(57)【要約】  このサイリスタ起動装置は、同期機（２１）の回転速度（Ｎ）とインバータ（４）の位相制御角（γ）との関係を示す関数またはテーブルを含み、速度演算部（８）によって求められた同期機（２１）の回転速度（Ｎ）に応じた値の位相制御角（γ）を求める制御角演算部（９）を備える。位相制御角（γ）は、同期機（２１）の回転速度（Ｎ）に応じて最小値（γａ)から最大値（γｂ）まで変化し、同期機（２１）の回転速度（Ｎ）に対する位相制御角（γ）の増加率（Δγ／ΔＮ）は、同期機（２１）の回転速度（Ｎ）に応じて複数段階で変更される。
2014033849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機（２１）を起動させるサイリスタ起動装置であって、
第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータ（２）と、
前記直流電力を可変周波数の第２の交流電力に変換して前記同期機（２１）に供給するインバータ（４）と、
前記同期機（２１）の回転速度を求める速度演算部（８）と、
前記同期機（２１）の回転速度と前記インバータ（４）の位相制御角との関係を示す関数またはテーブルを含み、前記速度演算部（８）によって求められた前記同期機（２１）の回転速度に応じた値の位相制御角を求める制御角演算部（９）と、
前記制御角演算部（９）によって求められた位相制御角に基づいて前記インバータ（４）を制御する制御部（１０）とを備え、
前記位相制御角は、前記同期機（２１）の回転速度に応じて最小値から最大値まで変化し、
前記同期機（２１）の回転速度に対する前記位相制御角の増加率は、前記同期機（２１）の回転速度に応じて複数段階で変更される、サイリスタ起動装置。
【請求項２】
前記同期機（２１）の回転速度に対する前記位相制御角の増加率は、前記同期機（２１）の回転速度が変化しても前記インバータ（４）の入力端子に現れる直流電圧が一定になるように、前記同期機（２１）の回転速度に応じて複数段階で変更される、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項３】
前記同期機（２１）の回転速度に対する前記位相制御角の増加率は、前記同期機（２１）の回転速度に応じて複数段階で減少する、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項４】
前記同期機（２１）から出力される三相交流電圧を検出する電圧検出器（７）を備え、
前記速度演算部（８）は、前記電圧検出器（７）によって検出された三相交流電圧に基づいて前記同期機（２１）の回転速度を求める、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項５】
前記同期機（２１）の回転子位置を検出する位置検出器を備え、
前記速度演算部（８）は、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記同期機（２１）の回転速度を求める、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項６】
前記同期機（２１）は火力発電所の発電機である、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はサイリスタ起動装置に関し、特に、同期機を起動させるサイリスタ起動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイリスタ起動装置は、三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、コンバータから直流リアクトルを介して与えられた直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換して同期機に与えるインバータとを備える。同期機に与える三相交流電力を制御することにより、停止状態の同期機を起動させて所定の回転速度で回転駆動させることができる。【０００３】
インバータの制御方法としては、位相制御角を一定値に設定する第１の方法や、同期機の回転速度に応じて位相制御角を最小値から最大値まで一定の増加率で増大させる第２の方法がある（たとえば、特開２００３−６１３８０号公報（特許文献１）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６１３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の第１の方法では、同期機の回転速度が増大するに従って、インバータの入力端子側に現れる直流電圧が上昇するという問題がある。コンバータはインバータの入力端子側に現れる直流電圧よりも高い直流電圧を供給する必要があるので、第１の方法では、大型のコンバータが必要になる。【０００６】
