JPS63277997A - 可変周波数電源装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、可変周波数電源装置に係り、特に原子炉の炉
心に供給する冷却水流量（炉心流量）を調節するポンプ
の回転数を制御する可変周波数電源装置に関する。

〔従来の技術〕

特開昭６０−２１８０９７号公報は、原子炉の再循環流
量を静止型可変周波数電流装置によって制御することを
示している。特開昭６０−２１８０９７号公報の静止型
可変周波数電源装置は、交流電圧を直流電圧に変換し、
この直流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧をサイ
リスタを用いたインバータで所望周波数の交流電圧を出
力し、この交流電圧で再循環流量制御用ポンプを制御す
るものである。この装置方式は応答性及び効率が高いと
いう長所を有している、しかし、可変周波数電源装置は
入力の制御信号が何らかの原因で異常となった場合に、
定格周波数よりも高い周波数の交流電圧を出力したり、
規定の周波数変化率よりも高い変化率の交流電圧を出力
する可−性がある。このような現象が発生した場合には
、原子炉の再循環流量が定格値以上になったり、あるい
は急激に変化し、この結果、安全装置を動作させること
になる。安全装置を動作させると原子炉の稼動率が低下
する。このような問題を解決するためには、可変周波数
−源装置の出力である交流電圧の周波数あるいは周波数
変化率が規定値を越えた場合に、可変周波数電源装置の
出力を停止し、原子炉の再、循環流量を自然に循環させ
たほうが安全である。このように。

自然循環状態にすると、安全装置を動作させる必要がな
くなり、原子炉の稼動率も安全装置を動作させた場合と
比べて高くなる。

このような考え方に基づく特開昭６０−２１８０９７号
公報の可変周波数電源装置は、出力周波数をモニタして
安全的処置をとるものであって、第２図及び第３図のよ
うになっている。

第３図（特開昭６０−２１８０９７号公報の第１図）の
構造を説明する。所内交流母線１の交流電圧は、開閉器
２及び変圧器３を介してサイリスタ整流器４へ印加され
る。５はサイリスター流器４の出力である直流電圧を安
定にするためのりアクドルである。この直流リアクトル
５の出力は、サイリスタインバータ本体６に印加される
。サイリスタインバータ６は、パルス増幅器１４がらの
ゲートパルスによって所望周波数の交流電圧を出力する
。

この交流電圧は、変圧器７を介して再循環流量駆動用ポ
ンプの電動機８に印加されている０周波数検出器１６及
び周波数変化率検出器１７は、電圧変圧器１５を介して
電動機８に印加される交流電圧の周波数及び周波数変化
率を検出する。これらの検出器１６．１７によって検出
された各位が規定値を越えているか否かを比較器１８で
検出し、検出された各位が規定値を越えている場合には
、ゲートブロック回路１３に・停止指令信号Ｘを出方し
、リングカウンタ１２の出力信号をパルス増幅器１４に
出力しないようにする。この結果としてサイリスタイン
バータ６の出力を停止させようとするものである。とこ
ろで、１ｏは指令変換器であり、１１はＶ／Ｆ変換器で
あり、指令変換器１０に速度指令信号Ｓが印加される。

第４図は、特開昭６０−２１８０９７号公報の第２図に
示す構成である。リングカウンタ１２の出力信号の周波
数及び周波数変化率をモニタし、これらが規定値を越え
ている場合には開閉器２を動作させて変圧器３の入力電
圧をしゃ断させるものである。

両図の番号の等しい部分は相当部を示す。１６ａは周波
数検出器であり、１７ａは周波数変化率検出器である。

なお、静止型可変周波数電源装置は、東芝レビュー、３
５巻１２号、１１０２〜１１０５頁、特に、１１０３頁
の図３及び１１０４頁、右欄１〜３行目に示されるよう
にサイリスタゲート回路への出力信号をしゃ断すること
によって安全性を向上する構成が用いられている。図３
に示すように、安全回路は、分流器ＳＨ，変流器ＣＴ、
電動機用回転計ＴＧ及び速度指令発生回路からの出力信
号を取込み、同じ信号を取込んでサイリスタ群ＴＨＹ−
Ａ及びＴＨＹ−Ｂを制御する制御回路に安全動作のため
の信号、すなわち、制御回路から各サイリスタに出力す
る制御信号をしゃ断するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図に示す従来例において、電動機８に印加される交
流電圧の周波数あるいは周波数変化率が規定値を越えて
いる場合に、ゲートブロック回路１３を動作させてリン
グカウンタ１２からの出力信号がパルス増幅器１４に入
力されない様にする。

