(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記変圧部は、巻線の異なる位置にタップが設けられることにより、それぞれ前記変圧部の一次側電圧及び二次側電圧を段階的に切換可能な一次側回路及び二次側回路を含み、
前記一次側回路及び前記二次側回路の各々は、巻線の異なる位置にタップが設けられることにより、それぞれ前記変圧部の一次側電圧及び二次側電圧を段階的に切換可能に構成されており、
前記制御工程では、前記一次側回路及び前記二次側回路の少なくとも一方における前記タップに対して切換操作を実施することにより前記降圧の度合いを制御する請求項6又は7に記載の結露防止方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、例えば大容量の交流電源と接続された発電機等の回転機械のコイルに、その交流電源から微弱電流を通電することにより発熱させて結露を防止しようとする場合、電圧が高すぎれば電流も大きくなりヒューズがとんでしまう。そこで、変圧機構を設けて交流電源の電圧を降圧させることが考えられるが、電圧が小さすぎれば電流が不足して結露を防げない。また、このような変圧機構を有する結露防止装置を交流電源と回転機械との間に設けようとする場合、結露防止装置により降圧させるべき電圧の度合いは、交流電源の電圧や、交流電源と回転機械とを接続するケーブルの長さや太さ等の状況によって異なる。そこで、このような状況が異なる場合でも、汎用的に利用できる結露防止装置を提供することが望ましい。
【0005】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、回転機械の結露を防止する結露防止装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、
交流電源に接続されるコイルを有する回転機械の結露を防止する結露防止装置であって、前記
交流電源に対して前記回転機械と並列に接続され、前記
交流電源の電圧を所定電圧に
降圧して前記回転機械に供給可能に構成された変圧部と、前記変圧部及び前記回転機械間における電気物理量を計測する計測部と、前記計測部で計測された前記電気物理量に基づいて前記変圧部における
降圧の度合いを制御する制御部と、を備える結露防止装置である。
【0007】
また、本発明の一態様は、変圧部が、交流電源に接続された一次側回路と、回転機械のコイルに接続された二次側回路と、一次側回路と二次側回路との少なくとも一方において変圧後の電圧を調整する調整部と、を備える。
【0008】
また、本発明の一態様は、調整部が、一次側回路において電圧を調整する第一調整部と、二次側回路において電圧を調整する第二調整部と、を備える。
【0009】
また、本発明の一態様は、第一調整部と第二調整部とのいずれか一方により電圧を調整して取得した電気の物理量に基づいて、第一調整部と第二調整部との他方をさらに調整する制御部を備える。
【0010】
また、本発明の一態様は、変圧部はトランスであり、一次側回路と二次側回路とは
それぞれ一次側コイル及び二次側コイルを備え、調整部は、
一次側コイルと
一次側コイルとの少なくとも一
方において巻数の異なる複数の位置に設けられたタップである。
【0011】
また、本発明の一態様は、
交流電源に接続されるコイルを有する回転機械であって、前記
交流電源に対して前記回転機械と並列に接続され、前記
交流電源の電圧を所定電圧に
降圧して前記回転機械に供給可能な変圧部を用いて前記回転機械の結露を防止する結露防止方法であって、前記変圧部及び前記回転機械間における電気物理量を計測する計測工程と、前記計測された電気物理量に基づいて前記変圧部における
降圧の度合いを制御する制御工程と、を備える結露防止方法である。
【0012】
また、本発明の一態様は、上述の結露防止方法において、結露防止装置が備える変圧部が、交流電源に接続された一次側回路と、回転機械のコイルに接続された二次側回路と、一次側回路において電圧を調整する第一調整部と、二次側回路において電圧を調整する第二調整部と、を備え、第一調整部と第二調整部とのいずれか一方により電圧を調整して取得した電気の物理量に基づいて、第一調整部と第二調整部との他方をさらに調整するステップを備える。
【発明の効果】
【0013】
以上説明したように、本発明によれば、コイルを有する回転機械の結露を防止する結露防止装置が、交流電源と接続されるとともに、回転機械のコイルに対して、出力系統と並列に接続され、交流電源の電圧を、回転機械のコイルに所定範囲の電流を供給可能な電圧まで降圧させる変圧部を備え、変圧部は、変圧後の電圧を調整可能であるようにしたので、回転機械の結露を防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態の概要を説明する。
