(57)【要約】【課題】インバータ駆動されるモータの部分放電の発生相、または発生箇所を容易かつ確実に特定できる部分放電計測装置を提供する。【解決手段】モータ３の電源端子に接続された給電ケーブル４に接続した高域通過フィルタ７によってインバータ装置２からのスイッチングノイズを除いてモータ内の部分放電で生じる部分放電信号のみを各相で選別する。次に選別された各相の部分放電信号の振幅がピークとなるピーク到達時間をピーク検出回路８で検出した後、演算処理回路９でこの各相の部分放電信号のピーク到達時間の相互の関係に基づいて部分放電の発生相を判定する。続いて、部分放電の発生相を基準にして各部分放電信号の各相間の到達時間差を求め、この時間差とモータ巻線の１コイル毎の部分放電信号の伝搬時間との関係に基づいて部分放電の発生箇所を特定する。【選択図】図１
2008209172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からインバータ装置を介して電力を授受するモータに発生する部分放電を計測する部分放電計測装置において、
上記インバータ装置と上記モータとの間を接続する給電ケーブルから分岐して、上記インバータ装置の駆動に伴って生じるスイッチングノイズと上記モータの部分放電に伴って生じる部分放電信号とを各相で弁別する弁別手段と、
上記弁別手段で弁別された各相の部分放電信号の振幅がピークとなるピーク到達時間を検出するピーク検出手段と、
各相の上記ピーク到達時間の相互の関係に基づいて部分放電の発生した相を判定する相判定手段と、を備えることを特徴とする部分放電計測装置。
【請求項２】
上記相判定手段で判定された部分放電の発生相を基準にして各部分放電信号の各相間のピーク到達時間差Δｔｋを求め、このピーク到達時間差Δｔｋと予め算出したモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃとの関係に基づいて、部分放電の発生箇所を特定する発生箇所特定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の部分放電計測装置。
【請求項３】
上記弁別手段で弁別された各相の部分放電信号のピークの振幅値を検出する振幅値検出手段を備え、
上記相判定手段は、この振幅値検出手段で検出された各振幅値に基づいて部分放電の発生相の判定のみならず、中性点の可否をも判定するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の部分放電計測装置。
【請求項４】
上記給電ケーブルと上記弁別手段とは、高周波用の変流器を介して接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の部分放電計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置により駆動されるモータ内に生じる部分放電の発生相または発生箇所を特定することができる部分放電計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータの速度制御が容易で、省エネルギー化が図れるなどの利点が得られることから、交流電源からインバータ装置を介してモータに電力を供給するインバータ運転が広く採用されている。
【０００３】
しかし、このようなインバータ装置を使用する場合、これに起因した急峻なサージ電圧が発生し、このサージ電圧がモータ内に侵入すると、モータ巻線の電圧分布に過渡現象が生じてモータ巻線間に過電圧が加わり、モータ巻線間に部分放電が起こることがある。そして、この部分放電が長期にわたって発生すると、絶縁劣化により最終的に絶縁破壊に至る。したがって、絶縁破壊に至る前に部分放電の発生の有無を検出することが必要となる。このため、従来より、部分放電を検出するための各種の提案がなされている。
【０００４】
例えば、従来技術では、モータとインバータ装置とを結ぶ給電ケーブルの途中に過電圧抑制フィルタを設けるとともに、この過電圧抑制フィルタに部分放電を検出する部分放電検出手段を接続し、過電圧抑制フィルタで給電ケーブルに流れる部分放電電流を電圧に変換し、部分放電検出手段でこの部分放電の電圧の極性から、部分放電の発生相を判別するようにしたインバータ駆動モータシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、他の従来技術では、部分放電信号とノイズを含んだ全パルスを検出して、その全パルスをデジタル化して記憶手段に一時保存し、その後、この記憶手段に保存した部分放電信号とノイズの特性量の差異（部分放電信号とノイズの信号伝播特性の差や、信号伝播に基づく周波数特性、振幅値、到達時間の差など）に基づく演算処理を行って、部分放電信号とノイズとを識別し、ノイズ除去後の部分放電信号の測定結果を表示装置に表示するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、他の従来技術では、電機機器巻線の２カ所に部分放電の検出器を設け、これらの検出器で検出された部分放電信号の立ち上がり時間と予め測定した巻線の単位長さ当たりの立ち上がり時間とから部分放電の発生位置を演算したり、あるいは、これらの検出器で検出された各部分放電信号の立ち上がり時間の時間差と予め測定した巻線の単位長さ当たりの信号伝搬時間とから部分放電の発生位置を演算するようにした放電位置測定装置が提供されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
