JPH0564040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は発電機の出力電圧を規定値に制御す
る自動電圧調整装置にの信頼性向上に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第５図に従来の自動電圧調整装置（以下AVR
と記す）の構成を示す。１は交流発電機、２は交
流発電機の界磁コイル、３は交流励磁機の出力を
整流するダイオード、４は交流励磁機（以下AC
−EXCと記す）、５は交流励磁機の界磁コイル、
６，７は計器用変圧器（以下PTと記す）、８は誘
導電圧調整器を利用した電圧設定器（以下90Rと
記す）、９は90Rを駆動する操作電動機（以下
90RMと記す）、１０〜１５は３相全波整流回路
を構成するダイオード、１６はリツプルを平滑す
るためのコンデンサ、１７はリツプルを平滑する
ためのチヨークコイル、１８は可変抵抗器、２１
〜２３は演算増巾器の入力抵抗、２４は演算増巾
器のフイードバツク抵抗、２５は演算増巾器、２
６は界磁追従装置、２７は誘導電圧調整器を利用
した手動電圧設定器（以下70Eと記す）の駆動用
電動機（以下70EMと記す）、２８は70E、２９は
AC→DC変換回路、３０はAVRが自動のとき閉
となる接点、３１はAVRが自動のとき開となり
手動のとき閉となる接点、３２，３３は演算増巾
器の入力抵抗、３４は演算増巾器のフイードバツ
ク抵抗、３５は演算増巾器、３６はバランスメー
タ、４１，４２は点弧回路、４３〜５４はサイリ
スタ、５５，５６はノーヒユーズブレーカ、６１
は分流器、６２は絶縁増巾器、６３は抵抗、６
４，６５はコンデンサ、６６は可変抵抗器、６
７，６８は抵抗、６９は演算増巾器である。

次に従来のAVRの動作について説明する。

AVRを起動するときは接点３０を開とし、
70E２８を無負荷規定電圧になるように設定し
て、信号を出し、それに比例した出力を二つのサ
イリスタ増巾器から出して、AC−EXC４を励磁
し、その出力で発電機１を励磁する。

AVRを自動に入れる場合は90R８を調整して
AVR信号である演算増巾器２５の出力をバラン
スメータ３６で零であることを確認したのち、接
点３０を閉とする。

発電機１の出力電圧はPT６とPT７で110Vに
降圧され、90R８でさらに比率を変えたのち、３
相全波整流回路〔１０〜１５〕で整流された平滑
されて正の電圧に変換される。一方基準電圧は負
の一定値に調整された電圧−Ｅが与えられ、発電
機の出力電圧が規定電圧のときはこの二つの差が
零となり、偏差増巾器２５の出力は零となる。分
流器６１はAC−EXCの界磁電流を検出し、これ
を絶縁増巾器６２で増巾したのちダンピング回路
に与え、不完全微分したのちネガテイプフイード
バツクしてハンチング（乱調）が発生しないよう
にする信号を演算増巾器２５へ入力する。演算増
巾器６９は極性反転用増巾器である。

界磁追従装置２６は励磁量のベースとなる部分
を70E２８に移しておき何らかの異常でAVRが
故障して、接点３０を開くとしても発電機の出力
電圧にシヨツクを与えないようにするため、常に
偏差増巾器２５の出力を監視して、この出力が零
になるように70E２８を追従させる。もちろん多
少の不感帯をもつており、不感帯内であれば追従
はしない。また不感帯を越してもそれからある一
定時限経過しないと70EM２７も駆動しないよう
になつており、一定時限遅れて追従する特性を有
するように設定されている。

もちろん発電機の出力電圧が速く変化すると偏
差増巾器２５が過渡的に出力を出して、70E２８
の出力との和によつて界磁電流が制御され、発電
機電圧は常に一定値に保つように制御される。

サイリスタ増巾器は一台でもAC−EXCの界磁
コイルを励磁する容量をもつているが、失弧した
ときでも大丈夫なように二重化されており、二つ
のサイリスタの出力はノーヒユーズブレーカ５
５，５６により、出力で接続されている。１台が
故障した場合は故障したサイリスタAMPのノー
ヒユーズブレーカを開として取りはずし修理が可
能なようにしてある。

