(57)【要約】  サイリスタ起動装置（１００）は、直流出力電流（Ｉｄ）を断続的に零にすることによりインバータ（２）の転流を行なう第１のモードと、同期機（２０）の誘起電圧によりインバータ（２）の転流を行なう第２のモードとを順次実行することにより、同期機（２０）を停止状態から所定の回転速度まで加速させる。第２の制御部（１３）は、位置検出器（７）の検出信号に基づいて、コンバータ（１）の直流出力電流が電流指令値に一致するように、コンバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御する。第１のモードにおいて、電流指令値は、同期機（２０）の回転速度が高くなるに従って電流値が高くなるように設定される。
2018235187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機を起動させるサイリスタ起動装置であって、
交流電力を直流電力に変換するように構成されたコンバータと、
前記直流電力を平滑化する直流リアクトルと、
前記コンバータから前記直流リアクトルを介して与えられる前記直流電力を可変周波数の交流電力に変換して前記同期機に供給するように構成されたインバータと、
前記同期機の回転子位置を検出するように構成された位置検出器と、
前記位置検出器の検出信号に基づいて、前記インバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御するように構成された第１の制御部と、
前記位置検出器の検出信号に基づいて、前記コンバータの直流出力電流が電流指令値に一致するように、前記コンバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御するように構成された第２の制御部とを備え、
前記サイリスタ起動装置は、前記直流出力電流を断続的に零にすることにより前記インバータの転流を行なう第１のモードと、前記同期機の誘起電圧により前記インバータの転流を行なう第２のモードとを順次実行することにより、前記同期機を停止状態から所定の回転速度まで加速させるように構成され、
前記第１のモードにおいて、前記電流指令値は、前記同期機の回転速度が高くなるに従って電流値が大きくなるように設定される、サイリスタ起動装置。
【請求項２】
前記第１のモードにおいて、前記第２の制御部は、前記同期機の回転速度に応じて前記電流指令値を離散的に変化させる、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項３】
前記第１のモードにおいて、前記第２の制御部は、前記同期機の回転速度に応じて電流指令値を連続的に変化させる、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項４】
前記第１のモードにおいて、
前記第１の制御部は、前記直流出力電流が零となる時間が経過したタイミングで前記インバータにおけるサイリスタを点弧させるように構成され、
前記第２の制御部は、前記直流出力電流が零となる時間が経過したタイミングで前記電流指令値に従って前記コンバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のサイリスタ起動装置。
【請求項５】
前記同期機は、
前記インバータから交流電力の供給を受ける固定子と、
回転子と、
前記回転子の回転軸に取り付けられ、前記固定子および前記回転子に形成された通風路に冷却媒体を循環させるように構成されたファンとを含む、請求項１〜４のいずれか１項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する。
【背景技術】
【０００２】
発電機および電動機等の同期機を起動させるためのサイリスタ起動装置が開発されている（たとえば国際公開２０１４／０３３８４９号明細書（特許文献１）参照）。サイリスタ起動装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化す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る直流電力を可変周波数の交流電力に変換して同期機に供給するインバータとを備えている。同期機に供給する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駆動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１４／０３３８４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した同期機を冷却するための冷却構造としては、空気または水素ガスなどを冷却媒体として、同期機内の回転子および固定子に形成された通風路に冷却媒体を循環させるように構成されたものがある。このような冷却装置では、通常、同期機の回転子の回転軸に取り付けられたファンを用いて冷却媒体を循環させている。【０００５】
しかしながら、上記の冷却装置においては、同期機の回転速度が低い場合、すなわち同期機の起動時や低速時には、ファンの回転速度も低くなるため、冷却能力が低下するという問題が生じる。その結果、同期機が過熱してしまう可能性がある。【０００６】