さらに、他の従来技術では、モータ内部に部分放電に起因して発生する電磁波を検出するための検出器を配置し、モータの部分放電による巻線内の容量性電位分布による電磁波信号の到達時間と、部分放電を起こした巻線ターンとその隣の巻線ターンとの電位差により巻線ターン間に発生する進行波信号の到達時間との時間差に基づいて部分放電の発生箇所を同定できるようにした部分放電計測装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４３８６２号公報
【特許文献２】特開平１１−９４８９７号公報
【特許文献３】特開昭５８−１５１６７号公報
【特許文献４】特開２００３−１０７１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１記載の従来技術では、インバータ駆動中に部分放電の発生相を部分放電信号の極性から判別できるものの、モータ巻線のどの位置で部分放電が発生したかまでは特定することができない。
【００１０】
また、特許文献２記載の従来技術では、部分放電信号とノイズ信号が混在したアナログデータをデジタル化して演算回路でノイズの分離を行う方法について記載されているものの、部分放電の発生相、発生箇所まで特定する方法を提示するまでには至っていない。
【００１１】
特許文献３記載の従来技術では、各検出器で部分放電信号の立ち上がり時間、あるいは、各検出器で検出された各部分放電信号の立ち上がり時間の時間差を検出することにより部分放電の発生位置を演算するようにしているが、電源端子に到達する部分放電信号には、コイル間の浮遊静電容量によって伝搬する信号と、モータ巻線のコイルを順次伝搬する信号とが混在するため、現実的には微少な部分放電信号の立ち上がり時間や時間差を正確に検出することが困難である。
【００１２】
この点について、図１２および図１３を参照してさらに説明する。
図１２はモータ巻線の高周波特性を考慮した等価回路図である。モータ巻線は１相当たり複数個のコイル１００で構成されており、ここでは、１コイルごとに集中定数回路が順次接続された状態として示している。
【００１３】
低周波領域では各コイル１００の集中定数回路は、インダクタンスＬ１とコイル抵抗Ｒ１の直列回路となるが、高周波領域ではコイル１００の巻始めと巻き終わり間の浮遊静電容量Ｃ１およびコイル１００とモータの対地間の浮遊静電容量Ｃ２，Ｃ３を考慮する必要がある。
【００１４】
いま、モータ内の任意の箇所で部分放電が発生した場合、この部分放電信号はパルス状の信号となって立ち上がりが急峻であるため、信号周波数が高くて図中のインダクタンスＬ１は高インピーダンスとなり、浮遊静電容量Ｃ１〜Ｃ３によるインピーダンスが低くなるため、部分放電信号の立ち上がり付近ではモータ内の回路は浮遊静電容量Ｃ１〜Ｃ３によって支配される。したがって、図１３（ａ）に示すように、部分放電信号の一部の信号Ｓ１は、立ち上がり付近ではコイル１００間の浮遊静電容量Ｃ１によって電源端子側に到達する。一方、部分放電信号の大部分の信号Ｓ２は、図１３（ｂ）に示すように、各コイル１００のインダクタンスＬ１とコイル抵抗Ｒ１の直列回路を経由して伝搬する進行波として電源端子側に到達する。
【００１５】
このように、電源端子に到達する部分放電信号には、各コイル１００間の浮遊静電容量Ｃ１によって伝搬する信号Ｓ１と、各コイル１００を進行波として順次伝搬する信号Ｓ２とが混在し、電源入力端子側では、図１３（ｃ）に示すように両信号Ｓ１，Ｓ２の波形が互いに重なり合った信号Ｓ３となる。このため、微少な部分放電信号の立ち上がりの時間を判別することが困難である。つまり、部分放電信号が図１３（ｂ）に示すような波形であれば、立ち上がり時間ｔａを比較的精度良く測定することができるが、実際には図１３（ｃ）に示すような波形となるため、部分放電信号の立ち上がりの時間を判別することが困難である。特に、モータの定格容量が小さい場合や、コイル長が短い場合、あるいは部分放電の発生箇所が電源入力端子に近い場合などには、この信号波形の重なり合いが顕著となり、部分放電信号の立ち上がり時間を判別することが困難となり、部分放電の発生位置を特定する際の誤差が大きいという問題がある。
【００１６】
また、特許文献４記載の従来技術では、モータの部分放電による巻線内の容量性電位分布による電磁波信号の到達時間と、部分放電を起こした巻線ターンとその隣の巻線ターンとの電位差に基づいて部分放電の発生箇所を特定するようにしているが、数Ｗから数十Ｗ程度の小型のモータでは、モータ内に電磁波検出用の検出器を配置することが困難である。
【００１７】
これに対処するため、例えば、電磁波検出用の検出器をモータの外部に配置した場合、部分放電による放電電磁波は１／Ｒ３（Ｒは放電源よりセンサまでの距離）で減衰することや、モータのフレーム、ブラケットなどは金属で構成されているので、電磁波がシールドされた状態となって放電信号が微弱となるため、部分放電の検出感度が低下するという問題がある。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、モータがインバータ駆動される際のモータ巻線における部分放電の発生相、または発生箇所を簡単かつ精度良く特定することのできる部分放電計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明では、交流電源からインバータ装置を介して電力を授受するモータに発生する部分放電を計測する部分放電計測装置において、次の構成を採用している。
