JPS605155B2 - ブラシなし同期機の保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、励磁機から給電される回転式の界滋用整流器
に接続された界磁巻線が、過電圧発生の際無接点スイッ
チング素子によって短絡されるようにした、ブラシなし
同期機の界磁巻線の過電圧に対する保護装置に関するも
のである。

このような保護装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公告
第１５６３３２叫号公報及び同国特許出願公開第１６３
８５７３号公報により公知である。ブラシなし同期機に
おける過電圧に対する保護装置は通常無接点スイッチン
グ素子、特にサイリスタを備え、このスイッチング素子
は界磁巻線に並列に接続され、電圧監視回路、特にツェ
ナーダィオード又はその他の限界値素子を有する電圧監
視回路によって自動的に導通させることができるように
なっている。

スイッチング素子には更に直列に抵抗を接続することが
できる。励磁機の二次巻線、界磁用整流器、スイッチン
グ素子、場合によっては抵抗及び電圧監視回路は同期機
の回転子側に配設される。従ってこれらの構成部分は運
転中回転子及び界滋巻線と共に回転する。事故のために
界滋用整流器の出力電圧が予め設定された所定値を超え
ると、保護装置により界磁用整流器は出力側で短絡され
る。これにより界磁巻線にはもはや界磁電流が流れなく
なるので、電機子電流がなお存在しても同期機はもはや
トルクを発生できなくなる。このようにして同期機及び
これによって駆動される機械も停止される。既に述べた
ように、同期機の回転部に発生した過電圧は自動的に検
知される。

同様にその場合界磁巻線の短絡トリップも自動的に行わ
れる。過電圧又は短絡を示す警報信号は同期機の回転部
以外で自由に処理することができない。しかしかかる警
報信号は、事故に基いて開閉操作を導入しなければなら
ない場合、例えば同期機の電機子電流を遮断したり、励
磁機の一次電流を遮断したりしなければならない場合に
も望まれる。更にこのような警報信号は、事故を光学的
又は音響的に表示しなければならない場合にも又望まれ
る。本発明の目的は、最初に述べた型の保護装置をでき
るだけ安価に構成し しかも保護装檀が動作した際、対
応する警報信号を同期機の回転部以外の所でも自由に処
理できるようにすることにある。

この目的は本発明によれば、電圧比較回路が設けられ、
その一方の入力端には励磁機の一次電圧に第１の比例定
数でもつて比例する第１の入力電圧が加えられ、他方の
入力端には励磁機の一次電流に第２の比例定数でもつて
比例する第２の入力電圧が加えられ、しかも両比例定数
は、同期機が正常運転状態にあるときは第２の入力電圧
の大きさが第１の入力電圧よりも低く、界滋巻線が短絡
状態にあるときは第２の入力電圧の大きさが第１の入力
電圧よりも高くなるように選定され、電圧比較回路の出
力端から警報信号が取出されるようにすることによって
達成される。

上記両入力電圧及び電圧比較回路によって、ブラシなし
同期機の回転子に組込まれた過電圧保護装置の動作を確
認することが可能になる。

そのためには励磁機の一次電圧及び一次電流のみを検知
するだけでよい。これら２つの量は同期機の回転部以外
で測定値として、又は入力値として自由に用いることが
できる。即ち、保護装置動作用の警報信号を発生させる
ことは、そのために同期機の回転部と静止部との間の例
えばブラシを介しての導電接続又は無線結合を必要とす
ることないこ可能になる。本発明の保護装置の特に優れ
た性質は、同期機の回転部以外で、従って特に簡単な方
法で検知すべき電気量を得ることができる点にある。電
圧比較回路の第１の入力電圧を形成するために測定装置
を設けることができ、この測定装置は、一次側が励磁機
の一次巻線に接続された変圧器と、この変圧器の二次側
に接続された第１の整流器とを含む。

その場合第１の比例定数は変圧器の降圧比を介して調整
することができる。しかし制御信号を介して制御するこ
とのできる調整回路を備え、この調整回路が励磁機の一
次巻線に給電する場合には、変圧器及び第１の整流器は
省略することができる。即ちその場合第１の入力電圧と
して調整回路の制御信号を直後用いることができる。電
圧比較回路の第２の入力電圧を形成するために又測定装
置を設けることができ、この測定装置は、励磁機の一次
巻線に直列に接続された変流器と、この変流器に後遣さ
れた第２の整流器とを含んでいる。

