(57)【要約】静止型周波数変換器（ＳＦＣ）が同期発電機電機子巻線に接続された場合には、交流励磁機のｄ軸巻線とｑ軸巻線がｄｑ直交軸を構成して交流励磁機を交流励磁し、同期発電機の定常運転時には、電源から供給される交流電流をサイリスタ励磁装置で整流するとともに、ｄ軸巻線とｑ軸巻線を直列接続して交流励磁機を直流励磁する。
2016027321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される交流電力を可変電圧あるいは可変周波数の三相交流電力として出力する電力変換器と、
一次側に三相巻線を、二次側に第一の単相巻線と第二の単相巻線を有し、前記三相巻線は前記電力変換器の出力端に接続され、前記電力変換器からの三相交流電力を入力すると前記第一の単相巻線と前記第二の単相巻線に互いに位相差を有する交流電力を出力するスコット変圧器と、
電源から供給される交流電流を整流するサイリスタ励磁装置と、
一次側にｄ軸巻線とｑ軸巻線、二次側に回転型多相巻線を有する交流励磁機と、
一次側に、前記サイリスタ励磁装置の出力線、前記第一の単相巻線、および前記第二の単相巻線が接続され、二次側に、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線が接続されるとともに、前記ｄ軸巻線と前記第一の単相巻線または前記第二の単相巻線とを接続し、前記ｑ軸巻線と他方の単相巻線とを接続する第一の接続、あるいは前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線とを直列に接続し、その両端に前記サイリスタ励磁装置の出力線を接続する第二の接続の何れかを選択して励磁方式の切替えを行う励磁方式切替え装置と、
前記回転型多相巻線に接続され、前記交流励磁機からの多相出力を整流する回転整流器と、
同期発電機界磁巻線、同期発電機電機子巻線を有し、前記同期発電機界磁巻線が前記回転整流器の出力端子に接続される同期発電機と、
前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記同期発電機の回転子の位置に応じた周波数と位相の電流出力を前記同期発電機電機子巻線に流すように駆動される静止型周波数変換器と、
を備え、
前記静止型周波数変換器が前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記励磁方式切替え装置で前記第一の接続を選択して前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線がｄｑ直交軸を構成して、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線に可変電圧あるいは可変周波数の電圧を印加することで前記交流励磁機を交流励磁し、前記同期発電機の定常運転時には、前記サイリスタ励磁装置で電源からの交流電流を整流するとともに、前記励磁方式切替え装置で前記第二の接続を選択して前記ｄ軸巻線と前記ｑ軸巻線を直列接続して前記交流励磁機を直流励磁することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記電力変換器の出力電流を検出し、制御信号に変換するための電流検出器を備え、
前記電力変換器から指令された出力電流指令値と前記電流検出器で検出された前記電力変換器の出力電流とを比較し、これらが等しくなるように駆動パルス信号を出力するインバータ電流制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記同期発電機の界磁電圧を検出するためのスリップリングと、
検出された前記同期発電機の界磁電圧の電圧値を制御信号に変換するインバータ制御部を備え、
検出された前記同期発電機の界磁電圧と、前記電力変換器から指令された界磁電圧指令値とを比較し、これらが等しくなるように前記電力変換器の出力電流指令値を制御する同期発電機界磁電圧制御部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記同期発電機の電機子電流を検出するための電流検出器と、
前記同期発電機の電機子電圧を検出するための計器用変圧器と、
を備え、
前記同期発電機の回転角速度を検出するための速度検出器または前記計器用変圧器で検出された前記電機子電圧と前記電流検出器で検出された前記電機子電流のいずれかの周波数から、前記同期発電機の回転角速度を求める手段を備え、
前記計器用変圧器で検出された前記電機子電圧、前記速度検出器で検出されるかまたは前記回転角速度を求める手段により求めた前記回転角速度、および前記電流検出器で検出された前記電機子電流を用いて前記同期発電機の界磁電流を推定し、この推定された推定界磁電流と実際の界磁電流が等しくなるように前記電力変換器の出力電流指令値を前記インバータ電流制御部へ出力可能な界磁電流推定部を有することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記計器用変圧器で検出された同期発電機端子電圧、前記速度検出器で検出された前記回転角速度、およびｄ軸励磁インダクタンスから推定されるｄ軸励磁電流を、前記同期発電機内部構成の伝達関数を考慮して位相補償する界磁電流推定部を有することを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
前記電流検出器で検出された同期発電機電機子電流を用い、前記同期発電機の界磁電流の推定値を補償する界磁電流推定部を有することを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項７】
電源から供給される交流電力を可変電圧あるいは可変周波数の二組の単相交流電力として出力する第一の単相出力と第二の単相出力を有する電力変換器と、
前記第一の単相出力が一次巻線に接続される第一の単相変圧器と、前記第二の単相出力が一次巻線に接続される第二の単相変圧器と、
電源から供給される交流電流を整流するサイリスタ励磁装置と、
一次側にｄ軸巻線とｑ軸巻線、二次側に回転型多相巻線を有する交流励磁機と、
一次側に、前記サイリスタ励磁装置の出力線、前記第一の単相変圧器の二次巻線、および前記第二の単相変圧器の二次巻線が接続され、二次側に、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線が接続されるとともに、前記ｄ軸巻線と前記第一の単相変圧器の二次巻線または前記第二の単相変圧器の二次巻線とを接続し、前記ｑ軸巻線と他方の二次単相巻線とを接続する第一の接続、あるいは前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線とを直列に接続し、その両端に前記サイリスタ励磁装置の出力線を接続する第二の接続の何れかを選択して励磁方式の切替えを行う励磁方式切替え装置と、
