WO2021130987A1 - 短絡検知装置及び短絡検知方法 - Google Patents

短絡検知装置及び短絡検知方法 Download PDF

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WO2021130987A1
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signal
detection signal
short circuit
detection
magnetic flux
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PCT/JP2019/051236
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French (fr)
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勇二 滝澤
米谷　晴之
山本　篤史
前田　進
伸明 榁木
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三菱電機株式会社
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    • H03K5/22—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
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    • H02K2213/06—Machines characterised by the presence of fail safe, back up, redundant or other similar emergency arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to a short circuit detection device and a short circuit detection method for detecting a short circuit in a field winding of a rotary electric machine.
  • a magnetic flux detector such as a search coil that detects a magnetic flux generated in a gap between a rotor and a stator is used to detect the field.
  • a device for detecting a change in field magnetic flux due to a short circuit in a winding has been proposed.
  • the device that detects a short circuit in the field winding is a short-circuited magnetic pole, which is the other magnetic pole that has a short circuit, with respect to the healthy magnetic pole, which is one of the two magnetic poles of the rotor that has not been short-circuited.
  • the short-circuit detection device detects the occurrence of a short circuit by comparing the amount of field magnetic flux reduced due to a short circuit with the amount of field magnetic flux at sound, which is the amount of field magnetic flux acquired in advance when no short circuit has occurred. (See, for example, Patent Document 1).
  • Another short-circuit detection device is configured to detect the occurrence of a short-circuit by comparing the amount of field magnetic flux acquired by two magnetic poles having different 180 deg rotation angles (see, for example, Patent Document 2). ..
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of false detection and short circuit due to preliminary measurement, and to detect a short circuit of the field winding more accurately.
  • the purpose is to obtain a short circuit detection device and a short circuit detection method.
  • the short circuit detection device acquires one detection signal corresponding to the magnetic flux from a magnetic flux detector that detects the magnetic flux generated in the gap between the rotor and the stator of the rotating electric machine, and obtains one detection signal according to the magnetic flux, and obtains a first detection signal.
  • the signal acquisition unit to be the second detection signal
  • the signal processing unit that frequency-analyzes the first detection signal and generates and decodes the voltage signal simulating the voltage state at the time of soundness, and the signal processing unit is decoded. It is provided with a signal comparison unit that detects a short circuit in the field winding of the rotary electric machine by comparing the decoded signal with the second detection signal sent from the signal acquisition unit.
  • the first detection signal and the first detection signal of different magnetic poles according to the magnetic flux are transmitted from the magnetic flux detector that detects the magnetic flux generated in the gap between the rotor and the stator of the rotating electric machine.
  • a signal acquisition unit that acquires as the detection signal of 2
  • a signal processing unit that frequency-analyzes the first detection signal and generates and decodes a voltage signal that matches the phase of the second detection signal
  • a signal processing unit that decodes the voltage signal. It is provided with a signal comparison unit that detects a short circuit in the field winding of the rotary electric machine by comparing the decoded signal to be generated with the second detection signal.
  • one detection signal corresponding to the magnetic flux is acquired from a magnetic flux detector that detects the magnetic flux generated in the gap between the rotor and the stator of the rotating electric machine, and the first detection signal is obtained.
  • a step of using the second detection signal, a step of frequency-analyzing the first detection signal to generate and decode a voltage signal simulating a sound voltage state, a decoded decoding signal, and a second It includes a step of detecting a short circuit in the field winding of a rotary electric machine by comparing it with a detection signal.
  • the first detection signal and the first detection signal of different magnetic poles according to the magnetic flux are transmitted from the magnetic flux detector that detects the magnetic flux generated in the gap between the rotor and the stator of the rotating electric machine.
  • the step of acquiring as the detection signal of 2, the step of frequency-analyzing the first detection signal, generating and decoding the voltage signal matching the phase of the second detection signal, the decoded decoding signal, and the second It is provided with a step of detecting a short circuit of the field winding of the rotary electric machine by comparing with the detection signal of.
  • one acquired detection signal is used as a first detection signal and a second detection signal, and a voltage simulating a sound state from the second detection signal and the first detection signal.
  • the short-circuit detection device generates and decodes a voltage signal that matches the phase of the second detection signal from the second detection signal and the first detection signal acquired by a magnetic pole different from the second detection signal. By comparing with the decoded signal, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of erroneous detection and short circuit due to preliminary measurement, and detect a short circuit of the field winding.
  • one acquired detection signal is used as a first detection signal and a second detection signal, and a voltage simulating a sound state from the second detection signal and the first detection signal.
  • the short-circuit detection method generates and decodes a voltage signal that matches the phase of the second detection signal from the second detection signal and the first detection signal acquired by a magnetic pole different from the second detection signal. By comparing with the decoded signal, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of erroneous detection and short circuit due to preliminary measurement, and detect a short circuit of the field winding.
  • FIG. It is a block diagram of the short circuit detection apparatus and the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a hardware block diagram of the short circuit detection apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. This is an example of a voltage waveform detected by the search coil according to the first embodiment.
  • This is an example of a flowchart of the short circuit detection method according to the first embodiment. It is an example of the figure which showed the graph of the frequency in each case of a healthy state, a short circuit time, and a simulated healthy state which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. This is an example of a flowchart of the short circuit detection method according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a rotary electric machine 200 to which the short-circuit detection device 100a and the short-circuit detection device 100a according to the present embodiment are applied.
  • a turbine generator is used for the rotary electric machine 200.
  • the rotary electric machine 200 includes a rotor 1 provided rotatably and a stator 2 provided outside the rotor 1.
  • the outer peripheral portion of the rotor 1 and the inner peripheral portion of the stator 2 face each other with the gap 3 interposed therebetween.
  • a plurality of rotor slots 5 are formed in the rotor core 4 of the rotor 1. Field windings connected in series are wound around the plurality of rotor slots 5.
  • the field winding is DC excited from an external power source so that the rotor core 4 is excited to two poles. As a result, two magnetic poles 6 are formed on the rotor core 4.
  • a plurality of stator slots 8 are formed in the stator core 7 of the stator 2.
  • a multi-phase winding 9 is wound around the plurality of stator slots 8.
  • the multi-phase winding 9 is AC-excited so that a rotating magnetic field is generated in the gap 3.
  • the rotary electric machine 200 shown in FIG. 1 is a two-pole generator having 32 rotor slots 5 and 84 stator slots 8.
  • the arrow A in the clockwise direction in FIG. 1 represents the rotation direction of the rotor 1.
  • a magnetic flux detector 10 for detecting the radial magnetic flux generated in the gap 3 between the rotor 1 and the stator 2 of the rotary electric machine 200 is fixedly provided in the portion of the stator 2 facing the gap 3.
  • the magnetic flux detector 10 is, for example, a search coil.