また、従来の第２の方法では、同期機の回転速度がある値になると、インバータの入力端子側に現れる直流電圧がピーク値になる。この場合は、直流電圧がピーク値になったときに直流電力を供給できる容量のコンバータを搭載し、直流電圧がピーク値にならない期間ではコンバータの出力を低下させる必要があり、コンバータの利用効率が低下する。【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、コンバータの小型化と利用効率の向上を図ることが可能なサイリスタ起動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るサイリスタ起動装置は、同期機を起動させるサイリスタ起動装置であって、第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を可変周波数の第２の交流電力に変換して同期機に供給するインバータと、同期機の回転速度を求める速度演算部と、同期機の回転速度とインバータの位相制御角との関係を示す関数またはテーブルを含み、速度演算部によって求められた同期機の回転速度に応じた値の位相制御角を求める制御角演算部と、制御角演算部によって求められた位相制御角に基づいてインバータを制御する制御部とを備えたものである。ここで、位相制御角は、同期機の回転速度に応じて最小値から最大値まで変化し、同期機の回転速度に対する位相制御角の増加率は、同期機の回転速度に応じて複数段階で変更される。【０００９】
好ましくは、同期機の回転速度に対する位相制御角の増加率は、同期機の回転速度が変化してもインバータの入力端子に現れる直流電圧が一定になるように、同期機の回転速度に応じて複数段階で変更される。【００１０】
また好ましくは、同期機の回転速度に対する位相制御角の増加率は、同期機の回転速度に応じて複数段階で減少する。【００１１】
また好ましくは、同期機から出力される三相交流電圧を検出する電圧検出器を備え、速度演算部は、電圧検出器によって検出された三相交流電圧に基づいて同期機の回転速度を求める。【００１２】
また好ましくは、同期機の回転子位置を検出する位置検出器を備え、速度演算部は、位置検出器の検出結果に基づいて同期機の回転速度を求める。【００１３】
また好ましくは、同期機は火力発電所の発電機である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るサイリスタ起動装置では、インバータの位相制御角は、同期機の回転速度に応じて最小値から最大値まで変化し、同期機の回転速度に対する位相制御角の増加率は、同期機の回転速度に応じて複数段階で変更される。したがって、インバータの入力端子側に現れる直流電圧の変化を小さく抑制することができ、コンバータの小型化と利用効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態によるサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した同期機の回転速度と同期機の端子電圧の実効値との関係を示す図である。
【図３】図１に示したインバータの構成および動作を示す回路図である。
【図４】図３に示したインバータの理想的な転流動作を模式的に示すタイムチャートである。
【図５】図３に示したインバータの理想的な転流動作を模式的に示す他のタイムチャートである。
【図６】理想的なγ一定制御方式における回転速度と位相制御角と直流電圧の関係を示す図である。
【図７】図３に示したインバータに実際の転流動作時に流れる電流を示す回路図である。
【図８】図３に示したインバータの実際の転流動作を模式的に示すタイムチャートである。
【図９】図３に示したインバータの実際の転流動作を模式的に示す他のタイムチャートである。
【図１０】実際のγ一定制御方式における回転速度と位相制御角と直流電圧の関係を示す図である。
【図１１】γ線形制御方式におけるインバータの実際の転流動作を模式的に示すタイムチャートである。
【図１２】γ線形制御方式における回転速度と位相制御角と直流電圧の関係を示す図である。
【図１３】γ可変制御方式における回転速度と位相制御角と直流電圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
火力発電所では、同期機である発電機がガスタービンに結合されており、発電機はガスタービンによって回転駆動される。サイリスタ起動装置は、停止している発電機をガスタービンが自立昇速できる所定の回転速度まで回転させることにより、停止している発電機およびガスタービンを起動させる装置である。サイリスタ起動装置は、一般には負荷転流型インバータ（ＬＣＩ：Load  Commutated  Inverter）と呼ばれている。
【００１７】
本発明の一実施の形態によるサイリスタ起動装置は、図１に示すように、変圧器１、コンバータ２、直流リアクトル３、およびインバータ４を備える。変圧器１は、交流電源２０から供給される三相交流電圧を所定の電圧値の三相交流電圧に変換してコンバータ２に与える。
【００１８】