前記回転型多相巻線に接続され、前記交流励磁機からの多相出力を整流する回転整流器と、
同期発電機界磁巻線、同期発電機電機子巻線を有し、前記同期発電機界磁巻線が前記回転整流器の出力端子に接続される同期発電機と、
前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記同期発電機の回転子の位置に応じた周波数と位相の電流出力を前記同期発電機電機子巻線に流すように駆動される静止型周波数変換器と、
を備え、
前記静止型周波数変換器が前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記励磁方式切替え装置で前記第一の接続を選択して前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線がｄｑ直交軸を構成して、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線に可変電圧あるいは可変周波数の電圧を印加することで前記交流励磁機を交流励磁し、前記同期発電機の定常運転時には、前記サイリスタ励磁装置で電源からの交流電流を整流するとともに、前記励磁方式切替え装置で前記第二の接続を選択して前記ｄ軸巻線と前記ｑ軸巻線を直列接続して前記交流励磁機を直流励磁することを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに関し、特に、交流励磁機の界磁巻線が多相巻線である交流励磁ブラシレス励磁装置を備えた発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、同期発電機は回転子界磁巻線に直流電流を供給し、回転子側で作る磁束により発生する誘導起電力を固定子側で出力する。回転子界磁巻線を励磁する代表的な方法としてサイリスタ励磁方式とブラシレス交流励磁方式がある。
このうちブラシレス励磁方式は、固定子側の界磁巻線と発電機の回転軸と直結している回転子側の電機子巻線からなる交流励磁機の電機子巻線に誘起する電流を回転整流器で整流して発電機の界磁巻線に供給するものである。一般に発電機定格運転時に交流励磁機の界磁巻線に印加する電圧は直流である。【０００３】
同期発電機の起動方法として、発電機を静止型周波数変換器（ＳＦＣ：Ｓｔａｔｉｃ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ。以下ＳＦＣと略記する）を用いて発電機の電機子電流の周波数を徐々に上昇させていく、すなわち電動機として加速していく方法がある。
ブラシレス励磁方式では交流励磁機の界磁巻線に印加する電圧が直流で界磁電流を一定に保った場合、発電機の静止時には発電機の界磁電流を流すことができず、発電機速度に応じて発電機の界磁電流が変化する。このため、発電機の起動時には交流励磁機に直流励磁を適用することはできない。【０００４】
ＳＦＣを用いて起動する場合に交流励磁機を使用するために、巻線形誘導電動機を交流励磁機として使用しているものがある（例えば特許文献１参照）。発電機の回転数が所定値以下のとき交流励磁機の界磁巻線に交流電圧を印加し、所定値以上のとき交流励磁機の界磁巻線の接続を変更してサイリスタ励磁装置から直流電圧を印加している。また、発電機の始動時に交流励磁機の三相巻線に固定側と逆の交流磁界が発生する構成としているものがある（例えば特許文献２参照）。また、低速回転時に使用するブラシレス励磁機用のＳＦＣを設けているものがある（例えば特許文献３参照）。ブラシレス励磁機用のＳＦＣは、回転子からみた回転磁界の相対的な回転速度を常に定格回転速度に保つような周波数で、一定振幅の電流を励磁機の固定子界磁巻線に印加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−９６６９８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３６４８０号公報
【特許文献３】特開平７−２４５９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような交流ブラシレス励磁装置および発電システムにおいては、発電機をＳＦＣで起動する間は交流励磁機の多相界磁巻線に交流電圧を与え、定格運転時には交流励磁機の多相界磁巻線に直流電圧を与えることが求められ、交流励磁と直流励磁で交流励磁機の界磁巻線結線を変更することになる。しかしながら、結線を変更することにより、各界磁巻線の負荷にアンバランスが生じるという問題があった。更には発電機回転数の変化に伴いブラシレス励磁装置の出力特性が変化してしまうという問題があった。【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、多相界磁巻線を有する交流励磁機を直流励磁する際にも各界磁巻線の負荷を均等に保ち、発電機回転数が変化しても出力を一定に制御することのできるブラシレス励磁装置を備えた発電システムを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る発電システムは、
電源から供給される交流電力を可変電圧あるいは可変周波数の三相交流電力として出力する電力変換器と、
一次側に三相巻線を、二次側に第一の単相巻線と第二の単相巻線を有し、前記三相巻線は前記電力変換器の出力端に接続され、前記電力変換器からの三相交流電力を入力すると前記第一の単相巻線と前記第二の単相巻線に互いに位相差を有する交流電力を出力するスコット変圧器と、
電源から供給される交流電流を整流するサイリスタ励磁装置と、
一次側にｄ軸巻線とｑ軸巻線、二次側に回転型多相巻線を有する交流励磁機と、
一次側に、前記サイリスタ励磁装置の出力線、前記第一の単相巻線、および前記第二の単相巻線が接続され、二次側に、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線が接続されるとともに、前記ｄ軸巻線と前記第一の単相巻線または前記第二の単相巻線とを接続し、前記ｑ軸巻線と他方の単相巻線とを接続する第一の接続、あるいは前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線とを直列に接続し、その両端に前記サイリスタ励磁装置の出力線を接続する第二の接続の何れかを選択して励磁方式の切替えを行う励磁方式切替え装置と、
