JPH04348012A - 絶縁度検出用回転トランス - Google Patents
絶縁度検出用回転トランスInfo
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- JPH04348012A JPH04348012A JP3020254A JP2025491A JPH04348012A JP H04348012 A JPH04348012 A JP H04348012A JP 3020254 A JP3020254 A JP 3020254A JP 2025491 A JP2025491 A JP 2025491A JP H04348012 A JPH04348012 A JP H04348012A
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- transformer
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- rotating
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- 238000009413 insulation Methods 0.000 title claims abstract description 24
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、中空型の回転トランス
、特に、口径の大きい回転体中の電気回路の絶縁度を非
接触で検出するのに適した絶縁度検出用回転トランスに
関するものである。
、特に、口径の大きい回転体中の電気回路の絶縁度を非
接触で検出するのに適した絶縁度検出用回転トランスに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、大型の発電機の回転部における
界磁コイル等の絶縁度を検出するために、検出電力供給
用（１段目）及び信号検出用（２段目）の２種類の回転
トランスを構成し、回転側の界磁コイル等の抵抗を固定
側において非接触で測定することにより絶縁度を検出す
ることが考えられる。ところが、このような大型の発電
機等においては、中空で口径の大きい回転トランスを使
用しなければならないことから、検出精度、機械的強度
、あるいは使用環境等を満足しなければならない理由に
より、種々の技術的問題を解決する必要があった。
界磁コイル等の絶縁度を検出するために、検出電力供給
用（１段目）及び信号検出用（２段目）の２種類の回転
トランスを構成し、回転側の界磁コイル等の抵抗を固定
側において非接触で測定することにより絶縁度を検出す
ることが考えられる。ところが、このような大型の発電
機等においては、中空で口径の大きい回転トランスを使
用しなければならないことから、検出精度、機械的強度
、あるいは使用環境等を満足しなければならない理由に
より、種々の技術的問題を解決する必要があった。
【０００３】すなわち、まず、発電機等の回転軸に挿入
するタイプの中空回転トランスの場合、通常、回転軸の
内口径が例えば、１５０ｍｍφ〜６００ｍｍφ程度で比
較的大きくなるため、磁束密度分布の濃い部分を失って
しまって損失が大きく、そのために見掛けの必要磁路断
面積において絶対磁束が不足してしまう。また、サイズ
が大きくなると共に外周が長く、これにより磁路長も長
くなり、磁気回路中のギャップも比較的大きい２ｍｍ〜
１０ｍｍ程度の値を必要とするため、下記の数式１に示
す磁気回路のリラクタンスＲｍも大きくなり、励磁電流
が多く流れてしまう。
するタイプの中空回転トランスの場合、通常、回転軸の
内口径が例えば、１５０ｍｍφ〜６００ｍｍφ程度で比
較的大きくなるため、磁束密度分布の濃い部分を失って
しまって損失が大きく、そのために見掛けの必要磁路断
面積において絶対磁束が不足してしまう。また、サイズ
が大きくなると共に外周が長く、これにより磁路長も長
