JPH05137363A - 交流励磁発電電動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】交流励磁同期機の始動時に、交流励磁用の周波
数変換器の１相の出力を用いて直流励磁を行なうと共
に、他の２相の出力を用いて可変周波数の交流電力を供
給することにより、周波数変換器を大容量化せずに円滑
に起動できるようにする。 【構成】交流励磁同期機１の始動時には、開閉機器４
ａ，４ｂ，４ｃ，６ｃ，８を開、７ａ１，７ｂ１，７ｃ
１，９ｃを閉にする。これにより、交流励磁同期機１の
１次巻線１ｓには周波数変換器５の出力Ｃから直流電力
が供給され、２次巻線１ｒには周波数変換器５の出力
Ａ，Ｂから可変周波数の交流電力が供給される。これに
より、交流励磁同期機１は同期機として始動，加速され
る。 【効果】交流励磁同期機の始動時に、周波数変換器の出
力の接続変更を安全に行ない、周波数変換器を大容量化
せずに円滑に起動できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は交流励磁発電電動装置に
係り、特に可変速フライホイール発電システムなど、回
転部の運動エネルギーを電力系統に出し入れして系統安
定に寄与する装置で、安定かつ損失の少ない始動を実現
するのに好適な交流励磁発電電動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流励磁発電電動装置を揚水発電装置に
使用する場合、水車運転と揚水運転の２つの始動モード
がある。前者の場合、交流励磁同期機を水車で駆動し、
適当な回転数に達した時点で交流励磁を開始すれば良い
が、後者の場合には交流励磁同期機の１次側に可変周波
数の入力を供給する必要があり、可変周波数入力を与え
る上で多少の工夫を要する。

【０００３】この一例として、例えば特開平1−303080
号では、交流励磁発電電動装置はその３相の２次巻線の
夫々を交流励磁する３相の周波数変換器を備えているこ
とから、揚水始動時に１相の周波数変換器を用いて１相
の２次巻線を直流励磁する。また他の２相の周波数変換
器を用いて可変出力，可変周波数の出力を得て、これを
交流励磁同期機の１次側から供給するように切替えて始
動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来例で挙げた特開平
1−303080号で具体的には、周波数変換器としてサイク
ロコンバータを使用し、３相のサイクロコンバータのう
ち２相分を用いて可変出力，可変周波数の出力を得るこ
とを実現する上で、前記サイクロコンバータの２相分で
それぞれ交流電力を直流電力に変換する順変換装置及び
直流電力を可変周波数の交流電力に変換澄る逆変換装置
を構成している。この構成において、順変換装置の直流
電力出力はサイクロコンバータの１相当の出力定格を上
限とするので、逆変換装置の可変周波数の交流電力出力
もサイクロコンバータの１相分の定格出力を超えること
がない。すなわち前記従来例では、始動時に交流励磁同
期機の１次側に供給される可変周波数の交流電力が３相
の周波数変換器の出力の１／３以下に制限される問題が
ある。

【０００５】本発明の目的は、ｉ）交流励磁発電電動装
置の主回路に設置した開閉機器を用いて周波数変換器の
出力と交流系統を短絡することなく交流励磁同期機の１
次側，２次側のそれぞれの一方に周波数変換器の１相分
の出力、他方に周波数変換器の２相分の出力の接続を実
現する接続変更方法を提供すること、ii）交流励磁用周
波数変換器を用いて交流励磁同期機を円滑に起動して交
流励磁運転可能な範囲まで加速する機能を交流励磁用周
波数変換器を大容量化せずに実現するのに好適な交流励
磁発電電動装置の主回路構成を提供すること、iii)交流
励磁発電電動装置及びそれに隣接した直流励磁発電電動
装置の主回路に設置した開閉機器を用いて周波数変換器
の出力と交流系統を短絡することなく直流励磁同期機の
１次側，２次側のそれぞれに周波数変換器の２相分の出
力、１相分の出力の接続を実現する接続変更方法を提供
すること、iv）交流励磁用周波数変換器を用いて直流励
磁同期機を円滑に起動して同期運転可能な速度まで加速
する機能の他に始動用周波数変換器を設けることなく実
現するのに好適な直流励磁発電電動装置及び交流励磁発
電電動装置の主回路構成を提供すること、にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ｉ）交
流励磁用周波数変換器の３相の出力及び中性点と交流励
磁同期機の２次巻線及びその中性点との開閉機器、前記
周波数変換器の出力及び中性点と交流励磁同期機の１次
巻線との開閉機器を新たに設け、交流励磁同期機始動時
にまず全開閉機器の開放状態から、交流励磁同期機の１
次巻線，２次巻線の一方に前記周波数変換器の１相の出
力及びその中性点を接続し、他方に前記周波数変換器の
２相の出力及びその中性点を接続する方法、ii）交流励
磁同期機の１次巻線，２次巻線の一方に交流励磁用周波
数変換器の１相の出力を接続して直流励磁し、他方に前
記周波数変換器の２相の出力をそのまま巻線線間に接続
して可変周波数の交流電力を供給する主回路構成、iii)
交流励磁用周波数変換器の３相出力及び中性点と交流励
磁同期機の２次巻線及びその中性点との開閉機器、前記
周波数変換器の出力及び中性点と直流励磁同期機の１次
巻線，２次巻線との開閉機器を新たに設け、直流励磁同
期機始動時にまず全開閉機器の開放状態から、直流励磁
同期機の２次巻線に前記周波数変換器の１相の出力及び
その中性点を接続し、１次巻線に前記周波数変換器の２
相の出力及びその中性点を接続する方法、iv）直流励磁
同期機の２次巻線に交流励磁用周波数変換器の１相の出
力を接続して直流励磁し、１次巻線に前記周波数変換器
の２相の出力をそのまま巻線線間に接続して可変周波数
の交流電力を供給する主回路構成、にある。

