JP2001525660A - 二つの量を含む磁束で回転電気機械の速度を制御する方法およびシステム - Google Patents

二つの量を含む磁束で回転電気機械の速度を制御する方法およびシステム

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JP2001525660A JP2000523756A JP2000523756A JP2001525660A JP 2001525660 A JP2001525660 A JP 2001525660A JP 2000523756 A JP2000523756 A JP 2000523756A JP 2000523756 A JP2000523756 A JP 2000523756A JP 2001525660 A JP2001525660 A JP 2001525660A
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エービービー エービー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配電網または送電網（２４）に直接的に接続されるようになった回転電気機械（２２）を含み、この回転電気機械（２２）の速度の適合／最適化を行うためのシステム（２０）を提供する。 【解決手段】 機械（２２）は少なくとも二つの電気巻線を含み、これらの巻線の各々は、少なくとも一つの導電体と、この導電体を取り囲むように配置された第１半導電層（１４）と、この第１半導電層（１４）を取り囲むように配置された絶縁層（１６）と、この絶縁層（１６）を取り囲むように配置された第２半導電層（１８）とを有する。システム（２０）は、作動中に機械（２２）の合成固定子−空隙磁束を発生させる手段（２６）を含み、この磁束は、少なくとも二つの方向量を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
第１の側面によれば、本発明は、システムに含まれる回転電気機械の速度の適
合および最適化を行うためのシステムに関する。回転電気機械は、配電網または
送電網に直接的に接続されるようになっている。
【０００２】 本発明の第２の側面によれば、本発明は、配電網または送電網に直接的に接続
されるようになった回転電気機械の速度を制御するための方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
本発明で言及する回転電気機械は、例えば、同期機、非同期機、二重給電形機
、非同期コンバータカスケード機、外磁極機、または同期磁束機である。
【０００４】 この種の機械を配電網または送電網に接続するため、従来、電圧を網レベルま
で、即ち１３０ｋＶ〜４００ｋＶの範囲まで逓昇変圧するため、変圧器が使用さ
れてきた。
【０００５】 定格電圧が最大３６ｋＶの発電機が、１９３２年１０月１５日付けのエレクト
リカルワールド誌の第５２４頁〜第５３７頁のポールＲ．ジードラーの「絶縁の
調査から３６ｋＶの発電機が生じる」に記載されている。これらの発電機は、高
電圧ケーブルでできた巻線を含み、この高電圧ケーブル内では絶縁体が誘電率が
異なる幾つかの層に分けられる。使用された絶縁体は、雲母ホイル−雲母（mica
foil−mica）、ワニス、および紙の三つの構成要素の異なる組み合わせを有す
る。
【０００６】 現在、送電用のケーブルと同様の種類の固体絶縁体で絶縁が施された高電圧導
電体でできた、最初に言及した機械の巻線を製造することによって、中間変圧器
なしで、任意の電力網に機械を直接的に接続できるレベルまで機械の電圧を高め
ることができるということがわかっている。これらの機械の代表的作動範囲は、
３０ｋＶ〜８００ｋＶである。
【０００７】 本発明で使用する、絶縁を施した導体即ち高電圧ケーブルは可撓性であり、Ｐ
ＣＴ／ＳＥ９７／００８７４（ＷＯ９７／４５９１９）およびＰＣＴ／ＳＥ９７
／００８７５（ＷＯ９７／４５８４７）にさらに詳細に説明された種類である。
絶縁を施した導体即ちケーブルのこの他の説明は、ＰＣＴ／ＳＥ９７／００９０
１（ＷＯ９７／４５９１８）、ＰＣＴ／ＳＥ９７／００９０２（ＷＯ９７／４５
９３０）、およびＰＣＴ／ＳＥ９７／００９０３（ＷＯ９７／４５９３１）に見
出すことができる。
【０００８】 本発明にかかる装置において、巻線は、現在配電に使用されている、固体押出
し絶縁体を備えたケーブルと対応する種類のもの、例えば、いわゆるＸＬＰＥケ
ーブルまたはＥＰＲ絶縁体を備えたケーブルが好ましい。このようなケーブルは
、一つまたは複数のストランドからなる内導体、この導体を取り囲む内半導電層
、この半導電層を取り囲む固体絶縁層、およびこの絶縁層を取り囲む外半導電層
を含む。このようなケーブルは可撓性である。このことは、本願では重要な性質
である。これは、本発明にかかる装置についての技術が主として巻線システムに
基づいているためである。この巻線システムでは、巻線は、何回も往復して引き
込まれたワイヤでできており、即ち、そのコイル端には、コアの巻線が剛性導体
を有する場合に必要とされる接続部がない。ＸＬＰＥケーブルは、通常、直径３
０ｍｍのケーブルでは約２０ｃｍの曲率半径、直径８０ｃｍのケーブルでは約６
５ｃｍの曲率半径に対応する可撓性を有する。かくして、本願での可撓性という
表現は、ケーブルの直径の８倍〜２５倍程度の曲率半径に至るまで巻線が可撓性
であるということを意味する。
【０００９】 巻線は、曲げた場合でも、作動中に熱応力を受けた場合でもその性質を維持で
きるように製造しなければならない。これに関し、互いに密着した状態を層が維
