JPH01274699A - 可変速発電電動機の励磁装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、−次巻線と二次巻線とを有する誘導機である
発電電動機の一次巻線を電力系統に接続し、二次巻線に
回転子速度と電力系統の周波数とで決まる交流励磁を与
えて可変速度運転する交流可変速発電電動機システムに
関するもので、特に二次巻線に与える交流励磁が直流あ
るいは超低周波数となって特定相が過電流となる場合も
ありこの状態の継続を防止する制御を可能にした励磁装
置に関するものである。

（従来の技術） このような交流可変速発電電動機システムが望まれる揚
水発電システムを例として説明する。従来の揚水発電シ
ステムは同期機を使用していたため、その回転数は電力
系統の周波数で決まる一定値であり、そのため揚水時に
負荷の調整ができないこと１発電運転時には系統から要
求される出力の変化によりシステムの効率が変化すると
言う不都合があった。このような不都合を解決する方法
として、発電電動機を可変運転して揚水時の負荷調整を
可能にし、また発電運転時のシステムの高効率化を図る
システムの開発が行われている。その可変速揚水発電シ
ステムの構成例を第１図に示しその内容を説明する。

１は一次巻線と二次巻線とを有する誘導機である発電電
動機であり、Ｕ、Ｖ、Ｗが一次巻線の端子、ｕ、ｖ、ｗ
が二次巻線の端子である。２は電力系統で、３は発電電
動機１の二次巻線に三相交流励磁を与えるサイクロコン
バータであり、その内部（７）３ＡＵ、３ＡＶ、３Ａｌ
はそれぞれＵ相、■相、Ｗ相のサイクロコンバータを示
す、４はサイクロコンバータに電源を供給する変圧器で
あり、５はサイクロコンバータを制御するための制御装
置であり、６は発電電動機の一次巻線の端子電圧（以後
、発電電動機端子電圧と呼ぶことにする）を検出して制
御装置ｉ１５に入力するため計器用電圧変成器であり、
７は一次巻線の電流（以後１発電電動機端子電流と呼ぶ
ことにする）を検出して制御装置５に入力するための計
器用電流変成器である。８はサイクロコンバータ３の出
力電流即ち発電電動機１の二次巻線電流を検出して制御
装置ｔ！５に入力するための二次電流検出器である。こ
の二次電流検出器８は直流を含む低周波数電流が流れる
ため、その様な電流に応答のできるものでなければなら
なく１例えばホールＣＴ等が使用される。９は発電電動
機の回転子の位置を検出する回転子位置検出器である。

１０は揚水時には発電電動機１で駆動されるポンプとし
て運転され、発電時には発電電動機１を駆動する水車と
して運転されるポンプ水車である。

次に、このシステムの概略の動作を説明する。

電力系統の周波数をｆｌとして発電電動機の回転子の回
転速度から決まる周波数をｆ＋ａとし、ｆｌ−ｆｍをｆ
ｌと呼ぶことにすると発電電動機の二次巻線をｆｌなる
周波数で励磁してやれば、発電電動機−次巻線には周波
数ｆ１の電圧が誘起され電力系統との同期が保たれて運
転が出来る。即ち、二次巻線からｆｌなる周波数で励磁
を与えることで、発電電動機は可変速で同期機として運
転することが出来る。

次に、第１図に示した可変速揚水発電システムの構成の
中に示された、制御装置５の従来例を第８図に示し、そ
の構成と動作を説明する。５−１はθ１検出回路で、計
器用電圧変器６で検出した発電電動機端子電圧信号ｖ１
を入力として、その瞬時位相信号θ１を検出するもので
あり、５−２はθ２検出回路であり、回転子位置検出器
９で検出した回転子位置信号θｍと信号θ１とより回転
子の位置（＝瞬時位置）と発電電動機端子電圧信号ｖｌ
どの瞬時位置差信号θ２を検出する。５−３はＩｄ２Ｉ
Ｑ２検出回路で、二次電流信号合８で検出した二次電流
信号１２と信号θ２より、座標変換演算により二次電流
を直角な二つの成分の直流信号に変換するもので、その
二つの直流信号をＩｑ２（主として有効電流に比例する
）とＩｄ２（主として無効電流に比例する）と呼ぶこと
にする。５−９は切換回路で上位の制御装置よりの信号
で、加算回路５−１０へ信号を切換えるものである。Ｖ
ｌｒは、上位の制御装置より与えられる発電電機端子電
圧の制御基準値で。

５−８は電圧制御回路で電圧信号ｖ１と制御基準値Ｖ１
ｒより直流の制御信号を発生する。切換回路５−９が電
圧制御側に切換っている時には電圧制御回路５−８の発
生する信号が、後述の無効電力の制御基準値Ｑｒの代わ
りに使用される。　５−１２は発電電動機端子電圧信号
ｖ１と発電電動機端子電流信号１１とから有効電力（Ｐ
）と無効電力（Ｑ）を直流信号として検出する有効無効
電力検出回路である。

５−１０は加算回路であり、５−１１は無効電力制御回
路である。Ｑｒは上位の制御装置より与えられる無効電
力の制御基準値で、有効無効電力検出回路５−１２で検
出した実際の無効電力信号Ｑと加算回路５−１０で偏差
が求められ無効電力制御回路５−１１に入力され、ここ
で主として無効電流に比例するＩｄ２をどのように制御
すべきかの演算が行われその制御基準値Ｉｄ２ｒを発生
する。５−１３は有効電力制御回路で、５−１５は回転
数制御回路である。Ｐｒは上位の制御装置より与えられ
る有効電力の制御基準値であり、これと有効無効電力検
出回路５−１２で検出した実際の有効電力信号Ｐとを有
効電力制御回路５−１３に入力しで、ここで回転数がど
うあるべきかを演算し回転数の制御基準値ωｒを発生す
る。５−１４は回転数検出回路で回転子位置信号θｍよ
り、回転子数に比例した直流信号ωｍを発生する。回転
数制御回路５−１５には回転数の制御基準値ωｒと回転
数信号ωｍが入力されて、主として有効電流比例するＩ
ｑ２の制御基準値Ｉ　ｑ２ｒを演算し出力する。

