JPS6176098A - セルビウス装置の保護装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は誘導電動機の速度を制御するセルビウス装置の
保護装置に係り、特に誘導電動機の電源が瞬時停電し復
電時に電動機２次側に発生する過渡電圧からセルビウス
装置を確実に保護し得るようにした保護装置に関するも
のである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来から、誘導電動機の速度制御方式としては装置が簡
単で経済的なことから一般に２次抵抗法が採用されてい
る。また、近年の半導体技術の進歩により多くの方式が
実用化されているが、特にシリコン整流器とサイリスタ
等から成るセルビウス装置を適用するプラントが増加し
、制御精度、制御応答度、効率、操作性等の向上を図っ
ている。

さて、このセルビウス装置により誘導電動機の速度制御
を行う場合、一般には起動抵抗器と組合せて使用してい
る。誘導電動機の２次側に、シリコン整流器とサイリス
クインバータを接続したまま起動する事も考えられるが
、このためには、変換装置の定格電圧は誘導機１７１確
の滑りが１．０のときの電動機２次電圧に充分耐える必
要があり、その結実装置の容量が増大して不経済である
。すなわち、セルビウス装置による速度制御範囲が広い
場合は、変換容量が大きくなって高価となるため、起動
時は、通常の電動機と同様に誘導電動機２次側に起動抵
抗器を挿入し、適当な速度に加速した後に変換装置を誘
導電動Ｒ２次側に接続して、セルビウス装置に切換える
。このようにすれば、セルビウス運転を行なう速度制御
範囲が限定されるため変換容量が小さくて済み、装置の
定格電圧は所要速度制器範囲の最低速度のときの電圧に
耐えるものであれば良く、誘導電動機の起動から停止迄
の速度制御装置は全体として経済的なものとなる。

しかしながら、このセルビウス装置における最大の欠点
は、電源母線の瞬時停電に対し非常に弱い事である。つ
まり、セルビウス装置は誘導電動機の２次側電力を電源
へ回生するため、サイリスタインバータｉ！源は一般に
電動機１次側の電源母線に接続されている。そして、こ
のような接続状態で電源母線の瞬時停電が発生した場合
には、サイリスタインバータの電源も喪失してサイリス
タの転流失敗となる。また、サイリスタインバータを制
御する位相Ｉｇ御の電源も喪失するため、復電したとき
は、正常な電圧１位相になっていないことからサイリス
クインバータの制御が不能となり、復電時の再投入過渡
電圧による過電流等が発生する。さらに、瞬時停電後の
再投入時には、電源母線の残留電圧の大きさや位相差の
大きさによっては、誘導電動機２次側に発生する過渡電
圧の大きさは、起動時に発生する滑り　１．０のときの
電圧が発生し、セルビウス装置の許容電圧をはるかに超
える電圧がセルビウス装置に印加されることになる。

そこで、従来においては瞬時停電に対するこれらの不具
合に対し、電ｉ！！母線の電圧低下を常に監視して、電
源喪失になった場合は誘導電動機をトリップさせるよう
にしている。また、復電時の保護装置として変換装置の
許容電圧を超えないように、誘導電動機２次側の過渡電
圧による異常電圧を吸収する装置を設けている。そして
、従来このような保護装置を備えたセルビウス装置を各
種プラントに適用しているが、誘導電動ｌ１１２次側の
電力が電源へ変換回収される事による総合効率の高いこ
とや電力黄が節約できることから、最近では核融合装置
等の大容量の電動発電曙にも適用されてきている。

しかしながら、このような大容量の電動発ｉｉｉに適用
するセルビウス装置は、その変換容量も当然大きなもの
となり、このためサイリスタインバータの位相制御によ
って起る力率の悪化も大きなものとなる。また、このよ
うな大容量の電動発電園で助磁回路にもサイリスタを使
用しているため、これらサイリスタの電源となる電源母
線の力率は非常に悪く、そのため大容量の力率調整用と
して進相用コンデンサをＸｉ　ｌしている。

ところで、このような大容量の進相用コンデンサを設置
したプラントにおいては、瞬時停電が発生しても電源母
線の電圧はほとんど低下しない。

このため、従来の保護装置では確実にセルビウス装置を
保護−出来ないという欠点がある。すなわち、電源母線
が停電したにもかかわらず電圧が低下しないために電源
喪失を検出できず、誘導電動機を運転継続したまま復電
したときに、電源母線の残留電圧の大きさ、位相差の違
い、セルビウス電流の大きざ等により、誘導電動機２次
側に発生する電圧は定格電圧の２倍にも達することがあ
り、速度制御範囲の最低速度のときの耐電圧に設計され
たセルビウス装置の耐電圧定格をはるかに超え、従来設
置している保護装置としての異常電圧吸収装置では保護
することができない。そこで、これらの電圧に耐えるセ
ルビウス装置とすればよいが、かようにすると大幅なコ
スト高となりセルビウス装置本来の利点が損なわれるこ
とになる。