  • the main magnetic flux generated in the gap 3 and the leakage flux of the rotor slot 5 are interlinked with each other. Therefore, a voltage corresponding to the magnetic flux interlinking with the magnetic flux detector 10 is generated between the terminals at both ends of the magnetic flux detector 10.
  • the distribution of the magnetic flux interlinking with the magnetic flux detector 10 corresponds to the rotation angle of the rotor 1, and the search coil voltage signal corresponding to the amount of interlinkage magnetic flux is output from the magnetic flux detector 10.
  • a short circuit detection device 100a is connected to the magnetic flux detector 10.
  • the short circuit detection device 100a includes a signal acquisition unit 101, a signal processing unit 102a, and a signal comparison unit 103.
  • the signal acquisition unit 101 acquires the voltage waveform of the detection signal acquired by the magnetic flux detector 10.
  • the signal processing unit 102a uses the detection signal acquired from the signal acquisition unit 101 as the first detection signal to generate and output a decoding signal corresponding to the first detection signal.
  • the signal processing unit 102a includes a frequency analysis unit 11, a filter processing unit 12a, a simulated signal generation unit 13, and a signal decoding unit 14. The detailed processing of each part will be described later.
  • the signal comparison unit 103 has a difference voltage calculation unit 15 and a short circuit detection unit 16.
  • the signal comparison unit 103 uses the detection signal sent from the signal acquisition unit 101 to the signal comparison unit 103 as the second detection signal, the voltage waveform of the second detection signal, and the first detection decoded by the signal processing unit 102a.
  • the waveform of the difference from the voltage waveform of the signal decoding signal is calculated, and the short circuit of the field winding is detected from the calculated difference waveform.
  • the arrow B indicates the path of the signal excluding the short-circuit information
  • the arrow C indicates the path of the detection signal including the short-circuit information.
  • FIG. 2 is an example of a hardware configuration diagram of the short circuit detection device 100a according to the present embodiment.
  • the short-circuit detection device 100a includes a processor 300 and a storage device 400 as a hardware configuration.
  • the storage device 400 is composed of, for example, a memory in which a program describing a process corresponding to the function of the short circuit detection device 100a is stored.
  • the processor 300 realizes the function of the short-circuit detection device 100a by executing the program stored in the storage device 400.
  • the processor 300 is composed of a processor logically configured in a hardware circuit such as a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or an FPGA.
  • the plurality of processors 300 and the plurality of storage devices 400 may cooperate to realize the function of the short circuit detection device 100a.
  • FIG. 3A shows a case where the signal processing unit 102a according to the present embodiment simulates a sound state
  • FIG. 3B shows a rotary electric machine detected by the signal acquisition unit 101 according to the present embodiment.
  • the case of 200 three-phase short circuit is shown.
  • FIG. 3 (A1) is a waveform of the magnetic flux density when the signal processing unit 102a according to the present embodiment simulates a healthy state
  • FIG. 3 (A2) is a voltage waveform when simulating a healthy state. .. The process of simulating a healthy state will be described later.
  • FIG. 1 shows a case where the signal processing unit 102a according to the present embodiment simulates a sound state
  • FIG. 3B shows a rotary electric machine detected by the signal acquisition unit 101 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 (A1) is a waveform of the magnetic flux density when the signal processing unit 102a according to the present embodiment simulates a healthy state
  • FIG. 3 (A2) is a voltage waveform when simulating
  • FIG. 3 (B1) is a waveform of the magnetic flux density at the time of a short circuit detected by the signal acquisition unit 101 according to the present embodiment
  • FIG. 3 (B2) is a voltage waveform of the magnetic flux detector 10 detected at the time of a short circuit.
  • FIG. 3 (B3) is a waveform of the difference voltage between the voltage waveform at the time of short circuit and the voltage waveform at the time of simulating the sound state. The process for obtaining FIG. 3 (B3) will be described later.
  • the voltage waveform was obtained by electromagnetic field analysis, and for the sake of explanation, the figures showing the change in the void magnetic flux density at the rotation angle corresponding to the graph B1 are shown side by side.
  • the horizontal axis represents the rotation angle of the rotor 1.
  • the positional relationship of the rotor 1 of the rotary electric machine 200 shown in FIG. 1 is defined as a rotation angle of 0 deg.
  • the rotation angle of 90 deg is the center angle of the short-circuited magnetic pole in which the short circuit has occurred
  • the rotation angle of 270 deg is the center angle of the sound magnetic pole in which the short circuit has not occurred.
  • the short-circuit magnetic pole is indicated by an arrow Q.
  • the sound magnetic poles are indicated by arrows R.
  • the short-circuit slot the amount of field magnetic flux generated by the short-circuit was reduced as compared with the rotor slot 5 on the short-circuit magnetic pole side and the rotor slot 5 on the healthy magnetic pole side with different 180 deg phases around which the short circuit did not occur. A voltage decrease is seen.
  • the search coil voltage waveform including this short-circuit information will be described below.
  • FIG. 4 is a flowchart of the short circuit detection method according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a graph of frequencies in each of the cases of soundness, short circuit, and simulated soundness.
  • the horizontal axis of FIG. 5 is a component of each order included in the voltage waveform, and the vertical axis represents the voltage.
  • the order n (n 1, 2, 7)
  • n 1, 2, ...)
  • the first order is the order of the components that fluctuate once in one rotation of the rotor 1. This will be described with reference to FIG. 5 along the steps of the flowchart of FIG.
  • the signal acquisition unit 101 acquires the detection signal of the magnetic flux detector 10.
  • one detection signal is acquired and used as the first detection signal and the second detection signal.
  • the first detection signal is sent to the frequency analysis unit 11 included in the signal processing unit 102a.
  • the second detection signal is sent to the signal comparison unit 103.
  • the detection signal acquired and transmitted in step S10 includes short-circuit information.
  • step S11 of FIG. 4 the frequency analysis unit 11 frequency-analyzes the waveform of the first detection signal of the transmitted magnetic flux detector 10.
  • FIG. 5 (A) shows a graph of frequencies at the time of soundness.
  • FIG. 5B shows a graph of the frequency analysis result by the frequency analysis unit 11.
  • FIG. 5C shows a graph of the frequency at the time of simulated soundness.
  • FIG. 5 (B) is a result of frequency analysis of the voltage waveform of FIG. 3 (B2). From FIG. 5B, it can be seen that the order of the rotor slot 5 having a 49.5 deg pitch is the main component of the odd-order component. Further, it can be seen that the even-order components are significantly increased in FIG. 5 (B) as compared with FIG. 5 (A).
  • step S12 of FIG. 4 the filter processing unit 12a processes the amplitude based on the result of frequency analysis. Specifically, a filter process is performed in which at least one of the absolute values of the even-order components shown in FIG. 5B is sufficiently smaller than the absolute value of the odd-numbered components.
  • FIG. 5C is a frequency graph when filtering is performed from FIG. 5B to simulate a healthy state.
