JP3321474B2 - Control device for variable speed generator motor - Google Patents

Control device for variable speed generator motor

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JP3321474B2
JP3321474B2 JP02635093A JP2635093A JP3321474B2 JP 3321474 B2 JP3321474 B2 JP 3321474B2 JP 02635093 A JP02635093 A JP 02635093A JP 2635093 A JP2635093 A JP 2635093A JP 3321474 B2 JP3321474 B2 JP 3321474B2
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英幸 中野
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、可変速発電電動機の制
御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a variable speed generator motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、同期機は系統に接続して用いる
場合、系統の周波数と同期した回転速度によって運転さ
れる。かかる同期機の始動トルクは、ほとんど零に近い
ため始動時に同期機は他の始動装置の力を借りて、同期
速度まで、あるいは、同期速度付近まで昇速して同期に
引き込まなければならない。
2. Description of the Related Art In general, when a synchronous machine is connected to a system, it is operated at a rotational speed synchronized with the frequency of the system. Since the starting torque of such a synchronous machine is almost zero, at the time of starting, the synchronous machine must use the power of another starting device to increase the speed up to or near the synchronous speed and pull into synchronization.

【0003】一般に、始動装置としては、スイッチング
素子としてサイリスタを用いた変換器が、回転子磁界に
対してある一定の進み角で固定子巻線を励磁して回転子
にトルクを与えて回転子を昇速させる静止形始動装置が
採用されている。一方、可変速制御の発電電動機を始動
する場合についても、発電電動機の2次巻線を直流で励
磁することにより、同期機と同様に始動を行なうことが
できる。
In general, as a starting device, a converter using a thyristor as a switching element excites a stator winding at a certain lead angle with respect to a rotor magnetic field to apply torque to the rotor and apply torque to the rotor. A stationary starter for raising the speed of the vehicle is employed. On the other hand, also in the case of starting the generator motor of the variable speed control, it can be started in the same manner as the synchronous machine by exciting the secondary winding of the generator motor with DC.

【0004】ここで、図4を参照して従来の静止形始動
装置について説明する。
Here, a conventional stationary starter will be described with reference to FIG.

【0005】発電電動機1は、回転子に3相巻線が施さ
れた巻線形発電電動機であり、発電電動機1の固定子巻
線を1次巻線1a、回転子巻線を2次巻線1bとすれ
ば、2次巻線1bには、図示省略するブラシを介して、
電力変換器2が接続され、その電力変換器2の他端に変
換器用変圧器3により電力系統4が接続されている。発
電電動機1の1次巻線1aは、静止形始動装置の周波数
変換器(以下、変換器と略す)5と接続され、この変換
器5の他端には変換器用変圧器6を介して電力系統4と
接続され、また、発電電動機1の1次巻線1aは遮断器
7を介して電力系統4へ接続されている。
The generator motor 1 is a wound type generator motor in which a rotor is provided with three-phase windings. The stator winding of the generator motor 1 has a primary winding 1a, and the rotor winding has a secondary winding. 1b, the secondary winding 1b is connected to the
A power converter 2 is connected, and a power system 4 is connected to the other end of the power converter 2 by a converter transformer 3. The primary winding 1a of the generator motor 1 is connected to a frequency converter (hereinafter, abbreviated as a converter) 5 of the stationary starter, and the other end of the converter 5 is supplied with power via a converter transformer 6. The primary winding 1 a of the generator motor 1 is connected to the power system 4 via the circuit breaker 7.

【0006】発電電動機1の回転軸には、レゾルバ8と
ポジションセンサ9が連結され、始動制御装置10にポ
ジションセンサ9の出力信号が入力されると共に、電圧
検出器11から発電電動機1の出力電圧信号が入力され
るようになつている。始動制御装置10では、発電電動
機1の位相を検出して変換器5のコンバータ5Cへゲー
トパルス信号10gcを出力する一方、インバータ5I
へゲートパルス信号10giを変換器5へ出力する。
A resolver 8 and a position sensor 9 are connected to a rotating shaft of the generator motor 1, an output signal of the position sensor 9 is input to a start control device 10, and an output voltage of the generator motor 1 is output from a voltage detector 11. A signal is to be input. The start control device 10 detects the phase of the generator motor 1 and outputs the gate pulse signal 10gc to the converter 5C of the converter 5, while outputting the gate pulse signal 10gc to the inverter 5I.
And outputs the gate pulse signal 10gi to the converter 5.

【0007】変換器5は、電力系統4の3相交流電力を
任意の周波数の3相交流へ変換するもので、スイッチン
グ素子としてサイリスタを使用しており、3相交流電力
を直流に変換するコンバータ5Cと直流を任意の周波数
の電力に変換するインバータ5Iとコンバータ5Cとイ
ンバータ5I間に接続され直流に含まれる交流リップル
を低減するリアクトル5Lから構成されている。
The converter 5 converts three-phase AC power of the power system 4 into three-phase AC of an arbitrary frequency, uses a thyristor as a switching element, and converts the three-phase AC power into DC. 5C and an inverter 5I for converting DC into power of an arbitrary frequency, and a reactor 5L connected between the converter 5C and the inverter 5I for reducing AC ripple included in DC.

