(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子側電機子巻線及び回転子側界磁巻線を有する複数台の発電電動機のうち、一方の発電電動機の発電運転により始動対象である他方の発電電動機を同期始動させるものであり、しかも、この同期始動の際には両発電電動機の回転を機械ブレーキにより拘束しておき、両発電電動機の界磁電流が所定レベルの設定値に到達した後に機械ブレーキによる拘束を解除して両発電電動機の回転数を同期させる、発電電動機の同期始動制御装置において、
前記両発電電動機の界磁電流が前記所定レベルの設定値に到達するまでの電流変化率を制限する変化率制限手段、
を備え、
前記同期始動開始時点では所定時間だけ前記機械ブレーキによる拘束を解除すると共に、この解除期間中に界磁遮断器を投入して界磁巻線への電流供給を開始し、更に所定時間の経過後は再度機械ブレーキによる拘束を界磁電流が前記所定レベルの設定値に到達するまで行う、
ことを特徴とする発電電動機の同期始動制御装置。
【請求項２】
前記両発電電動機の界磁電流の所定レベルの設定値は、始動トルク相当設定値である、
ことを特徴とする請求項１記載の発電電動機の同期始動制御装置。
【請求項３】
前記界磁電流の所定レベルの設定値への到達を、タイマ手段により界磁遮断器投入時点からの経過時間の計測により判別すること、又は、界磁電流検出手段による電流検出に基づき判別すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の発電電動機の同期始動制御装置。
【請求項４】
前記界磁電流の制御に代えて、界磁電圧の制御を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発電電動機の同期始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揚水発電所等で用いられる発電電動機の同期始動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
揚水発電所における発電電動機の起動方法には、起動モータ方式、サイリスタ起動方式、同期始動方式等がある。これらのうち同期始動方式は、複数台の発電電動機のうち一方を駆動機として発電運転させ、他方を被駆動機として起動させる方式である（例えば、特許文献１参照）。以下、従来の同期始動方式の具体例につき図７乃至図１０を参照しつつ説明する。
【０００３】
図７は、従来の発電電動機の同期始動制御装置の概略構成図である。この図において、駆動機側の発電電動機に係る構成要素には符号の末尾に「Ａ」を付し、被駆動機側の発電電動機に係る構成要素には符号の末尾に「Ｂ」を付している。この従来例は、発電機として機能する一方の発電電動機１Ａ（駆動機側）の発電運転により、ポンプモータとして機能する始動対象である他方の発電電動機１Ｂ（被駆動機側）を同期始動させようとする場合のものである。
【０００４】
発電電動機１Ａは、電機子巻線３Ａが巻回された固定子２Ａ、及び界磁巻線５Ａが巻回された回転子４Ａを有している。界磁巻線５Ａは、この図では図示を省略してある電源回路から界磁遮断器６Ａを介して供給される界磁電流Ｉfgにより励磁されるものである。
【０００５】
回転子４Ａには、シャフト７Ａを介して水車８Ａが連結されている。水車８Ａはガイドベーン９Ａを有しており、このガイドベーン９Ａの開度調整により、流入水量を制御できるようになっている。また、シャフト７Ａに対向して機械ブレーキ１０Ａが設けられており、この機械ブレーキ１０Ａによりシャフト７Ａの回転、したがって水車８Ａ及び回転子４Ａの回転が拘束されるようになっている。
【０００６】
なお、発電電動機１Ｂに係る構成要素も上記と同様であるため、重複した説明を省略する。そして、固定子２Ａの電機子巻線３Ａと、固定子２Ｂの電機子巻線３Ｂとは、遮断器１１を介して電力供給路１２により接続されており、発電電動機１Ａが発電運転を行うと発電電動機間電流Ｉが流れるようになっている。
【０００７】
図８は、図７における界磁巻線５Ａの励磁回路周りの構成を主として示したブロック図である。界磁巻線５Ｂ側の構成も同様である。
【０００８】
