JP2005261008A - Permanent magnet generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は永久磁石発電装置に関し、永久磁石発電機(PMG)の過速度時に生じる過電圧から、インバータ装置を保護できるように工夫したものである。 The present invention relates to a permanent magnet power generator, and is devised to protect an inverter device from an overvoltage generated when a permanent magnet generator (PMG) is overspeeded.
励磁制御装置及び調速制御装置を省略し、発電機として永久磁石発電機を適用した水力発電システムにおいては、永久磁石発電機で発生した電圧の周波数は、商用周波数ではないことがあるため、これを商用周波数に変換するために、永久磁石発電機にて発電した電力を、インバータ装置にて商用周波数の電力に変換してから、商用電力系統に送給している。 In a hydraulic power generation system in which an excitation control device and a speed control device are omitted and a permanent magnet generator is applied as a generator, the frequency of the voltage generated by the permanent magnet generator may not be a commercial frequency. In order to convert the power into the commercial frequency, the power generated by the permanent magnet generator is converted into the power at the commercial frequency by the inverter device, and then is sent to the commercial power system.
このような従来の水力発電システムを、図2を参照して説明する。実際の回路は三相三線式の回路であるが、図2では単線結線図で示している。 Such a conventional hydroelectric power generation system will be described with reference to FIG. Although the actual circuit is a three-phase three-wire circuit, FIG. 2 shows a single-wire connection diagram.
図2に示すように、永久磁石発電機1の回転子は、水車2に主軸3を介して連結されている。つまり水車2により生じた回転力は、主軸3を介して、永久磁石発電機1の発電機軸に伝達されるようになっている。永久磁石発電機1には励磁制御装置がなく、水車2には調速制御装置がないため、永久磁石発電機1の出力電圧及び出力周波数は、水車2の回転数に応じて変化する。永久磁石発電機1(水車2)の回転数は、回転速度検出器4により検出されている。 As shown in FIG. 2, the rotor of the permanent magnet generator 1 is connected to the water turbine 2 via the main shaft 3. That is, the rotational force generated by the water turbine 2 is transmitted to the generator shaft of the permanent magnet generator 1 via the main shaft 3. Since the permanent magnet generator 1 does not have an excitation control device, and the water turbine 2 does not have a speed control device, the output voltage and output frequency of the permanent magnet generator 1 change according to the rotational speed of the water turbine 2. The rotational speed of the permanent magnet generator 1 (water turbine 2) is detected by a rotational speed detector 4.
インバータ装置5は、コンバータ5a,インバータ5b及びゲート回路5c等を有している。コンバータ5a,インバータ5bは、サイリスタやGTO等のパワー素子(電力変換素子)により構成されている。図示は省略しているが、このインバータ装置5には、機器保護用の継電器,計器用変圧器,各種保護装置が備えられている。
The inverter device 5 includes a
ここでは、符号1〜6で示す部材で構成される装置を、「永久磁石発電装置」と称している。 Here, the apparatus comprised with the member shown with the code | symbol 1-6 is called the "permanent magnet power generator."
永久磁石発電機1にて発電した交流電力は、コンバータ5aにて一旦は直流電力に変換され、更にインバータ5bにて商用周波数の交流電力に変換される。商用周波数となった交流電力は給電ライン6を介して配電線(商用電力系統)7に供給される。
The AC power generated by the permanent magnet generator 1 is once converted to DC power by the
なお、図示は省略しているが、給電ライン6には機器保護用の継電器,計器用変圧器,開閉装置,各種保護装置が備えられている。また、発電電力を所内電力として取り込む各種機器も備えられている。 In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the feeder 6 is equipped with the relay for apparatus protection, the transformer for instruments, the switchgear, and various protective devices. There are also various devices that take in the generated power as in-house power.
図2に示すような調速制御装置のない水力発電システムでは、負荷遮断時には主機(永久磁石発電機1)の回転速度が定格速度よりも速くなり、場合によっては、無拘束速度に達することがある。 In a hydroelectric power generation system without a speed control device as shown in FIG. 2, the rotational speed of the main engine (permanent magnet generator 1) becomes faster than the rated speed when the load is interrupted, and in some cases, the unrestrained speed may be reached. is there.