この場合第２の比例定数は巻数の大きさを介して調整す
ることができる。励磁機が三相一次巻線を有する場合に
は、測定装置は、それぞれ一次巻線へのりード線内に配
置された３つの変流器と、二次側が星形に接続された変
流器の後置され三相ブリッジ結線された弁、特に半導体
ダイオードを有する整流器とを含むように構成すること
もできる。この場合、励磁機の一次巻線に給電し且つ制
御信号によって制御されうる調整回路を備え、その制御
信号は電流調節器から供給され、電流調節器の比較部に
は電流実際値と電流目標値とが予め与えられるようにす
ると、１つ又は複数の変流器を節約することができる。

即ちその場合、第２の入力電圧として電流調節器の電流
目標値又は電流実際値を用いることができる。後者の場
合、即ち第２の入力電圧として電流調節器の電流実際値
を用いる場合は、もともと存在する電流制御回路の電流
実際値が共用される。電圧比較回路としては特に演算増
幅器を備えることができる。

次に図面について本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明によるブラシなし同期機の保護装置であ
って、電圧比較回路が一次電圧及び一次電流に対する二
つの測定装置から供孫舎されるものの接続図である。

図において、周波数変換器２は入力側が相導体Ｒ，Ｓ，
Ｔでもつて三相電源に接続されている。

変換器２に対する点弧パルスは制御信号ｑに応じて制御
ユニット３から供給される。変換器２の出力機にはブラ
シなし同期機５の固定子巻線４が接続されている。同期
機５の界磁巻線は６で示されている。界滋巻線６は、三
相ブリッジ結線の非制御電気弁８から成る界磁用整流器
７を介して、励磁機１０の三相二次巻線９に接続されて
いる。励磁機１０の三相一次巻線１１は調整回路１２を
介して、相導体Ｕ，Ｖ，Ｗでもつて三相電源から給電さ
れる。調整回路１２としては、特にサィリスタを装備し
た三相交流調整器を設けることができる。調整回路１２
には制御ユニット１３から制御パルスが供聯合される。
制御ユニット１３自体には制御信号ｐが加えられる。こ
の制御信号ｐは図示していない電流調節器から供給する
ことができ、この電流調節器の比較部には、電流実際値
と電流目標値とが予め与えられている。このような電流
制御回路は励磁機１０の一次電流１，を調整するために
合目的的に設けることができる。同期機５の回転部１５
には構成要素６ないし９のほかに界磁巻線６の過電圧に
対する保護装置も含まれている。

この保護装置は、界滋巻線６に並列に接続された可制御
の無接点スイッチング素子１６と、電圧監視回路１７と
を含んでいる。スイッチング素子１６としては特に、１
個のサイリスタ又は複数個のサィリスタの直列回路を用
いることができる。電圧監視回路１７、界滋巻線６にか
かる電圧が固定的に設定されたある値を超えたときに自
動的にスイッチング素子１６にスイッチング指令を与え
、それによってスイッチング素子１６を導通させて界磁
用整流器７を短絡する。電圧監視回路１７は通常行われ
るように、例えばドイツ連邦共和国特許出願公告第１５
６斑２叫号公報に記載されているように構成される。そ
れは特にッェナーダィオード又は電圧に応動する他の構
成素子を含むことができる。それによって、界磁巻線６
に過電圧が発生したとき界磁巻線６は無接点スィッチン
グ素子１６によって短絡され、その結果界磁用整流器７
から界磁巻線６にもはや界磁電流は流れ得ない。そのた
め同期機５はもはやトルクを発生することができず停止
する。図示の保護装置１６，１７は更に、それらが動作
したとき同期機５の回転部１５の外部でそれに対応する
警報信号ｚが得られるように構成されている。

そのために電圧比較回路２０が設けられ、この電圧比較
回路２０は、その第１の入力機に加わる第１の入力電圧
本Ｕ，を、第２の入力端に加わる第２の入力電圧ｃｌ，
とその大きさを比較する。警報信号ｚは、両入力電圧ｋ
Ｕ，，ｃｌ，のいずれがより大きいかを示す。第１の入
力電圧ｋＵ，は励磁機１０の一次電圧Ｕ，に比例する。

比例定数はｋで示されている。第２の入力電圧ｃｌ，は
励磁機１０の一次電流１，に比例する。第２の比例定数
はｃで示されている。両比例定数ｋ及びｃは、同期機５
が事故を起さずに正常運転状態にあるときは第２の入力
電圧ｃｌ，の方が第１の入力電圧ｋＵ，よりも値が小さ
く、界磁巻線６が短絡したときは第２の入力電圧ｃｌ，
が第１の入力電圧ｋＵ，よりも値が大きくなるように選
定され、かつ相互の関係が定められている。このことは
後に第２図を参照して更に説明する。第１の入力電圧虫
Ｕ，を形成するために、第１図によれば測定装置が設け
られる。