【０００７】

【作用】ｉ）本発明に係る交流励磁発電電動装置の主回
路接続変更方法によれば、交流励磁同期機始動時に交流
励磁用周波数変換器の出力と交流励磁同期機の１次巻線
及び２次巻線を結ぶ開閉機器，交流系統と交流励磁同期
機の１次巻線を結ぶ開閉機器が開路されるので、前記周
波数変換器の出力と交流系統を短絡することなく、交流
励磁同期機の１次巻線，２次巻線の一方に前記周波数変
換器の１相の出力及びその中性点を接続し、他方に前記
周波数変換器の２相の出力及びその中性点を接続するこ
とができる。

【０００８】ii）本発明に係る交流励磁発電電動装置の
主回路構成によれば、交流励磁同期機の１次巻線，２次
巻線の一方に交流励磁用周波数変換器の１相の出力を接
続して直流励磁し、他方に他の２相の出力をそのまま巻
線線間に接続して可変周波数の交流電力が供給されるの
で、交流励磁用周波数変換器を大容量化することなく、
交流励磁用周波数変換器を用いて交流励磁同期機を円滑
に起動して交流励磁可能な速度まで加速することができ
る。

【０００９】iii)本発明に係る直流励磁発電電動装置及
び交流励磁発電電動装置の主回路接続変更方法によれ
ば、直流励磁同期機始動時に交流励磁用周波数変換器の
出力と直流励磁同期機１次巻線を結ぶ開閉機器，交流系
統と直流励磁同期機の１次側を結ぶ開閉機器が開路され
るので、前記周波数変換器の出力と交流系統を短絡する
ことなく、直流励磁同期機の２次巻線に前記周波数変換
器の１相の出力及びその中性点を接続し、直流励磁同期
機の１次巻線に前記周波数変換器の２相の出力及びその
中性点を接続することができる。

【００１０】iv）本発明に係る直流励磁発電電動装置及
び交流励磁発電電動装置の主回路構成によれば、直流励
磁同期機の２次巻線に交流励磁用周波数変換器の１相の
出力を接続して直流励磁し、同１次巻線に他の２相の出
力をそのまま巻線線間に接続して可変周波数の交流電力
が供給されるので、他に始動用周波数変換器を設けるこ
となく、交流励磁用周波数変換器を用いて直流励磁同期
機を円滑に起動して同期運転可能な速度まで加速するこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の特許請求範囲第１項の実施例を
図面により説明する。

【００１２】通常運転時においては図１で、開閉器９
ｃ，７ａ１，７ｂ１，７ｃ１を開路し、開閉器６ｃ，８
を閉路して交流励磁同期機１の２次巻線１ｒａ，１ｒ
ｂ，１rcは周波数変換器５の出力Ａ，Ｂ，Ｃに接続さ
れ、交流励磁同期機１の２次巻線１ｒの中性点は周波数
変換器５の非接地の中性点Ｎに接続される。開閉器４
ａ，４ｂ，４ｃは閉路し、交流励磁同期機１の１次巻線
１ｓは主要変圧器３を介して交流系統に接続される。な
お、周波数変換器５は励磁入力変圧器２を介して交流励
磁同期機１の１次巻線１ｓとは絶縁を保って主要変圧器
３と接続される。

【００１３】以上の状態で交流励磁同期機１は周波数変
換器５により２次巻線１ｒが交流励磁され、１次巻線１
ｓは交流系統と同期状態を保つ。

【００１４】以上、図１で通常運転時の交流励磁電導装
置の主回路の実施例を示した。以下、通常運転時の制御
系の動作を説明する。

【００１５】通常運転時は、図１において制御モード切
替器３０ｂ，３１ｂ，３２ｂは開路され、３０ａ，３１
ａ，３２ａは閉路される。

【００１６】以上の状態で、交流系統電圧位相検出器２
０の検出信号θ_v と回転位相検出器２１の検出信号θ_r
の差から得たすべり位相信号θ_s を位相信号θとして電
流制御装置２２に入力する。一方、電圧検出器２３の電
圧信号と指令値の偏差が零となるように電圧制御装置２
４は電流指令信号Ｉ_d＊ を電流制御装置２２に出力す
る。また、有効電力検出器２６の検出信号と指令値の偏
差が零となるように電力制御装置２６は電流指令信号Ｉ
_q＊ を電流制御装置２２に出力する。また、電力制御装
置２６には、回転速度検出装置２７の検出信号が設定範
囲内になった場合、もしくは信号の変化率が設定範囲内
となった場合に有効電力指令信号を修正する機能を備え
ている。

【００１７】尚、電流指令信号Ｉ_q＊ とＩ_d＊ は位相信
号θと共に回転する座標系上の回転中心を原点とする直
交座標で表わした電流指令値である。２次側各相の電流
指令は基準巻線から位相差に対応する方向を持つ静止座
標上の直線への正射影で与えられる。

