CN105144572B - 励磁控制装置、励磁控制方法及使用它们的同步旋转设备 - Google Patents

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Abstract

同步旋转设备(500)的励磁控制装置(400)包括：目标运转条件输入部(110)；将所输入的最终控制量要求值减去最终控制量反馈值的第1减法部(121)；将该偏差作为输入来接收，并输出励磁电流修正要求值的最终控制量控制运算部(122)；基于运转条件要求值来输出励磁电流在先要求值的在先运算部(130)；将励磁电流修正要求值与励磁电流在先要求值相加的加法部(141)；将励磁电流设定值减去励磁电流值的第2减法部(142)；及基于该偏差来调整励磁电流的励磁电流调整装置(143)。在先运算部(130)具有：存放基于无负载试验结果而推定出的依赖特性的依赖特性数据存放部(132)；及将运转条件要求值作为输入，利用依赖特性进行电路计算，输出励磁电流在先要求值的电路计算部(133)。

Description

励磁控制装置、励磁控制方法及使用它们的同步旋转设备
技术领域
本发明涉及同步旋转设备的励磁控制装置、励磁控制方法及使用它们的同步旋转设备。
背景技术
一般而言，在大容量的旋转电机中，为了进行实际负载试验，需要以电源设备、负载设备等为代表的相当规模的负载试验装置。
由于这种制约，现实中，大多情况下难以在制作工厂实施实际负载试验。在这种情况下，若要实施实际负载试验，则在设置于使用旋转电机的现场设施之后，在实际设备的环境中实施试验。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-172369号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
若设旋转电机的实际负载试验仅能在设置于现场之后的实际设备环境中实施，则实施现场的试验，能首次确认特性。
特别是例如专利文献1所示的磁阻式的三相同步机那样，与其它方式相比没有实际使用的模式的情况下，在设置于现场之后的试验中首次能把握其特性，从品质保证上来说也不理想。
从品质保证的观点来看，希望在现场的试验之前，预先掌握旋转电机的特性。若能在现场的试验之前，预测旋转电机的特性，则通过例如将该特性反映到励磁控制，能实现旋转电机的优选运转状态。
因此，本发明是为了解决上述问题而完成，其目的在于在现场的试验之前，预测同步旋转设备的特性，能实现反映该特性的励磁控制。
用于解决技术问题的手段
为了达到上述目的，本发明是具有电枢绕组及励磁绕组的同步旋转设备的励磁控制装置，其特征在于，包括：目标运转条件输入部，该目标运转条件输入部将包含所述同步旋转设备的最终控制量的要求值即最终控制量要求值的、作为目标的运转条件要求值作为输入来接收；第1减法部，该第1减法部将所述目标运转条件输入部中输入的所述最终控制量要求值减去所述同步旋转设备的最终控制量反馈值，输出最终控制量偏差；最终控制量控制运算部，该最终控制量控制运算部将来自所述第1减法部的所述最终控制量偏差作为输入来接收，并输出励磁电流修正要求值；在先运算部，该在先运算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，输出励磁电流在先要求值；加法部，该加法部将所述励磁电流修正要求值与所述励磁电流在先要求值相加，输出励磁电流设定值；第2减法部，该第2减法部将所述励磁电流设定值减去所述励磁绕组中流过的励磁电流值，输出励磁电流偏差；以及励磁电流调整装置，该励磁电流调整装置基于所述励磁电流偏差来调整励磁电流，所述在先运算部具有：依赖特性数据存放部，该依赖特性数据存放部存放基于所述同步旋转设备的无负载试验的结果而推定出的依赖特性；以及电路计算部，该电路计算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，利用所述依赖特性进行电路计算，输出励磁电流在先要求值。
