JP2018074885A - ブラシレス励磁装置、ブラシレス発電システム、ブラシレス励磁方法およびブラシレス励磁プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】発電機出力の調整時の即応性を向上させたブラシレス励磁装置、ブラシレス発電システム、ブラシレス励磁方法およびブラシレス励磁プログラムを提供する。
【解決手段】
ブラシレス発電システム１０の発電機出力電圧Ｖ_ａの変化に基づいて電圧調整指令信号Ωを発信する変調発信部４１と、ブラシレス発電システム１０の発電機界磁１６に接続されて発電機界磁１６とともに回転する発電機界磁回路２６と、電圧調整指令信号Ωの受信によって駆動して変調発信部４１の伝達端子４２を発電機界磁回路１６の入力端子４３に接続する駆動部４４と、入力端子４３から入力される電圧調整指令信号Ωに基づいて点弧信号Ｓを変調する点弧信号変調部４７と、点弧信号変調部４７がゲートに接続された整流素子群が設けられた多相の整流回路２６と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、発電機の界磁を制御するブラシレス励磁技術に関する。

回転界磁形の同期発電機においては、励磁システムから発電機界磁回路に直流電流が流されることで、発電機界磁が電磁石になる。
この発電機界磁の励磁方式は、電気を収集するブラシおよびこのブラシを発電機界磁の回転軸に電気的に接続するスリップリングなどの摺動接触体を要するサイリスタ励磁方式と、これらの摺動接触体が不要なブラシレス励磁方式と、に大別される。
ブラシレス励磁方式の同期発電機は、摺動接触体が不要なため、ブラシの交換や頻繁な保守が必要なく、欧州などでは積極的に採用されている。

ブラシレス励磁システムは、主に発電機界磁を励磁する交流励磁機と、この交流励磁機を励磁する永久磁石発電機（ＰＭＧ：Permanent Magnet Generator）と、で構成される。
ＰＭＧによって交流励磁機界磁の包囲空間に生成された静磁場中を、交流励磁機電機子が回転することで、交流励磁機電機子に交流電流が発生する。
この交流電流が、回転軸に設けられた回転整流器で直流電流に整流された後、発電機界磁回路を流通することで発電機界磁が励磁される。

ブラシレス励磁システムでは、ＰＭＧ電機子回路から交流励磁機界磁回路へ流れる電流量を増減することで、発電機界磁回路への出力電流量を制御し、発電機界磁の励磁を制御することができる。
通常は、発電機出力電圧を監視してＰＭＧの出力を自動で調整する自動電圧調整器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）によって発電量は一定に維持される。
電力系統の事故発生時、例えば落雷などによって発電機出力電圧が急落した場合、ＡＶＲはＰＭＧの出力を制御し、発電機定格界磁電圧以上の界磁電圧を印加する（以下、フォーシングと記す）ことで、発電機出力電圧を短時間で上昇させる。

具体的には、何らかの事故などによって発電機出力電圧が急落した場合、ＡＶＲはＰＭＧの出力を調整して一旦平常値よりも高い界磁電圧をかけて、発電機出力電圧を短時間で上昇させる。
このとき、発電機出力電圧をより短時間で定格出力値に回復させるには、発電機出力電圧を一旦過電圧にした後に、界磁電流を減少させて定格出力値に引き下げることが必要になる。

実開平４−１１８８００号公報 特開平１１−２７９９５号公報

上述したＡＶＲがＰＭＧの出力を調整する従来の出力電圧の調整方法では、発電機出力電圧を定格出力値に回復させるまでに時間を要する。

そこで、ＰＭＧの出力の調整に加えて、発電機界磁回路に含まれる整流回路の位相制御によって発電機界磁電圧を調整する、いわゆるフォーシングがなされる。
フォーシングによって、発電機出力電圧は、ＰＭＧの出力の調整による発電機出力電圧の調整よりも高い応答性で、即時に回復することができる。

