(57)【要約】【課題】系統周波数が変動しても、すべり周波数が周波数変換器の出力電圧能力を超えないように制限するようにした巻線形誘導機の二次励磁装置を得る。【解決手段】一次巻線を電力系統に接続し、二次巻線を周波数変換器により任意の周波数で交流励磁するようにした巻線形誘導機の二次励磁装置において，前記巻線形誘導機の一次側に系統周波数を検出する周波数検出器を接続し，この周波数検出器により検出された系統周波数を回転速度制限器のすべり周波数指令上限値およびすべり周波数指令下限値にそれぞれ加算することにより、系統周波数の変動を加味し、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しない巻線形誘導機の二次励磁装置を提供する。【選択図】  図１
2004312929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される巻線形誘導機と、この巻線形誘導機の二次巻線を交流励磁するために入力側を巻線形誘導機の一次巻線に接続し、出力側を前記巻線形誘導機の二次巻線に接続した周波数変換器と、前記巻線形誘導機の回転軸に設けられ回転速度を検出する速度検出器と、前記巻線形誘導機の一次側に接続され巻線形誘導機の一次電圧を検出する電圧検出器と、前記周波数変換器の出力側に設けられ周波数変換器出力電流を検出する電流検出器と、入出力指令に基づいた第１の回転速度指令を出力するシステム制御器と、このシステム制御器から入力した第１の回転速度指令を上限値および下限値により制限して第２の回転速度指令として出力する回転速度制限器と、前記速度検出器で検出した回転速度および第２の回転速度指令を入力し、回転速度を第２の回転速度指令通りに調整するためにトルク成分電流指令を出力する速度制御器と、前記電圧検出器で検出した巻線形誘導機一次電圧を電圧設定通りに調整するために励磁成分電流指令を出力する電圧制御器と、前記速度制御器から出力されるトルク成分電流指令と前記電圧制御器から出力される励磁成分電流指令に基づき前記電流検出で検出した周波数変換器出力電流を制御する電流制御器からなる巻線形誘導機の二次励磁装置において、
前記巻線形誘導機の一次側に系統周波数を検出する周波数検出器を接続し、この周波数検出器により検出された系統周波数を前記回転速度制限器のすべり周波数指令上限値およびすべり周波数指令下限値にそれぞれ加算して第１の回転速度指令の上限値および下限値とし、これらの上限値および下限値で第１のすべり周波数指令を制限して第２の回転速度指令を出力することを特徴とする巻線形誘導機の二次励磁装置。
【請求項２】
前記回転速度制限器は、入力した第１の回転速度指令を予め回転速度上限値および回転速度下限値で制限したうえで、すべり周波数指令上限値およびすべり周波数指令下限値で制限して、第２の回転速度指令として出力することを特徴とする請求項１記載の巻線形誘導機の二次励磁装置。
【請求項３】
前記回転速度制限器は、すべり周波数指令上限値に系統周波数を加算した値と回転速度上限値とを比較していずれか低い方の値で第１の回転速度指令の上限を制限し、かつ、すべり周波数指令下限値に系統周波数を加算した値と回転速度下限値とを比較していずれか高い方の値で第１の回転速度指令の下限を制限し、第２の回転速度指令を出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の巻線形誘導機の二次励磁装置。
【請求項４】
一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される巻線形誘導電動機と、前記前記巻線形誘導機二次巻線を交流励磁するために入力側を巻線形誘導機の一次巻線に接続し、出力側を前記巻線形誘導機の二次巻線に接続した周波数変換器と、前記巻線形誘導機の回転軸に設けられ回転速度を検出する速度検出器と、前記速度検出器で検出した回転速度と前記巻線形誘導機の一次側電圧の周波数とからすべり周波数を検出するすべり周波数検出器と、前記巻線形誘導機の一次側に接続され巻線形誘導機一次電圧を検出する電圧検出器と、前記周波数変換器の出力側に設けられ周波数変換器出力電流を検出する電流検出器と、入出力指令に基づいた第１のすべり周波数指令を出力するシステム制御器と、このシステム制御器から入力した第１のすべり周波数指令を上限値および下限値により制限して第２のすべり周波数指令として出力するすべり周波数制限器と、前記すべり周波数検出器で検出したすべり周波数および第２のすべり周波数指令を入力し、すべり周波数を第２のすべり周波数指令通りに調整するためにトルク成分電流指令を出力するすべり周波数制御器と、前記電圧検出器で検出した巻線形誘導機一次電圧を電圧設定通りに調整するために励磁成分電流指令を出力する電圧制御器と、前記すべり周波数制御器から出力されるトルク成分電流指令と前記電圧制御器から出力される励磁成分電流指令に基づき前記電流検出で検出した周波数変換器出力電流を制御する電流制御器からなる巻線形誘導機の二次励磁装置において、
前記巻線形誘導機の一次側に系統周波数を検出する周波数検出器を接続し、この周波数検出器により検出された系統周波数を前記すべり周波数制限器の回転速度上限値および回転速度下限値からそれぞれ減じて第１のすべり周波数指令の上限値および下限値とし、これらの上限値および下限値で第１のすべり周波数指令を制限して第２のすべり周波数指令を出力するようにしたことを特徴とする巻線形誘導機の二次励磁装置。
【請求項５】
