JP3227865B2 - ブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法 - Google Patents
ブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法Info
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- Protection Of Generators And Motors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、同期機、特にブラシ
レス励磁機付同期機の界磁巻線温度の推定とその監視及
びブラシレス励磁機の電機子、整流器及び同期機の界磁
とからなる界磁回路の電気回路の内部状態の監視を行う
ブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法に関
する。
レス励磁機付同期機の界磁巻線温度の推定とその監視及
びブラシレス励磁機の電機子、整流器及び同期機の界磁
とからなる界磁回路の電気回路の内部状態の監視を行う
ブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ブラシレス励磁機付同期機では、界磁巻
線と同じ回転軸に設けられた励磁機の電機子の電流を整
流器で整流して得られた直流を界磁電流として界磁巻線
に供給する方式であり、界磁電流を供給するためのスリ
ップリングが不要なので、保守が容易であるという特長
がある。一方、励磁機の電機子巻線、同期機の界磁巻線
及びこれらを接続する接続線と整流器などからなる界磁
回路の電流や電圧を直接測定することができないという
欠点がある。
線と同じ回転軸に設けられた励磁機の電機子の電流を整
流器で整流して得られた直流を界磁電流として界磁巻線
に供給する方式であり、界磁電流を供給するためのスリ
ップリングが不要なので、保守が容易であるという特長
がある。一方、励磁機の電機子巻線、同期機の界磁巻線
及びこれらを接続する接続線と整流器などからなる界磁
回路の電流や電圧を直接測定することができないという
欠点がある。
【０００３】同期機を効率良く運転するためには、電機
子巻線の温度だけではなく界磁巻線の温度も監視して過
度の温度上昇を避けるとともに、許される温度の範囲で
なるべく高負荷で運転できるように配慮される。前述の
ような界磁巻線の温度を測定するには、温度測定のため
のスリップリングを設けて電圧や電流を測定して抵抗値
を求める方法や、熱電対などの温度センサを界磁巻線に
埋め込んだり界磁回路にシャントを設けてその電圧、電
流を測定するテレメータ方式などもあるが、これらはブ
ラシレスにした意義がなくなり、構造変更が必要にな
り、また複雑になるなどの欠点があって実用的でない。
子巻線の温度だけではなく界磁巻線の温度も監視して過
度の温度上昇を避けるとともに、許される温度の範囲で
なるべく高負荷で運転できるように配慮される。前述の
ような界磁巻線の温度を測定するには、温度測定のため
のスリップリングを設けて電圧や電流を測定して抵抗値
を求める方法や、熱電対などの温度センサを界磁巻線に
埋め込んだり界磁回路にシャントを設けてその電圧、電
流を測定するテレメータ方式などもあるが、これらはブ
ラシレスにした意義がなくなり、構造変更が必要にな
り、また複雑になるなどの欠点があって実用的でない。
【０００４】このような直接的な測定法ではなく、間接
的に界磁巻線の温度を求める方法がある。すなわち、励
磁機にピックアップコイルなどを埋め込んで同期機の界
磁電流を測定し、この界磁電流と界磁巻線の温度上昇値
とに一義的な関係があることを利用して冷却媒体の温度
にこの温度上昇値を加算して求める。この他に界磁電流
を求めるのは同じで、励磁電圧を直接測定する方法もあ
るが、いずれもこのような間接的な方法は精度が悪く実
用性に欠けるという問題がある。
的に界磁巻線の温度を求める方法がある。すなわち、励
磁機にピックアップコイルなどを埋め込んで同期機の界
磁電流を測定し、この界磁電流と界磁巻線の温度上昇値
とに一義的な関係があることを利用して冷却媒体の温度
にこの温度上昇値を加算して求める。この他に界磁電流
を求めるのは同じで、励磁電圧を直接測定する方法もあ
るが、いずれもこのような間接的な方法は精度が悪く実
用性に欠けるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、ブラシ
レス励磁機付同期機の界磁巻線の温度を測定する適切な
方法がないために、前述のような界磁巻線の温度を監視
して効率のよい運転を行うことができないという問題が
ある。この発明の目的は、このような問題を解決し、従
来の構造で測定可能な値を用いて精度のよい界磁巻線の
温度を推定することのできるブラシレス励磁機付同期機
の界磁巻線温度監視方法を提供することにある。
レス励磁機付同期機の界磁巻線の温度を測定する適切な
方法がないために、前述のような界磁巻線の温度を監視
して効率のよい運転を行うことができないという問題が
ある。この発明の目的は、このような問題を解決し、従
来の構造で測定可能な値を用いて精度のよい界磁巻線の
温度を推定することのできるブラシレス励磁機付同期機
の界磁巻線温度監視方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、同期機の運転中の測定値を入力
データとして、あらかじめ定められたアルゴリズムに基
づいて同期機の界磁巻線の温度Ｔfrを計算するコンピュ
ータ、計算結果を出力する出力手段を備え、前記アルゴ
