JP2763170B2

JP2763170B2 - 巻線形誘導機の制御装置

Info

Publication number: JP2763170B2
Application number: JP2051855A
Authority: JP
Inventors: 千景佐々; 充幸阿部; 寛和金子; 忠洋柳沢; 忍竹田
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH03256588A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、周波数変換器例えばサイクロコンバータを
用い、巻線形誘導機の二次巻線に可変周波数の電力を与
えて、可変速運転する巻線形誘導機の制御装置に係わ
り、特に二次巻線の過電圧を抑制するのに好適な巻線形
誘導機の制御装置に関する。

（従来の技術）風車、水車、ポンプ水車等の可変速原動機と巻線形誘
導機と可変周波数装置とで構成する可変速運転システム
は風力、落差、揚程に応じて原動機の最適速度、出力で
運転することができることから、すでに実用化が計られ
ている（特開昭57-113971号公報）。

第４図はその可変速運転システムの構成図を示すもの
であり、１は巻線形誘導機で、一次巻線端子U,V,Wと、
二次巻線端子u,v,wを有している。２はこのシステムが
接続される電源母線であり、３は誘導機１の二次巻線
に、可変周波数の電力を与える三相のサイクロコンバー
タである。3AU,3AV,3AWはサイクロコンバータ３の主要
回路である正群、負群のサイリスタが逆並列接続された
各相用サイリスタブリッジである。3Bは各相サイリスタ
ブリッジ3AU,3AV,3AWを保護するための非直線素子であ
る。４は電源母線２に一次巻線側が接続され、各相用サ
イリスタブリッジ3AU,3AV,3AWに二次巻線側が接続され
た電源変圧器である。５はサイクロコンバータ３の制御
回路で、一次電圧検出器（電圧変成器）６および回転検
出器７および電流検出器８より得られる信号により、サ
イクロコンバータ３の出力の電圧及び位相を制御するも
のである。９はサイクロコンバータ３に対して並列に接
続され、整流器ブリッジ9Aとインピーダンス9Bと短絡用
スイッチング手段例えばゲートターンオフサイリスタ
（以下GTOと称する）9Cと過電圧検出器9Dからなる過電
圧抑制回路である。

このような可変速運転システムにおいて、サイクロコ
ンバータ３より誘導機１の二次巻線に供給しなければな
らない電圧は、概略、電源母線電圧と誘導機の巻数比と
すべりの積である。すべりの小さい通常運転時は、この
電圧は電源母線電圧に比べ小さい値であり、サイクロコ
ンバータ３の出力電圧は、それに対応した小さな電圧の
ものに設計できる。

ところが、各相用サイリスタブリッジ3AU,3AV,3AW
は、それぞれ正群、負群のサイリスタが逆並列接続され
ているので、電流の極性が切り替わる時一時的にオフす
るが、オフしなければ二次巻線に流れるべき電流の変化
率に比例した電圧が、オフした相の二次巻線に誘起され
る。通常運転時は、二次巻線に流れるべき電流の周波数
ｆ₂は電源母線電圧の周波数とすべりの積であり、すべ
りが小さいので、周波数ｆ₂は小さく、従って誘起され
る電圧も小さい。

しかし、それは通常運転されている場合であり、電源
母線電圧が急変した場合には、二次巻線側からサイクロ
コンバータ３に異常な電圧が印加される場合がある。例
えば、電源母線２が接続されている電力系統で、三相短
絡が発生し、電源母線電圧がほぼ零となった場合、誘導
機１には初期値が概略次の（１）式で示される過渡電流
ｉ_Tが流れる。

ｉ_T＝（Ｖ_A−Ｖ_B）/Z ……（１）但し、Ｖ_Bは事故前の電源母線電圧、Ｖ_Aは事故後の電
源母線電圧、Ｚは誘導機１の過渡インピーダンスであ
る。

この場合、誘導機１の一次巻線に流れる過渡電流ｉ_T1
は直流であるが、二次巻線に流れる過渡電流ｉ_T2は次の
（２）式で示される周波数ｆ₂の電流となり、電源母線
電圧の周波数ｆに近い値となる。

ｆ₂＝（１−Ｓ）ｆ ……（２）但し、Ｓはすべりである。周波数ｆ₂は電源母線電圧
の周波数ｆに近い値であり、通常運転時に二次巻線に流
れる電流の周波数に比べ大きな値となるので、二次巻線
に過電圧が発生する。この過電圧が規定値を越えると、
過電圧検出器9DからGTO9Cをターンオンさせる信号ｆが
出力され、これによりGTO9Cがオンするので、二次巻線
は整流器ブリッジ9Aとインピーダンス9Bを介して短絡さ
れ、これにより二次巻線に過電圧発生するのが抑制され
る。

