JPS6112469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は無刷子同期機に於て同軸上に設けてあ
る交流励磁機の電機子電圧を整流して主同期機の
界磁に供給する為の回転軸上に設けられている整
流器の故障検出を行う装置に関する。 第１図及び第２図は三相半波及び三相全波整流
方式に依る無刷子同期機の構成を示しており、一
般に同期機の容量に依り三相半波、三相全波整流
方式に使い分けられている。第１図に於て、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つて、これ等のう
ち主同期機の界磁巻線２、整流器３、交流励磁機
の電機子巻線４は、回転軸６上に取り付けられて
いる。この様な無刷子同期機においては何らかの
原因で整流器３の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及び他の
健全な整流素子が過負荷となり故障が拡大する為
に同期機を停止させる等の措置を講ずる必要があ
る。そこで整流器３に故障が生じた場合、何らか
の方法でその故障を検出する方法が種々検討され
ている。その一例としては、交流励磁機の界磁磁
極間に検出コイルを設け、それに誘起される脈動
電圧の周期からこれに応じた電圧波形を作り出
し、この波形と設定値とを比較することに依り整
流器の故障を検出する装置が特開昭49−121145号
公報に案出されている。 ところで、この公報に於ては、検出コイルに誘
起される電圧波形を基本波成分のみで扱つている
が、検出コイルに誘起される電圧波形は実際には
高周波成分が含まれ、その高周波成分は交流励磁
機等の条件によつて種々異なることがある。例え
ば、第１２図ないし第１４図は前述の公報の周期
判別方式により、下記条件下で実験を行なつた時
の各部の電圧波形で、第１２図は整流器の正常
時、第１３図は一素子開路故障時、第１４図は一
素子短絡故障時である。尚、各図のａは検出コイ
ルに誘起される電圧波形、ｂはａの波形を設定レ
ベルと比較増幅した波形、ｃはｂの波形を波形整
形したもの、ｄはｃの波形によりフリツプフロツ
プ回路を動かした時の出力波形、ｅおよびｆはｄ
のフリツプフロツプ回路の出力波形により各々時
定数回路を交互に充放電した時の出力波形、ｇは
各々ｅ，ｆの充放電電圧が設定レベルに達すると
出力信号を発し、整流器の故障信号を発する電圧
波形である。 条件 交流励磁機の容量14KVA 極数14P，定格回転数1000r.p.m 整流方式 ３相半波整流 検出コイルの巻数30T 無負荷運転時 これらの図から理解されるように、周期に応じ
た電圧波形を作り出し、この電圧波形と設定値と
を比較して整流器の故障判別を行なう方式におい
ては、正常時および一素子開路故障時は各々正し
く判別するが、第１４図の一素子短絡故障時には
高周波成分のために故障であるにもかかわらず、
ｇに示すようにパルスを発しないことから正常と
判別してしまうことがある。また無刷子同期発電
機に於ては、整流器３の故障の外に負荷遮断や負
荷急減といつたことがある。 つまり前記負荷遮断や負荷急減状態が生じた場
合、主同期発電機の出力電圧が上がるために、自
動電圧調整器の作用により交流励磁機の出力電圧
を下げる方向に働き、これと同時に主同期発電機
の界磁電流は、界磁巻線のリアクタンスの時定数
に規制されつつ徐々に減少して最終的に規定電圧
に応じた値に収束する。 したがつて、この値に減少するまでの間は、界
磁電圧は略零Ｖになるため、検出コイルに誘起す
る電圧も略零Ｖとなり、この期間は、整流器の短
絡故障と同じことになる。 この為前述したように電圧周期を検出し、整流
器の故障の有無を判別する検出方法では負荷遮断
や負荷急減の場合にあたかも整流器が故障したか
の如く誤動作してしまう。 更に、前記公報のように周期に着目して成され
ると、整流器が三相半波整流方式の場合に開路故
障が生ずると実質上故障判別ができない問題があ