前記回転型多相巻線に接続され、前記交流励磁機からの多相出力を整流する回転整流器と、
同期発電機界磁巻線、同期発電機電機子巻線を有し、前記同期発電機界磁巻線が前記回転整流器の出力端子に接続される同期発電機と、
前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記同期発電機の回転子の位置に応じた周波数と位相の電流出力を前記同期発電機電機子巻線に流すように駆動される静止型周波数変換器と、
を備え、
前記静止型周波数変換器が前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記励磁方式切替え装置で前記第一の接続を選択して前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線がｄｑ直交軸を構成して、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線に可変電圧あるいは可変周波数の電圧を印加することで前記交流励磁機を交流励磁し、前記同期発電機の定常運転時には、前記サイリスタ励磁装置で電源からの交流電流を整流するとともに、前記励磁方式切替え装置で前記第二の接続を選択して前記ｄ軸巻線と前記ｑ軸巻線を直列接続して前記交流励磁機を直流励磁するものである。【０００９】
また、この発明に係る発電システムは、
電源から供給される交流電力を可変電圧あるいは可変周波数の二組の単相交流電力として出力する第一の単相出力と第二の単相出力を有する電力変換器と、
前記第一の単相出力が一次巻線に接続される第一の単相変圧器と、前記第二の単相出力が一次巻線に接続される第二の単相変圧器と、
電源から供給される交流電流を整流するサイリスタ励磁装置と、
一次側にｄ軸巻線とｑ軸巻線、二次側に回転型多相巻線を有する交流励磁機と、
一次側に、前記サイリスタ励磁装置の出力線、前記第一の単相変圧器の二次巻線、および前記第二の単相変圧器の二次巻線が接続され、二次側に、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線が接続されるとともに、前記ｄ軸巻線と前記第一の単相変圧器の二次巻線または前記第二の単相変圧器の二次巻線とを接続し、前記ｑ軸巻線と他方の二次単相巻線とを接続する第一の接続、あるいは前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線とを直列に接続し、その両端に前記サイリスタ励磁装置の出力線を接続する第二の接続の何れかを選択して励磁方式の切替えを行う励磁方式切替え装置と、
前記回転型多相巻線に接続され、前記交流励磁機からの多相出力を整流する回転整流器と、
同期発電機界磁巻線、同期発電機電機子巻線を有し、前記同期発電機界磁巻線が前記回転整流器の出力端子に接続される同期発電機と、
前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記同期発電機の回転子の位置に応じた周波数と位相の電流出力を前記同期発電機電機子巻線に流すように駆動される静止型周波数変換器と、
を備え、
前記静止型周波数変換器が前記同期発電機電機子巻線に接続された場合に、前記励磁方式切替え装置で前記第一の接続を選択して前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線がｄｑ直交軸を構成して、前記ｄ軸巻線とｑ軸巻線に可変電圧あるいは可変周波数の電圧を印加することで前記交流励磁機を交流励磁し、前記同期発電機の定常運転時には、前記サイリスタ励磁装置で電源からの交流電流を整流するとともに、前記励磁方式切替え装置で前記第二の接続を選択して前記ｄ軸巻線と前記ｑ軸巻線を直列接続して前記交流励磁機を直流励磁するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、交流励磁機の入力を可変電源とすることで、ＳＦＣ起動時における発電機回転速度上昇に伴う発電機界磁電流の変動を抑制し、一定値に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２による交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの構成図である。
【図３】図２の電力変換器の構成図である。
【図４】図３のインバータ制御部のブロック図である。
【図５】図４の発電機界磁電圧制御部のブロック図である。
【図６】図４のインバータ電流制御部のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３による交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの構成図である。
【図８】図７の電力変換器の構成図である。
【図９】図８のインバータ制御部のブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による同期発電機のｄｑ軸等価回路である。
【図１１】図９の発電機界磁電流推定部のブロック図である。
【図１２】図９の発電機界磁電流制御部のブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この発明は、この実施の形態だけに限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの一例を示す構成図である。発電システム１００は、同期発電機１と交流ブラシレス励磁装置２と回転整流器３と静止型周波数変換器（ＳＦＣ）４を備えるものである。同期発電機１は、界磁巻線型で同期発電機電機子巻線２１と同期発電機界磁巻線２２を備えるものである。交流ブラシレス励磁装置２の交流出力は、回転整流器３に接続され、回転整流器３で整流された後、同期発電機界磁巻線２２を直流励磁する。通常の発電時は、発電電力を同期発電機電機子巻線２１の出力線６を介して送電している。開閉器５は通常の発電時は開路されている。同期発電機１の起動時は、開閉器５を閉路して電源７から電力を供給されるＳＦＣ４を同期発電機電機子巻線２１に接続し、加速していく。ここで、電源７は例えば発電所内の電源系統に接続された図示しない変圧器の出力に相当する。変圧器の出力電圧はＳＦＣ４の入力に適合する電圧となっている。
【００１４】
交流ブラシレス励磁装置２は、交流励磁機１１と、電力変換器１２と、励磁方式切替え装置１３と、サイリスタ励磁装置１４と、三相交流から２組の単相交流を得ることができる変圧器であるスコット変圧器１５を備える。
