JP2016019318A - 発電機励磁装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用するサイリスタ素子の総数を抑制しつつ、その故障に対する冗長性を有する発電機励磁装置を提供する。
【解決手段】発電機励磁装置10は、多相交流の送電線11から各々の相(R,S,T)の交流電流を分岐する分岐線12と、この分岐線12から伝送された交流電流を常用サイリスタ13により整流して直流電流DCを出力する整流ユニット14(14R,14S,14T)と、常用サイリスタ13の各々に設けられたヒューズ15が溶断すると検出信号Pを出力する検出部16(図2参照)と、各々の整流ユニット14(14R,14S,14T)を構成する常用サイリスタ13に対し電気的に並列に設けられる予備サイリスタ17と、検出信号Pが出力された整流ユニット14(14R,14S,14T)に対する予備サイリスタの接続回路18(18R,18S,18T)を開回路から閉回路に設定するスイッチ19と、を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】発電機励磁装置10は、多相交流の送電線11から各々の相(R,S,T)の交流電流を分岐する分岐線12と、この分岐線12から伝送された交流電流を常用サイリスタ13により整流して直流電流DCを出力する整流ユニット14(14R,14S,14T)と、常用サイリスタ13の各々に設けられたヒューズ15が溶断すると検出信号Pを出力する検出部16(図2参照)と、各々の整流ユニット14(14R,14S,14T)を構成する常用サイリスタ13に対し電気的に並列に設けられる予備サイリスタ17と、検出信号Pが出力された整流ユニット14(14R,14S,14T)に対する予備サイリスタの接続回路18(18R,18S,18T)を開回路から閉回路に設定するスイッチ19と、を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態は、タービン発電機を励磁するサイリスタ整流器を用いた発電機励磁装置に関する。
発電機の励磁方式の一つであるサイリスタ直接励磁方式では、交流/直流変換にサイリスタ整流器を用いている。
そして発電機は、このサイリスタ整流器を構成するサイリスタ素子のいずれかが故障し、素子が欠落した場合であっても、運転が直ぐに停止しないことが望まれる。
そして発電機は、このサイリスタ整流器を構成するサイリスタ素子のいずれかが故障し、素子が欠落した場合であっても、運転が直ぐに停止しないことが望まれる。
このために、サイリスタ整流器は、複数のサイリスタ素子を電気的に並列接続させた多重化構成を備えている。
つまり、サイリスタ整流器の正常動作に、最少でN個のサイリスタ素子が並列接続されていることが必要な場合、N+1個の素子構成によりサイリスタ整流器の冗長性を確保している。
つまり、サイリスタ整流器の正常動作に、最少でN個のサイリスタ素子が並列接続されていることが必要な場合、N+1個の素子構成によりサイリスタ整流器の冗長性を確保している。
サイリスタ整流器の冗長性をさらに拡張するには、並列接続されているサイリスタ素子の個数をさらに増加させることが考えられる。
しかしその場合、多相の交流電源から電力供給を受ける発電機励磁装置においては、交流の相数に比例した数のサイリスタ素子の並列接続群が必要となるため、使用するサイリスタ素子の総数が増加してしまう。
そうすると、発電機励磁装置がサイズアップしたりコストアップしたりすることが避けられない課題がある。
しかしその場合、多相の交流電源から電力供給を受ける発電機励磁装置においては、交流の相数に比例した数のサイリスタ素子の並列接続群が必要となるため、使用するサイリスタ素子の総数が増加してしまう。
そうすると、発電機励磁装置がサイズアップしたりコストアップしたりすることが避けられない課題がある。
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、使用するサイリスタ素子の総数を抑制しつつ、その故障に対する冗長性を有する発電機励磁装置を提供することを目的とする。
本発明に実施形態に係る発電機励磁装置において、多相交流の送電線から各々の相の交流電流を分岐する分岐線と、前記分岐線から伝送された前記交流電流を常用サイリスタにより整流して直流電流を出力する整流ユニットと、前記常用サイリスタの各々に設けられたヒューズが溶断すると検出信号を出力する検出部と、各々の前記整流ユニットを構成する前記常用サイリスタに対し電気的に並列に設けられる予備サイリスタと、前記検出信号が出力された前記整流ユニットに対する前記予備サイリスタの接続回路を開回路から閉回路に設定するスイッチと、を備えることを特徴とする。
本発明の実施形態により使用するサイリスタ素子の総数を抑制しつつ、その故障に対する冗長性を有する発電機励磁装置が提供される。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、多相交流同期発電機であるタービン発電機30は、原子炉やボイラーで発生させた蒸気により回転運動するタービン(図示略)に、同軸接続されている。
