JPH07118892B2 - ブラシレス同期機の界磁異常検出装置 - Google Patents

ブラシレス同期機の界磁異常検出装置

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JPH07118892B2
JPH07118892B2 JP3044968A JP4496891A JPH07118892B2 JP H07118892 B2 JPH07118892 B2 JP H07118892B2 JP 3044968 A JP3044968 A JP 3044968A JP 4496891 A JP4496891 A JP 4496891A JP H07118892 B2 JPH07118892 B2 JP H07118892B2
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健郎 片岡
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【発明の詳細な説明】
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス同期機にお
いて同軸上に設けてある交流励磁機の電機子回路の異
常、主同期機の界磁回路の異常および交流励磁機の電圧
を整流して主同期機の界磁に電流を供給するために設け
ている整流器の故障等を検出するブラシレス同期機の界
磁異常検出装置に関する。
【0003】
【従来の技術】従来のブラシレス同期機を図4の構成図
について説明する。図4において、1は主同期機の電機
子巻線、2は主同期機の界磁巻線、3は回転整流器、4
は交流励磁機の電機子巻線、5は交流励磁機の界磁巻線
であって、これらのうち主同期機の界磁巻線2,回転整
流器3,交流励磁機の電機子巻線4は、回転軸6上に取
付けられている。7は自動電圧調整装置(以下AVRと
記す)であり、これによりブラシレス同期機の出力電圧
を一定に制御される。16は前記AVR7の電圧検出用
の変圧器、17はブラシレス同期機を並列運転する場
合、横流補償装置を設けるが、そのための出力電流を検
出する変流器である。
【0004】このように構成されたブラシレス同期機に
おいて、何等かの原因で回転整流器3を構成する整流素
子が短絡あるいは開路故障を生じた場合、交流励磁機の
電機子巻線4および他の健全な整流素子が過負荷とな
り、故障が拡大するおそれがあるため、ブラシレス同期
機を停止する等の措置を講ずる必要がある。
【0005】そこで、回転整流器に故障が生じた場合、
その故障を検出する方法が従来より種々検討されてい
る。その一例として、図5に示すように交流励磁機の界
磁磁極8,8間に検出コイル9を設け、それに誘起され
る脈動電圧の周波数成分が回転整流器の正常時と故障時
に各々異なるため、フィルタ回路によりその周波数成分
を判別することにより、回転整流器の故障を検出する方
法が提案されている(特公昭61−12469号公報参
照)。かかる故障検出方法において、検出コイル9に誘
起する電圧波形に含まれる周波数成分は、回転整流器の
正常時には交流励磁機の電機子電圧周波数の6倍(三相
全波整流方式)または3倍(三相半波整流方式)の周波
数が、また回転整流器の故障時にはその故障モードによ
り交流励磁機の電機子電圧の周波数の1倍および2倍の
周波数成分が発生することから、この周波数を図7に示
すような特定の周波数f1 のみ通過する特性を持った能
動フィルタ回路により、検出コイル9に誘起する電圧の
周波数成分によって通過あるいは遮断するようにして、
回転整流器の故障を検出するようにしている。従って、
ブラシレス同期機の定格回転数時の交流励磁機の電機子
電圧の周波数に対して、この能動フィルタ回路の特性を
調整しており、界磁異常検出装置として図6に示す構成
図のものが知られている。
【0006】図6において、9は検出コイル、10はブ
ラシレス同期機の過渡状態により高い電圧が誘起された
とき、能動フィルタに過大電圧が加わらないようにする
ためのリミッタ回路、11は能動フィルタ回路、12は
能動フィルタ回路11の出力電圧と内部に設けた設定値
を比較し、その比較結果に基づき整流器の故障信号を発
生する比較回路、13は比較回路12の出力が1レベル
に達すると同時に継電器を動作させ、接点出力を出すよ
うにしたリレー回路である。14はブラシレス同期機の
定格回転時に1を出力する回転数リレーであり、15は
前記リレー回路13と回転数リレー回路14の出力信号
を入力とするAND回路で定格回転数において動作する
ようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
従来の検出装置においては、ブラシレス同期機の回転整
流器の故障を検出するために図5で示したように交流励
磁機の界磁磁極8,8間に検出コイル9を設ける必要が
ある。この検出コイル9はブラシレス同期機を新製する
場合は比較的容易に設けることはできるが、既設のブラ
シレス同期機に検出コイル9を設けることは容易にでき
ない。従って、既設のブラシレス同期機に回転整流器故
障検出装置を設置することは極めて困難であり、また、
従来の検出装置では回転整流器の故障のみの検出しかで
きず、界磁回路の地絡等の異常は検出できない等の問題