電源回路としてのコンバータ回路１３はサイリスタ等の半導体素子により構成されている。そして、コンバータ回路１３は、交流電源１４からの３相交流電力を入力し、コンバータ制御回路１５の半導体素子に対するスイッチング制御により直流電流を出力するようになっている。この直流電流が界磁電流Ｉfgとして、界磁遮断器６Ａ、シャント抵抗１６、及びブラシ１７等を介して界磁巻線５Ａに流れることになる。
【０００９】
界磁電流Ｉfgの値は、界磁電流設定手段１８により設定できるようになっている。界磁電流設定手段１８から出力される設定信号は、界磁遮断器投入指令手段１９により制御されるスイッチ２０を介して減算器２１のプラス側端子に入力される。一方、シャント抵抗１６を流れる電流は界磁電流検出手段２２により検出され、これが検出信号として減算器２１のマイナス側端子に入力される。
【００１０】
減算器２１は、界磁電流設定手段１８からの設定信号と界磁電流検出手段２２からの検出信号との偏差を演算し、その偏差信号をコンバータ制御回路１５に出力する。コンバータ制御回路１５は、PID制御に基づき、減算器２１から入力した偏差信号がゼロとなるようにコンバータ回路１３の出力を制御する。
【００１１】
スイッチ２０は、界磁遮断器投入指令手段１９からの投入指令によってオンとなるが、この投入指令は界磁遮断器制御手段２３にも出力されるようになっている。界磁遮断器制御手段２３は、この投入指令の入力により投入制御信号を出力して界磁遮断器６Ａを投入する。
【００１２】
また、界磁遮断器制御手段２３からの投入制御信号は機械ブレーキ制御手段２４にも出力されるようになっている。機械ブレーキ制御手段２４はタイマ２５を有しており、この投入制御信号を入力した時点から予め設定されている時間（界磁電流Ｉfgが定格設定値（１００％）に達するのに充分な時間）が経過したことをタイマ２５により計測すると、機械ブレーキ１０Ａに対してブレーキ解除指令を出力する。これにより、機械ブレーキ１０Ａは、それまでのシャフト７Ａの回転の拘束を解除する。
【００１３】
機械ブレーキ制御手段２４からのブレーキ解除指令はガイドベーン制御手段２６にも出力されるようになっている。ガイドベーン制御手段２６は、このブレーキ解除指令を入力するとガイドベーン９Ａに対する開度制御を開始する。これにより、水車８Ａに流入した水はガイドベーン９Ａを通って流出し、水車８Ａがシャフト７Ａを介して回転子４Ａを回転させることになる。
【００１４】
図９は、界磁電流Ｉfgの立ち上がり付近の過渡的状態を示す特性図である。この図に示すように、界磁電流Ｉfgは界磁遮断器６Ａが投入された以降は、下式（１）に従って増加し、一定時間経過以降はほぼＥ／Ｒに等しくなる。ここで、Ｅはコンバータ回路１３の出力電圧、Ｒは界磁巻線５Ａの励磁回路全体の抵抗、Ｌは界磁巻線５Ａのインダクタンス、ｔは時間である。
Ｉfg＝（Ｅ／Ｒ）・｛１−ｅｘｐ（-Rt/L）｝  ……  （１）
【００１５】
次に、上記のように構成される従来装置の動作を図１０のタイムチャートに基づき説明する。時間ｔ0では、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂはオン状態すなわちブレーキ作動状態になっており、シャフト７Ａ，７Ｂの回転は拘束されている。そして、同期始動を開始すべく時間ｔ1で電力供給路１２の遮断器１１を投入した後、時間ｔ2で界磁遮断器投入指令手段１９から投入指令が出力され、スイッチ２０がオンになると共に、界磁遮断器制御手段２３を介して界磁遮断器６Ａ，６Ｂが投入される。
【００１６】
界磁遮断器６Ａ，６Ｂが投入された後、界磁電流設定手段１８から設定信号が出力され、この設定信号と界磁電流検出手段２２の検出信号との偏差に基づき、コンバータ制御回路１５はコンバータ回路１３に対してPID制御を開始する。これにより界磁巻線５Ａ，５Ｂには界磁電流Ｉfg，Ｉfmが流れ始める。このときの界磁電流Ｉfg，Ｉfmの変化状態は図９及び式（１）に示した通りである。
【００１７】
機械ブレーキ制御手段２４は時間ｔ2で界磁遮断器制御手段２３からの投入制御信号を入力した後、タイマ２５が設定時間経過を計測した時点である時間ｔ3でブレーキ解除指令を出力する。これにより、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂはオフ状態すなわちブレーキ解除状態になる。そして、ガイドベーン制御手段２６は、時間ｔ3で機械ブレーキ制御手段２４がブレーキ解除指令を出力するとガイドベーン９Ａに対する開度制御を開始する。
