JPH05276797A - 同期機の励磁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】演算部７は、同期発電機１の端子電圧と電機子
電流とに基づいて同期発電機１の界磁巻線１ｂの界磁電
流信号を演算する。過励磁制限器８では、界磁電流信号
が過励磁制限設定器８ａの過励磁制限信号より大きいと
き、その大きさに応じて交流励磁機界磁電流信号を減少
させる。交流励磁機２では界磁電流が減少され、同期発
電機１の界磁電流が所定値に制限される。 【効果】経済的な手段により過励磁を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス同期機を励
磁するために好適な同期機の励磁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期機の励磁装置において、ブラシレス
励磁方式の励磁装置は、スリップリングを介さず直接同
期機の界磁巻線に電流を供給するため信頼性や保守性か
ら優れている。

【０００３】図４は、従来例を示す同期機の励磁装置で
ある。

【０００４】図示する同期発電機１の電機子巻線１ａは
固定子であり、同期発電機１の界磁巻線１ｂは回転子
で、この回転子は交流励磁機２の電機子巻線２ａと回転
整流器３とが一体となって回転子部４を構成している。
つまり、同期発電機１の界磁巻線１ｂと回転整流器３と
交流励磁機２の電機子巻線２ａとが同一回転軸上で電気
的に接続され、ブラシが存在しないブラシレス励磁方式
の励磁装置となっている。

【０００５】このような構成で、交流励磁機２の電機子
巻線２ａは回転子部４と一体となって回転子し、その出
力が同一軸上の回転整流器３へ導かれ、ここで直流に変
換されて同期発電機１の界磁巻線１ｂに供給される。同
期発電機１の電機子巻線１ａには、母線５が接続され、
同期発電機１の出力が母線５から図示省略する系統へ供
給される。そして、同期発電機１の出力は、自動電圧調
整器６で電圧の検出がされ、この検出された電圧と電圧
設定器６ａとの設定電圧が比較手段６ｂで比較され、そ
の偏差信号が少なくなるように界磁巻線２ｂへ励磁電流
を供給する図示省略する手段へ供給される。これによ
り、交流励磁機２の電機子巻線２ａの出力が回転整流器
３を介して界磁巻線１ｂに供給させて、常に同期発電機
１の電機子巻線１ａの出力電圧が一定となるように制御
される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た同期機の励磁装置には、次の問題がある。

【０００７】すなわち、励磁装置の責務としては、自動
電圧調整器６により同期機の励磁装置の電圧を常に一定
にすることであるが、同期発電機１と接続される系統側
での事故等の影響で同期発電機１の電圧が低下する場合
がある。この状況においては、自動電圧調整器６からの
偏差信号の増加によって、交流励磁機２の界磁巻線２ｂ
の界磁電流が増大し、ひいては、同期発電機１の界磁巻
線１ｂの界磁量は増大される。その結果、界磁巻線１ｂ
の耐量を超過し運転される場合がある。この場合に界磁
巻線１ｂの耐量を超過し継続運転すると、界磁巻線１ｂ
の発熱温度の上昇を招き、界磁巻線１ｂを構成する絶縁
物の劣化に伴う界磁巻線１ｂの寿命を縮める結果とな
り、最悪の場合には界磁巻線１ｂの焼損に至る。

【０００８】さらに、経済性を重視し、定められた耐量
ぎりぎりのブラシレス式の励磁装置の設計がされている
と、界磁巻線１ｂの耐量を超過する運転はわずかな時間
でも許容できず、励磁制御としてはきびしい運転の制約
をせざるをえない。

【０００９】このように、定められた励磁装置の特性を
満足し、かつ、その特性には界磁巻線１ｂの耐量を超過
に至る状況を検出し、耐量を超過しないように自動電圧
調整器６の出力に制限信号を与えるいわゆる、過励磁制
限器や過励磁の状態をオペレータに知らせる過励磁警報
器の必要性が最近の経済重視の傾向と平行して注目され
ている。

【００１０】現に、ブラシ式の交流励磁方式では、同期
発電機１の界磁電流を容易に取り出すことができるため
過励磁制限器や過励磁警報器が採用されている。ところ
が、ブラシレス励磁式の励磁装置では、同期発電機１の
界磁巻線１ｂが回転子部４に収納されているから界磁電
流を何らかの手段で静止部分へ取り出さなければなら
ず、複雑な機構で、かつ、高価なものとなる。

