JPS6216098A - 同期機の励磁制御装置 - 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］ 本発明は同期機を電力系統へ並列させる時に同期機の出
力電圧を電力系統の電圧に合わせる揃圧制御に関するも
のである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 同期機を電力系統に並列させる場合は、同期機の電圧２
周波数および位相と電力系統の電圧２周波数および位相
の差を適切な小さな値にして並列することが必要となる
。従来、同期機特に大型機の場合は連続運転時間が非常
に長かったこと、および、周波数２位相の調整に比較的
時間がかかったことなどから、電圧の調整（以下、揃圧
制御と称す）に要する時間はそれ程問題とならなかった
。

しかし、近年は調速制御装置の機能向上により、あるい
は効率アップのため、大型機でも系統の負荷変動に合せ
て頻繁に駆動・停止する場合がふえたことなどから揃圧
制御に要する時間も無視しえなくなった。また、低周波
起動装置により、同期電動機を起動する場合は、電圧条
件を早く確立しておき速度および位相の条件が整えばす
ぐ同期機を並列させることも必要である。このように最
近は揃圧に要する時間をできる限り短くすることが要求
されてきている。

第５図に従来の揃圧制御の構成例、第６図にこの場合の
同期機の出力電圧と電力系統電圧のタイムチャート例を
示し、従来の揃圧制御を説明する。

なお、励磁装置としてサイリスタ励磁装置の場合を例に
とるが他の励磁装置の場合も同様である。

同期機１の界磁巻線２には、界磁しゃ断器３を介して同
期機１の出力を励磁変圧器４を介して交流電源を得るサ
イリスタ励磁装置５と、初期励磁用開閉器６を介して初
期励磁用電源７が接続される。

自動電圧調整装置８は、同期機１の出力電圧を第１の計
器用変圧器９ど介して入力して検出する自動電圧調整装
置検出器１０と電圧設定器１１と、同期機１の出力電圧
と設定電圧との偏差を検出し、その偏差に応じて位相制
御したパルスを発生し、パルストランス１２を介してサ
イリスタ励磁装置５ヘゲートパルスを与えるグー１〜パ
ルス発生器１３とから構成され、同期機１の出力電圧を
電圧設定器１１に応じた値に制御するものである６ また、同期機１は同期機しゃ断器１４を介して電力系統
１５に並列される。第１の計器用変圧器９と電力系統１
５に接続される第２の計器用変圧器１６の２次側を入力
として同期検定器１７と揃圧装置１Ｂが設置される。

揃圧装置１８は、第１の計器用変圧器９より入力する同
期機１の電圧を検出する同期機電圧検出器１９と、第２
の計器用変圧器１６より入力し、電力系統１５の電圧を
検出する系統電圧検出器２Ｃと、同期機電圧検出器１９
と系統電圧検出器２０の偏差を検出し、その偏差に応じ
て自動電圧調整装置８の電圧設定器１１の設定値を前記
偏差が零となる方向に制御する電圧設定器制御装置２１
から構成される。

第６図は、同期機１を発電機の場合を例として同期機１
が無励磁の状態から電圧発生し、電力系統１５に並列さ
れるまでの同期機１の出力電圧の時間推移と、電力系統
１５の電圧の関係を示す図である。

横軸は時刻、縦軸は同期機１および電力系統１５の電圧
であり、ＶＬは電力系統の電圧、Ｖｇは同期機１の電圧
、Ｖｇｏは電圧設定器１】の初期設定値に対応する同期
機１の電圧である。

時刻ｔｏに界磁しゃ断器３、および、初期励磁用開閉器
６が閉路とされると、直流電源７の電圧が界磁巻線２に
印加され、界磁電流は界磁巻線の時定数に従って徐々に
増加する。時刻ｔ１になり同期機１の出力電力Ｖｇが自
動電圧調整装置８のゲートパルス発生器１３がゲートパ
ルスを発生し得る電圧まで上昇すると、自動電圧調整装
置８によりサイリスタ励磁装置５が制御されるようにな
る。界磁巻線２には、励磁変圧器４を介し同期機１の出
力を電源とし、サイリスタ励磁装置５より電流が供給さ
れる。サイリスタ励磁装置５が導通し始めると、初期励
磁用開閉器６は開路される。サイリスタ励磁装置５が導
通し始めると自動電圧調整装置８の動作により、同期機
１の出力電圧は急速に上昇し、時刻ｔ２で自動電圧調整
装置８の電圧設定器１１の初期設定値に対応した電圧Ｖ
ｇｏに落ちつく。

同期機１の電圧が確立すると、次に揃圧制御が開始され
る。今、発電機しゃ断器１４を閉路して同期機１を電力
系統１５に並列させうるか否かを判別する同期検定器１
７の電圧条件が、同期機１の電圧Ｖｇと電力系統の電圧
ＶＬの間でＩＶＬ−ＶｇｌくΔｖであルトすれば、ＩＶ
Ｌ　　Ｖｇｏｌ＜ΔＶの時は同期機１の電圧が電圧設定
器１１の初期設定値に相当する電圧Ｖｇｏで安定した時
に電圧の同期条件が整った事になる。しかし、一般には
第６図に示すように、電力系統１５の電圧ＶＬは必らず
しも一定でなく、ＩＶＬ　　Ｖｇｏｌ＜△Ｖとならない
場合が多い。この場合、揃圧装置１８を動作させて同期
機電圧検出器１９と系統電圧検出器２０の偏差を零とす
るように電圧設定器１１を駆動し、結果的に同期機１の
電圧Ｖｇを電力系統１５の電圧ＶＬに近づけ時刻ｔ３で
ＩＶＬ−Ｖｇｌ＜ΔＶとする。

