JP3398416B2 - 周波数変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導機と電力変換装置
で構成された周波数変換装置に関する。
で構成された周波数変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の回転型周波数変換装置の一
実施例構成図である。図に於て、１は第１の電力系統、
２は第１の電力系統１と周波数の異なる第２の電力系
統、20は第１の電力系統１に接続された第１の同期機、
21は第１の同期機20の界磁に電流を供給するスリップリ
ング、22は第１の同期機20の界磁電流を制御する励磁装
置、23は第２の電力系統２に接続され、回転子が第１の
同期機20の回転子と機械的に結合された第２の同期機、
24は第２の同期機23の界磁に電流を供給するスリップリ
ング、25は第２の同期機23の界磁電流を制御する励磁装
置、26は第２の同期機23の電機子巻線を機械的に回転さ
せる転動装置である。また第１の同期機20の極数と第２
の同期機23の極数の比は、第１の電力系統１の周波数と
第２の電力系統２の周波数の比に等しいものとする。以
上の構成に於て、転動装置26により第２の同期機23の電
機子巻線を回転させることにより、それぞれの同期機の
電力系統に対する相差角を制御することができる。従っ
て、転動装置26を操作して第２の同期機23を電動機とし
て運転し、第１の同期機20を発電機として運転すれば、
電力は第２の電力系統２から第１の電力系統１へ供給さ
れる。転動装置26を逆方向に回転して、第1 の同期機20
を電動機として運転し、第２の同期機23を発電機として
運転すれば電力は、第１の電力系統１から第２の電力系
統２へ供給される。
実施例構成図である。図に於て、１は第１の電力系統、
２は第１の電力系統１と周波数の異なる第２の電力系
統、20は第１の電力系統１に接続された第１の同期機、
21は第１の同期機20の界磁に電流を供給するスリップリ
ング、22は第１の同期機20の界磁電流を制御する励磁装
置、23は第２の電力系統２に接続され、回転子が第１の
同期機20の回転子と機械的に結合された第２の同期機、
24は第２の同期機23の界磁に電流を供給するスリップリ
ング、25は第２の同期機23の界磁電流を制御する励磁装
置、26は第２の同期機23の電機子巻線を機械的に回転さ
せる転動装置である。また第１の同期機20の極数と第２
の同期機23の極数の比は、第１の電力系統１の周波数と
第２の電力系統２の周波数の比に等しいものとする。以
上の構成に於て、転動装置26により第２の同期機23の電
機子巻線を回転させることにより、それぞれの同期機の
電力系統に対する相差角を制御することができる。従っ
て、転動装置26を操作して第２の同期機23を電動機とし
て運転し、第１の同期機20を発電機として運転すれば、
電力は第２の電力系統２から第１の電力系統１へ供給さ
れる。転動装置26を逆方向に回転して、第1 の同期機20
を電動機として運転し、第２の同期機23を発電機として
運転すれば電力は、第１の電力系統１から第２の電力系
統２へ供給される。
【０００３】図５は従来の静止型周波数変換装置の構成
図である。図に於て、１は第１の電力系統、２は第１の
電力系統１と周波数の異なる第２の電力系統、27は第１
の制御整流器、28は第１の電力系統１と第１の制御整流
器27を接続する電源変圧器、29は第２の制御整流器、30
は第２の電力系統２と第２の制御整流器29を接続する電
源変圧器、31は第１の制御整流器27と第２の制御整流器
29の直流電流を平滑する直流リアクトル、32は第１の制
御整流器27が発生する高調波を吸収する高調波フィル
タ、33は第１の制御整流器27が発生する無効電力を吸収
する進相コンデンサ、34は第２の制御整流器29が発生す
る高調波を吸収する高調波フィルタ、35は第２の制御整
流器29が発生する無効電力を吸収する進相コンデンサで
ある。
図である。図に於て、１は第１の電力系統、２は第１の
電力系統１と周波数の異なる第２の電力系統、27は第１
の制御整流器、28は第１の電力系統１と第１の制御整流
器27を接続する電源変圧器、29は第２の制御整流器、30
は第２の電力系統２と第２の制御整流器29を接続する電
源変圧器、31は第１の制御整流器27と第２の制御整流器
29の直流電流を平滑する直流リアクトル、32は第１の制
御整流器27が発生する高調波を吸収する高調波フィル
タ、33は第１の制御整流器27が発生する無効電力を吸収
する進相コンデンサ、34は第２の制御整流器29が発生す
る高調波を吸収する高調波フィルタ、35は第２の制御整
流器29が発生する無効電力を吸収する進相コンデンサで
ある。
【０００４】以上の構成に於て、第２の制御整流器29の
制御角を90ーより進み側（痾運転領域）に制御し、第１
の制御整流器27の制御角を90ーより遅れ側（竈運転領
域）に制御すれば、第２の電力系統２の電力が第２の制
御整流器29により順変換され直流電力に変換される。こ
の直流電力は、第１の制御整流器27により逆変換され第
１の電力系統１へ供給される。従って、第２の電力系統
２から第１の電力系統１へ電力が供給される。逆に、第
１の制御整流器27の制御角を90ーより進み側（痾運転領
域）に制御し、第２の制御整流器29の制御角を90ーより
遅れ側（竈運転領域）に制御すれば、第１の電力系統１
の電力が第１の制御整流器27により順変換され直流電力
に変換される。この直流電力は、第２の制御整流器29に
より逆変換され第２の電力系統２へ供給される。従っ
て、第１の電力系統１から第２の電力系統２へ電力が供
給される。
制御角を90ーより進み側（痾運転領域）に制御し、第１
の制御整流器27の制御角を90ーより遅れ側（竈運転領
