JP6403994B2 - 巻線短絡箇所の診断システム - Google Patents
巻線短絡箇所の診断システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP6403994B2 JP6403994B2 JP2014111750A JP2014111750A JP6403994B2 JP 6403994 B2 JP6403994 B2 JP 6403994B2 JP 2014111750 A JP2014111750 A JP 2014111750A JP 2014111750 A JP2014111750 A JP 2014111750A JP 6403994 B2 JP6403994 B2 JP 6403994B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- winding
- magnetic field
- voltage
- slot
- flux density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims description 106
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 73
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 19
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 18
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Description
例えば、非特許文献1に開示されている技術は、どの相の巻線で短絡が発生しているのか、すなわち短絡がU相で発生しているのか、それともV相やW相で発生しているのかを特定可能な技術である。
本発明の巻線短絡箇所の診断システムは、
診断対象となる回転機の固定子もしくは回転子における巻線両端に電圧を印加するための電圧発振部と、
一対のティース間に溝状の空間として形成され内部に巻線が挿入されたスロットの真上に配置され、前記電圧発振部から前記巻線に電圧が印加されている状態で、該巻線が挿入されている前記スロット上の磁束密度を計測し得る磁界センサと、
該磁界センサで計測された前記スロット上の前記磁束密度の値を、正常な巻線が挿入されているスロット上の磁束密度の値と比較して、所定以上の差がある場合に、前記磁界センサが配置された前記スロット内の巻線に短絡が発生していると診断する診断部と、
該診断部での診断結果を表示する表示部と、
を備え、
前記巻線両端に印加する電圧の周波数を商用周波数より高い周波数とすることを要旨とする。
どのスロットの巻線に短絡が発生したのかを特定することができれば、短絡が発生しやすい傾向にあるスロットを知ることができるので、その貴重な情報を回転機の設計段階へフィードバックすることで、短絡が起こりやすいスロットに挿入されている巻線に対する構造的もしくは強度的な対策を施すことができ、電動機や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させることにつながり、大きなメリットとなる。なお、磁界センサをスロットの真上に配置して、当該スロットの真上で磁束密度を計測する構成であるため、磁束密度の正確な計測が可能となる。
また、周波数を上げてゆくと、短絡が発生している箇所では、測定する磁束密度の値が正常な箇所に比してどんどん下がってゆくので、正常な箇所と短絡が発生している箇所では測定される磁束密度の値の差が大きく現れるため、短絡が発生している箇所を確認しやすくなる。
こうすれば、磁界センサ下のスロットから発せられる磁界の強さ、すなわち磁束密度をより正確に計測することができる。
こうすれば、磁界センサ下のスロットに挿入されている巻線から発せられる磁界の強さ、すなわち磁束密度をより正確に計測し得るものとなる。
巻線において短絡が発生すると、その巻線の中には短絡によって新たな閉ループが誕生する。そして、閉ループに鎖交する磁束(磁界)が時間的に変化すると、閉ループ内にはその磁束の変化を妨げる向きの磁束を発生させようとする誘導起電力が発生する。この閉ループに生じる誘導起電力により発生する磁束の影響を受けて、巻線周辺の磁束は変化する。
巻線が正常な場合、巻線両端に交流電圧を印加して巻線に電流を流すと、電流は図1のような経路で流れている。
いま、図2のように、巻線に短絡Pが発生したとする。この場合、流れる電流は、図3のように抵抗がほとんどゼロの短絡箇所Pを流れ、短絡間の巻線には流れなくなる。このとき巻線に流れる電流をi0、電流i0により生じる磁界の強さをH0とする。また、短絡により新たに発生した閉ループをCSとする。
となる。
一般に、誘導起電力eは
の式で与えられる。ここでnは閉ループの巻線の巻き数、φは磁束である。
誘導起電力eを大きくすると、磁界の強さHsを大きくすることができる。
このように、短絡によって生じる閉ループ内を流れる電流が作る磁界に注目し、巻線に印加する電源の周波数を高くして磁界の強さを計測することで、短絡が発生しているスロットを特定できるようになる。
巻線短絡箇所の診断システムは、診断対象となる回転機の固定子もしくは回転子における巻線1の両端に電圧を印加するための電圧発振部2を備えており、この電圧発振部2は、例えば、周波数を可変可能な交流電圧を印加するファンクションジェネレータで構成される。
また、巻線1が挿入されている各スロット毎に周辺の磁束密度もしくは磁束密度の大きさに比例した電圧を計測し得る磁界センサ3を備えており、この磁界センサ3内には、磁界計測用コイル4と、信号を増幅させる増幅器5が設けられている。
また、本体部6内には、アナログ信号をデジタル化するA/D変換部7と、磁界センサ3で計測された1つのスロットにおける磁束密度の値もしくは磁束密度の大きさに比例した電圧の値を、正常な巻線が挿入されているスロットにおける値と比較して、所定以上の差がある場合に、当該スロット内の巻線に短絡が発生していると診断する診断部8と、診断部8での診断結果を表示する表示部9とが設けられている。