図1は、本実施形態による結露防止装置50の構成例を示す図である。
電動発電機100は、コイルを有する回転機械であり、インピーダンス素子である3つのコイルzを有する三相のモーター発電機である。電動発電機100は、端子uと、端子vと、端子wとを介して交流電源に接続される。端子uと端子vとは、それぞれ端子5と端子10とにより変圧部200に接続され、変圧部200は、端子4と端子9とによりそれぞれ端子1と端子8とに接続される。端子1と端子8とは、それぞれ端子Uと端子Vとに接続される。端子uと端子5とは、スイッチ6とヒューズ7とを介して接続される。端子4と端子1とは、スイッチ2とヒューズ3とを介して接続される。これと並列に、端子uはスイッチ11を介して端子1に接続され、端子vはスイッチ12を介して端子1に接続される。端子wは、スイッチ13を介して端子Wに接続される。端子Uと端子Vと端子Wとは、交流電源(例えば、400V)に接続される。
【0016】
端子uがスイッチ11を介して端子1に接続される経路と、端子vがスイッチ12を介して端子8に接続される経路と、端子wがスイッチ13を介して端子Wに接続される経路とは出力系統であり、電動発電機100が動作している間はスイッチ2とスイッチ6とがOFF状態となり、スイッチ11とスイッチ12とスイッチ13とがON状態となる。一方、電動発電機100の動作が停止するとスイッチ2とスイッチ6とがON状態となり、スイッチ11とスイッチ12とスイッチ13とがOFF状態となる。これにより、変圧部200を経由する経路のみが通電状態となる。本実施形態では、電動発電機100の動作が停止している間に、変圧部200を経由する経路のみを通電状態とし、交流電源の電圧を降圧させて電動発電機100に微弱電流を通電することにより発熱させて結露を防止し、絶縁能力の低下を抑制する。
【0017】
結露防止装置50は、変圧部200と、計測器300と、制御部400とを備えている。
変圧部200は、端子1と端子8とを介して交流電源と接続されるとともに、電動発電機100のコイルzに対して、端子uと端子vとを介して出力系統と並列に接続され、交流電源の電圧を、電動発電機100のコイルzに所定範囲の電流を供給可能な電圧まで降圧させる。所定範囲の電流を供給可能な電圧とは、例えば10Vである。これにより電動発電機100に微弱電流を通電し、発熱させることにより電動発電機100におけるコイルzの結露を防止する。ここで、電圧が高すぎて電流が流れすぎればヒューズ7がとんでしまう一方、電圧が低すぎて電流が不足すれば電動発電機100の結露を防止するのに十分な温度までコイルおよびその周囲温度を上げることができない。また、このような変圧部200を備える結露防止装置50を、汎用的な装置として電動発電機100と交流電源との間に接続する場合、交流電源の電圧や、交流電源と電動発電機100とを接続するケーブルの長さや太さ等の状況によって、変圧部200によって降圧させるべき電圧の度合いは異なる。そこで、本実施形態における変圧部200は、このような状況が異なる場合でも、電圧が高すぎず、かつ低すぎない程度の適切な範囲に電圧を降圧させるために、変圧後の電圧を調整可能である。ここで、変圧部200は、交流電源に接続される入力側の一次側回路と電動発電機100に接続される出力側の二次側回路との双方において、変圧の度合いを調整することもできる。
【0018】
計測器300は、変圧部200と電動発電機100との間に接続され、変圧部200の二次側回路と電動発電機100との間の電気の物理量を測定して出力する機器である。電気の物理量とは、例えば電力、電圧、電流、電位差、電圧の比、電流の比等である。計測器300は、例えばオシロスコープである。
【0019】
制御部400は、例えばコンピュータ装置であり、変圧部200が備える調整部を制御する。例えば、制御部400は、変圧部200が一次側回路と二次側回路との双方において変圧の度合いを調整する場合、一次側回路と二次側回路とのいずれか一方により電圧を調整して取得した電気の物理量に基づいて、一次側回路と二次側回路との他方をさらに調整する。
以下、このような結露防止装置50の実施形態を詳細に説明する。
【0020】
<第1の実施形態>
図面を参照して、第1の実施形態における結露防止装置50を説明する。
図2は、本実施形態における結露防止装置50が備える変圧部200である変圧部200aの構成例を示す図である。
