JPH08277723A - ガスタービン発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 補機を駆動するための補助巻線を廃止したガ
スタービン発電機を提供する。 【構成】 ガスタービンエンジンによって駆動される三
相交流発電機５１と、始動時にバッテリ４１からの電流
を三相交流発電機５１に供給する始動用三相電力変換装
置２３と、三相交流発電機５１から供給される交流電流
を直流電流に変換する整流回路５２と、整流回路５２か
ら供給される直流電流を交流電流に変換する出力側電力
変換装置２４と、始動用三相電力変換装置２３と三相交
流発電機５１との結線を補機３８の駆動回路へ切換える
リレー５３と、始動終了後にリレー５３を介して始動用
三相電力変換装置を補機駆動回路のスイッチング部とし
て作動させる制御手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン発電機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンに駆動されるガス
タービン発電機は、発電機を始動時にガスタービンエン
ジンを起動する始動用電動機として利用するものがあ
る。

【０００３】従来のガスタービン発電機に配設される電
気回路として例えば図５に示すものがある(特開昭５９
−２２２０９９号公報、参照)。

【０００４】図において、２１ａは三相交流発電機２１
のステータに巻かれた主巻線であり、２１ｂは主巻線２
１ａと同一のステータに巻かれた補助巻線である。主巻
線２１ａからの出力は、インバータ２２を介して電気負
荷２８に供給される。補助巻線２１ｂからの出力はガス
タービンエンジンの補機３８に供給される。この補機３
８としては、ガスタービンエンジンには燃料調整弁６、
図示しない燃料ポンプ、オイルポンプ、燃料停止弁等が
備えられる。

【０００５】インバータ２２は、図示しないコントロー
ラに内蔵され、始動時には三相交流発電機２１を始動用
電動機として駆動し、始動終了後に負荷２８に電力を供
給する。

【０００６】始動時は、まずスイッチ４２をＯＮにし
て、バッテリ４１により補機３８を駆動する。次に、ス
イッチ４３をＯＮにして、出力側ＬＣフィルタ２７のコ
イルと出力側電力変換装置２４のトランジスタ２４ｄと
ダイオード２４ｆにより昇圧用チョッパー回路を構成
し、コンデンサ２５の端子間に始動に必要な電圧を確保
する。始動用の三相電力変換装置２３のトランジスタ２
６ａ〜２６ｆを制御して、三相交流発電機２１を始動用
電動機として駆動する。

【０００７】ガスタービンエンジンの回転数が予め設定
された所定値まで上昇すると、スイッチ４３をＯＦＦに
して、始動時のエンジンアシストを終了するとともに、
スイッチ４２をＯＦＦにして、補助巻線２１ｂの出力を
補助巻線用整流回路３３で直流に変換して補機３８を送
られる。その後、図示しないバッテリチャージ回路によ
りバッテリ４１が充電される。

【０００８】始動終了後は、始動用三相電力変換器２３
のトランジスタ２６ａ〜２６ｆを全てＯＦＦにし、ダイ
オード２３ａ〜２３ｆのみを利用した整流回路として機
能させて、発電機２１から送られる三相交流を直流に変
換した後、出力側電力変換装置２４のトランジスタ２４
ａ〜２４ｄを制御することによって単相交流出力が取り
出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図６に示すように、三
相補助巻線２１ｂの出力電圧は、ガスタービンエンジン
の回転数に略比例して増減する。補助巻線２１ｂの出力
電圧の使用可能範囲は、図６に斜線を入れて示すよう
に、インバータ２２を介して制御される主巻線２１ａの
出力電圧の使用可能範囲に比べて狭くなるため、ガスタ
ービンエンジンのアイドル回転数と定格回転数の範囲は
補助巻線２１ｂの使用可能範囲で設定する必要がある。

【００１０】しかしながら、補助巻線２１ｂからの出力
される電圧は、発電機２１に備えられる永久磁石の磁力
の初期バラツキおよび経時劣化あるいはコイル巻数のバ
ラツキに起因して変動する可能性がある。このため、補
助巻線２１ｂの出力電圧が低すぎると、ガスタービンエ
ンジンのアイドル回転数を高く調節しなければならず、
燃費の悪化を招く。また、補助巻線２１ｂの出力電圧が
高すぎると、ガスタービンエンジンの最高回転数を低く
調節しなければならず、最高出力限界が低下する。この
結果、ガスタービンエンジンの性能品質が安定しない。

【００１１】本発明は上記の問題点を解消し、補機を駆
動するための補助巻線を廃止したガスタービン発電機を
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記載のガスター
ビン発電機は、ガスタービンエンジンによって駆動され
る三相交流発電機と、始動時にバッテリからの電流を三
相交流発電機に供給する始動用三相電力変換装置と、三
相交流発電機から供給される交流電流を直流電流に変換
する整流回路と、整流回路から供給される直流電流を交
流電流に変換する出力側電力変換装置と、 ガスタービ
ンエンジンの補機を駆動する補機駆動回路と、始動用三
相電力変換装置と三相交流発電機との結線を補機駆動回
路へ切換えるリレーと、始動終了後にリレーを介して始
動用三相電力変換装置を補機駆動回路のスイッチング部
として作動させる制御手段と、を備える。

【００１３】請求項２記載のガスタービン発電機は、請
求項１に記載の発明において、バッテリに直流電流を供
給するバッテリチャージ回路と、始動用三相電力変換装
置と三相交流発電機との結線をバッテリチャージ回路へ
切換えるリレーと、始動終了後にリレーを介して始動用
三相電力変換装置をバッテリチャージ回路のスイッチン
グ部として作動させる制御手段と、を備える。

【００１４】請求項３記載のガスタービン発電機は、請
求項１または２に記載の発明において、外部電源に直流
電流を供給する外部接続用直流電源回路と、始動用三相
電力変換装置と三相交流発電機との結線を外部接続用直
流電源回路へ切換えるリレーと、始動終了後にリレーを
介して始動用三相電力変換装置を外部接続用直流電源回
路のスイッチング部として作動させる制御手段と、を備
える。

【００１５】

【作用】請求項１に記載のガスタービン発電機におい
て、始動時は、バッテリからの電流を始動用三相電力変
換装置を介して三相交流発電機に供給し、三相交流発電
機をガスタービンエンジンを起動させる電動機として働
かせる。

【００１６】始動終了後にリレーを介して始動用三相電
力変換装置を補機駆動回路のスイッチング部として作動
させることにより、補機駆動電圧を発電機の電圧とは関
係なく適切に設定することが可能となる。

【００１７】この結果、補機駆動電圧によってガスター
ビンエンジンの運転範囲が制限されることがなく、ガス
タービンエンジンの性能品質の安定化がはかれる。

【００１８】請求項２に記載のガスタービン発電機にお
いて、始動終了後にリレーを介して始動用三相電力変換
装置をバッテリチャージ回路のスイッチング部として作
動させることにより、バッテリチャージ回路に所定電圧
の直流電流を供給し、バッテリを充電する。

【００１９】こうして、バッテリチャージ回路の電源を
始動用三相電力変換装置のスイッチング部を介して構成
することにより、構造を簡素化してコストダウンがはか
れる。

【００２０】請求項３に記載のガスタービン発電機にお
いて、始動終了後にリレーを介して始動用三相電力変換
装置を外部接続用直流電源回路のスイッチング部として
作動させることにより、外部接続用直流電源回路に所定
電圧の直流電流を供給する。

【００２１】こうして、外部接続用直流電源回路の電源
を始動用三相電力変換装置のスイッチング部を介して構
成することにより、構造を簡素化してコストダウンがは
かれる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２３】図２に示すように、ガスタービンエンジン
１は、大気を吸入して必要な圧力まで圧縮するコンプレ
ッサ２と、内部で燃料を燃焼させこのコンプレッサ２か
ら送られる圧縮空気を加熱して高温ガスをつくる燃焼器
３と、燃焼器３から出た燃焼ガスのもつエネルギーを機
械的な仕事に変換するタービン４と、タービン４から排
出される排気ガスの熱によりコンプレッサ２から燃焼器
３に送られる圧縮空気を加熱する熱交換器５とから基本
的に構成される。

【００２４】燃焼器３に送られる燃料供給量を調整する
ため、燃料調整弁６が設けられる。燃料調整弁６によっ
て調整される燃料噴射量は、コントローラ７からの指令
によって制御される。

【００２５】ガスタービンエンジン１のタービン軸８に
三相交流発電機５１が直結される。三相交流発電機５１
は永久磁石を用いたものである。

【００２６】図１に示すように、発電機５１のステータ
に巻かれた巻線からの出力は、インバータ２２を介して
電気負荷２８に供給される。

【００２７】図１において、３８はガスタービンエンジ
ン１に備えられる補機である。この補機３８としては、
燃料調整弁６、図示しない燃料ポンプ、オイルポンプ、
燃料停止弁等がある。

【００２８】インバータ２２は、コントローラ７に内蔵
され、始動時には三相交流発電機５１を始動用電動機と
して駆動し、始動終了後に負荷２８および補機３８に電
力を供給する。

【００２９】インバータ２２の始動用三相電力変換装置
２３は、そのスイッチング部として６つダイオード２３
ａ〜２３ｆと並列にトランジスタ２６ａ〜２６ｆを備え
る。

【００３０】始動用三相電力変換装置２３は、始動時に
コントローラ７からの指令により各トランジスタ２６ａ
〜２６ｆのベース電流が決められた順序でＯＮ，ＯＦＦ
制御されることにより、発電機５１の巻線にバッテリ４
１からの電流を送り、三相交流発電機５１を回転させ
る。

【００３１】始動用三相電力変換装置２３は、始動終了
後にコントローラ７からの指令により、トランジスタ２
６ａ，２６ｂ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆをＯＦＦにし、
ダイオード２３ａ，２３ｂ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆの
みを働かせて、発電機５１からの三相交流電流を直流電
流に変換する整流回路として機能する。

【００３２】インバータ２２の出力側電力変換装置２４
は、そのスイッチング部として４つのダイオード２４ｅ
〜２４ｈと並列に４つのトランジスタ２４ａ〜２４ｄを
備え、出力側電力変換装置２４の出口出力に出力側ＬＣ
フィルタ２７を介して電気負荷２８が接続される。

【００３３】出力側電力変換装置２４は、始動終了後に
コントローラ７からの指令により、４つのトランジスタ
２４ａ〜２４ｄのベース電流が決められた順序でＯＮ，
ＯＦＦ制御されることにより、始動用三相電力変換装置
２３からの直流電流を単相所定電圧の交流出力に変換す
る。

【００３４】本実施例では、三相交流発電機５１のＷ相
から供給される交流電流を直流電流に変換する整流回路
５２を備えるととともに、三相交流発電機５１のＷ相と
始動用三相電力変換装置２３のトランジスタ２６ｃとの
結線を補機駆動回路へ切換えるリレー５３を備え、コン
トローラ７によって始動終了後にリレー５３を介してト
ランジスタ２６ｃを補機駆動回路のスイッチング部とし
て作動させる構成とする。

【００３５】整流回路５２はＷ相に接続される２つのダ
イオード５２ｃ，５２ｆにより構成される。

【００３６】リレー５３は、始動用三相電力変換装置２
３のトランジスタ２６ｃにつながる端子を、Ｗ相につな
がる端子または補機３８につながる端子５４のいずれか
に選択的に接続する。

【００３７】図１において、５５は補機駆動電源回路に
おける平滑用コンデンサである。

【００３８】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００３９】始動時は、まずスイッチ４２をＯＮにし
て、バッテリ４１により補機３８を駆動する。次に、ス
イッチ４３をＯＮにして、出力側ＬＣフィルタ２７のコ
イルと出力側電力変換装置２４のトランジスタ２４ｄと
ダイオード２４ｆにより昇圧用チョッパー回路を構成
し、コンデンサ２５の端子間に始動に必要な電圧を確保
する。始動用の三相電力変換装置２３のトランジスタ２
６ａ〜２６ｆを制御して、三相交流発電機５１を始動用
電動機として回転させる。

【００４０】このようにしてガスタービンエンジン１の
回転数が予め設定された所定値まで上昇すると、スイッ
チ４３をＯＦＦにして、始動時のエンジンアシストを終
了するとともに、続いてリレー５３を端子５４側に切換
える。

【００４１】そして、始動用電力変換装置２３のトラン
ジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆをＯＦ
Ｆにし、続いてトランジスタ２６ｃをスイッチング制御
して、補機駆動回路に所定電圧の直流電流を供給する。
補機駆動電源回路における平滑用コンデンサ５５の端子
間電圧がバッテリィ４１の電圧より上昇したことが判定
されると、スイッチ４２をＯＦＦとしてバッテリ４１に
よる補機３８の駆動を停止する。その後、図示しないバ
ッテリチャージ回路によりバッテリ４１が充電される。

【００４２】なお、リレー５３を端子５４側に切換えら
れた後は、整流回路５２がＷ相の整流を行う。

【００４３】このようにすることで、補機駆動電圧を発
電機５１の電圧とは関係なくトランジスタ２６ｃの制御
によって適切に設定することが可能となる。例えば、補
機駆動電圧を確保するために、ガスタービンエンジン１
のアイドル回転数を必要以上に高く設定して、燃費の悪
化を招くことを回避できる。また、補機駆動電圧が高す
ぎるために、ガスタービンエンジン１の最高回転数が制
限されて最高出力限界が低下することを回避できる。こ
の結果、ガスタービンエンジン１の性能品質の安定化が
はかれる。

【００４４】次に、図３に示す他の実施例について説明
する。なお、図１等との対応部分には同一符号を用いて
説明する。

【００４５】本実施例では、三相交流発電機５１のＵ，
Ｖ，Ｗの各相から供給される交流電流を直流電流に変換
する整流回路５８を備えるととともに、三相交流発電機
５１のＵ，Ｖ，Ｗの各相と始動用三相電力変換装置２３
のトランジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃとの結線を補機
駆動回路へ切換えるリレー５６，５７，５３を備え、コ
ントローラ７によって始動終了後にリレー５６，５７，
５３を介してトランジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを補
機駆動回路のスイッチング部として作動させる構成とす
る。

【００４６】整流回路５８は三相交流発電機５１のＵ，
Ｖ，Ｗの各相に接続される６つのダイオード５８ａ〜５
８ｆにより構成される。

【００４７】リレー５６，５７，５３は、始動用三相電
力変換装置２３のトランジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ
につながる端子を、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相につながる端子ま
たは補機３８につながる各端子のいずれかに選択的に接
続する。

【００４８】以上のように構成され、始動時は、三相交
流発電機５１を始動用電動機として駆動することによ
り、ガスタービンエンジン１の回転数が予め設定された
所定値まで上昇すると、スイッチ４３をＯＦＦにして、
始動時のエンジンアシストを終了するとともに、続いて
リレー５６，５７，５３を補機駆動回路側の端子に切換
える。

【００４９】そして、始動用電力変換装置２３のトラン
ジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃをスイッチング制御し
て、補機駆動回路に所定電圧の直流電流を供給する。補
機駆動電源回路における平滑用コンデンサ５５の端子間
電圧がバッテリィ４１の電圧より上昇したことが判定さ
れると、スイッチ４２をＯＦＦとしてバッテリ４１によ
る補機３８の駆動を停止する。

【００５０】この場合、３つのトランジスタ２６ａ，２
６ｂ，２６ｃを介して補機駆動回路に電流を供給するこ
とで、補機駆動電流を大きく設定することができる。

【００５１】次に、図４に示す他の実施例について説明
する。なお、図１等との対応部分には同一符号を用いて
説明する。

【００５２】本実施例では、三相交流発電機５１のＵ，
Ｖ，Ｗの各相から供給される交流電流を直流電流に変換
する整流回路５８を備えるととともに、三相交流発電機
５１のＵ，Ｖ，Ｗの各相と始動用三相電力変換装置２３
のトランジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃとの結線を補機
駆動回路へ切換えるリレー５６，５７，５３を備える。

【００５３】コントローラ７によって始動終了後にリレ
ー５３を介してトランジスタ６ｃを補機駆動回路のスイ
ッチング部として作動させる構成とする。

【００５４】リレー５３は、始動用三相電力変換装置２
３のトランジスタ２６ｃにつながる端子を、Ｗ相につな
がる端子と、または補機３８につながる端子５４のいず
れかに選択的に接続する。

【００５５】リレー５７は、始動用三相電力変換装置２
３のトランジスタ２６ｂにつながる端子を、Ｖ相につな
がる端子またはバッテリチャージ回路につながる端子の
いずれかに選択的に接続する。バッテリチャージ回路
は、バッテリチャージ用平滑コンデンサ６１と、チャー
ジ電流監視用電流センサ６２等によって構成される。

【００５６】リレー５６は、始動用三相電力変換装置２
３のトランジスタ２６ａにつながる端子を、Ｕ相につな
がる端子または外部接続用直流電源回路につながる端子
のいずれかに選択的に接続する。外部接続用電源回路
は、外部接続端子６５と、外部接続電源用平滑コンデン
サ６３と、外部接続電源用電流センサ６４等によって構
成される。

【００５７】整流回路５８は三相交流発電機５１のＵ，
Ｖ，Ｗの各相に接続される６つのダイオード５８ａ〜５
８ｆにより構成される。

【００５８】以上のように構成され、始動時は、三相交
流発電機５１を始動用電動機として回転させることによ
り、ガスタービンエンジン１の回転数が予め設定された
所定値まで上昇すると、スイッチ４３をＯＦＦにして、
始動時のエンジンアシストを終了するとともに、続いて
リレー５３を補機駆動回路側につながる端子側に切換
え、トランジスタ２６ｃをスイッチング制御して、補機
駆動回路に所定電圧の直流電流を供給する。補機駆動電
源回路における平滑用コンデンサ５５の端子間電圧がバ
ッテリィ４１の電圧より上昇したことを判定すると、ス
イッチ４２をＯＦＦとしてバッテリ４１による補機３８
の駆動を停止する。

【００５９】そして、リレー５７をバッテリチャージ回
路側につながる端子側に切換え、トランジスタ２６ｂを
スイッチング制御して、バッテリチャージ回路に所定電
圧の直流電流を供給し、バッテリ４１を充電する。

【００６０】そして、リレー５６を外部接続用直流電源
回路につながる端子側に切換え、トランジスタ２６ａを
スイッチング制御して、外部接続用直流電源回路に所定
電圧の直流電流を供給する。