【００１８】
時間ｔ3でガイドベーン９Ａの開度制御が開始された後の時間ｔ4で水車８Ａ、シャフト７Ａ、及び回転子４Ａつまり発電電動機１Ａの回転が開始され、発電電動機１Ａから発電電動機１Ｂに向けて発電電動機間電流Ｉが流れ始める。そして、時間ｔ5で発電電動機１Ｂも回転を開始し、同期始動が完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００４−４８９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、従来装置では、図１０の最下段の発電電動機間電流Ｉの領域Ｒ1，Ｒ2に示されるように、大きな電流揺動が発生し、そのため発電電動機１Ｂの円滑な同期引き入れが困難になる場合が生じている。
【００２１】
すなわち、時間ｔ2で界磁遮断器６Ａ，６Ｂが投入され、界磁巻線５Ａ，５Ｂに界磁電流Ｉfg，Ｉfmが流れ始めて１００％（定格設定値）に達するまでの過程において、固定子２Ａ，２Ｂの電機子巻線３Ａ，３Ｂには電圧が誘起される。このとき、電機子巻線３Ａ，３Ｂ間に生じる電位差によって領域Ｒ1では発電電動機間電流Ｉが流れ始めるが、このときの発電電動機間電流Ｉは変化が緩やかであり直流に近いものとなるため、固定子２Ａ，２Ｂの鉄心は直流磁化されることになる。
【００２２】
したがって、これらの鉄心を直流磁化した電流と反対方向の電流が、回転子４Ａの回転数上昇によってこれらの鉄心に流れ消磁されるまでは、電機子巻線３Ａ，３Ｂには３相交流電圧が正しく誘起されないことになる。そのため、時間ｔ4以降に発電電動機１Ａが回転を開始しても、発電電動機１Ｂは直ぐには回転を開始せず、時間ｔ5に至ってようやく回転を開始する。つまり、時間ｔ4〜ｔ5の期間は、発電電動機１Ｂ側は回転子４Ｂが拘束されたままで始動された状態になるため領域Ｒ2における発電電動機間電流Ｉは大きく揺動する。
【００２３】
上記のように、発電電動機間電流Ｉの領域Ｒ1における揺動によって固定子側鉄心に直流磁化が発生し、これに起因して領域Ｒ2では発電電動機間電流Ｉには更に大きな揺動が発生する。したがって、領域Ｒ2における電流揺動を極力抑制するためには、領域Ｒ1における電流揺動を極力抑制することが肝要である。
【００２４】
加えて、この領域Ｒ1における電流揺動については、回転子側の停止位置如何によっては電流揺動のレベルが非常に大きくなってしまう場合が発生し得る。
【００２５】
つまり、時間ｔ2では機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂをブレーキ作動状態にして界磁遮断器６Ａ，６Ｂを投入しているが、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、このときいずれかの回転子磁極が、電機子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のいずれかと正対している状態では電機子巻線の誘起電圧も最大となり、発電電動機間電流Ｉが非常に大きくなる。このときの発電電動機間電流Ｉの増大は、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂの拘束力を上回る回転トルクを回転子４Ａ，４Ｂに生じさせ、電機子巻線の誘起電圧を増大させる懸念もある。
【００２６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発電電動機間電流に生じる揺動のレベルを抑制し、円滑な同期始動を行うことが可能な発電電動機の同期始動制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、固定子側電機子巻線及び回転子側界磁巻線を有する複数台の発電電動機のうち、一方の発電電動機の発電運転により始動対象である他方の発電電動機を同期始動させるものであり、しかも、この同期始動の際には両発電電動機の回転を機械ブレーキにより拘束しておき、両発電電動機の界磁電流が所定レベルの設定値に到達した後に機械ブレーキによる拘束を解除して両発電電動機の回転数を同期させる、発電電動機の同期始動制御装置において、前記両発電電動機の界磁電流が前記所定レベルの設定値に到達するまでの電流変化率を制限する変化率制限手段、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記両発電電動機の界磁電流の所定レベルの設定値は、始動トルク相当設定値である、ことを特徴とする。