域）に制御すれば、第２の電力系統２の電力が第２の制
御整流器29により順変換され直流電力に変換される。こ
の直流電力は、第１の制御整流器27により逆変換され第
１の電力系統１へ供給される。従って、第２の電力系統
２から第１の電力系統１へ電力が供給される。逆に、第
１の制御整流器27の制御角を90ーより進み側（痾運転領
域）に制御し、第２の制御整流器29の制御角を90ーより
遅れ側（竈運転領域）に制御すれば、第１の電力系統１
の電力が第１の制御整流器27により順変換され直流電力
に変換される。この直流電力は、第２の制御整流器29に
より逆変換され第２の電力系統２へ供給される。従っ
て、第１の電力系統１から第２の電力系統２へ電力が供
給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の構成
に於て、図４の同期機を用いた構成では、（１）電力系
統の動揺によって同期外れを生ずる恐れがある。（２）
両系統間の周波数比が厳密に両同期機の極数比に限定さ
れ柔軟性がない。（３）両系統間の同期外れを防ぐため
に、同期機の最小容量が限定される。（４）潮流制御を
機械的な転動装置により行う必要があり、操作がかなり
面倒で速い制御が出来ない。（５）２台の同期機を直列
に運転するため損失が多く効率が悪いなどの欠点があ
る。また、図５の制御整流器を用いた構成では、（６）
制御整流器が発生する高調波と無効電力を吸収するため
に、大容量の高調波フィルタと進相コンデンサが必要に
なり、設置面積が大きくなる。（７）系統事故時に進相
コンデンサにより過電圧を発生する恐れが有り、これを
防止するために静止型無効電力補償装置などを設置する
と、コストがかなり高くなるなどの欠点がある。
に於て、図４の同期機を用いた構成では、（１）電力系
統の動揺によって同期外れを生ずる恐れがある。（２）
両系統間の周波数比が厳密に両同期機の極数比に限定さ
れ柔軟性がない。（３）両系統間の同期外れを防ぐため
に、同期機の最小容量が限定される。（４）潮流制御を
機械的な転動装置により行う必要があり、操作がかなり
面倒で速い制御が出来ない。（５）２台の同期機を直列
に運転するため損失が多く効率が悪いなどの欠点があ
る。また、図５の制御整流器を用いた構成では、（６）
制御整流器が発生する高調波と無効電力を吸収するため
に、大容量の高調波フィルタと進相コンデンサが必要に
なり、設置面積が大きくなる。（７）系統事故時に進相
コンデンサにより過電圧を発生する恐れが有り、これを
防止するために静止型無効電力補償装置などを設置する
と、コストがかなり高くなるなどの欠点がある。
【０００６】本発明は、以上述べた従来の周波数変換装
置の欠点を除去するために、回転機と静止型電力変換装
置を組み合わせてそれぞれの利点をいかした、新規な構
成の周波数変換装置を提供することを目的としている。
置の欠点を除去するために、回転機と静止型電力変換装
置を組み合わせてそれぞれの利点をいかした、新規な構
成の周波数変換装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、第１の誘導機と、第２の誘導機と、電力変
換装置から構成され、前記第１の誘導機の回転子と前記
第２の誘導機の回転子を機械的に結合し、前記第１の誘
導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線とを第１
の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線を第
２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機を前記電力変
換装置を介して前記第２の電力系統に接続したことを特
徴とするものである。
するために、第１の誘導機と、第２の誘導機と、電力変
換装置から構成され、前記第１の誘導機の回転子と前記
第２の誘導機の回転子を機械的に結合し、前記第１の誘
導機の１次巻線と前記第２の誘導機の１次巻線とを第１
の電力系統に接続し、前記第１の誘導機の２次巻線を第
２の電力系統に接続し、前記第２の誘導機を前記電力変
換装置を介して前記第２の電力系統に接続したことを特
徴とするものである。
【０００８】
【作用】本発明は、誘導機の２次周波数は、１次周波数
と回転による周波数の和になることを利用した周波数変
換を行い、誘導機の回転速度をもう１台の誘導機と電力
変換装置で制御して潮流制御を行うようにしたものであ
る。
と回転による周波数の和になることを利用した周波数変
換を行い、誘導機の回転速度をもう１台の誘導機と電力
変換装置で制御して潮流制御を行うようにしたものであ
る。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の一実施例の構成図である。図に於
て、１は周波数がｆ1 〔Ｈz 〕の第１の電力系統、２は
第１の電力系統１と周波数の異なるｆ2 〔Ｈz 〕の第２
の電力系統、３は第１の巻線形誘導機である。そして４
は第１の巻線形誘導機３の１次巻線であり、第１の電力
系統１へ接続されているものとする。５は第１の巻線形
誘導機３の２次巻線であり、第２の電力系統２へ接続さ
れているものとする。６は第１の巻線形誘導機と機械的
に結合された第２の巻線形誘導機であり、その１次巻線
７は第１の電力系統１へ接続され、その２次巻線８は後
述する電力変換装置９に接続されている。
る。図１は本発明の一実施例の構成図である。図に於
て、１は周波数がｆ1 〔Ｈz 〕の第１の電力系統、２は
第１の電力系統１と周波数の異なるｆ2 〔Ｈz 〕の第２
の電力系統、３は第１の巻線形誘導機である。そして４
は第１の巻線形誘導機３の１次巻線であり、第１の電力
系統１へ接続されているものとする。５は第１の巻線形
