JPH0660773U - 電動サ−ボモ−タ方式電気調速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水車発電機の速度・流量を調節するガイドベ
ーンの作動および危急閉鎖機構を電動化する。電動化に
より機器構成の簡素化とメンテナンスフリ−と信頼性を
達成する。 【構成】 水車発電機の速度・流量を調節するガイドベ
ーンに、直接に内接式遊星歯車機構と等速度内歯車機構
とを組み合わせた減速機を接続し、これに速度の電子制
御回路を設けたＡＣサーボモ−タを接続し、この危急閉
鎖機構として前記ＡＣサーボモータにＤＣモ−タ−とク
ラッチブレーキ機構を備えた構成である。ＡＣサーボモ
ータの速度制御は発電機の周波数を検出する周波数検出
回路と電子式の速度設定器に接続したＰＩＤ調整器と負
荷設定器を接続した負荷制限器からなる制御部に接続し
た前記電動サーボモータに速度指令と開トルク制限信号
と閉トルク制限信号を指示するモ−タ速度調整部を備え
ている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水車発電機の速度・流量を調節するガイドベーンに減速機と電動サ ーボモータを連結した電動サーボモータ方式電気調速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、水車・発電機の速度・流量を調節するガイドベーンの操作は、圧油方式 （油圧サ−ボモ−タ方式）により行なっている。 圧油方式は、圧油槽で空気を蓄積して、停電時でもガイドベーンを閉鎖して水車 を停止することができる信頼性がある。

【０００３】 しかし圧油方式は、圧油槽などの圧油装置・配圧弁・配管・操作部（アクチュ エ−タ−）などの複雑な機器構成であるため、その設備費と保守管理に技術と人 手を要するという面がある。

【０００４】 このような事情で、水車発電機の速度・流量を調節するガイドベーン操作を、 よりメンテナンスフリーに、かつ遠隔操作ができるような要請が生じている。

【０００５】 そこで、前記要請に応ずるように、水車周辺補機の電動化（オイルレス化）に より、機器構成の簡素化とメンテナンスフリ−が企図されている。 電動化は、油を使用しないので油漏出による環境汚染問題がなく、圧油装置・配 管・制御機器などの設備のいる圧油方式に比較して簡素な構成になる利点がある 。 もとより電動化は、停電時にもガイドベ−ン閉鎖などが確実に実行できる信頼性 を維持した上で変更されなければならない。

【０００６】 さて、この電動化の一例として、図７の従来装置例に示すように電子直流電動機 に減速機を接続しこれにボ−ルねじを接続して調速を行なう機構が開発されてい る。 ボールねじは、回転運動を直線運動に変換するもので、ねじ軸とナットとの間 にボール（鋼球）を入れ、ねじの回転によってボールが転がる構成である。 ボールねじ軸と電動機軸は、減速機＝平歯車２段で結合している。 また、電動サーボモータを採用した場合のバックアップ危急閉鎖装置としては、 図７のようなエアモーターによるガイドベーン閉鎖方式、重鎮によるガイドベー ン又は入口弁閉鎖方式がある。

【考案が解決しようとする課題】

ところが、前記従来の電動化の例では、ボ−ルねじと減速機と電動機の連結が あり、機構的に複雑性があり、より簡易な構成の電動化及び危急閉鎖機構の要請 がある。

【課題を解決するための手段】

本考案は、ガイドベーンに減速機を接続しこの減速機に回転制御されたサーボ モータを直結して、構成の簡易化と信頼性を向上させたものである。 ここに本考案は、水車発電機の速度・流量を調節するガイドベーンに減速機と 電動サ−ボモータを連結した電動サーボモータ方式電気調速機であって、ＡＣサ ーボモータ＝電動サーボモ−タに、原理的にはトロコイド系曲線歯形を持つ１枚 、もしくは２枚歯数差の内接式遊星歯車機構と円弧歯形を持つ等速度内歯車機構 との二つの機構を組み合わせた減速機を直結するとともに、前記電動サーボモー タにはＤＣモ−タ−とクラッチブレーキ機構を備えた危急閉鎖機構を設けたこと を特徴とする電動サ−ボモ−タ方式電気調速機である。 前記電動タ−ボモ−タを制御する指令を出すために、発電機の周波数を検出す る周波数検出回路と電子式の速度設定器に接続したＰＩＤ調整器と負荷設定器を 接続した電子回路方式の負荷制限器からなる制御部に接続して前記電動サーボモ ータへ速度指令と開トルク制限信号と閉トルク制限信号を指示するモ−タ速度調 整部を備えた電源ユニットを設けている。