【００２０】
すなわち、本発明では、上記インバータ装置と上記モータとの間を接続する給電ケーブルから分岐して上記インバータ装置の駆動に伴って生じるスイッチングノイズと上記モータの部分放電に伴って生じる部分放電信号とを各相で弁別する弁別手段を設けるとともに、この弁別手段で弁別された各相の部分放電信号の振幅がピークとなるピーク到達時間を検出するピーク検出手段と、各相の上記ピーク到達時間の相互の関係に基づいて部分放電の発生した相を判定する相判定手段と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
特に、上記構成に加えて、相判定手段で判定された部分放電の発生相を基準にして各部分放電信号の各相間の到達時間差Δｔｋを求め、この到達時間差Δｔｋと予め算出したモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃとの関係に基づいて、部分放電の発生箇所を特定する発生箇所特定手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、従来技術のような部分放電信号の立ち上がり時間を検出するのではなく、各相の部分放電信号の振幅がピークとなる時間を測定し、その測定した各相の部分放電信号の到達時間の長短によって部分放電の発生相を判定するので、インバータ駆動時におけるモータ内の各相巻線における部分放電の発生相がどれかを簡単に判定することができる。
【００２３】
さらに、上記の発生箇所特定手段を設けた場合には、各相で検出された部分放電信号の内、最も早く信号が検出された相を基準として各部分放電信号の各相間の到達時間差Δｔｋを求め、この到達時間差Δｔｋと予め算出したモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃとの関係に基づいて、部分放電が発生した箇所を特定することができるため、部分放電の発生箇所を従来よりも一層精度良く特定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における部分放電計測装置を設けたインバータ駆動モータシステムの構成図である。
【００２５】
図１において、１は商用の三相交流電源、２は三相交流電源１の電圧を所要の周波数の交流電圧に変換するインバータ装置、３は三相交流電源１からインバータ装置２を介して電力を授受する三相モータ、４はインバータ装置２と三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子との間を接続する給電ケーブルである。この場合の給電ケーブルは、キャプタイヤケーブルのような多芯ケーブルであり、インバータ装置２と三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子との間を接続する各相に対応した３本の配線が含まれている。そして、この給電ケーブル４の三相モータ３に近接した位置に本発明の部分放電計測装置５が設けられている。なお、これに限らず、三相モータ３の端子に部分放電計測装置５を接続した構成であってもよい。
【００２６】
この部分放電計測装置５は、電流／電圧変換回路６、三相分の高域通過フィルタ７、三相分のピーク検出回路８、演算処理回路９、および結果出力部１０を備えている。
【００２７】
上記の電流／電圧変換回路６は、給電ケーブル４の各相の電流を電圧に変換するもので、各相でコンデンサＣと検出抵抗Ｒとからなる直列回路が給電ケーブル４と対地間に接続されて構成されている。
【００２８】
各高域通過フィルタ７は、インバータ装置２のＩＧＢＴ等の図示しないスイッチング素子の駆動に伴って生じるスイッチングノイズを除いて三相モータ３の部分放電に伴って生じる各相の部分放電信号のみを通過させるもので、特許請求の範囲における弁別手段に対応している。
【００２９】
各ピーク検出回路８は、図１３（ｃ）に示すように、高域通過フィルタ７を通過した各相の部分放電信号の振幅がピークＶｐとなるときのピーク到達時間ｔｐを検出するものである。
【００３０】
演算処理回路９は、ピーク検出回路８でピークが検出されたときの各相の部分放電信号の到達時間ｔｐの相互の関係に基づいて部分放電が発生した相を判定するとともに、判定された部分放電の発生相を基準にして各部分放電信号の各相間の到達時間差Δｔｋを求め、この到達時間差Δｔｋと、予め算出したモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃとの関係に基づいて部分放電の発生箇所を特定する処理を行うもので、例えばマイクロコンピュータやメモリで構成されている。そして、この演算処理回路９が特許請求の範囲における相判定手段および発生箇所特定手段に対応している。
【００３１】
結果出力部１０は、演算処理回路９の演算結果を出力するもので、例えば、表示器やプリンタで構成される。
【００３２】
次に、上記構成を備えた部分放電計測装置５を用いて三相モータ３の部分放電の発生相の判定、および発生箇所を特定する場合の動作について説明する。
【００３３】