誘導機３の２次巻線であり、第２の電力系統２へ接続さ
れているものとする。６は第１の巻線形誘導機と機械的
に結合された第２の巻線形誘導機であり、その１次巻線
７は第１の電力系統１へ接続され、その２次巻線８は後
述する電力変換装置９に接続されている。
【００１０】なお以下の説明では第１、第２の巻線形誘
導機を、単に第１、第２の誘導機と呼称する。９は２次
巻線８の電流を制御する静止形電力変換装置（以下単に
電力変換装置という）、10は第１の誘導機３から第１の
電力系統１へ供給される電力を検出する電力検出器、11
は第１の誘導機６の回転速度検出器（ＴＧ）、12は本発
明の周波数変換装置の潮流を制御する潮流制御装置（以
下単に制御装置という）で、以下の13〜19で構成され
る。13は第１の電力系統１から第２の電力系統２への潮
流制御の指令値を与える電力指令値である。14はこの電
力指令値13と前記電力検出器10との偏差を検出する加算
器、15は加算器14の出力に得られる偏差を増幅する増幅
器（ＡＭＰ）である。一方、16は第１の誘導機３の１次
と２次の周波数比が第１の電力系統１と第２の電力系統
２の周波数比に一致するような回転速度を与える同期速
度基準値である。この速度基準値16は加算器17にて前記
回転速度検出器11で検出される第１の誘導機６の回転速
度11′との偏差17′を検出される。18は増幅器（ＡＭ
Ｐ）15の出力と加算器17の出力の偏差を検出する加算
器、19は制御信号の振幅制限器である。
導機を、単に第１、第２の誘導機と呼称する。９は２次
巻線８の電流を制御する静止形電力変換装置（以下単に
電力変換装置という）、10は第１の誘導機３から第１の
電力系統１へ供給される電力を検出する電力検出器、11
は第１の誘導機６の回転速度検出器（ＴＧ）、12は本発
明の周波数変換装置の潮流を制御する潮流制御装置（以
下単に制御装置という）で、以下の13〜19で構成され
る。13は第１の電力系統１から第２の電力系統２への潮
流制御の指令値を与える電力指令値である。14はこの電
力指令値13と前記電力検出器10との偏差を検出する加算
器、15は加算器14の出力に得られる偏差を増幅する増幅
器（ＡＭＰ）である。一方、16は第１の誘導機３の１次
と２次の周波数比が第１の電力系統１と第２の電力系統
２の周波数比に一致するような回転速度を与える同期速
度基準値である。この速度基準値16は加算器17にて前記
回転速度検出器11で検出される第１の誘導機６の回転速
度11′との偏差17′を検出される。18は増幅器（ＡＭ
Ｐ）15の出力と加算器17の出力の偏差を検出する加算
器、19は制御信号の振幅制限器である。
【００１１】図２は、図１で述べた本発明による一実施
例の作用を表す波形図である。図２（ａ）に於て、（Ｖ
1U）は第１の電力系統１のＵ相電圧で、周波数は50Ｈz
としている。（Ｉ3-1U）は第１の誘導機３の１次Ｕ相電
流、（13）は電力指令値の波形、（Ｐ3-11）は第１の誘
導機３の１次から第１の電力系統１へ供給される電力で
ある。図２（ｂ）に於て、（Ｖ2U）は第２の電力系統２
のＵ相電圧で、周波数は60Ｈz としている。（Ｉ3-2U）
は第１の誘導機３の２次Ｕ相電流、（Ｐ3-21）は第１の
誘導機３の２次から第２の電力系統２へ供給される電力
である。図２（ｃ）に於て、（Ｉ6-1U）は第２の誘導機
６の１次Ｕ相電流、（Ｐ6-11）は第２の誘導機６の１次
から第１の電力系統１へ供給される電力である。図２
（ｄ）に於て、（19′）は振幅制限器19から電力変換装
置９へ与えられる制御信号、（17′）は加算器17の出力
として得られる信号で、第１の誘導機３の回転速度と同
期速度基準値16との偏差を表している。（δ）は第１の
誘導機３の２次側内部誘起電圧の第２の電力系統２の電
圧に対する相差角であり、この相差角（δ）を初期状態
は零としている。このときの図２（ａ）、（ｂ）でそれ
ぞれを示す第１の誘導機３の１次Ｕ相電流（Ｉ3-1U）と
２次Ｕ相電流（Ｉ3-2U）は、それぞれ第１の電力系統と
第２の電力系統２から第１の誘導機３に供給される励磁
電流である。第２の誘導機６の励磁電流は電力変換装置
９から供給され、１次Ｕ相電流（Ｉ6-1U）は零となって
いる。時刻ｔ1 に於て電力指令値13をステップ的に増加
させると、振幅制御器19の出力に（19′）で示すような
制御信号を現れ、この信号は電力変換装置９に与えられ
る。電力変換装置９は第２の誘導機６の１次電力（Ｐ
6-11）を信号（19′）に従って制御する。電力の方向は
誘導機から電力系統へ供給する方向を正としているか
ら、（Ｐ6-11）で示す正の電力は、第２の誘導機６から
第１の電力系統１へ電力が供給されていることを表して
いる。即ち、第２の誘導機６は発電機として作用し、第
１の誘導機３の回転速度を減少させる。従って、同期速
度基準値16との偏差信号（17′）は図２（ｄ）で図示の
ように負の方向に増加する。また、この偏差の積分値に
比例して、第１の誘導機３の２次側内部誘起電圧の第２
の電力系統２の電圧に対する相差角が（δ）で示すよう
に負の方向に増加し、従って、第１の誘導機３の１次側
内部誘起電圧の第１の電力系統１の電圧に対する相差角
は正の方向に増加するから第１の誘導機３の１次から第
１の電力系統１へ供給される電力（Ｐ3-11）は図示のよ
うに増加し、第１の誘導機３の２次から第２の電力系統
２へ供給される電力（Ｐ3-21）は、図示のように負の方
向に増加する。加算器17の出力（17′）が負の方向に増
加し、増幅器15の出力より大きくなる時刻ｔ2 に於て、
振幅制限器19の出力（19′）の極性が反転し、第２の誘
導機６の１次電力（Ｐ6-11）の極性も反転する。このと
き第２の誘導機６は電動機として作用し、第１の誘導機