交流励磁機１１は、交流励磁機電機子巻線２３と交流励磁機ｄ軸界磁巻線２４と交流励磁機ｑ軸界磁巻線２５で構成される。以降では交流励磁機界磁巻線２４、２５とまとめて呼ぶことがある。交流励磁機電機子巻線２３は回転子であって、同期発電機１の回転軸と直結されている。交流励磁機電機子巻線２３は三相巻線で交流ブラシレス励磁装置２の交流出力となっている。交流励磁機界磁巻線２４、２５は固定子である。これらの固定子は二相巻線構成であって、励磁方式切替え装置１３と接続されている。なお、上記交流励磁機界磁巻線２４、２５のｄ軸、ｑ軸は、入れ替わっても同様の説明が成り立つ。
【００１５】
励磁方式切替え装置１３は、交流励磁機界磁巻線２４、２５の直流励磁と交流励磁を切替える装置である。直流励磁を行う際は、開閉器３４ａ、３４ｂを開路し、３５ａ、３５ｂ、３５ｃを閉路する。このとき交流励磁機界磁巻線２４、２５は直列接続される。交流励磁を行う際は、開閉器３４ａ、３４ｂを閉路し、３５ａ、３５ｂ、３５ｃを開路する。このとき交流励磁機界磁巻線２４、２５は、上述のように交流励磁機のｄｑ直交軸を構成する。励磁方式切替え装置１３の入力部には、サイリスタ励磁装置１４の出力とスコット変圧器１５の出力とが接続される。直流励磁を行う際には、サイリスタ励磁装置１４の出力が交流励磁機界磁巻線２４、２５に接続される。交流励磁を行う際には、スコット変圧器１５の出力が交流励磁機界磁巻線２４、２５に接続される。  
【００１６】
同期発電機１の通常運転時には電源９から供給される交流電流をサイリスタ励磁装置１４で整流し、交流励磁機１１は直流励磁で動作させる。ここで、電源９は例えば交流励磁機１１の回転軸に直結された図示しない永久磁石発電機により供給される。また、発電所内の電源系統から図示しない変圧器を介して供給することもできる。
【００１７】
次に、同期発電機１の起動時について説明する。電源８は電力変換器１２に電力を供給する。電源８は例えば発電所内の電源系統から図示しない変圧器を介して得る。電力変換器１２は例えばダイオード整流器３１と平滑コンデンサ３２と電圧形三相インバータ３３からなる。電圧形三相インバータは例えば自己消弧型半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と逆並列に接続されたダイオードにより構成される。さらに、ここには示さないが、ＩＧＢＴのゲート信号を生成したり、保護機能を担ったりする制御部を有することも明らかである。制御部はさらに発電システム１００内の図示しない検出器や他の制御手段との信号の授受を行う機能を備えることもある。また、ダイオード整流器３１の入力や出力にリアクトルが接続されることもあるのは言うまでもない。
電源８から供給された交流電力はダイオード整流器３１で整流される。電力変換器１２の出力は電圧形三相インバータ３３の出力であって、可変電圧あるいは可変周波数三相交流をスコット変圧器１５に入力する。
【００１８】
スコット変圧器１５は三相交流から２組の単相交流を得ることができる変圧器であるが、具体的には９０°の位相差を持った二相（ｄｑ軸）の交流を得る手段として使用している。スコット変圧器１５の出力の片方を交流励磁機ｄ軸界磁巻線２４に、他方を交流励磁機ｑ軸界磁巻線２５に印加することにより、交流励磁機１１はｄｑ軸交流励磁で動作させる。なお、電圧形三相インバータ３３の出力電圧は矩形波状であるから、高調波成分を除去して交流励磁機界磁巻線２４、２５にサージ電圧が印加されることを防いだり、電圧を正弦波状にしたりする目的で、スコット変圧器１５の入力側または出力側に高周波成分を除去するフィルタを設けることがある。
【００１９】
次に、交流励磁機１１を交流励磁した場合に交流励磁機電機子巻線２３に出力電圧が発生する仕組みを説明する。交流励磁機１１の極対数をｐ、交流励磁機界磁巻線２４、２５に印加する励磁周波数をｆ１［Ｈｚ］とおいた場合、同期速度Ｎｓ［ｒ／ｍｉｎ］は式（１）のようになる。すべりｓは回転速度をＮ［ｒ／ｍｉｎ］とした場合、式（２）で表せる。
Ｎｓ＝６０×ｆ１／ｐ    ・・・（１）
ｓ＝（Ｎｓ−Ｎ）／Ｎｓ    ・・・（２）
【００２０】
静止しているＮ＝０においてはｓ＝１、回転方向と同方向に回転磁界を励磁した場合には、すべりｓが減少していき、同期速度Ｎ＝Ｎｓで回転しているとｓ＝０となる。回転方向と逆方向に回転磁界を励磁した場合にはすべりｓが増加していき、Ｎ＝−Ｎｓで回転しているとｓ＝２となる。交流励磁機電機子巻線２３の電圧、すなわち回転整流器３の入力電圧をＥ２［Ｖ］、交流励磁機界磁巻線２４、２５に印加する電圧をＥ１［Ｖ］としたとき、Ｅ２は式（３）のように表せる。
Ｅ２＝Ｋ１×ｆ１×ｓ×Ｅ１    ・・・（３）
ただし、Ｋ１は一定値である。
【００２１】
さらに、回転方向と逆方向に回転磁界を励磁するとき（Ｎ≦０）、回転周波数ｆ２［Ｈｚ］は式（４）で示すことができ、ｆ１とｆ２を用いてすべりを表現すると式（５）のようになる。
ｆ２＝−Ｎ×ｐ／６０    ・・・（４）
ｓ＝（ｆ１＋ｆ２）／ｆ１    ・・・（５）
なお、Ｅ２の周波数はすべり周波数となるから、式（６）で示せる。
ｓ×ｆ１＝ｆ１＋ｆ２    ・・・（６）
【００２２】
式（３）と式（６）によれば、静止中（ｓ＝１）であっても交流励磁（ｆ１≠０）を行えばＥ２が得られ、回転整流器３の入力に励磁周波数ｆ１［Ｈｚ］の交流電流を流すことができるのである。さらに、式（３）によれば、Ｅ１が一定であるならばＥ２は励磁周波数ｆ１とすべりｓの積に比例することが明らかである。このため、静止時（ｓ＝１）に所定のＥ２を得たい場合にはｆ１を大きくとればＥ１を小さくすることができる。また、回転方向と逆方向に回転磁界を励磁すれば加速に伴いすべりｓが大きくなっていくので、ｆ１を一定に保てばＥ１は小さくなっていく。
【００２３】
次に、起動時の発電システム１００の動作を説明する。同期発電機１は、起動開始時には図示しない外部の装置により機械的にトルクを与えられ、例えば３ｒ／ｍｉｎ（３ｍｉｎ−１）といった極低速で回転している。同期発電機界磁巻線２２に起動時に必要な同期発電機界磁電流Ｉｆが流れるような同期発電機界磁電圧Ｖｆが印加されるよう、交流ブラシレス励磁装置２は交流励磁機電機子巻線２３の電圧Ｅ２を出力する。必要なＥ２が決定されれば式（３）より交流励磁機界磁巻線２４、２５に印加する電圧Ｅ１が決定する。電力変換器１２は決定したＥ１を得られるような励磁周波数ｆ１、振幅Ｖｉｎｖの電圧を出力する。式（３）からｆ１を高くすればＶｉｎｖを小さくできることは明らかである。同期発電機界磁電流Ｉｆが上昇してくると、ＳＦＣ４は同期発電機の回転子の位置を検出ないしは推定し、それに応じた周波数と位相の電流を出力し、同期発電機電機子巻線２１に印加する。これにより、同期発電機１は徐々に加速していく。
