KR20010052079A

KR20010052079A - 권선형 유도기 및 가변속 전기에너지 변환설비

Info

Publication number: KR20010052079A
Application number: KR1020007003159A
Authority: KR
Inventors: 이데가즈마사; 다카하시미요시; 네모토마모루; 다카하시세이지
Original assignee: 가나이 쓰도무; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼; 나카노 기요구라; 가부시키 가이샤 히다치 엔지니어링 서비스
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2001-06-25
Also published as: KR100333434B1; EP1133045A1; WO2000031857A1; US6380655B1; EP1133045A4; CN1276100A

Abstract

본 발명의 권선형 유도기는 권선형 고정자 및 권선형 고정자의 회전중심측에 회전축과 고정한 권선형 회전자를 가지며, 또한 권선형 회전자의 회전중심측에 바구니형 회전자를 가진다. 권선형 고정자의 2차권선을 흐르는 전류에 고조파성분이 포함되어 있더라도 바구니형 회전자의 도체에는 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분에 의하여 권선형 회전자에 생성하는 회전자계를 상쇄되도록 유도전류가 흐르기때문에 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분은 감쇠하고, l차권선이 접속하는 교류 계통에 2차권선측으로부터 회생되는 교류전력의 고조파성분을 저감할 수 있다. 또 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분이 감쇠하기 때문에 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분에 의하여 1차권선으로 유도되는 유도전류도 저감할 수 있다. 따라서 2차권선을 흐르는 전류에 고조파성분이 포함되어 있더라도 1차권선을 흐르는 전류의 왜곡을 저감할 수 있기 때문에 고조파전력이 설비밖으로 유출하는 것을 억제할 수 있고 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

Description

권선형 유도기 및 가변속 전기에너지 변환설비{WOUND-TYPE INDUCTION MACHINE AND VARIABLE-SPEED ELECTROMECHANICAL ENERGY CONVERTER}

종래의 권선형 유도기는 규소강판 적층하에 적층철심 또는 덩어리형상 철심에 원형 또는 방형 등의 반폐쇄 또는 개방의 스로틀을 설치하여 절연된 권선(2차권선)을 실시한 회전자와, 회전자로부터 갭을 거쳐 바깥지름측에 규소강판을 적층한 적층철심에 방형의 반폐쇄 또는 개방의 스로틀을 설치하여 절연된 권선(1차 권선)을 실시한 고정자로 이루어져 있다.

일본국 특개소63-43598호 공보는 종래의 권선형 유도기의 2차권선으로부터 슬립링 등의 슬라이딩기구를 거쳐 인출한 단자에 사이클로컨버터 또는 인버터와 컨버터의 조합 등, 여자장치를 접속한 가변속 전기에너지 변환설비를 기재하고 있다.

일본국 특개평7-213098호 공보는 유도발전기의 1차측에 교류계통이 접속되고, 2차측에 다이오드로 이루어지는 순변환기가 접속된 가변속발전시스템에서 2차측의 전류를 제어하여 유도발전기의 발전전력을 제어하는 것을 기재하고 있다.

일본국 특개평4-334953호 공보는 고정자권선을 가지는 고정자와, 제 2 고정자권선 및 도체를 가지는 제 1 바구니형 회전자와, 도체를 가진 제 2 바구니형 회전자가 동축심상에 회전축을 달리하여 순차 배치한 유도전동기를 기재하고 있다.

일본국 특개평8-103058호 공보는 고정자권선을 가지는 고정자와, 2차도체를 가지고 축에 고정된 바구니형 회전자와, 영구자석을 가지고 축에 회전자유롭게 지지된 영구자석 회전자를 동축심상에 순차 배치한 유도전동기를 기재하고 있다.

권선형유도기 및 그것을 사용한 가변속 전기에너지 변환설비에 관한 것이다.

도 1은 제 1 실시예의 권선형 유도기(1)의 지름방향 단면도,

도 2는 권선형 유도기(1)의 축방향 단면도,

도 3은 권선형 유도기(1)를 사용한 가변속 전기에너지 변환설비의 개략도,

도 4는 제 2 실시예의 권선형 유도기(20)의 지름방향 단면도,

도 5는 제 3 실시예의 가변속 전기에너지 변환설비의 개략도이다.