くなり、磁気回路中のギャップも比較的大きい２ｍｍ〜
１０ｍｍ程度の値を必要とするため、下記の数式１に示
す磁気回路のリラクタンスＲｍも大きくなり、励磁電流
が多く流れてしまう。
【０００４】
【数１】
【０００５】上記の数式１において、ｌは磁路長、ｌｇ
はギャップ長、μｉ は透磁率、Ｓは断面積を示す。
はギャップ長、μｉ は透磁率、Ｓは断面積を示す。
【０００６】ところが、回転体側回路の短絡（ショート
）状態から解放（オープン）状態までの広い範囲の抵抗
変化を検出するには、例えば、１０００Ω〜１００００
０Ωの抵抗変化で電流変化は１／１００となるため、抵
抗による電流変化よりも励磁電流を低くしておかなけれ
ばなず、また、印加電圧が１００Ｖでも１０００Ωのと
きで０．１Ａであり、１０００００Ωでは０．００１Ａ
となり、検出信号用のトランス（２段目）を励磁しにく
い問題があった。
）状態から解放（オープン）状態までの広い範囲の抵抗
変化を検出するには、例えば、１０００Ω〜１００００
０Ωの抵抗変化で電流変化は１／１００となるため、抵
抗による電流変化よりも励磁電流を低くしておかなけれ
ばなず、また、印加電圧が１００Ｖでも１０００Ωのと
きで０．１Ａであり、１０００００Ωでは０．００１Ａ
となり、検出信号用のトランス（２段目）を励磁しにく
い問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、発電機
の回転体中の界磁コイル等の絶縁度を非接触で測定する
ためには、回転トランスが大型化するとともに、検出精
度、機械的強度、あるいは使用環境等を満足するために
技術的問題を解決しなければならない。
の回転体中の界磁コイル等の絶縁度を非接触で測定する
ためには、回転トランスが大型化するとともに、検出精
度、機械的強度、あるいは使用環境等を満足するために
技術的問題を解決しなければならない。
【０００８】そこで本発明は、中空で口径の大きいシャ
フト挿入型の回転トランスでも、回転体中の絶縁度を効
率よく検出できる絶縁度検出用回転トランスを提供する
ことを目的とする。
フト挿入型の回転トランスでも、回転体中の絶縁度を効
率よく検出できる絶縁度検出用回転トランスを提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の絶縁度検出用回転トランスは、鉄系磁性材
料からなる鉄心を用いた磁路回路中に０．２ｍｍ〜１０
ｍｍのギャップを有した検出電力供給用及び信号検出用
の２種類の回転トランスを回転体に設け、回転側におい
て該回転トランスと回転体側の測定対象とを含む電気回
路を構成し、固定側において前記電気回路の短絡状態か
ら開放状態までの絶縁状態を検出するものである。
に、本発明の絶縁度検出用回転トランスは、鉄系磁性材
料からなる鉄心を用いた磁路回路中に０．２ｍｍ〜１０
ｍｍのギャップを有した検出電力供給用及び信号検出用
の２種類の回転トランスを回転体に設け、回転側におい
て該回転トランスと回転体側の測定対象とを含む電気回
路を構成し、固定側において前記電気回路の短絡状態か
ら開放状態までの絶縁状態を検出するものである。
【００１０】
【作用】本発明によれば、鉄系磁性材料からなる鉄心を
用いた磁路回路中に０．２ｍｍ〜１０ｍｍのギャップを
有した検出電力供給用の回転トランスで電力を供給し、
回転体側の測定対象を含む電気回路の絶縁度を信号検出
用回転トランスで検出することで、中空で口径の大きい
シャフト挿入型の回転トランスでも、回転体中の絶縁度
を効率よく非接触で検出できる。
用いた磁路回路中に０．２ｍｍ〜１０ｍｍのギャップを
有した検出電力供給用の回転トランスで電力を供給し、
回転体側の測定対象を含む電気回路の絶縁度を信号検出
用回転トランスで検出することで、中空で口径の大きい
シャフト挿入型の回転トランスでも、回転体中の絶縁度
を効率よく非接触で検出できる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を図示の一実施例により具体的