永久磁石発電機1は、回転子内に永久磁石があり、常に回転子から磁束が発生しているため、回転子が回転すると電機子巻線に電圧が発生する。また永久磁石発電機1のように、回転さえすれば電機子巻線に電圧が生じるような発電機の場合は、回転子に生じる電圧と電機子巻線に生じる電圧はほぼ比例する。
また励磁制御装置のない水力発電システムでは、発電機電圧が変動した際にその電圧を元に戻すことができない。
Since the permanent magnet generator 1 has a permanent magnet in the rotor and magnetic flux is always generated from the rotor, a voltage is generated in the armature winding when the rotor rotates. In the case of a generator such as the permanent magnet generator 1 in which a voltage is generated in the armature winding as long as it is rotated, the voltage generated in the rotor and the voltage generated in the armature winding are substantially proportional.
Further, in a hydroelectric power generation system without an excitation control device, when the generator voltage fluctuates, the voltage cannot be restored.
したがって図2に示すような、永久磁石発電機1を適用し、調速制御装置と励磁制御装置がない水力発電システムでは、負荷を背負った運転中に負荷遮断が生じると、回転速度が上昇しそれに伴い発電機電圧が上昇するため主回路電圧も上昇する。 Therefore, in a hydroelectric power generation system that employs the permanent magnet generator 1 and does not have a speed control device and an excitation control device, as shown in FIG. 2, when load interruption occurs during operation with a load, the rotational speed increases. Along with this, the generator circuit voltage rises, so the main circuit voltage also rises.
このため主回路に適用されているインバータ装置5に備えたコンバータ5a,インバータ5bの素子の耐電圧以上に主回路電圧が上昇すると、コンバータ5aやインバータ5bの素子が破壊されるおそれがある。仮に素子破壊が生じると、商用電力系統への電力供給ができなくなる。
For this reason, if the main circuit voltage rises beyond the withstand voltage of the elements of the
本発明は、上記従来技術に鑑み、永久磁石発電機の回転速度が過速度となり、インバータ装置の素子にとって過電圧となる状態になったら、発電機への機械入力を遮断することができ、ひいてはインバータ装置の素子保護ができる永久磁石発電装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described prior art, the present invention can cut off the mechanical input to the generator when the rotational speed of the permanent magnet generator becomes overspeed and becomes an overvoltage state for the elements of the inverter device. An object of the present invention is to provide a permanent magnet power generator capable of protecting the elements of the device.
上記課題を解決する本発明は、水車と永久磁石発電機とを主軸で連結し、前記永久磁石発電機にて発生した電力をインバータ装置により商用周波数に変換してから商用電力系統に供給する永久磁石発電装置において、
前記永久磁石発電機の回転速度を検出し、この回転速度が予め決めた設定回転速度よりも大きくなったら過速度発生信号を出力する過速度検出手段と、
前記過速度検出手段から過速度発生信号が出力されると作動状態となり、他の時には非作動状態となるリレーと、
前記主軸に介装されるとともに、前記リレーが非作動状態になると接続状態となり前記水車の回転力を前記永久磁石発電機に伝達する一方、前記リレーが作動状態になると開放状態となり前記水車から前記永久磁石発電機への回転力の伝達を遮断するクラッチ機構とを備えたことを特徴とする。
The present invention that solves the above-mentioned problems is a permanent power supply that connects a turbine and a permanent magnet generator with a main shaft, converts the electric power generated by the permanent magnet generator into a commercial frequency by an inverter device, and then supplies the commercial power to the commercial power system. In the magnet power generator,
Overspeed detecting means for detecting the rotational speed of the permanent magnet generator and outputting an overspeed generation signal when the rotational speed becomes greater than a predetermined set rotational speed;
When an overspeed generation signal is output from the overspeed detection means, the relay is activated, and at other times the relay is inactivated,
The main shaft is interposed, and when the relay is in an inactive state, it is in a connected state and transmits the rotational force of the turbine to the permanent magnet generator. And a clutch mechanism for interrupting transmission of the rotational force to the permanent magnet generator.
