JPH11215897A - 励磁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで、簡潔で、保守の容易な同期機の
励磁装置を得る。 【解決手段】 同期機１を停止させる場合、まず主回路
遮断器３１を開放し、同時にサイリスタブリッジ３のサ
イリスタ３ａ〜３ｆを一斉に点弧して、界磁巻線１ａに
貯えられた界磁エネルギーを、全サイリスタ３ａ〜３ｆ
を通して放電させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は同期機の励磁装置
に関するもので、特に同期機を停止する場合の同期機の
消磁を行う励磁装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば特公平１−６１０３７号公
報に示された従来の励磁装置を示す図であり、初期励磁
回路として、バッテリーによるＤＣ励磁方式を採用した
ものである。図７において、１は同期機、１ａは同期機
１の界磁巻線、２は自励用励磁変圧器、３は複数のサイ
リスタ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆにより構成
されたサイリスタブリッジ、４は界磁巻線１ａとサイリ
スタブリッジ３との間にに接続された２極の界磁遮断器
（主極）、５は界磁放電抵抗、６は界磁遮断器４に連動
して開閉する１極の界磁放電コンタクタ（放電極）、７
は界磁放電抵抗５と界磁放電コンタクタ６により構成さ
れ界磁巻線１ａに並列に接続された界磁放電回路であ
る。

【０００３】また２１は初期励磁コンタクタ、２２は逆
流防止ダイオード、２３は初期励磁電流調整抵抗器、２
４はバッテリーであり、逆流防止ダイオード２２、初期
励磁電流調整抵抗器２３、バッテリー２４により初期励
磁回路２５を構成している。さらに、３１は系統側との
接続を開閉する主回路遮断器である。

【０００４】次に動作について説明する。同期機１が原
動機（図示せず）により同期速度近くまで加速される
と、初期励磁コンタクタ２１を投入して、初期励磁回路
２５により、界磁遮断器４を通して同期機１を励磁して
同期機１の電圧を確立する。電圧が規定値、例えば３０
％まで確立すると、サイリスタブリッジ３のサイリスタ
３ａ〜３ｆを順次点弧制御して、自励用励磁変圧器２を
通して同期機１を励磁する。同時に初期励磁コンタクタ
２１を開放する。同期機１の電圧、周波数、位相を系統
側と合わせて、主回路遮断器３１を投入して系統側との
並列運転に入る。

【０００５】同期機１を停止させる場合は、まず同期機
１を無負荷状態にし主回路遮断器３１を開放する。次い
で界磁遮断器４の開放操作を行う。このとき、界磁遮断
器４の開放前に界磁放電コンタクタ６が投入され、同期
機１の界磁エネルギーは、界磁放電抵抗５と界磁放電コ
ンタクタ６で構成される界磁放電回路７を通して放電さ
れ、同期機１は消磁される。同期機１を消磁した後、同
期機１の保守、点検を行う。

【０００６】このように界磁放電抵抗５を通して放電す
る場合、放電時定数Ｔ＝Ｌ／Ｒ（Ｌ：放電回路のリアク
タンス、Ｒ：放電回路の抵抗）は、殆どが界磁巻線のリ
アクタンスと界磁放電抵抗５の抵抗値で決まり約２秒程
度である。

【０００７】図８は他の従来の励磁装置を示す図であ
り、初期励磁回路としてＡＣ励磁方式を採用したもので
ある。図８において、１０は自励用励磁変圧器２とサイ
リスタブリッジ３の間に接続された自励用ＡＣ遮断器、
１１は所内回路に接続された他励用励磁変圧器、１２は
他励用励磁変圧器１１とサイリスタブリッジ３の間に接
続された他励用ＡＣ遮断器であり、その他の図７と同一
符号は同等品を示す。

【０００８】次に動作について説明する。同期機１が原
動機により同期速度近くまで加速すると、他励用ＡＣ遮
断器１２を投入し、サイリスタブリッジ３のサイリスタ
３ａ〜３ｆを順次点弧制御して、他励用励磁変圧器１１
を通して同期機１を励磁し、同期機１の電圧を確立して
初期励磁を行う。電圧が既定値まで確立したら、自励用
ＡＣ遮断器１０を投入し、自励用励磁変圧器２を通して
励磁する。同時に他励用ＡＣ遮断器１２は開放する。こ
れ以後の並列運転、停止から消磁は、上記のＤＣ励磁方
式の場合と同一であるため説明は省略する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の励磁装置は以上
のように構成されているので、界磁遮断器４の開閉頻度
が多いため寿命が短かくなったり、同期機１が大容量化
すると大容量のＤＣを遮断する界磁遮断器４を必要とす
るため非常に高価となる等の課題があった。