同期機の過熱を抑制するためには、同期機の回転速度が低い場合に同期機に与える電流を低減することが有効である。しかしながら、同期機に与える電流を低減すると、同期機の昇速率（回転速度が上昇する比率）が低下するため、同期機の起動に時間がかかってしまうという不具合が生じ得る。【０００７】
なお、冷却構造の冷却能力を高めることで同期機の過熱を抑制しようとすると、冷却媒体を冷却するための冷却器の容量を大きくせざるを得ず、装置の大型化を招く可能性がある。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、同期機の過熱を抑えながら同期機を短時間で起動させることができる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】
【０００９】
この発明のある局面によれば、同期機を起動させるサイリスタ起動装置は、コンバータ、直流リアクトル、インバータ、位置検出器、第１の制御部、および第２の制御部を備える。コンバータは交流電力を直流電力に変換するように構成される。直流リアクトルは直流電力を平滑化する。インバータは、コンバータから直流リアクトルを介して与えられる直流電力を可変周波数の交流電力に変換して同期機に供給するように構成される。位置検出器は同期機の回転子位置を検出するように構成される。第１の制御部は、位置検出器の検出信号に基づいて、インバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御するように構成される。第２の制御部は、位置検出器の検出信号に基づいて、コンバータの直流出力電流が電流指令値に一致するように、コンバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御するように構成される。サイリスタ起動装置は、直流出力電流を断続的に零にすることによりインバータの転流を行なう第１のモードと、同期機の誘起電圧によりインバータの転流を行なう第２のモードとを順次実行することにより、同期機を停止状態から所定の回転速度まで加速させるように構成される。第１のモードにおいて、電流指令値は、同期機の回転速度が高くなるに従って電流値が高くなるように設定される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によると、同期機の過熱を抑えながら同期機を短時間で起動させることができるサイリスタ起動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の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】同期機の冷却構造の一例を示す断面図である。
【図３】サイリスタ起動装置の動作を示すタイムチャートである。
【図４】断続転流モード時のインバータの転流動作を模式的に示すタイムチャートである。
【図５】断続転流モード時の同期機の回転速度とコンバータの直流出力電流との関係を模式的に示すタイムチャートである。
【図６】断続転流モード時の同期機の回転速度と電流指令値との関係を示す図である。
【図７】断続転流モード時の同期機の回転速度と電流指令値との関係を示す図である。
【図８】断続転流モード時の同期機の回転速度とコンバータの直流出力電流との関係を模式的に示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１３】
図１は、この発明の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１を参照して、この発明の実施の形態によるサイリスタ起動装置１００は、停止している同期機２０を所定の回転速度まで加速させることにより、同期機２０を起動させる。
【００１４】
同期機２０は、電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷを有する固定子と、界磁巻線２２を有する回転子とを含む。同期機２０は、たとえば火力発電所のガスタービンに結合されており、ガスタービンによって回転駆動される。以下の説明では、所定の回転速度を「定格回転速度」とも称する。たとえば、交流電源３０の周波数が６０Ｈｚである場合、定格回転速度は３６００ｒｐｍに設定される。
【００１５】
サイリスタ起動装置１００は、変圧器ＴＲの二次側に接続されている。変圧器ＴＲの一次側は交流電源３０に接続されている。変圧器ＴＲは、交流電源３０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サイリスタ起動装置１００に与える。
【００１６】
サイリスタ起動装置１００は、コンバータ１、直流リアクトル３、およびインバータ２を備える。コンバータ１は、少なくとも６個のサイリスタを含む三相全波整流器であり、変圧器ＴＲからの三相交流電力を可変電圧の直流電力に変換する。
【００１７】
直流リアクトル３は、コンバータ１の正側出力端子１ａとインバータ２の正側入力端子２ａとの間に接続される。直流リアクトル３は、コンバータ１の直流出力電流Ｉｄを平滑化する。コンバータ１の負側出力端子１ｂとインバータ２の負側入力端子２ｂ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１の負側出力端子１ｂとインバータ２の負側入力端子２ｂとの間に接続されていてもよい。