コンバータ２は、少なくとも６個のサイリスタを含む三相全波整流回路であり、変圧器１からの三相交流電力を可変電圧の直流電力に変換する。直流リアクトル３は、コンバータ２の正側出力端子２ａとインバータ４の正側入力端子４ａとの間に接続され、直流電流を平滑化する。コンバータ２の負側出力端子２ｂとインバータ４の負側入力端子４ｂとは互いに接続される。なお、もう１つの直流リアクトル３が、コンバータ２の負側出力端子２ｂとインバータ４の負側入力端子４ｂとの間に接続されていてもよい。
【００１９】
インバータ４の３つの出力端子４ｃ〜４ｅは、それぞれ同期機２１のＲ相端子２１ａ、Ｓ相端子２１ｂ、およびＴ相端子２１ｃに接続される。インバータ４は、少なくとも６個のサイリスタを含む三相全波整流回路であり、コンバータ２から直流リアクトル３を介して供給される直流電力を可変周波数、可変電圧の三相交流電力に変換して同期機（発電機）２１の固定子に与える。
【００２０】
また、このサイリスタ起動装置は、電圧検出器５，７、電流検出器６、速度演算部８、制御角演算部９、および制御部１０を備える。電圧検出器５は、交流電源２０から供給される三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値を示す信号を制御部１０に与える。電流検出器６は、変圧器１からコンバータ２に流れる電流を検出し、検出値を示す信号を制御部１０に与える。電圧検出器７は、同期機２１のＲ相端子２１ａ、Ｓ相端子２１ｂ、Ｔ相端子２１ｃに現れる三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を制御部１０および速度演算部８に与える。速度演算部８は、電圧検出器７からの信号に基づいて同期機２１の回転速度Ｎ（ｒｐｍ）を演算し、その演算値を示す信号を制御角演算部９および制御部１０に与える。なお、電圧検出器７の代わりに同期機２１の回転子の位置を検出する位置検出器を設け、速度演算部８において位置検出器の検出結果に基づいて同期機２１の回転速度Ｎ（ｒｐｍ）を演算しても構わない。
【００２１】
制御角演算部９は、同期機２１の回転速度Ｎとインバータ４の位相制御角γとの関係を示す関数（またはテーブル）を記憶しており、その関数（またはテーブル）と速度演算部８から与えられた回転速度Ｎを示す信号とに基づいて、回転速度Ｎに応じた値の位相制御角γを求め、その位相制御角γを示す信号を制御部１０に与える。
【００２２】
本願のサイリスタ起動装置では、回転速度Ｎが増大するに従って位相制御角γは最小値から最大値まで連続的に増加し、位相制御角γの変化率Δγ／ΔＮは２回以上変化する。これにより、コンバータ２の小型化と利用効率の向上を図ることが可能となっている。これについては、後で詳細に説明する。
【００２３】
制御部１０は、電圧検出器５、電流検出器６、および速度演算部８からの信号に基づいてコンバータ２を制御する。また、制御部１０は、電圧検出器７（または上記位置検出器）、速度演算部８、および制御角演算部９からの信号に基づいてインバータ４を制御する。
【００２４】
次に、このサイリスタ起動装置の特徴となる位相制御角γの制御方法について詳細に説明する。起動時は図２に示すように、同期機２１の端子電圧の実効値ＶＥは、界磁の制御により回転速度Ｎ（ｒｐｍ）が変わっても一定の定格電圧Ｖｃに保たれる。コンバータ２は、起動中常に、インバータ４の入力端子側の直流電圧ＶＤＣ２よりも直流リアクトル３の抵抗成分による電圧降下分だけ少し大きくなるように出力電圧ＶＤＣ１を制御する。これにより、直流リアクトル３に流れる直流電流が制御される。
【００２５】
なお、同期機２１を完全な停止状態から所定の回転速度Ｎａで回転させるまでの間は、位相制御角γは回転速度Ｎに関係なく、十分小さな一定値に維持され、同期機２１の端子電圧の実効値ＶＥは０Ｖから定格電圧ＶＣまで線形に増大する。
【００２６】
同期機２１が回転駆動されると、同期機２１のＲ相端子２１ａ、Ｓ相端子２１ｂ、およびＴ相端子２１ｃにそれぞれ三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴが現れる。この三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴは、インバータ４により直流電圧ＶＤＣ２に変換されてインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に現れる。すなわち、インバータ４は、図３に示すように、少なくとも６個のサイリスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを含む。
【００２７】
サイリスタＵ，Ｖ，Ｗのアノードはともに正側入力端子４ａに接続され、それらのカソードはそれぞれ出力端子４ｃ〜４ｅに接続される。サイリスタＸ，Ｙ，Ｚのアノードはそれぞれ出力端子４ｃ〜４ｅに接続され、それらのカソードはともに負側入力端子４ｂに接続される。
【００２８】