いま、発電機電圧が上昇すると、３相全波整流
した正の電圧が基準電圧の負より絶対値が大きく
なつて、偏差増巾器２５からは下げ信号が出て、
点弧装置の点弧位相を遅らせ、サイリスタ増巾器
の出力も下がり、界磁電流も下がつて発電機の出
力電圧が規定値になるように制御される。

逆に発電機電圧が下降すると、偏差増巾器２５
の入力は負が大となつて上げ信号が発生し、界磁
アンプ３５の出力が上がり点弧装置４１，４２の
点弧位相も進み、サイリスタ増巾器の出力も増加
して、励磁電流を増加させ、発電機の出力電圧を
規定値に修正する。

また90R８の電圧設定は入力電圧と出力電圧の
比率を変化させることにより行なう。すなわちこ
の比率を大きくすると（入力電圧／出力電圧＝大）、３
相全 波整流した正の直流電圧を同じにするためには、
発電機電圧を大きくしないとバランスしないため
発電機電圧を大きく設定したことになり、この比
率を小さくすると、発電機電圧を小さく設定した
ことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これら従来のAVRの欠点は、二つのサイリス
タ増巾器のうち、いずれかでも点弧位相が進む方
向に故障した場合、このサイリスタの出力電圧が
増加し、発電機出力電圧を急激に上昇させるため
発電機電圧が過電圧になる危険があつた。またこ
のようになつた場合、発電機をいつたん停止した
のち、故障したサイリスタ増巾器を切り離してか
ら修理せねばならないという欠点があつた。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、サイリスタ増巾器
の点弧位相が進めば増磁優先となるものとこの前
の回路を減磁優先となる回路を組合せることによ
り故障した場合でも故障信号を除去して発電機電
圧を規定値に保てる励磁装置を提供するもので、
部品が故障してもシステムとしては正常な出力を
保でる方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る二重化励磁装置は、自動電圧調
整装置の主要部を二重化し、減磁優先回路と増磁
優先回路を効果的に組合せて装置の信頼性の向上
を計つたものである。

〔作用〕

この発明に係る二重化励磁装置はサイリスタ増
巾器の点弧位相が進めば増磁優先となるものと、
この前の回路を減磁優先となる回路を組合せるこ
とにより、内部部分等が破損、異常になつた場合
でも励磁システムを正常に動作させる。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図において２８−１，２８−２は手動電
圧設定器で誘導電圧調整器を２個連動させたもの
を二つ用意したもの、７０−１，７０−２は第３
図にその内部構成を示す70Eインターフエイスモ
ジユールで同じ特性のものが二つ用意してあるも
の、１１０−１，１１０−２は第２図にその内部
構成を示す点弧パルス制御カードで同じ回路のも
のを二つ用意してあるもの、１６０−１，１６０
−２，１６０−３，１６０−４は第４図にその一
相分の内部構成を示す点弧パルス発生カードで第
４図のものが三相分入つたものが一つのカードに
なつており、このカードの同じものが４個用意し
てあるもの、２００−１，２００−２は第５図の
４３〜４８のようにサイリスタを３相ブリツジに
組んだパワーユニツトであり、その各々に従来と
同じようにノーヒユーズブレーカ５５，５６がつ
いている。

第２図において、７１，７２は絶縁トランス、
７３〜８０は全波整流用のダイオード、８１，８
２は抵抗、８３，８４はコンデンサ、８５，８６
は可変抵抗器、８７，８８は抵抗、８９，９０は
コンデンサ、９１〜９４はトランジスタ、９５，
９６はダイオード９７は抵抗、９８〜１００はダ
イオード、１０１は抵抗である。

第３図は第１図の１１０−１，１１０−２の内
部を示す回路で１１１〜１１４は抵抗、１１５〜
１２２はゼナーダイオード、１２３〜１２６はコ
ンデンサ、１２７〜１３０は抵抗、１３１〜１３
４は演算増巾器、１３５，１３６は抵抗、１３
７，１３８はダイオード、１３９はトランジス
タ、１４０は抵抗、１４１はゼナーダイオード、
１４２は抵抗、１４３，１４４は抵抗、１４５は
ゼナーダイオード、１４６は演算増巾器、１４７
は抵抗、１４８は抵抗、１４９はトランジスタ、
１５０は抵抗である。