【００６１】この場合、バッテリチャージ回路の電源
と、外部接続用直流電源回路の電源を始動用三相電力変
換装置２３のトランジスタ２６ｂ，２６ａを介して構成
することにより、構造を簡素化してコストダウンがはか
れる。また、スイッチング素子の共用化により、スイッ
チング素子と各スイッチング素子に必要な冷却フィンを
削減して、装置の小型化がはかれる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載のガス
タービン発電機は、始動終了後にリレーを介して始動用
三相電力変換装置を補機駆動回路のスイッチング部とし
て作動させる構成により、補機駆動電圧を発電機の電圧
とは関係なく適切に設定することが可能となり、補機駆
動電圧によってガスタービンエンジンの運転範囲が制限
されることがなく、ガスタービンエンジンの性能品質の
安定化がはかれる。また、三相交流発電機は、補機を駆
動するための補助巻線を廃止して、構造の簡素化がはか
れる。

【００６３】請求項２に記載のガスタービン発電機は、
始動終了後にリレーを介して始動用三相電力変換装置を
バッテリチャージ回路のスイッチング部として作動させ
る構成により、バッテリチャージ回路を簡素化してコス
トダウンがはかれる。

【００６４】請求項３に記載のガスタービン発電機は、
始動終了後にリレーを介して始動用三相電力変換装置を
外部接続用直流電源回路のスイッチング部として作動さ
せる構成としたため、外部接続用直流電源回路を簡素化
して、コストダウンがはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すガスタービン発電機の電
気回路図。

【図２】同じくガスタービン発電機のシステム図。

【図３】他の実施例を示すガスタービン発電機の電気回
路図。

【図４】さらに他の実施例を示すガスタービン発電機の
電気回路図。

【図５】従来例を示すガスタービン発電機の電気回路
図。

【符号の説明】

１ ガスタービンエンジン ６ 燃料調整弁（補機） ７ コントローラ ２２ インバータ ２３ 始動用三相電力変換装置 ２３ａ〜２３ｆ ダイオード ２４ 出力側電力変換装置 ２４ａ〜２４ｄ トランジスタ ２４ｅ〜２４ｈ ダイオード ２６ａ〜２６ｆ トランジスタ ２８ 電気負荷 ３８ 補機 ４１ バッテリ ５１ 三相交流発電機 ５２ 整流回路 ５２ｃ ダイオード ５２ｆ ダイオード ５３ リレー ５６ リレー ５７ リレー ５８ 整流回路 ５８ａ〜５８ｆ ダイオード ６１ バッテリチャージ用平滑コンデンサ ６３ 外部接続電源用平滑コンデンサ ６５ 外部接続端子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図６

【補正方法】追加

【補正内容】

【図６】同じくガスタービンの回転数に対する出力電圧
の使用可能範囲を表す線図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンエンジンによって駆動される
   三相交流発電機と、 始動時にバッテリからの電流を三相交流発電機に供給す
   る始動用三相電力変換装置と、 三相交流発電機から供給される交流電流を直流電流に変
   換する整流回路と、 整流回路から供給される直流電流を交流電流に変換する
   出力側電力変換装置と、 ガスタービンエンジンの補機
   を駆動する補機駆動回路と、 始動用三相電力変換装置と三相交流発電機との結線を補
   機駆動回路へ切換えるリレーと、 始動終了後にリレーを介して始動用三相電力変換装置を
   補機駆動回路のスイッチング部として作動させる制御手
   段と、 を備えたことを特徴とするガスタービン発電機。
2. 【請求項２】バッテリに直流電流を供給するバッテリチ
   ャージ回路と、 始動用三相電力変換装置と三相交流発電機との結線をバ
   ッテリチャージ回路へ切換えるリレーと、 始動終了後にリレーを介して始動用三相電力変換装置を
   バッテリチャージ回路のスイッチング部として作動させ
   る制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービ
   ン発電機。
3. 【請求項３】外部電源に直流電流を供給する外部接続用
   直流電源回路と、 始動用三相電力変換装置と三相交流発電機との結線を外
   部接続用直流電源回路へ切換えるリレーと、 始動終了後にリレーを介して始動用三相電力変換装置を
   外部接続用直流電源回路のスイッチング部として作動さ
   せる制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガ
   スタービン発電機。