る。これは検出コイルに誘起する電圧波形の周期
が正常時に比べ開路故障時には1.5倍にしか長く
ならないため、この関係を周期に応じた値に変換
しても故障時の信号レベルが正常時のそれに比べ
極端に大きくならず、しかも、無刷子同期機の回
転変動等を考慮すると故障時と正常時との信号レ
ベル差がほとんど変りなくなるからである。 さらに、前記公報のように電圧波形の周期から
故障を検出する手法であると、一度周期に応じた
レベルの電圧波形を作り出し、そのレベル値と設
定値とを比較しなければならないので装置が複雑
となり高価とならざるを得ない。 本発明は、上記の点に着目してなされたもの
で、その目的は、能動フイルター回路を用い、検
出コイルに誘起する電圧の基本周波数成分によつ
て電圧を通過あるいはしや断するように構成し、
もつて複雑な回路や遅れ時間を必要とせず、整流
器の故障を確実に検出し得る無刷子同期機の整流
器故障検出装置を提供するものである。 以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説
明するが、その前に検出コイルおよびそれに誘起
される電圧波形について説明する。 第１図及び第２図に無刷子同期機の構成を記し
たが、この同期機を同期発電機とする場合、通常
自動電圧調整器（以下AVRと示す）にて交流励
磁機の界磁巻線５を励磁する。AVRの出力は一
般にサイリスタに依り制御される為、その界磁巻
線５には大きな脈動分が存在し、この脈動分は整
流器３の故障時に誘起する脈動分と区別が出来な
い。従つてそのAVRに依る脈動分の影響を除く
為に第３図に示す如く交流励磁機の界磁磁極間に
横軸磁束と鎖交する検出コイルを配置してある。
この様な検出コイルの巻き方の一例を第３図に示
す。図中８は界磁磁極、５は界磁巻線、９は検出
コイルである。 この様に配置した検出コイル９に誘起される電
圧波形は第４図及び第５図に示す如くなる。 第４図は三相半波整流方式（第１図）にて構成
された無刷子同期機の整流器３の各状態に於ける
検出コイル９に誘起される電圧波形である。 図中ａは整流器３の正常時に於ける検出コイル
９に誘起される波形であり、交流励磁機の電機子
電圧に三相半波整流する為にその電機子電圧の１
周期に於てＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に３回転流を繰
返さす。従つて各相の電機子電流に依る磁束は検
出コイルと鎖交し図中ａの如く電圧が誘起され
る。この誘起電圧には基本周波数成分のほかに高
周波成分があり、この時の基本周波数成分は交流
励磁機の電機子電圧の周波数ｆに対して３倍の基
本周波数の電圧波形となる。 第４図ｂは整流器３の一素子短絡、例えばRF
１短絡時に検出コイル９に誘起される電圧波形で
あり、交流励磁機の電機子電圧はその１周期に於
て１回の割合で大きな短絡電流を流す。その電流
に依る磁束が検出コイルに第４図ｂの如く電圧を
誘起させる。従つてこの場合の誘起電圧の基本周
波数は、交流励磁機の電機子電圧の周波数ｆと等
しくなる。第４図ｃは整流器３の一素子開路、例
えばRF１断路時に検出コイル９に誘起される電
圧波形であり、この場合交流励磁機の電機子電圧
はその１周期に於てＶ相、Ｗ相の２回の転流を行
う為、その電機子電流に依り検出コイルは第４図
ｃの如く交流励磁機の電機子電圧の周波数に対
して２倍の基本周波数の電圧が誘起される。 又第２図の三相全波整流方式の場合は前述と同
様な考えから検出コイル９には第５図に示す如く
整流器３の正常時に於ては第５図ａの如く交流励
磁機の電機子電圧の１周期に６回の転流を繰返す
為に×６の基本周波数の電圧が誘起され、一素
子短絡時に於ては第５図ｂの如く交流励磁機の電
機子電圧の１周期に１回の割合で大きな短絡電流
が流れる為にと等しい基本周波数の電圧が誘起
される。又一素子開路時に於ては第５図ｃの如く
交流励磁機の電機子電圧の１周期に４回の割で転