前記すべり周波数制限器は、第１のすべり周波数指令を予めすべり周波数上限値およびすべり周波数下限値で制限したうえで、回転速度上限値および回転速度下限値で制限して第２のすべり周波数指令として出力することを特徴とする請求項４記載の巻線形誘導機の二次励磁装置。
【請求項６】
前記すべり周波数制限器は、回転速度上限値から系統周波数を減じた値とすべり周波数指令上限値とを比較して低い方の値で第１のすべり周波数指令の上限を制限し、かつ、回転速度下限値から系統周波数を減じた値とすべり周波数下限値とを比較して高い方の値で第１のすべり周波数指令の下限を制限して第２のすべり周波数指令を出力するように構成ことを特徴とする請求項４記載の巻線形誘導機の二次励磁装置。
【請求項７】
前記回転速度制限器の回転速度上限値および回転速度下限値の少なくともいずれか一方を発電または揚水に対応して切り替える手段を設けたことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の巻線形誘導機の二次励磁装置。
【請求項８】
前記すべり周波数制限器のすべり周波数上限値およびすべり周波数下限値の少なくともいずれか一方をシステムの運転状態によって補正する補正手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし３、請求項５または６のいずれかに記載の巻線形誘導機の二次励磁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻線形誘導機の二次励磁装置に係わり、特に回転速度またはすべり周波数が規定値から逸脱しないように周波数変換器を制御するようにした巻線形誘導機の二次励磁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巻線形誘導機の二次巻線に周波数変換器から任意周波数の交流電流を供給して速度を制御するようにした二次励磁装置としては、特許文献１等に記載の回転速度を一定にする制御系（速度制御系という）と、特許文献２等に記載のすべり周波数を一定にする制御系（すべり周波数制御系という）の２種類があり、以下これらの制御系の概要について説明する。
【０００３】
最初に、両制御系に共通する事柄として、回転速度、すべり周波数および系統周波数の関係について説明する。
図１２（ａ）および（ｂ）は、回転速度、すべり周波数および系統周波数の関係をブロック図化した図であり、一方、図１３は回転速度、すべり周波数および系統周波数の関係をグラフ化した図である。
【０００４】
図１２（ａ）、（ｂ）および図１３において、回転速度をＮ、すべり周波数をω、系統周波数をｆとすると、下記（１）式、（２）式の関係式が成り立つ。  ただし、Ｎ、ω、ｆはｐｕ換算した値とする。
ω＝Ｎ−ｆ  ・・・  （１）
Ｎ＝ω＋ｆ  ・・・  （２）
【０００５】
また、回転速度Ｎから定格回転速度１ｐｕを減じた値をΔＮ、系統周波数ｆから定格系統周波数１ｐｕを減じた値をΔｆと定義すると、ΔＮ、Δｆ、ωの関係は、下記（３）式、（４）式の通りになる。
ω＝ΔＮ−Δｆ  ・・・  （３）
ΔＮ＝ω＋Δｆ  ・・・  （４）
【０００６】
よって、回転速度Ｎと系統周波数ｆとが既知である場合、すべり周波数ωを求めるには式（１）もしくは式（３）を用いればよいことがわかる。
また、すべり周波数ωと系統周波数ｆとが既知である場合、回転速度Ｎを求めるには式（２）もしくは式（４）を用いればよいことがわかる。なお、この明細書ではΔＮを回転速度、Δｆを系統周波数と呼ぶこととする。
【０００７】
次に、図１４および図１５を参照して速度制御系を採用した巻線形誘導機の二次励磁装置の従来例について説明する。
図１４は速度制御系のシステム構成図、図１５は回転速度制限器の詳細構成図である。図１４において、巻線形誘導機１は回転軸に図示しない原動機または負荷を結合しており、一次側巻線を主変圧器４を介して電力系統に接続し、二次側巻線を周波数変換器２の出力段に接続している。この周波数変換器２の入力段は、励磁用変圧器３を介して巻線形誘導機１の一次側巻線に接続されている。図中、５は二次側に設けた電流検出器、６は巻線形誘導機１の回転子に設けた速度検出器である。８は電流制御器、９は電圧制御器、１０は電圧設定器、１１は電圧検出器、１２は速度制御器、１３はシステム制御器そして５０は詳細を図１５で表した回転速度制限器である。
【０００８】
このような構成の巻線形誘導機の速度制御系において、中央給電指令所（中給）から伝送されてくる入出力指令Ｐｏはシステム制御器１３に入力され、ここで入出力指令Ｐｏに対応した第１の回転速度指令ＳＰ１を生成し、回転速度制限器５０に出力する。この回転速度制限器５０は、この第１の回転速度指令ＳＰ１をリミッタに入力することによって第２の回転速度指令ＳＰ２を出力する。
【０００９】
この回転速度制限器５０は、詳細を図１５の構成図で示すように、第１の回転速度指令Ｓｐ１を入力するリミッタ５１と、すべり周波数上限値を設定する設定器５２ａと、すべり周波数下限値を設定する設定器５２ｂとから構成したものである。
【００１０】
第１の回転速度指令ＳＰ１はリミッタ５１を通過する際、設定器５２ａの出力による上限値および設定器５２ｂの出力による下限値を超える入力分については上限値、下限値で制限されて第２の回転速度指令ＳＰ２として出力される。
【００１１】
そして速度制御器（図中、ＡＳＰＲ）１２は、前記速度検出器６で検出した回転速度Ｎおよび第２の回転速度指令ＳＰ２を入力し、回転速度Ｎが第２の回転速度指令ＳＰ２の通りになるようにトルク成分電流指令ｉτを調整する。一方、電圧制御器（図中、ＡＶＲ）９は電圧検出器（図中、９０Ｒ）１１で検出した巻線形誘導機一次電圧および電圧設定器１０の出力である電圧設定値を入力し、巻線形誘導機一次電圧が電圧設定通りになるよう励磁成分電流指令ｉｅを調整する。
