(57)【要約】【課題】  並列接続されたサイリスタの分担電流をバランスさせると共に、並列冗長回路数を減らすことができ、部品の削減とコスト削減を図ることができる同期機の励磁装置を提供する。【解決手段】  同期機の端子電圧を複数個のサイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃによって構成された整流器で整流し、界磁巻線７を直流励磁するようにした同期機の励磁装置において、同期機の端子電圧を検出し、端子電圧を所定値に保持するための各サイリスタの点弧角を演算し、指令値として出力する演算部３ａと、演算部の指令値にもとづいて各サイリスタのゲートに所定幅の点弧パルスを与えるパルス出力部３ｂと、各サイリスタの通電電流に応じて各サイリスタに与える点弧パルスの出力タイミングを調整する調整部９ａ、９ｂ、９ｃとを有する自動電圧調整手段３を備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の端子電圧を複数個のサイリスタによって構成された整流器で整流し、上記同期機の界磁巻線を直流励磁するようにした同期機の励磁装置において、
上記同期機の端子電圧を検出し、上記端子電圧を所定値に保持するための上記各サイリスタの点弧角を演算し、指令値として出力する演算部と、
上記演算部の指令値にもとづいて上記各サイリスタのゲートに所定幅の点弧パルスを与えるパルス出力部と、
上記各サイリスタの通電電流に応じて各サイリスタに与える点弧パルスの出力タイミングを調整する調整部とを有する自動電圧調整手段を備えたことを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項２】
同期機の端子電圧を複数個のサイリスタによって構成された整流器で整流し、上記同期機の界磁巻線を直流励磁するようにした同期機の励磁装置において、
上記同期機の端子電圧を検出し、上記端子電圧を所定値に保持するための上記各サイリスタの点弧角を演算し、指令値として出力する演算部と、
上記演算部の指令値にもとづいて上記各サイリスタのゲートに点弧パルスを与えるパルス出力部と、
上記各サイリスタの通電電流に応じて各サイリスタに与える点弧パルスの幅を調整する調整部とを有する自動電圧調整手段を備えたことを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項３】
同期機の端子電圧を複数個のサイリスタによって構成された整流器で整流し、上記同期機の界磁巻線を直流励磁するようにした同期機の励磁装置において、
上記同期機の端子電圧を検出し、上記端子電圧を所定値に保持するための上記各サイリスタの点弧角を演算し、指令値として出力する演算部と、
上記演算部の指令値にもとづいて上記各サイリスタのゲートに点弧パルスを与えるパルス出力部と、
上記各サイリスタの温度を測定し、温度に応じて各サイリスタに与える点弧パルスの出力タイミングまたは点弧パルスの幅を調整する調整部とを有する自動電圧調整手段を備えたことを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項４】
同期機の端子電圧を複数個のサイリスタによって構成された整流器で整流し、上記同期機の界磁巻線を直流励磁するようにした同期機の励磁装置において、
上記各サイリスタに保護用の速断ヒューズを直列接続すると共に、上記同期機の端子電圧を検出し、上記端子電圧を所定値に保持するための上記各サイリスタの点弧角を演算し、指令値として出力する演算部と、
上記演算部の指令値にもとづいて上記各サイリスタのゲートに点弧パルスを与えるパルス出力部と、
上記速断ヒューズの両端電圧を測定し、測定された電圧に応じて各サイリスタに与える点弧パルスの出力タイミングまたは点弧パルスの幅を調整する調整部とを有する自動電圧調整手段を備えたことを特徴とする同期機の励磁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電機等の同期機の励磁装置、特に界磁巻線をサイリスタによって整流された直流電流によって励磁する同期機の励磁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の同期機の励磁装置の概略構成を示す回路図であり、発電機等の同期機１の端子電圧を励磁用トランス６で検出し、その検出電圧をサイリスタ５の三相ブリッジ（図示せず）で整流して直流電流とし、この直流電流で界磁巻線７を励磁すると共に、同期機１の端子電圧を電圧検出用トランス２により検出し、その端子電圧のフィードバックにより自動電圧調整装置３の演算部３ａが上記端子電圧を所定値に保持するためのサイリスタ５に対する点弧角の指令値を演算し、自動電圧調整装置３のパルス出力部３ｂが同期トランス４からの交流周期に対応してサイリスタ５のゲートに対して上記点弧角の指令値をパルスとして印加するようにされている。
【０００３】
図７は、図６に示されたサイリスタ５による三相ブリッジの１アームを拡大して示した図であり、（ａ）は回路構成図、（ｂ）は点弧パルスのタイミングを示す図である。
図７（ａ）では、三相ブリッジの１アームを３個のサイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃで構成した例を示しており、各サイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃがそれぞれ並列接続されると共に、各サイリスタのゲートにパルストランス８ａ、８ｂ、８ｃが接続され、各パルストランスはパルス出力回路３ｂに並列接続され、図７（ｂ）に示すように、時点ｔで同時に同じ幅の点弧パルスを出力するようにされている。
【０００４】
次に、従来の同期機の励磁装置の動作について説明する。図７（ａ）に示すように、サイリスタ５の三相ブリッジの各アームに３個のサイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃが並列接続されており、励磁トランス６からのＡＣ入力をＤＣに変換して界磁巻線７に供給している。