【0008】次に、発電電動機1を電動機として始動す
る場合の作用について述べる。なお、発電電動機1の回
転子には、図示省略する水車が連絡されているが水車
は、未だ無負荷の状態、すなわち、揚水を行っいない状
態である。
Next, the operation when the generator motor 1 is started as a motor will be described. Although a turbine (not shown) is connected to the rotor of the generator motor 1, the turbine is in a no-load state, that is, a state in which water is not pumped.

【0009】まず、発電電動機1の回転子が停止状態の
とき、発電電動機1の2次励磁電流の角速度をω=0、
つまり、直流で励磁すると、発電電動機1は、同期機と
同様に始動する。始動制御装置10では、ポジションセ
ンサ9からの信号によって回転子の励磁電流で生じる磁
束の位置を検出して回転子巻線に対して始動トルクが生
じるようにインバータ5Iにゲートパルス信号10gi
を送りインバータ5Iから1次巻線1aに電流が流れ
る。これによつて、回転子が回り始め、ある一定角度ま
で回ると、コンバータ5Cは電流を絞って零とする。こ
のとき、インバータ5Iはサイリスタの消弧時間を待っ
て、次のポジションセンサ9の信号に対する1次巻線1
aへの電流の流し込みを行う。
First, when the rotor of the generator motor 1 is stopped, the angular velocity of the secondary excitation current of the generator motor 1 is set to ω = 0,
That is, when excited by DC, the generator motor 1 starts in the same manner as the synchronous machine. The start control device 10 detects the position of the magnetic flux generated by the excitation current of the rotor based on the signal from the position sensor 9 and outputs a gate pulse signal 10gi to the inverter 5I so that a start torque is generated for the rotor winding.
And a current flows from the inverter 5I to the primary winding 1a. Thus, when the rotor starts to rotate and turns to a certain angle, converter 5C throttles the current to zero. At this time, the inverter 5I waits for the thyristor to extinguish the arc and waits for the thyristor to extinguish.
The current is supplied to a.

【0010】その後、回転速度が、例えば、5%程度ま
で上昇すると、発電電動機1の起動力により1次巻線1
aに電圧が発生し、サイリスタ素子には十分な逆電圧が
得られ、自然転流が可能となる。さらに、10%付近ま
で上がると電圧検出器11の出力電圧が上昇し、この信
号により位相が検出される。
Thereafter, when the rotation speed increases to, for example, about 5%, the primary winding 1 is activated by the starting force of the generator motor 1.
a is generated, a sufficient reverse voltage is obtained in the thyristor element, and natural commutation becomes possible. Further, when the voltage rises to around 10%, the output voltage of the voltage detector 11 rises, and the phase is detected by this signal.

【0011】このようにして回転子の速度が可変速機の
運転範囲内まで昇速されると、始動制御装置10を止め
て、発電電動機1の2次巻線1bの電流を直流励磁から
交流励磁に変える。そして、発電電動機1の1次電圧を
電力系統4と揃圧した後、遮断器7を閉とすることで、
同期並入に移行する。これによって、発電電動機1が電
動機として揚水運転を行うことができる。
When the speed of the rotor is increased within the operating range of the variable speed machine in this manner, the start control device 10 is stopped, and the current of the secondary winding 1b of the generator motor 1 is changed from DC excitation to AC. Change to excitation. Then, after equalizing the primary voltage of the generator motor 1 with the electric power system 4, the circuit breaker 7 is closed,
Move to synchronous paralleling. Thereby, the generator motor 1 can perform the pumping operation as the motor.

【0012】ここで、始動制御装置10と可変速制御装
置12との作用を図5を参照して説明する。
Here, the operation of the start control device 10 and the variable speed control device 12 will be described with reference to FIG.

【0013】図中、回転子の回転子角速度(電気角換
算)をωr、電力系統4の電圧の角速度を系統角速度ω
1、2次巻線1bに流れる励磁電流の角速度ω2、可変
速運転領域の回転角速度(電気角換算)をωscとする
と、まず、始動時には可変速制御装置12に設けられる
判定手段14が次の式(1)が成立するか否かの判定を
する。
In the drawing, the rotor angular speed (electrical angle conversion) of the rotor is ωr, and the angular speed of the voltage of the power system 4 is the system angular speed ω.
Assuming that the angular velocity ω2 of the exciting current flowing through the primary and secondary windings 1b and the rotational angular velocity (electrical angle conversion) in the variable speed operation region are ωsc, first, at the time of starting, the determination means 14 provided in the variable speed control device 12 It is determined whether Expression (1) holds.

【0014】[0014]

【数1】ωr≧ωsc……………(1)## EQU1 ## ωr ≧ ωsc (1)

【0015】上記判定で(1)式が成立しないとき、つ
まり、回転子角速度ωrが可変速運転領域角速度ωsc
より小さいとき、始動装置停止信号SSが出力されず、
接点15Aが開、接点15Bが閉のままである。従っ
て、励磁電流角速度ω2=0として、接点15Bを介し
て出力される。すなわち、始動開始時から所定時間は、
上記(1)式が成立せず直流励磁がされる。
When the above expression does not satisfy the expression (1), that is, when the rotor angular speed ωr is changed to the variable speed operation region angular speed ωsc
When it is smaller, the starter stop signal SS is not output,
Contact 15A is open and contact 15B remains closed. Therefore, the excitation current angular velocity ω2 = 0 is output via the contact 15B. That is, for a predetermined time from the start of starting,
The above-mentioned equation (1) does not hold, and DC excitation is performed.