【００１２】
電流制御器８は、前記電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅを入力し、周波数変換器２の出力電流が、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅの通りになるよう周波数変換器２を制御する。
【００１３】
次に、図１６および図１７を参照して、すべり周波数制御系を適用した巻線形誘導機の二次励磁装置の従来例について説明する。なお、図１６中図１４に対応する要素には同一符号を付けて説明は省略する。
【００１４】
図１６はすべり周波数制御系のシステム構成図であり、図１４と異なるところは、回転速度制限器５０に代えてすべり周波数制限器６０を設け、速度制御器１２に代えてすべり周波数制御器（図中、ＡＷＲ）１４を設け、そして新たにすべり周波数検出器１５を設けことにある。
【００１５】
中給から入出力指令Ｐｏがシステム制御器１３に伝送されてくると、システム制御器１３はこの入出力指令Ｐｏに対応した第１のすべり周波数指令ω０１を生成してすべり周波数制限器６０に入力する。すべり周波数制限器６０は入力した第１のすべり周波数指令ω０１をリミッタに入力することによって第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。
【００１６】
このすべり周波数制限器６０は詳細構成を図１７で示すように、リミッタ６１と、このリミッタ６１のすべり周波数上限値を設定する設定器６２ａと、すべり周波数下限値を設定する設定器６２ｂとから構成されている。この結果、すべり周波数制限器６０に入力された第１のすべり周波数指令ω０１は上限を超える入力分については上限で制限され、下限を超える入力分については下限で制限され第２のすべり周波数指令ω０２となって出力される。
【００１７】
前記すべり周波数検出器１５は巻線形誘導機１の一次電圧周波数と前記速度検出器６で検出した回転速度Ｎとからすべり周波数ωを検出する。すべり周波数制御器１４はすべり周波数ωと第２のすべり周波数指令ω０２とを入力し、すべり周波数ωが第２のすべり周波数指令ω０２の通りになるようにトルク成分電流指令ｉτを調整する。電圧制御器９は図１４の場合と同様にして、励磁成分電流指令ｉｅを調整する。
【００１８】
そして、電流制御器８は前記電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅを入力し、周波数変換器２の出力電流がトルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅ通りになるように周波数変換器２を制御する。
【００１９】
【特許文献１】
特許第２５５００８９号公報
【特許文献２】
特許第２５５３３１９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された速度制御系の場合、系統周波数の変動時には、すべり周波数も変動する。すべり周波数が大きくなった場合には、巻線形誘導機１の二次側に誘起される電圧が二次励磁装置の最大出力電圧よりも大きくなり、周波数変換器２の出力電流が制御できなくなる可能性がある。
【００２１】
一方、すべり周波数制御系の場合、系統周波数の変動時に回転速度も変動する。可変速揚水発電システムの発電電動機に巻線形誘導機のすべり周波数制御系を採用した場合、回転速度がポンプ水車の運転範囲を逸脱したとき、キャビテーション（水泡が発生し、ポンプ水車の表面を侵食する現象）が発生したり、逆流領域に突入しポンプ水車の振動が過大となる可能性がある。
【００２２】
そこで、本発明は上述した従来技術の課題を解決するために、系統周波数が変動しても、すべり周波数が周波数変換器の出力電圧能力を超えないように制限するようにした巻線形誘導機の二次励磁装置を得ることを目的とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置の発明は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される巻線形誘導機と、この巻線形誘導機の二次巻線を交流励磁するために入力側を巻線形誘導機の一次巻線に接続し、出力側を前記巻線形誘導機の二次巻線に接続した周波数変換器と、前記巻線形誘導機の回転軸に設けられ回転速度を検出する速度検出器と、前記巻線形誘導機の一次側に接続され巻線形誘導機の一次電圧を検出する電圧検出器と、前記周波数変換器の出力側に設けられ周波数変換器出力電流を検出する電流検出器と、入出力指令に基づいた第１の回転速度指令を出力するシステム制御器と、このシステム制御器から入力した第１の回転速度指令を上限値および下限値により制限して第２の回転速度指令として出力する回転速度制限器と、前記速度検出器で検出した回転速度および第２の回転速度指令を入力し、回転速度を第２の回転速度指令通りに調整するためにトルク成分電流指令を出力する速度制御器と、前記電圧検出器で検出した巻線形誘導機一次電圧を電圧設定通りに調整するために励磁成分電流指令を出力する電圧制御器と、前記速度制御器から出力されるトルク成分電流指令と前記電圧制御器から出力される励磁成分電流指令に基づき前記電流検出で検出した周波数変換器出力電流を制御する電流制御器からなる巻線形誘導機の二次励磁装置において、前記巻線形誘導機の一次側に系統周波数を検出する周波数検出