JPH0779526B2 - 回転電機のコレクタリング火花監視装置 - Google Patents

回転電機のコレクタリング火花監視装置

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JPH0779526B2
JPH0779526B2 JP31521387A JP31521387A JPH0779526B2 JP H0779526 B2 JPH0779526 B2 JP H0779526B2 JP 31521387 A JP31521387 A JP 31521387A JP 31521387 A JP31521387 A JP 31521387A JP H0779526 B2 JPH0779526 B2 JP H0779526B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は発電機や電動機(同期機)、直流機等の回転電
機のコレクタリング火花監視装置に係り、特に主回路ブ
ラシとコレクタリングとの間に発生する整流火花の程度
を監視する回転電機のコレクタリング火花監視装置に関
する。
(従来の技術) 発電機や電動機等の回転電機では、集電部分に発生する
火花によるブラシの著しい摩耗や損傷、また整流子表面
の黒化や傷つき等により、特別な補修を必要とするた
め、ブラシとコレクタリングとの間に発生する整流火花
(加熱火花、アーク火花)の程度を監視することが重要
になっている。
このことから、従来の回転電機のコレクタリング火花監
視装置では、ブラシとコレクタリング間に発生する火花
を、光、電磁波または電気的諸量の変化でキャッチし、
モニタする装置が開発されている。具体的には、特開昭
56−22531号公報に記載の同期機のブラシアーク監視装
置や特開昭57−189072号公報記載の集電装置の火花検出
装置、さらには、昭和39年6月発行の電気学会技術報告
第61号の「計器による整流火花の評価法」などに開示さ
れている。
このうち、特開昭56−22531号公報記載のブラシアーク
監視装置は、ブラシとコレクタリングの間に発生する整
流火花を、主回路の電圧変化により求め、この電圧変化
の回数または頻度により判定しており、また、特開昭57
−189072号公報記載の火花検出装置は、ブラシとコレク
タリングの間に発生する整流火花によって、給電導体に
電流変化が生じることに着目し、この電流変化を電磁誘
導作用による誘起電圧として検出し、火花の発生を検出
している。
また、電気学会技術報告第61号(昭和39年6月発行)の
「計器による整流火花の評価法」は、ブラシとコレクタ
リングの間に整流火花(加熱火花やアーク火花)が発生
したとき、ブラシ接触電圧降下の波高値や波形に明確な
兆候が表われることを利用し、弁別レベル(スライスレ
ベル)以上の電圧の平均値を増幅器にて増幅し、電流計
にて第10図の火花指示曲線に示すように発生した火花の
程度を火花号数表示する方法である。
(発明が解決しようとする問題点) 第10図に示される火花指示曲線では、最小火花検出号数
が2号であるが、火花号数と増幅器出力との間に一定の
整合関係が見られないため、発生した火花の号数表示を
行なう場合、火花号数毎に毎回調整を必要とし、繁雑で
あった。また、火花号数の調整は、火花を肉眼でモニタ
し、判定しているが、この判定には個人差や周囲の照明
状態などの影響を受け、普遍的、客観的な火花号数評価
が難しかった。
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、主回
路ブラシとコレクタリングの間に発生する整流火花の程
度を火花号数で正確に表示し、モニタすることができる
回転電機のコレクタリング火花監視装置を提供すること
を目的とする。
本発明の他の目的は、整流火花の火花号数表示を行なう
ことにより、集電部分の損傷程度やその進行状況を正確
に把握し、重大事故を未然に防止できる回転電機のコレ
クタリング火花監視装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明に係る回転電機のコレクタリング火花監視装置
は、上述した目的を達成するために、回転電機の回転シ
ャフトの一側に集電装置を設け、この集電装置に直流電