変圧部200aは、交流電源に接続された一次側回路200a−1と、電動発電機100のコイルzに接続された二次側回路200a−2とを備えており、一次側回路200a−1と二次側回路200a−2との双方に、変圧後の電圧を調整する調整部を備えている。本実施形態では、変圧部200aは、一次側回路200a−1において電圧を調整するタップ端子201、タップ端子202、タップ端子203、タップ端子204(第一調整部)と、二次側回路200a−2において電圧を調整するタップ端子205、タップ端子206、タップ端子207、タップ端子208(第二調整部)とを備えている。このような複数のタップ端子を設けることで、出力電圧を調整しながら降圧させることが可能となる。
【0021】
本実施形態において、変圧部200aはトランスであり、一次側回路200a−1と二次側回路200a−2とはコイルを備える。一次側回路200a−1は、端子4と端子10とを介して交流電源に接続される。二次側回路200a−2は、端子5とスイッチ11とを介して電動発電機100に接続される。タップ端子201と、タップ端子202と、タップ端子203とは、一次側回路200a−1のコイルにおいて巻数の異なる複数の位置に設けられたタップである。タップ端子204は、タップ端子202と、タップ端子202と、タップ端子203とのいずれかに接続して電圧を調整する。例えば、タップ端子201は500Vに対応する巻数の位置に設けられ、タップ端子202は300Vに対応する巻数の位置に設けられ、タップ端子203は200Vに対応する巻数の位置に設けられる。
【0022】
タップ端子205と、タップ端子206と、タップ端子207とは、二次側回路200a−2のコイルにおいて巻数の異なる複数の位置に設けられたタップである。タップ端子208は、タップ端子205と、タップ端子206と、タップ端子207とのいずれかに接続して電圧を調整する。例えば、タップ端子205は8Vに対応する巻数の位置に設けられ、タップ端子206は7Vに対応する巻数の位置に設けられ、タップ端子207は6Vに対応する巻数の位置に設けられる。
【0023】
次に、図面を参照して、本実施形態による結露防止装置50の制御方法の例を説明する。
図3は、本実施形態による結露防止装置50の動作例を示すフローチャートである。
制御部400は、電動発電機100のコイルzの結露を防止するために必要な電圧値である目標値の入力を受け付ける(ステップS1)。目標値は、例えば「8V」などの値でもよいし、「6Vから9V」などの範囲を示すものであってもよい。また、制御部400は、二次側回路200a−2のインピーダンス推定値の入力を受け付ける(ステップS2)。制御部400は、ステップS1において入力された目標値と、ステップS2において入力されたインビーダンス推定値とに基づいて、二次側回路200a−2におけるタップ端子201と、タップ端子202と、タップ端子203とのいずれにタップ端子204を接続させるかを決定し、決定したタップ端子にタップ端子204を接続させる(ステップS3)。例えば、制御部400は、交流電源の電圧を目標値に降圧させるためのコイルの巻数を決定し、決定した巻数に対応するタップ端子を決定する。
【0024】
そして、交流電源から通電し、計測器300が、電動発電機100に対する通電状態を計測する試験確認を行う(ステップS4)。制御部400は、計測器300の測定結果に基づいて、一次側回路200a−1と二次側回路200a−2とのタップ端子の接続を変更して電圧を調整する。例えば、電流が大きすぎて電流容量を超える場合や、変圧器鉄心の磁気飽和に達して電流波形が歪んだり、正負で非対称になったりした場合にはタップ端子の変更が必要である。まず、制御部400は、計測器300による測定結果に基づいて、二次側回路200a−2により降圧の度合いの大きな調整を行う。例えば、制御部400は、測定結果が目標値と10%以上離れていなければ、次のステップに進む。一方、取得した測定結果が目標値と10%以上離れていれば、測定結果を目標値の10%以内にするために、二次側回路200a−2におけるタップ端子205と、タップ端子206と、タップ端子207とのいずれにタップ端子208を接続させるかを決定し、決定したタップ端子にタップ端子208を接続させる(ステップS5)。
【0025】
さらに、制御部400は、一次側回路200a−1により降圧の度合いの小さな調整を行う。例えば、制御部400は、ステップS5の調整後において電動発電機100にかかる電圧の推定値を算出し、推定値と目標値との10%以下の差をさらに少なくするために、一次側回路200a−1におけるタップ端子201と、タップ端子202と、タップ端子203とのいずれにタップ端子204を接続させるかを決定し、決定したタップ端子にタップ端子204を接続させる(ステップS6)。