（発明が解決しようとする課題）以上説明した従来の可変速運転システムにおいては、
サイクロコンバータ３の出力電圧は電源母線電圧Ｖ_Bと
誘導機の巻数比と通常運転時のすべりＳとの積で設計
し、サイクロコンバータ３と並列に過電圧抑制回路９を
設けている。過電圧抑制回路９のインピーダンス9Bは最
大の過渡電流が流れてもインピーダンス9Bの両端電圧が
規定値以下になるように小さな値が選ばれる。従って、
この過電圧抑制回路９が動作すると、サイクロコンバー
タ３は停止してサイクロコンバータ３に過電流が流れる
のを防止できる。また、過電圧抑制回路９が動作し、サ
イクロコンバータ３が停止した状態で可変速運転システ
ムを運転し続けると、過電圧抑制回路９を介して誘導機
１の二次巻線に過電流が流れ、また誘導機１の一次巻線
にも過電流が流れて、電力系統に悪影響を及ぼす。

このため、過電圧抑制回路９が動作すると、発電機系
統の遮断器を開いて運転を停止せざるをえない。発電機
系統の運転を継続するために、発電機系統の遮断器を開
かず、電源母線電圧が回復した後、速やかに過電圧抑制
回路９を復帰させようとしても、事故後の過電流が流れ
続けているので、二次巻線に過電圧が発生し、過電圧抑
制回路９を復帰させられない。

つまり、従来の可変速運転システムは、電源母線電圧
が急変した場合には、二次巻線に過電圧が発生するのを
防ぐために、過電圧抑制回路９を動作させて誘導機１の
運転を停止せざるをえない不具合がある。

本発明は電力系統の事故等で過電圧抑制回路が動作し
ても、電力系統の母線電圧が回復すれば、電力系統に悪
影響を及ぼす時間が短くてすみ、誘導機の運転を継続す
ることが可能となる巻線形誘導機の制御装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は前記目的を達成するため、巻線形誘導機の一
次巻線を電力系統に接続し、二次巻線に可変周波数の電
力を供給する周波数変換器を接続し、前記誘導機を可変
速運転する巻線形誘導機の制御装置において、前記誘導
機の一次巻線に印加される電圧を検出し、この検出電圧
が正常のとき信号を出力する一次電圧検出手段と、前記
誘導機の二次巻線の電圧を検出し、この検出値が規定値
を越えたとき過電圧検出信号を出力する過電圧検出手段
と、前記過電圧信号に基づき前記二次巻線を短絡するス
イッチング手段と、前記スイッチング手段に流れる電流
を検出する電流検出手段と、前記過電圧検出手段から過
電圧検出信号が出力されたとき前記スイッチング手段を
動作させ、過電圧検出信号が出力されないとき前記スイ
ッチング手段を不動作とする第１の制御手段と、前記ス
イッチング手段が動作しているときであって、前記一次
電圧検出手段からの信号が生じたとき、前記電流検出手
段で検出される電流が零となるように前記周波数変換器
の電流を制御する第２の制御手段とを設けたものであ
る。

（作用）本発明によれば、スイッチング手段と過電圧検出手段
からなる過電圧抑制回路が動作しても、一次巻線電圧
（電力系統の母線電圧）が回復すれば、周波数変換器が
生かされ、過電圧抑制回路に流れている電流が零となる
ように周波数変換器が制御され、過電圧抑制回路に流れ
ている電流が規定値以下になれば、過電圧抑制回路が復
帰させられ、その後、周波数変換器が通常の制御に戻さ
れる。

前記過電圧抑制回路が復帰させられたときは、過電圧
抑制回路に流れている電流が小さく、また、周波数変換
器は既に生きているので、誘導機の二次巻線に過電圧が
発生することなく、過電圧抑制回路が復帰させられ、そ
の後、周波数変換器が通常の制御に戻すことにより、一
次巻線の電流も通常の状態に戻る。従って、電力系統に
悪影響を及ぼす時間は短くなり、誘導機の運転を継続す
ることが可能となる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、誘導
機１、電源母線２、周波数変換器例えばサイクロコンバ
ータ３、電源変圧器４、一次電圧検出器（電圧変成器）
６、回転検出器７、電流検出器８の構成は、第４図の従
来例と同一構成であり、第４図とは異なる点は次の点で
ある。

すなわち、本発明の第１の制御手段を構成する制御回
路11と、電流検出器12を、従来システムに追加し、さら
にサイクロコンバータ３を制御する制御回路（本発明の
第２の制御手段を構成する）50および過電圧抑制回路90
の機能を後述するようにした点である。

過電圧抑制回路90は、整流器ブリッジ9Aと、整流器イ
ンピーダンス9Bと、短絡用スイッチング手段例えばGTO9
Cと、過電圧検出器9Dとを備えている点は、第４図と同
じであるが、過電圧検出器9Dの出力として、過電圧抑制
回路90が動作していることを示す信号ａが得られるよう
にし、この信号ａを後述する制御回路11に入力させるよ
うにしてある。

