JPH07163097A - タービン発電機の集電装置の診断方法およびその励磁制御方法 - Google Patents

タービン発電機の集電装置の診断方法およびその励磁制御方法

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JPH07163097A
JPH07163097A JP30498493A JP30498493A JPH07163097A JP H07163097 A JPH07163097 A JP H07163097A JP 30498493 A JP30498493 A JP 30498493A JP 30498493 A JP30498493 A JP 30498493A JP H07163097 A JPH07163097 A JP H07163097A
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brush
current collector
pulsating
turbine generator
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Haruo Oharagi
春雄 小原木
Kazumasa Ide
一正 井出
Shinichi Wakui
真一 湧井
Norihiro Oki
規弘 大木
Miyoshi Takahashi
身佳 高橋
Iemichi Miyagawa
家導 宮川
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】電機子巻線を有する固定子と、界磁巻線および
ブラシ36とスリップリング31からなる集電装置5と
を有する回転子と、集電装置5の運転状態を診断するた
めの診断装置とを備えたタービン発電機1の集電装置5
の診断方法において、集電装置5内のブラシ36に流れ
る直流電流の脈動分を検出する脈動電流検出装置23を
設け、脈動電流検出装置23の出力がある限度以上にな
ったときに集電装置5の異常を報知する。 【効果】ブラシからの火花発生を確実に検出でき、ブラ
シからの火花発生を防止できるので、スリップリングの
摺動面に安定な皮膜が生成され、ブラシの摺動特性が安
定し、発電運転時に安定な電力供給が達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はタービン発電機の集電装
置に係り、特に、DSS(Daily−Start−Stop)運転さ
れる、ガスタービン,スチームタービンおよび同期発電
機を一軸に構成したコンバインドサイクル発電プラント
における、タービン発電機の集電装置の診断方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、火力発電プラントは、起動停止時
間が短く、熱効率が部分負荷時でも高いので、発電プラ
ントの主流になりつつある。火力発電プラントに使用さ
れるタービン発電機にはブラシとスリップリングからな
る集電装置が用いられている。発電プラントにおいて安
定な電力供給を行うには集電装置周りのトラブルを早期
に検出する必要がある。集電装置周りの問題としては、
ブラシからの火花発生がある。ブラシからの火花が発生
すると、ブラシの摩耗が早くなり、スリップリングも摩
耗する。したがって、安定な電力供給を行うにはブラシ
からの火花発生を確実に検出する必要がある。ブラシか
らの火花発生の検出方法は特開昭56−148125号公報に記
載のように、集電装置の周りにアンテナを設け、ブラシ
からの火花発生に伴う高周波電磁波をアンテナで捕ら
え、アンテナで受けた火花信号を処理してブラシからの
火花発生を検知する方式が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ブラ
シからの火花発生に伴う高周波電磁波をアンテナで捕ら
えるものであるため、微弱な火花発生信号の上に種々の
雑音電磁波がアンテナで検出され、誤って火花発生と判
定したりする問題があった。
【0004】本発明の目的は、DSS運転のコンバイン
ド発電プラントにおける、ブラシの摺動特性を加味した
タービン発電機の集電装置の診断方法を提供し、ブラシ
からの火花発生を確実に検出できる集電装置の診断方法
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は電機子巻線を有する固定子と、界磁巻線お
よびブラシとスリップリングからなる集電装置とを有す
る回転子と、集電装置の運転状態を診断するための診断
装置とを備えたタービン発電機の集電装置の診断方法に
おいて、集電装置内のブラシに流れる直流電流の脈動分
を検出する脈動電流検出装置を設け、脈動電流検出装置
の出力がある限度以上になったときに集電装置の異常を
報知する。
【0006】