従って、Ｖ　ｇ　ｏとＶＬの差が非常に小さい場合は時
間ｔ３　ｔ２は比較的短時間で揃圧が完了するが、その
差が大きい時は長い時間を要する問題点がある。

［発明の目的］ 本発明は、揃圧制御に要する時間を不要にした同期機の
励磁制御装置を提供することを目的とする。

［発明の概要コ このため、本発明は同期機が電圧を発生する以前に、自
動電圧調整装置の電圧設定器の設定電圧を系統電圧にほ
ぼ合致するように制御するようにしたことを特徴として
いる。

［発明の実施例コ 第１図は本発明の一実施例に係る同期機励磁制御装置の
構成図を示したものである。図中、第５図と同一符号は
同一機能を示し、異なる点は、揃圧装置２２を、系統電
圧検出器２０と、自動電圧調整装置８の電圧設定器１１
の設定出力を入力とする電圧設定検出器２３と、系統電
圧設定器２０の出力と電圧設定検出器２３との出力の偏
差を検出し、その偏差が零となる方向に電圧設定器１１
を駆動する電圧設定器制御装置２１とから構成した点で
ある。

第２図は、その時間推移図を示し、第６図と同一記号は
同一の値を示す。記号ＶＲは電圧設定器１１の設定値を
同期機１の電圧に換算した値を示す。

また、ＶＲＱはその初期値を示す（以後、設定値と同期
機電圧に換算した値を区別せずＶＲおよびＶＲＯと称す
）。

本実施例では界磁しゃ断器３が投入され、同期機１が電
圧を発生する時刻ｔｏより以前に揃圧装置２２を動作さ
せる。第２図に示すように、電圧設定器１１の初期設定
値ＶＲＯが電力系統電圧ＶＬとが大巾に異っていても、
揃圧装置２２の動作により電圧設定器１１の設定値ＶＲ
は界磁しゃ断器３が投入される前に電力系統１５の電圧
ＶＬとほぼ同一とな’Ｊ、ＩＶＬ−ＶＲｌ＜ΔＶとなる
。

時刻ｔｏに界磁しゃ断器３および初期励磁用開閉器６が
閉路され、第６図で説明したと同様、同期機１の電圧Ｖ
ｇは時刻ｔｏでの電圧設定器１１の設定値ＶＲに相当す
る電圧に時刻ｔ２で安定する。

時刻ｔｏには既に電圧設定器１１の設定値ＶＲはＩＶＬ
−ＶＲＩ＜ΔＶとなっているため、同期機１が時刻ｔ２
に安定する電圧ＶｇはＩＶＬ−Ｖｇｌ＜ΔＶとなり、同
期検定器１７での電圧条件を満足する。

以上より、同期機１が電圧を発生した後での揃圧制御は
不要となる。

以上は、本発明を発電機の励磁制御に適用した場合を述
べたが、他の実施例として本発明を低周波同期起動の同
期電動機の励磁制御に適用した場合について以下に述べ
る。これは、起動装置としてスタティックスターターを
使用し、低減電圧にて同期電動機を定格まで上昇させ、
定格回転数まで上昇後、電圧を急速に定格電圧まで上昇
させる場合の例である。

第３図にその構成、第４図に同期電動機の端子電圧およ
び回転数の時間推移を示す。

第３図および第４図で第１図および第２図と同一符号ま
たは記号は同様の機能を示す。

第３図の構成で第１図と異なる点は、サイリスタ励磁装
置５を、交流電源２５から励磁変圧器２４を介して交流
入力を得、直流に変換して界磁しゃ断器３を介して同期
機１の界磁巻線２へ電流を供給するようにした点。

自動電圧調整装置２８を、自動電圧調整装置検出器１０
と、電圧設定器１１と１手動電圧設定器２７と。

ゲートパルス発生器１３と、切換回路２６とを設けて構
成すると共に、切換回路２６の共通接点２６ｃをゲート
パルス発生器１３に、一方の選択接点２６ｂを自動電圧
調整装置検出器１０と電圧設定器１１の偏差信号へ、他
の選択接点２６ａを手動電圧設定器２７に接続した点。

電源開閉器２９．電源変圧器３０．順変換器３１．直流
リアクトル３２．逆変換器３３より構成され低周波起動
しゃ断器３４を介して同期機１および並列しゃ断器１４
に接続されるスタティックスターター３５を備えた点で
ある。

第４図でＶｕは同期機１の端子電圧、Ｓｓは同期機の周
波数、ＳＬは同期機１が並列される電力系統１５の周波
数を示す。

時刻ｔａに起動開始されるが電圧設定器１１の設定値Ｖ
Ｒはこれより以前に第１図の実施例と同じ方法でＩＶＬ
−ＶＲＩ＜Δ■となっている。

時刻ｔａで同期機１はサイリスタ励磁装置５より電流供
給され励磁されるが、この時自動電圧調整装置２８は切
換回路２６の選択接点２６ａが選択さも。

手動設定値２７の設定値に応じてゲートパルス発生器１
３が制御を行なういわゆる定励磁制御が行なわれる。こ
れと同時に、スタティックスターター３５も動作を開始
し、徐々に出力周波数Ｓｓを上昇させる。出力周波数Ｓ
ｓが上昇するに従い、同期機１の端子電圧も概略周波数
Ｓｓに比例して上昇していく。周波数は電力系統１５の
周波数ＳＬに等しい値よりわずか大きい値ＳＬｂまで上
昇させる。

この時、この低周波起動方式ではスタティックスタータ
ー３５の経済性のため低減電圧方式を採用しているため
、同期機端子電圧ＶＭは電力系統１５の電圧ＶＬよりか
なり低い値ＶＭｂとなっている。

時刻ｔｂで周波数Ｓｓが上記ＳＬｂまで達するとスタテ
ィックスターター３５を動作停止させ低周波同期しゃ断
器３４を開路する。

従って、時刻ｔｂ後は同期機１の周波数は電力系統の周
波数ＳＬの方へ向って低下し始める。ここで、自動電圧
調整装置２８の切換回路２６を選択接点２６ｂを選択す
ると自動電圧調整装置２８は同期機１の端子電圧Ｖ　ｙ
を電圧設定器１１の設定値ＶＲと同じとなるように制御
をする。電圧設定器１１の設定値ＶＲは既に電力系統１
５の電圧ＶＬにほぼ等しい値とされているため、同期機
１の端子電圧ＶＭは急速に上昇しほぼ電力系統１５の電
力ＶＬに等しい値で安定する。即ち、同期検出器１７の
電圧条件は整ったことになる。同期機１の周波数Ｓｓが
徐々に低下し、電力系統１５の周波数ＳＬとほぼ同じ値
となり、同期検定器１７の周波数および位相の条件が整
えば並列しゃ断器１４が閉路され、同期機１は電力系統
１５に並列される。

この場合、スタティックスターター３５を停止し同期機
１が回転低下する過程で同期並列させるため、同期検定
器１７の同期判定条件を１回で満足する必要があり、電
圧条件を早く確立しておく事が肝要である。

このように、自動電圧調整装置２８の電圧設定器１１の
設定値を起動以前に電力系統１５の電圧と同じとなるよ
うに揃圧制御することにより、低減電圧による同期電動
機の起動および同期並列が可能となる。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、同期機が電圧を発生する
以前に自動電圧調整装置の電圧設定器の設定電圧を系統
電圧に一致させるようにしたので、同期機を電力系統に
並列する際の揃圧時間が不要となり同期機を効率良く電
力系統に同期並列させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る同期機の励磁制御装置
の構成図、第２図は第１図の作用を説明するための時間
推移図、第３図は本発明の他の実施例に係る同期機の励
磁制御装置の構成図、第４図は第３図の作用を説明する
ための時間推移図、第５図は従来装置の構成図、第６図
は第５図の作用を説明するための時間推移図である。 １・・・同期機、２・・・界磁巻線、３・・・界磁しゃ
断器、４・・・励磁用変圧器、５・・・サイリスタ励磁
装置、６・・・初期励磁用開閉器、７・・・初期励磁用
直流電源、　８．２８・・・自動電圧調整装置、９，１
６・・・計器用変圧器、１０・・・自動電圧調整装置検
出器、１１・・・電圧設定器、１２・・・パルストラン
ス、１３・・・ゲートパルス発生器、１４・・・並列し
ゃ断器、１５・・・電力系統、１７・・同期検定器、１
８．２２・・・揃圧装置、１９・・・同期機電圧検出器
、　２０・・・系統電圧検出器、２１・・・電圧設定器
制御装置、２３・・・電圧設定検出器、２４・・・励磁
変圧器、２５・・・交流電源、２６・・・切換回路、２
６ａ　、　２６ｂ・・・選択接点。 ２６ｃ・・・共通接点、２７・・・手動電圧設定器、２
９・・・電源変圧器、３０・・・電源変圧器、３１・・
・順変換器、３２・・・直流リアクトル、３３・・・逆
変換器、３４・・・低周波同期用しゃ断器、３５・・・
スタティックスターター。 ／／−＼、 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同期機の出力電圧を一定に制御する自動電圧調整装置と
   、同期機が並列される電力系統の電圧と前記自動電圧調
   整装置の電圧設定器との偏差を検出してその偏差を零に
   するように前記電圧設定値を制御する揃圧装置とを備え
   、同期機が電圧を発生する以前に前記電力系統の電圧と
   前記自動電圧調整装置の電圧設定器の設定値がほぼ合致
   するように制御することを特徴とする同期機の励磁制御
   装置。