端子間の巻線1に電流を流した状態で、固定子や回転子のスロットの真上で、磁界センサ3を使って磁束密度を計測する。
磁界センサから出力された電圧νB、もしくは磁束密度はアナログ信号なので、A/D変換部7によりデジタル化する。それを診断部8に送る。
短絡が含まれる巻線が挿入されているスロット真上の電圧νB(もしくは磁束密度)は低下する。そのため、隣どうしのスロットの電圧νB(もしくは磁束密度)の値と比較し、両者の値の差に閾値を設けておくことで、その値が閾値を超えると、短絡が発生しているスロットと判断する。これにより、固定子もしくは回転子のどのスロットに挿入されている巻線において短絡が発生しているのかを判定することができる。
最後に、表示部9で診断結果を表示する。
別方法では、診断対象と同じ型番の正常な巻線に対して電圧を印加して、そのとき観測される電圧νB(もしくは磁束密度)の値を、例えば診断部8内の記憶部に記憶させておく前処理を行う。
次に、実際の診断対象の巻線1に対して、前処理と同じ大きさで同じ周波数の電圧を印加する。そして、磁界センサ3を用いて電圧νB(もしくは磁束密度)の値を求め、この値を診断部8に送る。
診断部8では、前処理で求めておいた電圧νB(もしくは磁束密度)と、いま計測された電圧νB(もしくは磁束密度)の値を比較する。
両者の値の差に閾値を設けておくことで、その値が閾値を超えると、短絡が発生している箇所と判断する。これにより、固定子もしくは回転子のどのスロットに挿入されているコイルにおいて短絡が発生しているのかを判定することができる。
最後に、表示部9で診断結果を表示する。
誘導電動機10の容量は0.75kWであり、この誘導電動機10の固定子巻線は、4極の1スター結線の巻線構造である。そして巻線1が挿入されているスロット数は36個である。この36個の各スロット12上の磁界の強さを計測する。
図4には、誘導電動機10の固定子巻線の概略断面を示し、図5には、固定子の各スロット12に挿入されている巻線1の要部を拡大して示す。
図5に示すように、スロット12は、左右のティース11,11間に溝状の空間として形成されており、内部に巻線1が挿入されている。
今回の短絡は、スロットNo.1−No.12間に挿入された巻線1に存在する。そしてこれは固定子巻線のU相に相当する。また、今回の電動機は4極であり、スロットNo.1と対称な位置関係にあるスロットはNo.19であり、スロットNo.12と対称な位置関係にあるスロットはNo.30である。
短絡がU相であることから、U相の巻線を含むU−V間、もしくはU−W間に交流電圧を印加して、固定子内部に磁界を発生させる。ここではU−V間の巻線に交流電圧を印加する。交流電圧にはファンクションジェネレータを用いる。
ファンクションジェネレータを用いることで、巻線1両端に印加する電圧の周波数を様々な値に可変することができる。また、印加する電圧の大きさは、ピーク−ピーク間電圧を5.0ボルトとする。
巻線1両端に印加する電圧において、ピーク−ピーク間電圧を5.0ボルト程度まで下げると、電圧発振部の電子回路をさらに安価に仕上げることができるだけでなく、電圧発振部に供給する電源をさらに小型化することができ、診断システムのコストが一層安くなるといった利点が生じる。
なお、実験では印加する電圧のピーク間電圧を5.0Vとしているが、印加電圧のピーク間電圧を50V以下の範囲内で選択可能である。
磁束密度の計測を、図5に示すように、左右のティース11,11のティース上面11a,11aの間のスロットの上に磁界センサ3を配置させてスロット12上の磁界の強さを計測する。
磁界センサ3内には検出したい磁界の強さに応じて磁界計測用コイル4が数ターンから場合によっては数十ターン程度、巻かれている。
磁界の強さと磁束密度は比例関係にあり、この電圧νBと磁束密度も比例関係にある。
磁束密度がいくつのとき磁界センサ3から出力される電圧νBが何ボルトかを予め知っておくことで、電圧νBの値から実際の磁束密度の値を換算することができる。
しかしここでは磁束密度の値を知るのが目的ではないことから、磁束密度の値と比例関係にある磁界センサ3からの出力電圧νBの値そのものを用いて、固定子のどのスロット12で短絡が発生しているのかを診断する。
巻線両端に印加する電圧が交流電圧であるので、磁界センサ3からの出力電圧νBも交流電圧である。この実施例では、磁界センサ3から出力される交流電圧のピーク間の電圧を磁界センサ3からの出力電圧νBとする。
また、磁界計測用コイル4の面がスロット12両側のティース11の上面11aとできるだけ垂直になるようにする。
磁界計測用コイル4の面とティース11の上面11aとができるだけ垂直になることで、磁界センサ3下のスロット12から発せられる磁界の強さ、すなわち磁束密度をより正確に計測することができる。
今回の磁束密度の測定では、各スロット12から発する磁束密度を検出するために、磁界センサ3の磁界計測用コイル4の中心が固定子ティース11の上面11aから3mmの点で行う。そして、磁界センサ3の磁界計測用コイル4がモータ固定子のほぼ中央にくるようにする。
はじめに、巻線両端に印可する電圧の周波数fを60ヘルツと設定する。このとき各スロット12真上の磁束密度を計測する。ここでは磁束密度に比例した磁界センサ3からの出力電圧νBを図6に示す。
図6において、横軸はスロット番号、縦軸は各スロット12真上で検出された磁束密度の大きさに比例する出力電圧νBである。
また、スロット毎に計測される磁束密度の相対比較をより明確化するために、図6の電圧を絶対値表記として、それを新たに図7とする。以降の図では、図7のように、出力電圧νBの絶対値で表示する。
この図を見る限り、60ヘルツの低い周波数では、閉ループCSの作る磁界の影響が小さいため、結果的に、電圧νBの減少がほとんどないことが確認できる。
(5)式に示したが、短絡により生じる閉ループCSに発生する磁界の強さのみを大きくするには、電源周波数fを高くしてやればよい。そこで、磁界H0の周波数fを1キロヘルツとして、60ヘルツのときと同様に、各スロット12真上の電圧νBを計測し、結果を図8に示す。ここでも図7と同様に電圧νBを絶対値表記している。
