JPS6216099A - 同期機の励磁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は同期機の端子電圧を自動的に制御する同期機の
励磁装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点コ 一般に、同期機の端子電圧は自動電圧調整装置によって
一定に制御されるが、同期機が電力系統と並列運転して
いる場合に電力系統の電圧が変化することによって同期
機は極端な進相または遅相運転を強いられることがある
。

例えば、同期発電機の場合は系統電圧が上昇すると進相
運転になり、系統電圧が下降すると遅相運転になる。

同期発電機の運転が極端な進相運転となった場合は、同
期発電機の内部電圧と系統電圧との相差角が大きくなり
、同期外れとなってしまう。また、非突極機では電機子
鉄心の部分的過熱により同期発電機本体を損傷する場合
もある。

また、極端な遅相運転となった場合は、同期発電機は過
励磁となり、界磁巻線の温度上昇による絶縁劣化や焼損
の危険が生じる。

以上に述べた不具合は電力系統の電圧が変化した場合の
ものであるが、自動電圧調整回路が故障した場合も同じ
不具合が発生することがある。

即ち、自動電圧調整回路の故障により、界磁電圧が異常
に低くなった場合は進相運転となり、逆に界磁電圧が異
常に高くなった場合は遅相運転となる。

従来、これらの不具合を防止するための一般的な方法と
して自動電圧調整装置に不足励磁制限機能と過励磁制限
機能を付加したものがあり、係る方法による従来例につ
いて第３図の構成図をもとに説明する。

図において、同期機１の界磁巻線２には界磁遮断器３を
介してサイリスタ整流装置４から界磁電流が供給され、
サイリスタ整流装置４には励磁用変圧器５を介して同期
機１の出力する交流電源が供給される。

計器用変圧器６により降圧された同期機１の端子電圧は
自動電圧調整回路７へ入力され、電圧設定値と比較され
る。その誤差信号は適切な値に増幅および位相補償され
た後に高値優先回路１２へ印加される。

計器用変圧器６と計器用変流器８により同期機１の端子
電圧と電機子電流は無効電流制御回路９へ入力される。

そこで、電機子電流は有効電流と無効電流に変換された
後に無効電流と無効電流設定値と比較される。その誤差
信号は適切な値に増幅および位相補償された後に高値優
先回路１２へ印加される。ここで、無効電流設定値とは
、有効電流と端子電圧との関数で決まる値であり、次式
により与えられる。

ＩＱ＝　−ａ　−ＥＴ＋　ｂ　・ＩＰ　　　　　　　−
−（１）ここで、■Ｑ；無効電流設定値 ＥＴ；端子電圧 工Ｐ；有効電流 ａ、ｂ　；任意設定係数 同期機１の界磁電流はサイリスタ整流装置４の交流側に
て計器用変流器１０で検出されて過励磁制限回路１１へ
入力され、電流設定値に対する超過信号は適切な値に増
幅および位相補償された後に加算器１３にて高値優先回
路１２の出力信号と、励磁弱めの極性で加算される。

位相制御回路１４は加算器１３の出力信号に応じた位相
のゲートパルスを発生してサイリスタ整流装置４へ与え
られ、同期機１の界磁電圧は加算器１３の出力信号に比
例するように構成されている。

尚、無効電流制御回路９の無効電流設定値は。

同期機１が同期外れおよび電機子鉄心の過熱が起こらな
い進相運転許容限界よりもやや遅相側の値に設定されて
いる。

また、過励磁制限回路１１の電流設定値は同期機１の遅
相運転許容限界、即ち、界磁巻線２に連続して通電可能
な最大界磁電流値よりもやや小さな値に設定されている
。

以上の構成で、先ず、同期機１の無効電流が無効電流制
御回路９の電流設定値よりも遅相側で、界磁電流が過励
磁制限回路１１の電流設定値以下の領域にて端子電圧が
自動電圧調整回路７の電圧設定値に制御されている場合
の動作について説明する。