リズムが次の手順でなるものとする。 (a) 同期機の電機子電流Ｉam、電機子電圧Ｖam、負荷有
効電力Ｐ、負荷無効電力Ｑの測定値を基に、界磁電流計
算値Ｉfrを計算によって求める。 (b) ) 冷却媒体の温度Ｔcmの測定値を基に同期機界磁巻
線温度Ｔfrの初期推定値Ｔfr0を求め、この値と界磁電
流計算値Ｉfrを基に、Ｒfmを界磁巻線抵抗値の７５℃換
算値として、次式により界磁電圧計算値Ｖfrを計算によ
って求める。 Ｖfr＝Ｒfm[（２３５＋Ｔfr0）／３１０]Ｉfr (c) ) 界磁電流計算値Ｉfrと界磁電圧計算値を基に、α
を電機子電圧、電流の力率角、Ｉfkを励磁機の界磁電流
計算値の励磁機の電機子電流Ｉeaに対応する成分、Ｉf0
を励磁機の電機子電圧Ｖeaに対応する成分として、次式
により励磁機の界磁電流計算値Ｉefrを計算によって求
める。 Ｉefr＝√（Ｉfk 2＋Ｉf0 2＋２ＩfkＩf0ｓｉｎα） (d) この励磁機の界磁電流計算値Ｉefr とその測定値Ｉ
efm とを比較する。 (e) 比較した結果、近似的に等しいと判断されたとき
に、ＶfrとＩfrとに所定の係数を乗じて、測定値Ｉefm
と比較して最もその差が小さなＶfrとＩfrとの組み合わ
せに修正した上で、この値を用いて、次式により界磁巻
線温度計算値Ｔfrを計算する。 Ｔfr＝３１０×[（Ｖfr／Ｉfr）／Ｒfm]−２３５ (f) 比較した結果、近似的にも等しくないと判断された
ときに、界磁回路に異常があったとして異常処理する。
に、この発明によれば、同期機の運転中の測定値を入力
データとして、あらかじめ定められたアルゴリズムに基
づいて同期機の界磁巻線の温度Ｔfrを計算するコンピュ
ータ、計算結果を出力する出力手段を備え、前記アルゴ
リズムが次の手順でなるものとする。 (a) 同期機の電機子電流Ｉam、電機子電圧Ｖam、負荷有
効電力Ｐ、負荷無効電力Ｑの測定値を基に、界磁電流計
算値Ｉfrを計算によって求める。 (b) ) 冷却媒体の温度Ｔcmの測定値を基に同期機界磁巻
線温度Ｔfrの初期推定値Ｔfr0を求め、この値と界磁電
流計算値Ｉfrを基に、Ｒfmを界磁巻線抵抗値の７５℃換
算値として、次式により界磁電圧計算値Ｖfrを計算によ
って求める。 Ｖfr＝Ｒfm[（２３５＋Ｔfr0）／３１０]Ｉfr (c) ) 界磁電流計算値Ｉfrと界磁電圧計算値を基に、α
を電機子電圧、電流の力率角、Ｉfkを励磁機の界磁電流
計算値の励磁機の電機子電流Ｉeaに対応する成分、Ｉf0
を励磁機の電機子電圧Ｖeaに対応する成分として、次式
により励磁機の界磁電流計算値Ｉefrを計算によって求
める。 Ｉefr＝√（Ｉfk 2＋Ｉf0 2＋２ＩfkＩf0ｓｉｎα） (d) この励磁機の界磁電流計算値Ｉefr とその測定値Ｉ
efm とを比較する。 (e) 比較した結果、近似的に等しいと判断されたとき
に、ＶfrとＩfrとに所定の係数を乗じて、測定値Ｉefm
と比較して最もその差が小さなＶfrとＩfrとの組み合わ
せに修正した上で、この値を用いて、次式により界磁巻
線温度計算値Ｔfrを計算する。 Ｔfr＝３１０×[（Ｖfr／Ｉfr）／Ｒfm]−２３５ (f) 比較した結果、近似的にも等しくないと判断された
ときに、界磁回路に異常があったとして異常処理する。
【０００７】また、手順(a) で求められた界磁電流計算
値のＩfrを基準値Ｉfr0 として、この基準値Ｉfr0 に１
に近い複数の所定の係数を掛けた値をＩfrt としてこれ
を基に手順(b) と同じ手順でＶfrt を計算し、このＶ
frt を基準値Ｖfr0 として、この基準値Ｖfr0 に１に近
い複数の所定の係数を掛けた値をＶfrttとして手順(c)
と同じ手順でＩefrtを計算し、手順(d) と同じ手順でこ
のＩefrtと前述のＩefmと比較して、近似的に等しいと
判断されたときに、このときのＶfrt とＩfrt を手順
(e) における修正されたＶfrとＩfrにするものとし、又
は、手順(a) で求められた界磁電流計算値Ｉfrと、手順
(b) で求められた界磁電圧計算値Ｖfrを初期値として、
手順(b) と手順(c) によって求められる界磁電流計算値
Ｉfrが測定値Ｉfmに等しいとする方程式との、ＶfrとＩ
frを未知数とする二元連立方程式を解いて得られたＶfr
とＩfrの値を手順(e) における修正されたＶfrとＩfrに
するものとし、又は、手順(a) で求められた界磁電流計
算値Ｉfrと、手順(b) で求められた界磁巻線温度初期推
定値Ｔfr0 と、界磁電圧計算値Ｖfrとを初期値として、
手順(b) と手順(c) によって求められる界磁電流計算値
Ｉfrが測定値Ｉfmに等しいとする方程式との、ＶfrとＩ
frとＴfrとを未知数とする三元連立方程式を解いて得ら
れたＶfrとＩfrの値を手順(e) における修正されたＶfr
とＩfrにするともに、これらに対応するＴfrを手順(e)
で求められる界磁巻線温度計算値Ｔfrとするものとす
る。
値のＩfrを基準値Ｉfr0 として、この基準値Ｉfr0 に１
に近い複数の所定の係数を掛けた値をＩfrt としてこれ
を基に手順(b) と同じ手順でＶfrt を計算し、このＶ
frt を基準値Ｖfr0 として、この基準値Ｖfr0 に１に近
い複数の所定の係数を掛けた値をＶfrttとして手順(c)
と同じ手順でＩefrtを計算し、手順(d) と同じ手順でこ
のＩefrtと前述のＩefmと比較して、近似的に等しいと
判断されたときに、このときのＶfrt とＩfrt を手順
(e) における修正されたＶfrとＩfrにするものとし、又
は、手順(a) で求められた界磁電流計算値Ｉfrと、手順
(b) で求められた界磁電圧計算値Ｖfrを初期値として、