三相モータ３がインバータ装置２で駆動されている状態で、三相モータ３内部のモータ巻線に部分放電が発生すると、パルス状の部分放電信号が三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子から給電ケーブル４を経由して電流／電圧変換回路６に伝達される。また、インバータ装置２からはインバータ駆動時のスイッチング素子の動作に伴ってスイッチングノイズが発生し、このスイッチングノイズも給電ケーブル４を経由して電流／電圧変換回路６に伝達される。したがって、電流／電圧変換回路６には、部分放電信号とスイッチングノイズとが共に伝達されて両者が重なり合う。このため、次段の高域通過フィルタ７によってスイッチングノイズを除いて部分放電信号のみを通過させる。
【００３４】
図２はインバータ装置２のスイッチング素子としてＩＧＢＴを使用した場合に生じるスイッチングノイズＮ０と、部分放電信号Ｓ０のそれぞれの周波数特性（ＦＦＴスペクトル）を測定した結果を示すものである。
【００３５】
この図から分かるように、インバータ装置２のスイッチング素子の近年の高速動作化によってスイッチング時間は数十ｎｓｅｃに達するが、その場合に生じるスイッチングノイズＮ０の周波数帯域は数十ＭＨｚまでの帯域である。一方、部分放電信号Ｓ０は、部分放電発生箇所の近傍では低周波側から数ＧＨｚまでの広帯域の信号成分を有する。したがって、低域遮断周波数が数百ＭＨｚ以上の高域通過フィルタ７を用いることでスイッチングノイズの影響を有効に除去することができる。ただし、部分放電信号Ｓ０は、モータ巻線や給電ケーブル４を伝搬する際にその高周波成分が減衰するため、高域通過フィルタ７の低域遮断周波数が高すぎると十分な信号検出が難しくなる。そのため、この場合の高域通過フィルタ７としては、低域遮断周波数が１００ＭＨｚから５００ＭＨｚの範囲のものを使用するのが好適である。
【００３６】
こうして高域通過フィルタ７を通過した部分放電信号は、各ピーク検出回路８に入力されるので、各ピーク検出回路８は、図１３（ｃ）に示すように、高域通過フィルタ７を通過した各相の部分放電信号の振幅がピークＶｐとなる時のピーク到達時間ｔｐを検出する。この部分放電信号のピークＶｐに対応したピーク到達時間ｔｐの検出は、従来技術のように部分放電信号の立ち上がり時間を検出する場合に比べて検出が容易であり、高い検出精度を確保することができる。
【００３７】
続いて、演算処理回路９は、同じく図１３（ｃ）に示すように、各ピーク検出回路８で各相の部分放電信号の振幅がピークＶｐとなるときのピーク到達時間ｔｐに基づいて三相モータ３内の部分放電が発生した相を判定する。
【００３８】
次に、演算処理回路９において、各相の部分放電信号の到達時間ｔｐに基づいて部分放電の発生相を判定する原理について説明する。なお、ここでは発明の理解を促すため、図３に示すように、三相モータ３のモータ巻線がＹ結線され、かつ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相巻線が２つのコイルで構成されている場合を例にとって説明する。
【００３９】
モータ巻線を伝搬する信号の速度は、モータ巻線を構成する各コイルの単位長さ当たりのインダクタンスＬ（Ｈ／ｍ）と、単位長さ当たりの対地容量Ｃ（Ｆ／ｍ）とによって決定され、伝搬速度νは次式で表される。
ν＝１／√（ＬＣ）                                        （１）
【００４０】
また、１コイル分のコイル長をｌとすると、１コイル当たりの伝搬時間ｔｃは、次式で表される。
ｔｃ＝ｌ／ν                                              （２）
【００４１】
いま、例えばＵ相の電源端子３０ｕ側から１番目のコイル３１と２番目のコイル３２との間で部分放電が発生したと想定すると、部分放電信号は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに向かって各コイルを伝搬する。この場合、図４に示すように、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達するのは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時点ｔｕ（同図（ａ）参照）であり、また、部分放電信号がＶ相およびＷ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達するのは、３コイル分の伝搬時間（＝３×ｔｃ）が経過した時点ｔｖ，ｔｗ（同図（ｂ）、（ｃ）参照）である。したがって、Ｕ相の電源端子３０ｖに到達する部分放電信号の到達時間ｔｕは、他のＶ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達する部分放電信号の到達時間ｔｖ，ｔｗに比べて最も早くなる。
【００４２】
これは、他相の巻線で部分放電が発生した場合も同様の結果となる。したがって、演算処理回路９において、各相の内で最も早く部分放電信号の到達が観測された相が部分放電の発生相となり、これにより発生相を特定することができる。上記の例では部分放電の発生相はＵ相となる。
【００４３】
次に、演算処理回路９が部分放電信号の到達時間ｔｕ，ｔｖ，ｔｗに基づいて、部分放電が発生した箇所を特定する原理について説明する。
【００４４】