に説明する。図１は本発明実施例を説明する回路図、図
２は本発明の原理を説明する等価回路図である。
に説明する。図１は本発明実施例を説明する回路図、図
２は本発明の原理を説明する等価回路図である。
【００１２】図１において、１１は検出電力供給用（１
段目）回転トランス、１２は信号検出用（２段目）回転
トランス、１３はダイオード、１４は発電機等の回転体
側において絶縁度を検出するコイル等の測定対象、１５
は検出器であり、検出電力供給用回転トランス１１の固
定側のコイルに５０〜６０Ｈｚで１００Ｖの交流電源が
供給され、回転側においては検出電力供給用及び信号検
出用のそれぞれの回転トランス１１及び１２のコイル、
ダイオード１３、測定対象１４が閉回路を構成するよう
電気的に接続され、信号検出用回転トランス１２の固定
側のコイルに検出器１５が接続されている。
段目）回転トランス、１２は信号検出用（２段目）回転
トランス、１３はダイオード、１４は発電機等の回転体
側において絶縁度を検出するコイル等の測定対象、１５
は検出器であり、検出電力供給用回転トランス１１の固
定側のコイルに５０〜６０Ｈｚで１００Ｖの交流電源が
供給され、回転側においては検出電力供給用及び信号検
出用のそれぞれの回転トランス１１及び１２のコイル、
ダイオード１３、測定対象１４が閉回路を構成するよう
電気的に接続され、信号検出用回転トランス１２の固定
側のコイルに検出器１５が接続されている。
【００１３】次に、上記回転トランスの必要断面積は、
下記の数式２に示す計算式によって決められる値を採用
した。
下記の数式２に示す計算式によって決められる値を採用
した。
【００１４】
【数２】
【００１５】上記の数式２において、Ｓは中空型回転ト
ランスの必要断面積、ＶＡは必要トランス容量、係数１
．３〜１．７は実験的に得られた値、γは中空断面積係
数で設計用中空断面積（回転軸等の断面積）Ｓｄを同等
な一般的標準トランス断面積Ｓｓで除した値を１／３乗
した値とする。このような計算式を用いることで、口径
の大きい中空型回転トランスに対して、必要な断面積と
機械的強度を満足させることができる。
ランスの必要断面積、ＶＡは必要トランス容量、係数１
．３〜１．７は実験的に得られた値、γは中空断面積係
数で設計用中空断面積（回転軸等の断面積）Ｓｄを同等
な一般的標準トランス断面積Ｓｓで除した値を１／３乗
した値とする。このような計算式を用いることで、口径
の大きい中空型回転トランスに対して、必要な断面積と
機械的強度を満足させることができる。
【００１６】次に、図２を参照して、検出電力供給用（
１段目）回転トランスの効率が最大になるように考察す
る。図２において、Ｌ１ 及びＬ２ はそれぞれ１段目
の固定側及び回転側のインダクタンス、Ｍは相互インダ
クタンス、ｒは負荷抵抗、ωは角周波数であり、負荷に
対する１次側からの等価抵抗をＲ、等価リアクタンスを
ＸとしたときのインピーダンスＺは、下記の数式３で示
される。
１段目）回転トランスの効率が最大になるように考察す
る。図２において、Ｌ１ 及びＬ２ はそれぞれ１段目
の固定側及び回転側のインダクタンス、Ｍは相互インダ
クタンス、ｒは負荷抵抗、ωは角周波数であり、負荷に
対する１次側からの等価抵抗をＲ、等価リアクタンスを
ＸとしたときのインピーダンスＺは、下記の数式３で示
される。
【００１７】
【数３】
【００１８】従って、上記の数式３において、ｒ＝０の
ときには、Ｒ成分はＲ＝０になり、Ｘ成分はＸ＝ω（Ｌ
１ −Ｍ２ ／Ｌ２ ）でこれが最小値になり、２次側
は短絡（ショート）状態である。ｒ＝∞のときには、Ｒ
成分はＲ＝０になり、Ｘ成分はＸ＝ωＬ１ となり、こ
れは２次側が無限大（解放状態）となる。ｒ＝ωＬ２
のときには、Ｒ成分はＲ＝ωＭ２ ／２Ｌ２ で最大と
なり、Ｘ成分はＸ＝ωＬ１ となり、Ｒ成分がωＭ２
／２Ｌ以上になってはならない。しかし、ここで検出用