器を接続し、この周波数検出器により検出された系統周波数を前記回転速度制限器のすべり周波数指令上限値およびすべり周波数指令下限値にそれぞれ加算して第１の回転速度指令の上限値および下限値とし、これらの上限値および下限値で第１のすべり周波数指令を制限して第２の回転速度指令を出力することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項４に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置の発明は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される巻線形誘導電動機と、前記前記巻線形誘導機二次巻線を交流励磁するために入力側を巻線形誘導機の一次巻線に接続し、出力側を前記巻線形誘導機の二次巻線に接続した周波数変換器と、前記巻線形誘導機の回転軸に設けられ回転速度を検出する速度検出器と、前記速度検出器で検出した回転速度と前記巻線形誘導機の一次側電圧の周波数とからすべり周波数を検出するすべり周波数検出器と、前記巻線形誘導機の一次側に接続され巻線形誘導機一次電圧を検出する電圧検出器と、前記周波数変換器の出力側に設けられ周波数変換器出力電流を検出する電流検出器と、入出力指令に基づいた第１のすべり周波数指令を出力するシステム制御器と、このシステム制御器から入力した第１のすべり周波数指令を上限値および下限値により制限して第２のすべり周波数指令として出力するすべり周波数制限器と、前記すべり周波数検出器で検出したすべり周波数および第２のすべり周波数指令を入力し、すべり周波数を第２のすべり周波数指令通りに調整するためにトルク成分電流指令を出力するすべり周波数制御器と、前記電圧検出器で検出した巻線形誘導機一次電圧を電圧設定通りに調整するために励磁成分電流指令を出力する電圧制御器と、前記すべり周波数制御器から出力されるトルク成分電流指令と前記電圧制御器から出力される励磁成分電流指令に基づき前記電流検出で検出した周波数変換器出力電流を制御する電流制御器からなる巻線形誘導機の二次励磁装置において、前記巻線形誘導機の一次側に系統周波数を検出する周波数検出器を接続し、この周波数検出器により検出された系統周波数を前記すべり周波数制限器の回転速度上限値および回転速度下限値からそれぞれ減じて第１のすべり周波数指令の上限値および下限値とし、これらの上限値および下限値で第１のすべり周波数指令を制限して第２のすべり周波数指令を出力するようにしたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図を通じて共通する部分には同一符号を付けて説明を省略する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図である。本実施の形態は速度制御系に係わるもので、従来例である図１４に比べて構成上大きく相違するところは、巻線形誘導機１の一次側に系統周波数ｆを検出する周波数検出器７を設けるとともに、前記回転速度制限器５０に代えてリミッタの上限制限値および下限制限値に系統周波数ｆを加味することのできる回転速度制限器２０を設けたことにある。
【００２７】
この回転速度制限器２０は、図２の詳細構成図で示すように、第１の回転速度指令ＳＰ１を入力するリミッタ２１ａと、すべり周波数上限値を設定する設定器２２ａと、すべり周波数下限値を設定する設定器２２ｂと、すべり周波数上限値に系統周波数ｆを加算する加算器２３ａと、すべり周波数下限値に系統周波数ｆを加算する加算器２３ｂとを設け、これら加算器２３ａの出力をリミッタ２１ａの上限値とし、加算器２３ｂの出力をリミッタ２１ａの下限値とするように構成したものである。このように構成した結果、系統周波数ｆが変動すると、その周波数の変動に応じてすべり周波数上限値および下限値が同一方向にシフトするようになる。
【００２８】
中給から入出力指令Ｐｏがシステム制御器１３に伝送されてくると、システム制御器１３はこの入出力指令Ｐｏに対応した第１の回転速度指令ＳＰ１を生成して次段の回転速度制限器２０に入力する。この回転速度制限器２０は入力した第１の回転速度指令ＳＰ１をリミッタ２１ａに入力することによって第２の回転速度指令ＳＰ２を出力する。第１の回転速度指令ＳＰ１はリミッタ２１ａを通過する際、加算器２３ａの出力による上限値および加算器２３ｂの出力による下限値を超える入力分については上限値、下限値で制限されて出力される。
【００２９】
速度制御器１２は、前記速度検出器６で検出した回転速度Ｎと第２の回転速度指令ＳＰ２とを入力し、回転速度Ｎが第２の回転速度指令ＳＰ２の通りになるようにトルク成分電流指令ｉτを調整する。電圧制御器９は、電圧検出器１１で検出した巻線形誘導機一次電圧と電圧設定器１０の出力である電圧設定値とを入力し、巻線形誘導機一次電圧が電圧設定値の通りになるように励磁成分電流指令ｉｅを調整する。
【００３０】
電流制御器８は、電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流と、トルク成分電流指令ｉτと、励磁成分電流指令ｉｅとを入力し、周波数変換器２の出力電流がトルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅ通りになるよう周波数変換器２を制御する。