【００１８】
インバータ２の３つの出力端子２ｃ，２ｄ，２ｅは、それぞれ、同期機２０の３つの電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷに接続される。インバータ２は、少なくとも６個のサイリスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを含む三相他励式インバータである。
【００１９】
サイリスタＵ，Ｖ，Ｗのアノードはともに正側入力端子２ａに接続され、それらのカソードはそれぞれ出力端子２ｃ，２ｄ，２ｅ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２ｃ，２ｄ，２ｅに接続され、それらのカソードはともに負側入力端子２ｂに接続される。
【００２０】
三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ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、インバータ２は、コンバータ１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２０の固定子（電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷ）に与える。これにより、同期機２０の回転速度を上昇させることができる。
【００２１】
サイリスタ起動装置１００は、変流器４，５、電圧検出器６、位置検出器７、電流検出器９、インバータ制御部１０、およびコンバータ制御部１３をさらに備える。
【００２２】
変流器４は、変圧器ＴＲからコンバータ１に流れる三相交流電流を検出し、検出値を示す信号を電流検出器９に与える。電流検出器９は、変流器４からの信号に基づいて、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄを演算し、その演算値を示す信号をコンバータ制御部１３に与える。具体的には、電流検出器９は、全波整流型のダイオード整流器を有しており、検出された三相交流電流を直流電流Ｉｄに変換する。
【００２３】
変流器５は、インバータ２から同期機２０の電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷに流れる電流を検出し、検出値を示す信号を位置検出器７に与える。
【００２４】
電圧検出器６は、インバータ２から同期機２０に供給される三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を位置検出器７に与える。具体的には、電圧検出器６は、同期機２０の電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷにおける三相交流電圧の線間電圧のうちの２つの線間電圧（図１では、Ｕ相−Ｖ相間の交流電圧Ｖｕ−ｖおよびＶ相−Ｗ相間の交流電圧Ｖｖ−ｗとする）を検出する。このように、Ｕ相−Ｖ相間の交流電圧Ｖｕ−ｖ、Ｖ相−Ｗ相間の交流電圧Ｖｖ−ｗおよびＷ相−Ｕ相間の交流電圧Ｖｗ−ｕのうちの少なくとも２つの線間電圧を検出することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧を計算により求めることができる。この線間電圧から相電圧への変換は、電圧検出器６または位置検出器７において行なわれる。
【００２５】
位置検出器７は、変流器５および電圧検出器６からの信号に基づいて同期機２０の回転子の位置を検出し、検出値を示す信号をインバータ制御部１０およびコンバータ制御部１３に与える。
【００２６】
インバータ制御部１０は、位置検出器７からの信号に基づいて、インバータ２の点弧位相を制御する。具体的には、インバータ制御部１０は、制御角演算部１１と、ゲートパルス発生器１２とを含む。制御角演算部１１は、検出された同期機２０の回転子の位置に基づいて位相制御角（点弧角）γを演算し、演算した位相制御角γをゲートパルス発生器１２に与える。ゲートパルス発生回路４０は、制御角演算部１１から受けた位相制御角γに基づいてインバータ２のサイリスタのゲートに与えるゲートパルス（点弧指令）を生成する。インバータ制御部１０は「第１の制御部」の一実施例に対応する。
【００２７】
コンバータ制御部１３は、位置検出器７からの信号および電流検出器９からの信号に基づいて、コンバータ１の点弧位相を制御する。具体的には、コンバータ制御部１３は、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄが電流指令値Ｉｄ＊に一致するように、コンバータ１の点弧位相を制御する。コンバータ制御部１３は「第２の制御部」の一実施例に対応する。
【００２８】
コンバータ制御部１３は、速度制御部１４と、電流制御部１５と、制御角演算部１６と、ゲートパルス発生器１７とを含む。速度制御部１４は、検出された同期機２０の回転子の位置に基づいて、同期機２０の回転速度を演算する。速度制御部１４は、演算した回転速度に基づいて、直流電流Ｉｄの目標値である電流指令値Ｉｄ＊を生成する。
【００２９】
