CN110785921A - 晶闸管起动装置 - Google Patents

Abstract

晶闸管起动装置(100)构成为通过依次执行使转换器(1)的直流输出电流断续地为零来进行逆变器(2)的转流的第一模式、以及通过同步机(20)的感应电压来进行逆变器(2)的转流的第二模式，使同步机(20)从停止状态加速到规定的旋转速度。晶闸管起动装置(100)还构成为，在第一模式中，通过使励磁电流为恒定，从而使感应电压与同步机(20)的旋转速度成比例地上升，并且在感应电压达到第一电压值之后，通过使励磁电流降低，从而抑制感应电压的上升。

Description

晶闸管起动装置

技术领域

本发明涉及一种晶闸管起动装置。

背景技术

正在开发用于使发电机以及电动机等同步机起动的晶闸管起动装置(例如参照国际公开2014/033849号说明书(专利文献1))。晶闸管起动装置具备将交流电力转换为直流电力的转换器、使直流电力平滑化的直流电抗器、以及将从转换器经由直流电抗器提供的直流电力转换为可变频率的交流电力并向同步机供给的逆变器。通过控制向同步机供给的交流电力，能够使停止状态的同步机起动并使其以规定的旋转速度驱动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2014/033849号说明书

发明内容

发明将要解决的课题

在上述晶闸管起动装置中，逆变器至少具有六个晶闸管。通过与同步机的旋转同步地使六个晶闸管每次两个地依次良好地点火，使得逆变器能够向同步机供给三相交流电力而使同步机的旋转速度上升。

然而，在逆变器的换流动作中，在六个晶闸管中的某一个晶闸管中产生了短路故障的情况下，通过使另一个正常的晶闸管点火，能够通过该晶闸管形成供事故电流流过的路径。因此，正常的晶闸管以及电枢绕组等的构成部件会由于事故电流而受到损伤。事故电流越大，对构成部件的损伤也越大，因此构成部件损伤的可能性越高。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成，其目的在于提供一种能够抑制事故电流带来的损伤的晶闸管起动装置。

用于解决课题的手段

根据本发明的某一方面，晶闸管起动装置使具有转子和定子的同步机起动，该转子具有励磁绕组。晶闸管起动装置具备转换器、直流电抗器、逆变器、以及励磁装置。转换器构成为将交流电力转换为直流电力。直流电抗器使直流电力平滑化。逆变器构成为将从转换器经由直流电抗器提供的直流电力转换为可变频率的交流电力并向定子供给。励磁装置构成为向励磁绕组供给励磁电流。晶闸管起动装置构成为通过依次执行第一模式和第二模式使同步机从停止状态加速到规定的旋转速度，该第一模式通过使转换器的直流输出电流断续地为零来进行逆变器的换流，该第二模式通过同步机的感应电压来进行逆变器的换流。晶闸管起动装置还构成为，在第一模式中，通过使励磁电流为恒定，从而使感应电压与同步机的旋转速度成比例地上升，并且在感应电压达到第一电压值之后，通过使励磁电流降低，从而抑制感应电压的上升。

发明效果

根据本发明，可提供能够抑制事故电流带来的损伤的晶闸管起动装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的晶闸管起动装置的构成的电路框图。

图2是表示晶闸管起动装置的基本动作的时序图。

图3是表示图1所示的逆变器的构成以及动作的电路图。

图4是示意地表示负载换流模式时的逆变器的理想的换流动作的时序图。

图5是用于说明事故电流的路径的电路图。

图6是示意地表示图5所示的事故电流的路径的等效电路图。

图7是表示线间电压以及事故电流的动作波形的图。

图8是表示实施方式1的晶闸管起动装置的动作的时序图。

图9是示意地表示断续换流模式时的同步机的旋转速度与从转换器输出的直流电流的关系的时序图。

图10是表示断续换流模式时的同步机的旋转速度与电流指令值的关系的图。

图11是表示同步机的冷却构造的一个例子的剖面图。

图12是示意地表示断续换流模式时的同步机的旋转速度与从转换器输出的直流电流的关系的时序图。

图13是表示断续换流模式时的同步机的旋转速度与电流指令值的关系的一个例子的图。

图14是表示断续换流模式时的同步机的旋转速度与电流指令值的关系的其他例的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外，对相同或者相当的部分标注相同的参照附图标记，不重复其说明。

