JPH01160396A - 可変速発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体開閉素子を用いた電流変換器によって低
周波交流励磁される可変速発電システムに関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種可変速発電システムは、例えば特開昭５９
−７２９９８号公報に記載されており、これを第５図に
示している。同図に示すように巻線形誘導発電［２１は
、その回転子に直結された水車２２によって回転駆動さ
れる。この巻線形誘導発電［１２１の二次巻線２１ｂに
は、半導体開閉素子を用いたサイクロコンバータ２３に
より巻線形誘導発電機２１の回転速度に応じて所定の位
相に調整した交流励磁電流が供給され、−次巻線２１ａ
からは電力系統２４の定格周波数と等しい一定周波数の
交流電力が出力されるように可変速運転が行なわれてい
る。回転速度検出器２６で検出された回転速度信号Ｎと
、外部から与えられる発電機出力指令Ｐ０および水位検
出信号Ｈは水車特性関数発生器２５へ入力され、この水
車特性関数発生器２５は、最高効率で運転するための最
高回転速度指令Ｎ、と最適案内弁開度指令Ｙ、を発生す
る。その回転子を巻線形誘導発電機２１に直結したスリ
ップ位相検出用誘導機２７は、−次巻線２７ａを巻線形
誘厚発電機２Ｉの出力側に接続し、二次巻線２７ｂから
スリップ位相信号Ｓ、を出力する。このスリップ位相信
号Ｓ、と最適回転速度指令Ｎ、はサイクロコンバータ２
３に与えられ、サイクロコンバータ２３は巻線形誘導発
電機２１の二次巻線２１ｂに供給する交流励磁電流の位
相等を制御する。また最適案内弁開度指令Ｙ。

が案内弁駆動装置２８に与えられ、案内弁駆動装置２８
は水車出力が最適値となるように案内弁２９の開度を制
御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如き従来の可変速発電システムにおけるサイクロ
コンバータ２３は、正群と負群の半導体開閉素子から成
って交互に通電されるため、これら素子は交互に無通電
状態での冷却が行なわれる。

従って、この点を考慮して素子の熱容量を決定すればよ
り経済的なサイクロコンバータ２３が得られる。しかし
ながら、可変速発電システムでは同期速度の前後一定幅
、例えば±ｌθ％を運転範囲とするため、同期速度を通
過するときに一時的に直流励磁状態または極めて低周波
の励磁状態、つまり運転禁止帯となるので、ある周波数
以上の周波数での励磁を条件として選定された素子の熱
容量を超えることになる。このため、この状態を速やか
に検出して素子を保護する必要があるが、従来の可変速
発電システムにおいて、この対地が何等なされていなか
った。

本発明の目的は、半導体開閉素子を異常温度上昇から保
護することのできる可変速発電システムを提供するにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、半導体開閉素子に
流す電流に対応する電流を流すと共に、上記半導体開閉
素子と同じ温度上昇特性を持つ発熱体と、この発熱体に
設けた温度検出素子と、この温度検出素子による上記発
熱体の温度が所定値に達したとき上記半導体開閉素子を
保護する保護手段とから構成したことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の可変速発電システムは上述の如き構成であるか
ら、運転禁止帯等により半導体開閉素子に温度上昇が生
じると、これに対応する発熱体にも同様の温度上昇が生
して温度検出素子によって検出され、温度上昇が所定値
を越えると、例えば巻線形誘辱発電機を同期速度から離
れた速度に制御したり、あるいは電力系統から切離した
りするよう上記保護手段を作動させて上記半導体開閉素
子を保護することができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は可変速発電システムの要部を示す回路図で、可
変速機である巻線形誘導発電機の二〉丈巻線８は二次励
磁回路１０を介してサイクロコンバータ９によって励磁
されて可変速運転が行なわれ、サイクロコンバータ９は
半導体開閉素子を有して構成されている。二次励磁回路
ｌＯには電流変成器１１を介して電流Ｉ２に対応する小
電流１２を分流し、詳細を後述する発熱体１２へ供給さ
れている。尚、この発熱体１２および電流変成器１１は
一相分のみを示し他相は図示を省略している。

発熱体１２はサイクロコンバータ９の半導体開閉素子と
同じ温度特性を有しており、その温度は温度検出素子６
によって検出され、サイクロコンバータ９の半導体開閉
素子の熱容量を考慮して定めた所定温度に達したとき、
保護手段１４は半導体開閉素子の保護操作を行なう。例
えば、所定温度を２段階に定め、低温側の所定温度に達
したとき、速度指令を同期速度から離れた速度に変更す
ると同時に、出力指令も下げる。一方、高温側の所定温
度に達したときは、電力系統から切離すと同時に界磁電
流も停止させる。

ここで、サイクロコンバータ９０半導体開閉素子と発熱
体１２の関係について説明する。

冷却フィン等により冷却作用を有する発熱体の過渡温度
特性は、発熱体の熱容量をｍ、発熱体の温度上昇をＵ、
時間をｔ、発熱体の電気抵抗をＲ２電流をｉ、冷却フィ
ンなどの熱伝達率をα、冷却面積をＳとするとき、 ｔ となる。

この（１）式より発熱体の温度上昇Ｕは、電流ｉを一定
と仮定すると次式で表わされる。

αｓ 従って、サイクロコンバータ９の半導体開閉素子と発熱
体Ｉ２は、次の条件を同一とすれば同し温度上昇特性を
示す。

αｓ　　　　　　　　　　ｍ つまり、熱伝達率αは半導体開閉素子と発熱体１２とを
同一にできなくても、Ｒ／ＳおよびＳ　／　ｍを調整す
ることにより同一温度特性とすることができる。