３の回転速度を増加させる。従って、同期速度基準値16
との偏差信号（17′）は図示のように減少する。このよ
うにして、第１の誘導機３の１次電力（Ｐ3-11）は電力
指令値（13）に一致するように制御され、これに比例し
て第１の誘導機３の２次電力（Ｐ3-21）は負の方向に増
加する。最終的には、第１の誘導機３の１次電力（Ｐ
3-11）と第２の誘導機６の１次電力（Ｐ6-11）の和と、
第１の誘導機３の２次電力（Ｐ3-21）の大きさが等しく
なる。このとき、第２の電力系統２から第１の電力系統
１へ電力が供給される。即ち、60Ｈz の電力が50Ｈz の
電力に変換され周波数変換装置として作用する。
例の作用を表す波形図である。図２（ａ）に於て、（Ｖ
1U）は第１の電力系統１のＵ相電圧で、周波数は50Ｈz
としている。（Ｉ3-1U）は第１の誘導機３の１次Ｕ相電
流、（13）は電力指令値の波形、（Ｐ3-11）は第１の誘
導機３の１次から第１の電力系統１へ供給される電力で
ある。図２（ｂ）に於て、（Ｖ2U）は第２の電力系統２
のＵ相電圧で、周波数は60Ｈz としている。（Ｉ3-2U）
は第１の誘導機３の２次Ｕ相電流、（Ｐ3-21）は第１の
誘導機３の２次から第２の電力系統２へ供給される電力
である。図２（ｃ）に於て、（Ｉ6-1U）は第２の誘導機
６の１次Ｕ相電流、（Ｐ6-11）は第２の誘導機６の１次
から第１の電力系統１へ供給される電力である。図２
（ｄ）に於て、（19′）は振幅制限器19から電力変換装
置９へ与えられる制御信号、（17′）は加算器17の出力
として得られる信号で、第１の誘導機３の回転速度と同
期速度基準値16との偏差を表している。（δ）は第１の
誘導機３の２次側内部誘起電圧の第２の電力系統２の電
圧に対する相差角であり、この相差角（δ）を初期状態
は零としている。このときの図２（ａ）、（ｂ）でそれ
ぞれを示す第１の誘導機３の１次Ｕ相電流（Ｉ3-1U）と
２次Ｕ相電流（Ｉ3-2U）は、それぞれ第１の電力系統と
第２の電力系統２から第１の誘導機３に供給される励磁
電流である。第２の誘導機６の励磁電流は電力変換装置
９から供給され、１次Ｕ相電流（Ｉ6-1U）は零となって
いる。時刻ｔ1 に於て電力指令値13をステップ的に増加
させると、振幅制御器19の出力に（19′）で示すような
制御信号を現れ、この信号は電力変換装置９に与えられ
る。電力変換装置９は第２の誘導機６の１次電力（Ｐ
6-11）を信号（19′）に従って制御する。電力の方向は
誘導機から電力系統へ供給する方向を正としているか
ら、（Ｐ6-11）で示す正の電力は、第２の誘導機６から
第１の電力系統１へ電力が供給されていることを表して
いる。即ち、第２の誘導機６は発電機として作用し、第
１の誘導機３の回転速度を減少させる。従って、同期速
度基準値16との偏差信号（17′）は図２（ｄ）で図示の
ように負の方向に増加する。また、この偏差の積分値に
比例して、第１の誘導機３の２次側内部誘起電圧の第２
の電力系統２の電圧に対する相差角が（δ）で示すよう
に負の方向に増加し、従って、第１の誘導機３の１次側
内部誘起電圧の第１の電力系統１の電圧に対する相差角
は正の方向に増加するから第１の誘導機３の１次から第
１の電力系統１へ供給される電力（Ｐ3-11）は図示のよ
うに増加し、第１の誘導機３の２次から第２の電力系統
２へ供給される電力（Ｐ3-21）は、図示のように負の方
向に増加する。加算器17の出力（17′）が負の方向に増
加し、増幅器15の出力より大きくなる時刻ｔ2 に於て、
振幅制限器19の出力（19′）の極性が反転し、第２の誘
導機６の１次電力（Ｐ6-11）の極性も反転する。このと
き第２の誘導機６は電動機として作用し、第１の誘導機
３の回転速度を増加させる。従って、同期速度基準値16
との偏差信号（17′）は図示のように減少する。このよ
うにして、第１の誘導機３の１次電力（Ｐ3-11）は電力
指令値（13）に一致するように制御され、これに比例し
て第１の誘導機３の２次電力（Ｐ3-21）は負の方向に増
加する。最終的には、第１の誘導機３の１次電力（Ｐ
3-11）と第２の誘導機６の１次電力（Ｐ6-11）の和と、
第１の誘導機３の２次電力（Ｐ3-21）の大きさが等しく
なる。このとき、第２の電力系統２から第１の電力系統
１へ電力が供給される。即ち、60Ｈz の電力が50Ｈz の
電力に変換され周波数変換装置として作用する。
【００１２】図３は、図１で述べた本発明一実施例の作
用を表す他の波形図である。図に於て、（Ｖ1U）〜
（δ）は図２の同一記号と同一である。初期状態は図２
の最終バラスン状態を示しており、相差角（δ）が負
で、第２の電力系統２から第１の電力系統１へ電力が供
給され、60Ｈz の電力が50Ｈz の電力に変換されている
状態である。時刻ｔ3 に於て、図３（ａ）のように電力
指令値13をステップ的に負に変化させると、図３（ｄ）
のように振幅制限器19の出力は（19′）で示すように負
の方向に増加し、この信号は電力変換装置９に与えられ
る。電力変換装置９は同図（ｃ）のように第２の誘導機
６の１次電力（Ｐ6-11）を信号（19′）に従って負の方
向に増加させる。電力の方向は誘導機から電力系統へ供
給する方向を正としているから、（Ｐ6-11）で示す電力
の負の方向の増加は、第２の誘導機６を電動機として作
動させることになり、第１の誘導機３の回転速度を増加
させる。従って、回転速度信号11′と同期速度基準値16
との偏差信号（17′）は図３（ｄ）に図示のように増加
する。また、この偏差の積分値に比例して、第１の誘導
機３の内部誘起電圧の電力系統の電圧に対する相差角
（δ）が同図（ｄ）で示すように増加し、第１の誘導機
３の１次から第１の電力系統１へ供給される電力（Ｐ
3-11）は図３（ａ）のように、減少し第１の誘導機３の