そして、このタービン発電機30は、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電した電力を、多相交流(図では三相交流)の送電線11から遮断器31を経て、送電網(図示略)に供給している。
図1に示すように、多相交流同期発電機であるタービン発電機30は、原子炉やボイラーで発生させた蒸気により回転運動するタービン(図示略)に、同軸接続されている。
そして、このタービン発電機30は、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電した電力を、多相交流(図では三相交流)の送電線11から遮断器31を経て、送電網(図示略)に供給している。
タービン発電機30は、タービン(図示略)と同軸回転し界磁巻線32が巻回されている回転子33と、多相交流の送電線11から交流電流ACを分岐して直流電流DCに変換して界磁巻線32に通電させる発電機励磁装置10と、回転子33の界磁巻線32が生成する回転磁場により起電力を生じさせ送電線11に多相交流を送電させる固定子巻線34(34R,34S,34T)と、発電機励磁装置10を構成するサイリスタ13を位相制御し直流電流DCの出力を調整してタービン発電機30の発電電力量を調整する位相制御部21(図2)と、から構成されている。
なお、発電機励磁装置10から出力された直流電流DCは、摺動接点35を介して、回転運動している界磁巻線32に通電される。
なお、発電機励磁装置10から出力された直流電流DCは、摺動接点35を介して、回転運動している界磁巻線32に通電される。
図1に示すように発電機励磁装置10は、多相交流の送電線11から各々の相(R,S,T)の交流電流を分岐する分岐線12と、この分岐線12から伝送された交流電流を常用サイリスタ13により整流して直流電流DCを出力する整流ユニット14(14R,14S,14T)と、常用サイリスタ13の各々に設けられたヒューズ15が溶断すると検出信号Pを出力する検出部16(図2参照)と、各々の整流ユニット14(14R,14S,14T)を構成する常用サイリスタ13に対し電気的に並列に設けられる予備サイリスタ17と、検出信号Pが出力された整流ユニット14(14R,14S,14T)に対する予備サイリスタの接続回路18(18R,18S,18T)を開回路から閉回路に設定するスイッチ19と、を備えている。
分岐線12は、降圧用の励磁変圧器(図示略)が設けられ、交流電流の送電線11からR相,S相,T相の交流電流の一部を分岐し、発電機励磁装置10に入力させる。
常用サイリスタ13は、通常状態において分岐線12から交流電流が入力されるものである。サイリスタとは、pnpn接合構造を有し、ゲートGに印加するゲート電圧を制御することによりp側からn側へ導通する電流のスイッチングを行う3端子の半導体素子である。
整流ユニット14(14R,14S,14T)の各々は、分岐線12の接続点を挟んで、二つのアーム回路がペアとなって形成されている。そして、それぞれのアーム回路は、2以上(図では3つ)の常用サイリスタ13が相互に並列接続されて構成されている。
整流ユニット14(14R,14S,14T)の各々は、この分岐線12から伝送された交流電流を、ペアで形成されたアーム回路の作用により整流し、直流電流DCを出力する。
整流ユニット14(14R,14S,14T)の各々は、この分岐線12から伝送された交流電流を、ペアで形成されたアーム回路の作用により整流し、直流電流DCを出力する。
なお、常用サイリスタ13の各々には、過電流が流れた時に溶断するヒューズ15が設けられている。ヒューズ15が溶断することによって、対応する常用サイリスタ13は、整流ユニット14のアーム回路から切り離される。
検出部16(図2参照)は、常用サイリスタ13の各々に設けられたヒューズ15が溶断すると、そのヒューズ15が属する整流ユニット14のアーム回路に関連付けした検出信号Pを、スイッチ19に出力する。
なお、この検出信号Pは、警報回路(図示略)にも出力され、ヒューズ溶断が発生した旨の警報がなされる。
なお、この検出信号Pは、警報回路(図示略)にも出力され、ヒューズ溶断が発生した旨の警報がなされる。
予備サイリスタ17は、素子としては常用サイリスタ13と同一のもので、各々の整流ユニット14(14R,14S,14T)を構成する常用サイリスタ13に対し、スイッチ19を介して電気的に並列に接続されている。
実施形態においては、整流ユニット14(14R,14S,14T)のp側及びn側のアーム回路の各々に共用の予備サイリスタ17が、一つずつ電気的に並列に接続されている。
実施形態においては、整流ユニット14(14R,14S,14T)のp側及びn側のアーム回路の各々に共用の予備サイリスタ17が、一つずつ電気的に並列に接続されている。
図2に示すように、スイッチ19(19R,19S,19T)が、整流ユニット14(14R,14S,14T)のアーム回路の各々に接続する接続回路18(18R,18S,18T)に、設けられている。
整流ユニット14(14R,14S,14T)のうちいずれか一つから、ヒューズ15の溶断の検出信号Pが出力されると、対応する接続回路18(18R,18S,18T)が開回路から閉回路に設定される。
すると、対応する整流ユニット14は、ヒューズ15の溶断した常用サイリスタ13に代わって予備サイリスタ17が並列接続し、異常状態(素子欠落)から正常状態に復帰する。
