JP2018007484A - 同期機の励磁装置および励磁方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 同期機の電機子電流を制限する際に該同期機の運転状態に応じて界磁電流の増減を的確に行い、安定な制限動作を行えるようにする。【解決手段】 実施形態による同期機の励磁装置は、前記同期機の電機子電流が予め定めた値を超過する場合に、前記同期機の無効電力が予め定めた第１のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも小さければ、前記同期機の交流出力電圧を増加させ、前記同期機の無効電力が予め定めた第２のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも大きければ、前記同期機の交流出力電圧を減少させる手段を備えている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、同期機の励磁装置および励磁方法に関する。

同期機の励磁装置の機能の一つとして、電機子電流が同期機の耐量を超えないように制限する過電流制限機能がある。

従来の過電流制限機能は、遅相運転時には同期機の界磁電流を低減し、逆に進相運転時には同期機の界磁電流を増加させることで同期機の電機子電流を低減するようにしている。

特開昭５８−２１８８９９号公報 特開平６−１３３５９９号公報 特開平８−１１６６９７号公報

従来の同期機の励磁装置では、遅相運転時には同期機の界磁電流を低減し、逆に進相運転時には同期機の界磁電流を増加させることで同期機の電機子電流を低減するようにしているが、実際には遅相運転時であっても界磁電流を増加させないと電機子電流が低減できない運転領域がある。

本発明が解決しようとする課題は、同期機の電機子電流を制限する際に該同期機の運転状態に応じて界磁電流の増減を的確に行い、安定な制限動作を行うことができる同期機の励磁装置および励磁方法を提供することにある。

実施形態による同期機の励磁装置は、前記同期機の電機子電流が予め定めた値を超過する場合に、前記同期機の無効電力が予め定めた第１のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも小さければ、前記同期機の交流出力電圧を増加させ、前記同期機の無効電力が予め定めた第２のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも大きければ、前記同期機の交流出力電圧を減少させる手段を備えている。

本発明によれば、同期機の電機子電流を制限する際に該同期機の運転状態に応じて界磁電流の増減を的確に行い、安定な制限動作を行うことができる。

第１の実施形態に係る同期機の励磁装置の構成を示す図。 同実施形態における電機子電流制限機能を説明するための図。 第２の実施形態に係る同期機の励磁装置の構成を示す図。 第３の実施形態に係る同期機の励磁装置の構成を示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

最初に、図１および図２を参照して第１の実施形態について説明する。

（構成）
図１は第１の実施形態に係る同期機の励磁装置の構成を示す図である。

１は同期機であり、固定子鉄心に巻装された電機子巻線（または固定子巻線ともいう）１Ａと、回転子リムに固定された磁極鉄心に巻装された界磁巻線１Ｂとから構成され、界磁巻線１Ｂにはスリップリングおよびブラシからなる摺動接触部２を介して静止部側の励磁電源から界磁電流Ｉｆが供給されるようになっている。

同期機１の主回路において、３は同期機１で発生した電圧を系統電圧まで昇圧する主要変圧器であり、４は同期機１を電力系統５に連系する並列用遮断器である。

また、同期機１の界磁回路において、６は励磁用変圧器７を介して同期機１から供給される交流電力を整流して界磁巻線１Ｂに界磁電流Ｉｆを供給するためのサイリスタ整流器である。８は同期機１の交流出力電圧Ｖｇを目標値に一致させるように調整する自動電圧調整器（ＡＶＲ）である。

自動電圧調整器８は、電圧検出器８Ａ、有効電力検出器８Ｂ、無効電力検出器８Ｃ、除算器８Ｄ、除算器８Ｅ、電流算出器８Ｆ、反限時タイマ８Ｇ、選択器８Ｈ、減算器８Ｊ、電流自乗算出器８Ｋ、乗算器８Ｌ、減算器８Ｍ、低値選択器８Ｎ、増幅器８Ｐ、乗算器８Ｑ、減算器８Ｒ、低値選択器８Ｓ、増幅器８Ｔ、電圧設定器８Ｕ、減算器８Ｖ、高値選択器８Ｗ、低値選択器８Ｘ、および電圧調整器８Ｙを有する。