第２図は制御回路11の一例を示すもので、電圧監視部
11Aと、電流ベクトル検出器11B、11Cと、状態監視部11D
と、加算器11E、11Fと、電流監視部11Gとから構成され
ている。

電圧監視部11Aは、電源母線２の電圧が回復するのを
一次電圧検出器６により検出し、電源母線２の電圧が正
常あることを示す信号ｂを出力するものである。

電流ベクトル検出器11Bは、電流検出器８により検出
されたサイクロコンバータ３の出力電流ｉ_2u,i_2v,i_2wに
基づいてｄ軸電流成分Ｉ_2d、ｑ軸電流成分Ｉ_2qを検出す
るものである。また、電流ベクトル検出器11Cは電流検
出器12により検出された三相電流ｉ_3u、ｉ_3v、ｉ_3wに基
づいてｄ軸電流成分Ｉ_3d、ｑ軸電流成分Ｉ_3qを検出する
ものである。

電流監視部11Gは、電流ベクトル検出器11Cからのｄ軸
電流成分Ｉ_3d、ｑ軸電流成分Ｉ_3qを入力し、これに基づ
いて短絡用スイッチング素子9Cをターンオフする信号ｄ
を出力するものである。

状態監視部11Dは、電圧監視部11Aからの信号ｂと、過
電圧検出器9Dからの信号ａと、電流監視部11Gからの反
転信号（信号がオフのときの状態）を入力し、これらの
論理積条件が成立したとき、過電圧抑制回路電流制御中
の状態を示す信号ｃを出力するものである。

加算器11Eは、ｄ軸電流成分Ｉ_2dとＩ_3dを加算して、
過電圧抑制回路電流制御中のｄ軸電流指令値Ｉ_dRYを出
力するものである。

加算器11Fは、ｑ軸電流成分Ｉ_2qとＩ_3qとを加算し
て、過電圧抑制回路電流制御中のｑ軸電流指令値Ｉ_qRY
を出力するものである。

制御回路50は、選択回路5Aと、5Bとを備え、選択回路
5Aは状態監視部11Dからの信号ｃによって、従来のサイ
クロコンバータ３のｄ軸電流指令値Ｉ_dRXと、加算器11E
の出力Ｉ_dRYのいづれかを選び、サイクロコンバータ３
のｄ軸電流指令値Ｉ_dRを出力するものである。また、選
択回路5Bは従来のサイクロコンバータ３のｑ軸電流指令
値Ｉ_qRXと、加算器11Fの出力Ｉ_qRYのいづれかを選び、
サイクロコンバータのｑ軸電流指令値Ｉ_qRを出力するも
のである。

以上のように構成された実施例において、電力系統に
事故が発生すると、事故電流により過電圧抑制回路90が
動作し、巻線形誘導機１の二次巻線に過電圧が発生する
のを防止できる。保護リレーにより事故が除去される
と、電源母線２の電圧が、一次電圧検出器６により検出
され、この検出電圧すなわち電源母線電圧が正常に回復
すると、電圧監視部11Aから信号ｂが出力される。従っ
て、状態監視部11Dには、信号ｂと、過電圧検出器9Dか
らの過電圧抑制回路90が動作していることを示す信号ａ
とが入力され、状態監視部11Dから過電圧抑制回路90の
電流制御中を示す信号ｃが出力される。一方、電流ベク
トル検出器11Bは、サイクロコンバータ３の出力電流ｉ
_2u,i_2v,i_2wからｄ軸電流成分Ｉ_2d、ｑ軸電流成分Ｉ_2qを
検出する。また、電流ベクトル検出器11Bは過電圧抑制
回路90の三相電流ｉ_3u,i_3v,i_3wからｄ軸電流成分Ｉ_3d、
ｑ軸電流成分Ｉ_3qを検出する。すると、加算器11E、11F
では、前記Ｉ_2d,I_2q,I_3d,I_3qから過電圧抑制回路電流制
御中のｄ軸電流指令値Ｉ_dRY、ｑ軸電流指令値Ｉ_qRYを出
力する。巻線形誘導機１の二次巻線に流れている三相電
流は、サイクロコンバータ３の出力電流ｉ_2u,i_2v,i
_2wと、過電圧抑制回路90の三相電流ｉ_3u,i_3v,i_3wの和で
あるので、Ｉ_dRY,I_qRYは巻線形誘導機１の二次巻線に流
れている電流のｄ軸電流と、ｑ軸電流に等しい。サイク
ロコンバータ３の制御回路50の選択回路5A、5Bは、状態
監視部11Dからの過電圧抑制回路電流制御中を示す信号
ｃにより、制御回路11の加算器11E、11Fからのｄ軸電流
指令値Ｉ_dRY、ｑ軸電流指令値Ｉ_qRYを選択し、サイクロ
コンバータ３のｄ軸電流指令値Ｉ_dR、ｑ軸電流指令値Ｉ
_qRを出力する。従って、制御回路50は、サイクロコンバ
ータ出力電流が、巻線形誘導機１の二次巻線に流れてい
る電流に等しくなるように制御されることになる。サイ
クロコンバータ３の出力電流が、巻線形誘導機１の二次
巻線に流れている電流に等しくなるに従って、過電圧抑
制回路90の電流は小さくなっていく。この間、過電圧抑
制回路90のGTO9Cは動作したままであるので、巻線形誘
導機１の二次巻線に、過電圧が発生しないことは言うま
でもない。過電圧抑制回路90の電流が規定値以下になる
と、電流監視部11Gから、GTO9Cをターンオフする信号ｄ
を出力する。過電圧抑制回路90の電流が規定値以下にな
っているので、巻線形誘導機１の二次巻線に過電圧が発
生することなく、GTO9Cをオフすることができる。GTO9C
をターンオフする信号ｄにより、状態監視部11Dは、過
電圧抑制回路電流制御中を示す信号ｃをリセットする。
これにより、選択回路5A、5Bは、通常のサイクロコンバ
ータ３のｄ軸電流指令値Ｉ_dRX、ｑ軸電流指令値Ｉ_qRXを
選択し、サイクロコンバータ３のｄ軸電流指令値Ｉ_dR、
ｑ軸電流指令値Ｉ_qRとする。従って、サイクロコンバー
タ３は通常の制御に戻り、巻線形誘導機１の一次巻線に
流れる電流も通常の制御状態に戻る。