종래기술에서는 권선형 유도기의 2차권선에 접속하는 여자장치로서는 2차권선에 인가하는 여자전압의 위상각과 주파수를 제어할 수 있는 사이클로컨버터나 인버터 등의 전력변환기가 필요하다. 또한 1차전류를 왜곡시키지 않게 하기 위해서는 2차권선의 전압, 전류파형은 고조파가 적은 정현파로 할 필요가 있기 때문에 상기 전력변환기의 주회로에는 온, 오프의 타이밍을 임의로 설정할 수 있는 스위칭소자를 사용하기 때문에 전력변환기가 고가이고 또 제어방법이 복잡한 것으로 되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있는 권선형 유도기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 권선형 유도기와 전력변환장치를 사용하여 소형으로 또한 설비로부터의 고조파유출이 적은 가변속 전기에너지 변환설비를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 특징은 권선형 유도기가 권선형 고정자 및 권선형 고정자의 회전중심측에 회전축과 고정된 권선형 회전자를 가지고, 또한 권선형 회전자의 회전중심측에 바구니형 회전자를 가지는 데 있다.

이 특징에 의하면 권선형 고정자의 2차권선을 흐르는 전류에 고조파성분이 포함되어 있더라도 바구니형 회전자의 도체에는 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분에 의하여 권선형 회전자에 생성하는 회전자계를 상쇄하도록 유도전류가 흐르기때문에, 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분은 감쇠하고, 1차권선이 접속하는 교류계통에 2차권선측으로부터 회생되는 교류전력의 고조파성분을 저감할 수 있다. 또 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분이 감쇠하기 때문에, 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분에 의하여 1차권선으로 유도되는 유도전류도 저감할 수 있다. 따라서 2차권선을 흐르는 전류에 고조파성분이 포함되어 있어도 1차 권선을 흐르는 전류의 왜곡을 저감할 수 있기 때문에, 고조파전력이 설비밖으로 유출하는 것을 억제할 수 있고, 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

또 본 발명의 다른 특징은 권선형 고정자 및 권선형 고정자의 회전중심측에 회전축과 고정된 권선형 회전자를 가지며, 또한 권선형 회전자의 회전중심측에 바구니형 회전자를 가지는 권선형 유도기를 가변속 전기에너지 변환설비에 사용한 데 있다.

이 특징에 의하면 순변환기에서 발생한 고주파전류가 2차권선을 흐르더라도 바구니형 회전자의 도체에는 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분에 의하여 권선형 회전자에 생성하는 회전자계를 상쇄하도록 유도전류가 흐르기 때문에, 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분은 감쇠하고, 2차권선으로부터 순변환기, 초퍼회로, 콘덴서, 역변환기 등을 거쳐 1차권선이 접속하는 교류계통에 회생되는 교류전력의 고조파성분을 저감할 수 있다. 또 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분이 감쇠하기때문에, 2차권선을 흐르는 전류의 고조파성분에 의하여 1차권선으로 유도되는 유도전류도 저감할 수 있다. 따라서 2차권선을 흐르는 전류에 고조파성분이 포함되어 있어도 l차권선을 흐르는 전류의 왜곡을 저감할 수 있기 때문에, 고조파전력이 설비밖으로 유출하는 것을 억제할 수 있고, 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

본 발명의 가변속 전기에너지 변환설비에서는 순변환기에 다이오드정류기를 사용하거나, 1개의 초퍼회로와 회생인버터를 사용하여 변환장치를 간소하고 저렴한 구성으로 하여도 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

또 바구니형 회전자의 도체의 수를 권선형 고정자에 설치된 1차권선이 수납되어 있는 슬롯의 수보다 많게 하면, 바구니형 회전자의 누출리액턴스는 1차권선의 누출리액턴스보다도 충분히 작아져 1차권선을 흐르는 고조파의 유도전류는 바구니형 회전자의 도체을 흐르는 고조파의 유도전류보다도 충분히 작아진다. 따라서 1차권선을 흐르는 전류가 고조파의 유도전류에 의하여 왜곡되는 것을 더욱 저감할 수 있어 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

또 바구니형 회전자에 영구자석을 사용하면, 영구자석의 자속의 분, 기내의 자속이 증가하기 때문에, 권선형 고정자의 1차권선을 흐르는 전류의 여자전류 성분이 보충되고, 갭길이가 크더라도 기내에 자속이 확립하여 효율적으로 발전을 행할 수 있다. 영구자석의 수는 권선형 유도기의 극수의 정수배로 하는 것이 좋다.