【0016】その後、(1)式が成立するとき、つま
り、回転子角速度ωrが可変速運転領域角速度ωscに
等しいか、大きいとき、始動装置停止信号SSが出力さ
れ、接点15Aが閉、接点15Bが開となる。この結
果、系統角速度ω1と回転子角速度ωrとが加減算手段
16で加減算され、系統角速度ω1−回転子角速度ωr
が励磁電流角速度ω2として出力される。すなわち、す
べりに相当する交流励磁がされる。
Thereafter, when the equation (1) is satisfied, that is, when the rotor angular speed ωr is equal to or larger than the variable speed operation region angular speed ωsc, a starter stop signal SS is output, the contact 15A is closed, and the contact 15B Is opened. As a result, the system angular speed ω1 and the rotor angular speed ωr are added and subtracted by the addition / subtraction means 16, and the system angular speed ω1−the rotor angular speed ωr
Is output as the exciting current angular velocity ω2. That is, AC excitation corresponding to slip is performed.

【0017】可変速制御装置12の作用に応じて、変換
器5のインバータ5Iでは、サイリスタが自然転流でき
るときの回転子の回転子角速度(電気角換算)を初期励
磁角速度ωsとすれば、回転子角速度ωrが初期励磁角
速度ωsより小さいときは、断続運転を行い、回転子角
速度ωrが初期励磁角速度ωsより大きくなると自然転
流運転となる。このように発電電動機1を直流励磁する
ことにより同期機と同様に始動を行なうことができる。
According to the operation of the variable speed control device 12, if the inverter 5I of the converter 5 sets the rotor angular speed (electrical angle conversion) of the rotor when the thyristor can perform natural commutation as the initial excitation angular speed ωs, When the rotor angular velocity ωr is smaller than the initial excitation angular velocity ωs, the intermittent operation is performed. When the rotor angular velocity ωr becomes larger than the initial excitation angular velocity ωs, the natural commutation operation is performed. As described above, the generator motor 1 can be started by direct current excitation in the same manner as the synchronous machine.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示す従来の静止形始動装置には、次のような問題があっ
た。
However, the conventional stationary starter shown in FIG. 4 has the following problems.

【0019】まず、1次巻線1aを励磁するために常に
回転子の位相を検出して位相に対してある一定の進み角
でサイリスタのスイッチングを行うが、停止時および低
速回転領域では、誘起電圧が低いため電圧検出器13の
検出する電圧では位相を検出することができない。この
ため、停止時および低回転速度時にも位相を検出するた
め、ポジションセンサ9やレゾルバ8が不可欠であり、
始動装置として複雑になるという問題があった。
First, in order to excite the primary winding 1a, the phase of the rotor is always detected and the thyristor is switched at a certain lead angle with respect to the phase. Since the voltage is low, the phase cannot be detected with the voltage detected by the voltage detector 13. For this reason, the position sensor 9 and the resolver 8 are indispensable for detecting the phase even at the time of stop and at the time of low rotation speed,
There was a problem that it became complicated as a starting device.

【0020】また、インバータ5Iは、U相,V相,W
相へ次々と転流する制御が必要であるが、誘起電圧が低
い領域ではサイリスタをターンオフする逆電圧が不足す
るため、自然転流ができない。従って、次の相へ移るた
め、一度電流を切り電流がゼロになった後、さらに、サ
イリスタの消弧時間を待って次の相を点弧する断続制御
がされており、始動のために多くの時間を要するという
問題があった。
The inverter 5I includes a U-phase, a V-phase, and a W-phase.
It is necessary to control the commutation to the phases one after another, but in a region where the induced voltage is low, the reverse voltage for turning off the thyristor is insufficient, so that natural commutation cannot be performed. Therefore, in order to move to the next phase, the current is cut off once, the current becomes zero, and then the intermittent control is performed to wait for the thyristor to extinguish and then fire the next phase. There is a problem that it takes time.

【0021】また、断続的に電流を流すため、トルクの
変動が大きく発電電動機1のコイルや鉄心に機械的なス
トレスを与え、劣化の一因になるという問題があった。
Further, since the current is intermittently supplied, there is a problem that the torque fluctuates greatly and a mechanical stress is applied to the coil and the iron core of the generator motor 1 to cause deterioration.

【0022】そこで、本発明は、可変速発電電動機の始
動時に、ポジションセンサと断続制御を不要とする可変
速発電電動機の制御装置を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for a variable speed generator motor that does not require a position sensor and intermittent control when the variable speed generator motor is started.