手順(b) と手順(c) によって求められる界磁電流計算値
Ｉfrが測定値Ｉfmに等しいとする方程式との、ＶfrとＩ
frを未知数とする二元連立方程式を解いて得られたＶfr
とＩfrの値を手順(e) における修正されたＶfrとＩfrに
するものとし、又は、手順(a) で求められた界磁電流計
算値Ｉfrと、手順(b) で求められた界磁巻線温度初期推
定値Ｔfr0 と、界磁電圧計算値Ｖfrとを初期値として、
手順(b) と手順(c) によって求められる界磁電流計算値
Ｉfrが測定値Ｉfmに等しいとする方程式との、ＶfrとＩ
frとＴfrとを未知数とする三元連立方程式を解いて得ら
れたＶfrとＩfrの値を手順(e) における修正されたＶfr
とＩfrにするともに、これらに対応するＴfrを手順(e)
で求められる界磁巻線温度計算値Ｔfrとするものとす
る。
【０００８】
【作用】この00明の構成において、同期機の運転中の測
定値を入力データとして、あらかじめ定められたエルゴ
リズムに基づいてコンピュータに同期機の界磁巻線の温
度Ｔfrを計算させることによって、複雑な計算式も容易
かつ高速に計算し、計算結果を出力手段で出力すること
によって操作者が容易に計算結果を確認することができ
る。
定値を入力データとして、あらかじめ定められたエルゴ
リズムに基づいてコンピュータに同期機の界磁巻線の温
度Ｔfrを計算させることによって、複雑な計算式も容易
かつ高速に計算し、計算結果を出力手段で出力すること
によって操作者が容易に計算結果を確認することができ
る。
【０００９】あらかじめ定められたアルゴリズムは前述
のように、励磁機の界磁電流計算値Ｉefr を求めて、測
定値Ｉefm と比較する。これらの値が近似的に等しいと
きには、Ｉefr が測定値Ｉefm により近い値になるよう
にＶfrとＩfrを修正した上でこれを用いて界磁巻線温度
計算値ＴRTを計算する。等しくないと見なされたときに
は、界磁回路に異常があったとして異常処理することに
よって、界磁回路の監視機能を持たせることできる。ま
た、前述のようにＶfrとＩfrを修正することによってよ
り精度の高いＴRTを得ることができる。
のように、励磁機の界磁電流計算値Ｉefr を求めて、測
定値Ｉefm と比較する。これらの値が近似的に等しいと
きには、Ｉefr が測定値Ｉefm により近い値になるよう
にＶfrとＩfrを修正した上でこれを用いて界磁巻線温度
計算値ＴRTを計算する。等しくないと見なされたときに
は、界磁回路に異常があったとして異常処理することに
よって、界磁回路の監視機能を持たせることできる。ま
た、前述のようにＶfrとＩfrを修正することによってよ
り精度の高いＴRTを得ることができる。
【００１０】ＶfrとＩfrを修正する方法として、最初に
計算された界磁電流計算値Ｉfrを基準値Ｉfr0 として、
これに複数の１に近い所定の係数を掛けた値を界磁電流
計算値Ｉfrt としてこれを基に界磁電圧計算値Ｖfrt を
計算し、このＶfrt を基準値Ｖfr0 として、この基準値
Ｖfr0 に複数の１に近い所定の係数を掛けた値をＶfr tt
して、Ｉfrt とＶfrttの組み合わせに対応する励磁機の
界磁電流Ｉefrtを計算して測定値Ｉefm と比較し、近似
的に等しいときに、このときのＩfrt とＶfrttを修正さ
れたＶfrとＩfrとにする方法があり、又は、最初に求め
られた界磁電流計算値Ｉfrと、これに対応する界磁電圧
計算値Ｖfrを初期値として、ＶfrとＩfrとを未知数とす
る非線形二元連立方程式を解いて得られたＶfrとＩfrの
値を修正されたＶfrとＩfrとにする方法、更には、未知
数にＴfrを加えた３つの未知数に対する三元連立方程式
を解き、その結果としてのＶfrとＩfrの値を修正された
Ｖ frとＩfrにするとともに、Ｔfrを最終的に求められた
同期機の界磁巻線の温度とすることによっても初期の目
的を達成することができる。
計算された界磁電流計算値Ｉfrを基準値Ｉfr0 として、
これに複数の１に近い所定の係数を掛けた値を界磁電流
計算値Ｉfrt としてこれを基に界磁電圧計算値Ｖfrt を
計算し、このＶfrt を基準値Ｖfr0 として、この基準値
Ｖfr0 に複数の１に近い所定の係数を掛けた値をＶfr tt
して、Ｉfrt とＶfrttの組み合わせに対応する励磁機の
界磁電流Ｉefrtを計算して測定値Ｉefm と比較し、近似
的に等しいときに、このときのＩfrt とＶfrttを修正さ
れたＶfrとＩfrとにする方法があり、又は、最初に求め
られた界磁電流計算値Ｉfrと、これに対応する界磁電圧
計算値Ｖfrを初期値として、ＶfrとＩfrとを未知数とす
る非線形二元連立方程式を解いて得られたＶfrとＩfrの
値を修正されたＶfrとＩfrとにする方法、更には、未知
数にＴfrを加えた３つの未知数に対する三元連立方程式
を解き、その結果としてのＶfrとＩfrの値を修正された
Ｖ frとＩfrにするとともに、Ｔfrを最終的に求められた
同期機の界磁巻線の温度とすることによっても初期の目
的を達成することができる。
【００１１】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例を示すブロック図である。この
図において、同期機１で測定される電気量などがコンピ
ュータ２に入力されて後述するあらかじめ設定されてい
るアルゴリズムに基づいて演算処理を行って界磁巻線の
温度を求め、その結果を関係する値とともに出力手段と
してのディスプレー２２に出力する。操作者はその値を
観察して監視を行う。演算処理の実施などの指令は入力
手段としてのキーボード２１による。
図１はこの発明の実施例を示すブロック図である。この