２次から第２の電力系統２へ供給される電力（Ｐ3-21）
は、同図（ｂ）に図示のように減少する。加算器17の出
力（17′）が増加し、増幅器15の出力より大きくなる時
刻ｔ4 に於て、振幅制限器19の出力（19′）の極性が反
転し、第２の誘導機６の１次電力（Ｐ6-11）の極性も反
転する。このとき第２の誘導機６は発電機として作用
し、第１の誘導機３の回転速度を減少させる。従って、
同期速度基準値16との偏差信号（17′）は図示のように
減少する。時刻ｔ5 に於て、相差角（δ）の極性が反転
すると、誘導機３の１次電力（Ｐ3-11）と２次電力（Ｐ
3-21）の極性も反転する。このようにして、第１の誘導
機３の１次電力（Ｐ3-11）は電力指令値（13）に一致す
るように負の方向に制御され、これに比例して第１の誘
導機３の２次電力（Ｐ3-21）は正の方向に増加する。最
終的には、第１の誘導機３の１次電力（Ｐ3-11）と第２
の誘導機６の１次電力（Ｐ6-11）の和と、第１の誘導機
３の２次電力（Ｐ3-21）の大きさが等しくなる。このと
き、第１の電力系統１から第２の電力系統２へ電力が供
給される。即ち、50Ｈz の電力が60Ｈz の電力に変換さ
れ周波数変換装置として作用する。
用を表す他の波形図である。図に於て、（Ｖ1U）〜
（δ）は図２の同一記号と同一である。初期状態は図２
の最終バラスン状態を示しており、相差角（δ）が負
で、第２の電力系統２から第１の電力系統１へ電力が供
給され、60Ｈz の電力が50Ｈz の電力に変換されている
状態である。時刻ｔ3 に於て、図３（ａ）のように電力
指令値13をステップ的に負に変化させると、図３（ｄ）
のように振幅制限器19の出力は（19′）で示すように負
の方向に増加し、この信号は電力変換装置９に与えられ
る。電力変換装置９は同図（ｃ）のように第２の誘導機
６の１次電力（Ｐ6-11）を信号（19′）に従って負の方
向に増加させる。電力の方向は誘導機から電力系統へ供
給する方向を正としているから、（Ｐ6-11）で示す電力
の負の方向の増加は、第２の誘導機６を電動機として作
動させることになり、第１の誘導機３の回転速度を増加
させる。従って、回転速度信号11′と同期速度基準値16
との偏差信号（17′）は図３（ｄ）に図示のように増加
する。また、この偏差の積分値に比例して、第１の誘導
機３の内部誘起電圧の電力系統の電圧に対する相差角
（δ）が同図（ｄ）で示すように増加し、第１の誘導機
３の１次から第１の電力系統１へ供給される電力（Ｐ
3-11）は図３（ａ）のように、減少し第１の誘導機３の
２次から第２の電力系統２へ供給される電力（Ｐ3-21）
は、同図（ｂ）に図示のように減少する。加算器17の出
力（17′）が増加し、増幅器15の出力より大きくなる時
刻ｔ4 に於て、振幅制限器19の出力（19′）の極性が反
転し、第２の誘導機６の１次電力（Ｐ6-11）の極性も反
転する。このとき第２の誘導機６は発電機として作用
し、第１の誘導機３の回転速度を減少させる。従って、
同期速度基準値16との偏差信号（17′）は図示のように
減少する。時刻ｔ5 に於て、相差角（δ）の極性が反転
すると、誘導機３の１次電力（Ｐ3-11）と２次電力（Ｐ
3-21）の極性も反転する。このようにして、第１の誘導
機３の１次電力（Ｐ3-11）は電力指令値（13）に一致す
るように負の方向に制御され、これに比例して第１の誘
導機３の２次電力（Ｐ3-21）は正の方向に増加する。最
終的には、第１の誘導機３の１次電力（Ｐ3-11）と第２
の誘導機６の１次電力（Ｐ6-11）の和と、第１の誘導機
３の２次電力（Ｐ3-21）の大きさが等しくなる。このと
き、第１の電力系統１から第２の電力系統２へ電力が供
給される。即ち、50Ｈz の電力が60Ｈz の電力に変換さ
れ周波数変換装置として作用する。
【００１３】次に本発明の他の実施例について図６およ
び図７（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。図６は本発明
の他の実施例の構成図である。図１の実施例と異なる部
分は、第１の誘導機３に対して同一軸に直結された第３
の誘導機43の縦続接続で構成した点にある。図において
図１の同一記号のものは全く同じ、および同一作用をつ
かさどる構成要素であるので、詳細な説明は省略し、図
１と異なる部分について以下に説明する。
び図７（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。図６は本発明
の他の実施例の構成図である。図１の実施例と異なる部
分は、第１の誘導機３に対して同一軸に直結された第３
の誘導機43の縦続接続で構成した点にある。図において
図１の同一記号のものは全く同じ、および同一作用をつ
かさどる構成要素であるので、詳細な説明は省略し、図
１と異なる部分について以下に説明する。
【００１４】43は第３の誘導機、44は第３の誘導機43の
一次巻線（固定子巻線）で、第２の電力系統２へ接続さ
れている。45は第３の誘導機43の二次巻線（回転子巻
線）である。46は第１の誘導機３と第３の誘導機43の回
転子を直結するための軸であり、第２の誘導機６は図１
の場合と同様に第１の誘導機３と直結されているので、
この３台の誘導機の回転子は同一軸で直結され、同じ方
向に回転するように構成されている。また47は第１およ
び第３の誘導機の二次巻線５および45を接続する導体
で、直結軸46の上部または内部に配置され、互いに逆相
順となるように接続されている。なお潮流制御装置12は
図１で説明しているように記号13から19までの要素で構
成されるが、図６においても全く同一であり、また作用
も同じであるので、ここでは詳細な記述を省略する。
一次巻線（固定子巻線）で、第２の電力系統２へ接続さ