これは、一次巻線が励磁機１０の一次巻線１１への２本
のりード線間に接続された変圧器２１を含んでいる。従
って変圧器２１の一次巻線には一次電圧Ｕ，がかかる。
変圧器２１の二次巻線は第１の整流器２２に接続される
。整流器２２はブリッジ絹縁の４つのダイオードから成
っており、その出力端には負担として負荷抵抗２６及び
平滑コンデンサ２８が接続され、この出力端から電圧比
較回路２０の第１の入力電圧ｋＵ，が取出される。変圧
器２１の降圧比は電圧降下と共に第１の比例定数ｋの大
きさを決定する。電圧比較回路２川こ通常の半導体演算
増幅器を用いる場合には、この降圧比は特に、第１の入
力電圧ｋＵ，が最大で１５Ｖという値をとるように選定
される。第１図に示したものとは異なり、電圧比較回路
２０の第１の入力電圧玄Ｕ，として調整回路１２の制御
信号ｐを用いることもできる。

こうすることによって構成部品２１，２２及び２３を節
約することができる。即ち、調整回路１２内のサイリス
タに点弧パルスを供給する制御ユニット１３は制御信号
ｐを点弧角指令信号として受け取るが、調整回路１２の
出力電圧とこの制御信号ｐとの間に比例関係を持たせる
ことが多いので、つまり制御信号ｐに対して調整回路１
２の出力電圧が比例的に変化するように制御ユニット１
３に線形特性を持たせることが多いので、このような場
合にはＵ，に比例する電圧ｋＵ，の代用として、この制
御信号ｐを用いることができる。電圧比較回路２０の第
２の入力電圧ｃｌ，を形成するために同様に測定装置が
設けられる。この測定装置は、一次巻線１１へのりード
線内に挿入された変流器２４と、これに後遣された第２
の整流器２５とを含んでいる。第２の整流器２５の出力
端には平滑コンデンサ２９及び負担として負荷抵抗２６
が接続され、この出力端から第２の入力電圧ｃｌ，が取
出される。比例定数ｃはほぼ変流器２４の巻数の選択に
よって決定される。第１図に示したものとは異なり、第
２の入力電圧ｃｌ，を得るための測定装置は、励磁機１
０の−次巻線１１への各リード線に挿入された３つの変
流器を含むこともできる。

これらの変流器の二次側は星形に結線され、その出力側
には三相ブリッジ結線された弁を有する整流器が接続さ
れる。この整流器の出力端は負荷抵抗に接続される。更
に第１図に示したものとは異なり、一次電流１．に対す
る電流制御回路が一次巻線１ １に設けられる限り、第
２の入力電圧ｃｌ，として、このもともと存在する電流
制御回路の電流目標値又は電流実際値を用いるようにす
ることもできる。即ち、図示されていない電流調節器に
よって制御信号ｐを生じさせるようになっている場合に
は、この電流調節器は電流検出手段によって検出される
電流実際値が電流指令手段からの電流目標値に一致させ
る作用をし、その際、電流実際値は調整回路１２の出力
電流１，に比例するので、この電流実際値をｃｌ，とし
て用いることができる。すなわち、第１図に示す如き要
素２４，２５，２６，２９からなる電流検出手段は特別
に設けなくても、電流制御回路を構成する電流調節器に
導くべき電流実際値を検出するために元々存在している
電流検出手段を流用することができる。次に比例定数ｋ
及びｃの設定並びに保護装置の機能を説明するために第
２図を参照する。

第２図には励磁機１０の４つの特性曲線が実線で示され
ている。

上方の２本の特性曲線は事故を起していない正常運転状
態１に関係しており、回転速度ｎ＝ｏ及びｎ：ｎｎにお
けるものを示している。なおｎｎは定格速度である。中
間回転速度は両限界特性曲線間の図示していない直線に
対応する。下方の両特性曲線は、界磁巻線６が短絡され
たときの事故運転状態ローこ関するものである。これら
はそれぞれ一次電圧Ｕ，の一次電流１・に対する関係を
示し、この場合一次電圧Ｕ，はなお比例定数ｋ＜１を乗
じたものである。第２図から、正常運転状態１の特性曲
線と事故時の運転状態０の特性曲線との間には大きな間
隔があいているということを認めることができる。この
中間領域には、比例定数ｋ及びｃを適当に選定すること
によって、破線で示された保護特性曲線Ｕｓ＝ｃｌ，が
存在しなければならない。上方の両特性曲線及び下方の
両特性曲線の観察から、界磁巻線６が短絡している場合
（事故運転状態０）の励磁機１０の入力インピーダンス
は、保護装置が動作したときは、正常運転状態１におけ
るよりも十分小さいということが分かる。

