(57)【要約】【課題】簡素な構成で、被試験機の負荷特性試験を行う。【解決手段】誘導電動機用試験装置は、例えば、系統に電力を出力可能な発電用誘導電動機と、発電用誘導電動機と、系統から入力される電力に従って駆動すると共に取り外し可能な試験対象となる誘導電動機を示した被試験機と、の間を接続し、内部を循環する動力油の油量を調整することで、試験機から発電用誘導電動機に回転軸を介して伝達される回転速度を変化させる連続可変速流体継手と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統に電力を出力可能な発電用誘導電動機と、
前記発電用誘導電動機と、前記系統から入力される電力に従って駆動すると共に取り外し可能な試験対象となる誘導電動機を示した被試験機と、の間を接続し、内部を循環する動力油の油量を調整することで、前記被試験機から前記発電用誘導電動機に回転軸を介して伝達される回転速度を変化させる連続可変速流体継手と、
を備えた誘導電動機用試験装置。
【請求項２】
前記系統と前記被試験機との間の入力電力を検出する第１の検出部と、
前記系統と前記発電用誘導電動機との間の出力電力を検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部により検出された前記入力電力と、前記第２の検出部により検出された前記出力電力と、に基づいて、前記被試験機が定格負荷状態となるよう、前記連続可変速流体継手の前記油量を調整する制御部と、
をさらに備える請求項１に記載の誘導電動機用試験装置。
【請求項３】
前記制御部により、前記試験対象の誘導電動機が定格負荷状態となるよう、前記連続可変速流体継手の前記油量が調整された場合に、前記試験対象の誘導電動機の電力損失を算出する算出部を、
さらに備える請求項２に記載の誘導電動機用試験装置。
【請求項４】
前記系統から前記試験対象の誘導電動機に供給される電圧を変更する第１の変圧器と、
前記発電用誘導電動機から前記系統に出力される電圧を変更する第２の変圧器と、
をさらに備える請求項１乃至３のいずれか一つに記載の誘導電動機用試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、誘導電動機用試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機の特性が未知の場合、当該特性が未知の誘導電動機（以下、被試験機とも称す）と、特性が既知の誘導電動機と、を接続した上で、特性が既知の誘導電動機を発電機として用いて、被試験機の負荷特性を測定する、いわゆるＢＴＢ(Back-to-Back)試験が提案されている。
【０００３】
ＢＴＢ(Back-to-Back)試験を行う際、発電機と被試験機との間の定格が同じであれば、大きな調整を行うことなく被試験機の負荷特性の測定が可能であるが、定格が異なる場合には、例えば、誘導発電機及び被試験機の間に変速ギアの挿入等を行い、速度を合わせる必要があった。さらに、発電機と、被試験機と、の間で極数の違いを調整する技術もいくつか提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４９０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＢＴＢ試験を行う際には、発電機から出力された電力の周波数を変換するためのＭＧ（Motor  Generator）セットを設ける必要があった。ＭＧセットは、回転機である電動機と発電機とを直結した構成であって、安全面や騒音対策のための付帯設備や建屋構造を要するため、一般に設備の構成が大規模となる。このため、設備の小規模化が望まれている。
【０００６】
さらに、ＢＴＢ試験においては、被試験機の最大容量は、ＭＧセットの定格容量に制限されるという問題も生じている。
【０００７】
そこで、誘導電動機用試験装置においては、ＭＧセットの定格容量に制限されず、簡素な構成で、被試験機の負荷特性試験を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の誘導電動機用試験装置は、例えば、系統に電力を出力可能な発電用誘導電動機と、発電用誘導電動機と、系統から入力される電力に従って駆動すると共に取り外し可能な試験対象となる誘導電動機を示した被試験機と、の間を接続し、内部を循環する動力油の油量を調整することで、試験機から発電用誘導電動機に回転軸を介して伝達される回転速度を変化させる連続可変速流体継手と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の誘導電動機用試験装置によれば、例えば、連続可変速流体継手による柔軟な速度調整で、被試験機が定格負荷状態になるように調整できるため、ＭＧセットを構成から省くことができる。これにより、試験設備の規模を縮小できると共に、試験設備のコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置の構成例を示した図である。