【００１８】図４は電流制御装置２２の実施例を示す図
で、起動信号ＳＷは通常運転モードではレベル零に保た
れる。

【００１９】電流指令発生器２２１は電流指令Ｉ_q＊ と
Ｉ_d＊ 、位相信号θから交流励磁同期機１の２次側各相
出力電流指令信号Ｉ_a＊ ，Ｉ_b＊ ，Ｉ_c＊ を出力する。
この出力電流指令信号は制御電圧指令信号発生装置２２
２に入力される。信号ＳＷがレベル零の時、開閉操作器
２２３によって開閉器２２４ａが閉路され、開閉路２２
４ｂが開路される構成としている。これにより、出力電
流指令信号と電流検出値Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_c の偏差が零とな
るように制御電圧指令信号を発生する。

【００２０】以上図１及び図４で通常運転時の交流励磁
発電電動装置の制御系及び電流制御装置２２の動作を説
明した。以下、起動時に交流励磁同期機１の１次巻線１
ｓを周波数変換器５の１相分の出力で直流励磁し、同２
次巻線１ｒに残りの２相分の出力で可変周波数の交流電
力を供給して、交流励磁同期機１を直流励磁同期機とし
て動作させるための、接続変更方法の実施例を示す。

【００２１】図５，図７は図１のうち主回路の接続変更
に関する部分を抜き出したものである。図５，図７と図
１で同一番号を付した品は同一品を示すので、重複を避
けて説明を省略する。

【００２２】図５は、交流励磁同期機１が周波数変換器
５により交流励磁運転されている時の主回路の接続状態
である。この通常運転時の接続状態の詳細は前述したの
で省略する。

【００２３】図６は、交流励磁同期機１が停止時の主回
路の接続状態である。開閉器４ａ，４ｂ，４ｃ，７ａ
１，７ｂ１，７ｃ１，６ｃ，８，９ｃは開路されてお
り、交流励磁同期機１の１次巻線１ｓは開放され、２次
巻線１ｒａ，１ｒｂは周波数変換器５に接続され、２次
巻線１ｒｃ，２次巻線１ｒ中性点は開放されている。周
波数変換器５の出力は３相とも停止状態にある。

【００２４】図７は、交流励磁同期機１の１次巻線１ｓ
を直流励磁して同期機として起動運転する時の主回路の
接続状態である。図６の停止状態を確認したあと、開閉
器９ｃを閉路して交流励磁同期機１の２次巻線１ｒｃを
周波数変換器５の非接地の中性点Ｎに接続する。開閉器
７ａ１，７ｂ１，７ｃ１を閉路して交流励磁同期機１の
１次巻線１ｓａを周波数変換器５の出力ｃに、１次巻線
１ｓｂ，１ｓｃを周波数変換器５の非接地の中性点Ｎに
それぞれ接続する。

【００２５】本実施例により主回路の接続を変更すれ
ば、図５，図６で示したように主回路の全開閉器を開放
する状態を経るので、周波数変換器５の３相の出力間あ
るいは交流系統間あるいは周波数変換器５と交流系統間
で短絡状態を経ることが無く、安全に１次巻線１ｓを直
流励磁して交流励磁同期機１を同期機始動するための接
続状態に変更することができる。

【００２６】以下本発明の特許請求範囲第２項の実施例
を図面により説明する。

【００２７】起動時には、本発明の特許請求範囲第１項
の実施例により、交流励磁発電電動装置の主回路及び制
御回路を接続変更する。

【００２８】図１において、交流励磁同期機１の１次巻
線１ｓには、周波数変換器５の出力ｃより１次巻線１ｓ
ａ，次に１ｓｂ又は１ｓｃを通って周波数変換器５の中
性点Ｎに向って一定値の直流電流Ｉ_c が流れ、１次巻線
１ｓは直流励磁される。周波数変換器５の出力Ａから交
流励磁同期機１の２次巻線１ｒａ，１ｒｃを通って周波
数変換器５の中性点Ｎに流れ込む電流Ｉ_a と、周波数変
換器５の出力Ｂから交流励磁同期機１の２次巻線１ｒ
ａ，１ｒｃを通って周波数変換器５の中性点Ｎに流れ込
む電流Ｉ_d が発生する。このとき交流励磁同期機１の２
次巻線１ｒａ，１ｒｂ，１ｒｃを流れる電流Ｉ_a，Ｉ_b，
−(Ｉ_a＋Ｉ_b)は回転子の回転位相θ_r と一定の偏差を保
った位相を持ち、さらに同２次巻線に印刷される各相相
電圧と同位相となるように制御される。こうすれば、周
波数変換器の出力Ａ及びＢから交流励磁同期機１の２次
巻線には力率１を保って交流電力が供給され、回転子の
回転速度は徐々に上昇する。こうして交流励磁同期機１
を同期機として安定に起動する。

【００２９】以上、図１で始動時の交流励磁発電電動装
置の主回路の実施例を示した。以下、始動時の制御系の
動作を説明する。

【００３０】始動時には、図１において制御モード切替
器３０ａ，３１ａ，３２ａを開路し、制御モード切替器
３０ｂ，３１ｂ，３２ｂを閉路する。図４において信号
ＳＷはレベル１となり開閉操作器２２３が動作して、制
御モード切替器２２４ａが開路、２２４ｂを閉路する。

