JP5193359B2 - 回転電機の絶縁検査診断方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、インパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧（検査用電圧）を用いた回転電機の絶縁検査、診断方法に関する。とりわけ試験電圧を用いたインバータ駆動回転電機の部分放電検査、診断方法に関する。

近年、省エネルギー化の観点からインバータを用いた回転電機の可変速運転が盛んに行われている。しかし、インバータを用いて回転電機を駆動した場合、回転電機の絶縁に関して様々な問題が発生する事が報告されている（例えば非特許文献１参照）。具体的には、インバータ内部のスイッチング素子がＯＮ/ＯＦＦすることで発生する急峻電圧（インバータサージ電圧）がケーブルを伝播し回転電機端に到達すると、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、回転電機端でインバータサージ電圧が元の２倍の大きさまで跳ね上がることが報告されている。また、急峻なインバータサージ電圧が回転電機内部に侵入すると、回転電機の口出し側のコイルに電圧が発生することが報告されている。このため、インバータ駆動用回転電機では、インバータサージ電圧に耐えられるように回転電機を絶縁設計するとともに、製作した回転電機が所定の絶縁耐力を有するか検査する必要がある。また、製品出荷、運転開始後の定期診断の際には、インバータサージに対し絶縁劣化がどの程度進んだか診断する必要がある。

インバータ駆動回転電機の検査、診断方法の１つとして、インパルス電圧を用いた絶縁検査診断方法が知られている（例えば、非特許文献２〜４）。例えば非特許文献２では、インバータサージ電圧と同じ電圧立ち上がり時間のインパルス電圧を回転電機に印加し、所定の電圧において部分放電が発生しないか、あるいは電圧を昇圧した際に部分放電が発生し始める部分放電開始電圧を測定する。具体的には、インバータで回転電機を駆動した際に電圧立ち上がり時間が０．１０μｓ、ピーク電圧が１２００Ｖのインバータサージ電圧が回転電機に印加されることが想定される場合、電圧立ち上がり時間が０．１０μｓ、ピーク電圧が１２００Ｖ（×安全率）のインパルス電圧を回転電機に印加して非特許文献３の方法で部分放電を測定し、部分放電が発生しなければ合格とする。あるいは、０Ｖからインパルス電圧を昇圧し部分放電が開始する電圧を測定し、これがインバータサージ電圧１２００Ｖ（×安全率）よりも高ければ合格とする。一方、非特許文献４では、インバータサージ電圧と同じ立ち上がり時間のインパルス電圧を回転電機に印加して回転電機コイルが絶縁破壊しないかどうか検査診断する。

電気学会技術報告第７３９号，ｐ.１２〜２０ ＩＥＣ６００３４−１８−４１ ＩＥＣ６１９３４ ＩＥＣ６００３４−１５

今回、この中の部分放電検査、診断方法を用いてインバータ駆動回転電機を検査診断した。検討対象にした回転電機では０．１０μｓのインバータサージ電圧が印加されることが想定されたため、０．１０μｓの電圧立ち上がり時間のインパルス電源を回転電機に接続し、部分放電開始電圧を計測した。計測した部分放電開始電圧は、予め回転電機の製造に使用したエナメル電線の特性と回転電機内部の電圧分布から求めた部分放電開始電圧の予測値と比較した。

しかしながら、従来の方法で測定した回転電機の部分放電開始電圧は、予測値より高かった。この原因を探るため、回転電機を接続した際のインパルス電源の出力電圧波形をチェックしたところ、インパルス電圧の立ち上がり時間が０．２５μｓに長くなっていた。そこで、次に電圧立ち上がり時間が０．２５μｓインバータサージ電圧を印加した際に巻線間に分担される電圧と、巻線に使用しているエナメル電線の部分放電開始電圧から回転電機の部分放電開始電圧の予測値を再度求め、先ほどのインパルス電圧を用いた回転電機の部分放電開始電圧と比較した。しかし、０．２５μｓのインバータサージ電圧を印加した際の巻線間分担電圧を用いて計算したにもかかわらず、インパルス電圧を用いた回転電機の部分放電開始電圧は予測値より高かった。

以上のように、インバータ駆動時に回転電機に印加されるインバータサージ電圧と同じ立ち上がり時間のインパルス電源を用意し、インパルス電圧を回転電機に印加して部分放電開始電圧を測定するだけでは、回転電機の部分放電特性を正しく計測できない場合があることが明らかになった。この原因については、静電容量の大きいモータ等の回転電機では、インパルス電圧の立ち上がりが鈍る、インバータサージ電圧とインパルス試験電圧の元々の電圧波形が大きく異なること等が考えられる（詳細は、実施例１において図１０を用いて述べてある）。

本発明は、インパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を用いた回転電機の絶縁検査、診断、特に部分放電検査、診断において、回転電機の絶縁特性を正しく検査、診断する方法を提供する。