上記自動電圧調整器８は、予め定めた電圧設定値Ｖｒと同期機１の交流出力電圧Ｖｇに比例する電圧の検出値Ｖｇｄとの偏差に相当する電圧偏差信号Ｖｅが０になるように、サイリスタ整流器６へ供給するゲート信号Ｐのタイミングを制御する電圧調整部（構成要素８Ａ，８Ｕ，８Ｖ，８Ｙを含む回路部分）を有するとともに、同期機１の電機子電流Ｉｇに比例する信号Ｉｇｄの値（もしくはその値の自乗）と予め定めた過電流設定Ｉｏｃ（過電流設定値）との差分の積分値が予め定めた過電流限時設定Ｔｏｃ（過電流限時設定値）を超過する場合に、同期機１の無効電力Ｑｇに比例する電力の無効電力検出値Ｑｇｄが、同期機１の電機子電流Ｉｇに比例する信号Ｉｇｄの値の自乗に相当する電機子電流自乗信号Ｉｇ２に同期機１の外部リアクタンス想定値の最小値として予め定めたリアクタンス設定Ｘｅ１の値（第１のリアクタンス設定値）を乗算して得られる値よりも小さければ、上記電圧調整部が使用する電圧偏差信号Ｖｅの値を大きくし、一方、同期機１の無効電力Ｑｇに比例する電力の検出値Ｑｇｄが、上記電機子電流自乗信号Ｉｇ２に同期機１の外部リアクタンス想定値の最大値として予め定めたリアクタンス設定Ｘｅ２の値（第２のリアクタンス設定値）を乗算して得られる値よりも大きければ、上記電圧調整部が使用する電圧偏差信号Ｖｅの値を小さくする補正部（構成要素８Ｂ〜８Ｔ，８Ｗ，８Ｘを含む回路部分）を有する。

電圧検出器８Ａは、計器用変圧器９を介して同期機１の交流出力電圧Ｖｇに比例する電圧を検出し、これを交流電圧検出値Ｖｇｄ（ＰＵ値）として出力する。

有効電力検出器８Ｂは、計器用変圧器９と計器用変流器１０を介して同期機１の有効電力Ｐｇに比例する電力を検出し、これを有効電力検出値Ｐｇｄ（ＰＵ値）として出力する。

無効電力検出器８Ｃは、計器用変圧器９と計器用変流器１０を介して同期機１の無効電力Ｑｇに比例する電力を検出し、これを無効電力検出値Ｑｇｄ（ＰＵ値）として出力する。

除算器８Ｄは、有効電力検出値Ｐｇｄと交流電圧検出値Ｖｇｄとを入力し、有効電力検出値Ｐｇｄを交流電圧検出値Ｖｇｄで除して得られる値を有効電流信号ＩＰｄとして出力する。

除算器８Ｅは、無効電力検出値Ｑｇｄと交流電圧検出値Ｖｇｄとを入力し、無効電力検出値Ｑｇｄを交流電圧検出値Ｖｇｄで除して得られる値を無効電流信号ＩＱｄとして出力する。

電流算出器８Ｆは、有効電流信号ＩＰｄの値の自乗と無効電流信号ＩＱｄの値の自乗との和の平方根を算出し、これを同期機１の電機子電流Ｉｇに比例する電機子電流信号Ｉｇｄとして出力する。

反限時タイマ８Ｇは、電機子電流信号Ｉｇｄを入力し、電機子電流信号Ｉｇｄの値と予め定めた過電流設定Ｉｏｃ（過電流設定値）との差分の積分値が予め定めた過電流限時設定Ｔｏｃ（過電流限時設定値）を超過した時に電流制限動作信号ＯＣをオン出力する。