図において、同期機１で測定される電気量などがコンピ
ュータ２に入力されて後述するあらかじめ設定されてい
るアルゴリズムに基づいて演算処理を行って界磁巻線の
温度を求め、その結果を関係する値とともに出力手段と
してのディスプレー２２に出力する。操作者はその値を
観察して監視を行う。演算処理の実施などの指令は入力
手段としてのキーボード２１による。
【００１２】図２は図１のコンピュータ２で処理される
アルゴリズムを示すフローチャートである。この図の各
手順を順を追って説明する。なお、計算で求められた値
には添字ｒを、測定によって求められた値には添字ｍを
付けることにする。これらの添字を付けない値はこれら
の区別をしない場合である。 手順１０１〔データ入力〕 後の手順で必要とする同期機２で測定される電気量や温
度などがコンーュータ２に入力される。こんれらのデー
タはコンピュータ２の内部記憶に記憶させる。 手順１０２〔Ｉf の計算〕 同期機界磁電圧Ｉf の計算法は、電気学会 電気規格調
査会標準規格ＪＥＣ−１１４ 第２編２．５界磁電流算
定法に基づく。この算定法によれば、同期機の電機子電
圧Ｖam、同電流Ｉam、同力率φa の測定値を基に同期機
界磁電圧Ｉf を求めることができる。力率φは有効電力
Ｐと無効電力Ｑとから計算される。もちろん、無負荷特
性や短絡特性などの同期機の特性及び巻線抵抗などに関
するデータがあらかじめコンピュータ２の内部記憶に記
憶させてある。 手順１０３〔Ｖf の計算〕 界磁電流Ｉf は直流なので、界磁電圧Ｖf は界磁電流Ｉ
f と界磁巻線の抵抗Ｒ f との積として求められる。た
だ、抵抗Ｒf は界磁巻線の温度Ｔf によって変化し、そ
の温度Ｔf が最終的に求めるものであるから、この手順
では次式で求められる近似的な温度が用いられる。
アルゴリズムを示すフローチャートである。この図の各
手順を順を追って説明する。なお、計算で求められた値
には添字ｒを、測定によって求められた値には添字ｍを
付けることにする。これらの添字を付けない値はこれら
の区別をしない場合である。 手順１０１〔データ入力〕 後の手順で必要とする同期機２で測定される電気量や温
度などがコンーュータ２に入力される。こんれらのデー
タはコンピュータ２の内部記憶に記憶させる。 手順１０２〔Ｉf の計算〕 同期機界磁電圧Ｉf の計算法は、電気学会 電気規格調
査会標準規格ＪＥＣ−１１４ 第２編２．５界磁電流算
定法に基づく。この算定法によれば、同期機の電機子電
圧Ｖam、同電流Ｉam、同力率φa の測定値を基に同期機
界磁電圧Ｉf を求めることができる。力率φは有効電力
Ｐと無効電力Ｑとから計算される。もちろん、無負荷特
性や短絡特性などの同期機の特性及び巻線抵抗などに関
するデータがあらかじめコンピュータ２の内部記憶に記
憶させてある。 手順１０３〔Ｖf の計算〕 界磁電流Ｉf は直流なので、界磁電圧Ｖf は界磁電流Ｉ
f と界磁巻線の抵抗Ｒ f との積として求められる。た
だ、抵抗Ｒf は界磁巻線の温度Ｔf によって変化し、そ
の温度Ｔf が最終的に求めるものであるから、この手順
では次式で求められる近似的な温度が用いられる。
【００１３】
【数１】 Ｔfr＝ＴCm＋Ｋ1 Ｉfr 2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） ここで、ＴCO；界磁巻線を冷却する冷却媒体の温度の測
定値、Ｋ1 ；比例係数なお、このＴfrが界磁巻線温度と
して充分の精度があるならば以降の計算は不要である
が、実際にはこの時点でのＩfrの値は必ずしも精度が良
いとは言えず、後述するように値を修正することにな
る。
定値、Ｋ1 ；比例係数なお、このＴfrが界磁巻線温度と
して充分の精度があるならば以降の計算は不要である
が、実際にはこの時点でのＩfrの値は必ずしも精度が良
いとは言えず、後述するように値を修正することにな
る。
【００１４】
【数２】 Ｖfr＝Ｒfm｛（235 ＋Ｔfr）／310 ｝Ｉfr ‥（２） ここで、Ｒfm；界磁巻線抵抗値の７５℃換算値 このＶfrも前述のＩfrと同様に値が修正される。 手順１０４〔Ｉefの計算〕 励磁機の界磁は固定子側なので、その電流Ｉefを実測し
て実測値Ｉefm を得ることができる。一方、同期機の界
磁電流Ｉf は励磁機の電機子電流Ｉeaを整流器によって
整流して得られることから、同期機の界磁電圧Ｖfrと界
磁電流Ｉfrから励磁機の電機子電圧Ｖeaと電機子電流Ｉ
eaとを整流理論に基づいて計算で求めることができ、こ
れらＶeaとＩeaとから同期機の理論に基づいて励磁機の
界磁電流Ｉefを求めることができる。励磁機の界磁電流
の実測値Ｉefm と前述の方法で計算される計算値Ｉefr
とを比較することによって、これらの計算に使用した同
期機の界磁電流ＩfrとＶfrの精度の検証と修正が可能に
なる。
て実測値Ｉefm を得ることができる。一方、同期機の界
磁電流Ｉf は励磁機の電機子電流Ｉeaを整流器によって
整流して得られることから、同期機の界磁電圧Ｖfrと界
磁電流Ｉfrから励磁機の電機子電圧Ｖeaと電機子電流Ｉ
eaとを整流理論に基づいて計算で求めることができ、こ
れらＶeaとＩeaとから同期機の理論に基づいて励磁機の
界磁電流Ｉefを求めることができる。励磁機の界磁電流
の実測値Ｉefm と前述の方法で計算される計算値Ｉefr
とを比較することによって、これらの計算に使用した同
期機の界磁電流ＩfrとＶfrの精度の検証と修正が可能に
なる。
【００１５】整流理論及び同期機理論に基づいた励磁機
の界磁電流計算値Ｉefr の誘導式は次の通りである。な
お、式の中で√（・・）とあるのは、括弧の中の値を平