従って、一次電圧Ｕ，及び一次電流１，は、正常運転状
態１にあるか事故運転状態ローこあるかの明確な情報を
提供する。同期機５が電流制御回路により調整回路１２
から一定界滋電流で運転される場合（この場合一次電流
１，もほぼ一定である）には、一次電圧山，のみが、保
護装置１ ６，１ ７が同期機５の回転部１５における
過電圧で動作したか否かの明確な判断基準を与える。し
かしこのことは、一次電流１，が例えば負荷によってよ
り大きな範囲内で変化する場合にはもはや妥当しなくな
る。この場合には、事故を起していない正常運転状態１
及び事故時の運転状態０の両電圧範囲がオーバーラップ
することがある。この理由から、保護装置においては一
次電圧Ｕ，のみならず、一次電流１，をも用いることが
必要である。ここで、保護特性曲線Ｕｓ＝ｃｌ，は両比
例定数ｋ及びｃの選択によって、非事故時の正常運転状
態１と事故運転状態０に対する特性曲線ｋＵ，＝ｆ（１
，）間に位置するように調整されるということをもう一
度強調しなければならない。

この調整は適当な降圧比、直列抵抗、巻数などの選定に
よって電気的又は機械的に行うことができる。電圧比較
回路２０は、例えば、ｋＵ，＞ｃｌ，で、正常運転状態
１にある場合に警報信号ｚ＝１を発し、ｋＵ，＜ｃｌ，
の場合警報信号ｚ＝０を発するように礎成することがで
きる。

第３図において、電圧比較回路２０は限界値報知器とし
て接続された電子増幅器、特に演算増幅器３０を用いて
構成されている。

演算増幅器３０の正の入力端は抵抗３１を介してアース
Ｍに接続される。その負の入力端には抵抗３２を介して
第１の入力電圧ｋＵ，が、又別の抵抗３３を介して、ア
ースに対して負の第２の入力電圧ｃｌ，が加わる。両抵
抗３２及び３３の抵抗値はここでは同じ大きさである。
一般的な場合、所定の範囲内でそれらを異なる大きさに
することによって、比例定数ｋ及びｃの大さが調整され
る。演算増幅器３０の負の入力様は両入力電圧ｋＵ，及
びｃｌ，の比較点３４として用いられる。演算増幅器３
０の回路接続のために更に出力抵抗３５及び帰還抵抗３
６が用いられる。演算増幅器３０の出力端と負の入力端
３４との間には更に積分コンデンサ３８を接続すること
ができる。

これによって積分成分が付加されることにより、正常運
転状態１において例えば制御過程において両入力電圧ｋ
Ｕ，及びｃｌ，の短時間現われる変動の際、誤警報を生
ずるのを回避することができる。図示の構成要素３０な
いし３８の相互結線回路は、入力電圧ｋＵ，が入力電圧
ｃｌ．よりも大きければ出力端３９に負の出力信号が現
れ、入力電圧本Ｕ，が入力電圧主１，よりも４・さげれ
ば、出力端３９に正の出力信号が現れるという特性を持
っている。