本発明では、永久磁石発電機が過速度状態になると、クラッチ機構が開放状態となり、水車から永久磁石発電機への回転力の伝達が遮断され、永久磁石発電機の回転速度上昇を抑制して、過電圧の発生を防止する。このため、インバータの素子に過電圧が作用することはなく、素子を過電圧から保護することができる。 In the present invention, when the permanent magnet generator is in an overspeed state, the clutch mechanism is opened, the transmission of the rotational force from the turbine to the permanent magnet generator is interrupted, and the increase in the rotation speed of the permanent magnet generator is suppressed. Prevent the occurrence of overvoltage. For this reason, an overvoltage does not act on the element of an inverter, and an element can be protected from an overvoltage.
以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to examples.
図1は本発明の実施例に係る永久磁石発電装置を示す回路である。実際の回路は三相三線式の回路であるが、図1では単線結線図で示している。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a permanent magnet power generator according to an embodiment of the present invention. Although the actual circuit is a three-phase three-wire circuit, FIG. 1 shows a single-wire connection diagram.
図1に示すように、永久磁石発電機1の回転子(発電機軸)は、水車2に主軸3を介して連結されている。つまり水車2により生じた回転力は、主軸3を介して、永久磁石発電機1の発電機軸に伝達されるようになっている。永久磁石発電機1には励磁制御装置がなく、水車2には調速制御装置がないため、永久磁石発電機1の出力電圧及び出力周波数は、水車2の回転数に応じて変化する。永久磁石発電機1(水車2)の回転数は、回転速度検出器4により検出されている。 As shown in FIG. 1, the rotor (generator shaft) of the permanent magnet generator 1 is connected to a turbine 2 via a main shaft 3. That is, the rotational force generated by the water turbine 2 is transmitted to the generator shaft of the permanent magnet generator 1 via the main shaft 3. Since the permanent magnet generator 1 does not have an excitation control device, and the water turbine 2 does not have a speed control device, the output voltage and output frequency of the permanent magnet generator 1 change according to the rotational speed of the water turbine 2. The rotational speed of the permanent magnet generator 1 (water turbine 2) is detected by a rotational speed detector 4.
インバータ装置5は、コンバータ5a,インバータ5b及びゲート回路5c等を有している。コンバータ5a,インバータ5bは、サイリスタやGTO等のパワー素子(電力変換素子)により構成されている。図示は省略しているが、このインバータ装置5には、機器保護用の継電器,計器用変圧器,各種保護装置が備えられている。
The inverter device 5 includes a
ここでは、符号1〜6で示す部材で構成される装置を、「永久磁石発電装置」と称している。 Here, the apparatus comprised with the member shown with the code | symbol 1-6 is called the "permanent magnet power generator."
永久磁石発電機1にて発電した交流電力は、コンバータ5aにて一旦は直流電力に変換され、更にインバータ5bにて商用周波数の交流電力に変換される。商用周波数となった交流電力は給電ライン6を介して配電線(商用電力系統)7に供給される。
The AC power generated by the permanent magnet generator 1 is once converted to DC power by the
なお、図示は省略しているが、給電ライン6には機器保護用の継電器,計器用変圧器,開閉装置,各種保護装置が備えられている。また、発電電力を所内電力として取り込む各種機器も備えられている。 In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the feeder 6 is equipped with the relay for apparatus protection, the transformer for instruments, the switchgear, and various protective devices. There are also various devices that take in the generated power as in-house power.
更に本実施例では、過速度継電器10と、パワーリレー11と、クラッチ機構12が備えられている。
Furthermore, in this embodiment, an overspeed relay 10, a
過速度継電器10は、回転速度検出器4にて検出した永久磁石発電機1の実回転速度と、予め決めた設定回転速度(整定値)とを比較し、実回転速度が設定回転速度よりも大きくなったら永久磁石発電機1が過速度運転となっていると判定し、過速度発生信号Aをパワーリレー11に向けて出力する。
なお、回転速度検出器4と過速度継電器10により、「過速度検出手段」が構成されている。
The overspeed relay 10 compares the actual rotational speed of the permanent magnet generator 1 detected by the rotational speed detector 4 with a preset rotational speed (set value), and the actual rotational speed is higher than the set rotational speed. When it becomes larger, it is determined that the permanent magnet generator 1 is in an overspeed operation, and an overspeed generation signal A is output toward the
The rotational speed detector 4 and the overspeed relay 10 constitute “overspeed detection means”.