本発明の目的は、以下の方法によって達成できる。すなわち、第１に、巻線内部の電圧分布を測定する端子を設けた回転電機を用意し、これにインバータサージ電圧あるいはインバータサージ電圧を模擬した電圧波形を印加し、回転電機内部の巻線間や異相間の電圧分布を測定する。第２に、回転電機の検査診断試験に用いるインパルス電圧（片極性又は両極性インパルス電圧）、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を生じさせる試験電圧電源を用意し、電圧分布測定用の回転電機に試験電圧を印加し、回転電機内部の巻線間や異相間の電圧分布を測定する。第３に、第１で測定した回転電機内部の分担電圧と、第２で測定した回転電機内部の分担電圧の比を計算しこれを試験電圧の補正係数とし、これを検査診断装置に格納する。第４に、インパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を用いて回転電機の絶縁特性を測定する。

すなわち、上記補正係数により、補正係数倍だけインバータサージ電圧のピーク電圧（あるいはピーク to ピーク電圧）を補正したピーク電圧（あるいはピーク to ピーク電圧）を有する試験電圧を得て、この試験電圧を印加して絶縁特性（例えば部分放電の発生の有無あるいは絶縁破壊しないかどうか）を測定する。あるいは０Ｖから所望の電圧までインパルス電圧等の試験電圧を昇圧して絶縁特性（部分放電開始電圧あるいは絶縁破壊電圧）を測定する。第５に、試験電圧により回転電機を検査する場合に、実際に回転電機に印加された試験電圧のピーク電圧（あるいはピーク to ピーク電圧）を第３で求めた補正係数で割り、実際のインバータサージ電圧相当のピーク電圧（あるいはピーク to ピーク電圧）に換算する。第６にインバータサージ電圧相当のピーク電圧（あるいはピーク to ピーク電圧）を、絶縁特性とともに表示装置に表示し、ユーザに製品合否を知らせる方法によって達成できる。

本発明ではインバータ駆動時の回転機内部の電圧分布とインパルス試験時の回転電機内部の電圧分布を比較し、試験電圧を補正しているのでインパルス電圧を用いた回転電機の絶縁検査、診断、特に部分放電検査、診断において、回転電機の絶縁特性を正しく検査、診断することができる。

本発明の実施例１に係わり、インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部電圧分布計測、試験電圧補正機能を備えた回転電機部分放電検査診断装置（所定電圧で部分放電有無計測）。 本発明の実施例３に係わり、インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部電圧分布計測を別途行い、電圧補正係数、インバータサージ電圧を手入力する回転電機部分放電検査診断装置（所定電圧で部分放電有無計測）。 本発明の実施例４に係わり、インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部電圧分布計測は別途行い、電圧補正係数、試験電圧を手入力する回転電機部分放電検査診断装置（所定電圧で部分放電有無計測）。 本発明の実施例５に係わり、回転電機内部の電圧分布と指向性アンテナを用いた部分放電発生コイルの特定を行う機能を有する回転電機部分放電検査診断装置。 インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部の巻線ターン間電圧分布を示すグラフ。 インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部の異相間電圧分布を示すグラフ。 インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部の電圧分布および換算係数を、部分放電検査診断装置２０１と別の計算装置により求める説明図。 従来のインパルス電圧を用いた回転電機部分放電検査診断装置。 インバータサージ電圧の電圧立ち上がり部を示す説明図。 インパルス電圧波形の電圧立ち上がり部を示す説明図 インバータサージ電圧の全体を示す説明図。 本発明の実施例２に係わり、インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部電圧分布計測、試験電圧補正機能を備えた回転電機部分放電検査診断装置（部分放電開始電圧測定）

符号の説明

２…入力装置、４…３相課電スイッチ、５…電圧波形計測装置、６…インバータサージ電圧模擬電源（任意波形ジェネレータ）、６…電圧分布演算記録装置、７…インパルス電源。

本発明の実施形態を、以下に図面を用いて説明する。
[実施例１]
実施例１のインバータ駆動回転機の部分放電検査診断装置１を図１に示す。

部分放電検査診断装置１において、始めに電圧分布計測用の回転電機１５を使い、装置の初期設定をする。すなわち、始めにユーザが入力装置２を使い回転機の機種名、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧立ち上がり時間、ピーク電圧、パルス幅、パルス電圧繰り返し周波数などの情報５０を入力する。入力装置によって入力された情報５１はインバータサージ電圧模擬電源（任意波形ジェネレータ）３に伝達される。インバータサージ電圧模擬電源３の電圧波形出力の準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧課電スイッチ４が閉じられ、電圧分布計測用の回転電機１５に電圧が印加される。インバータサージ模擬電圧を印加したときの回転電機内部の電圧波形は、電圧波形計測装置５によって計測される。計測された電圧波形データ５２は電圧分布演算記録装置６に送られる。電圧分布演算記録装置６内では、電圧波形５２を差分演算する事で回転電機内部の巻線間や異相間に加わる電圧が求められる。また、求めた巻線間や異相間の電圧を入力したインバータサージ模擬電圧で除することで巻線間の電圧分担率α_巻線間、異相間の電圧分担率α_異相間に換算され、記録される。以上の測定が終わった時点でＵＶＷ三相電圧課電スイッチ４が開かれる。