[实施方式1]

图1是表示本发明的实施方式1的晶闸管起动装置的构成的电路框图。参照图1，本发明的实施方式1的晶闸管起动装置100通过使停止的同步机20加速到规定的旋转速度，从而使同步机20起动。

同步机20包含具有电枢绕组ATU、ATV、ATW的定子和具有励磁绕组22的转子。同步机20例如与火力发电厂的燃气轮机结合，由燃气轮机旋转驱动。在以下的说明中，也将规定的旋转速度称为“额定旋转速度”。例如在交流电源30的频率为60Hz的情况下，额定旋转速度被设定为3600rpm。

晶闸管起动装置100连接于变压器TR的二次侧。变压器TR的一次侧连接于交流电源30。变压器TR将从交流电源30供给的三相交流电压转换为规定的电压值的三相交流电压并提供给晶闸管起动装置100。

晶闸管起动装置100具备转换器1、直流电抗器3、逆变器2、以及励磁装置21。转换器1是至少包含六个晶闸管的三相全波整流器，将来自变压器TR的三相交流电力转换为可变电压的直流电力。

直流电抗器3连接于转换器1的正侧输出端子1a与逆变器2的正侧输入端子2a之间。直流电抗器3使转换器1的直流输出电流Id平滑化。转换器1的负侧输出端子1b与逆变器2的负侧输入端子2b相互连接。另外，也可以在转换器1的负侧输出端子1b与逆变器2的负侧输入端子2b之间连接另一个直流电抗器3。

逆变器2的三个输出端子2c、2d、2e分别连接于同步机20的三个电枢绕组ATU、ATV、ATW。逆变器2是至少包含六个晶闸管U、V、W、X、Y、Z的三相他励式逆变器。逆变器2将从转换器1经由直流电抗器3提供的直流电力转换为可变频率的交流电力而向同步机20供给。

励磁装置21向同步机20的励磁绕组22供给励磁电流If。在励磁绕组22被供给励磁电流If的状态下，通过从逆变器2向电枢绕组ATU、ATV、ATV供给交流电力，使得同步机20的旋转被加速。

晶闸管起动装置100还具备变流器4、5、电压检测器6、位置检测器7、电流检测器9、逆变器控制部10、以及转换器控制部13。

变流器4检测从变压器TR流到转换器1的三相交流电流，并将表示检测值的信号提供给电流检测器9。电流检测器9基于来自变流器4的信号，对从转换器1输出的直流电流Id进行运算，并将表示其运算值的信号提供给转换器控制部13。具体而言，电流检测器9具有全波整流型的二极管整流器，将检测到的三相交流电流转换为直流电流Id。

变流器5检测从逆变器2流到同步机20的电枢绕组ATU、ATV、ATW的电流，并将表示检测值的信号提供给位置检测器7。

电压检测器6检测从逆变器2向同步机20供给的三相交流电压Vu、Vv、Vw的瞬时值，并将表示检测值的信号提供给位置检测器7。具体而言，电压检测器6检测同步机20的电枢绕组ATU、ATV、ATW中的三相交流电压的线间电压中的两个线间电压(在图1中是U相－V相间的交流电压Vu－v以及V相－W相间的交流电压Vv－w)。如此，通过检测U相－V相间的交流电压Vu－v、V相－W相间的交流电压Vv－w以及W相－U相间的交流电压Vw－u中的至少两个线间电压，能够通过计算来求出U相、V相、W相的交流电压。从该线间电压向相电压的转换在电压检测器6或者位置检测器7中进行。

位置检测器7基于来自变流器5以及电压检测器6的信号检测同步机20的转子的位置，并将表示检测值的信号提供给逆变器控制部10以及转换器控制部13。

逆变器控制部10基于来自位置检测器7的信号，控制逆变器2的点火相位。具体而言，逆变器控制部10包含控制角运算部11和闸门脉冲产生器12。控制角运算部11基于检测出的同步机20的转子的位置运算相位控制角(点火角)γ，将运算出的相位控制角γ提供给闸门脉冲产生器12。闸门脉冲产生电路40基于从控制角运算部11接收的相位控制角γ生成向逆变器2的晶闸管的闸门提供的闸门脉冲(点火指令)。逆变器控制部10与“第一控制部”的一实施例对应。