第４図は第１図の１６０−１，１６０−２，１
６０−３，１６０−４に含まれている同じ三つの
回路のうちの一つを示すもので、１６１は抵抗、
１６２はトランジスタ１６３は抵抗、１６４，１
６５は抵抗、１６６はトランジスタ、１６７は抵
抗、１６８，１６９はダイオード、１７０は抵
抗、１７１はトランジスタ、１７２はコンデン
サ、１７３はユニジヤンクシヨントランジスタ、
１７４，１７５は抵抗、１７６はコンデンサ、１
７７は抵抗、１７８はトランジスタ、１７９は抵
抗、１８０はダイオード、１８１はトランジス
タ、１８２は抵抗、１８３はサイリスタ、１８４
はダイオード、１８５は抵抗、１８６はコンデン
サ、１８７，１８８はダイオード、１８９，１９
０，１９１もダイオード、１９２は抵抗、１９３
はパルストランスである。

次にこの発明の動作について説明する。この発
明は70Eのあとの回路をパワーユニツトを含めて
二重化する場合の方法に関するものである。第１
図において、70E２８を２個設け、70Eインター
フエイスモジユール７０−１，７０−２も２個設
ける。70Eインタフエイスモジユールの内部は第
２図に示し、70Eの出力を全波整流し、フイルタ
ーしたのち、この電圧をダーリントン接続された
トランジスタで増巾している。この回路の同じも
のを二つ用意し、ダイオード９５，９６によつて
二つの電圧のいずれか高い方が出力端子に出るよ
うになつている。すなわち二つの回路の抵抗断
線、トランジスタの故障が発生した場合、故障が
発生した方が零ボルトに近い電圧（電圧が高くな
る）になり減磁優先信号となる。

１１０−１，１１０−２は点弧パルス制御カー
ドで内部の構成は第３図に示す。７０−１，７０
−２の信号とAVR信号が入り、二つの信号の和
を求めたのち極性変換して、ダイオード１３７，
１３８により二つの回路のいずれか高い方の電圧
を出力する高電圧信号優先回路となつており、電
圧の高くなる側が減磁方向の信号となつているた
め１１０−１，１１０−２の点弧パルス制御カー
ドも減磁優先信号となる。

１６０−１〜１６０−４の点弧パルス発生カー
ドの内部構成は第４図に示す。この動作を説明す
ると、サイリスタ１８３が点弧すると交流電源に
より抵抗１８５ダイオード１８４、コンデンサ１
８６、ダイオード１８７、O^Vを通してコンデン
サ１８６に充電されていた電荷が、サイリスタ１
８３、ダイオード１８８、パルストランス１９３
を通して放電し、パルストランスの二次側にパル
スを発生する。以上のようにサイリスタ１８３の
ゲード信号を制御することによりパルストランス
１９３の二次側に出るゲートパルスの位相制御が
可能となる。

パルス制御に必要な信号は同期信号モジユール
（図示せず）より所定の位相をもつ交流電圧が供
給される。トランジスタ１６２はそのベースがエ
ミツタより正の電位のとき導通する。トランジス
タ１６２が導通しているときは、トランジスタ１
６２のコレクタ電位はほぼO^Vになるため、ユニ
ジヤンクシヨントランジスタ１７３は導通せず、
トランジスタ１７８はカツトオフ、トランジスタ
１８１もカツトオフとなり、抵抗１８２には電流
が流れないためサイリスタ１８３のゲート電圧も
ほぼO^Vでサイリスタ１８３は導通しない。

トランジスタ１６２が不導通のとき、トランジ
スタ１６２のコレクタ電圧は正となり、抵抗１６
３、ダイオード１６８、コンデンサ１７２に電流
が流れ、コンデンサ１７２が充電されてこの端子
電圧は上昇する。

トランジスタ１６２が不導通になつてから約
10°遅れてユニジヤンクシヨントランジスタ１７
３が導通し、サイリスタ１８３のゲートが正とな
つてサイリスタ１８３が導通し、パルスを発生す
る。つまり、点弧パルス制御カード１１０−１，
１１０−２からトランジスタ１６２に入力される
信号が正から負になるときから約10°遅れてパル
スが発生する。

トランジスタ１７１は同期信号モジユール（図
示せず）より240°遅れの交流電圧が入力され、ト
ランジスタ１７１がONになると、ユニジヤンク
シヨントランジスタ１７３が発振しなくなり、点
弧パルスが発生しなくなる。すなわちサイリスタ
は0°〜180°の範囲で点弧するが、万一この範囲を
外れるような信号が入つて来ても点弧位相が所定
の値以上に進まないようにするためトランジスタ
１７１があり、（これをαリミツタと呼んでいる）
10°の遅れがあるため、点弧角10°〜180°に制限さ
れる。