【０００７】 本考案に係る電動サ−ボモ−タ方式電気調速機の電子制御部は次の特徴がある 。電動サ−ボモ−タ方式電気調速機の制御方式は、ＰＩＤ制御方式で安定性と速 応性に優れている。 周波数検出方式は、ＳＳＧ方式（スピード、シグナル、ゼネレ−タ−）を使用し ているが、従来のＰＭＧ方式・ＰＴ方式にも対応できる。 また速度設定器（６５Ｅ）及び負荷設定器（７７ＥＭ）が電子式（静止型）で摩 耗部がなく、昇降速度の調整が幅広くでき、リミットスイッチの制定も容易であ る。 モータ−速度調整部では、ガイドベ−ンの開速度及び閉速度が調節できる。 またガイドベ−ンの各作動位置の駆動トルクが設定できる。

【０００８】 駆動部には次の特徴がある。 電動サ−ボモ−タでオイルレス化を図っており、また独立した危急閉鎖機構を設 けて信頼性を保証している。 ガイドベーンに直結する減速機は、原理的にはトロコイド系曲線歯形を持つ１ 枚、もしくは２枚歯数差の内接式遊星歯車機構と円弧歯形を持つ等速度内歯車機 構との二つの機構を組み合わせたものであり、大減速比ができ、かつスム−スな 運転ができるものとなっている。 危急閉鎖機構は、前記ＡＣサーボモータに、ＤＣモ−タ−とクラッチブレーキ 機構を別途設けて、緊急停止を補償している。

【０００９】

【実施例】

次に本考に係る電動サ−ボモ−タ方式電気調速機の実施例について説明する。 図面は、本考に係る電動サ−ボモ−タ方式電気調速機の一実施例を示すもので ある。

【００１０】 図１は、調速機全体のブロック図、図２は、調速機の一部電子ブロック図であ る。 図３は、電動サ−ボモ−タの側面図、図４は、減速機の構造模型図、図５は減速 機の構造図、図６は、遠隔操作のパネル図である。 電動サ−ボモ−タ方式電気調速機の概略の構成は、次の駆動部と電子制御部と から構成される。

【００１１】 駆動部 水車発電機１の速度・流量を調節するガイドベーン２に、減速機３１とＡＣサ ーボモ−タ３２からなる電動サ−ボモ−タ３を接続している。 前記電動サーボモータ３にはＤＣバッテリ−・ＤＣモ−タとクラッチブレーキ 機構を備えた危急閉鎖機構４を設けている。 減速機３１は、図５のように、原理的にはトロコイド系曲線歯形を持つ１枚、 もしくは２枚歯数差の内接式遊星歯車機構と円弧歯形を持つ等速度内歯車機構と の二つの機構を組み合わせたものである。 この減速機３１を用いることにより開閉の制御指示が精密になる。 図６に示す減速機の構造図は、高速軸から低速軸へ２段に減速する例を示すもの である。

【００１２】 電子制御部 水車発電機１の速度・流量を調節するガイドベーン２を適正に開閉する制御は 、オイルレス化にともない電子制御化している。 電子制御部は、発電機の周波数を検出する周波数検出回路１０と電子式の速度設 定器１１に接続したＰＩＤ調整器１２と負荷設定器１３を接続した負荷制限器１ ４からなる調速制御部と、これに接続して前記ＡＣサーボモータ３２に速度指令 と開トルク制限信号と閉トルク制限信号を指示するモ−タ速度調整部１５とから なる。モ−タ速度調整部１５は、電源ユニット１６に備えられる。 各構成回路について説明すると、