方根した値を示す。また、θは転流角、ψd は電機子電
流の基本成分算出用のパラメータ、Ｋetは電機子電流実
効値成分計算用のパラメータ、αは電機子電圧、電流の
力率角、ＩfkはＩefr のＩeaに対応する成分、ＩfoはＶ
eaに対応する成分である。これらは計算の途中経過の値
なので添字による計算値であることの区別はしていな
い。また、励磁機の電機子電圧ＶeaとＩeaは実際の値の
計算値ではなく、励磁機と電機子との巻数を等しいとし
た基準的な値である。これらの巻数比は係数Ｋ4 とＫ5
の中に含まれている。
の界磁電流計算値Ｉefr の誘導式は次の通りである。な
お、式の中で√（・・）とあるのは、括弧の中の値を平
方根した値を示す。また、θは転流角、ψd は電機子電
流の基本成分算出用のパラメータ、Ｋetは電機子電流実
効値成分計算用のパラメータ、αは電機子電圧、電流の
力率角、ＩfkはＩefr のＩeaに対応する成分、ＩfoはＶ
eaに対応する成分である。これらは計算の途中経過の値
なので添字による計算値であることの区別はしていな
い。また、励磁機の電機子電圧ＶeaとＩeaは実際の値の
計算値ではなく、励磁機と電機子との巻数を等しいとし
た基準的な値である。これらの巻数比は係数Ｋ4 とＫ5
の中に含まれている。
【００１６】
【数３】 Ｖea ＝｛（π/3）Ｖfm＋Ｋ3 Ｉfm｝／√(2)‥‥‥‥
‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
【００１７】
【数４】
【００１８】
【数５】
【００１９】
【数６】
【００２０】
【数７】 cosα＝cos(θ/2) ／ψd ‥‥‥‥‥‥‥‥（７）
【００２１】
【数８】 Ｉea ＝ＫetＩfm ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８）
【００２２】
【数９】 Ｉfk ＝Ｋ4 Ｉea ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（９）
【００２３】
【数１０】 ＩfO ＝Ｋ5 Ｖea ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１０）
【００２４】
【数１１】 Ｉefr ＝√（Ｉfk 2 ＋ＩfO 2 ＋２ＩfkＩfO sinα）‥‥
‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１１） 手順１０５〔Ｉefの判定〕 励磁機界磁電流Ｉefの実測値Ｉefm と手順１０５で計算
された計算値Ｉefr とを比較し、その差の絶対値の比率
があらかじめ設定した１よりもはるかに小さな値δ1 よ
りも小さいとき近似等号が成立したと見なして「Ｙes」
に分岐して手順１０８以下を実行し、そうでないときに
「Ｎo 」に分岐して手順１０６を実行する。実際の手順
１０５のアルゴリズムでは、Ｉefr −Ｉefm の絶対値の
Ｉefm に対する比とδ1 とを比較するという最も一般的
なものばかりではなく、後述の手順１０７も含めて近似
等号の判定とＩfr，Ｖfrの修正を同時に行うアルゴリズ
ムを使用することもできる。 手順１０６〔異常処理〕 計算値Ｉefm は実測値Ｉefr とは大きく違わないのが実
際であり、もし手順１０５で「Ｎo 」に分岐するときは
何らかの異常があったと考えるべきであり、また、そう
考えて良い程度にδ1 が設定される。すなわち、励磁機
の電機子と同期機の界磁とこれらの間に挿入される整流
器を含めた回路で何らかの異常が発生したと考えるべき
である。例えば、整流器の素子の故障、回路の断線・短
絡などである。このような異常が発生していると見なせ
る場合に手順１０６で適切な異常処理を行う。例えば、
ディスプレー上に警報の表示をするなどである。 手順１０７〔Ｖfr, Ｉfrの修正〕 手順１０５で「Ｙes」に分岐してもＩefr は厳密にＩ
efm に一致しないのが普通であり、当然Ｉefm の方が精
度が良いから、Ｉefr が実質的にＩefm に一致するよう
に修正したＶfr, Ｉfrを使用して後述の界磁巻数温度Ｔ
frを求める方が精度が良いことになる。前述の（３）〜
（１１）式は結局ＩerがＶfrとＩfrとの関数であること
を表しており、これを次式で表す。
‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１１） 手順１０５〔Ｉefの判定〕 励磁機界磁電流Ｉefの実測値Ｉefm と手順１０５で計算
された計算値Ｉefr とを比較し、その差の絶対値の比率
があらかじめ設定した１よりもはるかに小さな値δ1 よ
りも小さいとき近似等号が成立したと見なして「Ｙes」
に分岐して手順１０８以下を実行し、そうでないときに
「Ｎo 」に分岐して手順１０６を実行する。実際の手順
１０５のアルゴリズムでは、Ｉefr −Ｉefm の絶対値の
Ｉefm に対する比とδ1 とを比較するという最も一般的
なものばかりではなく、後述の手順１０７も含めて近似
等号の判定とＩfr，Ｖfrの修正を同時に行うアルゴリズ
ムを使用することもできる。 手順１０６〔異常処理〕 計算値Ｉefm は実測値Ｉefr とは大きく違わないのが実
際であり、もし手順１０５で「Ｎo 」に分岐するときは
何らかの異常があったと考えるべきであり、また、そう
考えて良い程度にδ1 が設定される。すなわち、励磁機
の電機子と同期機の界磁とこれらの間に挿入される整流
器を含めた回路で何らかの異常が発生したと考えるべき
である。例えば、整流器の素子の故障、回路の断線・短
絡などである。このような異常が発生していると見なせ
る場合に手順１０６で適切な異常処理を行う。例えば、