電流制御部１５は、電流指令値Ｉｄ＊と直流電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを演算し、演算した偏差ΔＩｄに基づいて電圧指令値ＶＤＣ１＊を生成する。具体的には、電流制御部１５は、比例要素（Ｐ：proportional  element）、積分要素（Ｉ：integral  element）および加算部を含む。比例要素が偏差ΔＩｄに所定の比例ゲインを乗じて加算部へ出力し、積分要素は偏差ΔＩｄを所定の積分ゲインで積分して加算部へ出力する。加算部は、比例要素および積分要素からの出力を加算して電圧指令値ＶＤＣ１＊を生成する。電圧指令値ＶＤＣ１＊は、コンバータ１が出力すべき直流電圧ＶＤＣ１を規定する制御指令に相当する。
【００３０】
なお、コンバータ１は、インバータ２の入力端子側の直流電圧ＶＤＣ２よりも直流リアクトル３による電圧降下分だけ大きくなるように直流電圧ＶＤＣ１を制御する。これにより、直流電流Ｉｄが制御される。
【００３１】
制御角演算部１６は、電流制御部１５から与えられる電圧指令値ＶＤＣ１＊に基づいて、位相制御角αを演算する。ここで、コンバータ１に供給される三相交流電圧の線間電圧の実効値をＶｓとすると、コンバータ１から出力される直流電圧ＶＤＣ１の平均値ＶＤＣ１♯は、重なり角を無視すれば次式（１）で与えられる。
【００３２】
ＶＤＣ１♯＝１．３５Ｖｓｃｏｓα      …（１）
【００３３】
制御角演算部１６は、この式（１）のＶＤＣ１♯に電圧指令値ＶＤＣ１＊を入れて解くことにより位相制御角αを演算し、演算した位相制御角αをする。ゲートパルス発生器１７に与える。ゲートパルス発生回路４０は、制御角演算部１６から受けた位相制御角αに基づいてコンバータ１のサイリスタのゲートに与えるゲートパルス（点弧指令）を生成する。
【００３４】
ゲートパルス発生器１７によって生成されたゲートパルスに従ってコンバータ１がスイッチング制御されることにより、電流指令値Ｉｄ＊に従った直流電流Ｉｄがコンバータ１から出力される。
【００３５】
このようにサイリスタ起動装置１００によって同期機２０の電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷを通電した場合、電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷには熱損失（ジュール熱）が発生する。熱損失は電流の大きさの二乗に比例する。熱損失によって同期機２０が過熱されるのを防ぐため、同期機２０には冷却構造が設けられている。
【００３６】
次に、同期機２０の冷却構造について説明する。
図２は、同期機２０の冷却構造の一例を示す断面図である。図２を参照して、同期機２０の機内では、回転子２４の回転軸にはファン２５が取り付けられている。ファン２５は、回転子２４の回転によって回転駆動される。ファン２５が回転すると、図中矢印に示すように、回転子２４および固定子２６に形成される通風路に冷却媒体が循環される。冷却媒体には、たとえば水素ガスまたは空気が用いられる。固定子枠内には通風路に面して冷却器２７が設置されている。通風路を循環した冷却媒体は、冷却器２７、固定子枠内に通風路に面して設置された冷却器２７によって冷却される。
【００３７】
このように、回転子２４の回転力を利用してファン２５を回転させているため、同期機２０の回転速度が低いときには、ファン２５の回転速度も低くなる。そのため、冷却媒体の冷却能力が低下し、結果的に同期機２０が過熱してしまう可能性がある。
【００３８】
次に、図３を用いて、サイリスタ起動装置１００の動作について説明する。
図３は、サイリスタ起動装置１００の動作を示すタイムチャートである。図３には、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄおよび同期機２０の回転速度が示されている。
【００３９】
サイリスタ起動装置１００においては、同期機２０の電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷに誘起される逆起電力（誘起電圧）を利用してインバータ２におけるサイリスタの転流が行なわれる。このような転流は「負荷転流」と呼ばれている。
【００４０】
しかしながら、同期機２０の回転速度が低い場合、すなわち同期機２０の起動時や低速時には、電機子巻線ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷに発生する誘起電圧が低いため、サイリスタの転流が失敗する場合がある。そのため、同期機２０の回転速度が低いときには、コンバータ１の直流出力電流Ｉｄを断続的に零にしてインバータ２の転流を行なう「断続転流」が採用されている。
【００４１】
図３に示すように、サイリスタ起動装置１００は、断続転流モード（第１のモード）と負荷転流モード（第２のモード）とを順次切り替えて実行することにより、同期機２０を停止状態から定格回転速度まで加速させるように構成される。
【００４２】
具体的には、時刻ｔ＝０にて停止状態の同期機２０を起動させると、サイリスタ起動装置１００は断続転流モードを実行する。そして、同期機２０の回転速度が定格回転速度の１０％程度に到達すると、サイリスタ起動装置１００は、断続転流モードから負荷転流モードに切り替わる。以下の説明では、断続転流モードから負荷転流モードに切り替わるときの回転速度を「切り替え回転速度」とも称する。図３の例では、切り替え回転速度を定格回転速度の１０％程度としたが、切り替え回転速度は、同期機２０の回転速度および誘起電圧の関係に応じて任意に設定することができる。