此外，本发明为具有电枢绕组及励磁绕组的同步旋转设备的励磁控制方法，其特征在于，具有：用于进行所述同步旋转设备的控制的预先步骤；以及在所述预先步骤之后接收运转条件要求值并将励磁电流要求值输出到励磁电流控制装置的励磁控制步骤，所述预先步骤具有：实施所述同步旋转设备的无负载试验的无负载试验步骤；及依赖特性导出步骤，该依赖特性导出步骤在所述无负载试验步骤之后，基于所述无负载试验的结果，导出所述同步旋转设备的依赖特性，所述励磁控制步骤具有：将所述运转条件要求值作为输入来接收的步骤；励磁电流计算步骤，该励磁电流计算步骤基于所述运转条件要求值，利用所述依赖特性进行电路计算，来计算励磁电流；以及励磁电流调整步骤，该励磁电流调整步骤基于所述励磁电流计算步骤中计算出的励磁电流要求值，调整励磁电流。
此外，本发明为具有电枢绕组、励磁绕组及励磁控制装置的同步旋转设备，其特征在于，所述励磁控制装置具有：目标运转条件输入部，该目标运转条件输入部将包含所述同步旋转设备的最终控制量要求值的、作为目标的运转条件要求值作为输入来接收；第1减法部，该第1减法部将从所述目标运转条件输入部输出的所述最终控制量要求值减去所述同步旋转设备的最终控制量反馈值，输出最终控制量偏差；最终控制量控制运算部，该最终控制量控制运算部将来自所述第1减法部的所述最终控制量偏差作为输入来接收，并输出励磁电流修正要求值；在先运算部，该在先运算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，输出励磁电流在先要求值；加法部，该加法部将所述励磁电流修正要求值与所述励磁电流在先要求值相加，输出励磁电流设定值；第2减法部，该第2减法部将所述励磁电流设定值减去所述励磁绕组中流过的励磁电流值，输出励磁电流偏差；以及励磁电流调整装置，该励磁电流调整装置基于所述励磁电流偏差来调整励磁电流，所述在先运算部具有：依赖特性数据存放部，该依赖特性数据存放部存放基于所述同步旋转设备的无负载试验的结果而推定出的依赖特性；以及电路计算部，该电路计算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，利用所述依赖特性进行电路计算，输出励磁电流在先要求值。
发明效果
根据本发明，在现场的试验之前，预测同步旋转设备的特性，能实现反映该特性的励磁控制。
附图说明
图1是表示实施方式1的同步旋转设备的结构的框图。
图2是实施方式1的同步旋转设备的旋转设备主体的示意性的四分之一局部横向剖视图。
图3是实施方式1的同步旋转设备的励磁绕组的接线图。
图4是实施方式1的同步旋转设备的电枢绕组的接线图。
图5是表示实施方式1的同步旋转设备的励磁控制方法的步骤的一部分的流程图。
图6是实施方式1的同步旋转设备的开路试验时的等效电路。
图7是实施方式1的同步旋转设备的短路试验时的等效电路。
图8是表示基于实施方式1的同步旋转设备的励磁控制装置的无负载试验结果的依赖特性的示例的曲线图。
图9是表示利用了基于实施方式1的同步旋转设备的励磁控制方法的无负载试验结果的依赖特性得到的计算值与实测值的比较示例的曲线图。
图10是表示实施方式2的同步旋转设备的结构的框图。
图11是表示实施方式3的同步旋转设备的结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式的励磁控制装置、励磁控制方法及利用它们的同步旋转设备。此处，对相互相同或类似的部分附加共同的标号，并省略重复说明。
[实施方式1]
图1是表示实施方式1的同步旋转设备的结构的框图。同步旋转设备500具有旋转设备主体450及励磁控制装置400。对于同步旋转设备500的结构的详细情况，将在后文中进行说明。
图2是实施方式1的同步旋转设备的旋转设备主体的示意性的四分之一局部横向剖视图。图3是实施方式1的同步旋转设备的励磁绕组的接线图。图4是实施方式1的同步旋转设备的电枢绕组的接线图。