れている。45は第３の誘導機43の二次巻線（回転子巻
線）である。46は第１の誘導機３と第３の誘導機43の回
転子を直結するための軸であり、第２の誘導機６は図１
の場合と同様に第１の誘導機３と直結されているので、
この３台の誘導機の回転子は同一軸で直結され、同じ方
向に回転するように構成されている。また47は第１およ
び第３の誘導機の二次巻線５および45を接続する導体
で、直結軸46の上部または内部に配置され、互いに逆相
順となるように接続されている。なお潮流制御装置12は
図１で説明しているように記号13から19までの要素で構
成されるが、図６においても全く同一であり、また作用
も同じであるので、ここでは詳細な記述を省略する。
【００１５】次に図６の実施例の作用について説明す
る。図１の場合、第１の誘導機３の一次巻線４が固定子
側であるとすると、二次巻線５は回転子側となり、第２
の電力系統２へはスリップリングとブラシを介して接続
されることになる。これに対し、図６の実施例ではスリ
ップリングとブラシの代りにもう一つの第３の誘導機43
を用い、前述した構成とすることで、ブラシ無し周波数
変換装置を提供するものである。よって周波数の異なる
第１の電力系統１と第２の電力系統２との間の関係が図
１と図６とで全く同じように作用することを以下に説明
する。
る。図１の場合、第１の誘導機３の一次巻線４が固定子
側であるとすると、二次巻線５は回転子側となり、第２
の電力系統２へはスリップリングとブラシを介して接続
されることになる。これに対し、図６の実施例ではスリ
ップリングとブラシの代りにもう一つの第３の誘導機43
を用い、前述した構成とすることで、ブラシ無し周波数
変換装置を提供するものである。よって周波数の異なる
第１の電力系統１と第２の電力系統２との間の関係が図
１と図６とで全く同じように作用することを以下に説明
する。
【００１６】図７（Ａ）は図１における第１の誘導機３
の一次および二次巻線の周波数の関係を説明する図であ
る。一次巻線４すなわち第１の電力系統１の周波数をｆ
1 とし、二次巻線５すなわち第２の電力系統２の周波数
をｆ2 とする。また第１の誘導機３の磁極数をＰ、回転
速度をｎとすると、回転子の回転周波数ｆr は
の一次および二次巻線の周波数の関係を説明する図であ
る。一次巻線４すなわち第１の電力系統１の周波数をｆ
1 とし、二次巻線５すなわち第２の電力系統２の周波数
をｆ2 とする。また第１の誘導機３の磁極数をＰ、回転
速度をｎとすると、回転子の回転周波数ｆr は
【００１７】
【数１】
となる。よって、すべりをＳとすると
【００１８】
【数２】
また二次巻線の周波数ｆ2 は
【００１９】
【数３】ｆ2 ＝Ｓｆ1 ……（３）
（２），（３）式より
【００２０】
【数４】ｆ2 ＝ｆ1 −ｆr ……（４）
となる。次に図７（Ｂ）は図６において、縦続接続され
た第１の誘導機３と第３の誘導機43のそれぞれ一次およ
び二次巻線の周波数の関係を説明する図である。
た第１の誘導機３と第３の誘導機43のそれぞれ一次およ
び二次巻線の周波数の関係を説明する図である。
【００２１】図７（Ａ）と同様に第１の電力系統１の周
波数をｆ1 、第２の電力系統２の周波数をｆ2 とする
と、誘導機の一次巻線４には周波数ｆ1 の電源が印加さ
れ、また第３の誘導機の一次巻線44には周波数ｆ2 の電
源が印加される。次に第１の誘導機３の二次巻線５の周
波数をｆs とすると、第３の誘導機二次巻線45の周波数
もｆs となり、夫々の誘導機のすべり周波数となる。ま
た第１の誘導機３の磁極数をＰ1 、第３の誘導機43の磁
極数をＰ2 、回転子の回転速度をｎ′とする。先づ第１
の誘導機３における回転子の回転周波数ｆr1は
波数をｆ1 、第２の電力系統２の周波数をｆ2 とする
と、誘導機の一次巻線４には周波数ｆ1 の電源が印加さ
れ、また第３の誘導機の一次巻線44には周波数ｆ2 の電
源が印加される。次に第１の誘導機３の二次巻線５の周
波数をｆs とすると、第３の誘導機二次巻線45の周波数
もｆs となり、夫々の誘導機のすべり周波数となる。ま
た第１の誘導機３の磁極数をＰ1 、第３の誘導機43の磁
極数をＰ2 、回転子の回転速度をｎ′とする。先づ第１
の誘導機３における回転子の回転周波数ｆr1は
【００２２】
【数５】
となるから、すべりをＳ1 とすると
【００２３】
【数６】
また二次巻線の周波数ｆs は
【００２４】
【数７】ｆs ＝Ｓ1 ｆ1 ……（７）
となり、（６），（７）式より
【００２５】
【数８】ｆs ＝ｆ1 −ｆr1 ……（８）
となる。一方第３の誘導機43における回転子の回転周波
数ｆr2は
数ｆr2は
【００２６】
【数９】
よって、二次巻線を基準としたすべりをＳ2 とすると
【００２７】
【数１０】
と表わされ、一次巻線の周波数ｆ2 は
【００２８】
【数１１】
ｆ2 ＝Ｓ2 ｆs ……（１１）
(10)，(11)式より
【００２９】
【数１２】
ｆ2 ＝ｆs −ｆr2 ……（１２）
よって（８），(12)式から
【００３０】
【数１３】
ｆ2 ＝ｆ1 −（ｆr1＋ｆr2） ……（１３）
（４）式から、周波数の異なる２つの電力系統を接続す
るためには、図１の構成における第１の誘導機は
るためには、図１の構成における第１の誘導機は
【００３１】
【数１４】
すなわち、両系統の周波数差に等しい回転子の回転周波
数となるよう磁極数と回転速度を選べばよいことが判
る。一方、図６の２台の誘導機３，43縦続接続では(13)
式から判るように
数となるよう磁極数と回転速度を選べばよいことが判
る。一方、図６の２台の誘導機３，43縦続接続では(13)
式から判るように
【００３２】
【数１５】
すなわち、２台の誘導機３，43の磁極数の和に等しい磁
極数を持つ単一の誘導機の回転子の回転周波数が両系統