正常状態にあるNo.19−No.30の電圧νBと、短絡状態のNo.1−No.12の電圧νBを比較すると、その違いは明確である。
さらに、電圧周波数fを3キロヘルツに上げて、各スロット12上の電圧νBの計測を行ったときの結果を図9に示す。
スロットNo.1での電圧νBが0.017ボルトなのに対してNo.19の電圧νBは0.056ボルト、スロットNo.12の電圧νBが0.016ボルトなのに対してNo.30の電圧νBは0.068ボルトとなり、周波数fを3キロヘルツとすることで、No.1とNo.12のスロットの電圧νBの減少はNo.19やNo.30に比べて一層顕著となっていることがわかる。そして、短絡を有する巻線1が挿入されたスロットNo.1とNo.12では、両隣りのスロットとの違いがより明確化する。
電源周波数を1kHzとしたときの磁界計測用コイル4面をティース上面11aに対し平行にして計測した計測結果を図10に示す。
ティース上面11aに対して磁界計測用コイル4面が平行である場合には、短絡している巻線1が巻かれてあるスロットNo.1−No.12の方は電圧νBが全体的に低下している傾向にあることは確認できる。しかしながら、電圧νBの値が明らかに小さくなるスロットまでは特定することはできない。
一方、上記したティース上面11aに対して磁界計測用コイル4面が垂直である場合には、電源周波数が1kHzであれば図8のように、スロットNo.1とNo.19、もしくはNo.12とNo.30の間に変化が確認できる。このことからも、磁界センサ3内の磁界計測用コイル4面がティース上面11aに対して垂直であることが望ましいと言える。
なお、実施例では、磁界センサ3は、磁束密度の大きさに比例した電圧νBを出力するものとしたが、前述したように、何テスラの磁束密度のときに磁界センサ3から何ボルトの電圧が出力されるのかの関係を明らかにすることで、電圧νBの値から具体的な磁束密度の値を換算でき、この具体的な磁束密度の大きさを判定の指標に用いてもよい。
2 電圧発振部
3 磁界センサ
4 磁界計測用コイル
8 診断部
9 表示部
10 汎用誘導電動機(回転機)
11 ティース
11a ティース上面
12 スロット
Claims (3)
- 診断対象となる回転機の固定子もしくは回転子における巻線両端に電圧を印加するための電圧発振部と、
一対のティース間に溝状の空間として形成され内部に巻線が挿入されたスロットの真上に配置され、前記電圧発振部から前記巻線に電圧が印加されている状態で、該巻線が挿入されている前記スロット上の磁束密度を計測し得る磁界センサと、
該磁界センサで計測された前記スロット上の前記磁束密度の値を、正常な巻線が挿入されているスロット上の磁束密度の値と比較して、所定以上の差がある場合に、前記磁界センサが配置された前記スロット内の巻線に短絡が発生していると診断する診断部と、
該診断部での診断結果を表示する表示部と、
を備え、
前記巻線両端に印加する電圧の周波数を商用周波数より高い周波数とすることを特徴とする巻線短絡箇所の診断システム。 - 前記磁界センサ内の磁界計測用コイル面が前記スロット両側の前記一対のティース上面に対して略垂直になるよう構成されている請求項1に記載の巻線短絡箇所の診断システム。
- 前記磁界センサ内の磁界計測用コイル面を前記スロットの真上の垂直軸から45度以内の傾きにして、磁束密度を計測することを特徴とする請求項1または2に記載の巻線短絡箇所の診断システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014111750A JP6403994B2 (ja) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 巻線短絡箇所の診断システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014111750A JP6403994B2 (ja) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 巻線短絡箇所の診断システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015219229A JP2015219229A (ja) | 2015-12-07 |
JP6403994B2 true JP6403994B2 (ja) | 2018-10-10 |
Family
ID=54778698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014111750A Active JP6403994B2 (ja) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 巻線短絡箇所の診断システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6403994B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017101944A1 (de) * | 2017-02-01 | 2018-08-02 | Wobben Properties Gmbh | Verfahren zur Fehlerbestimmung an einem Generator und Generatorprüfsystem |
JP7226589B2 (ja) * | 2019-12-26 | 2023-02-21 | 三菱電機株式会社 | 短絡検知装置及び短絡検知方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60167654A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-31 | Fuji Electric Co Ltd | 界磁巻線のレアシヨ−ト検出装置 |
JP2839528B2 (ja) * | 1989-02-16 | 1998-12-16 | 株式会社東芝 | 界磁巻線層間短絡位置検出装置 |