  • the absolute value of the even-order component is set to be sufficiently smaller than the absolute value of the odd-order component, but it may be set to 0 as long as it is close to the state at the time of soundness.
  • the absolute value of the even-order component smaller than the maximum value of the odd-order component which is the order of the rotor slot 5 may be sufficiently smaller than the absolute value of the odd-order component.
  • step S13 of FIG. 4 the simulated signal generation unit 13 generates a simulated voltage signal from the result of the filter processing obtained in step S12.
  • step S14 of FIG. 4 the signal decoding unit 14 performs decoding processing from the simulated voltage signal generated in step S13 by using, for example, an inverse Fourier transform. Decoding the absolute value of the simulated healthy frequency analysis result shown in FIG. 5 (C) and the phase of the short-circuited frequency analysis result shown in FIG. 5 (B) into the simulated healthy voltage waveform shown in FIG. 4 (A2). Perform processing. In the series of decoding processes, the phases of the voltage waveforms are not deviated from each other. This is clear from the fact that the waveform of the magnetic flux density of FIG. 3 (A1) obtained by integrating FIG. 3 (A2) shows the same phase as the waveform of the magnetic flux density of FIG. 3 (B1).
  • the number of samplings can be arbitrarily set during the decoding process. Even when a plurality of voltage waveforms are acquired, sampling data having the same rotation angle can be obtained. From FIG. 3 (A2), it can be seen that no decrease in voltage is observed at the rotation angle corresponding to the short-circuit slot seen in FIG. 3 (B2). That is, it can be said that FIG. 3 (A2) simulates a state in which a short circuit does not occur.
  • the signal decoding unit 14 sends the simulated result to the difference voltage calculation unit 15 of the signal comparison unit 103.
  • step S15 of FIG. 4 the difference voltage calculation unit 15 calculates the difference voltage between the transmitted decoding signal and the second detection signal sent from the signal acquisition unit 101. That is, the difference shown in FIG. 3 (B3) is obtained by removing the short-circuit information from the voltage waveform of FIG. 3 (B2) including the short-circuit information and dividing the voltage waveform of FIG. 3 (A2) simulating the sound state. Obtain a voltage waveform. The magnitude of the difference voltage is derived from the even-order component processed by the filter processing unit 12a.
  • step S16 of FIG. 4 the short circuit detection unit 16 detects a short circuit from the difference voltage waveform obtained in step S15.
  • a rotation angle of 360 deg, for example, from FIG. 3 (B3) two pairs of short-circuit slots T are detected. Comparing the voltage waveform at the detected rotation angle in FIG. 3 (B3) with FIG. 3 (B2), it can be seen that the pair in which the voltage is reduced is a true short-circuit slot.
  • FIG. 6 is a graph showing a difference voltage waveform for each angle error and a graph showing a difference voltage error for each angle error.
  • FIGS. 6A, 6B, and 6C the difference voltage waveform between the voltage waveform on the short-circuit magnetic pole side and the voltage waveform on the healthy magnetic pole side having different 180 deg rotation angles is obtained according to the angle error between the two. is there.
  • FIG. 6A is a graph showing the difference voltage waveform when there is no angle error.
  • FIG. 6B is a graph showing the difference voltage waveform when the angle error is 0.1 deg.
  • FIG. 6C is a graph when the angle error is 0.2 deg.
  • 6 (D) is a graph showing the relationship between the angle error and the difference voltage error from FIGS. 6 (A) to 6 (C).
  • the error Z1 of the generated difference voltage shows 0.5V. Since the error Z1 of the difference voltage is sufficiently small with respect to the signal level of 3.5 V in the short-circuit slot, it is considered that the possibility of erroneous detection is low.
  • the error Z2 of the generated difference voltage exceeds about 5.0 V. Therefore, it is highly likely that the short circuit detection will be erroneously detected.
  • the difference voltage error Z3 is approximately 100V. Therefore, it is considered that there is a higher possibility that the short circuit detection is erroneously detected. From FIG. 6D, it can be said that when an angle error occurs, the error of the difference voltage increases approximately proportionally. From FIGS. 6 (A) to 6 (D), it is considered that the angle error must be 0.01 deg or less in order to make the difference voltage error 0.5 V or less.
  • the absolute value of the even-numbered component is made sufficiently smaller than the absolute value of the even-numbered component, but the absolute value of the even-numbered component is kept as it is and is odd. It is also possible to make the absolute value of the next component significantly different from the absolute value of the even order component, for example, 1000 times.
  • one acquired detection signal is used as a first detection signal and a second detection signal, and a voltage signal generated by simulating a healthy state from the first detection signal and a second detection signal. Since the comparison with the detection signal of No. 2 is performed, preliminary measurement is not required, and measurement error due to a change in operating conditions can be suppressed. It is possible to suppress measurement errors and accurately detect the number of short circuits and the location of short circuits.
  • the short circuit can be detected accurately without causing an error of the difference voltage due to an error of the time axis and the rotation angle. Since it is not necessary to shorten the sampling time to be measured in order to reduce the phase shift, the amount of data can be reduced and the storage device and the communication device can be miniaturized. As the data capacity is reduced, long-term monitoring becomes possible.
  • Embodiment 2 The difference between the short-circuit detection device according to the first embodiment and the short-circuit detection device according to the second embodiment is the difference in the voltage signal to be decoded.
  • a short circuit is detected by comparing the voltage value of the voltage signal decoded by simulating a healthy state with the measured voltage value.
  • the voltage value of the voltage signal decoded so as to match the phase with the measured voltage value is compared with the measured voltage value to detect a short circuit.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a rotary electric machine 200 to which the short-circuit detection device 100b and the short-circuit detection device 100b according to the present embodiment are applied.
  • a turbine generator is used for the rotary electric machine 200.
  • a short circuit detection device 100b is connected to the magnetic flux detector 10.
  • the short circuit detection device 100b includes a signal acquisition unit 101, a signal processing unit 102b, and a signal comparison unit 103. Similar to the first embodiment, the signal acquisition unit 101 acquires the first detection signal from the magnetic flux detector 10. In the present embodiment, a second detection signal of a magnetic pole different from the first detection signal is further acquired.
  • the signal processing unit 102b generates and outputs a decoding signal corresponding to the first detection signal acquired from the signal acquisition unit 101.
  • the signal processing unit 102b includes a frequency analysis unit 11, a filter processing unit 12b, a voltage signal generation unit 23, and a signal decoding unit 14. The detailed processing of each part will be described later.
  • the arrow D indicates a short-circuit information path including information on the short-circuit location.
  • FIG. 8 is a flowchart of the short circuit detection method according to the present embodiment. This will be described with reference to the steps in the flowchart of FIG.
  • the signal acquisition unit 101 acquires a detection signal from the magnetic flux detector 10 in the same manner as in step S10 of FIG. 4 of the first embodiment. At this time, the detection signals of different magnetic poles are acquired and used as the first detection signal and the second detection signal.
