JPH1032962A - 回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常検出方法および異常検出装置 - Google Patents

回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常検出方法および異常検出装置

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JPH1032962A
JPH1032962A JP8185716A JP18571696A JPH1032962A JP H1032962 A JPH1032962 A JP H1032962A JP 8185716 A JP8185716 A JP 8185716A JP 18571696 A JP18571696 A JP 18571696A JP H1032962 A JPH1032962 A JP H1032962A
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rotating
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剛 ▲野▼口
Takeshi Noguchi
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常を検出
する。 【解決手段】 回転界磁形回転電機20の固定子21の
鉄心歯部には、異常検出装置1の検出コイル2を備え
る。検出コイル2は、界磁巻線27−1〜27−4が巻
装されている回転子の各磁極の磁束変化に応じた検出電
圧e1 を出力する。整流器5で検出電圧e1 を全波整流
した検出電圧e2 を波形判別器6に入力する。界磁巻線
が正常なときと、界磁巻線に異常が発生したときとで、
検出電圧e1,e2 のピーク電圧波形が異なるため、波
形判別器6によりピーク電圧波形を監視することによ
り、界磁巻線の異常判定ができる。また、ホール素子3
により各磁極の磁束変化を検出した信号を、微分器4で
微分して得た検出電圧を用いても、同様に、界磁巻線の
異常判定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転界磁形回転電
機の界磁巻線の異常検出方法および異常検出装置に関
し、交流発電機に多用されている回転界磁形回転電機の
界磁巻線の異常を運転中に検出することができるように
したものである。
【0002】
【従来の技術】交流発電機として、回転界磁形の回転電
機(同期機)が多用されている。このような回転界磁形
の回転電機では、電機子巻線が固定子に備えられてお
り、界磁巻線が回転子に備えられている。
【0003】回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常、即
ち、界磁巻線の部分的短絡や、並列回路を有する場合で
の界磁巻線の断線や接続異常は、停止時に絶縁診断を実
施して検出しているのが現状である。
【0004】現状では、運転中に異常を検出する方法に
ついては実用化されていない。つまり、回転界磁形回転
電機の界磁巻線は回転子側にあるため、運転中に界磁巻
線の異常を検出しようとした場合には、回転子側の界磁
巻線から固定子側に検出信号を伝える装置、例えば、回
転変流器等が必要となる。このような回転変流器等を用
いたのでは、広い設置スペースが必要であり、また高コ
ストとなるため、このような技術は現状では実用化され
ていないのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年、回転界磁形回転
電機の固定子巻線の異常検出や、励磁装置の異常検出に
ついては、モニタリングシステム(運転時に状態をリア
ルタイムで監視して異常を検出するシステム)が実用化
され、保全の省力化に寄与している。このような背景が
あるため、固定子側の固定子巻線や励磁装置のみなら
ず、回転子側の界磁巻線の異常検出についても、リアル
タイムで異常の検出ができることが望まれていた。
【0006】このように、界磁巻線についてもリアルタ
イムで異常検出ができれば、回転界磁形回転電機の全て
の巻線についてリアルタイムの監視ができるモニタリン
グシステムが完成するが、現状では前述したように、界
磁巻線についてリアルタイムで異常を検出することはで
きなかった。
【0007】本発明は、上記従来技術に鑑み、回転界磁
形回転電機の界磁巻線の異常を運転中に検出することが