この場合、無効電流制御回路９は無効電流を進相側へ制
御すべく自動電圧調整回路７の出力信号よりも励磁弱め
の出力信号を出すが、高値優先回路１２において自動電
圧調整回路７の出力信号が選択されて加算器１３へ印加
される。

一方、界磁電流は過励磁制限回路１１の電流設定値以下
であるため、過励磁制限回路は作用せず、結果的に同期
機１の界磁電圧は自動電圧調整回路７の出力信号に応じ
て制御され、端子電圧が一定に制御される。

次に、系統電圧の上昇または自動電圧調整回路７の異常
低故障が発生した場合の動作について説明する。

この場合、界磁電流が下降し無効電流が無効電流制御回
路９の無効電流設定値を超えて進相側に変化しようとす
ると、無効電流制御回路９は無効電流設定値に保持すべ
く自動電圧調整回路７の出力信号よりも励磁強めの出力
信号を出すので、高値優先回路１２において、無効電流
制御回路９の出力信号が選択されて加算器１３へ印加さ
れる。一方、界磁電流は減少する方向なので過励磁制限
回路１１は作用せず、結果的に同期機１の界磁電圧は無
効電流制御回路９の出力信号に応じて制御され、無効電
流設定値よりも進相運転とならないように制限される。

次に、系統電圧の下降または自動電圧調整回路７の異常
高故障が発生した場合の動作について説明する。

この場合、界磁電流が過励磁制御回路１１の電流設定値
を超えて上昇しようとすると、過励磁制限回路１１は電
流設定値に保持すべく励磁弱めの出力信号を出し、高値
優先回路１２にて選択されている自動電圧５Ｉ整回路７
の出力信号と加算された後。

位相制御回路１４へ印加され、結果的に同期機１の界磁
電流は過励磁制限回路１１の電流設定値近傍で制限され
る。

尚、過励磁制限回路１１は自動電圧調整回路７の異常高
故障に対しても界磁電流制限機能を果たす必要性から、
自動電圧調整回路７よりも充分に大きな増幅率と、充分
に高い出力信号の飽和値を有している。

以上、系統電圧変動および自動電圧調整回路７が故障し
た時の動作について説明したが、次に同期機１の界磁電
圧が自動電圧調整回路７の出力信号に応じて制御されて
いて、無効電流制御回路９と過励磁制限回路１１の出力
信号が作用していない状態において、無効電流制御回路
９または過励磁制限回路１１が故障した場合の動作につ
いて説明する。

高値優先回路１２において、自動電圧ｉ１整回路７の出
力信号が選択されている状態では、無効電流制御回路９
が異常低に故障しても何ら影響がない。

無効電流制御回路９が異常高に故障し、自動電圧調整回
路７の出力信号よりも励磁強めの出力になると、高値優
先回路１２により無効電流制御回路９の出力信号が選択
されて同期機１の界磁電圧を異常に高くしてしまうが、
界磁電流が過励磁制限回路１１の電流設定値を超えて上
昇しようとすると、過励磁制限回路１１は電流設定値に
保持すべく励磁弱めの出力信号を出し、結果的に界磁電
流は過励磁制限回路１１の電流設定値近傍で制限される
。

前述したように、過励磁制限回路１１の増幅率と出力信
号の飽和値は充分に高くなっているので無効電流制御回
路９の異常高故障に対しても界磁電流制限機能を果すこ
とができる。

ところが、過励磁制限回路１１が異常低に故障した場合
は、増幅率と出力信号の飽和値が高くなっているために
自動電圧調整回路７や無効電流制御回路９の出力信号に
打ち勝って異常に界磁電圧を低く変化させ、結果的に界
磁喪失による同期外れや、図示しない保護継電器の動作
によって同期機１は運転停止となってしまう。

過励磁制限回路１１は励磁弱めの一方向出力のため、異
常高に故障することはあまり起こり得ないが、もしその
ような故障が発生したならば過励磁による機器の損傷や
図示しない保護継電器の動作によって同期機は運転停止
となってしまう。