【0023】請求項1の発明は、始動時に始動制御装置
によって点弧制御される周波数変換器を介して固定子巻
線が系統に接続される一方、定常運転時には遮断器を介
して系統に接続されると共に、電力変換器を介して回転
子巻線が系統に接続された可変速発電電動機の制御装置
において、前記電力変換器から前記回転子巻線に、前記
始動制御装置で位相の検出が可能かつ前記周波数変換器
で自然転流可能で、しかも前記可変速発電電動機の始動
を可能とする角速度の交流励磁電流を印加することによ
り始動し、前記可変速発電電動機が前記交流励磁電流の
角速度に昇速してから、定常運転に至るまでの間、直流
励磁電流に切り替えて印加することにより加速し、定常
運転時には交流励磁電流を印加することにより可変速運
転を行うように前記電力変換器を制御する可変速制御装
置を設けたことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, the stator winding is connected to the system via a frequency converter which is controlled to be fired by a start control device at the time of starting, while the stator winding is connected to the system via a breaker during steady operation. In addition, in the control device of the variable speed generator motor in which the rotor winding is connected to the system via the power converter, the phase detection is performed by the start control device from the power converter to the rotor winding. Start by applying an AC exciting current having an angular velocity that enables the variable speed generator motor to start, and the variable speed generator motor is capable of natural commutation by the frequency converter. Before the steady-state operation is performed, acceleration is performed by switching to and applying a DC excitation current, and during steady-state operation, variable-speed operation is performed by applying an AC excitation current. Characterized in that a variable speed control device for controlling the power converter.

【0024】請求項2の発明は、請求項1に記載の前記
周波数変換器は、系統の3相交流電力を直流に変換する
コンバータと、変換された直流を前記始動制御装置から
の指令に応じた周波数の電力に変換するインバータとを
備えると共に、前記可変速制御装置は、前記発電電動機
の回転子の停止時に前記始動制御装置が前記回転子の位
相を検出可能とし、かつ、前記インバータが自然転流を
可能とする電圧を前記固定子巻線に誘起させる初期励磁
角速度を設定する初期励磁角速度設定手段と、前記回転
子の回転角速度を検出する回転子角速度検出手段と、前
記初期励磁角速度と前記回転子角速度との偏差角度が零
になるまでの角速度を発生させる角速度発生手段とを備
え、始動時に当該角速度発生手段から発生する角速度で
前記電力変換器を制御して対応する角速度の励磁電流を
前記回転子巻線に流すようにしたことを特徴とするもの
である。
According to a second aspect of the present invention, in the frequency converter according to the first aspect, a converter for converting three-phase AC power of a system into DC, and converting the converted DC in response to a command from the start control device. And a variable speed control device, wherein the variable speed control device enables the start control device to detect the phase of the rotor when the rotor of the generator motor is stopped, and the inverter is naturally driven. Initial excitation angular velocity setting means for setting an initial excitation angular velocity for inducing a voltage enabling commutation in the stator winding, rotor angular velocity detection means for detecting a rotational angular velocity of the rotor, and the initial excitation angular velocity. Angular velocity generating means for generating an angular velocity until a deviation angle from the rotor angular velocity becomes zero, and the power converter is generated by the angular velocity generated from the angular velocity generating means at the time of starting. It is characterized in that the exciting current of the corresponding angular velocity was allowed to flow in the rotor winding by us.

【0025】[0025]

【作用】本願発明は、始動時に回転子が停止していて
も、固定子側には位相検出が可能、かつ、自然転流可能
な周波数の電圧が誘起されるようになり、従来必要とし
ていたポジションセンサや断続運転が不要となり、静止
形始動制御装置の簡素化が図れると共に、断続運転する
必要が無くなって始動時間の短縮や発電電動機への機械
的なストレスの抑制ができる。
According to the present invention, even if the rotor is stopped at the time of starting, a voltage having a frequency capable of detecting the phase and allowing natural commutation is induced on the stator side, which has been conventionally required. The position sensor and the intermittent operation are not required, so that the static start control device can be simplified, and the intermittent operation does not need to be performed, so that the starting time can be shortened and the mechanical stress on the generator motor can be suppressed.

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】図1は、本発明の一実施例を示す可変速発
電電動機の制御装置の構成図である。図4と同一符号
は、同一部分または相当部分を示し、図1が図4と異な
る点は、ポジションセンサ9を削除し、可変速制御装置
12と構成を異にする可変速制御装置12Aを設けたこ
とである。
FIG. 1 is a block diagram of a control device for a variable speed generator motor according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same or corresponding parts. FIG. 1 differs from FIG. 4 in that the position sensor 9 is deleted and a variable speed control device 12A having a configuration different from that of the variable speed control device 12 is provided. That is.

【0029】可変速制御装置12Aは、図2に示すよう
に、判定手段14と接点15A,15Bと加減算手段1
6と加減算手段17と判定処理手段18とを付加して構
成される。
As shown in FIG. 2, the variable speed controller 12A includes a judging means 14, contacts 15A and 15B,
6 and an addition / subtraction unit 17 and a determination processing unit 18.

【0030】ここで、判定手段14は、回転子角速度ω
rが可変速運転領域角速度ωscに等しいか、あるい
は、大きいかの判定をして、この条件のとき始動装置停
止信号SSをONするものである。接点15Aは、始動
装置停止信号SSがONのとき、閉動作とする一方、始
動装置停止信号SSが0FFのとき、開動作とするもの
である。接点15Bは、始動装置停止信号SSがONの
とき開動作とする一方、始動装置停止信号SSが0FF
のとき、閉動作とするものである。
Here, the judgment means 14 determines the rotor angular velocity ω
It is determined whether r is equal to or greater than the variable speed operation region angular velocity ωsc, and the starter stop signal SS is turned ON under this condition. The contact 15A performs a closing operation when the starting device stop signal SS is ON, and performs an opening operation when the starting device stop signal SS is OFF. The contact 15B is opened when the starter stop signal SS is ON, while the starter stop signal SS is OFF.
In this case, the closing operation is performed.