この結果、サイリスタインバータ本体６のゲートには、
ゲートパルスが印加されなくなる。サイリスタ整流器４
の出力として直流電圧が存在しているので、サイリスタ
インバータ本体６には直流リアクトル５を介してこの直
流電圧が印加されている。一般にサイリスタは、ゲート
に印加されるゲートパルスがしゃ断されてもサイリスタ
のアノードに印加される電圧が負あるいは零近傍になら
ないとオフされない、このため、前述の場合には。

サイリスタインバータ本体６のゲートのゲートパルスが
しゃ断されてもサイリスタインバータ本体６は、オフと
ならず、ゲートパルスがしゃ断される直前の状態になっ
ている。このサイリスタインバータ本体６は１例えばサ
イリスタを三相ブリッジ結線して形成しているものであ
るため、前述の場合には、特定のサイリスタのみが導通
している。

つまり、電動機８は、特定の巻線のみが励磁され続ける
。この結果、電動機８は、サイ９スタインバータ本体６
のゲートパルスがしゃ断される前の回転数から急激に制
動がかかり停止する。つまり。

電動機８は短時間のうちに強制制動がかかることになる
。この結果、原子炉の再循環流量が急激に変化し、原子
炉の安全装置を動作させることになってしまうという問
題がある。

第４図の場合には、可変周波数τ源装置の電力容量が大
きいため、これに伴なって開閉器は電力容量の大きいも
のとなる。開閉器を制御信号によって動作させようとし
ても開閉器の電力容量が大きい程その応答時間は数百秒
以上と大きくなる。

この結果、リングカウンタ１２の出力信号の周波数ある
いは周波数変化率が規定値を越えていることを検出して
から変圧器３に印加する電圧をオフにするまでの操作時
間が長いという問題がある。

この時間があまり長くなると原子炉の安全装置が動作し
てしまう可能性がある。

本発明はこれらの点に鑑みなされたものであり、その発
明の目的とするところは、可変周波数電源装置の出力で
ある交流電圧の周波数あるいは周波数変化率が規定値を
越えた場合に、可変周波数電源装置の出力電圧を即答に
する可変周波数電源装置を提供するところにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、基本的には、可変周波数電源装置の出力で
ある交流電圧の周波数あるいは周波数変化率が規定値を
越えたときに、サイリスタ整流器へのゲートパルスの印
加をしゃ断することによって達成できる。

〔作用〕

基本的には上述のように可変周波数電源装置を構成する
ことにより、可変周波数電源装置の出力である交流電圧
の周波数あるいは周波数変化率が規定値を越えても、該
装置の出力である交流電圧を即答にできるので原子炉を
安全に運転できる。

〔実施例〕

沸騰水型原子炉の再循環流量制御装置に適用した本発明
の好適な一実施例である可変周波数電源装置を第１図及
び第２図に基づいて説明する。

原子炉出力は、再循環配管２４に設けられた再循環ポン
プ２５の回転数を変化させることによって上昇または下
降される。すなわち、再循環ポンプ２５から吐出された
冷却水の流量を変えることによって原子炉圧力容器２０
内の炉心２１を流れる冷却水流量を変える。炉心２１を
流れる冷却水流量が変わると、気心２１内のボイド率が
変化して原子炉出力が変わる。原子炉圧力容器２０内の
炉心２１で発生した蒸気は、主蒸気配管２２を通ってタ
ービン２３に導かれる。再循環ポンプ２５は、電動機２
６と直結している。この電動機２６には、静止型の可変
周波数電源装置３０から電力が供給される。可変周波数
電源装置３０は、遮断器２７を介して原子力発電所内の
所内母線２８と接続されている。