トランジスタ１６６には同期信号モジユール
（図示せず）により0°と60°遅れの交流電圧が入力
され、二つの信号が加算され位相としては30°遅
れの信号となる。この回路は点弧パルスが遅れす
ぎた場合のリミツタであり、（これをγリミツタ
ーと呼んでいる）トランジスタ１６６がONから
OFFになるときに、点弧パルスが発生する。α
リミツタと同様10°の遅れがあるので点弧角は
160°以上遅れないことになる。

すなわち、αリミツタ、γリミツターにより、
点弧角を10°〜160°の間に制限している。

パルスバツク端子をO^Vにすることにより、点
弧パルスはγリミツターで決まる160°で発生す
る。サイリスタ増巾器の出力を最小にする働きを
する。

パルスアツプ端子を正にすることにより、トラ
ンジスタ１６２が常にOFFになつているのと同
じ状態をつくるので、点弧パルスはαリミツター
で決まる10°で発生します。サイリスタ増巾器の
出力を最大にする働きをします。

パルスキル端子をO^Vにすることにより、ユニ
ジヤンクシヨントランジスタ１７３の発振を停止
させるため、点弧パルスは発生しなくなる。

以上、パルスバツタ、パルスアツプ、パルスキ
ル端子は特殊機能用のもので通常のシステムでは
使用しない。

励磁装置の制御信号の値を考えると、正常な場
合、零から〜最大値の間の中間の値で制御してい
る。たとえば部品が破損あるいは異常になるとこ
の値が零側へダウンするか、あるいは最大値側へ
暴走することが考えられる。暴走した場合、回転
電機を正常に運転継続できないばかりか、回転電
機本体あるいは付附する機器を破損してしまう危
険がある。装置の二重化は一つの回路が故障して
も残つた一つが正常ならばこの正常な回路でもつ
て制御し、システムの信頼性を向上させることに
あるが、励磁系の場合、最終段に大電力の制御が
必要なため、サイリスタを使用しており、早く出
た制御パルスで制御してしまうため、二重化して
もどちらかが故障した場合、励磁を最大値側に暴
走させてしまう危険がある。

減磁優先回路とは、二つの制御信号のうち、低
い出力を優先させるもので、二つの回路のうちの
一つが正常で、一つが最大値の方向に暴走した場
合、この二つのうちの低い出力である正常な信号
を優先させ、暴走した信号を除去できる効果があ
るが、零方向に信号がダウンすると、ダウンした
信号を優先してしまう欠点がある。

増磁優先回路とは、二つの制御信号のうちの高
い出力を優先させるもので、二つの信号のうち一
つが正常で一つが零の方向にダウンした場合、こ
の二つのうちの高い出力である正常な信号を出力
させ、ダウンした信号を除去できる効果がある
が、最大値側に暴走した信号はそのまま出してし
まう欠点がある。

この発明は、上記の減磁優先回路と、増磁優先
回路を効果的に組合わせることにより、正常な信
号の出る確率を高めようとするものである。

70Eインタフエイスモジユール７０−１，７０
−２、点弧パルス制御カード１１０−１，１１０
−２までのアナログ信号部分については、全て減
磁優先の二重化回路が設けてあり、二つある回路
のうちのいずれかが故障しても、そのうちの励磁
量の低い信号を優先させるため、最大値側への暴
走は除去できるが、零側にダウンした信号はその
まま出力してしまう。

点弧パルス発生カード１６０−１，１６０−
２，１６０−３，１６０−４はパワーユニツト２
００−１，２００−２に内蔵されたサイリスタ
（図示せず）のゲートに与えるパルスを発生させ
るもので、通常正常な中間の位相でパルスを発生
させているが、信号が異常になると、このパルス
の位相が遅れたり、進んだりする。サイリスタは
位相の早いパルスでいつたん動作すれば、遅れて
きたパルスでは動作しないため、点弧パルス発生
カード１６０−１〜４とパワーユニツト２００−
１，２の組合わせはサイリスタを含めて基本的に
は出力が大きくなるように動作する増磁優先回路
となる。点弧パルス発生カード１６０−１，１６
０−３の出力は各々並列に接続されて、パワーユ
ニツト２００−１，２００−２の３相のブリツジ
に組まれた上側サイリスタ（図示せず）のゲート
へ供給される。点弧パルス発生カード１６０−
２，１６０−４の出力は、これもまた各々並列に
接続されて、３相のブリツジに組まれた下側のサ
イリスタ（図示せず）のゲートに供給される。