上述のように、例えばＵ相の電源端子３０ｕより１番目のコイル３１と２番目のコイル３２との間で部分放電が発生したと想定すると、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達する時刻ｔｕは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時であり、また、部分放電信号がＶ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達する時刻ｔｖ，ｔｗは、３コイル分の伝搬時間（＝３×ｔｃ）が経過した時である。したがって、演算処理回路９において測定されるＵ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差は、２コイル分の伝搬時間（＝２×ｔｃ）になる。
【００４５】
次に、Ｕ相の電源端子３０ｕ付近で部分放電が発生したと想定すると、Ｕ相の電源端子３０ｕに達する部分放電信号の放電発生源からの時間遅れはほとんど無い。これに対して、Ｖ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達する部分放電信号は、Ｕ相の２コイル分とＶ相、Ｗ相それぞれの２コイル分を伝搬することになる。したがって、Ｖ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗ側の部分放電信号は、放電発生源より４コイル分の伝搬時間がかかることになる。したがって、演算処理回路９において測定されるＵ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差は、４コイル分の伝搬時間（＝４×ｔｃ）になる。
【００４６】
以上のことから、Ｕ相の電源端子３０ｕ側の１番目のコイル３１内の任意の箇所で部分放電が発生した場合、Ｕ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差をΔｔ１（＝｜ｔｕ−ｔｖ｜＝｜ｔｕ−ｔｗ｜）とすると、以下の関係式が得られる。
２×ｔｃ＜Δｔ１＜４×ｔｃ                                （３）
【００４７】
次に、中性点３０ｎ付近で部分放電が発生したと想定すると、この場合には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相それぞれの電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０側で測定される部分放電信号には時間遅れがほとんど生じない。このため、Ｕ相の部分放電信号と、Ｖ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差をΔｔ２（＝｜ｔｕ−ｔｖ｜＝｜ｔｕ−ｔｗ｜）とすると、以下の関係式が得られる。
０＜Δｔ２＜２×ｔｃ                                    （４）
【００４８】
そこで、上記の部分放電の発生箇所を特定する方法を一般化する。ここでは、Ｙ結線された三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相巻線のコイルが共にｎ個で構成されているものとし、Ｕ相の電源端子３０ｕからｋ番目のコイルで部分放電が発生したと想定する。
【００４９】
このとき、演算処理回路９において測定されるＵ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差Δｔｋは、次の関係式で表せる。
｛２×（ｎ−ｋ）｝×ｔｃ＜Δｔｋ＜｛２×（ｎ−（ｋ−１））｝×ｔｃ
（５）
【００５０】
そして、演算処理回路９は、この（５）式の関係が満たされたときに、Ｕ相の電源端子３０ｕ側からｋ番目のコイルで部分放電が発生したと判定する。このことは、他相の巻線内で放電が発生した場合でも同様であるから、上記と同様の考え方で部分放電の発生箇所を特定することができる。
【００５１】
図５は、図３に示した構成の三相モータ３（Ｙ結線で各相巻線のコイル数が２個の場合）について、各相巻線のコイル間に模擬放電発生源を接続して部分放電信号を発生させ、その部分放電信号の到達時間の時間差を本発明の部分放電計測装置５を用いて実測した結果を示す特性図である。なお、ここでのモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃは約１．５μｓｅｃである。
【００５２】
図５において、番号１，５，７のものは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ付近でそれぞれ部分放電が発生した場合の各相の部分放電信号の到達時間差を示している。例えば、番号１の例では、Ｕ相に対するＶ相、Ｗ相の部分放電信号の到達時間差が約６μｓｅｃであり、前述したように、４コイル分の伝搬時間の差になっていることが分かる。
【００５３】
また、番号２，４，６のものは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ側から１コイル目と２コイル目の間で部分放電が発生した場合の各相の部分放電信号の到達時間差を示している。この場合も前述の説明と同様であり、部分放電信号の到達時間差は約３μｓｅｃであり、２コイル分の伝搬時間の差になっている。
【００５４】