如图2所示，本实施方式的磁阻式多相同步旋转设备(以下简称为“旋转设备主体”。)450例如为三相同步发电机。在旋转设备主体450的外壳(未图示。)的内部具有转子10及定子40。
转子10为未卷绕有励磁绕组60的突极形转子，具备主轴20及转子铁心30。
主轴20与旋转轴同轴地延伸，由设置于外壳的轴承(未图示。)以可旋转的方式进行枢轴支承。
转子铁心30将多块(复数块)的硅钢板在转轴方向上层叠而成，其固定于主轴20的外周，与转轴同轴地延伸。在转子铁心30的外周形成有在周向上彼此等间隔地排列的凸状(例如，横截面约为长方形状)的40个突极部32。即，在相邻的突极部32之间形成有凹槽34。
在本实施方式中，转子铁心30形成为转轴方向的长度为50mm，外侧半径(从转轴中心到突极部32的前端面的距离)为255mm。
定子40具有定子铁心50、多极的励磁绕组60及多极的三相电枢绕组70。
定子铁心50将很多块硅钢板在转轴方向上层叠而成，其与转子10隔开间隔(气隙)而配置在转子10的外周。在定子铁心50的内周形成有在周向上彼此等间隔地排列的凸状(例如，横截面约为长方形状)的48个齿部52。即，在相邻的齿部52之间形成有狭缝54。
在本实施方式中，定子铁心50形成为转轴方向的长度为50mm，外径为315mm，径向上的厚度(从齿部52的前端面到定子铁心50的外周面的距离)为59.5mm。此外，定子铁心50配置成气隙的距离(从突极部32的前端面到齿部52的前端面的距离)为0.5mm。
励磁绕组60中，铜线等导线隔着绝缘物沿径向垂直卷绕于48个齿部52。卷绕于相邻的齿部52的励磁绕组60以彼此相反的方向卷绕，如图2及图3所示，彼此串联连接。
由直流电源(未图示)向励磁绕组60提供励磁电流。因此，在本实施方式中，励磁绕组60的极数pf为与齿部52的数量相同的48极。另外，励磁绕组60的匝数为9216匝。
三相的电枢绕组70中，铜线等导线隔着绝缘物沿径向垂直卷绕于48个齿部52。三相电枢绕组70在比励磁绕组60要靠径向内侧的位置以与励磁绕组60绝缘的方式进行卷绕，卷绕于相邻的齿部52的电枢绕组70以彼此相同的方向卷绕。
如图2及图4所示，电枢绕组70由彼此进行Y接线的三相(U相、V相、W相)的绕组构成，在沿周向形成的48个齿部52上将U相绕组、V相绕组、W相绕组沿周向依次卷绕。因此，在本实施方式中，电枢绕组70的极数pa为(48÷3×2＝)32极。另外，三相的电枢绕组70的匝数为每相528匝。
另外，励磁绕组60及电枢绕组70的匝数、极数仅为例示，并不限于上述内容。根据同步旋转设备的容量等，在设计上可选择适当的匝数及极数。
对于旋转设备主体450的动作，以发电机为例进行说明。
首先，说明旋转设备主体450的动作原理。若利用励磁电流If对励磁绕组60进行直流激励，则在定子40中形成pf极(48极)的静止磁场。此处，若利用设置于旋转设备主体450外部的原动机(未图示)以转速N[min-1]驱动转子10，则该静止磁场由pr极((pf+pa)/2＝40极)的转子10进行磁调制，在气隙中产生pa极(32极)的旋转磁场。其结果是，在三相的电枢绕组70感应出式(1)所示的发电频率f[Hz]的三相交流电压。
f＝{(pf+pa)/120}×N ···(1)
另外，通过调整提供给励磁绕组60的励磁电流If，可容易控制电枢绕组70中感应出的感应电压V。
图5是表示实施方式1的同步旋转设备的励磁控制方法的步骤的一部分的流程图。
在预先步骤S10中，首先，实施作为对象的旋转设备主体450的无负载试验，采集各特性数据(步骤S11)。
图6是实施方式1的同步旋转设备的开路试验时的等效电路。在将负载侧端子开路的状态下使同步旋转设备500(参照图2)运转，采集旋转设备主体450的感应电动势矢量Eaf、电枢电流矢量Ia、包含电枢绕组70(参照图2)的定子电路的电感Ls、等效铁损的电阻Rc等特性数据。
图7是实施方式1的同步旋转设备的短路试验时的等效电路。在将负载侧端子短路的状态下使旋转设备主体450(参照图2)运转，采集旋转设备主体450的感应电动势矢量Eaf、电枢电流矢量Ia、励磁电流If、作为同步电抗的各要素的同步电感Ls、励磁绕组与电枢绕组间的互感Maf、电枢绕组的电阻Ra等特性数据。