【００１０】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、界磁遮断器４を設けずに界磁放電
回路を工夫したり、ＡＣ側の遮断器で代行したり、電流
を遮断しない界磁断路器で代行したり、界磁遮断器４を
設けても大容量のＤＣの界磁電流を遮断しないようにし
て、低コストで、簡潔で、保守の容易な励磁装置を得る
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る励磁装置
は、系統側と接続される同期機の界磁巻線を励磁する複
数のサイリスタにより構成されたサイリスタブリッジを
備えたものにおいて、上記同期機を停止する場合、上記
同期機を上記系統側から開放し、上記複数のサイリスタ
を一斉に点弧して、上記界磁巻線に貯えられた界磁エネ
ルギーを上記サイリスタを通して放電させるものであ
る。

【００１２】この発明に係る励磁装置は、系統側と接続
される同期機の界磁巻線を励磁する複数のサイリスタに
より構成されたサイリスタブリッジと、界磁放電抵抗及
び両方向性を有する半導体素子からなり、上記界磁巻線
に並列に接続された界磁放電回路とを備えたものにおい
て、上記同期機を停止する場合、上記同期機を上記系統
側から開放し、上記複数のサイリスタを一斉に遮断し
て、上記界磁巻線に貯えられた界磁エネルギーを上記界
磁放電回路を通して放電させるものである。

【００１３】この発明に係る励磁装置は、サイリスタブ
リッジへの電源を開閉するＡＣ遮断器を備え、同期機を
停止する場合、界磁巻線に貯えられた界磁エネルギーを
放電させると共に、上記ＡＣ遮断器を開放するものであ
る。

【００１４】この発明に係る励磁装置は、界磁巻線とサ
イリスタブリッジ間に接続された界磁断路器を備え、同
期機を停止する場合、界磁巻線に貯えられた界磁エネル
ギーを放電させると共に、上記界磁断路器を開放するも
のである。

【００１５】この発明に係る励磁装置は、界磁巻線とサ
イリスタブリッジ間に接続された界磁遮断器を備え、同
期機を停止する場合、界磁巻線に貯えられた界磁エネル
ギーを放電させると共に、上記界磁遮断器を開放するも
のである。

【００１６】この発明に係る励磁装置は、系統側と接続
される同期機の界磁巻線を励磁する複数のサイリスタに
より構成されたサイリスタブリッジと、上記界磁巻線と
上記サイリスタブリッジ間に接続された少なくとも３極
の界磁遮断器と、界磁放電抵抗及び上記界磁遮断器に連
動して動作する界磁放電コンタクタからなり、上記界磁
巻線に並列に接続された界磁放電回路とを備えたもので
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は実施の形態１による励磁装置を示
す図である。図１は、従来の図７から界磁遮断器４及び
界磁放電回路７を削除したものである。その他の図７と
同一符号は同等品を示す。この実施の形態の初期励磁は
ＤＣ励磁方式である。

【００１８】次に動作について説明する。初期励磁によ
る電圧確立、並列運転は図７の従来方式と同一である。
同期機１の停止の場合は、まず同期機１を無負荷状態に
し主回路遮断器３１を開放し、同時にサイリスタブリッ
ジ３のサイリスタ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ
を一斉に点弧する。この場合、サイリスタブリッジ３の
全サイリスタ３ａ〜３ｆが点弧されるので、ダイオード
ブリッジと同様な回路となり、全サイリスタ３ａ〜３ｆ
を通して界磁巻線１ａに貯えられた界磁エネルギーを放
電させる。このときの界磁放電回路の抵抗は、殆どが界
磁巻線１ａの抵抗値で決まり、従来の放電時定数の約２
秒程度に比べ、放電時定数は約１０秒でゆっくりと放電
され、界磁電流が完全に消減するためには数十秒あるい
は分オーダの時間を要するが、実運用上は何ら問題はな
い。

【００１９】同期機１が停止しても、界磁回路に界磁遮
断器４が無いため、回路は接続されたままであるが、点
検時には安全上、従来と同様、回路を接地装置で放電し
てから実施するため問題は無い。