  • the first detection signal is sent to the frequency analysis unit 11 included in the signal processing unit 102b. Further, the second detection signal is sent to the signal comparison unit 103. Further, the phase information of the second detection signal is sent to the filter processing unit 12b of the signal processing unit 102b.
  • step S21 of FIG. 8 the frequency analysis unit 11 frequency-analyzes the waveform of the first detection signal of the sent magnetic flux detector 10.
  • the determined result is sent to the short circuit detection unit 16 as short circuit information D.
  • step S22 of FIG. 8 the filter processing unit 12b performs processing with respect to the phase based on the result of frequency analysis. Specifically, a process of shifting the phase of each order of the first detection signal so as to match the phase of the second detection signal is performed. In the filter processing unit 12b according to the present embodiment, the phase is shifted, but the absolute value of each order is not changed.
  • step S23 of FIG. 8 the voltage signal generation unit 23 generates a voltage signal from the result of the filter processing obtained in step S22.
  • step S24 of FIG. 8 the signal decoding unit 14 performs decoding processing from the voltage signal generated in step S23 by using, for example, an inverse Fourier transform. At the time of decoding, the decoding process is performed according to the sampling number of the second detection signal. The signal decoding unit 14 sends the decoded result to the difference voltage calculation unit 15 of the signal comparison unit 103.
  • step S25 of FIG. 8 the difference voltage calculation unit 15 calculates the difference voltage between the decoded first detection signal and the second detection signal sent from the signal acquisition unit 101. That is, it is possible to obtain a difference voltage between the first voltage signal having the same phase and the second voltage signal.
  • the short circuit detection unit 16 detects a short circuit from the difference voltage waveform and the short circuit information D obtained in step S25.
  • the short circuit can be detected as compared with the state at the time of sound, as in the first embodiment.
  • the short circuit can be detected by comparing the location including the location where the short circuit occurs.
  • step S20 the second detection signal of the magnetic pole different from the first detection signal is acquired.
  • the detection signal in which no short circuit has occurred is acquired as the first detection signal. You may.
  • the detection signal in which a short circuit has not occurred may be held in advance in, for example, a signal recording device connected to the signal acquisition unit 101, and the signal acquisition unit 101 may acquire the detection signal from the signal recording device.
  • the short-circuit detection device 100b as in the first embodiment, even if the detection timings of the two voltages by the magnetic flux detector 10 are different, decoding is performed so that the phases of the two voltages match. Measurement is not required, and the adverse effect of load fluctuation can be avoided.
  • first and second embodiments have been described as examples of the present disclosure, the present disclosure is not limited to the respective configurations of the first and second embodiments, and is carried out within a range not deviating from the purpose of the present disclosure. It is possible to appropriately combine the respective configurations of the first and second forms, to add some modifications to each configuration, and to partially omit each configuration.

