抵抗値算出ステップを行い、巻線導体温度算出ステップを行う。
【００９１】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂが具備する電圧電流測定手段３８Ｂは第２の平均化処理装置５７を備え、高速サンプリングしたデータの平均値を算出した後、算出した平均値を例えば、平均値から±３σの範囲外にある平均値を除外する等の統計的な処理を施して出力するので、第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ａと比較して、さらに安定した精度の良いデータを収集することが可能となる。
【００９２】
従って、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法の方が、第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法よりも固定子巻線導体温度を測定する測定精度が向上する。
【００９３】
尚、電圧電流測定手段３８Ｂが備える第２の平均化処理装置５７のサンプリング能力は、必ずしも０．１秒間で１０００点でなくても良く、５００点〜２０００点の範囲でサンプリングを行うことが可能であれば良い。
【００９４】
［第４の実施形態］
図５に本発明の第４の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｃの一例を示す。
【００９５】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、三相短絡回路３３が備える三相の固定子巻線３２を三相短絡する巻線短絡導体３９Ａを冷却する冷却手段５９を具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃは、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０と同様に、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８と、三相短絡回路３３が備える巻線短絡導体３９Ａを冷却する冷却手段５９とを具備する。冷却手段５９は、三相短絡回路３３が備える巻線短絡導体３９Ａに冷却水を通水する冷却水通水路６０と冷却水を循環させる循環ポンプ６１とを備える。
【００９７】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃが具備する測定基本回路３６には、電圧電流測定手段３８Ｂが電気的に接続され、測定ｃｈ４３の一方のチャンネルで三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが、他方のチャンネルで三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsが測定される。冷却手段５９は、巻線短絡導体３９Ａに冷却水を循環ポンプ６１で循環させて通水することで、巻線短絡導体３９Ａを冷却し、巻線短絡導体３９Ａの温度上昇を抑えて巻線短絡導体３９Ａの温度をほぼ一定に保っている。
【００９８】
図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【００９９】
図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、巻線短絡導体３９Ａを冷却する巻線短絡導体冷却ステップを備える点のみが異なっている。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【０１００】
まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値Ｒ９５を求め、求めた基準抵抗値Ｒ９５の値および数式４をデータ処理装置４６に入力する。そして、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ａを三相短絡回路３３に電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。測定装置接続ステップが完了したら、次に、巻線短絡導体冷却ステップを行う。
【０１０１】
巻線短絡導体冷却ステップは、冷却手段５９が備える循環ポンプ６１の運転を開始して固定子巻線３２を三相短絡する巻線短絡導体３９Ａに冷却水を循環させて冷却して、三相短絡通電運転中の巻線短絡導体３９Ａの温度変動を抑えることで、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの温度変動を抑制するために行う。
【０１０２】
巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexは、交流回転電機を固定子巻線３２を三相短絡して定格電流値近傍（定格電流値を含む）の電流（以下、約定格電流とする）を連続して通電することにより生じる巻線短絡導体３９Ａの温度上昇に伴って高くなる。従って、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを一定とみなして、三相短絡回路３３から固定子巻線抵抗値Ｒa’を数式５で算出して評価すると誤差を生じることになる。
【０１０３】
そこで、巻線短絡導体冷却ステップで巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの温度変動を抑制することで、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを三相短絡通電運中を通じて一定とみなすことができ、固定子巻線抵抗値Ｒa’を数式５で算出して評価する際に生じ得る測定誤差を低減させている。以降の測定ステップは、第１の実施形態と同様に、電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを行う。
【０１０４】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃが冷却手段５９を具備することで、三相短絡し連続して定格電流を通電することにより、固定子巻線３２で発生した熱の伝導による巻線短絡導体３９Ａの温度変動を抑え、固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差を低減することができる。従って、本実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と比べて固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差をより低減して精度の良い抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定を可能とする。
【０１０５】
［第５の実施形態］
図６に本発明の第５の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｄの一例を示す。
【０１０６】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄは、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃに対して、巻線短絡導体温度測定手段６３をさらに具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃと異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０７】
図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄは、図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃと同様に、測定基本回路３６、電圧電流測定手段３８および冷却手段５９と、巻線短絡導体３９Ａの温度を測定する巻線短絡導体温度測定手段６３とを具備する。
【０１０８】
巻線短絡導体温度測定手段６３は、巻線短絡導体３９Ａの温度を測定する温度測定器６４と、温度測定器６４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器６５とを備える。巻線短絡導体温度測定手段６３は、入力側が三相短絡回路３３と電気的に接続され、出力側がデータ処理装置４６と電気的に接続される。
【０１０９】
図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【０１１０】
図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを換算式から算出する巻線短絡導体抵抗算出ステップを備える点のみが異なっている。従って、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを用いた固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【０１１１】
まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップを行う。基準抵抗値算出ステップでは、運転中と同じ接続状態、すなわち、三相短絡してから十分に長時間放置して温度が安定した状態になったら、運転前に基準巻線抵抗値Ｒa’b、基準温度Ｔab、および巻線短絡導体３９Ａの基準抵抗値（以下、基準外部抵抗とする）Ｒexb３６、基準温度Ｔexbを測定し、測定したこれらの値および換算に必要な数式をデータ処理装置４６へ事前に入力しておく。
【０１１２】
次に、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定対象である固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８を電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。そして、測定装置接続ステップが完了したら、巻線短絡導体冷却ステップで巻線短絡導体３９Ａの冷却を行う。
【０１１３】
次に、測定者は、電圧電流測定ステップを行う。電圧電流測定ステップでは、三相短絡回路３３の電圧および電流を測定するとともに、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄが具備する巻線短絡導体温度測定手段６３で巻線短絡導体３９Ａの温度を測定する。
【０１１４】
次に、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを数式１に示される換算式から算出する巻線短絡導体抵抗算出ステップを行う。三相巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの算出は、測定された巻線短絡導体３９Ａの温度Ｔから数式６で巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを換算して求める。
【０１１５】
【数６】
【０１１６】
巻線短絡導体抵抗算出ステップが完了したら、第４の実施形態と同様に巻線抵抗値算出ステップを行う。巻線抵抗値算出ステップにおける交流回転電機の固定子巻線抵抗値Ｒa’は、巻線短絡導体抵抗算出ステップで算出された巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを数式５に代入して演算することにより求める。次に、巻線導体温度算出ステップを行い、データ処理装置４６が固定子巻線導体温度Ｔをデータ処理装置４６のディスプレイに表示する。
【０１１７】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄが巻線短絡導体温度測定手段６３を具備することで、交流回転電機の三相短絡通電運転中における巻線短絡導体３９Ａの温度を測定可能にし、測定した温度Ｔにおける巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを考慮した精度のよい測定をすることが可能となる。従って、本実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄは、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃと比べて固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差をより低減して精度の良い抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定を可能とする。
【０１１８】
［第６の実施形態］
図７に本発明の第６の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｅの一例を示す。
【０１１９】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、測定基本回路３６に代わり、測定基本回路３６Ａを具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１２０】
図７に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは、測定基本回路３６Ａと、電圧電流測定手段３８とを具備する。測定基本回路３６Ａは、測定基本回路３６に対して、可変直流電圧供給手段としての可変直流電圧源３１と可変直流電圧供給回路６８とを置換した回路構成である。
【０１２１】
図８に可変直流電圧供給回路６８の回路構成を表す回路構成図を示す。
【０１２２】
図８に示される可変直流電圧供給回路６８は、可変直流電圧供給手段の一形態であり、単相交流可変電圧商用周波電源（被試験交流回転電機と同一周波数：５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）６９、対地絶縁変圧器７０、およびダイオード７１で構成される単相全波整流装置７２を電気的に接続して構成する。可変直流電圧供給回路６８は、測定基本回路３６Ａにおいて可変直流電圧源３１と同様に機能し、１００Ａ程度までの大電流を通電することが可能である。
【０１２３】
図７に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【０１２４】
図７に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、直流電圧を供給する可変直流電圧供給手段が異なるのみで、測定ステップは基本的に同一である。
【０１２５】
すなわち、第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法と同様にして、測定者は、基準抵抗値算出ステップ、三相回路短絡ステップ、測定装置接続ステップ、電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを行い、固定子巻線導体温度Ｔをデータ処理装置４６のディスプレイに表示する。