【００２０】この実施の形態では、初期励磁がＤＣ励磁
の場合を示しているが、初期励磁回路がＡＣ励磁方式の
場合も同様に動作する。

【００２１】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、同期機１の界磁巻線１ａとサイリスタブリッジ３の
間に界磁遮断器４を設けず、同期機１を停止させる場合
には、主回路遮断器３１を開放した後、サイリスタブリ
ッジ３のサイリスタ３ａ〜３ｆを一斉に点弧させ、同期
機１の界磁巻線１ａにチャージされた界磁エネルギーを
放電させることにより、従来の図７や図８に示したよう
な、界磁遮断器４、界磁放電抵抗５、界磁放電コンタク
タ６が不要となり、コスト低減、回路の簡潔化を実現で
きると共に、多頻度開閉による界磁遮断器４の保守が不
要となるという効果が得られる。

【００２２】また界磁遮断の際に、界磁遮断器４や界磁
放電コンタクタ６のような機械的な動きをするものが無
く、回路が全て半導体化されているので、信頼性の高い
界磁遮断を実現できるという効果が得られる。

【００２３】実施の形態２．図２は実施の形態２による
励磁装置を示す図である。図２は、実施の形態１の図１
に界磁放電抵抗５及び両方向性を有する半導体素子８か
らなる界磁放電回路９を界磁巻線１ａに並列に追加した
ものであり、その他の図１と同一符号は同等品を示す。
この半導体素子８は、逆方向に並列に接続した一対のサ
イリスタ８ａ、８ｂにより構成されている。

【００２４】次に動作について説明する。同期機１を停
止させる場合には、同期機１を無負荷状態にし主回路遮
断器３１を開放した後、一対のサイリスタ８ａ、８ｂに
より構成された半導体素子８を点弧することにより、界
磁放電抵抗５と半導体素子８を直列に接続した界磁放電
回路９を介して、同期機１の界磁巻線１ａに貯えられた
界磁エネルギーを放電すると共に、サイリスタブリッジ
３のサイリスタ３ａ〜３ｆは一斉にゲートを遮断する。
この場合、界磁エネルギーは界磁放電抵抗５を通して放
電するため、従来と同様に放電時定数は約２秒程度と早
い。

【００２５】この実施の形態では、半導体素子８とし
て、逆方向に並列に接続した一対のサイリスタ８ａ、８
ｂを使用し、界磁放電回路９を両方向性にすることによ
り、例えば同期機１に事故が発生し、界磁巻線１ａに逆
方向の電流が流れても放電することが可能となってい
る。

【００２６】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、従来の図７、図８に示すような、界磁遮断器４が不
要となり、コスト低減を実現できると共に、多頻度開閉
を要する界磁遮断器４の保守が不要となるという効果が
得られる。また界磁遮断の際に、界磁遮断器４や界磁放
電コンタクタ６のような機械的な動きをするものが無
く、回路が全て半導体化されているので、信頼性の高い
界磁遮断を実現できるという効果が得られる。

【００２７】さらに同期機１に事故が発生し、界磁巻線
１ａに逆方向の電流が流れても消磁できるという効果が
得られる。

【００２８】実施の形態３．図３は実施の形態３による
励磁装置を示す図である。この実施の形態は、従来の図
８と同様に、初期励磁回路として、他励用励磁変圧器１
１、他励用ＡＣ遮断器１２によるＡＣ励磁方式を採用
し、実施の形態２と同様に、界磁放電回路９として、界
磁放電抵抗５と半導体素子８を直列に接続したものであ
る。また図３で図２、図８と同一符号は同等品を示す。

【００２９】次に動作について説明する。同期機１を停
止させる場合には、実施の形態２と同様に、同期機１を
無負荷状態にし主回路遮断器３１を開放した後、半導体
素子８を点弧することにより、界磁放電抵抗５と半導体
素子８を直列に接続した界磁放電回路９を介して、同期
機１の界磁巻線１ａに貯えられた界磁エネルギーを放電
させる。そして同期機１の停止後又は界磁エネルギー放
電後若しくは一定時間後に、自励用ＡＣ遮断器（ＡＣ遮
断器）１０又は他励用ＡＣ遮断器（ＡＣ遮断器）１２を
開放する。

【００３０】励磁装置が自励式で運転されている場合
は、初期励磁後、他励用ＡＣ遮断器１２を開放し、自励
用ＡＣ遮断器１０を投入し運転しているので、停止指令
により自励用ＡＣ遮断器１０を開放する。また励磁装置
が他励式で運転されている場合は、初期励磁後も引き続
き、自励用ＡＣ遮断器１０を開放し、他励用ＡＣ遮断器
１２を投入し運転しているので、停止指令により他励用
ＡＣ遮断器１２を開放する。

【００３１】この実施の形態では、界磁放電抵抗５と半
導体素子８の界磁放電回路９により消磁しているが、実
施の形態１のように、界磁放電抵抗５と半導体素子８を
設けず、サイリスタブリッジ３のサイリスタ３ａ〜３ｆ
を一斉に点弧することにより消磁しても良い。

