JPS6129983Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は発電用水車のガイドベーンを電動機で
開閉操作して水車の回転数を一定に制御する電動
式調速装置に関する。

従来、発電用水車の回転数を一定に保つための
調速装置としては水車のガイドベーンを油圧式サ
ーボメータで開閉制御する機構のものが殆んどで
あつた。

一方、電動機でガイドベーンを操作する装置も
あるが、この種の電動式操作装置は単に決められ
た開度までゲートを開いたり或いは閉じたりする
機能を有するだけであり、したがつて水車の回転
数を一定に保つための調速装置として用いられる
事はなかつた。第１，２図はこの種の電動式操作
装置のうちウオームギヤ式の機構を示し、両図に
示すように、ゲートリンク（図示せず）に接続さ
れるガイドベーン操作用のゲートシヤフト１にウ
オームホイール２が軸着され、このウオームホイ
ール２に噛合するウオーム３が減速用のギヤ４，
５を介して電動機６に駆動される構成をとり、ゲ
ートシヤフト１に固設した指針７と固定の目盛板
８とでガイドベーン（図示せず）の開度を検知す
るようになつている。そしてガイドベーン開閉の
操作は、ゲートシヤフト１の近くに電動機６を正
逆回転及び停止させるスイツチ（図示せず）を設
け、操作員が指針７を見ながらこのスイツチを
ON／OFFして開度を設定するのである。したが
つて開閉操作のためにはその都度ゲートシヤフト
１の所まで操作員が行かねばならず非常に面倒で
あると共に、この操作で水車の回転数を常に一定
に保つことは事実上困難である。なお、第１，２
図中、９は基礎、１０はベツド、１１はゲートシ
ヤフトブラケツト、１２はウオームブラケツト、
１３は目盛板支持金具である。

本考案は電動式の調速装置を提供することを目
的とするもので、本考案の調速装置は、電動機の
回転運動をボールネジとボールナツトを使つた機
構で直線運動に変換するアクチユエータを用いて
ガイドベーンを操作し、更に、電動機の回転制御
としては水車の回転数をパルスで検出し、加速度
を一定とすると共に、アクチユエータの動作位置
を検出して電動機を速応制御する制御回路を使用
して負荷に拘らず水車の回転数を一定にさせるよ
うにしたものである。以下図面第３〜７図に示す
一実施例に基づいて本考案を詳細に説明する。

第３図はガイドベーン操作用アクチユエータの
一部断面を含む構成図である。図において、１４
はボールネジ、１５はこれと螺合する２個のボー
ルナツトであり、ボールネジ１４は基礎９上に固
設したフレーム１６内に軸受１７で軸支して取付
けてある。２個のボールナツト１５はフレーム１
６内周と摺動するスライド軸１８内にスペーサ１
９を介在させ且つリングキー２０を用いて嵌着さ
せてあり、ボールナツト１５によりスライド軸１
８が前後動するようになつている。２１は上部の
電動機６と一体化された減速機であり、この減速
機２１をフレーム１６の左側に取付けその出力軸
２２とボールネジ１４の基端とをカツプリング２
３で連結してある。前記スライド軸１８の先端に
は外周をネジ切りしたスライドヘツド２４を固着
し、ストロークを調整するためのストツパ２５，
２６を螺着させてある。ストロークの基準のため
にブラケツト２７をフレーム１６の右側に取付け
てあり、このブラケツト２７の上部にはスライド
位置を検出するためのポテンシヨメータや差動ト
ランス等の位置検出器２８を設置し、位置検出器
２８の軸２９とスライドヘツド２４とをアーメ３
０で接続してある。またスライド軸１８の基端に
は一端がフレーム１６に接続されたコイルスプリ
ング３１の他端をロツド３２を介して接続してあ
る。３３はゲートシヤフト１の上端部に軸着した
ゲートシヤフトアームであり、このゲートシヤフ
トアーム３３とスライドヘツド２４とを連結治具
３４によつて連結してある。なお第３図中、３５
はゲートシヤフト１を軸支する軸受である。また
第４図にボールナツト１５の内部を示し、３６は
ボール、３７はキヤツプである。更に、第５図に
アクチユエータとゲートシヤフト１との連結部分
を上方から示してある。

このようなアクチユエータにおいて、今電動機
６を正転若しくは逆転させると、減速機２１を介
してボールネジ１４が正転若しくは逆転し、これ
に伴つてボールナツト１５とともにスライド軸１
８及びスライドヘツド２４が前後に直線運動し、
その結果連結治具３４を介して連結されたゲート
シヤフトアーム３３がガイドベーンの開方向若し
くは閉方向にゲートシヤフト１を回動させる。こ
の場合電動機６はブレーキ付きとしてあり、電源
がOFFの時にはブレーキが掛かるようにしてあ
る。これは、通常ガイドベーン自身は閉まる方向
に付勢して設計されているため、万一電源が落ち
た時にはガイドベーンからの力でアクチユエータ
が戻りガイドベーンが自動的に閉じるようにする
ためである。従来のウオームギヤ式の電動操作装
置ではガイドベーン側からの動力伝達はできず、
電源が落ちた時はガイドベーンはロツクされてし
まつた。ガイドベーン開閉の最大ストロークはス
トツパ２５，２６の位置調整で任意に調整でき、
ストツパ２５，２６がブラケツト２７に当る時の
衝撃はコイルスプリング３１によつて吸収・緩和
される。

次に、斯かる構成及び動作のアクチユエータを
制御して水車の回転数を一定に保つ制御ブロツク
図の各例を第６図及び第７図に示す。第６図と第
７図の制御ブロツク図は第３図の電動機６が誘導
電動機６ａであるか直流電動機６ｂであるかが異
なり、誘導電動機６ａにはインバータ３８を前置
して直流電源駆動とさせることにより同一の制御
回路となつている。したがつて第６図について以
下説明をする。

第６図において（第７図も同様である）、３９
は回転数設定器、４０，４１，４２及び４３は第
１、第２、第３及び第４の各差動増幅器、４４，
４５及び４６は第１、第２及び第３の各増幅器、
４７は第３図に示したアクチユエータ、４８は水
車、４９は水車４８若しくは該水車４８に接続さ
れた発電機の回転数をパルスで検出するパルス検
出器、５０及び５１は単位時間当りのパルス数を
電圧に変換する周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）コンバー
タ、５２はＦ／Ｖコンバータ５１の出力変化率を
算出して水車４８の回転数の加速度を検知する加
速度変換回路である。この制御系はガイドベーン
の開度、水車４８若しくは発電機の回転数及び電
動機６ａ，６ｂの回転数をフイードバツクするも
のである。電動機６ａ，６ｂを駆動する第３増幅
器４６に第４差動増幅器４３を介して位置検出器
２８の出力がフイードバツクするマイナループに
よつて電動機６ａ，６ｂの電流を適応制御させて
ある。そして、Ｆ／Ｖコンバータの出力と回転数
設定器３９の出力との差を第１差動増幅器４０で
とつて水車４８の回転数を一定とするフイードバ
ツクループを構成し、位置検出器２８の出力と第
１差動増幅器４０の差出力との差を第２差動増幅
器４１でとつて位置検出器２８の位置に比例して
制御するフイードバツクループを構成し、更に加
速度変換回路５２の出力と第１増幅器４４を経た
第２差動増幅器４１からの差出力との差を第３差
動増幅器４２でとつて水車４８の回転が一定の加
速度で変化するよう過渡状態を制御して系の安定
化を図るフイードバツクループを構成してある。
即ち、水車４８からパルス検出器４９で回転数を
パルスとして検出し、これをＦ／Ｖコンバータ５
０，５１で電圧値に変換してから図示しない周知
の微分、積分、比例の回路を経て回転数設定器３
９からの設定値と比較することにより、設定値と
実際の回転数との間に差があればその差に応じて
PID動作で電動機６ａ，６ｂを任意の速度で駆動
してアクチユエータを動かし、ガイドベーンを閉
じるか開くかの操作をして水車４８の回転数を設
定値通りに保つことになる。この場合、加速度一
定の制御がされるので過渡状態での回転数制御が
安定である。

以上実施例とともに具体的に説明したように、
本考案の調速装置によれば、油圧装置が不要なの
で設置面積が大幅に狭く、保守が容易で、且つ設
備費が大幅に安い。また電動機を制御することに
よつてガイドベーンの開閉を行うので簡単に精度
の高い調速装置が得られる。この制御には加速度
一定の制御を使用しているので系が安定である。
更に、アクチユエータとしてはボールネジ機構を
使用したので動力伝達が可逆的であり、電源が落
ちた場合でもガイドベーンがロツクされることが
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はガイドベーンの開閉に供さ
れた従来の電動式操作装置の平面図及び一部断面
を含む側面図である。第３〜７図は本考案の実施
例に係り、第３図はアクチユエータの一部断面を
含む側面図、第４図はボールナツト内部の説明
図、第５図は第３図のＡ部分の平面図、第６，７
図は夫々制御回路のブロツク図である。 図面中、１はゲートシヤフト、６は電動機、６
ａは誘導電動機、６ｂは直流電動機、１４はボー
ルネジ、１５はボールナツト、１６はフレーム、
１７は軸受、１８はスライド軸、２１は減速機、
２４はスライドヘツド、２８は位置検出器、３３
はゲートシヤフトアーム、３４は連結治具、３８
はインバータ、３９は回転数設定器、４０，４
１，４２，４３は差動増幅器、４４，４５，４６
は増幅器、４７はアクチユエータ、４８は水車、
４９はパルス検出器、５０，５１は周波数／電圧
コンバータ、５２は加速度変換回路である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電動機をガイドベーン開閉の動力源とし、この
   電動機の回転を制御して発電用水車の回転数を一
   定に保つ調速装置において、フレーム内の軸受で
   軸支され前記電動機で回転駆動されるボールネジ
   と、このボールネジと螺合したボールナツトと、
   このボールナツトが一体に設けられており前記フ
   レーム内に摺動可能に収納されたスライド軸と、
   このスライド軸とガイドベーン操作用のゲートシ
   ヤフト間を連結する連結治具及びゲードシヤフト
   アームとからアクチユエータが構成されると共
   に、前記電動機を制御する回路に水車の回転数を
   パルスで検出するパルス検出器と、パルス数を電
   圧に変換するコンバータと、コンバータ出力の変
   化率を算出する加速度変換回路とを含むフイード
   バツクループが設けられていると共に、前記アク
   チユエータの動作位置を検出する位置検出器を含
   みこれの検出信号をフイードバツクするループが
   設けられていることを特徴とする発電用水車の調
   速装置。