ディスプレー上に警報の表示をするなどである。 手順１０７〔Ｖfr, Ｉfrの修正〕 手順１０５で「Ｙes」に分岐してもＩefr は厳密にＩ
efm に一致しないのが普通であり、当然Ｉefm の方が精
度が良いから、Ｉefr が実質的にＩefm に一致するよう
に修正したＶfr, Ｉfrを使用して後述の界磁巻数温度Ｔ
frを求める方が精度が良いことになる。前述の（３）〜
（１１）式は結局ＩerがＶfrとＩfrとの関数であること
を表しており、これを次式で表す。
【００２５】
【数１２】 Ｉer＝ｆ（Ｖfr，Ｉfr） ‥‥‥‥‥‥‥‥（１２） このＩerがＩemに一致するためには次式と前述の（２）
式との二元連立非線形方程式を解くことと一致する。
式との二元連立非線形方程式を解くことと一致する。
【００２６】
【数１３】 Ｉem＝ｆ（Ｖfr，Ｉfr） ‥‥‥‥‥‥‥‥（１３） この方程式を解く過程の中には、前述の手順１０３、１
０４及び１０５も含まれるので実際の図２に相当するフ
ローチャートは手順１０７が図２のように単独に存在す
るのではなく全体のフローチャートの中で手順１０７の
機能が実現されることになる。なお、非線形多元連立方
程式の解法には例えばニュートンラプソン法などが有名
であり、実際には（２）式と（１３）式の特殊性を利用
したより簡単、高速なアルゴリズムが使用される。
０４及び１０５も含まれるので実際の図２に相当するフ
ローチャートは手順１０７が図２のように単独に存在す
るのではなく全体のフローチャートの中で手順１０７の
機能が実現されることになる。なお、非線形多元連立方
程式の解法には例えばニュートンラプソン法などが有名
であり、実際には（２）式と（１３）式の特殊性を利用
したより簡単、高速なアルゴリズムが使用される。
【００２７】また、ＶfrとＩfrを修正する方法として、
手順１０２で計算されたＩfrに、例えば、このＩfrを基
準値Ｉfr0 として、これにｅ＝（１，１±0.0025, １±
0.005 ）の５種類の係数を掛けて得られる値Ｉfrt のそ
れぞれごとにＶfrを計算し、これをこのときのＩfrt に
対する基準値Ｖfrt0として、前述の係数ｅ又は異なる１
に近い複数の係数を掛けた値Ｖfrttとして、（Ｉfrt ，
Ｖfrtt）の組み合わせに対するＩefrtを計算し、これと
Ｉefm とを比較して最もその差が小さな（Ｉfr t ，Ｖ
frtt）の組み合わせを修正された値とする方法も採用す
ることができる。 手順１０８〔Ｔfrの計算〕 修正された結果としてのＶfrとＩfrを基に次式から界磁
巻数温度Ｔf の計算値Ｔfrを求める。
手順１０２で計算されたＩfrに、例えば、このＩfrを基
準値Ｉfr0 として、これにｅ＝（１，１±0.0025, １±
0.005 ）の５種類の係数を掛けて得られる値Ｉfrt のそ
れぞれごとにＶfrを計算し、これをこのときのＩfrt に
対する基準値Ｖfrt0として、前述の係数ｅ又は異なる１
に近い複数の係数を掛けた値Ｖfrttとして、（Ｉfrt ，
Ｖfrtt）の組み合わせに対するＩefrtを計算し、これと
Ｉefm とを比較して最もその差が小さな（Ｉfr t ，Ｖ
frtt）の組み合わせを修正された値とする方法も採用す
ることができる。 手順１０８〔Ｔfrの計算〕 修正された結果としてのＶfrとＩfrを基に次式から界磁
巻数温度Ｔf の計算値Ｔfrを求める。
【００２８】
【数１４】 Ｔfr＝ 310×｛（Ｖfr／Ｉfr）／Ｒfm｝−235‥‥‥‥
‥‥‥‥（１４） この式は前述の（２）式の変形式である。したがって、
ＶfrとＩfrを修正せずに手順１０２と１０３で求めた値
をそのまま（１２）式に代入すれば得られるＴ frの値は
（１）式で求めたＴfrに一致する。
‥‥‥‥（１４） この式は前述の（２）式の変形式である。したがって、
ＶfrとＩfrを修正せずに手順１０２と１０３で求めた値
をそのまま（１２）式に代入すれば得られるＴ frの値は
（１）式で求めたＴfrに一致する。
【００２９】これまでの記載ではＩfrからＶfrを求める
ときは（２）式によるとしているので、そのときのＴfr
の値は（１）式で求められた値のままということにな
る。実際には、手順１０７のＶfr，Ｉfrの値を修正する
過程でより精度のよいＴfrを使用することによって、よ
り精度の高いＶfr，Ｉfrを求めることができる。同時に
この手順１０８の機能としてのＴfrの計算結果も同時に
得られることになる。このことは、前述の（１１）式と
（２）式との連立方程式に（１４）式を追加して、
Ｖfr，Ｉfr，Ｔfrの３つを未知数とする非線形三元連立
方程式を解くことに帰着するといってもよい。
ときは（２）式によるとしているので、そのときのＴfr
の値は（１）式で求められた値のままということにな
る。実際には、手順１０７のＶfr，Ｉfrの値を修正する
過程でより精度のよいＴfrを使用することによって、よ
り精度の高いＶfr，Ｉfrを求めることができる。同時に
この手順１０８の機能としてのＴfrの計算結果も同時に
得られることになる。このことは、前述の（１１）式と
（２）式との連立方程式に（１４）式を追加して、
Ｖfr，Ｉfr，Ｔfrの３つを未知数とする非線形三元連立
方程式を解くことに帰着するといってもよい。
【００３０】いずれにしても図２のフローチャートは界
磁巻線温度Ｔfrを求めるエアルゴリズムの基本を示して
いるものであって実用に当たっては種々の工夫が盛り込
まれるのが実際である。 手順１０９ 手順１０８で求められた界磁巻線温度Ｔfrの値はディス
プレー４に表示される。このとき、手順１０１で同期機
１から入力されたデータや途中の手順で計算された