【００４３】
断続転流モード時、直流電流Ｉｄはパルス波形を示している。各パルスの波高値は、通常、一定値とされる（Ｉｄ＝Ｉ０）。波高値は、たとえば、断続転流モードの期間中に同期機２０に供給される交流電力の積算値が、停止状態の同期機２０を切り替え回転速度まで加速させるための電力量を満たすように設定される。
【００４４】
図４は、断続転流モード時のインバータ２の転流動作を模式的に示すタイムチャートである。図４には、三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄ、およびインバータ２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ている。
【００４５】
図４において、線間電圧Ｖｕ−ｖ，Ｖｖ−ｗ，Ｖｗ−ｕ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°である。
【００４６】
三相ブリッジインバータでは同期機２０の回転子の回転位置（電気角）６０°ごとに基準点が現われる。コンバータ制御部１３（図１）は、この基準点に同期して、時間Δｔの間、直流電流Ｉｄ＝０となるようにコンバータ１から出力される直流電圧ＶＤＣ１を制御する。この時間Δｔの間に、インバータ２のすべてのサイリスタがオフされて転流動作が行なわれる。
【００４７】
時間Δｔが経過した後、インバータ制御部１０は再び必要な２つのサイリスタにゲートパルスを与えて、該２つのサイリスタを点弧する。これと同時に、コンバータ制御部１３は、電流指令値Ｉｄ＊に基づいてコンバータ１のサイリスタのゲートにゲートパルスを与える。これにより、再び直流電流Ｉｄが流れ始める。
【００４８】
図３に示したように、断続転流モード中は同期機２０の回転速度が低いため、同期機２０の回転子の回転軸に取り付けられたファン２５（図２参照）の回転速度も低くなっている。そのため、同期機２０の回転子２４および固定子２６に形成された通風路に冷却媒体を循環させることが困難となり得る。その結果、断続転流モード中に同期機２０が過熱してしまう可能性がある。
【００４９】
同期機２０の過熱を抑制するためには、断続転流モード中に同期機２０に与える電流を低減することが有効である。しかしながら、同期機２０に与える電流を低減すると、同期機２０の昇速率が低下するため、同期機２０の回転速度が切り替え回転速度に到達するまでの時間、すなわち断続転流モードに費やされる時間が長引いてしまう。この結果、同期機２０の起動に時間がかかってしまうという不具合が生じ得る。
【００５０】
なお、冷却媒体の冷却能力を高めることで同期機２０の過熱を抑制しようとすると、冷却器の容量を大きくせざるを得ず、装置の大型化を招く可能性がある。
【００５１】
そこで、本実施の形態によるサイリスタ起動装置１００では、断続転流モードにおいて、同期機２０の回転速度に応じて直流電流Ｉｄの大きさを変化させる。具体的には、断続転流モードにおいて、同期機２０の回転速度が高くなるに従って直流電流Ｉｄを大きくする。これにより、同期機２０が第１の回転速度であるときの直流電流Ｉｄは、同期機２０が第１の回転速度よりも高い第２の回転速度であるときの直流電流Ｉｄよりも小さくなる。
【００５２】
図５は、断続転流モード時の同期機２０の回転速度とコンバータ１から出力される直流電流Ｉｄとの関係を模式的に示すタイムチャートである。
【００５３】
図５に示すように、同期機２０が停止状態から定格回転速度のＸ％（ただし、Ｘ＜１０）に到達するまでの時間において、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄの最大値（すなわち、各パルスの波高値）をＩ１とする。また、同期機２０が定格回転速度のＸ％から１０％（切り替え回転速度）に到達するまでの時間において、コンバータ１から出力される直流電流Ｉｄの最大値（各パルスの波高値）をＩ２（Ｉ２＞Ｉ１）とする。
【００５４】
定格回転速度のＸ％は、たとえば、通風路に冷却媒体を循環させることが可能なファン２５（図２参照）の下限回転速度に基づいて設定することができる。これによると、冷却媒体の冷却能力の低下を招く回転速度範囲（０〜定格回転速度のＸ％）においては、同期機２０に供給される電流が低くなるため、同期機２０の熱損失（ジュール熱）が抑えられる。その結果、同期機２０の過熱を抑制することができる。
【００５５】
その一方で、同期機２０の回転速度が上記回転速度範囲よりも高くなると、すなわち、冷却媒体の冷却能力が確保されると、同期機２０に供給される電流が増加する。これにより、同期機２０の昇速率を高めることができるため、断続転流モードに費やされる時間が長引くことを防止することができる。
【００５６】
図５では、図３に示した同期機２０の回転速度および直流電流Ｉｄが一点鎖線で示されている。Ｉ１，Ｉ２とＩ０との間には、Ｉ１＜Ｉ０＜Ｉ２の関係が成り立っている。Ｉ２をＩ０より大きくすることで昇速率が上がるため、Ｉｄ＝Ｉ０とした場合に比較して、同期機２０が定格回転速度のＸ％から１０％まで加速される時間を短縮することができる。したがって、Ｉ２の大きさを調整することで、図３と図５との間で断続転流モードに費やされる時間を等しくすることができる。