があった。
【0008】本発明は上記の如き問題を解決するために
なされたもので、その目的はブラシレス同期機の回転整
流器のみならず界磁地絡等の界磁回路の異常をブラシレ
ス同期機に特別な検出コイルを設けることなく、確実に
界磁回路の異常を検出することのできる界磁異常検出装
置を提供することにある。 [発明の構成]
【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、本発明は、回転界磁形の主同期機と回転電機子形の
交流励磁機とを同一軸上に設け、前記交流励磁機の出力
を同一軸上に設けた整流器にて直流に変換し,前記主同
期機の界磁を励磁するブラシレス同期機において、前記
ブラシレス同期機の端子電圧を検出する電圧検出回路
と、出力電流を検出する電流検出回路と、前記電圧検出
回路と電流検出回路から力率角を検出する位相角検出回
路と、前記電圧検出出力と飽和率補正信号により端子電
圧に相当する交流励磁機の界磁電流を算出する第1の界
磁電流算出回路と、前記電流検出回路の出力によりブラ
シレス同期機の出力電流に相当する界磁電流を算出する
第2の界磁電流算出回路と、前記位相角検出回路と第1
の界磁電流算出回路と第2の界磁電流算出回路の各々の
出力を入力とし,ある負荷時の界磁電流を演算する界磁
電流演算回路と、前記交流励磁機の界磁電流を検出する
界磁電流検出回路と、前記界磁電流演算回路の出力と界
磁電流検出回路の出力を比較し、その比較結果に基づき
ブラシレス同期機の界磁異常を発する比較回路を設けた
ことを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明は、ブラシレス同期機の端子電圧および
出力電流を入力とし、その電圧,電流により力率角を求
め、ある負荷における交流励磁機の界磁電流を演算し、
演算で求めた界磁電流と実際の交流励磁機の界磁電流を
比較し、その比較結果に基づいてブラシレス同期機の界
磁異常を検出することができる。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図3は、本発明が適用される回路構成図であり、既
に説明した図4と同一構成部分には同一符号を付して説
明する。
【0012】図3において、1は主同期機の電機子巻
線、2は主同期機の界磁巻線、3は回転整流器、4は交
流励磁機の電機子巻線、5は交流励磁機の界磁巻線であ
って、これらのうち主同期機の界磁巻線2,回転整流器
3,交流励磁機の電機子巻線4は、回転軸6上に取付け
られている。7はAVRであり、これによりブラシレス
同期機の出力電圧は一定に制御される。16はAVR7
の電圧検出用の変圧器、17はブラシレス同期機を並列
運転する場合、横流補償装置を設けるが、そのための出
力電流を検出する変流器である。18は界磁異常検出装
置であり、16a,17aは界磁異常検出装置にブラシ
レス同期機の端子電圧および出力電流を検出する変圧器
および変流器である。また、19は交流励磁機の界磁電
流を検出する界磁電流検出用のセンサである。ブラシレ
ス同期機の出力に対する界磁電流は、図2に示すように
定格速度,一定力率,一定電流の負荷をかけたとき、そ
の端子電圧と界磁電流との関係を示す曲線を負荷飽和曲
線といい、この曲線で表される。この負荷飽和曲線は無
負荷飽和曲線からの無負荷定格端子電圧に対する界磁電
流をIf1、短絡曲線からの三相短絡定格電流をIf2とす
れば、端子電圧Et出力電流IG 、力率cosφのとき
の界磁電流If3は次の(1)式により求められる。
【0013】
【数1】
【0014】図1は本発明の一実施例のブロック構成図
であり、この構成図は上記(1)式に基づいたものであ
る。図1において、21はブラシレス同期機の出力電流
G を検出する電流検出回路、22はブラシレス同期機
の端子電圧VG を検出する電圧検出回路、23は電流検
出回路および電圧検出回路の出力から力率角φを演算す
る位相角検出回路、24は出力電流に相当する界磁電流
f2を算出する第2の界磁電流算出回路、25はブラシ
レス同期機の端子電圧の飽和率を補正する設定器で、そ
れぞれのブラシレス同期機によって設定を行う。26は
端子電圧検出信号と飽和率補正信号により端子電圧に相
当する界磁電流If1を算出する第1の界磁電流算出回路
である。27は前記位相検出回路23、第1の界磁電流
算出回路26、第2の界磁電流算出回路24の各々の出
力信号を入力とするブラシレス同期機の負荷時の界磁電
流If3を演算する界磁電流演算回路であり、前記(1)
式を演算するようにしている。28は交流励磁機の実際
の界磁電流If を検出する界磁電流検出回路であり、2
9は前記界磁電流演算回路27の出力と界磁電流検出回
路28の出力を比較する比較回路で界磁電流演算回路2
7の出力に比較し、界磁電流検出回路28の出力が大き
くなるとブラシレス同期機の界磁回路に何等かの異常が
あると判断し、この比較回路によりブラシレス同期機の
界磁異常を検出する。しかし、ブラシレス同期機の温度
等により必ずしも一致することは難しいが、通常の条件
内においてその差は経験上20%程度である。実際に回
転整流器が故障すると、その故障モードにも依るが最も
差の少ない開路故障の場合でも界磁電流は50%程度増
加になる。従って、比較回路29の設定値を30%程度
