JP3017755B2 - ブラシレス同期電機 - Google Patents

ブラシレス同期電機

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JP3017755B2 JP1212519A JP21251989A JP3017755B2 JP 3017755 B2 JP3017755 B2 JP 3017755B2 JP 1212519 A JP1212519 A JP 1212519A JP 21251989 A JP21251989 A JP 21251989A JP 3017755 B2 JP3017755 B2 JP 3017755B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は励磁回路を改良したブラシレス同期電機に関
する。
(従来の技術) 水車発電機やタービン発電機等のブラシレス励磁回路
は、発電機軸上に交流励磁機及びダイオードを用いた三
相ブリッジ整流回路から構成される。
第6図は従来のブラシレス同期発電機の励磁回路の展
開接続図の一例である。いま、発電機が回転し、交流励
磁機の界磁巻線AcExFLDが直流電力により励磁されると
交流励磁機の電機子巻線AcExARMに3相交流電力が発生
する。この3相交流電力を、複数個(ここでは、U,V,W,
X,Y,Zの6個)ダイオードSR1,SR2を三相ブリッジ接続し
た回転整流器ROTRECにより直流電力に変換し、発電機の
界磁巻線SGFLDを励磁することで発電機の電機子巻線SGA
RMに交流電力が発生する。
界磁回路には、発電機の界磁巻線SGFLDと並列に放電
抵抗器RDが挿入されている。これは、発電機を系統へ併
入する時の異電圧・異位相投入や、系統の短絡事故等
で、界磁回路に誘起される異常電圧からダイオードSR1,
SR2や界磁巻線SGFLDを保護するため挿入されている。
具体的には、第6図の界磁巻線SGFLDに誘起される電
圧が、端子K側が正極性の場合、電流はK→SR2→SR1→
Jと、ダイオードSR2,SR1を介して短絡されることにな
る。又、逆に界磁巻線SGFLDの端子J側が正極性の場合
はJ→RD→Kと、放電抵抗器RDを介して短絡される。界
磁巻線SGFLDに並列に挿入されている放電抵抗器RDがな
い場合には、端子J側が正極性の場合、ダイオードSR1,
SR2に逆電圧が印加され、ダイオードSR1,SR2のせん頭逆
電圧を越え、ダイオードSR1,SR2の破壊、ひいては界磁
巻線SGFLDの層間絶縁破壊を引き起こす。
第7図は、第6図の交流励磁機の周辺の構成を示す一
例で、ダイオードSR1,SR2を三相ブリッジ接続してなる
回転整流器ROTRECが発電機軸2に直結され、放電抵抗器
3(第6図のRD)及び交流励磁機の回転子4(第6図の
AcExARM)が発電機軸2上に搭載されている。通風冷却
は発電機本体より上部ダクト5より下部ダクト6を介し
て行なわれている。なお、7は交流励磁機固定子(第6
図のAcExFLD)である。
(発明が解決しようとする課題) 近年、同期発電機のブラシレス化が、その保守性・信
頼性等により急速に大容量化が進んでいる。それに伴
い、発電機の励磁容量も増加し、ブラシレス励磁装置自
体も大容量化が要求されてきている。
そこで、上記従来技術のブラシレス励磁回路では、特
に放電抵抗器RDが界磁巻線SGFLDに並列に挿入されてい
るため励磁容量の増加に伴い、放電抵抗器RDの熱容量が
それに比例して増加してしまうため大形化してしまう。
そのため、放電抵抗器RDの取付位置や冷却風量の確保の
問題により運転時の熱伸び、局部加熱等により放電抵抗
器RDの焼損ひいては発電機の界磁そう失短絡事故を引き
起こす可能性がある。又、放電抵抗器RDの発生損失によ
り効果が低下し、交流励磁機の容量も放電抵抗器RDへ流
れる励磁電流を供給しなければならず、不必要に大きく
なる欠点があった。
本発明は小形で信頼性の高い励磁回路を有するブラシ
レス同期電機を提供することを目的とする。
[発明の構成] (問題点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、交流励磁機の交流
出力を整流素子を用いた回転整流器で直流出力に変換し
界磁巻線に電力を供給する励磁回路を有するブラシレス
同期電機において、前記界磁巻線に並列にスイッチング
素子を接続すると共に、前記スイッチング素子を前記回
転整流器の直流出力側に接続し、前記界磁巻線に前記回
転整流器と逆極性の異常電圧が発生したとき、前記スイ
ッチング素子に対してオフ制御信号を与え、また前記界
磁巻線に前記回転整流器と同一極性の異常電圧が発生し