さらに、番号３のものは、中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生した場合の結果である。中性点３０ｎで発生した部分放電信号は、各相の電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに到達する時間が理論的には同じになるため、各相で測定される信号の時間差は極めて小さくなる。すなわち、中性点３０ｎ近傍で部分放電が生じた場合の到達時間の差はｔｃ＝１．５μｓｅｃ以内となるため、各相の２コイル目の中性点３０ｎ寄りの箇所で部分放電が発生していると判定される。
【００５５】
以上のように、この実施の形態１では、従来のような部分放電信号の立ち上がり時間を検出するのではなく、測定が容易な各相の部分放電信号の振幅がピークとなるピーク到達時間を測定し、その測定した各相の部分放電信号のピーク到達時間の長短によって部分放電の発生相を判定するので、インバータ駆動時におけるモータ内の各相巻線における部分放電の発生相がどれかを簡単に判定することができる。
【００５６】
しかも、各相で検出された部分放電信号の内、最も早く信号が検出された相を基準として他相との信号到達時間の時間差を算出し、この時間差と各相巻線を伝搬する進行波の伝搬時間の関係から部分放電が発生したコイルを特定することができるため、部分放電の発生箇所を従来よりも一層精度良く特定することが可能となる。
【００５７】
なお、上記の説明では、各相巻線の１コイル分を伝搬する時間ｔｃを、モータ巻線のインダクタンスＬと対地静電容量Ｃとの関係（前述の（１）、（２）式）から導いたが、これに限らず、例えば、異なる２相間（例えばＵ相−Ｖ相の電源端子間）にパルス波を実際に伝搬させてその時間差を実測し、その時間差とコイル数とから１コイル当たりの伝搬時間ｔｃを算出することも可能である。
【００５８】
実施の形態２．
この実施の形態２は、三相モータ３のモータ巻線がデルタ結線されている場合であり、部分放電計測装置５自体の構成は、図１に示した実施の形態１の場合と同様であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００５９】
次に、演算処理回路９において、三相モータ３の部分放電の発生相を判定する原理について説明する。なお、この実施の形態２ではモータ巻線がデルタ結線されているので、部分放電の発生相とは、部分放電がどの電源端子間で発生したかを意味する。また、発明の理解を促すため、ここでは図６に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ間の各巻線が３個のコイルで構成されている場合を例にとって説明する。
【００６０】
いま、例えばＵ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間に接続された巻線のＵ相の電源端子３０ｕ側から１番目のコイル３４と２番目のコイル３５との間で部分放電が発生したと想定すると、部分放電信号は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに向かってコイルを伝搬する。この場合、図７に示すように、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達するのは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時点ｔｕ（同図（ａ）参照）であり、また、部分放電信号がＶ相の電源端子３０ｖに到達するのは、２コイル分の伝搬時間ｔ（＝２×ｔｃ）が経過した時点ｔｖ（同図（ｂ）参照）である。さらに、部分放電信号がＷ相の電源端子３０ｗに到達するのは、Ｕ相の電源端子３０ｕを経由して４コイル分の伝搬時間（＝４×ｔｃ）が経過した時点ｔｗ１と、Ｖ相の電源端子３０ｖを経由して５コイル分の伝搬時間（＝５×ｔｃ）が経過した時点ｔｗ２とがある。
【００６１】
したがって、デルタ結線の場合には、演算処理回路９において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の内、部分放電信号の到達時間の早い上位２つの時間ｔｕ，ｔｖを採用し、これからＵ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間に接続された巻線で部分放電が発生したものと判定する。これは、Ｕ相とＷ相の電源端子３０ｕ，３０ｗ間や、Ｖ相とＷ相の電源端子３０ｖ，３０ｗ間で部分放電が発生した場合も同様である。このようにして、部分放電の発生相、すなわち、部分放電はどの電源端子間で発生したかを判定することができる。
【００６２】
次に、演算処理回路９において、部分放電が発生した箇所を特定する原理について説明する。
【００６３】
図６の構成において、Ｕ相の電源端子３０ｕより１番目のコイル３４と２番目のコイル３５の間で部分放電が発生したと想定すると、上述のように、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達する時刻ｔｕは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時であり、また、部分放電信号がＶ相の電源端子３０ｖに到達する時刻ｔｖは、２コイル分の伝搬時間（＝２×ｔｃ）が経過した時である。部分放電信号がＷ相の電源端子３０ｗに到達するのは、４コイル分の伝搬時間（＝４×ｔｃ）が経過した時刻ｔｗ１と、５コイル分の伝搬時間（＝５×ｔｃ）が経過した時刻ｔｗ２の２つがある。