【0031】加減算手段16は、系統角速度ω1から回
転子角速度ωrを減算してこれを励磁電流角速度ω2と
して出力するものである。加減算手段17は、初期励磁
角速度ωsから回転子角速度ωrを減算してωdとして
出力するものである。
The addition / subtraction means 16 subtracts the rotor angular velocity ωr from the system angular velocity ω1 and outputs the result as the exciting current angular velocity ω2. The addition / subtraction unit 17 subtracts the rotor angular velocity ωr from the initial excitation angular velocity ωs and outputs the result as ωd.

【0032】判定処理手段18は、後述するようにωd
が正のとき励磁電流角速度ω2をそのままωdとする一
方、ωdが零または負のとき励磁電流角速度ω2を0と
するように出力するものである。
As will be described later, the determination processing means 18
Is positive, the exciting current angular velocity ω2 is directly set to ωd, and when ωd is zero or negative, the exciting current angular velocity ω2 is set to 0.

【0033】次に、発電電動機1の回転子が電動機とし
て停止状態から同期速度付近まで昇速する手順について
図3を参照して述べる。
Next, a procedure for increasing the speed of the rotor of the generator motor 1 from the stop state to the vicinity of the synchronous speed as the motor will be described with reference to FIG.

【0034】まず、第1ステップとして回転子が停止状
態のときに、初期励磁角速度ωs、例えば、5Hzを発
電電動機1の2次巻線1bに流して1次巻線1aに5H
zの電圧を発生させておく。
First, as a first step, when the rotor is stopped, an initial excitation angular velocity ωs, for example, 5 Hz, is passed through the secondary winding 1b of the generator motor 1 to 5H through the primary winding 1a.
A voltage of z is generated.

【0035】具体的には、回転子が停止しているとき発
電電動機1の位相が始動制御装置10によって検出可能
で、かつ、インバータ5Iが自然転流可能とする所定の
電圧を発生させる初期励磁角速度ωsを予め求めて可変
速制御装置12Aに設定しておく。
Specifically, when the rotor is stopped, the phase of the generator motor 1 can be detected by the start controller 10 and the inverter 5I generates a predetermined voltage that enables natural commutation. The angular velocity ωs is obtained in advance and set in the variable speed control device 12A.

【0036】始動時には、時刻t0に初期励磁角速度ω
sを出力させるが、回転子角速度ωrが零の状態で、可
変速運転領域角速度ωscより当然小さいから初期励磁
角速度ωs−回転子角速度ωr=ωdが判定処理手段1
8に入力される。判定処理手段18では、ωd>0であ
るから接点15Bを介して励磁電流角速度ω2=初期励
磁角速度ωsが出力される。
At the time of starting, at time t0 the initial excitation angular velocity ω
s is output, but when the rotor angular speed ωr is zero, the initial excitation angular speed ωs−rotor angular speed ωr = ωd is naturally smaller than the variable speed operation region angular speed ωsc.
8 is input. In the determination processing means 18, since ωd> 0, the excitation current angular velocity ω2 = the initial excitation angular velocity ωs is output via the contact 15B.

【0037】可変速制御装置12Aでは、初期励磁角速
度ωsに応じてゲートパルス信号12gを電力変換器2
に出力する。この結果、発電電動機1の2次巻線1bに
対して電力変換器2から初期励磁角速度ωsの交流励磁
電流が供給される。このとき、初期励磁角速度ωsの値
を、例えば、約5Hzの速さ(同期)とすれば、発電電
動機1の1次巻線1a側に定格の約10%程度の電圧が
発生する。この電圧は、電圧検出器11によって検出さ
れ、始動制御装置10によって回転子に生じる磁束の位
相が検出される。
In the variable speed control device 12A, the gate pulse signal 12g is supplied to the power converter 2 according to the initial excitation angular speed ωs.
Output to As a result, an AC exciting current having an initial exciting angular velocity ωs is supplied from the power converter 2 to the secondary winding 1b of the generator motor 1. At this time, if the value of the initial excitation angular velocity ωs is, for example, about 5 Hz (synchronous), a voltage of about 10% of the rated voltage is generated on the primary winding 1 a side of the generator motor 1. This voltage is detected by the voltage detector 11, and the starting controller 10 detects the phase of the magnetic flux generated in the rotor.

【0038】第2ステップとして始動制御装置10を起
動させる。
As a second step, the start control device 10 is started.

【0039】既に、1次巻線1aに所定の電圧が発生し
ているため、始動制御装置10では、検出された回転磁
束の位相信号によって、始動トルクが生じるように、サ
イリスタの点弧角を決定し、ゲートパルス信号10gi
がインバータ5Iに出力される。このとき、始動トルク
は、サイリスタの点弧位相やコンバータ5Cの電流制御
を行うことにより適切なトルクを与えられる。インバー
タ5Iのサイリスタは、1次巻線1a側に転流に必要な
電圧が最初から発生しているので問題なく自然転流がで
きる。すなわち、始動装置側から発電電動機1側を見た
場合、最初から5Hzの電圧が発生しているから回転子
は停止しているにもかかわらず、あたかも回転子が5H
zで回っているかのようにみなせる。従って、最初から
自然転流制御が可能となる。
Since the predetermined voltage has already been generated in the primary winding 1a, the starting control device 10 sets the firing angle of the thyristor so that the starting torque is generated by the detected phase signal of the rotating magnetic flux. Determined and the gate pulse signal 10gi
Is output to the inverter 5I. At this time, an appropriate torque is given to the starting torque by controlling the firing phase of the thyristor and the current of the converter 5C. In the thyristor of the inverter 5I, a voltage required for commutation is generated from the beginning on the primary winding 1a side, so that natural commutation can be performed without any problem. That is, when the generator-motor 1 side is viewed from the starting device side, since the voltage of 5 Hz is generated from the beginning, the rotor is stopped even though the rotor is stopped.
It can be regarded as if it is turning with z. Therefore, natural commutation control can be performed from the beginning.