(실시예 1)

본 발명의 제 1 실시예인 권선형 유도기(1)를 설명한다. 도 l에 본 실시예의 권선형 유도기(1)의 지름방향 단면을, 도 2에 축방향 단면을 나타낸다.

본 실시예의 권선형 유도기(1)는 샤프트(34)의 바깥쪽에 안갭(13)을 거쳐 바구니형 회전자(4), 바구니형 회전자(4)의 바깥쪽에 중간 갭(12)을 거쳐 권선형 회전자(3), 권선형 회전자(3)의 바깥쪽에 바깥갭(11)을 거쳐 고정자(2)의 바깥쪽에 프레임(2)을 가진다. 권선형 유도기(1)의 프레임(5)은 베어링 등의 지지기구(35)를 사용하여 샤프트(34)를 회전가능하게 지지한다.

샤프트(34)는 출력축이기도 하며, 권선형 회전자(3)와 일체로 회전하도록 권선형 회전자(3)와 접속되어 있다. 바구니형 회전자(4)는 베어링 등의 지지기구 (44)를 사용하여 샤프트(34)에 지지되어 있기 때문에 바구니형 회전자(4)는 고정자 (2) 및 권선형 회전자(3)에 대하여 회전자유롭다.

고정자(2)의 슬롯(21)에는 1차권선(22)이 실시되어 있다. 슬롯(21)은 반폐쇄 또는 개방으로 한다. 1차권선(22)은 삼상권선 등의 다상권선으로 한다.

권선형 회전자(3)의 슬롯(31)에는 2차권선(32)이 실시되어 있다. 2차권선 (32)은 슬립링 등의 급전수단(33)에 의하여 외부전원(도시 생략)과 접속된다.

바구니형 회전자(4)에는 슬롯(41)이 바구니형 회전자(4)의 둘레방향으로 균등간격으로 형성되어 슬롯(41) 속에 도체바(42)가 설치되어 있다. 도체바(42)는 맨구리막대를 슬롯(41)에 삽입하여 형성하여도, 알루미늄을 주입함으로써 형성하여도 좋다. 도체바(42)의 축방향의 양쪽 끝부는 단락고리(43)로 전기적으로 도통되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 권선형 유도기(1)의 샤프트(34)와 원동기(또는 부하)가 기계적으로 접속된다. 고정자(2)의 1차권선(22)은 교류계통(9)에 접속된다. 권선형 회전자(3)의 2차권선(32)의 단자에 슬립주파수의 교류전원이 접속되고, 본 실시예에서는 교류전원을 겸한 주파수변환장치(6)가 접속된다. 주파수변환장치(6)는 변압기(7)에 접속되고, 변압기(7)는 교류계통(9)에 접속된다.

주파수변환장치(6)에는 인버터컨버터의 조합, 또는 사이클로인버터 등이 사용되고 있고, 주파수변환장치(6)는 2차권선(32)에서 생기는 슬립주파수의 교류를 교류계통(9)의 주파수의 교류로 변환한다. 주파수가 변환된 교류는 변압기(7)로 전압변환되어 교류계통(9)에 회생된다.

원동기(8)에 의하여 권선형 회전자(3)를 고정자(2)가 만드는 회전자계의 회전속도보다 슬립주파수분만큼 빠르게 회전시키면 원동기(8)로부터의 기계적 입력이 전기적 출력으로 변환되고 권선형 유도기(1)는 유도발전기로서 작동한다.

본 실시예의 권선형 유도기(1)가 발전기로서 작동하고 있는 정상상태일 때의 권선형 유도기(1)에 생기는 자계와 2차권선(32)을 흐르는 전류의 고조파성분에 관하여 설명한다.

교류계통(9)으로부터 1차권선(22)에 공급된 전류에 의하여 고정자(2)는 회전자계를 형성한다. 바구니형 회전자(4)는 무부하상태이기 때문에, 고정자(2)가 만드는 회전자계에 동기하여 회전한다.

주파수변환장치(6)로부터 2차권선(32)으로 흘러들어 오는 전류파형에는 슬립 주파수성분 이외에 고조파성분도 포함되어 있다.