【００３１】図１で、励磁電流指令信号Ｉ_ex＊を直流一
定値に設定すると、電流制御装置２２より制御電圧指令
信号Ｅ_c が発生して周波数変換器５に入力される。起動
用電流指令信号発生器２８は起動時の結線において同期
速度に達した時に周波数変換器の出力電圧が定格出力電
圧を越えない範囲で出力電流を流せるような一定値の電
流指令信号Ｉ_q＊ ，Ｉ_d＊ を発生する。また、起動用電
流指令信号発生器２８は、回転位相検出器２１の検出信
号θ_r に対し、２次巻線１ｒａ，１ｒｂの相電圧と出力
Ａ，Ｂの出力電流の位相が一致して力率１の運転が行な
えるような一定値の位相信号補正値θ_r′ を加えて回転
数に対応した位相指令信号θ_t を発生する。これらの信
号Ｉ_q＊ ，Ｉ_d＊ ，θ_t は電流指令装置２２に入力さ
れ、制御電圧指令信号Ｅ_a ，Ｅ_b が発生する。

【００３２】図４で、単位制御電圧指令信号発生装置２
２２ｃは励磁電流指令信号Ｉ_ex＊と電流検出値Ｉ_c の偏
差が零となるように制御電圧指令信号Ｅ_c を発生する。
また、単位制御電圧指令信号発生装置２２２ａ，２２２
ｂは出力電流指令信号Ｉ_a＊,Ｉ_b＊ と電流検出値Ｉ_a，
Ｉ_bの偏差が零となるように制御電圧指令信号Ｅ_a，Ｅ_b
を発生する。

【００３３】本実施例によれば、特に可変速フライホイ
ール発電装置用として起動に必要な周波数変換器５の機
器容量を小さくし、安定した起動を実現できる。何故な
らば、本実施例によれば、交流励磁同期機に３相交流電
流を流すために周波数変換器の２相分の出力を使用する
のに対し、２相分のサイクロコンバータを組み換えて、
順変換装置及び逆変換装置を構成して可変周波数の交流
電力を供給して交流励磁同期機を同期機として起動する
公知例では、サイクロコンバータの１相分の出力を使用
するのみであり、本実施例の方が周波数変換器の利用効
率が高い。このため、本実施例によれば起動に必要な周
波数変換器の機器容量が小さくて済む。また、交流励磁
用の周波数変換器の他に、起動用の周波数変換器を設置
しなくて済むことも利点である。

【００３４】ところで、図１における周波数変換器５は
３相の出力と中性点を備えている必要があり、具体的に
はサイクロコンバータや順変換器と逆変換器を結合した
システムなどが考えられる。図１４は周波数変換器５と
してサイクロコンバータを適用した場合の実施例であ
る。図１４では３相のサイクロコンバータの３つの中性
点を結合して周波数変換器５の中性点としている。図１
で説明した本実施例においては、始動時の結線におい
て、１次巻線に接続される１相分の変換器出力ｃの中性
点と２次巻線に接続される２相分の変換器出力Ａ，Ｂの
共通中性点が結合されたものと説明しているが、周波数
変換器５が図１４のサイクロコンバータのように３つの
独立した変換器から構成されている場合には、１次巻線
に接続される変換器の中性点と２次巻線に接続される変
換器の中性点を分離しても良い。

【００３５】本実施例においては、直流励磁される１次
巻線において、巻線１ｓｂと１ｓｃが短絡された上で、
直流電流Ｉ_c は巻線１ｓａを流れたあと、巻線１ｓｂと
１scに別れて流れる。しかし、一方で、２次巻線１ｒを
流れる可変周波数の交流電流による誘導のために、１次
巻線１ｓｂ，１ｓｃで構成される閉ループに循環電流が
流れ、これにより、励磁電流の脈動，回転磁界の位相の
揺らぎが発生する。これを防ぐために、直流電流Ｉ_c を
巻線１ｓｂと１ｓｃに分流させるのではなく、どちらか
一方のみに流すこととし、３相の巻線のうち１相分には
直流励磁電流を流さない主回路構成の実施も考えられ
る。

【００３６】以下本発明の特許請求範囲第３項の実施例
を図面により説明する。

【００３７】通常運転時においては図２で、開閉器９
ａ，９ｂ，７ａ２，７ｂ２，７ｃ２を開路し、開閉器６
ａ，６ｂ，８を閉路して交流励磁同期機１の２次巻線１
ｒａ，１ｒｂ，１ｒｃは周波数変換器５の出力Ａ，Ｂ，
Ｃに接続され、交流励磁同期機１の２次巻線１ｒの中性
点は周波数変換器５の非接地の中性点Ｎに接続される。
開閉器４ａ，４ｂ，４ｃは閉路し、交流励磁同期機１の
１次巻線１ｓは主要変圧器３を介して交流系統に接続さ
れる。

【００３８】以上の状態で交流励磁同期機１は周波数変
換器５により２次巻線１ｒが交流励磁され、１次巻線１
ｓは交流系統と同期状態を保つ。

【００３９】以上、図２で通常運転時の交流励磁電動装
置の主回路の実施例を示した。制御系の動作は請求範囲
第１項の実施例で説明した図１及び図４と同じであり、
説明は省略する。以下、起動時に交流励磁同期機１の２
次巻線１ｒを周波数変換器５の１相分の出力で直流励磁
し、同１次巻線１ｓに残りの２相分の出力で可変周波数
の交流電力を供給して、交流励磁同期機１を直流励磁同
期機として動作させるための、接続変更方法の実施例を
示す。