以上説明したように従来例によると、同期機の自動電圧
調整機能と不足励磁制限機能および過励磁制限機能を備
えた励磁装置において、過励磁制限回路の単一故障によ
って同期機の運転継続ができなくなるという問題点があ
った。

［発明の目的コ 本発明は上述した従来技術の欠点を除去するためになさ
れたものであり、同期機の自動電圧調整機能と不足励磁
制限機能と過励磁制限機能を有し、この機能の内のいず
れかのいかなる単一故障に対しても同期機の安定な運転
継続が可能な同期機の励磁装置を提供すること番目的と
する。

［発明の概要コ この目的を達成するために、本発明は同期機の端子電圧
を一定に制御する自動電圧調整回路と。

同期機の無効電流を不足励磁運転限界近傍の値に制御す
る無効電流制御回路と、同期機の界磁電圧または界磁電
流を過励磁運転限界近傍の値に制御する定励磁制御回路
を設け、上記各回路の出力信号の内の中間値に応じて同
期機の界磁電圧を制御するように構成することによって
、上記各回路の内のいずれかのいかなる単一故障に対し
ても同期機の運転点を無効電流制御回路の設定値から定
励磁制御回路の設定値の範囲内で安定に運転継続できる
ようにしたことを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施例につい
て説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、同図において第３図
と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

第１図の構成で、第３図と異なる点は、同期機１の界磁
巻線２に流れる界磁電流は計器用変流器１０で検出した
界磁電流を定励磁制御回路１５へ入力し、電流設定値と
の誤差信号を適切な値に増幅および位相補償した後に中
間値選択回路１６へ印加するようにした点。

その中間値選択回路１６は自動電圧調整回路７の出力信
号と、無効電流制御回路９の出力信号と、定励磁制御回
路１５の出力信号の内の中間値を選択して位相制御回路
１４へ与えるように構成した点である。

尚、定励磁制御回路１５の電流設定値は、同期機１の界
磁巻線２に連続して通電可能な最大界磁電流値よりもや
や小さな値に設定する。

以上の構成で、先ず、同期機】の無効電流が無効電流制
御回路９の無効電流設定値よりも遅相側で、界磁電流が
定励磁制御回路１５の電流設定値以下の領域にて、端子
電圧が自動電圧調整回路の設定値に制御されている場合
の動作について説明する。

この場合、無効電流制御回路９は無効電流を進相側へ制
御すべく自動電圧調整回路７の出力信号よりも励磁弱め
の出力信号をし、−力走励磁制御回路１５は界磁電流を
増加すべく自動電圧調整回路７の出力信号よりも励磁強
めの出力信号を出す。

このため、中間値選択回路１６は自動電圧調整回路７の
出力信号を選択して位相制御回路１４へ印加するので、
結果的に同期機１の界磁電圧は自動電圧調整回路７の出
力信号に応じて制御され、端子電圧が一定に制御される
。

次に、上記運転状態から系統電圧が変動した場合の動作
について説明する６ 系統電圧が上昇し、無効電流が無効電流設定値よりも進
相側に変化しようとすると、無効電流制御回路９は無効
電流設定値に保持すべく、自動電圧調整回路７の出力信
号よりも励磁強めの出力信号を出すので、中間値選択回
路１６において無効電流制御回路９の出力信号が選択さ
れて無効電流設定値よりも進相運転とならないように制
限される。

系統電圧が下降し、界磁電流が電流設定値を越えて増加
しようとすると、定励磁制御回路１５は電流設定値に保
持すべく自動電圧調整回路７の出力信号よりも励磁弱め
の出力信号を出すので、中間値選択回路１６において定
励磁制御回路１５の出力信号が選択されて電流設定値よ
りも過励磁とならないように制限される。

次頁の第１表は、以上の説明を表に書き表わしたもので
あり、表中、Ｏ印は中間値選択回路１６で選択されるも
のを示す。また、→印は系統電圧の上昇または下降によ
る出力信号の変化を示し、Ｏ即問を結ぶ→印は中間値選
択回路１６により選択される信号の切り替わりを示す。