できる回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常検出方法お
よび異常検出装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常を検
出する異常検出方法であって、前記回転界磁形回転電機
の固定子に備えた検出コイルにより、回転している回転
子の各磁極の磁束量の変化に応じた検出電圧を求め、正
常時での検出電圧のピーク電圧波形と、前記検出電圧の
ピーク電圧波形とを比べることにより界磁巻線の異常を
判定することを特徴とする。
【0009】また本発明の構成は、回転界磁形回転電機
の界磁巻線の異常を検出する異常検出方法であって、前
記回転界磁形回転電機の固定子に備えたホール素子によ
り、回転している回転子の各磁極の磁束量の変化を検出
し、このホール素子の検出信号を微分して検出電圧を求
め、正常時での検出電圧のピーク電圧波形と、前記検出
電圧のピーク電圧波形とを比べることにより界磁巻線の
異常を判定することを特徴とする。
【0010】また本発明の構成は、回転界磁形回転電機
の界磁巻線の異常を検出する異常検出装置であって、前
記回転界磁形回転電機の固定子に備えられて、回転して
いる回転子の各磁極の磁束量の変化に応じた検出電圧を
出力する検出コイルと、正常時での検出電圧のピーク電
圧波形が予め設定されており、正常時での検出電圧のピ
ーク電圧波形と、前記検出電圧のピーク電圧波形とを比
べることにより界磁巻線の異常を判定する波形判別器
と、を備えていることを特徴とする。
【0011】また本発明の構成は、回転界磁形回転電機
の界磁巻線の異常を検出する異常検出装置であって、前
記回転界磁形回転電機の固定子に備えられて、回転して
いる回転子の各磁極の磁束量の変化に応じた検出信号を
出力するホール素子と、前記ホール素子から出力される
検出信号を微分して検出電圧を出力する微分器と、正常
時での検出電圧のピーク電圧波形が予め設定されてお
り、正常時での検出電圧のピーク電圧波形と、前記検出
電圧のピーク電圧波形とを比べることにより界磁巻線の
異常を判定する波形判別器と、を備えていることを特徴
とする。
【0012】本発明では、回転界磁形回転電機の界磁巻
線の異常、即ち、界磁巻線の部分的短絡や、並列回路を
有する場合での界磁巻線の断線や接続異常が、各磁極の
磁束量の変化として表れることに着目し、磁束量の変化
を固定子側に設けた検出コイルで変圧器起電力として検
出し、この検出した変圧器起電力のピーク電圧波形のパ
ターンより、界磁巻線の異常を判定するようにしてい
る。また、磁束量の変化をホール素子により直接検出
し、検出電圧を微分した信号のピーク電圧波形のパター
ンより、界磁巻線の異常を判定するようにしている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の実施の形態にかかる、界磁
巻線の異常検出装置1を示す概略構成図である。この異
常検出装置1は、検出コイル(さぐりコイル)2と、ホ
ール素子3と、微分器4と、整流器5と、波形判別器6
とを有している。詳細は後述するが、検出コイル2を用
いて異常検出をするときには、ホール素子3及び微分器
4は使用せず、逆に、ホール素子3及び微分器4を用い
て異常検出をするときには、検出コイル2は使用しな
い。
【0015】また、図1に示すように、交流発電機であ
る回転界磁形回転電機20は、固定子21や界磁巻線2
7−1〜27−4を備えている。界磁巻線27−1〜2
7−4には、整流器28により交流電流を直流に変換し
た直流電流が供給される。
【0016】前記回転界磁形回転電機20は、図2に示
すように、固定子21と回転子25とで構成されてい
る。固定子21には固定子コイル(図示省略)が巻装さ
れている。一方、回転子25には、4つの磁極26−1
〜26−4が形成されており、各磁極26−1〜26−
4には前述した界磁巻線27−1〜27−4が巻装され
ている。なお、磁極26−1,26−3はN極磁極(N
1 ,N2 ) であり、磁極26−2,26−4はS極磁
極(S1 ,S2 ) である。また、図2において22は
鉄心歯部、23は固定子鉄心であり、1スタックの鉄心
歯部22の間には通風ダクト24(図4参照)が形成さ
れている。
【0017】上記異常検出器1の検出コイル2を用いて
異常検出をする場合には、検出コイル2を鉄心歯部22
に装着する。装着する態様としては、図3の矢印(A)
に示すように、検出コイル2を鉄心歯部22の歯部先端