【００４０】図６，図８〜図１０は図２のうち主回路の
接続変更に関する部分を抜き出したものである。図６，
図８〜１０と図２で同一番号を付した品は同一品を示す
ので、重複を避けて説明を省略する。

【００４１】図８は、交流励磁同期機１が周波数変換器
５により交流励磁運転されている時の主回路の接続状態
である。この通常運転時の接続状態の詳細は前述したの
で省略する。

【００４２】図９は、交流励磁同期機１が停止時の主回
路の接続状態である。開閉器４ａ，４ｂ，４ｃ，７ａ
２，７ｂ２，７ｃ２，６ａ，６ｂ，８，９ａ，９ｂは開
路されており、交流励磁同期機１の１次巻線１ｓは開放
され、２次巻線１ｒｃは周波数変換器５に接続され、２
次巻線１ｒａ，１ｒｂ、２次巻線１ｒ中性点は開放され
ている。周波数変換器５の出力は３相とも停止状態にあ
る。

【００４３】図１０ｃは、交流励磁同期機１の２次巻線
１ｒを直流励磁して同期機として起動運転する時の主回
路の接続状態である。図６Ｂの停止状態を確認したあ
と、開閉器９ａ，９ｂを閉路して交流励磁同期機１の２
次巻線１ｒａ，１ｒｂを周波数変換器５の非接地の中性
点Ｎに接続する開閉器７ａ２，７ｂ２，７ｃ２を閉路し
て交流励磁同期機１の１次巻線１ｓａ，１ｓｂを周波数
変換器５の出力Ａ，Ｂに、１次巻線１ｓｃを周波数変換
器５の非接地の中性点Ｎにそれぞれ接続する。

【００４４】本実施例により主回路の接続を変更すれ
ば、図９Ｂで閉したように主回路の全開閉器を開放する
状態を経るので、周波数変換器５の３相の出力間あるい
は交流系統間あるいは周波数変換器５と交流系統間で短
絡状態を経ることが無く、安全に２次巻線１ｒを直流励
磁して交流励磁同期機１を同期機始動するための接続状
態に変更することができる。

【００４５】以下本発明の特許請求範囲第４項の実施例
を図面により説明する。

【００４６】起動時には、本発明の特許請求範囲第３項
の実施例により、交流励磁発電電動装置の主回路及び制
御回路を接続変更する。

【００４７】図２において、交流励磁同期機１の２次巻
線１ｒには、周波数変換器５の出力Ｃより２次巻線１ｒ
ｃ、次に１ｒａ又は１ｒｂを通って周波数変換器５の中
性点Ｎに向かって一定値の直流電流Ｉ_C が流れ、２次巻
線１ｒは直流励磁される。周波数変換器５の出力Ａから
交流励磁同期機１の１次巻線１ｓａ，１ｓｃを通って周
波数変換器５の中性点Ｎに流れ込む電流Ｉ_a と、周波数
変換器５の出力Ｂから交流励磁同期機１の１次巻線１ｓ
ｂ，１ｓｃを通って周波数変換器５の中性点Ｎに流れ込
む電流Ｉ_b が発生する。このとき交流励磁同期機１の１
次巻線１ｓａ，１ｓｂ，１ｓｃを流れる電流Ｉ_a，Ｉ_b，
−(Ｉ_a＋Ｉ_b)は回転子の回転位相θ_r と一定の偏差を保
った位相を持ち、さらに同１次巻線に印加される各相相
電圧と同位相となるように制御される。こうすれば、周
波数変換器の出力Ａ及びＢから交流励磁同期機１の１次
巻線には力率１を保って交流電力が供給され、回転子の
回転速度は徐々に上昇する。こうして交流励磁同期機１
を同期機として安定に起動する。

【００４８】以上、図３で始動時の交流励磁発電電動装
置の主回路の実施例を示した。なお、始動時の制御系の
動作については請求範囲第２項の実施例で説明した図１
及び図４と同じである。

【００４９】本実施例によれば、特に可変速フライホイ
ール発電装置用として始動に必要な周波数変換器５の機
器容量を小さくし、安定した起動を実現できる。何故な
らば、本実施例によれば、交流励磁同期機に３相交流電
流を流すために、周波数変換器の２相分の出力を使用す
るのに対し、２相分のサイクロコンバータを組み換え
て、順変換装置及び逆変換装置を構成して可変周波数の
交流電力を供給して交流励磁同期機を同期機として始動
する公知例では、サイクロコンバータの１相分の出力を
使用するのみであり、本実施例の方が周波数変換器の利
用効率が高い。このため、本実施例によれば始動に必要
な周波数変換器の機器容量が小さくて済む。また、交流
励磁用の周波数変換器の他に、始動用の周波数変換器を
設置しなくて済むことも利点である。

【００５０】請求範囲第２項の実施例で指摘したのと同
様に、本実施例においても、周波数変換器５が３つの独
立した変換器から構成されている場合には、１次巻線に
接続される変換器の中性点と２次巻線に接続される変換
器の中性点を分離しても良い。

【００５１】請求範囲第２項の実施例で指摘したのと同
様に、本実施例においても、直流励磁される２次巻線１
ｒのうち巻線１ｒａと１ｒｂで構成される閉ループに循
環電流が流れ、励磁電流の脈動，回転磁界の低相の揺ら
ぎが発生する。これを防ぐために、直流電流Ｉ_c を巻線
１ｒａと１ｒｂに分流させるのではなく、どちらか一方
のみに流すこととし、３相の巻線のうち１相分には直流
励磁電流を流さない主回路構成の実施も考えられる。