整流ユニット14(14R,14S,14T)のうちいずれか一つから、ヒューズ15の溶断の検出信号Pが出力されると、対応する接続回路18(18R,18S,18T)が開回路から閉回路に設定される。
すると、対応する整流ユニット14は、ヒューズ15の溶断した常用サイリスタ13に代わって予備サイリスタ17が並列接続し、異常状態(素子欠落)から正常状態に復帰する。
図2に示すように、さらに発電機励磁装置10は、常用サイリスタ13のゲートGに位相制御信号Q(QR,QS,QT)を入力させ直流電流DCの出力を調整する位相制御部21と、開回路から閉回路にスイッチ19が設定された時点から所定の遅延時間xが経過した後に位相制御信号Qを予備サイリスタ17のゲートGに入力させるタイミング調整部22と、を備えている。
図3(A)に示すように、交流電流が、分岐線12から整流ユニット14に供給されている。そして、図3(B)に示すように、位相制御部21から常用サイリスタ13のゲートGに、位相制御信号Qが交流電流の周期毎に入力される。この位相制御信号Qの入力タイミングを変化させることにより、整流ユニット14の出力を連続的に制御することができる。
ところで、常用サイリスタ13のヒューズ15が溶断して検出信号Pがスイッチ19に入力するタイミングと、位相制御信号Qが予備サイリスタ17のゲートGに入力するタイミングと、が一致してしまう場合が考えられる。
この場合、接続回路18が開回路から閉回路になって予備サイリスタ17が整流ユニット14に投入されるのと同時に、この予備サイリスタ17は交流電流の波形制御を開始することになる。
この場合、接続回路18が開回路から閉回路になって予備サイリスタ17が整流ユニット14に投入されるのと同時に、この予備サイリスタ17は交流電流の波形制御を開始することになる。
すると、予備サイリスタ17に、位相制御信号Qが不完全なパルスで入力され、整流が開始されずに、予備サイリスタ17が故障する可能性が生じる。
そこで、スイッチ19(19R,19S,19T)から切替信号V(VR,VS,VT)が送信されるタイミングに対し、位相制御信号Qが予備サイリスタ17のゲートGに入力するタイミングを外すことが要求される。
そこで、スイッチ19(19R,19S,19T)から切替信号V(VR,VS,VT)が送信されるタイミングに対し、位相制御信号Qが予備サイリスタ17のゲートGに入力するタイミングを外すことが要求される。
タイミング調整部22は、接続回路18(18R,18S,18T)に設けられたスイッチ19(19R,19S,19T)が開回路から前記閉回路に切り替わった時に送信される切替信号V(VR,VS,VT)を遅延して送信させる遅延回路Dと、この切替信号Vを送信したスイッチ19(19R,19S,19T)に関連付けられた整流ユニット14(14R,14S,14T)への位相制御信号Q(QR,QS,QT)とこの切替信号V(VR,VS,VT)とを対応させて入力する複数のAND回路と、複数のAND回路のそれぞれの出力を入力し出力を予備サイリスタ17に入力させるOR回路と、から構成されている。
ここで、図3(C)は、ヒューズ溶断の検出信号Pを受信したスイッチ19が切替信号Vを送信したタイミングを示している。
タイミング調整部22に送信された切替信号Vは、図3(D)に示すように、時間xだけ遅延回路Dで遅延してからAND回路に入力される。なお、この遅延時間xは、位相制御信号Qの出力周期と不一致であることとする。
タイミング調整部22に送信された切替信号Vは、図3(D)に示すように、時間xだけ遅延回路Dで遅延してからAND回路に入力される。なお、この遅延時間xは、位相制御信号Qの出力周期と不一致であることとする。
このため図3(E)に示すように、スイッチ19が切り替わって遅延時間xが経過するまでは、位相制御信号Qは、AND回路を通過することができず、予備サイリスタ17のゲートGに入力されることはない。
そして、遅延時間xが経過した後に受信された位相制御信号Qは、AND回路を通過して、予備サイリスタ17のゲートGに入力される。
そして、遅延時間xが経過した後に受信された位相制御信号Qは、AND回路を通過して、予備サイリスタ17のゲートGに入力される。
すると図3(F)に示すように、予備サイリスタ17が整流ユニット14のアーム回路に投入されるタイミング(図3(C)の切替信号Vの立ち上がり)においては、分岐線12から伝送された交流電流の波形制御は実行されない。そして、次の位相制御信号Qの送信タイミング以降において、波形制御が実行されることになる。
なお、AND回路の数は、分岐線12で分岐される交流電流の相数又はスイッチ19の数に関連して設けられ、複数のAND回路のそれぞれの出力は、OR回路に入力して予備サイリスタ17のゲートGに出力される。
これにより、複数の整流ユニット14(14R,14S,14T)のいずれかに所属する常用サイリスタ13が故障して予備サイリスタ17に置き換わった場合、この置き換わりのタイミングを外して交流電流の波形制御が開始されることになる。
これにより、複数の整流ユニット14(14R,14S,14T)のいずれかに所属する常用サイリスタ13が故障して予備サイリスタ17に置き換わった場合、この置き換わりのタイミングを外して交流電流の波形制御が開始されることになる。