次にインパルス電源７にインパルス電圧の出力指令５３が出される。インパルス電源７の電圧出力準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ８が閉じられ、回転電機のＵ−Ｖ、Ｖ−Ｗ、Ｗ−Ｕ間にインパルス試験電圧が順番に印加される。インパルス試験電圧が印加されたときの回転電機内部の電圧波形は、電圧波形計測装置５によって計測される。計測された電圧波形データ５８は電圧分布演算記録装置６に送られる。電圧分布演算記録装置６内では、電圧波形５８を差分演算する事で回転電機内部の巻線間や異相間に加わる電圧が求められる。また、求めた巻線間や異相間の電圧を入力したインパルス試験電圧で除することで巻線間の電圧分担率β_巻線間、異相間の電圧分担率β_異相間に換算され、記録される。

以上のように初期設定が終了した時点で、電圧分布計測用回転電機１５を、部分放電検査診断したい供試回転電機２５に入れ替える。供試回転電機２５の試料番号、製造日などの情報６１を入力装置２で入力し、試験開始のコマンド６２を発すると、電圧分布演算記録装置６は、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージピーク電圧に、巻線間試験の際にはα_巻線間／β_巻線間を、異相間試験の際にはα_異相間／β_異相間を掛けたインパルス試験電圧を演算し、試験電圧出力指令６３をインパルス電源７に出力する。インパルス試験電源の電圧出力準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ８が閉じられ、始めにＵ−Ｖ間の部分放電特性を検査、診断する。部分放電はインパルス電源７とＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ８の間に設置した結合コンデンサ１０とその低圧側に配置した部分放電センサ１１で計測される。なお、保護抵抗９は試料が絶縁破壊した際にインパルス電源７やＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ８に流れる過電流を抑制するため設けている。部分放電センサで計測した部分放電信号は部分放電計測器１２に入力される。部分放電計測器１２では、計測した部分放電の大きさ５５を表示装置に送信するとともに、その際に回転電機に印加されていた実際の電圧を計測する指令５４を試験電圧計測器１３に出す。試験電圧計測器１３は回転電機に印加された試験電圧を計測するとともに、このインパルス試験電圧波形データ５７を電圧分布演算記録装置６に送信する。電圧分布演算記録装置６では、受信したインパルス試験電圧波形のピーク電圧Ｖｐを巻線間試験の際にはα_巻線間／β_巻線間で割り、異相間試験の際にはα_異相間／β_異相間で割ることでインバータサージ電圧相当の電圧に換算する。換算して得られた試験電圧５９は表示装置１４に送付される。ユーザは表示装置のデータ６０から、正しく電圧が試料に印加されたかどうか確認するとともに、閾値を越える大きさの部分放電が発生したかどうか確認し、閾値を越える大きさの部分放電が発生していた場合には供試回転電機２５を不合格、部分放電計測信号の大きさが閾値を超えない場合には合格とする。同様の手順でＶ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間の試験も実施する。

図５および図６に、本発明の作用説明図を示す。図５にはインパルス試験電圧とインバータサージ電圧を印加したときの回転電機コイル内巻線ターン間の電圧割合を示す。インバータサージ電圧を印加したときの電圧分布α_巻線間を５０１、インパルス試験電圧を印加した時の電圧分布β_巻線間を５０２に示す。横軸のＵ、Ｖの記号の数字は各相の口出し側からのコイル番号を示す。インバータサージ電圧ではＵ１コイルに大きな電圧が分担される。インパルス電圧でも同様の傾向を示すが、インバータサージ電圧を印加した際よりも電圧が低い。このため、インバータ駆動時に回転電機に印加されるインバータサージ電圧に近いピーク値を持ち且つ同じ立ち上がり時間のインパルス電源を用意し、インパルス電圧を回転電機に単純に印加するだけでは、Ｕ１コイルに十分な電圧を印加できず回転電機を正しく検査できない。一方、本発明では、回転電機内部の電圧分布を予め計測し、試験電圧に反映しているのでインバータ駆動回転電機の絶縁特性を漏れなく検査診断できる。