【００３２】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、従来の図８に示したような、界磁遮断器４が不要と
なり、コスト低減を実現できると共に、多頻度開閉を要
する直流の界磁遮断器４の保守が不要となるという効果
が得られる。

【００３３】また自励用ＡＣ遮断器１０又は他励用ＡＣ
遮断器１２で励磁回路を電源回路から切り離すことがで
きるため、励磁装置の点検も容易となるという効果が得
られる。

【００３４】実施の形態４．図４は実施の形態４による
励磁装置を示す図である。図４は、実施の形態１の図１
に界磁断路器１３を追加したものであり、その他の図１
と同一符号は同等品を示す。この実施の形態では、従来
の図７、図８の界磁遮断器４の代わりに界磁断路器１３
が設けられている。

【００３５】次に動作について説明する。同期機１を運
転開始する場合には、まず界磁断路器１３を投入してか
ら、従来通りの方式で初期励磁を行い運転に入る。同期
機１を停止させる場合には、実施の形態１と同様に、サ
イリスタブリッジ３のサイリスタ３ａ〜３ｆを一斉に点
弧することにより、同期機１の界磁巻線１ａに貯えられ
た界磁エネルギーを放電すると共に、界磁電流が十分に
消滅した、同期機１停止後又は界磁エネルギー放電後若
しくは一定時間後に、界磁断路器１３を開放する。

【００３６】放電時定数は約１０秒でゆっくりと放電さ
れ、界磁電流が完全に消滅するためには数十秒あるいは
分オーダの時間を要するが、開放する目的が点検あるい
は安全上のためであるので、急ぐ必要はなく手動で必要
な時に開放しても良い。

【００３７】この実施の形態では、サイリスタブリッジ
３のサイリスタ３ａ〜３ｆを一斉に点弧することにより
消磁しているが、実施の形態２のように、界磁放電抵抗
５と半導体素子８を設けて消磁しても良い。

【００３８】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、界磁電流が十分に消滅した、同期機１停止後又は界
磁エネルギー放電後若しくは一定時間後に、界磁断路器
１３を開放することにより、コンタクタの摩耗もなく、
経済的で、長寿命、高信頼度を持つことができるという
効果が得られる。

【００３９】実施の形態５．図５は実施の形態５による
励磁装置を示す図であり、実施の形態２の図２に、従来
使用していた界磁遮断器４を追加したものである。この
ように、この実施の形態では、界磁エネルギーの消磁方
式を実施の形態２と同様にしている。

【００４０】次に動作について説明する。同期機１を停
止させる場合には、実施の形態２と同様に、同期機１の
界磁巻線１ａに貯えられた界磁エネルギーを放電させる
と共に、同期機１の停止後又は界磁エネルギー放電後若
しくは一定時間後に、界磁遮断器４を開放する。

【００４１】この実施の形態では、界磁放電抵抗５と半
導体素子８の界磁放電回路９により消磁しているが、実
施の形態１のように、界磁放電抵抗５と半導体素子８を
設けず、サイリスタブリッジ３のサイリスタ３ａ〜３ｆ
により消磁しても良い。

【００４２】この実施の形態では、実施の形態４の界磁
断路器１３の代わりに界磁遮断器４を使用している。界
磁断路器１３の場合は界磁エネルギーが放電後に開放す
るが、界磁遮断器４の場合には、界磁エネルギーがある
程度減少した放電途中でも開放することができる。

【００４３】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、従来方式と違い、界磁電流が消滅又は減少してから
界磁遮断器４を開放するため、大きな遮断容量を必要と
しないうえ、大容量の界磁電流を遮断しないため、コン
タクタの摩耗もなく、経済的で、長寿命、高信頼度をも
つことができるという効果が得られる。

【００４４】実施の形態６．図６は実施の形態６による
励磁装置を示す図である。従来は図７、図８に示すよう
に、２極の界磁遮断器４と１極の界磁放電コンタクタ６
で構成されているが、この実施の形態では、図６に示す
ように、３極の界磁遮断器１４と１極の界磁放電コンタ
クタ６で構成している。多重切とした場合の界磁遮断器
１４の遮断電圧は、単極での遮断電圧の極数倍になるの
で、界磁遮断器１４を２極から３極にすることにより、
２極の場合の遮断電圧の１．５倍にすることができる。
発電機が最近大容量化し、遮断電圧も高電圧化してい
る。これに対応するために工夫された界磁遮断器であ
る。