【００１１】そこで、本発明は、信頼性、保守性に優
れ、かつ、経済的なブラシレス励磁方式による同期機の
励磁装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、同期
機と、この同期機を励磁するためのブラシレス励磁手段
による交流励磁機と、前記同期機の出力電圧を所定値と
するため交流励磁機界磁電流信号に基づいて前記交流励
磁機の界磁電流を調整する自動電圧調整器とを有する同
期機の励磁装置において、前記同期機の端子電圧と電機
子電流に基づいて所定の演算法により前記同期機の界磁
電流を演算して同期機界磁電流信号を出力する演算部
と、前記演算部から出力される同期機界磁電流信号が所
定の過励磁制限信号より大きいとき制限信号を出力する
手段と、この手段から出力される制限信号を前記交流励
磁機の界磁電流を制限するように前記交流励磁機界磁電
流信号に加算する手段とからなる過励磁制限器とを設け
るようにしたものである。

【００１３】請求項２の発明は、同期機と、この同期機
を励磁するためのブラシレス励磁手段による交流励磁機
と、前記同期機の出力電圧を所定値とするため交流励磁
機界磁電流信号に基づいて前記交流励磁機の界磁電流を
調整する自動電圧調整器とを有する同期機の励磁装置に
おいて、前記同期機の端子電圧と電機子電流に基づいて
所定の演算法により前記同期機の界磁電流を演算して同
期機界磁電流信号を出力する演算部と、前記演算部から
出力される同期機界磁電流信号が所定の過励磁警報信号
より大きいとき警報信号を出力する過励磁警報器とを設
けるようにしたものである。

【００１４】

【作用】上記構成により、演算部で同期機の端子電圧と
電機子電流とに基づいて同期機の界磁電流が演算され界
磁電流信号が出力される。過励磁制限器では界磁電流信
号が所定の過励磁制限信号より大きいとき、その大きさ
に応じて交流励磁機の界磁電流が制限されるように交流
励磁機界磁電流信号が出力される。これによって、同期
機の界磁電流が所定値に制限される。また、過励磁警報
器では、同期機界磁電流信号が所定の過励磁警報信号を
超過したとき警報信号が出力される。従って、ブラシレ
ス励磁手段による同期機において信頼性、保守性に優れ
た励磁装置となる。

【００１５】

【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。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施例を示す同期
機の励磁装置の構成図である。図４と同一符号は、同一
部分または相当部分を示す。図４と異なる点は、演算部
７、過励磁制限器８、変流器９および計器用変圧器１０
を備えた点である。ここで、演算部７は、変流器９と計
器用変圧器１０との検出信号に基づいて所定の演算法に
より同期発電機１の界磁電流を演算する。過励磁制限器
８は、同期発電機１の界磁電流が予め設定された制限設
定電流より大きいとき交流励磁機２の界磁巻線２ｂの励
磁電流を制限するように制御する。変流器９は、母線５
の電流を検出する。計器用変圧器１０は、母線５の電圧
を検出する。

【００１７】本実施例は、ＪＥＣー１１４ー１９７９第
２編２，５，１界磁電流算定法を適用して演算部が界磁
電流Ｉｆを演算して過励磁制限器８によって過励磁電流
を制限するようにしている。すなわち、「ＪＥＣー１１
４ー１９７９第２編２，５界磁電流算定法」には「２，
５，１算定法（その１）、２，５，２算定法（その
２）、２，５，３算定法（その３）」が述べられている
が、本実施例では、「ＪＥＣー１１４ー１９７９第２編
２，５界磁電流算定法および２，５，１算定法（その
１）」に基づき次の演算式（１）により界磁電流Ｉｆを
求める。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、 Ｉｆ：同期発電機１の運転時の電圧ｖ，電流ｉ，力率ｃ
ｏｓΦのときの界磁電流 Ｉｆ１：ＪＥＣー１１４ー１９７９第２編２，３で定め
る無負荷飽和曲線上の（ｖ＋ｉ・ｒａ）に相当する界磁
巻線１ｂの界磁電流、また、ｒａは、ＪＥＣー１１４ー
１９７９第１編７，４（１）で定める基準巻線温度にお
ける電機子巻線１ａの電機子抵抗 Ｉｆ２：ＪＥＣー１１４ー１９７９第２編２，４で定め
る短絡特性上の上記ｉに相当する界磁巻線１ｂの界磁電
流 ｋσ：ＪＥＣー１１４ー１９７９第２編２，５，１で定
める定数 ｓｉｎΦ：力率ｃｏｓΦから求めた値