【0040】第3ステップとして、回転子が始動トルク
によって回転を開始する。
As a third step, the rotor starts rotating by the starting torque.

【0041】回転子が回転し始めて回転速度が上昇する
と、1次巻線1aに誘起される電圧の角速度ω1(以
下、1次巻線角速度という)は回転子角速度ωrに2次
巻線1bの励磁電流角速度ω2を上乗せした値(回転子
角速度ωr+励磁電流角速度ω2)となる。すなわち、
実際の回転速度より5Hz高い周波数の電圧が1次巻線
1aに発生する。このとき、回転子の回転速度の上昇に
伴って回転子角速度ωrが上昇すると、励磁電流角速度
ω2は徐々に降下する。
When the rotor starts to rotate and the rotation speed increases, the angular velocity ω1 of the voltage induced in the primary winding 1a (hereinafter referred to as the primary winding angular velocity) becomes equal to the rotor angular velocity ωr of the secondary winding 1b. It becomes a value obtained by adding the exciting current angular velocity ω2 (rotor angular velocity ωr + exciting current angular velocity ω2). That is,
A voltage having a frequency 5 Hz higher than the actual rotation speed is generated in the primary winding 1a. At this time, when the rotor angular speed ωr increases with an increase in the rotation speed of the rotor, the exciting current angular speed ω2 gradually decreases.

【0042】第4ステップとして、時刻t1に、初期励
磁角速度ωs−回転子角速度ωr≦0の条件が成立する
と、判定処理手段18の処理によって励磁電流角速度ω
2が零となる。
As a fourth step, when the condition of the initial excitation angular velocity ωs−rotor angular velocity ωr ≦ 0 is satisfied at time t1, the excitation current angular velocity ω
2 becomes zero.

【0043】このため、2次巻線1bが電力変換器2に
よって直流励磁されて、さらに、回転数が上昇する。
Therefore, the secondary winding 1b is DC-excited by the power converter 2, and the rotational speed further increases.

【0044】第5ステップとして、時刻t2に回転数が
可変速運転領域まで上昇すると、始動制御装置10を停
止して通常の運転に移る。
As a fifth step, when the rotation speed rises to the variable speed operation region at time t2, the start control device 10 is stopped and the operation is shifted to the normal operation.

【0045】詳細には、さらに、回転子角速度ωrが上
昇すると、判定手段14によって、回転子角速度ωr≧
可変速運転領域角速度ωscの条件が成立するから始動
装置停止信号SSが出力される。これによって、接点1
5Aが閉動作すると共に、接点15Bが開動作して系統
角速度ω1−回転子角速度ωrが励磁電流角速度ω2と
して出力される。
More specifically, when the rotor angular speed ωr further increases, the determination means 14 determines that the rotor angular speed ωr ≧
Since the condition of the variable speed operation region angular velocity ωsc is satisfied, the starter stop signal SS is output. Thereby, the contact 1
5A is closed and the contact 15B is opened, and the system angular velocity ω1-the rotor angular velocity ωr is output as the exciting current angular velocity ω2.

【0046】第6ステップとして電力系統4に並入す
る。
As a sixth step, the electric power is fed to the power system 4.

【0047】この場合、始動装置による昇速動作が停止
するから、回転子はゆっくりと減速するが、回転速度が
可変速運転下限速度まで下がる前に励磁電流角速度ω2
=系統角速度ω1−回転子角速度ωrとなる励磁電流の
d軸成分を調整して電力系統4の電圧に等しくなるよう
にする。そして、発電電動機1の1次巻線1a側の電圧
と位相とが電力系統4と等しくなったとき遮断器7によ
り同期並入する。
In this case, since the speed-up operation by the starting device is stopped, the rotor slowly decelerates, but before the rotation speed falls to the variable speed operation lower limit speed, the exciting current angular speed ω2
= Adjust the d-axis component of the exciting current that is equal to the system angular velocity ω1-the rotor angular velocity ωr so that it becomes equal to the voltage of the power system 4. Then, when the voltage and the phase on the primary winding 1a side of the generator motor 1 become equal to those of the power system 4, the circuit breakers 7 synchronize and connect them.