選択器８Ｈは、電流制限動作信号ＯＣを入力し、電流制限動作信号ＯＣがオフの時は制限設定１（瞬時電流制限設定値）を選択し、一方、電流制限動作信号ＯＣがオンの時は制限設定２（限時電流制限設定値）を選択し、選択した方を制限設定信号ＩＬとして出力する。

なお、制限設定１には同期機１の電機子電流Ｉｇを瞬時に制限させる場合の閾値が適用され、制限設定２には同期機１の電機子電流Ｉｇを過電流限時設定Ｔｏｃによる遅延を持って制限させる場合の閾値が設定される。過電流設定Ｉｏｃは制限設定１よりも小さい値が設定され、制限設定２は過電流設定Ｉｏｃよりも小さい値が設定される。すなわち、「制限設定２＜Ｉｏｃ＜制限設定１」の関係が成り立つように設定される。

減算器８Ｊは、電機子電流信号と制限設定信号ＩＬとを入力し、電機子電流信号Ｉｇｄの値から制限設定信号ＩＬの値を減算して得られる値を電流偏差信号Ｉｅとして出力する。すなわち、減算器８Ｊは、同期機１の電機子電流Ｉｇに比例する電機子電流信号Ｉｇｄと電流を制限するレベルを示す制限設定信号ＩＬとを入力して、その差分を電流偏差信号Ｉｅとして出力する。

電流自乗算出器８Ｋは、有効電流信号ＩＰｄと無効電流信号ＩＱｄとを入力し、有効電流信号ＩＰｄの値の自乗と無効電流信号ＩＱｄの値の自乗とを加算して得られる信号を電機子電流自乗信号Ｉｇ２（電機子電流信号Ｉｇｄの値の自乗に相当する信号）として出力する。

乗算器８Ｌは、電機子電流自乗信号Ｉｇ２を入力し、電機子電流自乗信号Ｉｇ２の値にリアクタンス設定Ｘｅ１の値（第１のリアクタンス設定値）を乗算して得られる値を不感帯信号ＤＢ１として出力する。なお、リアクタンス設定Ｘｅ１には同期機１の外部リアクタンス想定値の最小値（もしくは最小値以下の値）が設定される。

減算器８Ｍは、不感帯信号ＤＢ１と無効電力検出値Ｑｇｄとを入力し、不感帯信号ＤＢ１の値から無効電力検出値Ｑｇｄを減算して得られる値を進相側不感帯偏差信号ＤＢｅ１として出力する。

低値選択器８Ｎは、電流偏差信号Ｉｅと進相側不感帯偏差信号ＤＢｅ１とを入力し、低値選択して得られる信号を進相側電流偏差信号Ｉｅｄとして出力する。

増幅器８Ｐは、進相側電流偏差信号Ｉｅｄを入力し、進相側電流偏差信号Ｉｅｄの値に所定の正のゲインを乗算して得られる値を進相側電流制限信号Ｉｌｄとして出力する。

乗算器８Ｑは、電機子電流自乗信号Ｉｇ２を入力し、電機子電流自乗信号Ｉｇ２の値にリアクタンス設定Ｘｅ２の値（第２のリアクタンス設定値）を乗算して得られる値を不感帯信号ＤＢ２として出力する。なお、リアクタンス設定Ｘｅ２には同期機１の外部リアクタンス想定値の最大値（もしくは最大値以上の値）が設定される。

減算器８Ｒは、無効電力検出値Ｑｇｄと不感帯信号ＤＢ２とを入力し、無効電力検出値Ｑｇｄから不感帯信号ＤＢ２の値を減算して得られる値を遅相側不感帯偏差信号ＤＢｅ２として出力する。