すなわち、インバータサージ電圧を印加したときの回転電機巻線の電圧分布α_巻線間とインパルス試験電圧を印加した時の電圧分布β_巻線間の比α_巻線間／β_巻線間を求め、この倍率の分だけインパルス試験電圧を補正（インパルス試験電圧＝インバータサージ電圧×（α_巻線間／β_巻線間））することで、インパルス試験時の巻線間電圧分布５０２を５０３の位置まで高め、少なくともインバータサージ電圧印加時の電圧分布５０１よりも高くしている。

このようにすることで、補正されたインパルス試験電圧を求めた後は、インパルス試験電圧のみでインバータ駆動回転電機内部の絶縁特性を漏れなく検査診断し、回転電機がインバータサージ電圧に耐えられるかどうか正しく評価できる。

図６に、インパルス試験電圧とインバータサージ電圧を印加したときの回転電機異相間の電圧割合を示す。インバータサージ電圧を印加したときの電圧分布α_異相間を６０１、インパルス試験電圧を印加した時の電圧分布β_異相間を６０２に示す。横軸のＵ、Ｖの記号の数字は各相の口出し側からのコイル番号を示す。インバータサージ電圧ではＵ１−Ｖ１、Ｕ１−Ｖ２、Ｕ１-Ｖ３、Ｕ１−Ｖ４間に大きな電圧が分担される。インパルス電圧でも同様の傾向を示すが、Ｕ１−Ｖ４間ではインバータサージ電圧を印加した際よりも電圧が低くなっている。このことは、インバータ駆動時に回転電機印加されるインバータサージ電圧と同じ立ち上がり時間のインパルス電源を用意し、インパルス電圧を回転電機に単純に印加するだけでは、Ｕ１コイルに十分な電圧を印加できず回転電機を正しく検査できないことを示している。

一方、本発明では、回転電機内部の電圧分布を予め計測し、試験電圧に反映しているのでインバータ駆動回転電機の絶縁特性を漏れなく検査診断できる。すなわち、インバータサージ電圧を印加したときの回転電機巻線の電圧分布α_異相間とインパルス試験電圧を印加した時の電圧分布β_異相間の比α_異相間／β_異相間を求め、この倍率の分だけインパルス試験電圧を補正（インパルス試験電圧＝インバータサージ電圧×（α_異相間／β_異相間））することで、インパルス試験時の異相間電圧分布６０２を６０３の位置まで高め、少なくともインバータサージ電圧印加時の電圧分布６０１よりも高くしている。このようにすることで、補正されたインパルス試験電圧を求めた後は、インパルス試験電圧のみでインバータ駆動回転電機内部の絶縁特性を漏れなく検査診断し、回転電機がインバータサージ電圧に耐えられるかどうか正しく評価できる。

以上のインバータサージ電圧とインパルス電圧の電圧分布の違いを検討するため、図９にインバータサージ電圧波形の測定結果を、図１０に実施例１のインパルス試験電圧波形の測定結果を示す。図１１はインバータサージ電圧の全体を示す説明図である。

図９のインバータ電圧波形の電圧立ち上がり時間は０．１μｓである。一方、実施例１で使用したインパルス電源７のインパルス電圧の立ち上がり時間は無負荷では０．１μｓであるが、実際に回転電機を接続した場合には図１０のように０．２５μｓにまで立ち上がり時間が長くなっている。

このことは、インバータ駆動時に回転電機に印加されるインバータサージ電圧と同じ立ち上がり時間のインパルス電源を用意するだけでは、必ずしもインバータサージ電圧と同じ立ち上がり時間のインパルス電圧を回転電機に印加できないことを示している。また、インバータサージ電圧波形では０．１μｓで電圧が立ち上がり振動した後、一定の期間の間、直流電圧が加わった後、逆極性に電圧が急峻に立ち下がる。一方、図１０のインパルス試験電圧波形では電圧が０．２５μｓで立ち上がった後、緩やかな減衰振動を経て電圧が０Ｖになっている。このことは、仮に、インバータ駆動時に回転電機に印加される電圧と同じ立ち上がり時間のインパルス電圧を回転電機に印加できたとしても、元々電圧波形が大きく異なるため、インパルス電圧でインバータ駆動時と同じ回転電機内部電圧分布を実現して絶縁検査診断できるとは限らないことを示している。

すなわち、本発明のように、インパルス電圧で回転電機の試験をする場合には、回転電機の内部電圧分布を考慮しなければならないと考えられる。また、本発明のように、回転電機の内部電圧分布を考慮すれば、回転電機をインバータ駆動した際に回転電機に印加されるインバータサージ電圧と立ち上がり時間が同じインパルス電圧を必ずしも使用しなくても良いと考えられる。さらに、インパルス電圧波形でなくても、高周波正弦波、高周波減衰振動波（バースト波）、矩形波など様々な波形を使用することができると考えられる。また、極性も片極性、両極性のいずれも使用することができると考えられる。
[実施例２]
実施例２のインバータ駆動回転機の部分放電検査診断装置１２１を図１２に示す。