以上述べた少なくともひとつの実施形態の発電機励磁装置によれば、常用サイリスタが故障して欠落した場合、共用の予備サイリスタが置き換わって投入されることにより、使用するサイリスタ素子の総数を抑制しつつ、その故障に対する冗長性を確保することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10…発電機励磁装置、11…送電線、12…分岐線、13…常用サイリスタ、14(14R,14S,14T)…整流ユニット、15…ヒューズ、16…検出部、17…予備サイリスタ、18(18R,18S,18T)…接続回路、19(19R,19S,19T)…スイッチ、21…位相制御部、22…タイミング調整部、30…タービン発電機、31…遮断器、32…界磁巻線、33…回転子、34(34R,34S,34T)…固定子巻線、35…摺動接点、G…ゲート、P…検出信号、Q(QR,QS,QT)…位相制御信号、V(VR,VS,VT)…切替信号、x…遅延時間。
Claims (4)
- 多相交流の送電線から各々の相の交流電流を分岐する分岐線と、
前記分岐線から伝送された前記交流電流を常用サイリスタにより整流して直流電流を出力する整流ユニットと、
前記常用サイリスタの各々に設けられたヒューズが溶断すると検出信号を出力する検出部と、
各々の前記整流ユニットを構成する前記常用サイリスタに対し電気的に並列に設けられる予備サイリスタと、
前記検出信号が出力された前記整流ユニットに対する前記予備サイリスタの接続回路を開回路から閉回路に設定するスイッチと、を備えることを特徴とする発電機励磁装置。 - 請求項1に記載の発電機励磁装置において、
前記常用サイリスタに位相制御信号を入力させ前記直流電流の出力を調整する位相制御部と、
前記開回路から前記閉回路に前記スイッチが設定された時点から所定の遅延時間が経過した後に前記位相制御信号を前記予備サイリスタに入力させるタイミング調整部と、を備える発電機励磁装置。 - 請求項2に記載の発電機励磁装置において、
前記タイミング調整部は、
前記接続回路に設けられた前記スイッチが前記開回路から前記閉回路に切り替わった時に送信される切替信号を遅延して送信させる遅延回路と、
前記切替信号を送信した前記スイッチに関連付けられた前記整流ユニットへの前記位相制御信号と前記切替信号とを対応させて入力する複数のAND回路と、
複数の前記AND回路のそれぞれの出力を入力し出力を前記予備サイリスタに入力させるOR回路と、を有する発電機励磁装置。 - 各々の前記整流ユニットは、2以上の前記常用サイリスタが相互に並列接続されて構成される請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発電機励磁装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014139348A JP2016019318A (ja) | 2014-07-07 | 2014-07-07 | 発電機励磁装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014139348A JP2016019318A (ja) | 2014-07-07 | 2014-07-07 | 発電機励磁装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2016019318A true JP2016019318A (ja) | 2016-02-01 |
Family
ID=55234192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2014139348A Pending JP2016019318A (ja) | 2014-07-07 | 2014-07-07 | 発電機励磁装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2016019318A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110661460A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-01-07 | 陕西航空电气有限责任公司 | 一种航空用宽变频交流发电机的数字调压装置 |
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2014
- 2014-07-07 JP JP2014139348A patent/JP2016019318A/ja active Pending
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CN110661460A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-01-07 | 陕西航空电气有限责任公司 | 一种航空用宽变频交流发电机的数字调压装置 |
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