【００１３】 調 速 １− 水車・発電機１の周波数検出回路１０ 周波数検出回路へは、発電機ＰＴ（及びＰＭＧ）の５０Ｈｚの周波数が入る。 又はＳＳＧ（回転歯車と電磁ピックアップの組み合わせ）からの１０００Ｈｚ が入る。 周波数検出ではこれらの周波数信号を０〜５Ｖの速度信号と、±０，５Ｖ／ Ｈｚの周波数検出信号との２つの信号を作り出す。 周波数検出信号は（不感帯なし）Σ１で速度設定器（６５ＥＭ）１１からの速 度指令と比較演算し、±の偏差信号を作る。 この偏差信号は速度指令より周波数信号が高いと下げの信号、また低いと上げ の信号を出力する。 １− ＰＩＤ調整器１２ ±の偏差は、ＰＩＤ調整器１２に入る。Ｐは増幅（比例）、Ｉは積分器、Ｄは 微分要素で、水車の水量制御による回転の安定に最も適した感度と時定数を決 定する。 この時Ｐ・Ｉ・Ｄの出力信号は、ガイドベ−ン２の開度を決める開度設定信号 （レベル）になる。 この信号は後述の負荷制限器１４を通過してΣ２で７４レタ−ン（ガイドベ− ン開度）と比較する。 ここで７４レタ−ンの信号のレベルが低いときは、上げの偏差信号を、高いと きは下げの偏差信号を出力し、次のモ−タ速度調整部１５へ送る。 １− モ−タ−速度調整部（開速度調整 閉速度調整）１５ 開速度調整と閉速度調整の二つは、Σ２からの偏差信号（ＧＯＶ）を受けて、 その極性＋−及び偏差値により、開速度と閉速度を決定する。 開速度と閉速度の夫々の最高値は調整器１２により設定できる。 この速度信号（ＶＣ）は次のモ−タ−アンプ１７に入り、モーターアンプ１７ は、速度信号に従って、駆動部であるＡＣサ−ボモ−タ３２、減速機３１を通 じて、ガイドベ−ン２を開閉する。 その結果ガイドベ−ン２の開閉速度はこのモ−タ−速度信号により決められる 。 １− 速度検出及び開度検出 この回路は、ガイドベ−ン２が急閉鎖する際の鉄管の水圧上昇を防ぐために低 開度からの閉塞速度を緩めることができるもので、速度を緩める開度点と減速 割合が調整できる。 この回路の使用、不使用は任意にできる。 １− ７４リミットスイッチ 電子回路によるリミットスイッチ７４ｈａ，７４ｍａ，７４ｌｂの３点が用意 してあり、ガイドベ−ン機構の全開及び全閉部に装着してある機械式リミット の外に補助的なリミットスイッチとして使用する。 １− 絶縁アンプ，ゼロ調整，スパン調整 ガイドベ−ン２からの開度（７４）信号（０〜１０Ｖまたは４〜２０ｍＡ）は 、絶縁アンプで絶縁されて入力する。 ゼロ調整で開度の全閉位置，スパン調整で全開位置の補正をする。

