JPH0352600A

JPH0352600A - ブラシレス励磁機の故障検出方法および励磁方法

Info

Publication number: JPH0352600A
Application number: JP1186961A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Imaizumi; 今泉　真一
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1991-03-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕第３図は同期機を励磁するブラシレス励磁機の故障を検
出する従来例を示した回路図である。

この第３図は同期発電機１を励磁する場合であって、励
磁機電機子６と励磁機界磁巻線７とで構威している交流
励磁機が出力する交流電力を、ダィオード整流器５Ｄで
直流電力に変換し、この直流電力を発電機界磁巻線３に
与えることにより、発電機電機子２に発生した交流電力
を、遮断器１７を介して母線に出力している．ここで励
Ｍ１ｍ界磁巻線７は固定であり、励磁機電機子６とダイ
オード整流器５Ｄと、この整流器保護用のヒューズ５Ｆ
および発電機界磁巻線３とは同体で回転する構造にして
いる．そのため、発電機界磁壱線３への励磁電力の供給
に、ブラシとスリップリングとを使用しなくてすむため
に、これらを保守点検するための手間を省略でき、かつ
信頼性を向上させることができる利点を有する．この第３図において、ダイオード整流器５Ｄ、ヒューズ
５Ｆ、励磁機電機子６および励磁機界磁壱線７とにより
ブラシレス励磁１！１４を構威しており、このうちのダ
イオード整流器５Ｄ，ヒューズ５Ｆおよび励磁機電機子
６がブラシレス励磁機回転部８であり、このプラシレス
励磁機回転部８と発電機界磁壱線３とが同体で回転しつ
つ同期発電機１を励磁して、所望の交流電力を出力させ
ている．同期発電８！１が出力する交流電力は遮断器１７を経て
負荷に供給されるのであるが、同時に励磁用変圧器１０
とサイリスク整流器９を経た励磁用電力をプラシレス励
磁機４の固定界磁壱線７に与えている。このとき同期発
電機１の出力電圧は計器用変圧器１３で検出され、自動
電圧調整器ｌ６から前述のサイリスク整流器９にゲート
信号を送って同期発電機出力電圧を一定に維持する。ｌ
１は励磁機用変流器であり、１２は過電流検出器である
．また、計器用変圧器１３からの電圧信号とともに、主
回路変流器１４からの電流信号とを自動電圧調整器ｌ６
へ入力して、有効電力と無効電力の演算を行う。

第３図に示す構成のブラシレス励磁機４を使用すること
により、ブラシなどの消耗部品がなく、保守点検の手間
を省略できるのは前述したとおりであるが、その代りに
ダイオード整流器５Ｄが回転している。そこでこのダイ
オード整流器５Ｄを過負荷や短絡から保護するために、
ヒューズ５Ｆをダイオード整流器５Ｄに直列接続し、こ
のヒュ一ズ５Ｆも同体で回転させるようにしている．交
流励磁機は一般に３相交流電力を出力するようにしてい
るので、ダイオード整流器５Ｄも３相交流を整流するｔ
ｉ威である．そこで何らかの原因でヒューズ５Ｆのうち
のｌアーム分あるいは１相分が熔断した場合でも、この
ブラシレス励磁機４は残余の２相で低減した励磁電流を
出力し続けることができる。そこで同期発電Ｉｌ１も励
磁電流の減少に対応してその出力を減じることで運転継
続が可能である。

よってヒューズ５Ｆの溶断は速やかに検出する必要があ
る．しかしながら、これらダイオード整流器５Ｄとヒュ
ーズ５Ｆとは常時回転しているので、このヒューズ５Ｆ
の溶断を検出するのは容易ではない．そこで、励磁機界磁巻線７に流れる電流、すなわち励磁
機用変流器ｌ１で検出した励磁機励磁電流が規定値以上
を継続して流れていることを過電流検出器ｌ２が検出し
た場合には、ヒューズ５Ｆが溶断したと判断して、自動
電圧調整器１６へ、あるいは他の適当な機器へ、ヒュー
ズ溶断警報と、これによる出力減少信号とを与えるよう
にしている。