流が供給される主回路ブラシと上記回転シャフトに絶縁
筒を介して装着され上記主回路ブラシと接触可能なコレ
クタリングとを備え、このコレクタリングに接触する検
出ブラシを主回路ブラシと電気的に絶縁させた回転電機
のコレクタリング火花監視装置において、前記主回路ブ
ラシおよび検出ブラシを信号ケーブルを介して信号処理
回路の積分回路に接続し、この積分回路で信号ケーブル
から入力される入力電圧を積分処理し、単位時間当りの
出力電圧積分値を表示装置に出力し、この表示装置に出
力電圧積分値を対数的に表示させたものである。
(作用) この回転電機のコレクタリング火花監視装置は、主回路
ブラシおよび検出ブラシを信号処理回路の積分回路に信
号ケーブルで接続し、この信号ケーブルから入力される
入力電圧を積分回路で演算して積分処理し、単位時間当
りの出力電圧積分値を表示装置に対数的に表示させるこ
とにより、対数(指数)表示された出力電圧積分値と整
流火花の火花号数との間にリニアな比例関係が成立する
ことに着目し、整流火花の程度を火花号数表示で行ない
得るようにしたものである。
すなわち、主回路ブラシとコレクタリングとの間に発生
する整流火花によりコレクタリング接触電圧降下値が著
しく増大する現象を利用し、かつ火花号数が対数表示さ
れた単位時間(火花時間)当りの出力電圧積分値に比例
関係があることに着目し、主回路ブラシおよび検出ブラ
シで主回路ブラシとコレクタリングとの間の電圧を測定
し、モニタすることにより、発生する整流火花の号数表
示を行ない得るようにしたものである。
(実施例) 以下、本発明に係る回転電機のコレクタリング火花監視
装置の一実施例について添付図面を参照して説明する。
第1図は本発明を回転電機として同期発電機10に適用し
た例を示し、この同期発電機10は本体ケーシング11内に
電機子コイルとしてステータコイル12が収容されるとと
もに回転シャフト13が回転自在に支持される。回転シャ
フト13には磁束を発生させる界磁コイル14が装着され、
この界磁コイル14により回転磁界を生じさせ、ステータ
コイル12に電圧を発生させるようになっている。
界磁コイル14への励磁電流(直流電流)の供給は、集電
装置15を介して行なわれる。集電装置15は回転シャフト
13の一側に設けられ、回転シャフト13に絶縁筒16を介し
て装着されたP側およびN側コレクタリング17と、この
コレクタリング17に接触可能な主回路ブラシ18および検
出ブラシ(パイロットブラシ)19(第2図参照)を有す
る。絶縁筒16はコレクタリング17と回転シャフト13との
間を電気的に絶縁しており、コレクタリング17は口出銅
帯20を介して界磁コイル14に接続される。
一方、主回路ブラシ18および検出ブラシ19は第2図に示
すように、集電装置15のケーシング22内に収容されたブ
ラシホルダ24に固定され、保持される。上記主回路ブラ
シ18には、第3図に示すように励磁装置25からの直流電
流がブスバー26を介して供給される。検出ブラシ19は主
回路ブラシ18とは電気的に絶縁され、コレクタリング17
に接触するように設けられる。
また、主回路ブラシ18および検出ブラシ19からリード線
等の信号ケーブル27,28が引き出され、この信号ケーブ
ル27,28は電源回路30により作動する信号処理回路31に
接続される。具体的には、第3図および第4図に示すよ
うに主回路ブラシ18および検出ブラシ19間の電圧信号は
信号処理回路31の積分回路32に入力され、この積分回路
32でブラシ接触電圧降下が一定値以上のとき、積分によ
り演算処理されてコンパレータ33に、出力される。コン
パレータ33では例えば2号火花および3号火花に相当す
る電圧がセット電圧として入力されており、積分回路32
から出力される信号がセット電圧を超えると警報回路35
に出力され、この警報回路35のランプやブザーにて警報
を発するようになっている。
コンパレータ33を積分回路32の出力側に複数台並列に接
続し、各コンパレータ33を第5図(A)〜(H)に示す
各号の火花に対応する電圧をセット電圧として予め設定
しておき、検出される整流火花が何号火花に対応する
か、直ちに警報回路35から発せられる警報にて区別でき
るようにしてもよい。
また、積分回路32は出力側を表示装置36に接続し、この