【００１４】 水車の起動 ２− 負荷制限器１４ 負荷制限器１４は、電子的な構造の制限器で、入力は６５系からのものと、８ ６系、及び負荷設定器（７７ＥＭ）１３からの７７系の３つがあり、夫々のう ちレベルの最も低いものが負荷制限器１４の出力となる。 水車１の起動時には６５系は上げの信号を出す。速度設定器（６５ＥＭ）１１ の設定レベルより周波数レベルが低いので、負荷設定器（７７ＥＭ）１３は起 動時には低いレベルにあるために、負荷設定器（７７ＥＭ）１３の設定値が負 荷制限器１４の出力となる。 一般的には水車１の起動には負荷設定器（７７ＥＭ）１３の設定を初めに起動 開度に設定し水車１を起動させる。 ２− 負荷設定器（７７ＥＭ）１３ 負荷設定器（７７ＥＭ）１３は電子式でＵＰ，ＤＯＷＮカウンタ−とＤ／Ａ（ デジタル，アナログ）変換器の組み合わせで構成されている。 外部のシ−ケンス接点７７Ｒ，７７Ｌが動作すると，フォトカプラ−（光結合 ）を通じてカウンタ−が、ＵＰまたはＤＯＷＮする。 カウンタ−（ＭＡＸ＝１０２４カウント）は、Ｄ／Ａ変換器により、０〜１０ Ｖのアナログ出力信号を作る。 負荷設定器（７７ＥＭ）１３の出力（０〜１０Ｖ）には４つの電子式リミット スイッチがついていて（７７ｈａ，７７ｍａ，７７ｍｂ，７７ｌｂの無電圧接 点）、これらのリミットスイッチとシ−ケンス接点７７Ｒ，７７Ｌを組合わせ て，水車起動時の起動開度，無負荷開度，全負荷開度を決定する。 調整により、負荷設定器（７７ＥＭ）１３の上げ、下げ速度を変えることがで きる。

【００１５】 発電機並列時の負荷調整 ３− 速度設定器（６５ＥＭ）１１による負荷調整 発電機１が並列したら、負荷設定器（７７ＥＭ）１３を上限（７７ｈａ）まで 上げる。 次に速度設定器（６５ＥＭ）１１を徐々に上げて負荷をとる。 ３− 速度垂下率 ガイドベ−ン開度からの（７４レタ−ン）フィ−ドバック信号を速度垂下率調 整によりΣ１に抑制信号として加え、０〜６％の速度垂下率をもたせている。 ３− 負荷設定器（７７ＥＭ）１３による負荷制限器１４ 発電機１が並列したら、速度設定器（６５ＥＭ）１１を速度垂下率分の上限（ ６５ｈａ）に上げ、次に負荷設定器（７７ＥＭ）１３を徐々に上げて負荷をと る（最大負荷は７７ｈａ）。 応水運転は水調使用で水位調整器の上げ、下げ信号を負荷設定器（７７ＥＭ） （７７Ｒ，７７Ｌ）１３に与えて行なう。 ３− 速度設定器（６５ＥＭ）１１ 速度設定器１１の構造は負荷設定器（７７ＥＭ）１３と同じで、出力が±０， ５Ｖ／Ｈｚになっている。負荷設定器（７７ＥＭ）１３と同様に上げ下げ速度 は調整できる。

【００１６】 ここで実施例の電動サ−ボモ−タ方式電気調速機の性能を列記する。 １）不動帯 ０，０１％（周波数） ２）不動時間 ０，２５秒以下 ３）周波数調整 ±１０％（変更可） ４）速度垂下率 ０〜６％ ５）ＰＩＤ制御 Ｐ＝１０倍，Ｉ＝１０秒，Ｄ＝１０倍 微分時間０，５秒 ６）速度設定器（６５ＥＭ）速度 ２８〜９５秒 ７）負荷設定器（７７ＥＭ）速度 ２８〜９５秒 ８）制御電源 ＤＣ１１０Ｖ（＋３０％〜−２０％） ＡＣ１１０Ｖ（±１０％）５０Ｈｚ，６０Ｈｚ ９）サ−ボモ−タ電源 ＤＣ１１０Ｖ（バッテリー）と ＡＣ２２０Ｖを併用

【００１７】 このような構成の電動サ−ボモ−タ方式電気調速器は、ガイドベ−ン２の操作 を制御盤から遠隔操作できる電動サ−ボモ−タ３で行うもので、従来の油圧式と 同様或はより精密なガイドベ−ン２作動を行なう。 電動サ−ボモ−タ方式電気調速機の制御は、安定性と速応性に優れたＰＩＤ制御 方式１２で自動制御される。 速度設定器（６５ＥＭ）１１及び負荷設定器（７７ＥＭ）１３が電子式（静止型 ）であるために摩耗部がなく、昇降速度の調整が幅広くでき、リミットスイッチ の制定も容易になっている。 モータ−速度調整部１５では、ガイドベ−ン２の開速度及び閉速度を調節する 。 ガイドベ−ン２の各作動位置の駆動トルクが設定できる。