2차권선(32)을 흐르는 슬립주파수의 전류에 의하여 권선형 회전자(3)에는 회전자계가 생긴다. 이 회전자계는 고정자(2)에 생기는 회전자계와 동기하여 회전하고 있다. 즉 바구니형 회전자(4)는 고정자(2)에 생기는 회전자계와 동기하여 회전하고 있기 때문에 바구니형 회전자(4)에 있어서는, 슬립주파수의 전류에 의하여 권선형 회전자(3)에 생기는 회전자계는 상대속도 없는 직류자계이다. 따라서 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)에는 슬립주파수의 전류에 의하여 권선형 회전자(3)에 생기는 회전자계에 대한 유도전류는 흐르지 않는다.

그러나 2차권선(32)을 흐르는 고조파 등의 주파수의 전류가 권선형 회전자 (3)에 만드는 회전자계는 고정자(2)에 생기는 회전자계와 동기하지 않고 회전하기 때문에 바구니형 회전자(4)에 있어서는 상대속도가 있는 교류자계로 된다. 따라서 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)에는 이 교류자계를 상쇄하도록 유도전류가 흐른다. 이 결과 2차권선(32)을 흐르는 전류의 고조파성분은 감쇠하고, 주파수변환장치(6) 및 변압기(7)를 거쳐 교류계통(9)에 회생되는 교류전력중, 고조파성분을 저감할 수 있다.

다음에 고정자(2)측의 고조파현상에 관하여 설명한다. 고정자(2)측의 고조파현상이란 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)에 고조파성분에 의한 교류자계를 없애는 유도전류가 생기도록 고정자(2)의 1차권선(22)에도 고조파성분에 의한 교류자계를 없애는 고조파의 유도전류가 생기는 것이다.

1차권선(22)에 생기는 고조파의 유도전류는 1차권선(22)을 흐르는 전류를 왜곡시켜 권선형 유도기의 출력전압을 왜곡시키는 일이 있다. 따라서 1차권선(22)에 생기는 고조파의 유도전류는 적은 쪽이 좋고, 품질이 좋은 전력을 공급하기 위해서는 권선형 유도기에 있어서 고정자(2)측의 고조파현상을 경감할 것이 요망된다. 상기한 바와 같이 본 실시예의 권선형 유도기는 2차권선(32)을 흐르는 전류의 고조파성분을 감쇠시키기 때문에 고정자(2)의 1차권선(22)에 생기는 고조파의 유도전류를 저감할 수 있다.

또 바구니형 회전자(4)의 누출리액턴스를 작게 함으로써, 고정자(2)의 1차권선(22)에 생기는 고조파의 유도전류를 저감할 수 있다. 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)을 흐르는 유도전류의 분포와, 고정자(2)의 1차권선(22)을 흐르는 유도전류의 분포의 합은 권선형 회전자(3)의 2차권선(32)을 흐르는 슬립주파수 이외의 고조파의 전류분포와 거의 같다. 그리고 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)을 흐르는 전류와 고정자(2)의 1차권선(22)을 흐르는 전류의 비는 바구니형 회전자(4)의 누출리액턴스의 역수와 1차권선(22)이 누출리액턴스의 역수의 비와 거의 같다. 즉 바구니형 회전자(4)의 누출리액턴스가 작을 수록 고정자(2)의 1차권선(22)을 흐르는 전류는 작아진다.

본 실시예의 권선형 유도기(1)에 있어서 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)의 수는 고정자(2)의 슬롯(21) 수보다 충분히 많기 때문에, 바구니형 회전자(4)의 누출리액턴스는 1차권선(22)이 누출리액턴스 보다도 충분히 작다. 따라서 고정자(2)의 1차권선(22)을 흐르는 고조파의 유도전류는 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)을 흐르는 유도전류 보다도 충분히 작아져 교류계통(9)으로부터 고정자(2)의 1차 권선(22)을 흐르는 전류가 고조파의 유도전류에 의하여 왜곡되는 것을 저감할 수 있다. 따라서 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

본 실시예의 권선형 유도기(1)에 의하면 2차권선(32)을 흐르는 전류의 고조파성분을 감쇠시킬 수 있기 때문에 교류계통(9)에 회생되는 교류전력중 고조파성분을 저감할 수 있고, 또 고정자(2)의 1차권선(22)으로 유도되는 고조파의 전류를 더욱 저감할 수 있다. 따라서 1차권선(22)을 흐르는 전류의 왜곡을 저감할 수 있기 때문에 고조파전력이 설비밖으로 유출하는 것을 억제할 수 있고, 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

또 본 실시예에서는 바구니형 회전자(4)를 지지기구(44)를 사용하여 샤프트 (34)에 지지하도록 하였으나, 바구니형 회전자(4)의 중심에 샤프트(34)를 관통시키지 않고, 바구니형 회전자(4)를 권선형 회전자(3)의 안쪽으로 회전자유롭게 설치하도록 하여도 좋다. 이와 같은 권선형 유도기에 의하면 샤프트(34)와 지지기구(44)의 마찰이 없기 때문에 발전효율이 더욱 좋다.