Ｖfr，Ｉfrなども同時に出力することによって、操作者
は表示された全体のデータを把握することができる。前
述の手順１０６での異常処理の際は、異常である旨の表
示の他にこれらのデータを例えば正常では白の文字で表
示するのに対して赤で表示して注意を喚起するというこ
とも可能である。また、単にディスプレーに表示するだ
けではなく、プリンターに印字させたり、計算結果を同
期機の制御系にフィードバックしてより効率的な運転の
ためのデータとして活用することも可能である。
磁巻線温度Ｔfrを求めるエアルゴリズムの基本を示して
いるものであって実用に当たっては種々の工夫が盛り込
まれるのが実際である。 手順１０９ 手順１０８で求められた界磁巻線温度Ｔfrの値はディス
プレー４に表示される。このとき、手順１０１で同期機
１から入力されたデータや途中の手順で計算された
Ｖfr，Ｉfrなども同時に出力することによって、操作者
は表示された全体のデータを把握することができる。前
述の手順１０６での異常処理の際は、異常である旨の表
示の他にこれらのデータを例えば正常では白の文字で表
示するのに対して赤で表示して注意を喚起するというこ
とも可能である。また、単にディスプレーに表示するだ
けではなく、プリンターに印字させたり、計算結果を同
期機の制御系にフィードバックしてより効率的な運転の
ためのデータとして活用することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】この発明は前述のように、同期機の運転
中の測定値を入力データとして、あらかじめ定められた
手順に基づいてコンピュータに同期機の界磁巻線の温度
Ｔfrを計算させることによって、複雑な計算式も容易か
つ高速に計算し、計算結果を出力手段で出力することに
よって操作者が容易に計算結果を確認することができ
る。また、前述のような手順に基づいてＴfrを計算し、
計算過程で励磁機界磁電流の計算値Ｉefr と測定値Ｉ
efm とを比較し近似的に等しいかどうかの判定を行い、
等しくないと判定されたときには、界磁回路に異常があ
ったと見なすことによって界磁回路の監視機能を持たせ
ることできる。また、等しいと判定されたときには、Ｉ
efr がＩefm 一致するようにＶfrとＩfrを修正してその
値を基にＴfrを計算することによって精度がより向上す
るという効果が得られる。
中の測定値を入力データとして、あらかじめ定められた
手順に基づいてコンピュータに同期機の界磁巻線の温度
Ｔfrを計算させることによって、複雑な計算式も容易か
つ高速に計算し、計算結果を出力手段で出力することに
よって操作者が容易に計算結果を確認することができ
る。また、前述のような手順に基づいてＴfrを計算し、
計算過程で励磁機界磁電流の計算値Ｉefr と測定値Ｉ
efm とを比較し近似的に等しいかどうかの判定を行い、
等しくないと判定されたときには、界磁回路に異常があ
ったと見なすことによって界磁回路の監視機能を持たせ
ることできる。また、等しいと判定されたときには、Ｉ
efr がＩefm 一致するようにＶfrとＩfrを修正してその
値を基にＴfrを計算することによって精度がより向上す
るという効果が得られる。
【００３２】また、ＶfrとＩfrを修正する方法として、
ＶfrとＩfrとのそれぞれの値を少しずつ変化させて得ら
れるＶfrttとＩfrt の組み合わせのそれぞれに対応する
Ｉef r を求め、これとＩefm とを比較して最もその差が
小さなＶfrttとＩfrt の組み合わせを修正された値とす
ることでもよく、ＶfrとＩfrとを未知数とした非線形二
元連立方式を数値解析的に解くことでもよい。更に、未
知数にＴfrも加えた非線形三元連立方程式を解く方法を
採用することもできる。
ＶfrとＩfrとのそれぞれの値を少しずつ変化させて得ら
れるＶfrttとＩfrt の組み合わせのそれぞれに対応する
Ｉef r を求め、これとＩefm とを比較して最もその差が
小さなＶfrttとＩfrt の組み合わせを修正された値とす
ることでもよく、ＶfrとＩfrとを未知数とした非線形二
元連立方式を数値解析的に解くことでもよい。更に、未
知数にＴfrも加えた非線形三元連立方程式を解く方法を
採用することもできる。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図
【図２】図１のコンピュータで処理される手順を示すフ
ローチャート
ローチャート
１ 同期機 ２ コンピュータ ２１ キーボード（入力手段） ２２ ディスプレー（出力手段）
Claims (4)
- 【請求項１】同期機の運転中の測定値を入力データとし
て、あらかじめ定められたアルゴリズムに基づいて同期
機の界磁巻線の温度Ｔfrを計算するコンピュータ、計算
結果を出力する出力手段を備え、 前記アルゴリズムが次の手順でなることを特徴とするブ
ラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法。 (a) 同期機の電機子電流Ｉam、電機子電圧Ｖam、負荷有
効電力Ｐ、負荷無効電力Ｑの測定値を基に、界磁電流計
算値Ｉfrを計算によって求める。 (b) 冷却媒体の温度Ｔcmの測定値を基に同期機界磁巻線
温度Ｔfrの初期推定値Ｔfr0を求め、この値と界磁電流
計算値Ｉfrを基に、Ｒfmを界磁巻線抵抗値の７５℃換算
値として、次式により界磁電圧計算値Ｖfrを計算によっ
て求める。 Ｖfr＝Ｒfm[（２３５＋Ｔfr0）／３１０]Ｉfr (c) 界磁電流計算値Ｉfrと界磁電圧計算値を基に、αを
電機子電圧、電流の力率角、Ｉfkを励磁機の界磁電流計
算値の励磁機の電機子電流Ｉeaに対応する成分、Ｉf0を