【００３１】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、回転速度制限器の制限値に系統周波数の変動を加味するようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しない巻線形誘導機の二次励磁装置を提供することができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態は、システム構成図については第１の実施の形態の場合と同じ図１であるが、異なるのは図２の回転速度制限器２０に代えて図３の回転速度制限器２０１としたことにある。
【００３３】
図３を参照して回転速度制限器２０１の詳細について説明する。この回転速度制限器２０１は前記回転速度制限器２０におけるリミッタ２１ａを第２段とし、その前段に新たに第１段のリミッタ２１ｂを設け、しかもこの第１段のリミッタ２１ｂの上限値を設定器２２ｃによる回転速度上限値とし、かつ下限値を設定器２２ｄによる回転速度下限値として構成したものであり、その他は図２の回転速度制限器２０と同じなので説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態の回転速度制限器２０１は、設定器２２ｃで設定した第１段の回転速度上限値で第１の回転速度指令の上限を制限し、設定器２２ｄで設定した第１段の回転速度下限値で第１の回転速度指令の下限を制限し、すべり周波数上限値を設定する設定器２２ａの出力と系統周波数とを加算器２３ａで加算した値を第２段のリミッタ２１ａの回転速度上限値とし、すべり周波数下限値を設定する設定器２２ｂの出力と系統周波数とを加算器２３ｂで加算した値を当該第２段のリミッタ２１ａの回転速度下限値とし、予め第１段の回転速度上限値、下限値で制限した値を、第２段の回転速度上限値で上限を制限し、第２段の回転速度下限値で下限を制限して第２の回転速度指令を出力する。
【００３５】
以上述べたように、本実施の形態によれば、前段に設けたリミッタで回転速度指令を制限するとともに、後段に設けたリミッタ２１ａで系統周波数変動を加味してすべり周波数が上下限を逸脱しないよう回転速度指令に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ回転速度が規定値を逸脱しないように制限することができる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態は、システム構成図については第１、第２の実施の形態の場合と同じ図１であるが、異なるのは図２の回転速度制限器２０に代えて図４の回転速度制限器２０２としたことにある。
【００３７】
図４を参照して回転速度制限器２０２の詳細について説明する。図４において、設定器２２ｃの回転速度上限値および加算器２３ａの出力を低値選択器２４ａに入力し、いずれか低い方の値を選択出力してリミッタ２１ａの上限値として設定する。一方、設定器２２ｄの回転速度下限値と、加算器２３ｂの出力とを高値選択器２４ｂに入力し、いずれか高い方の値を選択出力して前記リミッタ２１ａの下限値として設定する。
【００３８】
本実施の形態の回転速度制限器２０２は、すべり周波数上限値を設定する設定器２２ａの出力と系統周波数とを加算器２３ａで加算した値と、設定器２２ｃで設定した回転速度上限値とを比較して低い方の値で第１の回転速度指令値の上限を制限し、すべり周波数下限値を設定する設定器２２ｂの出力と系統周波数とを加算器２３ｂで加算した値と、設定器２２ｄで設定した回転速度下限値とを比較して高い方の値で第１の回転速度指令値の下限を制限して第２の回転速度指令を出力する。
【００３９】
以上述べたように、第３の実施の形態によれば、回転速度の上下限設定で回転速度指令を制限するとともに、系統周波数変動を加味してすべり周波数が上下限を逸脱しないよう回転速度指令に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ、回転速度が規定値を逸脱しないよう制限することができる。
また、最終的な回転速度指令値の上限値、および下限値をモニタすることができ、回転速度上下限値までの余裕を確認することができる。
【００４０】
（第４の実施の形態）
図５は本発明の第４の実施の形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図である。本実施の形態はすべり周波数制御系に係わるもので、対応する従来例の図１６に比べて構成上大きく相違するところは、巻線形誘導機１の一次側に系統周波数ｆを検出する周波数検出器７を設けるとともに、前記すべり周波数制限器６０に代えてリミッタの上限制限値および下限制限値に系統周波数ｆを加味するようにしたすべり周波数制限器３０を設けたことにある。その他については図１６と同じなので説明を省略する。
【００４１】
このすべり周波数制限器３０は、詳細を図６の構成図で示すように、前記システム制御器１３から出力された第１のすべり周波数指令値ω０１を入力するリミッタ３１ａと、このリミッタの回転速度上限値を設定する設定器３２ｃと、回転速度下限値を設定する設定器３２ｄと、設定器３２ｃから出力される回転速度上限値から系統周波数ｆを減算する減算器３３ａと、設定器３２ｄから出力される回転速度下限値から系統周波数ｆを減算する減算器３３ｂとを設け、この減算器３３ａの出力をリミッタ３１ａの上限値とし、減算器３３ｂの出力をリミッタ３１ａの下限値とするように構成したものである。このように構成した結果、系統周波数ｆが変動すると、その周波数の変動に応じて上限値および下限値が同一方向にシフトするようになる。
【００４２】
