JPS63302800A - ブラシレス可変速発電電動機 - 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〕 本発明は揚水発電への適用を目的とする可変連発電電ｅ
＊に圓するものである。

（従来の技術） 揚水発電用発ｆｆ１ｆｆｆ動機としては、従来から直流
で励磁され一定の速喰で回転する同期機が使用されてい
る。上記発電′！Ｉｉ動機は通常可逆ポンプ水車と直結
して使用されるが、揚水発電用として一般的に使用され
ている７ランシス形ポンプ水中はランチが回定羽根構造
であるため、揚水運転時の動力は揚程と回転速度とによ
って定まった値となり、これを調整できない。しかし、
可変速発′ｉ１１電動機を使用すれば回転速度を変化さ
せることによって揚水運転時も入力の調整ができ、揚水
時のＡＦＣ（＾ｕｔｏ１ａｔｉｃ　ｒｒｅｑｕｅｎｃｙ
　Ｃｏｎｔｒｏ＋、系統周波数制御）運転が可能となる
ほか、電力系統の安定度の向上、ポンプ水車の運転効率
の向上などの効果がＩＩ持されるため、各方面で研究開
発が進められている。

可変連発′ＦＭ電動機としては種々の方式のものがある
が、水力発電用として実用化されたものとしては電気学
会雑１ｉＡ１０７巻３号（昭和６２年３月）に示されて
いるものがあり、これを第４図により説明する。１１は
１次側固定子に３組型機子巻線、２次側円筒形回転子に
３相界磁巻線を有する交流励磁形光電電動機、１５はコ
レクタリング、３１は励１１７ｆｉ源用周波数変換器と
してのサイクロコンバータ、３２は励磁用電源変圧器、
５０は主要変圧器であり、ポンプ水車８０は交流励磁形
光電電ｆｌＪ機１１と結合されている。４０は制御１Ｖ
４置で発電型１ｌＩＩａの有効電力や無効電力を制御指
令とし、ポンプ水車のサーボ機構位置や発電電動機軸の
位相や回転速度および電力系統の電圧や電流を入力とし
てサイクロコンバータ３１のゲート制御やポンプ水車の
ｔ、ｌＪ　ｎを行う。なお電力系統と発電電動機１１問
には並列用遮ｒＩＩＩ器６０が設−けられている。

このように構成された揚水発電システムにおいて、電機
子巻線を一定周波数の電力系統に接続し、界磁巻線に同
期速度と運転速度との差に相当する周波数すなわちすべ
り周波数の励磁をコレクタリングを介してナイフ０コン
バータから加えることにより発電電動機は電源系統と同
期した状態で運転する。発電電動機のトルクおよび電圧
は界磁電流が変化すれば変化し、またサイクロコンバー
タの出力電圧および周波数はサイリスタのゲート制御に
より容易に変化できるので、これによって界磁電流の大
きざおよび位相を変化させ発電電動機軸速度および無効
電力のυ３１０をおこなうことができる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の交流励磁形光電電動機の励磁に必要な皮相電力は
発電電動機の運転力率および速度調整の幅によって大き
く変わるが、揚水発電用ではおおむね発電電動機本体の
容量の１５〜２０％となる。

最近の揚水発電用発Ｉｔｉ？ｌ！動機は単機容量３００
ＭＷ級の大容量機が多く、これに上記交流励磁形光′Ｍ
電ｉｌＪ機を適用する場合にはその励磁容量は５０〜６
０ＭＶＡとなり、サイクロコンバータ、励磁用電源変圧
器、その他付属機器を含めて非常に大規模な励磁装置が
必要になり不経済である。また、この励磁電力を界磁巻
線に供給するコレクタリングおよびブラシら＾電圧大電
流容量のものとなり、ブラシの摩耗粉による絶縁低下な
どの障害を生じ易く保守に多大の労力を要する。本発明
は以上のような問題点を解消するためのもので、小容思
の周波数変換器で励磁されかつ、コレクタリングを必要
としない、いわゆるブラシレス構造の揚水発電用可変速
発電電動機を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明による可変連発電電＠機の基本的な構成
を示すブロック図である。第１図において、１（ｌ主発
′Ｉ１１′Ｍ動機、２０は補助発１電動機、３０は補助
発電電動機の励磁のための周波数変換器たとえばサイク
ロコンバータ、８０はポンプ水中である。主発電電動機
は従来のものと同様の、１次側固定子に３相ＩＩＩ子巻
線、２次側円筒形回転子に３相界ｗ１巻線を有する交流
励磁形光電電動機で、補助発電電ｌ！ｌＪ機は１次側円
筒形回転子に３組型機子巻線、２次側固定子に３相界磁
巻線を有する回転電機子形の交流励磁形光電電動機であ
る。