パワーリレー11は、過速度発生信号Aが入力されない時には非作動状態(消磁状態)となり、過速度発生信号Aが入力されると作動状態(励磁状態)となる。
When the overspeed generation signal A is not input, the
クラッチ機構12は主軸3に介装されている。このクラッチ機構12は、パワーリレー11が非作動状態となっているときには接続状態となり、水車2の回転力を永久磁石発電機1の発電機軸に伝達する。またこのクラッチ機構12は、パワーリレー11が作動状態となっているときには開放状態となり、水車2から永久磁石発電機1の発電機軸への回転力の伝達を遮断する。
The
かかる本実施例では、永久磁石発電機1の回転速度が上昇して過速度となり整定値に達すると、過速度継電器10から過速度発生信号Aが出力されてパワーリレー11が作動状態となる。このため、クラッチ機構12が開放状態となり、水車2にて発生した回転力が、永久磁石発電機1に入力・伝達されるのを遮断する。このため、永久磁石発電機1には機械入力がなくなり、その回転速度上昇が抑えられ、永久磁石発電機1から過電圧が発生されることがなくなり、コンバータ5a,インバータ5bの素子が過電圧にさらされることがなくなる。このため、インバータ装置5の素子を破壊から保護することができる。
In this embodiment, when the rotational speed of the permanent magnet generator 1 increases to become overspeed and reaches a set value, the overspeed generation signal A is output from the overspeed relay 10 and the
このようにしてインバータ装置5の素子を過電圧から保護しその破壊を避けることができるため、負荷遮断状態が解消したら、クラッチ機構12の接続状態を回復して水車2の回転力を永久磁石発電機1に伝達して通常の発電を再開することができる。
In this way, since the elements of the inverter device 5 can be protected from overvoltage and can be prevented from being destroyed, when the load interruption state is resolved, the connection state of the
本発明は、励磁制御装置及び調速制御装置を省略し、発電機として永久磁石発電機を適用し発電電力をインバータ装置により周波数変換する水力発電システム(永久磁石発電装置)に適用することが可能である。 The present invention can be applied to a hydroelectric power generation system (permanent magnet power generation device) in which an excitation control device and a speed control device are omitted, a permanent magnet generator is applied as a power generator, and the generated power is frequency-converted by an inverter device. It is.
1 永久磁石発電機
2 水車
3 主軸
4 回転速度検出器
5 インバータ装置
5a コンバータ
5b インバータ
5c ゲート回路
6 給電ライン
7 配電線(商用電力系統)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent magnet generator 2 Turbine 3 Spindle 4 Rotational speed detector 5
Claims (1)
前記永久磁石発電機の回転速度を検出し、この回転速度が予め決めた設定回転速度よりも大きくなったら過速度発生信号を出力する過速度検出手段と、
前記過速度検出手段から過速度発生信号が出力されると作動状態となり、他の時には非作動状態となるリレーと、
前記主軸に介装されるとともに、前記リレーが非作動状態になると接続状態となり前記水車の回転力を前記永久磁石発電機に伝達する一方、前記リレーが作動状態になると開放状態となり前記水車から前記永久磁石発電機への回転力の伝達を遮断するクラッチ機構とを備えたことを特徴とする永久磁石発電装置。 In a permanent magnet power generator that connects a turbine and a permanent magnet generator with a main shaft, and converts the electric power generated in the permanent magnet generator into a commercial frequency by an inverter device and then supplies the commercial power system,
Overspeed detecting means for detecting the rotational speed of the permanent magnet generator and outputting an overspeed generation signal when the rotational speed becomes greater than a predetermined set rotational speed;
When an overspeed generation signal is output from the overspeed detection means, the relay is activated, and at other times the relay is inactivated,
The main shaft is interposed, and when the relay is in an inactive state, it is in a connected state and transmits the rotational force of the turbine to the permanent magnet generator. A permanent magnet power generator, comprising: a clutch mechanism that interrupts transmission of rotational force to the permanent magnet generator.
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2004
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