界磁電流演算値に対して、界磁電流実測値が大きくなる
と動作するように設定しておけばよい。整流器の故障は
一般に短絡故障であり、この場合は200〜300%も
の電流増加となる。30は負荷投入、遮断時の過渡時
(界磁回路時定数内)には(1)式が満足されない場合
があるため、ある一定時限継続すると界磁異常と判断す
るためのタイマー回路である。31は界磁異常信号を外
部に出力するための出力回路であり、例えばリレー等で
構成される。
【0015】このように構成された本発明の実施例の動
作を以下に説明する。ブラシレス同期機の回転整流器を
含む界磁回路が正常な場合は、端子電圧,出力電流およ
びそれらの位相角より(1)式を界磁電流演算回路によ
り演算した界磁電流値と実際の交流励磁機の界磁電流は
ブラシレス同期機の温度等により若干異なる場合はある
がほぼ一致する。この場合は比較回路29は動作しない
ため、界磁異常検出装置としては何等動作しない。回転
整流器に故障があればブラシレス同期機の端子電圧およ
び出力電流から演算した界磁電流に比較し、回転整流器
が1素子短絡していると交流励磁機の出力はある位相に
おいては回転整流器間で短絡電流が流れ、主同期機の界
磁には充分電流が供給されない。従ってブラシレス同期
機の出力電圧が低下する。ブラシレス同期機の出力電圧
が低下すると、AVRにより交流励磁機の界磁電流を増
加させ、端子電圧が定格値になるように制御する。その
結果、界磁電流の演算値は正常値とほぼ一定となって
も、実際の交流励磁機の界磁電流は正常値の界磁電流に
比較して大きく増加する。その結果、比較回路により界
磁異常であると判断するようにしている。さらに、本実
施例では、比較回路29の後段に発電機の界磁回路時定
数より長い時限を持たせたタイマー回路31を設けてい
るので、検出装置の過渡時の誤動作を防止することがで
き、回転整流器の故障を間違いなく検出することができ
る。
【0016】以上の説明は、回転整流器の故障について
行ったが、整流器の故障以外にも界磁回路に異常があ
り、界磁電流の演算値と実測値に差が生ずればこの場合
も界磁故障として検出することができる。なお、ブラシ
レス同期機の回転整流器を三相全波回路で説明したが、
三相半波回路でも本発明がそのまま適用できる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればブ
ラシレス同期機の回転整流器の故障のみならず、界磁地
絡等の界磁回路の異常を特別に検出コイルをブラシレス
同期機に設置することなく検出することが可能なブラシ
レス同期機の界磁異常検出装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック構成図。
【図2】本発明の界磁異常検出の原理を説明するための
特性曲線図。
【図3】本発明の界磁異常検出装置を適用した回路構成
図。
【図4】ブラシレス同期機の励磁回路構成図。
【図5】従来のブラシレス同期機の界磁異常検出装置用
に検出コイルを設ける場合の構成図。
【図6】従来のブラシレス同期機の界磁異常検出装置の
ブロック構成図。
【図7】従来のブラシレス同期機の界磁異常検出装置に
使用されるフィルタ回路の周波数特性図。
【符号の説明】
1…主同期機の電機子巻線、2…主同期機の界磁巻線、
3…回転整流器、4…交流励磁機の電機子巻線、5…交
流励磁機の界磁巻線、6…回転軸、7…AVR(自動電
圧調整装置)、8…交流励磁機の界磁磁極、9…検出コ
イル、16,16a…変圧器、17,17a…変流器、
18…界磁異常検出装置、19…センサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転界磁形の主同期機と回転電機子形の
    交流励磁機とを同一軸上に設け、前記交流励磁機の出力
    を同一軸上に設けた整流器にて直流に変換し,前記主同
    期機の界磁を励磁するブラシレス同期機において、前記
    ブラシレス同期機の端子電圧を検出する電圧検出回路
    と、前記ブラシレス同期機の出力電流を検出する電流検
    出回路と、前記電圧検出回路と前記電流検出回路から力
    率角を検出する位相角検出回路と、前記電圧検出出力と
    飽和率補正信号により端子電圧に相当する交流励磁機の
    界磁電流を算出する第1の界磁電流算出回路と、前記電
    流検出回路の出力によりブラシレス同期機の出力電流に
    相当する界磁電流を算出する第2の界磁電流算出回路
    と、前記位相角検出回路と第1の界磁電流算出回路と第
    2の界磁電流算出回路の各々の出力を入力とし、ある負
    荷時の界磁電流を演算する界磁電流演算回路と、前記交
    流励磁機の実際の界磁電流を検出する界磁電流検出回路
    と、前記界磁電流演算回路の出力と前記界磁電流検出回
    路の出力を比較し、その比較結果に基づきブラシレス同
    期機の界磁異常を発する比較回路と、前記比較回路の後
    段に当該同期機の界磁回路時定数より長い時限を持たせ
    たタイマー回路を設けたことを特徴とするブラシレス同
    期機の界磁異常検出装置。
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