【図２】図２は、従来の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置の構成例を示した図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置における負荷特性の算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第２の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置の構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成（技術的特徴）、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。また、以下に例示される複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付与され、重複する説明が省略される。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ(Back-to-Back)試験装置１００の構成例を示した図である。図１に示されるように、誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００は、第１の接続端子１０１と、第２の接続端子１０２と、を介して系統１５０と接続されている。
【００１３】
系統１５０は、工場などの施設内に設けられた各装置（誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００を含む）に対して交流電力を供給する設備であれば良く、発電設備が含まれなくても良い。
【００１４】
誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００は、第１の遮断器１０３と、第２の遮断器１０４と、試験用発電機１０６と、連続可変速流体継手１０７と、制御装置１０８と、を備えている。
【００１５】
第１の遮断器１０３は、被試験機１０９を系統１５０に接続するか否かを切り替える。第２の遮断器１０４は、試験用発電機１０６を系統１５０に接続するか否かを切り替える。
【００１６】
試験用発電機１０６は、系統１５０に電力を出力可能な発電用誘導電動機であって、特性が既知の誘導電動機とする。
【００１７】
被試験機１０９は、系統１５０から入力される電力に従って駆動すると共に、接続部１０５から取り外し可能な誘導電動機とする。被試験機１０９は、特性が未知のため、試験対象となっている。このように、本実施形態は、接続部１０５を介して、被試験機１０９が着脱可能なため、試験対象となる誘導電動機を交換できる。
【００１８】
本実施形態においては、試験用発電機１０６及び被試験機１０９の定格電圧は同じとし、変圧器を介さずに、系統１５０と接続可能とする。また、試験用発電機１０６及び被試験機１０９の極数は異ならせても良い。
【００１９】
本実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００は、被試験機１０９に対する入力電力と、試験用発電機１０６からの出力電力と、に基づいて、被試験機１０９の負荷特性を測定する、所謂ＢＴＢ(Back-to-Back)試験を行う。
【００２０】
まずは、ＢＴＢ試験のために用いられていた従来の構成について説明する。図２は、従来の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置の構成例を示した図である。図２に示されるように、従来の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置２００は、第１の遮断器２０１と、第２の遮断器２０２と、第３の遮断器２０３と、第１の変圧器２０４と、第２の変圧器２０５と、インバータ装置２０６と、被試験機２０７と、変速ギア２０８と、試験用発電機２０９と、ＭＧセット２１０と、回生電力変換器２１１と、を備える。
【００２１】
第１の遮断器２０１は、第１の変圧器２０４及びインバータ装置２０６を介して接続されている被試験機２０７を、系統２５０に接続するか否かを切り替える。第２の遮断器２０２は、第２の変圧器２０５、回生電力変換器２１１を介して接続されているＭＧセット２１０を系統２５０に接続するか否かを切り替える。第３の遮断器２０３は、試験用発電機２０９をＭＧセット２１０に接続するか否かを切り替える。
【００２２】
第１の変圧器２０４は、系統２５０からの電力を、被試験機２０７にあわせて変圧する。第２の変圧器２０５は、被試験機２０７からの電力を、系統２５０の電圧にあわせて変圧する。インバータ装置２０６は、被試験機２０７にあわせて周波数の変換を行う。回生電力変換器２１１は、ＭＧセット２１０を、系統２５０に接続するために用いられる。
【００２３】