たとき前記スイッチング素子に対してオン制御信号を与
える制御回路を備え、前記制御回路を構成する回路素子
の回路定数は、前記界磁巻線のフォーシング電圧で前記
スイッチング素子がオンしない条件と、前記スイッチン
グ素子のオン電圧は前記界磁巻線の保護として十分低い
ことの条件を満足するように決定されたものであるブラ
シレス同期電機である。
(作用) 本発明によれば、界磁巻線に並列にスイッチング素子
を接続すると共に、前記スイッチング素子を回転整流器
の直流出力側に接続し、前記スイッチング素子を制御回
路によりオン、オフ制御するようにしたので、界磁回路
の保護動作が可能となる。
このため、従来界磁回路に挿入されていた放電抵抗器
が省略でき、放電抵抗器に起因する熱的な問題点が回避
可能となり、合わせて交流励磁機の小形化、高効率化が
実現でき信頼性の高いブラシレス同期電機が得られる。
(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第1図は本発明のブラシレス同期発電機の一実施例
の励磁回路の展開接続図を示している。第6図の従来例
とは異なるのは、放電抵抗RDを設けずに、スイッチング
素子例えばサイリスタSCR1,SCR2と、これをオン・オフ
する制御回路CCとを設けたものである。
即ち、界磁巻線SGFLDの端子J,Kに、スイッチング素子
例えばサイリスタSCR1,SCR2の直列回路を並列に接続
し、このSCR1とSCR2の接続点“A"と、ダイオードSR1,SR
2を用いて三相ブリッジ接続した整流器の1相(本例で
は“S"相)の中間点“B"を電気的に接続する。
このサイリスタSCR1,SCR2のアノードAとカソードK
及びゲートGに制御回路CCを接続したものである。
この制御回路CCは界磁巻線SGFLDに回転整流器ROTREC
と逆極性の異常電圧が発生したとき、サイリスタSCR1,S
CR2に対してオフ制御信号を与え、また界磁巻線SGFLDに
回転整流器ROTRECと同一極性の異常電圧が発生したとき
サイリスタSCR1,SCR2に対してオン制御信号を与えるも
のである。
いま、第1図の界磁回路の界磁巻線SGFLDに誘起され
る異常電圧が、端子K側が正極性の場合は、SCR1,SCR2
はオフ状態で電流はK→SR2→SR1→Jと、ダイオードSR
1,SR2を介して短絡される。
又逆に、界磁巻線SGFLDの端子J側が正極性の場合、
ある任意の電圧(ダイオードSR1,SR2のせん頭逆電圧以
下)以上となると、制御回路CCからサイリスタSCR1,SCR
2のゲート信号が発生し、SCR1,SCR2がオンし、電流がJ
→SCR1→SCR2→Kと、サイリスタSCR1,SCR2を介して短
絡される。この作用は、従来の放電抵抗器RDを介して短
絡電流が流れるのと全く同一である。ところが、界磁巻
線SGFLDに並列に挿入されるサイリスタSCR1,SCR2はダイ
オードSR1,SR2と異なり異常電圧が発生し、しかも端子
J側が正極性の場合のみオンする。制御回路CCは、ダイ
オード、コンデンサ、抵抗器等の電子部品から構成さ
れ、各回路定数は次の点を配慮し決定される。
界磁回路のフォーシング電圧(forcing電圧:回転電
機の界磁回路、電機子回路、あるいは両方に変化を起こ
すように制御パルスを印加することにより、強制駆動さ
れる電圧)でサイリスタSCR1,SCR2がオンしないこと。
SCR1,SCR2のオン電圧は界磁回路保護として十分低い
こと。
第2図は第1図の励磁装置の一例を示す断面図である
が、第7図の従来例とは次の点が異なる。。すなわち、
ダイオードSR1,SR2、サイリスタSCR1,SCR2、御回路CCは
回転整流器1に搭載されている。冷却用ファン12は、図
に示すように従来の放電抵抗器3の取り付け位置に配置
されている。
このような構成のブラシレス同期発電機において、異
常電圧が発生し、サイリスタSCR1,SCR2により短絡電流
が流れるが、具体的な動作について、第3図〜第5図を
参照して説明する。
第3図は正常動作時の動作を説明するための図であ
り、(a)は交流励磁機端子電圧、(b)はダイオード
の通電順序を示す図、(c)は通電モードを示してい
る。第1図の回路構成において、ダイオードV又はYが
オンの場合、即ち、第3図(c)の,,,の状
態と、ダイオードV又はYがオフの場合、即ち、第3図
(c)の,の状態とに分かれる。
第4図はダイオードV又はYがオフの場合で、本例は
の通電モードでサイリスタSCR1,SCR2が動作した場合
である。でSCR1,SCR2がオンすると短絡電流が交流励
磁機及び界磁回路に流れる。→に転流時サイリスタ
SCR1に逆電圧が加わりオフとなるが、ダイオードVには