【００２９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記界磁電流の所定レベルの設定値への到達を、タイマ手段により界磁遮断器投入時点からの経過時間の計測により判別すること、又は、界磁電流検出手段による電流検出に基づき判別すること、を特徴とする。
【００３０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記界磁電流の制御に代えて、界磁電圧の制御を行う、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記同期始動開始時点では所定時間だけ前記機械ブレーキによる拘束を解除すると共に、この解除期間中に界磁遮断器を投入して界磁巻線への電流供給を開始し、更に所定時間の経過後は再度機械ブレーキによる拘束を界磁電流が前記所定レベルの設定値に到達するまで行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、発電電動機間電流に生じる揺動のレベルを抑制し、円滑な同期始動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発電電動機の同期始動制御装置。
【図２】第１の実施形態の動作を説明するためのタイムチャート。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る発電電動機の同期始動制御装置の要部構成を示すブロック図。
【図４】第２の実施形態の動作を説明するためのタイムチャート。
【図５】本発明の第３の実施形態の要部である機械ブレーキ制御手段２４’の構成を示すブロック図。
【図６】第３の実施形態の動作を説明するためのタイムチャート。
【図７】従来の発電電動機の同期始動制御装置の概略構成図。
【図８】図７における界磁巻線５Ａの励磁回路周りの構成を主として示したブロック図。
【図９】界磁電流Ｉfgの立ち上がり付近の過渡的状態を示す特性図。
【図１０】従来装置の動作を説明するためのタイムチャート。
【図１１】従来装置の課題についての説明図であり、回転子磁極の停止位置が電機子巻線と正対している状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電電動機の同期始動制御装置の要部構成を示すブロック図である。図１が図８と異なるのは、界磁電流設定手段１８とスイッチ２０との間に変化率制限手段２７が介挿されている点である。
【００３５】
変化率制限手段２７は、界磁電流設定手段１８から出力される設定信号の変化率を一定レベル以下に制限するものであり、これにより界磁巻線５Ａ，５Ｂに流れる界磁電流Ｉfg，Ｉfmの急激な変化を回避しようとするものである。
【００３６】
次に、上記のように構成される第１の実施形態の動作を図２のタイムチャートに基づき説明する。時間ｔ0では、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂはオン状態すなわちブレーキ作動状態になっており、シャフト７Ａ，７Ｂの回転は拘束されている。そして、同期始動を開始すべく時間ｔ1で電力供給路１２の遮断器１１を投入した後、時間ｔ2で界磁遮断器投入指令手段１９から投入指令が出力され、スイッチ２０がオンになると共に、界磁遮断器制御手段２３を介して界磁遮断器６Ａ，６Ｂが投入される。
【００３７】
界磁遮断器６Ａ，６Ｂが投入された後、界磁電流設定手段１８から設定信号が出力されるが、この設定信号は変化率制限手段２７によって変化率が制限される。そして、この変化率が制限された設定信号と界磁電流検出手段２２の検出信号との偏差に基づき、コンバータ制御回路１５はコンバータ回路１３に対してPID制御を開始する。これにより界磁巻線５Ａ，５Ｂには界磁電流Ｉfg，Ｉfmが流れ始める。