转换器控制部13基于来自位置检测器7的信号以及来自电流检测器9的信号，控制转换器1的点火相位。具体而言，转换器控制部13控制转换器1的点火相位，以使从转换器1输出的直流电流Id与电流指令值Id＊一致。转换器控制部13与“第二控制部”的一实施例对应。

转换器控制部13包含速度控制部14、电流控制部15、控制角运算部16、以及闸门脉冲产生器17。速度控制部14基于检测出的同步机20的转子的位置，对同步机20的旋转速度进行运算。速度控制部14基于运算出的旋转速度，生成作为直流电流Id的目标值的电流指令值Id＊。

电流控制部15对电流指令值Id＊与直流电流Id的偏差ΔId进行运算，基于运算出的偏差ΔId生成电压指令值VDC1＊。具体而言，电流控制部15包含比例要素(P：proportional element)、积分要素(I：integral element)以及加法部。比例要素将偏差ΔId乘以规定的比例增益并向加法部输出，积分要素以规定的积分增益将偏差ΔId积分并向加法部输出。加法部将来自比例要素以及积分要素的输出相加，生成电压指令值VDC1＊。电压指令值VDC1＊相当于对转换器1应输出的直流电压VDC1进行规定的控制指令。

另外，转换器1控制直流电压VDC1，以使其比逆变器2的输入端子侧的直流电压VDC2大出由直流电抗器3引起的电压下降量的量。由此，直流电流Id得以控制。

控制角运算部16基于从电流控制部15提供的电压指令值VDC1＊，对相位控制角α进行运算。控制角运算部16将运算出的相位控制角α提供给闸门脉冲产生器17。

闸门脉冲产生电路40基于从控制角运算部16接收到的相位控制角α生成向转换器1的晶闸管的闸门提供的闸门脉冲(点火指令)。按照由闸门脉冲产生器17生成的闸门脉冲对转换器1进行开关控制，从而从转换器1输出遵循电流指令值Id＊的直流电流Id。

接下来，使用图2对晶闸管起动装置100的基本动作进行说明。

图2是表示晶闸管起动装置100的基本动作的时序图。图2中示出了同步机20的旋转速度、在同步机20产生的感应电压的有效值、从转换器1输出的直流电流Id、以及励磁电流If。

在晶闸管起动装置100中，利用由同步机20的电枢绕组ATU、ATV、ATW产生的感应电压进行逆变器2中的晶闸管的换流。这种换流被称作“负载换流”。

然而，在同步机20的旋转速度低的情况下、即同步机20的起动时或低速时，由于在电枢绕组ATU、ATV、ATW产生的感应电压低，因此有晶闸管的换流失败的情况。因此，在同步机20的旋转速度低时，采用了使转换器1的直流输出电流Id断续地为零来进行逆变器2的换流的“断续换流”。

如图2所示，晶闸管起动装置100构成为，通过依次切换并执行断续换流模式(第一模式)与负载换流模式(第二模式)，使同步机20从停止状态加速到额定旋转速度。

具体而言，若在时刻t＝0使停止状态的同步机20起动，则晶闸管起动装置100执行断续换流模式。在断续换流模式时，直流电流Id示出脉冲波形。各脉冲的峰值通常设为恒定值(Id＝I0)。峰值例如被设定为，在断续换流模式的期间向同步机20供给的交流电力的累计值满足用于使停止状态的同步机20加速到切换旋转速度的电力量。

然后，若同步机20的旋转速度到达额定旋转速度的10％左右，则晶闸管起动装置100从断续换流模式切换为负载换流模式。在以下的说明中，也将从断续换流模式切换为负载换流模式时的旋转速度称为“切换旋转速度”。在图2的例子中，将切换旋转速度设为额定旋转速度的10％左右。

若在时刻t＝0使停止状态的同步机20起动，则励磁装置21向励磁绕组22供给恒定的励磁电流If(If＝If0)。利用恒定的励磁电流If在转子中产生恒定的励磁磁通。通过在该状态下使同步机20加速，使得在同步机20产生的感应电压的大小(有效值)与同步机20的旋转速度成比例地变化。