【００５２】以下本発明の特許請求範囲第５項の実施例
を図面により説明する。

【００５３】通常運転時においては図３で、開閉器１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８，１９を開路し、開閉器６
ａ，６ｂ，６ｃ，８を閉路して交流励磁同期機１の２次
巻線１ｒａ，１ｒｂ，１ｒｃ、中性点は周波数変換器５
の出力Ａ，Ｂ，Ｃ、非接地の中性点Ｎに接続される。開
閉器４ａ，４ｂ，４ｃは閉路して交流励磁同期機１の１
次巻線１ｓは主要変圧器３を介して交流系統に接続され
る。周波数変換器５は励磁入力変圧器２を介して交流励
磁同期機１の１次巻線１ｓとは絶縁を保って主要変圧器
３と接続される。

【００５４】開閉器１６は閉路して直流励磁同期機１１
の２次巻線１１ｒは励磁装置１５と接続される。開閉器
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ閉路して直流励磁同期機１１の
１次巻線１１ｓａ，１１ｓｂ，１１ｓｃは主要変圧器１
３を介して交流系統に接続される。励磁装置１５は励磁
入力変圧器１２を介して直流励磁同期機１１の１次巻線
１１ｓとは絶縁を保って主要変圧器１３と接続される。

【００５５】以上の状態で交流励磁同期機１は周波数変
圧器５により２次巻線１ｒが交流励磁され、１次巻線１
ｓは交流系統と同期状態を保つ。直流励磁同期機１１は
励磁装置１５により２次巻線１１ｒが直流励磁され、１
次巻線１１ｓは交流系統と同期状態を保つ。

【００５６】以上図３で通常運転時の交流励磁発電電動
装置及び直流励磁発電電動装置の実施例を示した。以
下、始動時に直流励磁同期機１１の２次巻線１１ｒに周
波数変換器５の１相の出力Ｃ及び中性点Ｎを接続し、１
次巻線１１ｓに周波数変換器５の他の２相の出力Ａ，Ｂ
と中性点Ｎを接続するための、接続変更方法の実施例を
示す。

【００５７】図１１〜図１３は図３の主回路の接続変更
の手順を示したものである。図１１〜図１３と図３で同
一番号を付した品は同一品を示すので、重複を避けて説
明を省略する。

【００５８】図１１は、交流励磁同期機，直流励磁同期
機が共に通常運転されている時の主回路の接続状態であ
る。詳細は前述したので省略する。

【００５９】図１２は、交流励磁同期機，直流励磁同期
機が共に停止時の主回路の接続状態である。開閉器４
ａ，４ｂ，４ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃ，８，１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ，１８，１９，１６，１４ａ，１４ｂ，１４
ｃは開路されており、交流励磁同期機１の１次巻線１
ｓ，２次巻線１ｒ，直流励磁同期機１１の１次巻線11s,
２次巻線１１ｒ，周波数変換器の３相出力及び中性点、
励磁装置１５の出力はすべて開放される。周波数変換器
５及び励磁装置１５は停止状態である。

【００６０】図１３は、直流励磁同期機１１を周波数変
換器５の出力を用いて起動するときの主回路の接続状態
である。図１２の停止状態を確認したあと、開閉器１
８，１９を閉路して直流励磁同期機１１の２次巻線１１
ｒを周波数変換器５の出力Ｃ及び中性点Ｎに接続する。
開閉器１７ａ，１７ｂ，１７ｃを閉路して直流励磁同期
機１１の１次巻線１１ｓａ，１１ｓｂ，１１ｓｃを周波
数変換器５の出力Ａ，Ｂ，中性点Ｎにそれぞれ接続す
る。

【００６１】本実施例により主回路の接続を変更すれ
ば、図１２で示したように主回路の全開閉器を開路する
状態を経るので、周波数変換器５の出力と交流系統で短
絡状態になることは無く、安全に直流励磁同期機１１の
１次巻線１１ｓ，１１ｒに周波数変換器５の２相分の出
力、１相分の出力の接続状態に変更することができる。
以下本発明の特許請求範囲第６項の実施例を図面により
説明する。

【００６２】始動時には、本発明の特許請求範囲第５項
の実施例により、交流励磁発電電動装置及び直流励磁発
電電動装置の主回路の接続を変更する。

【００６３】図３において、直流励磁同期機１１の２次
巻線１１ｒには周波数変換器５の出力Ｃより一定値の直
流電流Ｉ_c が流れて直流励磁される。一方、周波数変換
器５の出力Ａからは１次巻線１１ｓａ，１１ｓｃ、中性
点Ｎと流れる電流Ｉ_a が、出力Ｂから１次巻線１１ｓ
ｂ，１１ｓｃ、中性点Ｎと流れる電流Ｉ_b がそれぞれ流
れる。このとき直流励磁同期機１１の１次巻線１１ｓ
ａ，１１ｓｂ，４４ｓｃを流れる電流Ｉ_a，Ｉ_b，−(Ｉ_a
＋Ｉ_b)は２次巻線１１ｒの回転位相θ_r と一定の偏差を
保った位相を持ち、さらに同１次巻線に印加される各相
相電圧と同位相となるように制御される。こうすれば、
周波数変換器５の出力Ａ及びＢから直流励磁同期機１１
の１次巻線１１ｓに供給される可変周波数の交流電力は
常に力率１を保ち、有効電力が供給されることにより回
転子の回転速度は徐々に上昇する。こうして直流励磁同
期機１１を安定に起動する。