【００３８】
この界磁電流Ｉfg，Ｉfmについて、図２と図１０とを対比して見れば明らかなように、図２の方が緩やかに上昇しており、したがって時間ｔ2から所定レベルの設定値（例えば、定格設定値（１００％））に達するまでに長い時間を要している。ここで、該所定レベルの設定値は少なくとも始動トルク相当以上の界磁電流である。
【００３９】
機械ブレーキ制御手段２４は時間ｔ2で界磁遮断器制御手段２３からの投入制御信号を入力した後、タイマ２５が設定時間（変化率制限手段２７による影響を考慮して図１０の場合よりも長い時間が設定されている）経過を計測した時点である時間ｔ3でブレーキ解除指令を出力する。これにより、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂはオフ状態すなわちブレーキ解除状態になる。そして、ガイドベーン制御手段２６は、時間ｔ3で機械ブレーキ制御手段２４がブレーキ解除指令を出力するとガイドベーン９Ａに対する開度制御を開始する。
【００４０】
時間ｔ3でガイドベーン９Ａの開度制御が開始された後の時間ｔ4で水車８Ａ、シャフト７Ａ、及び回転子４Ａつまり発電電動機１Ａの回転が開始され、発電電動機１Ａから発電電動機１Ｂに向けて発電電動機間電流Ｉが流れ始める。そして、時間ｔ5で発電電動機１Ｂも回転を開始し、同期始動が完了する。
【００４１】
このときの発電電動機間電流Ｉについて、図２と図１０とを対比して見れば明らかなように、図１０の領域Ｒ1に相当する領域における揺動レベルが大幅に低減されている。したがって、固定子側鉄心の直流磁化の度合いも小さくなり、領域Ｒ2に相当する領域においても揺動レベルが大幅に低減されている。それ故、時間ｔ5以降における発電電動機１Ｂの同期始動を円滑に行うことができる。
【００４２】
このように、第１の実施形態によれば、変化率制限手段２７を設けることによって界磁電流Ｉfg，Ｉfmを緩やかに立ち上げる構成としているので、発電電動機間電流に生じる揺動のレベルを抑制し、円滑な同期始動を行うことが可能になる。
【００４３】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る発電電動機の同期始動制御装置の要部構成を示すブロック図である。図３の構成は、図１における変化率制限手段２７を変化率制限手段２８に置き換えたものであるが、図面スペースの関係上、図１におけるスイッチ２０の右方及び下方に図示された他の構成要素を省略している。
【００４４】
変化率制限手段２８は、始動トルク相当までの界磁電流設定信号を出力する界磁電流設定手段２９と、界磁電流設定手段１８，２９から出力される設定信号の切換を行う切換スイッチ３０と、界磁遮断器投入指令手段１９からの投入指令、及び回転子４Ｂ側の回転数検出信号を入力して切換スイッチ３０に対する切換制御を行う設定値切換制御手段３１と、から構成されている。
【００４５】
次に、上記のように構成される第２の実施形態の動作を図４のタイムチャートに基づき説明する。時間ｔ0では、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂはオン状態すなわちブレーキ作動状態になっており、シャフト７Ａ，７Ｂの回転は拘束されている。そして、同期始動を開始すべく時間ｔ1で電力供給路１２の遮断器１１を投入した後、時間ｔ2で界磁遮断器投入指令手段１９から投入指令が出力され、スイッチ２０がオンになると共に、界磁遮断器制御手段２３を介して界磁遮断器６Ａ，６Ｂが投入される。
【００４６】
設定値切換制御手段３１は、このときの界磁遮断器投入指令手段１９からの投入指令を受けて、それまでニュートラルの位置にあった切換スイッチ３０の接点をａ側に切り換える。これにより、界磁電流設定手段２９からの設定信号が切換スイッチ３０及びスイッチ２０を介して減算器２１に入力される。減算器２１は、この設定信号と界磁電流検出手段２２からの検出信号との偏差を演算し、その偏差信号をコンバータ制御回路１５に出力する。コンバータ制御回路１５は、入力した偏差信号に基づきコンバータ回路１３にＰＩＤ制御を開始する。これにより界磁巻線５Ａ，５Ｂには界磁電流Ｉfg，Ｉfmが流れ始めるが、この界磁電流Ｉfg，Ｉfmの上限は定格設定値よりも１段低い始動トルク相当のレベルに抑制されている。