表示装置36にて整流火花の程度が表示される。表示装置
36としては、デジタル表示計やアナログ表示計あるいは
ランプ表示計を用いてもよい。表示装置36は、積分回路
32から出力される単位時間(火花時間)当りの出力電圧
積分値が火花号数と対数的比例関係にあることに着目
し、第6図に示すように横軸に火花号数表示が、縦軸に
出力電圧の指数表示が行なわれる。両者の関係は直線的
な比例関係が表わされる。
次に、作用を説明する。
励磁装置25からの直流電流はブスバー26を介して主回路
ブラシ18に供給され、続いてこの主回路ブラシ18に接触
するコレクタリング17に送られる。コレクタリング17に
供給された直流電流は口出銅帯20を介して界磁コイル14
に送られ、この界磁コイル14を励磁するようになってい
る。
このとき、検出ブラシ19は主回路ブラシ18から電気的に
絶縁されて、ブラシ接触電圧の降下を測定しており、ブ
ラシ接触電圧降下値が所定値以上のとき、主回路ブラシ
18とコレクタリング17との間の電圧を、主回路ブラシ18
および検出ブラシ19から延びる信号ケーブル27,28で取
り出し、信号処理回路31に送っている。信号ケーブル2
7,28の途中にE/O変換器や光ファイバ、O/E変換器を用
い、コレクタリング火花監視装置を集電装置15の電気系
統から区別してもよい。
信号処理回路31には主回路ブラシ18とコレクタリング17
の間に発生する整流火花に応じてブラシ接触電圧降下が
生じ、この電圧降下値が所定値以上のとき、火花号数に
対応した入力電圧信号が第7図ないし第9図の各(A)
図にそれぞれ示すように入力され、入力された電圧信号
は積分回路32にて積分され、第7図ないし第9図の各
(B)図にそれぞれ示すように出力される。この出力波
形は例えばシンクロスコープにより得ることができる。
第7図ないし第9図の各(B)図は、2号火花、3号火
花および4号火花にそれぞれ対応した積分回路32からの
出力波形を表している。
一方、積分回路32からの出力電圧を火花号数に対応させ
てプロットすると、第6図に示すように片対数グラフで
は、火花号数と出力電圧パルス幅(出力電圧積分値)と
の間にリニアな比例関係が表われる。この場合、出力電
圧パルス幅の目盛を指数関数で表示している。このコレ
クタリング火花監視装置では、積分回路32からの単位時
間当りの平均出力電圧を指数関係的に表示することによ
り、整流火花の火花号数と出力電圧との関係が線形表示
で表わされ、整流火花の程度を表示装置36により火花号
数表示で正確に行なうことができる。
また、積分回路32から出力される信号はコンパレータ33
に出力され、このコンパレータ33で特定の火花号数に対
応したセット電圧と比較され、入力電圧信号がセット電
圧を上廻るとき、警報回路35に信号を出力し、この警報
回路35で警報を発するようになっている。
例えば、回転電機が同期機である場合には、整流火花が
2号火花や3号火花以上になると、集電装置15の安全性
が損われるおそれがあるので、コンパレータ33には2号
火花や少なくとも3号火花に相当するセット電圧がセッ
トされる。一方、回転電機が直流機の場合には、整流子
を備えているので4号ないし5号火花まで安全性が確保
される。このため、コンパレータ33には例えば4号火花
に相当するセット電圧が設定される。
上述したコレクタリング火花監視装置により、集電装置
の主回路ブラシとコレクタリングとの間に発生する整流
火花を火花号数で正確に表示することができ、また、整
流火花の火花号数がコンパレータ33に予め設定されたセ
ット電圧に対応する火花号数を上廻ると、警報回路35に
信号を出力して警報を発するようにしたので、コレクタ
リングの地絡や沿面内絡等の重大事故の発生を未然に防
止できる。
〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明に係る回転電機のコレクタ
リング火花監視装置においては、主回路ブラシおよび検
出ブラシを信号ケーブルを介して信号処理回路の積分回
路に接続し、この積分回路で信号ケーブルから入力され
る入力電圧を積分処理し、単位時間当りの出力電圧積分
値を表示装置に出力し、この表示装置に出力電圧積分値
を対数的に表示させたから、主回路ブラシとコレクタリ
ングの間に整流火花が発生すると、その間のブラシ電圧
