(57)【要約】【課題】水門に対する水門駆動装置を制御する方法を提供すること。【解決手段】本発明は、好ましくは水力発電設備（１０００）における水門（１００）、特にローラゲートに対する水門駆動装置（２００）を制御する方法に関し、水門駆動装置は電動機、特に非同期機（２１０）、特に非同期モータ／発電機を備える。本発明によると、電動機、特に非同期機（２０１）はエアブレーキ（２３０）を有し、前記方法は、電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するステップと、電動機、特に非同期機（２１０）の自動運転とを含み、電動機、特に非同期機は発電を伴う単独運転で運転され、回転磁界が自励式で生成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは水力発電設備（１０００）における水門（１００）、特にローラゲートに対する水門駆動装置（２００）を制御する方法であって、
前記水門駆動装置は電動機、特に非同期機（２１０）、特に非同期モータ／発電機を備え、
前記電動機、特に非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
前記方法は、電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するステップと、
前記電動機、特に非同期機（２１０）の自動運転と、を含み、
前記電動機、特に非同期機は回転磁界が自励式で生成される、発電を伴う単独運転で運転される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
電力供給が十分であることが通知された場合、
電力供給、特に電力網（６００）および／または無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備からの電力供給を検出するステップをさらに含み、
前記電動機、特に非同期機（２１０）は前記電力供給を用いて運転される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非同期機（２１０）は、特に電力供給が十分であることが通知された場合、可変回転速度で運転される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
特に電力供給が十分であることが通知された場合、特に非同期機（２１０）の電気的制御および／または周波数変換器（７１２）に基づいて、非同期機（２１０）は水門をゆっくりと閉鎖するように操作され、かつ／または、非同期機に対する電気的減速停止ランプ（勾配）が実行される、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
緊急閉鎖状況を検出するステップ、および／または、
電力供給が不十分であること、特に欠如することを検出するステップをさらに含む、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記電力供給が不十分であることは、電力網（６００）からの電力供給が不十分であること、および／または、無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備からの電力供給が不十分であることを含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
特に電力供給が不十分であることが通知された場合、非同期機（２１０）は異なる速度、特に予め定められたほぼ一定の第１および第２回転速度で動作させられ、特に電力供給を受けることなく動作させられる、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
エアブレーキ（２３０）の解放は、エアブレーキ（２３０）の自動的な解放、特に非同期機（２１０）のステータからロータが解放されることで行われる、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
非同期機（２１０）は水門（１００）の水門板（１１０）にかかる重力（Ｇ）の影響の下で駆動され、回転磁界は特に励磁コンデンサ（７３１．１、７３１．２、７３１．３）から成るコンデンサアレイ（７３１）によって生成される、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
特にエアブレーキ（２３０）に対する負荷を切り替えつつ、非同期機（２１０）に対して、少なくとも１つの制御段階および／または閉制御段階が実行され、特に（好ましくは制動段階として）第１制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ６）と、（好ましくは停止段階として）第２制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ７）が実行される、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの第１段（７３２）の負荷抵抗群（７３２．１、７３２．２、７３２．３）が接続され、好ましくは第１段および第２段（７３３）の負荷抵抗群（７３３．１、７３３．２、７３３．３）が接続されている、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
非同期機（２１０）は少なくとも２つの回転速度段で制御され、特に第１回転速度段は電圧および／または水門の位置に応じて選択され、かつ／または、第２回転速度段は電圧および／または水門の位置に応じて選択される、
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
好ましくは水力発電設備（１０００）における水門（１００）、特にローラゲートに対する水門駆動装置（２００）を制御する運転用回路（７００）であって、
前記水門駆動装置は電動機、特に非同期機（２１０）、特に非同期モータ／発電機を備え、
前記電動機、特に非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
前記運転用回路（７００）は特に通常運転用の第１制御線と特に緊急運転用の第２制御線を有し、