すなわち、二つの点弧パルス発生カードの発生
するパルスをうけ、どちらか早い位相のパルスで
サイリスタは点弧する。

第１図で説明すると、手動電圧設定器２８−
１，２８−２、70Eインタフエイスモジユール７
０−１，７０−２、点弧パルス制御カード１１０
−１，１１０−２の中の回路のうちの一つが最大
値側に暴走しても、減磁優先回路となつているた
め、暴走は除去できる。

２８−１，７０−１，１１０−１の片側で二つ
のうちの一つの回路が最大値側に異常となり、２
８−２，７０−２，１１０−２の片側の中で二つ
のうちの一つの回路がダウンした場合１１０−１
の出力は正常、１１０−２は零にダウンのものと
なるが、点弧パルス発生カードとパワーユニツト
は増磁優先となつているため、１１０−２で発生
する信号は除去され、１１０−１の正常な信号で
運転される。

もちろん、二重化されている２回路が全て零に
ダウン、または全てが最大値側に暴走した場合
は、二重化回路では除去されないため、別の信頼
性向上のシステムを考える必要があるが手動電圧
設定器２８−１，２８−２、70Eインタフエイス
モジユール７０−１，７０−２、点弧パルス制御
カード１１０−１，１１０−２の中の部品が一つ
故障した場合の零へのダウン、最大値への暴走は
完全に防止できる。

手動電圧設定器をポテンシヨメータとしてもよ
く、また、パワーユニツトは２台で説明している
が３台、４台と複数台にしても同様の効果を奏す
る。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、減磁優先回路
と増磁優先回路を組合せることにより、内部部分
等が破損、異常になつた場合でも、正常に動作す
る励磁システムを提供できる効果がある。

また、発電機が過電圧になる等の危険がなくな
り、発電機のトリツプ（停止）という事態を回避
できるため、突然の停止がなくなり運用上多大の
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の二重化回路の構成一実施例
を示す回路図、第２図はこの発明の70Eインタフ
エイスモジユールの構成の一実施例を示す回路
図、第３図はこの発明の点弧パルス制御カードの
構成の一実施例を示す回路図、第４図はこの発明
の点弧パルス発生カードの構成の一実施を示す回
路図、第５図は従来の励磁装置を説明するための
回路図である。 １……回転電機、２……回転電機の界磁コイ
ル、２５……偏差増巾器、２８−１，２８−２…
…手動電圧設定器、７０−１，７０−２……70E
インタフエイスモジユール、１１０−１，１１０
−２……点弧パルス制御カード、１６０−１，１
６０−２，１６０−３，１６０−４……点弧パル
ス発生カード、２００−１，２００−２……パワ
ーユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転電機の界磁コイルに出力電流を供給し
   て、出力電圧を一定に制御する二重化励磁装置に
   おいて、上記回転電機の出力電圧と電圧設定値を
   比較する偏差増巾器、 二つの誘導電圧変成器による各々同一の出力を
   出す二つの手動電圧設定器、 この手動電圧設定器の出力を整流して、正側を
   Ｏ電位に接続した二つのDC電圧をダイオードで
   つき合わせて、抵抗に接続し、抵抗の残つた片方
   を大きな負電圧に接続して、二つのDC電圧の小
   さい方が優先して出る減磁優先回路をそなえたも
   のを、さらに二つ備えたものと、 偏差信号と手動電圧設定信号の和をつくる回路
   を二つ装備し、この二つの信号をさらにダイオー
   ドでつき合わせて、抵抗を介して負の電圧でひつ
   ぱることにより、負の電圧の小さい方の減磁信号
   を優先して出力する回路を備えた点弧パルス制御
   カードをさらに二つ備えたものと、 点弧パルス制御カードの出力をうけ、各々６相
   分の点弧パルスを発生する点弧パルス発生カード
   を複数組そなえたもの、 および点弧パルス発生回路の出力は、複数のパ
   ワーユニツトのサイリスタのゲートに並列に接続
   し、点弧パルスの早く出たものを優先する増磁優
   先の組合わせにより、二重化をはかつたことを特
   徴とする二重化励磁装置。