【００４５】この実施の形態では、界磁遮断器１４を３
極で構成しているが、３極以上の多数極で構成しても良
い。

【００４６】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、界磁遮断器１４を３極以上で構成することにより、
高い遮断電圧に対応できる励磁装置を実現できるという
効果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、同期
機を停止させる場合、複数のサイリスタを一斉に点弧さ
せ、界磁巻線に貯えられた界磁エネルギーを放電させる
ことにより、コスト低減、回路の簡潔化を実現できると
共に、多頻度開閉による界磁遮断器の保守が不要となる
という効果がある。

【００４８】この発明によれば、同期機を停止する場
合、複数のサイリスタを一斉に遮断して、界磁巻線に貯
えられた界磁エネルギーを、界磁放電抵抗及び両方向性
を有する半導体素子からなる界磁放電回路を通して放電
させることにより、コスト低減を実現でき、多頻度開閉
を要する界磁遮断器の保守が不要となるという効果があ
ると共に、さらに同期機に事故が発生し、界磁巻線に逆
方向の電流が流れても消磁できるという効果がある。

【００４９】この発明によれば、界磁遮断器を少なくと
も３極で構成することにより、高い遮断電圧に対応でき
る励磁装置を実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による励磁装置の構
成を示す回路図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による励磁装置の構
成を示す回路図である。

【図３】 この発明の実施の形態３による励磁装置の構
成を示す回路図である。

【図４】 この発明の実施の形態４による励磁装置の構
成を示す回路図である。

【図５】 この発明の実施の形態５による励磁装置の構
成を示す回路図である。

【図６】 この発明の実施の形態６による励磁装置の構
成を示す回路図である。

【図７】 従来の励磁装置の構成を示す回路図である。

【図８】 従来の他の励磁装置の構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 同期機、１ａ 界磁巻線、３ サイリスタブリッ
ジ、３ａ〜３ｆ，８ａ，８ｂ サイリスタ、４，１４
界磁遮断器、５ 界磁放電抵抗、６ 界磁放電コンタク
タ、７，９ 界磁放電回路、８ 半導体素子、１０ 自
励用ＡＣ遮断器（ＡＣ遮断器）、１２ 他励用ＡＣ遮断
器（ＡＣ遮断器）、１３ 界磁断路器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統側と接続される同期機の界磁巻線を
   励磁する複数のサイリスタにより構成されたサイリスタ
   ブリッジを備えた励磁装置において、 上記同期機を停止する場合、上記同期機を上記系統側か
   ら開放し、上記複数のサイリスタを一斉に点弧して、上
   記界磁巻線に貯えられた界磁エネルギーを上記サイリス
   タを通して放電させることを特徴とする励磁装置。
2. 【請求項２】 系統側と接続される同期機の界磁巻線を
   励磁する複数のサイリスタにより構成されたサイリスタ
   ブリッジと、 界磁放電抵抗及び両方向性を有する半導体素子からな
   り、上記界磁巻線に並列に接続された界磁放電回路とを
   備えた励磁装置において、 上記同期機を停止する場合、上記同期機を上記系統側か
   ら開放し、上記複数のサイリスタを一斉に遮断して、上
   記界磁巻線に貯えられた界磁エネルギーを上記界磁放電
   回路を通して放電させることを特徴とする励磁装置。
3. 【請求項３】 サイリスタブリッジへの電源を開閉する
   ＡＣ遮断器を備え、 同期機を停止する場合、界磁巻線に貯えられた界磁エネ
   ルギーを放電させると共に、上記ＡＣ遮断器を開放する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の励磁装
   置。
4. 【請求項４】 界磁巻線とサイリスタブリッジ間に接続
   された界磁断路器を備え、 同期機を停止する場合、界磁巻線に貯えられた界磁エネ
   ルギーを放電させると共に、上記界磁断路器を開放する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の励磁装
   置。
5. 【請求項５】 界磁巻線とサイリスタブリッジ間に接続
   された界磁遮断器を備え、 同期機を停止する場合、界磁巻線に貯えられた界磁エネ
   ルギーを放電させると共に、上記界磁遮断器を開放する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の励磁装
   置。
6. 【請求項６】 系統側と接続される同期機の界磁巻線を
   励磁する複数のサイリスタにより構成されたサイリスタ
   ブリッジと、 上記界磁巻線と上記サイリスタブリッジ間に接続された
   少なくとも３極の界磁遮断器と、 界磁放電抵抗及び上記界磁遮断器に連動して動作する界
   磁放電コンタクタからなり、上記界磁巻線に並列に接続
   された界磁放電回路とを備えたことを特徴とする励磁装
   置。