JPH0378500A

JPH0378500A - ブラシレス同期電機

Info

Publication number: JPH0378500A
Application number: JP1212519A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kikuchi; 菊地　実
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1989-08-18
Publication date: 1991-04-03
Anticipated expiration: 2015-03-13
Also published as: JP3017755B2

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】［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Ａｃ　Ｅｘ　ＦＬＤ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Ａｃ　Ｅｘ　ＡＲＭ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ＳＲＩ　、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５ＧＦＬＤを励磁することで発電機の電機子巻線ＳＧ
ＡＲＭに交流電力が発生する。

界磁回路には、発電機の界磁巻線５ＧＦＬＤ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Ｓ
ＲＩ、ＳＲ２や界磁巻線５ＧＦＬＤ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５ＧＦＬＤに誘起される
電圧が、端子に側が正極性の場合、電流はに一５Ｒ２−
３ＲＩ−Ｊと、ダイオードＳＲ２，ＳＲＩを介して短絡
されることになる。

又、逆に界磁巻線５ＧＦＬＤの端子Ｊ側が正極性の場合
はＪ−ＲＤ−にと、放電抵抗器ＲＤを介して短絡される
。界磁巻線５ＧＦＬＤ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ＳＲＩ、ＳＲ２に逆電圧が印加され、ダイオード
ＳＲＩ、ＳＲ２のせん頭逆電圧を越え、ダイオード５Ｒ
ＩＳＲ２の破壊、ひいては界磁巻線５ＧＦＬＤ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ＳＲＩ、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ＡＣＥＸ　ＦＬＤ）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５ＧＦＬＤ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
発生損失により効率が低下し、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ａ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有するものである
。

（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ク５ＣＲＩ　、５ＣＲ２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５ＧＦＬＤの端子Ｊ、Ｋに、スイッチン
グ素子例えばサイリスタ５ＣＲＩ。

５ＣＲ２の直列回路を並列に接続し、この５ＣＲＩと５
ＣＲ２の接続点“Ａ”と、ダイオードＳＲＩ、ＳＲ２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５ＣＲＩ　、５ＣＲ２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５ＧＦＬＤに回転整流器Ｒ
ＯＴＲＥＣと逆極性の異常電圧が発生したとき、サイリ
スタ５ＣＲＩ、５ＣＲ２に対してオフ制御信号を与え、
また界磁巻線５ＧＦＬＤ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５ＣＲＩ、
５ＣＲ２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５ＧＦＬＤに誘起される異常電圧が、端子に側が正極性
の場合は、５ＣＲＩ、５ＣＲ２はオフ状態で電流はに→
ＳＲ２→ＳＲＩ→Ｊと、ダイオードＳＲＩ、ＳＲ２を介
して短絡される。

又逆に、界磁巻線５ＧＦＬＤの端子Ｊ側が正極性の場合
、ある任意の電圧（ダイオードＳＲＩ。

ＳＲ２のせん頭逆電圧以下）以上となると、制御回路Ｃ
Ｃからサイリスタ５ＣＲＩ、５ＣＲ２のゲート信号が発
生し、５ＣＲＩ、５ＣＲ２がオンし、電流がＪ−３ＣＲ
Ｉ−ＳＣＲ２−にと、サイリスタ５ＣＲＩ、５ＣＲ２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ＳＣ；
ＦＬＤに並列に挿入されるサイリスタ５ＣＲＩ、５ＣＲ
２はダイオードＳＲＩ、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でサイリスタ５ＣＲＩ、
５ＣＲ２がオンしないこと。

■５ＣＲＩ　、５ＣＲ２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ＳＲＩ　、ＳＲ２、サイリスタ５
ＣＲＩ　、５ＣＲ２、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の取り付は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５ＣＲＩ。

５ＣＲ２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５ＣＲＩ。

５ＣＲ２が動作した場合である。■で５ＣＲＩ。

５ＣＲ２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。■→■の転流時サイリスタ５ＣＲＩ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、Ｖ４ＳＣＲ２→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ＶＯＷ転流は行なえず、■のＸ−）Ｙの転
流で５ＣＲ２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５ＣＲＩ。

５ＣＲ２が動作した場合である。■で５ＣＲＩ。

５ＣＲ２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、５Ｃ
Ｒ２がオフする。Ｙ◆Ｚへの転流は行なえず、■のＵ◆
Ｖの転流で５ＣＲＩ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５Ｃ
ＲＩ　、５ＣＲ２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かできる。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ＳＲＩ。

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型化、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図は本発明の龜第１図の励磁装置の一例を示す断面図、第３〜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。Ａｃ　ＥＸ　ＦＬＤ・・・交流励磁機界磁巻線、Ａｃ　
ＥＸ　ＡＲＭ・・・交流励磁機電機子巻線、ＲＯＴＲＥ
Ｃ・・・回転整流器、ＳＲＩ、ＳＲ２・・・ダイオード
、５ＣＲＩ、５ＣＲ２・・・サイリスク、５ＧＦＬＤ・
・・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。第１図

Claims

【特許請求の範囲】　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有することを特徴
とするブラシレス同期電機。