【作用】ブラシからの火花発生はブラシの電圧−電流特
性で左右され、一般的にはブラシ−スリップリング間の
電圧降下が±2〜3Vを越えるとブラシから火花を発生
する。このブラシ−スリップリング間の電圧降下が高く
なるときにはブラシを流れる直流電流の上に脈動電流が
重畳する。この脈動電流の大きさはブラシ−スリップリ
ング間の電圧降下の大きさに比例する。したがって、ブ
ラシに流れる直流電流の脈動分を検出する脈動電流検出
装置を設け、脈動電流検出装置の出力がある限度以上に
なったときに集電装置の異常を報知することにより、ブ
ラシからの火花発生を確実に検出できる集電装置の診断
方法を提供できる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図6を
用いて説明する。
【0008】図1は本発明のタービン発電機の集電装置
の系統図である。コンバインドサイクル発電プラントは
タービン発電機1(電動機運転するときは同期電動機と
なるので、以下同期電動発電機と称する)と、一軸に構
成されたスチームタービン2,ガスタービン3からな
る。同期電動発電機1が発電運転の時にはスイッチS1
を閉じて(スイッチS2は開)系統に接続される。逆に
同期電動発電機1が電動機運転の時にはスイッチS2を
閉じて(スイッチS1は開)サイリスタ始動装置4を介
して所内電源系統に接続される。
【0009】以下、スイッチS1を開き、スイッチS2
を閉じたときのサイリスタ始動装置4の構成および動作
について述べる。所内電源からの交流を変圧器7,コン
バータ部の順変換器8を介して直流に変換し、直流リア
クトル10,インバータ部の逆変換器9を介して交流に
変換し、同期電動発電機1の電機子巻線(図示せず)に
電力供給を行う。また、所内電源からの交流を変圧器1
1,順変換器12を介して直流に変換し、ブラシとスリ
ップリングからなる(図示せず)集電装置5を介して界
磁巻線6に電力供給する。
【0010】順変換器8は、速度検出器14からの回転
速度信号と順変換器8の入力電流を検出する電流検出部
15の出力信号とを入力とした速度制御部17と、速度
制御部17の出力信号と所内電源の位相を検出する電圧
検出部16の出力信号とを基に、位相制御部18により
位相制御角αが制御される。
【0011】逆変換器9は、速度検出器14からの回転
速度信号をもとに制御進み角βを演算する演算部19,
演算部19からの出力信号と逆変換器9の出力電流を検
出する電流検出器20の出力信号とを突き合わせ、この
突き合わせた信号と同期電動発電機1の回転子(図示せ
ず)位置を検出する位置検出器13の出力信号とを基
に、ゲート制御部28により制御進み角βが制御され
る。
【0012】順変換器12は、速度検出器14からの回
転速度信号と、電流リミッタ21の設定値と、逆変換器
9にかかる逆起電圧を規定する電圧リミッタ22の設定
値と、逆変換器9にかかる逆起電圧を検出する電圧検出
器27の出力信号と、界磁巻線6の電流量を検出する電
流検出器24の出力信号とを基に、界磁巻線6に流す電
流量を制御する電圧制御部26、この出力信号と電圧検
出器16の出力信号とを基に、位相制御部25により位
相制御角αが制御される。
【0013】まず、図1を用いて同期電動発電機1の起
動方法について説明する。同期電動発電機1を回転速度
0から始動する場合、スイッチS1は開いた状態でスイ
ッチS2を閉じた状態とし、始動装置4が動作させる。
そして、順変換器12により界磁巻線6に直流電流を供
給して励磁し、次いで、順変換器8と逆変換器9を動作
させて同期電動発電機1を加速し、所定の回転速度に達
した時点でサイリスタ始動装置4を切り離し、スイッチ
S2は開き、スイッチS1を閉じて同期電動発電機1が
発電運転に入る。
【0014】ここで、同期電動発電機1をサイリスタ始
動装置4で始動する場合、同期電動発電機1の回転速度
が0〜100%まで変化する間も集電装置5を介して界
磁巻線6に直流の励磁電流を供給する必要がある。集電
装置5におけるブラシとスリップリング間の摺動状態は
界磁巻線6に安定して励磁電流を供給できるか否かを左
右する。一般に、ブラシとスリップリング間の摺動状態
は回転速度が変化するときには安定した摺動状態が得ら
れず、ブラシからの火花が発生する恐れがある。ブラシ
からの火花が発生すると、ブラシの摩耗が早くなりスリ
ップリングも摩耗する。したがって、安定な励磁電流供
給を行うにはブラシからの火花発生を確実に検出する必
要がある。
【0015】ところで、ブラシからの火花発生はブラシ
の電圧−電流特性で左右され、一般的にはブラシ−スリ
ップリング間の電圧降下が±2〜3Vを越えるとブラシ
から火花を発生する。このブラシ−スリップリング間の
摺動状態が変化するときには、複数個あるブラシに流れ
る電流値が個々に異なるため、界磁巻線6を流れる直流