流を繰返すが、その４回の転流のうち３回の転流
は整流器３の正常な時の転流と変りなく、他の１
回の転流は正、負２つの素子が同時に転流を行う
為に、電機子電圧の１周期に於て×６の基本周
波数成分と×２の基本周波数成分とが含まれ
る。 以上の事柄を整理すると検出コイル９に誘起す
る電圧の基本周波数成分は交流励磁機の電機子電
圧の周波数をとすると下記第１表の如くなる。

【表】 この様に整流器の状態に依り検出コイル９に誘
起される電圧は夫々異なつた基本周波数成分が含
まれる。本発明はこのような検出コイル９に誘起
される電圧波形の基本周波数成分によつて電圧を
通過あるいはしや断し、これによつて整流器の故
障を検出しようとするもので、具体的には第６図
に示すような演算増幅器を使用した能動フイルタ
ー回路によつて検出コイルに誘起する電圧を通過
あるいはしや断する。そして、第６図では感度を
上げる為に能動フイルター回路を直列に２回路接
続している。図中１１は演算増幅器、１２，１
３，１４は抵抗、１５，１６はコンデンサ、１７
は１１〜１６の部品にて構成される能動フイルタ
ー回路と全く同一回路である。第６図の能動フイ
ルター回路は第７図の周波数特性をもたせてあ
る。即ち交流励磁機の電機子電圧の周波数_１及
びその２倍の周波数_２に対しては２倍以上の増
幅率を有して通過させ、又その３倍の周波数_３
以上に対しては1/10以下の増幅率となる様に、す
なわち実質的にはしや断してしまう様に定数を定
めている。従つて検出コイル９の誘起電圧を第６
図の能動フイルター回路の入力とする事に依り、
整流器の故障時に於ける能動フイルター回路の出
力電圧は、整流器の正常時に於ける能動フイルタ
ー回路の出力電圧に比較し20倍程度大きくなる。 第８図及び第９図は夫々第１図の三相半波整流
方式及び第２図の三相全波整流方式に於ける検出
コイル９の誘起電圧波形を第６図の能動フイルタ
ー回路の入力とした時の能動フイルター回路の入
出力電圧波形をオシロにて観測したものであり、
図中ａは整流器の正常時、ｂは一素子短絡時、ｃ
は一素子開路時の入出力波形である。 第１０図は第６図の能動フイルター回路を使用
した実施例回路であり、図中９は検出コイル、１
８は検出コイル９に同期機の過渡状態に依り高い
電圧が誘起された時、能動フイルター回路に過大
電圧が加わらない様にする為のリミツター回路、
１９は前述の能動フイルター回路、２０は能動フ
イルター回路１９の出力電圧と内部に設けた設定
値Vsとを比較し、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、２１は比較回路
２０の出力が１レベルに達すると同時に継電器を
動作させ、接点出力を出す様にしたリレー回路で
ある。第１０図の回路の各部の動作を第１１図に
示す。図中ａは検出コイル９の電圧波形であり、
時間t₀において整流器が一素子短絡故障を起した
と仮定する。ｂはリミツター回路１８の出力波
形、ｃは能動フイルター回路１９の出力波形であ
り、ｄ及びｅは比較回路２０及びリレー回路の出
力を示す。 第１０図の回路の動作を第１１図を参照に説明
する。 まず検出コイル９には第１１図ａに示す如く電
圧が誘起し時間t₀において整流器が一素子短絡故
障を生じたとする。その検出コイル９の誘起電圧
はリミツター回路１８にて制限され能動フイルタ
ー回路１９に過大な電圧が加わらない様にしてあ
る。能動フイルター回路１９は故障発生時間t₀以
前に於ては交流励磁機の電機子電圧の周波数の３
倍の基本周波数である為第７図の特性からも分る
様に、能動フイルター回路１９の出力電圧は低く
なり、比較回路２０の設定値Vsに対して充分低
い為比較回路は出力は０レベルである。時間t₀以
降に於ては検出コイル９の誘起電圧の基本周波数
は前述した様に交流励磁機の電機子電圧の周波数
即ち第７図のf₁である為、能動フイルター回路１
９の出力電圧のピーク値Vpは第１１図ｃの如く
比較回路２０の設定値Vsに対してVp＞Vsとな