在步骤S11之后，基于无负载试验中得到的数据，导出等效电路中的特性计算所需的参数的依赖特性(步骤S12)。
作为特性计算中需要的参数，有同步电感Ls、励磁绕组与电枢绕组间的互感Maf、电枢绕组的电阻Ra。另外，对于除此以外的所需的参数，以下的说明也可同样适用。
作为这些参数的依赖特性的表现，可将各参数以依赖于电枢绕组交链磁通数λaf的特性函数的形式来导出。
即，在等效电路中，下式(2)成立。
Eaf-Z·I＝0 ···(2)
其中，Eaf为电枢中的感应电动势矢量，Z为电枢绕组70的电抗、铁损电阻Rc、及电枢电路的负载的电抗的合成电抗矢量，I为磁化电流矢量。
此外，各参数的依赖特性作为电枢绕组交链磁通数λaf的函数，由下式(3)至式(5)所示的特性函数来表示。
Maf＝Maf(λaf) ···(3)
Ls＝Ls(λaf) ···(4)
Rc＝Rc(λaf) ···(5)
此处，作为式(3)至式(5)所意味的函数的具体形式，也可以分别为解析式的表现形式。或者，也可为如下形式：作为对应于电枢绕组交链磁通数λaf的离散值的表格数据进行存储，对于电枢绕组交链磁通数λaf的值例如进行内插来求出。式(3)至式(5)的具体内容存放在数据库中。
图8是表示基于实施方式1的同步旋转设备的励磁控制装置400(图1)的无负载试验结果的依赖特性的示例的曲线图。实验中使用了4kVA的原型机。横轴为电枢绕组交链磁通数λaf[Wb]，左边的纵轴为同步电感Ls[H]及互感最大值Maf[H]，右边的纵轴为等效铁损电阻Rc[Ω]。
将其用解析式来呈现，则例如由下面的近似式(图8的虚线)来表示。
Maf＝-11.5λaf3+2.34λaf2-0.0882λaf
+0.0882 ···(6)
Rc＝-9.07×104λaf3+2.69×104λaf2
-1.84×103λaf+2.62×102
···(7)
Ls＝-4.77λaf3+1.16λaf2-0.0760λaf
+0.0234 ···(8)
以上是作为对象的旋转设备主体450的预先步骤S10。
在预先步骤S10之后，进入控制作为对象的旋转设备主体450的励磁的励磁控制步骤S20。
首先，接收运转条件要求值作为输入(步骤S21)。运转条件要求值为包含主要控制量的运转状态下的要求值，在作为同步发电机的同步旋转设备500的情况下，为发电机电压、发电机输出、转速、功率因数等。此外，主要控制量为发电机电压。
在步骤S21之后，基于步骤S21中接收到的运转条件要求值，计算励磁电流在先要求值(步骤S22)。步骤S22中，利用步骤S12中导出的、存放于数据库中的依赖特性。
可通过如下方法来进行使用数据库中存放的式(3)至式(5)的具体内容的、满足要求运转条件的励磁电流If的计算。
在上述式(2)中，右边为零，因此，左边的实数部和虚数部也为零。即，
ReaI[Eaf(λaf、δ)-Z(λaf)·I]＝0
···(9)
Imag[Eaf(λaf、δ)-Z(λaf)·I]＝0
···(10)
其中，δ为电枢电压相对于感应电动势矢量Eaf的相位延迟、即负载角。
若求解式(9)、式(10)，则求出所要求的运转条件下的电枢绕组交链磁通数λaf、负载角δ。若将求出的λaf代入到式(3)至式(5)，则可确定互感Maf、同步电感Ls、等效铁损电阻Rc。
若用这样得到的互感Maf、同步电感Ls、等效铁损电阻Rc来求解等效电路的式(2)，则可计算出所要求的运转条件下的励磁电流If、共同损耗、效率η等发电机特性。
图9是表示利用了基于实施方式1的同步旋转设备的励磁控制方法的无负载试验结果的依赖特性得到的计算值与实测值的比较示例的曲线图。
如图9所示，与横轴的发电机输出Po对应的纵轴的励磁电流If[A]及效率η[％]的计算值与实测值非常一致，可确认特性计算的妥当性。
接下来，基于步骤S22中计算出的励磁电流在先要求值，调整励磁电流(步骤S23)。励磁电流的调整例如通过交流励磁方式、直流励磁方式或静止型励磁方式等方式来进行。