【００２４】
一般に、ＳＦＣ４は、同期発電機１が極低速で回転しているときに、同期発電機１の電機子電圧が運転周波数に比例して増加するように出力電流を与える。これにより、同期発電機１の運転周波数が上昇して、同期発電機１は加速する。このとき、ｆ１を一定に保つ場合には加速するにつれＶｉｎｖを低減して同期発電機界磁電圧Ｖｆが一定になるようにする。あるいは、Ｖｉｎｖを一定に保ちｆ１を低減してもよいし、ｆ１とＶｉｎｖ両方を変化させて同期発電機界磁電圧Ｖｆが一定になるようにしてもよい。そして、同期発電機１の運転周波数が上昇し運転モード切替え周波数ｆｓｇ１に達したときの電機子電圧をＶｓｇ１とする。この場合の電機子電圧Ｖｓｇ１は、同期発電機１の電機子電圧の定格値未満であって、例えばＳＦＣ４の定格出力電圧である。その後、運転周波数がｆｓｇ１を超す領域では電機子電圧が一定になる条件で運転する。このとき、電機子電圧をＶｓｇ１の一定量に保つために運転周波数に応じてＶｆを低減していくので、加速するにつれ一層、Ｖｉｎｖやｆ１を低減していくことができる。Ｖｆ、Ｉｆは直流量であるから、定常的にはＶｆとＩｆは比例関係にあるとみなしてよいので、上記ではＶｆに着目してｆ１やＶｉｎｖを決定することを説明したが、Ｉｆに着目してもよい。また、ここではＶｆを一定値から可変値に切替える基準を運転周波数としたが、電機子電圧としてもよいし、発電システム１００内の他の制御手段から与えられる信号としてもよいのは言うまでもない。
【００２５】
このように、電力変換器１２は、可変電圧または可変周波数を出力することができるから、スコット変圧器１５では、９０°の位相差を持った二相の可変電圧または可変周波数の出力が得られる。スコット変圧器１５の出力電圧は励磁方式切替え装置１３に入力され、その出力が交流励磁機界磁巻線２４、２５に印加される。したがって、交流励磁機界磁巻線２４、２５には９０°の位相差を有する可変電圧または可変周波数を入力することができる。交流励磁機界磁巻線２４、２５の入力電圧を変化させると回転整流器３の入力となる交流ブラシレス励磁装置２の交流出力が変化するから、ＶｆやＩｆを上記に説明したようなＳＦＣ４による同期発電機１の起動に適した値に制御することができる。なお、ここではＳＦＣ４を同期発電機１の起動に用いた場合について説明したが、起動以外の目的でＳＦＣ４を用いて同期発電機１を駆動する際にも本交流ブラシレス励磁装置２を使用することができるのは明らかである。
【００２６】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる交流ブラシレス励磁装置２を備えた発電システム１００は、交流励磁機ｄ軸界磁巻線２４と交流励磁機ｑ軸界磁巻線２５と励磁方式切替え装置１３を設けて、交流励磁機１１を同期発電機１の起動時に交流励磁し、定常運転時に直流励磁できる。さらには直流励磁を行う際には交流励磁機ｄ軸界磁巻線２４と交流励磁機ｑ軸界磁巻線２５を直列接続して直流電流を流すことから、交流励磁機界磁巻線２４、２５に流れる電流が等しく、両者で発生する損失がバランスし、温度変化を均等に保つという効果を示す。
【００２７】
本実施の形態の交流ブラシレス励磁装置２を備えた発電システム１００は電力変換器１２を備えるため、交流励磁機１１の交流励磁機界磁巻線２４、２５に可変電圧または可変周波数電圧の交流励磁を行うことができる。このため、同期発電機起動時の同期発電機界磁電圧Ｖｆや同期発電機界磁電流Ｉｆの制御性が良い。
【００２８】
また、電力変換器１２が可変周波数電圧を出力できるため、商用周波数よりも高い周波数で交流励磁機１１の交流励磁機界磁巻線２４、２５を励磁することができる。このため、低速時の励磁容量低減が図れるというこれまでにない顕著な効果を奏する。その結果、電力変換器１２の容量も低減でき、小型低コスト化が図れる。
更には、直流励磁を行う交流電流をサイリスタ励磁装置１４は定常運転時のみ使用するため、従来と同じ仕様のものを適用できる。
【００２９】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２にかかる交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの構成図である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分のみ述べる。図１の交流ブラシレス励磁装置２を備えた発電システム１００と異なるのはスリップリング２６と電流検出器１６ａ、１６ｂを有し、検出値を電力変換器１２に入力している点である。
【００３０】
図２の発電システム１００においては、スリップリング２６を用いて同期発電機界磁電圧Ｖｆを検出している。これにより、回転している同期発電機界磁巻線２２に印加される電圧の検出値を静止している電力変換器１２に入力することができる。交流ブラシレス励磁装置２には、さらに電力変換器１２の出力電流Ｉｉｕ、Ｉｉｗを検出する電流検出器１６ａ、１６ｂが設けられている。残り一相のＩｉｖについては電力変換器１２が三相３線式であることから式（７）で演算することにしているが、電流検出器を設けてもよいのは言うまでもない。
Ｉｉｖ＝−Ｉｉｕ−Ｉｉｗ    ・・・（７）
【００３１】
図３は図２の電力変換器１２の構成図である。図３の電力変換器１２はインバータ制御部３６を備える。インバータ制御部３６には検出値であるＶｆ、Ｉｉｕ、Ｉｉｗが入力され、電圧形三相インバータ３３のゲート信号が出力される。
【００３２】
以下でインバータ制御部３６の構成を説明する。図４は図３のインバータ制御部３６のブロック図である。
【００３３】
同期発電機界磁電圧指令値Ｖｆｒｅｆは、例えばインバータ制御部３６の内部に固定値として保持している。あるいは図示しない他の制御手段から同期発電機１の定数や周囲温度などの状態に応じた値を受け取る場合もある。界磁電圧一定制御時にはＶｆｒｅｆは一定値となるが、回路は誘導性であるから電圧形三相インバータ３３の停止状態が解除され出力電流が０の状態から電圧を出力する初期には過電流を防ぐためＶｆｒｅｆを徐々に上昇させていくとよい。Ｖｒｅｆと同期発電機界磁電圧Ｖｆは同期発電機界磁電圧制御部４１に入力される。図５は図４の同期発電機界磁電圧制御部４１のブロック図である。同期発電機界磁電圧制御部４１はフィードバック制御を行い、インバータ電流振幅指令値Ｉｉｒｅｆを出力する。同期発電機界磁電圧制御器４５は例えば比例積分制御器である。
【００３４】
Ｉｉｒｅｆは電流振幅として得ているからインバータ電流指令値生成部４２でインバータの各相瞬時値を生成する。インバータ電流指令値生成部４２には、さらにインバータ周波数指令値ｆ１ｒｅｆを入力する。Ｉｉｒｅｆとｆ１ｒｅｆを用いて式（８）〜式（１０）のようにインバータ電流指令値Ｉｉｕｒｅｆ、Ｉｉｖｒｅｆ、Ｉｉｗｒｅｆを生成する。
