JP2612369B2 - 動力源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ポンプ、ブロワーなどのターボ機器からな
る負荷を蒸気タービン、スクリューエクスパンダ、水
車、風車などの原動機で駆動する動力源装置に係り、特
に火力発電所、電子力発電所などの汽力発電プラントに
おける補機運転用に好適な動力源装置に関する。

〔従来の技術〕

汽力発電プラントにおける給水ポンプなどの補機運転
用には、蒸気タービンなどの原動機が使用されている
が、このような補機の運転には高い信頼性が要求され
る。

そこで、このような原動機による動力源装置のとして
は、従来から第４図に示す装置が知られている。

この第４図において、10は蒸気タービンなどの原動
機、20は電動機、30は給水ポンプなどの負荷、40は電力
系統、そして50、60はクラッチであり、通常はクラッチ
50を繋ぎ、原動機10で負荷20を駆動して給水ポンプなど
の補機を運転している。そして、このときは、クラッチ
60は解放しておき、電動機20は電力系統40から切り離し
て停止させておく。

しかして、何らかの理由により、原動機10に対する駆
動エネルギー、つまり蒸気の供給状態が不安定になった
り、或いはその圧力や供給量が低下したりして、給水ポ
ンプなどの負荷30を安定して運転できなくなったときに
は、今度はクラッチ50は解放してクラッチ60を繋ぎ、電
動機20を電力系統40に接続することにより、負荷30を電
動機20で駆動し、これにより安定した運転が継続できる
ようにするのである。

なお、この種の装置として、関連するものには、例え
ば、特公昭23−1276号、実公昭24−3312号の各公報に開
示のものを挙げることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、原動機に供給される蒸気などの駆動
エネルギーの有効利用について配慮がされておらず、省
エネルギー化の点で問題があった。

つまり、従来技術では、原動機に対する蒸気などの駆
動エネルギーの供給状態が不安定になるなど、負荷の安
定駆動保持の点で問題を生じたときには、この蒸気など
の駆動エネルギーへの依存を停止して電動機による運転
に切り換えてしまうため、折角、供給されている駆動エ
ネルギーが無駄になってしまうからである。

また、上記従来技術では、上記した原動機と電動機の
切り換えに際して、クラッチや電動機の制御を要する点
について配慮がされておらず、制御装置が複雑になり、
且つ、切り換えに時間を要するため、負荷の運転に一時
的ではあるが乱れが現われてしまうという問題があっ
た。

本発明の目的は、原動機に対する蒸気などの駆動エネ
ルギーの供給状態が変化しても、この原動機による安定
した負荷の駆動が可能で、しかも、この駆動エネルギー
の供給状態の変化に際しても、なんらの制御をも要せ
ず、常に所定の回転速度範囲を維持した運転が自動的に
得られるようにした動力源装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、原動機の出力軸に対して相
互にトルク伝達関係に結合された回転軸を有する誘導形
回転電機を設け、この誘導形回転電機を常時電源に接続
したままで原動機を運転するようにしたものである。

〔作用〕

誘導電動機で代表される誘導形回転電機は、その回転
速度が同期速度から変化することにより運転モードが変
り、同期速度未満の回転速度では電動機として働き、ト
ルクを発生し、同期速度を越えると発電機として働き、
トルクを吸収する。そして、同期速度では、空回り状態
になる。

そこで、誘導形回転電機の同期速度を原動機の回転速
度に一致させておけば、原動機に供給されている駆動エ
ネルギーの供給状態の変化により、この原動機の回転速
度が低下しようとすると、誘導形回転電機が電動機とし
てトルクを発生し、これにより回転速度の低下を補償す
るように働き、反対に回転速度が増加しようとすると、
今度は誘導形回転電機が発電機としてトルクを吸収し、
これにより回転速度の増加を抑えるように働くので、結
果として回転速度の変化は抑えられ、供給量が変化して
いる駆動エネルギーのもとで、この駆動エネルギーを有
効に利用しながら充分に安定した運転が自動的に得られ
ることになる。