如图1所示，励磁控制装置400具有目标运转条件输入部110、电压控制部120、在先运算部130以及励磁调整部140。
目标运转条件输入部110接收包含主要控制量的运转状态下的目标运转条件要求值，并将该目标运转条件要求值输出到在先运算部130。此外，将目标运转条件要求值中作为主要控制量的电压的要求值输出到电压控制部120。
另外，只要目标运转条件要求值未被变更，目标运转条件输入部110就保持向在先运算部130及电压控制部120的输出。另外，在目标运转条件要求值被变更的情况下，将该变更后的值输出到在先运算部130及电压控制部120，并保持该值。
也可以为在先运算部130及电压控制部120侧分别具有该保持功能，而不是目标运转条件输入部110侧具有该保持功能。
此处，在作为同步发电机的同步旋转设备500的情况下，目标运转条件为发电机电压、发电机输出、转速等。
电压控制部120具有第1减法部121、电压控制运算部122及电压检测部123，以将同步旋转设备500的感应电动势控制在规定值。
第1减法部121将目标运转条件输入部110中输入的电压要求值减去从电压检测部123反馈的发电机电压值，输出电压偏差。
电压控制运算部122将来自第1减法部121的电压偏差作为输入，输出励磁电流修正要求值。电压控制运算部122存在单纯增益的情况、还存在具有积分要素的情况、还存在具有微分要素的情况，基于预想的特性，考虑稳定性、控制性来决定。
在先运算部130基于目标运转条件输入部110中输入的运转条件要求值，输出励磁电流在先要求值。在先运算部130具有依赖特性数据输入部131、依赖特性数据存放部132及电路计算部133。
依赖特性数据输入部131将基于无负载试验的结果计算出的互感Maf、同步电感Ls、等效铁损电阻Rc等各参数对电枢绕组交链磁通数λaf的依赖特性作为来自外部的输入来接收。
依赖特性数据存放部132为存放依赖特性数据输入部131所输入的互感Maf、同步电感Ls、等效铁损电阻Rc等各参数对电枢绕组交链磁通数λaf的依赖特性数据的数据库。
电路计算部133将从目标运转条件输入部10输出的上述运转条件要求值作为输入来接收，利用依赖特性数据存放部132中存放的各参数的依赖特性数据来进行电路计算，输出励磁电流在先要求值。
励磁调整部140具有加法部141、第2减法部142、励磁电流调整装置143及励磁电流检测部144。
加法部141将来自电压控制运算部122的励磁电流修正要求值与来自电路计算部133的励磁电流在先要求值进行相加，输出励磁电流设定值。
第2减法部142将来自加法部141的励磁电流设定值减去从励磁电流检测部144反馈的励磁电流值，输出励磁电流偏差。
励磁电流调整装置143基于来自第2减法部142的励磁电流偏差，调整励磁电流。
接下来，说明本实施方式的作用。
在同步旋转设备500的运转状态中，输入目标运转条件，保持其值。
目标运转条件输入部110基于目标运转条件，将该目标运转条件即发电机电压、发电机输出、转速、功率因数等要求值输出到在先运算部130的电路计算部133。
目标运转条件输入部110基于目标运转条件，将作为主要控制量的发电机电压的要求值输出到电压控制部120的第1减法部121。
在先运算部130的依赖特性数据存放部132中存放有依赖特性数据输入部131中输入的互感Maf、同步电感Ls、等效铁损电阻Rc对电枢绕组交链磁通数λaf的依赖特性数据、即基于无负载试验的结果导出的依赖特性数据。
电路计算部133利用依赖特性数据存放部132中存放的依赖特性数据，计算出满足来自目标运转条件输入部110的目标运转条件的励磁电流If，并将其作为励磁电流在先要求值输出。
励磁电流在先要求值在励磁调整部140的加法部141中与电压控制部120的输出即励磁电流修正要求值相加，成为励磁电流设定值并被输出。
励磁调整部140将旋转设备主体450的励磁电流调整成励磁电流设定值。即，第2减法部142将励磁电流设定值减去从励磁电流检测部144反馈的励磁电流值，输出励磁电流偏差。