Ｉｉｕｒｅｆ＝Ｉｉｒｅｆ×ｓｉｎ（３６０°×ｆ１ｒｅｆ×ｔ）
・・・（８）
Ｉｉｖｒｅｆ＝Ｉｉｒｅｆ×ｓｉｎ（３６０°×ｆ１ｒｅｆ×ｔ−１２０°)
・・・（９）
Ｉｉｗｒｅｆ＝Ｉｉｒｅｆ×ｓｉｎ（３６０°×ｆ１ｒｅｆ×ｔ＋１２０°)
・・・（１０）
【００３５】
ここで、ｔは時刻であって、必ずしもＳＦＣ４などと同期させる必要はなく、内部で作成してよい。位相に関しても式（８）〜式（１０）のように決定する必要はなく、三相平衡であればよい。ｆ１ｒｅｆは固定値として内部で持っていてもよいし、回転速度などシステム状態に応じて変化させてもよい。正弦波演算に関しても、逐次演算を行ってもよいしテーブル参照で求めてもよい。
【００３６】
インバータ電流指令値Ｉｉｕｒｅｆ、Ｉｉｖｒｅｆ、Ｉｉｗｒｅｆと出力電流Ｉｉｕ、Ｉｉｖ、Ｉｉｗはインバータ電流制御部４３に入力される。図６は図４のインバータ電流制御部４３のブロック図である。インバータ電流制御部４３はフィードバック制御を行い、インバータ電圧指令値Ｖｉｕｒｅｆ、Ｖｉｖｒｅｆ、Ｖｉｗｒｅｆを出力する。相電流制御部４６ａ、４６ｂ、４６ｃは同じ構成であるから、Ｕ相の相電流制御部４６ａを代表例とし、これについて説明する。相電流制御部４６ａはＩｉｕｒｅｆとＩｉｕを入力し、フィードバック制御を行いＶｉｕｒｅｆを出力する。インバータ電流制御器４７は比例積分制御器あるいは比例制御器で実現できる。
【００３７】
インバータ電圧指令値Ｖｉｕｒｅｆ、Ｖｉｖｒｅｆ、Ｖｉｗｒｅｆはゲート信号生成部４４に入力され、電圧形三相インバータ３３のＩＧＢＴのゲート信号が出力される。ゲート信号生成部４４は電圧形三相インバータ３３の出力相電圧がインバータ電圧指令値Ｖｉｕｒｅｆ、Ｖｉｖｒｅｆ、Ｖｉｗｒｅｆ相当になるようにゲート信号を生成する。例えば、電圧利用率を向上させるため零相電圧を重畳した後、平滑コンデンサ３２両端の電圧で規格化し、三角波キャリアと比較する。
【００３８】
なお、ここではインバータ電流指令値生成部４２で三相の電流指令値を生成して、インバータ電流制御部４３では三相個別に電流制御を行う例を示したが、ｄｑ軸上の電流指令値を生成しｄｑ軸上で電流制御を行った後、ｄｑ軸から三相に変換してインバータ電圧指令値Ｖｉｕｒｅｆ、Ｖｉｖｒｅｆ、Ｖｉｗｒｅｆを求めてもよい。
また、検出値はハードウェアまたはソフトウェアによるローパスフィルタを設けてノイズや制御に不要な高周波成分を除去してもよい。
【００３９】
以上に説明したように、本実施の形態２にかかる交流ブラシレス励磁装置２を備えた発電システム１００はスリップリング２６で同期発電機界磁電圧Ｖｆを検出し、電流検出器１６ａ、１６ｂを設けて電力変換器１２の出力電流Ｉｉｕ、Ｉｉｗを検出し、これらを電力変換器１２のインバータ制御部３６に入力するようにしたため、実施の形態１にかかる交流ブラシレス励磁装置２を備えた発電システム１００の効果に加えて、同期発電機１の加速に伴い交流励磁機１１のすべりが変化した場合にも同期発電機界磁電圧Ｖｆを一定に制御できる。
【００４０】
したがって、交流励磁機１１を用いて同期発電機１を励磁していても、ＳＦＣ４が同期発電機１の電機子電圧が運転周波数に比例して増加するように出力電流を与えている期間に同期発電機界磁電圧Ｖｆを一定に保つことで同期発電機界磁電流Ｉｆを一定に保つことができ、良好に同期発電機１を加速できる。
さらに、同期発電機界磁電圧Ｖｆを一定に制御しながら同期発電機１の加速に伴い交流励磁機１１の励磁周波数ｆ１を変化させて励磁容量を調整することも可能となる。
【００４１】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３にかかる交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの構成図である。以下、実施の形態１、２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分のみ述べる。図２の交流ブラシレス励磁装置２を備えた発電システム１００と異なるのはスリップリング２６の代わりに速度検出器２７、電流検出器２８、計器用変圧器２９を備えるところである。速度検出器２７は同期発電機１の回転角速度ωを検出する。電流検出器２８は同期発電機１の電機子電流Ｉｓ、計器用変圧器２９は電機子電圧Ｖｓを検出する。計器用変圧器２９の低圧側の電圧を、ここではＶｔとする。なお、速度検出器２７を設ける代わりに電機子電圧Ｖｓまたは電機子電流Ｉｓの周波数から回転角速度ωを求めてもよい。
【００４２】
図８は図７の電力変換器１２の構成図である。図８の電力変換器１２は図３の電力変換器１２と異なりインバータ制御部３６の代わりにインバータ制御部３７を備える。インバータ制御部３７には検出値であるω、Ｉｓ、Ｖｔ、Ｉｉｕ、Ｉｉｗが入力され、電圧形三相インバータ３３のゲート信号が出力される。なお、Ｉｓは二相または三相を検出し、Ｉｓｕ、Ｉｓｖ、Ｉｓｗの三相電流を得る。
【００４３】
以下でインバータ制御部３７の構成を説明する。図９は図３のインバータ制御部３７のブロック図である。図４のインバータ制御部３６と異なるのは、同期発電機界磁電圧制御部４１の代わりに同期発電機界磁電流推定部４８と同期発電機界磁電流制御部４９を備えることである。同期発電機界磁電流制御部４９の出力はインバータ電流振幅指令値Ｉｉｒｅｆであり、これ以降はインバータ制御部３６と同様であるので説明は省略する。
【００４４】
同期発電機界磁電流推定部４８と同期発電機界磁電流制御部４９の詳細を説明する前に、同期発電機１のｄｑ軸等価回路について説明する。
図１０は本実施の形態３にかかる同期発電機１のｄｑ軸等価回路である。同期発電機界磁電圧Ｖｆをｄ軸にとってある。ここで、Ｌｓは電機子漏れインダクタンス、Ｒｓは電機子抵抗、Ｌｆは界磁漏れインダクタンス、Ｒｆは界磁抵抗、Ｌｍｄはｄ軸電機子反作用インダクタンス、Ｌｍｑはｑ軸電機子反作用インダクタンス、Ｌｋｄはｄ軸ダンパ漏れインダクタンス、Ｌｋｑはｑ軸ダンパ漏れインダクタンス、Ｒｋｄはｄ軸ダンパ抵抗、Ｒｋｑはｑ軸ダンパ抵抗、Ｖｓｄはｄ軸電機子電圧、Ｖｓｑはｑ軸電機子電圧、Ｖｆは同期発電機界磁電圧、Ｉｓｄはｄ軸電機子電流、Ｉｓｑはｑ軸電機子電流、Ｉｆは同期発電機界磁電流、Ｉｍｄはｄ軸励磁電流、Ｉｍｑはｑ軸励磁電流、Ｉｋｄはｄ軸ダンパ電流、Ｉｋｑはｑ軸ダンパ電流、φｄはｄ軸上で発生する磁束、φｑはｑ軸上で発生する磁束、ωは回転角速度である。ｄ軸等価回路によれば、ＩｍｄはＩｆとＩｋｄとＩｓｄから式（１１）で、ｄ軸上で発生する磁束φｄは式（１２）で示せる。
Ｉｍｄ＝Ｉｆ＋Ｉｋｄ＋Ｉｓｄ    ・・・（１１）
φｄ＝Ｉｓｄ×Ｌｓ＋Ｉｍｄ×Ｌｍｄ    ・・・（１２）
【００４５】
今、同期発電機１が無負荷状態であると仮定すると、電機子電圧Ｖｓはｄｑ軸上では全てｑ軸成分（Ｖｓｄ＝０、Ｖｓｑ＝Ｖｓ）となり、電機子電流Ｉｓは零（Ｉｓｄ＝０、Ｉｓｑ＝０）とみなせる。このとき、式（１２）は式（１３）で表すことができ、ｑ軸等価回路からは式（１４）が成り立つ。
φｄ＝Ｉｍｄ×Ｌｍｄ    ・・・（１３）
Ｖｓｑ＝φｄ×ω    ・・・（１４）
【００４６】
さらに、ｄ軸等価回路によれば、ＩｆとＩｍｄの関係は伝達関数を用いて式（１５）のように表現することができる。
Ｉｆ＝［｛ｓ（Ｌｍｄ＋Ｌｋｄ）＋Ｒｋｄ｝／（ｓＬｋｄ＋Ｒｋｄ）］×Ｉｍｄ
・・・（１５）
【００４７】
ところで、同期発電機１が加速するとＩｓ＝０とみなすことができなくなる。このときＩｓｄによる電機子反作用の影響が生じ、Ｉｋｄ＝０と仮定するとＩｆは式（１１）を用いて式（１６）のように示すことができる。
Ｉｆ＝Ｉｍｄ−Ｉｓｄ    ・・・（１６）
【００４８】
本実施の形態３は同期発電機界磁電圧Ｖｆと同期発電機界磁電流Ｉｆを直接検出することなく同期発電機界磁電流Ｉｆを一定に制御するものである。このため、インバータ制御部３７ではまず同期発電機界磁電流推定部４８において同期発電機界磁電流推定値Ｉｆｈを求める。
【００４９】
図１１は図９の同期発電機界磁電流推定部４８のブロック図である。入力の一つであるＶｓｑについてはＶｓｑ＝Ｖｓとみなし、計器用変圧器２９の低圧側の電圧から求める。ＩｓｄはＩｓｕ、Ｉｓｖ、Ｉｓｗの三相からｄｑ軸に変換したものを入力する。式（１４）が成り立つから、除算器５１によりＶｓｑをωで除してφｄを求める。
【００５０】
次に式（１３）が成り立つとしてφｄを増幅器５２に入力してＩｍｄを求める。増幅器５２のゲインはＫ２＝１／Ｌｍｄである。Ｉｍｄが求められれば、式（１５）から無負荷状態におけるＩｆを求めることができる。同期発電機界磁電流推定部４８においては、位相補償器５３にＩｍｄを入力して求めている。位相補償器５３は式（１７）で示される。
Ｇ（ｓ）＝｛ｓ（Ｌｍｄ＋Ｌｋｄ）＋Ｒｋｄ｝／（ｓＬｋｄ＋Ｒｋｄ）
・・・（１７）
【００５１】
最後に、位相補償器５３の出力を電機子反作用補償器５４に入力することで電機子反作用を考慮した同期発電機界磁電流推定値Ｉｆｈを導出することができる。なお、電機子反作用補償器５４は式（１６）より、減算器５５で構成されている。
【００５２】
図１２は図９の同期発電機界磁電流制御部４９のブロック図である。同期発電機界磁電流推定値Ｉｆｈは同期発電機界磁電流指令値Ｉｆｒｅｆと共に同期発電機界磁電流制御部４９に入力される。同期発電機界磁電流制御部４９はフィードバック制御を行い、インバータ電流振幅指令値Ｉｉｒｅｆを出力する。同期発電機界磁電流制御器５６は例えば比例積分制御器である。Ｉｆｒｅｆは例えばインバータ制御部３７の内部に固定値として保持している。あるいは図示しない他の制御手段から同期発電機１の定数や周囲温度などの状態に応じた値を受け取る場合もある。Ｉｆｒｅｆは電機子電圧が運転周波数に比例して増加する期間には一定値であるが、同期発電機１が図示しない外部の装置により機械的にトルクを与えられ、極低速で回転していてＩｆが確立するまではＩｆｒｅｆを制限するなどして電圧形三相インバータ３３の出力電圧が過電圧とならないようにする。
また、検出値はハードウェアまたはソフトウェアによるローパスフィルタを設けてノイズや制御に不要な高周波成分を除去してもよい。
【００５３】
以上に説明したように、本実施の形態３にかかる交流ブラシレス励磁装置２を備える発電システム１００はスリップリング２６で同期発電機界磁電圧Ｖｆを検出することなく電機子電圧Ｖｓ、回転角速度ω、電機子電流Ｉｓを検出することで同期発電機界磁電流Ｉｆを推定できる。このため、実施の形態１または実施の形態２にかかる交流ブラシレス励磁装置２を備える発電システム１００の効果に加えて、同期発電機１の加速に伴い交流励磁機１１のすべりが変化した場合にも同期発電機界磁電流Ｉｆを一定に制御できる。したがって、交流励磁機１１を用いて同期発電機１を励磁していても、ＳＦＣ４が、同期発電機１の電機子電圧が運転周波数に比例して増加するように、出力電流を与えている期間に、同期発電機界磁電流Ｉｆを一定に保つことができ、良好に同期発電機１を加速できる。
【００５４】
さらに、同期発電機界磁電流Ｉｆを一定に制御しながら、同期発電機１の加速に伴い交流励磁機１１の励磁周波数ｆ１を変化させて励磁容量を調整することも可能となる。
また、スリップリング２６が不要であるためさらに小型低コスト化を図ることができるうえに保守性も向上する。
【００５５】
実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４にかかる交流ブラシレス励磁装置を備えた発電システムの構成図である。以下、実施の形態１、２、３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分のみ述べる。図２の交流ブラシレス励磁装置２を備えた発電システム１００と異なるのは、電力変換器１２が電圧形三相インバータ３３の代わりに電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂを備えることと、スコット変圧器１５の代わりに単相変圧器１７ａ、１７ｂを備えることである。
【００５６】
この実施の形態４では、単相変圧器１７ａの二次巻線が交流励磁機ｄ軸界磁巻線２４に接続され、単相変圧器１７ｂの二次巻線が交流励磁機ｑ軸界磁巻線２５に接続されている。単相変圧器１７ａの一次巻線には電圧形単相インバータ３８ａの出力、単相変圧器１７ｂの一次巻線には電圧形単相インバータ３８ｂの出力が接続されている。電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂは出力電流の振幅と周波数が等しく、９０°の位相差を持つように電圧を出力する。これにより、電圧形三相インバータ３３とスコット変圧器１５を用いて交流励磁機界磁巻線２４、２５を交流励磁するのと同様に、電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂと単相変圧器１７ａ、１７ｂを用いて交流励磁機界磁巻線２４、２５を交流励磁することができる。
【００５７】