三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴに同期して、サイリスタＵ，Ｖ，Ｗのうちの１つのサイリスタと、サイリスタＸ，Ｙ，Ｚのうちの１つのサイリスタとを導通させることにより、同期機２１に三相交流電力を供給して同期機２１の回転速度Ｎを上昇させることが可能となっている。
【００２９】
たとえば、図３に示すように、サイリスタＵ，Ｚが導通している場合は、同期機２１のＲ相端子２１ａの電圧ＶＲがサイリスタＵを介してインバータ４の入力端子４ａに現れ、Ｔ相端子２１ｃの電圧ＶＴがインバータ４の入力端子４ｂに現れる。すなわち、同期機２１のＲ−Ｔ線間電圧ＶＲＴ＝ＶＲ−ＶＴが直流電圧ＶＤＣ２となって入力端子４ａ，４ｂ間に現れる。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｃ）は、インバータ４の理想的な転流動作を模式的に示すタイムチャートである。図４（ａ）は三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを示し、図４（ｂ）はインバータ４の６個のサイリスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚのうちの導通しているサイリスタを示し、図４（ｃ）はインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に現れる直流電圧ＶＤＣ２を示している。
【００３１】
図４（ａ）〜（ｃ）において、線間電圧ＶＲ−ＶＳ，ＶＳ−ＶＴ，ＶＴ−ＶＲが０Ｖとなる点が位相制御角γの基準点であり、基準点ではγ＝０度である。基準点から所望の角度γ１だけ位相を進めた時刻で所定のサイリスタに点弧指令信号を与える。たとえば、サイリスタＵが導通している期間中にサイリスタＶに点弧指令信号を与え、次にサイリスタＶが導通している期間中にサイリスタＷに点弧指令信号を与える。同様に、サイリスタＺが導通している期間中にサイリスタＸに点弧指令信号を与え、次にサイリスタＸが導通している期間中にサイリスタＹに点弧指令信号を与える。
【００３２】
導通するサイリスタの遷移に応じて、同期機２１の線間電圧ＶＲ−ＶＳ，ＶＳ−ＶＴ，ＶＴ−ＶＲがインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に直流電圧ＶＤＣ２として順次現れる。制御部１０は、同期機２１の回転に応じて、６個のサイリスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを２個ずつ順序良く点弧させて同期機２１内を流れる電流の経路を制御し、同期機２１の回転に同期する。
【００３３】
同期機２１のインダクタンスが無視できるほど小さい理想的な場合は、位相制御角γを一定値に保っていれば、図４（ｃ）に示すように、同期機２１の３相の線間電圧ＶＲ−ＶＳ，ＶＳ−ＶＴ，ＶＴ−ＶＲがインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に順次現れ続ける。入力端子４ａ，４ｂ間の直流電圧ＶＤＣ２の脈動分は直流リアクトル３によって平滑化され、直流電圧ＶＤＣ２の平均値は一定になる。
【００３４】
また、図５（ａ）（ｂ）は、回転速度Ｎが上昇した場合におけるインバータ４の理想的な転流動作を模式的に示すタイムチャートであって、図４（ａ）〜（ｃ）と対比される図である。図５（ａ）は三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを示し、図５（ｂ）はインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に現れる直流電圧ＶＤＣ２を示している。図５（ａ）（ｂ）に示すように、同期機２１の回転速度Ｎが上昇した場合でも図４（ａ）〜（ｃ）と同様であり、直流電圧ＶＤＣ２の平均値は変わらない。
【００３５】
また、図６（ａ）は理想的な場合における回転速度Ｎと直流電圧ＶＤＣ２の関係を示す図であり、図６（ｂ）はその場合における回転速度Ｎと位相制御角γの関係を示す図である。図６（ａ）（ｂ）に示すように、理想的な場合は、回転速度Ｎの変化に関わらず位相制御角γを一定値に設定することにより、直流電圧ＶＤＣ２は一定値に維持される。ここでは、位相制御角γを一定値に設定する方法をγ一定制御方式と称する。
【００３６】
しかし、実際には、導通していたサイリスタが瞬時に消弧することはない。同期機２１などのインダクタンス成分に起因して、有限の期間、直前まで導通しているサイリスタとこれから導通するサイリスタの両方が導通状態になる期間が生じる。この期間は転流重なり期間と呼ばれ、転流重なり期間に対応する角度は転流重なり角ｕと呼ばれる。
【００３７】