パルス出力部３ｂからの点弧パルスは、全て並列に接続されたパルストランス８ａ、８ｂ、８ｃを介してサイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃのゲートに入力され、各アームのサイリスタを同じタイミングで点弧させている。なお、三相ブリッジを構成する他の５アームについても同様の構成となっており、各アームのサイリスタが自動電圧調整装置３の演算部３ａにて演算された点弧角指令値に従って点弧するようにされている。（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５４−１２２５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の同期機の励磁装置は以上のように構成されていたため、サイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃが総て全く同じ特性であり、また、周辺回路のインピーダンス等も同等であったならば、図７（ａ）に示す各サイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃの分担電流ia、ib、icは等しくなるが、実際には各サイリスタの特性の差異や周辺回路等の影響により、各サイリスタの分担電流に差異が生じ、この差異は各アームにおけるサイリスタの並列接続数が増えれば増えるほど大きくなりやすい。この差異が生じることにより、特定のサイリスタに過電流が流れ、サイリスタの劣化あるいは破壊を引き起こす可能性がある。従って、並列サイリスタ毎の分担電流の差異が生じないように調整を行なう必要がある。
【０００７】
このため、従来の装置においては、各サイリスタの特性を揃えたり、各サイリスタと直列に大きなリアクタンスを挿入したり、あるいはカットコアなどにより各サイリスタの分担電流を調整する必要があるという問題点があった。
また、サイリスタの破壊に対応するため、並列の冗長回路を設けておく必要があるという問題点もあった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、並列接続されたサイリスタの分担電流の差異を減じて分担電流をバランスさせると共に、並列冗長回路数を減らすことができ、部品削減とコスト削減を図ることができる同期機の励磁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る同期機の励磁装置は、同期機の端子電圧を複数個のサイリスタによって構成された整流器で整流し、上記同期機の界磁巻線を直流励磁するようにした同期機の励磁装置において、上記同期機の端子電圧を検出し、上記端子電圧を所定値に保持するための上記各サイリスタの点弧角を演算し、指令値として出力する演算部と、上記演算部の指令値にもとづいて上記各サイリスタのゲートに所定幅の点弧パルスを与えるパルス出力部と、上記各サイリスタの通電電流に応じて各サイリスタに与える点弧パルスの出力タイミングを調整する調整部とを有する自動電圧調整手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る同期機の励磁装置は以上のように構成されているため、並列サイリスタの分担電流をバランスさせることができると共に、並列冗長回路数を減らすことができ、部品の削減とコスト削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。励磁装置としての全体的な回路構成は図６に示す従来装置と同様であるため、図６を援用して説明を省略する。
図６と異なる点は、自動電圧調整手段３のパルス出力部３ｂに、各サイリスタの通電電流に応じて各サイリスタに与える所定幅の点弧パルスの出力タイミングを調整する調整部９ａ、９ｂ、９ｃを設けた点である。
【００１２】
図１は、サイリスタ５による三相ブリッジの１アームを拡大して示す図であり、（ａ）は回路構成図、（ｂ）は点弧パルスのタイミングを示す図である。
図１（ａ）では、図７（ａ）と同様に、三相ブリッジの１アームを３個のサイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃで構成した例を示している。パルス出力部３ｂ内に設けられた調整部９ａ、９ｂ、９ｃは図１（ｂ）に示すように、点弧パルスの出力タイミングを調整するようにされている。
【００１３】
例えばiaがibに比して大きかった場合、図１（ｂ）に示すように、パルストランス８ｂの点弧パルスの出力タイミングt1に対して、パルストランス８ａの点弧パルスの出力タイミングをt2に遅らせてサイリスタ５ａの通電電流iaを減少させるようにしている。
図１（ｂ）の例では、また、icがibに比して更に大きいため、パルストランス８ｃの点弧パルスの出力タイミングを更に遅らせてt3としている例を示している。
【００１４】
点弧パルスの出力タイミングの遅れ時間は、例えばロータリースイッチ等により調整し、デジタルＩＣにより入力から出力の遅れ時間を演算させることによって実現させることが可能である。デジタルＩＣは、設定された遅れ時間分だけ演算部３ａからのパルス出力に対して遅れた既定のパルス出力を各サイリスタに出力することになる。
この結果、各サイリスタの特性差や周辺回路のインピーダンス等の要因による分担電流の差異を減少させることが可能となる。
【００１５】
この実施の形態によれば、並列接続数の多いサイリスタの分担電流を調整することが容易になるため、従来実施していたカットコア等による調整が不要となることから精度の向上及び試験並びに調整コストの削減を図ることができる。
また、この実施の形態では、通電電流のフィードバックを行なわず、従来行なわれてきた調整を行なうことになるため、既存の励磁装置をリプレースする場合にも容易に対応できる特徴がある。
【００１６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。励磁装置としての全体的な回路構成は図６に示す従来装置と同様であるため、図６を援用して説明を省略する。
