JPH04322151A - ブラシレス発電電動機とその制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレス発電電動機と
その制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブラシレス発電機を、電動機とし
て運転するには、専用の励磁装置により界磁巻線を励磁
し、固定子巻線に系統母線より三相交流を供給するよう
にしている。しかし、このようなブラシレス発電機では
電動機として運転する場合のみ専用の励磁装置が必要と
なり、また起動時に固定子巻線に大きな起動電流が流れ
るため、系統に悪影響を与える。このため、ブラシレス
発電機を電動機として起動する場合には、ソフトスター
タという可変速起動方式が考えられている。しかし、こ
の方式は発電機の固定子巻線に可変周波数電源を接続し
て可変速電動機として起動するため、固定子巻線には高
周波対策を行なう必要があり、コストアップの原因とな
る。

【０００３】また、このソフトスタータ方式においても
、電動機運転時には専用の励磁装置が必要であり、これ
らソフトスタータ装置、発電機の高周波対策、電動機運
転時の励磁装置を合わせるとコストアップは著しく、ま
たシステムは複雑化する一方、利用率は電動機としての
起動時のみ悪くなることから、設備投資の割には無駄が
多いシステムとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のブラ
シレス発電機において、電動機として運転するには専用
の励磁装置、ソフトスタータ装置、発電機高周波対策が
必要となり、コストの上昇の割には利用率が悪いという
問題があった。

【０００５】本発明は専用の励磁装置を使用することな
く電動機として運転することができると共に、起動時に
流れる起動電流により系統に与える悪影響をなくすこと
ができるブラシレス発電電動機とその制御方法を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、回転子に誘導電動機のかご形巻線と回転整
流器およびこれに直列接続された同期発電機の界磁巻線
を備え、固定子に誘導電動機の固定子巻線、同期発電機
の固定子巻線を備えたものである。

【０００７】また、回転子に誘導電動機のかご形巻線と
回転整流器およびこれに直列接続された同期発電機の界
磁巻線を備え、固定子に誘導電動機の固定子巻線、同期
発電機の固定子巻線を備えたブラシレス発電電動機にお
いて、原動機の起動時にはインバータにより誘導電動機
として回転子を加速させ、原動機により定格回転数が保
持されると前記誘導電動機の固定子巻線を、回転子の回
転方向とは反対方向に回転界磁が発生するように交流電
源に接続して前記誘導電動機のかご形巻線に起電力を発
生させ、この起電力を前記回転整流器により直流に変換
して前記同期発電機の界磁巻線に供給し、同期発電機と
して運転するものである。

【０００８】

【作用】このような構成のブラシレス発電電動機におい
て、電動機として運転する場合には誘導電動機の固定子
巻線に三相交流を加えることで、誘導電動機のかご形巻
線により回転トルクが発生するが、この回転トルクは回
転整流器で整流されてロータバーに流れる電流により得
ており、しかもこのロータバーに流れる電流は同期発電
機の界磁巻線に流れても同期発電機の固定巻線を解放状
態にしておけばエネルギの損失はなく、全て回転エネル
ギとして消費されるので、起動電源以外に電源を必要と
しないばかりでなく、同期発電機の固定子巻線に起動電
流が流れないことから、系統に悪影響を与えるようなこ
ともない。

【０００９】また、同期発電機として運転する場合には
原動機により回転子を定格速度で回転している状態で、
回転子とは反対方向に回る回転磁界を発生するように誘
導電動機の固定子巻線に三相交流を供給すると同時に、
そのとき回転整流器より界磁巻線に流れる直流電流をイ
ンバータで制御することができるので、システムもシン
プルとなり、設備の利用率を向上させることができる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１１】図１は本発明によるブラシレス発電電動機
の構成例を概念的に示し、また、図２は図１の回転子の
概略構造を示すものである。図１において、固定子１は
誘導電動機の固定子巻線２と同期発電機の固定子巻線３
とを備えている。また、回転子４は図２にも示すように
誘導電動機のかご形ロータバー５と回転整流器６および
同期発電機の界磁磁極９に巻回された界磁コイル７と、
短絡環８とを備えている。

【００１２】一方、図３は図１および図２に示す構成の
ブラシレス発電電動機の制御回路の構成例を示す三線結
線図である。図３において、同期発電機の固定子巻線３
は発電機しゃ断器１０を介して系統母線１１に接続され
ている。また、誘導電動機の固定子巻線２は起動しゃ断
器１２および界磁しゃ断器１３、インバータ１４、主し
ゃ断器１５を介して系統母線１１に接続されている。次
に上記のように構成されたブラシレス発電電動機の作用
について述べる。