【００６４】本実施例によれば、交流励磁発電電動装置
に隣接した直流励磁発電電動装置の始動用に別の周波数
変換器を設置することなく、交流励磁用の周波数変換器
で直流励磁同期機の安定した起動，同期運転可能な速度
までの加速を実現できる。

【００６５】

【発明の効果】ｉ）本発明によれば、通常運転時には交
流励磁同期機を３相４線式の周波数変換器で交流励磁
し、前記交流励磁同期機と前記周波数変換器との主回路
切換用の開閉機器を操作することによって、前記交流励
磁同期機１の始動時には交流励磁同期機を前記周波数変
換器の１相の出力で前記交流励磁同期機の固定子巻線あ
るいは回転子巻線を直流励磁し、残りの２相の出力で残
りの巻線に可変周波数の交流電力を供給する同期機とし
ての主回路構成に容易にかつ安全に変更できる。

【００６６】ii）交流励磁同期機の始動時に、他の周波
数変換器を用いずに交流励磁用の周波数変換器を用いて
交流励磁同期機を同期速度近傍の交流励磁運転可能な速
度領域まで加速することができるので、安価で、損失が
少なく、構造を複雑にせずに済むので信頼性が保持さ
れ、円滑な起動を実現する効果がある。また、起動時に
は交流励磁用の周波数変換器の３相の出力のうち２相分
で交流励磁同期機に可変周波数の交流電力を供給するの
で前記周波数変換器の出力の利用効率が高くなり周波数
変換器の小型化を実現する効果がある。

【００６７】iii)通常運転時には交流励磁同期機を３相
４線式の周波数変換器で交流励磁し、これに隣接した直
流励磁同期機は励磁装置で直流励磁するが、これらの機
器間の主回路切換用の開閉機器を操作することによっ
て、前記直流励磁同期機の始動時には前記周波数変換器
の１相の出力で直流励磁同期機の２次巻線を直流励磁
し、残りの２相の出力で直流励磁同期機の１次巻線に可
変周波数の交流電力を供給する主回路構成に容易にかつ
安全に変更できる。

【００６８】iv）直流励磁同期機の始動時に、他の周波
数変換器を用いずに交流励磁用の周波数変換器を用いて
直流励磁同期機を同期運転可能な速度まで加速すること
ができるので、直流励磁同期機の始動用の周波数変換器
を省略できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求範囲第１項及び第２項に係る交流
励磁発電電動装置の一実施例を示す回路構成図。