また、図２（ａ）に示すサイリスタ５の三相ブリッジのアーム構成も基本的には図１と同様であるが、図１に示す実施の形態１が各サイリスタのゲートに与える点弧パルスの幅を所定値に保持して出力タイミングを調整していたのに対して、実施の形態２では各サイリスタの通電電流に応じてゲートに与える点弧パルスの幅を調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって調整するようにしたものである。
【００１７】
即ち、この実施の形態の調整部１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、演算部３ｂからのパルス出力指令に対してサイリスタの通電電流に応じて設定された時間だけパルスを出力しないようにして図２（ｂ）に示すように、パルスの幅を異ならせるものである。
マルチパルス方式の点弧パルスを採用している場合には、マルチパルスのパルス数を変更することによってこの実施の形態を容易に実現することができる。
【００１８】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態３の図１（ａ）、図２（ａ）に対応する部分のみを示す回路構成図である。
この図に示すように、サイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃの温度を測定するための測温手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設けてパルス出力回路３ｂにフィードバックし、パルス出力調整部１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって点弧パルスの出力タイミングまたは点弧パルスの幅を上述した実施の形態と同様に自動調整するものである。
【００１９】
サイリスタの劣化や破壊は通電電流の過電流による素子の温度上昇により発生するため、温度上昇しているサイリスタでは分担電流が多くなっている。従って、測温手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃによって他の並列に接続されたサイリスタよりも温度が高い素子を検出した場合には、調整部１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって点弧パルスを遅らせることにより、各サイリスタの分担電流を均一化し、サイリスタの劣化や破壊を回避するようにしている。
【００２０】
この実施の形態３によれば、自動的に分担電流を調整することが可能であり、かつ、サイリスタの温度を監視していることから、より現実に即したサイリスタの劣化や破壊対策となる。
【００２１】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態４の図１（ａ）、図２（ａ）に対応する部分のみを示す回路構成図である。
この図に示すように、サイリスタ５ａ、５ｂ、５ｃにそれぞれ保護用の速断ヒューズ（図示せず）と、その両端にかかる電圧を測定する電圧測定手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃを設け、その電圧を調整部１３ａ、１３ｂ、１３ｃにフィードバックすることにより、各サイリスタへの点弧パルスの出力タイミングまたは点弧パルスの幅を上述した実施の形態と同様に自動調整するものである。即ち、速断ヒューズの抵抗値が既知であれば、速断ヒューズの電圧を測定することにより、サイリスタに流れている電流を検知することができるため、例えば分担電流が多いサイリスタの点弧パルスタイミングを遅らせ、あるいは幅を小さくすることにより、各サイリスタの分担電流の差異を小さくすることができる。
【００２２】
また、サイリスタの保護用の速断ヒューズは、標準的に設けられているものであるため、電流測定用の測定素子を特別に追加することなく目的を達成することができる利点がある。
なお、実施の形態４において、速断ヒューズの抵抗値にバラツキがあった場合の調整用として図５（ａ）に示すように、各調整部１３ａ、１３ｂ、１３ｃに手動の調整部１５ａ、１５ｂ、１５ｃを設け、この調整部を手動によって適宜調整することにより、速断ヒューズの抵抗値のバラツキをキャンセルすることが可能である。
このような構成とすれば、速断ヒューズの両端から得られる通電電流値の精度を向上させることが可能となり、より正確な分担電流調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１における三相ブリッジの１アームの構成を拡大して示す図であり、（ａ）は回路構成図、（ｂ）は点弧パルスの出力タイミングを示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２における三相ブリッジの１アームの構成を拡大して示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３における三相ブリッジの１アームの構成を拡大して示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４における三相ブリッジの１アームの構成を拡大して示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４の他の実施例を示す図である。
【図６】従来の同期機の励磁装置の概略構成を示す回路図である。
【図７】図６に示されたサイリスタによる三相ブリッジの１アームの構成を拡大して示す図であり、（ａ）は回路構成図、（ｂ）は点弧パルスの出力タイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  同期機、      ２  電圧検出用トランス、      ３  自動電圧調整装置、
３ａ  演算部、      ３ｂ  パルス出力部、      ４  同期トランス、
５ａ、５ｂ、５ｃ  サイリスタ、      ６  励磁用トランス、      ７  界磁巻線、
８ａ、８ｂ、８ｃ  パルストランス、      ９ａ、９ｂ、９ｃ  調整部。
【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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