可変周波数電源装置！３０の詳細を第１図に示す。

可変周波数電源装置３０は、入力変圧器３１を介して遮
断器２７に接続されるサイリスタ整流器３２、サイリス
タ整流器３２に接続された直流リアクトル３３．直流リ
アクトル３３に接続されて出力変圧器３５に接続される
サイリスタインバータ本体３４を有している。出力変圧
器３５は、電動機２５に接続される。さらに可変周波数
電源装置！３０は、変流器３６２分流器３７．電圧変成
器３８及びインバータ制御回路３９を有している。

交流器３６は入力変圧器３１の出力側でサイリスタ整流
器３２の入力側に設置され１分流器３７はサイリスタイ
ンバータ本体３４の出力側でかつ出力変圧器３５の入力
側に接続される。電圧変成器３８は出力変圧器３５と電
動機２６とを接続する配線に接続されている。

変流器３６２分流器３７及び電圧変成器３８の出力を入
力しているインバータ制御回路３９の詳細構造を以下に
説明する。

主制御器２９から出力された速度指令信号５５は、手動
／自動切換器５４を介して指令変換器５０に入力される
。指令変換器５０の出力は、周波数要求信号Ｖ／Ｆ変換
器５３にまた電圧要求信号として加算１Ｉ４９を介して
電圧制御器４８に伝達される。指令変換器１８は、常に
電圧／周波数比が一定となる様に調節する機能を有する
。

Ｖ／Ｆ変換器５３は１周波数要求信号に応じてパルスを
出力する。このパルス信号は、リングカウンタ５を介し
てパルス増幅器５１にパルスを伝達されている。サイリ
スタインバータ本体３４は、パルス増幅器５１の出力信
号に基づいてサイリスタ整流器３２の出力である直流電
圧を所定周波数の交流電圧に変換する。また、電圧制御
器４８は、電圧／周波数比が一定となる様にサイリスタ
インバータ本体３４の出力電圧５６（分流器３７にて検
出）をフィードバックして制御している。具体的には、
電圧制御器４８は、加算器４９から出力された電圧要求
信号と出力電圧５６との偏差信号を入力している。電圧
制御器４８の出力は、電流要求信号として加算器４７を
介して電流制御器４６に入力される。

電流制御器４６は、サイリスタインバータ本体３４の出
力電流が電流要求信号に合う様、サイリスタ整流器３２
の入口側の電流５７（変流器３６にて検出）をフィード
バックしている。すなわち。

電圧制御器４８の出力と電流５７どの偏差を求める加算
器４７の出力を入力している。

電流制御器４６の出力は：位相調整器４５に入る６位相
調整器４５のパルス出力は、ゲートブロック回路４１を
介してパルス増幅器４０に伝達される。サイリスタ整流
器３２は、パルス増幅器４０から出力されるパルスを入
力して入力変圧器３１に出力である交流電圧を所定の直
流電圧に変換する。

変流器３６９分流器３７及び加算器４７及び４９は、電
動機２６に過電流、過電圧が印加されるのを防止する保
護装置である。交流器３６で過電流が検出された場合に
は、それを入力する電流制御器４６がサイリスタ整流器
３２の出力を停止させる信号を出力する０分流器３７に
て過電圧が検出された場合には、電圧制御器４８がサイ
リスク整流器３２の出力を停止させる信号を出力する。

電動機２６に印加される交流電圧を電圧変成器３８を介
して周波数検出器４３に入力し、その交流電圧の周波数
を周波数検出器４３．で検出する。

その交流電圧の周波数の変化率を周波数変化率検出器４
４で検出する。これらの周波数及び周波数変化率の値の
少なくとも１つの値が規定値を越えているか否かを比較
器４２で判定する。比較器４２は各々の値が規定値を越
えている場合にはしゃ断信号をゲートブロック回路４１
に出力する。