負荷が０〜∞Ωまでの変化量を検出するため、Ｒ自身が
大きな値になっているため、必然的にインダクタンス（
Ｌ）量を大きくしなければならないが、検出電力供給用
（１段目）のコイル自身のＬ量では不足する。そこで、
信号検出用（２段目）の入力コイルのインダクタンスを
大きく取るようにし、コアの空隙間に入るコイルに対す
る直流抵抗成分を考慮に入れた巻数でのリアクタンスを
算出し、信号検出用（２段目）のトランスの入力に対す
る供給電圧は最低でも、検出電力供給用（１段目）のト
ランスの入力電圧と等しく出さなければならなく、信号
検出用（２段目）のインピーダンスボルトが信号検出用
（２段目）の出力電圧より常に低くなるようにする。
ときには、Ｒ成分はＲ＝０になり、Ｘ成分はＸ＝ω（Ｌ
１ −Ｍ２ ／Ｌ２ ）でこれが最小値になり、２次側
は短絡（ショート）状態である。ｒ＝∞のときには、Ｒ
成分はＲ＝０になり、Ｘ成分はＸ＝ωＬ１ となり、こ
れは２次側が無限大（解放状態）となる。ｒ＝ωＬ２
のときには、Ｒ成分はＲ＝ωＭ２ ／２Ｌ２ で最大と
なり、Ｘ成分はＸ＝ωＬ１ となり、Ｒ成分がωＭ２
／２Ｌ以上になってはならない。しかし、ここで検出用
負荷が０〜∞Ωまでの変化量を検出するため、Ｒ自身が
大きな値になっているため、必然的にインダクタンス（
Ｌ）量を大きくしなければならないが、検出電力供給用
（１段目）のコイル自身のＬ量では不足する。そこで、
信号検出用（２段目）の入力コイルのインダクタンスを
大きく取るようにし、コアの空隙間に入るコイルに対す
る直流抵抗成分を考慮に入れた巻数でのリアクタンスを
算出し、信号検出用（２段目）のトランスの入力に対す
る供給電圧は最低でも、検出電力供給用（１段目）のト
ランスの入力電圧と等しく出さなければならなく、信号
検出用（２段目）のインピーダンスボルトが信号検出用
（２段目）の出力電圧より常に低くなるようにする。
【００１９】また、上記の高速回転する回転トランスと
しては、機械的強度を必要とするためソリッドの鉄系磁
性材料を用いるのが適当であり、うず電流損失がやや大
きくなるが、スタインメッツ常数も５〜７×１０２ 程
度である。
しては、機械的強度を必要とするためソリッドの鉄系磁
性材料を用いるのが適当であり、うず電流損失がやや大
きくなるが、スタインメッツ常数も５〜７×１０２ 程
度である。
【００２０】以上の考察に基づいて、発電機の回転部に
おける界磁コイルの対地絶縁度を非接触で検出するため
の回転トランス製造した。図３は本発明実施例の発電機
の回転トランス部分の断面図である。
おける界磁コイルの対地絶縁度を非接触で検出するため
の回転トランス製造した。図３は本発明実施例の発電機
の回転トランス部分の断面図である。
【００２１】図３において、２１は発電機の回転軸、２
２は固定側のフレームであり、これら回転軸２２とフレ
ーム２２間に、検出電力供給用回転トランス１１及び信
号検出用回転トランス１２が隣接して設けられている。 検出電力供給用回転トランス１１は、ソリッドの鉄系磁
性材料からなる外側鉄芯２３及び内側鉄芯２４と、それ
ぞれの鉄芯に設けられた外側コイル２５及び内側コイル
２６等とから構成され、また信号検出用回転トランス１
２は、同じソリッドの鉄系磁性材料からなる外側鉄芯２
７及び内側鉄芯２８と、それぞれの鉄芯に設けられた外
側コイル２９及び内側コイル３０等とから構成されてい
る。外側コイル２５は１００Ｖの交流電源が印加され、
内側コイル２６及び３０は図示しない界磁コイル及びダ
イオードと閉回路を構成するよう接続され、外側コイル
２９は検出器１５に接続されている。そして、上記の考
察から検出電力供給用及び信号検出用回転トランス１１
及び１２の大きさは、外径が１９０ｍｍφの回転軸２２
に対して、内側鉄芯２４及び２８の内径及び外径がそれ
ぞれ１９０ｍｍφ及び２３０ｍｍφ、外側鉄芯２３及び
２７の内径及び外径がそれぞれ２３５ｍｍφ及び２６５
ｍｍφとし、ギャップを２．５ｍｍとした。また、外側