低値選択器８Ｓは、電流偏差信号Ｉｅと遅相側不感帯偏差信号ＤＢｅ２とを入力し、低値選択して得られる信号を遅相側電流偏差信号Ｉｅｇとして出力する。

増幅器８Ｔは、遅相側電流偏差信号Ｉｅｇを入力し、遅相側電流偏差信号Ｉｅｇの値に所定の負のゲインを乗算して得られる値を遅相側電流制限信号Ｉｌｇとして出力する。

電圧設定器８Ｕは、予め定めた電圧設定値Ｖｒを出力する。

減算器８Ｖは、電圧設定値Ｖｒから交流電圧検出値Ｖｇｄを減算して得られる値を電圧偏差信号Ｖｅとして出力する。

高値選択器８Ｗは、電圧偏差信号Ｖｅと進相側電流制限信号Ｉｌｄとを入力し、高値選択して得られる信号を電圧偏差信号Ｖｅ２として出力する。すなわち、高値選択器８Ｗは、高値選択して得られる信号を新たな電圧偏差信号として電圧調整器８Ｙ側へ供給する。

低値選択器８Ｘは、電圧偏差信号Ｖｅ２と遅相側電流制限信号Ｉｌｇとを入力し、低値選択して得られる信号を電圧偏差信号Ｖｅ３として出力する。すなわち、低値選択器８Ｘは、低値選択して得られる信号を新たな電圧偏差信号として電圧調整器８Ｙ側へ供給する。

電圧調整器８Ｙは、電圧偏差信号Ｖｅ３を入力し、電圧偏差信号Ｖｅ３を増幅した位相制御信号αに応じたタイミングでサイリスタ整流器６のゲート信号Ｐを出力する。すなわち、電圧調整器８Ｙは、電圧偏差信号Ｖｅ３が０になるように、サイリスタ整流器６へ供給するゲート信号Ｐのタイミングを制御する。

（作用）
同期機１の電機子電流Ｉｇを低減させるために界磁電流Ｉｆを低減させるべきか増加させるべきかの境界は、無効電力＝０の運転点ではなく、実際には遅相側に偏っている。まず、これについて詳しく説明する。

一機無限大系統において、有効電力が一定の値と仮定すると以下の式が成立する。

ｄＩｇ／ｄＶｇ＝Ｖｇ・（Ｑｇ−Ｘｅ・Ｉｇ^２）／｛（Ｉｇ・Ｘｅ）・（Ｖｇ^２−Ｑｇ・Ｘｅ）｝
…（１）
ここで、Ｉｇ：同期機の電機子電流
Ｖｇ：同期機の交流出力電圧
Ｑｇ：同期機の無効電力
Ｘｅ：同期機から系統側を見た外部リアクタンス
通常の運転状態では、Ｖｇ^２−Ｑｇ・Ｘｅ＞０であるため、以下の関係が成立する。

・Ｑｇ＜Ｘｅ・Ｉｇ^２の範囲では、交流出力電圧Ｖｇを増加させると電機子電流Ｉｇは減少する
・Ｑｇ＞Ｘｅ・Ｉｇ^２の範囲では、交流出力電圧Ｖｇを減少させると電機子電流Ｉｇは減少する
上記より、電機子電流Ｉｇを低減するために交流出力電圧Ｖｇを低減するか増加させるかの境界は、Ｑｇ−Ｘｅ・Ｉｇ^２の符号に依存しており、電機子電流Ｉｇが大きくなるほど遅相側に偏っていることがわかる。

そこで、本実施形態では、実際の動きに合致する過電流制限機能を実現するため、自動電圧調整器８において、同期機１の外部リアクタンス想定値の最小値をリアクタンス設定Ｘｅ１（第１のリアクタンス設定値）に選定し、最大値をリアクタンス設定Ｘｅ２（第２のリアクタンス設定値）に選定した上で、同期機１の電機子電流Ｉｇが予め定めた値を超過する場合に、以下に示すように交流出力電圧Ｖｇを増加または減少させる。