しかしながら、整流回路がダイオード素子で構成される従来のブラシレス励磁装置では整流回路の位相制御によっては発電機界磁電圧を負にする、いわゆる負のフォーシングがかけられない。
よって、発電機出力電圧が過電圧になった後に、発電機出力電圧を即時に低下させることができない。

そこで、ダイオード整流素子で構成される整流回路に、負のフォーシングが可能なサイリスタ整流素子で構成される整流回路を並置して、適宜切り替えて用いる方法がある。
しかし、この方法では、２種類の整流回路を設ける必要があるとともに、発電機界磁回路が二重になるため、発電機界磁回路が大型になるとともに複雑になる。

ところで、ＡＶＲを不要にするため、ブラシレス励磁装置であっても、整流回路の整流素子をサイリスタ整流素子にしている場合もある。
この場合、ＡＶＲに代えて、無線信号によって発電量の変化に応じた点弧信号を静止系から回転界磁回路へ発信している。
しかし、発電機界磁回路は高速回転をするため、静止系から発信される無線信号の送受信の確実性は、ＡＶＲを用いた伝達方法に劣るものである。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、発電機出力の調整時の即応性を向上させたブラシレス励磁装置、ブラシレス発電システム、ブラシレス励磁方法およびブラシレス励磁プログラムを提供することを目的とする。

本実施形態にかかるブラシレス励磁装置は、ブラシレス発電システムの発電機出力電圧の変化に基づいて電圧調整指令信号を発信する変調発信部と、前記ブラシレス発電システムの発電機界磁に接続されて前記発電機界磁とともに回転する発電機界磁回路と、前記電圧調整指令信号の受信によって前記発電機界磁回路の入力端子に接続される前記変調発信部の伝達端子と、前記入力端子から入力される前記電圧調整指令信号に基づいて点弧信号を変調する点弧信号変調部と、前記点弧信号変調部がゲート端子に接続された整流素子群が設けられた多相の整流回路と、を備えるものである。

本実施形態にかかるブラシレス励磁方法は、ブラシレス発電システムの発電機界磁に接続された発電機界磁回路が前記発電機界磁とともに回転させるステップと、前記ブラシレス発電システムの発電機出力電圧および副励磁界磁電圧の少なくとも一方の変化に基づいて電圧調整指令信号を発信するステップと、前記電圧調整指令信号に基づいて点弧信号を変調するステップと、前記点弧信号を整流素子群の各ゲート端子に入力するステップと、を含むものである。

本実施形態にかかるブラシレス励磁プログラムは、コンピュータに、ブラシレス発電システムの発電機界磁に接続された発電機界磁回路が前記発電機界磁とともに回転させるステップ、前記ブラシレス発電システムの発電機出力電圧および副励磁界磁電圧の少なくとも一方の変化に基づいて電圧調整指令信号を発信するステップ、前記電圧調整指令信号に基づいて点弧信号を変調するステップ、前記点弧信号を整流素子群の各ゲート端子に入力するステップ、を実行させるものである。

本発明により、発電機出力の調整時の即応性を向上させたブラシレス励磁装置、ブラシレス発電システム、ブラシレス励磁方法およびブラシレス励磁プログラムが提供される。

第１実施形態にかかるブラシレス励磁装置を含む発電システムの概略構成図。 第１実施形態にかかるブラシレス励磁装置を含む発電システムの概略回路図。 点弧信号変調部の一例を示す論理回路図。 切換部において入力、出力または発信される各種信号のタイミングチャート。 第２実施形態にかかるブラシレス励磁装置の概略回路図。 第３実施形態にかかるブラシレス励磁装置の概略回路図。 第３実施形態にかかるブラシレス励磁装置の切換部およびその周辺部材のブロック図。 切換部において入力、出力または発信される各種信号のタイミングチャート。 第１実施形態にかかるブラシレス励磁装置の動作を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる発電システム１０の概略構成図である。
発電システム１０は、主にブラシレス励磁装置３０（以下、単に「励磁装置３０」という）及び発電機１２で構成される。
回転界磁形の発電システム１０では、図１に示されるように、回転軸１３に発電機界磁１１、交流励磁機電機子１４および永久磁石界磁１９（ＰＭＧ界磁１９）が設けられる。