［発明の目的］ 本発明は上記のような事情に鑑みて成されたもので、そ
の目的は大容量の進相用コンデンサを備えたシステムに
おいて、電ｉ＃ｌｆｆ１線の瞬時停電を確実に検出し復
電時に誘導電動機２次側に発生する過ＩＮ！電圧からセ
ルビウス装置を保護することが可能な安価なセルビウス
装置の保護装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、進相用コンデン
サが接続された電源母線より電源しゃ断器を介して給磁
される誘導電動機と、この誘導電動渫の２次側に接続さ
れその速度を制御するセルビウス装置とを備えたシステ
ムにおいて、上記電源母線の周波数の変化を検出する周
波数検出手段により周波数変化を検出したことで上記電
源しゃ断器を開放し、上記周波数検出手段により周波数
変化を検出し且つ上記電源しゃ断器が開放したことを条
件に上記セルビウス装置に対して制御停止指令を与える
ことを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第１図は。本発明による保Ｉ！装置を備えた核融合装置
に適用するセルビウス装置のシステム構成例を示すもの
である。図において、１は電源母線である電源しゃ断器
２を介して、大容量の進相用コンデンサ３を接続してい
る。また、上記ｍ１ｌｌ母線１には電源しゃ断器４を介
しての駆動電ｌｌ１機５を接続し、該電動機５により交
流発電機６の起動、加速を行ない、該発電Ｔａ６の回転
子に蓄えられる慣性エネルギーを電気エネルギーに変換
して、負荷７へ所要の電力を供給するようにしている。

ここで、駆動電動ａ１５としては巻線形の誘導層１１Ｊ
機を、交流発電機６としては立軸型の同期発電機を夫々
用い、この両者は軸直結されて電動発電機として一体の
構成としている。

一方、８は上記駆動電動機５の２次側にしゃ断器９を介
して接続された液体抵抗器、また１０は同じく上記駆動
電動機５の２次側にしゃ断器１１を介して接続されたセ
ルビウス装置で、その出力側をインバータ変圧器１２．
Ｎ源しゃ断器１３を介して上記電源母Ｊｌｌに接続して
、変換電力を電源へ回生するようにしている。ここで、
セルビウス装置１０は上記駆動電動機５の２次側巻線電
流を直流に変換するシリコン整流器１４と、この直流７
４流の脈流を抑制する直流リアクトル１５と、上記シリ
コン整流器１４で変換された直流を交流に変換するサイ
リスタインバータ１６と、これらを制御する制御器１７
とから構成している。

さらに、上記電源母線１にはその瞬時停電を検出する目
的で、計器用変圧器１８を介して周波数変化を検出する
周波数検出器１９を接続している。

ここで、周波数検出器１９は動作レベルの設定を次のよ
うに行なっている。つまり、上述したように駆ｌｌＪ電
動機５は誘導電動機であることから、電源電力を受給し
ている固定子巻線の周波数をｆとすると、交流発電機６
と軸直結された回転子に巻かれた２次巻線の周波数はｆ
−８となる。この場合、Ｓは電動発電機のすべりであり
、Ｆ＆融合装置用の電動発電機ではすべりＳは３％程度
である。

よって、例えばこのすへりＳが３％であるとすれば、周
波数検出器１９の動作レベル設定を商用周波数より約３
％低いレベルに設定し、周波数が設定レベル以下になっ
た時に動作するようにしておく。

第２図は、本発明による保護回路の構成例をブロック的
に示したものである。つまり、本保護回路は上記周波数
検出器１９の動作出力１９ａにより上記駆動電動機５の
電源しゃ断器４を開放する手段と、上記周波数検出器１
９の動作出力１９１１とｔｒＡしゃ断器４の開放状態信
号４ａとをアンド回路２０に入力し、そのアンド出力を
上記セルビウス装置１０へ制御停止指令２０ａとして与
える手段とから構成している。

かかる構成において、通常電動発電機の起動時および停
止時には、駆動電動機５の２次巻線負荷としてし１１断
器９の閑により液体抵抗器１１が接続されて駆動電動機
５のトルク制御を行ない、つぎに速度の制御範囲に入る
としゃ断器９が開、しゃ断器１１が閉となり、セルビウ
ス装置１０．インバータ変圧器１２が駆動電動機５の２
次側に接続されて速度制御運転が行なわれる。

かような状態において、今上位にある電源側で何らかの
事故によって電源母線１が瞬時停電になった場合には、
電源母線１の電圧はほとんど低下しないが周波数は変化
する。すなわち、発電８！６は大きな慣性モーメントを
有しており、それに軸直結された駆動電動機５の回転子
も停電直後には一定回転数を保っている。また、駆動電
動ａ！５の２次巻線の電流としては、はぼ直流に近い電
流が流れている。このため、１．Ｉｉ母線１の瞬時停電
が発生した直後は、駆！ｌｌ電動機５は速度一定、界磁
電流一定の同期発電機となるため、電源母線１の周波数
は電力を受給していた時の商用周波数ｆから、駆動電動
機５の回転子の回転数に対応して（１−３）ｆの回転周
波数に変化する。そして、この回転周波数（１−８）ｆ
は時間と共に、周波数がｆの本来の電源の位相とは位相
がずれてくる。

この位相差が最大になった状態で復電すると、前述した
如く駆動電動ｔ１５の２次側に発生する異常電圧でセル
ビウス装置１０が破壊する危険がある。

この点本発明の保護装置では、商用周波数から回転周波
数に変化したことを周波数検出器１９により検出して保
護が行なわれる。すなわち、すべりＳが３％とすると電
源母Ｉ１１の周波数が商用周波数より約３％以下に達し
たことを検出したことにより、その動作出力１９ａによ
り加電源しゃ断器４を開放する。この時点まではセルビ
ウス装置１ｏに電流を流し続けておき、上記によって電
源しゃ断器４が開したことの条件信号４ａと周波数検出
器１９の動作出力１９ｂとのアンド条件が成立した時点
でアンド回路２０よりセルビウス装置１０へ制御停止指
令２０ａを与える。これにより、電源停止時のサイリス
クインバータ１６の転流失敗を防ぐと共に、電源しゃ断
器４が開放する前に復電した場合に、駆動電動機５の２
次側の過渡電圧の発生を防止することができる。

上述したように本発明の保護装置は、進相用コンデンサ
３が接続された電ａＩ母１１１より電源しゃ断器４を介
して給電される誘導電ｗＪ機５と、この誘導電動機５の
２次側に接続されその速度を制御するセルビウス装置１
０とを備えたシステムにおいて、上記′ＲＭ母線１の周
波数の変化を検出する周波数検出器１９により、周波数
変化を検出したことで上記２！源しゃ断器４を開放し、
上記周波数検出器１９により周波数変化を検出し且つ上
記電源しゃ断器４が開放したことを条件に上記セルビウ
ス１１１０に対して制御停止指令を与えるようにしたも
のである。

従って、大容量の進相用コンデンサを備えたシステムに
おいて、電源母１１の瞬時停電が発生しても１１時には
電圧が低下しないような場合でも周波数検出器１９を設
けるのみで瞬時停電に対してセルビウス装置１０を確実
に保護することができる。また、駆動電動機５の起動、
停止は液体抵抗器８で行ない、セルビウス装置１０は通
常の速度制御を行なう範囲の容量のみで良いため極めて
安価となる。更に、復電時に駆動電動機５の２次側に発
生する２倍の異常電圧を吸収する装置や、特殊な瞬時停
電検出装置を設けることもなく、周波数を検出するのみ
で良いので、その分だけより一層経済的なもの、となる
。

尚、上記実施例では核融合装置における場合を例として
説明したが、進相用コンデンサを備えたその他プラント
システムについても、同様に本発明を適用出来る事は勿
論である。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、進相用コンデンサ
が接続された電源母線より電源しゃ断器を介して給電さ
れる誘導電動機と、この誘導電動機の２次側に接続され
その速度を制御するセルビウス装置とを備えたシステム
において、上記電源母線の周波数の変化を検出する周波
数検出手段により周波数変化を検出したことで上記電源
しゃ断器を開放し、上記周波数検出手段により周波数変
化を検出し且つ上記電源しゃ断器が開放したことを条件
に上記セルビウス装置に対して制御停止指令を与えるよ
うにしたので、大容量の進相用コンデンサを備えシステ
ムにおいて、′Ｒ電源母線瞬時停電を確実に検出し復電
時に誘導電ｌＪ機２次側に発生する過渡電圧からセルビ
ウス装置を保護することが可能な安価で信頼性の高いセ
ルビウス装置の保護装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明による保護回路を示すブロック図である。 １・・・ｍ１ｌｌ母線、２．４．１３・・・電源しゃ断
器、３・・・進相用コンデンサ、５・・・駆動電動機、
６・・・交流発電礪、７・・・負荷、８・・・液体抵抗
器、９．１１・・・しゃ断器、１０・・・セルビウス装
置、１２・・・インバータ変圧器、１８・・・計器用変
圧器、１９・・・周波数検出器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 進相用コンデンサが接続された電源母線より電源しゃ断
   器を介して給電される誘導電動機と、この誘導電動機の
   ２次側に接続されその速度を制御するセルビウス装置と
   を備えたシステムにおいて、前記電源母線の周波数の変
   化を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段に
   より周波数変化を検出したことで前記電源しゃ断器を開
   放する手段と、前記周波数検出手段により周波数変化を
   検出し且つ前記電源しゃ断器が開放したことを条件に前
   記セルビウス装置に対して制御停止指令を与える手段と
   を具備して成ることを特徴とするセルビウス装置の保護
   装置。