WO1999053606A1 - Dispositif d'excitation pour generateur - Google Patents

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generator
voltage
output
excitation
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Inventor
Takenori Eguchi
Masaru Shimomura
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage

Definitions

  • the present invention relates to an excitation device that controls an excitation current supplied to a self-excited generator.
  • a generator that supplies current to the excitation winding of the generator using the power output from the generator is generally a self-excited generator. It is called a generator and is widely used.
  • the generated voltage is rectified through a controllable AC / DC converter, and a DC current is applied to the excitation winding of the generator. Supply.
  • FIG. 15 is a diagram showing a conventional static excitation device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-540, wherein 1 is a generator, and 12 is an exciting winding of the generator 1. 2 is an output line of the generator 1, 3 is a circuit breaker provided on the generator output line 2, and 4 is a system bus to which the generator 1 supplies power.
  • 5 is an excitation transformer connected to the output line 2 of the generator
  • 6 is a PT for detecting the output voltage of the generator 1
  • 8 is when the generator is started for the first time (power cannot be supplied from the system bus 4). This is the initial excitation circuit to be used.
  • a field switch for protection, 37 is a Paris circuit for overvoltage protection of the field circuit.
  • the generator voltage regulator 9 compares a set voltage value (not shown) with the voltage of ⁇ 6 and controls the current of the exciting winding 12 with the thyristor rectifier 10 so that the difference becomes small.
  • the generator voltage regulator 9 controls the firing phase of the thyristor rectifier 10 so that a larger current flows through the exciting winding 12.
  • the voltage supplied to the thyristor rectifier 10 via the exciting transformer 5 also decreases, so Even if the firing phase angle is controlled to the maximum angle, it is impossible to generate a high voltage that would normally be possible for the thyristor rectifier 10 to be generated, and the current must not be sufficiently increased. Become.
  • the maximum voltage that can be output from the thyristor rectifier 10 is instantaneously affected by the fluctuation of the voltage on the AC input side as it is, and if the AC input voltage decreases, the maximum voltage that can be output immediately decreases.
  • the necessary excitation voltage could not be output at the time of the critical point of the system voltage drop.
  • this disadvantage can be covered by designing the equipment with a large margin in anticipation of the voltage drop of the output line 2 in advance, but it is not economically advantageous because the equipment is large.
  • the present invention solves the above-mentioned drawbacks of the conventional excitation device, and supplies an excitation voltage and a current for outputting a required peak voltage even when the generator voltage drops due to a system-side accident or the like.
  • the purpose of the present invention is to provide an exciter for a generator capable of performing the above. Disclosure of the invention
  • An exciter for a generator includes an AC / AC converter having a voltage holding function connected to an output line of an AC generator, and a current controllable AC / D connected to an output of the AC / AC converter. .
  • the AC / AC converter having the voltage holding function of the power generation excitation device of the present invention is an AC / DC converter, a capacitor connected to an output side of the AC / DC converter, and the AC / DC converter. It consists of a DC / AC converter connected to the DC output side of the device.
  • the power generation excitation device of the present invention provides a current controllable AC / DC connected to the output line of the AC generator by a connection cable having impedance Z.
  • a DC converter comprising: an excitation device for a generator, wherein an excitation winding of the AC generator is connected to an output side of the DC converter.
  • An AC / AC converter having a voltage holding function and having an output terminal connected to the AC / DC converter side of the connection cable having the impedance Z is provided.
  • the AC / AC converter having the voltage holding function of the generator excitation device includes: an AC / DC converter; and a DC / AC converter connected to the DC output side of the AC / DC converter. It comprises a capacitor connected to the output side of the AC / DC converter.
  • the generator excitation device further includes a bidirectional AC / DC converter connected to the AC / DC converter side of the connection cable having the impedance Z, and a DC side of the bidirectional AC / DC converter. It has a connected capacitor.
  • a series circuit of a semiconductor switch and a capacitor is connected in parallel with the excitation winding.
  • the capacitor has a charging circuit connected to the capacitor via the charging circuit.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a generator excitation device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a generator excitation device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a generator excitation device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a generator excitation device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a generator excitation device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a case where a change is made to the circuit configuration of the generator excitation device of FIG.
  • FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a generator excitation device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a case where the circuit of FIG. 7 is modified.
  • FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a generator excitation device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 10 is a partial detailed view of FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a modified example of the portion of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a modification of FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing a modification of FIG.
  • FIG. 15 is a circuit diagram of a conventional exciter for a generator. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram using the generator excitation device of the present invention.
  • 1 is a generator
  • 12 is an exciting winding (also called a field) of the generator
  • 2 is an output line of the generator
  • 3 is a circuit breaker provided on the generator output line 2
  • 4 Is a system bus to which the generator 1 supplies power.
