JPS596158B2 - 無整流子電動機の故障検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は無整流子電動機、特に界磁を励磁する回転整流
器の故障を速やかに検出するための無整流子電動機の故
障検出装置に関する。

〔発明の背景〕

一般に、比較的大容量の無整流子電動機の界磁を励磁す
るには誘導電動機あるいは回転変圧器等の回転誘導機器
の２次電圧を回転整流器で整流して行われている。

第１図はその一例を示す構成図である。

第１図において、１は交流電源、２は順変換器、３は直
流リアクトル、４は逆変換器で、これらの２〜４で周波
数変換器を構成する。

５は周波数変換器により駆動される同期電動機である。

同期電動機５の回転軸には界磁をブラシレス励磁するた
めの誘導機Ｔと回転整流装置８が設けられている。誘導
機７は通常逆相に励磁され回転速度が高くなると、２次
電圧も高くなる。１１は誘導機□の１次側に接続された
電圧制御回路で、可飽和リアクトルあるいはサイリスタ
回路が用いられる。

以下の説明では可飽和リアクトルを用いた場合について
説明する。界磁電流設定器１１からの界磁電流フ 指令
信号は電流検出器１２で検出した後整流回路１３によつ
て直流信号に変換された帰還信号と突き合わされ、その
電流偏差を増幅器１４で増幅する。電流偏差信号は自動
パルス移相器１５に加えられる。自動パルス移相器１５
は電流偏差信号に５ 応じてリアクトル制御用順変換器
１６の点弧位相を制御する。順変換器１６の出力によつ
て可飽和リアクトル１７の出力電圧、すなわち誘導機□
の１次電圧を制御する。誘導機７の１次電圧を制御する
ことはその２次電圧を制御することになり、結果として
同期電動機５の界磁巻線６に流れる界磁電流を調整でき
る。１０は界磁用交流電源である。

このように誘導機の１次電圧を制御して同期電動機の励
磁を行うことにより、界磁電流を回転数と無関係に一定
にできるけれども、次のような問題点が存在する。

無整流子電動機の運転中に回転整流装置８の整流器がブ
レークダウンすると、界磁電流が減少する。

同期電動機５の逆起電圧は界磁電流の減少によつて低下
する。同期電動機５の逆起電圧の低下により周波数変換
器（逆変換器４）のサイリスタが転流失敗する。周波数
変換器が転流失敗すれば当然のことながら無整流子電動
機の運転は停止となる。そして、ブレークダウンした整
流器を交換する必要がある。回転整流装置８を構成する
整流器のブレークダウンは周波数変換器が転流失敗した
ことによつて検出することが考えられる。

ところが、周波数変換器の転流失敗は転流余裕角の不足
、過電流など他の原因によつても発生する。

したがつて、単に周波数変換器の転流失敗によつて回転
整流装置のブレークダウンを速やかに検出することは困
難である。また、回転整流装置のブレークダウンを速や
かに検出するには無整流子電動機の界磁電流をスリツプ
リングを介して、直接検出することが考えられる。

しかし、ブラシレス化に反することになる。〔発明の目
的〕本発明は上記点に対処して成されたもので、その目
的とするところは回転整流装置を構成する整流器のブレ
ークダウンを速やかに検出できる無整流子電動機の故障
検出装置を提供することにある。

〔発明の概要〕本発明の特徴とするところは同期電動機
の界磁電流が指令値となるように制御される回転誘導機
器の１次電圧を検出し、この１次電圧が設定値以下にな
つたことにより回転整流装置を構成する整流器のブレー
クダウンを検出するようにしたことにある。

〔発明の実施例〕

第２図に本発明の一実施例を示す。

第２図において、第１図と同一記号のものは相当物を示
し、２０は誘導機７の１次電圧を絶縁して検出する絶縁
変圧器、２１は整流回路、２２はフイルタ、２３は誘導
機７の１次電圧Ｅ１が設定値Ｅ３以下になると出力（故
障検出信号）を発生する比較回路、２４は比較回路２３
の故障検出信号を記憶し、表示すると同時にゲート回路
２５に与える記憶回路である。

ゲート回路２５は記憶回路２４に記憶された故障検出信
号を入力すると順変換器２に加えるゲート信号をプロツ
クする。かかる構成において、同期電動機５を運転して
いるときに回転整流装置８の整流器がブレークダウンす
ると誘導機７の１次電流は増加する。回転整流装置８の
１アームの整流器がブレークダウンすると、誘導機７の
２次側は相間短絡状態になる。誘導機７の１次電流は２
次側の相間短絡によつて増加しようとする。しかし、電
圧制御回路１７は誘導機７の１次電圧を低下させ、１次
電流を界磁電流指令信号（一定値）となるように制御す
る。このように、誘導機７の１次電圧は回転整流装置８
の整流器のブレークダウンによつて低下する。本発明者
達が電圧制御回路１７として可飽和リアクトルを用い、
回転整流装置８が３相の場合について実測したところに
よると、１アームの整流器がブレークダウンすると誘導
機の１次電圧は正常時の半分以下に低下した。誘導機７
の１次電圧Ｅ１を絶縁変圧器２０で検出し、整流回路２
１で整流した後にフイルタ２２で平滑する。