先の実施例１では、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧において、閾値を越える部分放電が発生するかどうかを検査診断した。実施例２の装置構成は実施例１とほぼ同じであるが、実施例２は回転電機の部分放電開始電圧を測定する。始めに実施例１と同様に電圧分布計測用の回転電機１２１５を使い、装置の初期設定をする。すなわち、始めにユーザが入力装置１２２を使い回転機の機種名、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧立ち上がり時間、ピーク電圧、パルス幅、パルス電圧繰り返し周波数などの情報１２５０を入力する。入力装置によって入力された情報１２５１はインバータサージ電圧模擬電源（任意波形ジェネレータ）１２３に伝達される。インバータサージ電圧模擬電源１２３の電圧波形出力の準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧課電スイッチ１２４が閉じられ、電圧分布計測用の回転電機１２１５に電圧が印加される。インバータ模擬電圧を印加したときの回転電機内部の電圧波形は、電圧波形計測装置１２５によって計測される。計測された電圧波形データ１２５２は電圧分布演算記録装置１２６に送られる。電圧分布演算記録装置１２６内では、電圧波形１２５２を差分演算する事で回転電機内部の巻線間や異相間に加わる電圧が求められる。また、求めた巻線間や異相間の電圧を入力したインバータサージ模擬電圧で除することで巻線間の電圧分担率α_巻線間、異相間の電圧分担率α_異相間に換算され、記録される。以上の測定が終わった時点でＵＶＷ三相電圧課電スイッチ１２４が開かれる。

次にインパルス電源１２７にインパルス電圧の出力指令１２５３が出される。インパルス電源１２７の電圧出力準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ１２８が閉じられ、回転電機のＵ−Ｖ、Ｖ−Ｗ、Ｗ−Ｕ間にインパルス試験電圧が順番に印加される。インパルス試験電圧が印加されたときの回転電機内部の電圧波形は、電圧波形計測装置１２５によって計測される。計測された電圧波形データ１２５８は電圧分布演算記録装置１２６に送られる。電圧分布演算記録装置１２６内では、電圧波形１２５８を差分演算する事で回転電機内部の巻線間や異相間に加わる電圧が求められる。また、求めた巻線間や異相間の電圧を入力したインパルス試験電圧で除することで巻線間の電圧分担率β_巻線間、異相間の電圧分担率β_異相間に換算され、記録される。

以上のように初期設定が終了した時点で、電圧分布計測用回転電機１２１５を、部分放電検査診断（ここでは、部分放電開始電圧診断）したい供試回転電機１２２５に入れ替える。供試回転電機１２２５の試料番号、製造日などの情報１２６１を入力装置１２２で入力し、試験開始のコマンドを発すると、インパルス電源７にインパルス電圧の出力指令６２が出される。インパルス電源７の電圧出力準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ１２８が閉じられ、始めにＵ−Ｖ間の部分放電特性を検査、診断する。部分放電はインパルス電源１２７とＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ１２８の間に設置した結合コンデンサ１２１０とその低圧側に配置した部分放電センサで計測される。なお、保護抵抗１２９は試料が絶縁破壊した際にインパルス電源１２７やＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ１２８に流れる過電流を抑制するため設けている。部分放電センサで計測した部分放電信号は部分放電計測器１２１２に入力される。部分放電計測器１２１２では、所定の大きさの部分放電信号よりも大きな部分放電信号が計測されていない場合には、試験電圧計測器１２１３に電圧昇圧指令１２５４を出す。試験電圧計測器１２１３は現在の試験電圧を計測するとともに、所定の増加分の試験電圧を計算し、インパルス電源１２７に電圧出力指令１２５５を出す。インパルス電源１２７は、昇圧した試験電圧を回転電機１２２５に印加し、部分放電が発生するまで同様の電圧昇圧工程を繰り返す。

部分放電が試料で発生したことを部分放電センサ１２１１および部分放電計測器１２１２で検出すると、部分放電計測器１２１２は試験電圧計測器１２１３に現在のインパルス試験電圧の記録と試験電圧の降圧指令１２５６を出す。試験電圧記録装置１２１３は回転電機に実際に印加されたインパルス試験電圧を記録し、このインパルス試験電圧波形データ１２５７を電圧分布演算記録装置１２６に送信する。電圧分布演算記録装置１２６では、受信したインパルス試験電圧波形のピーク電圧Ｖｐを巻線間試験の際にはα_巻線間／β_巻線間で割り、異相間試験の際にはα_異相間／β_異相間で割ることでインバータサージ電圧相当の電圧に換算する。換算して得られた部分放電開始電圧１２５９は表示装置１２１４に送付される。ユーザは表示装置の部分放電開始電圧１２６０と回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧を比較し、部分放電開始電圧１２６０が回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧よりも高い場合には供試回転電機２５を合格、低い場合には不合格にする。同様の手順でＶ-Ｗ間、Ｗ-Ｕ間の試験も実施する。