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Abstract

本開示は、予備測定による誤検知及び短絡の検知精度の低下を抑制し、より精度良く界磁巻線の短絡を検知することができる短絡検知装置及び短絡検知方法を得ることを目的とする。　本開示に係る短絡検知装置は、回転電機（２００）の回転子（１）と固定子（２）との間の空隙（３）に発生する磁束を検知する磁束検知器（１０）から磁束に応じた１つの検知信号を取得し、第１の検知信号及び第２の検知信号とする信号取得部（１０１）と、第１の検知信号を周波数分析し、健全時の電圧状態を模擬した電圧信号を生成して復号する信号処理部（１０２ａ）と、信号処理部（１０２ａ）で復号される復号信号（１０１）と、信号取得部（１０１）から送られた第２の検知信号とを比較することにより、回転電機（２００）の界磁巻線の短絡を検知する信号比較部（１０３）と、を備えている。

Description

短絡検知装置及び短絡検知方法
　本開示は、回転電機の界磁巻線の短絡を検知する短絡検知装置及び短絡検知方法に関する。
　回転電機の一例であるタービン発電機の界磁巻線の短絡を検知する装置として、回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知するサーチコイル等の磁束検知器によって、界磁巻線の短絡に起因した界磁磁束の変化を検知する装置が提案されている。界磁巻線の短絡を検知する装置は、回転子の２つの磁極のうちの、短絡が生じていない一方の磁極である健全磁極に対して、短絡が生じている他方の磁極である短絡磁極では、界磁巻線の巻数の減少によって界磁磁束量が減少するといった特性を利用している。
　短絡検知装置には、短絡が生じ減少した界磁磁束量を、予め短絡が生じていない時に取得した界磁磁束量である健全時界磁磁束量と比較することで、短絡の発生を検知するように構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
　また別の短絡検知装置は、１８０ｄｅｇ回転角度の異なる２つの磁極で取得した界磁磁束量同士を比較することで、短絡の発生を検知するように構成されていた（例えば、特許文献２参照）。
特開２００９－２１３３４６号公報 米国特許第８７８１７６５号明細書
　しかしながら、このような従来技術では、界磁磁束波形の角度誤差による差電圧の誤差と、界磁巻線の短絡が発生したことで生じる界磁磁束の減少による差との判別がつくように、角度誤差を抑制するために、予備測定する必要があった。予備測定では、運転条件の変化による負荷変動の悪影響を受けやすく、誤検知及び短絡の検知精度の低下につながりやすかった。
　本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、予備測定による誤検知及び短絡の検知精度の低下を抑制し、より精度良く界磁巻線の短絡を検知することができる短絡検知装置及び短絡検知方法を得ることを目的とする。
　本開示に係る短絡検知装置は、回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から磁束に応じた１つの検知信号を取得し、第１の検知信号及び第２の検知信号とする信号取得部と、第１の検知信号を周波数分析し、健全時の電圧状態を模擬した電圧信号を生成して復号する信号処理部と、信号処理部で復号される復号信号と、信号取得部から送られた第２の検知信号とを比較することにより、回転電機の界磁巻線の短絡を検知する信号比較部と、を備えている。
　本開示に係る短絡検知装置は、回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から磁束に応じた異なる磁極の検知信号を第１の検知信号及び第２の検知信号として取得する信号取得部と、第１の検知信号を周波数分析し、第２の検知信号の位相と一致する電圧信号を生成して復号する信号処理部と、信号処理部で復号される復号信号と、第２の検知信号とを比較することにより、回転電機の界磁巻線の短絡を検知する信号比較部と、を備えている。
　本開示に係る短絡検知方法は、回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から磁束に応じた１つの検知信号を取得し、第１の検知信号及び第２の検知信号とするステップと、第１の検知信号を周波数分析し、健全時の電圧状態を模擬した電圧信号を生成して復号するステップと、復号された復号信号と、第２の検知信号とを比較することにより、回転電機の界磁巻線の短絡を検知するステップと、を備えている。
　本開示に係る短絡検知方法は、回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から磁束に応じた異なる磁極の検知信号を第１の検知信号及び第２の検知信号として取得するステップと、第１の検知信号を周波数分析し、第２の検知信号の位相と一致する電圧信号を生成して復号するステップと、復号された復号信号と、第２の検知信号とを比較することにより、回転電機の界磁巻線の短絡を検知するステップと、を備えている。
　本開示に係る短絡検知装置は、取得した１つの検知信号を第１の検知信号及び第２の検知信号とし、第２の検知信号と、第１の検知信号から健全時の状態を模擬した電圧信号を生成し復号した復号信号とを比較することにより、予備測定による誤検知及び短絡の検知精度の低下を抑制し、界磁巻線の短絡を検知することができる。
　本開示に係る短絡検知装置は、第２の検知信号と、第２の検知信号と異なる磁極で取得した第１の検知信号から、第２の検知信号の位相に合わせた電圧信号を生成し復号した復号信号とを比較することにより、予備測定による誤検知及び短絡の検知精度の低下を抑制し、界磁巻線の短絡を検知することができる。
　本開示に係る短絡検知方法は、取得した１つの検知信号を第１の検知信号及び第２の検知信号とし、第２の検知信号と、第１の検知信号から健全時の状態を模擬した電圧信号を生成し復号した復号信号とを比較することにより、予備測定による誤検知及び短絡の検知精度の低下を抑制し、界磁巻線の短絡を検知することができる。
　本開示に係る短絡検知方法は、第２の検知信号と、第２の検知信号と異なる磁極で取得した第１の検知信号から、第２の検知信号の位相に合わせた電圧信号を生成し復号した復号信号とを比較することにより、予備測定による誤検知及び短絡の検知精度の低下を抑制し、界磁巻線の短絡を検知することができる。
実施の形態１に係る短絡検知装置及び回転電機の構成図である。 実施の形態１に係る短絡検知装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係るサーチコイルによって検知される電圧波形の例である。 実施の形態１に係る短絡検知方法のフローチャート図の例である。 実施の形態１に係る健全時、短絡時及び模擬健全時の各場合の周波数のグラフを示した図の例である。 実施の形態１に係る角度誤差ごとの差電圧波形を表したグラフ図、及び角度誤差ごとの差電圧を表したグラフ図の例である。 実施の形態２に係る短絡検知装置及び回転電機の構成図である。 実施の形態２に係る短絡検知方法のフローチャート図の例である。
　実施の形態１．
　図１は、本実施の形態に係る短絡検知装置１００ａ及び短絡検知装置１００ａが適用される回転電機２００の構成図である。本実施の形態では、例として、回転電機２００にはタービン発電機を用いる。
　まず、回転電機２００の構成について説明する。
　図１に示すように、回転電機２００は、回転自在に設けられた回転子１及び回転子１の外側に設けられた固定子２を備えている。回転子１の外周部と、固定子２の内周部とは、空隙３を介して対向している。回転子１の回転子鉄心４には、複数の回転子スロット５が形成されている。複数の回転子スロット５には、直列接続された界磁巻線が巻かれている。
　界磁巻線は、回転子鉄心４が２極に励磁されるように外部電源から直流励磁されている。これにより、回転子鉄心４には、２つの磁極６が形成されることとなる。
　固定子２の固定子鉄心７には、複数の固定子スロット８が形成されている。複数の固定子スロット８には、多相巻線９が巻かれている。多相巻線９は、空隙３に回転磁界が生じるように交流励磁されている。