図７は、図３に示したインバータ４に実際に流れる電流を示す回路図である。図７において、同期機２１は３相のインダクタンス２１ｒ，２１ｓ，２１ｔを含む。たとえば、サイリスタＵが導通しているときにサイリスタＶに点弧指令信号を与えても、インダクタンス２１ｒ，２１ｓの影響により、転流重なり期間中は両方のサイリスタＵ，Ｖが導通し続ける。このため、インバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間の直流電圧ＶＤＣ２は、Ｒ相電圧ＶＲとＳ相電圧ＶＳの平均値（ＶＲ＋ＶＳ）／２からＴ相電圧ＶＴを減算した電圧となる。すなわち、ＶＤＣ２＝−ＶＴ＋（ＶＲ＋ＶＳ）／２である。
【００３８】
図８（ａ）〜（ｃ）は、インバータ４の実際の転流動作を模式的に示すタイムチャートであって、図４（ａ）〜（ｃ）と対比される図である。図８（ａ）は三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを示し、図８（ｂ）はインバータ４の６個のサイリスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚのうちの導通しているサイリスタを示し、図８（ｃ）はインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に現れる直流電圧ＶＤＣ２を示している。図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、転流重なり角ｕを考慮すると、転流重なり期間中は直流電圧ＶＤＣ２が理想的な転流動作時と比較して、図中の斜線を施した分だけ大きくなる。
【００３９】
また、図９（ａ）（ｂ）は、回転速度Ｎが上昇した場合におけるインバータ４の実際の転流動作を模式的に示すタイムチャートであって、図８（ａ）〜（ｃ）と対比される図である。図９（ａ）は三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを示し、図９（ｂ）はインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に現れる直流電圧ＶＤＣ２を示している。図９（ａ）（ｂ）に示すように、回転速度Ｎが上昇すると、転流時に直流電圧ＶＤＣ２が上昇する割合が増加する。
【００４０】
また、図１０（ａ）（ｂ）はγ一定制御方式における回転速度Ｎと位相制御角γと直流電圧ＶＤＣ２の実際の関係を示す図であり、特に、図１０（ａ）は回転速度Ｎと直流電圧ＶＤＣ２の関係を示し、図１０（ｂ）は回転速度Ｎと位相制御角γの関係を示している。図１０（ａ）（ｂ）に示すように、実際に位相制御角γを一定に維持すると、転流重なり期間における上昇分の影響により、回転速度Ｎの上昇に応じて直流電圧ＶＤＣ２が徐々に増加する。その直流電圧ＶＤＣ２よりも高い直流電圧ＶＤＣ１をコンバータ２から供給する必要があるので、大型のコンバータ２が必要になる。
【００４１】
その対策として、回転速度Ｎの増加に応じて、位相制御角γを最小値から最大値まで一定の増加率Δγ／ΔＮで線形に増大させる方法が考えられる。ここでは、この方法をγ線形制御方式と称する。
【００４２】
図１１（ａ）（ｂ）は、位相制御角γを増大させた場合におけるインバータ４の実際の転流動作を模式的に示すタイムチャートであって、図８（ａ）〜（ｃ）と対比される図である。図１１（ａ）は三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを示し、図１１（ｂ）はインバータ４の入力端子４ａ，４ｂ間に現れる直流電圧ＶＤＣ２を示している。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、位相制御角γをγ１，γ２，γ３，…（ただし、γ１＜γ２＜γ３である）と増大させても、転流重なり角ｕに起因して直流電圧ＶＤＣ２は増大する。しかし、位相制御角γを増大させると、位相制御角γを増大させない場合に比べて、斜線を施した部分の分だけ直流電圧ＶＤＣ２が減少する。したがって、γ線形制御方式により、回転速度Ｎの増加に伴う直流電圧ＶＤＣ２の上昇分を補正することができる。
【００４３】
図１２（ａ）はγ線形制御方式における回転速度Ｎと直流電圧ＶＤＣ２の関係を示す図であり、図１２（ｂ）は同方式における回転速度Ｎと位相制御角γの関係を示す図である。図１２（ａ）（ｂ）において、γ線形制御方式では、回転速度Ｎが０からＮａの間では位相制御角γは最小値γａに維持される。
【００４４】
図２でも説明したが、同期機２１を完全な停止状態から所定の回転速度Ｎａで回転させるまでの間は、電圧検出器７の出力信号、または同期機２１に設けられた回転子位置検出器(図示せず)から出力される回転子位置信号に基づいてインバータ４を制御する。この期間では、位相制御角γは回転速度Ｎに関係なく、十分小さな一定値γａに維持される。回転速度ＮがＮａからＮｂの間では、位相制御角γは最小値γａから最大値γｂまで回転速度Ｎに応じて線形に増大する。回転速度ＮがＮｂを超えると、位相制御角γは最大値γｂに維持される。回転速度ＮがＮｂに到達すると、サイリスタ起動装置による同期機２１の起動は終了し、同期機２１はガスタービンによって回転駆動される。
【００４５】