コイル２５は線径０．８ｍｍφの３８５ターンで直流抵
抗値１２．５３５Ω、内側コイル２６は線径０．７ｍｍ
φの５５０ターンで直流抵抗値１８．３４Ω、外側コイ
ル２９は線径０．４ｍｍφの１１８５ターンで直流抵抗
値１３０．７８Ω、内側コイル３０は同じ線径０．４ｍ
ｍφの１６００ターンで直流抵抗値１５６．９Ωとした
。
２は固定側のフレームであり、これら回転軸２２とフレ
ーム２２間に、検出電力供給用回転トランス１１及び信
号検出用回転トランス１２が隣接して設けられている。 検出電力供給用回転トランス１１は、ソリッドの鉄系磁
性材料からなる外側鉄芯２３及び内側鉄芯２４と、それ
ぞれの鉄芯に設けられた外側コイル２５及び内側コイル
２６等とから構成され、また信号検出用回転トランス１
２は、同じソリッドの鉄系磁性材料からなる外側鉄芯２
７及び内側鉄芯２８と、それぞれの鉄芯に設けられた外
側コイル２９及び内側コイル３０等とから構成されてい
る。外側コイル２５は１００Ｖの交流電源が印加され、
内側コイル２６及び３０は図示しない界磁コイル及びダ
イオードと閉回路を構成するよう接続され、外側コイル
２９は検出器１５に接続されている。そして、上記の考
察から検出電力供給用及び信号検出用回転トランス１１
及び１２の大きさは、外径が１９０ｍｍφの回転軸２２
に対して、内側鉄芯２４及び２８の内径及び外径がそれ
ぞれ１９０ｍｍφ及び２３０ｍｍφ、外側鉄芯２３及び
２７の内径及び外径がそれぞれ２３５ｍｍφ及び２６５
ｍｍφとし、ギャップを２．５ｍｍとした。また、外側
コイル２５は線径０．８ｍｍφの３８５ターンで直流抵
抗値１２．５３５Ω、内側コイル２６は線径０．７ｍｍ
φの５５０ターンで直流抵抗値１８．３４Ω、外側コイ
ル２９は線径０．４ｍｍφの１１８５ターンで直流抵抗
値１３０．７８Ω、内側コイル３０は同じ線径０．４ｍ
ｍφの１６００ターンで直流抵抗値１５６．９Ωとした
。
【００２２】上記構成の回転トランス１１及び１２によ
り、固定側から外側コイル２５に交流電源を供給し、発
電機の界磁コイルの対地絶縁度Ｖ．Ｒ（Ω）を検出器１
５によりダイオードで整流された出力電圧（Ｖ）を測定
したところ、下記の表１に示す結果が得られた。
り、固定側から外側コイル２５に交流電源を供給し、発
電機の界磁コイルの対地絶縁度Ｖ．Ｒ（Ω）を検出器１
５によりダイオードで整流された出力電圧（Ｖ）を測定
したところ、下記の表１に示す結果が得られた。
【００２３】
【表１】
【００２４】以上のように本発明によれば、中空型の回
転トランスが大型化しても、検出精度、機械的強度、あ
るいは使用環境等を満足させて、発電機の界磁コイルの
絶縁度を効率よく非接触で検出でき、界磁回路に地絡故
障が生じた場合等を検出することができた。
転トランスが大型化しても、検出精度、機械的強度、あ
るいは使用環境等を満足させて、発電機の界磁コイルの
絶縁度を効率よく非接触で検出でき、界磁回路に地絡故
障が生じた場合等を検出することができた。
【００２５】なお、上記実施例においては、発電機を例
に説明したが、回転体中の絶縁度を非接触で検出するも
のに適用でき、実施例に限定されない。また、回転軸の
外径等も上記の計算式等用いることにより任意の口径の
ものに適用できる。
に説明したが、回転体中の絶縁度を非接触で検出するも
のに適用でき、実施例に限定されない。また、回転軸の
外径等も上記の計算式等用いることにより任意の口径の
ものに適用できる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鉄
系磁性材料からなる鉄心を用いた磁路回路中に０．２ｍ
ｍ〜１０ｍｍのギャップを有した検出電力供給用及び信
号検出用の回転トランスを構成し、回転体側の測定対象
を含む電気回路の絶縁度を検出することで、中空で口径
の大きいシャフト挿入型の回転トランスでも、回転体中
の絶縁度を効率よく非接触で検出できる効果がある。
系磁性材料からなる鉄心を用いた磁路回路中に０．２ｍ