【００１３】一般に三相誘導電動機の回転子には、固定
子側の周波数にスリップを乗じたすべり周波数の電流が
流れることは知られている。つまり、三相誘導電動機の
起動時はスリップが１であるので、固定子と同じ周波数
の電流が回転子に流れ、この電流による電磁力により回
転トルクが発生する。

【００１４】本実施例によるブラシレス発電電動機にお
いて、起動しゃ断器１２を閉じて図１のような構成の誘
導電動機の固定子巻線２に三相交流を加え、誘導電動機
かご形ロータバー５により回転トルクが発生することは
同じであるが、回転整流器６より図４の如く回転子回転
磁界によるすべり周波数電流１６は半波整流されてロー
タバー５に電流１７が流れ、このロータバー５に流れる
電流１７により回転トルクを得ている。この時半波整流
されたロータバーに流れる電流１７は同期発電機の界磁
コイル７にも流れるが、同期発電機の固定子巻線３の回
路を解放しておけば、エネルギーの損失はなく、全て回
転エネルギーとして消費される。

【００１５】次に同期発電機として運転する場合につい
て述べる。いま、原動機により回転子４を定格速度で回
転している状態で、起動しゃ断器１２を開き、界磁しゃ
断器１３を閉じると、誘導電動機の固定子巻線２に回転
子４とは反対方向に回る回転磁界を発生させる三相交流
電流が流れる。すると、誘導電動機のかご形ロータバー
５は回転磁界と反対に回転するため、磁束を切る形とな
り、起電力が発生する。

【００１６】図５は回転子の回転周波数と同じ回転磁界
を回転子の回転とは反対とした場合のロータバー５に流
れる電流波形を示すものである。即ち、図５において、
固定子側電流周波１８に対し、２倍の周波数を持つ脈流
がロータバー５に流れる電流となる。このロータバー５
に流れる電流１７は図１において、同期発電機の界磁コ
イル３にも流れ、同期発電機の固定子巻線２の励磁電源
となる。次にこれらに基づき本実施例によるブラシレス
発電電動機の制御について図３により説明する。

【００１７】まず、電動機として起動する場合、主しゃ
断器１５、起動しゃ断器１２を閉じてインバータ１４に
より低周波三相交流電源を誘導電動機の固定子巻線２に
印加すると、誘導電動機かご形ロータバー５には低いす
べり周波数が発生するため、急激に回転することもなく
、またインバータ１４により電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）一
定とすることにより、過大な起動電流が流れるようなこ
ともない。このような状態からインバータ１４により徐
々に周波数を上げて行くことにより、回転子も加速され
てスピードが上昇していく。

【００１８】次に原動機により定格回転数が確保され、
発電機として使用する場合には起動しゃ断器１２を開と
し、界磁しゃ断器１３を閉じると、誘導電動機の固定子
巻線２に電動機運転時とは反対方向の回転磁界が発生し
、誘導電動機かご形ロータバー５、回転整流器６を通し
て同期発電機の界磁巻線７に界磁電流が流れ、同期発電
機固定子３には電圧が発生する。この場合、インバータ
１４により周波数または電圧を可変すると、誘導電動機
かご形ロータバー５に発生する起電力が変化するため、
同期発電機の界磁制御が可能となる。

【００１９】次に本発明によるブラシレス発電電動機を
コンバインドサイクル発電プラントに適用した場合の実
施例を図６により説明する。図６はコンバインドサイク
ル発電プラントの単線結線図を示すもので、回転子４は
機械的にガスタービン１９と直結されており、同期発電
機の固定子巻線３は発電機低圧しゃ断器１０ａ、主変圧
器２０および発電機高圧しゃ断器１０ｂを介して系統母
線１１に接続されている。誘導電動機の回転子巻線２は
起動起動しゃ断器１２または界磁しゃ断器１３およびイ
ンバータ出力変圧器２１、インバータ１４、インバータ
入力変圧器２２、または主しゃ断器１５を介して主変圧
器の低圧側に接続され、発電機の自動電圧調整装置（Ａ
ＶＲ）は発電機運転となったときインバータの出力制御
が行ない得るように接続されている。次にこのような構
成のコンバインドサイクル発電プラントの作用を述べる
。