これは、ヒューズ５Ｆの溶断により、ダイオード整流器
５Ｄが３相ブリッジから２相ブリッジに変化するため、
同期発電機１の励磁電流を所定値に維持するためには、
交流励Ｍ１ｍの励磁電流を増加させる必要があるからで
ある．〔発明が解決しようとする！Ｉｌｌところで、同期発ｗｉｔの励磁電流は、当該同期発電機
ｌの出力や系統電圧の変化に対応して常に変動しており
、交流励Ｍｉ機の励磁電流も当然変動する．それ故、過電流検出器１２が動作する過電流設定値は、
交流励磁機の定格界磁電流、あるいは最大許容励磁電流
に整定することとなる。ところが、同期発電機１が低負
荷の場合は、ヒューズ５Ｆが１相分溶断したことにより
交流励磁機の励磁電流が増加しても、その値が定格励磁
電流以下にとどまっており、前述した過電流検出器１２
が動作しないという不都合を生じる．そこでこの発明の目的は、同期機の負荷の大小には関係
なく、ブラシレス励磁機の整流器保護用ヒューズが溶断
したことを確実に検出しようとするものである．〔課題を解決するための手段〕上記の目的を達威するために、この発明の故障検出方法
は、交流励磁機の固定界！ｆｆ巻線に、励磁８ｌ調整手
段を介して励磁電流を流し、この交流励磁機の回転１！
機子が出力する交流電力を、これと同体で回転する回転
整流器で直流電力に変換し、この直流電力を前記回転電
機子および回転整流子と同体で回転する同期機の界磁巻
線に与えているブラシレス励磁機の励磁方法において、
前記同期機の電圧・ｉ流・力率または有効電力または無
効電力から当該同期機の励磁電流を演算し、この演算結
果と前記交流励磁機の特性から、この交流励磁機の励磁
電流を推定し、当該交流励磁機の励磁電流推定値と励磁
電流検出値との差が一定値を越えれば、前記回転整流器
の故障と判定するものとする。また、この発明の励磁方
法は、上記により得られた励磁電流推定値と励磁電流検
出値との差が一定値を越えれば、交流励磁機に与える励
磁電流を所定値以下に制御するように励磁調整手段を制
御するものとする。

〔作用〕

この発明は、同期機の運転状態すなわち電圧・電流・力
率（力率の代りに有効電力あるいは無効電力であっても
よい）から、この同期機のその運転状態のときにあるべ
き励磁電流を演算により求め、さらに演算した同期機励
磁電流を流すための交流励磁機の励磁電流を求め、これ
と実際に検出した交流励磁機励磁電流とを比較し、両者
に所定値以上の差を生じたときにヒューズ溶断と見做し
、警報を発し、あるいは同期機の出力を低滅して運転を
継続させようとするものである。

〔実施例〕

同期発電機１の運転状態に対応してその励磁電流が変化
することは既に述べたが、そのときの励ｉｔｔｔｔ流の
算出方法は公知であり、下記の（＋）．　（２）（３）
式および第４図により求めることができることは、電気工学ハンドブノクに記載されている。

−・・・・−−−−−・−　　（１） −−一−−−−−−・−・一・−　　（２）Ｉｆ＝Ｉｆ
ｇ・　Ｃ，　＋Δ　ｉ　ｔ　　　　　　−・一一−−−
−−　　（３）ただしｅ，：ボーシエリアクタンス背後
電圧ｅ．：公称誘導起電力Ｖ：発電ａ端子電圧Ｉ：発電機出力電流ＣｏＳφ：力率ｘ．；ボーシエリアクタンスｘ４：直軸同期リアクタンスｉｔ：発電機界磁電流ｉ　ｔｇ　：ギャップライン界磁電流 Δｉｆ：第４図における線分ｍ−ｎ上記のうちボーシエリアクタンスＸ．と直軸同期リアク
タンスＸ，およびギャップライン界磁電流Ｉｆ，とは、
この同期発電Ｉ！ｌｌを設計する段階で算出することが
できるものである．第４図は同期発電機の無負荷飽和曲線をあらわした特性
図であって、横軸は励磁電流を、縦軸は端子電圧をあら
わしている。

この第４図における曲線ＯＡは無負荷飽和特性を、直線
ＯＧはギャップライン特性を、それぞれがあらわしてお
り、いずれも設計時あるいは特性測定時のデータにより
定まる特性である。