若在同步机20产生的感应电压的有效值达到规定的电压VE2，则励磁装置21使向励磁绕组22供给的励磁电流If降低。由此，即使旋转速度改变，感应电压的有效值也保持为恒定的电压VE。

图3是表示图1所示的逆变器2的构成以及动作的电路图。参照图3，晶闸管U、V、W的阳极都连接于正侧输入端子2a，它们的阴极分别连接于输出端子2c、2d、2e。晶闸管X、Y、Z的阳极分别连接于输出端子2c、2d、2e，它们的阴极都连接于负侧输入端子2b。

与三相交流电压Vu、Vv、Vw同步地使晶闸管U、V、W中的一个晶闸管和晶闸管X、Y、Z中的一个晶闸管导通，从而逆变器2将从转换器1经由直流电抗器3供给的直流电力转换为可变频率、可变电压的三相交流电力而向同步机20的定子(电枢绕组ATU、ATV、ATW)提供。由此，能够使同步机20的旋转速度上升。

例如如图3所示，在晶闸管U、Z导通的情况下，同步机20的U相电压Vu经由电感Lu以及晶闸管U在逆变器2的输入端子2a出现，W相电压Vw经由电感Lw以及晶闸管Z在逆变器2的输入端子2b出现。即，同步机20的W相－U相间的交流电压Vw－u成为直流电压VDC2而在输入端子2a、2b间出现。另外，电抗器Lu、Lv、Lw分别示出了同步机20的电枢绕组ATU、ATV、ATW所具有的电感。

图4是示意地表示负载换流模式时的逆变器2的理想的换流动作的时序图。在图4中示出了三相交流电压Vu、Vv、Vw、逆变器2的六个晶闸管中的导通的晶闸管以及在逆变器2的输入端子2a、2b间出现的直流电压VDC2。

在图4中，线间电压Vu－v、Vv－w、Vw－u成为0V的点是相位控制角γ的基准点，在基准点，γ＝0°。在负载换流模式中，在从基准点起相位超前了希望的角度γ的时刻，向晶闸管提供闸门脉冲。例如在晶闸管U导通的期间，向晶闸管V提供闸门脉冲，接着，在晶闸管V导通的期间，向晶闸管W提供闸门脉冲。同样，在晶闸管Z导通的期间，向晶闸管X提供闸门脉冲，接着，在晶闸管X导通的期间，向晶闸管Y提供闸门脉冲。

根据导通的晶闸管的转变，同步机20的线间电压Vu－v、Vv－w、Vw－u在逆变器2的输入端子2a、2b间依次作为直流电压VDC2而出现。逆变器控制部10根据同步机20的旋转使六个晶闸管U、V、W、X、Y、Z每次两个地依次良好地点火，控制流经同步机20的电流的路径。

这里，考虑在负载换流模式中在逆变器2的六个晶闸管U、V、W、X、Y、Z中的某一个晶闸管中产生了阳极－阴极间电短路的短路故障的情况。

例如在晶闸管U产生了短路故障的情况下，若向晶闸管V提供闸门脉冲而使晶闸管V导通，则如图5所示，以将晶闸管V、U包含在内的方式形成事故电流Ia的路径。因此，正常的晶闸管V以及电枢绕组等的构成部件会由于事故电流Ia而受到损伤。另外，事故电流Ia越大，对构成部件的损伤越大，因此构成部件损伤的可能性越高。

图5所示的事故电流Ia的路径由图6那样的等效电路图表现。在图6的等效电路图中，电抗器L的电感相当于电枢绕组ATU、ATV所具有的电感的合计值。交流电源电压相当于同步机20的线间电压Vu－v。电枢绕组ATU、ATV、ATV的电阻成分设为小到可以忽略。

若使晶闸管V导通，则经由电抗器L在晶闸管V中流过事故电流Ia。若将线间电压Vu－V的有效值设为V，则线间电压Vu－v由下式(1)表示。

事故电流Ia是与线间电压Vu－v相比相位滞后了90°的电流。在γ＝π/2的情况下，事故电流Ia由下式(2)给出。其中，L是电抗器L的电感，ω是同步机20的旋转角速度。