【０１２６】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは、直流可変電圧供給手段としての可変直流電圧供給回路６８を備えた測定基本回路３６Ａを具備することにより、直流電源供給の際に交流回転電機を三相短絡して約定格電流を通電して運転することにより発生する３倍高調波に起因したビート振動等の影響を受けることなく、安定した直流電圧を交流回転電機の三相短絡回路３３に供給することが可能となる。
【０１２７】
従って、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と比較して、より精度の良い固定子巻線導体の抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定を可能とする。
【０１２８】
尚、図８に示される可変直流電圧供給回路６８を構成する単相全波整流装置７２は、整流素子にダイオード７１を使用した状態で示されているが、必ずしも単相全波整流装置７２で使用される整流素子をダイオード７１に限定するものではない。例えば、単相全波整流装置７２で使用される整流素子をダイオード７１に代わりサイリスタを用いて単相全波整流装置７２を構成しても良い。
【０１２９】
［第７の実施形態］
図９に本発明の第７の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｆの一例を示す。
【０１３０】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、ＲＴＤ７４を挿入した交流回転電機の固定子巻線３２の温度を導体部と外表面とで測定するもので、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、固定子巻線外表面温度測定手段７５をさらに具備することで、固定子巻線３２の導体部および絶縁部７６のそれぞれの温度測定を可能にしている。
【０１３１】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、固定子巻線３２の導体部および絶縁部７６のそれぞれの温度測定を可能とすることで、絶縁部７６の径方向長さに対する温度特性（以下、温度勾配とする）を得ることができ、固定子巻線３２の絶縁部７６の温度特性を評価できる。固定子巻線３２の絶縁部７６の温度特性を評価することは、材料開発の観点等から重要であり、有意義なものである。
【０１３２】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、固定子巻線外表面温度測定手段７５をさらに具備する点以外は固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならないので、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１３３】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０と同様に、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８と、固定子巻線３２間に挿入されたＲＴＤ７４から温度測定信号を取得して固定子巻線３２の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定手段７５とを具備する。固定子巻線外表面温度測定手段７５は、図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄが具備する巻線短絡導体温度測定手段６３と基本的に同じ構成であり、温度測定対象が異なるだけである。
【０１３４】
すなわち、固定子巻線外表面温度測定手段７５は、ＲＴＤ７４で固定子巻線３２の外表面温度を測定する温度測定器６４と、温度測定器６４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器６５とを備える。また、固定子巻線外表面温度測定手段７５の入力側は、ＲＴＤ７４に電気的に接続され、出力側はデータ処理装置４６に電気的に接続される。
【０１３５】
図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【０１３６】
図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、固定子巻線３２の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定ステップをさらに行う点が異なる。従って、第７の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【０１３７】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、まず、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値を算出し、データ処理に必要な数式とともに本実施形態では固定子巻線３２の絶縁部７７の厚さをデータ処理装置４６に入力する。次に、測定者は、三相回路短絡ステップ、測定装置接続ステップおよび電圧電流測定ステップを行い、電圧電流測定ステップで三相短絡回路３３の直流電圧値および電流値を測定する時と同時に固定子巻線外表面温度測定ステップを行う。
【０１３８】
固定子巻線外表面温度測定ステップは、固定子巻線外表面温度測定手段７５でＲＴＤ７４で取得される温度情報をＡ／Ｄ変換してデータ処理装置４６でデータ処理することで固定子巻線３２の外表面温度を測定する。電圧電流測定ステップおよび固定子巻線外表面温度測定ステップ以降の測定ステップは、第１の実施形態に係ると同様に巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを行う。
【０１３９】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが固定子巻線外表面温度測定手段７５をさらに具備することで、測定された固定子巻線３２の導体部および外表面のそれぞれの温度から、固定子巻線３２の絶縁部７６の温度勾配を得ることができ、絶縁部７６の温度特性を評価することができる。
【０１４０】
［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法を説明する。
【０１４１】
本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法は、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合に行うものである。
【０１４２】
三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合は、電圧・電流法では、測定する直流電圧および直流電流に対して大きな交流成分が重畳する。従って、要求に合う温度精度を得るために必要とされる固定子巻線３２の抵抗値測定精度を維持することが困難となる。そこで、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、固定子の固定子巻線３２間に挿入されたＲＴＤ７４を用いて外挿により三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度を推定するものである。
【０１４３】
本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置は、ＲＴＤ７４で固定子巻線３２の外表面温度を測定可能な固定子巻線導体温度測定装置が用いられ、例えば、図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが用いられる。
【０１４４】
図１０に本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法を説明する説明図（グラフ）を示す。
【０１４５】
図１０に示される説明図では、グラフの横軸に固定子巻線電流が０となった時刻からの経過時間ｔ（ｍｉｎ）をとり、縦軸に温度（℃）または電流（Ａ）をとって、固定子巻線電流が０となった時刻からの経過時間ｔに対する温度（℃）推移を表している。
【０１４６】
本実施形態に係る三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度測定は、まず、交流回転電機の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３に約定格電流を連続通電する。そして、ＲＴＤ７４で取得された固定子巻線３２の外表面温度ＴＲ、固定子巻線電流Ｉaおよび冷媒温度Ｔcを連続測定する。
【０１４７】
次に、固定子巻線３２の温度が完全に飽和したことをＲＴＤ７４から取得される固定子巻線３２の外表面温度ＴＲの指示値で確認する。そして、固定子巻線３２の温度が完全に飽和したら、交流回転電機を無通電状態にする。交流回転電機を無通電状態にすると、固定子巻線電流Ｉaは減少を開始し、やがて、Ｉa＝０となる。
【０１４８】
Ｉa＝０となったら、例えば、無通電状態とした時点（ｔ＝０）から１分後に、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが具備する電圧電流測定手段３８で固定子巻線抵抗Ｒa’を測定し、測定した固定子巻線抵抗Ｒa’から固定子巻線導体温度Ｔを求める。そして、例えば、１分毎等のある一定間隔毎に測定を行い、固定子巻線導体温度Ｔと冷媒温度Ｔcとがほぼ等しくなるまで測定を続ける。
【０１４９】
測定によって得られた固定子巻線導体温度Ｔを例えば、指数関数等で近似することによって、固定子巻線導体温度Ｔは、経過時間ｔの関数で表され、近似により得られた固定子巻線導体温度Ｔの関数式にｔ＝０を代入すれば、固定子巻線電流Ｉaが減少開始した時点（ｔ＝０）、すなわち、定格電流通電時の固定子巻線導体温度Ｔを推定することができる。
【０１５０】
本実施形態では、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合においても、無通電状態にして、素早く温度測定を行うことができるので、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１５１】
また、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定する際に、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが測定基本回路３６と電圧電流測定手段３８とを具備することで交流成分を大幅除去が可能となることから、固定子巻線電流ＩaがＩa＝０となれば、回転子が停止する前から固定子巻線導体温度Ｔの温度測定を開始することができるので、より正確に三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１５２】
尚、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置は、図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆに限らず、ＲＴＤ７４から固定子巻線の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定手段を外付けにより付加すれば、他の実施形態で用いた固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｅを適用しても良い。
【０１５３】
また、ＲＴＤ７４から固定子巻線の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定手段を外付けしなくても、三相短絡通電運転開始から固定子巻線導体温度が安定するまで十分な時間が経過した後に行う場合には、他の実施形態で用いた固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｅを適用しても良い。
【０１５４】
以上に説明したように、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０が、三相短絡通電運転中に三相短絡回路３３に生じる交流電圧に対して同等以上の直流電圧を供給可能な可変直流電圧供給手段としての可変直流電圧源３１と三相短絡回路３３に生じる交流電圧を制限する制限抵抗３４とシャント３５とを備えた測定基本回路３６と、測定信号に重畳した交流成分を直流成分に対して大幅に減衰させる測定ｃｈ４３と分解能の高いデジタル記録装置４５と測定信号を処理するデータ処理装置４６とを備えた電圧電流測定手段３８とを具備することにより、固定子巻線３２の抵抗値を最小で１０−７Ωオーダで抵抗値を精度良く測定することが可能となる。従って、固定子巻線３２の温度変化を１℃程度の精度で精度良く測定することが可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することができる。
【０１５５】
また、高速サンプリングを行い、サンプリングしたデータの平均値を算出し出力する第１の平均化処理装置５５を備えた電圧電流測定手段３８Ａを具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ａまたは高速サンプリングしたデータの平均値を算出した後、算出した平均値を統計的な処理を施して出力する第２の平均化処理装置５７を備えた電圧電流測定手段３８Ｂを巻線導体温度測定に使用することで、より安定した精度の良いデータを収集することができる。
【０１５６】
さらに、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡し連続して約定格電流を通電することにより、固定子巻線３２で発生した熱の伝導による巻線短絡導体３９Ａの温度変動を抑える冷却手段５９を具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することで、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの測定誤差を抑えて固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差を低減することができる。
【０１５７】
さらにまた、冷却手段５９および巻線短絡導体温度測定手段６３を具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することで、交流回転電機の三相短絡通電運転中における巻線短絡導体３９Ａの温度を測定可能にし、測定した温度Ｔにおける巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを考慮した精度のよい測定をすることができる。
【０１５８】