【００４７】
機械ブレーキ制御手段２４は時間ｔ2で界磁遮断器制御手段２３からの投入制御信号を入力した後、タイマ２５が設定時間（界磁電流Ｉfg，Ｉfmが始動トルク相当のレベルに到達するのに充分な時間）経過を計測した時点である時間ｔ3でブレーキ解除指令を出力する。これにより、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂはオフ状態すなわちブレーキ解除状態になる。そして、ガイドベーン制御手段２６は、時間ｔ3で機械ブレーキ制御手段２４がブレーキ解除状態を出力するとガイドベーン９Ａに対する開度制御を開始する。
【００４８】
時間ｔ3でガイドベーン９Ａの開度制御が開始された後の時間ｔ4で水車８Ａ、シャフト７Ａ、及び回転子４Ａつまり発電電動機１Ａの回転が開始され、発電電動機１Ａから発電電動機１Ｂに向けて発電電動機間電流Ｉが流れ始める。そして、時間ｔ5で発電電動機１Ｂも回転を開始し、同期始動が完了する。
【００４９】
このときの発電電動機間電流Ｉは、図２の場合と同様に、図１０の領域Ｒ1に相当する領域における揺動レベルが大幅に低減されており、そのため領域Ｒ2に相当する領域においても揺動レベルが大幅に低減されている。そして、時間ｔ5以降において発電電動機１Ｂも回転を開始し、同期始動が円滑に行われる。
【００５０】
設定値切換制御手段３１は、回転子４Ｂの回転数検出信号から、発電電動機１Ｂの同期始動が行われたと判別すると、時間ｔ6で切換スイッチ３０の接点をａ側からｂ側に切り換える。これにより、今度は界磁電流設定手段１８からの設定信号が切換スイッチ３０及びスイッチ２０を介して減算器２１に入力される。したがって、界磁巻線５Ａ，５Ｂに流れる界磁電流Ｉfg，Ｉfmのレベルは、１段高い定格電流相当（１００％）まで引き上げられる。
【００５１】
第１の実施形態では、変化率制限手段２７の働きにより界磁電流Ｉfg，Ｉfmを緩やかに且つ連続的に立ち上げて定格電流に達するまでの変化率を制限する構成としていたが、この第２の実施形態では、変化率制限手段２８の働きにより、界磁電流Ｉfg，Ｉfmの電流レベルを始動トルク相当及び定格相当（１００％）の２つの段階に分け、ステップ的に変化率を制限する構成としている。したがって、第２の実施形態の構成によっても、発電電動機間電流に生じる揺動のレベルを抑制し、円滑な同期始動を行うことが可能になる。
【００５２】
なお、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、界磁電流Ｉfg，Ｉfmが該所定レベルの設定値（第１の実施形態では定格設定値、第２の実施形態では始動トルク相当設定値）に到達した時点（つまり機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂの拘束を解除する時点）を、機械ブレーキ制御手段２４が界磁遮断器制御手段２３から投入指令を入力してから充分な時間が経過したことをタイマ２５の計測に基づき判別してブレーキ解除していたが、界磁電流検出手段２２からの検出信号の入力に基づき判別してブレーキ解除するようにしてもよい。
【００５３】
また、第１の実施形態及び第２の実施形態では、界磁電流の制御により同期始動制御を行っていたが、界磁電圧の制御により同期始動制御を行うことも可能である。この場合には、第１の実施形態及び第２の実施形態における「界磁電流」及び「電流変化率」等は、「界磁電圧」及び「電圧変化率」等に読み替えるものとする。
【００５４】
次に、本発明の第３の実施形態につき説明する。この第３の実施形態は、第１又は第２の実施形態における機械ブレーキ制御手段２４に対して、回転子の磁極位置を安定化させるための機能を付加したものである。
【００５５】