この１次電圧Ｅ１を比較回路２３で設定値Ｅｓと比較す
る。比較回路２３はＥｓ＞Ｅ１になると故障検出信号を
出力し記憶回路２４に記憶させ表示する。また、ゲート
回路２５は、記憶回路２４に記憶された故障検出信号に
より順変換器２のゲート信号をシフトプロツク（制御遅
れ角を１５００近傍にした後にゲート信号をしや断）あ
るいはプロツク（ゲート信号のしや断）する。これによ
り、界磁電流不足に伴なう逆変換器４の転流失敗を防止
できる。このように、誘導機７の１次電圧Ｅ１の大きさ
によつて回転整流装置８を構成する整流器のブレークダ
ウンを検出するのであるが、比較回路２３に与える設定
値Ｅｓについて説明する。

界磁巻線６を含む誘導機７の簡易等価回路は第５図のよ
うになる。

１次漏れインピーダンスＸ１および２次漏れリアクタン
スＸ２′は小さいので無視すると、誘導機７の１次電圧
Ｅ１と１次電流１１の比である１次入力インピーダンス
Ｚは次式で表わすことができる。

ここで、Ｘｎｌは励磁リアクタンス、ｊは虚数単位、Ｒ
２′は２次抵抗の１次換算値、ＲＩは界磁巻線６の抵抗
を誘導機７の２次抵抗に変換した値の１次換算値、Ｓは
誘導機７のすべりである。

一般に用いられる誘導機７はＸｍ〉シロチ巳であり、励
磁リアクタンスＸｒｎを無視する・と（１）式は次のよ
うに表わせる。

（２）式において２次抵抗Ｒ２′と界磁巻線抵抗Ｒｆ′
の温度による変化を無視すると、入力インピーダンスＺ
はすべりＳに反比例する。

１次電圧Ｅ１は（１）式に示すように１次電流１とイン
ピーダンスＺの積である。

したがつて、１次電圧Ｅ１はすべりＳに反比例する。誘
導機７は回転速度に比例して２次電圧が高くなるように
逆相励磁される。

同期電動機５の速度制御範囲は誘導機７のすベリＳに換
算すると通常１〜１．５の範囲である。回転整流装置８
の健全時において、１次電圧Ｅ１は６７％ｐ−１００％
の間で変化する。一方、回転整流装置８が３相の場合に
１アームの整流器がブレークダウンしたときの１次電圧
Ｅ１を実測したところ５０％以下に低下した。

したがつて、比較回路２３に与える設定値Ｅｓをすべり
Ｓが１のときの１次電圧の５０％の値にすることによつ
て回転整流装置８を構成する整流器のブレークダウンを
検出できる。このように、誘導機の１次電圧が設定値以
下に低下したことにより回転整流装置の整流器のブレー
クダウンを検出しているので速やかに検出することが可
能となる。

次に、第３図は本発明の他の実施例を示す構成図である
。

第３図において第２図と異なるところ−仙けｈ＾＾／Ｔ
Ｓム１Δレ１ノ一ｈ＾り小専皿山ノ力（１次電圧Ｅ，）
を整流回路１３の出力信号（１次電流１１）で割算する
割算器２６と、入力信号が所定範囲外になつたとぎに出
力を発生する比較回路２７を設けたことである。

（２）式において通常Ｒｆ〉Ｒ２′であり、２次抵抗ｒ
！を無視すると、１次入力インピーダンスＺは次式で表
わすことができる。

同期電動機５の速度制御範囲は予め定められた範囲であ
り、インピーダンスＺの変化幅も所定範囲内である。

しかし、回転整流器装置８の整流器がブレークダウンす
ると誘導機７の２次側がブレークダウンした整流器によ
り短絡される状態になりインピーダンスＺは小さくなる
。したがつて、この変化が所定範囲外になつたことを判
定することによりブレークダウンを検出することができ
る。

割算器２６は１次電圧Ｅ１と１次電流１１の値が回転整
流装置８の正常時の所変化範囲以外になつたことを検出
するためのものである。この実施例においても、１次電
流１を一定に制御するので誘導機７の１次電圧Ｅ１が低
下したことを検出しているのは勿論である。第４図は本
発明の更に他の実施例を示すもので、誘導電動機７の代
りに回転変圧器３０を用いたものであり、その動作は第
２図のものと同様である。〔発明の効果〕以上述べたよ
うに、本発明によれば回転誘導機器の１次電圧が設定値
以下になつたことを検出することにより、回転整流装置
における整流器のブレークダウンを速やかに検出できる
。

なお、以上の実施例は周波数変換器が順変換器と逆変換
器を組合せて構成さハている場合について述べたが、サ
イクロコンバータであつても本発明を適用できることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は本発明の一実施例
を示す構成図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の他の
実施例を示す構成図、第５図は簡易等価回路図である。 ２・・・・・・順変換器、３・・・・・・直流リアクト
ル、４・・・・・・逆変換器、５・・・・・・同期電動
機、６・・・・・・界磁巻線、７・・・・・・誘導電動
機、１７・・・・・・電圧制御回路、２３・・・・・・
比較回路、２４・・・・・・記憶回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個のサイリスタで構成された周波数変換器と、
   該周波数変換器により駆動される同期電動機と、該同期
   電動機と機械的に連結され、磁気的に結合している１次
   巻線と２次巻線を有する回転誘導機器と、該回転誘導機
   器の２次電圧を整流し、前記同期電動機の界磁を励磁す
   る回転整流装置と、前記回転誘導機器の１次電圧を制御
   して界磁電流を指令値にする電圧制御回路とを具備した
   無整流子電動機において、前記電圧制御回路により制御
   された前記回転誘導機器の１次電圧を検出する電圧検出
   手段と、該電圧検出手段で検出した１次電圧と設定値を
   比較し、１次電圧が設定値以下になると出力を生じる比
   較手段とを有し、該比較手段の出力により前記回転整流
   装置の故障を検出することを特徴とする無整流子電動機
   の故障検出装置。