交流励磁機電機子１４と発電機界磁１１とが電気的に接続されて発電機界磁回路１６を形成する。
ＰＭＧ界磁１９の回転によって、ＰＭＧ電機子２２に生成された交流電流は、整流器２４で直流電流にされて交流励磁機界磁１８において静磁場を生成する。
この静磁場中を交流励磁機電機子１４が回転することで、発電機界磁回路１６に交流電流が生成され、発電機界磁１１が励磁される。

発電機界磁１１が回転することで、発電機電機子２７に発生した誘導起電力が、発電システム１０の発電機出力電圧になる。
発電機電機子２７に接続された電力出力系統２８には、自動電圧調整器２９（ＡＶＲ２９）が接続される。

ＡＶＲ２９は、発電機電機子２７の出力電圧（以下、「発電機出力電圧」という）に合わせて、ＰＭＧ１７ａの交流励磁界磁について励磁の強度を調整する。
ＡＶＲ２９によって、発電機出力電圧は設定された定格出力値に安定される。

図２は、第１実施形態にかかる励磁装置３０を含む発電システム１０の概略回路図である。
ＡＶＲ２９において、一般に、発電機電圧検出・比較部３１が発電システム１０の発電機出力電圧を監視する。

発電機電圧検出・比較部３１は、変圧部３２で監視可能な大きさに調整された発電機出力電圧Ｖ_ａおよび交流励磁界磁電圧（副励磁界磁電圧）Ｖ_ｂの少なくとも一方と、既定の発電機出力電圧の定格出力値と、の大小関係を監視する。
以下、発電機電圧検出・比較部３１では、発電機出力電圧が監視される一例を用いて説明する。
発電機電圧検出・比較部３１は、発電機出力電圧が設定された定格出力値よりも大きい場合、ＰＭＧ点弧信号発信部３４が整流器２４に発信しているＰＭＧ点弧信号を変調する。
そして、このＰＭＧ点弧信号の変調によって、交流励磁機界磁１８を流れる直流電流を減少させる。

反対に、発電機出力電圧Ｖ_ａが設定値よりも小さい場合、発電機電圧検出・比較部３１は、ＰＭＧ点弧信号を変調して、交流励磁機１７の交流励磁機界磁１８を流れる直流電流を増加させる。
交流励磁機界磁１８の磁場強度を強めることで、発電機界磁回路１６に流れる誘導電流の流量を増加させる。

しかしながら、上述したように、ＡＶＲ２９が交流励磁機１７の出力を調整する場合、発電機出力電圧Ｖ_ａの変化をＡＶＲ２９が検出してから発電機界磁１１の磁場強度を変化させるまで長時間がかかる。

そこで、第１実施形態にかかる励磁装置３０は、図１または図２に示されるように、さらに、発電機電圧検出・比較部３１の検出する発電機出力電圧Ｖ_ａの変化に基づいて電圧調整指令信号Ωを発信する変調発信部４１と、電圧調整指令信号Ωの受信によって駆動して変調発信部４１の伝達端子４２を発電機界磁回路１６の入力端子４３に接続する駆動部４４と、入力端子４３から入力される電圧調整指令信号Ωに基づいて点弧信号Ｓを変調する点弧信号変調部４７と、点弧信号変調部４７がゲート（Ｇ）に接続された整流素子群が設けられた多相の整流回路２６と、を備える。

変調発信部４１は、発電機電圧検出・比較部３１が検出した発電機出力電圧Ｖ_ａの変化に基づいて、電圧調整指令信号Ωを発信する。
電圧調整指令信号Ωには、負のフォーシングになるように変調された変調点弧信号Ｓ₂がのせられる。

電圧調整指令信号Ωの発信のタイミングは、例えば、発電機出力電圧Ｖ_ａが急落した後に定格出力値を超えて過剰になったときである。
電圧調整指令信号Ωにのせられた変調点弧信号Ｓ₂は、過剰になった発電機出力電圧Ｖ_ａを下げる信号であるからである。