　図１に示す回転電機２００は、３２個の回転子スロット５と、８４個の固定子スロット８とを有する２極の発電機である。図１の時計周り方向の矢印Ａは、回転子１の回転方向を表している。
　固定子２のうち空隙３に面した部分には、回転電機２００の回転子１と固定子２との間の空隙３に発生する径方向の磁束を検知する磁束検知器１０が固定して設けられている。磁束検知器１０は、例えばサーチコイルである。磁束検知器１０には、空隙３に発生する主磁束及び回転子スロット５の漏れ磁束が鎖交する。このため、磁束検知器１０の両端の端子間には、磁束検知器１０に鎖交する磁束に応じた電圧が発生する。磁束検知器１０に鎖交する磁束の分布は、回転子１の回転角度に対応して、鎖交磁束量に応じたサーチコイル電圧信号が磁束検知器１０から出力される。
　磁束検知器１０には、短絡検知装置１００ａが接続されている。短絡検知装置１００ａは、信号取得部１０１、信号処理部１０２ａ及び信号比較部１０３を備える。
　信号取得部１０１は、磁束検知器１０で取得した検知信号の電圧波形を取得する。
　信号処理部１０２ａは、信号取得部１０１から取得した検知信号を第１の検知信号として、第１の検知信号に対応する復号信号を生成して出力する。信号処理部１０２ａは、周波数分析部１１、フィルタ処理部１２ａ、模擬信号生成部１３及び信号復号部１４を有している。各部の詳細な処理については後述する。
　信号比較部１０３は、差電圧演算部１５及び短絡検知部１６を有している。
　信号比較部１０３は、信号取得部１０１から信号比較部１０３に送られる検知信号を第２の検知信号とした第２の検知信号の電圧波形と、信号処理部１０２ａで復号される第１の検知信号の復号信号の電圧波形との差分の波形を算出し、算出した差分の波形から、界磁巻線の短絡を検知する。各部の詳細な処理については後述する。
　また、矢印Ｂは、短絡情報を除いた信号の経路を示しており、矢印Ｃは、短絡情報を含む検知信号の経路を示している。
　図２は、本実施の形態における短絡検知装置１００ａのハードウェア構成図の例である。
　図２に示すように、短絡検知装置１００ａは、ハードウェア構成として、プロセッサ３００及び記憶装置４００を備える。
　記憶装置４００は、例えば、短絡検知装置１００ａの機能に対応する処理を記述したプログラムが記憶されたメモリによって構成される。プロセッサ３００は、記憶装置４００に記憶されたプログラムを実行することにより、短絡検知装置１００ａの機能を実現する。プロセッサ３００は、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡなどのハードウェア回路に論理構成されたプロセッサによって構成される。なお、複数のプロセッサ３００及び複数の記憶装置４００が連携して短絡検知装置１００ａの機能を実現してもよい。
　次に、磁束検知器１０によって検知される電圧波形の例について図３を用いて説明する。
　図３（Ａ）は、本実施の形態に係る信号処理部１０２ａによって健全時を模擬した場合を示し、図３（Ｂ）は、本実施の形態に係る信号取得部１０１によって検知された回転電機２００の三相短絡時の場合を示している。
　図３（Ａ１）は、本実施の形態に係る信号処理部１０２ａによって健全時を模擬した場合の磁束密度の波形であり、図３（Ａ２）は、健全時を模擬した場合の電圧波形である。健全時を模擬する処理については、後述する。
　図３（Ｂ１）は、本実施の形態に係る信号取得部１０１によって検知された短絡時の磁束密度の波形であり、図３（Ｂ２）は、短絡時に検知される磁束検知器１０の電圧波形である。また、図３（Ｂ３）は、短絡時の電圧波形と健全時を模擬した場合の電圧波形の差電圧の波形である。図３（Ｂ３）を求める処理については、後述する。
　なお、電圧波形は電磁界解析によって得られたものであり、説明のためにグラフＢ１に対応する回転角度での空隙磁束密度の変化を示す図を並べて示す。
　図３で示される各グラフ図では、横軸は回転子１の回転角度を示している。
　また、図１で示される回転電機２００の回転子１の位置関係を、回転角度０ｄｅｇとする。
　回転角度９０ｄｅｇは、短絡が発生した短絡磁極の中心角度であり、回転角度２７０ｄｅｇは、短絡が発生していない健全磁極の中心角度である。各磁極中心を対称として、各磁極６において１６個ずつの回転子スロット５の漏れ磁束に対応した電圧変動が見られる。２つで一対の回転子スロット５に跨って巻回される界磁巻線では、漏れ磁束の方向が磁極中心に対して対称関係にあるため、図３（Ｂ２）の電圧波形は、磁極中心に対して回転対称形となっている。図３（Ｂ２）では、短絡磁極中心付近に短絡の発生した界磁巻線が巻回された一対の回転子スロット５である短絡スロットの位置を、矢印Ｓで示している。
　また、図３（Ｂ１）では、短絡磁極を矢印Ｑで示している。図３（Ａ１）、図３（Ｂ１）及び図３（Ｂ２）では、健全磁極を矢印Ｒで示している。
　短絡スロットでは、短絡の発生していない周囲の短絡磁極側の回転子スロット５及び１８０ｄｅｇ位相の異なる健全磁極側の回転子スロット５と比べて、短絡によって生じた界磁磁束量の減少に応じた電圧減少が見られる。この短絡情報を含んだサーチコイル電圧波形を用いて、以下では本実施の形態に係る短絡検知方法を説明する。
　図４は、本実施の形態に係る短絡検知方法のフローチャート図である。また、図５は、健全時、短絡時及び模擬健全時の各場合の周波数のグラフを示した図である。図５の横軸は、電圧波形に含まれる各次数の成分であり、縦軸は、電圧を示している。
　なお、ここでいう次数ｎ（ｎ＝１，２，…）とは、回転子１の１回転分でｎ回変動する成分である。例えば、１次は、回転子１の１回転分で１回変動する成分の次数である。
　図４のフローチャート図のステップに沿って、図５を用いながら説明する。
　図４のステップＳ１０では、信号取得部１０１が、磁束検知器１０の検知信号を取得する。この際、１つの検知信号を取得し、第１の検知信号及び第２の検知信号とする。第１の検知信号は、信号処理部１０２ａが有する周波数分析部１１に送る。第２の検知信号は、信号比較部１０３に送る。ステップＳ１０で取得し送られる検知信号は、短絡情報を含んでいる。
　図４のステップＳ１１では、周波数分析部１１が、送られてきた磁束検知器１０の第１の検知信号の波形を周波数分析する。図５（Ａ）は、健全時の周波数のグラフを示している。図５（Ｂ）は、周波数分析部１１による周波数分析結果のグラフを示している。図５（Ｃ）は、模擬健全時の周波数のグラフを示している。
　また、図５（Ｂ）は、図３（Ｂ２）の電圧波形を周波数分析した結果である。
　図５（Ｂ）より、４９．５ｄｅｇピッチの回転子スロット５の次数を奇数次成分の主成分とすることが分かる。また、図５（Ａ）と比べ、図５（Ｂ）は、偶数次成分が大きく増加していることが分かる。
　図４のステップＳ１２では、フィルタ処理部１２ａが、周波数分析した結果から振幅に関して処理をする。具体的には、図５（Ｂ）の偶数次成分の絶対値の少なくとも１つを、奇数次成分の絶対値に対して十分に小さくするフィルタ処理を行う。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）からフィルタ処理を行い、健全時を模擬した場合の周波数グラフである。
　フィルタ処理では、偶数次成分の絶対値を奇数次成分の絶対値に対して十分小さくするとしたが、健全時の状態に近くなればよく、例えば０にしてもよい。また、回転子スロット５の次数である奇数次成分の最大値よりも小さな偶数次成分の絶対値を奇数次成分の絶対値よりも十分に小さくしてもよい。偶数次成分を小さくすることで、健全時を模擬することができる。
　図４のステップＳ１３では、模擬信号生成部１３が、ステップＳ１２で求めたフィルタ処理の結果から、模擬電圧信号を生成する。
　図４のステップＳ１４では、信号復号部１４が、ステップＳ１３で生成された模擬電圧信号から、例えば、逆フーリエ変換を使って復号処理を行う。図５（Ｃ）で示す模擬健全時周波数分析結果の絶対値と、図５（Ｂ）で示す短絡時の周波数分析結果の位相から、図４（Ａ２）で示す模擬健全時の電圧波形に復号処理を行う。一連の復号処理では、電圧波形の位相は互いにずれのないものとなっている。これは、図３（Ａ２）を積分して得られる図３（Ａ１）の磁束密度の波形が、図３（Ｂ１）の磁束密度の波形と同じ位相を示していることからも明らかである。