・Ｑｇ＜Ｘｅ１・Ｉｇ^２の範囲では、交流出力電圧Ｖｇを増加させる
・Ｑｇ＞Ｘｅ２・Ｉｇ^２の範囲では、交流出力電圧Ｖｇを減少させる
図１の構成において、並列用遮断器４が投入され、同期機１が電力系統５と並列運転している状態において、自動電圧調整器８で例えば制限設定１が制限設定信号ＩＬとして出力されており、電機子電流信号Ｉｇｄの値が制限設定信号ＩＬの値を下回っていれば、電流偏差信号Ｉｅが負の値となるため、進相側電流制限信号Ｉｌｄは負の値を出力し、遅相側電流制限信号Ｉｌｇは正の値を出力する。このとき高値選択器８Ｗおよび低値選択器８Ｘでは電圧偏差信号Ｖｅが選択され、電圧偏差信号Ｖｅ３として電圧調整器８Ｙに入力される。電圧調整器８Ｙは電圧偏差信号Ｖｅ３が０になるようにゲート信号Ｐのタイミングを制御するので、結果的に交流電圧検出値Ｖｇｄが電圧設定値Ｖｒと一致するように同期機１の交流出力電圧Ｖｇが制御される。

図２は、同期機１の電機子電流Ｉｇを制限する作用について説明するための概念図である。図２では横軸を有効電流ＩＰ、縦軸を無効電流ＩＱとして同期機１の運転点を示しており、本例では過電流設定Ｉｏｃを１．０５ＰＵ、制限設定２を１．０ＰＵ、リアクタンス設定Ｘｅ１を０．１ＰＵ、リアクタンス設定Ｘｅ２を０．３ＰＵとしている。
ここでは４つのケースを挙げて説明する。

・「ケース１」
同期機１の電機子電流Ｉｇが増加し、図２中の運転点Ａに到達したとする。このとき、電機子電流信号Ｉｇｄの値が過電流設定Ｉｏｃの値を超過するので、その差分の積分値が過電流限時設定Ｔｏｃを超過した時点で電流制限動作信号ＯＣがオン出力され、制限設定１に代えて制限設定２が制限設定信号ＩＬとして出力され、これにより電機子電流信号Ｉｇｄと制限設定信号ＩＬとの差分である電流偏差信号Ｉｅが正の値となる。

運転点Ａでは進相側不感帯偏差信号ＤＢｅ１（＝Ｘｅ１×Ｉｇ２−Ｑｇｄ）も正の値であるため、低値選択器８Ｎにより低値選択して得られる進相側電流偏差信号Ｉｅｄ、および増幅器８Ｐで増幅して得られる進相側電流制限信号Ｉｌｄも正の値となる。

結果的に、高値選択器８Ｗにより進相側電流制限信号Ｉｌｄが電圧偏差信号Ｖｅ２として選択され、電圧調整器８Ｙが界磁電流Ｉｆを増加させるため、交流出力電圧Ｖｇや無効電流ＩＱも増加する。有効電流ＩＰは、有効電力Ｐｇが一定の場合、交流出力電圧Ｖｇの増加に伴い減少する。

本ケースでは、進相側不感帯偏差信号ＤＢｅ１が０になる前に電流偏差信号Ｉｅが０に到達するので、電機子電流Ｉｇが制限設定２に到達した時点、すなわち運転点Ａ’で増幅器８Ｐが出力する進相側電流制限信号Ｉｌｄが０となって定常状態に落ち着く。

・「ケース２」
別のケースとして、同期機１の電機子電流Ｉｇが増加し、図２中の運転点Ｂに到達したとする。この場合も、運転点Ａのケースと同様の作用となるが、電流偏差信号Ｉｅが０になる前に進相側不感帯偏差信号ＤＢｅ１が０に到達するので、無効電力Ｑｇがリアクタンス設定Ｘｅ１×電機子電流Ｉｇの自乗に到達した時点、すなわち運転点Ｂ’で増幅器８Ｐが出力する進相側電流制限信号Ｉｌｄが０となって定常状態に落ち着く。