持するということは非常に重要である。これに関し、層の材料の特性、とりわけ
、層の弾性および相対的熱膨張率が決定的に重要である。例えば、ＸＬＰＥケー
ブルについては、絶縁層は、架橋結合された低密度ポリエチレンでできており、
半導電層は、すすと金属粒子とを混合したポリエチレンでできている。温度変化
による容積変化は、ケーブルの半径の変化として完全に吸収され、層の熱膨張率
がこれらの材料の弾性に関して比較的僅かに異なっているため、層が互いから外
れることなく、ケーブルの半径方向への膨張が発生し得る。
【００１０】 上述した材料の組み合わせは、単なる例であると考慮されるべきである。本発
明の範囲は、上述した条件を満たす他の組み合わせ、および半導電性、即ち質量
抵抗率が１〜１０５ｃｍであるという条件を満たす他の組み合わせ、および絶縁
性、即ち質量抵抗率が１０５ｃｍよりも大きいという条件を満たす他の組み合わ
せの夫々をも勿論含む。
【００１１】 絶縁層は、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（
ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリメチルペン
テン（ＰＭＰ）、架橋結合されたポリエチレン（ＸＬＰＥ）等の架橋結合材料、
またはゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）、またはシリコーンゴム等の
固体熱可塑性材料を含む。
【００１２】 内部および外部の半導電層は、同じベース材料を有するが、すすまたは金属粉
等の導電体の粒子と混合された材料を有する。
【００１３】 これらの材料の機械的性質、主としてこれらの材料の熱膨張率は、すすまたは
金属粉と混合されているか否かにより、比較的僅かな程度に影響される。従って
、絶縁層および半導電層は、ほぼ同じ熱膨張率を有する。
【００１４】 半導電層についてもまた、エチレンビニルアセテートコポリマー／ニトリルゴ
ム、ブチルグラフテッドポリエチレン、エチレンアクリレートコポリマー、エチ
レンエチルアクリレートコポリマー、およびエチレンブチルアクリレートコポリ
マーが適当なポリマーを構成する。
【００１５】 さらに、異なる材料層を夫々の層のベースとして使用する場合には、これらの
材料の熱膨張率を同じ程度の大きさにすることが望ましい。これは、上掲の材料
の組み合わせについても当てはまる。
【００１６】 上掲の材料は極めて良好な弾性を有し、この弾性は、亀裂等の損傷が生じない
ように、かつ、層が互いから外れないように、層の材料の熱膨張率のいかなる些
細な偏りも、弾性の半径方向において除去されるほど十分な程度である。
【００１７】 二つの半導電層の導電率は、夫々の層に沿った電位を実質的に等しくするのに
十分大きい。これと同時に、導電率は非常に低いため、外半導電層は、電界をケ
ーブル内に閉じ込めるのに十分な抵抗率を持つ。
【００１８】 このようにして、二つの半導電層はそれぞれ、本質的に、等電位面を構成し、
巻線は、これらの層とともに電界をその内部に閉じ込める。
【００１９】 一つまたは幾つかの他の半導電層を絶縁体内に配置することが除外されないこ
とは勿論のことである。
【００２０】 例えばバルスピード（ＶＡＲＳＰＥＥＤ）発電機により水力発電所／揚水式電
気貯蔵プラント（hydroelectric power station／pump strage plant）をさらに
効率的におよび柔軟に作動することを達成すること、および、有効落差と水流が
最大効率を提供するように互いに適合される速度で各タービンが最適の動作点を
有することが既に知られている。大型の機械では、速度は、幾つかの方法、例え
ば磁極の切り換えや、固定子の供電（stator supply）、周波数変換器または次 同期または超同期コンバータカスケード機による周波数適合等で制御できる。コ
ンバータカスケード機は、非同期機に二つの方向から、即ち固定子および回転子
の両方を介して送電する。回転する三相回転子巻線と、回転子磁束、従って、速
度を最適化するためのスリップ周波数を制御するための定置の周波数変換器装置
がスリップリングを介して行われる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
速度の最適化でスリップリングを使用すると、摩耗や掻き傷等の多数の欠陥が
生じ、従って、保守費用が増大する。
【００２２】 本発明の目的は、上述した問題点を解決することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、請求項１ないし９に記載のシステムに含まれる回転電気機械の速
度の適合／最適化を行うためのシステムによって、また、請求項１８および１９
に記載の回転電気機械の速度制御方法によって達成される。本発明の第１の実施
形態によるシステムに含まれる機械は、少なくとも二つの電気巻線を含み、これ
らの巻線の各々は、少なくとも一つの導電体と、この導電体を取り囲むように配
置された第１半導電層と、この第１半導電層を取り囲むように配置された絶縁層
と、この絶縁層を取り囲むように配置された第２半導電層とを有する。さらに、
このシステムは、作動中の機械の合成固定子−空隙磁束（resultant stator and
air gap flux）を発生させる手段を備え、この磁束は、少なくとも二つの方向 量を含む。
【００２４】 本発明にかかるシステムの一つの利点は、スリップリングが発生せず、このた
め、とりわけ、保守が簡単になり、ブラシ電圧が降下する結果、損失が発生しな