前記第２制御線は、発電を伴う単独運転で電動機、特に非同期機を自動運転するように構成され、回転磁界が自励式で生成され、特に少なくとも第１制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ５）のための第１段（７３２）の負荷抵抗群と、第２制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ７）のための第２段（７３３）の負荷抵抗群を有する、
ことを特徴とする運転用回路。
【請求項１４】
好ましくは水力発電設備（１０００）において、非同期機（２１０）を制御するための、水門（１００）に対する水門駆動装置（２００）、特にローラゲートに対するローラゲート駆動装置であって、
前記電動機、特に非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
特に電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するように構成されたアクチュエータ部（２４０）と、
電動機、特に非同期機（２１０）の自動運転のため、水門（１００）に対する水門駆動装置（２００）を制御する運転用回路（７００）と、を備え、
前記運転用回路（７００）は前記電動機、特に非同期機（２１０）を、発電を伴う単独運転で運転するように構成され、
回転磁界は自励式で生成可能であり、特に少なくとも第１段（７３２）の負荷抵抗群と第２段（７３３）の負荷抵抗群を有する、
ことを特徴とする水門駆動装置（２００）。
【請求項１５】
緊急閉鎖状況を検出し、かつ／または、通知するように構成された信号通知部（２７０）をさらに備える、
請求項１４に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１６】
前記アクチュエータ部（２４０）はガスばねアキュムレータを有し、エアブレーキ（２３０）の制動ばね（２５０）は前記ガスばねアキュムレータにより解放可能である、
請求項１４または１５に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１７】
前記アクチュエータ部（２４０）は、特にエアブレーキ（２３０）の制動ばね（２５０）を操作するために、通電時に閉状態となり非通電時に開状態となる制御弁（２４３）を、蓄圧器（２４１）とガスばねアキュムレータ（２４４）の間のアクチュエータ圧力管（２４２）内に有する、
請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１８】
前記運転用回路（７００）は、特に第２電線束（７３０）において、複数の励磁コンデンサ（７３１．１、７３１．２、７３１．３）を有し、少なくとも第１の複数の接続可能な負荷抵抗（７３２．１、７３２．２、７３２．３）を有する、
請求項１４ないし１７のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１９】
前記運転用回路（７００）は、特に第２電線束（７３０）において、第１の複数の接続可能な負荷抵抗（７３２．１、７３２．２、７３２．３）を有し、第２の複数の接続可能な負荷抵抗（７３３．１、７３３．２、７３３．３）を有する、
請求項１４ないし１８のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２０】
前記運転用回路（７００）は、特に第２電線束（７３０）において、接続可能な第１段（７３２）および／または第２段（７３３）の負荷抵抗群を、電圧および／または水門の位置に応じて、特に第１および／または第２リレーないし同様の電気機械式スイッチ（７２１、７２２）を介して接続するように構成されている、
請求項１４ないし１９のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２１】
前記運転用回路（７００）は、特に第１電線束（７１０）において、特に電力網（６００）からの通常の制御電流源によって、非同期機（２１０）を可変回転速度で電気的に制御するように構成されている、
請求項１４ないし２０のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２２】
前記運転用回路（７００）は、特に第１電線束（７１０）において、無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備に依存しない、
請求項１４ないし２０のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２３】
水門（１００）、特にローラゲートに対する電動機、特に非同期機（２１０）を制御するために、請求項１４ないし２２のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）を備え、
前記非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有する、
ことを特徴とする、水力発電設備（１０００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは水力発電設備における水門、特にローラゲートに対する水門駆動装置を制御する、請求項１のプリアンブルに係る方法に関し、水門駆動装置は非同期機、特に非同期モータ／発電機を備えている。また、本発明は、水門に対する水門駆動装置を制御する運転用回路に関する。さらに、本発明は水門駆動装置および水力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電設備は、水の位置エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用される。このために、水溜めに堰き止められた水または流水はデブリキャッチャーおよびインレットグリルを経由して、通常タービンパイプ（例えば、吸い込みパイプ、または、圧力パイプ）内に設けられたタービンへと流れの方向に搬送される。これにより、水はタービンを駆動する。タービンを出た水は、さらに排水口を経由して水出口へと流れ込む。水溜めと水出口の間の落下の高さに応じて、低圧、中圧および高圧の水力発電設備の区別がなされる。ここで、落下の高さは、通常１〜１０メールの範囲であるが、１５メールを超える場合もある。