励磁機の電機子電圧Ｖeaに対応する成分として、次式に
より励磁機の界磁電流計算値Ｉefrを計算によって求め
る。 Ｉefr＝√（Ｉfk 2＋Ｉf0 2＋２ＩfkＩf0ｓｉｎα） (d) この励磁機の界磁電流計算値Ｉefr とその測定値Ｉ
efm とを比較する。 (e) 比較した結果、近似的に等しいと判断されたとき
に、ＶfrとＩfrとに所定の係数を乗じて、測定値Ｉefm
と比較して最もその差が小さなＶfrとＩfrとの組み合わ
せに修正した上で、この値を用いて、次式により界磁巻
線温度計算値Ｔfrを計算する。 Ｔfr＝３１０×[（Ｖfr／Ｉfr）／Ｒfm]−２３５ (f) 比較した結果、近似的にも等しくないと判断された
ときに、界磁回路に異常があったとして異常処理する。 - 【請求項２】手順(a) で求められた界磁電流計算値のＩ
frを基準値Ｉfr0 として、この基準値Ｉfr0 に１に近い
複数の所定の係数を掛けた値をＩfrt としてこれを基に
手順(b) と同じ手順でＶfrt を計算し、このＶfrt を基
準値Ｖfr0 として、この基準値Ｖfr0 に１に近い複数の
所定の係数を掛けた値をＶfrttとして手順(c) と同じ手
順でＩefrtを計算し、手順(d) と同じ手順でこのＩefrt
と前述のＩefm と比較して、近似的に等しいと判断され
たときに、このときのＶfrt とＩfrt を手順(e) におけ
る修正されたＶfrとＩfrにすることを特徴とする請求項
１記載のブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視
方法。 - 【請求項３】手順(a) で求められた界磁電流計算値Ｉfr
と、手順(b) で求められた界磁電圧計算値Ｖfrを初期値
として、手順(b) と手順(c) によって求められる界磁電
流計算値Ｉfrが測定値Ｉfmに等しいとする方程式との、
ＶfrとＩfrを未知数とする二元連立方程式を解いて得ら
れたＶfrとＩfrの値を手順(e) における修正されたＶfr
とＩfrにすることを特徴とする請求項１記載のブラシレ
ス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法。 - 【請求項４】手順(a) で求められた界磁電流計算値Ｉfr
と、手順(b) で求められた界磁巻線温度初期推定値Ｔ
fr0 と、界磁電圧計算値Ｖfrとを初期値として、手順
(b) と手順(c) によって求められる界磁電流計算値Ｉfr
が測定値Ｉfmに等しいとする方程式との、ＶfrとＩfrと
Ｔfrとを未知数とする三元連立方程式を解いて得られた
ＶfrとＩfrの値を手順(e) における修正されたＶfrとＩ
frにするともに、これらに対応するＴfrを手順(e) で求
められる界磁巻線温度計算値Ｔfrとすることを特徴とす
る請求項１記載のブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線
温度監視方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02586493A JP3227865B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | ブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02586493A JP3227865B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | ブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06245368A JPH06245368A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3227865B2 true JP3227865B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=12177674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02586493A Expired - Lifetime JP3227865B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | ブラシレス励磁機付同期機の界磁巻線温度監視方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3227865B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7247134B2 (ja) | 2020-03-17 | 2023-03-28 | 株式会社東芝 | 層間短絡検知装置および層間短絡検知方法 |
| KR102425497B1 (ko) * | 2020-10-28 | 2022-07-27 | 주식회사 위드피에스 | 동기 발전기, 동기 발전기 모니터링 장치 및 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램 |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP02586493A patent/JP3227865B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06245368A (ja) | 1994-09-02 |
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