ＭＧセット２１０は、直流電動機２１３と、同期発電機２１２と、で構成されている。
ＭＧセット２１０は、直流電動機２１３と、同期発電機２１２と、を機械的に接続することで、試験用発電機２０９から出力された電力の周波数を変換する。
【００２４】
試験用発電機２０９は、特性が既知の誘導電動機であって、被試験機２０７は、特性が未知のため、試験対象となっている誘導電動機とする。
【００２５】
従来の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置２００においては、被試験機２０７と、試験用発電機２０９と、の間の変速ギア２０８を介して、機械的に接続されている。変速ギア２０８を設けることで、被試験機２０７と、試験用発電機２０９と、の間の極数が異なる場合でも、極数に応じたギア比を設定することで、速度を合わせことができる。
【００２６】
そして、従来の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置２００においては、第１の遮断器２０１、第２の遮断器２０２、第３の遮断器２０３を閉じた場合に、系統２５０からインバータ装置２０６を介して供給される電力により、被試験機２０７を定格回転速度まで上昇させる。
【００２７】
そして、回生電力変換器２１１、及びＭＧセット２１０により、被試験機２０７が定格負荷運転状態となるように、電力回生量を調整する。
【００２８】
従来の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置２００においては、被試験機２０７への入力電力、試験用発電機２０９から出力される出力電力、試験用発電機２０９の電力損失、及び変速ギア２０８の電力損失に基づいて、被試験機２０７の電力損失を導出できる。これにより、被試験機２０７の負荷特性を導出できる。さらには、被試験機２０７の定格負荷運転状態を保持することで、被試験機２０７の温度上昇値を得られる。
【００２９】
このような従来の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置２００においては、ＭＧセット２１０が必要なほかに、試験可能な被試験機は、変速ギア２０８の特性に制限される。さらには、極数に応じたギア比を設定することを可能とするために、構成が大規模且つ複雑になっていた。さらには、ＭＧセット２１０を設ける場合には、試験可能な被試験機が、ＭＧセット２１０の定格容量に制限されていた。
【００３０】
そこで、本実施形態においては、ＭＧセット２１０が不要であり、且つ変速ギア２０８に制限されない、誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００を提案する。本実施形態においては、従来用いられていた変速ギア２０８の代わりに、連続可変速流体継手１０７を用いることとした。
【００３１】
図１に戻り、連続可変速流体継手１０７は、入力軸１０７ａと、出力軸１０７ｂと、が設けられ、入力軸１０７ａにポンプ羽根車１０７ｄが取り付けられ、出力軸１０７ｂにタービン羽根車１０７ｃが取り付けられている。連続可変速流体継手１０７には、後述する給油ポンプ１１２の駆動により、後述する油溜め１１３から動力油（以下、単に「油」と称する場合もある。）が供給され、動力油が内部を循環して油溜め１１３へ戻される。連続可変速流体継手１０７の内部に供給された動力油は、ポンプ羽根車１０７ｄによりトルク（回転力）を与えられ、このトルクが与えられ動力油は、中心部から外周部に向かって流れ、タービン羽根車１０７ｃを回転させることで、遊星歯車を介して出力軸１０７ｂにトルクを伝達させる。
【００３２】
このように、連続可変速流体継手１０７は、入力軸１０７ａの駆動力を、動力油の速度エネルギーに変換した後、さらに、速度エネルギーを出力軸１０７ｂに駆動力に変換することで、出力軸１０７ｂに駆動力を伝達する構造とする。
【００３３】
さらに、連続可変速流体継手１０７は、流れる油量を調整可能とする。例えば、内部を循環する動力油の油量を調整することで、入力軸１０７ａの回転速度を一定に保持した状態で、出力軸１０７ｂの回転速度を変更できる。
【００３４】
このように、連続可変速流体継手１０７は、試験用発電機１０６と、被試験機１０９と、の間を接続し、油量を調整することで、被試験機１０９から試験用発電機１０６に回転軸（入力軸１０７ａ及び出力軸１０７ｂ）を介して伝達される回転速度を変化させる。換言すれば、変速比を調整することができる。
【００３５】
本実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００においては、連続可変速流体継手１０７の内部を流れる動力油の油量を調整する構成として、制御装置１０８と、給油ポンプ１１２と、油溜め１１３と、が設けられている。
【００３６】
本実施形態においては、制御装置１０８及び連続可変速流体継手１０７の間に、給油ポンプ１１２と、油溜め１１３と、を接続している。油溜め１１３は、連続可変速流体継手１０７に供給する動力油を貯蔵する。給油ポンプ１１２は、制御装置１０８による制御により駆動され、油溜め１１３に貯蔵されている動力油を、連続可変速流体継手１０７内部に供給する。