主発電電動機および補助発電電動機の回転子は直接また
は短軸を介して結合され、主発電電動機の界磁巻線と補
助発電電ｅ　＊の電機子巻線は回転子上で互いに逆相類
に接続されている。また、主発Ｉｉ／ｉ電動機の主軸に
はポンプ水車のランナが結合され、これらは全体で一体
となって回転し得るように構成されている。主発電電動
機の固定子側電機子巻線は一定周波数の電力系統に接続
され、補助発電電ａｍの固定子側界磁巻線には周波数変
換器からすべり周波数に相当する低周波の３相交流励磁
が加えられる。

（作用） このように構成された発電電動機では、周波数変換器の
出力電流すなわち補助光′Ｒ１ｆｉｌ１機の界磁ｍ流が
変化すれば補助発電電動機の電機子ｉｔｆ流すなわち主
発電電動機の界磁電流が変化し、主発電電動機のトルク
および電機子電流が変化する。

従って周波数変換器のサイリスタゲートの制御により主
光ｆｆｉ電動機の速度および無効電力を制御することが
できる。

いま、主発電電動機および補助Ｒ電電動機の極数をそれ
ぞれｐｌおよびｐまただしｐ２＜ｐｌ、電源系統の周波
数をＦｌ（ｆｉｚ）とすると、回転速度ｎ　（ｒｐｍ）
と主発電電動機および補助発電電動機の各々の励磁周波
数ｆ　、１（Ｈｚ）およびｒ　５２（１１２）との関係
は第２図のようになる。第２図において、ｆｓｌは主発
電電動機のすべり周波数にひとしく、Ｆｌ−ｐ１ｎ／１
２Ｇで与えられる。これが、補助発電電動機の電気子周
波数となるので、補助発電電動機の固定子側励磁周波数
は、 ｆ　　−Ｉｆ　　−ｆ　　Ｉ−ＩＦ　　−（ｐ　　＋ｐ
２）ｎ／１２０　ｌとなる。ここでｆ２は補助発電電動
機が直流で励磁されときの補助発電電動機の電気子また
、ｆ　と横軸との交点Ｎ　は１２０Ｆ　１　／　ｐ１で
電源周波数Ｆ１における主発電電動機の同ＩＩ速度であ
り、ｆｓ２と横軸との交点Ｎ２は１２０Ｆ１／（ｐ＋０
　　）で、これは極数（ｐ１＋ｐ２）の発電型１ＪＩＩ
ｉｌの同期速度にひとしい。またｎ−Ｎ１のときのｆ３
２の値はＦ　Ｓ２−１）　２　Ｎ　１　／　１２０で与
えられる。

以上説明したように、補助発電電動機の励磁周波数をＯ
つまり直流からＦｓ２の範囲で調整することにより一体
となった主光電電ｆｌ１機および補助光電電ａｍを＜２
Ｎ２−Ｎ１）≦ｎ＜Ｎ１（７）範囲の速度で運転するこ
とができる。ただしｎ＞Ｎ２の場合とｎ　＜　Ｎ　２の
場合とでは補助発′Ｆｉ電動機の界磁の回転方向は逆と
なる。