  • 5 is an excitation transformer connected to the generator output line 2
  • 6 is a PT for detecting the output voltage of the generator 1
  • 8 is when the generator 1 is started for the first time (power is supplied from the system bus 4. This is the initial excitation circuit to be used.
  • 9 is a generator voltage regulator that controls the current of the excitation winding 12 by controlling the thyristor rectifier 10 so that the output voltage of PT 6 is maintained at a predetermined value.11 is protection of the field circuit.
  • a field switch 27 performs the overvoltage protection of the field circuit.
  • the thyristor rectifier 10 is a current-controllable AC / DC converter according to the present invention.
  • Reference numeral 13 denotes an AC / DC converter for converting AC from the excitation transformer 5 to DC, which may be a simple rectifier or a control rectifier capable of controlling voltage.
  • Reference numeral 14 denotes a large-capacity capacitor (hereinafter, a link capacitor) connected to the DC output side of the AC / DC converter 13, the capacity of which will be described later.
  • Reference numeral 15 denotes a DC / AC converter for converting the DC output voltage of the AC / DC converter 13 into an AC voltage, which is preferably capable of outputting a constant voltage. The frequency and voltage of this alternating current are the frequency and voltage at which the thyristor rectifier 10 can operate without any trouble.
  • the AC / DC converter 13, the capacitor 14 and the DC / AC converter 15 constitute an AC / AC converter 29 having a voltage holding function according to the present invention.
  • the case where the voltage of the generator 1 drops is considered to be an accident on the grid 4 side and a short circuit of the generator output line 2.
  • the recovery time of the protection device as a plant after these accidents occurs is 4 to 6 cycles.
  • the peak voltage must be output to reduce the voltage drop in the system for at least the above six cycles until the accident recovery.
  • the output voltage of the AC / DC converter 13 also decreases as the voltage of the system decreases, but at this time, the charge stored in the link capacitor 14 is discharged, so that the voltage drop becomes gentle.
  • FIG. 2 shows a circuit configuration of Embodiment 2 of the present invention.
  • Reference numeral 16 denotes an auxiliary transformer provided on the input side of the AC / DC converter 13
  • reference numeral 1 denotes a step-up transformer provided on the output side of the DC / AC converter 15.
  • Reference numeral 31 denotes an equivalent impedance of a cable connecting the excitation transformer 5 and the thyristor rectifier 10.
  • the auxiliary transformer 16 is connected to the side of the exciting transformer 5 having the equivalent impedance 31, and the boosting transformer 17 is connected to the side of the thyristor rectifier 10 having the equivalent impedance 31.
  • 27 is a monitoring device that monitors the output voltage of the excitation transformer 5 and, when the voltage drops abnormally, issues a signal 51 that controls the converter 15/8 (converter 15). However, when the system is normal, the output current of the DC / AC converter 15 is controlled to be zero or the output current is controlled to be zero, or the operation is stopped.
  • FIG. 3 shows a circuit configuration of the third embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 52 denotes a separately-excited power supply (for example, an AC power supply in a power plant), and the following advantages can be obtained by using a power supply for the AC / DC converter 13.
  • the initial excitation circuit 8 shown in FIG. 2 of the second embodiment can be omitted.
  • a higher peak voltage can be obtained by raising the voltage of the on-site AC power supply 52 higher than the voltage of the excitation transformer 5 or boosting the voltage by the boosting transformer 17 on the output side of the AC / AC conversion circuit 29. Can occur.
  • FIG. 4 shows the configuration of a generator excitation device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • reference numeral 35 denotes a bidirectional DC / AC converter that can operate in both directions, that is, a DC / AC converter that can perform a regenerative operation.
  • the power supplied from the step-up transformer 17 is converted into direct current by the bidirectional DC / AC converter 35, and the link capacitor 14 is charged.
  • the voltage of the link capacitor 14 is maintained by returning the energy of the link capacitor 14 to the step-up transformer 17 by regenerative control.
  • the impedance connected to the excitation transformer 5 and its secondary side has impedance 31 so that DC / AC
  • the output of the converter 35 does not drop extremely due to the drop of the system voltage, and a sufficient voltage can be supplied to the thyristor rectifier 10.
  • the D CZ AC converter 35 switches the normal DC constant voltage output operation to the AC constant voltage output operation in the reverse direction.
  • the operation may be such that a decrease in the primary voltage of the step-up transformer 17 is used as a trigger.
  • the converter of Fig. 4 requires fewer converters than those of Fig. 1 to Fig. 3 and is more economical and more reliable.
  • FIG. 5 shows the configuration of a generator excitation device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • reference numeral 18 denotes a switch S1 using a high-speed switching element (for example, a self-extinguishing element, so-called GTO).
  • Reference numeral 19 denotes a switch S2 connected in antiparallel to switch 1 and using the same high-speed switching element.
  • 20 is a charging capacitor
  • Vf is a voltage indicating the output voltage of the thyristor rectifier 10 for convenience of explanation
  • Vc is a terminal voltage of the capacitor 20 as well. Normally, during the period of Vc and Vf, the switch S1 (18) is closed and the capacitor 20 is charged.
  • switch S 2 (19) is turned on to release the energy of capacitor 20 to excitation winding 12.
  • the generator field current is supplied directly from the capacitor 20 when a top voltage is generated at the time of an accident, so that the responsiveness is not affected by the delay of the firing angle phase control of the thyristor rectifier 10.
  • the switch S 1 (18) may be a simple diode.
  • a limit resistor may be provided in series with the switch S 1 (18) in order to prevent a delay in the rise of the field current due to the presence of the capacitor 20 when charging the capacitor 20.
  • Fig. 6 shows what can be done.
  • reference numeral 23 denotes a switch S3 (23) using a high-speed switching element, which is connected to one end of the capacitor 20.
  • Reference numeral 24 denotes a resistor connected in series with the switch S 3 (2 3).
  • FIG. 7 shows a circuit configuration according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the charging current to the capacitor 20 is shunted from the circuit for exciting the field, so that the response performance of the field control is affected. This can be prevented by the method shown in FIG. 7 of the sixth embodiment.
  • reference numeral 21 denotes a charging circuit for rectifying an AC input branched from the output of the exciting transformer 5 and supplying a DC current for charging the capacitor 20.
  • the diode 22 is a diode.
  • the diode 22 may be omitted if the charging circuit 21 has a function that can block the inflow of direct current from the output side (as most charging circuits have).
  • the switch S2 (19) is turned off, and the capacitor 20 is charged from the charging circuit 21.Thus, the thyristor rectifier 10 supplies the current of the exciting winding 12 without the influence of the capacitor 20. Can be controlled. In the event of an accident, the switch S 2 (19) is turned on to discharge the electric charge of the capacitor 20 to the exciting winding 12.
  • the initial excitation device 8 can be used as well (the switch is switched off when the thyristor rectifier 10 is stopped). If the switch S 2 (1 9) is turned on, the output of the charging circuit 21 can be passed directly to the excitation winding 12), and the initial excitation circuit 8 becomes unnecessary.
  • FIG. 9 shows a circuit configuration of the excitation device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • reference numeral 25 denotes a DC / DC converter which outputs the output of the AC / DC converter 13 to the excitation winding 12 as a voltage controlled in accordance with a command from the generator voltage regulator 9.
  • the voltage of the link capacitor 14 is always charged to a sufficiently high value by the AC / DC converter 13.
  • the generator 1 can generate a desired peak voltage.
  • the circuit of the DC / DC converter 25 includes, for example, a self-extinguishing high-speed switch SW4 (26) and a diode 27 as shown in FIG.
  • the field current during normal operation can be performed by turning switch SW4 (26) on and off, and the waveform at this time is shown in Fig. 11. In the figure, If indicates the field current.
  • the circuit in FIG. 10 is also assumed to have an AC / DC converter 12 with an intermediate tap (the output voltage is assumed to be 10, 0, 1, and 3 terminals) as shown in FIG. It is known that this configuration can improve the speed of narrowing down the field current when the switch SW1 is turned off.
  • the capacitor C 1 (20) corresponds to the capacitor (14) in FIG.
  • a flywheel switch SW3 (30) may be further provided as shown in FIG. The flywheel switch SW3 is always turned on when a large change control of the field current is not performed. SW 3 is also turned off.
  • the normal output voltage can be switched easily between + P and 0 V and a high voltage can be easily output, and if necessary, the switching control between + P and --N can be used to control the current. Can be reduced rapidly.
  • the circuit shown in FIG. 14 shows a circuit configuration for more smoothly switching the control mode in FIG.
  • switches SW13 and SW14 are turned off, and switches SW1 and SW12 are turned on and a + P voltage is applied to the field. Thereafter, when the switch SW 1 is turned off and the switch SW 12 is turned on, the field voltage becomes 0 V.
  • switches SW1 and SW12 are turned off, and a negative voltage is applied in a loop of diodes D5 and D6 to attenuate the current.
  • a negative voltage is applied in a loop of diodes D5 and D6 to attenuate the current.