（以下余白）次に、中間値選択回路１６により自動電圧
調整回路７の出力信号が選択されて運転している状態に
おいて、自動電圧調整回路７と無効電流制御回路９と定
励磁制御回路１５の内のいずれかが故障した場合の動作
について説明する。

自動電圧調整回路７が異常高に故障し、界磁電流を電流
設定値を超えて増加させようとした場合は、定励磁制御
回路１５による運転に切り替わる。

自動電圧調整回路７が異常低に故障し、無効電流を無効
電流設定値よりも進相側に変化させようとした場合は、
無効電流制御回路９による運転に切り替わる。

無効電流制御回路９が異常高に故障し、この出力信号が
自動電圧調整回路７の出力信号よりも大きくなると、一
旦無効電流制御回路９による運転に切り替わり、更に界
磁電流を電流設定値を超えて増加させようとした場合は
、定励磁制御回路１５による運転に切り替わる。

無効電流制御回路９が異常低に故障した場合は。

何ら影響なく、自動電圧調整回路７による運転が継続す
る。

定励磁制御回路１５が異常高に故障した場合は、何ら影
響なく自動電圧調整回路７による運転が継続する。

定励磁制御回路１５が異常低に故障し、この出力信号が
自動電圧調整回路７の出力信号よりも小さくなると、一
旦定励磁制御回路１５による運転に切り替わり、更に無
効電流を無効電流設定値よりも進相側に変化させようと
した場合は無効電流制御回路９による運転に切り替わる
６ 次頁の第２表は以上の説明を表に書き表わしたものであ
り１表中、Ｏ印は中間値選択回路１６で選択されるもの
を示す。また、→印は各回路の異常高または異常低の故
障発生前後の出力信号の変化を示し、Ｏ即問を結ぶ→印
は中間値選択回路１６により選択される信号の切り替わ
りを示す。

（以下余白） 以上説明したように本実施例によれば、自動電圧調整回
路と無効電流制御回路と定励磁制御回路の内のいずれか
が、異常高または異常低に故障しても、同期機を前もっ
て設定した進相運転限界から過励磁限界の範囲内にて運
転継続可能な同期機の励磁装置が実現できる。

第２図は本発明の他の実施例を示し、同図において、第
１図と同一部分については同一符号を付してその説明を
省略する。第２図の構成で、第１図と異なる点は、Ｖ／
Ｆ制御回路１７と低値優先回路１８を設けた点である。

そのＶ／Ｆ制御回路１７は、計器用変圧器６で降圧され
た同期機１の端子電圧の電圧と周波数の値から、周波数
分の電圧即ちＶ／Ｆ値を検出し、Ｖ／Ｆ設定値との誤差
信号を適切な増幅および位相補償した後低値優先回路１
８へ与える。

また、低値優先回路１８は、Ｖ／Ｆ制御回路１７の出力
信号と、定励磁制御回路１５の出力信号とのいずれか低
い値を選択して中間値選択回路１６へ与えるように構成
されている。

なお、上記Ｖ／Ｆ設定値は、同期機１と接続される機器
が連続して許容可能な最大Ｖ／Ｆ値よりもやや低い値に
設定されている。

以上の構成で、中間値選択回路１６により自動電圧調整
回路７の出力信号が選択されて運転している状態から同
期機１の回転数が低下即ち周波数が低下し、Ｖ／Ｆ値が
Ｖ／Ｆ設定値を超えて上昇しようとすると、　Ｖ／Ｆ制
御回路１７はＶ／Ｆ設定値に保持すべく自動電圧調整回
路７の出力信号よりも励磁弱めの出力信号を出すので、
低値優先回路１８および中間値選択回路１６においてＶ
／Ｆ制御回路１７の出力信号が選択されてＶ／Ｆ設定値
を超えないように制限される。