第２図は第１図の発熱体１２の詳細を示している。一般
に第１図の二次励磁回路１０には三相交流が用いられ、
この電流を作り出すサイクロコンバータ９等の電流変換
器も三相出力となるから、各相の半導体開閉素子には互
いに異なる電流が流れ、また相互に温度干渉を受けない
よう独立して冷却される。更に同一相であっても正群と
負群の半導体開閉素子間は互いに温度の干渉を受けない
ように構成されると共に、時々刻々の電流は異なる。こ
れに合せて発熱体１２も図示の如く構成されている。つ
まりサイクロコンバータ９の正群の半導体開閉素子に対
応する発熱体は、冷却フィン５を有するダイオード１と
電流制限用電気抵抗３の直列接続から成る。またサイク
ロコンバータ９の負群の半導体開閉素子に対応する発熱
体は、冷却フィン５を有するダイオード２と電流制限用
電気抵抗４の直列接続から成る。しかも、それぞれのダ
イオード１．２の冷却フィン５にそれぞれ温度検出素子
６を設け、この温度検出素子６の出力によって第１図の
保護手段１４を作動させるように構成されている。

従って、二次励磁電流■２に比例する一相分の電流ｊ２
は、サイクロコンバータ９の正群および負群の半導体開
閉素子に対応する電流’Ｚｐｒ’２゜に分けられ、この
電流によって発生するダイオード】、２の内部損失は冷
却フィン５へ伝達される。

ダイオード１．　２はサイクロコンバータ９の半導体開
閉素子に対応しているから、ダイオード１゜２の冷却フ
ィン５の温度上昇は半導体開閉素子の温度上昇として温
度検出素子６により検出される。

第３図は二次励磁電流の波形を示しており、二次励磁電
流が大きさ一定のままＯＨ２を通過したときのＵ相とＶ
相の波形である。同図のＡ部のように、極く低周波の状
態が一定時間以上継続した場合、あるいはある時間内に
繰返して０１１２を通過すると、サイクロコンバータ９
の半導体開閉素子に熱が蓄積される。これが半導体開閉
素子の熱耐量を超えると熱破壊される。

この状態は第２図のダイオードｌ、２の冷却フィン５を
介して温度検出素子６で検出される。保護手段１４の一
部として示す温度継電器７の設定値を例えば２段階にし
、温度上昇しつつ低温側の所定温度に達したとき、速度
指令Ｎ、を同期速度から離れた速度に変更すると共に出
力指令Ｐ。も下げる。これにより特定の半導体開閉素子
に電流が集中することを防ぎ、かつ出力を下げて界磁電
流も小さくして半導体開閉素子の温度上昇を防ぐ。

また高温側の所定温度に達したときは、直ちに系統から
切離す。このようにして保護手段１４の作動により半導
体開閉素子は保護される。

第４図は本発明の他の実施例による発熱体１２を示して
いる。第２図との同等物には同一符号を付し、相違部分
についてのみ説明する。

この実施例では温度検出素子６を電流制限用電気抵抗３
．４に取付けている。サイクロコンバータ９の半導体開
閉素子は一般に高電圧で用いられるために、その温度を
直接測定することはできないが、等価な発熱体１２を設
け、ごの発熱体の電流制限用電気砥抗３，４から温度を
測定している。

この実施例によっても先の実施例と同様に、温度検出素
子６による測定値が所定温度を越えたとき保護手段１４
を作動させて半導体開閉素子を保護することができる。

尚、本発明は誘導発電機を誘導電動機とし、水車をポン
プとして稼動しても同様の効果が得られる。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明は、電流変換器の半導体開閉
素子に流す電流に対応する電流を流すと共に上記半ぶ体
開閉素子と同じ温度特性を持つ発熱体を設け、この発熱
体で測定した温度に基いて保護動作を行なうため、半導
体開閉素子が高圧部であっても容易に温度検出が行なえ
ると共に発熱体には対応電流が流れるので運転禁止帯に
よる熱破壊前に保護動作を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による可変速発電システムの
要部を示す回路図、第２図は第１図の発熱体の一例を示
す回路図、第３図は二次励磁電流の０ＨｚｉｆｆｌｊＡ
時の波形図、第４図は本発明の他の実施例による要部の
回路図、第５図は従来の可変速発電システムを示す回路
図である。 ６・・・・・・温度検出素子、８・・・・・・二次巻線
、９・・・・・・サイクロコンバータ、１０・・・・・
・二次励磁回路、１２・・・・・・発熱体、１４・・・
・・・保護手段。 ６・８．温度検し！、玉号 ９・・・町イクロコンノ（′−タ １２・・・哨ｔ；翼３イネ １４・・・イ呆壜ｉすｒすｔ４望： 第２図 ？ 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体開閉素子を用いた電流変換器によつて励磁さ
   れる可変速機を有する可変速発電システムにおいて、上
   記半導体開閉素子に流す電流に対応する電流を流すと共
   に上記半導体開閉素子と同じ温度特性を持つ発熱体と、
   この発熱体に設けた温度検出素子と、この温度検出素子
   による上記発熱体の温度が所定値に達したとき上記半導
   体開閉素子を保護する保護手段とを設けたことを特徴と
   する可変速発電システム。 ２、上記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上
   記発熱体は、直列接続したダイオードと電流制限用電気
   抵抗とから成り、上記温度検出素子は、上記ダイオード
   の冷却フィンに設けたことを特徴とする可変速発電シス
   テム。 ３、上記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上
   記発熱体は、直列接続したダイオードと電流制限用電気
   抵抗とから成り、上記温度検出素子は、上記電流制限用
   電気抵抗に設けたことを特徴とする可変速発電システム
   。