ｍ〜１０ｍｍのギャップを有した検出電力供給用及び信
号検出用の回転トランスを構成し、回転体側の測定対象
を含む電気回路の絶縁度を検出することで、中空で口径
の大きいシャフト挿入型の回転トランスでも、回転体中
の絶縁度を効率よく非接触で検出できる効果がある。
【図１】図１は本発明実施例を説明する回路図である。
【図２】図２は本発明の原理を説明する等価回路図であ
る。
る。
【図３】図３は本発明実施例の発電機の回転トランス部
分の断面図である。
分の断面図である。
１１ 検出電力供給用回転トランス
１２ 信号検出用回転トランス
１３ ダイオード
１４ 測定対象
１５ 検出器
２１ 回転軸
Claims (2)
- 【請求項１】 鉄系磁性材料からなる鉄心を用いた磁
路回路中に０．２ｍｍ〜１０ｍｍのギャップを有した検
出電力供給用及び信号検出用の２種類の回転トランスを
回転体に設け、回転側において該回転トランスと回転体
側の測定対象とを含む電気回路を構成し、固定側におい
て前記電気回路の短絡状態から開放状態までの絶縁状態
を検出することを特徴とする絶縁度検出用回転トランス
。 - 【請求項２】 前記回転トランスのトランス断面積（
Ｓ）が、必要トランス容量（ＶＡ）の平方根と、係数１
．３〜１．７と、設計用中空断面積（Ｓｄ）を同等な一
般的標準トランス断面積（Ｓｓ）で除した値を１／３乗
した中空断面係数（γ）とを積して得られる請求項１記
載の絶縁度検出用回転トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3020254A JPH04348012A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 絶縁度検出用回転トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3020254A JPH04348012A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 絶縁度検出用回転トランス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04348012A true JPH04348012A (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=12022063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3020254A Pending JPH04348012A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 絶縁度検出用回転トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04348012A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533918A (ja) * | 1998-12-22 | 2002-10-08 | レイセオン・カンパニー | 無コネクタ型インターフェースを介してエネルギを転送する装置及び方法 |
| JPWO2016143218A1 (ja) * | 2015-03-12 | 2017-07-27 | 三菱電機株式会社 | 電動機の絶縁検査装置および電動機の絶縁検査方法 |
-
1991
- 1991-01-22 JP JP3020254A patent/JPH04348012A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPWO2016143218A1 (ja) * | 2015-03-12 | 2017-07-27 | 三菱電機株式会社 | 電動機の絶縁検査装置および電動機の絶縁検査方法 |
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