に巻いたり、または、図3の矢印(B)に示すように、
検出コイル2を鉄心歯部22のギャップ面に貼りつけた
りする。このような簡易な装着手法を採用しているた
め、検出コイル2の装着は、固定子21の組み立て完了
後であっても簡単・容易に行なうことができる。なお、
図3では説明の都合上、2個の検出コイル2を示してい
るが、異常検出をする際には検出コイル2を1つ備える
だけである。
【0018】図4は、検出コイル2を鉄心歯部22のギ
ャップ面に貼りつけた状態の詳細を示している。同図に
示すように、検出コイル2のリード線2aには、ヨリを
付けておく。
【0019】上述したようにして、1スタックの1つの
鉄心歯部22に、1つの検出コイル2を備えた状態で、
図2に示すように回転子25を時計方向に回転させたと
きの信号状態、ならびに、異常検出装置1による異常検
出動作を、図5を参照して説明する。なお図5において
は、界磁巻線27−1〜27−4に異常が無い状態での
信号状態を実線で示しており、界磁巻線27−1〜27
−4に異常が発生した状態での信号状態を点線で示して
いる。
【0020】まずはじめに、界磁巻線27−1〜27−
4に異常が無い状態での信号状態を説明する。
【0021】図2に示す回転界磁形回転電機20の回転
子25を、無負荷時において一回転させると、検出コイ
ル2を備えた部分での磁束変化は、図5(a)に実線で
示すように変化する。
【0022】検出コイル2には、磁束変化に応じた変圧
器起電力(検出電圧)が生じる。このため無負荷時にお
いては、磁束変化が図5(a)のように変化するので、
検出コイル2には、図5(b)に実線で示すような電圧
波形の検出電圧e1 が発生する。なお図5中において、
符号〜は電圧波形のうちピーク電圧を示している。
【0023】図5(b)に実線で示す検出電圧e1 の波
形は、図5(a)に実線で示す磁束変化波形を微分した
ものと等しくなっている。ホール素子3を用いて異常検
出をする場合には(この手法は後述する)、この関係を
利用している。
【0024】単相全波整流ブリッジである整流回路5に
より、検出電圧e1 を整流すると、図5(c)に実線で
示す電圧波形となった検出電圧e2 となる。
【0025】なお、遅れ力率で負荷運転している時に
は、検出コイル2には、図5(d)に実線で示す電圧波
形となった検出電圧e3 が発生し、進み力率で負荷運転
している時には、検出コイル2には、図5(e)に実線
で示す電圧波形となった検出電圧e4 が発生する。
【0026】検出電圧e3 や検出電圧e4 を全波整流し
たときにも、図5(c)に示すのと同様な電圧波形の検
出電圧が得られる。
【0027】以上のように、界磁巻線27−1〜27−
4に異常が無い状態では、検出電圧e2 の電圧波形の奇
数のピーク電圧ならびに偶数番号のピーク電圧
はそれぞれ等しく規則性をもつ。
【0028】波形判別器6には、図5(c)に示すよう
な、正常時のピーク電圧波形パターンが予め設定されて
いる。
【0029】次に、磁極26−2(S1 )に備えた界磁
巻線27−2に異常が発生した時の状態を状態を説明す
る。
【0030】この場合には、磁極26−2での磁束が減
少するため、磁束変化パターンは図5(a)に点線で示
すように減少し、検出電圧e1 ,e2 ,e3 ,e4 ,は
図5(b)〜(e)に示すようにピーク電圧’’が
減少して規則性が失われる。つまり、異常発生時にはピ
ーク電圧波形パターンは、正常時のピーク電圧波形パタ
ーンと異なってくる。
【0031】波形判別器6は、検出電圧e2 のピーク電
圧波形を判別しており、このピーク電圧波形が、予め設
定している正常時のピーク電圧波形と異なった場合、即
ち、検出電圧e2 のピーク電圧が正常時のピーク電圧よ
りも減少して規則性を失った場合には、界磁巻線に異常
が発生したと判定して、異常警報信号Aを出力する。
【0032】このように異常検出装置1によれば、回転
界磁形回転電機20の運転中であっても、界磁巻線の異
常を検出することができ、界磁巻線のモニタリングシス
テムとして使用することができる。
【0033】上述した例は検出コイル2を用いている
が、ホール素子3を用いることもできる。つまり、ホー
ル素子3を鉄心歯部22に備えて、図5(a)に示すよ
うな磁束変化をとらえる。このホール素子3の検出信号
を微分器4で微分すると、図5(b)(d)(e)に示
すのと同じ電圧波形が得られる。そこで微分した信号を
整流器5で整流し、波形判別器6で判別することにより