【００５７】
なお、図５に示した直流電流Ｉｄの調整は、同期機２０の回転速度に応じて電流指令値Ｉｄ＊を調整することで実現することができる。すなわち、断続転流モードにおいて、電流指令値Ｉｄ＊は、同期機２０の回転速度が高くなるに従って電流値が大きくなるように設定される。
【００５８】
これによると、電流指令値Ｉｄ＊は同期機２０の回転速度に応じて変化することになる。本願明細書において「同期機２０の回転速度に応じて変化する」とは、同期機２０の回転速度に応じて電流指令値Ｉｄ＊が離散的に変化すること、または同期機２０の回転速度に応じて電流指令値Ｉｄ＊が連続的に変化することを意味している。
【００５９】
このようにすると、同期機２０が第１の回転速度であるときの電流指令値Ｉｄ＊は、同期機２０が第１の回転速度よりも高い第２の回転速度であるときの直流電流Ｉｄよりも小さくなる。
【００６０】
図６は、断続転流モード時の同期機２０の回転速度と電流指令値Ｉｄ＊との関係を示す図である。図６に示すように、同期機の回転速度が０ｒｐｍ以上定格回転速度のＸ％以下となるときには、電流指令値Ｉｄ＊はＩ１に設定される。一方、同期機２０の回転速度が定格回転速度のＸ％よりも高く１０％以下となるときには、電流指令値Ｉｄ＊はＩ２（Ｉ２＞Ｉ１）に設定される。
【００６１】
図６に示される関係を示すデータは、サイリスタ起動装置１００内部のメモリに記憶させておくことができる。コンバータ制御部１３は、当該データを参照することによって、演算した同期機２０の回転速度に基づいて電流指令値Ｉｄ＊を生成することができる。なお、データの形式はテーブルであっても関数であってもよい。
【００６２】
以上説明したように、この発明の実施の形態によるサイリスタ起動装置によれば、断続転流モード中、コンバータの直流出力電流は、同期機の回転速度が高くなるに従って電流値が高くなるように調整されるため、同期機の過熱を抑えながら同期機を短時間で起動させることができる。また、同期機の過熱を抑制するための冷却構造の大型化を抑制することができる。
【００６３】
なお、上述の実施の形態では、断続転流モードにおいて電流指令値Ｉｄ＊を２段階で変化させる構成（図６参照）について例示したが、３段階以上で変化させてもよい。
【００６４】
あるいは、図７に示すように、断続転流モード中、同期機２０の回転速度に応じて電流指令値Ｉｄ＊を連続的に変化させてもよい。図７の例では、電流指令値Ｉｄ＊は同期機２０の回転速度が０ｒｐｍのときにＩ３であり、同期機２０の回転速度が定格回転速度の１０％（切り替え回転速度）のときにＩ４（Ｉ４＞Ｉ３）となっている。図７の例では、電流指令値Ｉｄ＊は回転速度に応じて線形的に変化している。
【００６５】
図８は、図７に示した関係に従って断続転流モードを実行した場合の同期機２０の回転速度とコンバータ１から出力される直流電流Ｉｄとの関係を模式的に示すタイムチャートである。
【００６６】
図８に示すように、同期機２０が停止状態から定格回転速度の１０％（切り替え回転速度）に到達するまでの時間において、直流電流Ｉｄは連続的に変化している。図８では、図３に示した同期機２０の回転速度および直流電流Ｉｄが一点鎖線で示されている。Ｉ３，Ｉ４とＩ０との間には、Ｉ３＜Ｉ０＜Ｉ４の関係が成り立っている。Ｉ４の大きさを調整することで、図３と図８との間で断続転流モードに費やされる時間を等しくすることができる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態では、同期機２０が火力発電所においてガスタービン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２０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２０は、製鉄所の冷却ブロワ用の同期機であってもよい。
【００６８】
今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに限定されるものではない。本発明の範囲は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】
【００６９】
１  コンバータ、２  インバータ、３  直流リアクトル、４，５  変流器、６  電圧検出器、７  位置検出器、９  電流検出器、１０  インバータ制御部、１１，１６  制御角演算部、１２，１７  ゲートパルス発生器、１４  速度制御部、１５  電流制御部、２０  同期機、２２  界磁巻線、２４  回転子、２５  ファン、２６  固定子、２７  冷却器、３０  交流電源、１００  サイリスタ起動装置、ＡＴＵ，ＡＴＶ，ＡＴＷ  電機子巻線、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ  サイリスタ、ＴＲ  変圧器。
【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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【国際調査報告】
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