励磁电流调整装置143基于励磁电流偏差，对流过励磁绕组60的励磁电流值进行调整。
在由在先运算部130计算出的励磁电流在先要求值与满足目标运转条件中的作为主要控制量的发电机电压的要求值的励磁电流值一致的情况下，从电压检测部123反馈的发电机电压值与从目标运转条件输入部110输出的发电机电压的电压要求值一致，因此，第1减法部121的输出变为零，其结果是，电压控制运算部122的输出即励磁电流修正要求值也变为零。
另一方面，关于负载条件，由于预测出的依赖特性有误差，因此，例如，将由在先运算部130计算出的励磁电流在先要求值作为设定值而由励磁调整部140对励磁电流进行了调整的情况下，从电压检测部123反馈的发电机电压值与从目标运转条件输入部110输出的发电机电压的电压要求值不一致。
在此情况下，第1减法部121输出从电压检测部123反馈的发电机电压值与从目标运转条件输入部110输出的发电机电压的电压要求值之差，电压控制运算部122基于此来输出励磁电流修正要求值。
其结果是，即使由在先运算部130计算出的励磁电流在先要求值具有误差等，也可通过电压控制循环进行修正，满足目标运转条件。
如上所述，根据本实施方式，在现场的试验之前，预测旋转设备主体450的特性，能实现反映该特性的励磁控制。
[实施方式2]
图10是表示实施方式2的同步旋转设备的结构的框图。
本实施方式为实施方式1的变形。实施方式1的主要控制量为发电机电压，但实施方式2的主要控制量为功率因数。因此，本实施方式的励磁控制装置400具有功率因数检测部223。另外，励磁控制装置400具有功率因数控制运算部222，以代替电压控制运算部122。
目标运转条件输入部110向第1减法部221输出功率因数要求值。第1减法部221将来自目标运转条件输入部110的功率因数要求值减去从功率因数检测部223反馈的发电机功率因数值，输出功率因数偏差。
功率因数控制运算部222存放关于预先评价设定的同步旋转设备500的相位特性曲线(V曲线)即电枢电流Ia相对于励磁电流If的依赖特性。
功率因数控制运算部222在基于功率因数偏差进行运算的基础上，输出励磁电流修正要求值。功率因数控制运算部222存在单纯增益的情况、还存在具有积分要素的情况、还存在具有微分要素的情况，基于预想的特性，考虑稳定性、控制性来决定。
在如上构成的本实施方式中，与实施方式1同样，即使由在先运算部130计算出的励磁电流在先要求值有误差的情况下，第1减法部221输出从功率因数检测部223反馈的发电机功率因数值与从目标运转条件输入部110输出的功率因数要求值之差，功率因数控制运算部222基于此来输出励磁电流修正要求值。
其结果是，即使由在先运算部130计算出的励磁电流在先要求值具有误差等，也可通过功率因数控制循环进行修正，满足目标运转条件。
如上所述，根据本实施方式，在现场的试验之前，预测同步旋转设备500的特性，能实现反映该特性的励磁控制。
[实施方式3]
图11是表示实施方式3的同步旋转设备的结构的框图。
本实施方式为实施方式1的变形。本实施方式中的同步旋转设备500为同步电动机。
同步电动机的情况下的目标运转条件例如为转矩。主要控制量也同样为转矩。
本实施方式中，励磁控制装置400具有检测同步旋转设备500的输出的输出检测部324、检测转速的转速检测部325、根据输出和转速计算转矩的转矩计算部323及转矩控制运算部322。
另外，由于为同步旋转设备500，因此，转速基本上为与电源频率对应的转速，也可以不必设置转速检测部325。
目标运转条件输入部210向第1减法部321输出转矩要求值。第1减法部321将来自目标运转条件输入部210的转矩要求值减去由转矩计算部323计算出的转矩值，输出转矩偏差。
转矩控制运算部322在基于转矩偏差进行运算的基础上，输出励磁电流修正要求值。转矩控制运算部322存在单纯增益的情况、还存在具有积分要素的情况、还存在具有微分要素的情况，基于预想的特性，考虑稳定性、控制性来决定。