いということである。さらに、障害が発生した場合に迅速な減磁が得られる。
【００２５】 このシステムの有利な実施形態は、本発明によれば、第１半導電層の電位が、
本質的に、導体の電位と等しいということから得られる。
【００２６】 これと関連して、導体を取り囲む等電位面を本質的に形成するように第２半導
電層が配設されると有利である。
【００２７】 これと関連した追加の利点は、第２半導電層が所定電位に接続されている場合
に得られる。
【００２８】 これと関連して、上記所定電位がグランド電位であると有利である。
【００２９】 これと関連した別の利点が、機械の少なくとも二つの隣接した巻線層が本質的
に等しい熱膨張率を有する場合に得られる。
【００３０】 これと関連して、導体が多数のストランドを有し、これらのストランドのうち
の少なくとも幾つかが互いに電気的に接触していると有利である。
【００３１】 これと関連した別の利点は、上述した三つの層の各々が、隣接した層に、本質
的に全接触面に沿って固定されている場合に得られる。
【００３２】 本発明にかかるシステムの第２の実施形態によれば、システムに含まれる機械
は少なくとも二つの電気巻線を備え、これらの巻線の各々は高電圧ケーブルから
形成されており、この高電圧ケーブルは、それぞれが多数のストランドを示す一
つまたは複数の電流搬送導体と、各導体の周囲に配置された第１半導電層と、こ
の第１半導電層の周囲に配置された固体絶縁体でできた絶縁層と、この絶縁層の
周囲に配置された第２半導電層とを含む。さらに、システムは、作動中の機械の
合成固定子−空隙磁束を発生させる手段を備え、磁束は、少なくとも二つの方向
量を含む。
【００３３】 本発明の第２実施形態によるシステムの一つの利点は、スリップリングが生じ
ないということである。とりわけ、保守が簡単になり、ブラシ電圧の降下による
損失が発生しないということである。さらに、障害が発生した場合に迅速な減磁
が得られる。
【００３４】 これと関連した追加の利点は、絶縁導体または高電圧ケーブルが可撓性である
場合に得られる。
【００３５】 これと関連して、絶縁導体または高電圧ケーブルが曲げられた場合でも互いに
密着するように層が配置されている場合に有利である。
【００３６】 これと関連した追加の利点は、磁束発生部材が、機械に配置された副巻線およ
び機械に接続された磁化装置を含み、これによって、副巻線および磁化装置を介
して一つの磁束ベクトルが発生され、機械の正規巻線を介して一つの磁束ベクト
ルが発生されるということである。
【００３７】 これと関連して、磁化装置が第１周波数変換器を有する場合に有利である。
【００３８】 これと関連した追加の利点は、システムが、第１周波数変換器および機械に接
続された補助フィーダをさらに含む場合に得られる。
【００３９】 これと関連して、機械が非同期回転子を含み、補助フィーダが固定子巻線と、
非同期回転子に連結された永久磁石回転子とを含む場合に有利である。
【００４０】 これと関連した追加の利点は、第１周波数変換器および補助フィーダに接続さ
れた変圧器と、この変圧器に接続された第２周波数変換器とをシステムがさらに
備え、この変圧器が第１回路遮断器を介して配電母線に接続され、また、第２周
波数変換器が第２回路遮断器を介して配電母線に接続される場合に得られる。
【００４１】 これと関連して、巻線が可撓性である場合および上述した層が互いに接触して
いる場合に有利である。
【００４２】 これと関連した追加の利点は、上述した層が或る程度弾性の材料で形成されて
おり、これらの材料間の熱膨張率の関係が、作動中の温度変化によるこれらの層
の容積の変化を材料の弾性で吸収でき、作動中に温度が変化する場合にこれらの
層を互いに接触した状態に保持するようになっているということである。
【００４３】 これと関連して、上述した層の材料が高い弾性を有すると有利である。
【００４４】 これと関連した追加の利点は、各半導電層が本質的に等電位面を構成する場合
に得られる。
【００４５】 回転電気機械の速度制御を行うための本発明の第１の実施形態による方法は、
配電網または送電網に直接的に接続されるように意図された機械に適用できる。
この機械は、少なくとも二つの電気巻線を含み、これらの巻線の各々は、少なく
とも一つの導電体と、この導電体を取り囲むように配置された第１半導電層と、
この第１半導電層を取り囲むように配置された絶縁層と、この絶縁層を取り囲む
ように配置された第２半導電層とを含む。この方法は、作動中の機械の合成固定
子−空隙磁束を構成する少なくとも二つの方向量を発生させる手順を含む。
【００４６】 回転電気機械の速度制御を行うための本発明の第２の実施形態による方法は、
配電網または送電網に直接的に接続されるように意図された機械に適用できる。
この機械は、少なくとも二つの電気巻線を含み、これらの巻線の各々は、高電圧
ケーブルで形成されており、この高電圧ケーブルは、これにより各導体は多数の
ストランドを示す一つまたは複数の電流搬送導体と、この導電体を取り囲むよう
に配置された第１半導電層と、固体絶縁材料で形成され第１半導電層を取り囲む
ように配置された絶縁層と、この絶縁層を取り囲むように配置された第２半導電
層とを有する。この方法は、作動中の機械の合成固定子−空隙磁束を構成する少
なくとも二つの方向量を発生させる手順を備える。
【００４７】 本発明の二つの実施形態による方法の利点は、スリップリングが発生せず、こ
のため、とりわけ、保守が簡単になり、ブラシ電圧の降下による損失が発生しな
いということである。さらに、障害が発生した場合に迅速な減磁が得られる。
