(57)【要約】【課題】直流界磁遮断装置は、界磁放電スイッチを持つ特殊直流遮断器であり、直流界磁遮断器は界磁巻線の直流大電流を遮断するため、遮断時にアーク放電が発生することがある。このアーク放電により遮断器が損傷するため、遮断器の定期的なメンテナンス、交換が必要であった。【解決手段】ＩＧＢＴ：３を用いた半導体スイッチを遮断器として使用し、ＩＧＢＴ：３のゲート電圧を制御することでエミッタ−コレクタ間の界磁電流を制御するもので、遮断時にはＩＧＢＴ：３のゲート電圧制御により界磁電流を遮断する直流界磁遮断装置を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期発電機の界磁巻線を流れる直流電流を遮断するため前記界磁巻線と直列に接続される絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備え、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲート入力を制御することでエミッタ−コレクタ間を流通する前記直流電流を制御し、ゲート入力制御により前記界磁巻線を流れる前記直流電流を遮断することを特徴とする直流界磁遮断装置。
【請求項２】
界磁巻線に並列に放電回路用サイリスタと放電回路用抵抗の直列回路を設置し、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲート制御と協調して放電回路用サイリスタのゲート制御を行うことで、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタによる界磁電流遮断時の界磁巻線の充電エネルギーを解放するようにした放電回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流界磁遮断装置。
【請求項３】
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを界磁巻線の両端に設けて二重化したことを特徴とする請求項１に記載の直流界磁遮断装置。
【請求項４】
界磁巻線に並列に設けた放電回路用サイリスタと放電回路用抵抗の直列回路を、複数組設置して界磁巻線の充電エネルギーを解放する回路を多重化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の直流界磁遮断装置。
【請求項５】
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを界磁巻線の両端に設けて二重化させるとともに、界磁巻線に並列に設けた放電回路用サイリスタと放電回路用抵抗の直列回路を、複数組設置して界磁巻線の充電エネルギーを解放する回路を多重化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の直流界磁遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サイリスタ励磁方式が採用された同期発電機に用いる界磁遮断装置に係り、特に、高電圧・大電流の直流電流を遮断する直流界磁遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期発電機における従来の直流界磁遮断器は界磁放電スイッチを持つ特殊直流遮断器である。直流遮断器を開放する際界磁放電スイッチを閉にすることで、放電回路に電流が流れ、それにより、放電抵抗及び界磁巻線の抵抗成分により界磁巻線の充電エネルギーを放電させる（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０３７９５号公報
【特許文献２】特開平１１−２１５８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、同期発電機の直流界磁遮断器は、界磁放電スイッチを持つ特殊直流遮断器であり、直流界磁遮断器は界磁巻線の直流大電流を遮断するため、遮断時にアーク放電が発生することがある。このアーク放電により遮断器が損傷するため、遮断器の定期的なメンテナンス、交換が必要になる。
そのため、従来の直流界磁遮断器では保守性に問題があり、アーク放電を抑制することが課題である。
【０００５】
本発明は、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、保守性が向上した直流界磁遮断装置を提供することを目的とする。
前述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる同期発電機の直流界磁遮断器には、高耐圧のパワーデバイスである絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor： 以下、ＩＧＢＴと称す）を用いた半導体スイッチを遮断器として使用し、ＩＧＢＴのゲート電圧を制御することでエミッタ−コレクタ間の界磁電流を制御するもので、遮断時にはＩＧＢＴのゲート電圧制御により界磁電流を遮断するようにした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る直流界磁遮断装置では、同期発電機の界磁巻線を流れる直流電流を遮断するため前記界磁巻線と直列に接続される絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備え、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲート入力を制御することでエミッタ−コレクタ間を流通する前記直流電流を制御し、ゲート入力制御により前記界磁巻線を流れる前記直流電流を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを界磁遮断スイッチに用いることで、従来の直流界磁電流を遮断する際のアーク放電が発生しないため、遮断器としての長寿命化を図ることが出来る。また、絶縁ゲートバイポーラトランジスタはパワーデバイスとして需要が高く生産性が高い上、従来の直流界磁遮断器に比べ低コストで生産でき、小型の直流界磁遮断器を製造することが出来る、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係る実施の形態１における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
【図２】この発明に係る実施の形態２における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