の周波数差に等しくなるように設計すればよいことにな
る。また換言すれば、(14)，(15)式から
極数を持つ単一の誘導機の回転子の回転周波数が両系統
の周波数差に等しくなるように設計すればよいことにな
る。また換言すれば、(14)，(15)式から
【００３３】
【数１６】ｆr ＝ｆr1＋ｆr2
よって
Ｐｎ＝（Ｐ1 ＋Ｐ2 ）ｎ′
となるようにすれば、図６における第１の誘導機３と、
第３の誘導機43の縦続接続された回転機は、図１の第１
の誘導機３の場合と全く同じ作用をすることが判る。従
って、図２および図３で説明しているように第２の誘導
機６を用いて、縦続接続された第１，第３の誘導機３，
43の回転速度を制御すれば、第１の電力系統１と第２の
電力系統２の間の潮流を任意に制御できることは明らか
である。
第３の誘導機43の縦続接続された回転機は、図１の第１
の誘導機３の場合と全く同じ作用をすることが判る。従
って、図２および図３で説明しているように第２の誘導
機６を用いて、縦続接続された第１，第３の誘導機３，
43の回転速度を制御すれば、第１の電力系統１と第２の
電力系統２の間の潮流を任意に制御できることは明らか
である。
【００３４】以上述べたように、図６に示した実施例で
は、図１の実施例と同様に １）同期外れを起さない。 ２）機械的な転動装置が不要となる。
は、図１の実施例と同様に １）同期外れを起さない。 ２）機械的な転動装置が不要となる。
【００３５】３）速応性の高い潮流制御が可能である。
４）系統事故時に過電圧を発生しない。
などの効果を有する他に、本実施例特有の効果、即ち回
転機の保守の上で最も負担となるブラシがないために、
ブラシの点検、交換などの保守作業が不要となる利点を
有することが判る。
転機の保守の上で最も負担となるブラシがないために、
ブラシの点検、交換などの保守作業が不要となる利点を
有することが判る。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、第１の誘導
機３の１次周波数と回転による周波数の和として、２次
巻線に周波数変換された２次周波数を得るために、電力
変換装置９により２次励磁制御された第２の誘導機６を
用いて、第１の誘導機３の回転速度を制御するように構
成したことが特徴であり、電力の指令値13に従って、第
１の電力系統１と第２の電力系統２の間の潮流を任意に
制御することが出来る。本発明によれば、電力系統に動
揺を生じても、この動揺は第１の誘導機３の１次電力の
変化として、電力検出器10によって検出され、この変化
を抑制するように第１の誘導機３の回転速度が制御され
るから同期外れを生ずる恐れがない。また、両系統間の
周波数比が多少変化しても、第１の誘導機３の回転速度
を変えることにより吸収できるから柔軟性があり、小容
量の周波数変換装置で両系統を連繋しても同期外れを生
ずる恐れがない。また、潮流制御のための機械的な転動
装置が不要であり、指令値に従って電子的に速い潮流制
御を行うことができる。また、従来技術では２台の同期
機を直列に運転する場合、全電力が一旦機械エネルギに
変換され、再び電気エネルギに変換されるのに対し、本
発明によれば、周波数差の部分のみが機械エネルギに変
換される。即ち、図１に於て、第１の電力系統１の50Ｈ
z の電力を、60Ｈz の電力に変換する場合、第１の誘導
機３の１次巻線４の電力を100 とするとき、第２の誘導
機６の１次巻線７の電力は20で、この電力は機械エネル
ギに変換され、回転による第１の誘導機３の２次誘起電
圧の増加分として２次巻線５から取り出される。従っ
て、２次巻線５からは、１次巻線４からの誘導分100 と
あわせて120 の電力が取り出される。このように、一旦
機械エネルギに変換される分は全体の17％であり、トル
クの小さい小形の誘導機を使用できるとともに、エネル
ギ変換に伴う損失が少なくなり効率が高くなる。また、
制御整流器を用いた構成で必要な、大容量の高調波フィ
ルタと進相コンデンサが不要であるから、設置面積を小
さく出来る。また、進相コンデンサが不要であるから系
統事故時に過電圧を発生する恐れがない。
機３の１次周波数と回転による周波数の和として、２次
巻線に周波数変換された２次周波数を得るために、電力
変換装置９により２次励磁制御された第２の誘導機６を
用いて、第１の誘導機３の回転速度を制御するように構
成したことが特徴であり、電力の指令値13に従って、第
１の電力系統１と第２の電力系統２の間の潮流を任意に
制御することが出来る。本発明によれば、電力系統に動
揺を生じても、この動揺は第１の誘導機３の１次電力の
変化として、電力検出器10によって検出され、この変化
を抑制するように第１の誘導機３の回転速度が制御され
るから同期外れを生ずる恐れがない。また、両系統間の
周波数比が多少変化しても、第１の誘導機３の回転速度
を変えることにより吸収できるから柔軟性があり、小容
量の周波数変換装置で両系統を連繋しても同期外れを生
ずる恐れがない。また、潮流制御のための機械的な転動
装置が不要であり、指令値に従って電子的に速い潮流制
御を行うことができる。また、従来技術では２台の同期
機を直列に運転する場合、全電力が一旦機械エネルギに
変換され、再び電気エネルギに変換されるのに対し、本
発明によれば、周波数差の部分のみが機械エネルギに変
換される。即ち、図１に於て、第１の電力系統１の50Ｈ
z の電力を、60Ｈz の電力に変換する場合、第１の誘導
機３の１次巻線４の電力を100 とするとき、第２の誘導
機６の１次巻線７の電力は20で、この電力は機械エネル
ギに変換され、回転による第１の誘導機３の２次誘起電
圧の増加分として２次巻線５から取り出される。従っ
て、２次巻線５からは、１次巻線４からの誘導分100 と