图7示出π/2≤γ＜π时的线间电压Vu－v以及事故电流Ia的动作波形。另外，图7中的虚线所示的电流波形示出了γ＝π/2时的事故电流Ia。

事故电流Ia成为以θ＝π为中心的左右对称的波形。晶闸管V的导通期间γ≤θ≤π+γ的电路方程式由下式(3)给出。

若根据θ＝ωt＝π－γ并代入Ia＝0的条件对将式(3)求解，则可获得下式(4)。该电流波形与截取了γ＝π/2的电流波形的π－γ≤θ≤π+γ的部分而得的电流波形相同。

Ia在θ＝π时成为最大，最大值由下式(5)求出。

根据式(5)可知，在同步机20的旋转速度(旋转角速度ω)以及相位控制角γ一定的情况下，线间电压Vu－v越大，事故电流Ia越大。由此，事故电流Ia的大小取决于逆变器2的晶闸管产生短路故障的定时的同步机20的感应电压的大小。即，相同定时的感应电压越大，事故电流Ia越大。

另外，事故电流Ia的通电时间由同步机20的旋转周期×2γ/2π表示。因而，通电时间与同步机20的旋转速度成反比例。这表示同步机20的旋转速度越低，事故电流Ia的通电时间越长。

如此，在负载换流模式中，若逆变器2的六个晶闸管U、V、W、X、Y、Z中的某一个晶闸管产生短路故障，则在晶闸管起动装置100以及同步机20的构成部件中流过事故电流Ia。同步机20的感应电压越大，事故电流Ia的大小越大。同步机20的旋转速度越低，事故电流Ia的通电时间越长。

这里，根据图2的时序图，在负载换流模式中同步机20的旋转速度最低的定时是刚从断续换流模式切换到负载换流模式之后的定时。因而，若在该定时产生短路故障，则事故电流Ia的通电时间变得最长，因此会给构成部件带来较大的损伤。

因此，在实施方式1的晶闸管起动装置100中，通过在断续换流模式中减弱励磁，抑制同步机20中产生的感应电压的上升。若抑制断续换流模式中的感应电压的上升，则刚从断续换流模式切换到负载换流模式之后的定时的线间电压变小。因而，能够减小相同定时的事故电流Ia。

以下，使用图8，对利用实施方式1的晶闸管起动装置100进行的励磁控制进行说明。

图8是表示实施方式1的晶闸管起动装置100的动作的时序图，并且是与图2对比的图。在图8中，用单点划线示出了图2所示的同步机20的感应电压的有效值以及励磁电流If。直流电流Id以及同步机20的旋转速度在图2与图8设为彼此相等。

如图8所示，在断续换流模式中，若同步机20的感应电压的有效值达到规定的电压(第一电压)VE0(第一电压值)，则励磁装置21使励磁电流If降低。若降低励磁电流If，则励磁磁通减弱，因此感应电压的上升被抑制。在图8的例子中，通过根据同步机20的旋转速度使励磁电流If降低，从而即使旋转速度改变，感应电压的有效值也保持为恒定的电压VE0。

若同步机20的旋转速度达到切换旋转速度(额定旋转速度的10％)，则晶闸管起动装置100从断续换流模式切换为负载换流模式。若负载换流模式开始，则励磁装置21向励磁绕组22供给恒定的励磁电流If(If＝If1)。利用恒定的励磁电流If在转子中产生恒定的励磁磁通。通过在该状态下使同步机20加速，使得在同步机20产生的感应电压的有效值与同步机20的旋转速度成比例地变化。

若在同步机20产生的感应电压的有效值达到VE2(第二电压值)，则励磁装置21使向励磁绕组22供给的励磁电流If降低。由此，即使旋转速度改变，感应电压的有效值也保持为恒定的电压VE。

这里，在图2以及图8的各个中，若着眼于切换旋转速度时的感应电压的有效值，则与在断续换流模式中将恒定的励磁电流If(If＝If0)供给到励磁绕组22时的有效值VE1(图2)相比，在断续换流模式中使励磁电流If降低时的有效值VE0(图8)变小。由此，在刚从断续换流模式切换到负载换流模式之后的定时产生了短路故障的情况下，可预想关于相同定时的感应电压，图8中的电压值小于图2中的电压值。因而，能够减小事故电流Ia，因此能够减少事故电流Ia给构成部件带来的损伤。另外，VE0能够基于逆变器2的晶闸管以及同步机20的构成部件的耐压来设定。