【図３】この発明に係る実施の形態３における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
【図４】この発明に係る実施の形態４における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
【図５】この発明に係る実施の形態５における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明に係る実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１は実施の形態１における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
図１に示すように、実施の形態１は同期発電機１、界磁巻線２、ＩＧＢＴ：３、サイリスタ整流器４によって構成されている。
【００１０】
次に動作について説明する。サイリスタ整流器４に対し、その直流側に界磁遮断器としてＩＧＢＴ：３を挿入する。遮断器が閉の時、ＩＧＢＴ：３はゲートに電圧を印加することでコレクタ‐エミッタ間が導通し、界磁巻線２に対し電流を流す。遮断器が開の時、ＩＧＢＴ：３のゲート電圧をオフにすることで、コレクタ‐エミッタ間を絶縁し、界磁電流を遮断する。
なお、上記実施の形態１では、ＩＧＢＴ：３を直流界磁遮断器に用いることで、従来の直流界磁電流を遮断する際のアーク放電が発生しないため、遮断器としての長寿命化を図ることが出来る。また、ＩＧＢＴ：３はパワー半導体デバイスとして需要が高く、継続的な生産性があり、従来の直流界磁遮断器に比べ低コストで、直流界磁遮断器を実現することが出来る。
【００１１】
実施の形態２．
この発明に係る実施の形態２を図２に基づいて説明する。図２は実施の形態２における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
上記実施の形態１では、直流界磁遮断器としてＩＧＢＴ：３を用いて、直流界磁遮断を実現し、ＩＧＢＴ：３のゲート入力により、遮断器の開閉を制御する場合について述べた。実施の形態２は、図２を元に遮断後の界磁巻線の充電エネルギーの解放に関して以下に説明する。
【００１２】
図２において、図１で説明した、発電機１からサイリスタ整流器４に加え、放電回路用サイリスタ５、放電回路用抵抗６で構成されている。遮断器閉の状態であるＩＧＢＴ：３のゲート入力オンの場合には、放電回路用サイリスタ５のゲート入力をオフにしていると、放電回路には電流は流れず、放電回路は動作しない。遮断器を閉から開にするため、ＩＧＢＴ：３のゲート入力をオフにすると同時に、放電回路用サイリスタ５のゲート入力をオンにすると、放電回路用サイリスタ５は導通し、放電回路が動作する。これにより、遮断器開により同期発電機１の界磁巻線２の充電エネルギーを解放することができる。
【００１３】
実施の形態３．
この発明に係る実施の形態３を図３に基づいて説明する。図３は実施の形態３における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
上記実施の形態１、実施の形態２に対し、図３に示す実施の形態３では直流遮断の信頼性向上について説明する。図２に示す実施の形態２では、ＩＧＢＴ：３を用いた直流界磁電流を遮断するシステムに対し、界磁エネルギーを解放する放電回路を設けた。
図３に示す実施の形態３では、図２のシステムに対し、第２のＩＧＢＴ：７を追加接続し、遮断器の二重化を行う。第１のＩＧＢＴ：３と第２のＩＧＢＴ：７のゲート信号は同一とし、二つのＩＧＢＴ：３，７には同一の動作を行わせる。この２重化により、直流界磁電流遮断に対する確実性、信頼性を高めたシステムを得ることが出来る。
【００１４】
実施の形態４．
この発明に係る実施の形態４を図４に基づいて説明する。図４は実施の形態４における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
図４に示す実施の形態４では、界磁巻線の充電エネルギー解放に対する信頼性向上について説明する。図２ではＩＧＢＴ：３を用いた直流界磁電流を遮断するシステムに対し、界磁エネルギーを解放する放電回路を設けた。
図４に示す実施の形態４では、図２のシステムに対し、界磁エネルギーを解放する放電回路を構成する放電回路用サイリスタを２個または３個以上のサイリスタ５，５ａ…として並列に接続し界磁エネルギーを解放する放電回路を二重化または多重化することで、放電回路用サイリスタ５及び放電回路用抵抗６に不具合が発生した場合でも、界磁巻線の充電エネルギーを解放することができ、界磁エネルギー解放における信頼性を向上させることが出来る。二重化または多重化させる放電回路用サイリスタ５ａのゲート信号入力を同一にすることで、放電回路の一つ当たりの負担を軽減することによる保守性向上の効果も得る。なお、二重化した放電回路用サイリスタ５ａには直列に放電回路用抵抗６ａが接続されている。
【００１５】
実施の形態５．
この発明に係る実施の形態５を図５に基づいて説明する。図５は実施の形態５における直流界磁遮断装置の回路構成を示す接続図である。
図５に示す実施の形態５では、直流界磁遮断及び界磁エネルギーの解放の信頼性向上について説明する。図３では、第１のＩＧＢＴ：３と第２のＩＧＢＴ：７を用いることで直流界磁遮断の信頼性向上を得ることができ、図４では界磁エネルギーの放電回路を多重化することで界磁エネルギー解放の信頼性向上を得ることができる。図５示す実施の形態５では、直流遮断器としてのＩＧＢＴの二重化及び放電回路の多重化を取り入れる。第１のＩＧＢＴ：３と第２のＩＧＢＴ：７とが設けられるとともに、界磁エネルギーを解放する放電回路を構成する放電回路用サイリスタが２個以上のサイリスタ５，５ａ…として並列に接続され多重化されている。これにより、直流遮断及び界磁エネルギーの解放における確実性、信頼性を高めたシステムを得ることができる。
【００１６】
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部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】
【００１７】
１  発電機、
２  界磁巻線、
３  ＩＧＢＴ（第１のＩＧＢＴ）、
４  サイリスタ整流器、
５  放電回路用サイリスタ、
５ａ  放電回路用サイリスタ、
６  放電回路用抵抗、
６ａ  放電回路用抵抗、
７  ＩＧＢＴ（第２のＩＧＢＴ）。
【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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