実施例２では回転電機の部分放電開始電圧を測定するため、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧に対し、どの程度部分放電開始電圧に余裕があるのか計測することができる。また、製品毎の部分放電開始電圧特性のばらつきが計測できるので、これを把握する事で製品製造バラツキを定量化し、製品の品質管理をすることができる。
[実施例３]
実施例３のインバータ駆動回転機の部分放電検査診断装置２０１を図２に示す。

実施例３では、実施例１、２と異なり、インバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部の電圧分布および換算係数が、部分放電検査診断装置２０１と別の計算装置により求められ、それが部分検査診断装置２０１に入力される。かような別の計算装置により求める具体的な手法は、図７に示す。

図７において、始めに電圧分布計測用の回転電機７０３に、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧立ち上がり時間、ピーク電圧、パルス幅、パルス電圧繰り返し周波数を模擬したインバータサージ電圧模擬電源７０１の電圧を印加する。また、この際の回転電機内部の電圧波形を電圧波形計測装置７０４で計測する。次に、電圧分布計測用の回転電機７０３にインパルス電源７０２を使ってインパルス電圧を印加する。また、この際の回転電機内部の電圧波形を電圧波形計測装置７０４で計測する。得られたデータは、図５および図６に示すように入力電圧に対する巻線間、異相間電圧に換算する。回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧で計測した電圧分担率α_巻線間、α_異相間とインパルス電圧で試験した際の電圧分担率β_巻線間、β_異相間の比を計算し、これを試験電圧補正係数α_巻線間／β_巻線間、α_異相間／β_異相間とする。

以上のようにして得られた試験電圧補正係数や、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージ電圧などの情報２５０を、図２に示すように、入力装置２０２によって部分放電検査診断装置２０１に入力する。入力されたデータ２５１は電圧分布演算記録装置２０６に送信される。

電圧分布演算記録装置２０６では、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージピーク電圧に、試験電圧補正係数を掛けたインパルス試験電圧を演算し、試験電圧出力指令２５２をインパルス電源２０７に出力する。インパルス試験電源の電圧出力準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ２０８が閉じられ、始めにＵ−Ｖ間の部分放電特性を検査、診断する。部分放電はインパルス電源２０７とＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ２０８の間に設置した部分放電センサ２１１で計測される。なお、実施例３では部分放電計測センサを高電圧ラインに設置しているが、このラインを流れる電流を検出することでも部分放電を計測することができる。部分放電センサ２１１で計測した部分放電信号は部分放電計測器２１２に入力される。

部分放電計測器２１２では、計測した部分放電の大きさ２５３を表示装置に送信するとともに、その際に回転電機に印加されていた実際の電圧を計測する指令２５４を試験電圧計測器２１３に出す。試験電圧計測器２１３は回転電機に印加された試験電圧を計測するとともに、このインパルス試験電圧波形データ２５６を電圧分布演算記録装置２０６に送信する。電圧分布演算記録装置２０６では、受信したインパルス試験電圧波形のピーク電圧Ｖｐを巻線間試験の際にはα_巻線間／β_巻線間で割り、異相間試験の際にはα_異相間／β_異相間で割ることでインバータサージ電圧相当の電圧に換算する。換算して得られた試験電圧２５７は表示装置２１４に送付される。ユーザは表示装置のデータ２５８から、正しく電圧が試料に印加されたかどうか確認するとともに、閾値を越える大きさの部分放電が発生したかどうか確認し、閾値を越える大きさの部分放電が発生していた場合には供試回転電機２２５を不合格、部分放電計測信号の大きさが閾値を超えない場合には合格とする。同様の手順でＶ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間の試験も実施する。
[実施例４]
実施例４のインバータ駆動回転機の部分放電検査診断装置３０１を図３に示す。

実施例４では、実施例３と同様に、図７の方法でインバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部の電圧分布および換算係数を求める。ただし、実施例４では予めユーザが補正係数でインパルス試験電圧を補正演算し、補正係数とともに入力データ３５０として入力装置３０２を用いて部分放電検査診断装置３０１に入力する。

入力されたデータ３５１は電圧分布演算記録装置３０６に送信される。電圧分布演算記録装置３０６は予めユーザが補正演算したインパルス試験電圧電圧出力指令３５２をインパルス電源３０７に出力する。インパルス試験電源の電圧出力準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ３０８が閉じられ、始めにＵ−Ｖ間の部分放電特性を検査、診断する。部分放電はＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ３０８と供試回転電機３２５間に設置した結合コンデンサ３２１、３３１、３４１および部分放電センサ３２２、３３２、３４２で計測される。なお、実施例４では部分放電計測センサを各相に設けたが、このように回転電機端子に近い位置に部分放電センサを設けることで部分放電を高感度に計測することができる。部分放電計測器３１２では、計測した部分放電の大きさ３５３を表示装置に送信するとともに、その際に回転電機に印加されていた実際の電圧を計測する指令３５４を試験電圧計測器３１３に出す。試験電圧計測器３１３は回転電機に印加された試験電圧を計測するとともに、このインパルス試験電圧波形データ３５６を電圧分布演算記録装置３０６に送信する。