US8781765B2 (en) * | 2011-04-11 | 2014-07-15 | General Electric Company | Online monitoring system and method to identify shorted turns in a field winding of a rotor |
-
2014
- 2014-05-13 JP JP2014111750A patent/JP6403994B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015219229A (ja) | 2015-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101357827B1 (ko) | 병렬 코일형 영구자석 모터의 고장 검출 방법 및 시스템 | |
CN109845090B (zh) | 用于检测电机中故障的方法 | |
CN101988951B (zh) | 电机的空隙调整方法 | |
CN204008953U (zh) | 一种用于电机定子绕组的检测系统 | |
CN103926508A (zh) | 一种用于电机定子绕组的检测系统及方法 | |
JP6403994B2 (ja) | 巻線短絡箇所の診断システム | |
KR20150127094A (ko) | 동기기용 조절 시스템 및 동기기의 작동 방법 | |
JP5175312B2 (ja) | 永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置、診断方法、該診断方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体、そして永久磁石同期モータの駆動装置 | |
Wolkiewicz et al. | Diagnostic system for induction motor stator winding faults based on axial flux | |
JP5643372B2 (ja) | 回転機の良否診断システム | |
Aggarwal et al. | Robust voltage based technique for automatic off-line detection of static eccentricity of PMSM | |
CN107110913A (zh) | 用于检测匝间短路的方法 | |
JP6404424B1 (ja) | 巻線短絡診断装置および巻線短絡診断方法 | |
JP6867812B2 (ja) | 回転機の短絡診断装置および回転機の短絡診断方法 | |
JP7196297B2 (ja) | 巻線短絡診断装置および巻線短絡診断方法 | |
Traoré et al. | Torque measurements in synchronous generators using giant magnetoresistive sensor arrays via the Maxwell stress tensor | |
JP5257811B2 (ja) | 高速反応及び低消費電流非接触直流電流センサ | |
Stojičić et al. | A method to detect missing magnetic slot wedges in AC machines without disassembling | |
Feuersänger et al. | Initial rotor position identification in medium voltage synchronous machines | |
Zhang et al. | An approach for on-line electrical machine winding inter-turn fault detection | |
Haddad | Fault detection and identification in permanent magnet synchronous machines | |
KR20170016699A (ko) | 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치 및 그 방법 | |
JP2017078687A (ja) | 永久磁石式回転電機の無負荷損失の測定方法、および測定装置 | |
JP6318082B2 (ja) | 磁界センサ | |
Rams et al. | System for the insulation fault detection of AC electric machines cores, based on magnetic field scanning |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170131 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171219 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180111 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180703 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180706 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20180717 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180907 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180912 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6403994 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |