WO2012093492A1

WO2012093492A1 - 回転機の試験設備

Info

Publication number: WO2012093492A1
Application number: PCT/JP2011/050201
Authority: WO
Inventors: 左右田　学
Original assignee: 東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-07-12
Also published as: JPWO2012093492A1

Abstract

　試験対象である発電機（１）を駆動するための電動機（２）と、コンバータ（４１）とインバータ（４２）とのそれぞれの直流側が直流リンクで相互に接続され、コンバータ（４１）の交流側が発電機（１）と接続され、発電機（１）により発電された交流電力を電動機（２）を駆動するための交流電力に変換するＢＴＢ変換器（４）と、ＢＴＢ変換器（４）の直流リンクに直流電力を供給するための直流電源（５）とを備えた回転機の試験設備。

Description

回転機の試験設備

　本発明は、回転機の試験設備に関する。

　一般に、風力発電機等の発電機（回転機）を試験するためには、この発電機を駆動するための電動機（回転機）が必要となる。この電動機に駆動するための交流電力を供給する場合、交流電源から供給される交流電力を電動機に合わせた交流電力に電力変換する電力変換器を用いる（例えば、非特許文献１参照）。

　また、発電機により発電された交流電力を交流負荷に供給する場合、交流負荷に合わせた交流電力に電力変換する電力変換器を用いる。

　しかしながら、上述のような構成の試験設備には、多くの費用を要する。また、発電機の試験を行う度に、これらの試験設備を構成する必要があり、多くの時間と労力を要する。

C.J.A.Versteegh、外４名，"Design of the Zephyros Z72 wind turbine with emphasis on the direct drive PM generator."，２００４年電力および工業電子に関する北欧系研究集会（NORPIE: Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics），ノルウェー，トロンダイム科学・技術ノルウェー大学（NTNU Trondheim Norway），２００４年６月

　本発明の目的は、回転機を試験する試験設備の規模を抑えることのできる回転機の試験設備を提供することにある。

　本発明の観点に従った回転機の試験設備は、試験対象である発電機を駆動するための電動機と、コンバータとインバータとのそれぞれの直流側が直流リンクで相互に接続され、前記コンバータの交流側が前記発電機と接続され、前記発電機により発電された交流電力を前記電動機を駆動するための交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器の前記直流リンクに直流電力を供給するための直流電源とを備える。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電機を試験するための試験設備の構成を示す構成図である。図２は、本発明の第２の実施形態に係る発電機を試験するための試験設備の構成を示す構成図である。図３は、本発明の第３の実施形態に係る電動機を試験するための試験設備の構成を示す構成図である。図４は、本発明の第４の実施形態に係る電動機を試験するための試験設備の構成を示す構成図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電機１を試験するための試験設備１０の構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

　試験設備１０は、電動機２と、ギア３と、ＢＴＢ(back to back)変換器４、ダイオード整流器５と、変圧器６と、交流電源７とを備えている。

　発電機１は、試験対象である。発電機１は、永久磁石を用いた低速回転（例えば、１０［Ｈｚ］）タイプの同期型の回転機（同期機）である。発電機１は、例えば風力発電機である。発電機１による発電電力は、ＢＴＢ変換器４に供給される。

　電動機２は、ギア３を介して発電機１と接続されている。電動機２は、発電機１を駆動するための誘導型の回転機（誘導機）である。電動機２は、発電機１と異なる周波数（例えば、５０［Ｈｚ］）の誘導機である。電動機２は、ＢＴＢ変換器４から供給される交流電力により駆動する。

　ギア３は、電動機２の駆動軸と発電機１の被駆動軸とを接続する。ギア３は、電動機２により発生した回転力を発電機１に駆動力として伝える。ギア３は、電動機２と発電機１との間の相対的な回転速度を変えるための変速ギアである。ギア３により、電動機２と発電機１とを異なる周波数（回転速度）で駆動することができる。即ち、ギア３により、発電機１と電動機２の回転数の違いを吸収することができる。

　ＢＴＢ変換器４は、発電機１により発電された交流電力を電動機２に供給するための交流電力に変換する。ＢＴＢ変換器４は、コンバータ４１と、インバータ４２と、平滑コンデンサ４３とを備えている。

　コンバータ４１は、発電機１から供給される交流電力を直流電力に変換する。コンバータ４１は、変換した直流電力をインバータ４２に供給する。

　インバータ４２の直流側は、コンバータ４１の直流側と直流リンクにより相互に接続されている。インバータ４２は、コンバータ４１から供給された直流電力を電動機２に供給するための交流電力に変換する。インバータ４２は、変換した交流電力を電動機２に供給する。

　平滑コンデンサ４３は、直流リンクの正極と負極との間に設けられている。平滑コンデンサ４は、直流リンクに印加されている直流電圧を平滑化する。

　ダイオード整流器５の直流側は、ＢＴＢ変換器４の直流リンクに接続されている。ダイオード整流器５の交流側は、変圧器６を介して交流電源７と接続されている。ダイオード整流器５は、交流電源７から供給される交流電力を変圧器６を介して受電する。ダイオード整流器５は、受電した交流電力を直流電力に変換する。ダイオード整流器５は、変換した直流電力をＢＴＢ変換器４の直流リンクに供給する。

　変圧器６の１次側は、交流電源７と接続されている。変圧器６の２次側は、ダイオード整流器５の交流側に接続されている。変圧器６は、交流電源７から供給される交流電力をダイオード整流器５に供給するための電圧に変圧する。

　交流電源７は、電動機２を駆動するための電力を供給する。交流電源７は、変圧器６及びダイオード整流器５を介して、ＢＴＢ変換器４の直流リンクに電力を供給する。

　本実施形態によれば、発電機１により発電された交流電力をＢＴＢ変換器４を介して電動機２に供給することで、試験設備１０を１台のＢＴＢ変換器４で構成することができる。これにより、発電機１を試験する試験設備１０の構成の規模を小さくすることができる。

　また、発電機１により発電された電力を、電動機２に電源として供給することで、外部の交流電源７から供給する電力量を抑制することができる。

　さらに、発電機１と電動機２をギア３を介して接続することで、発電機１と電動機２をそれぞれ異なる周波数（回転速度）で駆動することができる。これは、例えば次のような利点がある。発電機１は、低速回転タイプの発電機である。よって、発電機１は、回転数が低いためトルクが大きくなる。このため、発電機１の設備は大型化する。また、発電機１を駆動するための電動機として、ギア３を設ける必要のない発電機１を用いた場合、駆動側も大型化する。そこで、試験設備１０では、増速するためのギア３を設けることで、安価で小型化の図れる誘導機２でも、発電機１を駆動させることができる。これにより、試験設備１０を小型化することができる。

（第２の実施形態）
　図２は、本発明の第２の実施形態に係る発電機１を試験するための試験設備１０Ａの構成を示す構成図である。

　試験設備１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る試験設備１０の構成において、ダイオード整流器５、変圧器６、及び交流電源７を、変圧器６Ａ及び交流電源７Ａに代えている。その他は、第１の実施形態と同様である。

　変圧器６Ａの１次側は、交流電源７Ａと接続されている。変圧器６Ａの２次側は、ＢＴＢ変換器４のインバータ４２の交流側に接続されている。変圧器６Ａは、交流電源７Ａから供給される交流電力を電動機２に供給するための電圧に変圧する。

　交流電源７Ａは、電動機２を駆動するための電力を供給する。交流電源７Ａは、変圧器６Ａを介して、ＢＴＢ変換器４の電動機２側に電力を供給する。

　本実施形態によれば、外部の交流電源７Ａから変圧器６Ａを介して、ＢＴＢ変換器４の交流側に供給することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
　図３は、本発明の第３の実施形態に係る電動機２Ｂを試験するための試験設備１０Ｂの構成を示す構成図である。

　試験設備１０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る試験設備１０の構成において、発電機１及び電動機２を、発電機１Ｂ及び電動機２Ｂに代えたものである。その他は、第１の実施形態と同様である。

　電動機２Ｂは、第１の実施形態に係る電動機２を試験対象としたものである。

　発電機１Ｂは、第１の実施形態に係る発電機１を、電動機２Ｂを試験するための試験設備１０Ｂを構成する機器としたものである。

　本実施形態によれば、電動機２Ｂを試験対象とする場合においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、電動機２Ｂが発電機１Ｂと比較して小型のものでも、ギア３を設けることで、発電機１Ｂを駆動させることができる。

（第４の実施形態）
　図４は、本発明の第４の実施形態に係る電動機２Ｂを試験するための試験設備１０Ｃの構成を示す構成図である。

　試験設備１０Ｃは、図２に示す第２の実施形態に係る試験設備１０Ａの構成において、発電機１及び電動機２を、発電機１Ｂ及び電動機２Ｂに代えたものである。その他は、第２の実施形態と同様である。

　電動機２Ｂは、第２の実施形態に係る電動機２を試験対象としたものである。

　発電機１Ｂは、第２の実施形態に係る発電機１を、電動機２Ｂを試験するための試験設備１０Ｃを構成する機器としたものである。

　本実施形態によれば、電動機２Ｂを試験対象とする場合においても、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、電動機２Ｂが発電機１Ｂと比較して小型のものでも、ギア３を設けることで、発電機１Ｂを駆動させることができる。

　なお、各実施形態において、発電機１，１Ｂ及び電動機２，２Ｂは、誘導機と同期機のどちらでもよい。例えば、発電機１，１Ｂ及び電動機２，２Ｂのそれぞれのタイプの組み合わせは、次のように選ぶことができる。試験対象となる回転機の容量が大きくなれば、試験設備側の回転機の容量も大きくなる。このため、試験設備側の回転機は、安価で小型化の図れる誘導機を用いて駆動し、ギア３で増速することで、試験設備のコストを低減し、小型化を図ることができる。

　なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

　本発明によれば、回転機を試験する試験設備の規模を抑えることのできる回転機の試験設備を提供することができる。

Claims

　試験対象である発電機を駆動するための電動機と、
　コンバータとインバータとのそれぞれの直流側が直流リンクで相互に接続され、前記コンバータの交流側が前記発電機と接続され、前記発電機により発電された交流電力を前記電動機を駆動するための交流電力に変換する電力変換器と、
　前記電力変換器の前記直流リンクに直流電力を供給するための直流電源と
を備えたことを特徴とする回転機の試験設備。
　試験対象である電動機を動力源として発電する発電機と、
　コンバータとインバータとのそれぞれの直流側が直流リンクで相互に接続され、前記コンバータの交流側が前記発電機と接続され、前記発電機により発電された交流電力を前記電動機を駆動するための交流電力に変換する電力変換器と、
　前記電力変換器の前記直流リンクに直流電力を供給するための直流電源と
を備えたことを特徴とする回転機の試験設備。
　前記電動機と前記発電機を異なる回転数で駆動するためのギア
を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転機の試験設備。
　試験対象である発電機を駆動するための電動機を前記発電機に接続し、
　前記発電機により発電された交流電力を前記電動機を駆動するための交流電力に変換し、コンバータとインバータとのそれぞれの直流側が直流リンクで相互に接続された電力変換器の前記インバータの交流側を前記電動機に接続し、
　前記電力変換器の前記コンバータの交流側を前記発電機に接続し、
　前記電力変換器の前記直流リンクに直流電力を供給すること
を含むことを特徴とする回転機の試験設備の構成方法。
　試験対象である電動機を動力源として発電する発電機を前記電動機に接続し、
　前記発電機により発電された交流電力を前記電動機を駆動するための交流電力に変換し、コンバータとインバータとのそれぞれの直流側が直流リンクで相互に接続された電力変換器の前記インバータの交流側を前記電動機に接続し、
　前記電力変換器の前記コンバータの交流側を前記発電機に接続し、
　前記電力変換器の前記直流リンクに直流電力を供給すること
を含むことを特徴とする回転機の試験設備の構成方法。
　前記電動機と前記発電機を異なる回転数で駆動するためのギアを介して接続したこと
を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の回転機の試験設備の構成方法。