此外，即使在本实施方式的等效电路中，与实施方式1中的式(3)对应的下式(11)成立。
Eaf-Z·I＝0 ···(11)
其中，Eaf为电枢中的感应电动势矢量，Z为电枢绕组70的电抗与电源侧的电抗的合成电抗矢量，I为磁化电流矢量。
此外，各参数的依赖特性作为电枢绕组交链磁通数λaf的函数，由下式(3)至式(5)所示的特性函数来表示。
Maf＝Maf(λaf) ···(3)
Ls＝Ls(λaf) ···(4)
Rc＝Rc(λaf) ···(5)
使用该依赖特性，基于目标运转条件输入部210中输入的目标运转条件来进行式(11)的电路计算，计算励磁电流在先要求值的步骤与实施方式1相同。
在如上构成的本实施方式中，与实施方式1同样，即使由在先运算部130计算出的励磁电流在先要求值有误差的情况下，第1减法部321输出从转矩计算部323反馈的转矩值与从目标运转条件输入部210输出的转矩要求值之差，转矩控制运算部322基于此来输出励磁电流修正要求值。
其结果是，即使由在先运算部130计算出的励磁电流在先要求值具有误差等，也可通过转矩控制循环进行修正，以满足目标运转条件。
如上所述，根据本实施方式，在现场的试验之前，预测同步旋转设备500的特性，能实现反映该特性的励磁控制。
[其它实施方式]
以上，虽然说明了本发明的多个实施方式，但这些实施方式只是作为示例来呈现，而并非要对发明范围进行限定。此外，也可以将各实施方式的特征进行组合。
此外，这些实施方式可以通过其它各种方式来实施，在不脱离发明要点的范围内，可进行各种省略、置换、变更。
这些实施方式及其变形与包含在发明的范围和要点内同样地包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
标号说明
10 转子
20 主轴
30 转子铁心
32 突极部
34 凹槽
40 定子
50 定子铁心
52 齿部
54 狭缝
60 励磁绕组
70 电枢绕组
110 目标运转条件输入部
120 电压控制部
121 第1减法部
122 电压控制运算部(最终控制量控制运算部)
123 电压检测部
130 在先运算部
131 依赖特性数据输入部
132 依赖特性数据存放部
133 电路计算部
140 励磁调整部
141 加法部
142 第2减法部
143 励磁电流调整装置
144 励磁电流检测部
210 目标运转条件输入部
221 第1减法部
222 功率因数控制运算部(最终控制量控制运算部)
223 功率因数检测部
321 第1减法部
322 转矩控制运算部(最终控制量控制运算部)
323 转矩计算部
324 输出检测部
325 转速检测部
400 励磁控制装置
450 旋转设备主体
500 同步旋转设备

Claims (8)

1.一种励磁控制装置，为具有电枢绕组及励磁绕组的同步旋转设备的励磁控制装置，其特征在于，包括：
目标运转条件输入部，该目标运转条件输入部将包含所述同步旋转设备的最终控制量的要求值即最终控制量要求值的、作为目标的运转条件要求值作为输入来接收；
第1减法部，该第1减法部将所述目标运转条件输入部中输入的所述最终控制量要求值减去所述同步旋转设备的最终控制量反馈值，输出最终控制量偏差；
最终控制量控制运算部，该最终控制量控制运算部将来自所述第1减法部的所述最终控制量偏差作为输入来接收，并输出励磁电流修正要求值；
在先运算部，该在先运算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，输出励磁电流在先要求值；
加法部，该加法部将所述励磁电流修正要求值与所述励磁电流在先要求值相加，输出励磁电流设定值；
第2减法部，该第2减法部将所述励磁电流设定值减去所述励磁绕组中流过的励磁电流值，输出励磁电流偏差；以及
励磁电流调整装置，该励磁电流调整装置基于所述励磁电流偏差来调整励磁电流，
所述在先运算部具有：
依赖特性数据存放部，该依赖特性数据存放部存放基于所述同步旋转设备的无负载试验的结果而推定出的依赖特性；以及