【００４８】 これと関連して、この方法が次の追加の手順を備える場合に利点が得られる。
【００４９】 ・少なくとも一つの方向磁束を、接続網により発生され回転された磁束との関
連で、位相位置並びに振幅および回転速度について制御する手順 これと関連した別の利点は、この方法が以下の手順を備える場合に得られる。
【００５０】 ・機械の固定子に取り付けられた副巻線と、機械に接続された磁化装置とを介
して磁束ベクトルを発生させる手順、および ・機械の正規巻線を介して磁束ベクトルを発生させる手順 本発明の第１の側面によれば、回転電気機械は非同期回転子をさらに含み、こ
れにより、発電機作動モードにおける機械の速度制御のために磁束制御が使用さ
れる。
【００５１】 本発明の第２の側面によれば、回転電気機械は非同期回転子をさらに含み、こ
れにより、モータ作動モードにおける機械の速度制御のために磁束制御が使用さ
れる。
【００５２】 本発明の第３の側面によれば、機械の正規固定子巻線の固定子電圧の調和成分
を減衰するために磁束制御が使用される。
【００５３】 本発明の第４の側面によれば、機械の無効磁化電流が副巻線を介して注入され
、これにより、非本線−接続された（non-mains-connected）機械と本線−接続 された（mains-connected）機械の両方について、機械の正規巻線に印加する機 械の電圧を制御できる。
【００５４】 これと関連して、回転電気機械が、磁化電流および他の補助電力を発生させる
ため、非同期回転子に連結された永久磁石回転子をさらに含むと、有利である。
【００５５】 本発明の別の側面によれば、発電機作動モードからモータ作動モードへ、およ
びモータ作動モードから発電機作動モードへ、中断なしに変更するため、磁束制
御が使用される。
【００５６】 これと関連して、Φ１を機械の固定子側の回転磁束、Φ２を回転子電流によっ
て発生する磁束とすると、機械の合成磁束が、
【数３】 であり、これにより、
【数４】 であると有利である。ここで、Φ１ｓｔａｔｏｒは、正規巻線内の電流によって
発生する回転磁束であり、これにより、Φ１ｓｔａｔｏｒについての回転速度は
、網の周波数と機械の磁極対の数に依存し、また、Φ１ｍａｇｎは、副巻線内の
電流によって発生する回転磁束であり、この磁束は、正規巻線の磁束ベクトルと
の関連で位相位置並びに振幅および周波数について制御できる。
【００５７】 これと関連した追加の利点は、方向をもって発生した機械の磁束が、正規巻線
（５４）および副巻線（５６）の有効電流の値と無効電流の値との間の相対的位
相位置並びに相対的振幅の値を用いて制御される場合に得られる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明することによ
り、本発明をより詳細に説明する。
【００５９】 図１は、従来使用された送電用高電圧ケーブル１０の断面図を示す。図示の高
電圧ケーブル１０は、例えば、標準的な１４５ｋＶのＸＬＰＥケーブルであるが
、スクリーンのシースを備えていない。高電圧ケーブル１０は、導電体を備え、
この導電体は、断面形状が円である、例えば銅（Ｃｕ）製の一つまたは複数のス
トランド１２を含むことがある。これらのストランド１２は、高電圧ケーブル１
０の中心に配置されている。ストランド１２の周囲には、第１半導電層１４があ
る。第１半導電層１４の周囲には、絶縁層１６、例えばＸＬＰＥ絶縁体がある。
この絶縁層１６の周囲には、第２半導電層１８がある。図示の高電圧ケーブル１
０内で、ケーブル１０が曲げられたときでも互いに密着しているように三つの層
１４、１６、１８が設計されている。図示のケーブル１０は可撓性であり、この
性質は、ケーブル１０の使用寿命に亘って保持される。
【００６０】 図２は、システムに含まれる回転電気機械の速度の適合／最適化を行うための
本発明にかかるシステムを示す図である。システム２０は、配電網または送電網
２４に直接的に接続された回転電気機械２２を含む。回転電気機械２２は、少な
くとも二つの巻線を含み、各巻線は、本発明の第１の実施形態では、少なくとも
一つの導体と、この導体を取り囲むように配置された第１半導電層と、この第１
半導電層を取り囲むように配置された絶縁層と、この絶縁層を取り囲むように配
置された第２半導電層とを含む。本発明にかかるシステム２０の第２の実施形態
では、各巻線は、図１に示す高電圧ケーブル１０から形成される。システム２０
は、作動中の機械の合成固定子−空隙磁束（resultant stator and air gap flu
x）を発生させる部材２６をさらに備える。この磁束は、少なくとも二つの方向 量を含む。さらに、システム２０は、回転電気機械２２に接続された磁化装置２
８を備える。この磁化装置は、図示の例では、第１周波数変換器２８の形態をな
す。回転電気機械２２には、補助フィーダ３０が接続されている。さらに、シス
テム２０は、第１周波数変換器２８および補助フィーダ３０に接続された電圧適
合用変圧器３２を備える。変圧器３２は、今度は、第１回路遮断器３４を介して
配電母線３６に接続されている。さらに、システム２０は、補助発電用第２周波
数変換器３８を備える。この第２周波数変換器３８は、一方では、変圧器３２に
接続されており、他方では、第２回路遮断器４０を介して配電母線３６に接続さ
れている。
【００６１】 図３ａおよび図３ｂは、図２に示すシステム２０の原理による解決策を概略的
に示す。図３ａは、回転電気機械２２の回転子５０および固定子５２をそれぞれ
示す。固定子５２には三相巻線５４が従来の方法で設けられている。この巻線は