【００１８】 以上はあくまで実施例であって、本考案はこれに限定されるものではなく、 種々回路の設計変更ができる。

【００１９】

【考案の効果】

以上のように、本考案は、前記の構成であるので、次のような特有な効果があ る。 電動化により、圧油装置や配圧弁・油圧配管及び、制御機器がなくなるので、 設備費の低廉化や保守管理が容易になる。 ガイドベーンにトロコイド系曲線歯形を持つ１枚、もしくは２枚歯数差の内接 式遊星歯車機構と円弧歯形を持つ等速度内歯車機構との二つの機構を組み合わ せた減速機を直結し、これに電子制御されたＡＣサーボモータを連結して調速 するシンプルな構成なので、制御が円滑適正化できる。 電動化した機器配置は、比較的小型簡単であるので、設置工期が短縮でき、 スペ−スの節約ができる。 また油圧ポンプのような常時電力消費をするものがないので、省エネになる。 勿論オイルレスであるので、油による環境の汚染問題が生じない。 危急閉鎖機構として、電動化した別途ＤＣモーターとクラッチブレーキ機構を 設けているので、バックアップ体制が万全である。 エアモータや重鎮方式と較べても信頼性がありかつ管理や制御性に優れている 。 制御は電気的におこなうことができ、ＰＩＤ制御方式で安定性と速応性にすぐ れている。 速度設定器（６５Ｅ）及び負荷設定器（７７ＥＭ）が電子式（静止型）で摩耗 部がなく、昇降速度の調整が幅広くでき、リミットスイッチの制定も容易であ る。 このように、本考案に係る電動サ−ボモ−タ方式電気調速機は、ガイドベ−ン 操作を電動サ−ボモ−タで電動化してシンプルな駆動構成と簡単な回路構成で行 なうものであり、危急閉鎖機構を備えて安全を補償しながら、水車発電機を周波 数検出をしながら適正な速度に制御するものである。 実用的価値はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本考案に係る電動サ−ボモ−タ方式電
気調速機の一実施例を示すもので調速機全体のブロック
図

【図２】図２は、本考案に係る電動サ−ボモ−タ方式電
気調速機の一部電子ブロック図

【図３】図３は、本考案に係る電動サ−ボモ−タ方式電
気調速機に用いられる電動サ−ボモ−タの側面図。

【図４】図４は、減速機の構造模型図。

【図５】図５は減速機の構造図

【図６】図６は、遠隔操作のパネル（制御盤）図であ
る。

【図７】図７は、従来の電動サーボモータの構造図であ
る。

【符号の説明】

１ 水車・発電機 ２ ガイドベーン ３ 電動サーボモータ ３１ 減速機 ３２ ＡＣサーボモータ ４ 危急閉鎖機構 10 周波数検出回路 11 速度設定器（６５ＥＭ） 12 ＰＩＤ調整器 13 負荷設定器（７７ＥＭ） 14 負荷制限器 15 モ−タ−速度調整部 16 電源ユニット

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 水車発電機の速度・流量を調節するガイ
   ドベーンに減速機とＡＣサ−ボモータを連結した電動サ
   ーボモータ方式電気調速機であって、ＡＣサーボモ−タ
   に、原理的にはトロコイド系曲線歯形を持つ１枚、もし
   くは２枚歯数差の内接式遊星歯車機構と円弧歯形を持つ
   等速度内歯車機構との二つの機構を組み合わせた減速機
   を直結するとともに、前記ＡＣサーボモータにはＤＣモ
   −タ−とクラッチブレーキ機構を備えた危急閉鎖機構を
   設けたことを特徴とする電動サ−ボモ−タ方式電気調速
   機。