【００２０】コンバインドサイクル発電プラントの起動
は、ガスタービンを一度点火スピードまで上昇させ、ガ
スタービン点火後始めて原動機であるガスタービンによ
る駆動が可能となる。図６において、発電機低圧しゃ断
器１０ａは開いておき、発電機高圧しゃ断器１０ｂ、主
しゃ断器１５を閉じてインバータ１４に三相交流を供給
する。次に起動しゃ断器１２を投入し、インバータ１４
によりＶＶＶＦ運転を行なうと、回転子４は誘導電動機
の固定子巻線２に発生する回転磁界により加速され、イ
ンバータ１４によりガスタービン１９の点火スピードま
で上昇した時点で、ガスタービン１９の点火を行なう。 ガスタービン１９が点火され、回転子が駆動されるよう
になると、起動しゃ断器１２を解放し、インバータ１４
も停止させる。

【００２１】そして、回転子４がガスタービン１９によ
り定格スピードになった時、界磁しゃ断器１３を投入し
、インバータ１４により徐々に周波数を上げていく。 すると、同期発電機の界磁巻線７は励磁されるため、同
期発電機の固定子巻線３には電圧が誘起され、徐々に電
圧が上昇していく。

【００２２】同期発電機の固定子巻線３が定格電圧にな
ると、系統母線１１と同期をとり、発電機低圧側しゃ断
器１０ａを同期投入して系統母線に併列し、ガスタービ
ン１９により出力を上げていく。この時、ＡＶＲ２３の
信号で、インバータ１４の出力を制御することにより、
同期発電機の電圧制御が可能である。

【００２３】このように本実施例におけるコンバインド
サイクル発電プラントでは、起動時ガスタービンの点火
スピードまでインバータによるスピードコントロールが
可能となり、また起動電流が流れないので系統に影響を
与えることもない。また、回転子にはガスタービン以外
には何も直結されていないので、起動モータや油圧クラ
ッチ等が不要となり、簡単な構造となし得る。

【００２４】さらに、インバータ１４は同期発電機の固
定子側を制御するのではなく、容量の少なくてすむ起動
および励磁用の誘導電動機の固定子巻線を制御するよう
にしているので、固定子巻線の高調波対策はソフトスタ
ータ方式に比べて遥かに少なく、コスト的にも安価にな
る。また、インバータは起動時のみでなく、停電時にも
励磁装置として使用できるので、設備の利用率も遥かに
良くなる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によるブラシレ
ス発電電動機によれば、電動機運転時には起動電源以外
に電源を必要とせず、また起動時にはスピードコントロ
ールができると共に、系統に影響を与える起動電流が流
れないので、大容量の発電電動機に適用することが可能
となる。また、同期発電機の固定子巻線に対する高調波
対策が不要であり、しかも電動機運転時、発電機運転時
共に１台のインバータで制御できるので、システム自体
もシンプルとなり、設備の利用率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるブラシレス発電電動機の一実施例
の構成を示す概念図。

【図２】同実施例における回転子を示す概略構成図。

【図３】同実施例のブラシレス発電電動機の制御方法を
説明するための三線結線図。

【図４】同実施例において、電動機運転時に誘導電動か
ご形ロータバーに流れる電流波形図。

【図５】同実施例において、発電機運転時に誘導電動か
ご形ロータバーに流れる電流波形図。

【図６】本発明によるブラシレス発電電動機をコンバイ
ンドサイクル発電プラントに適用実施した場合の単線結
線図。

【符号の説明】 １……固定子、２……誘導電動機の固定子巻線、３……
同期発電機の固定子巻線、４……回転子、５……誘導電
動機のかご形ロータバー、６……回転整流器、７……同
期発電機の界磁コイル、８……短絡環、９……同期発電
機の界磁磁極、１０……発電機しゃ断器、１１……系統
母線、１２……起動しゃ断器、１３……界磁しゃ断器、
１４……インバータ、１５……主しゃ断器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転子に誘導電動機のかご形巻線と回
   転整流器およびこれに直列接続された同期発電機の界磁
   巻線を備え、固定子に誘導電動機の固定子巻線、同期発
   電機の固定子巻線を備えたことを特徴とするブラシレス
   発電電動機。
2. 【請求項２】　　回転子に誘導電動機のかご形巻線と回
   転整流器およびこれに直列接続された同期発電機の界磁
   巻線を備え、固定子に誘導電動機の固定子巻線、同期発
   電機の固定子巻線を備えたブラシレス発電電動機におい
   て、原動機の起動時にはインバータにより誘導電動機と
   して回転子を加速させ、原動機により定格回転数が保持
   されると前記誘導電動機の固定子巻線を、回転子の回転
   方向とは反対方向に回転界磁が発生するように交流電源
   に接続して前記誘導電動機かご形巻線に起電力を発生さ
   せ、この起電力を前記回転整流器により直流に変換して
   前記同期発電機の界磁巻線に供給し、同期発電機として
   運転することを特徴とするブラシレス発電電動機の制御
   方法。