一方、直流可変電圧供給手段としての可変直流電圧供給回路６８を備えた測定基本回路３６Ａを具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することにより、直流電源供給の際に交流回転電機を三相短絡して約定格電流を通電して運転することにより発生する３倍高調波に起因したビート振動等の影響を受けることなく、安定した直流電圧を交流回転電機の三相短絡回路３３に供給することができ、より精度の良い固定子巻線導体の抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定が可能となる。
【０１５９】
また、固定子巻線外表面温度測定手段７５を具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することで、測定された固定子巻線３２の導体部および外表面のそれぞれの温度から、固定子巻線３２の絶縁部７６の温度勾配を得ることができ、絶縁部７６の温度特性を評価することができる。
【０１６０】
さらに、本発明に係る固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｆは、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡して形成される三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合においても、無通電状態にして、素早く温度測定を行うことができるので、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１６１】
さらにまた、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定する際に、本発明に係る固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｆが測定基本回路３６と電圧電流測定手段３８〜３８Ｂとを具備することにより交流成分の大幅な除去が可能となることから、固定子巻線電流ＩaがＩa＝０となれば、回転子が停止する前から固定子巻線導体温度Ｔの温度測定を開始することができるので、より正確に三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１６２】
尚、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、基準抵抗値測定ステップで、各相の固定子巻線３２の抵抗値を測定し、測定した固定子巻線３２の抵抗値および抵抗測定時の温度を数式１に代入して、数式４に示される基準抵抗値Ｒ９５を算出した後、算出した基準抵抗値Ｒ９５をデータ処理装置４６に入力しているが、データ処理装置４６に数式１を入力しておき、測定した固定子巻線３２の抵抗値および抵抗測定時の温度データをデータ処理装置４６に入力できるような固定子巻線導体温度測定装置を構成して基準抵抗値Ｒ９５を算出をさせても良い。
【０１６３】
【発明の効果】
本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法によれば、交流回転電機を約定格速度で三相短絡通電運転中に固定子巻線抵抗を精度良く測定することが可能となるので、被試験交流回転電機の固定子巻線導体温度を精度良く安定して測定可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することができる。
【０１６４】
また、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法によれば、三相短絡通電運転中において固定子巻線を三相短絡した際に生じる固定子巻線間の電圧が高く電圧・電流法が適用できない場合においても、無通電状態にして、回転子が停止する前から固定子巻線導体温度Ｔの温度測定を開始することができるので、外挿によって推定する固定子巻線導体温度をより精度良く測定可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置に備えられる測定ｃｈが有するフィルタの回路構成を示す回路構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置に可変直流電圧供給手段として用いられる可変直流電圧供給回路の回路構成を示す構成概略図。
【図９】本発明の第７の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図１０】本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法であり、通電停止後の経過時間と固定子巻線導体温度との関係を示した説明図。
【図１１】交流回転電機に用いられる固定子の構成を示す構成概略図。
【図１２】従来の通電中の固定子巻線導体温度測定方法であり、交流回転電機を停止して固定子巻線の抵抗測定を行う固定子巻線抵抗測定回路の回路構成を説明する説明図。
【図１３】従来の通電中の固定子巻線導体温度測定方法であり、ＲＴＤを使用して固定子巻線導体温度測定を行う固定子巻線導体温度測定回路の回路構成を説明する説明図。
【図１４】ＩＥＣ規格６０２７９にて規定される三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度測定する固定子巻線抵抗測定回路の回路構成を説明する説明図。
【符号の説明】
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ…固定子巻線導体温度測定装置、３１…可変直流電圧源（可変直流電圧供給手段）、３２…固定子巻線、３３…三相短絡回路、３４…制限抵抗、３５…シャント（電流計測用抵抗）、３６，３６Ａ…測定基本回路、３８，３８Ａ、３８Ｂ…電圧電流測定手段、３９，３９Ａ…巻線短絡導体（三相短絡手段）、４０…中性点、４１…ライン端子、４３…測定ｃｈ、４５…デジタル記録装置、４６…データ処理装置、４９…フィルタ、５０…増幅器、５２…抵抗素子、５３…コンデンサ、５５…第１の平均化処理装置、５７…第２の平均化処理装置、５９…冷却手段、６０…冷却水通水路、６１…循環ポンプ、６３…巻線短絡導体温度測定手段、６４…温度測定器、６５…Ａ／Ｄ変換器、６８…可変直流電圧供給回路（可変直流電圧供給手段）、６９…単相交流可変電圧商用周波電源、７０…対地絶縁変圧器、７１…ダイオード、７２…単相全波整流装置、７４…ＲＴＤ（抵抗温度デバイス）、７５…固定子巻線外表面温度測定手段、７６…絶縁部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流回転電機の固定子巻線導体温度を測定する装置およびその方法に係り、特に、交流回転電機の固定子巻線の出力端子を短絡して定格または定格近傍の回転速度で通電運転中の固定子巻線導体温度を測定する装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に、従来の交流回転電機に使用される固定子１の一部を拡大して構造を示した説明図を示す。
【０００３】
図１１に示される固定子１は、固定子鉄心２に設けられるスロット３に固定子巻線４が巻かれ、楔５で固定子巻線４をスロット３内に押えている。固定子巻線４は、固定子鉄心２の外周側に巻かれる固定子巻線（以下、下コイルとする）４ｊと、内周側に巻かれる固定子巻線（以下、上コイルとする）４ｋとが巻かれている。
【０００４】
また、大容量・高電圧回転電機においては、下コイル４ｊと上コイル４ｋの間に温度を温度測定素子である抵抗温度デバイス（以下、ＲＴＤとする）６を温度測定要求のある箇所に分散させて挿入する。ＲＴＤ６が挿入されず、下コイル４ｊと上コイル４ｋとの間に隙間が発生している箇所には、隙間を埋めるスペーサ７が挿入される。
【０００５】
交流回転電機運転中、すなわち、通電中の固定子巻線４の温度測定について説明する。
【０００６】
通電中の固定子巻線４の温度測定は、固定子巻線４における導体部８の温度を測定することが望ましい。従って、交流回転電機が小容量機の場合には、固定子巻線４の抵抗値を測定して、測定した抵抗値から固定子巻線４の温度を算出して、通電運転中の固定子巻線４の温度を求める方法が一般的に使用され、ＪＥＣ、ＩＥＥＥおよびＩＥＣ規格においても容認されている。以下に、測定した抵抗値から固定子巻線４の温度を算出する換算式を数式１に示す。
【０００７】
【数１】
固定子巻線４の抵抗値から通電運転中の固定子巻線４の温度を求める方法は、幾つかあるが、例えば、交流回転電機を急速に停止させて停止中の固定子巻線４の抵抗値を無通電状態にして測定した後、測定時刻（無通電状態にしてからの経過時間）および測定した抵抗値から直接通電運転中の温度を推定し評価する方法、または、ある一定間隔で固定子巻線４の抵抗値を連続測定し、測定した固定子巻線４の抵抗値から固定子巻線４の温度を換算して、通電運転中の温度を外挿による推定を行い評価する方法がある。
【０００９】
図１２に、交流回転電機を急速に無通電状態とした後、停止中に固定子巻線４の抵抗値を測定する測定概略を表した説明図を示す。
【００１０】
図１２によれば、固定子巻線４の抵抗値測定は、固定子巻線４の両端、すなわち、中性点側および出力（ライン端子）側に４端子抵抗計１１の抵抗計電流通電線１０と抵抗計電圧通電線１１とを接続して、固定子巻線４の抵抗値を測定する。測定した固定子巻線４の抵抗値から固定子巻線４の温度を算出する場合は数式１を用いる。数式１において、基準巻線抵抗値、基準温度および測定抵抗値を予め測定等により調べておけば、測定巻線抵抗温度が算出できる。
【００１１】
一方、大容量・高電圧回転電機では、急速に回転子を停止することは事実上不可能であり、通電中において固定子巻線４の抵抗値を直接測定するのは困難であるため、通電中の交流回転電機の固定子巻線４の温度を測定する際には、下コイル４ｊと上コイル４ｋとの間にＲＴＤ６を事前に挿入しておき、このＲＴＤ６を使用して固定子巻線４表面の温度、すなわち、導体部８の温度を絶縁部１２を介して測定している。
【００１２】
従来の大容量・高電圧回転電機における通電中の固定子巻線４の温度測定の概略を説明する説明図を図１３に示し、この図１３を参照して、従来の大容量・高電圧回転電機における通電中の固定子巻線４の温度測定方法について説明する。
【００１３】
図１３によれば、従来の通電中の巻線温度測定方法は、絶縁部１２で覆われた下コイル４ｊと上コイル４ｋとの間に事前挿入されるＲＴＤ６に温度測定装置１３を接続して、通電中の固定子巻線４表面の温度の温度を測定する。しかし、大容量・高電圧回転電機では固定子巻線４の絶縁部１２が厚く、導体部８と固定子巻線４表面との温度差が大きくなる。
【００１４】
従って、回転電機運転中において、固定子巻線４の導体部８の温度を測定する場合、できるだけ精度良く測定するために、固定子巻線４の導体部８の温度を直接測定することは重要であり、特に、製造者としては、回転電機運転中における固定子巻線４の導体部８の温度を直接把握するニーズは非常に高い。
【００１５】
そこで、ＩＥＣ規格６０２７９では、幾つかの負荷運転中および三相短絡通電運転中における導体温度測定方法を規定している。ＩＥＣ規格６０２７９で規定されている導体温度測定方法の１つに運転中の交流回転電機の固定子巻線４に外部から直流電圧を印加し、固定子巻線４の直流電圧および電流を測定して固定子巻線４の抵抗値を算出して温度評価する電圧・電流法がある。
【００１６】
図１４にＩＥＣ規格６０２７９で提案されている交流回転電機の三相短絡通電中における固定子巻線４の抵抗値を測定する測定方法のうち、電圧・電流法による固定子巻線抵抗測定回路１４の回路構成図を示す。
【００１７】
図１４に示される固定子巻線抵抗測定回路１４は、直流電圧を供給する直流電圧源１５と、固定子巻線４を三相短絡した三相短絡回路１６と、シャント１７とが電気的に直列接続される。直流電圧源１５は、ＩＥＣ規格６０２７９で推奨している制限抵抗１８を介して直流電源（バッテリー）１９を接続した回路構成としている。
【００１８】
固定子巻線抵抗測定回路１４を構成する三相短絡回路１６の両端、すなわち、中性点２０側および出力側のライン端子２１間にかかる電圧Ｖを測定する電圧測定回路２２が電気的に並列接続される。固定子巻線抵抗測定回路１４を構成するシャント１７の両端には、三相短絡回路１６を流れる電流（三相並列一括）Ｉ０を測定する電流測定回路２３が電気的に並列接続される。
【００１９】
電圧測定回路２２は、三相平衡したリアクトル２４と第１のフィルタ２５とμＡオーダの電流を計測するμＡ計２６とを電気的に接続して構成し、第１のフィルタ２５を通過する電流をμＡ計２６で測定する。電圧測定回路２２を構成するリアクトル２４および第１のフィルタ２５の抵抗値は事前に測定されており、リアクトル２４の抵抗値はｒａ、第１のフィルタ２５の抵抗値はｒである。
【００２０】
電圧測定回路２２による三相短絡回路１６の両端にかかる電圧Ｖの測定は、第１のフィルタ２５を通過する電流をμＡ計２６で計測することによりなされ、μＡ計２６における電流値の読みをｉとすれば、
【数２】
Ｖ＝（ｒａ／３＋ｒ）ｉ
となる。
【００２１】
電流測定回路２３は、トランス２７と第２のフィルタ２８とｍＶオーダの電圧を測定するｍＶ計２９とを電気的に接続して構成される。電流測定回路２３による三相短絡回路１６を流れる電流（三相並列一括）Ｉ０の測定は、シャント１７両端にかかる電圧値をｍＶ計２９で測定し、既知のシャント１７の抵抗値からシャント１７を流れる電流値を算出することで、三相短絡回路１６を流れる電流（三相並列一括）Ｉ０を測定する。
【００２２】
電圧測定回路１９および電流測定回路２０から測定された三相短絡回路１６の両端にかかる電圧Ｖおよび三相短絡回路１６を流れる電流Ｉ０と、三相短絡回路１６を流れる電流Ｉ０および各相の固定子巻線４を通電する電流Ｉ１との関係（Ｉ１＝Ｉ０／３）から固定子巻線４の抵抗値Ｒは、
【数３】
Ｒ＝ｉ（３ｒ＋ｒａ）／Ｉ０
となる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固定子巻線の導体部の温度を直接測定する従来の三相短絡通電中の交流回転電機の固定子巻線導体温度測定装置およびその方法では、固定子巻線導体温度を固定子巻線の抵抗から換算して測定する場合、例えば、タービン発電機や水車発電機のような大容量・高電圧交流回転電機の固定子巻線では、各相の固定子巻線抵抗の大きさが、０．０００１Ω〜０．００１Ωのオーダと非常に小さいため、固定子巻線抵抗を精度良く測定しないと、温度に対する測定精度が低下する問題がある。
【００２４】
具体的に例を挙げて説明すると、例えば、０．０００５Ωの固定子巻線の温度について１℃単位の温度変化を評価するためには、通常の銅製巻線の温度係数は１／２３５（ＪＥＣ２１００等の規格指定値）であるから、０．０００５×１／２３５×１＝２．１３×１０−６Ωオーダで固定子巻線抵抗を測定することが要求される。
【００２５】