なお、電圧調整指令信号Ωの発信のタイミングは、発電機出力電圧Ｖ_ａが急落した時点であってもよい。
この場合には、電圧調整指令信号Ωには、はじめに正のフォーシングになるように変調された点弧信号がのせられる。
そして、発電機出力電圧Ｖ_ａが定格出力値に回復した後は、負のフォーシングになるように変調された点弧信号がのせられる。

電圧調整指令信号Ωが入力されるより詳細なタイミングは、発電機界磁回路１６の例えば交流励磁機電機子１４の出力する電圧波形の周期によって決定される。
電圧波形は、交流励磁機電機子１４に設置した電圧検出リング（図示せず）から変調発信部４１に接続された計測部４９で計測される。

駆動部４４は、電圧調整指令信号Ωの受信によって駆動して、変調発信部４１の伝達端子４２を発電機界磁回路１６の入力端子４３に接続する。
入力端子４３には電流スリップリングなどを用い、伝達端子４２の摺動電気接点には、例えばファイバー状のブラシを用いる。

入力端子４３は発電機界磁回路１６に設けられるので、静止系にある変調発信部４１の伝達端子４２を常時接続すると伝達端子４２は摩耗する。
ここで、静止系とは、発電機界磁１１、発電機界磁回路１６、交流励磁機電機子１４およびＰＭＧ界磁１９など、回転軸１３とともに回転する部材以外の部材を指す。
例えば、発電機電機子２７、交流励磁機界磁１８、ＰＭＧ電機子２２およびＡＶＲ２９は静止系にある。 そこで、界磁電圧の迅速な応答が必要なとき、すなわち駆動部４４が電圧調整指令信号Ωを受信したときのみ伝達端子４２を発電機界磁回路１６の入力端子４３に接続して導通させる。
伝達端子４２を直接接続して入力することで、電圧調整指令信号Ωを欠落することなく伝達することができる。

点弧信号変調部４７は、入力端子４３から入力される電圧調整指令信号Ωに基づいて点弧信号Ｓを変調する。

ここで、図３は、点弧信号変調部４７の一例を示す論理回路図である。
点弧信号変調部４７は、例えば図３に示されるように、定常点弧信号Ｓ₁を常時発信する定常パルス発信部５１（図中、定常点弧信号発信部５１）と、入力端子４３から入力される電圧調整指令信号Ωにのせられた臨時パルス発信部５２（図中、臨時点弧信号発信部５２）と、電圧調整指令信号Ωの受信時に定常点弧信号Ｓ₃を変調点弧信号Ｓ₄に切り替える切換部５３と、を備える。

定常パルス発信部５１には、定常スイッチ５４ａが設けられた平常時出力系統５６ａが接続されている。
臨時パルス発信部５２には、臨時スイッチ５４ｂが設けられた臨時出力系統５６ｂが接続されている。
また、定常パルス発信部５１および臨時パルス発信部５２には、切換部５３が接続される。

そして、切換部５３は、定常スイッチ５４ａおよび臨時スイッチ５４ｂに接続される。
切換部５３は、例えば、定常パルス発信部５１に接続された定常ステップ信号発信部５７ａと、臨時ステップ信号発信部５７ｂと、を備える。

そして、定常ステップ信号発信部５７ａおよび臨時ステップ信号発信部５７ｂは、ＮＡＮＤ回路５８に接続される。
このＮＡＮＤ回路５８の出力端子は分岐されて、一方は定常スイッチ側ＡＮＤ回路６１ａへ、他方は反転回路６２を介して臨時スイッチ側ＡＮＤ回路６１ｂへ接続される。
そして、定常スイッチ側ＡＮＤ回路６１ａは定常スイッチ５４ａに、臨時スイッチ側ＡＮＤ回路６１ｂは臨時スイッチ５４ｂに接続される。