・「ケース３」
次に、遅相運転のケースとして、同期機１の電機子電流Ｉｇが増加し、図２中の運転点Ｃに到達したとする。このとき、電機子電流信号Ｉｇｄの値が過電流設定Ｉｏｃの値を超過するので、その差分の積分値が過電流限時設定Ｔｏｃを超過した時点で電流制限動作信号ＯＣがオン出力され、制限設定１に代えて制限設定２が制限設定信号ＩＬとして出力され、これにより電機子電流信号Ｉｇｄと制限設定信号ＩＬとの差分である電流偏差信号Ｉｅが正の値となる。

運転点Ｃでは遅相側不感帯偏差信号ＤＢｅ２（＝Ｑｇｄ−Ｘｅ２×Ｉｇ２）も正の値であるため、低値選択器８Ｓにより選択された遅相側電流偏差信号Ｉｅｇは正の値となり、増幅器８Ｔにより負のゲインで増幅された遅相側電流制限信号Ｉｌｇは負の値となる。

結果的に、低値選択器８Ｘにより遅相側電流制限信号Ｉｌｇが電圧偏差信号Ｖｅ３として選択され、電圧調整器８Ｙが界磁電流Ｉｆを減少させるため、交流出力電圧Ｖｇや無効電流ＩＱも減少する。有効電流ＩＰは、有効電力Ｐｇが一定の場合、交流出力電圧Ｖｇの減少に伴い増加する。

本ケースでは、遅相側不感帯偏差信号ＤＢｅ２が０になる前に電流偏差信号Ｉｅが０に到達するので、電機子電流Ｉｇが制限設定２に到達した時点、すなわち運転点Ｃ’で増幅器８Ｔが出力する遅相側電流制限信号Ｉｌｇが０となって定常状態に落ち着く。

・「ケース４」
別のケースとして、同期機１の電機子電流Ｉｇが増加し、図２中の運転点Ｄに到達したとする。この場合も、運転点Ｃのケースと同様の作用となるが、電流偏差信号Ｉｅが０になる前に遅相側不感帯偏差信号ＤＢｅ２が０に到達するので、無効電力Ｑｇがリアクタンス設定Ｘｅ２×電機子電流Ｉｇの自乗に到達した時点、すなわち運転点Ｄ’で増幅器８Ｔが出力する遅相側電流制限信号Ｉｌｇが０となって定常状態に落ち着く。

（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、同期機１の電機子電流Ｉｇが過大となったときに、交流出力電圧Ｖｇを増加すべきかまたは減少すべきかを的確に判別し、電機子電流Ｉｇが確実に減少するよう制御する自動電圧調整器を提供することができる。

［第２の実施形態］
次に、図３を参照して第２の実施形態について説明する。

（構成）
図３は第２の実施形態に係る同期機の励磁装置の構成を示す図である。

第２の実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、自動電圧調整器８を自動電圧調整器８’に置き換えたものである。自動電圧調整器８との相違点は、有効電流信号ＩＰｄを入力し高周波領域のゲインを低減して得られる信号を有効電流信号ＩＰ２として出力するフィルタ８Ｚを追加し、電流自乗算出器８Ｋを有効電流信号ＩＰ２の値の自乗と無効電流信号ＩＱｄの値の自乗を加算して得られる信号を電機子電流自乗信号Ｉｇ２として出力するようにしたことである。