、正規の巻線５４または主巻線５４と呼ばれる。さらに、固定子５２には副巻線
（extra winding）５６が設けられている。回転電気機械２２が作動状態にある
とき、回転磁束Φ１が、とりわけ、固定子側で発生する。この磁束Φ１は、破線
矢印の方向に回転する。図３ｂは、図２に示すシステム２０の本発明における要
部を示す。この図でも、固定子の主巻線５４（三相）および副巻線５６（三相）
が示されているが、副巻線５６は第１周波数変換器２８に接続されている。さら
に、補助フィーダ３０（図２参照）の固定子巻線５８（三相）が示されており、
これは、第１周波数変換器２８にも接続されている。回転電気機械２２（図２参
照）は、さらに、固定子の主巻線５４および副巻線５６用の非同期回転子６０を
備える。さらに、図３ｂは、補助フィーダ３０（図２参照）に含まれる永久磁石
回転子６２を示す。この永久磁石回転子６２は、非同期回転子６０に連結されて
おり、これによりこれらは一緒に回転する。システム２０は、システム２０に含
まれる回転電気機械２２の速度の適合／最適化に使用できる。これは、少なくと
も二つの磁束ベクトルから固定子５２側（図３参照）に回転磁束Φ１を形成する
ことによって達成される。一つの磁束ベクトルは、固定子５２の主巻線５４を介
して従来の方法で発生され、一つの磁束ベクトルは、固定子５２の副巻線５６お
よび第１周波数変換器２８を介して発生される。副巻線５６および第１周波数変
換器２８を介して発生された磁束ベクトルを、主巻線５４を介して発生した磁束
ベクトルに関連して、位相位置並びに振幅および周波数について制御することに
より、磁束ベクトル全体の角速度を、主巻線を介して発生した磁束ベクトルに関
連して超同期的にもかつ次同期的にも回転させることができる。
【００６２】 図４ａおよび図４ｂは、それぞれ、図２に示すシステムでの回転磁束および回
転子部品に誘導されたＥＭＦを概略に示す。図４ａはまた、回転子５０および固
定子５２の形態の回転電気機械２２（図２参照）の部品を示す。図３ａからも明
らかなように、固定子５２には主巻線５４および副巻線５６が設けられている。
回転子５０は、矢印Ａの方向に回転する。固定子５２の回転総磁束Φ１は、矢印
Ｂの方向に速度ｎφ１で回転する。作動時に機械２２について発生した総磁束は
、
【数５】 である。ここで、Φ１は固定子側の回転磁束であり、Φ２は回転子電流によって
発生する磁束である。固定子側の回転磁束Φ１は、以下の通りに表現できる。
【００６３】
【数６】 ここで、Φ１ｓｔａｔｏｒは、主巻線５４内の電流により発生する回転磁束であ
り、Φ１ｍａｇｎは、回転する制御可能な磁束である。Φ１ｍａｇｎは、固定子
５２の副巻線５６および第１周波数変換器２８を介して発生される。図４ｂは、
回転子５０を概略に示す。回転する空隙磁束が巻線ＥＭＦ，ｅｒｏｔｏｒを回転
子巻線に誘導する。ＥＭＦ，ｅｒｏｔｏｒによって駆動された回転子電流Ｉｒｏ ｔｏｒ がトルクＭｖを発生させる。巻線ＥＭＦｅｒｏｔｏｒは、以下のように表
現できる。
【００６４】 ｅｒｏｔｏｒ＝ｋ１×Φ１×（ｎｒｏｔｏｒ−ｎφ１） トルクは、以下のように表現できる。
【００６５】 Ｍｖ＝ｋ２×Φ１×Ｉｒｏｔｏｒ ここで、ｋ１、ｋ２は定数であり、ｎｒｏｔｏｒは回転子５０の速度であり、例
えばタービンの効率を最適化させるために変化させ適合させることができ、また
、ｎφ１は固定子側での回転磁束Φ１の速度であり、これによって、速度ｎφ１ は、スリップ最適化のために変化させ適合させることができる。
【００６６】 図５ａ、５ｂ、および５ｃは、図２に示すシステム２０内の機械２２の固定子
側での合成磁束Φ１についての回転速度の制御／変化の原理を例示する三つの異
なる図を示す。図５ａは、Φ１ｓｔａｔｏｒが時間ｔとともにどのように変化す
るのかを示す。Φ１ｓｔａｔｏｒの回転速度は、網（図２参照）の周波数、およ
び回転電気機械２２の磁極対の数に依存する。図５ｂは、Φ１ｍａｇｎが時間ｔ
とともにどのように変化するのかを示す。Φ１ｍａｇｎの振幅、周波数、および
位相位置は、Φ１の所望の回転速度の点から決定される。図５ｃは、固定子５２
の合成回転磁束Φ１が時間ｔとともにどのように変化するのかを示す。
【００６７】 図６は、回転電気機械の速度を制御するための本発明にかかる方法のフロー図
を示す。本発明にかかる方法は、以下に説明する多数の手順を備える。フロー図
は、ブロック７０から始まる。ブロック７２での次の手順は、回転電気機械２２
を始動し、網（図２参照）に接続する手順を含む。その後、ブロック７４で少な
くとも二つの方向量を発生させる。これらの量は、作動中の機械の合成固定子−
空隙磁束を構成する。二つの方向量がある場合には、一つの磁束ベクトルΦ１ｓ ｔａｔｏｒ は、固定子５２の主巻線５４を介して発生され、一つの磁束ベクトル
Φ１ｍａｇｎは、固定子５２の副巻線５６および第１周波数変換器２８を介して
発生される。その後、ブロック７６で機械の速度が適当であるかどうかを検討す
る。答えがイエスである場合には、ブロック７６を繰り返す。他方、答えがノー
である場合には、この方法は、ブロック７８へ続く。ブロック７８では、接続す
る網によって発生され回転された磁束との比較で、方向磁束のうちの少なくとも
一つを、振幅および周波数（回転速度）だけでなく位相位置についても制御する
手順を実施する。この制御は、機械が所望の／適切な速度を有するということを
意味する。その後、ブロック８０で、機械を作動中にしておくかどうかを検討す
る。答えがイエスである場合には、ブロック７６を繰り返す。この一方、答えが
ノーである場合には、この方法は、ブロック８２へ続く。ブロック８２では、機