〔実施例〕

以下、本発明による動力源装置について、図示の実施
例により詳細に説明する。

第１図は本発明を火力発電所の補機運転用の動力源装
置として適用した場合の一実施例で、図において、１は
蒸気タービンで原動機となるもの、２はかご形誘導電動
機、３は給水ポンプで負荷となるもの、４は３相交流の
電力系統である。

これらの蒸気タービン１、誘導電動機２、それに給水
ポンプ３は、共通の基台Ｂに据え付けられ、それらの回
転軸は全部、相互に結合されて同一の回転軸を構成する
ようになっている。従って、この図から明らかなよう
に、この実施例では、誘導電動機２は両軸型となってい
る。

また、このとき、誘導電動機２は、その同期回転速度
が蒸気タービン１及び給水ポンプ３の定格回転速度と一
致するように選択してあり、且つ、その滑り周波数に対
するトルク特性が、出来るだけ急峻に立ち上がっている
ものを選択するのが望ましく、このため、２次抵抗を充
分に小さく抑えたかご形誘導電動機などが適当である。

次に、この実施例の動作について説明する。

まず、起動については、通常の場合、蒸気タービン１
により行う。すなわち、図示してない蒸気弁を操作して
蒸気タービン１に蒸気が供給されるようにするのであ
る。

こうして蒸気タービン１が起動し、その回転速度が定
格運転速度の近傍に達したら、そこで誘導電動機２を電
力系統４に接続し、以後、運転を停止するまで、この誘
導電動機２は電力系統４に接続したままで運転を継続
し、給水ポンプ３による所定の給水動作に入るのであ
る。

周知のように、蒸気タービンは、単に蒸気の供給を開
始するだけで、簡単に、しかも容易に起動を行うことが
出来、しかも、この起動に必要な処理も、図示していな
い蒸気弁の操作だけで済み、他方、誘導電動機２も、そ
の回転速度が同期速度の近傍で空回し状態にあるときに
電力系統４に接続されるので、起動トルクは殆ど要求さ
れないから、僅かな突入電流を伴うだけで容易に接続出
来、起動処理を完了させることが出来る。

従って、この実施例では、系統に殆ど何の擾乱も与え
ることなく、しかも給水ポンプ３による負荷が掛った状
態のままで容易に起動させることができる。

ところで、このような火力発電所の補機運転用の動力
源装置では、そこで使用される蒸気は、主発電機運転用
のボイラから供給されるのが通例であるから、運転中、
蒸気タービン１に供給されている蒸気の状態は、主発電
機の運転状態に依存してかなり一方的に変化する。つま
り、この蒸気タービン１は、その出力が駆動エネルギー
（蒸気）の供給量に依存して従属運転される原動機とな
っていることになる。

そこで、いま、何らかの理由、例えば主発電機の発電
電力の増加などの理由により、蒸気タービン１に供給さ
れている蒸気の圧力が低下したとする。

そうすると、これに応じて蒸気タービン１の回転速度
は定格回転速度から低下する。

しかして、このように回転速度が低下すると、誘導電
動機２の回転速度が、その同期回転速度から低下するの
で、滑りが、それまでのゼロの状態から＋方向に増加し
た運転状態となり、この結果、誘導電動機２は、それま
での空回りの運転モードから、電力系統４から電力を取
り込んで、この滑りの増加量にほぼ比例したトルクを発
生する電動運転モードに自動的に変り、これにより蒸気
タービン１にトルクを加算し、回転速度の低下を補償す
るように働く。