　また、復号処理時、サンプリング数は任意に設定可能である。複数の電圧波形を取得した場合であっても、同一回転角度のサンプリングデータを得ることができる。図３（Ａ２）より、図３（Ｂ２）で見られた短絡スロットに相当する回転角度において、電圧の減少が見られないことが分かる。つまり、図３（Ａ２）は、短絡が発生していない状態を模擬しているといえる。
　模擬した結果を、信号復号部１４は、信号比較部１０３の差電圧演算部１５に送る。
　図４のステップＳ１５では、差電圧演算部１５が、送られた復号信号と、信号取得部１０１から送られた第２の検知信号との差電圧を算出する。つまり、短絡情報を含んだ図３（Ｂ２）の電圧波形から、短絡情報を除去し、健全時を模擬した図３（Ａ２）の電圧波形を除算することで、図３（Ｂ３）で示す差電圧波形を得る。
　差電圧の大きさは、フィルタ処理部１２ａで処理した偶数次成分に由来するものである。
　図４のステップＳ１６では、短絡検知部１６が、ステップＳ１５で求めた差電圧波形から、短絡を検知する。回転角度３６０ｄｅｇにおいて、例えば、図３（Ｂ３）からは、２対の短絡スロットＴを検知する。図３（Ｂ３）の検知された回転角度における電圧波形と、図３（Ｂ２）とを比較し、電圧が減少した一対が真の短絡スロットであることが分かる。
　次に、短絡を検知するにあたり、回転角度の角度誤差の影響について述べる。図６は、角度誤差ごとの差電圧波形を表したグラフ図、及び角度誤差ごとの差電圧誤差を表したグラフ図である。
　図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）では、短絡磁極側の電圧波形と、１８０ｄｅｇ回転角度が異なる健全磁極側の電圧波形との差電圧波形を、両者の角度誤差に応じて求めたものである。
　図６（Ａ）は、角度誤差が無い場合における差電圧波形を求めたグラフ図である。
　図６（Ｂ）は、角度誤差が０．１ｄｅｇである場合における差電圧波形を求めたグラフ図である。
　図６（Ｃ）は、角度誤差が０．２ｄｅｇである場合におけるグラフ図である。
　図６（Ｄ）は、図６（Ａ）～（Ｃ）より、角度誤差と差電圧の誤差との関係を表すグラフ図である。
　図６（Ａ）では、発生している差電圧の誤差Ｚ１が、０．５Ｖを示している。差電圧の誤差Ｚ１は、短絡スロットでの信号レベル３．５Ｖに対して十分小さいため、誤検知する可能性は低いと考えられる。
　図６（Ｂ）では、発生している差電圧の誤差Ｚ２が、およそ５．０Ｖを超える。したがって、短絡検知を誤検知する可能性が高いと考えられる。
　図６（Ｃ）では、差電圧の誤差Ｚ３が、およそ１００Ｖとなる。したがって、短絡検知を誤検知する可能性がさらに高いと考えられる。
　図６（Ｄ）より、角度誤差が発生すると、およそ比例して差電圧の誤差が大きくなるといえる。図６（Ａ）～（Ｄ）から、差電圧の誤差を０．５Ｖ以下とするには、角度誤差を０．０１ｄｅｇ以下にしなければならないと考えられる。
　図６より、角度誤差を０．０１ｄｅｇ以下に保つためには、５０Ｈｚでは、０．５μｓｅｃに相当する時間精度である。また、直径１．４ｍの回転子直径では、０．１ｍｍに相当する位置精度である。したがって、角度誤差を０．０１ｄｅｇに保つことは難しく、角度誤差及び時間軸の誤差による位相のずれを小さくするのは困難であると考えられる。
　一方、本実施の形態では、取得した電圧信号と復号した電圧信号との位相は保たれているため、角度誤差が生じない。
　したがって、本実施の形態では、位相のずれを小さくするように位置精度を保つ必要がなく、短絡を検知することができる。
　また、本実施の形態に係るフィルタ処理部１２ａでは、偶数次成分の絶対値を奇数次成分の絶対値に比べて十分に小さくする、としたが、偶数次成分の絶対値をそのままに、奇数次成分の絶対値を例えば１０００倍といったように、偶数次成分の絶対値と大きく差が出るようにする、といった方法でもよい。
　上述のように、本実施の形態では、取得した１つの検知信号を第１の検知信号と第２の検知信号とし、第１の検知信号から健全時を模擬して生成した電圧信号と、第２の検知信号とを比較するため、予備測定が必要なく、運転条件の変化による測定誤差を抑制することができる。測定誤差を抑制し、短絡発生数及び短絡箇所を正確に検知することができる。
　また、時間軸及び回転角度の誤差による差電圧の誤差を生じることなく、正確に短絡を検知することができる。
　位相のずれを小さくするために、測定するサンプリング時間を短くする必要がないため、データ量が削減でき、記憶装置及び通信装置を小型化することができる。データ容量の削減に伴い、長期間の監視が可能となる。
　実施の形態２．
　実施の形態１に係る短絡検知装置と、実施の形態２に係る短絡検知装置との相違点は、復号する電圧信号の違いである。
　実施の形態１では、健全時を模擬して復号した電圧信号の電圧値と、測定した電圧値を比較して短絡を検知する。一方、実施の形態２では、測定した電圧値と位相が一致するように復号した電圧信号の電圧値と、測定した電圧値と比較して短絡を検知する。
　なお、以下では、実施の形態１と実施の形態２との相違点のみ説明し、同一又は、対応する部分についての説明は省略する。符号についても、実施の形態１と同一又は相当部分は同一符号とし、説明を省略する。
　図７は、本実施の形態に係る短絡検知装置１００ｂ及び短絡検知装置１００ｂが適用される回転電機２００の構成図である。本実施の形態では、例として、回転電機２００にはタービン発電機を用いる。
　磁束検知器１０には、短絡検知装置１００ｂが接続されている。短絡検知装置１００ｂは、信号取得部１０１、信号処理部１０２ｂ及び信号比較部１０３を備える。
　実施の形態１と同様に、信号取得部１０１は、磁束検知器１０から、第１の検知信号を取得する。本実施の形態では、さらに、第１の検知信号とは異なる磁極の第２の検知信号を取得する。
　信号処理部１０２ｂは、信号取得部１０１から取得する第１の検知信号に対応する復号信号を生成して出力する。信号処理部１０２ｂは、周波数分析部１１、フィルタ処理部１２ｂ、電圧信号生成部２３及び信号復号部１４を有している。各部の詳細な処理については後述する。
　矢印Ｄは、短絡箇所の情報を含んだ短絡情報の経路を示している。
　図８は、本実施の形態に係る短絡検知方法のフローチャート図である。
　図８のフローチャート図のステップに沿って説明する。
　図８のステップＳ２０では、実施の形態１の図４のステップＳ１０と同様に、信号取得部１０１が、磁束検知器１０から検知信号を取得する。この際、異なる磁極の検知信号を取得し、第１の検知信号及び第２の検知信号とする。第１の検知信号は、信号処理部１０２ｂが有する周波数分析部１１に送る。また、第２の検知信号は、信号比較部１０３に送る。さらに、第２の検知信号の位相情報を信号処理部１０２ｂが有するフィルタ処理部１２ｂに送る。
　図８のステップＳ２１では、周波数分析部１１が、送られてきた磁束検知器１０の第１の検知信号の波形を周波数分析する。周波数分析した際、第１の検知信号が、短絡しているか否かを判別する。つまり、第１の検知信号の周波数分析結果の偶数次成分の絶対値が、奇数次成分の絶対値よりも大きければ短絡している状態であり、十分に小さければ、健全時である、と判別する。判別した結果を短絡情報Ｄとして、短絡検知部１６に送る。
　図８のステップＳ２２では、フィルタ処理部１２ｂが、周波数分析した結果から位相に関して処理を行う。具体的には、第１の検知信号の各次数の位相を、第２の検知信号の位相と一致するようにシフトする処理を行う。本実施の形態に係るフィルタ処理部１２ｂでは、位相のシフトはするが、各次数の絶対値は変えないようにする。
　図８のステップＳ２３では、電圧信号生成部２３が、ステップＳ２２で求めたフィルタ処理の結果から電圧信号を生成する。
　図８のステップＳ２４では、信号復号部１４が、ステップＳ２３で生成された電圧信号から、例えば逆フーリエ変換を使って復号処理を行う。復号時、第２の検知信号のサンプリング数に合わせて復号処理を行う。信号復号部１４は、復号した結果を信号比較部１０３の差電圧演算部１５に送る。
　図８のステップＳ２５では、差電圧演算部１５が、復号された第１の検知信号と、信号取得部１０１から送られた第２の検知信号との差電圧を算出する。つまり、位相が一致した第１の電圧信号と、第２の電圧信号との差電圧を得ることができる。