械の作動を停止する。ブロック８４で、方法を終了する。
【００６８】 本発明は、図示の実施形態に限定されるものでなく、本発明の概念の範囲内で
幾つかの変更を行うことができる。こうして、モータと発電機の両方の作動中に
スリップ周波数の適合化を行うことができ、また、周波数変換器装置の寸法を適
当に定めることにより全ての作動条件に原理的に適合させることができる。
【００６９】 さらに、この原理は、例えば産業的用途において、モータ作動から発電機作動
へ中断なく迅速に変更することに適用できる。
【００７０】 さらに、この原理は、機械の固定子電圧の調和成分を減少し／消滅させること
に適用できる。この原理は、同期機および非同期機の両方に適用できる。
【００７１】 さらに、始動時に機械を始動するときと、停止時に機械を制動するときの両方
で、周波数変換器装置、および固定子の副巻線の両方を使用できる。
【００７２】 さらに、副巻線を介して発生された磁束ベクトルの角速度は、定置の周波数変
換器装置を介して制御可能であり、従って、有効落差の変化によるタービン装置
の速度変化に適合させるための最適の作動位置が常に得られる。
【００７３】 さらに、機械内で方向をもって発生された磁束は、相対的位相位置、並びに正
規巻線および副巻線の有効電流値と無効電流値との間の相対的振幅位置の助けに
より制御できる。
【００７４】 本発明は、図示の実施形態に限定されるものでなく、添付の特許請求の範囲内
で幾つかの変更を行うことができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００７６】 即ち、本発明によれば、少なくとも二つの方向量を含む磁束を発生させる手段
を備えるので、システムが備える回転電気機械の速度を適合し最適化できるシス
テムが提供される。
【００７７】 また、本発明によれば、少なくとも二つの方向量を含む磁束を発生させる手順
を備えるので、システムが備える回転電気機械の速度を適合し最適化できる方法
が提供される。これにより、スリップリングが発生せず、保守が特に簡単になり
、ブラシ電圧の降下による損失が発生しない。さらに、障害が発生した場合に迅
速な減磁が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高電圧ケーブルの断面図である。
【図２】 システムに含まれる回転電気機械の速度の適合／最適化を行うための本発明に
かかるシステムを示す図である。
【図３ａ】 図２に示すシステムの原理による解決策をさらに明瞭に示す概略図である。
【図３ｂ】 図２に示すシステムの原理による解決策をさらに明瞭に示す概略図である。
【図４ａ】 図２に示すシステムの回転磁束を明瞭に示す概略図である。
【図４ｂ】 図２に示すシステムのロータ部品に誘導される起電力（ＥＭＦ）を明瞭に示す
概略図である。
【図５ａ】 図２に示すシステムでの機械の合成磁束についての回転速度の制御／変化の原
理を示す図である。
【図５ｂ】 図２に示すシステムでの機械の合成磁束についての回転速度の制御／変化の原
理を示す図である。
【図５ｃ】 図２に示すシステムでの機械の合成磁束についての回転速度の制御／変化の原
理を示す図である。
【図６】 回転電気機械の速度制御を行うための本発明にかかる方法のフロー図である。
【符号の説明】
１０ 高電圧ケーブル １２ ストランド １４ 第１半導電層 １６ 絶縁層 １８ 第２半導電層 ２０ システム ２２ 回転電気機械 ２４ 配電網または送電網 ２６ 部材 ２８ 第１周波数変換器 ３０ 補助フィーダ ３２ 変圧器 ３４ 第１回路遮断器 ３６ 配電母線 ３８ 第２周波数変換器 ４０ 第２回路遮断器 ５０ 回転子 ５２ 固定子 ５４ 主巻線 ５６ 副巻線 ５８ 固定子巻線 ６０ 非同期回転子 ６２ 永久磁石回転子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｚ Ｈ０２Ｐ 9/14 Ｈ０２Ｐ 9/14 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5H575 AA20 BB06 BB07 DD03 DD05 HB01 HB20 JJ03 5H590 AA08 CC09 CC24 CD03 CD05 DD41 FA08 JA02 5H604 AA01 BB09 BB14 CC01 CC05 CC13 DA14 DA17 DA25 DB01 PB01 PB03 PD07 5H619 BB03 BB06 PP14 5H621 BB02 BB10

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転電気機械（２２）を備え、この回転電気機械の速度の適合／最適化を行う
    ためのシステム（２０）であって、 前記回転電気機械は、配電網または送電網（２４）に直接的に接続されるよう
    意図され、少なくとも二つの電気巻線を含み、 前記巻線の各々は、少なくとも一つの導電体と、この導電体を取り囲むように
    配置された第１半導電層（１４）と、この第１半導電層（１４）を取り囲むよう
    に配置された絶縁層（１６）と、この絶縁層（１６）を取り囲むように配置され
    た第２半導電層（１８）を有し、 前記システム（２０）は、作動中に前記機械（２２）の合成固定子−空隙磁束
    を発生させる手段（２６）を備え、 前記磁束は、少なくとも二つの方向量を含む、 ことを特徴とするシステム（２０）。
  2. 【請求項２】 前記第１半導電層（１４）の電位は、本質的に前記導体の電位に等しいことを