このように、蒸気圧の低下にも係らず、給水ポンプ３
の回転速度の低下は充分に抑えられ、自動的にほぼ定格
回転速度に保たれる。

次に、蒸気タービン１に供給されている蒸気の圧力が
上昇したとする。

そうすると、これに応じて蒸気タービン１の回転速度
は、今度は定格回転速度から増加する。

しかしながら、このように回転速度が低下すると、誘
導電動機２の回転速度が、その同期回転速度から上昇す
るので、滑りが、それまでのゼロの状態から−方向に増
加した運転状態となり、この結果、誘導電動機２は、そ
れまでの空回り運転モードから、この滑りの増加量にほ
ぼ比例したトルクを吸収する発電運転モードに自動的に
変り、これにより回転速度の上昇を抑えるように働く。
なお、このときの発電運転モードは、電力系統４に電力
を回生することによる電力回生制動モードとなる。

そこで、このときにも、蒸気圧の上昇にも係らず、給
水ポンプ３の回転速度は、自動的にほぼ定格回転速度に
保たれる。

そして、このとき自動的に安定化して得られる回転速
度が、どれだけ定格回転速度に近いものとなるかは、誘
導電動機２の滑り周波数に対するトルク特性が、どれだ
け急峻に立ち上がっているかで決まるが、２次抵抗を充
分に小さく抑えたカゴ形誘導電動機を用いれば、この状
態は容易に満たすことができる。

従って、この実施例によれば、蒸気タービン１に供給
されている蒸気の圧力や供給量の変化にも係らず、給水
ポンプ３を常に安定して駆動することが出来、しかも、
この安定した駆動状態の保持が、なんらの制御動作を要
せず、全く自動的に得ることができる。

そして、また、この結果、この実施例によれば、安定
した供給状態が望めない蒸気であっても、それを使用し
て、安定した運転が強く要求される給水ポンプなどの負
荷の運転が可能になるので、廃熱や余熱による蒸気など
の駆動エネルギーでも充分に有効利用を図ることができ
る。

次に、第２図は、本発明の他の一実施例で、図におい
て、５は速度検出器、６は制御装置、そして７は減電圧
起動装置であり、その他は第１図の実施例と同じであ
る。

上記第１図の実施例で説明したように、本発明による
装置では、その起動に際して、蒸気タービン１などの原
動機側から起動するようにしてやれば、誘導電動機２を
電力系統４に接続する際での、系統への擾乱を最小限に
抑えるという点で有利であるが、このためには、上記し
たように、蒸気タービン１に対する蒸気の供給を開始し
た後、その回転速度が定格値の近傍に達していることが
条件になる。

そこで、この第２図の実施例では、速度検出器５を設
け、これにより蒸気タービン１の回転速度を検出して制
御装置６に入力し、回転速度が定格回転速度近傍に達し
たとき、この制御装置６により減電圧起動装置７のスイ
ッチａを閉じ、これにより誘導電動機２を、減電圧起動
装置７の起動用リアクトルＬを介して電力系統４に接続
するように動作させるのである。そして、この後、所定
の遅れ時間をもってスイッチｂを閉じ、リアクトルＬを
短絡し、起動処理を完了するのである。

従って、この実施例によれば、起動処理を確実に遂行
させることができると共に、誘導電動機２の突入電流を
極めて僅かな値に抑えることができる。

ところで、火力発電所の給水ポンプなどの補機では、
最初、まだ蒸気が得られないときにも運転が要求される
場合があり、このような場合には、起動を誘導電動機２
側から行えるようにする必要があるが、この第２図の実
施例は、このような場合にも有効である。

すなわち、このような、起動を誘導電動機２側から行
う場合には、制御装置６は、まず、減電圧起動装置７の
スイッチａを閉じ、これによりリアクトルＬを介して誘
導電動機２を電力系統４に接続する。そうすると、これ
により誘導電動機２は開始を始めるが、このときの回転
速度を速度検出器５から取り込み、それが所定回転速度
になった時点でスイッチｂを閉じてリアクトルＬを短絡
し、全電圧を誘導電動機２に与えて起動処理を終えるの
である。

次に、第３図は、本発明のさらに別の一実施例で、図
において、８はインバータなどからなる可変周波数電源
装置、９は制御弁であり、その他は、上記実施例と同じ
である。

