JPH08280148A

JPH08280148A - タービン発電機

Info

Publication number: JPH08280148A
Application number: JP7079155A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Wakui; 真一湧井; Kazumasa Ide; 一正井出; Haruo Oharagi; 春雄小原木; Miyoshi Takahashi; 身佳高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】サイリスタ始動時における始動時間の短縮化
を大幅に向上できるように構成したコンバインドサイク
ル発電システムに好適なタービン発電機を提供する。【構成】回転界磁形のタービン発電機の回転子１に、
界磁巻線２を挿入するために設けてあるスロットのｑ軸
寄りのスロット内にだけダンパバー３を設けると共に、
これらを保持するための楔４と楔５を導電性の材料と
し、このとき、まず、ダンパバー３の抵抗値が楔４及び
楔５の抵抗値よりも低くなるようにする。つぎに、ｄ軸
に対して、回転子１の回転方向と反対側の位置にある楔
４の抵抗値が、楔５の抵抗値ょりも低くなるように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タービン発電機に関す
るものであり、特に、始動時にタービン発電機の電機子
にサイリスタ始動装置を接続して、タービン発電機を可
変速の同期電動機として始動させるタービン発電機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エネルギー資源の節約の観点か
ら、コンバインドサイクル発電が注目されている。そこ
で、このコンバインドサイクル発電システムについて、
図２により説明すると、この発電システムは、図示のよ
うに、ガスタービン(ＧＴ)７と、このガスタービン７の
排気ガスの余熱をボイラ熱源とする蒸気タービン(ＳＴ)
８と、タービン発電機(ＴＧ)９とで構成されており、こ
れらガスタービン７と蒸気タービン８、それにタービン
発電機９は、互いに結合され同一軸上に配置されてい
る。

【０００３】このとき、タービン発電機９の単機での容
量には限界があるため、多軸として発電プラントを構成
している。そして、このコンバインドサイクル発電プラ
ントは、主として電力需要の多い都市近郊に設置され、
ＤＳＳ(毎日起動・停止)運用を中心として運転され、さ
らに要求される負荷発電量に応じてガスタービン７を順
次始動させていくという運用形態をとるのが通例であ
る。

【０００４】ところで、近年、このようなコンバインド
サイクル発電用のガスタービン７では、高効率化のため
燃焼温度の高温化が進み、これにに伴って大容量化され
てきているが、この結果、ガスタービン用の始動装置に
も大容量化が必要になってきた。

【０００５】従来、このようなシステムでのガスタービ
ン７を始動するための始動装置としては、パワートレー
ンの軸端にトルクコンバータと誘導電動機を直結したト
ルクコンバータ方式が使用されてきた。しかし、トルク
コンバータの製作限界から始動装置の大容量化が困難に
なってきたため、近年、サイリスタ始動方式の実用化が
迫られている。

【０００６】このサイリスタ始動方式とは、サイリスタ
始動装置１０を用い、タービン発電機９を可変速の同期
電動機として始動する方式であり、タービン発電機９と
サイリスタ始動装置１０との間に切替装置１１を設ける
ことにより、１台のサイリスタ始動装置１０を共有でき
るという特徴がある。

【０００７】すなわち、このサイリスタ始動方式では、
大容量のガスタービン７の始動装置として対応可能であ
ると共に、１台のサイリスタ始動装置１０を多軸のガス
タービン７で共有することができるので、構成規模が小
さくて済み、発電所の建家がコンパクトになるという利
点が得られる。

【０００８】ところで、ガスタービン駆動の比較的容量
の大きな発電機としては、通常、２極の塊状鉄心からな
る円筒形回転子を用いた回転界磁型の発電機が主として
使用されているが、このような発電機においては、三相
電機子巻線の負荷状態が各相で異なる不平衡負荷などに
より電機子電流にアンバランスを生じると、回転子に逆
相回転磁界が発生するという性質を有する。そして、こ
の逆相回転磁界は、出力電圧の角周波数ωの２倍の角周
波数２ωの単一成分からなる非同期磁界成分を含んでい
る。

【０００９】しかして、このような逆相回転磁界が発生
すると、回転子の各導体部に渦電流が誘起され、回転子
の各部の温度が許容範囲以上に上昇する虞れが生じる。
そこで、このような問題点を解決するため、従来から種
々の技術が提案されており、例えば、特公昭６０−３４
３４０号公報では、回転子を構成する塊状鉄心の軸方向
に流れる電流を、導電性楔を介してダンパバーに導くこ
とによって回転子各部の熱的バランスを取る方法につい
て提案しており、さらに、これに関連して、特公平５−
６４０１５号公報では、ダンパバーを回転子スロットに
交互に挿入して、資材を節約しながら回転子各部の熱的
バランスを取る方法を提案している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、サイ
リスタ始動時に発生する非同期磁界の最適な抑制につい
て配慮がされておらず、サイリスタ始動時での回転子の
温度上昇を抑えるため、始動電流を大きくすることがで
きず、この結果、始動時間が長くなって、負荷発電量の
変動に充分に対応できなくなってしまうという問題があ
った。

【００１１】これは、以下の理由による。まず、サイリ
スタ始動時におけるタービン発電機のシステム構成を図
３に示す通りとし、サイリスタ始動装置１０から供給さ
れる電機子電流は図４に示すようになり、サイリスタ始
動時における第６次高調波起磁力は、図５、図６に示す
ようになる。なお、図３において、１２は励磁機であ
り、図５、図６においては、磁極の中心方向をｄ軸、磁
極間方向をｑ軸としている。なお、この例は２極の発電
機の場合なので、ｄ軸とｑ軸は直交している。

【００１２】上記したように、サイリスタ始動方式で
は、タービン発電機９を可変速の同期電動機として始動
するため、電機子側に可変周波数の回転磁界を形成する
必要がある。従って、サイリスタ始動時においては、励
磁機１２をタービン発電機９の界磁巻線に接続して界磁
を直流励磁し、インバータとコンバータで構成したサイ
リスタ始動装置１０をタービン発電機９の電機子巻線に
接続して可変周波数の平衡三相交流を供給する。

【００１３】サイリスタ始動装置１０の出力周波数は、
回転子の回転周波数に同期した周波数に調整し、回転数
の上昇に伴って上昇させていくような運転形態となる。
このとき、サイリスタ始動装置１０からタービン発電機
９の電機子巻線に供給される電流は、図４(a)のような
歪波形となる。

【００１４】三相のインバータによる電流波形は、図示
のように、三相のうち二相が常に通電している状態を保
つため、各相(Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相)とも１２０度区間の正
極性通電状態、６０度の休止状態、１２０度区間の負極
性通電状態、６０度の休止状態を繰り返す。この１２０
度通電電流波形のスペクトルは同図(b)に示したように
なり、サイリスタ始動装置１０からタービン発電機９の
電機子巻線に供給される電流には、基本波のほかに(６
ｍ±１)次の高調波成分が含まれる(ｍ：整数)。

【００１５】また、このサイリスタ始動時の問題点の一
つとして、サイリスタの転流が挙げられる。すなわち、
サイリスタの転流には転流電圧が必要となるが、始動直
後のような低速域では電動機の逆起電圧が零のため、別
途、転流補助回路を設けて強制的に転流を行う、いわゆ
る強制転流が必要になる。

【００１６】一方、高速域では電動機の逆起電圧を利用
してサイリスタの転流を行う、いわゆる自然転流になる
ため、転流補助回路が不要で経済的であるが、逆起電圧
に対して電流が進み位相でないと転流が達成できない。

【００１７】従って、強制転流時は定常トルクが最大と
なるように界磁起磁力と電機子基本波起磁力の位相差α
を９０度にするが、自然転流時には簡単なロジック切換
えによって転流が達成できるように、α＝１５０度にす
るのが一般的である。

【００１８】上述したように、電機子電流には(６ｍ±
１)次の高調波成分が含まれるため、回転子側から見る
と６ｍ次高調波起磁力が機内に発生する。このため、強
制転流時にはｄ軸上では長軸に、ｑ軸上では短軸になる
楕円回転磁界が形成される。

【００１９】この理由をｍ＝１、すなわち第６次高調波
起磁力について、図５を用いて説明する。なお、この図
５において、１は回転子、３はダンパバー、４、５は楔
である。図５において、電機子電流の第５次、及び第７
次高調波成分は、固定子側から見ると第５次、及び第７
次高調波起磁力を形成するが、第５次高調波起磁力は回
転子１の回転方向と逆向きに回転するため、回転子１上
から見ると第６次高調波起磁力となり、第７次高調波起
磁力は回転子１の回転方向と同じ向きに回転するため、
回転子上から見ると、同じく第６次高調波起磁力とな
る。

【００２０】このように、第６次高調波起磁力は二種の
成分からなり、ｄ軸上では同一方向のベクトルとなるた
め、これら二種の成分の和となるが、ｑ軸上では、これ
ら二種のベクトルは互いに逆向きに回転するため、逆向
きのベクトルとなり、これら二種の成分の差となる。従
って、これら二種のベクトル和の軌跡は、図示のよう
に、ｄ軸上で長軸になり、ｑ軸上で短軸となる楕円形と
なる。一般に、第６ｍ次高調波はｄ軸、ｑ軸成分の比が
６ｍ：１となる。

【００２１】一方、自然転流時では、発電機内に生じる
楕円回転磁界の主軸が、ｄ軸より回転子１の回転方向に
６０度進んだ方向となる。すなわち、図６に示すよう
に、自然転流時ではｄ軸より回転子１の回転方向に６０
度進んだ方向で長軸、ｄ軸より回転子１の回転方向に３
０度遅れた方向で短軸となる楕円回転磁界を形成する。

【００２２】ところで、非同期磁界が発電機内に発生し
た場合、それを抑制するように回転子１表面に渦電流が
流れる。そこで、上記したように、ダンパバーが用いら
れているが、従来技術による発電機では、不平衡負荷時
に発生する逆相回転磁界のような単一成分からなる非同
期磁界を最適に抑制するために、図６に示すように、磁
極位置に関係なく、各スロットに均一にダンパバー３を
施している。

【００２３】しかしながら、本発明者は、サイリスタ始
動時のように、複数の成分からなる非同期磁界に対して
は、ダンパバー３の位置の違いによって流れる渦電流の
大きさに差異が生じてしまうため、回転子表面周方向の
損失分布が不均一となり、最適なダンパ機能を発揮する
ことができないことを見出した。

【００２４】従って、これが、従来技術によっては、サ
イリスタ始動時に発生する大きな非同期磁界の最適な抑
制が困難で、始動電流を大きくすることができず、始動
時間が長くなって、負荷発電量の変動に充分に対応でき
なくなってしまう理由なのである。

【００２５】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、サイリスタ始動時における発電機の回転子全体の熱
的バランスが保たれ、始動時間の大幅な短縮化が容易に
得られるようにしたタービン発電機の提供を目的とす
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、界磁巻線を
回転子のスロット内に保持するための楔にダンパ機能を
持たせた回転界磁型のタービン発電機において、前記回
転子の所定のスロットにだけダンパバーを挿入すると共
に、前記楔によるダンパ機能の大きさを、回転子の周方
向の位置に応じて変化させることにより達成される。

【００２７】

【作用】回転子の周方向の位置の違いによって各ダンパ
バーや楔の抵抗値等を変化させることにより、回転子側
表面の周方向の損失分布を均一化することができ、これ
により回転子各部の熱的バランスをとることができるた
め、発電機の高調波耐力が大幅に向上し、それだけ発電
機の電機子巻線に大きな電流を通電することができ、始
動時間の短縮化が可能になる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明によるタービン発電機につい
て、図面の実施例により詳細に説明する。図１は本発明
の一実施例によるタービン発電機の回転子を示したもの
で、図７は本発明に係るタービン発電機の構造であり、
図８は本発明における導体と漏れ磁束の関係を示したも
ので、これらの図において、１は回転子、２は界磁巻
線、３はダンパバー、４はｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に
対して回転子１の回転方向と反対の側、つまり遅れ側の
位置にある楔(ウエッジ)、５はその他の楔を示してい
る。

【００２９】この実施例によるタービン発電機は、図７
に示すように、回転界磁形の発電機で、固定子１３は積
層鉄心で作られ、これに電機子巻線１４が施されてい
る。回転子１は円筒形の塊状鉄心で作られ、図１に示す
ように、そのスロット内に界磁巻線２が施され、さらに
一部のスロット内には導電材料からなるダンパバー３が
設けられている。そして、これらの界磁巻線２とダンパ
バー３は、楔４、５によってスロット内に保持されてい
る。

【００３０】次に、この実施例におけるサイリスタ始動
時での回転子１表面の周方向損失分布を均一化する動作
について、図１と図８を用いて説明する。いま、図８に
おいて、導体１５に電流が一様に流れたとすると、漏れ
磁束の分布は図示のようになり、スロット底部に近い導
体部分ほど多くの磁束と鎖交するから、漏れリアクタン
スが大きくなる。

【００３１】従って、始動直後のような周波数の低い領
域ではリアクタンスは小さく、ほとんど抵抗だけで電流
が制限されるが、周波数が高くなるにつれ、電流は抵抗
よりもむしろリアクタンスによって制限されるようにな
る。そこで、この図１の実施例では、図示のように、ｑ
軸寄りのスロットにダンパバー３を挿入し、その両端を
端絡環(図示してない)で接続する。

【００３２】界磁巻線２とダンパバー３は、楔４、５に
より各スロット内に保持されているが、このとき、楔４
を回転子１の軸方向全長にわたり継目なしの金属バーで
構成してダンパ効果が強く得られるようにし、楔５は短
尺の金属バーで構成する。そして、これら楔４と楔５の
両端は端絡環で接続しておく。

【００３３】このときダンパバー３に用いる導電材料と
しては、楔４や楔５に用いる導体より、抵抗率の小さい
材料を用いる。例えば、以下の組合せとする。ダンパバー３を銅、楔４と楔５はアルミニウムダンパバー３を銅、楔４と楔５はアルミニウム合金ダンパバー３を銅合金、楔４と楔５はアルミニウムダンパバー３を銅合金、楔４と楔５はアルミニウム
合金ダンパバー３を銅、楔４と楔５は銅合金ダンパバー３をアルミニウム、楔４と楔５はアルミ
ニウム合金ところで、発電機を駆動するタービンは、高速の方が高
効率で小形にできるので、一般に火力用のタービン発電
機は２極機として作られる。そこで、タービン発電機９
の回転子１には機械的に高い強度を持たせる必要があ
り、このため、通例、上記した図７に示されているよう
に、シャフト、界磁極及び鉄心を一塊の鍛鋼から製作す
る。従って、回転子鉄心自体も導電性を有するものとな
っており、このため、非同期回転磁界が存在すると、回
転子表面に大きな渦電流が流れる。

【００３４】そして、強制転流時には、図５で説明した
ように、ｄ軸上が長軸で、ｑ軸上に短軸がくる楕円回転
磁界が生じるため、回転子１のｑ軸側において、回転子
１のｄ軸側よりも大きな渦電流が誘起される。一方、自
然転流時には、図６で説明したように、ｄ軸から回転子
１の回転方向に対して６０度進んだ位置が主軸となる楕
円回転磁界が生じるため、ｄ軸に対して回転子１の回転
方向と反対の方向に３０度遅れた位置で、大きな渦電流
が流れる。

【００３５】このとき、ダンパバー３や楔４、楔５に流
れる渦電流の大きさは、ほぼそれらの位置によって決ま
る。また、図８で説明したように、サイリスタ始動時、
強制転流時のような周波数の低い領域ではダンパバー３
のダンパ効果が最も強く、自然転流時では楔４のダンパ
効果が最も強くなる。

【００３６】そこで、この実施例のように、強制転流時
に大きな渦電流が流れるｑ軸側にダンパバー３を設け、
自然転流時に大きな渦電流が流れるｄ軸より回転子１の
回転方向に対して３０度遅れ側の位置付近の楔４には、
楔５よりも電気抵抗の小さい導電材料を用いてやれば、
回転子１の停止時から同期速度付近まで昇速する間の全
始動時において、回転子１表面の周方向の損失分布が均
一になる。

【００３７】従って、この実施例によれば、回転子１の
各部での損失分布が均一化され、熱的バランスが保たれ
ることになるので、始動に対する発電機の高調波耐力が
向上し、その分、電機子巻線１４に多くの電流が供給で
きるため、始動時間を短縮することができる。

【００３８】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。まず、図９は本発明の第２の実施例によるタービン
発電機の回転子で、回転界磁形のタービン発電機の回転
子１のスロットの内、ｑ軸寄りのスロットにダンパバー
３を挿入し、界磁巻線２及びダンパバー３を保持するた
めに楔４と楔５を設けてある。

【００３９】このときダンパバー３に用いる導体材料
は、楔４や楔５に用いる導体材料より抵抗率の小さい材
料を用いる。ここで、用いる材料の組合せは図１の場合
と同様である。

【００４０】従って、ここまでは図１の実施例と同じで
あるが、さらに、この実施例では、磁極付近に流れる渦
電流を誘導するため、ｄ軸を中心とする磁極位置におい
て、ｄ軸から回転子１の回転方向に対して遅れ側の磁極
位置に、更に導電性の部材からなる楔６を設けてある。
なお、一般に、楔とはスロット内に界磁巻線やダンパバ
ーを保持する部材をいうが、ここではスロット以外の位
置に設けてある楔６も、楔と呼ぶことにする。

【００４１】これら、楔６と楔４は、回転子１の軸方向
全長にわたり、継目なしの金属バーで構成してあり、こ
れにより強いダンパ機能が得られるように構成してあ
る。一方、楔５は短尺の金属バーで構成してある。

【００４２】上記したように、強制転流時はｑ軸寄りの
回転子表面に大きな渦電流が流れるが、ダンパバー３
は、鉄心よりも導電率のよい材料で構成されているた
め、渦電流は主にダンパバー３を流れる。

【００４３】次に、自然転流時は、ｑ軸より回転子１の
回転方向に対して１２０度遅れた位置に最大電流が流れ
るが、その位置は磁極付近であるため、今度は磁極付近
に主として渦電流が流れるので、このままでは、回転子
１に熱的アンバランスが生じてしまう。

【００４４】しかるに、この実施例では、ｑ軸側にダン
パバー３が設けてあるので、強制転流時での熱的バラン
スが得られ、ｄ軸から回転子の回転方向の遅れ側の磁極
位置に楔６が設けてあるので、自然転流時での熱的バラ
ンスが得られることになり、この結果、強制転流時から
自然転流時まで、常に平均して回転子１各部の熱的バラ
ンスをとることができるようになる。

【００４５】従って、この実施例によっても、始動時で
の発電機の高調波耐力が向上され、それだけ電機子巻線
１４に多くの電流を供給できるため、始動時間を短縮す
ることができる。

【００４６】なお、この実施例によれば、楔５を、楔４
及び楔６と同様に、回転子１の軸方向全長にわたり継目
なしの金属バーで構成しても、磁極付近に流れる渦電流
を楔６に導くことができるため、図１と同様の効果が得
られる。

【００４７】次に、図１０は本発明の第３の実施例によ
るタービン発電機の回転子を示したものである。この図
１０の実施例は、楔の形状を変えることにより、その抵
抗値を所定値に設定するようにしたものであり、図示の
ように、回転界磁形のタービン発電機の回転子１のｑ軸
寄りのスロットにダンパバー３を挿入し、全てのスロッ
ト内に楔４と楔５が設けられている点は、図１の実施例
と同じである。

【００４８】そして、このとき、ダンパバー３に用いる
導体は、楔４や楔５に用いる導体より抵抗率の小さい材
料を用いている点、及びそれらの組合せも図１の実施例
と同じである。

【００４９】ここで、楔４はダンパ効果を強くするた
め、回転子１の軸方向全長にわたり継目なしの金属バー
とする。一方、楔５は継目なしの金属バーでも短尺のバ
ーでも構わない。

【００５０】この実施例の特徴は、楔４と楔５の周方向
の寸法、つまり幅を変え、これらの間に所定の関係を持
たせた点にある。すなわち、いま、図示のように、楔４
の幅をＸ₄、楔５の幅をＸ₅としたとき、これらの間に、
Ｘ₄＞Ｘ₅ の関係が成立するようにし、これにより、楔
４の断面積が楔５よりも大になり、従って楔４の抵抗値
が楔５より小さくなるようにしたものである。

【００５１】従って、この実施例によれば、図１の実施
例と同様に、強制転流時から自然転流時まで、常に平均
して回転子１各部の熱的バランスをとることができるよ
うになり、この結果、この実施例によっても、始動時で
の発電機の高調波耐力が向上され、それだけ電機子巻線
１４に多くの電流を供給できるようになり、始動時間を
短縮することができる。

【００５２】次に、図１１は、本発明の第４の実施例に
よるタービン発電機の回転子を示したもので、ｑ軸寄り
のスロットにダンパバー３を設け、界磁巻線２及びダン
パバー３を保持するために楔４、楔５と、更に楔６を設
けた点は、図９の実施例と同じである。

【００５３】そして、このとき、楔４はダンパ効果を強
くするため、回転子１の軸方向全長にわたり継目なしの
金属バーとし、ダンパバー３に用いる導体は、楔４や楔
５に用いる導体より抵抗率の小さい材料を用いている
点、及びそれらの組合せも図１の実施例と同じである。

【００５４】楔６は、上記したように、磁極付近に流れ
る渦電流を誘導するために設けたものであり、回転子１
の軸方向全長にわたり継目なしの１本の金属バーで構成
してあるが、これも図９の実施例と同じである。

【００５５】この実施例の特徴は、楔４と楔５、それに
楔６の周方向の寸法、つまり幅を変え、これらの間に所
定の関係を持たせた点にある。すなわち、いま、図示の
ように、楔４の幅をＸ₄、楔５の幅をＸ₅、そして楔６の
幅をＸ₆としたとき、これらの間に、Ｘ₄＞Ｘ₅、且つＸ₆
＞ｘ₅の関係が成立するようにし、これにより、楔４と
楔６の断面積が楔５よりも大きく、つまりこれらの抵抗
値が楔５より小さくなるようにして、図１又は図９の実
施例と同等以上の機能が得られ、同様な効果が奏される
ようにしたものである。

【００５６】従って、この図１１の実施例によれば、図
１の実施例と同等以上に、強制転流時から自然転流時ま
で、常に平均して回転子１各部の熱的バランスをとるこ
とができるようになり、この結果、この実施例によって
も、始動時での発電機の高調波耐力が向上され、それだ
け電機子巻線１４に多くの電流を供給できるようにな
り、始動時間を短縮することができる。

【００５７】次に、図１２は、本発明の第５の実施例に
よるタービン発電機の回転子を示したもので、回転界磁
形のタービン発電機の回転子１のスロットに界磁巻線２
及びダンパバー３と、それらを保持するためにの楔４と
楔５が設けてある。

【００５８】このときダンパバー３に用いる導体材料
は、楔４や楔５に用いる導体材料より抵抗率の小さい材
料を用いる。ここで、用いる材料の組合せは図１の場合
と同様である。

【００５９】従って、ここまでは、やはり図１の実施例
と同じであるが、更にこの実施例では、スロットの全て
にダンパバー３が挿入してあり、且つ、これらダンパバ
ー３の径方向の寸法、つまり厚みを、ｑ軸最寄りからｄ
軸側に近づくに従って薄くした点にある。なお、このと
き、段階的に薄くしても構わない。

【００６０】このため、この実施例におけるダンパバー
３の抵抗値は、その位置がｑ軸からｄ軸に近づくに従っ
て大きくなり、ｑ軸寄りのスロットのみにダンパバー３
を挿入したときより、強制転流時における回転子１表面
の周方向損失分布を均一化することができる。

【００６１】また、この実施例では、自然転流時にダン
パ機能が強く得られるように、楔４を回転子１の軸方向
全長にわたり継目なしの金属バーで構成し、楔５を短尺
のバーで構成してある。従って、この図１２の実施例に
よれば、ダンパバー３による強制転流時でのダンパ効果
に加えて、楔４によるダンパ効果が大きくなり、自然転
流時における回転子１表面の周方向損失分布を、更に均
一化することができ、この結果、この実施例によって
も、始動時での発電機の高調波耐力が向上され、それだ
け電機子巻線１４に多くの電流を供給できるようにな
り、始動時間を充分に短縮することができる。

【００６２】次に、図１３は、本発明の第６の実施例に
よるタービン発電機の回転子を示したもので、この実施
例は、図９の実施例における楔６を、図１２の実施例に
適用した点を特徴とするものである。

【００６３】すなわち、上記したように、図９の実施例
は、磁極位置のｄ軸から回転子の回転方向とは反対側に
ダンパ専用の楔６を設けたものであるが、これに、図１
２の実施例におけるスロットの全てにダンパバー３を挿
入し、且つ、これらダンパバー３の厚みを、ｑ軸最寄り
からｄ軸側に近づくに従って薄くした点を適用したの
が、この図１３の実施例である。なお、このとき、ダン
パバー３の厚みは段階的に薄くしても構わない点も同じ
である。

【００６４】従って、この図１３の実施例によれば、楔
６による強制転流時での大きなダンパ効果に加えて、ダ
ンパバー３による自然転流時での大きなダンパ効果が得
られることになり、自然転流時における回転子１表面の
周方向損失分布を、更に均一化することができ、この結
果、この実施例によっても、始動時での発電機の高調波
耐力が向上され、それだけ電機子巻線１４に多くの電流
を供給できるようになり、始動時間を充分に短縮するこ
とができる。

【００６５】次に、図１４は、本発明の第７の実施例に
よるタービン発電機の回転子を示したものである。ここ
で、まず、図１０の実施例についてみると、これは、上
記したように、楔４と楔５の幅を変え、これらの間に所
定の関係を持たせた点を特徴とし、このため、楔４の幅
をＸ₄、楔５の幅をＸ₅としたとき、これらの間に、Ｘ₄
＞Ｘ₅ の関係が成立するようにし、これにより、楔４の
抵抗値が楔５より小さくなるようにし、自然転流時での
回転子１表面の周方向損失分布を均一化することができ
るようにしたものである。

【００６６】次に、図１２の実施例についてみると、こ
れは、スロットの全てにダンパバー３を挿入し、且つ、
これらダンパバー３の厚みを、ｑ軸最寄りからｄ軸側に
近づくに従って薄くすることにより、ダンパバー３の抵
抗値を、その位置がｑ軸からｄ軸に近づくに従って大き
くなるようにし、これによりｑ軸寄りのスロットのみに
ダンパバー３を挿入したときより、強制転流時での回転
子１表面の周方向損失分布を均一化することができるよ
うにしたものである。

【００６７】そこで、この図１４の実施例についてみる
と、この実施例は、図示のように、図１０の実施例と図
１２の実施例を組合せたものに相当する。

【００６８】従って、この図１４の実施例によれば、図
１０の実施例にによる自然転流時での回転子１表面の周
方向損失分布を均一化することができるという機能と、
図１２の実施例による強制転流時での回転子１表面の周
方向損失分布を均一化することができるという機能の双
方を併せもつタービン発電機を得ることができ、この結
果、この実施例によっても、始動時での発電機の高調波
耐力が向上され、それだけ始動時での電機子電流を多く
することができるようになり、始動時間を充分に短縮す
ることができる。

【００６９】なお、この図１４の実施例においても、ダ
ンパバー３の厚みは、段階的に薄くなるように構成して
も構わない。

【００７０】次に、図１５は、本発明の第８の実施例に
よるタービン発電機の回転子を示したもので、この実施
例は、図１１の実施例と図１２の実施例を組合せたもの
に相当する。

【００７１】上記したように、まず、図１１の実施例
は、楔４と楔５に加えて、磁極付近に流れる渦電流を誘
導するために磁極位置に楔６を設けたものにおいて、楔
４の幅をＸ₄、楔５の幅をＸ₅、そして楔６の幅をＸ₆と
したとき、これらの間に、Ｘ₄＞Ｘ₅、且つＸ₆＞ｘ₅の関
係が成立するようにし、これにより、楔４と楔６の抵抗
値が楔５より小さくなるようにして、図１又は図９の実
施例と同等以上の機能が得られ、同様な効果が奏される
ようにしたものである。

【００７２】次に、図１２の実施例は、同じく上記した
ように、スロットの全てにダンパバー３を挿入し、且
つ、これらダンパバー３の厚みを、ｑ軸最寄りからｄ軸
側に近づくに従って薄くし、これによりダンパバー３の
抵抗値を、ｑ軸からｄ軸に近づくに従って大きくなるよ
うにし、ｑ軸寄りのスロットのみにダンパバー３を挿入
したときより、強制転流時における回転子１表面の周方
向損失分布を均一化することができるようにしたもので
あり、更に、このとき、自然転流時にダンパ機能が強く
得られるように、楔４を回転子１の軸方向全長にわたり
継目なしの金属バーで構成し、楔５を短尺のバーで構成
し、これにより、ダンパバー３による強制転流時でのダ
ンパ効果に加えて、楔４によるダンパ効果が大きくな
り、自然転流時における回転子１表面の周方向損失分布
を、更に均一化することができるようにしたものであ
る。

【００７３】そして、この図１５の実施例は、図１１の
実施例と図１２の実施例を組合せたものであるから、結
局、この図１５の実施例によっても、始動時での発電機
の高調波耐力が向上され、それだけ多くの電機子電流が
供給できるようになり、始動時間を充分に短縮すること
ができる。

【００７４】なお、以上の実施例では、全て、本発明を
２極、２０スロットの回転子に適用した場合について説
明したが、本発明は、任意の極数、スロット数の発電機
についても同様に実施可能なことはいうまでもない。

【００７５】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、サイリ
スタ始動時において停止時から同期速度まで昇速する
際、機内に生じる楕円回転磁界を、スロット内の楔及び
ダンパバーにより最適に抑制できるため、タービン発電
機の回転子各部の熱的バランスがとれ、高調波耐力を向
上させることができる。

【００７６】従って、本発明によれば、始動時、必要と
する多くの電機子電流を発電機に供給できるため、始動
時間を充分に短縮することができ、起動停止の繰返しに
容易に対応することができる。そして、この結果、本発
明によれば、コンバインドサイクル発電プラントなど
で、負荷発電量の変動に充分に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるタービン発電機の第１の実施例を
示す回転子の断面図である。

【図２】コンバインドサイクル発電システムの一例を示
す構成図である。

【図３】タービン発電機のサイリスタ始動時におけるシ
ステム構成の一例を示す構成図である。

【図４】サイリスタ始動時にタービン発電機に流れる電
機子電流の波形とスペクトルを示す説明図である。

【図５】サイリスタ始動時の強制転流時でのタービン発
電機の高調波起磁力の説明図である。

【図６】サイリスタ始動時の自然転流時でのタービン発
電機の高調波起磁力の説明図である。

【図７】タービン発電機の一例を示す説明図である。

【図８】回転界磁形タービン発電機の回転子での導体と
漏れ磁束の関係を示す説明図である。

【図９】本発明によるタービン発電機の第２の実施例を
示す回転子の断面図である。

【図１０】本発明によるタービン発電機の第３の実施例
を示す回転子の断面図である。

【図１１】本発明によるタービン発電機の第４の実施例
を示す回転子の断面図である。

【図１２】本発明によるタービン発電機の第５の実施例
を示す回転子の断面図である。

【図１３】本発明によるタービン発電機の第６の実施例
を示す回転子の断面図である。

【図１４】本発明によるタービン発電機の第７の実施例
を示す回転子の断面図である。

【図１５】本発明によるタービン発電機の第８の実施例
を示す回転子の断面図である。

【符号の説明】

１回転子２界磁巻線３ダンパバー４楔(ｄ軸寄りで、且つｄ軸に対して回転子の回転方
向と反対方向に位置するもの）５楔(その他のもの) ６磁極位置に設けた楔７ガスタービン８スチームタービン９タービン発電機１０サイリスタ始動装置１１切替装置１２励磁機１３固定子１４電機子巻線１５導体

フロントページの続き (72)発明者高橋身佳茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】界磁巻線を回転子のスロット内に保持す
るための楔にダンパ機能を持たせた回転界磁型のタービ
ン発電機において、前記回転子の所定のスロットにだけダンパバーを挿入す
ると共に、前記楔によるダンパ機能の大きさを、回転子
の周方向の位置に応じて変化させたことを特徴とするタ
ービン発電機。
【請求項２】界磁巻線を回転子のスロット内に保持す
るための楔にダンパ機能を持たせた回転界磁型のタービ
ン発電機において、回転子の磁極中心方向をｄ軸、磁極間方向をｑ軸とした
とき、ｑ軸寄りのスロットにだけダンパバーを設けると
共に、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回
転方向と反対側の位置にあるスロットの楔の抵抗値を、
その他の位置にあるスロットの楔の抵抗値より小さくな
るように構成したことを特徴とするタービン発電機。
【請求項３】請求項２の発明において、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回
転方向と反対側の位置にあるスロットの楔を該回転子の
軸方向全長にわたり継目なしの金属バーで構成し、その
他の楔は短尺の金属バーで構成したことを特徴とする請
求項２記載のタービン発電機。
【請求項４】請求項２の発明において、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回
転方向と反対側の位置にあるスロットの楔の周方向の幅
をｘ_w、その他の楔の周方向の幅をｘ_w’としたとき、ｘ_w＞ｘ_w’が成立するように構成したことを特徴とする
タービン発電機。
【請求項５】界磁巻線を回転子のスロット内に保持す
るための楔にダンパ機能を持たせた回転界磁型のタービ
ン発電機において、回転子の磁極中心方向をｄ軸、磁極間方向をｑ軸とした
とき、ｑ軸寄りのスロットにだけダンパバーを設けると
共に、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回
転方向と反対側の磁極位置にダンパ機能を有する楔を設
けたことを特徴とするタービン発電機。
【請求項６】請求項５の発明において、前記磁極位置に設けた楔と、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回
転方向と反対側の位置にあるスロットの楔を、前記回転
子の軸方向全長にわたり継目なしの金属バーで構成し、
その他の楔を短尺の金属バーで構成したことを特徴とす
るタービン発電機。
【請求項７】請求項５の発明において、前記回転子の全ての楔を、該回転子の軸方向全長にわた
り継目なしの金属バーで構成したことを特徴とするター
ビン発電機。
【請求項８】請求項５の発明において、前記回転子の磁極位置に設けた前記楔の周方向の幅をｘ
_D、該回転子のｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記
回転子の回転方向と反対側の位置にあるスロットの楔の
周方向の幅をｘ_w、その他の楔の周方向の幅をｘ_w’とし
たとき、ｘ_D＞ｘ_w’で、且つｘ_w＞ｘ_w’が成立するように構成し
たことを特徴とするタービン発電機。
【請求項９】回転子のスロット内に界磁巻線とダンパ
バーとを巻装し、これら界磁巻線とダンパバーとを保持
するための楔にダンパ機能を持たせた回転界磁型のター
ビン発電機において、前記回転子の所定の周方向位置のスロット内のダンパバ
ーによるダンパ機能を他のダンパバーのダンパ機能より
大きくすると共に、該回転子の所定の周方向位置のスロ
ット内の楔のダンパ機能を他の楔のダンパ機能より大き
くしたことを特徴とするタービン発電機。
【請求項１０】回転子のスロット内に界磁巻線とダン
パバーとを巻装し、これら界磁巻線とダンパバーとを保
持するための楔にダンパ機能を持たせた回転界磁型のタ
ービン発電機において、磁極中心の方向をｄ軸、磁極間方向をｑ軸としたとき、ｑ軸寄りのスロットに納められたダンパバーの抵抗値を
他のダンパバーの抵抗値より小さくすると共に、ｄ軸寄
りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回転方向と反
対側の位置のスロットに設けた楔の抵抗値を、その他の
スロットに挿入した楔の抵抗値より小さくしたことを特
徴とするタービン発電機。
【請求項１１】請求項１０の発明において、前記ｑ軸最寄りのスロットに納められた前記ダンパバー
の径方向の厚みを最も厚くし、ｄ軸に近づくに従って該
ダンパバーの径方向の厚みを薄くしたことを特徴とする
タービン発電機。
【請求項１２】請求項１０の発明において、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回
転方向と反対側の位置のスロットに納められた楔を該回
転子の軸方向全長にわたり継目なしの金属バーで構成
し、その他の楔は短尺の金属バーで構成したことを特徴
とするタービン発電機。
【請求項１３】請求項１０の発明において、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記回転子の回
転方向と反対側の位置のスロット内の楔の周方向の幅を
ｘ_w、その他の楔の周方向の幅をｘ_w’としたとき、ｘ_w＞ｘ_w’が成立するように構成したことを特徴とする
タービン発電機。
【請求項１４】界磁巻線を回転子のスロット内に保持
するための楔にダンパ機能を持たせた回転界磁型のター
ビン発電機において、回転子の磁極中心の方向をｄ軸、磁極間方向をｑ軸とし
たとき、該ｑ軸寄りのスロットに納められたダンパバーの抵抗値
が他のダンパバーの抵抗値より小さくなるように構成す
ると共に、前記ｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して前記
回転子の回転方向と反対側の位置のスロット内にダンパ
効果を持たせた楔を設けたことを特徴とするタービン発
電機。
【請求項１５】請求項１４の発明において、前記回転子の磁極位置にあるスロット内の楔と、該回転
子のｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対して該回転子の回転
方向と反対側の位置にあるスロット内の楔とを、該回転
子の軸方向全長にわたり継目なしの金属バーで構成し、
その他のスロット内の楔を短尺の金属バーで構成したこ
とを特徴とするタービン発電機。
【請求項１６】請求項１４の発明において、前記回転子に設けた全ての楔を、該回転子の軸方向全長
にわたり継目なしの金属バーで構成したことを特徴とす
るタービン発電機。
【請求項１７】請求項１４の発明において、前記回転子の磁極位置にあるスロット内の楔の周方向の
幅をｘ_D、該回転子のｄ軸寄りで、且つこのｄ軸に対し
て該回転子の回転方向と反対側の位置のスロット内の楔
の周方向の幅をｘ_w、その他の楔の周方向の幅をｘ_w’と
したとき、ｘ_D＞ｘ_w’で、且つｘ_w＞ｘ_w’が成立するように構成し
たことを特徴とするタービン発電機。