　図８のステップＳ２６では、短絡検知部１６は、ステップＳ２５で求めた差電圧波形及び短絡情報Ｄから、短絡を検知する。第１の検知信号に短絡が発生していない場合、実施の形態１と同様に、健全時の状態と比較して短絡を検知することができる。第１の検知信号に短絡が発生している場合、どの箇所で短絡が生じているかを含めて比較し、短絡を検知することができる。
　本実施の形態では、ステップＳ２０では、第１の検知信号と異なる磁極の第２の検知信号を取得する、としたが、例えば、短絡が発生していない検知信号を第１の検知信号として取得してもよい。また、短絡が発生していない検知信号は、例えば、信号取得部１０１に接続された信号記録装置にあらかじめ保持されており、信号取得部１０１は、信号記録装置から取得するようにしてもよい。
　本実施の形態に係る短絡検知装置１００ｂでは、実施の形態１と同様に、磁束検知器１０による２つの電圧の検出タイミングが異なっていても、両者の位相を一致させるように復号するため、予備測定が不要となり、負荷変動の悪影響を回避することができる。
　そして、回転子スロットの次数及び検知信号を積分した磁束密度の主磁束の次数で位相を合わせることが可能であるため、差電圧の誤差を抑制した上で比較することができ、精度良く界磁巻線の短絡を検知することが可能となる。
　また、時間精度及び空間精度が細かいように容量の大きな信号データを取得する必要がない。
　なお、本開示の実施例として実施の形態１及び２を説明したが、本開示は実施の形態１及び２の各構成に限定されるものではなく、本開示の趣旨に逸脱しない範囲において、実施の形態１及び２の各構成を適宜組み合わせたり、各構成に一部変形を加えたり、各構成を一部省略することが可能である。
　１００ａ、１００ｂ　短絡検知装置
　２００　回転電機
　１　回転子
　２　固定子
　３　空隙
　４　回転子鉄心
　５　回転子スロット
　６　磁極
　７　固定子鉄心
　８　固定子スロット
　９　多相巻線
　１０　磁束検知器
　１１　周波数分析部
　１２ａ、１２ｂ　フィルタ処理部
　１３　模擬信号生成部
　１４　信号復号部
　１５　差電圧演算部
　１６　短絡検知部
　２３　電圧信号生成部
　１０１　信号取得部
　１０２ａ、１０２ｂ　信号処理部
　１０３　信号比較部

Claims (8)

  1. 　回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から前記磁束に応じた１つの検知信号を取得し、第１の検知信号及び第２の検知信号とする信号取得部と、
    　前記第１の検知信号を周波数分析し、健全時の電圧状態を模擬した電圧信号を生成して復号する信号処理部と、
    　前記信号処理部で復号される復号信号と、前記信号取得部から送られた前記第２の検知信号とを比較することにより、前記回転電機の界磁巻線の短絡を検知する信号比較部と、
    を備えた短絡検知装置。
  2. 　前記信号処理部は、前記第１の検知信号を周波数分析した結果の偶数次成分の絶対値の少なくとも一つを奇数次成分の絶対値よりも小さくする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の短絡検知装置。
  3. 　前記偶数次成分のうち、前記回転子のスロットの次数である前記奇数次成分の最大値よりも小さな前記偶数次成分の前記絶対値を前記奇数次成分よりも小さくする
    　ことを特徴とする請求項２に記載の短絡検知装置。
  4. 　前記偶数次成分の前記絶対値を０とする
    　ことを特徴とする請求項２に記載の短絡検知装置。
  5. 　回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から前記磁束に応じた異なる磁極の検知信号を第１の検知信号及び第２の検知信号として取得する信号取得部と、
    　前記第１の検知信号を周波数分析し、前記第２の検知信号の位相と一致する電圧信号を生成して復号する信号処理部と、
    　前記信号処理部で復号される復号信号と、前記第２の検知信号とを比較することにより、前記回転電機の界磁巻線の短絡を検知する信号比較部と、
    を備えた短絡検知装置。
  6. 　前記信号取得部は、あらかじめ信号記録装置で記録されている電圧信号を前記第１の検知信号とする
    　ことを特徴とする請求項５に記載の短絡検知装置。
  7. 　回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から前記磁束に応じた１つの検知信号を取得し、第１の検知信号及び第２の検知信号とするステップと、
    　前記第１の検知信号を周波数分析し、健全時の電圧状態を模擬した電圧信号を生成して復号するステップと、
    　前記復号された復号信号と、前記第２の検知信号とを比較することにより、前記回転電機の界磁巻線の短絡を検知するステップと、
    を備えた短絡検知方法。
  8. 　回転電機の回転子と固定子との間の空隙に発生する磁束を検知する磁束検知器から前記磁束に応じた異なる磁極の検知信号を第１の検知信号及び第２の検知信号として取得するステップと、
    　前記第１の検知信号を周波数分析し、前記第２の検知信号の位相と一致する電圧信号を生成して復号するステップと、
    　前記復号された復号信号と、前記第２の検知信号とを比較することにより、前記回転電機の界磁巻線の短絡を検知するステップと、
    　を備えた短絡検知方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6377359A (ja) * 1986-09-18 1988-04-07 Nippon Koei Kk 発電機用地絡検出装置
JPH05196702A (ja) * 1992-01-20 1993-08-06 Minebea Co Ltd 回転電機の検査方法及びその検査装置
JP2015219229A (ja) * 2014-05-13 2015-12-07 株式会社トーエネック 巻線短絡箇所の診断システム
JP2019060728A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 株式会社トーエネック 巻線短絡診断装置および巻線短絡診断方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4603283A (en) * 1985-06-03 1986-07-29 Bodine Electric Company Variable speed control for a brushless direct current motor
US20090219030A1 (en) * 2008-02-29 2009-09-03 General Electric Company Methods and Systems for Detecting Rotor Field Ground Faults In Rotating Machinery
US8781765B2 (en) 2011-04-11 2014-07-15 General Electric Company Online monitoring system and method to identify shorted turns in a field winding of a rotor
JP7330006B2 (ja) * 2019-07-29 2023-08-21 株式会社東芝 界磁巻線層間短絡検知装置および界磁巻線層間短絡検知方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6377359A (ja) * 1986-09-18 1988-04-07 Nippon Koei Kk 発電機用地絡検出装置
JPH05196702A (ja) * 1992-01-20 1993-08-06 Minebea Co Ltd 回転電機の検査方法及びその検査装置
JP2015219229A (ja) * 2014-05-13 2015-12-07 株式会社トーエネック 巻線短絡箇所の診断システム
JP2019060728A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 株式会社トーエネック 巻線短絡診断装置および巻線短絡診断方法

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