또 본 실시예에서는 바구니형 회전자(4)의 누출리액턴스를 작게 하기 위하여 도체바(42)의 수를 슬롯(21)의 수보다 충분히 많게 하였으나 도체바(42)의 중간 갭 (12)측에 슬릿을 설치하여 누출리액턴스를 작게 하여도 좋다.

또 본 실시예의 권선형 유도기(1)는 짝수 다극기에 널리 적용하는 것이 가능하다.

(실시예 2)

본 발명의 제 2 실시예인 권선형 유도기(20)를 설명한다. 도 4에 본 실시예의 권선형 유도기(20)의 지름방향 단면을 나타낸다.

본 실시예의 권선형 유도기(20)의 구조는 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)보다도 안지름측에 영구자석(45)을 매립한 점이 제 1 실시예의 권선형 유도기(1)와 다르나, 그 외에는 제 1 실시예와 마찬가지다. 매립된 영구자석(45)의 수는 권선형 유도기(20)의 극수와 같은 수, 또는 극수의 정수배의 수로 하고, 중간 갭(12)에 대한 소요의 여자전류보다도 영구자석(45)의 등가전류가 커지도록 영구자석(45)의 형이나 배치를 결정한다.

본 실시예의 권선형 유도기(20)에서는 제 1 실시예의 권선형 유도기(1)와 마찬가지로 동작하나, 또한 이하에 설명하는 작용효과를 얻을 수 있다.

먼저, 고정자 및 회전자 사이의 갭과, 고정자의 1차권선을 흐르는 전류의 기본파성분의 관계에 관하여 설명한다.

권선형 유도기(20)의 권선형 고정자(2)의 1차권선(22)을 흐르는 전류의 기본파성분에는 기내에 자속을 확립시키는 데 필요한 여자전류성분 및 전동기로서 토오크를 발생시키기 위한 부하전류성분이 포함되어 있다. 권선형 유도기(20)에는 권선형 회전자(3)의 안쪽에 바구니형 회전자(4)를 설치하기 때문에 구조상, 중간 갭(12)이 필요하다. 권선형 유도기(20)는 고정자(2)로부터 바구니형 회전자(4)까지의 사이에 바깥 갭(13) 및 중간 갭(12)의 2개의 갭을 가지기 때문에 회전자가 1개뿐인 권선형 유도기와 비교하여 유도전동기(1)의 총 갭길이는 크다. 갭길이가 큰 권선형 유도기일 수록 여자전류성분이 커지고 발전효율이 나쁘다.

본 실시예의 권선형 유도기(20)는 영구자석(45)의 자속만큼, 기내의 자속이 증가하기 때문에 권선형 고정자(2)의 1차권선(22)을 흐르는 전류의 여자전류 성분이 보충된다. 따라서 본 실시예의 권선형 유도기(20)는 갭길이가 크더라도 기내에 자속이 확립하여 효율적으로 발전을 행할 수 있다.

또한 본 실시예의 권선형 유도기(20)는 중간 갭(12)에 대한 소요의 여자전류보다도 영구자석(45)의 등가전류가 크기 때문에, 실효적으로 1차권선(22)으로부터 예측한 여자전류를 경감할 수 있음과 동시에, 바구니형 회전자(4)의 도체바(42)에 쇄교하는 자속이 증가하여 제 1 실시예에서 설명한 고조파의 감쇠효과를 크게 할 수 있다.

따라서 본 실시예의 권선형 유도기(20)는 효율적으로 발전을 행할 수 있고, 또 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

(실시예 3)

본 발명의 제 3 실시예인 가변속 전기에너지 변환설비를 설명한다. 도 5에 본 실시예의 가변속 전기에너지 변환설비의 개략을 나타낸다.