【0026】
このようにして、結露防止装置50は、交流電源の電圧を、電動発電機100のコイルzに所定範囲の電流を供給可能な電圧に調整して降圧させる。これにより、電動発電機100のコイルzの結露を防止するために最適な電圧による微弱電流を通電することができる。
本実施形態による結露防止装置50は、例えば、船舶の電動発電機付き過給機における電動発電機のスペースヒータ回路として適用することができ、結露防止装置50を交流電源と電動発電機との間に設置し、電動発電機のコイルの結露を防止するために適用することができる。ここで、特に高速仕様の電動発電機においては、コイルインピーダンス(抵抗とリアクタンスのベクトル和)が非常に小さいため、印加電圧を小さくするために降圧する必要がある。
【0027】
船舶における交流電源の電圧等の状況を予め調査し、所定の降圧を行うトランスを持参して設置すれば、交流電源を降圧させることは可能である。ただし、電動発電機の直近にトランスを設置できない場合には、これらを制御するインバータやコンバータの盤内に設置することが考えられる。この場合、電動発電機の内部インピーダンスだけでなく、盤までのケーブルのインピーダンスも正確に考慮しないと、電流不足や過電流となり、所望の発熱・ヒータ効果が得られなかったり、ヒータ回路のコンタクタやヒューズの容量を超えたりする可能性がある。ケーブルのインピーダンスは、電動発電機とトランスの設置場所、配線ルート、ケーブルの長さや太さ(断面積)、撚り方等の不確定要素によって異なるため、事前に予想することは困難である。このため、予め調査した情報に基づいてトランスを設置しても、このような不確定要素の影響により最適な範囲に降圧させることができなければ、異なるトランスを製作、持参しなおして設置しなおす等の作業が必要になる。
【0028】
これに対し、本実施形態の結露防止装置50によれば、船舶に結露防止装置50を持参して設置した後、実際の電圧値等を計測しながら最適な降圧を行うことができるため、状況に応じた不確定要素を考慮して、最適な降圧を行うことが可能となる。鉄道車両、航空機、大型車両等における電動発電機のコイルの結露を防止するためにも、同様に結露防止装置50を適用することができる。
【0029】
また、例えば上述の例のように、交流電源が400Vであり、一次側回路200a−1が、タップ端子201(500V)とタップ端子202(300V)とタップ端子203(200V)とのタップ端子を備える場合、計測器300によって計測した電圧が6Vであれば、タップ端子203(200V)を用いることで出力は12Vになり、タップ端子201(500V)を用いることで出力は4.8Vになる。本実施形態の結露防止装置50によれば、このような様々な組み合わせにより出力電圧を調整することができる。また、一次側回路200a−1におけるタップ端子の刻みを小さくすれば、二次側回路200a−2における調整以上に、細かい電圧の調整が可能となる。
【0030】
なお、上述の例では、例えば二次側回路200a−2は、二次側回路200a−2のコイルにおいて、8Vに対応する巻数の位置に設けられたタップ端子205と、7Vに対応する巻数の位置に設けられたタップ端子206と、6Vに対応する巻数の位置に設けられたタップ端子207との入力側タップ端子が設けられ、これらの入力側タップ端子のいずれかに、出力側タップ端子であるタップ端子208が接続して電圧を調整する例を説明した。ここでは、出力側タップ端子を複数設けて、それぞれの出力側タップ端子が接続する入力側タップ端子の電位差により、降圧の度合いを調整するようにしてもよい。
【0031】
図4は、このような二次側回路200a−2である二次側回路200a−2aの構成例を示す図である。二次側回路200a−2aは、例えば7Vに対応する巻数の位置に設けられたタップ端子210と、6Vに対応する巻数の位置に設けられたタップ端子211と、4Vに対応する巻数の位置に設けられたタップ端子212と、0Vに対応する巻数の位置に設けられたタップ端子213との入力側タップ端子を備えている。また、二次側回路200a−2aは、タップ端子214と、タップ端子215との出力側タップ端子を備えている。このようにすれば、タップ端子214と、タップ端子215との出力側タップ端子が、任意の2つの入力側タップ端子に接続することで、その2つの入力側タップ端子の電位差によって柔軟に降圧の度合いを制御することができる。
【0032】