【図２】本発明の請求範囲第３項及び第４項に係る交流
励磁発電電動装置の一実施例を示す回路構成図。

【図３】本発明の請求範囲第５項及び第６項に係る直流
励磁発電電動装置及び交流励磁発電電動装置の一実施例
を示す回路構成図。

【図４】図１及び図２における電流制御装置の一実施例
を示す回路構成図。

【図５】本発明の請求範囲第１項に係る交流励磁同期機
の回路接続変更方法の一実施例を示す回路状態の推移
図。

【図６】本発明の請求範囲第１項に係る交流励磁同期機
の回路接続変更方法の一実施例を示す回路状態の推移
図。

【図７】本発明の請求範囲第１項に係る交流励磁同期機
の回路接続変更方法の一実施例を示す回路状態の推移
図。

【図８】本発明の請求範囲第３項に係る交流励磁同期機
の回路接続変更方法の一実施例を示す回路状態の推移
図。

【図９】本発明の請求範囲第３項に係る交流励磁同期機
の回路接続変更方法の一実施例を示す回路状態の推移
図。

【図１０】本発明の請求範囲第３項に係る交流励磁同期
機の回路接続変更方法の一実施例を示す回路状態の推移
図。

【図１１】本発明の請求範囲第５項に係る直流励磁同期
機及び交流励磁同期機の回路接続変更方法の一実施例を
示す回路状態の推移図。

【図１２】本発明の請求範囲第５項に係る直流励磁同期
機及び交流励磁同期機の回路接続変更方法の一実施例を
示す回路状態の推移図。

【図１３】本発明の請求範囲第５項に係る直流励磁同期
機及び交流励磁同期機の回路接続変更方法の一実施例を
示す回路状態の推移図。

【図１４】図１における周波数変換器５の一実施例を示
す回路構成図である。

【符号の説明】

１…交流励磁同期機、２…励磁入力変圧器、３…主要変
圧器、５…周波数変換器、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…電
流検出器、１１…直流励磁同期機、１２…励磁入力変圧
器、１３…主要変圧器、１５…励磁装置、２０…交流系
統電圧位相検出器、２１…回転位相検出器、２２…電流
制御装置、２３…電圧検出器、２４…電圧制御装置、２
５…有効電力検出器、２６…電力制御装置、２７…回転
速度検出器、２８…起動用電流指令信号発生器、２２１
…電流指令発生器、２２２…制御電圧指令信号発生装
置、２２３…開閉操作器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粥川 滋広 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 辻 英治 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 中田 賢一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大野 泰照 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 金田 俊文 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 ▲葛▼坂 聡 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流系統と、１次巻線，２次巻線を有し、
   １次巻線側に開閉機器を介して前記交流系統に接続され
   る交流励磁同期機と、前記交流系統から変圧器を経由し
   て給電され、前記交流励磁同期機の２次巻線各相及び非
   接地の中性点と接続されて可変周波数の交流電流を供給
   する３相４線式の周波数変換器と、前記周波数変換器の
   各相の出力と非接地の中性点を短絡する開閉機器からな
   る交流励磁発電電動装置において、前記周波数変換器の
   １相の出力及び非接地の中性点を前記交流励磁同期機の
   ２次巻線及び中性点から切離す開閉機器と、前記２次巻
   線の１相と切離された前記周波数変換器の１相の出力を
   前記交流励磁同期機の１次巻線の１相と接続する開閉機
   器と、前記１次巻線３相のうち前記周波数変換器の１相
   の出力と接続される１相以外の２相の前記周波数変換器
   の非接地の中性点と接続する開閉機器を設け、起動時に
   はまず前記の全開閉機器を開路して前記２次巻線の１相
   及び中性点、前記１次巻線の３相を開放した状態から、
   前記１次巻線を前記周波数変換器の１相の出力及び中性
   点と接続し、さらに前記２次巻線を前記周波数変換器の
   残りの２相の出力及び中性点と接続することを特徴とす
   る接続変更方法。
2. 【請求項２】特許請求範囲第１項に記載の接続変更を実
   施した交流励磁発電電動装置において、前記１次巻線を
   直流励磁して前記２次巻線に可変周波数の交流電力を供
   給することにより前記交流励磁同期機を同期機として起
   動・加速させることを特徴とする交流励磁発電電動装
   置。
3. 【請求項３】交流系統と、１次巻線，２次巻線を有し、
   １次巻線側に開閉機器を介して前記交流系統に接続され
   る交流励磁同期機と、前記交流系統から変圧器を経由し
   て給電され、前記交流励磁同期機の２次巻線各相及び非
   接地の中性点と接続されて可変周波数の交流電流を供給
   する３相４線式の周波数変換器と、前記周波数変換器の
   各相の出力と非接地の中性点を短絡する開閉機器からな
   る交流励磁発電電動装置において、前記周波数変換器の
   ２相の出力及び非接地の中性点を前記交流励磁同期機の
   ２次巻線及び中性点から切離す開閉機器と、前記２次巻
   線の２相と切離された前記周波数変換器の２相の出力を
   前記交流励磁同期機の１次巻線の２相と接続する開閉機
   器と、前記１次巻線３相のうち前記周波数変換器の２相
   の出力と接続される２相以外の１相を前記周波数変換器
   の非接地の中性点と接続する開閉機器を設け、起動時に
   はまず前記の全開閉機器を開路して前記２次巻線の２相
   及び中性点、前記１次巻線の３相を開放した状態から、
   前記２次巻線を前記周波数変換器の１相の出力及び中性
   点と接続し、さらに前記１次巻線を前記周波数変換器の
   ２相の出力及び中性点と接続することを特徴とする接続
   変更方法。
4. 【請求項４】特許請求範囲第３項に記載の接続変更を実
   施した交流励磁発電電動装置において、前記２次巻線を
   直流励磁して前記１次巻線に可変周波数の交流電力を供
   給することにより前記交流励磁同期機を同期機として起
   動・加速させることを特徴とする交流励磁発電電動装
   置。
5. 【請求項５】交流系統と、１次巻線，２次巻線を有し、
   １次巻線側に開閉機器を介して前記交流系統に接続され
   る交流励磁同期機と、前記交流系統から変圧器を経由し
   て給電され、前記交流励磁同期機の２次巻線各相及び非
   接地の中性点と接続されて可変周波数の交流電流を供給
   する３相４線式の周波数変換器からなる交流励磁発電電
   動装置と、前記交流励磁発電電動装置に隣接して設置さ
   れ、交流系統に開閉機器を介して接続された直流励磁同
   期機と、前記交流系統電圧から変圧器により絶縁された
   ３相交流巻線から給電され前記直流励磁同期機の２次巻
   線と接続して直流電流を供給する直流励磁装置からなる
   直流励磁発電電動装置において、前記周波数変換器の３
   相出力及び非接地の中性点を前記交流励磁同期機の２次
   巻線及び中性点から切離す開閉機器と、前記周波数変換
   器の２相の出力及び中性点と前記直流励磁同期機の１次
   巻線各相を接続する開閉機器と、前記周波数変換器の残
   りの１相の出力及び中性点と前記直流励磁同期機の２次
   巻線を接続する開閉機器を設け、起動時にはまず前記の
   全開閉機器を開路して前記交流励磁同期機の２次巻線の
   全相及び中性点、前記直流励磁同期機の１次巻線の全
   相、前記直流励磁同期機の２次巻線を開放した状態か
   ら、前記直流励磁同期機の１次巻線の各相を前記周波数
   変換器の２相の出力及び中性点と接続し、さらに前記直
   流励磁同期機の２次巻線を前記周波数変換器の残りの１
   相の出力及び中性点と接続することを特徴とする接続変
   更方法。
6. 【請求項６】特許請求範囲第５項に記載の接続変更を実
   施した交流励磁発電電動装置を構成する周波数変換器及
   び隣接して設置された直流励磁発電電動装置において、
   前記直流励磁同期機の２次巻線に前記周波数変換器の１
   相の出力より直流電流を流して励磁し、前記直流励磁同
   期機の１次巻線に前記周波数変換器の２相の出力より対
   称３相交流電流を流すことにより前記直流励磁同期機を
   起動・加速させることを特徴とする直流励磁発電電動装
   置及び交流励磁発電電動装置。