中給から入出力指令Ｐｏがシステム制御器１３に伝送されてくると、システム制御器１３は第１のすべり周波数指令ω０１を生成してすべり周波数制限器３０に入力する。すべり周波数制限器３０は入力した第１のすべり周波数指令ω０１をリミッタ３１ａを通過させることによって第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。この第１のすべり周波数指令ω０１はリミッタ３１ａを通過する際、減算器３３ａの出力による上限値および減算器３３ｂによる下限値によって制限される。
【００４３】
すべり周波数検出器１５は、巻線形誘導機１の一次側電圧の周波数と巻線形誘導機１の回転子に接続された速度検出器６で検出した回転速度とからすべり周波数ωを検出する。すべり周波数制御器１４は、すべり周波数ωと第２のすべり周波数指令ω０２とを入力し、すべり周波数ωが第２のすべり周波数指令ω０２の通りになるようトルク成分電流指令ｉτを調整する。
【００４４】
電圧制御器９は、電圧検出器１１で検出した巻線形誘導機一次電圧と電圧設定器１０の出力である電圧設定値とを入力し、巻線形誘導機一次電圧が電圧設定値通りになるよう励磁成分電流指令ｉｅを調整する。電流制御器８は、電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流とトルク成分電流指令ｉτと励磁成分電流指令ｉｅとを入力し、周波数変換器２の出力電流が、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅ通りになるよう周波数変換器２を制御する。
【００４５】
この実施の形態によれば、系統周波数の変動を加味して回転速度が上下限を逸脱しないようにすべり周波数に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動しても回転速度が規定値を逸脱しないように制限することができる。
【００４６】
（第５の実施の形態）
この第５の実施の形態は、システム構成図については第４の実施の形態の場合と同じ図５であるが、異なるのは図６のすべり周波数制限器３０に代えて図７のすべり周波数制限器３０１としたことにある。
【００４７】
図７を参照してすべり周波数制限器３０１の詳細について説明する。このすべり周波数制限器３０１は前記すべり周波数制限器３０のリミッタ３１ａを第２段とし、その前段に第１段のリミッタ３１ｂを設け、しかもこのリミッタ３１ｂのすべり周波数上限値を設定器３２ａで設定し、かつすべり周波数下限値を設定器３２ｂで設定するように構成したものである。
【００４８】
この結果、すべり周波数制限器３０１は、設定器３２ａで設定した第１段のすべり周波数上限値で第１のすべり周波数指令ω０１の上限を制限し、設定器３２ｂで設定した第１段のすべり周波数下限値で第１のすべり周波数指令ω０１の下限を制限し、回転速度上限値を設定する設定器３２ｃの出力から系統周波数ｆを加算器２３ａで減じた値を第２段のすべり周波数上限値とし、回転速度下限値を設定する設定器３２ｄの出力から系統周波数ｆを加算器３３ｂで減じた値を第２段のすべり周波数下限値とし、予め第１段のすべり周波数上限値、下限値で制限した値を第２段のすべり周波数上限値で上限を制限し、第２段のすべり周波数下限値で下限を制限して第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。
【００４９】
この第５の実施の形態によれば、すべり周波数の上下限設定ですべり周波数指令を制限するとともに、系統周波数の変動を加味して回転速度が上下限を逸脱しないようすべり周波数指令に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ、回転速度が規定値を逸脱しないよう制限することができる。
【００５０】
（第６の実施の形態）
この第６の実施の形態は、システム構成図については第４の実施の形態の場合と同じ図５であるが、異なるのは図６のすべり周波数制限器３０に代えて図８のすべり周波数制限器３０２としたことにある。
【００５１】
図８を参照してすべり周波数制限器３０２の詳細について説明する。図８において、３１ａはリミッタ、３２ａはすべり周波数上限値を設定する設定器、３２ｂはすべり周波数下限値を設定する設定器、３２ｃは回転速度上限値を設定する設定器、３２ｄは、回転速度下限値を設定する設定器、３３ａ、３３ｂは加算器、３４ａは入力のうち最も低い値を出力する低値選択器、３４ｂは入力のうち最も高い値を高値選択器である。
【００５２】
すべり周波数制限器３０２は、回転速度上限値を設定する設定器３２ｃの出力から系統周波数ｆを加算器３３ａで減じた値と、設定器３２ａで設定したすべり周波数上限値とを比較していずれか低い方の値で第１のすべり周波数指令値ω０１の上限を制限し、回転速度下限値を設定する設定器３２ｄの出力から系統周波数ｆを加算器３３ｂで減じた値と、設定器３２ｄで設定したすべり周波数下限値とを比較していずれか高い方の値で第１のすべり周波数指令値ω０１の下限を制限して第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。
【００５３】
この第６の実施の形態によれば、すべり周波数の上下限設定ですべり周波数指令を制限するとともに、系統周波数変動を加味して回転速度が上下限を逸脱しないようすべり周波数指令に制限をかけるので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ、回転速度が規定値を逸脱しないよう制限することができる。
【００５４】
また、この第６の実施の形態によれば、最終的なすべり周波数指令値の上限値、および、下限値をモニタすることができ、すべり周波数上下限値までの余裕を確認することができる。
【００５５】
（第７の実施の形態）
本実施の形態は、図３、図４、図６、図７、図８における回転速度上限値設定器２２ｃ、３２ｃおよび回転速度下限値設定器２２ｄ、３２ｄのそれぞれの一例を図９および図１０で示すものである。
【００５６】
図９は回転速度上限値切替回路を示す。図９において、４０ａは発電時回転速度上限値を設定する設定器、４０ｂは揚水時回転速度上限値を設定する設定器、４１ａは巻線形誘導機１の運転状況に応じて発電運転か揚水運転かで切り替える切替器である。
【００５７】
図１０は回転速度下限値切替回路を示す。図１０において、４０ｃは発電時回転速度下限値を設定する設定器、４０ｄは揚水時回転速度下限値を設定する設定器、４１ｂは切替器である。
【００５８】
なお、図９の回転速度上限値切替回路と図１０の回転速度下限値切替回路は、同時に追加する必要はなく、回転速度上限値切替回路と回転速度下限値切替回路の少なくとも１つ以上を必要に応じて追加すればよい。
【００５９】
本実施の形態は、一例として図３の回転速度制限器２０１における第１段の回転速度上限値、第１段の回転速度下限値の設定を下記の通りにしたものである。
図９の設定器４０ａに発電時回転速度上限値を設定し、設定器４０ｂに揚水時回転速度上限値を設定し、切替器４１ａで発電方向が選択されている場合は発電時回転速度上限値が第１段の回転速度上限値として出力され、切替器４１ａで揚水方向が選択されている場合は揚水時回転速度上限値が第１段の回転速度上限値として出力される。
【００６０】
図１０の設定器４０ｃに発電時回転速度下限値を設定し、設定器４０ｄに揚水時回転速度下限値を設定し、切替器４１ｂで発電方向が選択されている場合は発電時回転速度下限値が第１段の回転速度下限値として出力され、切替器４１ｂで揚水方向が選択されている場合は揚水時回転速度下限値が第１段の回転速度下限値として出力される。
【００６１】
本実施の形態によれば、すべり周波数を規定値に制限し、かつ、回転速度を制限する機能の他に、回転速度上限値または回転速度下限値を発電と揚水で切り替える機能を付加している。この結果、二次励磁装置の出力電圧能力を超えないようすべり周波数を制限しながら、ポンプ水車の運転範囲を最大限に広げることができる。
【００６２】
例えば、
可変速幅（すべり周波数最大値）；０．０６ｐｕ
発電時回転速度下限値          ；０．９２ｐｕ
揚水時回転速度下限値          ；０．９４ｐｕ
すべり周波数下限値            ；−０．０６ｐｕ
で設定しているシステムが、
運転方向                      ；発電
系統周波数                    ；１ｐｕ
回転速度                      ；０．９４ｐｕ
すべり周波数                  ；−０．０６ｐｕ
の条件で運転していた場合、系統周波数が１ｐｕから０．９８ｐｕまで下がったとすると、
系統周波数                    ；０．９８ｐｕ
回転速度                      ；０．９２ｐｕ
すべり周波数                  ；−０．０６ｐｕ
となり、すべり周波数を−０．０６ｐｕで維持しながら、回転速度を下げることができる。このように、系統周波数が下がった場合には、回転速度を下げながら発電電動機、ポンプ水車の慣性エネルギーを発電方向の電力として出力することができるので、系統周波数を上げる方向に作用し、系統安定度に寄与することができる。
【００６３】
一般的に、揚水方向の下限値は、ポンプ水車の逆流領域に入り込まないよう制限する必要があるため、発電方向の下限値より上側になる。
なお、図９の回転速度上限値切替回路、図１０の回転速度下限切替回路は、以上述べた図３の実施の形態以外に図４の実施の形態、図５の実施の形態、図６の実施の形態、図７の実施の形態のいずれに追加しても同じ効果を得ることができる。
【００６４】
（第８の実施の形態）
図１１を参照して第８の実施の形態について説明する。
図１１は図２、図３または図４におけるすべり周波数上限値およびすべり周波数下限値を補正する補正回路の詳細図である。
【００６５】
図１１において、３２ａはすべり周波数上限値を設定する設定器、３２ｂはすべり周波数下限値を設定する設定器、７０ａ、７０ｂは補正器、７０ｃはシステムの運転状態信号を出力するオア回路である。システムの運転状態としては、例えば、変換器出力電圧７０ｄ、変換器出力電圧指令７０ｅ、励磁成分電流７０ｆ、励磁成分電流指令７０ｇ、システム無効電力７０ｈあるいはシステム無効電力指令７０ｉがあり、本実施の形態はこれらのシステム運転状態信号によって回転速度制限器２０、２０１または２０２におけるすべり周波数上限値およびすべり周波数下限値補正したものである。
【００６６】
例えば、システムの運転状態信号として周波数変換器２の出力電圧７０ｄを用いた場合、周波数変換器２の出力電圧７０ｄが小さい場合には、すべり周波数上限値を高くし、かつ、すべり周波数下限値を低くすることにより、すべり周波数の制限値を広げるようにする。周波数変換器２の出力電圧が大きい場合には、すべり周波数上限値を低くし、かつ、すべり周波数下限値を高くすることにより、すべり周波数の制限値を狭めるようにする。因みに、巻線形誘導機１の二次巻線側に誘起される電圧より大きい電圧を周波数変換器２が出力すると無効電力を系統へ供給する運転、すなわち、強め励磁の運転となり、逆に、巻線形誘導機１の二次巻線側に誘起される電圧より小さい電圧を周波数変換器２が出力すると無効電力を系統から吸収する運転、すなわち、弱め励磁の運転となる。よって、強め励磁の場合には、周波数変換器２の出力電圧は、大きく、弱め励磁の場合には、周波数変換器２の出力電圧は、小さくなる。