図５は、この第３の実施形態の要部である機械ブレーキ制御手段２４’の構成を示すブロック図である。機械ブレーキ制御手段２４’は、図１又は図８における機械ブレーキ制御手段２４と同様に、界磁遮断器制御手段２３からの界磁遮断器制御手段２３からの投入制御信号を入力した時点からの設定時間を計測するためのタイマ２５を有しているが、更に、同期始動開始指令を入力した時点から回転子の磁極位置安定化のために必要な時間を計測するための磁極位置安定化用タイマ３２を有している。そして、機械ブレーキ制御手段２４’から機械ブレーキ１０Ａ（又は１０Ｂ）に出力されるブレーキ解除指令及びブレーキ指令は、図１又は図８における機械ブレーキ制御手段２４と同様に、ガイドベーン制御手段２６にも出力されるが、本実施形態の機械ブレーキ制御手段２４’は更に界磁遮断器投入指令手段１９にも出力されるようになっている。
【００５６】
次に、第３の実施形態の動作を図６のタイムチャートに基づき説明する。但し、この図６のタイムチャートでは、図２と異なる個所である時間ｔ20〜ｔ21付近の動作についてのみ説明し、他の個所についての説明は図２と同様であるため省略する。
【００５７】
同期始動を開始すべく時間ｔ1で電力供給路１２の遮断器１１が投入されるが、この際機械ブレーキ制御手段２４’は、同期始動開始指令出力手段（図示せず）からの同期始動開始指令を入力しており、時間ｔ1後の時間ｔ20になった時点で機械ブレーキ１０Ａのブレーキを解除する。磁極位置安定化用タイマ３２は、磁極位置安定化のための時間すなわち時間ｔ20〜ｔ21の時間を計測しており、時間ｔ21になった時点で再度機械ブレーキ１０Ａにブレーキを作動させる。したがって、界磁遮断器６Ａが投入された時間ｔ2から、再度機械ブレーキ１０Ａが作動するまでの時点である時間ｔ21までの間に回転子４Ａの磁極をを安定した位置に移動させることができる。
【００５８】
つまり、シャフト７Ａの回転が拘束されている時間ｔ20以前では、図１１に示したように、いずれかの回転子磁極が、電機子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のいずれかと正対している状態になっている可能性がある。このような状態で、回転子の回転を拘束したまま界磁電流を定格設定値まで上昇させていったのでは電機子巻線の誘起電圧が大きくなってしまい、図１０の発電電動機間電流Ｉの領域Ｒ1に示したように、電流揺動が大きくなる。
【００５９】
そこで、この第３の実施形態では、界磁遮断器６Ａが投入される際に短い期間ｔ20〜ｔ21だけ機械ブレーキ１０Ａを解除して回転子４Ａをフリーな状態にしている。このように回転子４Ａをフリーにする期間を設けておくと、たとえ回転子４Ａの磁極が時間ｔ20以前において図１１に示したような最悪の位置に保持されていたとしても、界磁遮断器６Ａが投入された以降、このフリーな状態が維持されている期間ｔ2〜ｔ21に、回転子４Ａの磁極は電機子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のいずれとも離れた位置、つまり安定な位置に電磁力の作用によって自動的に移動することができる。したがって、図１０の発電電動機間電流Ｉの領域Ｒ1に相当する個所における揺動レベル、及びひいては領域Ｒ2に相当する個所における揺動レベルを一層低減することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１A：一方の発電電動機（発電機）
１B：他方の発電電動機（ポンプモータ）
２Ａ，２Ｂ：固定子
３Ａ，３Ｂ：電機子巻線
４Ａ，４Ｂ：回転子
５Ａ，５Ｂ：界磁巻線
６Ａ，６Ｂ：界磁遮断器
７Ａ，７Ｂ：シャフト
８Ａ，８Ｂ：水車
９Ａ，９Ｂ：ガイドベーン
１０Ａ，１０Ｂ：機械ブレーキ
１１：遮断器
１２：電力供給路
１３：コンバータ回路
１４：交流電源
１５：コンバータ制御回路
１６：シャント抵抗
１７：ブラシ
１８：界磁電流設定手段
１９：界磁遮断器投入指令手段
２０：スイッチ
２１：減算器
２２：界磁電流検出手段
２３：界磁遮断器制御手段
２４，２４’：機械ブレーキ制御手段
２５：タイマ
２６：ガイドベーン制御手段
２７：変化率制限手段
２８：変化率制限手段
２９：界磁電流設定手段
３０：切換スイッチ
３１：設定値切換制御手段
３２：磁極位置安定化用タイマ
Ｉfg，Ｉfm：界磁電流
Ｉ：発電電動機間電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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