ここで、図４は、切換部５３で入力、出力または発信される各種信号のタイミングチャートである。

各種信号は、定常点弧信号Ｓ₁、定常ステップ信号Ｍ₁、定常スイッチ側ＡＮＤ回路６１ａから出力されるステップ信号（すなわち、臨時スイッチ５４ｂのＯＮ／ＯＦＦ）、ゲート（Ｇ）に出力される定常点弧信号Ｓ₃、変調点弧信号Ｓ₂、変調ステップ信号Ｍ₂、臨時スイッチ側ＡＮＤ回路６１ｂから出力されるステップ信号（すなわち、臨時スイッチ５４ｂのＯＮ／ＯＦＦ）およびゲート（Ｇ）に出力される変調点弧信号Ｓ₄のタイミングチャートである。

定常パルス発信部５１から常時発信される定常点弧信号Ｓ₁のパルスは、定常ステップ信号発信部５７ａに入力されて、常時ＯＮの定常ステップ信号Ｍ₁を発信する。
臨時パルス発信部５２が入力端子４３から受信する電圧調整指令信号Ωに基づいて、変調点弧信号Ｓ₂を臨時ステップ信号発信部５７ｂに発信することで、臨時ステップ信号発信部５７ｂが変調ステップ信号Ｍ₂を発信する。

定常ステップ信号Ｍ₁のみが発信されている平常時には、定常スイッチ側ＡＮＤ回路６１ａからステップ信号が出力されて、定常スイッチ５４ａがＯＮになる。
定常スイッチ５４ａがＯＮであるときには、平常時出力系統５６ａに定常点弧信号Ｓ₃が出力される。

一方、変調ステップ信号Ｍ₂が発信されると、臨時スイッチ側ＡＮＤ回路６１ｂからステップ信号が出力されて、臨時スイッチ５４ｂがＯＮになる。
臨時スイッチ５４ｂがＯＮであるときには、臨時出力系統５６ｂに変調点弧信号Ｓ₄が出力される。
このとき、臨時スイッチ側ＡＮＤ回路６１ｂからのステップ信号は停止し、定常スイッチ５４ａがＯＦＦになる。

つまり、このような切換部５３によって、変調点弧信号Ｓ₄は、定常点弧信号Ｓ₃と混在することなく発信される。
すなわち、点弧信号Ｓ（Ｓ_３，Ｓ₄）の混在による点弧失敗、および最初に入力される点弧信号Ｓが不十分であった際の点弧失敗の両方を防止することができる。
この切換部５３は図３に示したようなアナログ方式のものでも、デジタル方式のものでもよい。

整流回路２６は、例えば直列に接続された２つの整流素子６３が並列に複数設けられる。
この整流素子６３にサイリスタ整流素子６３などの位相制御可能な素子および位相遅延コイル６５を用いることで、整流回路２６は多相電圧による整流をする。

点弧信号変調部４７をこのサイリスタ整流素子６３のゲート（Ｇ）に接続することによって、点弧信号Ｓのタイミングを調整することで、アノード（Ａ）−カソード（Ｋ）間の導通のタイミングを調整する。
多相の整流回路２６では、整流回路２６を流れる電流値の位相を整流素子６３にかかる電圧値の位相よりも遅らせることができる。
よって、電流値は負の値をとらないものの、整流素子６３にかかる電圧値を負にすることで、電流値を迅速に低下させることができる。

なお、ゲート（Ｇ）からの点弧信号Ｓの入力がない限りサイリスタ整流素子６３には電流が流れない。
よって、通常運転時には、例えば最大電流を出力できるような信号Ｓ₃を常時入力することで、ダイオードによる整流と同様の整流をする。