降下値が著しく増大し、この電圧降下値を積分回路で積
分して単位時間当りの出力電圧の積分値を指数表示する
と、指数表示された出力電圧と整流火花の火花号数との
間にリニアな比例関係が成立する。この関係から整流火
花の発生を捉え、かつ整流火花の程度を火花号数で表わ
すことができるので、集電部分の損傷程度やその進行状
況を正確に把握でき、コレクタリングの地絡や沿面内絡
等の重大事故の発生を未然にしかも確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る回転電機のコレクタリング火花監
視装置を同期発電機に適用した例を示す図、第2図は第
1図のII−II線に沿う断面図、第3図は本発明の回転電
機のコレクタリング火花監視装置の原理を示す図、第4
図は上記コレクタリング火花監視装置の信号処理回路を
示すもので、表示装置を除いた回路図、第5図(A)な
いし(H)は整流火花の程度を火花号数により表示した
図、第6図は積分回路から出力された対数表示の出力電
圧と整流火花の火花号数との関係を示すグラフ、第7図
(A),(B)、第8図(A),(B)および第9図
(A),(B)はブラシ接触電圧の降下とその電圧積分
値を火花号数(2号火花から4号火花)に従って示した
波形を示す図、第10図は従来のコレクタリング火花監視
装置において、ブラシ接触電圧降下を、スライスレベル
をパラメータとして火花号数表示した火花指示曲線を示
すグラフである。 10…同期発電機、12…ステータコイル、13…回転シャフ
ト、14…界磁コイル、15…集電装置、16…絶縁筒、17…
コレクタリング、18…主回路ブラシ、19…検出(パイロ
ット)ブラシ、24…ブラシホルダ、25…励磁装置、27,2
8…信号ケーブル、30…電源回路、31…信号処理回路、3
2…積分回路(積分器)、33…コンパレータ、35…警報
回路(警報器)、36…表示装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−22531(JP,A) 特開 昭56−91684(JP,A) 特開 昭57−189072(JP,A) 電気学会技術報告〔第61号〕『整流火花 の分類法』直流機専門委員会編(昭和39年 6月)付録「計器による整流火花の評価 法」

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転電機の回転シャフトの一側に集電装置
    を設け、この集電装置に直流電流が供給される主回路ブ
    ラシと上記回転シャフトに絶縁筒を介して装着され上記
    主回路ブラシと接触可能なコレクタリングとを備え、こ
    のコレクタリングに接触する検出ブラシを主回路ブラシ
    と電気的に絶縁させた回転電機のコレクタリング火花監
    視装置において、前記主回路ブラシおよび検出ブラシを
    信号ケーブルを介して信号処理回路の積分回路に接続
    し、この積分回路で信号ケーブルから入力される入力電
    圧を積分処理し、単位時間当りの出力電圧積分値を表示
    装置に出力し、この表示装置に出力電圧積分値を対数的
    に表示させたことを特徴とする回転電機のコレクタリン
    グ火花監視装置。
  2. 【請求項2】検出ブラシはブラシ接触電圧の降下を測定
    し、このブラシ接触電圧の降下値が所定値以上のとき、
    主回路ブラシおよび検出ブラシで検出される検出電圧を
    積分回路で演算処理した特許請求の範囲第1項に記載の
    回転電機のコレクタリング火花監視装置。
  3. 【請求項3】積分回路の出力側は火花信号に対応するセ
    ット電圧を予め設定したコンパレータに接続し、積分回
    路からの出力信号がセット電圧を上廻るとき、コンパレ
    ータは警報装置に出力し、警報を発生させた特許請求の
    範囲第1項に記載の回転電機のコレクタリング火花監視
    装置。
JP31521387A 1987-12-15 1987-12-15 回転電機のコレクタリング火花監視装置 Expired - Lifetime JPH0779526B2 (ja)

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