【００２０】なお、上記機能はアナログＩＣまたはマイ
クロプロセッサによるディジタル制御装置で容易に実現
できるのでその詳細説明は省略する。

【００２１】上記構成で、変流器９で母線５の電流が検
出され、計器用変圧器１０で母線５の電圧が検出され、
図２で示す構成の演算部７の変換器１１へ入力される。
変換器１１では、前記ＪＥＣー１１４ー１９７９第２編
２．５界磁電流算定法に基づき同期発電機１の運転時の
電圧ｖと同期発電機１の運転時の電流ｉと同期発電機１
の運転時の力率ｃｏｓΦと、この力率ｃｏｓΦからｓｉ
ｎΦとが求められ各信号が出力される。

【００２２】変換器１１の電流信号は乗算器１２に入力
され、前記ｒａを設定する設定器１３の設定信号とが乗
算され加算器１４へ入力され、この加算器１４で、変換
器１１の電圧信号と加算される。第１の関数発生器１５
では、前記ＪＥＣで定める特性関数が設定されており、
加算器１４の出力信号、つまり、無負荷飽和曲線上のｖ
＋ｉ・ｒａを入力して対応する前記Ｉｆ１を出力する。

【００２３】また、第２の関数発生器１６では、前記Ｊ
ＥＣで定める特性関数が設定されており、変換器１１の
電流信号が入力されて前記Ｉｆ２を出力する。

【００２４】また、第３の関数発生器１７では、前記Ｊ
ＥＣで定める特性関数が設定されており、変換器１１の
力率信号が入力されて、前記ｋσを出力する。

【００２５】これら、前記Ｉｆ１と前記Ｉｆ２と前記ｋ
σと変換器１１のｓｉｎΦの信号は、Ｉｆ演算器１８に
入力され、前記式（１）の演算がされる。このＩｆ演算
器１８の出力、つまり、Ｉｆ信号は過励磁制限器８に入
力される。過励磁制限器８では、前記Ｉｆ信号と過励磁
制限設定器８ａの制限信号とが比較器８ｂで比較され、
Ｉｆ信号が制限信号より大きいときのみその偏差信号が
極性判別器８ｃを介して加算器８ｄに出力される。そし
て、加算器８ｄによって図示符号で自動電圧調整器６の
比較手段６ｂの偏差信号に界磁巻線２ｂの界磁電流を制
限するように供給される。

【００２６】これによって、同期発電機１の界磁電流が
過励磁設定より大きいときは界磁巻線２ｂの電流が制限
され、交流励磁機２の出力が低下され界磁巻線１ｂの電
流が過励磁とならないように制御される。また、同期発
電機１の界磁電流が過励磁設定より小さいときは、自動
電圧調整器６の電圧設定信号と母線５の電圧が一致する
ように制御される。

【００２７】このように、界磁巻線１ｂに流れる界磁電
流を回転子部４から検出することなく、同期発電機１の
運転データと無負荷飽和曲線と短絡特性から演算して求
め、その演算結果を界磁電流として用いた過励磁制限器
８を構成することにより界磁巻線１ｂの耐量を超過する
運転はなくなる。したがって、ブラシレス励磁方式の特
徴である信頼性、保守性に優れた励磁装置を採用し、か
つ、安価な過励磁制限器を提供できる。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例について図３
を参照して説明する。

【００２９】図１で示す第１の実施例と異なる点は、過
励磁制限器８の代わりに過励磁警報器１９を設けたこと
である。過励磁警報器１９は、過励磁警報設定器１９ａ
と比較器１９ｂと極性判別器１９ｃと限時回路１９ｄと
で構成されている。