【００６７】
周波数変換器２の出力電圧の能力は、強め励磁側の定格運転を想定して設計されるため、弱め励磁の場合には、すべり周波数上下限の運転状態であっても周波数変換器２の出力電圧には余裕ができる。そこで、定格運転ではないときには、周波数変換器２の出力電圧の余裕を見て、すべり周波数の絶対値が規定値より大きくなっても運転することができる。
【００６８】
以上述べたように、本実施の形態によれば、システムの運転状態信号を導入して、すべり周波数が周波数変換器出力電圧能力範囲に入るよう、すべり周波数上限値またはすべり周波数下限値を補正するようにしたので、周波数変換器出力電圧に余裕がある場合には、すべり周波数を規定値より大きくし、運転範囲を広くすることができる。また、周波数変換器出力電圧に余裕がない場合には、すべり周波数を規定値より小さくするよう制限し、周波数変換器の電流制御を安定にすることができる。
なお、他のシステム運転状態信号を用いてすべり周波数上限値、すべり周波数下限値を同様に補正することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、回転速度制限器あるいはすべり周波数制限器の上下限制限値に系統周波数の変動分を加味するようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数あるいは回転速度が規定値を逸脱しない巻線形誘導機の二次励磁装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態における回転速度制限器の詳細構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態における回転速度制限器の詳細構成図。
【図４】本発明の第３の実施形態における回転速度制限器の詳細構成図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図。
【図６】本発明の第４の実施形態におけるすべり周波数制限器の詳細構成図。
【図７】本発明の第５の実施形態におけるすべり周波数制限器の詳細構成図。
【図８】本発明の第６の実施形態におけるすべり周波数制限器の詳細構成図。
【図９】本発明の第７の実施形態における回転速度上限値切替回路の詳細構成図。
【図１０】本発明の第７の実施形態における回転速度下限値切替回路の詳細構成図。
【図１１】本発明の第８の実施形態に係わるすべり周波数上限値、すべり周波数下限値を補正する回路の詳細構成図。
【図１２】回転速度と系統周波数とすべり周波数の関係を表したブロック図。
【図１３】回転速度と系統周波数とすべり周波数の関係を表したグラフ。
【図１４】従来の速度制御系巻線形誘導機二次励磁装置のシステム構成を示す図。
【図１５】従来の速度制御系回転速度制限器の詳細構成図。
【図１６】従来のすべり周波数制御系巻線形誘導機二次励磁装置のシステム構成を示す図。
【図１７】従来のすべり周波数制御系すべり周波数制限器の詳細構成図。
【符号の説明】
１…巻線形誘導機（発電電動機）、２…周波数変換器、３…励磁用変圧器、４…主変圧器、５…電流検出器、６…速度検出器、７…周波数検出器、８…電流制御器、９…電圧制御器、１０…電圧設定器、１１…電圧検出器、１２…速度制御器、１３…システム制御器、１４…すべり周波数制限器、１５…すべり周波数検出器、２０、５０…回転速度制限器、２０ａ，２０ｂ，３１ａ，３１ｂ，５１，６１…リミッタ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…設定器、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，５２ａ，５２ｂ，６２ａ，６２ｂ…設定器、２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ…加算器、２４ａ，３４ａ…低値選択器、２４ｂ，３４ｂ…高値選択器、３０，６０…すべり周波数制限器、４１ａ，４１ｂ…切替器、７０ａ，７０ｂ…補正器、７０ｃ…オア回路、７０ｄ…変換器出力電圧、７０ｅ…変換器出力電圧指令、７０ｆ…励磁成分電流、７０ｇ…励磁成分電流指令、７０ｈ…システム無効電力、７０ｉ…システム無効電力指令。
【図１】
2004312929.tif 000003
【図２】
2004312929.tif 000004
【図３】
2004312929.tif 000005
【図４】
2004312929.tif 000006
【図５】
2004312929.tif 000007
【図６】
2004312929.tif 000008
【図７】
2004312929.tif 000009
【図８】
2004312929.tif 000010
【図９】
2004312929.tif 000011
【図１０】
2004312929.tif 000012
【図１１】
2004312929.tif 000013
【図１２】
2004312929.tif 000014
【図１３】
2004312929.tif 000015
【図１４】
2004312929.tif 000016
【図１５】
2004312929.tif 000017
【図１６】
2004312929.tif 000018
【図１７】
2004312929.tif 000019