また、回転速度Ｎが０からＮａの間では、直流電圧ＶＤＣ２は線形に増大する。回転速度ＮがＮａからＮｂの間では、直流電圧ＶＤＣ２は、ある回転速度Ｎｐにおいてピーク値を持つ。回転速度ＮがＮｂを超えると、直流電圧ＶＤＣ２は回転速度Ｎに応じて増大する。
【００４６】
図１２（ａ）（ｂ）に示すようにγ線形制御方式では、回転速度Ｎの全域において満遍なく直流電圧ＶＤＣ２を減少させることはできず、直流電圧ＶＤＣ２は非線形に変化し、ある回転速度Ｎｐにおいてピーク値を持つ。したがって、直流電圧ＶＤＣ２がピーク値になったときでも直流電圧ＶＤＣ１を出力できるような容量のコンバータ２を設ける必要がある。また、そのようなコンバータ２は、直流電圧ＶＤＣ２がピーク値となる回転速度Ｎｐ以外の回転速度Ｎでは、直流電圧ＶＤＣ１を下げて運転する必要があり、コンバータ２の利用効率が低下する。
【００４７】
そこで、本願発明では、直流電圧ＶＤＣ２が一定値に近づくように、回転速度Ｎに応じて位相制御角γの増加率Δγ／ΔＮを２回以上変化させる。ここでは、この方法をγ可変制御方式と称する。図１３（ａ）（ｂ）では、γの増加率Δγ／ΔＮを２段階で変更している。すなわち、回転速度Ｎが０からＮａの間では位相制御角γは最小値γａに維持される。回転速度ＮがＮａからＮｍの間では、位相制御角γは最小値γａから所定値γｍまで回転速度Ｎに応じて所定の増加率Δγ／ΔＮ＝Ａ１で線形に増大する。回転速度ＮがＮｍからＮｂの間では、位相制御角γは所定値γｍから最大値γｂまで回転速度Ｎに応じて所定の増加率Δγ／ΔＮ＝Ａ２で線形に増大する。回転速度ＮがＮｂを超えると、位相制御角γは最大値γｂに維持される。ただし、Ｎａ＜Ｎｍ＜Ｎｂ、γａ＜γｍ＜γｂ、Ａ１＞Ａ２である。
【００４８】
また、回転速度Ｎが０からＮａの間では、直流電圧ＶＤＣ２は線形に増大する。回転速度ＮがＮａからＮｍの間では、直流電圧ＶＤＣ２は、ある回転速度Ｎｐ１においてピーク値を持つ。回転速度ＮがＮｍからＮｂの間では、直流電圧ＶＤＣ２は、ある回転速度Ｎｐ２においてピーク値を持つ。回転速度ＮがＮｂを超えると、直流電圧ＶＤＣ２は回転速度Ｎに応じて増大する。
【００４９】
図１２（ａ）（ｂ）のγ線形制御方式と図１３（ａ）（ｂ）のγ可変制御方式を比較すると、γ可変制御方式の方が回転速度Ｎの全域において直流電圧ＶＤＣ２を減少させることができ、直流電圧ＶＤＣ２を一定値に近づけることが可能であることが分かる。このようにして、回転速度Ｎに応じて位相制御角γの増加率Δγ／ΔＮを変化させる回数を３回、４回、５回と増やすことにより、直流電圧ＶＤＣ２を一定値に近付けることが可能となる。
【００５０】
この実施の形態では、回転速度Ｎに応じて位相制御角γの増加率Δγ／ΔＮを複数回変化させるので、直流電圧ＶＤＣ２を一定値に近付けることができる。したがって、コンバータ２の小型化と利用効率の向上を図ることができる。
【００５１】
なお、この実施の形態では、同期機２１が火力発電所においてガスタービンにによって回転駆動される発電機である場合について説明したが、これに限るものではなく、同期機２１は一般産業分野で使用される同期機であってもよい。たとえば、同期機２１は、製鉄所の冷却ブロワ用の同期機であってもよい。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５３】
１  変圧器、２  コンバータ、３  直流リアクトル、４  インバータ、５，７  電圧検出器、６  電流検出器、８  速度演算部、９  制御角演算部、１０  制御部、２０  交流電源、２１  同期機。
【図１】
2014033849.tif 000003
【図２】
2014033849.tif 000004
【図３】
2014033849.tif 000005
【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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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月2日(2015.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機（２１）を起動させるサイリスタ起動装置であって、
第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータ（２）と、
前記直流電力を可変周波数の第２の交流電力に変換して前記同期機（２１）に供給するインバータ（４）と、
前記同期機（２１）の回転速度を求める速度演算部（８）と、
前記同期機（２１）の回転速度と前記インバータ（４）の位相制御角との関係を示す関数またはテーブルを含み、前記速度演算部（８）によって求められた前記同期機（２１）の回転速度に応じた値の位相制御角を求める制御角演算部（９）と、
前記制御角演算部（９）によって求められた位相制御角に基づいて前記インバータ（４）を制御する制御部（１０）とを備え、