如以上说明那样，根据本发明的实施方式1的晶闸管起动装置，通过在断续换流模式中抑制同步机20产生的感应电压的上升，能够减小刚从断续换流模式切换到负载换流模式之后的定时的事故电流。其结果，能够抑制事故电流所导致的晶闸管起动装置以及同步机的构成部件的损伤。

[实施方式2]

如在上述实施方式1中所述，在断续换流模式中抑制了同步机20的感应电压的上升的情况下，从逆变器2向同步机20供给的交流电力降低。因此，同步机20的升速率(旋转速度上升比率)降低，有断续换流模式所花费的时间变长的可能性。其结果，有可能发生同步机20的起动花费时间这一不良情况。

因此，在实施方式2的晶闸管起动装置100中，在断续换流模式中，配合励磁电流If的降低地使从转换器1输出的直流电流Id增加，从而抑制向同步机20供给的电力的降低。

图9是示意地表示断续换流模式时的同步机20的旋转速度与从转换器1输出的直流电流Id的关系的时序图。

在图9中，在向励磁绕组22供给恒定的励磁电流If的期间，将从转换器1输出的直流电流Id的最大值(即，脉冲的峰值)设为I0。与此相对，在使励磁电流If降低的期间，将从转换器1输出的直流电流Id的最大值(即，脉冲的峰值)设为I1(I1＞I0)。

通过使I1大于I0，使得升速率上升，因此与将直流电流Id设为I0的情况比较，能够缩短同步机20加速到切换旋转速度(额定旋转速度的10％)的时间。另外，通过调整I1的大小，能够使在图2与图9之间断续换流模式所花费的时间相等。

图9所示的直流电流Id的调整能够通过调整电流指令值Id＊来实现。图10是表示断续换流模式时的同步机20的旋转速度与电流指令值Id＊的关系的一个例子的图。

如图9所示，在同步机的旋转速度为0rpm以上且额定旋转速度的X％以下时，电流指令值Id＊被设定为I0。另一方面，在同步机20的旋转速度比额定旋转速度的X％高且为10％以下时，电流指令值Id＊被设定为I1。额定旋转速度的X％相当于在使励磁电流If恒定时同步机20的感应电压的有效值成为VE1的旋转速度。

表示图9所示的关系的数据能够预先存储于晶闸管起动装置100内部的存储器。转换器控制部13通过参照该数据，能够基于运算出的同步机20的旋转速度生成电流指令值Id＊。另外，数据的形式可以是表格，也可以是函数。

如以上说明那样，根据本发明的实施方式2的晶闸管起动装置，除了与实施方式1相同的作用效果之外，还能够在短时间内使同步机20起动。

[实施方式3]

在通过晶闸管起动装置100将同步机20的电枢绕组ATU、ATV、ATW通电了的情况下，在电枢绕组ATU、ATV、ATW中产生热损失(焦耳热)。热损失与电流的大小的平方成比例。为了防止同步机20因热损失而过热，在同步机20设有冷却构造。

图11是表示同步机20的冷却构造的一个例子的剖面图。参照图11，在同步机20的机内，在转子24的旋转轴安装有风扇25。风扇25通过转子24的旋转而被旋转驱动。若风扇25旋转，则如图中箭头所示，冷却介质在形成于转子24以及定子26的通风路径中循环。冷却介质例如使用氢气或者空气。在定子框内面向通风路径地设置冷却器27。在通风路径中进行了循环后的冷却介质由冷却器27、即在定子框内面向通风路径地设置的冷却器27冷却。

如此，由于利用转子24的旋转力使风扇25旋转，因此在同步机20的旋转速度低时，风扇25的旋转速度也降低。因此，不易在通风路径中使冷却介质循环，结果，冷却介质的冷却能力降低。因而，若如上述实施方式2那样提高断续换流模式中的直流电流Id，则存在同步机20过热的可能性。