上記の（１）式からボーシエリアクタンス背後電圧ｅ．
を求め、この値を第４図の縦軸にあてはめたときの直線
ＯＧとの交点を点ｍ、曲線ＯＡとの交点を点ｎとすると
、線分ｍ−ｎがΔｉ．である。

また第４図の縦軸に定格電圧ｅイをとることによりギャ
ップライン界磁電流ｉ，，を得るので、（３）式により
発電機界磁電流ｉｒ　を算出できる。

同期発電機１の負荷変動に励磁電流が素早く対応して変
化できるようにするために、交流励磁機は、ほとんど飽
和しない領域で使用するように設計するのが通例である
．それ故交流励磁機の界磁巻線７に流れる励磁機励磁電
流と、その出力である発電機励磁電流とは線形関係とな
る。

第１図は本発明の実施例をあらわした回路図であって、
前述した（１），　（２），　（３）式の演算と、交流
励磁機の特性とから、同期発電機１の励磁電流ＩＦＧに
対応した励磁機励Ｍｉｔ流演算値Ｉ．を求め、励磁機励
磁′ｒ４流検出値Ｉ，ｔ　との偏差から、プラシレス励
磁機の故障の有無を検出しようとするものである．この第１図における同期発電機１、発電機電機子２、発
電機界磁巻線３、プラシレス励ｉｆｆｌｌ４、ダイオー
ド整流器５Ｄ，ヒューズ５Ｆ，励ｉｆｆｎ電機子６、励
磁機界磁壱線７、ブラシレス励磁機回転部８、サイリス
ク整流器９、励磁用変圧器１０、励磁機用変流器１ｌ、
計器用変圧器１３、主回路変流器１４、自動電圧調整器
１６、および遮断器１７の名称・用途・機能は第３図の
従来例回路において既述しているので、これらの説明は
省略する。

本発明においては、計器用変圧器ｌ３と主回路変流器１
４に接続したｖ−ｉ　・φ検出回路２ｌにより、同期発
電機ｌの電圧ｖ．ｉｉ流ｉならびに力率ｃｏｓφを検出
し、ｅ，・ｅ４演算回路２２において（１）式と（２）
？の演算によりｅ２と６，１を求め、このｅ，とｅ，お
よび第４図の特性データとからΔｉｆを求める演算をΔ
ｉｆ演算回路２３において行う。

ＩＦＧ演算回路２４は、上述の演算結果をもとにして（
３）式の演算を行うことで、発電機励磁電流ＩＦＧ（す
なわち（３）式の＋ｒ）を求め、交流励磁機の特性から
、Ｉ■演算回路２５において交流励磁機の励磁電流１ｎ
に変換する。

一方、励ｉｆｆ機用変流器１１が実際の励磁機励磁電流
検出値■■　を出力しているので、コンパレータ２６に
おいてＩＦｔとＩＦＥ　　との比較を行い、検出値■■
　の方が計算値Ｉ■よりもある程度以上（一般に不感帯
に相当する値）大であれば、これは発電機励磁電流Ｉ６
を一定値に保つべく、励磁機励磁電流ＩＦＦ′が余分に
流れていることを意味する．これはヒューズ５Ｆの溶断
により、ダイオード整流器５Ｄが３相ブリッジから２相
ブリンジになったための出力不足を補うためであって、
これからヒューズ５Ｆの溶断を検出できる。