본 실시예의 가변속 전기에너지 변환설비는 제 1 실시예에서 설명한 권선형 유도기(1)를 사용한다. 권선형 유도기(1)의 샤프트(34)와 원동기(8)가 기계적으로 접속된다. 고정자(2)의 1차권선(22)은 교류계통(9)에 접속된다. 권선형 회전자 (3)의 2차권선 단자에 주파수변환장치(60)가 접속된다. 주파수변환장치(60)는 변압기(7)에 접속되고, 변압기(7)는 교류계통(9)에 접속된다.

주파수변환장치(60)는 권선형 회전자(3)의 2차권선(32)에 접속하는 순변환장치(61), 순변환장치(61)의 출력측에 접속하는 역류저지용 다이오드(62), 평활콘덴서(63), 역변환기(64), 2차초퍼회로를 구성하는 스위치소자(65), 2차권선(32)을 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기(102) 및 평활콘덴서(63)의 충전전압을 검출하는 전압검출기(131)를 가진다. 순변환장치(61)는 다이오드정류기를 사용하였기 때문에 권선형 유도기(l)의 2차측 교류전력을 직류전력으로 변환하도록 구성되어 있다. 역변환기(64)는 스위칭소자나 다이오드 등의 소자를 가지며, 스위칭소자를 온, 오프함으로써 직류전력을 교류전력으로 변환하도록 구성되어 있다. 변환된 교류전력은 변압기(7)로 전압변환되어 교류계통(9)에 회생된다. 즉 평활용 콘덴서(63)의 충전전압이 소정치를 넘었을 때에는 콘덴서(7)에 축적된 전력이 변압기(7)를 거쳐 교류계통(9)에 회생한다.

권선형 유도기(1)의 샤프트(34)에는 권선형 회전자(3)의 회전속도를 검출하는 속도검출기(101)를 설치한다. 또한 속도검출기(101), 전류검출기(102) 및 스위칭소자(65)에 접속된 연산증폭기(111)와 전압검출기(131) 및 역변환기(64)에 접속된 연산증폭기(141)를 설치한다.

연산증폭기(111)는 속도검출기(101)의 출력신호, 전류검출기(102)의 출력신호 및 속도지령신호(121)에 의거하여 초퍼회로인 스위칭소자(65)에 스위칭신호를 부여한다. 스위칭소자(65)의 온, 오프에 의하여 순변환장치(61)의 출력전류가 제어됨과 동시에, 권선형 유도기(1)의 2차권선(32)을 흐르는 전류가 제어된다. 권선형 유도기(1)의 발전전력은 원동기(8)의 회전속도에 의하여 발전량이 변화되기 때문에 연산증폭기(111)는 권선형 유도기(1)가 최대의 발전전력으로 운전하도록 권선형 유도기(1)의 2차권선(32)을 흐르는 전류를 제어한다.

연산증폭기(141)는 전압검출기(131)의 출력신호 및 전압지령신호(151)에 의거하여 역변환기(64)에 PWM 제어신호를 준다.

본 실시예의 권선형 유도기(1)가 발전기로서 작동하고 있는 경우, 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 2차권선(32)을 흐르는 전류파형에는 고조파가 포함된다. 이 고조파는 순변환기(61)에 스위칭소자를 사용하지 않고 다이오드정류기를 사용하였기 때문에 주파수변환장치(60)로부터 발생하는 것이다.

본 실시예의 권선형 유도기(1)는 제 1 실시예와 마찬가지로 바구니형 회전자 (4)의 도체바(42)에는 2차권선(32)을 흐르는 고조파의 전류가 권선형 회전자(3)에 만드는 회전자계를 상쇄하도록 유도전류가 흐르기 때문에 2차권선(32)을 흐르는 전류의 고조파성분은 감쇠하고, 주파수변환장치(60) 및 변압기(7)를 거쳐 교류계통 (9)에 회생되는 교류전력중 고조파성분을 저감할 수 있다. 또 제 1 실시예와 마찬가지로 고정자(2)의 1차권선(22)으로 유도되는 고조파의 전류를 저감할 수 있다.