另外，若欲通过提高冷却介质的冷却能力来抑制同步机20的过热，则不得不增大冷却器的容量，有导致装置的大型化的可能性。

因此，在实施方式3的晶闸管起动装置100中，在同步机20的感应电压成为VE1的旋转速度范围内，将电流指令值Id＊设定为随着同步机20的旋转速度变高而电流值变大。

图12是示意地表示断续换流模式时的同步机20的旋转速度与从转换器1输出的直流电流Id的关系的时序图。

如图12所示，在同步机20从额定旋转速度的X％到达Y％(其中，X＜Y＜10)的期间，将从转换器1输出的直流电流Id的最大值(即，脉冲的峰值)设为I2。另外，在同步机20从额定旋转速度的Y％到达10％(切换旋转速度)的期间，将从转换器1输出的直流电流Id的最大值(脉冲的峰值)设为I3(I3＞I2)。

额定旋转速度的Y％例如基于能够在通风路径中使冷却介质循环的风扇25(参照图11)的下限旋转速度来设定。由此，在导致冷却介质的冷却能力降低的旋转速度范围(0～额定旋转速度的Y％)内，向同步机20供给的电流成为较低的电流值，因此同步机20的热损失(焦耳热)被抑制。其结果，能够抑制同步机20的过热。

另一方面，若同步机20的旋转速度比上述旋转速度范围高，即冷却介质的冷却能力得以确保，则使向同步机20供给的电流增加。由此，能够提高同步机20的升速率，因此能够防止断续换流模式所花费的时间延长。

在图12中，由单点划线示出了图9所示的同步机20的旋转速度以及直流电流Id。在I2、I3与I1之间，I2＜I1＜I3的关系成立。通过使I3比I1大，使得升速率上升，因此与将直流电流Id设为I1的情况比较，能够缩短同步机20从额定旋转速度的Y％加速到X％的时间。另外，通过调整I3的大小，能够使在图9与图13之间断续换流模式所花费的时间相等。

图12所示的直流电流Id的调整能够通过根据同步机20的旋转速度调整电流指令值Id＊来实现。即，在同步机20的旋转速度比额定旋转速度的X％高且为10％以下时，电流指令值Id＊被设定为随着同步机20的旋转速度变高而电流值变大。

由此，在同步机20的旋转速度处于上述范围时，电流指令值Id＊根据同步机20的旋转速度而变化。在本申请说明书中，“根据同步机20的旋转速度而变化”的意思是电流指令值Id＊根据同步机20的旋转速度而离散地变化，或者电流指令值Id＊根据同步机20的旋转速度而连续地变化。

图13是表示断续换流模式时的同步机20的旋转速度与电流指令值Id＊的关系的图。如图13所示，在同步机的旋转速度为0rpm以上且额定旋转速度的X％以下时，电流指令值Id＊被设定为I0。另一方面，在同步机20的旋转速度高于额定旋转速度的X％且为Y％以下时，电流指令值Id＊被设定为I2。而且，在同步机20的旋转速度高于额定旋转速度的Y％且为X％以下时，电流指令值Id＊被设定为I3。

表示图13所示的关系的数据能够预先存储于晶闸管起动装置100内部的存储器。转换器控制部13通过参照该数据，能够基于运算出的同步机20的旋转速度生成电流指令值Id＊。另外，数据的形式既可以是表格，也可以是函数。

如以上说明那样，根据本发明的实施方式3的晶闸管起动装置，除了与实施方式1相同的作用效果之外，还起到以下的作用效果。即使在采用了利用同步机20的转子的旋转力来冷却同步机20的构造的情况下，也能够在抑制同步机20的过热的同时在短时间内使同步机20起动。另外，能够抑制用于抑制同步机20的过热的冷却构造的大型化。

另外，在上述的实施方式3中，例示了在同步机20的旋转速度比额定旋转速度的X％高且为10％以下时使电流指令值Id＊以两个阶段变化的构成(参照图13)，但也可以以三个阶段以上变化。

或者，也可以如图14所示，在同步机20的旋转速度比额定旋转速度的X％高且为10％以下时，根据同步机20的旋转速度使电流指令值Id＊连续地变化。在图14的例子中，电流指令值Id＊在同步机20的旋转速度为0rpm以上且额定旋转速度的X％以下时为I0，在同步机20的旋转速度为额定旋转速度的10％(切换旋转速度)时成为I4(I4＞I0)。在同步机20的旋转速度比额定旋转速度的X％高且为10％以下时，电流指令值Id＊根据旋转速度线性地变化。