なお、定励磁制御回路１５とＶ／Ｆ制御回路１７のいず
れかが異常高に故障しても低値優先回路１８の出力には
、異常信号は現われず、何ら影響なく自動電圧１ｉ１１
ｕ回路７による運転が継続する。

また、定励磁制御回路１５とＶ／Ｆ制御回路１７のいず
れかが異常低に故障した場合や、両方が異常高に故障し
た場合は、低値優先回路１８の出力には異常信号が現わ
れるが、このときの作用は第１図に示した定励磁制御回
路１５が故障した時の作用と同様なのでその説明を省略
する。

この実施例の場合、第１図の実施例と同様の作用と効果
が得られると共に、Ｖ／Ｆ値の制限機能を付加した同期
機の励磁装置が実現できることになる。

なお、第１図の実施例の定励磁制御回路の代りにＶ／Ｆ
制御回路を用いてもよい。

また、第１図の実施例および＠２図の実施例の定励磁制
御回路の代わりに、同期機１の遅相側運転限界よりもや
や進相側の無効電流設定値を有し、無効電流をこの設定
値に制御する無効電流制御回路を用いても、同様の過励
磁制限機能を実現することができ、このことによって本
発明の趣旨が変更されるものではない。

更に、第１図の実施例および第２図の実施例の無効電流
制御回路の出力信号の代わりに、無効電流制御回路の出
力信号と同期機を不足励磁運転限界近傍に制御する別の
回路の出力信号とのいずれか高い値を選択して出力する
高値優先回路の出力信号を、中間値選択回路に与えるよ
うに構成することにより、不足励磁制限機能の追加も可
能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、同期機の自動電圧
調整回路の出力信号と、無効電流制御回路の出力信号と
、定励磁制御回路の出力信号との中間値に応じて界磁電
圧を制御するように構成し、同期機の自動電圧調整機能
と不足励磁制限機能と過励磁制限機能を実現するように
したので、従来使用していた過励磁制限回路の故障によ
る同期機の運転停止を防止でき、上記機能の内のいずれ
かのいかなる故障に対しても同期機の安定な運転継続が
可能な極めて信頼性の高い同期機の励磁装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す励磁装置の回路ブロッ
ク図、第２図は本発明の他の実施例を示す励磁装置の回
路ブロック図、第３図は同期機の励磁装置の従来例を示
した回路ブロック図である。 １６・・・中間値選択回路、１７・・・Ｖ／Ｆ制御回路
、１８・・・低値優先回路。 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）同期機の端子電圧を一定に制御する自動電圧調整
   回路と、界磁電圧または界磁電流を前記同期機の過励磁
   運転限界近傍の値に制御する定励磁制御回路と、無効電
   流を前記同期機の不足励磁運転限界近傍の値に制御する
   無効電流制御回路と、前記３つの回路の出力信号の内の
   中間値を選択して出力する中間値選択回路と、この中間
   値選択回路の出力信号に応じて界磁電圧を制御する回路
   とを備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
2. （２）同期機の端子電圧を一定に制御する自動電圧調整
   回路と、界磁電圧または界磁電流を前記同期機の過励磁
   運転限界近傍の値に制御する定励磁制御回路と、無効電
   流を前記同期機の不足励磁運転限界近傍の値に制御する
   無効電流制御回路と、端子電圧を前記同期機の周波数と
   比例するように制御するＶ／Ｆ制御回路と、前記定励磁
   制御装置とＶ／Ｆ制御回路の出力信号の内の低い値を選
   択して出力する低値優先回路と、前記自動電圧調整回路
   と無効電流制御回路と低値優先回路の出力信号の内の中
   間値を選択して出力する中間値選択回路と、この中間値
   選択回路の出力信号に応じて界磁電圧を制御する回路と
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載において
   、定励磁制御回路が同期機の無効電流を同期機の過励磁
   運転限界近傍の値に制御する無効電流制御回路であるこ
   とを特徴とする同期機の励磁装置。