  • the generator exciter of the present invention can be used not only in the AC generator of a commercial line but also in any type of self-excited generator that performs direct current excitation. Also,

Description

明 細 書 発電機用励磁装置 技術分野
この発明は、 自励式発電機に供給する励磁電流を制御する励磁装置に関 するものである。 背景技術
商用電力ラインまたは大型自家発電ラインに電力を供給する発電機にお いて、 この発電機が出力する電力を用いてこの発電機の励磁巻線に電流を 供給する形式の発電機を、 一般に自励式発電機と呼び、 広く用いられてい る。
この場合、 励磁電流を制御して発電電圧を制御する事が必要であるから、 一般には、 発電電圧を制御可能な交直変換器を介して整流し、 発電機の励 磁卷線に直流電流を供給する。
近年、 発電機の単機容量の増大化、 消費近接地に発電所を設置すること が難しくなったことから来る送電距離の長大化などのため、 消費地での電 圧の安定化を図るためには、 発電機に従来よりもより高い頂上電圧 （ピ一 ク電圧） の発生が要求されるようになっている。 当然の事ながら、 このこ とは励磁装置に対する大電流出力、 速応性能 （速応型励磁システムと呼ぶ） が要求される因となっている。
速応型励磁システムとして、 近年では静止型励磁装置が用いられること が多い、 これは応答性に優れているが、 励磁装置の 1次側の電圧低下が、 出力、 特にピーク出力の低下となって現れやすく、 出力電圧余裕が少ない ので、 その分電圧低下を見込んだ余裕のある設計が必要となり無駄が多い。 従来の静止型励磁装置について説明する。
第 1 5図は日本特開昭 6 4 - 5 4 0 0号公報に示された従来の静止型励 磁装置を示す図であり、 1は発電機、 1 2は発電機 1の励磁卷線 （界磁と も言う） 、 2は発電機 1の出力ライン、 3は発電機出力ライン 2に設けら れた遮断器、 4はこの発電機 1が電力を供給する系統母線である。
5は発電機の出力ライン 2に接続された励磁トランス、 6は発電機 1の 出力電圧を検出する P T、 8は発電機を最初に起動するとき （系統母線 4 から電力の供給が受けられない状態で起動するとき） 使用する初期励磁回 路である。
9は Ρ Τ 6の出力電圧が所定値に保たれるようにサイ リス夕整流器 1 0 を制御して励磁巻線 1 2の電流を制御する発電機電圧調整器、 1 1は界磁 回路の保護を行う界磁開閉器、 3 7は界磁回路の過電圧保護用パリス夕で ある。
次に第 1 5図の励磁装置の動作を図により説明する。
発電機 1が所定の範囲内の電圧を発電しており、 系統母線 4に接続され た図示しない負荷も正常で、 正常な範囲内の電流が流れているときは、 発 電機 1の出力ライン 2の電圧は Ρ Τ 6によって、 発電機電圧調整器 9に帰 還されている。 発電機電圧調整器 9は図示しない設定電圧値と Ρ Τ 6の電 圧とを比較しその差が小さくなるように、 励磁巻線 1 2の電流をサイ リス 夕整流器 1 0によって制御する。
今、 仮に系統母線 4またはここに接続された図示しない負荷において短 絡、 地絡などが生じた場合、 系統母線 4の電圧が低下するとともに、 発電 機 1の出力ライン 2の電圧も低下する。 すると発電機電圧調整器 9はサイ リス夕整流器 1 0の点弧位相を制御して、 より大きい電流が励磁卷線 1 2 に流れるように働く。 しかし、 この時励磁トランス 5を介してサイ リス夕 整流器 1 0に供給されている電圧も、 また、 低下しているために、 たとえ 点弧位相角が最大の角度に制御されても、 本来ならばサイ リス夕整流器 1 0が発生できるはずの高い電圧が発生できない状態になっており、 十分な 電流の増加がおこなわれないこととなる。
即ち、 サイ リス夕整流器 1 0の出力可能な最大電圧は交流入力側の電圧 の変動がそのまま、 しかも瞬時に影響し、 交流入力電圧が下がれば出力可 能な最大電圧も瞬時に低下するので、 系統電圧の低下という肝心の時に、 必要な励磁電圧が出力できないと言う欠点があった。 勿論、 この欠点は出 カライン 2の電圧低下をあらかじめ見込んで、 大幅に余裕をとつた装置設 計を行えばカバーすることは可能ではあるが、 装置が大型となり経済的に も得策でない。
この発明は、 以上のような従来の励磁装置の欠点を解消し、 系統側の事 故などにより発電機電圧が低下しても、 必要な頂上電圧を出力するための 励磁電圧、 電流を供給することが出来る発電機用励磁装置を提供するもの である。 発明の開示
この発明の発電機用励磁装置は、 交流発電機の出力ラインに接続された 電圧保持機能を有する AC/ AC変換器、 この AC/ AC変換器の出力に 接続された電流制御可能な A C/D。変換器、 この AC/D C変換器の D C出力側に前記交流発電機の励磁卷線を接続したものである。
また、 この発明の発電用励磁装置の電圧保持機能を有する A C/A C変 換器は、 AC/D C変換器とこの AC/D C変換器の出力側に接続された コンデンサと、 前記 AC/D C変換器の D C出力側に接続された D C/A C変換器からなるものである。
また、 この発明の発電用励磁装置は、 交流発電機の出力ラインにインピ 一ダンス Zを有する接続ケーブルにより接続された電流制御可能な A C/ D C変換器、 この出力側に前記交流発電機の励磁卷線を接続してなる発電 機用励磁装置であって、 前記ィンピーダンス Zを有する接続ケーブルの前 記出力ライン側に入力端が、 また、 前記インピーダンス Zを有する接続ケ 一ブルの前記 A C/D C変換器側に出力端が接続された電圧保持機能を有 する AC/AC変換器を有するものである。
また、 この発明による発電機用励磁装置の電圧保持機能を有する AC/ AC変換器は、 AC/D C変換器とこの AC/D C変換器の D C出力側に 接続された D C/AC変換器と、 前記 AC/D C変換器の出力側に接続さ れたコンデンサからなるものである。
また、 この発明による発電機用励磁装置は、 前記インピーダンス Zを有 する接続ケーブルの前記 A C/D C変換器側に接続された両方向 A C/D C変換器とこの両方向 A C/D C変換器の D C側に接続されたコンデンサ を有するものである。
また、 この発電機用励磁装置は、 前記励磁卷線に並列に半導体スィ ッチ とコンデンサとの直列回路を接続したものである。
また、 充電回路を介してコンデンサに接続された充電回路を有するもの である。
図面の簡単な説明
第 1図はこの発明の実施例 1による発電機用励磁装置の回路構成図であ る。
第 2図はこの発明の実施例 2による発電機用励磁装置の回路構成図であ る。
第 3図はこの発明の実施例 3によ発電機用励磁装置の回路構成図である。 第 4図はこの発明の実施例 4による発電機用励磁装置の回路構成図であ る。
第 5図はこの発明の実施例 5による発電機用励磁装置の回路構成図であ る o
第 6図は第 5図の発電機用励磁装置の回路構成に変更を加えた場合を示 す図である。
第 Ί図はこの発明の実施例 6による発電機用励磁装置の回路構成図であ る。
第 8図は第 7図の回路に変更を加えた場合を示す図である。
第 9図はこの発明の実施例 7による発電機用励磁装置の回路構成図であ る。
第 1 0図は第 9図の部分詳細図である。
第 1 1図は第 1 0図の動作を説明する図である。
第 1 2図は第 1 0図の部分の変形例を示す図である。
第 1 3図は第 1 2図の変形例を示す図である。
第 1 4図は第 1 3図の変形例を示す図である。
第 1 5図は従来の発電機用励磁装置の回路構成図である。 発明を実施するための最良の形態
実施例 1 .
以下、 この発明の実施例 1について第 1図により説明する。
第 1図はこの発明の発電機用励磁装置を用いた回路構成図である。 図に 於いて 1は発電機、 1 2は発電機 1の励磁卷線 （界磁とも言う） 、 2は発 電機 1の出力ライン、 3は発電機出力ライン 2に設けられた遮断器、 4は この発電機 1が電力を供給する系統母線である。
5は発電機の出力ライン 2に接続された励磁トランス、 6は発電機 1の 出力電圧を検出する P T、 8は発電機 1を最初に起動するとき （系統母線 4から電力の供給が受けられない状態で起動するとき） 使用する初期励磁 回路である。 9は P T 6の出力電圧が所定値に保たれるようにサイ リス夕整流器 1 0 を制御して励磁巻線 1 2の電流を制御する発電機電圧調整器、 1 1は界磁 回路の保護を行う界磁開閉器、 2 7は界磁回路の過電圧保護用パリス夕で ある。 なお、 サイ リス夕整流器 1 0は、 この発明に言う電流制御可能な A C/D C変換器である。
1 3は励磁トランス 5からの交流を直流に変換する A C/D C変換器で あり、 単なる整流装置でもよいし、 電圧を制御できる制御整流器でもよい。 14は AC/D C変換器 1 3の直流出力側に接続された大容量のコンデン サ （以下リンクコンデンサ） であり、 その容量は後述する。 1 5は A C/ D C変換器 1 3の直流出力電圧を交流電圧に変換する D C/AC変換器で、 一定電圧を出力出来るものが好ましい。 この交流の周波数と電圧はサイ リ ス夕整流器 1 0が支障なく動作することが出来る周波数と電圧である。 A C/D C変換器 1 3とコンデンサ 1 4と D C/ AC変換器 1 5とは、 この 発明に言う電圧保持機能を有する AC/AC変換器 29を構成している。 一般に発電機 1の電圧が低下するケースとしては、 系統 4側の事故及び 発電機出力ライン 2の短絡などが考えられる。 商用周波数の系統の場合、 これらの事故が発生した後、 プラントとしての保護装置による復旧時間は、 4〜 6サイクルである。
発電機用励磁装置としては少なく とも事故復旧までの上記 6サイクルの 間は、 頂上電圧を出力して系統の電圧低下を軽減しなければならない。 系 統の電圧低下とともに AC/D C変換器 1 3の出力電圧も低下するが、 こ のときリンクコンデンサ 1 4に蓄えられていた電荷が放電するので電圧低 下が緩やかとなる。
リンクコンデンサ 14から D C/ A。変換器 1 5の側を見た見かけの抵 抗を R、 リンクコンデンサの容量を Cとすると、 この電圧低下は時定数 R Cで進行する。 もし仮にサイ リス夕整流器 1 0の動作電圧余裕が 20 %あ るとするならば（即ちサイ リス夕整流器 1 0の交流入力側の電圧低下に A % の余裕があるなら）
R C X (A/ 1 0 0 ) > 6サイクルの時間長さ
となるようなコンデンサ容量を選べばよい。
ここで: (リンクコンデンサ 1 4の定常時電圧） / (D C/ A C変換器 1 5の定常時入力電流） である。
実施例 2.
本発明の実施例 2の回路構成を第 2図に示す。
図に於いて、 第 1図と同一または相当する部分には同符号を付して、 その 詳細な説明は省略する。 1 6は A C/D C変換器 1 3の入力側に設けた補 助トランス、 1 Ίは D C/A C変換器 1 5の出力側に設けた昇圧トランス である。 3 1は励磁トランス 5とサイ リス夕整流器 1 0の間を接続するケ 一ブルの等価ィンビ一ダンスを示すものである。 補助トランス 1 6は前記 等価インピーダンス 3 1の励磁トランス 5の側に、 また、 昇圧トランス 1 7は前記等価ィンピーダンス 3 1のサイ リス夕整流器 1 0の側に接続され ている。 2 7は励磁トランス 5の出力電圧を監視して、 その電圧が異常に 低下したときに、 0〇/八（ 変換器 1 5を制御する信号 5 1を発する監視 装置で、 この信号 5 1は、 システムが正常なときには D C/AC変換器 1 5の出力電流がほぼゼロとなるように、 出力電流ゼロの制御を行うか、 あ るいはその動作を停止させるものでもある。
第 2図の場合、 通常 （系統に異常がない） 運転中は励磁トランス 5から サイ リス夕整流器 1 0に直接給電され、 出力ライン 2の電圧が低下したと きにはリンクコンデンサ 1 4から D C/A C変換器 1 5を経由してサイ リ ス夕整流器 1 0に電圧が供給される。 通常運転中には電圧保持機能を有す る AC/ AC変換器 2 9が故障した場合でも影響が出ないと言う利点があ る。 なお、 第 2図の D C/A C変換器 1 5は励磁トランス 5の出力電圧の 位相に合わせた電圧を出力出来るよう構成したものであることは言うまで もない。
実施例 3.
本発明の実施例 3の回路構成を第 3図に示す。
図に於いて監視装置 27は記載を省略しているが図 2と同様に用いられて いる。 52は他励電源装置 （例えば発電所の所内 AC電源） であり、 AC /D C変換器 1 3の電源をこれよりとることにより次のような利点が得ら れる。
1 ) 発電機起動時の最初の初期励磁にも使用出来るので、 実施例 2の第 2 図に記載の初期励磁回路 8を省くことが出来る。
2) 所内 AC電源 5 2の電圧を励磁トランス 5の電圧よりも高くする、 あ るいは A C/A C変換回路 2 9の出力側の昇圧トランス 1 7で昇圧するこ とにより、 より高い頂上電圧を発生できる。
3 ) 励磁トランス 5の出力側に接続されているのは A C/A C変換回路 2 9の出力側のみであり、 AC/AC変換回路 2 9の故障の影響を受けにく く信頼性が向上する。
実施例 4.
本発明の実施例 4による発電機用励磁装置の構成を第 4図に示す。
図に於いて、 3 5は両方向に動作可能な両方向 D C/AC変換器、 即ち、 回生動作が可能な D C/AC変換器である。
定常時には昇圧トランス 1 7より給電された電力を両方向 D C/AC変 換器 3 5により直流に変換してリンクコンデンサ 14に充電する。 そして 系統事故により励磁トランス 5の 2次側電圧が低下したときには、 リンク コンデンサ 14のエネルギーを回生制御により昇圧トランス 1 7の側に戻 すことにより電圧を維持する。 図示していないが励磁トランス 5及びその 2次側に接続される配線にはィンピ一ダンス 3 1があるので、 D C/A C 変換器 3 5の出力が系統電圧の低下に引きづられて極端に低下することは なく、 サイ リス夕整流器 1 0に十分な電圧を供給できる。
系統の故障を示す信号 5 1によって、 D CZ A C変換器 3 5は通常の直 流定電圧出力動作を逆方向の交流定電圧出力動作に切換えるが、 例えば信 号 5 1を使用せずに、 昇圧トランス 1 7の 1次側電圧の低下を トリガ一と して利用する動作とすることもできる。
第 4図のものでは第 1図〜第 3図のものに比して変換器が少なくてすみ、 経済的かつ信頼性も向上する。
実施例 5.