電圧分布演算記録装置３０６では、受信したインパルス試験電圧波形のピーク電圧Ｖｐを巻線間試験の際にはα_巻線間／β_巻線間で割り、異相間試験の際にはα_異相間／β_異相間で割ることでインバータサージ電圧相当の電圧に換算する。換算して得られた試験電圧３５７は表示装置３１４に送付される。ユーザは表示装置のデータ３５８から、正しく電圧が試料に印加されたかどうか確認するとともに、閾値を越える大きさの部分放電が発生したかどうか確認し、閾値を越える大きさの部分放電が発生していた場合には供試回転電機３２５を不合格、部分放電計測信号の大きさが閾値を超えない場合には合格とする。同様の手順でＶ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間の試験も実施する。
[実施例５]
実施例５のインバータ駆動回転機の部分放電検査診断装置４０１を図４に示す。

実施例５では、実施例３、４と同様に、図７の方法でインバータサージ電圧およびインパルス電圧を印加したときの回転電機内部の電圧分布および換算係数を求める。

また、実施例５では実施例４と同様に予めユーザが補正係数でインパルス試験電圧を補正演算し、補正係数とともに入力データ４５０として入力装置４０２を用いて部分放電検査診断装置４０１に入力する。入力されたデータ４５１は電圧分布演算記録装置４０６に送信される。電圧分布演算記録装置４０６は予めユーザが補正演算したインパルス試験電圧電圧出力指令４５２をインパルス電源４０７に出力する。インパルス試験電源の電圧出力準備が整った時点でＵＶＷ三相電圧切り替えスイッチ４０８が閉じられ、始めにＵ−Ｖ間の部分放電特性を検査、診断する。部分放電は供試回転電機４２５の周囲に設置した部分放電センサ４３３、４３４、４３５で計測される。

なお、実施例５では部分放電計測センサを回転電機の周囲に設けたが、このように回転電機に近い位置に部分放電センサを設けることで部分放電の高感度測定ができるとともに、指向性のあるセンサ、アンテナを使った場合には、予め測定しておいた電圧分布と併せて電圧分布が厳しいコイル付近にセンサを配置あるいは近辺でアンテナを可動させることで部分放電の発生源（コイル）を特定することができる。

部分放電計測器４１２では、計測した部分放電の大きさ４５３を表示装置に送信するとともに、その際に回転電機に印加されていた実際の電圧を計測する指令４５４を試験電圧計測器４１３に出す。試験電圧計測器４１３は回転電機に印加された試験電圧を計測するとともに、このインパルス試験電圧波形データ４５６を電圧分布演算記録装置４０６に送信する。

電圧分布演算記録装置４０６では、受信したインパルス試験電圧波形のピーク電圧Ｖｐを巻線間試験の際にはα_巻線間／β_巻線間で割り、異相間試験の際にはα_異相間／β_異相間で割る事でインバータサージ電圧相当の電圧に換算する。換算して得られた試験電圧４５７は表示装置４１４に送付される。ユーザは表示装置のデータ４５８から、正しく電圧が試料に印加されたかどうか確認するとともに、閾値を越える大きさの部分放電が発生したかどうか確認し、閾値を越える大きさの部分放電が発生していた場合には供試回転電機３２５を不合格、部分放電計測信号の大きさが閾値を超えない場合には合格とする。同様の手順でＶ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間の試験も実施する。
[比較例１]
従来のインバータ駆動回転機の部分放電検査診断装置８０１を図８に示す。

従来の部分放電検査診断８０１では、回転電機をインバータ駆動した際に予測されるインバータサージピーク電圧を入力データ８５０として入力装置８０２を用いて部分放電検査診断装置８０１に入力する。入力したデータ８５１は指令値としてインパルス電源８０７に伝達される。部分放電はインパルス電源８０７と供試回転電機８１５の間に設置した結合コンデンサ８１０とその低圧側に配置した部分放電センサ８１１で計測される。