このようにしてコンパレータ２６によりヒューズ５Ｆの
溶断を検知すれば、警報の発令を行う．また、コンパレ
ータ２６がヒューズ５Ｆの溶断検出信号を自動電圧調整
器１６に送出し、この自動電圧調整器１６に設けたリミ
ッタを作動させることにより、発電機励Ｍ１電流ｒＦＧ
をこのリミッタ値に制御することで、同期発電Ｉｌｌを
出力低減運転させることもできる．第２図は第１図に示すｅ，・ｅ，演算回路２２のうちの
ｅ，演算を行う回路の構成をあらわしたブロック図であ
る．この第２図に示すように、設定器３０によりポーシエリ
アクタンスＸ，を設定し、５個の乗算器３１〜３５と、
２個の加算器３６．　３７と、関数発生器３８（余弦を
正弦に変換するためのもの）および開平演算器３９とを
組合わせることにより、同期発電機１の電圧Ｖ、電流ｉ
、位相角φから、ボーシェリアクタンス背後電圧ｅ，を
求めることができる．また公称誘導起電力ｅ，も、ほぼ
同様の回路構威で求めることができる．上記の説明は、すべてアナログ量を取扱う場合として行
っているが、デジタル量を取扱うことにより、マイクロ
コンピュータで演算できることは勿論である．〔発明の効果〕この発明によれば、同期機の励磁をブラシレス励磁機で
行う場合、回転しているヒューズの溶断により励磁電流
が変化するのを、同期機の電圧・電流・力率からプラシ
レス励磁機の励Ｍ１ｉｔｉ！Ｌのあるべき値を演算し、
実際の励磁機励磁電流検出値と比較することで、故障の
有無を検出することができるので、同期機の負荷状態に
関係なく、無負荷から全負荷までの全領域で故障を確実
に検出できるので、素早くこの故障に対応して警報を発
し、あるいは当該同期機の出力を低凍して運転をするな
どの処置を施すことができる．

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例をあらわした回路図、第２図は
第１図に示すｅ，・ｅ４演算回路のうちのｅ，演算を行
う回路の構威をあらわしたブロンク図、第３図は同期機
を励磁するブラシレス励磁機？故障を検出する従来例を
示した回路図、第４図は同期発電機の無負荷飽和曲線を
あらわした特性図である．１・・・同期発電機、２・・・発電機電機子、３・・・
発電機界磁巻線、４・・・ブラシレス励磁機、５Ｄ・・
・ダイオード整流器、５Ｆ・・・ヒューズ、６・・・励
磁機電機子、７・・・励磁機界磁巻線、８・・・ブラシ
レス励磁機回転部、９・・・サイリスク整流器、ＩＯ・
・・励磁用変圧器、ｌ１・・・励磁機用変流器、１２・
・・過電流検出器、ｌ３・・・計器用変圧器、ｌ４・・
・主回路変流器、１６・・・自動電圧調整器、１７・・
・遮断器、２ｌ・・・ｖ−ｉ・φ検出回路、２２・・・
ｅ，・ｅ４演算回路、２３・・・Δｉｆ演算回路、２４
・・・ＩＦＧ演算回路、２５・・・■■演算回路、２６
・・・コンパレータ、３０・・・Ｘ，設定器、３１〜３
５・・・乗算器、３６，３７・・・加算器、３８・・・
関数発生器、３９・・・開平演算器．第１図 ○　Ｑ一０べ４蔓３図

Claims

【特許請求の範囲】１）交流励磁機の固定界磁巻線に、励磁調整手段を介し
て励磁電流を流し、この交流励磁機の回転電機子が出力
する交流電力を、これと同体で回転する回転整流器で直
流電力に変換し、この直流電力を前記回転電機子および
回転整流器と同体で回転する同期機の界磁巻線に与えて
いるブラシレス励磁機の故障検出方法において、前記同
期機の電圧・電流・力率または有効電力または無効電力
から当該同期機の励磁電流を演算し、この演算結果と前
記交流励磁機の特性から、この交流励磁機の励磁電流を
推定し、当該交流励磁機の励磁電流推定値と励磁電流検
出値との差が一定値を越えれば、前記回転整流器の故障
と判定することを特徴とするブラシレス励磁機の故障検
出方法。２）交流励磁機の固定界磁巻線に、励磁調整手段を介し
て励磁電流を流し、この交流励磁機の回転電機子が出力
する交流電力を、これと同体で回転する回転整流器で直
流電力に変換し、この直流電力を前記回転電機子および
回転整流子と同体で回転する同期機の界磁巻線に与えて
いるブラシレス励磁機の励磁方法において、前記同期機
の電圧・電流・力率または有効電力または無効電力から
当該同期機の励磁電流を演算し、この演算結果と前記交
流励磁機の特性から、この交流励磁機の励磁電流を推定
し、当該交流励磁機の励磁電流推定値と励磁電流検出値
との差が一定値を越えれば、前記交流励磁機に与える励
磁電流を所定値以下に制御するように前記励磁調整手段
を制御することを特徴とするブラシレス励磁機の励磁方
法。