【００３０】本実施例では、演算部７が第１の実施例と
同様に同期発電機１の端子電圧と電機子電流から所定の
演算法によって同期発電機１の界磁電流を演算してＩｆ
信号として出力され、このＩｆ信号が過励磁警報器１９
に入力される。過励磁警報器１９の比較器１９ｂではＩ
ｆ信号と過励磁警報設定器１９ａの過励磁警報設定信号
で比較され、Ｉｆ信号が過励磁警報設定信号を超過する
ときのみ極性判別器１９ｃに信号が出力される。この信
号は、限時回路１９ｄを介して警報信号として図示省略
する警報装置に出力される。これにより、運転員に対し
て同期発電機１の界磁電流が過励磁状態であることが通
知される。

【００３１】このように、同期発電機１の界磁巻線１ｂ
に流れる界磁電流を回転子部４から検出することなく、
同期発電機１の運転データと無負荷飽和曲線と短絡特性
から演算して同期機の励磁装置の界磁電流を求め、過励
磁警報器１９から過励磁状態の警報を発することができ
る。このため運転員は適切な処置が可能となり同期発電
機１の界磁巻線１ｂにストレスを与えることなく継続し
た同期発電機１の運転ができるからブラシレス励磁方式
の特徴である信頼性、保守性に優れた同期発電機１の励
磁装置となる。

【００３２】なお、図１および図３で示した本発明の実
施例において演算部７以外の自動電圧調整器６、過励磁
制限器８、過励磁警報器１９に関してもアナログＩＣま
たはマイクロプロセッサによるディジタル制御装置で実
施できることは明白である。また、式（１）で示した演
算式以外でも同期機の界磁電流を演算で求める方法であ
れば本発明の適用は可能である。例えば、ＪＥＣー１１
４ー１９７９第２編２，５界磁電流算定法２，５，２算
定法（その２）、２，５，３算定法（その３）を適用し
て本発明を同様に実施することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、同
期機の出力運転データに基づいて演算された同期機の界
磁電流を用いて過励磁制限器や過励磁制限器を構成する
こととしたから、ブラシレス励磁方式の特徴である信頼
性、保守性に優れ、かつ、経済的な同期機の励磁装置と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す同期機の励磁装置
の構成図である。

【図２】図１の演算部の一例を示す構成図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す同期機の励磁装置
の構成図である。

【図４】従来例を示す同期機の励磁装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 同期発電機 ２ 交流励磁機 ３ 回転整流器 ４ 回転子部 ５ 母線 ６ 自動電圧調整器 ７ 演算部 ８ 過励磁制限器 １９ 過励磁警報器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 巌 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期機と、この同期機を励磁するための
   ブラシレス励磁手段による交流励磁機と、前記同期機の
   出力電圧を所定値とするため交流励磁機界磁電流信号に
   基づいて前記交流励磁機の界磁電流を調整する自動電圧
   調整器とを有する同期機の励磁装置において、 前記同期機の端子電圧と電機子電流に基づいて所定の演
   算法により前記同期機の界磁電流を演算して同期機界磁
   電流信号を出力する演算部と、 前記演算部から出力される同期機界磁電流信号が所定の
   過励磁制限信号より大きいとき制限信号を出力する手段
   と、この手段から出力される制限信号を前記交流励磁機
   の界磁電流を制限するように前記交流励磁機界磁電流信
   号に加算する手段とからなる過励磁制限器とを備えたこ
   とを特徴とする同期機の励磁装置。
2. 【請求項２】 同期機と、この同期機を励磁するための
   ブラシレス励磁手段による交流励磁機と、前記同期機の
   出力電圧を所定値とするため交流励磁機界磁電流信号に
   基づいて前記交流励磁機の界磁電流を調整する自動電圧
   調整器とを有する同期機の励磁装置において、 前記同期機の端子電圧と電機子電流に基づいて所定の演
   算法により前記同期機の界磁電流を演算して同期機界磁
   電流信号を出力する演算部と、 前記演算部から出力される同期機界磁電流信号が所定の
   過励磁警報信号より大きいとき警報信号を出力する過励
   磁警報器とを備えたことを特徴とする同期機の励磁装
   置。
3. 【請求項３】 前記所定の演算法として電気学会電気規
   格調査会基準規格ＪＥＣー１１４ー１９７９第２編２．
   ５界磁電流算定法を用いたことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の同期機の励磁装置。