また、交流回転電機を急速に無通電状態とした後、停止中に固定子巻線の抵抗値を測定し、外挿による推定で三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度を求める従来の交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法では、交流回転電機の回転子が停止してからでないと測定が行えないため、例えば、タービン発電機や水車発電機のような大容量・高電圧交流回転電機の場合、停止するまでにかなりの時間を要する。
【００２６】
従って、無通電状態になってから測定を開始する時間までかなりの時間を要し、外挿により固定子巻線導体温度を推定する際に推定した固定子巻線導体温度が精度の良いものであるとは言い難いという問題点がある。
【００２７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、０．０００１Ω〜０．００１Ωのオーダの低抵抗値を有する固定子巻線の温度を測定した抵抗値から算出する際に、固定子巻線導体の抵抗値を精度良く測定可能に構成することで、固定子巻線の温度を精度良く求めることが可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【００２８】
また、本発明の他の目的は、交流回転電機の回転子の動作状態に関わらず、無通電状態にあれば、固定子巻線導体温度を測定開始でき、三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度を精度良く推定可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供するにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置は、上述した課題を解決するため、請求項１に記載したように、回転電機の固定子巻線を三相短絡する三相短絡手段と、前記三相短絡手段によって得られた三相短絡回路に直流電圧を可変可能に供給する可変直流電圧供給手段と、前記三相短絡回路と、電流計測用抵抗とを電気的に接続することにより構成される測定基本回路と、前記三相短絡回路に印加された直流電圧値および前記三相短絡回路に通電された電流値を取得する測定チャンネルと、この測定チャンネルからのアナログ出力をデジタル変換し記録するデジタル記録手段と、このデジタル記録手段からの出力をデータ処理して入力結果を出力するデータ処理手段とを備える電圧電流測定手段とを具備し、前記測定基本回路を前記三相短絡回路に生じる交流電圧に匹敵する直流電圧を印加できるように構成し、前記電圧電流測定手段を測定時に取得されるアナログ測定信号から交流成分を減衰させるフィルタと、このフィルタから出力されるアナログ測定信号を増幅する増幅器とを備える前記測定チャンネルと、１４ｂｉｔ〜１６ｂｉｔの分解能を有する前記デジタル記録手段と、データ処理して処理結果を表示する前記データ処理手段とを電気的に接続して構成し、前記フィルタを商用周波数５０Ｈｚおよび６０Ｈｚでフィルタ利得が−４０〜−８０ｄＢ、入力耐電圧が１００〜６００Ｖで構成し、前記増幅器を増幅率が５０〜１０００倍でドリフトの発生が少なく、前記増幅率で線形性を有する低ドリフトアンプで構成することで、前記固定子巻線の抵抗値を１０ −７ Ωオーダまでの精度で測定可能に構成したことを特徴とする。
【００３１】
請求項１記載の交流回転電機の巻線導体温度測定装置において、前記測定基本回路を前記三相短絡回路に生じる交流電圧に匹敵する直流電圧を印加でき、印加可能な直流電圧は５〜２００Ｖである。印加する直流電圧は、測定時に前記三相短絡回路に生じる交流電圧がどのくらいあるのかを見ながら適宜調整して決定する。
【００３２】
本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法は、上述した課題を解決するため、請求項２に記載したように、固定子巻線への通電がない無通電状態にて、前記固定子巻線の抵抗値を求め、基準温度における巻線抵抗値に換算する基準抵抗値算出ステップと、スター接続された交流回転電機の固定子巻線を三相短絡し三相短絡回路を形成する三相短絡ステップと、前記交流回転電機が運転され、前記固定子巻線への通電がある状態にて、可変直流電圧供給手段により前記三相短絡回路に印加される直流電圧値および通電される直流電流値を測定することで前記固定子巻線の抵抗値を算出する巻線抵抗値算出ステップと、前記固定子巻線の抵抗値と前記基準抵抗値とを用いて前記交流回転電機の運転中における固定子巻線導体温度を前記電圧電流測定手段で算出する巻線導体温度算出ステップと、
前記回転電機が運転された状態にて測定された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を平均化処理手段で高速サンプリングして、平均化処理した平均化処理ステップを備え、前記巻線導体温度算出ステップは、前記巻線抵抗値算出ステップで巻線抵抗を算出する際に、前記平均化処理ステップで平均化処理された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を用いて前記交流回転電機の固定子巻線導体温度を測定することを特徴とする。
【００３４】
さらに、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項３に記載したように、前記平均化処理ステップは、前記回転電機が運転された状態にて測定された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を平均化処理手段で高速サンプリングして、平均化処理して得られる平均値に対して、一定偏差を超える範囲のサンプリングデータを除外する統計的処理を施すステップをさらに有し、前記巻線抵抗値算出ステップで巻線抵抗を算出する際に用いられる前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値は、前記統計的処理を施した後に残ったサンプリングデータを平均化処理して得られた値であることを特徴とする。
【００３５】
さらにまた、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項４に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転している間、前記巻線短絡導体を冷却し、前記巻線短絡導体の温度変化を抑制する導体冷却ステップを備え、前記巻線抵抗値算出ステップで算出される前記固定子巻線の抵抗値を測定する際の測定誤差の低減を図ったことを特徴とする。
【００３６】
一方、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項５に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転している間、前記巻線短絡導体を冷却し、前記巻線短絡導体の温度変化を抑制する導体冷却ステップと、前記巻線短絡導体の抵抗値を換算式から算出する巻線短絡導体抵抗算出ステップとを備えたことを特徴とする。
【００３７】
また、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項６に記載したように、前記可変直流電圧供給手段に、単相交流可変電圧商用周波電源と、対地から絶縁された変圧器と、単相全波整流装置とを電気的に接続して直流電圧の可変供給を可能に構成した可変直流電圧供給回路を使用して行うことを特徴とする。
【００３８】
さらに、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項７に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転中における前記交流回転電機の固定子巻線の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定ステップを備え、前記基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値およびデータ処理に必要な数式とともに前記固定子巻線の絶縁部の厚さを入力した後に、前記三相短絡回路の電圧値および電流値を測定することを特徴とする。
【００３９】
さらにまた、上述した課題を解決するため、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、請求項８に記載したように、前記交流回転電機を三相短絡通電運転中において、前記三相短絡回路の電圧が５０〜６００Ｖと高い場合には、通電を遮断して無通電状態とした後、前記電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを例えば、１分間等の任意の一定間隔で前記固定子巻線導体温度を算出し、冷媒温度とほぼ等しくなるまで前記電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップをくりかえし行って算出した前記固定子巻線導体温度の推移から前記固定子巻線導体温度の推移を関数近似して通電遮断時の固定子巻線導体温度を推定することを特徴とする。
【００４０】
請求項８記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法において、冷媒温度とほぼ等しくなるまでとは、前記固定子巻線導体温度が冷媒温度との差が０〜５℃の範囲で飽和している状態および冷媒温度との差が０〜２℃の範囲にある状態の少なくとも一方の状態にあることをいう。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法について、図面を参照して説明する。
【００４２】
［第１の実施形態］
図１に本発明の第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０の一例を示す。
【００４３】
図１に示される交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０は、大地から絶縁され直流電圧を可変して印加できる可変直流電圧源３１と、回転電機内の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３の交流成分を制限する制限抵抗３４と、温度変化に対して抵抗値の変化の少ない抵抗素子であるシャント３５とを電気的に直列接続して構成される固定子巻線抵抗測定基本回路（以下、測定基本回路とする）３６と、固定子巻線３２の電圧および電流を測定する電圧電流測定手段３８とを具備する。
【００４４】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する三相短絡回路３３は、三相の固定子巻線３２を三相短絡手段としての巻線短絡導体３９で中性点４０側および出力側、いわゆるライン端子４１側を三相短絡して形成される。
【００４５】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する電圧電流測定手段３８は、２つの測定チャンネル（以下、測定ｃｈとする）４３と、測定ｃｈ４３からのアナログ測定信号をアナログ／デジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換とする）して、デジタル測定信号をメモリした後に出力するデジタル記録手段としての多チャンネルデジタル記録装置（以下、デジタル記録装置とする）４５と、デジタル記録装置４５からのデジタル測定信号を処理して測定値や測定値を代入して入力式を演算した演算結果を表示するデータ処理手段としてのデータ処理装置４６とを備える。
【００４６】
電圧電流測定手段３８が備える２つの測定ｃｈ４３である第１チャンネル（以下、１ｃｈとする）および第２チャンネル（以下、２ｃｈとする）は、両方とも同じ構成をしている。測定ｃｈ４３の１つのチャンネル構成は、測定により得られた測定信号の交流成分を減衰させるフィルタ４９と、フィルタ４９から出力される測定信号を増幅する増幅器５０とを備える。
【００４７】
図２に固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられるフィルタ４９の回路構成を示す。
【００４８】
図２によれば、フィルタ４９は、抵抗素子５２と、コンデンサ５３とで形成されるいわゆるＲＣフィルタを複数段、例えば６段接続等の多段接続にして構成される。
【００４９】
フィルタ４９は、三相短絡回路３３の電圧に対しても有効に機能させるために通常フィルタで使用される電圧よりも使用可能な電圧を高く設定し、入力される電圧の上限値（以下、入力耐電圧とする）を少なくとも１００Ｖ、つまり、１００Ｖの電圧では有効に機能し得るように構成される。
【００５０】
フィルタ４９の入力耐電圧は、できるだけ高い方が好ましい。しかし、入力耐電圧を向上させると、フィルタ４９の製作コストが増加するため、必要以上に入力耐電圧を向上させるのは不要な製作コスト増加につながる。そこで、フィルタ４９の入力耐電圧は、好ましくは５〜６００Ｖ、より好ましくは、４０〜３００Ｖ、さらに好ましくは、８０〜２３０Ｖにする。例えば、図２に示されるフィルタ４９は、２５０Ｖまでの電圧に対して有効に機能し得る。
【００５１】
また、フィルタ４９は、フィルタ４９のゲイン特性として、商用周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで少なくとも−５０ｄＢのゲインを得る高減衰特性を有し、例えば、図２に示されるフィルタ４９は、−６０ｄＢのゲインを得るゲイン特性を有する。
【００５２】
フィルタ４９のゲイン特性は、商用周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚにおいて、測定精度の観点から言えばできるだけフィルタ減衰率が高い方が好ましい。しかし、フィルタ製作の容易性およびコストと必要とされる測定精度とを考慮してフィルタ減衰率を設定すれば、好ましくは−４５ｄＢ〜−８０ｄＢであり、より好ましくは−５０ｄＢ〜−７０ｄＢであり、さらに好ましくは−５０ｄＢ〜−６０ｄＢである。
【００５３】
測定ｃｈ４３が備える増幅器５０は、増幅率が少なくとも５０倍以上でリニアリティーを示し、かつ、低ドリフト特性を有する低ドリフトアンプである。図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられる増幅器５０の増幅率は、好ましくは５０倍〜１０００倍であり、より好ましくは、７０倍〜５００倍であり、さらに好ましくは９０倍〜２５０倍である。
【００５４】
電圧電流測定手段３８が備えるデジタル記録装置４５は、少なくとも１４ｂｉｔ（２−１４＝１／１６３８４）の分解能を有する。図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられるデジタル記録装置４５の分解能は、出来るだけ良い方が測定上は望ましいが、装置のコストと必要とされる分解能を考慮すれば、１４〜１６ｂｉｔで十分である。例えば、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０に用いられるデジタル記録装置４５の分解能は、１４ｂｉｔであり、１０Ｖ入力の場合、１０×１／１６３８４＝０．６１ｍＶの分解能となる。