【0048】なお、上記説明で、回転子を同期速度付近
(正確には、同期速度と発電電動機1の可変速運転領域
の下限の間)まで昇速すると、1次巻線1aの周波数が
50Hzを越える。すなわち、55Hz付近まで上が
る。図示していないが、1次巻線1aの回路には高調波
抑制やサージ電圧抑制および力率改善のためのコンデン
サが接続されている場合があり、周波数が定格を越える
と、定格以上の過電流が流れるという問題がある。従っ
て、同期速度付近において1次巻線1aの周波数が定格
を越えないようにする必要がある。
In the above description, when the speed of the rotor is increased to near the synchronous speed (more precisely, between the synchronous speed and the lower limit of the variable speed operation region of the generator motor 1), the frequency of the primary winding 1a becomes 50 Hz. Over. That is, it rises to around 55 Hz. Although not shown, a capacitor for suppressing harmonics, suppressing surge voltage and improving power factor may be connected to the circuit of the primary winding 1a. There is a problem that current flows. Therefore, it is necessary to prevent the frequency of the primary winding 1a from exceeding the rating near the synchronous speed.

【0049】このために次の手段が講じられている。す
なわち、初期励磁角速度ωsから回転子角速度ωrを減
算して励磁電流角速度ω2になるようにしているから、
1次巻線1aの角速度は、回転子の回転速度が、例え
ば、5Hz相当になるまで5Hzに一定に保たれる。続
いて、回転子の速度が5Hz相当になったとき、励磁電
流角速度ω2は0、つまり、直流とする。さらに、回転
子が5Hz相当の速度を越える領域では、励磁電流角速
度ω2を0に保つと、5Hzを越えた領域では1次巻線
1aの1次巻線角速度ω1は回転子角速度ωrに等しく
なる。よって、回転子が同期速度付近まで上昇しても1
次巻線1aの電圧の周波数が50Hzを越えることはな
い。
For this purpose, the following measures are taken. That is, the rotor angular velocity ωr is subtracted from the initial excitation angular velocity ωs so that the excitation current angular velocity ω2 is obtained.
The angular speed of the primary winding 1a is kept constant at 5 Hz until the rotational speed of the rotor becomes, for example, 5 Hz. Subsequently, when the speed of the rotor becomes equivalent to 5 Hz, the exciting current angular speed ω2 is 0, that is, DC. Further, in a region where the rotor exceeds a speed corresponding to 5 Hz, if the exciting current angular speed ω2 is maintained at 0, in a region exceeding 5 Hz, the primary winding angular speed ω1 of the primary winding 1a becomes equal to the rotor angular speed ωr. . Therefore, even if the rotor rises to near the synchronous speed, 1
The frequency of the voltage of the next winding 1a does not exceed 50 Hz.

【0050】このように静止形始動装置において低回転
領域において必要であったポジションセンサ9と断続制
御が不要になり、最初から自然転流によるサイリスタの
制御が可能となり、始動制御装置10の制御回路を簡素
化できる。
As described above, the position sensor 9 and the intermittent control which are necessary in the low-speed range in the stationary starter become unnecessary, and the thyristor can be controlled by the natural commutation from the beginning. Can be simplified.

【0051】また、断続運転では、電流を継続して流す
ことができないため、そのトルクは必要とされる平均ト
ルク以上のトルクをパルス状に与えてやらねばならなか
ったが、本実施例では、自然転流による電流の切替えが
できるためトルク変動が極めて小さくてすみ、発電電動
機1のコイルや鉄心に与える機械的ストレスを小さく押
さえることができ、長期的に見れば絶縁耐久力の劣化防
止ともなる。
In the intermittent operation, since the current cannot be continuously supplied, the torque has to be applied in a pulse form at a torque higher than the required average torque. Since the current can be switched by natural commutation, the torque fluctuation can be extremely small, the mechanical stress applied to the coil and the iron core of the generator motor 1 can be kept small, and the insulation durability can be prevented from deteriorating in the long term. .

【0052】始動開始時のトルクは、インバータ5Iの
位相制御や、コンバータ5Cの電流制御により適切なト
ルクを与えることができるから、円滑に始動を完了する
ことができる。一方、回転子が回り始めた後も連続して
トルクを与えることができるから従来の断続運転に比べ
て立ち上がりが速く、始動時間を短縮できる。
As for the torque at the start of the start, an appropriate torque can be given by the phase control of the inverter 5I and the current control of the converter 5C, so that the start can be completed smoothly. On the other hand, since the torque can be continuously applied even after the rotor starts to rotate, the start-up is faster and the start-up time can be reduced as compared with the conventional intermittent operation.

【0053】なお、本実施例では、励磁電流を交流から
直流へ切り替えるポイントを一例として5Hzとしてい
るが、必ずしも5Hzに限ることはなく、回転子の速度
が45Hzまで昇速するまでに切り替えればよい。
In the present embodiment, the point at which the exciting current is switched from AC to DC is set to 5 Hz as an example. However, the switching point is not necessarily limited to 5 Hz, and may be changed until the rotor speed increases to 45 Hz. .