【００３７】
制御装置１０８は、記憶部に記憶されたプログラムを、ＣＰＵで実行することで、取得部１２１と、制御部１２２と、算出部１２３と、を実現する。また、制御装置１０８は、入力電力センサ１１０と、出力電力センサ１１１と、に接続されている。
【００３８】
入力電力センサ（第１の検出部）１１０は、系統１５０と被試験機１０９との間の入力電力を検出する。出力電力センサ（第２の検出部）１１１は、系統１５０と試験用発電機１０６との間の出力電力を検出する。
【００３９】
取得部１２１は、ＢＴＢ試験の状況を取得する。本実施形態の取得部１２１は、入力電力センサ１１０から入力電力、及び出力電力センサ１１１から出力電力を取得するが、ＢＴＢ試験の現在の状況を示す情報であれば良い。さらには、取得部１２１は、温度センサ１１４から、被試験機１０９の温度情報を取得する。
【００４０】
例えば、出力電力と、現在の油量に基づく連続可変速流体継手１０７の特性と、試験用発電機１０６の特性と、から、連続可変速流体継手１０７の入力軸１０７ａ及び出力軸１０７ｂの回転数を特定できる。換言すれば、入力電力及び出力電力から、ＢＴＢ試験の現在の状況を認識できる。
【００４１】
制御部１２２は、取得部１２１が取得したＢＴＢ試験の現在の状況に基づいて、連続可変速流体継手１０７の油量を調整する。例えば、制御部１２２は、ＢＴＢ試験の現在の状況として、入力電力センサ１１０により検出された入力電力と、出力電力センサ１１１により検出された出力電力と、に基づいて、被試験機１０９が定格負荷状態となるよう、連続可変速流体継手１０７の油量を調整する。連続可変速流体継手１０７の油量には、給油ポンプ１１２を用いる。なお、定格負荷状態になるような油量の調整手法については、周知の手法を問わず、どのような手法を用いても良い。
【００４２】
本実施形態の制御部１２２は、給油ポンプ１１２を制御することで、油溜め１１３に貯蓄されている油を連続可変速流体継手１０７に供給したり、連続可変速流体継手１０７から油溜め１１３に油を戻したりすることができる。これにより、被試験機１０９が定格運転状態のすべりを実現できる。
【００４３】
本実施形態においては、制御部１２２が、連続可変速流体継手１０７の油量を調整して、被試験機１０９が定格負荷状態になるよう調整可能となるため、従来技術で用いられた、定格速度になるように周波数を調整するインバータ装置を、ＢＴＢ試験装置の構成から省くことができる。
【００４４】
さらに、本実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００においては、被試験機１０９が定格負荷状態となるよう調整された場合に、連続可変速流体継手１０７を介して、試験用発電機１０６にトルクを伝達するが、その際に、回転速度が定格回転速度以上になるような試験用発電機１０６を用いることとする。
【００４５】
そして、試験用発電機１０６が定格回転速度以上の回転を行うことで、系統１５０に対して電力を供給することができる。試験用発電機１０６は、回転速度に応じて出力量は変化するが、出力電力は系統１５０と同じ周波数とする。これにより、本実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００は、ＭＧセットを構成から省くことができる。
【００４６】
算出部１２３は、被試験機１０９の負荷特性を算出する。本実施形態においては、算出部１２３は、制御部１２２により、被試験機１０９が定格負荷状態となるよう、連続可変速流体継手１０７の油量が調整された場合に、下記の式（１）から、被試験機１０９の電力損失ＷIMを算出する。これにより、算出部１２３は、被試験機１０９の負荷特性を導出できる。
【００４７】
ＷIM＝Ｗin−Ｗout−ＷIG−ＷJ…（１）
なお、入力電力Ｗinは、入力電力センサ１１０の検出結果であり、出力電力Ｗoutは、出力電力センサ１１１の検出結果とする。さらに、電力損失ＷIGは、試験用発電機１０６の既知の電力損失とする。ＷJは、連続可変速流体継手１０７の電力損失とし、現在の油量に応じた電力損失が設定される。
【００４８】
さらには、算出部１２３は、被試験機１０９が定格運転状態になった後、取得部１２１が取得した温度情報に基づいて、被試験機１０９の温度上昇特性を算出する。
【００４９】
次に、本実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００における被試験機１０９の負荷特性の算出処理について説明する。図３は、本実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００における上述した処理の手順を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、第１の遮断器１０３は、被試験機１０９を系統１５０に接続し、第２の遮断器１０４は、試験用発電機１０６を系統１５０に接続する（ステップＳ３０１）。
