JP3741384B2 - 同期機のサイリスタ始動制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、同期機のサイリスタ始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、他励式のサイリスタ整流器を応用したサイリスタ始動制御装置の一例を示す構成図である。
【０００３】
図において、三相電源に一次側が接続される入力変圧器１の二次側が三相のサイリスタ素子による順変換器２に接続されている。
【０００４】
順変換器２は、直流リアクトル３を介して順変換器２に対応するサイリスタ素子による逆変換器４に接続され、逆変換器４の各アームから交流リアクトル５を介して負荷として同期機６に接続されている。
【０００５】
同期機６は、界磁巻線７へ界磁電流Ｉｆを図示省略する手段によって供給できるように構成されると共に、回転子軸に連動して回転する速度パルス発生器８が取付けられ、速度検出器１４へ接続されている。
【０００６】
また、入力変圧器１の一次側には、順変換器２の同期のための順変換器同期電源変圧器９が設けられ、逆変換器４の出力側には、逆変換器４の同期のための逆変換器同期電源変圧器１０が設けられ、電圧検出器１９へ接続され、さらに、順変換器２の交流側には変流器１１が設けられて電流検出器１６へ接続されている。
【０００７】
速度検出器１４は、速度パルス発生器８が出力する同期機６の回転数に比例した周波数のパルスを入力し、同期機周波数信号ｆｓを出力する。電流検出器１６は、変流器１１の交流出力を整流し、変換器電流Ｉｄに比例した変換器電流信号Ｉを出力する。
【０００８】
電圧検出器１９は、逆変換器同期電源変圧器１０の交流出力を整流し逆変換器電圧信号Ｖ２を出力する。
【０００９】
順変換器パルス発生器１８は、順変換器同期電源変圧器９の交流出力を入力し、同期電源位相を検出すると共に、順変換器位相制御信号Θｒ１を入力し、順変換器位相制御信号Θｒ１に対応したタイミングで順変換器２の各サイリスタ素子を順次点弧させる点弧パルス信号Ｐ１を出力する。
【００１０】
逆変換器パルス発生器２２は、逆変換器同期電源変圧器１０の交流出力を入力し、同期電源位相を検出すると共に、逆変換器位相制御信号Θｒ２を入力し、逆変換器位相制御信号Θｒ２に対応したタイミングで逆変換器４の各サイリスタ素子を順次点弧させる点弧パルス信号Ｐ２を出力する。
【００１１】
制御装置１３は、速度調整器１５と電流調整器１７と余裕角演算器２０とから構成されている。
【００１２】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓと周波数設定値ｆｒとを入力し、その偏差信号を増幅して偏差信号が小さくなるように電流基準信号Ｉｒを出力する。電流調整器１７は、電流基準信号Ｉｒと変換器電流信号Ｉを入力し、その偏差信号を増幅して偏差信号が小さくなるように順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。
【００１３】
余裕角演算器２０は、同期機周波数信号ｆｓと変換器電流信号Ｉと逆交換器電圧信号Ｖ２と転流余裕角γ２とを入力して所定の演算を行って逆変換器４の転流重なり角を見込んだ後述する逆変換器位相制御信号Θｒ２を逆変換器パルス発生器２２へ出力する。
【００１４】
以上の構成で、同期機６を加速するときのサイリスタ始動制御装置の動作を説明する。
【００１５】
なお、同期機６の停止状態から所定の周波数まで加速される間では同期機６の出力電圧Ｖｓおよび周波数ｆが十分大きな値に達していないため、逆交換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓとを入力しても余裕角演算器２０によって、逆変換器位相制御信号Θｒ２を演算出力することができない。
【００１６】
このため、同期機６を停止状態から所定の周波数まで加速する間は、図示省略する別途設けられた同期機６の回転子位置検出器から出力される回転子位置信号に基づいて逆変換器４の点弧パルス信号Ｐ２を生成する。
【００１７】
次に、同期機６が所定の周波数まで加速された後のサイリスタ始動制御装置の動作を説明する。
【００１８】
まず、界磁巻線７に所定の界磁電流Ｉｆを流すと、同期機６の回転周波数ｆに比例した出力電圧Ｖｓが誘起される。
【００１９】
逆変換器４は、逆変換器パルス発生器２２による点弧パルス信号Ｐ２によって各サイリスタ素子が点弧され同期機６によって誘起する逆の出力電圧Ｖｓが各サイリスタ素子へ印加され転流させる。この場合、各サイリスタ素子が転流失敗なく転流するために速度検出器１４からの同期機周波数信号ｆｓと電圧検出器１９からの逆交換器電圧信号Ｖ２と変換器電流信号Ｉと予め設定された転流余裕角γ２とが余裕角演算器２０によって次の式（１）に基づいて演算がされ、逆変換器４の転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号Θｒ２が出力される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
ここで、Ｌｉは交流リアクトル５と同期機６のインダクタンスの和であり、Ｌｉ，ｆｓ，Ｉ，Ｖ２はいずれもＰＵ値で表現している。
【００２２】
次に、逆変換器４は、この出力電圧Ｖｓを交流電源として逆変換器運転を行い、電力を同期機６に送出する。逆変換器４の直流側には、同期機６の出力電圧Ｖｓと逆変換器位相制御信号Θｒ２に応じた直流電圧Ｖｄｃ２に対して電流調整器１７は変換器電流信号Ｉが電流基準信号Ｉｒと一致するように順変換器位相制御信号Θｒ１を調整し、順変換器直流電圧Ｖｄｃ１を制御する。
【００２３】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓが周波数設定値ｆｒと一致するように電流基準信号Ｉｒを増減し、同期機６を所定の周波数に維持する。なお、図８中、入力変圧器１は電圧レベルの変換および順変換器２のサイリスタ素子を短絡電流から保護するために、直流リアクトル３は変換器電流Ｉｄのリップル抑制のために、交流リアクトル５は逆変換器４のサイリスタ素子を短絡電流から保護するために設けてある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術で説明した同期機のサイリスタ始動制御装置は、同期機６の出力トルクの急変によってタービン発電機等に損傷を与えるおそれがあるという問題がある。
【００２５】
一般に、同期機のサイリスタ始動制御装置の出力トルクＴｅは、次の式（２）によって表される。
【００２６】
【数２】
ここで、Ｖｓ：同期機６の出力電圧
ｆｓ：同期機６の周波数
Ｉｄ：変換器電流
Θｒ２：逆変換器位相制御信号
γ２：転流余裕角
Ｔｅ，Ｖｓ，ｆｓ，ＩｄはいずれもＰＵ値表現とする。
【００２７】
通常、同期機のサイリスタ始動制御装置の電流調整器１７は順変換器２や逆変換器４の交流電源電圧の突変に対して変換器電流Ｉｄが過電流となったり、断続したりしないようにするため高速応答が得られるように設定されている（例えば、交差角周波数で１００ｒａｄ／ｓｅｃ程度）。
【００２８】
上記の如く、高い応答性を持つ電流調整器１７に対し電流基準信号Ｉｒを急変させると変換器電流Ｉｄが突変し、さらに、（２）式より出力トルクＴｅも急変する。速度調整器１５の指令周波数信号である周波数設定値ｆｒは、同期機６の始動運転で急上昇させることが多く電流基準信号Ｉｒが急変することが多い。