この時、位相調整器４５から出力されたゲート制御パル
スは、ゲートブロック回路４１でブロックされ、パルス
増幅器４ｏに伝達されない、この結果、サイリスタ整流
器３２を構成する各々のサイリスタのゲートにはゲート
制御パルスが印加されなくなる。サイリスタは、ゲート
に印加されるゲートパルスがなくなると、７ノードに印
加される電圧が零近傍の電位になったとき、正確にはア
ノードに流れる電流が零になったときオン状態からオフ
状態になる。従って、直流リアクトル３３のリアクタン
スが小さい場合には、入力変圧器３１からの出力電圧は
交流電圧であるので、交流電圧の周期（例えば、交流電
圧が５０　Ｈｚであれば周期は２０　ｍ　ｓ　）の半分
以内の時間でサイリスタ整流器３２の各々のサイリスタ
はオフ状態になる。

オフ状態になった時は、サイリスタ整流器３２の出力電
圧、電流は零である。なぜならば、サイリスタがオフに
なるためにはアノードに印加される電圧、アノード電流
が零であるから、直流リアクトル３３のエネルギも吸収
されている。従って、サイリスタインバータ本体３４の
入力電圧が零になっているので、この出力も零である。

よって、電動機２６には交流電圧が印加されなくなる。

サイリスタ整流器３２の出力である直流電圧をより安定
にするためには直流リアクトル３３のリアクタンスは大
きくなる。このような場合には、サイリスタ整流器３２
を構成するサイリスタのアノードに印加される電圧と、
アノードに流れる電流とは直流リアクタンス３３により
位相差が生じる。

このため、直流リアクトル３３のリアクタンスが小さい
場合と比べると、サイリスタ整流器３２のサイリスタに
印加されるゲートパルスをブロックしてからサイリスク
がオフになるまでの時間が少し長くなる。

実際の場合、その時間は数ｍｓ〜１０ｍ５程度であるた
め、ゲートブロック回路４１が動作してからサイリスタ
整流器３２の出力電圧が零になる時間は遅くても２０ｍ
５以内となり、第３図に示す従来例と比べ１桁程度応答
性が早い、つまり、電動機２６に印加される交流電圧の
周波数あるいは周波数変化率が規定値を越したことを検
出してから２０ｍ５以内には電動機２６に印加される交
流電圧を零にすることができる。この結果、原子炉の再
循環流量を自然に循環させることが可能となり、安全装
置を動作させることなく、原子炉を安全に運転できる。

さらに本実施例によれば、電流制御器４６または電圧制
御器４８の故障によって周波数オーバ及び周波数変化率
オーバが発生した場合であっても電動機２６に印加する
交流電圧を短時間に零にすることができる。

ゲートブロック回路４１は、パルス増幅器４０の出力側
に配置してもよいが、第１図の実施例に比べてゲートブ
ロック回路４１の入力信号のレベルが大きくなり、（パ
ルス増幅器４０にて増幅された信号を入力する）、ゲー
トブロック回路４１の構成が複雑になって大型化する。

前述した実施例は、再循環ポンプの電動機の回転数を制
御する可変周波数電源装置であるが、原子炉圧力容器に
設けられたインターナルポンプの電動機の回転数制御に
も適用できる。

本発明の他の実施例である可変周波数電源装置を第５図
により説明する０本実施例では、インバータ制御回路３
９Ａはリングカウンタ５２の出力信号を周波数検出器４
３及び周波数変化率検出器４４に入力している。前述の
実施例にて用いられた電圧変成器３８が設置されていな
い、これらの検出器４３及び４４はパルス増幅器５１に
入力されるゲート制御パルス（リングカウンタ５２の出
力）の周波数及び周波数変化率をそれぞれ検出する。比
較器４２及びゲートブロック回路４１の機能は第１図の
実施例と同一である。このように構成すると１周波数及
び周波数変化率を第１図の実流側と比べ早く検出できる
メリットがある。なぜならば本実施例は、パルス増幅器
５．サイリスタインバータ本体３４．出力変圧器３５、
及び電圧変成器３８を介さずに周波数及び周波数変化率
を検出できるからである。また、第５図の実施例には電
圧変成器３８が不要になるメリットもある。