本発明の実施例 5による発電機用励磁装置の構成を第 5図に示す。
図において、 1 8は高速スイ ッチング素子 （例えば自己消弧型素子いわゆ る GT Oなど） を使用したスィツチ S 1である。 1 9はスィ ッチ 1 と逆 並列に接続された同じく高速スィ ツチング素子を用いたスィ ツチ S 2であ る。 2 0は充電用コンデンサ、 Vf は説明の都合上サイ リス夕整流器 1 0 の出力電圧を示す電圧、 V cは同じくコンデンサ 2 0の端子電圧である。 通常時、 V cく V f である間は、 スィ ッチ S 1 ( 1 8 ) を閉じてコンデ ンサ 2 0に充電する。
事故時にはスイ ッチ S 2 ( 1 9 ) を ONしてコンデンサ 2 0のエネルギ 一を励磁巻線 1 2へ放出する。 このようにすると、 事故時頂上電圧を発生 するとき発電機界磁電流を直接コンデンサ 2 0から供給するので、 サイ リ ス夕整流器 1 0の点弧角位相制御の遅れの影響がなく即応性がよくなる。 ここでスィッチ S 1 ( 1 8 ) は単なるダイオードでもよい。 またコンデン サ 2 0への充電時にコンデンサ 2 0の存在によって界磁電流の上昇遅れが 生じることを防止するため、 スィ ッチ S 1 ( 1 8 ) に直列に制限抵抗を設 けてもよい。
なお、 第 5図の回路に若干の回路を追加することでパリス夕 3 7を省略 できるようにしたものを第 6図に示す。 図に於いて 2 3は高速スィ ッチン グ素子を用いたスィ ツチ S 3 ( 2 3 ) でありコンデンサ 2 0の一端に接続 されている。 24はスィッチ S 3 ( 2 3 ) に直列に接続した抵抗器である。 界磁電圧 Vf が異常に高くなつたとき図示しない電圧検出回路によってこ れを検出し、 第 1段階としてスィ ッチ S 1 ( 1 8 ) を ONしてコンデンサ 2 0により電圧を吸収する。 もしそれでも電圧が更に高くなるときはスィ ツチ S 3 ( 2 3 ) を閉じてサージエネルギーを抵抗器 2 4に放電して過電 圧を抑制する。 これによりパリス夕 3 7を省略できる。
実施例 6.
本発明の実施例 6による回路構成を第 7図に示す。
実施例 5の第 5図の方式の場合には、 コンデンサ 2 0への充電電流は界磁 を励磁する回路から分流しているので界磁制御の応答性能に影響が生じる。 実施例 6の第 7図の方式ではこれを防止することができる。
図に於いて、 2 1は励磁トランス 5の出力から分岐した交流入力を整流 してコンデンサ 2 0に充電する直流電流を供給する充電回路である。
2 2はダイオードである。 もつとも充電回路 2 1が （大抵の充電回路が備 えているように） その出力側からの直流の流入を阻止できる機能を備えた ものであるなら、 ダイオード 2 2は省略してもよい。
常時はスィ ツチ S 2 ( 1 9 ) を切って、 充電回路 2 1からコンデンサ 2 0に充電されており、 サイ リス夕整流器 1 0はコンデンサ 2 0の影響なし に励磁卷線 1 2の電流を制御することが出来る。 事故時にはスィ ツチ S 2 ( 1 9 ) を ONしてコンデンサ 2 0の電荷を励磁卷線 1 2へ放出する。
なお、 充電回路 2 1への給電は第 8図に示す如く発電所の所内電源より 供給するようにすると、 初期励磁装置 8を兼用することができ （サイ リス 夕整流器 1 0が停止状態でスィ ッチ S 2 ( 1 9 ) を ONしておけば充電回 路 2 1の出力を直接励磁卷線 1 2へ流すことが出来る） 、 初期励磁回路 8 は不要となる。
実施例 Ί .