따라서 본 실시예의 가변속 전기에너지 변환설비에 의하면, 순변환기(61)에 다이오드정류기를 사용하고 초퍼회로에 1개의 스위칭소자(65)를 사용한 간단한 구성의 주파수변환장치(60)를 사용하여도 2차권선(32)을 흐르는 전류의 고조파성분은 감쇠시키고, 1차권선(22)을 흐르는 전류의 왜곡을 저감하여 고조파전력이 설비밖으로 유출하는 것을 억제할 수 있는 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

본 발명의 권선형 유도기에 의하면 권선형 고정자의 2차권선을 흐르는 전류에 고조파성분이 포함되어 있어도 1차권선을 흐르는 전류의 왜곡을 저감할 수 있기 때문에 고조파전력이 설비밖으로 유출하는 것을 억제할 수 있고, 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

본 발명의 가변속 전기에너지 변환설비에 의하면 순변환기에서 발생한 고주파전류가 2차권선을 흐르더라도 1차권선을 흐르는 전류의 왜곡을 저감할 수 있기 때문에 고조파전력이 설비밖으로 유출하는 것을 억제할 수 있고, 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다. 또 순변환기에 다이오드정류기를 사용하거나 1개의 초퍼회로와 회생인버터를 사용하여 변환장치를 간소하고 저렴한 구성으로 하여도 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

또 바구니형 회전자의 도체의 수를 권선형 고정자에 설치된 1차권선이 수납되어 있는 슬롯의 수보다 많게 하면 1차권선을 흐르는 전류가 고조파의 유도전류에 의하여 왜곡되는 것을 더욱 저감할 수가 있고, 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전할 수 있다.

또 바구니형 회전자에 영구자석을 사용하면 효율적으로 발전을 행할 수 있다. 영구자석의 수는 권선형 유도기의 극수의 정수배로 하는 것이 좋다.

본 발명의 권선형 유도기는 출력전압의 왜곡이 저감된 품질좋은 전력을 발전하는 유도발전기에 유용하며, 특히 소형으로 또한 설비로부터의 고조파유출이 적은 가변속 전기에너지 변환설비에 적합하다.

Claims

1차권선을 가지는 권선형 고정자와, 2차권선을 가지며 상기 권선형 고정자의 회전중심측에 배치되는 권선형 회전자와, 상기 권선형 회전자에 고정된 회전축을 가지는 권선형 유도기에 있어서,

도체를 가지는 바구니형 회전자를 상기 권선형 회전자의 회전중심측에 배치한 것을 특징으로 하는 권선형 유도기.

제 1항에 있어서,

상기 바구니형 회전자의 상기 도체의 수는 상기 권선형 고정자에 설치된 상기 1차권선이 수납되어 있는 슬롯의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 권선형 유도기.

제 1항에 있어서,

상기 바구니형 회전자는 영구자석을 가지는 것을 특징으로 하는 권선형 유도기.

제 1항에 있어서,

상기 바구니형 회전자는 영구자석을 상기 권선형 유도기의 극수의 정수배 가지는 것을 특징으로 하는 권선형 유도기.

1차권선을 가지는 권선형 고정자, 2차권선을 가지며 상기 권선형 고정자의 회전중심측에 배치되는 권선형 회전자 및 상기 권선형 회전자에 고정된 회전축을 가지는 권선형 유도기와,

상기 2차권선에 접속되어 상기 회전자의 권선으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환기와,

상기 순변환기의 직류출력측에 접속되어 상기 순변환기의 직류출력을 제어신호에 의거하여 제어하는 초퍼회로와,

상기 초퍼회로에 정류소자를 거쳐 병렬로 접속된 콘덴서와, 상기 콘덴서에 축적된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 1차권선이 접속하는 교류계통에 회생하는 스위칭소자로 이루어지는 역변환기를 구비하는 가변속 전기에너지 변환설비에 있어서,

상기 권선형 유도기는 도체를 가지는 바구니형 회전자를 상기 권선형 회전자의 회전중심측에 배치한 것을 특징으로 하는 가변속 전기에너지 변환설비.

제 5항에 있어서,

상기 바구니형 회전자의 상기 도체의 수는 상기 권선형 고정자에 설치된 상기 1차권선이 수납되어 있는 슬롯의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 가변속 전기에너지 변환설비.

제 5항에 있어서,

상기 바구니형 회전자는 영구자석을 가지는 것을 특징으로 하는 가변속 전기에너지 변환설비.

제 5항에 있어서,

상기 바구니형 회전자는 영구자석을 상기 권선형 유도기의 극수의 정수배 가지는 것을 특징으로 하는 가변속 전기에너지 변환설비.