本実施例は、第１図の実施例と同じ効果を得ることがで
きる。

第６図は第１図に対応する他の実施例であり、第７図は
第５図に対応する他の実施例である。いずれの実施例も
比較器４２の出力をゲートブロック回路４１及び遮断器
２７に印加している。これは、可変周波数電源装置の出
力である交流電圧の周波数あるいは周波数変化率が規定
値を越えたときに、可変周波数電源装置の出力をオフに
する手段を冗長化して、この保護動作の信頼性を高めた
点に特徴がある。

前述の各実施例は原子カプラントの再循環流量制御系を
対象として説明したが、本発明の主旨の範囲でその他の
制御系についても同様に対応できることは容易に理解で
きよう。

次に第８図の他の実施例について説明する。本図の実施
例である可変周波数電源装置３９が第１図と異なる部分
は、サイリスタ整流器３２のしゃ断手段が異なるインバ
ータ制御回路３９Ｂである。

第８図において、比較器４２の出力であるしゃ断信号５
８を加算器４９・に出力する。加算器４９の出力を入力
する電圧制御回路４６は、通常時（しゃ断信号５８が加
算器４９に入力されない時）には、指令変換器５ｏの出
力と電圧５６との偏差に基づいた制御信号を出力する。

しかし、しゃ断信号５８が加算器４９に入力されると、
加算器４９は指令変換器５０からの出力された指令信号
からしゃ断信号５８を更に減算した信号を圧力制御器４
８に出力する。その信号を入力した圧力制御器　　　−
４８は、指令変換器５０から出力された指令信号に対応
する信号の出力を停止し、しゃ断信号５８に対応する信
号を出力する。具体的には、しゃ断信号５８が比較器４
２から出力された時にサイリスタ整流器３２を構成する
サイリスタの点弧角を９０°以上に制御する制御信号を
圧力制御器４８が出力する。この結果サイリスタ整流器
３２の出力電圧が負となり、直流リアクトル３３のエネ
ルギーを吸収してサイリスタ整流器３２め出力をオフに
する０点弧角の制御は十数ｍｍ程度で完了させることが
できるため、第１図の実施例よりもさらに応答性が要求
される場合には、本実施例の適用が有効である。

次に、第９図の実施例について述べる０本実施例の可変
周波数電源装置１３９Ｇは、第８図における周波数検出
器４３及び周波数変化率検出器４４に手段を第５図の実
施例と同様にリングカウンタ５２の出力をそれぞれ入力
したものである。このような本実施例は、より一層の応
答性が要求される場合に適用して効果大である。各部の
動作は、第８図及び第５図の説明から容易に理解できよ
う。

第１０図は、第８図の実施例における比較器４２から出
力するしゃ断信号５８を加算器４９に出力するとともに
、サイリスタ整流器３２の入力段に設けた遮断器２７に
入力してしゃ断信号５８により遮断器２７を開させよう
とするものである。