本発明の実施例 7による励磁装置の回路構成を第 9図に示す。
図に於いて、 25は AC/D C変換器 13の出力を発電機電圧調整器 9の 指令に従って制御された電圧として励磁卷線 12へ出力する D C/D C変 換器である。
D C/D C変換器 25から直接励時電流を出力するのでサイ リス夕整流器 10は不要となる。
次に動作を説明する。
リンクコンデンサ 14の電圧は常に AC/D C変換器 13により十分高 い値に充電されている。
系統事故により励磁トランス 5の 2次側電圧が低下した場合でもリンクコ ンデンサ 14の電圧はしばらくは D C/D C変換器 25が所要の電圧を出 力するのに最低限必要な直流電圧以上の電圧を供給できるので、 発電機 1 は所望の頂上電圧を発生することが出来る。
D C/D C変換器 25の回路は、 例えば第 10図に示すように自己消弧 型高速スィツチ S W4 (26) 及びダイオード 27より構成する。 通常運 転時の界磁電流はスィッチ SW4 (26) をオン、 オフさせることにより 行うことが出来、 この時の波形を第 1 1図に示す。 図の I f は界磁電流を 示す。
第 10図の回路は、 また、 第 12図のように AC/DC変換器 12に中 間タップ （出力電圧を十、 0、 一、 の 3端子とする） を設けたものとし、 図のように構成すれば、 スィ ッチ SW1をオフしたときの界磁電流の絞り 込み速度を向上できることは公知である。 図に於いてコンデンサ C 1 ( 2 0) は第 10図のコンデンサ （ 14) に相当するものである。 しかし、 こ の回路ではスィ ヅチ SW 1のオフの時に出力電圧が （一 N) となり出力電 圧の平均値が低くなる傾向があるので、 更に、 第 1 3図に示すようにフラ ィホイールスィ ツチ SW3 ( 30 ) を設けてもよい。 界磁電流の大幅な変 更制御をしないときにはフライホイールスィ ッチ SW3は常にオンしてお き、 電流を急激に減少させる必要があるときには、 スィ ッチ SW 1をオフ すると同時にフライホイ一ルスィ ツチ SW 3もオフするのである。
このようにすることにより、 普段の出力電圧は + Pと 0 Vの間のスイ ツ チング制御となって高い電圧を容易に出力でき、 必要時には + Pと— N間 のスィツチング制御となって電流の急速な減少を行うことが出来る。
第 1 4図の回路は第 1 3図に於ける制御モ一ドの切換えを更にスムーズ に行うための回路構成を示すものである。
通常の運転はスィツチ SW 1 3、 SW 14はオフとし、 スイ ッチ SW 1、 SW 1 2はオンで界磁に + Pの電圧を印加する。 その後、 スィ ッチ SW 1 をオフ、 スィッチ SW 1 2をオンすると界磁電圧は 0 Vとなる。
急速減磁はスイ ッチ S W 1、 S W 1 2をオフとしてダイオード D 5、 D 6のループで負の電圧を印加し電流を減衰させる。 スイ ッチ SW 1、 S W 1 2のオフ時間を変化させることで減衰の速さを任意に制御することが出 来るようになる。 産業上の利用可能性
この発明の発電機用励磁装置は、 商用ラインの交流発電機だけでなく直 流励磁する自励式発電機であれば、 その形式を問わず使用することが出来 る。 また、

Claims

請 求 の 範 囲
1. 交流発電機の出力ラインに接続された電圧保持機能を有する AC/ AC変換器、 この A C/ A C変換器の出力側に接続した電流制御可能な A C/D C変換器、 この AC/D C変換器の D C出力側に前記交流発電機の 励磁巻線を接続してなる発電機用励磁装置。
2. 電圧保持機能を有する AC/AC変換器は、 AC/D C変換器とこ の AC/D C変換器の D C出力側に接続されたコンデンサと、 前記 AC/ D C変換器の D C出力側に接続された D C/ A C変換器からなることを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の発電用励磁装置。
3. 交流発電機の出力ラインにィンピ一ダンス Zを有する接続ケーブル により接続された電流制御可能な A CZD C変換器、 この A C/D C変換 器の D C出力側に前記交流発電機の励磁卷線を接続してなる発電機用励磁 装置であって、
前記ィンピ一ダンス Zを有する接続ケーブルの前記 A C/D C変換器側 に出力端が接続された電圧保持機能を有する A C/ A C変換器を有するこ とを特徴とする発電機用励磁装置。
4. 電圧保持機能を有する AC/AC変換器は、 交流発電機の出力ライ ンとは異なる他の電源ラインに接続された A C/D C変換器とこの A C/ D C変換器の D C出力側に接続された D C/ AC変換器と、 前記 AC/D C変換器の出力側に接続されたコンデンサからなることを特徴とする請求 の範囲第 3項に記載の発電用励磁装置。
5. 電圧保持機能を有する AC/AC変換器に代えて、 両方向 AC/D C変換器とこの両方向 A C/D C変換器の D C側に接続されたコンデンサ を有することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の発電機用励磁装置。
6. 励磁卷線に並列に半導体スィ ツチとコンデンサとの直列回路を接続 したことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の発電機用励磁装置。 一省
7 . 求の範囲第 6項記載の発電用励磁装置において、 充電装置を介し てコ こ接続された充電回路を有することを特徴とする発電機用励
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