（作用）
第１の実施形態との相違点は、電機子電流自乗信号Ｉｇ２の算出に用いる有効電流信号の高周波領域のゲインを低減する手段を設けたことである。

電機子電流Ｉｇの制限機能が動作しているときに、進相側不感帯偏差信号ＤＢｅ１が低値選択器８Ｎで選択されると、増幅器８Ｐの出力である進相側電流制限信号Ｉｌｄが有効電流信号ＩＰｄと同一位相で変化する。また、遅相側不感帯偏差信号ＤＢｅ２が低値選択器８Ｓで選択されると、増幅器８Ｔの出力である遅相側電流制限信号Ｉｌｇも有効電流信号ＩＰｄと同一位相で変化する。

有効電流信号ＩＰｄと同一位相で変化する信号が電圧調整器８Ｙに入力すると制御系の制動力を損なう方向に作用し、場合によっては負制動現象が発生する可能性があるが、本実施形態では、追加したフィルタ８Ｚが、上述した負制動現象が発生する周波数領域における有効電流信号ＩＰ２のゲインを低減するので、制御系の制動力の低下を最小限に抑制する。

（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、電機子電流Ｉｇの制限機能が動作しているときに、制御系の制動力の低下を最小限に抑制することができる。

［第３の実施形態］
（構成）
次に、図４を参照して第３の実施形態の構成について説明する。

本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、自動電圧調整器８を自動電圧調整器８”に置き換えたものである。自動電圧調整器８との相違点は、反限時タイマ８Ｇを、電機子電流信号Ｉｇｄの値の自乗と過電流設定Ｉｏｃ’（過電流設定値）の値との差分の積分値が予め定めた過電流限時設定Ｔｏｃ’（過電流限時設定値）を超過した時に電流制限動作信号ＯＣをオン出力する８Ｇ’に置換えたことである。

（作用）
第１の実施形態との相違点は、電機子電流Ｉｇの制限機能を動作させるタイミングを、電機子電流信号Ｉｇｄの値の自乗と過電流設定Ｉｏｃ’の値との差分の積分値が過電流限時設定Ｔｏｃ’を超過する時としたことである。

同期機１の電機子巻線１Ａの発熱量は電機子電流Ｉｇの値の自乗に比例するので、第１の実施形態よりも本実施形態の方が、電機子巻線１Ａの熱耐量に応じたタイミングで制限動作を開始することができる。

（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、電機子電流Ｉｇの制限機能を動作させるタイミングを電機子巻線１Ａの耐量に、より近づけることができる。

以上詳述したように、各実施形態によれば、同期機の電機子電流を制限する際に該同期機の運転状態に応じて界磁電流の増減を的確に行い、安定な制限動作を行うことができる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１…同期機、１Ａ…電機子巻線、１Ｂ…界磁巻線、２…摺動接触部、３…主要変圧器、４…並列用遮断器、５…電力系統、６…サイリスタ整流器、７…励磁用変圧器、８…自動電圧調整器、８’…自動電圧調整器、８”…自動電圧調整器、８Ａ…電圧検出器、８Ｂ…有効電力検出器、８Ｃ…無効電力検出器、８Ｄ…除算器、８Ｅ…除算器、８Ｆ…電流算出器、８Ｇ…反限時タイマ、８Ｇ’…反限時タイマ、８Ｈ…選択器、８Ｊ…減算器、８Ｋ…電流自乗算出器、８Ｌ…乗算器、８Ｍ…減算器、８Ｎ…低値選択器、８Ｐ…増幅器、８Ｑ…乗算器、８Ｒ…減算器、８Ｓ…低値選択器、８Ｔ…増幅器、８Ｕ…電圧設定器、８Ｖ…減算器、８Ｗ…高値選択器、８Ｘ…低値選択器、８Ｙ…電圧調整器、８Ｚ…フィルタ、９…計器用変圧器、１０…計器用変流器。

Claims (5)