界磁巻線の異常を判定することができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、回転界磁形回転電機の
運転中であっても、界磁巻線の異常が検出できる。よっ
て界磁巻線のモニタリングシステムとして使用できる。
【0035】また本発明によれば、界磁巻線の異常判定
のためには、検出コイルやホール素子を、固定子鉄心の
1スタックの鉄心歯部に1個だけ取り付けるだけでよい
ため、検出コイルやホール素子の取り付けは極めて簡単
であり、安価に本発明の実行ができる。また検出コイル
やホール素子の取り付けは簡単であるため、固定子を組
み立てて完成した後でも、検出コイルやホール素子の取
り付けができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる異常検出装置を示
す概略構成図。
【図2】回転界磁形回転電機の概略を示す構成図。
【図3】検出コイルの取り付け状態を示す斜視図。
【図4】検出コイルの取り付け状態を示す斜視図。
【図5】検出信号の波形を示す波形図。
【符号の説明】
1 異常検出器 2 検出コイル 2a リード線 3 ホール素子 4 微分器 5 整流器 6 波形判別器 20 回転界磁形回転電機 21 固定子 22 鉄心歯部 23 固定子鉄心 24 通風ダクト 25 回転子 26−1〜26−4 磁極 27−1〜27−4 界磁巻線 28 整流器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常を
    検出する異常検出方法であって、 前記回転界磁形回転電機の固定子に備えた検出コイルに
    より、回転している回転子の各磁極の磁束量の変化に応
    じた検出電圧を求め、 正常時での検出電圧のピーク電圧波形と、前記検出電圧
    のピーク電圧波形とを比べることにより界磁巻線の異常
    を判定することを特徴とする回転界磁形回転電機の界磁
    巻線の異常検出方法。
  2. 【請求項2】 回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常を
    検出する異常検出方法であって、 前記回転界磁形回転電機の固定子に備えたホール素子に
    より、回転している回転子の各磁極の磁束量の変化を検
    出し、このホール素子の検出信号を微分して検出電圧を
    求め、 正常時での検出電圧のピーク電圧波形と、前記検出電圧
    のピーク電圧波形とを比べることにより界磁巻線の異常
    を判定することを特徴とする回転界磁形回転電機の界磁
    巻線の異常検出方法。
  3. 【請求項3】 回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常を
    検出する異常検出装置であって、 前記回転界磁形回転電機の固定子に備えられて、回転し
    ている回転子の各磁極の磁束量の変化に応じた検出電圧
    を出力する検出コイルと、 正常時での検出電圧のピーク電圧波形が予め設定されて
    おり、正常時での検出電圧のピーク電圧波形と、前記検
    出電圧のピーク電圧波形とを比べることにより界磁巻線
    の異常を判定する波形判別器と、 を備えていることを特徴とする回転界磁形回転電機の界
    磁巻線の異常検出装置。
  4. 【請求項4】 回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常を
    検出する異常検出装置であって、 前記回転界磁形回転電機の固定子に備えられて、回転し
    ている回転子の各磁極の磁束量の変化に応じた検出信号
    を出力するホール素子と、 前記ホール素子から出力される検出信号を微分して検出
    電圧を出力する微分器と、 正常時での検出電圧のピーク電圧波形が予め設定されて
    おり、正常時での検出電圧のピーク電圧波形と、前記検
    出電圧のピーク電圧波形とを比べることにより界磁巻線
    の異常を判定する波形判別器と、 を備えていることを特徴とする回転界磁形回転電機の界
    磁巻線の異常検出装置。
JP8185716A 1996-07-16 1996-07-16 回転界磁形回転電機の界磁巻線の異常検出方法および異常検出装置 Withdrawn JPH1032962A (ja)

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Effective date: 20031007