このようにサイリスタ整流器３２の出力をオフにする手
段の冗長化により、その動作の信頼度を高めることがで
きる。

前述した各実施例では、可変周波数電源装置の出力であ
る交流電圧の周波数及び周波数変化率の少なくとも１つ
が規定値を越えたときに、該装置の入力段に設けたサイ
リスタ整流器の出力である直流電圧を零にするようにす
るが、この直流電圧が零になったことを検出し、この検
出結果でサイリスタインバータ本体を構成するサイリス
タのゲートに印加するパルスをしゃ断することにより、
保護機能の動作を確実なものとすることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上述べたように可変周波数電源装置の出力
である交流電圧の周波数あるいは周波数変化率が規定値
を越えたときに、該装置の入力段に設けたサイリスタ整
流器の出力である直流電圧を零にすることにより原子炉
再循環流量制御ポンプ用駆動電動機に印加する交流電圧
を零にし、原子炉の再循環流量を確実に自然に循環させ
ることが可能となり、安全装置を動作させることなく原
子炉を安全に運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である可変周波数電源
装置の構成図、第２図は第１図の実施例を適用した沸騰
水型原子炉の再循環流量制御の構成図、第３図及び第４
図は従来例の可変周波数電源装置の構成図、第５同一　
第１０図は本発明の他の実施例である可変周波数電源装
置の構成図である。 ２０・・・原子炉圧力容器、２５・・・再循環ポンプ、
２６・・・電動機、２７・・・遮断器、２８・・・所内
母線。 ３ｏ・・・可変周波数電源装置、３１・・・入力変圧器
、３２・・・サイリスタ整流器、３３・・・直流リアク
トル。 ３４・・・サイリスタインバータ本体、３５・・・出力
変圧器、３６・・・変流器、３７・・・分流器、３８・
・・電圧変成器、３９，３９Ａ・・・インバータ制御回
路、４０．５１・・・パルス増幅器、４１・・・ゲート
ブロック回路、４２・・・比較器、４３・・・周波数検
出器、４４・・・周波数変化率検出器、４６・・・電流
制御器。 第　１　図 ３８・・・転叉へ混 第　２　目 第　３　　目 棒十目 ネ　５　＠ 欽 ｖｂ　６　巳 拓　７　目 第　８　図 ｔ　９　回 第　１０　　回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉の冷却材再循環ポンプを駆動する可変周波数
   電源装置において、可変周波数電源装置の出力周波数を
   検出する周波数検出器と、該出力周波数の変化率を検出
   する周波数変化率検出器と、前記周波数検出器及び前記
   周波数変化率検出器の少なくとも１つの出力が規定値を
   越えているか否かを判定し、規定値を越えている場合に
   しや断信号を出力する比較器と、前記比較器の出力信号
   で可変周波数電源装置の電力入力段であるサイリスタ整
   流器に印加するゲートパルスの供給を停止する手段とを
   設けたことを特徴とする可変周波数電源装置。 ２、原子炉の冷却材再循環ポンプを駆動する可変周波数
   電源装置において、可変周波数電源装置の出力段に設け
   るサイリスタインバータ本体に供給するゲート制御パル
   スの周波数を検出する周波数検出器と、前記周波数の変
   化率を検出する周波数変化率検出器と、前記周波数検出
   器及び周波数変化率検出器の少なくとも１つの出力値が
   規定値を越えているか否かを判定し、規定値を越えてい
   る場合にしや断信号を出力する比較器と、該比較器の出
   力信号で可変周波数電源装置の電力入力段であるサイリ
   スタ整流器に印加するゲートパルスの供給を停止する手
   段とを設けたことを特徴とする可変周波数電源装置。 ３、原子炉の冷却材再循環ポンプを駆動する可変周波数
   電源装置において、可変周波数電源装置の出力周波数を
   検出する周波数検出器と、該出力周波数の変化率を検出
   する周波数変化率検出器と、上記周波数検出器及び周波
   数変化率検出器の少なくとも１つの出力が規定値を越え
   ているか否かを判定し、規定値を越えている場合にしや
   断信号を出力する比較器と、該比較器の出力であるしや
   断信号で可変周波数電源装置の電力入力段であるサイリ
   スタ整流器の点弧制御角を制御して、該サイリスタ整流
   器の出力電圧を負にする手段を設けたことを特徴とする
   可変周波数電源装置。 ４、原子炉の冷却材再循環ポンプを駆動する可変周波数
   電源装置において、可変周波数電源装置の出力段に設け
   るサイリスタインバータ本体に供給するゲート制御パル
   スの周波数を検出する周波数検出器と、該出力周波数の
   変化率を検出する周波数変化器と、上記周波数検出器及
   び周波数変化率検出器の少なくとも１つの出力値が規定
   値を越えているか否かを判定し、規定値を越えている場
   合にしや断信号を出力する比較器と、該比較器の出力で
   あるしや断信号で可変周波数電源装置の電力入力段であ
   るサイリスタ整流器の点弧制御角を制御して、該サイリ
   スタ整流器の出力電圧を負にする手段を設けたことを特
   徴とする可変周波数電源装置。