次に、第１実施形態にかかる励磁装置３０の動作を図９のフローチャートを用いて説明する（適宜図１および図２を参照）。

発電がなされている間、発電機電圧検出・比較部３１が発電機出力電圧Ｖ_ａを検出して設定された定格出力値と比較しながら監視をする（Ｓ１１）。
また、点弧信号変調部４７は、定常点弧信号Ｓ₃を発信する（Ｓ１２）。
発電機出力電圧Ｖ_ａが急落しない限り、発電機電圧検出・比較部３１による発電機出力電圧Ｖ_ａの監視、および点弧信号変調部４７による定常点弧信号Ｓ₃の発信は継続する（Ｓ１３：ＮＯ：Ｓ１１へ）。

発電機出力電圧Ｖ_ａが急落した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＰＭＧ点弧信号発信部３４がＰＭＧ１７ａへ変調パルスを発信することで、正のフォーシングをする（Ｓ１４）。
上述したように、このＰＭＧ１７ａによるフォーシングは、誘導起電力などを用いて伝達するため伝達速度が遅いが、正のフォーシングも負のフォーシングも可能である。
正のフォーシングをかける際の界磁電圧の目標値を、通常の平常値よりも高くすることで、発電機出力電圧Ｖ_ａの定格出力値に回復するまでの時間を短くすることができる。

しかし、界磁電圧の目標値を高くすると、ＰＭＧ１７ａによる正のフォーシングを継続することで、発電機出力電圧Ｖ_ａが過電圧になる（Ｓ１５）。
発電機出力電圧Ｖ_ａが過電圧になる際、変調発信部４１が電圧調整指令信号Ωを発信する（Ｓ１６）。
なお、上述したように、変調発信部４１による電圧調整指令信号Ωの発信のタイミングは、発電機出力電圧Ｖ_ａが過電圧になる前段の急落した時点でもよい。

電圧調整指令信号Ωを受信した駆動部４４は、伝達端子４２を駆動して入力端子４３に接続する（Ｓ１７）。
そして、電圧調整指令信号Ωに含まれる変調点弧信号Ｓ₂が点弧信号変調部４７に入力される（Ｓ１８）。

変調点弧信号Ｓ₂が入力されると、点弧信号変調部４７の切換部５３によって発信されていた定常点弧信号Ｓ₃は変調点弧信号Ｓ₄に切り換えられる（Ｓ１９）。
変調点弧信号Ｓ₄よっては、サイリスタ整流素子６３にかかる電圧は、負の電圧値もとることができる。
よって、電圧値を負にすることができるので、この電圧よりも位相が遅れて発生する電流を即時に低減させることができる。
つまり、ＰＭＧ１７ａを介した負のフォーシングと比較して、より迅速に発電機界磁１１を流れる界磁電流を低下させることが可能な負のフォーシングをかけることができる（Ｓ２０）。

このサイリスタ整流素子６３による負のフォーシングによって、過電圧になっていた発電機出力電圧Ｖ_ａが定格出力値に回復して動作が終了する（Ｓ２１）。

以上のように、第１実施形態にかかる励磁装置３０によれば、整流回路２６による負のフォーシングを実現させることで、ブラシレス励磁方式であっても発電機出力の調整時の即応性を向上させることができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態にかかる励磁装置３０の概略回路図である。

第２実施形態にかかる励磁装置３０は、図５に示されるように、伝達端子４２は、発電機界磁回路１６に非定格的に接続される界磁諸量検出部６７に設けられる。
伝達端子４２は、例えば、界磁諸量検出部６７の検出端子６６が設けられた検出駆動部４５に並置される。
界磁諸量検出部６７は、例えば、発電機界磁回路１６の絶縁箇所が劣化して発生したアーク地絡などを検出して保護する地絡保護継電器６７ａ（６７）である。

地絡保護継電器６７ａは、多くのサイリスタ励磁装置の発電機界磁回路１６に備えられている。
一方、ブラシレス励磁装置３０では、発電機界磁回路１６が回転系に設けられているので、地絡保護継電器６７ａが備えられていることが多い。