なお、保護抵抗８０９は試料が絶縁破壊した際にインパルス電源８０７に流れる過電流を抑制するため設けている。部分放電計測器８１２では、計測した部分放電の大きさ８５４を表示装置に送信するとともに、その際に回転電機に印加されていた実際の電圧を計測する指令８５５を試験電圧計測器８１３に出す。試験電圧計測器８１３は回転電機に印加された試験電圧を計測するとともに、これを表示装置８１４に直接送付する。ユーザは表示装置のデータ８６０から、試料にインパルス電圧が印加されたかどうか確認するとともに、閾値を越える大きさの部分放電が発生したかどうか確認し、閾値を越える大きさの部分放電が発生していた場合には供試回転電機８１５を不合格、部分放電計測信号の大きさが閾値を超えない場合には合格とする。同様の手順でＶ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間の試験も実施する。従来の方式では、ユーザは供試回転電機に正しく電圧が加わったことだけしか判らず、回転電機内部にどのような電圧が印加できたか把握できない。このため、例えば表示装置のデータ８６０で閾値を超える大きさの部分放電が発生していないとしても、供試回転電機８１５が正しく検査診断できたかどうか、また、実際にインバータ駆動した際に問題が発生しないか判別することができない。

Claims (10)

1. インバータサージ電圧における回転電機内部の分担電圧と、インパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる回転電機検査用の試験電圧における回転電機内部の分担電圧との比を計算し、この分担電圧の比を前記試験電圧の補正に用いたことを特徴とする回転電機の絶縁検査診断方法。
2. 巻線内部の電圧分布を測定する端子を設けた電圧分布測定用の回転電機を用意し、これにインバータサージ電圧あるいはインバータサージ電圧を模擬した電圧波形を印加して回転電機内部の巻線間や異相間の電圧分布を測定するとともに、回転電機の検査診断試験に用いる検査用電源を用意し、前記電圧分布測定用の回転電機に前記検査用電源で作成したインパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を印加して回転電機内部の巻線間や異相間の電圧分布を測定し、これらの電圧分布測定値を比較して前記試験電圧の補正係数を求めることを特徴とする回転電機の絶縁検査診断方法。
3. インバータサージ電圧における回転電機内部の分担電圧と、インパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧における回転電機内部の分担電圧との比から試験電圧補正係数を求め、この試験電圧補正係数を用いて前記試験電圧の大きさを補正し、この補正された試験電圧を用いてインバータ駆動回転電機の絶縁特性を示す耐電圧特性、部分放電の有無の少なくとも一つを検査診断することを特徴とする回転電機の絶縁検査診断方法。
4. 回転電機にインパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を印加した時の該試験電圧に対する前記回転電機の絶縁特性を、インバータサージ電圧における絶縁特性に換算あるいは逆換算することを特徴とする回転電機の絶縁検査診断方法。
5. 回転電機にインパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を印加した時の該試験電圧に対する回転電機の絶縁特性を求め、この絶縁特性を、インバータサージ電圧における回転電機内部の分担電圧と、前記試験電圧における回転電機内部の分担電圧との比から求めた試験電圧補正係数で換算し、回転電機の耐インバータサージ電圧の指標となる部分放電開始電圧、絶縁破壊電圧の少なくとも一つを求めることを特徴とする回転電機の絶縁検査診断方法。
6. 回転電機に印加されるインバータサージ電圧を模擬するための任意波形発生器と、回転電機検査用のインパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を発生する試験電圧発生器と、を備えたことを特徴とする回転電機の絶縁検査診断装置。
7. 回転電機に印加されるインバータサージ電圧を模擬するための任意波形発生器と、
   回転電機の検査用のインパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧を発生する試験電圧発生器と、
   インバータサージ電圧における回転電機内部の分担電圧と前記試験電圧における回転電機内部の分担電圧との比あるいは換算係数の少なくとも１つを記憶させた記憶手段と、
   を備えたことを特徴とする回転電機の絶縁検査診断装置。
8. インバータサージ電圧における回転電機内部の分担電圧とインパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧における回転電機内部の分担電圧あるいは、これらの分担電圧の比から求めた試験電圧補正係数の少なくとも１つを入力する構成としたことを特徴とした回転電機の絶縁検査診断装置。
9. インバータサージ電圧における回転電機内部の分担電圧とインパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧における回転電機内部の分担電圧の比と、前記試験電圧における回転電機内部の電圧分布と、部分放電の電磁波を計測するアンテナとを用いて、回転電機の絶縁特性不良箇所と当該箇所の絶縁特性を検査診断することを特徴とする回転電機の絶縁検査診断方法。
10. インバータサージ電圧における回転電機内部の分担電圧を求める手段と、
    インパルス電圧、矩形波電圧、高周波正弦波電圧及び高周波減衰振動波電圧のいずれか一つからなる試験電圧における回転電機内部の分担電圧を求める手段と、
    前記試験電圧における回転電機内部の電圧分布を求める手段と、
    部分放電の電磁波を計測するアンテナと、
    前記分担電圧の比と、前記試験電圧における回転電機内部の電圧分布と、前記アンテナにより計測された部分放電の電磁波とを用いて、回転電機の絶縁特性不良箇所と当該箇所の絶縁特性を検査診断する手段と、
    を備えたことを特徴とする回転電機の絶縁検査診断装置。

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