【００５５】
電圧電流測定手段３８が備えるデータ処理装置４６は、平均化処理を行うアベレージング機能および入力された式に平均化処理を行った平均値を代入して演算処理する演算処理機能を有する。データ処理装置４６には、電圧電流測定手段３８で測定される直流電圧値および電流値から算出される固定子巻線抵抗値Ｒa’と事前測定した固定子巻線抵抗値を９５℃での抵抗値に換算した基準抵抗値Ｒ９５および固定子巻線導体温度Ｔとの関係を表す数式４を
【数４】
【００５６】
そして、固定子巻線導体温度測定を行い、測定した直流電圧および電流からデータ処理装置４６が演算して得たから数式４を計算し、固定子巻線導体温度Ｔをデータ処理装置４６が換算し、必要に応じてその出力をディスプレイに表示する。
【００５７】
図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた三相短絡通電運転中における固定子巻線導体温度測定方法について説明する。
【００５８】
まず、三相短絡通電運転中における固定子巻線導体温度測定を実施する前に事前に各相の固定子巻線３２の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と抵抗測定時の温度から所定温度の基準抵抗値を算出する基準抵抗値算出ステップを行う。基準抵抗値算出ステップでは、各相の固定子巻線３２の抵抗値を測定し、測定した固定子巻線３２の抵抗値および抵抗測定時の温度を数式１に代入して、数式４に示される基準抵抗値Ｒ９５を算出する。そして、算出した基準抵抗値Ｒ９５をデータ処理装置４６に入力する。
【００５９】
次に、各相の固定子巻線３２を三相短絡導体３９で三相短絡して三相短絡回路３３を形成する三相短絡回路ステップを行う。そして、三相短絡回路ステップで三相短絡回路３３を形成した後、固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８と三相短絡回路３３とを電気的に接続する測定装置接続ステップを行う。
【００６０】
測定装置接続ステップは、まず、測定対象である固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３を測定基本回路３６を構成する可変直流電圧源３１とシャント３５との間に電気的に直列接続する。そして、電圧電流測定手段３８が備える測定ｃｈ４３の一方のチャンネルを三相短絡回路３３に電気的に並列接続し、測定ｃｈ４３の他方のチャンネルをシャント３５に電気的に並列接続することでなされる。
【００６１】
次に、測定者が交流回転電機を三相短絡通電運転状態にして、三相短絡回路３３の直流電圧値および電流値を電圧電流測定手段３８で測定する電圧電流測定ステップを行う。三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsの測定は、測定ｃｈ４３の一方、例えば１ｃｈが三相短絡回路３３の両端に接続されているので、直接、三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖs値を測定することでなされる。一方、三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsの測定は、シャント３５を流れる電流値と三相短絡回路３３に流入する電流値とが等しいことを利用して測定される。
【００６２】
三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsの測定についてもう少し具体的に説明すると、三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsの測定は、まず、測定ｃｈ４３の他方、例えば、２ｃｈがシャント３５の両端に接続されて、シャント３５の両端にかかる電圧値が測定される。次に、測定されたシャント３５の両端にかかる電圧値から既知のシャント３５の抵抗値を利用してシャント３５を流れる電流値を算出する。シャント３５を流れる電流値と三相短絡回路３３に流入する電流値とは等しいので、シャント３５を流れる電流値がわかれば三相短絡回路３３に流入する電流値を求めることができる。
【００６３】
次に、電圧電流測定ステップで測定された直流電圧値および電流値からデータ処理装置４６が固定子巻線３２の抵抗値を算出する巻線抵抗値算出ステップを行う。巻線抵抗値算出ステップは、まず、データ処理装置４６で測定された直流電圧値および電流値から三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaを算出する。そして、算出した三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaから固定子巻線抵抗値Ｒa’を算出する。
【００６４】
三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaは、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを含むため、事前に測定した巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒex分を補正する必要がある。固定子巻線抵抗値Ｒa’と、三相短絡回路３３の抵抗値Ｒaと、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexとの関係は、以下の数式５で表される。
【００６５】
【数５】
Ｒa’＝３（Ｒa−Ｒex）
【００６６】
次に、データ処理装置４６が巻線抵抗値算出ステップで算出された固定子巻線抵抗値Ｒa’と、事前入力される基準抵抗値Ｒ９５および数式４とから固定子巻線導体温度Ｔを演算する巻線導体温度算出ステップを行い、演算結果、すなわち、固定子巻線導体温度Ｔをディスプレイに表示する。
【００６７】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０が、三相短絡通電運転中に三相短絡回路３３に生じる交流電圧に対して同等以上の直流電圧を供給可能な可変直流電圧供給手段と三相短絡回路３３に生じる交流電圧を制限する制限抵抗３４とシャント３５とを備えた測定基本回路３６と、測定信号に重畳した交流成分を直流成分に対して大幅に減衰させる測定ｃｈ４３と分解能の高いデジタル記録装置４５と測定信号を処理するデータ処理装置４６とを備えた電圧電流測定手段３８とを具備することにより、固定子巻線３２の抵抗値を最小１０−７Ωオーダまで精度良く抵抗値を測定することが可能となるので、固定子巻線３２の温度変化を１℃程度の精度で測定することが可能となる。
【００６８】
尚、電圧電流測定手段３８が備える２つの測定ｃｈ４３の１ｃｈと２ｃｈとは、同じ構成のため、逆に接続しても測定上支障はない。また、測定ｃｈ４３のチャンネル数は必ずしも２である必要はなく、少なくとも２以上のチャンネル数を有していれば良い。
【００６９】
また、フィルタ４９は、ＲＣフィルタの多段接続となっているが、有効に機能する入力耐電圧範囲（１００Ｖ〜６００Ｖ）およびフィルタ利得特性が同程度（−５０ｄＢ〜−６０ｄＢ）であれば、例えば、デジタルフィルタ等の他のフィルタで実現しても良い。
【００７０】
［第２の実施形態］
図３に本発明の第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ａの一例を示す。
【００７１】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ａは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、電圧電流測定手段３８に代わり、第１の平均化処理装置５５を付加した電圧電流測定手段３８Ａを具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【００７２】
図３に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ａは、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０と同様に、測定基本回路３６と、電圧電流測定手段３８Ａとを具備する。測定基本回路３６には、三相短絡回路３３の両端に電圧電流測定手段３８Ａが電気的に接続され、測定ｃｈ４３の一方のチャンネルで三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが、他方のチャンネルで三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsが測定される。
【００７３】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する電圧電流測定手段３８Ａは、図１に示される電圧電流測定手段３８に高速サンプリングを行い、サンプリングしたデータを平均化処理して平均値を算出する平均化処理手段としての第１の平均化処理装置５５を付加したものであり、第１の平均化処理装置５５は、デジタル記録装置４５とデータ処理装置４６との間に設けられ電気的に接続される。
【００７４】
電圧電流測定手段３８Ａが備える第１の平均化処理装置５５は、０．１秒間で１０００点程度、すなわち、約１００μ秒のサンプリング周期で高速サンプリングを行うことが可能であり、図３に示される第１の平均化処理装置５５では、０．１秒間に１０００点のサンプリングを行い平均化処理することで、安定した精度の良いデータを得ることを可能にしている。
【００７５】
図３に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ａを用いた三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法に対して、第１の平均化処理ステップを備える点のみが異なっている。従って、第１の実施形態に係る三相短絡通電運転中における固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【００７６】
図３に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ａを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値Ｒ９５を求め、求めた基準抵抗値Ｒ９５の値および数式４をデータ処理装置４６に入力する。そして、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ａを三相短絡回路３３に電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。
【００７７】
次に、測定者が交流回転電機を三相短絡通電運転状態にして、電圧電流測定ステップを行う。そして、データ処理装置４６は、電圧電流測定ステップで測定された直流電圧値および電流値を０．１秒間に１０００点サンプリングする高速サンプリングを行い、高速サンプリングした直流電圧値および電流値を平均して平均値を算出する平均化処理ステップを行う。
【００７８】
次に、データ処理装置４６は、平均化処理ステップで平均化処理された直流電圧値および電流値、すなわち、直流電圧平均値および電流平均値から固定子巻線抵抗値Ｒa’を算出する巻線抵抗値算出ステップを行い、巻線導体温度算出ステップを行う。
【００７９】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ａが具備する電圧電流測定手段３８Ａは第１の平均化処理装置５５を備え、高速サンプリングを行い、サンプリングしたデータの平均値を算出し出力するので、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と比較して、安定した精度の良いデータを収集することが可能となる。
【００８０】
従って、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法の方が、第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法よりも固定子巻線導体温度を測定する測定精度が向上する。
【００８１】
尚、電圧電流測定手段３８Ａが備える第１の平均化処理装置５５のサンプリング能力は、必ずしも０．１秒間で１０００点でなくても良く、５００点〜２０００点の範囲でサンプリングを行うことが可能であれば良い。
【００８２】
［第３の実施形態］
図４に本発明の第３の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｂの一例を示す。
【００８３】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂは、第２の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ａに対して、電圧電流測定手段３８Ａに代わり、電圧電流測定手段３８Ｂを具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第２の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ａと異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
図４に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂは、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ｂを具備する。測定基本回路３６には、電圧電流測定手段３８Ｂが電気的に接続され、測定ｃｈ４３の一方のチャンネルで三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが、他方のチャンネルで三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsが測定される。
【００８５】
固定子巻線導体温度測定装置３０が具備する電圧電流測定手段３８Ｂは、図２に示される電圧電流測定手段３８Ａが備える第１の平均化処理装置５５に代わり、高速サンプリングを行いサンプリングしたデータの平均値を算出後、統計処理を施す平均化処理手段としての第２の平均化処理装置５７を付加したものであり、第２の平均化処理装置５７は、デジタル記録装置４５とデータ処理装置４６との間に設けられ電気的に接続される。
【００８６】
電圧電流測定手段３８Ｂが備える第２の平均化処理装置５７は、０．１秒間に１０００点のサンプリングを行い平均化処理した後、平均化処理して得られた平均値に対して、例えば、平均値から±３σ（σ：標準偏差）の範囲内のデータを残し、その他のデータ、すなわち、平均値から±３σの範囲外のデータを除外する等の統計的な処理を実行し、残りのデータのみを平均化処理してより安定した、精度の良いデータを得ることができる。
【００８７】
図４に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂを用いた三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法は、第２の実施形態に係る三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法に対して、平均化処理ステップの処理内容のみが異なっている。従って、第２の実施形態に係る三相短絡通電運転中の固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【００８８】
図４に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値Ｒ９５を求め、求めた基準抵抗値Ｒ９５の値および数式４をデータ処理装置４６に入力する。そして、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ｂを三相短絡回路３３に電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。
【００８９】
次に、測定者が交流回転電機を三相短絡通電運転状態にして、電圧電流測定ステップを行う。そして、データ処理装置４６は、電圧電流測定ステップで測定された直流電圧値および電流値を０．１秒間に１０００点サンプリングする高速サンプリングを行い、高速サンプリングした直流電圧値および電流値を平均して平均値を算出し、さらに、算出した平均値に対して、例えば、平均値±３σの範囲外のデータを除外する統計的な処理を実行する平均化処理ステップを行う。
【００９０】
次に、データ処理装置４６は、平均化処理ステップで平均化処理された直流電圧値および電流値、すなわち、直流電圧平均値および電流平均値から固定子巻線抵抗値Ｒa’を算出する巻線抵抗値算出ステップを行い、巻線導体温度算出ステップを行う。
【００９１】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｂが具備する電圧電流測定手段３８Ｂは第２の平均化処理装置５７を備え、高速サンプリングしたデータの平均値を算出した後、算出した平均値を例えば、平均値から±３σの範囲外にある平均値を除外する等の統計的な処理を施して出力するので、第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ａと比較して、さらに安定した精度の良いデータを収集することが可能となる。
【００９２】
従って、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法の方が、第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法よりも固定子巻線導体温度を測定する測定精度が向上する。
【００９３】
尚、電圧電流測定手段３８Ｂが備える第２の平均化処理装置５７のサンプリング能力は、必ずしも０．１秒間で１０００点でなくても良く、５００点〜２０００点の範囲でサンプリングを行うことが可能であれば良い。
【００９４】
［第４の実施形態］
図５に本発明の第４の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｃの一例を示す。
【００９５】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、三相短絡回路３３が備える三相の固定子巻線３２を三相短絡する巻線短絡導体３９Ａを冷却する冷却手段５９を具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃは、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０と同様に、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８と、三相短絡回路３３が備える巻線短絡導体３９Ａを冷却する冷却手段５９とを具備する。冷却手段５９は、三相短絡回路３３が備える巻線短絡導体３９Ａに冷却水を通水する冷却水通水路６０と冷却水を循環させる循環ポンプ６１とを備える。
【００９７】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃが具備する測定基本回路３６には、電圧電流測定手段３８Ｂが電気的に接続され、測定ｃｈ４３の一方のチャンネルで三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが、他方のチャンネルで三相短絡回路３３に流入する電流Ｉsが測定される。冷却手段５９は、巻線短絡導体３９Ａに冷却水を循環ポンプ６１で循環させて通水することで、巻線短絡導体３９Ａを冷却し、巻線短絡導体３９Ａの温度上昇を抑えて巻線短絡導体３９Ａの温度をほぼ一定に保っている。
【００９８】
図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【００９９】
図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、巻線短絡導体３９Ａを冷却する巻線短絡導体冷却ステップを備える点のみが異なっている。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【０１００】
まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値Ｒ９５を求め、求めた基準抵抗値Ｒ９５の値および数式４をデータ処理装置４６に入力する。そして、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８Ａを三相短絡回路３３に電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。測定装置接続ステップが完了したら、次に、巻線短絡導体冷却ステップを行う。
【０１０１】
巻線短絡導体冷却ステップは、冷却手段５９が備える循環ポンプ６１の運転を開始して固定子巻線３２を三相短絡する巻線短絡導体３９Ａに冷却水を循環させて冷却して、三相短絡通電運転中の巻線短絡導体３９Ａの温度変動を抑えることで、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの温度変動を抑制するために行う。
【０１０２】
巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexは、交流回転電機を固定子巻線３２を三相短絡して定格電流値近傍（定格電流値を含む）の電流（以下、約定格電流とする）を連続して通電することにより生じる巻線短絡導体３９Ａの温度上昇に伴って高くなる。従って、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを一定とみなして、三相短絡回路３３から固定子巻線抵抗値Ｒa’を数式５で算出して評価すると誤差を生じることになる。
【０１０３】
そこで、巻線短絡導体冷却ステップで巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの温度変動を抑制することで、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを三相短絡通電運中を通じて一定とみなすことができ、固定子巻線抵抗値Ｒa’を数式５で算出して評価する際に生じ得る測定誤差を低減させている。以降の測定ステップは、第１の実施形態と同様に、電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを行う。
【０１０４】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃが冷却手段５９を具備することで、三相短絡し連続して定格電流を通電することにより、固定子巻線３２で発生した熱の伝導による巻線短絡導体３９Ａの温度変動を抑え、固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差を低減することができる。従って、本実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と比べて固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差をより低減して精度の良い抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定を可能とする。
【０１０５】
［第５の実施形態］
図６に本発明の第５の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｄの一例を示す。
【０１０６】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄは、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃに対して、巻線短絡導体温度測定手段６３をさらに具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃと異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０７】
図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄは、図５に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃと同様に、測定基本回路３６、電圧電流測定手段３８および冷却手段５９と、巻線短絡導体３９Ａの温度を測定する巻線短絡導体温度測定手段６３とを具備する。
【０１０８】
巻線短絡導体温度測定手段６３は、巻線短絡導体３９Ａの温度を測定する温度測定器６４と、温度測定器６４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器６５とを備える。巻線短絡導体温度測定手段６３は、入力側が三相短絡回路３３と電気的に接続され、出力側がデータ処理装置４６と電気的に接続される。
【０１０９】
図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【０１１０】
図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを換算式から算出する巻線短絡導体抵抗算出ステップを備える点のみが異なっている。従って、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを用いた固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【０１１１】
まず、測定者は、基準抵抗値算出ステップを行う。基準抵抗値算出ステップでは、運転中と同じ接続状態、すなわち、三相短絡してから十分に長時間放置して温度が安定した状態になったら、運転前に基準巻線抵抗値Ｒa’b、基準温度Ｔab、および巻線短絡導体３９Ａの基準抵抗値（以下、基準外部抵抗とする）Ｒexb３６、基準温度Ｔexbを測定し、測定したこれらの値および換算に必要な数式をデータ処理装置４６へ事前に入力しておく。
【０１１２】
次に、三相短絡回路３３を形成する三相回路短絡ステップと、測定対象である固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８を電気的に接続する測定装置接続ステップとを行う。そして、測定装置接続ステップが完了したら、巻線短絡導体冷却ステップで巻線短絡導体３９Ａの冷却を行う。
【０１１３】
次に、測定者は、電圧電流測定ステップを行う。電圧電流測定ステップでは、三相短絡回路３３の電圧および電流を測定するとともに、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄが具備する巻線短絡導体温度測定手段６３で巻線短絡導体３９Ａの温度を測定する。
【０１１４】
次に、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを数式１に示される換算式から算出する巻線短絡導体抵抗算出ステップを行う。三相巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの算出は、測定された巻線短絡導体３９Ａの温度Ｔから数式６で巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを換算して求める。
【０１１５】
【数６】
巻線短絡導体抵抗算出ステップが完了したら、第４の実施形態と同様に巻線抵抗値算出ステップを行う。巻線抵抗値算出ステップにおける交流回転電機の固定子巻線抵抗値Ｒa’は、巻線短絡導体抵抗算出ステップで算出された巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを数式５に代入して演算することにより求める。次に、巻線導体温度算出ステップを行い、データ処理装置４６が固定子巻線導体温度Ｔをデータ処理装置４６のディスプレイに表示する。
【０１１７】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄが巻線短絡導体温度測定手段６３を具備することで、交流回転電機の三相短絡通電運転中における巻線短絡導体３９Ａの温度を測定可能にし、測定した温度Ｔにおける巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを考慮した精度のよい測定をすることが可能となる。従って、本実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄは、第４の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃと比べて固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差をより低減して精度の良い抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定を可能とする。
【０１１８】
［第６の実施形態］
図７に本発明の第６の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｅの一例を示す。
【０１１９】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、測定基本回路３６に代わり、測定基本回路３６Ａを具備したものであり、その他の箇所は異ならない。従って、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１２０】
図７に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは、測定基本回路３６Ａと、電圧電流測定手段３８とを具備する。測定基本回路３６Ａは、測定基本回路３６に対して、可変直流電圧供給手段としての可変直流電圧源３１と可変直流電圧供給回路６８とを置換した回路構成である。
【０１２１】
図８に可変直流電圧供給回路６８の回路構成を表す回路構成図を示す。
【０１２２】
図８に示される可変直流電圧供給回路６８は、可変直流電圧供給手段の一形態であり、単相交流可変電圧商用周波電源（被試験交流回転電機と同一周波数：５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）６９、対地絶縁変圧器７０、およびダイオード７１で構成される単相全波整流装置７２を電気的に接続して構成する。可変直流電圧供給回路６８は、測定基本回路３６Ａにおいて可変直流電圧源３１と同様に機能し、１００Ａ程度までの大電流を通電することが可能である。
【０１２３】
図７に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【０１２４】
図７に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、直流電圧を供給する可変直流電圧供給手段が異なるのみで、測定ステップは基本的に同一である。
【０１２５】
すなわち、第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法と同様にして、測定者は、基準抵抗値算出ステップ、三相回路短絡ステップ、測定装置接続ステップ、電圧電流測定ステップ、巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを行い、固定子巻線導体温度Ｔをデータ処理装置４６のディスプレイに表示する。
【０１２６】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは、直流可変電圧供給手段としての可変直流電圧供給回路６８を備えた測定基本回路３６Ａを具備することにより、直流電源供給の際に交流回転電機を三相短絡して約定格電流を通電して運転することにより発生する３倍高調波に起因したビート振動等の影響を受けることなく、安定した直流電圧を交流回転電機の三相短絡回路３３に供給することが可能となる。
【０１２７】
従って、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅは第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と比較して、より精度の良い固定子巻線導体の抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定を可能とする。
【０１２８】
尚、図８に示される可変直流電圧供給回路６８を構成する単相全波整流装置７２は、整流素子にダイオード７１を使用した状態で示されているが、必ずしも単相全波整流装置７２で使用される整流素子をダイオード７１に限定するものではない。例えば、単相全波整流装置７２で使用される整流素子をダイオード７１に代わりサイリスタを用いて単相全波整流装置７２を構成しても良い。
【０１２９】
［第７の実施形態］
図９に本発明の第７の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置３０Ｆの一例を示す。
【０１３０】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、ＲＴＤ７４を挿入した交流回転電機の固定子巻線３２の温度を導体部と外表面とで測定するもので、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、固定子巻線外表面温度測定手段７５をさらに具備することで、固定子巻線３２の導体部および絶縁部７６のそれぞれの温度測定を可能にしている。
【０１３１】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、固定子巻線３２の導体部および絶縁部７６のそれぞれの温度測定を可能とすることで、絶縁部７６の径方向長さに対する温度特性（以下、温度勾配とする）を得ることができ、固定子巻線３２の絶縁部７６の温度特性を評価できる。固定子巻線３２の絶縁部７６の温度特性を評価することは、材料開発の観点等から重要であり、有意義なものである。
【０１３２】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、固定子巻線導体温度測定装置３０に対して、固定子巻線外表面温度測定手段７５をさらに具備する点以外は固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならないので、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０と異ならない箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１３３】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆは、図１に示される固定子巻線導体温度測定装置３０と同様に、測定基本回路３６および電圧電流測定手段３８と、固定子巻線３２間に挿入されたＲＴＤ７４から温度測定信号を取得して固定子巻線３２の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定手段７５とを具備する。固定子巻線外表面温度測定手段７５は、図６に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄが具備する巻線短絡導体温度測定手段６３と基本的に同じ構成であり、温度測定対象が異なるだけである。
【０１３４】
すなわち、固定子巻線外表面温度測定手段７５は、ＲＴＤ７４で固定子巻線３２の外表面温度を測定する温度測定器６４と、温度測定器６４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器６５とを備える。また、固定子巻線外表面温度測定手段７５の入力側は、ＲＴＤ７４に電気的に接続され、出力側はデータ処理装置４６に電気的に接続される。
【０１３５】
図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた三相短絡通電運転中における交流回転電機の固定子巻線導体温度測定について説明する。
【０１３６】
図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、第１の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０を用いた固定子巻線導体温度測定方法に対して、固定子巻線３２の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定ステップをさらに行う点が異なる。従って、第７の実施形態に係る固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた固定子巻線導体温度測定方法と同一内容の箇所については説明を簡略または省略する。
【０１３７】
固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを用いた固定子巻線導体温度測定方法は、まず、基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値を算出し、データ処理に必要な数式とともに本実施形態では固定子巻線３２の絶縁部７７の厚さをデータ処理装置４６に入力する。次に、測定者は、三相回路短絡ステップ、測定装置接続ステップおよび電圧電流測定ステップを行い、電圧電流測定ステップで三相短絡回路３３の直流電圧値および電流値を測定する時と同時に固定子巻線外表面温度測定ステップを行う。
【０１３８】
固定子巻線外表面温度測定ステップは、固定子巻線外表面温度測定手段７５でＲＴＤ７４で取得される温度情報をＡ／Ｄ変換してデータ処理装置４６でデータ処理することで固定子巻線３２の外表面温度を測定する。電圧電流測定ステップおよび固定子巻線外表面温度測定ステップ以降の測定ステップは、第１の実施形態に係ると同様に巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを行う。
【０１３９】
本実施形態によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが固定子巻線外表面温度測定手段７５をさらに具備することで、測定された固定子巻線３２の導体部および外表面のそれぞれの温度から、固定子巻線３２の絶縁部７６の温度勾配を得ることができ、絶縁部７６の温度特性を評価することができる。
【０１４０】
［第８の実施形態］
本発明の第８の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法を説明する。
【０１４１】
本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法は、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合に行うものである。
【０１４２】
三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合は、電圧・電流法では、測定する直流電圧および直流電流に対して大きな交流成分が重畳する。従って、要求に合う温度精度を得るために必要とされる固定子巻線３２の抵抗値測定精度を維持することが困難となる。そこで、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、固定子の固定子巻線３２間に挿入されたＲＴＤ７４を用いて外挿により三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度を推定するものである。
【０１４３】
本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置は、ＲＴＤ７４で固定子巻線３２の外表面温度を測定可能な固定子巻線導体温度測定装置が用いられ、例えば、図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが用いられる。
【０１４４】
図１０に本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法を説明する説明図（グラフ）を示す。
【０１４５】
図１０に示される説明図では、グラフの横軸に固定子巻線電流が０となった時刻からの経過時間ｔ（ｍｉｎ）をとり、縦軸に温度（℃）または電流（Ａ）をとって、固定子巻線電流が０となった時刻からの経過時間ｔに対する温度（℃）推移を表している。
【０１４６】
本実施形態に係る三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度測定は、まず、交流回転電機の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３に約定格電流を連続通電する。そして、ＲＴＤ７４で取得された固定子巻線３２の外表面温度ＴＲ、固定子巻線電流Ｉaおよび冷媒温度Ｔcを連続測定する。
【０１４７】
次に、固定子巻線３２の温度が完全に飽和したことをＲＴＤ７４から取得される固定子巻線３２の外表面温度ＴＲの指示値で確認する。そして、固定子巻線３２の温度が完全に飽和したら、交流回転電機を無通電状態にする。交流回転電機を無通電状態にすると、固定子巻線電流Ｉaは減少を開始し、やがて、Ｉa＝０となる。
【０１４８】
Ｉa＝０となったら、例えば、無通電状態とした時点（ｔ＝０）から１分後に、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが具備する電圧電流測定手段３８で固定子巻線抵抗Ｒa’を測定し、測定した固定子巻線抵抗Ｒa’から固定子巻線導体温度Ｔを求める。そして、例えば、１分毎等のある一定間隔毎に測定を行い、固定子巻線導体温度Ｔと冷媒温度Ｔcとがほぼ等しくなるまで測定を続ける。
【０１４９】
測定によって得られた固定子巻線導体温度Ｔを例えば、指数関数等で近似することによって、固定子巻線導体温度Ｔは、経過時間ｔの関数で表され、近似により得られた固定子巻線導体温度Ｔの関数式にｔ＝０を代入すれば、固定子巻線電流Ｉaが減少開始した時点（ｔ＝０）、すなわち、定格電流通電時の固定子巻線導体温度Ｔを推定することができる。
【０１５０】
本実施形態では、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡した三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合においても、無通電状態にして、素早く温度測定を行うことができるので、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１５１】
また、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定する際に、固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆが測定基本回路３６と電圧電流測定手段３８とを具備することで交流成分を大幅除去が可能となることから、固定子巻線電流ＩaがＩa＝０となれば、回転子が停止する前から固定子巻線導体温度Ｔの温度測定を開始することができるので、より正確に三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１５２】
尚、本実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置は、図９に示される固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆに限らず、ＲＴＤ７４から固定子巻線の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定手段を外付けにより付加すれば、他の実施形態で用いた固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｅを適用しても良い。
【０１５３】
また、ＲＴＤ７４から固定子巻線の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定手段を外付けしなくても、三相短絡通電運転開始から固定子巻線導体温度が安定するまで十分な時間が経過した後に行う場合には、他の実施形態で用いた固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｅを適用しても良い。
【０１５４】
以上に説明したように、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法によれば、固定子巻線導体温度測定装置３０が、三相短絡通電運転中に三相短絡回路３３に生じる交流電圧に対して同等以上の直流電圧を供給可能な可変直流電圧供給手段としての可変直流電圧源３１と三相短絡回路３３に生じる交流電圧を制限する制限抵抗３４とシャント３５とを備えた測定基本回路３６と、測定信号に重畳した交流成分を直流成分に対して大幅に減衰させる測定ｃｈ４３と分解能の高いデジタル記録装置４５と測定信号を処理するデータ処理装置４６とを備えた電圧電流測定手段３８とを具備することにより、固定子巻線３２の抵抗値を最小で１０−７Ωオーダで抵抗値を精度良く測定することが可能となる。従って、固定子巻線３２の温度変化を１℃程度の精度で精度良く測定することが可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することができる。
【０１５５】
また、高速サンプリングを行い、サンプリングしたデータの平均値を算出し出力する第１の平均化処理装置５５を備えた電圧電流測定手段３８Ａを具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ａまたは高速サンプリングしたデータの平均値を算出した後、算出した平均値を統計的な処理を施して出力する第２の平均化処理装置５７を備えた電圧電流測定手段３８Ｂを巻線導体温度測定に使用することで、より安定した精度の良いデータを収集することができる。
【０１５６】
さらに、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡し連続して約定格電流を通電することにより、固定子巻線３２で発生した熱の伝導による巻線短絡導体３９Ａの温度変動を抑える冷却手段５９を具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｃを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することで、巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexの測定誤差を抑えて固定子巻線３２の抵抗値測定の際に生じる測定誤差を低減することができる。
【０１５７】
さらにまた、冷却手段５９および巻線短絡導体温度測定手段６３を具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｄを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することで、交流回転電機の三相短絡通電運転中における巻線短絡導体３９Ａの温度を測定可能にし、測定した温度Ｔにおける巻線短絡導体３９Ａの抵抗値Ｒexを考慮した精度のよい測定をすることができる。
【０１５８】
一方、直流可変電圧供給手段としての可変直流電圧供給回路６８を備えた測定基本回路３６Ａを具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｅを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することにより、直流電源供給の際に交流回転電機を三相短絡して約定格電流を通電して運転することにより発生する３倍高調波に起因したビート振動等の影響を受けることなく、安定した直流電圧を交流回転電機の三相短絡回路３３に供給することができ、より精度の良い固定子巻線導体の抵抗値測定を可能とし、より精度の高い固定子巻線導体の温度測定が可能となる。
【０１５９】
また、固定子巻線外表面温度測定手段７５を具備する固定子巻線導体温度測定装置３０Ｆを交流回転電機の巻線導体温度測定に使用することで、測定された固定子巻線３２の導体部および外表面のそれぞれの温度から、固定子巻線３２の絶縁部７６の温度勾配を得ることができ、絶縁部７６の温度特性を評価することができる。
【０１６０】
さらに、本発明に係る固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｆは、測定対象の固定子巻線３２を三相短絡して形成される三相短絡回路３３の両端にかかる電圧Ｖsが三相短絡通電運転中において５０Ｖ以上と高い電圧が発生している場合においても、無通電状態にして、素早く温度測定を行うことができるので、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１６１】
さらにまた、外挿により三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定する際に、本発明に係る固定子巻線導体温度測定装置３０〜３０Ｆが測定基本回路３６と電圧電流測定手段３８〜３８Ｂとを具備することにより交流成分の大幅な除去が可能となることから、固定子巻線電流ＩaがＩa＝０となれば、回転子が停止する前から固定子巻線導体温度Ｔの温度測定を開始することができるので、より正確に三相短絡通電運転中の固定子巻線３２の導体部の温度を推定することができる。
【０１６２】
尚、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法では、基準抵抗値測定ステップで、各相の固定子巻線３２の抵抗値を測定し、測定した固定子巻線３２の抵抗値および抵抗測定時の温度を数式１に代入して、数式４に示される基準抵抗値Ｒ９５を算出した後、算出した基準抵抗値Ｒ９５をデータ処理装置４６に入力しているが、データ処理装置４６に数式１を入力しておき、測定した固定子巻線３２の抵抗値および抵抗測定時の温度データをデータ処理装置４６に入力できるような固定子巻線導体温度測定装置を構成して基準抵抗値Ｒ９５を算出をさせても良い。
【０１６３】
【発明の効果】
本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法によれば、交流回転電機を約定格速度で三相短絡通電運転中に固定子巻線抵抗を精度良く測定することが可能となるので、被試験交流回転電機の固定子巻線導体温度を精度良く安定して測定可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することができる。
【０１６４】
また、本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法によれば、三相短絡通電運転中において固定子巻線を三相短絡した際に生じる固定子巻線間の電圧が高く電圧・電流法が適用できない場合においても、無通電状態にして、回転子が停止する前から固定子巻線導体温度Ｔの温度測定を開始することができるので、外挿によって推定する固定子巻線導体温度をより精度良く測定可能な交流回転電機の巻線導体温度測定装置および測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置に備えられる測定ｃｈが有するフィルタの回路構成を示す回路構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置に可変直流電圧供給手段として用いられる可変直流電圧供給回路の回路構成を示す構成概略図。
【図９】本発明の第７の実施形態に係る交流回転電機の巻線導体温度測定装置の構成を示す構成概略図。
【図１０】本発明に係る交流回転電機の巻線導体温度測定方法であり、通電停止後の経過時間と固定子巻線導体温度との関係を示した説明図。
【図１１】交流回転電機に用いられる固定子の構成を示す構成概略図。
【図１２】従来の通電中の固定子巻線導体温度測定方法であり、交流回転電機を停止して固定子巻線の抵抗測定を行う固定子巻線抵抗測定回路の回路構成を説明する説明図。
【図１３】従来の通電中の固定子巻線導体温度測定方法であり、ＲＴＤを使用して固定子巻線導体温度測定を行う固定子巻線導体温度測定回路の回路構成を説明する説明図。
【図１４】ＩＥＣ規格６０２７９にて規定される三相短絡通電運転中の交流回転電機の固定子巻線導体温度測定する固定子巻線抵抗測定回路の回路構成を説明する説明図。
【符号の説明】
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ…固定子巻線導体温度測定装置、３１…可変直流電圧源（可変直流電圧供給手段）、３２…固定子巻線、３３…三相短絡回路、３４…制限抵抗、３５…シャント（電流計測用抵抗）、３６，３６Ａ…測定基本回路、３８，３８Ａ、３８Ｂ…電圧電流測定手段、３９，３９Ａ…巻線短絡導体（三相短絡手段）、４０…中性点、４１…ライン端子、４３…測定ｃｈ、４５…デジタル記録装置、４６…データ処理装置、４９…フィルタ、５０…増幅器、５２…抵抗素子、５３…コンデンサ、５５…第１の平均化処理装置、５７…第２の平均化処理装置、５９…冷却手段、６０…冷却水通水路、６１…循環ポンプ、６３…巻線短絡導体温度測定手段、６４…温度測定器、６５…Ａ／Ｄ変換器、６８…可変直流電圧供給回路（可変直流電圧供給手段）、６９…単相交流可変電圧商用周波電源、７０…対地絶縁変圧器、７１…ダイオード、７２…単相全波整流装置、７４…ＲＴＤ（抵抗温度デバイス）、７５…固定子巻線外表面温度測定手段、７６…絶縁部。
Claims (8)
- 回転電機の固定子巻線を三相短絡する三相短絡手段と、
前記三相短絡手段によって得られた三相短絡回路に直流電圧を可変可能に供給する可変直流電圧供給手段と、前記三相短絡回路と、電流計測用抵抗とを電気的に接続することにより構成される測定基本回路と、
前記三相短絡回路に印加された直流電圧値および前記三相短絡回路に通電された電流値を取得する測定チャンネルと、この測定チャンネルからのアナログ出力をデジタル変換し記録するデジタル記録手段と、このデジタル記録手段からの出力をデータ処理して入力結果を出力するデータ処理手段とを備える電圧電流測定手段とを具備し、
前記測定基本回路を前記三相短絡回路に生じる交流電圧に匹敵する直流電圧を印加できるように構成し、
前記電圧電流測定手段を測定時に取得されるアナログ測定信号から交流成分を減衰させるフィルタと、このフィルタから出力されるアナログ測定信号を増幅する増幅器とを備える前記測定チャンネルと、１４ｂｉｔ〜１６ｂｉｔの分解能を有する前記デジタル記録手段と、データ処理して処理結果を表示する前記データ処理手段とを電気的に接続して構成し、
前記フィルタを商用周波数５０Ｈｚおよび６０Ｈｚでフィルタ利得が−４０〜−８０ｄＢ、入力耐電圧が１００〜６００Ｖで構成し、
前記増幅器を増幅率が５０〜１０００倍でドリフトの発生が少なく、前記増幅率で線形性を有する低ドリフトアンプで構成することで、前記固定子巻線の抵抗値を１０ −７ Ωオーダまでの精度で測定可能に構成したことを特徴とする交流回転電機の巻線導体温度測定装置。 - 固定子巻線への通電がない無通電状態にて、前記固定子巻線の抵抗値を求め、基準温度における巻線抵抗値に換算する基準抵抗値算出ステップと、
スター接続された交流回転電機の固定子巻線を三相短絡し三相短絡回路を形成する三相短絡ステップと、
前記交流回転電機が運転され、前記固定子巻線への通電がある状態にて、可変直流電圧供給手段により前記三相短絡回路に印加される直流電圧値および通電される直流電流値を測定することで前記固定子巻線の抵抗値を算出する巻線抵抗値算出ステップと、
前記固定子巻線の抵抗値と前記基準抵抗値とを用いて前記交流回転電機の運転中における固定子巻線導体温度を前記電圧電流測定手段で算出する巻線導体温度算出ステップと、
前記回転電機が運転された状態にて測定された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を平均化処理手段で高速サンプリングして、平均化処理した平均化処理ステップを備え、
前記巻線導体温度算出ステップは、前記巻線抵抗値算出ステップで巻線抵抗を算出する際に、前記平均化処理ステップで平均化処理された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を用いて前記交流回転電機の固定子巻線導体温度を測定することを特徴とする交流回転電機の巻線導体温度測定方法。 - 前記平均化処理ステップは、前記回転電機が運転された状態にて測定された前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値を平均化処理手段で高速サンプリングして、平均化処理して得られる平均値に対して、一定偏差を超える範囲のサンプリングデータを除外する統計的処理を施すステップをさらに有し、前記巻線抵抗値算出ステップで巻線抵抗を算出する際に用いられる前記三相短絡回路の直流電圧値および電流値は、前記統計的処理を施した後に残ったサンプリングデータを平均化処理して得られた値であることを特徴とする請求項２に記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法。
- 前記交流回転電機を三相短絡通電運転している間、前記巻線短絡導体を冷却し、前記巻線短絡導体の温度変化を抑制する導体冷却ステップを備え、前記巻線抵抗値算出ステップで算出される前記固定子巻線の抵抗値を測定する際の測定誤差の低減を図ったことを特徴とする請求項２に記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法。
- 前記交流回転電機を三相短絡通電運転している間、前記巻線短絡導体を冷却し、前記巻線短絡導体の温度変化を抑制する導体冷却ステップと、
前記巻線短絡導体の抵抗値を換算式から算出する巻線短絡導体抵抗算出ステップとを備えたことを特徴とする請求項２に記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法。 - 前記可変直流電圧供給手段に、単相交流可変電圧商用周波電源と、対地から絶縁された変圧器と、単相全波整流装置とを電気的に接続して直流電圧の可変供給を可能に構成した可変直流電圧供給回路を使用して行うことを特徴とする請求項２に記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法。
- 前記交流回転電機を三相短絡通電運転中における前記交流回転電機の固定子巻線の外表面温度を測定する固定子巻線外表面温度測定ステップを備え、
前記基準抵抗値算出ステップで基準抵抗値およびデータ処理に必要な数式とともに前記固定子巻線の絶縁部の厚さを入力した後に、
前記三相短絡回路の電圧値および電流値を測定することを特徴とする請求項２に記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法。 - 前記交流回転電機を三相短絡通電運転中において、前記三相短絡回路の電圧が５０〜６００Ｖと高い場合には、通電を遮断して無通電状態とした後、
前記巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップを例えば、１分間等の任意の一定間隔で前記固定子巻線導体温度を算出し、冷媒温度とほぼ等しくなるまで前記巻線抵抗値算出ステップおよび巻線導体温度算出ステップをくりかえし行って算出した前記固定子巻線導体温度の推移から前記固定子巻線導体温度の推移を関数近似して通電遮断時の固定子巻線導体温度を推定することを特徴とする請求項２に記載の交流回転電機の巻線導体温度測定方法。
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