电路计算部，该电路计算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，利用所述依赖特性进行电路计算，输出励磁电流在先要求值。
2.如权利要求1所述的励磁控制装置，其特征在于，
所述同步旋转设备为发电机，所述最终控制量为所述发电机的端子电压。
3.如权利要求1所述的励磁控制装置，其特征在于，
所述同步旋转设备为电动机，所述最终控制量为作为用于计算所述电动机的轴转矩的要素的所述电动机的有效输出和旋转角速度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的励磁控制装置，其特征在于，
在所述同步旋转设备的等效电路中，所述依赖特性具有：
第1特性函数，该第1特性函数表示所述励磁绕组与所述电枢绕组间的互感对所述电枢绕组的交链磁通数的依赖；
第2特性函数，该第2特性函数表示铁损电阻对所述电枢绕组的交链磁通数的依赖；及
第3特性函数，该第3特性函数表示同步电感对所述电枢绕组的交链磁通数的依赖。
5.一种同步旋转设备的励磁控制方法，为具有电枢绕组及励磁绕组的同步旋转设备的励磁控制方法，其特征在于，具有：
用于进行所述同步旋转设备的控制的预先步骤；以及
在所述预先步骤之后接收运转条件要求值并将励磁电流要求值输出到励磁电流控制装置的励磁控制步骤，
所述预先步骤具有：
实施所述同步旋转设备的无负载试验的无负载试验步骤；及
依赖特性导出步骤，该依赖特性导出步骤在所述无负载试验步骤之后，基于所述无负载试验的结果，导出所述同步旋转设备的依赖特性，
所述励磁控制步骤具有：
将所述运转条件要求值作为输入来接收的步骤；
励磁电流计算步骤，该励磁电流计算步骤基于所述运转条件要求值，利用所述依赖特性进行电路计算，计算出励磁电流要求值；以及
励磁电流调整步骤，该励磁电流调整步骤基于所述励磁电流计算步骤中计算出的励磁电流要求值，调整励磁电流。
6.一种同步旋转设备，包括：
电枢绕组；
励磁绕组；及
励磁控制装置，其特征在于，
所述励磁控制装置具有：
目标运转条件输入部，该目标运转条件输入部将包含所述同步旋转设备的最终控制量要求值的、作为目标的运转条件要求值作为输入来接收；
第1减法部，该第1减法部将从所述目标运转条件输入部输出的所述最终控制量要求值减去所述同步旋转设备的最终控制量反馈值，输出最终控制量偏差；
最终控制量控制运算部，该最终控制量控制运算部将来自所述第1减法部的所述最终控制量偏差作为输入来接收，并输出励磁电流修正要求值；
在先运算部，该在先运算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，输出励磁电流在先要求值；
加法部，该加法部将所述励磁电流修正要求值与所述励磁电流在先要求值相加，输出励磁电流设定值；
第2减法部，该第2减法部将所述励磁电流设定值减去所述励磁绕组中流过的励磁电流值，输出励磁电流偏差；以及
励磁电流调整装置，该励磁电流调整装置基于所述励磁电流偏差来调整励磁电流，
所述在先运算部具有：
依赖特性数据存放部，该依赖特性数据存放部存放基于所述同步旋转设备的无负载试验的结果而推定出的依赖特性；以及
电路计算部，该电路计算部基于所述目标运转条件输入部中输入的所述运转条件要求值，利用所述依赖特性进行电路计算，输出励磁电流在先要求值。
7.如权利要求6所述的同步旋转设备，其特征在于，
所述同步旋转设备为磁阻式同步旋转设备，且包括：
转子，该转子以能旋转的方式被枢轴支承、且在外周形成有在周向上彼此等间隔地排列的凸状的多个突极部；及
定子铁心，该定子铁心在所述转子的外周与所述转子隔开半径方向的间隔来配置，在内周形成有在周向上彼此等间隔地排列的凸状的多个齿部，
所述励磁绕组具有卷绕于多个齿部的多个极，
所述电枢绕组与所述励磁绕组绝缘，具有卷绕于所述多个齿部的各齿部的多个极。
8.如权利要求6所述的同步旋转设备，其特征在于，
包括圆筒型的转子。
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