この世力信号の符号反転のために更にナンドゲート４０
が設けられる。その第１の入力端は出力抵抗３５に接続
される。一般市販の半導体ナンドゲートは正電圧でのみ
動作するので、出力端３９とアースＭとの間にダイオー
ド４１が接続される。これは出力端３９に負の電圧が現
れないようにするのに役立つ。ナンドゲード４０の第２
の入力端には阻止信号ｂが加えられる。この阻止信号ｂ
により、ナンドゲート４０の出力端から取出される警報
信号ｚを無効にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による保護装置の一実施例を示す接続図
、第２図は第１図の装置の作用を説明するための線図、
第３図は第１図の装置における電圧比較回路の一実施例
を示す接続図である。 ４・・・・・・同期機の固定子巻線、５…・・・ブラシ
なし同期機、６…・・・界磁巻線、７…・・・界磁用整
流器、１０・…・・励磁機、１１・・・・・・励磁機の
一次巻線、１２・…・・調整回路、１５・・・・・・同
期機の回転部、１６・・・…無薮′点スイッチング素子
、１７・・・・・・電圧監視回路、２０…・・・電圧比
較回路、２１……変圧器（測定装置）、２２・・・・・
・第１の整流器、２４…・・・変流器、２５・…・・第
２の整流器、３０・・・・・・演算増幅器、３８・・・
・・・積分コンデンサ、４０……ナンドゲート、Ｕ．・
…・・励磁機一次電圧、１，…・・・励磁機一次電流、
ｋ・・・・・・第一の比例定数、ｅ…・・・第二の比例
定数、ｚ…・・・警報信号、ｐ・・・・・・制御信号。 Ｆｉｇ．ＩＦｉ９．２ Ｆｉｇ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 励磁機から給電される回転式の界磁用整流器に接続
   された界磁巻線が、過電圧発生の際無接点スイツチング
   素子によって短絡されるようにしたブラシなし同期機の
   界磁巻線の過電圧に対する保護装置において、電圧比較
   回路が設けられ、その一方の入力端には励磁機の一次電
   圧に第１の比例定数でもつて比例する第１の入力電圧が
   加えられ、他方の入力端には励磁機の一次電流に第２の
   比例定数でもつて比例する第２の入力電圧が加えられ、
   しかも前記両比例定数は、同期機が正常運転状態にある
   ときは第２の入力電圧が第１の入力電圧よりも低く、界
   磁巻線が短絡状態にあるときは第２の入力電圧が第１の
   入力電圧よりも高くなるように選定され、更に前記電圧
   比較回路の出力端から警報信号が取出されることを特徴
   とするブラシなし同期機の保護装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の保護装置において、電
   圧比較回路の第１の入力電圧を形成するために測定装置
   が設けられ、、この測定装置は、一次側が励磁機の一次
   巻線に接続され且つ降圧比がほぼ第１の比例定数を規定
   する変圧器と、この変圧器の二次側に接続された第１の
   整流器とを含むことを特徴とするブラシなし同期機の保
   護装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の保護装置において、制
   御信号を介て制御され励磁機の一次巻線に給電する調整
   回路を備え、第１の入力電圧として前記調整回路の制御
   信号が用いられることを特徴とするブラシなし同期機の
   保護装置。 ４ 特許請求の範囲第１項〜第３項のうちのいずれかの
   項に記載の保護装置において、電圧比較回路の第２の入
   力電圧を形成するために測定装置が設けられ、この測定
   装置は、励磁機の一次巻線と直列に接続され且つ巻数が
   ほぼ第２の比例定数を規定する変流器と、この変流器に
   後置された第２の整流器とを含むことを特徴とするブラ
   シなし同期機の保護装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の保護装置において、三
   相一次巻線を有する励磁機を有し、測定装置は、それぞ
   れ前記一次巻線へのリード線内に配置された３つの変流
   器と、この変流器に後置され三相ブリツジ結線された弁
   を有する整流器とを含むことを特徴とするブラシなし同
   期機の保護装置。 ６ 特許請求の範囲第１項〜第３項のうちのいずれかの
   項に記載の保護装置において、励磁機の一次巻線に給電
   し且つ制御信号によって制御されうる調整回路を備え、
   その制御信号は電流調節器から供給され、電流調節器の
   比較部には電流実際値と電流目標値とが予め与えられ、
   第２の入力電圧として電流調節器の電流実際値が用いら
   れることを特徴とするブラシなし同期機の保護装置。 ７ 特許請求の範囲第１項〜第６項のうちのいずれかの
   項に記載の保護装置において、電圧比較回路として演算
   増幅器が備えられることを特徴とするブラシなし同期機
   の保護装置。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の保護装置において、演
   算増幅器に積分コンデンサが付設されていることを特徴
   とするブラシなし同期機の保護装置。 ９ 特許請求の範囲第７項又は第８項記載の保護装置に
   おいて、演算増幅器にナンドゲートが後置されることを
   特徴とするブラシなし同期機の保護装置。 １０ 特許請求の範囲第１項〜第９項のうちのいずれか
   の項に記載の保護装置において、電圧比較回路の出力端
   に、同期機の電機子電流又は励磁機の一次電流を遮断す
   るための警報装置又は開閉装置が接続されていることを
   特徴とするブラシなし同期機の保護装置。