【００６４】
したがって、デルタ結線の場合、演算処理回路９は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の内、部分放電信号の到達時間の早い上位２つの時間ｔｕ，ｔｖを採用し、この二相の時刻ｔｕ，ｔｖの到達時間差（＝｜ｔｕ−ｔｖ｜）を用いて放電発生箇所の特定を行う。
【００６５】
上記の部分放電の発生箇所を特定する方法を一般化する。ここでは、デルタ結線された三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各巻線のコイルが共にｎ個で構成されているものとする。そして、Ｕ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間のＵ相の電源端子３０ｕ側からｋ番目のコイルで部分放電が発生したと想定する。
【００６６】
このとき、演算処理回路９において、Ｕ相の電源端子３０ｕを経由して測定される部分放電信号の到達時間が、Ｖ相の電源端子３０ｕを経由して検出される部分放電信号の到達時間より早く測定された場合、両者間の部分放電信号の到達時間差Δｔｋは次の関係式で表せる。
（ｎ−２×ｋ）×ｔｃ＜Δｔｋ＜｛ｎ−２×（ｋ−１）｝×ｔｃ    （６）
なお、この（６）式における左辺の値はｎとｋとの関係により負になる場合があるが、この場合は０と読み替える。
【００６７】
そして、演算処理回路９は、Ｕ相の電源端子３０ｕを経由して測定される部分放電信号の到達時間が、Ｖ相の電源端子３０ｕを経由して検出される部分放電信号の到達時間より早く測定され、かつ、（６）式の関係が満たされたときに、Ｕ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間において、Ｕ相の電源端子３０ｕ側からｋ番目のコイルで部分放電が発生したと特定する。このことは、Ｕ相とＷ相の電源端子３０ｕ，３０ｗ間や、Ｖ相とＷ相の電源端子３０ｖ，３０ｗ間で部分放電が発生した場合も同様であるから、上記と同様の考え方で部分放電の発生箇所を特定することができる。
【００６８】
Δ結線したモータでは、部分放電信号の到達時間差が二相間で同じで、他の一相の信号のみ時間遅れが生じる場合がある。その場合は二相間のコイルの中間部分で部分放電が発生したと判定する。
【００６９】
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３における部分放電計測装置５を設けたインバータ駆動モータシステムの構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００７０】
この実施の形態３の部分放電計測装置５の特徴は、高域通過フィルタ７の出力側に、各相の部分放電信号のピークの振幅値を検出する振幅値検出手段としての振幅値検出回路１１が設けられている。また、演算処理回路９は、この振幅値検出回路１１で検出された各振幅値に基づいて部分放電の発生相の判定に加えて、中性点の可否を判定するように構成されている。
その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００７１】
三相モータ３内で発生した部分放電信号は、モータ巻線を伝搬するが、高周波領域ではモータ巻線の表皮効果の影響で信号強度が減衰する。部分放電信号の信号強度は、放電発生源からモータ巻線を伝搬する長さが長くなるのに従って指数関数的に減衰する。部分放電信号の電圧をＶとすると、次式で定式化される。
Ｖ＝｜Ａ｜ｅｘｐ（−αｌ）                                （７）
ここに、Ａは部分放電信号の放電発生源における振幅最大値、αは減衰定数、ｌは放電発生源からの部分放電信号が伝搬したモータ巻線の長さである。
【００７２】
例えば、図３に示したＹ結線された三相モータ３において、Ｕ相の電源端子３０ｕ付近で部分放電が発生したとすると、Ｖ相、Ｗ相の電源端子３０ｖ，３０ｗで測定される部分放電信号の信号強度は、Ｕ相、Ｖ相の各モータ巻線を伝搬してくるためにＵ相の電源端子３０ｕ側で測定される部分放電信号の信号強度に比べて減衰量が大きい。したがって、振幅値検出回路１１において、各相で測定された部分放電信号のピークの振幅値を検出した後、演算処理回路１０において各部分放電信号の振幅値を比較すれば、どの相で部分放電が発生したのかを判定することができる。
【００７３】
図９は図３に示したＹ結線された構成の三相モータ３（各相巻線のコイル数が２個の場合）について、各相巻線のコイル間に模擬放電発生源を接続して部分放電信号を発生させ、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電源端子側における部分放電信号のピークの振幅を測定した結果を示す特性図である。
【００７４】
図９において、符号１，５，７のものは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ付近でそれぞれ部分放電が発生した場合の各相の部分放電信号のピークの振幅（電圧振幅）を示している。これらの結果から分かるように、放電発生源に近い相の電源端子における振幅が最も大きい。
【００７５】