    特徴とする請求項１に記載のシステム（２０）。
  3. 【請求項３】 前記第２半導電層（１８）は、前記導体を取り囲む本質的に一つの等電位面を
    形成するように適合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシス
    テム（２０）。
  4. 【請求項４】 前記第２半導電層（１８）は、所定電位に接続されていることを特徴とする請
    求項３に記載のシステム（２０）。
  5. 【請求項５】 前記所定電位は、グランド電位であることを特徴とする請求項４に記載のシス
    テム（２０）。
  6. 【請求項６】 前記機械の少なくとも二つの隣接した巻線層は、熱膨張率が本質的に同じであ
    ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のシステム（２０）。
  7. 【請求項７】 前記導電体は多数のストランドを含み、これらのストランドのうちの少なくと
    も幾つかが互いに電気的に接触していることを特徴とする請求項１ないし６のい
    ずれかに記載のシステム（２０）。
  8. 【請求項８】 前記三つの層の各々は、隣接する層に、本質的に全接触面に沿って固定されて
    いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のシステム（２０）。
  9. 【請求項９】 回転電気機械（２２）を備え、この回転電気機械の速度の適合／最適化を行う
    ためのシステム（２０）であって、 前記回転電気機械は、配電網または送電網（２４）に直接的に接続されるよう
    意図され、少なくとも二つの電気巻線を含み、 前記巻線の各々は、高電圧ケーブル（１０）から形成されており、 前記ケーブルは、一つまたは複数の電流搬送導体を含み、これにより、この電
    流搬送導体は、多数のストランド（１２）と、各導体の周囲に配置された第１半
    導電層（１４）と、この第１半導電層（１４）の周囲に配置された固体絶縁材料
    から形成された絶縁層（１６）と、この絶縁層（１６）の周囲に配置された第２
    半導電層（１８）とを各々示し、 前記システム（２０）は、作動中の前記機械（２２）の合成固定子−空隙磁束
    を発生させる手段（２６）を備え、 前記磁束は、少なくとも二つの方向量を含む、 ことを特徴とするシステム（２０）。
  10. 【請求項１０】 絶縁を施した導体、即ち高電圧ケーブル（１０）は可撓性であることを特徴と
    する請求項１ないし９のいずれかに記載のシステム（２０）。
  11. 【請求項１１】 前記層は、前記絶縁を施した導体、即ち高電圧ケーブル（１０）が曲げられた
    ときでも互いに密着するように配設されていることを特徴とする請求項１０に記
    載のシステム（２０）。
  12. 【請求項１２】 前記磁束発生部材（２６）は、前記機械（２２）の前記固定子（５２）上に配
    置された副巻線（５６）と、前記機械（２２）に接続された磁化装置（２８）と
    を含み、これにより、前記副巻線（５６）および前記磁化装置（２８）を介して
    一つの磁束ベクトルが発生され、前記機械（２２）の正規巻線（５４）を介して
    一つの磁束ベクトルが発生される、ことを特徴とする請求項１ないし１１のいず
    れかに記載のシステム（２０）。
  13. 【請求項１３】 前記磁化装置（２８）は、第１周波数変換器（２８）の形態をなすことを特徴
    とする請求項１２に記載のシステム（２０）。
  14. 【請求項１４】 前記システム（２２）は、前記第１周波数変換器（２８）および前記機械（２
    ２）に接続された補助フィーダ（３０）をさらに備えることを特徴とする請求項
    １３に記載のシステム（２０）。
  15. 【請求項１５】 前記機械（２２）は、非同期回転子（６０）を備え、 前記補助フィーダ（３０）は、固定子巻線（５８）と、前記非同期回転子（６
    ０）に接続された永久磁石回転子（６２）と、を含むことを特徴とする請求項１
    ４に記載のシステム（２０）。
  16. 【請求項１６】 前記システム（２０）は、前記第１周波数変換器（２８）および前記補助フィ
    ーダ（３０）に接続された変圧器（３２）と、この変圧器（３２）に接続された
    第２周波数変換器（３８）とをさらに備え、 前記変圧器は、第１回路遮断器（３４）を介して配電母線（３６）に接続され
    、 前記第２周波数変換器は、第２回路遮断器（４０）を介して前記配電母線（３
    ６）に接続されることを特徴とする請求項１４または１５に記載のシステム（２
    ０）。
  17. 【請求項１７】 前記巻線は可撓性であり、 前記層は互いに接触している、 ことを特徴とする請求項１に記載のシステム（２０）。
  18. 【請求項１８】 前記層は、十分な弾性の材料で、およびこれらの材料間の熱膨張率が所定の関
    係を有するように形成され、前記材料の弾性および前記関係は、作動中の温度変
    化によるこれらの層の容積の変化を吸収でき、作動中に温度が変化する場合にこ
    れらの層を互いに接触した状態に保持するものであることを特徴とする請求項１
    ７に記載のシステム（２０）。
  19. 【請求項１９】 前記層の前記材料は、高い弾性を有することを特徴とする請求項１８に記載の
    システム（２０）。
  20. 【請求項２０】 各半導電層は、本質的に等電位面を構成することを特徴とする請求項１８に記
    載のシステム（２０）。