この第３図の実施例は、負荷である給水ポンプ３とし
て、可変速運転を必要とする場合に好適な実施例で、制
御装置６は、与えられた回転速度指令（図示していな
い）に応じて制御弁９の開度を調整し、速度検出器５か
ら取り込んだ回転速度が上記回転速度指令に一致するよ
うに制御する。また、これと並行して可変周波数電源装
置８を制御し、誘導電動機２に供給されている電力の周
波数を調整し、これにより誘導電動機２の同期回転速度
が、上記回転速度指令に一致するように制御するのであ
る。

従って、この第３図の実施例によれば、給水ポンプ３
などの負荷を効率良く可変速運転することができ、柔軟
な対応が可能になるという効果がある。

また、この第３図の実施例では、可変周波数電源装置
８を持っているので、第２図の実施例と同様に、誘導電
動機２側からの起動が容易で、この場合には、制御装置
６により可変周波数電源装置８の出力電圧と出力周波数
を、所定の低い値から順次上げて行き、速度検出器５か
ら取り込んだ回転速度が所定値になるように制御するの
である。

なお、本発明の原動機としては、上記実施例における
蒸気タービンに限らず、スクリューエクスパンダなどと
呼ばれるものや、水車、風車などを適用することもで
き、同様に安定化された運転が可能である。

また、上記実施例の説明では言及しなかったが、誘導
電動機２の容量としては、蒸気タービン１の回転速度や
出力の変動分を補うだけでよいので、これらの変動分に
応じて決定すればよい。ただし、この誘導電動機２側か
ら起動させる場合などでは、原動機である蒸気タービン
１とほぼ同じ容量が必要になることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原動機に供給される蒸気などの駆動
エネルギーが不安定で、この原動機の出力や回転速度が
変動してしまうような場合でも、自動的に回転速度の安
定化が得られるので、余剰蒸気などの駆動エネルギーの
有効利用が可能になり、省エネルギー化を充分に図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による動力源装置の一実施例を示す構成
図、第２図は同じく本発明の他の一実施例を示す構成
図、第３図は本発明のさらに別の一実施例を示す構成
図、第４図は動力源装置の従来例を示す構成図である。 １……蒸気タービン（原動機）、２……誘導電動機、３
……給水ポンプ（負荷）、４……電力系統、５……速度
検出器、６……制御装置、７……減電圧起動装置、８…
…可変周波数電源装置、９……制御弁。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転出力が、駆動エネルギー源からの駆動
   エネルギーの供給量に依存して従属運転される原動機を
   動力発生源として負荷を駆動するようにした動力源装置
   において、 上記原動機の定格回転速度に等しい同期回転速度を有
   し、且つ上記原動機の出力軸に対して相互にトルク伝達
   関係に結合された回転軸を有する誘導形回転電機と、 上記原動機運転中、上記誘導形回転電機を上記同期回転
   速度に対応した一定の周波数の交流電源に常時接続状態
   に保つ制御手段とを設け、 上記原動機が発生する回転出力と上記負荷が要求する動
   力との差に応じて上記誘導形回転電機の動作状態に自動
   的に現われる発電機動作モードと電動機動作モードの間
   での変化により、回転速度が上記同期回転速度の近傍に
   自動的に安定化されるように構成したことを特徴とする
   動力源装置。
2. 【請求項２】請求項１の発明において、 上記原動機が、蒸気タービン、スクリューエクスパン
   ダ、水車、風車の何れか１であることを特徴とする動力
   源装置。
3. 【請求項３】請求項１の発明において、 上記誘導形回転電機が、かご形巻線型の回転子を有する
   誘導電動機で構成されていることを特徴とする動力源装
   置。
4. 【請求項４】請求項３の発明において、 上記誘導電動機が、起動制御装置を有することを特徴と
   する動力源装置。
5. 【請求項５】請求項３の発明において、 上記誘導電動機が、周波数変換装置を介して電源に接続
   されていることを特徴とする動力源装置。