【００２９】
このような場合、被駆動機が揚水機の如く軸系が単純な場合にはサイリスタ始動制御装置の出力トルクが急変しても特に問題とはならないが、コンバインドサイクル機の如く軸系が複雑な場合には特定の回転数に共振点が存在し、この共振点付近でサイリスタ始動制御装置の出力トルクが急変すると、軸系の振動を増長して共振が拡大し、軸系の共振の拡大によってタービン発電機等に損傷を与えるおそれがある。
【００３０】
そこで、本発明は、同期機のサイリスタ始動制御装置の出力トルクの急変を防止してタービン発電機等に損傷を与えることを回避する同期機のサイリスタ始動制御装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、順変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により交流を直流へ変換する順変換器と、該順変換器の直流出力を逆変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により可変周波数の交流電力へ変換し同期機へ供給するサイリスタ素子による他励式の逆変換器と、同期機の回転周波数信号が指令周波数信号となるように電流基準信号を生成する速度調整器と、順変換器が出力する電流信号が電流基準信号となるように順変換器位相制御信号を出力する電流調整器と、転流重なり角を演算し、この転流重なり角と予め設定された逆変換器の転流余裕角とから転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号を演算出力する余裕角演算器と、同期機の出力トルクの急な変化を抑制するために所定の演算式に従って同期機の電流許容変化率を算出する変化率演算器と、この変化率演算器により演算された電流許容変化率内に電流基準信号を制限する変化率制限器とを設けるようにしたものである。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３４】
請求項３の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３５】
請求項４の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の界磁電流あるいは界磁電圧のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３７】
【作用】
請求項１の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により所定の演算式に従って電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。そして、電流基準信号が電流許容変化率以内のとき、そのまま電流基準信号が出力される一方、電流基準信号が電流許容変化率以外のとき電流基準信号が制限される。これにより、運転状況に応じた電流許容変化率が設定される。従って、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、軸系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【００３９】
請求項２の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により、
同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率が演算され、電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４０】
請求項３の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率とによって電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４１】
請求項４の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４２】
請求項５の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第１実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００４５】
図１が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図１が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０を追設し、同期機６の出力トルクの変動を抑制するようにしたことである。
【００４６】
変化率制限器３０は、予め設定された所定の変化率内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。
【００４７】
まず、界磁巻線７に所定の界磁電流Ｉｆを流すと、同期機６の回転周波数ｆに比例した出力電圧Ｖｓが誘起される。
【００４８】
逆変換器４は、逆変換器パルス発生器２２による点弧パルス信号Ｐ２によって各サイリスタ素子が点弧され同期機６によって誘起する逆の出力電圧Ｖｓが各サイリスタ素子へ印加され転流させる。この場合、各サイリスタ素子が転流失敗なく転流するために速度検出器１４からの同期機周波数信号ｆｓと電圧検出器１９からの逆変換器電圧信号Ｖ２と変換器電流信号Ｉと予め設定された転流余裕角γ２とを取込んで余裕角演算器２０により演算がされ、逆変換器４の転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号Θｒ２が出力される。
【００４９】
次に、逆変換器４は、この出力電圧Ｖｓを交流電源として逆変換器運転を行い、電力を同期機６に送出する。電流調整器１７は変換器電流信号Ｉが電流基準信号Ｉｒと一致するように順変換器位相制御信号Θｒ１を調整制御する。
【００５０】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓが指令周波数信号である周波数設定値ｆｒと一致するように電流基準信号Ｉｒを増減し、同期機６を所定の周波数に維持する。この場合に速度調整器１５から出力される電流基準信号Ｉｒが変化率制限器３０へ入力される。
【００５１】
変化率制限器３０では、予め所定の変化率の範囲が設定されている。すなわち、前述した式（２）に基づいてＴｅトルクと変換器電流Ｉｄの関係から電流基準信号Ｉｒの許容可能な変化率の範囲が予め設定されている。これによって、電流基準信号Ｉｒが所定の変化率の範囲以外のとき電流基準信号Ｉｒが制限されて制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。従って、電流基準信号Ｉｒの急変が抑制され、同期機６の出力トルクの急増や急減が防止される。
【００５２】
このように第１実施例によれば、変化率制限器３０によって入力された電流基準信号が所定の変化率内に抑えられる。これにより、電流基準信号が急変しても電流基準信号の変動が所定の変化率以内とされるから同期機の出力トルクの急変動が抑制される。従って、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、回転系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【００５３】
図２は、本発明の第２実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００５４】
図２が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図２が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｂとを追設し、運転状況に応じて出力トルクの急変を防止するようにしたことである。
【００５５】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｂは、同期機６の逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと逆変換器４の転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いて同期機６の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００５６】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｂへ逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｂにより次の式（３）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００５７】
【数３】
【００５８】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００５９】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌとして出力される。
【００６０】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率Ｔｅｌ内に抑えられる。
【００６１】
このように第２実施例によれば、変化率演算器により、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率が演算され、電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００６２】
図３は、本発明の第３実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００６３】
図３が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図３が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｃと変流器３２と界磁電流検出器３３とを追設したことである。
【００６４】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｃは、同期機６の界磁電流Ｉｆと逆変換器４の転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と予め定めた出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて同期機６の出力トルクの変化率を所定範囲内とするように電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００６５】
変流器３２は、同期機６の界磁電流Ｉｆを検出するためのものである。界磁電流検出器３３は、変流器３２からの信号を取込んで界磁電流Ｉｆを出力するものである。
【００６６】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｃへ界磁電流Ｉｆと転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｃによって、次の式（４）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００６７】
【数４】
【００６８】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００６９】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００７０】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率内に抑えられる。
【００７１】
このように、本実施例では、同期機６の界磁電流Ｉｆが逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆに比例することに着目して界磁電流Ｉｆを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００７２】
なお、図４に示すように界磁電流Ｉｆの変わりに界磁電圧Ｖｆを用いても同様に実施できる。
【００７３】
この場合、界磁電圧変圧器３４と界磁電圧検出器３５を追設し次の式（５）によって電流許容変化率Ｉｌを演算する。
【００７４】
【数５】
【００７５】
上記のようにしても界磁電圧Ｖｆは、逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆとの比に比例するから第２実施例または第３実施例と同様に実施できる。
【００７６】
このように第３実施例によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率とによって電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００７９】
図５は、本発明の第４実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００７７】
図５が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図５が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｅとを追設したことである。
【００７８】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｅは、逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと所定の値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００７９】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｅへ逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと、さらに、転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２とに相当する所定値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｅによっても次の式（６）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００８０】
【数６】
【００８１】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００８２】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００８３】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率Ｔｅｌ内に抑えられる。
【００８４】
本実施例では、通常限られた運転範囲では転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２は所定の固定値となることに着目して所定の固定値ｃｏｓψを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００８５】
このように第４実施例によれば、変化率演算器により同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００８６】
図６は、本発明の第５実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００８７】
図６が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図６が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｆと変流器３２と界磁電流検出器３３とを追設したことである。
【００８８】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｆは、界磁電流Ｉｆと所定の値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００８９】
変流器３２は、同期機６の界磁電流Ｉｆを検出するためのものである。界磁電流検出器３３は、変流器３２からの信号を取込んで界磁電流Ｉｆを出力するものである。
【００９０】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｆへ界磁電流Ｉｆと所定のｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｆによって、次の式（７）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００９１】
【数７】
【００９２】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００９３】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００９４】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率内に抑えられる。
【００９５】
本実施例では、同期機６の界磁電流Ｉｆが逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆに比例することに着目して界磁電流Ｉｆを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００９６】
なお、図７に示すように界磁電流Ｉｆの代わりに界磁電圧Ｖｆを用いても同様に実施できる。
【００９７】
この場合、界磁電圧変圧器３４と界磁電圧検出器３５を追設し次の式（８）によって電流許容変化率Ｉｌを演算する。
【００９８】
【数８】
【００９９】
上記のようにしても界磁電圧Ｖｆは、逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆとの比に比例するから第２実施例乃至第４実施例と同様に実施できる。
【０１００】
このように第５実施例によれば、変化率演算器により同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、所定の演算式に従って電流許容変化率を演算して変化率制限器へ設定するから運転状況に応じた電流許容変化率を設定でき、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、軸系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【０１０３】
請求項２の発明によれば、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率を演算し、電流許容変化率を変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０４】
請求項３の発明によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率によって電流許容変化率を演算し、運転状況に即した電流許容変化率を設定し、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０５】
請求項４の発明によれば、同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率を演算し、変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０６】
請求項５の発明によれば、同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率を演算し、この電流許容変化率を変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図４】図３に示す第３実施例の他実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図７】図６に示す第５実施例の他実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図８】従来例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 入力変圧器
２ 順変換器
３ 直流リアクトル
４ 逆変換器
５ 交流リアクトル
６ 同期機
７ 界磁巻線
８ 速度パルス発生器
９ 順変換器同期電源変圧器
１０ 逆変換器同期電源変圧器
１１ 変流器
１３ 制御装置
１４ 速度検出器
１５ 速度調整器
１６ 電流検出器
１７ 電流調整器
１８ 順変換器パルス発生器
１９ 電圧検出器
２０ 余裕角演算器
２２ 逆変換器パルス発生器
３０ 変化率制限器
３１ 変化率演算器
３２ 変流器
３３ 界磁電流検出器
３４ 界磁電圧変圧器
３５ 界磁電圧検出器
【産業上の利用分野】
本発明は、同期機のサイリスタ始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、他励式のサイリスタ整流器を応用したサイリスタ始動制御装置の一例を示す構成図である。
【０００３】
図において、三相電源に一次側が接続される入力変圧器１の二次側が三相のサイリスタ素子による順変換器２に接続されている。
【０００４】
順変換器２は、直流リアクトル３を介して順変換器２に対応するサイリスタ素子による逆変換器４に接続され、逆変換器４の各アームから交流リアクトル５を介して負荷として同期機６に接続されている。
【０００５】
同期機６は、界磁巻線７へ界磁電流Ｉｆを図示省略する手段によって供給できるように構成されると共に、回転子軸に連動して回転する速度パルス発生器８が取付けられ、速度検出器１４へ接続されている。
【０００６】
また、入力変圧器１の一次側には、順変換器２の同期のための順変換器同期電源変圧器９が設けられ、逆変換器４の出力側には、逆変換器４の同期のための逆変換器同期電源変圧器１０が設けられ、電圧検出器１９へ接続され、さらに、順変換器２の交流側には変流器１１が設けられて電流検出器１６へ接続されている。
【０００７】
速度検出器１４は、速度パルス発生器８が出力する同期機６の回転数に比例した周波数のパルスを入力し、同期機周波数信号ｆｓを出力する。電流検出器１６は、変流器１１の交流出力を整流し、変換器電流Ｉｄに比例した変換器電流信号Ｉを出力する。
【０００８】
電圧検出器１９は、逆変換器同期電源変圧器１０の交流出力を整流し逆変換器電圧信号Ｖ２を出力する。
【０００９】
順変換器パルス発生器１８は、順変換器同期電源変圧器９の交流出力を入力し、同期電源位相を検出すると共に、順変換器位相制御信号Θｒ１を入力し、順変換器位相制御信号Θｒ１に対応したタイミングで順変換器２の各サイリスタ素子を順次点弧させる点弧パルス信号Ｐ１を出力する。
【００１０】
逆変換器パルス発生器２２は、逆変換器同期電源変圧器１０の交流出力を入力し、同期電源位相を検出すると共に、逆変換器位相制御信号Θｒ２を入力し、逆変換器位相制御信号Θｒ２に対応したタイミングで逆変換器４の各サイリスタ素子を順次点弧させる点弧パルス信号Ｐ２を出力する。
【００１１】
制御装置１３は、速度調整器１５と電流調整器１７と余裕角演算器２０とから構成されている。
【００１２】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓと周波数設定値ｆｒとを入力し、その偏差信号を増幅して偏差信号が小さくなるように電流基準信号Ｉｒを出力する。電流調整器１７は、電流基準信号Ｉｒと変換器電流信号Ｉを入力し、その偏差信号を増幅して偏差信号が小さくなるように順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。
【００１３】
余裕角演算器２０は、同期機周波数信号ｆｓと変換器電流信号Ｉと逆交換器電圧信号Ｖ２と転流余裕角γ２とを入力して所定の演算を行って逆変換器４の転流重なり角を見込んだ後述する逆変換器位相制御信号Θｒ２を逆変換器パルス発生器２２へ出力する。
【００１４】
以上の構成で、同期機６を加速するときのサイリスタ始動制御装置の動作を説明する。
【００１５】
なお、同期機６の停止状態から所定の周波数まで加速される間では同期機６の出力電圧Ｖｓおよび周波数ｆが十分大きな値に達していないため、逆交換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓとを入力しても余裕角演算器２０によって、逆変換器位相制御信号Θｒ２を演算出力することができない。
【００１６】
このため、同期機６を停止状態から所定の周波数まで加速する間は、図示省略する別途設けられた同期機６の回転子位置検出器から出力される回転子位置信号に基づいて逆変換器４の点弧パルス信号Ｐ２を生成する。
【００１７】
次に、同期機６が所定の周波数まで加速された後のサイリスタ始動制御装置の動作を説明する。
【００１８】
まず、界磁巻線７に所定の界磁電流Ｉｆを流すと、同期機６の回転周波数ｆに比例した出力電圧Ｖｓが誘起される。
【００１９】
逆変換器４は、逆変換器パルス発生器２２による点弧パルス信号Ｐ２によって各サイリスタ素子が点弧され同期機６によって誘起する逆の出力電圧Ｖｓが各サイリスタ素子へ印加され転流させる。この場合、各サイリスタ素子が転流失敗なく転流するために速度検出器１４からの同期機周波数信号ｆｓと電圧検出器１９からの逆交換器電圧信号Ｖ２と変換器電流信号Ｉと予め設定された転流余裕角γ２とが余裕角演算器２０によって次の式（１）に基づいて演算がされ、逆変換器４の転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号Θｒ２が出力される。
【００２０】
【数１】
ここで、Ｌｉは交流リアクトル５と同期機６のインダクタンスの和であり、Ｌｉ，ｆｓ，Ｉ，Ｖ２はいずれもＰＵ値で表現している。
【００２２】
次に、逆変換器４は、この出力電圧Ｖｓを交流電源として逆変換器運転を行い、電力を同期機６に送出する。逆変換器４の直流側には、同期機６の出力電圧Ｖｓと逆変換器位相制御信号Θｒ２に応じた直流電圧Ｖｄｃ２に対して電流調整器１７は変換器電流信号Ｉが電流基準信号Ｉｒと一致するように順変換器位相制御信号Θｒ１を調整し、順変換器直流電圧Ｖｄｃ１を制御する。
【００２３】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓが周波数設定値ｆｒと一致するように電流基準信号Ｉｒを増減し、同期機６を所定の周波数に維持する。なお、図８中、入力変圧器１は電圧レベルの変換および順変換器２のサイリスタ素子を短絡電流から保護するために、直流リアクトル３は変換器電流Ｉｄのリップル抑制のために、交流リアクトル５は逆変換器４のサイリスタ素子を短絡電流から保護するために設けてある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術で説明した同期機のサイリスタ始動制御装置は、同期機６の出力トルクの急変によってタービン発電機等に損傷を与えるおそれがあるという問題がある。
【００２５】
一般に、同期機のサイリスタ始動制御装置の出力トルクＴｅは、次の式（２）によって表される。
【００２６】
【数２】
ｆｓ：同期機６の周波数
Ｉｄ：変換器電流
Θｒ２：逆変換器位相制御信号
γ２：転流余裕角
Ｔｅ，Ｖｓ，ｆｓ，ＩｄはいずれもＰＵ値表現とする。
【００２７】
通常、同期機のサイリスタ始動制御装置の電流調整器１７は順変換器２や逆変換器４の交流電源電圧の突変に対して変換器電流Ｉｄが過電流となったり、断続したりしないようにするため高速応答が得られるように設定されている（例えば、交差角周波数で１００ｒａｄ／ｓｅｃ程度）。
【００２８】
上記の如く、高い応答性を持つ電流調整器１７に対し電流基準信号Ｉｒを急変させると変換器電流Ｉｄが突変し、さらに、（２）式より出力トルクＴｅも急変する。速度調整器１５の指令周波数信号である周波数設定値ｆｒは、同期機６の始動運転で急上昇させることが多く電流基準信号Ｉｒが急変することが多い。
【００２９】
このような場合、被駆動機が揚水機の如く軸系が単純な場合にはサイリスタ始動制御装置の出力トルクが急変しても特に問題とはならないが、コンバインドサイクル機の如く軸系が複雑な場合には特定の回転数に共振点が存在し、この共振点付近でサイリスタ始動制御装置の出力トルクが急変すると、軸系の振動を増長して共振が拡大し、軸系の共振の拡大によってタービン発電機等に損傷を与えるおそれがある。
【００３０】
そこで、本発明は、同期機のサイリスタ始動制御装置の出力トルクの急変を防止してタービン発電機等に損傷を与えることを回避する同期機のサイリスタ始動制御装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、順変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により交流を直流へ変換する順変換器と、該順変換器の直流出力を逆変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により可変周波数の交流電力へ変換し同期機へ供給するサイリスタ素子による他励式の逆変換器と、同期機の回転周波数信号が指令周波数信号となるように電流基準信号を生成する速度調整器と、順変換器が出力する電流信号が電流基準信号となるように順変換器位相制御信号を出力する電流調整器と、転流重なり角を演算し、この転流重なり角と予め設定された逆変換器の転流余裕角とから転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号を演算出力する余裕角演算器と、同期機の出力トルクの急な変化を抑制するために所定の演算式に従って同期機の電流許容変化率を算出する変化率演算器と、この変化率演算器により演算された電流許容変化率内に電流基準信号を制限する変化率制限器とを設けるようにしたものである。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３４】
請求項３の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３５】
請求項４の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の界磁電流あるいは界磁電圧のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３７】
【作用】
請求項１の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により所定の演算式に従って電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。そして、電流基準信号が電流許容変化率以内のとき、そのまま電流基準信号が出力される一方、電流基準信号が電流許容変化率以外のとき電流基準信号が制限される。これにより、運転状況に応じた電流許容変化率が設定される。従って、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、軸系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【００３９】
請求項２の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により、
同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率が演算され、電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４０】
請求項３の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率とによって電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４１】
請求項４の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４２】
請求項５の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第１実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００４５】
図１が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図１が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０を追設し、同期機６の出力トルクの変動を抑制するようにしたことである。
【００４６】
変化率制限器３０は、予め設定された所定の変化率内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。
【００４７】
まず、界磁巻線７に所定の界磁電流Ｉｆを流すと、同期機６の回転周波数ｆに比例した出力電圧Ｖｓが誘起される。
【００４８】
逆変換器４は、逆変換器パルス発生器２２による点弧パルス信号Ｐ２によって各サイリスタ素子が点弧され同期機６によって誘起する逆の出力電圧Ｖｓが各サイリスタ素子へ印加され転流させる。この場合、各サイリスタ素子が転流失敗なく転流するために速度検出器１４からの同期機周波数信号ｆｓと電圧検出器１９からの逆変換器電圧信号Ｖ２と変換器電流信号Ｉと予め設定された転流余裕角γ２とを取込んで余裕角演算器２０により演算がされ、逆変換器４の転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号Θｒ２が出力される。
【００４９】
次に、逆変換器４は、この出力電圧Ｖｓを交流電源として逆変換器運転を行い、電力を同期機６に送出する。電流調整器１７は変換器電流信号Ｉが電流基準信号Ｉｒと一致するように順変換器位相制御信号Θｒ１を調整制御する。
【００５０】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓが指令周波数信号である周波数設定値ｆｒと一致するように電流基準信号Ｉｒを増減し、同期機６を所定の周波数に維持する。この場合に速度調整器１５から出力される電流基準信号Ｉｒが変化率制限器３０へ入力される。
【００５１】
変化率制限器３０では、予め所定の変化率の範囲が設定されている。すなわち、前述した式（２）に基づいてＴｅトルクと変換器電流Ｉｄの関係から電流基準信号Ｉｒの許容可能な変化率の範囲が予め設定されている。これによって、電流基準信号Ｉｒが所定の変化率の範囲以外のとき電流基準信号Ｉｒが制限されて制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。従って、電流基準信号Ｉｒの急変が抑制され、同期機６の出力トルクの急増や急減が防止される。
【００５２】
このように第１実施例によれば、変化率制限器３０によって入力された電流基準信号が所定の変化率内に抑えられる。これにより、電流基準信号が急変しても電流基準信号の変動が所定の変化率以内とされるから同期機の出力トルクの急変動が抑制される。従って、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、回転系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【００５３】
図２は、本発明の第２実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００５４】
図２が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図２が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｂとを追設し、運転状況に応じて出力トルクの急変を防止するようにしたことである。
【００５５】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｂは、同期機６の逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと逆変換器４の転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いて同期機６の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００５６】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｂへ逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｂにより次の式（３）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００５７】
【数３】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００５９】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌとして出力される。
【００６０】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率Ｔｅｌ内に抑えられる。
【００６１】
このように第２実施例によれば、変化率演算器により、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率が演算され、電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００６２】
図３は、本発明の第３実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００６３】
図３が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図３が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｃと変流器３２と界磁電流検出器３３とを追設したことである。
【００６４】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｃは、同期機６の界磁電流Ｉｆと逆変換器４の転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と予め定めた出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて同期機６の出力トルクの変化率を所定範囲内とするように電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００６５】
変流器３２は、同期機６の界磁電流Ｉｆを検出するためのものである。界磁電流検出器３３は、変流器３２からの信号を取込んで界磁電流Ｉｆを出力するものである。
【００６６】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｃへ界磁電流Ｉｆと転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｃによって、次の式（４）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００６７】
【数４】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００６９】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００７０】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率内に抑えられる。
【００７１】
このように、本実施例では、同期機６の界磁電流Ｉｆが逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆに比例することに着目して界磁電流Ｉｆを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００７２】
なお、図４に示すように界磁電流Ｉｆの変わりに界磁電圧Ｖｆを用いても同様に実施できる。
【００７３】
この場合、界磁電圧変圧器３４と界磁電圧検出器３５を追設し次の式（５）によって電流許容変化率Ｉｌを演算する。
【００７４】
【数５】
上記のようにしても界磁電圧Ｖｆは、逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆとの比に比例するから第２実施例または第３実施例と同様に実施できる。
【００７６】
このように第３実施例によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率とによって電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００７９】
図５は、本発明の第４実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００７７】
図５が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図５が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｅとを追設したことである。
【００７８】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｅは、逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと所定の値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００７９】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｅへ逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと、さらに、転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２とに相当する所定値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｅによっても次の式（６）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００８０】
【数６】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００８２】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００８３】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率Ｔｅｌ内に抑えられる。
【００８４】
本実施例では、通常限られた運転範囲では転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２は所定の固定値となることに着目して所定の固定値ｃｏｓψを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００８５】
このように第４実施例によれば、変化率演算器により同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００８６】
図６は、本発明の第５実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００８７】
図６が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図６が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｆと変流器３２と界磁電流検出器３３とを追設したことである。
【００８８】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｆは、界磁電流Ｉｆと所定の値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００８９】
変流器３２は、同期機６の界磁電流Ｉｆを検出するためのものである。界磁電流検出器３３は、変流器３２からの信号を取込んで界磁電流Ｉｆを出力するものである。
【００９０】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｆへ界磁電流Ｉｆと所定のｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｆによって、次の式（７）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００９１】
【数７】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００９３】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００９４】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率内に抑えられる。
【００９５】
本実施例では、同期機６の界磁電流Ｉｆが逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆに比例することに着目して界磁電流Ｉｆを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００９６】
なお、図７に示すように界磁電流Ｉｆの代わりに界磁電圧Ｖｆを用いても同様に実施できる。
【００９７】
この場合、界磁電圧変圧器３４と界磁電圧検出器３５を追設し次の式（８）によって電流許容変化率Ｉｌを演算する。
【００９８】
【数８】
上記のようにしても界磁電圧Ｖｆは、逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆとの比に比例するから第２実施例乃至第４実施例と同様に実施できる。
【０１００】
このように第５実施例によれば、変化率演算器により同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、所定の演算式に従って電流許容変化率を演算して変化率制限器へ設定するから運転状況に応じた電流許容変化率を設定でき、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、軸系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【０１０３】
請求項２の発明によれば、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率を演算し、電流許容変化率を変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０４】
請求項３の発明によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率によって電流許容変化率を演算し、運転状況に即した電流許容変化率を設定し、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０５】
請求項４の発明によれば、同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率を演算し、変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０６】
請求項５の発明によれば、同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率を演算し、この電流許容変化率を変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図４】図３に示す第３実施例の他実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図７】図６に示す第５実施例の他実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図８】従来例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 入力変圧器
２ 順変換器
３ 直流リアクトル
４ 逆変換器
５ 交流リアクトル
６ 同期機
７ 界磁巻線
８ 速度パルス発生器
９ 順変換器同期電源変圧器
１０ 逆変換器同期電源変圧器
１１ 変流器
１３ 制御装置
１４ 速度検出器
１５ 速度調整器
１６ 電流検出器
１７ 電流調整器
１８ 順変換器パルス発生器
１９ 電圧検出器
２０ 余裕角演算器
２２ 逆変換器パルス発生器
３０ 変化率制限器
３１ 変化率演算器
３２ 変流器
３３ 界磁電流検出器
３４ 界磁電圧変圧器
３５ 界磁電圧検出器
Claims (5)
- 順変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により交流を直流へ変換する順変換器と、該順変換器の直流出力を逆変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により可変周波数の交流電力へ変換し同期機へ供給するサイリスタ素子による他励式の逆変換器と、前記同期機の回転周波数信号が指令周波数信号となるように電流基準信号を生成する速度調整器と、前記順変換器が出力する電流信号が前記電流基準信号となるように前記順変換器位相制御信号を出力する電流調整器と、転流重なり角を演算し、この転流重なり角と予め設定された前記逆変換器の転流余裕角とから転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号を演算出力する余裕角演算器と、前記同期機の出力トルクの急な変化を抑制するために所定の演算式に従って同期機の電流許容変化率を算出する変化率演算器と、前記変化率演算器により演算された電流許容変化率内に前記電流基準信号を制限する変化率制限器とを具備したことを特徴とする同期機のサイリスタ始動制御装置。
- 前記変化率演算器は、前記同期機の出力電圧とその周波数と前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。
- 前記変化率演算器は、前記同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。
- 前記変化率演算器は、前記同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。
- 前記変化率演算器は、前記同期機の界磁電流あるいは界磁電圧のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。
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