第３図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、第
３図において過電圧抑制回路90以外は第１図と同一であ
り、第１図のGTO9Cの代わりに、スイッチング素子9E
を、過電圧検出器9Dの出力側と、巻線形誘導機１の二次
巻線との間に接続している点が第１図と異なる。本実施
例では、スイッチング素子として、前述の実施例のよう
なGTOのような自己消去形素子を用いることなく、サイ
リスタスイッチ等の非自己消去形の素子を用いることが
でき、これにより過電圧抑制回路90が、第１図より小形
になる。

［発明の効果］本発明によれば、電力系統の事故等で、過電圧抑制回
路が動作しても、電源母線電圧が回復すれば、サイクロ
コンバータが起動され、二次巻線に過電圧が発生するこ
となく、過電圧抑制回路を復帰させることができる。そ
の後、サイクロコンバータは通常の制御にもどされ、一
次巻線の電流も通常の状態に戻されるので、電力系統に
悪影響を及ぼす時間は短くなり、誘導機の運転を継続す
ることが可能となる巻線形誘導機の制御装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による巻線形誘導機の制御装置の一実施
例を示す構成図、第２図は第１図の制御回路の詳細を示
す構成図、第３図は本発明による巻線形誘導機の制御装
置の他の実施例を示す構成図、第４図は従来の巻線形誘
導機の制御装置の構成図である。１……巻線形誘導機、２……電源母線、３……サイクロ
コンバータ、４……電源変圧器、50……サイクロコンバ
ータの制御回路、６……一次電圧検出器（電圧変成
器）、７……回転検出器、８……電流検出器、90……過
電圧抑制回路、11……制御回路、12……電流検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子寛和東京都千代田区内幸町１丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者柳沢忠洋東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者竹田忍東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 5/28 - 5/405 H02P 5/415 - 5/44 H02P 7/36 - 7/625 H02P 7/635 - 7/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】巻線形誘導機の一次巻線を電力系統に接続
し、二次巻線に可変周波数の電力を供給する周波数変換
器を接続し、前記誘導機を可変速運転する巻線形誘導機
の制御装置において、前記誘導機の一次巻線に印加される電圧を検出し、この
検出電圧が正常のとき信号を出力する一次電圧検出手段
と、前記誘導機の二次巻線の電圧を検出し、この検出値が規
定値を越えたとき過電圧検出信号を出力する過電圧検出
手段と、前記過電圧信号に基づき前記二次巻線を短絡するスイッ
チング手段と、前記スイッチング手段に流れる電流を検出する電流検出
手段と、前記過電圧検出手段から過電圧検出信号が出力されたと
き前記スイッチング手段を動作させ、過電圧検出信号が
出力されないとき前記スイッチング手段を不動作とする
第１の制御手段と、前記スイッチング手段が動作しているときであって、前
記一次電圧検出手段からの信号が生じたとき、前記電流
検出手段で検出される電流が零となるように前記周波数
変換器の電流を制御する第２の制御手段とを設けたこと
を特徴とする巻線形誘導機の制御装置。