另外，在上述实施方式1～3中，说明了同步机20是在火力发电厂中通过燃气轮机旋转驱动的发电机的情况，但并不限定于此，同步机20也可以是在一般工业领域中使用的同步机。例如，同步机20也可以是钢铁厂的冷却风机用的同步机。

这次公开的实施方式是示例，并不仅限定于上述内容。本发明的范围由权利要求书表示，意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。

附图标记说明

1 转换器，2 逆变器，3 直流电抗器，4、5 变流器，6 电压检测器，7 位置检测器，9电流检测器，10 逆变器控制部，11、16 控制角运算部，12、17 闸门脉冲产生器，14 速度控制部，15 电流控制部，20 同步机，21 励磁装置，22 励磁绕组，24 转子，25 风扇，2 6定子，27 冷却器，30 交流电源，100 晶闸管起动装置，ATU、ATV、ATW 电枢绕组，U、V、W、X、Y、Z 晶闸管，TR 变压器。

Claims (8)

1.一种晶闸管起动装置，使具有转子和定子的同步机起动，该转子具有励磁绕组，其中，所述晶闸管起动装置具备：

转换器，构成为将交流电力转换为直流电力；

直流电抗器，使所述直流电力平滑化；

逆变器，构成为将从所述转换器经由所述直流电抗器提供的直流电力转换为可变频率的交流电力并向所述定子供给；以及

励磁装置，构成为向所述励磁绕组供给励磁电流，

所述晶闸管起动装置构成为通过依次执行第一模式和第二模式而使所述同步机从停止状态加速到规定的旋转速度，该第一模式通过使所述转换器的直流输出电流断续地为零来进行所述逆变器的换流，该第二模式通过所述同步机的感应电压来进行所述逆变器的换流，

所述晶闸管起动装置还构成为，在所述第一模式中，通过使所述励磁电流恒定，从而使所述感应电压与所述同步机的旋转速度成比例地上升，并且在所述感应电压达到第一电压值之后，通过使所述励磁电流降低，从而抑制所述感应电压的上升。

2.根据权利要求1所述的晶闸管起动装置，其中，

所述晶闸管起动装置构成为，在所述感应电压达到所述第一电压值之后，通过根据所述同步机的旋转速度使所述励磁电流降低，从而将所述感应电压保持为所述第一电压值。

3.根据权利要求1或2所述的晶闸管起动装置，其中，

在所述第二模式中，所述励磁装置构成为，通过使所述励磁电流恒定，从而使所述感应电压从所述第一电压值起进一步增加，并且在所述感应电压达到高于所述第一电压值的第二电压值之后，通过根据所述同步机的旋转速度使所述励磁电流降低，从而将所述感应电压保持为恒定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的晶闸管起动装置，其中，还具备：

位置检测器，检测所述同步机的所述转子的位置；

第一控制部，构成为基于所述位置检测器的检测信号控制所述逆变器中的晶闸管的点火相位；以及

第二控制部，构成为基于所述位置检测器的检测信号，控制所述转换器中的晶闸管的点火相位，以使所述转换器的直流输出电流与电流指令值一致，

在所述第一模式中，所述感应电压成为所述第一电压值的旋转速度下的所述电流指令值与所述感应电压低于所述第一电压值的旋转速度下的所述电流指令值相比被设定为更大的电流值。

5.根据权利要求4所述的晶闸管起动装置，其中，

在所述感应电压成为所述第一电压值的旋转速度范围内，所述电流指令值被设定为随着所述同步机的旋转速度升高而电流值变大。

6.根据权利要求5所述的晶闸管起动装置，其中，

在所述同步机的旋转速度处于所述旋转速度范围时，所述电流指令值根据所述同步机的旋转速度离散地变化。

7.根据权利要求5所述的晶闸管起动装置，其中，

在所述同步机的旋转速度处于所述旋转速度范围时，所述电流指令值根据所述同步机的旋转速度而连续地变化。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的晶闸管起动装置，其中，

所述同步机还包含风扇，该风扇安装于所述转子的旋转轴，构成为使冷却介质在形成于所述定子以及所述转子的通风路径中循环。

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