あわせて120 の電力が取り出される。このように、一旦
機械エネルギに変換される分は全体の17％であり、トル
クの小さい小形の誘導機を使用できるとともに、エネル
ギ変換に伴う損失が少なくなり効率が高くなる。また、
制御整流器を用いた構成で必要な、大容量の高調波フィ
ルタと進相コンデンサが不要であるから、設置面積を小
さく出来る。また、進相コンデンサが不要であるから系
統事故時に過電圧を発生する恐れがない。
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】本発明の作用を表す波形図。
【図３】本発明の作用を表す他の波形図。
【図４】従来の一実施例の構成図。
【図５】従来の他の実施例の構成図。
【図６】本発明の他の実施例の構成図。
【図７】図６で示す実施例の作用を説明するための図。
１…第１の電力系統、２…第２の電力系統、３…第１の
誘導機、４…１次巻線、５…２次巻線、６…第２の誘導
機、７…１次巻線、８…２次巻線、９…電力変換装置、
10…電力検出器、11…回転速度検出器、12…制御装置、
13…電力指令値、14…加算器、15…増幅器、16…同期速
度基準値、17…加算器、18…加算器、19…振幅制限器、
43…第３の誘導機。
誘導機、４…１次巻線、５…２次巻線、６…第２の誘導
機、７…１次巻線、８…２次巻線、９…電力変換装置、
10…電力検出器、11…回転速度検出器、12…制御装置、
13…電力指令値、14…加算器、15…増幅器、16…同期速
度基準値、17…加算器、18…加算器、19…振幅制限器、
43…第３の誘導機。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 5/38
H02J 3/34
H02P 5/415
Claims (2)
- 【請求項１】第１の誘導機と、第２の誘導機と、電力変
換装置と、前記第１の誘導機の電力検出器と、前記第１
の誘導機の回転速度検出器と、潮流制御装置から構成さ
れ、前記第１の誘導機の回転子と前記第２の誘導機の回
転子を機械的に結合し、前記第１の誘導機の１次巻線と
前記第２の誘導機の１次巻線を第１の電力系統に接続
し、前記第１の誘導機の２次巻線を第２の電力系統に接
続し、前記第２の誘導機の２次巻線を前記電力変換装置
を介して前記２つの電力系統のいづれか一方に接続し、
前記電力変換装置により電力の指令値と前記第１の誘導
機の電力との電力偏差信号に応じて、前記第２の誘導機
の２次電流を制御して、前記第１の誘導機の回転速度を
制御することを特徴とする周波数変換装置。 - 【請求項２】第１の誘導機もしくは第２の誘導機の回転
速度を検出する回転速度検出器を設け、この回転速度検
出器の出力信号と同期速度基準値との速度偏差信号を求
める加算器を設け、電力偏差信号にこの速度偏差信号を
加算して偏差を求め、この偏差信号により電力変換装置
に制御信号を出力するようにした潮流制御装置を備えた
請求項１に記載の周波数変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11570893A JP3398416B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-05-18 | 周波数変換装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP393693 | 1993-01-13 | ||
| JP5-3936 | 1993-01-13 | ||
| JP11570893A JP3398416B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-05-18 | 周波数変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06269173A JPH06269173A (ja) | 1994-09-22 |
| JP3398416B2 true JP3398416B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=26337610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11570893A Expired - Fee Related JP3398416B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-05-18 | 周波数変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3398416B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5127433B2 (ja) * | 2007-12-26 | 2013-01-23 | 株式会社東芝 | 周波数変換装置及び周波数変換方法 |
| CN102954012A (zh) * | 2011-08-23 | 2013-03-06 | 苏州常乐泡塑有限公司 | 鼓引风机变频控制电路 |
| CN105680761A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-06-15 | 贵州大学 | 一种电动机交流变频调速实验演示方法及装置 |
-
1993
- 1993-05-18 JP JP11570893A patent/JP3398416B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06269173A (ja) | 1994-09-22 |
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