電流の上に脈動電流が重畳する。この脈動電流の大きさ
はブラシ−スリップリング間の電圧降下の大きさに比例
する。
【0016】したがって、ブラシに流れる直流電流の脈
動分を検出する脈動電流検出装置23を設け、脈動電流
検出装置23の出力がある限度以上になったときに集電
装置5の異常を報知する報知装置50を設けることによ
り、ブラシからの火花発生を確実に検出できる集電装置
5の診断方法を提供できる。
【0017】図2は本発明のタービン発電機の集電装置
の系統図を示し、他の脈動電流検出方法を示す。図2に
おいて、スリップリング31の外周面上には、純変換器
12の出力端が接続されたブスリング32、そして、ブ
スリング32に固定されたブラシ保持器33があり、ブ
ラシ支持具34に固定された加圧ばね40によりブラシ
36がスリップリング31の外周面上に押圧されてい
る。また、ブラシ36のリード線端部37はねじ39に
よりブラシ支持具34に固定されている。したがって、
純変換器12の出力である直流電流は、ブスリング3
2,ブラシ保持器33,ブラシ支持具34,ブラシ36
及びスリップリング31を介して界磁巻線6に供給され
る。さらに、ブラシ支持具34にはリード線端部37か
らブラシ36に流れる脈動電流を検出するロゴスキーコ
イル38を固定し、図3にはその詳細を示す。すなわ
ち、タービン発電機1には当然複数個のブラシ36が設
けられるので、個々のブラシ36に流れる電流の脈動分
を検出し、総合的にブラシ36の摺動状態を判断した法
が良い。なお、ロゴスキーコイル38をブラシ支持具3
4に固定した例について示したが、ブラシ保持器33に
固定しても良い。
【0018】図4は本発明の第二実施例のタービン発電
機の励磁制御方法を示し、図1と異なるのは脈動電流検
出装置23の出力を摺動特性判定部41に入力し、摺動
特性判定部41の出力を電圧制御部26の入力とするこ
とにより、ブラシ36の摺動状態が不安定なときには界
磁巻線6に流す電流を制限するようにしたものである。
ブラシ36の摺動状態が不安定なときに流す電流を減少
させることにより、ブラシ36からの火花発生を防止で
きる。
【0019】図5に本発明の第三実施例のタービン発電
機の集電装置の系統図を示し、図1と異なるのは新たに
集電装置5内にアンテナ29を設置し、その出力を火花
発生判定器30に入力し、火花発生判定器30の出力を
報知装置50に入力している。すなわち、脈動電流検出
装置23の出力がある値以上になったときに火花発生判
定器30の出力があるときのみ、ブラシから火花が発生
していることを報知装置50で報知することにより、よ
り正確な集電装置の診断を行うことができる。図6は本
発明の第四実施例のタービン発電機の励磁制御方法を示
し、図1と異なるのは脈動電流検出装置23の出力を摺
動特性判定部41に入力し、集電装置5内に設置したア
ンテナ29の出力を入力とした火花発生判定器30の出
力を摺動特性判定部41に入力し、摺動特性判定部41
の出力を電圧制御部26の入力とすることにより、ブラ
シ36の摺動状態が不安定なときと判断し、かつ、ブラ
シ36から火花が発生していると判定したときに界磁巻
線6に流す電流を制限するようにしたものである。ブラ
シ36の摺動状態が不安定なときに流す電流を減少させ
ることにより、ブラシ36からの火花の発生を防止でき
る。
【0020】ここで、ブラシに流す電流を減少させるこ
とはコンバインドサイクル発電プラントの始動時間が長
くなるなどの弊害はあるが、ブラシとスリップリング間
の摺動面に安定な皮膜が形成され、コンバインドサイク
ル発電プラントが発電状態に移行したときに安定した発
電運転となり、安定な電力供給が達成できる。また、ブ
ラシからの火花発生を防止できるので、ブラシの異常摩
耗やスリップリングの摩耗を軽減できる。
【0021】本発明の実施例ではタービン発電機の例に
ついて示したが、可変速運転される揚水発電プラントの
集電装置にも適用できる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、ブラシからの火花発生
を確実に検出でき、ブラシからの火花発生を防止できる
ので、スリップリングの摺動面に安定な皮膜が生成さ
れ、ブラシの摺動特性が安定し、発電運転時に安定な電
力供給が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のタービン発電機の集電装置
の系統図。
【図2】本発明のタービン発電機の集電装置の説明図。
【図3】本発明のタービン発電機の集電装置の断面図。
【図4】本発明の第二の実施例のタービン発電機の集電
装置の系統図。
【図5】本発明の第三の実施例のタービン発電機の集電
装置の系統図。
【図6】本発明の第四の実施例のタービン発電機の集電
装置の系統図。
【符号の説明】
1…タービン発電機、2…スチームタービン、3…ガス