り、比較回路２０は第１１図ｄの如く１レベルと
なる。リレー回路２１は比較回路２０の出力が１
レベルに達すると出力リレーを動作させ接点出力
を出す様にしてある。この接点出力により同期機
の停止等の措置を講ずれば良い。 以上説明した如く本発明は無刷子同期機の回転
軸上に取り付けられた整流器の故障を検出する為
に、交流励磁機の界磁磁極間に検出コイルを設置
し、その検出コイルに誘起する電圧が、整流器の
正常時あるいは故障時に交流励磁機の電機子電圧
の周波数に対し夫々ある定つた倍数の基本周波数
となる事に着目し、能動フイルター回路を用いて
前記検出コイルに誘起する電圧をその基本周波数
成分によつて通過あるいはしや断し、整流器の故
障を速やかにしかも確実に検出しようとするもの
である。以下本発明による特徴を掲げると (1) 整流器の構成が三相半波整流あるいは三相全
波整流の何れの場合でも、又同期機容量に関係
なく一種類の装置が適用できる。 (2) 能動フイルター回路の出力電圧が故障時と正
常時とでは20倍以上の差があるので、検出波形
の周期を判別する等複雑な回路を必要とせず、
極めて簡単な回路構成にて整流器の短絡故障、
開路故障の何れの故障時に於ても確実にしかも
速やかに検出できる。 (3) 交流励磁機の界磁磁極間に検出コイルを設置
する事に依り、交流励磁機の界磁巻線を励磁す
るAVR（発電機として使用した場合）の出力
回路の脈動分の影響を受けない。 (4) 負荷しや断や負荷急減状態が生じ、検出コイ
ルに誘起する電圧が略零Ｖとなつても、能動フ
イルター回路の特性は第７図に示す特性なの
で、整流器が故障したかの如き誤動作は生じな
い。 (5) 検出コイルに誘起される電圧波形には高周波
成分が含まれているが、本発明は能動フイルタ
ー回路が基本周波数成分により通過あるいはし
や断するため、周期により故障判別を行なうよ
り確実におこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は無刷子同期機の回路図であ
り、夫々整流器が三相半波整流回路及び三相全波
整流回路により構成されている場合を示し、第３
図は交流励磁機の界磁磁極間に検出コイルを設け
る場合の構成図、第４図は第１図の構成における
検出コイルに誘起する電圧波形図、第５図は第２
図の構成における検出コイルに誘起する電圧波形
図、第６図は検出コイルの周波数を弁別する為の
弁別回路の一例である能動フイルター回路の結線
図、第７図は第６図の能動フイルター回路の周波
数特性図、第８図及び第９図は夫々第１図及び第
２図の回路における検出コイルの誘起電圧波形に
対する能動フイルター回路の入出力波形図、第１
０図は本発明の実施例の回路図、第１１図は第１
０図の回路の動作を説明するための波形図、第１
２図ないし第１４図はそれぞれ従来技術の異なつ
た条件における動作を示す具体的な動作波形図で
ある。 １，２……主同期機の電機子巻線、界磁巻線、
３……整流器、４，５……交流励磁機の電機子巻
線、界磁巻線、６……回転軸、８……交流励磁機
の界磁磁極、９……検出コイル、１１……演算増
幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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主
   同期機の界磁を励磁する無刷子同期機に於て、前
   記交流励磁機の界磁磁極間に横軸磁束と鎖交する
   検出コイルを設けると共に前記検出コイルに誘起
   する電圧波形の基本周波数が前記交流励磁機の周
   波数の１倍から２倍になつたときは前記電圧波形
   を増幅通過させ、３倍以上の周波数になつたとき
   はしや断する能動フイルター回路を設け、前記能
   動フイルター回路の通過電圧と設定値とを比較
   し、その比較結果に基づき整流器の故障信号を発
   生する比較回路を設けたことを特徴とする無刷子
   同期機の整流器故障検出装置。