  21. 【請求項２１】 回転電気機械（２２）の速度を制御する方法であって、 前記機械（２２）は、配電網または送電網（２４）に直接的に接続されるよう
    に意図され、少なくとも二つの電気巻線を含み、これらの巻線の各々は、少なく
    とも一つの導電体と、この導電体を取り囲むように配置された第１半導電層（１
    ４）と、この第１半導電層（１４）を取り囲むように配置された絶縁層（１６）
    と、この絶縁層（１６）を取り囲むように配置された第２半導電層（１８）とを
    有し、 作動中の機械（２２）の合成固定子−空隙磁束を構成する少なくとも二つの方
    向量を発生させる手順を備える方法。
  22. 【請求項２２】 回転電気機械（２２）の速度を制御する方法であって、 前記機械（２２）は、配電網または送電網（２４）に直接的に接続されるよう
    に意図され、少なくとも二つの電気巻線を含み、これらの巻線の各々は、高電圧
    ケーブル（２０）で形成され、前記高電圧ケーブルは、これによりそれぞれが多
    数のストランドを示す一つまたは複数の電流搬送導体と、この導電体のそれぞれ
    を取り囲むように配置された第１半導電層（１４）と、固体絶縁材料で形成され
    前記第１半導電層（１４）を取り囲むように配置された絶縁層（１６）と、この
    絶縁層（１６）を取り囲むように配置された第２半導電層（１８）とを有し、 作動中の前記機械（２２）の合成固定子−空隙磁束を構成する少なくとも二つ
    の方向量を発生させる手順を備える方法。
  23. 【請求項２３】 前記接続網（２４）によって発生され回転された磁束との関連で、位相位置並
    びに振幅および回転速度について、少なくとも一つの方向の磁束を制御する手順
    をさらに備えることを特徴とする請求項２１または２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記機械（２２）に取り付けられた副巻線（５６）と、前記機械（２２）に接
    続された磁化装置（２８）とを介して磁束ベクトルを発生させる手順と、 前記機械（２２）の正規巻線（５４）を介して磁束ベクトルを発生させる手順
    と、を備えることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記回転電気機械（２２）は、非同期回転子（６０）をさらに含み、これによ
    り発電機作動モードにおける機械（２２）の速度制御を行うために磁束制御が使
    用されることを特徴とする請求項２３または２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記回転電気機械（２２）は、非同期回転子（６０）をさらに含み、これによ
    りモータ作動モードにある機械（２２）の速度制御を行うために磁束制御が使用
    されることを特徴とする請求項２３または２４に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記機械（２２）の前記正規巻線（５４）の固定子電圧の調和成分を減衰する
    ために前記磁束制御が使用されることを特徴とする請求項２３または２４に記載
    の方法。
  28. 【請求項２８】 前記機械（２２）の無効磁化電流が副巻線（５６）を介して注入され、これに
    より、非本線−接続された機械（２２）および本線−接続された機械（２２）の
    両方について、前記機械（２２）の前記正規巻線（５４）に印加される前記機械
    （２２）の前記電圧を制御できる、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記回転電気機械（２２）は、前記非同期回転子（６０）に結合されて磁化電
    流および他の補助電力を発生させる永久磁石回転子（６２）をさらに備えること
    を特徴とする請求項２５に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 発電機作動モードからモータ作動モードへ、およびモータ作動モードから発電
    機作動モードへ、中断なしに変更するために、前記磁束制御が使用されることを
    特徴とする請求項２３または２４に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記機械（２２）の前記合成磁束は、 【数１】 であり、ここで、Φ１は機械の固定子側の回転磁束であり、また、Φ２は回転子
    電流によって発生する磁束であり、これにより、 【数２】 であり、ここで、Φ１ｓｔａｔｏｒは、前記正規巻線（５４）内の電流によって
    発生する前記回転磁束であり、これにより、Φ１ｓｔａｔｏｒについての回転速
    度が前記網の前記周波数と機械（２２）の磁極対の数に依存し、また、Φ１ｍａ ｇｎ は、前記副巻線（５６）内の電流によって発生する回転磁束であり、この磁
    束は、前記正規巻線（５４）の前記磁束ベクトルとの関連で位相位置並びに振幅
    および周波数について制御可能である、ことを特徴とする請求項２４ないし３０
    のいずれかに記載の方法。
  32. 【請求項３２】 方向をもって発生した前記機械（２２）の磁束は、前記正規巻線（５４）およ
    び前記副巻線（５６）の有効電流の値と無効電流の値との間の相対的位相位置並
    びに相対的振幅の値を用いて制御される、ことを特徴とする請求項２４に記載の
    方法。
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