タービン、4…始動装置、5…集電装置、6…界磁巻
線、23…脈動電流検出装置、24…電流検出器、27
…電圧検出器、30…火花発生判定器、31…スリップ
リング、36…ブラシ、38…ロゴスキーコイル、41
…摺動特性判定部、50…報知装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 規弘 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮川 家導 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電機子巻線を有する固定子と、界磁巻線お
    よびブラシとスリップリングからなる集電装置とを有す
    る回転子と、前記集電装置の運転状態を診断するための
    診断装置とを備えたタービン発電機の集電装置の診断方
    法において、前記集電装置内の前記ブラシに流れる直流
    電流の脈動分を検出する脈動電流検出装置を設け、前記
    脈動電流検出装置の出力がある限度以上になったときに
    前記集電装置の異常を報知するようにしたことを特徴と
    するタービン発電機の集電装置の診断方法。
  2. 【請求項2】電機子巻線を有する固定子と、界磁巻線お
    よびブラシとスリップリングからなる集電装置とを有す
    る回転子と、前記集電装置の運転状態を診断するための
    診断装置とを備えたタービン発電機の集電装置の診断方
    法において、前記集電装置内の前記ブラシに流れる直流
    電流の脈動分を検出する脈動電流検出装置と前記ブラシ
    からの火花発生を検出するブラシ火花検出装置とを設
    け、前記脈動電流検出装置の出力がある限度以上になっ
    たときに前記ブラシ火花検出装置の出力があるときに前
    記集電装置の異常を報知するようにしたことを特徴とす
    るタービン発電機の集電装置の診断方法。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記脈動電流
    検出装置がロゴスキーコイルで構成されているタービン
    発電機の集電装置の診断方法。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、前記ブラシ火
    花検出装置がアンテナ方式であるタービン発電機の集電
    装置の診断方法。
  5. 【請求項5】請求項1または2において、前記脈動電流
    検出装置がロゴスキーコイルで構成され、前記集電装置
    のブラシ保持器に装着されているタービン発電機の集電
    装置の診断方法。
  6. 【請求項6】電機子巻線を有する固定子と、界磁巻線お
    よびブラシとスリップリングからなる集電装置とを有す
    る回転子とからなる同期電動機を備え、交流電力をコン
    バータからなる第一の順変換器で直流に変換して前記界
    磁巻線を励磁すると共に、第二の順変換器で直流に変換
    してこれをインバータからなる逆変換器で交流に変換
    し、前記同期電動機を駆動するようにしたタービン発電
    機の励磁制御方法において、前記集電装置内の前記ブラ
    シに流れる直流電流の脈動分を検出する脈動電流検出装
    置を設け、前記脈動電流検出装置の出力がある限度以上
    になったときに前記第一の順変換器による直流電流を制
    限するようにしたことを特徴とするタービン発電機の励
    磁制御方法。
  7. 【請求項7】電機子巻線を有する固定子と、界磁巻線お
    よびブラシとスリップリングからなる集電装置とを有す
    る回転子とからなる同期電動機を備え、交流電力をコン
    バータからなる第一の順変換器で直流に変換して前記界
    磁巻線を励磁すると共に、第二の順変換器で直流に変換
    してこれをインバータからなる逆変換器で交流に変換
    し、前記同期電動機を駆動するようにしたタービン発電
    機の励磁制御方法において、前記集電装置内の前記ブラ
    シに流れる直流電流の脈動分を検出する脈動電流検出装
    置と前記ブラシからの火花発生を検出するブラシ火花検
    出装置とを設け、前記脈動電流検出装置の出力がある限
    度以上になったときに前記ブラシ火花検出装置の出力が
    あるときに前記脈動電流検出装置の出力がある限度以上
    になったときに前記第一の順変換器による直流電流を制
    限するようにしたことを特徴とするタービン発電機の励
    磁制御方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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