ブラシレス励磁装置３０において地絡保護継電器６７ａを設ける場合には、通常、一定の周期で、非定格的に発電機界磁回路１６に接続されるものが採用されている。
そして、この周期で検出駆動部４５を駆動して検出端子６６を発電機界磁回路１６に接続して、発電機界磁回路１６の界磁電圧などの界磁諸量を検出して監視している。
地絡保護継電器６７ａは、発電機界磁回路１６が地絡した場合を除き、正常時に発電機界磁回路１６に接続されていても発電機界磁１１の界磁電圧に影響しない。

そこで、第２実施形態では、伝達端子４２を発電機界磁回路１６の検出駆動部４５に設ける。
伝達端子４２を動作が類似する地絡保護継電器６７ａの検出駆動部４５に設けることで、励磁装置３０の構成を簡素なものに維持することができる。
なお、界磁諸量検出部６７の従来の内部回路および検出端子６６などは、変調発信部４１の伝達端子４２などと短絡しないように絶縁される。

このように第２実施形態によれば、動作が類似する他の接続経路を利用することで、励磁装置３０の構成を簡素なものにすることができる。

なお、界磁諸量検出部６７を利用して電圧調整指令信号Ωを入力端子４３に伝達すること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第２実施形態にかかる励磁装置３０によれば、第１実施形態の効果に加え、類似の接続動作をする界磁諸量検出部６７と接続経路を共有させることができるので、励磁装置３０の構成を簡素なものにすることができる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態にかかる励磁装置３０の概略回路図である。
図７は、第３実施形態にかかる励磁装置３０の切換部５３およびその周辺部材のブロック図である。

第３実施形態にかかる励磁装置３０は、図６に示されるように、第２実施形態において、検出駆動部４５以外の検出端子６６などの接続経路をも共有する。
そして、入力端子４３に入力される信号群から電圧調整指令信号Ωの交流信号を抽出して点弧信号変調部４７に入力する抽出部６８を備える。

界磁諸量検出部６７の一例である地絡保護継電器６７ａには、通常、直流信号が用いられる。
そこで、電圧調整指令信号Ωを交流信号にして、直流電流との分離を可能にすることで、地絡保護継電器６７ａとの接続経路を共有させる。
交流信号である電圧調整指令信号Ωは、入力端子４３に接続された抽出部６８において抽出される。

ここで、図８は、切換部５３で入力、出力または発信される各種信号のタイミングチャートである。
抽出された電圧調整指令信号Ωは、変換部６９でステップ信号の交流変換ステップ信号に変換されて点弧信号変調部４７に入力される。
点弧信号変調部４７は、入力から所定の時間経過後に変調点弧信号Ｓ₂を発信する。
変調点弧信号Ｓ₂が発信されると、第２実施形態と同様に、定常スイッチ５４ａがＯＦＦになって、臨時スイッチ５４ｂがＯＮになって点弧信号Ｓが切り換わる。

なお、界磁諸量検出部６７と接続経路を共有すること以外は、第３実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第３実施形態にかかる励磁装置３０によれば、第２実施形態の効果に加え、より簡素な構成にすることができる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の励磁装置３０によれば、整流回路２６による負のフォーシングを実現させることで、ブラシレス励磁方式であっても発電機出力の調整時の即応性を向上させることが可能となる。