なお、電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂの出力電圧は矩形波状であるから、高調波成分を除去して交流励磁機界磁巻線２４、２５にサージ電圧が印加されることを防いだり、電圧を正弦波状にしたりする目的で、単相変圧器１７ａ、１７ｂの入力側または出力側に高周波成分を除去するフィルタを設けることがある。
また、ここでは、ダイオード整流器３１と平滑コンデンサ３２は共通としたが、個別に設けることもできる。さらに、異なる電源から電力を供給することもでき、電圧形単相インバータ３８ａ、３９ｂの出力が絶縁されている場合には、単相変圧器１７ａ、１７ｂは省略してもよい。
【００５８】
電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂの制御については、インバータ制御部３７または３８のインバータ電流指令値生成部４２とインバータ電流制御部４３を三相ではなくｄｑ軸として扱い、ゲート信号生成部４４においてｄ軸の電圧指令値から電圧形単相インバータ３８ａのゲート信号、ｑ軸の電圧指令値から電圧形単相インバータ３８ｂのゲート信号を生成すればよい。
【００５９】
以上に説明したように、本実施の形態４にかかる交流ブラシレス励磁装置２を備える発電システム１００は、電力変換器１２が電圧形三相インバータ３３の代わりに電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂを備え、スコット変圧器１５の代わりに単相変圧器１７ａ、１７ｂを備えたので、実施の形態１から実施の形態３のいずれかにかかる交流ブラシレス励磁装置２を備える発電システム１００の効果に加えて、スコット変圧器１５を用いることなく、構造が簡単な単相変圧器１７ａ、１７ｂを用いて交流励磁機界磁巻線２４、２５を交流励磁することができる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  同期発電機、２  交流ブラシレス励磁装置、３  回転整流器、
４  静止型周波数変換器（ＳＦＣ）、５  開閉器、
６  同期発電機電機子巻線の出力線、７、８、９  電源、
１１  交流励磁機、１２  電力変換器、１３  励磁方式切替え装置、
１４  サイリスタ励磁装置、１５  スコット変圧器、
１６ａ、１６ｂ、２８  電流検出器、１７ａ、１７ｂ  単相変圧器、
２１  同期発電機電機子巻線、２２  同期発電機界磁巻線、
２３  交流励磁機電機子巻線、２４  交流励磁機ｄ軸界磁巻線、
２５  交流励磁機ｑ軸界磁巻線、３１  ダイオード整流器、
３２  平滑コンデンサ、３３  電圧形三相インバータ、
３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ  開閉器、
３６、３７  インバータ制御部、
３８ａ、３８ｂ  電圧形単相インバータ、１００  発電システム。
【図１】
2016027321.tif 000003
【図２】
2016027321.tif 000004
【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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【図１２】
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【図１３】
2016027321.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月1日(2016.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
同期発電機界磁電圧指令値Ｖｆｒｅｆは、例えばインバータ制御部３６の内部に固定値として保持している。あるいは図示しない他の制御手段から同期発電機１の定数や周囲温度などの状態に応じた値を受け取る場合もある。界磁電圧一定制御時にはＶｆｒｅｆは一定値となるが、回路は誘導性であるから電圧形三相インバータ３３の停止状態が解除され出力電流が０の状態から電圧を出力する初期には過電流を防ぐためＶｆｒｅｆを徐々に上昇させていくとよい。Ｖｆｒｅｆと同期発電機界磁電圧Ｖｆは同期発電機界磁電圧制御部４１に入力される。図５は図４の同期発電機界磁電圧制御部４１のブロック図である。同期発電機界磁電圧制御部４１はフィードバック制御を行い、インバータ電流振幅指令値Ｉｉｒｅｆを出力する。同期発電機界磁電圧制御器４５は例えば比例積分制御器である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
以下でインバータ制御部３７の構成を説明する。図９は図８のインバータ制御部３７のブロック図である。図４のインバータ制御部３６と異なるのは、同期発電機界磁電圧制御部４１の代わりに同期発電機界磁電流推定部４８と同期発電機界磁電流制御部４９を備えることである。同期発電機界磁電流制御部４９の出力はインバータ電流振幅指令値Ｉｉｒｅｆであり、これ以降はインバータ制御部３６と同様であるので説明は省略する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
なお、電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂの出力電圧は矩形波状であるから、高調波成分を除去して交流励磁機界磁巻線２４、２５にサージ電圧が印加されることを防いだり
、電圧を正弦波状にしたりする目的で、単相変圧器１７ａ、１７ｂの入力側または出力側に高周波成分を除去するフィルタを設けることがある。
また、ここでは、ダイオード整流器３１と平滑コンデンサ３２は共通としたが、個別に設けることもできる。さらに、異なる電源から電力を供給することもでき、電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂの出力が絶縁されている場合には、単相変圧器１７ａ、１７ｂは省略してもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
電圧形単相インバータ３８ａ、３８ｂの制御については、インバータ制御部３６または３７のインバータ電流指令値生成部４２とインバータ電流制御部４３を三相ではなくｄｑ軸として扱い、ゲート信号生成部４４においてｄ軸の電圧指令値から電圧形単相インバータ３８ａのゲート信号、ｑ軸の電圧指令値から電圧形単相インバータ３８ｂのゲート信号を生成すればよい。
【国際調査報告】
2016027321.tif 000016
2016027321.tif 000017
2016027321.tif 000018
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