前記同期機（２１）の回転速度が０から第１の目標値まで増加する第１の期間では前記位相制御角は一定の最小値に維持され、前記同期機（２１）の回転速度が前記第１の目標値から第２の目標値まで増加する第２の期間では前記位相制御角は前記同期機（２１）の回転速度に応じて前記最小値から最大値まで増大し、前記同期機（２１）の回転速度が前記第２の目標値に到達すると前記サイリスタ起動装置による前記同期機（２１）の起動は終了し、
前記第２の期間において前記同期機（２１）の回転速度に対する前記位相制御角の増加率は、前記同期機（２１）の回転速度に応じて第１の値から第Ｎの値までステップ状に順次減少され、Ｎは２以上の整数である、サイリスタ起動装置。
【請求項２】
前記同期機（２１）の回転速度に対する前記位相制御角の増加率は、前記同期機（２１）の回転速度が変化しても前記インバータ（４）の入力端子に現れる直流電圧が一定になるように、前記同期機（２１）の回転速度に応じて前記第１の値から前記第Ｎの値までステップ状に順次減少される、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項３】
前記コンバータ（２）の出力端子と前記インバータ（４）の入力端子との間に接続された直流リアクトル（３）を備え、
前記コンバータ（２）は、前記インバータ（４）の入力端子に現れる直流電圧よりも高い直流電圧を出力する、請求項１または請求項２に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項４】
前記同期機（２１）から出力される三相交流電圧を検出する電圧検出器（７）を備え、
前記速度演算部（８）は、前記電圧検出器（７）によって検出された三相交流電圧に基づいて前記同期機（２１）の回転速度を求める、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項５】
前記同期機（２１）の回転子位置を検出する位置検出器を備え、
前記速度演算部（８）は、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記同期機（２１）の回転速度を求める、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項６】
前記同期機（２１）は火力発電所の発電機である、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係るサイリスタ起動装置は、同期機を起動させるサイリスタ起動装置であって、第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を可変周波数の第２の交流電力に変換して同期機に供給するインバータと、同期機の回転速度を求める速度演算部と、同期機の回転速度とインバータの位相制御角との関係を示す関数またはテーブルを含み、速度演算部によって求められた同期機の回転速度に応じた値の位相制御角を求める制御角演算部と、制御角演算部によって求められた位相制御角に基づいてインバータを制御する制御部とを備えたものである。ここで、同期機の回転速度が０から第１の目標値まで増加する第１の期間では位相制御角は一定の最小値に維持され、同期機の回転速度が第１の目標値から第２の目標値まで増加する第２の期間では位相制御角は同期機の回転速度に応じて最小値から最大値まで増大し、同期機の回転速度が第２の目標値に到達するとサイリスタ起動装置による同期機の起動は終了する。第２の期間において同期機の回転速度に対する位相制御角の増加率は、同期機の回転速度に応じて第１の値から第Ｎの値までステップ状に順次減少され、Ｎは２以上の整数である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
好ましくは、同期機の回転速度に対する位相制御角の増加率は、同期機の回転速度が変化してもインバータの入力端子に現れる直流電圧が一定になるように、同期機の回転速度に応じて第１の値から第Ｎの値までステップ状に順次減少される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また好ましくは、コンバータの出力端子とインバータの入力端子との間に接続された直流リアクトルを備える。コンバータは、インバータの入力端子に現れる直流電圧よりも高い直流電圧を出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この発明に係るサイリスタ起動装置では、インバータの位相制御角は、同期機の回転速度に応じて最小値から最大値まで増大し、同期機の回転速度に対する位相制御角の増加率は、同期機の回転速度に応じてステップ状に順次減少される。したがって、インバータの入力端子側に現れる直流電圧の変化を小さく抑制することができ、コンバータの小型化と利用効率の向上を図ることができる。
【国際調査報告】
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