また、符号２，４，６のものは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ側から１コイル目と２コイル目の間で部分放電を発生した場合の各相の部分放電信号のピークの振幅を示している。この場合も、各電源端子側で部分放電が発生した場合と同様に、放電発生源に近い相の電源端子における振幅が最も大きい。
【００７６】
さらに、番号３のものは、中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生した場合の結果である。この場合は、各相の電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗで検出された部分放電信号のピークの振幅は略同じ値となる。
【００７７】
このように、三相モータ３の中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生した場合、各相の部分放電信号の振幅はほぼ同一の値となるが、それ以外の場合には各相の部分放電信号の振幅値の差が大きくなる。したがって、特に、中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生したか否かを判定する上で、部分放電信号のピークの振幅を検出することは有効である。
【００７８】
以上のように、上記の実施の形態１，２に示した部分放電信号のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ側の到達時間に基づく部分放電の発生相の判定に加えて、この実施の形態３における部分放電信号のピークの振幅値に基づく発生相の判定、および中性点３０ｎの可否判定を行えば、部分放電の発生相の判定がより一層確実なものとなり、これにより、部分放電発生箇所を特定する精度もさらに高めることが可能となる。
【００７９】
実施の形態４．
図１に示した実施の形態１の部分放電計測装置では、電流／電圧変換回路６を設けているが、これに代えて、図１０に示すように、三相モータ３の各電源端子に接続された給電ケーブル４の各相で生じる電流を検出する高周波用の変流器１２（ＣＴ）を設け、各変流器１２の出力を高域通過フィルタ７に個別に接続した構成とすることもできる。
【００８０】
同様に、図８に示した実施の形態３における電流／電圧変換回路６に代えて、図１１に示すように、給電ケーブル４の各相で生じる電流を検出する高周波用の変流器（ＣＴ）１２を設け、各変流器１２の出力を高域通過フィルタ７に接続した構成とすることもできる。
【００８１】
このように、三相モータ３の電源端子に接続される給電ケーブル４の各相に高周波用の変流器１２を用いることにより、給電ケーブル４に対して非接触で、かつ簡単な構成でもって部分放電信号を検出することができる。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態１〜３と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。
【００８２】
なお、以上の各実施の形態１〜４では、いずれも本発明を三相モータ３に適用した場合について説明したが、三相モータ３に限らず、単相、六相、九相等の他多相のモータであっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１における部分放電計測装置を設けたインバータ駆動モータシステムの構成図である。
【図２】モータ内部に生じる部分放電信号とインバータ装置のスイッチングノイズとの周波数の関係を示す特性図である。
【図３】三相モータのモータ巻線のＹ結線図である。
【図４】Ｙ結線されたモータ内に部分放電が生じた場合の各相の電源端子に到達する部分放電信号を示すタイムチャートである。
【図５】部分放電信号の各相間の検出時間差を測定した一例を示す特性図である。
【図６】三相モータのモータ巻線のデルタ結線図である。
【図７】本発明の実施の形態２において、デルタ結線されたモータ内に部分放電が生じた場合の各相の電源端子側に到達する部分放電信号を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３における部分放電計測装置を設けたインバータ駆動モータシステムの構成図である。
【図９】各相の電源端子における部分放電信号のピークの振幅を測定した一例を示す特性図である。
【図１０】実施の形態１の変形例としての実施の形態４におけるインバータ駆動モータシステムの構成図である。
【図１１】実施の形態３の変形例としての実施の形態４におけるインバータ駆動モータシステムの構成図である。
【図１２】モータ巻線の高周波特性を考慮した等価回路図である。
【図１３】モータ内に生じた部分放電信号がモータ巻線を伝搬する場合の伝搬特性を示す波形図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  交流電源、２  インバータ装置、３  三相モータ、４  給電ケーブル、
５  部分放電計測装置、６  電流／電圧変換回路、７  高域通過フィルタ（弁別手段）、８  ピーク検出回路、９  演算処理回路（相判定手段、発生箇所特定手段）、
１０  結果出力部、１１  振幅値検出回路、１２  変流器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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