５−４．５−５は加算回路で、５−６はＩｄ２Ｉｑ２制
御回路である。加算回路５−４には前述の実際のＩｄ２
と制御基準値Ｉｄ２ｒが入力されその偏差が求められ、
これがＩｄ２Ｉｑ２制御回路５−６に入力される。加算
回路５−５には前述の実際のＩｑ２と制御基準値Ｉｑ２
ｒが入力されその偏差が求められ、これもＩｄ２Ｉｑ２
制御回路５−６に入力される。Ｉｄ２Ｉｑ２制御回路５
−６は前記二つの入力より現状からどのようにＩｄ２と
Ｉｑ２とを変化させるかを演算し、直流レベルの制御信
号を出力する。５−７は瞬時値制御信号発生回路で、　
Ｉｄ２Ｉｑ２制御回路５−６より来る直流レベルの制御
信号と発電電動機端子電圧信号ｖ１と瞬時位相差信号θ
２とを入力してサイクロコンバータ３の各相サイクロコ
ンバータ３ＡＵ、３ＡＶ、３Ａ＋１の瞬時値をどのよう
に制御するかの信号を発生する。

この信号を５ＧＳＣと呼ぶことにする。

この信号５ＧＳＣにてサイクロコンバータ３が制御され
て、発電電動機１の二次巻線に前述の周波数ｆ２なる交
流の励磁電流を供給することが出来る。

しかも、単に周波数ｆ２なる交流であるのみではなく、
回転子位置と一次電圧の位相関係を制御に取入れである
ので、−吹型圧との位相も制御された交流励磁が行われ
る。そして、主として、励磁量で発電電動機１の皮相電
流が制御され、励磁の位相で有効、無効電流の配分が制
御される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このようなシステムで発電電動機１を同期速
度で運転すると与えるべき励磁の周波数ｆ２はゼロ、即
ち直流になる。そして、非常に特殊な場合には、一つの
相の電流が実効値の１．４１倍になり、他の二つの相は
その１／２の逆向きの電流となり、これが継続すること
も有り得る。このような条件でも連続運転できるように
するには、サイクロコンバータの電流容量を非常に大き
なものにする必要があり、そこが電流容量の大きな箇所
であるため、不経済なものとなり、大容量のシステムは
どその影響が大きい。

このような不都合を解決する方法としては、予め定めた
すベリの範囲（本説明のｆ２の範囲）での運転を急速に
通過させてしまうものが出願公開（昭６２−８１９９８
）されている。しかし、す入り範囲が予め定めた範囲に
入ったから言っても、必ずしもサイクロンバータに無理
がかかる状態になっているとは限らない。

本発明の目的は、実際にサイクロコンバータに無理がか
かる状態になりかかっていることを検出して、それから
脱出する制御を行うことにより、サイクロコンバータま
たはそれと等価な機能を果たす可変電圧可変電圧可変周
波数発生波数発生装置を不必要に大容量化する必要のな
い可変速発電電動機の励磁装置を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 各相のサイクロコンバータの出゛力電流を検出し、それ
の予め設定した値との偏差を積分しその積分値が予め設
定した値を超過したことにより１発電電動機端子電圧の
制御基準値または無効電力の制御基準値あるいは有効電
力の制御基準値あるいは回転子速度の制御基準値を変化
させるべく制御基準値にバイアスを加えるものである。

（作　用） 制御基準値にバイアスを加えることにより制御基準値が
変化して、その制御基準値で制御される被制御量を変化
させるように、各相の励磁電流が変化し無理かかる状態
になりかかっているサイクロコンバータの電流を減少で
きる。どこに加えたバイアスがどのように作用するかは
、実施例の作用の項で詳細に述べる。

（実施例） 第１図は既に説明した本発明の適用される可変速揚水発
電システムの構成図である。第２図に本発明の特徴が集
約されている制御装置５の構成の一実施例を示す。これ
は、既に説明した第８図の制御装置５に本発明の機能を
なすための回路を追加したものであり、新しく追加した
回路について説明し既に説明した回路の説明は省略する
。

５−１６．５−１７．５−１８．５−１９は加算回路で
、加算回路５−１６は発電電動機端子電圧の制御基準値
ＶｌｒにバイアスＢｌを加えるために設けたもので、加
算回路５−１７は無効電力の制御基準値Ｑｒにバイアス
Ｂ２を加えるために設けたもので、加算回路５−１８は
有効電力の制御基準値ＰｒにバイアスＢ３を加えるため
に設けたもので、加算回路５−１９は回転子速度の制御
基準値ωｒにバイアスＢ４を加えるために設けたもので
ある。　５−ＺＯは偏差積分回路で、サイクロコンバー
タの出力電流である二次電流１２の各相の正負各々の電
流の設定値との偏差を積分する回路である。５−２１は
積分値超過検出回路で、偏差積分回路５−２０の出力が
設定値を越えたことを検出する回路である。以後説明の
便宜上、偏差積分回路５−２０と積分値超過検出回路５
−２１を合せて、二次電流状態検出部と呼ぶことにする
。５−２２はバイアス発生回路で、どの相のどの極性の
積分値超過検出回路５−２１が動作した時にも信号を発
生するオア回路と予めバイアスを設定する回路と前記オ
ア回路の信号で、その予め設定したバイアスを前述のバ
イアス加算箇所に接続する回路からなる。

第３図に、二次電流状態検出部の第１の実施例の内部の
詳細構成を示す。また第４図にバイアス発生回路５−２
２の内部詳細構成の一実施例を示す。

これらの図に於ける。機器や回路や信号の符号の付方を
説明しておく、相を特定したいものには。

符号の最後の文字を相を表す文字（Ｕ、Ｖ、Ｗまたはｕ
、ｖ、ｖ）とし、極性を特定したいものには、符号の最
後から２番目の文字をＰまたはＮ（Ｐ：正極側、Ｎ：負
極側）としている。

５−２０Ｃは偏差積分回路５−２０の積分基準値設定回
路であり、ポテンショメータ等で積分基準値を設定する
回路であり、その設定値出力をｌ２ｓｌと呼ぶことにす
る。この設定値ｌ２ｓｌは各相回路で共用する。　５−
２００は偏差積分口ｒａ１５−２０のＵ相比回路であり
、二次電流１２のＵ相分ｉ２ｕが入力電流信号である。

２０１ＰＵ、　２０１ＮＵは加算回路で、２０２ＰＵ、
　２０２ＮＵは積分回路で、その出力が０〜正の片極性
のものであり２０３Ｕは極性反転アンプでゲインは１倍
のものである。加算回路２０１ＰＵには二次電流１２の
Ｕ相分ｉ２ｕと設定値ｌ２ｓｌとが入力されその偏差が
求められ、それが積分回路２０２ＰＵに入力され積分さ
れる。

極性反転アンプ２０３Ｕには二次電流１２のＵ相分ｉ２
ｕが入力されその極性が反転される。その出力信号を１
２ｕｃと呼ぶことにする。この信号１２ｕｃが加算回路
２０１ＮＵと積分回路２０２ＮＵとで前記と同様に処理
される。５−２１Ｃはコンパレータ動作値設定回路で、
積分値超過検出回路５−２１を構成するコンパレータの
動作値をポテンショメータ等で設定するもので。

その設定値出力をｌ２ｔｌと呼ぶことにする。この設定
値ｌ２ｔｌは各相回路で共用する。　５−２１０は積分
値超過検出回路５−２１のＵ相比回路で、２１１ＰＵ、
　２１１Ｎ［Ｊはコンパレータである。コンパレータ２
１１ＰＵは前記Ｕ相用偏差積分回路５−２００の積分回
路２０２ＰＵの出力と前記設定値ｌ２ｔｌを入力して、
積分回路２０２ＰＩＪの出力が設定値ｌ２ｔｌを越えて
いる時動作して信号ｏｃｐｕを出力する。コンパレータ
２１１ＮＵは同様に精分回路２０２ＮＵの出力が設定値
ｌ２ｔｌを越えている時、動作して信号０ＣＮＵを出力
する。

以上　二次電流状態検出部のＵ相回路と共通回路の構成
について、詳細に説明したが、簡略表示されたＶ相とＷ
相については、最初に信号の符号の付方を説明してあり
、内部の構成は全くＵ相回路と同様で、入力電流の相が
異なるのみなので説明は割愛する。

次に、第４図に示した、バイアス発生回路５−２２につ
いてその構成を説明する。２２１０Ｒはオア回路で、前
述の積分値超過検出回路５−２１の全ての信号（ＯＣＰ
Ｕ、　０ＣＮＵ、　０ＣＰＶ、　０ＣＮＶ、　ＯＣＰす
、　ＯＣＮｗ）を入力し、そのいずれが来ても動作する
論理和回路である。このオア回路２２１０Ｒの出力を０
Ｃｏｎと呼ぶことにする。制御電源正極母線５−ＰＶと
制御電源負極母線５−ＮＶの間にポテンショメータ２２
２ＲＨの両端が接続され、その摺動子端子に所望の電圧
（但し、５−Ｐｖ〜５−ＮＶの範囲）を設定出来る。　
２２３Ｓ１はスイッチング回路で、信号０Ｃｏｎが出力
されている時のみ。

ボテシコンメータ２２２Ｒ）Ｉで設定した電圧を出力す
る。この出力をバイアスＢｎと呼ぶことにする。第２図
では、バイアスを加える箇所を全て示し、バイアス発生
回路５−２２からはそこに加えるべき全てのバイアス８
１〜Ｂ４が出力されるかのように図示しているが、必ず
しも全てが必要な訳ではない。また第４図に於いては、
バイアス発生回路５−２２からはバイアスａｎが一つだ
け出力される回路の例を示したが、複数個のバイアスを
使用する場合はバイアス発生回路５−２２にポテンショ
メータ２２２ＲＨとスイッチング回路２２３ＳＶの部分
を複数組設ければよい。

第５図に、二次電流状態検出部の第２の実施例の内部の
詳細構成をＵ相回路についてのみ示す。

また符号の付方は第３図に於けるものと同じであり、同
一符号のものは同一の機能のものである。

第１の実施例との相違点は、第１の実施例では各相客極
性に共通にしていた積分基準値設定回路５−２０Ｃとコ
ンパレータ動作値設定回路５−２１Ｃを取除き、代りに
それらを各相各極性毎に設け、かつそれらを可変形にし
たことと各相各極性毎の積分値超過検出回路の出力に遅
延復帰回路を設けたこである。

これらの変更点のみ説明する。

２１２ＰＵ、　２１２ＮＵは遅延復帰回路であり、入力
信号が来ると直ちに動作し、入力信号がなくなってから
も予め設定した時間の間は動作を継続している回路であ
る１例えば、器具としてはオフディレイタイマー等があ
る。遅延復帰回路２１２ＰＵの入力はコンパレータ２１
１ＰＵの動作信号ｏｃｐｕであり、遅延復帰回路２１２
ＰＵの動作信号をＯＣＭＰＵと呼ぶことにする。また、
遅延復帰回路２１２ＮＵの入力はコンパレータ２１１Ｎ
Ｕの動作信号０ＣＮＵであり、遅延復帰回路２１２ＮＵ
の動作信号をＯＣＭＮＵと呼ぶことにする。２０４ＰＵ
　、　２０４ＮＵは積分基準値可変形設定回路で、積分
基準値可変形設定回路２０４ＰＵは正極側の積分基準値
を加算回路２０１ＰＵに与えるもので、その積分基準値
は信号ＯＣＭＰＵで可変出来る。積分基準値可変設定回
路２０４ＮＵは負極側の積分基準値を加算回路２０１Ｎ
Ｕに与えるもので、その積分型値は信号ＯＣＭＮＵで可
変出来る。　２１３ＰＵ、　２１３ＮＵはコンパレータ
動作値可変形設定回路で、コンパレータ動作値可変設定
回路２１３ＰＵはコンパレータ２１１ＰＵ用の動作値設
定回路で、信号ＯＣＭＰＵで可変出来る。コンパレータ
動作値可変形設定回路２１３ＮＵはコンパレータ２１１
Ｎυ用の動作値設定回路で、信号ＯＣＭＮＵで可変出来
る。

以上、二次電流状態検出部の第２の実施例の内部の詳細
構成をＵ和回路について説明したが、当然Ｖ相、Ｗ和回
路も必要であるが、内部の構成は全くＵ和回路と同様で
、入力電流の相が異なるのみなので説明は割愛する。

次に、上記の可変形設定回路の二つの実施例を第６図と
第７図に示し、その構成を説明する。第６図の実施例は
２値選択式の可変形設定回路で、制御電源正極母線５−
ＰＶと５−ＮＶは制御電源負極母線５−ＮＶの間に、ポ
テンションメータ５０ＲＨ，５１ＲＨが接続しており、
ポテンションメータ５０ＲＨで通常時の設定を行い、ポ
テンションメータ５１ＲＨで変化分の設定を行う、　５
２ＳＷはスイッチング回路で、５３は加算回路である０
通常時は信号ＯＣＭＰＵ　（Ｐ、Ｕは極性と相により変
わるが例としたＰＵを使用）は来てなくスイッチング回
路５２Ｓｖははオフの状態にあり、加算回路５３の入力
はポテンションメータ５０ＲＨの設定値のみであり、こ
れがそのまま設定値５ＥＴｎとして出力される。信号Ｏ
ＣＭＰＵが来るとスイッチング回路５２Ｓ＋１がオンと
なりポテンションメータ５１ＲＨで設定した変化分が加
算されて設定値５ＥＴｎが変化出来る。

第７図の実施例は漸次復旧式の可変設定回路で、６０Ｒ
Ｈ，６１Ｒ１（はポテンションメータで、６２Ｓ１１は
切換回路で、６４ＳＶはスイッチング回路で、６５は加
算回路である。６３は積分回路であるが、可調上下限リ
ミッタ−付きで、そのリミッタ−はノーワインドアップ
タイプのものでなければならない、ノーワインドアップ
タイプのリミッタ−とは、積分回路出力がリミッタ−設
定値に到達するとその方向の積分動作を停止してしまい
、逆向きの入力があると直ぐにその方向に出力が変化し
始めるものである。ポテンションメータ６０ＲＨは通常
時の設定を行うためのものであり、ポテンションメータ
６１ＲＨは積分回路６３の入力を設定するためのもので
ある。

切換回路６３ＳＩｉｌは積分回路６３の入力を切換える
ためのものであり、信号ＯＣＭＰＵが来てない時に図示
のように切換えられている。積分回路６３は入力を積分
して、その出力をリミッタ−設定の範囲で入力の大きさ
で決まる一定の速度で変化させるためのものである。ス
イッチング回路６４５ｗは信号ＯＣＭＰＵが来てない時
にはオフで信号ＯＣＭＰＵが来ている時オンして、積分
回路６３の出力を加算回路６５に接続するためのもので
ある０通常時は信号ＯＣＭＰＵは来てなく加算回路６５
には、ポテンションメータ６０ＲＨで設定した通常時設
定値のみが接続されているので、その設定がそのまま設
定値５ＥＴｎとして出力される。この時、積分回路６３
の入力には制御電源負極母線５−ＮＶが接続され、積分
回路６３の出力は下限リミッタ−で設定した値（負）に
なっている、信号ＯＣＭＰＵが来ると、スイッチング回
路６４Ｓｖがオンして、上記積分回路出力がポテンショ
ンメータ６０ＲＨで設定した通常時設定値に加算されて
設定値５ＥＴｎが急減する。同時に積分回路６３の入力
はポテンションメータ６１ＲＨで設定した電圧（積分回
路６３の出力を正に向かわせる値）に切換わり、積分回
路６３の出力は増加（数学的表現）して来る。そして。

積分回路６３の上限リミッタ−をゼロに設定しておくと
設定値５ＥＴｎはポテンションメータ６１ＲＨの設定で
決まる一定速度で通常設定値に戻って来る。

システム全体の動作や従来の制御装置の動作は既に説明
したので、重要部分から説明を始める。

各相サイクロコンバータは、２組のサイリスタ変換器が
互いに逆方向に並列接続され、片方で正方向の電流（以
後、正変換器と呼ぶことにする）を流し、もう一方で負
方向の電流（以後、負変換器と呼ぶことにする）を流す
ことで交流電流を流すこができるように構成している。

従って、一つの相について考えると、大きな正方向の電
流を流している時には、負変換器には全熱電流が流れて
いない、但し、サイクロコンバータの方式によっては常
時循環電流を流しておくものもあり、その場合には循環
電流分の僅かな電流が流れている。

次に、その許容電流について、数式的に考えてみる。一
定電圧、一定周波数の交流で運転されているときの実効
値をＩ　２ｒｍｓとすると、その尖頭値は１．４１Ｘ　
Ｉ　２ｒｖｓ（以後、Ｉ　２ｐｋと呼ぶことにする）、
平均値は０，９Ｘ　Ｉ　２ｒｍｓ（以後、Ｉ　２ｍｅａ
と呼ぶことにする）となる、更に、正変換器と負変換器
の各々の平均電流は半周期しか通電しないので、Ｉ　２
ｍｅａの約半分である。そして、半導体電力素子の温度
は、冷却システムにもよるが、電流の時間積分に大略比
例して上昇する６しかし、どこまでも上昇する訳ではな
く最終的には、大略平均電流で決まる値に落着く、素子
構造に影響するような過電流は別として、半導体電力素
子にとって大切なのは、電流そのものよりも素子内部の
温度である。

従って、サイクロコンバータは直流又は、それに近い超
低周波数では、許容電流が交流運転している場合に比較
して非常に小さくなる。従って、二次電流状態検出部は
、各相毎に、かつ正負毎に二次電流を監視しなければ、
サイクロコンバータ３を構成する全ての変換器の過電流
を監視することは出来ない。

第３図に示した第１の実施例のＵ相用回路についてその
作用を説明する。積分基準値設定回路５−２０Ｇで設定
された設定値Ｉ　２ｓｌと二次電流ｉ２ｕとの偏差が加
算回路２０１ＰＵにて求められる。その偏差が、二次電
流１２ｕ）設定値Ｉ　２ｓｌであれば積分回路２０２Ｐ
Ｕはその偏差を積分して、出力が増加して行く、偏差が
逆の場合は、もしそれまでに積分回路２０２ＰＵの出力
が増加していても、それが減少して行くが、積分回路２
０２ＰＵの下限はゼロＶ故、それ以下にはならない。実
際の運転に於いては、二次電流ｉ２ｕと設定値ｌ２ｓｌ
との偏差により積分回路２０２ＰＵの出力は変化してい
る。そして、二次電流１２ｕ）設定値Ｉ　２ｓｌの関係
が長く継続すると積分回路２０２ＰＵの出力は、コンパ
レータ動作値設定回路５−２ＩＣで設定した設定値ｌ２
ｔ１以上となりコンパレータ２１１ＰＵが動作し、信号
ｏｃｐｕを出力する。この部分で、二次電流ｉ２ｕの正
方向電流と設定値Ｉ　２ｓｌとの偏差の積分値がその設
定値ｌ２ｔ１以上に成ったことを検出する。一方、極性
反転アンプ２０３Ｕで二次電流ｉ２ｕの極性を反転した
信号１２ｕｃが、加算回路２０１ＮＵ、積分回路２０２
ＮＵ及びコンパレータ２１１ＮＵとで前記と全く同様に
処理される。従って、この部分では、二次電流ｉ２ｕの
負方向電流と設定値Ｉ　２ｓｌとの偏差の積分値がその
設定値ｌ２ｔ１以上に成ったことを検出し、信号０ＣＮ
Ｕを出力する。

以上、第１の実施例のＵ相用回路の作用について詳細に
説明してきたが、他の相についても、監視している相が
異なるのみ、作用は全く同様である。この作用は、積分
基準値よりの偏差を積分しその積分値が設定値を超過し
ているかどうかを検出しているため、積分基準値と積分
値超過設定値を適切に設定することで、サイクロコンバ
ータを構成する各相の正、負変換器が許容限界に近すい
た状態をほぼ正確に検出できる。例えば、積分基準値を
最大周波数の定格電流で運転している場合の各変換器の
平均電流に、積分値超過設定値を、許容温度限界に到達
する積分値の１７２程度に設定しておけば、時間的余裕
を持って各変換器の過電流状態を検出できる。

次に、第４図に示したバイアス発生回路５−２２の一実
施例の作用については、既に構成のところで。

格構成要素の説明と合わせ説明しているので、再度の説
明は割愛する。

次に、第５図に示した二次電流状態検出部の第２の実施
例については、その回路の作用はその構成の所で合せて
説明しているので、ここではこのように構成した作用目
的を説明する。第２の実施例では、一度いずれかの変換
器の過電流状態を検出すると、その変換器に対応する積
分基準設定値や積分値超過設定値を遅延復帰回路２１２
００（ロ二極性記号、０：相記号）が復帰するまで、よ
り小さい過電流状態で検出するように変更しておくこと
ができる。そのため−変通電流状態を経験した変換器は
、遅延復帰回路２１２０○が復帰するまで、より小さい
過電流状態を検出することができる。

この第２の実施例で使用される設定値可変形設定回路の
二つの実施例（第６図、第７図）の作用は、既に各構成
要素の説明と合せて説明しているので、再度の説明は割
愛する。

次に、どのバイアスを使用するとどのような作用と効果
があるかについて説明する。

■　発電電動機端子電圧の制御基準値にバイアス（Ｂ１
）を加えると、勿論これは実施例の構成では電圧制御が
選択されてないと意味がないが、そのバイアスＢ１は電
圧を下げる方向のものでなければならなく、バイアスＢ
１の印加により電圧を下げる即ち無効電力を減少させる
制御が行われる。そのためＩｄ２を減少させる制御が行
われ、Ｉ（１２の方はほとんど変化しない。その結果１
発電電動機端子の有効電力と回転速度は殆ど変化せず、
励磁量が減少するとともにその位相が変化する。ちょう
ど同期速度で運転されていて、直流励磁の場合の位相変
化とは三相の二次電流の分担が変化することである。電
力系統２の条件によりどの程度電圧を下げても良いかは
非常に難しい問題であるが、これが適切に選択にできれ
ば、発電電動機端子の有効電力と回転速度は殆ど変化せ
ずに、サイクロコンバータ３内の過電流状態になってい
る変換器の電流を大幅に減少できる。

■　発電電動機端子の無効電力の制御基準値にバイアス
（Ｂ２）を加えると、勿論これは実施例の構成では無効
電力制御が選択されてないと意味がないが、そのバイア
スＢ２は無効電力を減少させる方向のもでなければなら
なく、バイアスＢ２の印加により無効電力を減少させる
制御が行われる。そのためＩｄ２を減少させる制御が行
われ、工９２の方は殆ど変化しない。その結果、発電電
動機端子の有効電力と回転速度は殆ど変化せず、励磁量
が減少するとともにその位置が変化する。電力系統２の
条件によりどの程度無効電力を減少しても良いかは非常
に難しい問題であるが、これが適切に選択ができれば、
発電電動機端子の有効電力と回転速度は殆ど変化せずに
、サイクロコンバータ３内の過電流状態になっている変
換器の電流を大幅に減少できる。

■　発電電動機端子の有効電力の制御基準値にバイアス
（Ｂ３）を加えると、そのバイアスＢ３は有効電力を減
少する方向でも増加する方向でも良く。

バイアスＢ３の印加により有効電力を変化すべく。

有効電力制御回路５−１３が回転数の制御基準値ωｒを
変化し１回転数制御回路５−１５でＩＣｌ３の制御基準
値Ｉｑ２ｒ栓演算され、その結果Ｉｄ２Ｉｑ２制御回路
５−３によりＩｑ２が制御され、発電電動機端子の有効
電力と回転速度が変化する０回転速度が変化すれば、当
然二次巻線に与える電流の周波数ｆ２が変化するので、
サイクロコンバータ３内の過電流状態になっていた変換
器の電流は減少する。系統側からの要求としては、電力
の変化はあまり好まれないことではあるが、電力系統の
特性や条件にあまり依存せずポンプ水車や有効電力制御
回路５−１３や回転数制御回路５−１５の特性からバイ
アスＢ３を決めることが出来、電圧や無効電力の安全な
変化幅よりは決定が容易である。

（イ）回転数の制御基準値にバイアス（Ｂ４）を加える
と、バイアスＢ４は回転数を減少する方向でも増加する
方向でも良く、バイアスＢ３の印加により回転数の制御
基準値ωｒが変化し、回転数制御回路５−１５でＩｑ２
の基準値Ｉｑ２ｒが演算され、その結果Ｉｄ２Ｉｑ２制
御回路５−３によりＩｑ２が制御され、発電電動機端子
の有効電力と回転速度が変化する。回転速度が変化すれ
ば、当然二次巻線に与える電流の周波数ｆ２が変化する
ので、サイクロコンバータ３内の過電流状態になってい
た変換器の電流は減少する。系統側からの要求としては
、電力の変化はあまり好まれないことではあるが、電力
系統の特性や条件にあまり依存せずポンプ水車や回転数
制御回路５−１５の特性からバイアスＢ４を決めること
が出来、電圧や無効電力の安全な変化幅よりは決定が容
易である。

■　バイアスＢ１またはバイアスＢ２とバイアスＢ３を
印加すると、バイアスＢ１またはバイアスＢ２はそれの
みにて、サイクロコンバータ３内の過電流状態になって
いた変換器の電流を減少する必要はなく、バイアスＢ３
による前述の作用との両方でサイクロコンバータ３内の
過電流状態になっていた変換器の電流を減少するのでバ
イアスＢ１またはバイアスＢ２は比較的安全な範囲に選
択でき、一方バイアスＢ３もバイアスＢｌまたはバイア
スＢ２の効果を考慮して小さく、即ち発電電動機端子の
有効電力と回転速度の変化を少なくするように決めるこ
とが出来る。

（０バイアスＢ１またはバイアスＢ２とバイアスＢ４を
印加すると、バイアスＢ１またはバイアスＢ２はそれの
みにて、サイクロコンバータ３内の過電流状態になって
いた変換器の電流を減少する必要はなく、バイアスＢ４
による前述の作用との両方でサイクロコンバータ３内の
過電流状態になっていた変換器の電流を減少するのでバ
イアスＢ１またはバイアスＢ２は比較的安全な範囲に選
択でき、一方バイアスＢ４もバイアスＢ１またはバイア
スＢ２の効果を考慮して小さく、即ち発電電動機端子の
有効電力と回転速度の変化を少なくするように決めるこ
とが出来る。バイアス印加により過電流状態になってい
た変換器の電流が積分基準値以下となり積分値が積分超
過検出回路の設定以下になるとバイアス発生回路５−２
２がバイアスを切離して、通常の運転に戻る。通常運転
に戻るとまた比較的短時間で過電流状態が再度発生する
可能性もあるが、そのような可能性があっても、出来る
だけ電力系統からの要求に従って運転したい場合は第１
の実施例の二次電流状態検出部を採用すればよく、−変
通電流状態を経験したら、サイクロコンバータをより小
さい過電流状態で保護しようとする場合は第２の実施例
の二次電流状態検出部を採用すればよい。

サイクロコンバータ３を構成する各々の変換器の過渡的
な実際の温度上昇に近い方法で過電流状態を検出して、
それを回避する制御をしているため、確実にサイクロコ
ンバータ３を保護できる。

以上説明した実施例では、バイアスがステップ的に印加
され、又ステップ的に除外されるが、このシステムの制
御装置の応答が速いため、そのバイアスによって変化す
る諸量のうち回転速度以外は、はぼステップ的に変化す
る。その方が、二次電流の変化を速くするためには好ま
しいが、電力系統にステップ的な外乱を与えると言う点
からは、好ましくない。これを避けるには、バイアスを
印加する時には設定値まで徐々に増加し、除外する時に
は、設定値か培に徐々ゼロまで減衰させれば良い。その
ためには、例えば、バイアス発生回路５−２２とバイア
ス加算点の間に、−次遅回路を追加すれば良い。

以上説明した実施例では、発電電動機端子電圧の制御基
準値や無効電力の制御基準値や有効電力の制御基準値を
上位の制御装置より入力するものとしたが、それらの全
てまたは一部を実施例の制御装置５に内蔵してもよい。

また、以上説明した実施例では制御基準値へのバイアス
の印加を制御装置５の中で行っているが。

上位の制御装置で行いその結果を制御装置５に入力して
もよい。

また、以上説明した実施例では、発電電動機端子電圧の
制御と発電電動機端子の無効電力の制御が切換えて選択
できるものであるが、いずれかの制御しかできないもの
であってもよい。

また、以上説明した実施例では、可変電圧可変周波数発
生装置としてサイクロコンバータを使用しているが、そ
れは、電圧と周波数と位相の制御出来る装置であれば、
サイクロコンバータに限るものではなく、例えばＣＴＯ
（ゲートターンオフサイリスタ）インバータ等であって
もよい。

また、以上説明した実施例では、可変速揚水発電システ
ムに適用した例であったが、純発電システムにも適用で
きる。その場合、発電電動機が発電機としてのみ運転さ
れ電動機として運転されるチャンスがないだけである。

また、以上説明した実施例では、可変速揚水発電システ
ムに適用した例であったが１例えば、水道システムのポ
ンプの運転等、他の可変速運転の望まれる電動機システ
ムにも適用できる。その場合１発電電動機が電動機とし
てのみ運転され発電機として運転されるチャンスがない
だけである。

また、以上説明した二次電流状態検出部の第２の実施例
では、設定値の変更を各相極性別々に行っているが、い
ずれかの相及び極性で過電流状態が発生すれば、設定値
の変更を各相客極性共通に変更してもよい、その場合は
、過保護と言えないこともないが、回路構成が簡単にで
きる０例えば。

第３図に示した。積分基準値設定回路５−２０Ｇとコン
パレータ動作設定回路５−２１Ｇのいずれか又は両方を
第６図又は第７図に示した可変形に変更し、バイアス発
生回路のオア回路２２１０Ｒの出力に遅延復帰回路を設
け、その遅延復帰回路の動作信号で設定値を変更するよ
うに構成することで実現でき、多数の可変形設定回路や
遅延復帰回路を省略できる。

また、以上説明した実施例では、各々の機能を行う回路
を組合わせて、全体の機能を実行させているが、実施例
の制御装置５の機能は入力用のアナログ／ディジタル変
換器と電子計算機によりソフト化出来ることは明白であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可変電圧可変周波数発生装置の過電流
状態を、それを構成する各々の半導体電力素子の過渡的
に実際の温度上昇に近い方法で検出してそれを回避する
制御を行っているので、不必要に可変電圧可変周波数発
生装置の電流容量を大きくする必要がなく、経済的な励
磁装置を提供できる。また、可変電圧可変周波数発生装
置が同じ電流容量を持つ場合には、過電流状態になる可
能性の高い周波数領域を速く通過させてしまう等の間接
的に過電流状態を予想してそれを回避する方法に比較し
て、本発明はより直接的に過電流状態を検出しているの
で、過電流状態になる可能性の高い周波数領域でも１条
件によっては、長時間の運転も可能となり、より好まし
い運転が可能な励磁装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した可変速揚水発電システムの構
成例、第２図は制御装置の一実施例の構成図、第３図は
過電流検出部の第１の実施例の詳−細な構成図、第４図
はバイアス発生回路の一実施例の構成図、第５図は過電
流検出部の第２の実施例の詳細な構成図、第６図は設定
値可変形設定回路の一実施例の構成図、第７図は設定値
可変形設定回路の他の実施例の構成図で、第８図は従来
の制御装置の構成図である。 １・・・発電電動機　　　　　　２・・・電力系統３・
・・サイクロコンバータ　　４・・・変圧器５・・・制
御装置　　　　　　　６・・・計器用電圧変成器７・・
・計器用電流変成器　　　８・・・二次電流検出器９・
・・回転子位置検出器　　　１０・・・ポンプ水車５−
１・・・θ１検出器　　　　　　５−２・・・θ２検出
器５−３・・・Ｉｄ２Ｉｑ２検出回路 ５−４．５−５．５−１０．５−１６．５−１７．５−
１８．５−１９・・・加算回路５−７・・・瞬時値制御
信号発生回路 ５−８・・・電圧制御回路　　　　５−９・・・切換器
５−１１・・・無効電力制御回路　　５−１２・・・有
効無電力検出回路５−１３・・・有効動電力制御回路　
５−１４・・・回転数検出回路５−１５・・・回転数制
御回路　　　５−２０・・・偏差積分回路５−２１・・
・積分値超過検出回路　５−２２・・・バイアス発生回
路５−２００・・・偏差積分回路の０相用回路５−２０
０・・・積分値超過検出回路０相用回路５−２０Ｃ・・
・積分基準値設定回路 ５−２１Ｃ・・・コンパレータ動作値設定回路２０１０
０・・・加算回路　　　　２０２００・・・積分回路２
０３０・・・極性反転アンプ　　２１１００・・・コン
パレータ５−ｐｖ・・・制御電源正極器ｌｉｔ　　　５
−ＮＶ・・・制御電源負極母線２２１０Ｒ・・・オア回
路　　　　　２２２ＲＨ・・・ポテンションメータ６２
ＳＶ、２２３ＳＶ・・・スイッチング回路２０４００・
・・積分基準値可変形設定回路２１３００・・・コンパ
レータ動作値可変形設定回路２１２００・・・遅延復帰
回路　　６２ＳＷ・・・切換回路５０ＲＨ，５１ＲＨ，
５０ＲＨ，６１ＲＨ・・・ポテンションメータ５３．６
５・・・加算回路　　　　　６３・・・積分回路面、口
には極性を表すＰ（正極）又はＮ（負極）が入り。 ０には相を表すＵ、Ｖ又はＷが入る。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 第１図 第３図 第４図 二）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−第６
図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一次巻線と二次巻線とを有する誘導機である発電
   電動機の一次巻線を電力系統に接続し、二次巻線に回転
   子速度と電力系統の周波数とで決まる交流励磁を与えて
   可変速度運転する発電電動機の励磁装置に於いて、発電
   電動機の二次巻線に交流電流を供給する可変電圧可変周
   波数発生装置と交流電源より前記可変電圧可変周波数発
   生装置に電源を供給する変圧器と発電電動機端子電圧を
   検出する計器用電圧変成器と発電電動機端子電流を検出
   する計器用電流変成器と発電電動機の二次巻線の電流を
   検出する二次電流検出器と発電電動機の回転子に機械的
   に結合され発電電動機の回転子位置を検出する回転子位
   置検出器とを具備し、計器用電圧変成器の出力と計器用
   電流変成器の出力と二次電流検出器の出力と回転子位置
   検出器の出力と上位の制御装置より発電電動機端子電圧
   の制御基準値と発電電動機端子の無効電力の制御基準値
   と発電電動機端子の有効電力の制御基準値と発電電動機
   端子電圧制御をするか発電電動機端子の無効電力制御を
   するかの選択信号とを入力として、前記可能変電圧可変
   周波数発生装置を制御する制御手段を具備し、その制御
   手段には発電電動機の回転数の制御基準値を発生する手
   段を具備し、前記二次電流検出器で検出された各相の二
   次電流の正負各々と予め設定した積分基準値との偏差を
   積分する積分手段とその積分手段の出力が予め設定した
   値に到達したことを検出して動作する積分値超過検出手
   段とを設け、その積分超過検出手段の動作にて、発電電
   動機端子電圧または発電電動機端子の無効電力を減少さ
   せる、あるいは発電電動機端子の有効電力を変化させる
   ように、あるいは回転子速度を変化させるように、それ
   らの制御基準値のいずれか一つにバイアスを加えて、あ
   るいは組合わせ可能な複数個の制御基準値の各々に適切
   なバイアスを加えるのと等価な処理をして、それらのバ
   イアスを加えられた制御基準値にて制御される被制御量
   を変化させるように、二次巻線の電流を変化させ、二次
   巻線の過電流状態の相の過電流状態を解除させるように
   したことを特徴とする可変速発電電動機の励磁装置。
2. （２）請求項（１）の励磁装置に於いて、積分値超過検
   出手段が動作したことを、各相正負各々別個に予め設定
   してある時間の間記憶させる手段と、予め設定していた
   積分基準値と予め設定していた積分値超過検出手段の動
   作設定値とのいずれか一方または両方を可変する手段を
   各相正負各々別個に設け、前記記憶手段が復帰するまで
   は、積分値超過検出手段の動作した相および極性の積分
   値超過検出手段が動作し易い方向に可変手段を持つ設定
   値を変更しておくか、または一旦変更した後、漸次子め
   設定していた設定値に戻すようにし、一度過電流状態を
   経験した箇所は前記記憶手段が復帰するまでは、より少
   ない過電流状態でその過電流状態を解除させる制御を行
   うようにしたことを特徴とする可変速発電電動機の励磁
   装置。
3. （３）請求項（１）の励磁装置に於いて、いずれかの相
   あるいは極性に対応する積分値超過検出手段が動作した
   ことを、予め設定してある時間の間記憶させる手段と、
   予め設定していた積分基準値と予め設定していた積分値
   超過検出手段の動作定値とのいずれか一方または両方を
   可変する手段を設け、前記記憶手段が復帰するまでは、
   積分値超過検出手段が動作し易い方向に可変手段を持つ
   設定値を変更しておくか、または一旦変更した後、漸次
   子め設定していた設定値に戻すようにし、一度過電流状
   態をいずれかの相あるいは極性で経験したら、前記記憶
   手段が復帰するまでは、いずれの相および極性もより少
   ない過電流状態でその過電流状態を解除させる制御を行
   うようにしたことを特徴とする可変速発電電動機の励磁
   装置。