【0054】また、初期励磁角速度ωsは、5Hzに限
定されるものではなく、インバータ5Iのサイリスタを
自然転流させるだけの1次巻線の電圧が確保でき、か
つ、始動制御装置10が位相検出が可能なレベルが確保
できる値であればよい。本実施例では、50Hzの系統
で説明しているが、60Hzの系統においても同様に適
用して実施できる。
The initial excitation angular velocity ωs is not limited to 5 Hz. A voltage of the primary winding enough to cause the thyristor of the inverter 5I to commutate naturally can be secured, and the start control device 10 detects the phase. Any value can be used as long as a level that can perform is secured. In the present embodiment, the description is made with reference to a system of 50 Hz, but the present invention can be similarly applied to a system of 60 Hz.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来必要としたポジションセンサや断続運転が不要にな
り、静止形の始動制御装置の簡素化が図れると共に、始
動時間の短縮や発電電動機への機械的なストレスの抑制
ができるという著しい効果がえられる。
As described above, according to the present invention, the position sensor and the intermittent operation conventionally required are not required, so that the stationary start control device can be simplified, the start time can be reduced, and the generator motor can be shortened. There is a remarkable effect that mechanical stress on the substrate can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す可変速発電電動機の制
御装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a control device for a variable speed generator motor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の可変速制御装置の制御ブロック図であ
る。
FIG. 2 is a control block diagram of the variable speed control device of FIG.

【図3】図1の始動時のタイミングを示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a timing at the time of starting in FIG. 1;

【図4】従来例を示す可変速発電電動機の制御装置の図
1に対応する構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram corresponding to FIG. 1 of a control device for a variable-speed generator motor showing a conventional example.

【図5】図4の可変速制御装置の制御ブロック図であ
る。
FIG. 5 is a control block diagram of the variable speed control device of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発電電動機 2 電力変換器 3 変換器用変圧器 4 電力系統 5 変換器 6 変換器用変圧器 7 遮断器 8 レゾルバ 10 始動制御装置 11 電圧検出器 12A 可変速制御装置 13 電圧検出器 14 判定手段 15A 接点 15B 接点 16 加減算手段 17 加減算手段 18 判定処理手段 Reference Signs List 1 generator motor 2 power converter 3 converter transformer 4 power system 5 converter 6 converter transformer 7 circuit breaker 8 resolver 10 start control device 11 voltage detector 12A variable speed control device 13 voltage detector 14 determination means 15A contact 15B contact point 16 addition / subtraction means 17 addition / subtraction means 18 judgment processing means

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】始動時に始動制御装置によって点弧制御さ
れる周波数変換器を介して固定子巻線が系統に接続され
る一方、定常運転時には遮断器を介して系統に接続され
ると共に、電力変換器を介して回転子巻線が系統に接続
された可変速発電電動機の制御装置において、 前記電力変換器から前記回転子巻線に、前記始動制御装
置で位相の検出が可能かつ前記周波数変換器で自然転流
可能で、しかも前記可変速発電電動機の始動を可能とす
る角速度の交流励磁電流を印加することにより始動し、
前記可変速発電電動機が前記交流励磁電流の角速度に昇
速してから、定常運転に至るまでの間、直流励磁電流に
切り替えて印加することにより加速し、定常運転時には
交流励磁電流を印加することにより可変速運転を行うよ
うに前記電力変換器を制御する可変速制御装置を設けた
ことを特徴とする可変速発電電動機の制御装置。
1. A stator winding is connected to a system via a frequency converter which is controlled to be fired by a start control device at the time of starting. In a control device for a variable speed generator-motor in which a rotor winding is connected to a system via a converter, the starting control device can detect a phase from the power converter to the rotor winding, and the frequency conversion is performed. Starting by applying an AC exciting current having an angular velocity enabling natural commutation by the heat exchanger and enabling the variable speed generator motor to start,
From the time when the variable speed generator motor is accelerated to the angular velocity of the AC exciting current, to the time of steady operation, it is accelerated by switching to and applying the DC exciting current, and during the steady operation, applying the AC exciting current. A variable speed control device for controlling the power converter so as to perform variable speed operation according to the above.
【請求項2】前記周波数変換器は、系統の3相交流電力
を直流に変換するコンバータと、変換された直流を前記
始動制御装置からの指令に応じた周波数の電力に変換す
るインバータとを備えると共に、前記可変速制御装置
は、前記発電電動機の回転子の停止時に前記始動制御装
置が前記回転子の位相を検出可能とし、かつ、前記イン
バータが自然転流を可能とする電圧を前記固定子巻線に
誘起させる初期励磁角速度を設定する初期励磁角速度設
定手段と、前記回転子の回転角速度を検出する回転子角
速度検出手段と、前記初期励磁角速度と前記回転子角速
度との偏差角速度が零になるまでの角速度を発生させる
角速度発生手段とを備え、始動時に当該角速度発生手段
から発生する角速度で前記電力変換器を制御して対応す
る角速度の励磁電流を前記回転子巻線に流すようにした
ことを特徴とする請求項1記載の可変速発電電動機の制
御装置。
2. The frequency converter includes a converter for converting three-phase AC power of a system into DC, and an inverter for converting the converted DC into power having a frequency according to a command from the start control device. At the same time, the variable speed control device allows the start control device to detect the phase of the rotor when the rotor of the generator motor is stopped, and sets the voltage at which the inverter enables natural commutation to the stator. Initial excitation angular velocity setting means for setting an initial excitation angular velocity induced in the winding, rotor angular velocity detection means for detecting a rotational angular velocity of the rotor, and a deviation angular velocity between the initial excitation angular velocity and the rotor angular velocity becomes zero. An angular velocity generating means for generating an angular velocity up to the point where the exciting current of the corresponding angular velocity is controlled by controlling the power converter with the angular velocity generated from the angular velocity generating means at the time of starting. Control device for a variable speed generator motor according to claim 1, characterized in that it has to flow in the rotor winding.
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