【００５１】
次に、誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００は、系統１５０から供給される電力により、
被試験機１０９及び試験用発電機１０６を始動させる（ステップＳ３０２）。
【００５２】
そして、取得部１２１は、温度センサ１１４から温度、入力電力センサ１１０から入力電力、出力電力センサ１１１から出力電力の取得を開始する（ステップＳ３０３）。
【００５３】
制御部１２２は、入力電力及び出力電力に基づいて、給油ポンプ１１２を介して、連続可変速流体継手１０７の変速比（油量）を調整する（ステップＳ３０４）これにより、被試験機１０９が定格運転状態となるように調整される。
【００５４】
さらに、算出部１２３が、被試験機１０９が定格運転状態になった後、入力電力、出力電力及び各種構成の損失に基づいて、被試験機１０９の電力損失ＷIMを算出し、被試験機１０９の負荷特性を導出する（ステップＳ３０５）。
【００５５】
本実施形態では、上述した処理により、被試験機１０９の負荷特性を導出することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、試験用発電機１０６及び被試験機１０９の定格電圧は同じであって、変圧器を介さずに、系統１５０と接続可能な場合について説明した。しかしながら、第１の実施形態は、試験用発電機１０６及び被試験機１０９の定格電圧を制限するものではない。そこで、第２の実施形態では、試験用発電機１０６及び被試験機１０９の定格電圧が異なる場合、換言すれば、接続される被試験機の定格電圧に制限がない場合について説明する。
【００５７】
図４は、第２の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置４００の構成例を示した図である。図４に示されるように、誘導電動機用ＢＴＢ試験装置４００は、第１の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置１００と比べて、第１の変圧器４０１と、第２の変圧器４０２と、が追加された構成とする。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付与して、説明を省略する。
【００５８】
第１の変圧器４０１は、第１の接続端子１０１と被試験機４０４との間に設けられ、系統１５０から被試験機４０４に供給される電圧を変更する。
【００５９】
第２の変圧器４０２は、第２の接続端子１０２と試験用発電機４０３との間に設けられ、試験用発電機４０３から系統１５０に出力される電圧を変更する。
【００６０】
これにより、被試験機４０４には、第１の変圧器４０１により変圧された電力が供給され、系統１５０には、試験用発電機４０３から第２の変圧器４０２により変圧された電力が供給される。
【００６１】
つまり、第２の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置４００は、試験用発電機４０３及び被試験機４０４の定格電圧が異なる場合でも、第１の実施形態と同様のＢＴＢ試験を行うことができる。なお、被試験機４０４の負荷特性の算出処理の手順については、第１の実施形態と同様として、説明を省略する。
【００６２】
上述した第１及び第２の実施形態の誘導電動機用ＢＴＢ試験装置においては、上述した構成を備えて、連続可変速流体継手１０７による柔軟な速度調整で、被試験機が定格負荷状態になるように調整された上で、試験用発電機が系統と同様の周波数で電力を出力する。これにより、被試験機及び試験用発電機の極数が異なる場合でも、ＭＧセットを用いずに、ＢＴＢ試験を行うことができる。従って、試験設備の規模を縮小できると共に、試験設備のコストを低減させることができる。さらにはＭＧセットを設ける必要が無いため、ＭＧセットの最大容量に制限されることなく、被試験機のＢＴＢ試験を実行することができる。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１００，４００…誘導電動機用ＢＴＢ試験装置、１０１…第１の接続端子、１０２…第２の接続端子、１０３…第１の遮断器、１０４…第２の遮断器、１０５…接続部、１０６、４０３…試験用発電機（発電用誘導電動機）、１０７…連続可変速流体継手、１０８…制御装置、１０９，４０４…被試験機、１１０…入力電力センサ（第１の検出部）、１１１…出力電力センサ（第２の検出部）、１１２…給油ポンプ、１１３…油溜め、１１４…温度センサ、１２１…取得部、１２２…制御部、１２３…算出部、１５０…系統、４０１…第１の変圧器、４０２…第２の変圧器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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