1. 同期機の励磁装置において、
   前記同期機の電機子電流が予め定めた値を超過する場合に、前記同期機の無効電力が予め定めた第１のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも小さければ、前記同期機の交流出力電圧を増加させ、前記同期機の無効電力が予め定めた第２のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも大きければ、前記同期機の交流出力電圧を減少させる手段を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
2. 同期機の交流出力電圧を調整する自動電圧調整器を備えた同期機の励磁装置において、
   前記自動電圧調整器は、
   予め定めた電圧設定値と前記同期機の交流出力電圧に比例する電圧の検出値との偏差に相当する電圧偏差信号が０になるように、前記同期機の界磁巻線に界磁電流を供給するためのサイリスタ整流器へ供給するゲート信号のタイミングを制御する電圧調整手段と、
   前記同期機の電機子電流に比例する電流の値もしくはその値の自乗と予め定めた過電流設定値との差分の積分値が予め定めた過電流限時設定値を超過する場合に、前記同期機の無効電力に比例する電力の検出値が、前記同期機の電機子電流に比例する電流の値の自乗に前記同期機の外部リアクタンス想定値の最小値として予め定めた第１のリアクタンス設定値を乗算して得られる値よりも小さければ、前記電圧調整手段が使用する電圧偏差信号の値を大きくし、前記同期機の無効電力に比例する電力の検出値が、前記同期機の電機子電流に比例する電流の値の自乗に前記同期機の外部リアクタンス想定値の最大値として予め定めた第２のリアクタンス設定値を乗算して得られる値よりも大きければ、前記電圧調整手段が使用する電圧偏差信号の値を小さくする補正手段と、
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
3. 請求項２に記載の同期機の励磁装置において、
   前記補正手段は、
   前記同期機の電機子電流に比例する電流の値から予め定めた電流制限設定値を減算して得られる値を電流偏差信号として出力する演算手段と、
   前記同期機の電機子電流に比例する電流の値の自乗に前記第１のリアクタンス設定値を乗算して得られる値から前記同期機の無効電力に比例する電力の検出値を減算して得られる値を進相側不感帯偏差信号として出力する演算手段と、
   前記電流偏差信号と前記進相側不感帯偏差信号とを入力し低値選択して得られる信号に所定の正のゲインを乗算して得られる値を進相側電流制限信号として出力する演算手段と、
   前記電圧偏差信号と前記進相側電流制限信号とを入力し高値選択して得られる信号を新たな電圧偏差信号として前記電圧調整手段に供給する演算手段と、
   前記同期機の電機子電流に比例する電流の値の自乗に前記第２のリアクタンス設定値を乗算して得られる値を前記無効電力に比例する電力の検出値から減算して得られる値を遅相側不感帯偏差信号として出力する演算手段と、
   前記電流偏差信号と前記遅相側不感帯偏差信号とを入力し低値選択して得られる信号に所定の負のゲインを乗算して得られる値を遅相側電流制限信号として出力する演算手段と、
   前記電圧偏差信号と前記遅相側電流制限信号とを入力し低値選択して得られる信号を新たな電圧偏差信号として前記電圧調整手段に供給する演算手段と、
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
4. 請求項３に記載の同期機の励磁装置において、
   前記補正手段は、
   前記同期機の有効電流に比例する電流に相当する信号を入力し当該信号の高周波ゲインを低減して得られる信号を有効電流平滑信号として出力するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段から出力される有効電流平滑信号の値の自乗と前記同期機の無効電流に比例する電流の値の自乗とを加算して得られる値を、前記同期機の電機子電流に比例する電流の値の自乗に相当する信号として出力する電流自乗加算手段と、
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
5. 同期機の励磁方法であって、
   前記同期機の電機子電流が予め定めた値を超過する場合に、前記同期機の無効電力が予め定めた第１のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも小さければ、自動電圧調整器により前記同期機の交流出力電圧を増加させ、
   前記同期機の電機子電流が予め定めた値を超過する場合に、前記同期機の無効電力が予め定めた第２のリアクタンス設定値と前記電機子電流の自乗との積よりも大きければ、自動電圧調整器により前記同期機の交流出力電圧を減少させる
   ことを特徴とする同期機の励磁方法。