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…発電システム（ブラシレス発電システム）、１１…発電機界磁、１３…回転軸、１４…交流励磁機電機子、１６…発電機界磁回路、１７（１７ａ）…交流励磁機（永久磁石発電機：ＰＭＧ）、１８…交流励磁機界磁、１９…永久磁石界磁（ＰＭＧ界磁）、２２…ＰＭＧ電機子、２４…整流器、２６…整流回路、２７…発電機電機子、２８…電力出力系統、２９…自動電圧調整器（ＡＶＲ）、３０…励磁装置（ブラシレス励磁装置）、３１…発電機電圧検出・比較部、３２…変圧部、３４…ＰＭＧ点弧信号発信部（ＰＭＧ発信部）、４１…変調発信部、４２…伝達端子、４３…入力端子、４４…駆動部、４５…検出駆動部、４７…点弧信号変調部、４９…計測部、５１…定常パルス発信部（定常点弧信号発信部）、５２…臨時パルス発信部（臨時点弧信号発信部）、５３…切換部、５４ａ…定常スイッチ、５４ｂ…臨時スイッチ、５６ａ…平常時出力系統、５６ｂ…臨時出力系統、５７ａ…定常ステップ信号発信部、５７ｂ…臨時ステップ信号発信部、５８…ＮＡＮＤ回路、６１ａ…定常スイッチ側ＡＮＤ回路、６１ｂ…臨時スイッチ側ＡＮＤ回路、６２…反転回路、６３…サイリスタ整流素子（位相制御可能な整流素子）、６５…位相遅延コイル、６６…検出端子、６７（６７ａ）…界磁諸量検出部（地絡保護継電器）、６８…抽出部、６９…変換部、Ｍ₁…定常ステップ信号、Ｍ₂…変調ステップ信号、Ｓ…点弧信号、Ｓ（Ｓ₁〜Ｓ₄）…点弧信号（定常点弧信号，変調点弧信号）、Ω…電圧調整指令信号、Ｖ_ａ…発電機出力電圧、Ｖ_ｂ…交流励磁界磁電圧（副励磁界磁電圧）。

Claims (9)

1. ブラシレス発電システムの発電機出力電圧の変化に基づいて電圧調整指令信号を発信する変調発信部と、
   前記ブラシレス発電システムの発電機界磁に接続されて前記発電機界磁とともに回転する発電機界磁回路と、
   前記電圧調整指令信号の受信によって前記発電機界磁回路の入力端子に接続される前記変調発信部の伝達端子と、
   前記入力端子から入力される前記電圧調整指令信号に基づいて点弧信号を変調する点弧信号変調部と、
   前記点弧信号変調部がゲート端子に接続された整流素子群が設けられた多相の整流回路と、を備えるブラシレス励磁装置。
2. 前記点弧信号変調部は、
   定常点弧信号を常時発信する定常パルス発信部と、
   前記電圧調整指令信号の受信時に発信されている前記定常点弧信号を前記変調発信部から発信される変調点弧信号に切り替える切換部と、を備える請求項１に記載のブラシレス励磁装置。
3. 前記発電機界磁回路に発生する電圧を計測する計測部を備え、
   前記変調発信部は、前記電圧に基づいて前記電圧調整指令信号を発信する請求項１または請求項２に記載のブラシレス励磁装置。
4. 前記伝達端子は、前記発電機界磁回路に非定格的に接続されて前記発電機界磁回路の界磁諸量を検出する界磁諸量検出部に設けられる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のブラシレス励磁装置。
5. 前記界磁諸量検出部は、地絡保護継電器である請求項４に記載のブラシレス励磁装置。
6. 前記電圧調整指令信号は交流信号であり、
   前記入力端子に入力される信号群から前記電圧調整指令信号を抽出して前記点弧信号変調部に入力する抽出部を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のブラシレス励磁装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のブラシレス励磁装置を備えるブラシレス発電システム。
8. ブラシレス発電システムの発電機界磁に接続された発電機界磁回路が前記発電機界磁とともに回転させるステップと、
   前記ブラシレス発電システムの発電機出力電圧および副励磁界磁電圧の少なくとも一方の変化に基づいて電圧調整指令信号を発信するステップと、
   前記電圧調整指令信号に基づいて点弧信号を変調するステップと、
   前記点弧信号を整流素子群の各ゲート端子に入力するステップと、を含むことを特徴とするブラシレス励磁方法。
9. コンピュータに、
   ブラシレス発電システムの発電機界磁に接続された発電機界磁回路が前記発電機界磁とともに回転させるステップ、
   前記ブラシレス発電システムの発電機出力電圧および副励磁界磁電圧の少なくとも一方の変化に基づいて電圧調整指令信号を発信するステップ、
   前記電圧調整指令信号に基づいて点弧信号を変調するステップ、
   前記点弧信号を整流素子群の各ゲート端子に入力するステップ、を実行させることを特徴とするブラシレス励磁プログラム。

Images