例えば、出力側の第1のタップ端子214が、タップ端子210(7V)と、タップ端子211(6V)と、タップ端子212(4V)とのいずれかに接続し、出力側の第2のタップ端子215が、タップ端子213(0V)に接続すれば、電位差はそれぞれ7V、6V、4Vとなる。あるいは、例えば出力側の第1のタップ端子214がタップ端子210(7V)に接続し、出力側の第2のタップ端子215がタップ端子211(6V)に接続すれば、電位差は1Vとなる。あるいは、例えば出力側の第1のタップ端子214がタップ端子211(6V)に接続し、出力側の第2のタップ端子215がタップ端子212(4V)に接続すれば、電位差は2Vとなる。あるいは、例えば出力側の第1のタップ端子214がタップ端子210(7V)に接続し、出力側の第2のタップ端子215がタップ端子212(4V)に接続すれば、電位差3Vとなる。制御部400は、このような接続を調整することにより、降圧の度合いを調整することができる。
一次側回路200a−1についても、同様に複数の入力側タップ端子と複数の出力側タップ端子とを設けて制御することができる。
【0033】
あるいは、一次側回路200a−1と二次側回路200a−2とのいずれかまたは双方において、コイルの巻数を変更することが可能な可変単巻変圧器を適用し、連続可変機構とすることもできる。
【0034】
なお、上述の例では、一次側回路200a−1における調整部の調整を行った後に、二次側回路200a−2における調整部の調整を行う例を示したが、二次側回路200a−2における調整部の調整を行った後に、一次側回路200a−1における調整部の調整を行うこともできる。
【0035】
また、上述の例では、電動発電機100のコイルに接続された一次側回路200a−1と二次側回路200a−2との双方に変圧後の電圧を調整する調整部を備えている例を説明したが、一次側回路200a−1と二次側回路200a−2との少なくとも一方において変圧後の電圧を調整する調整部を備えていればよい。例えば、一次側回路200a−1のみ、あるいは二次側回路200a−2のみがタップを備え、巻数を変更することにより降圧するようにしてもよい。
【0036】
また、上述の例では、ステップS1において、変圧部200aによる降圧後の電圧値を目標値として入力する例を示したが、目標値は電流値等であってもよく、電気の物理量を表すものであればよい。
なお、上述の例では、計測器300による測定結果に応じて、コンピュータである制御部400が自動的に変圧部200による降圧の度合いを調整する例を説明したが、例えば制御部400は、計測器300による測定結果等の情報をディスプレイに出力し、出力した情報に応じて入力される作業員からの指示に応じて、変圧部200による降圧の度合いを調整するようにしてもよい。あるいは、作業員が直接、変圧部200を調整するようにしてもよい。
【0037】
<第2の実施形態>
次に、図面を参照して、第2の実施形態における結露防止装置50を説明する。
図5は、本実施形態における結露防止装置50が備える変圧部200である変圧部200bの構成例を示す図である。
本実施形態における変圧部200bはAC/ACの電力変換器であり、電力変換器により電圧を可変とする。この場合、周波数は変化させず電圧だけを変化させてもよいし、周波数を変化させてもよい。交流の場合、リアクタンス成分は周波数に比例するので、同じ電圧値でも周波数が高いほど流れる電流は小さくなる。
この場合でも、第1の実施形態と同様の制御方法により、電動発電機100にかかる電圧を調整しながら降圧することができる。
【0038】
<第3の実施形態>
次に、図面を参照して、第3の実施形態における結露防止装置50を説明する。
図6は、本実施形態における結露防止装置50が備える変圧部200である変圧部200cの構成例を示す図である。
本実施形態における変圧部200cはAC/DC/ACの電力変換器であり、電力変換器により電圧を可変とする。変圧部200cは、一次側回路であるAC/DC変換器220と、コンデンサ221と、二次側回路であるDC/AC変換器222とを備えている。
この場合でも、第1の実施形態と同様の制御方法により、電動発電機100にかかる電圧を調整しながら降圧することができる。
【0039】
なお、本発明における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより結露防止を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、インターネットやWAN、LAN、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
【0040】
また、上述した機能の一部または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。