電流が流れず、V→SCR2→Z→cvx路で電流が流れ、ま
た、ではV→SCR2→X→Vに短絡電流が流れ続ける。
さらに、でV⇒W転流は行なえず、のX⇒Yの転流
でSCR2がオフとなり正常状態へ戻る。
第5図はダイオードV又はYがオンの場合で、本例は
の通電モードでサイリスタSCR1,SCR2が動作した場合
である。でSCR1,SCR2がオンになると、短絡電流が交
流励磁機及び界磁回路に流れると同時に、ダイオードY
がオフする。そして、界磁回路での短絡電流が零となる
と同時に、SCR2がオフする。Y⇒Zへの転流は行なえ
ず、のU⇒Vの転流でSCR1がオフとなり正常動作へ戻
る。
以上述べたことから、界磁回路に並列にサイリスタSC
R1,SCR2を接続し、これをオン・オフする制御回路CCを
設けることにより、上記で述べた様に界磁回路の異常電
圧に対する保護が可能であり、その界磁回路保護動作も
発電機の異常状態の種類によらず界磁回路に発生する電
圧を検知しているため、繰り返しの動作が可能であり高
電圧により界磁回路保護動作後はただちに正常運転状態
へ復帰することができる。このため従来の界磁保護用放
電抵抗器RDが不要となる。
又、第2図に示すように、従来放電抵抗器RDが搭載さ
れていた場所に励磁装置冷却用のファン12の取付けが可
能となり、冷却性能向上により交流励磁機の小形化及び
ダイオードのSR1,SR2の許容通電容量の増加が可能とな
る。又、放電抵抗器RDが不要となったため、放電抵抗器
RDに起因する運転時の熱伸び、局部加熱等による焼損こ
れに伴う発電機界磁そう失、短絡事故が回避可能とな
り、励磁装置周辺の小形化及び信頼性向上が図れる。
[発明の効果] 以上述べた本発明によれば、界磁巻線に並列にスイッ
チング素子を接続すると共に、前記スイッチング素子を
回転整流器の直流出力側に接続し、前記スイッチング素
子を制御回路によりオン、オフ制御するようにしたの
で、界磁回路の保護動作が可能となる。
このため、従来界磁回路に挿入されていた放電抵抗器
が省略でき、放電抵抗器に起因する熱的な問題点を回避
可能となり、合わせて交流励磁機の小形化、高効率化が
実現でき信頼性の高いブラシレス同期電機が提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のブラシレス同期発電機の一実施例の励
磁回路展開接続図、第2図は本発明の第1図の励磁装置
の一例を示す断面図、第3図〜第5図は本発明のブラシ
レス同期発電機の一実施例の動作を説明するための図、
第6図は従来のブラシレス同期発電機の励磁回路展開接
続図、第7図は第6図の励磁装置の一例を示す断面図で
ある。 AcExFLD……交流励磁機界磁巻線、AcExARM……交流励磁
機電機子巻線、ROTREC……回転整流器、SR1,SR2……ダ
イオード、SCR1,SCR2……サイリスタ、SGFLD……同期発
電機界磁巻線、SGARM……同期発電機電機子巻線、CC…
…制御回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流励磁機の交流出力を整流素子を用いた
    回転整流器で直流出力に変換し界磁巻線に電力を供給す
    る励磁回路を有するブラシレス同期電機において、 前記界磁巻線に並列にスイッチング素子を接続すると共
    に、前記スイッチング素子を前記回転整流器の直流出力
    側に接続し、 前記界磁巻線に前記回転整流器と逆極性の異常電圧が発
    生したとき、前記スイッチング素子に対してオフ制御信
    号を与え、また前記界磁巻線に前記回転整流器と同一極
    性の異常電圧が発生したとき前記スイッチング素子に対
    してオン制御信号を与える制御回路を備え、 前記制御回路を構成する回路素子の回路定数は、前記界
    磁巻線のフォーシング電圧で前記スイッチング素子がオ
    ンしない条件と、前記スイッチング素子のオン電圧は前
    記界磁巻線の保護として十分低いことの条件を満足する
    ように決定されたものであるブラシレス同期電機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102032841B1 (ko) * 2017-07-24 2019-11-29 (주)빅텍스 레이저 금형 세척 장치

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KR102032841B1 (ko) * 2017-07-24 2019-11-29 (주)빅텍스 레이저 금형 세척 장치

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