〔実施例〕

第３図は本発明の実施例で、ブラシレス可変速発電電動
機を使用した揚水発電所の主回路単線接続図である。主
発電電動機１０は主要変圧器５０、着列用遮断器６０お
よび相切替え断路器６１を介して電力系統に接続される
。サイクロコンバータ３１の電源側は励磁用電源変圧器
３２を介して主光′ｒｆｉ電！！！ＪＩ！１回路に、負
荷側は新路器３３を経て補助光１！電動機２０の固定子
側界磁巻線に接続される。ポンプ水１ｉ８０は主発電電
動機１０および補助発電電動機２０と一体となって回転
するようになっている。主発電電動機の始動時には並列
用適所器６０は開放され主発電電動機は始動回路開閉冴
７２の作用により始動用変圧器７０を介して電力系統と
接続されまた補助発１！？ｆｉ＃１１２０の固定子側界
磁巻線の回路に始動回路ＷＵｎ器７３の作用により始動
用抵抗′ａ７１が接続される。この実施例において、発
電型ｖＪｍの可変速運転は＄１３１１０装置４６からの
ゲート１Ｉ１１御信号でサイクロコンバータ３１のサイ
リスタをｔ、ＩＩ御し、主発電電動機の回転速度、有効
電力および無効電力に対応した周波数、位相および大き
さの励磁電流を補助発電電動機の界磁巻線に供給するこ
とで行われる。

（発明の効果〕 以上述べたように本発明の発電電動機は従来の交流励磁
形光１！電動機のように高電圧大ｆｆｉ流のコレクタリ
ングを必要としない、いわゆるブラシレスの構造である
ため信頼度の向上とともに保守の省力化がはかられる。

また本発明の構成には従来の交流励磁形発電電動機が必
要とする励！ｉ？Ｊ源用周波数変換器とほぼ同程度の容
ａの補助発電電動機を必要とするが、周波数変換器自体
は補助光電電！１７１１１の励磁に必要な容量のもので
すむので、従来の例のように主光ｆｆｉ電動機を直接励
磁する場合に比べ数分の−に小形化でき、励磁用電源変
圧器その他ｔ＝Ｊｊｉｉｌｌ器を含めて大幅に経済化さ
れるとともに設ｎスペースも小さくてすむため関連の土
木建築工事費も削減できる。

このほか、周波数変換器の小容積化−３よび補助発電電
動機を介在させることによって、高調波の発生量を低減
できる、周波数変換器が必要とする無効電力が小さくな
るためその分だけ主発電電動機の無効電力調整能力が増
すなどの附随的゛な効果もＪｌｌ持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるブラシレス可変速発電電動機の基
本的な構成を示すブロック図、第２図は回転速度と主発
電電動機および補助発電電動機の励磁周波数との関係を
示すグラフ、第３図は本発明の実施例を示すブラシレス
可変連発′Ｉｔｉ電動機を使用した揚水発電所の主回路
単線接続図、第４図は従来の一例を示す交流励磁形光電
電動機の回路構成図である。 １０・・・主発電ｒＲ動機、１１・・・交流励磁形光電
電動機、１５・・・コレクタリング、２０・・・補助光
Ｔｉ電動機、３０・・・周波数変換器、３１・・・ザイ
ク０コンバータ、３２・・・励磁用電源変圧器、３３・
・・断路器、４０・・・＆ＩＪ御装膜装置０・・・主要
変圧器、６０・・・並列用遮断器、６１・・・相切替え
断路器、７０・・・始動用変圧器、７１・・・始動用変
圧器、７２．７３・・・始動回路開開器、８０・・・ポ
ンプ水車ユ 出願人代理人　　藤　　木　　博　　光電力是続 第　１ｆ！Ｉ Ｉ！ｌ駄壇度　（ｒｐｍ） １！２　　図 電力予乾 第３図 電力渭軛 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定子巻線が多相交流電力系統に接続され、回転子の界
   磁巻線が交流で励磁される主発電電動機（１０）を有す
   る可変速発電電動機において、主発電電動機の回転子は
   補助発電電動機（２０）の回転子と一体となって回転す
   るように構成されており、主発電電動機（１０）の回転
   子の界磁巻線と補助発電電動機（２０）の回転子巻線と
   が接続され、補助発電電動機（２０）の固定子巻線には
   可変速発電電動機の回転速度と電力系統の周波数とで決
   まる周波数の電流が電力系統より周波数変換器を介して
   供給されることを特徴とするブラシレス可変速発電電動
   機。