例えば特許文献１に記載されているように、落下の高さに応じて異なる種類のタービンが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第１４４０２４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらのタービンは、タービンの具体的な設計に依らず、負荷に応じて動作させる必要があることが知られている。例えば、負荷に応じたタービンの動作は、タービンのジオメトリが可変に調整されることによって達成される。一例として、タービンブレードのピッチ角を変更することによって達成される。また、緊急閉鎖状況（Notschluss-Situation）を把握し、このために水力発電設備の保護のために設けられた水門を閉鎖しなければならないこともある。このことは、通常動作またはテスト動作中における完全に開いたタービンジオメトリの場合、例えばタービンブレードが流れからピッチアウトされている（すなわちタービンが水路をなす）場合に当てはまる。さらに、このことは、例えば、タービンに悪影響を及ぼすおそれのある破片が流入した場合や、水力発電設備の水力発電機および／またはタービンに技術的な問題が発生し、排水を停止しなければならない場合のような、実際の緊急事態にも当てはまる。この場合において、緊急閉鎖状況とは、タービンの前方、または、当該タービンのタービンパイプの前方において水門を閉鎖することが必要または有用であるような任意の動作状況を意味するものと理解される。
【０００５】
本発明において、水門は一般に堰システム、特に水力発電設備の一部として理解される。堰システムは、堰システム、特に水力発電システムを流れる水を制御するために、可動な保護装置、特に水門板（仕切り弁）を備えている。水門板は、例えば、堰システムに固定された堰柱の凹部内で案内されるようにしてもよい。水門板がガイドレール内で移動可能であり、かつ／または、ローラ・アセンブリに含まれる走行ローラとガイドローラのようなガイドローラを用いて案内されるかどうかに応じて、基本的にスライドゲートとローラゲートの区別がなされる。水門駆動装置は、場合によっては、歯車装置と組み合わせ、直接、または、走行ローラおよびガイドローラのようなローラ・アセンブリを用いて、水門板を動かし、または、その動きを抑制するのに適した任意の駆動装置であると一般に理解される。
【０００６】
運転状況、特に緊急閉鎖状況において問題となるのは、一方では、比較的大きい重量を有する水門板のような保護装置を迅速に始動させる必要があることである。水門板の重量は、最初に始動させる際には基本的に有利にとなる。一方、水門板を移動するには重量によって生じるかなりの抵抗力を克服する必要がある。抵抗力は、特に水門のガイドに作用する摩擦力に起因し、特に流体力学的な力の結果でもある。水門板は、おそらく数トンの重量を有し、最大で数十トンの範囲までの重量を有することもある。
【０００７】
一方、水門板または同様の保護装置は、緊急閉鎖状況のような動作状況において、損傷を防ぐために、特に最悪の場合に、タービンシステムおよび／または水力発電機（特に発電機または同様の電気水力発電機を備え、特にある種の歯車機構または同様の駆動系部品、および／または、整流部品を備えたもの）の破壊を防止するために、できるだけ短い時間で慣性力と特に摩擦力に抗して移動しなければならないこともある。
【０００８】
特に緊急閉鎖状況と水門駆動装置に対する電力供給が得られない状況とが一致した場合には、水門板の移動および上流側の水門駆動装置の制御が特に重要となる。かかる状況は、電動機、すなわち、電動モータ／発電機が水門駆動装置に設けられている場合、特に問題となり得る。なぜなら、上述の電力供給を欠いた緊急閉鎖状況では、水門駆動装置内の電動機を制動するための従来の手段は、電力供給の欠如の結果として、条件付きでしか利用できないからである。
【０００９】
このような状況では、水門の水門板は緊急閉鎖状況の間に自由落下し、水門板と水門底面とが衝突する時点で水門板のガイドに大規模な損傷を与えることが予想される。これは、大きな重量を有しつつ衝突する水門板の慣性力に起因する。例えば３０トンの重量の水門板が１０メートルの高さから落下した場合、少なくとも水門のガイドおよび底部の破壊につながる可能性があり、さらに水門自体の破壊につながる可能性もある。特に、望ましくない結果として、上記の水門がガイドに詰まるおそれもある。
【００１０】
結果として、電力供給が欠如する場合に、緊急閉鎖状況における水門板の迅速な動きを確保するのみならず、さらに、水門が底面に妨げられることなく衝突するのを防ぐために、水門駆動装置の適切な制御を確保する必要がある。
【００１１】
本発明はかかる課題に対処するものである。すなわち、本発明の目的は非同期モータを備えた、水門、特にローラゲートに対する水門駆動装置を制御する方法および装置を提供することにある。これにより、緊急閉鎖の場合に、特に電力供給がなく、さらには電源供給もなく、無停電電源装置（unterbrechungsfreie Stromversorgung（ＵＳＶ）、ＵＳＰ（Uninterruptible Power Supply））等の安全装置がない場合であっても、パッシブな（passiv）水門の降下を確保し、制動または制御が行われない状態で水門が停止するのを防ぐことを可能とする。
【００１２】
すなわち、本発明の課題は、好ましくは運転中において、先行技術に対する改善をもたらすものであって、上述の問題の少なくともいずれかに対処する、水門駆動装置を制御する方法および装置を提供することにある。少なくとも、先行技術において公知となった解決手段の代替となる１つの解決手段が提案されるべきである。特に装置および方法は、これらによると、緊急停止状況において、さらなる損傷を回避しつつ確実かつ安全に緊急閉鎖状況に対応することができるように規定されるべきであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
方法に関する課題は、請求項１に係る方法によって達成される。本発明によると非同期モータはエアブレーキを備えており、かかる方法によると、緊急停止状況を検出すると本発明に係る次のステップ、すなわち、電力供給が不十分であるこが通知された（ないし、示された）場合、エアブレーキを解放するステップと、電動機の自動運転とを含む。ここで、電動機は回転磁界が自励式で生成され、発電を伴う（すなわち回生モードの）単独運転で運転される。
【００１４】
ここで、電動機（モータ／発電機）は、特に非同期機である。
【００１５】
好ましくは、水門駆動装置において使用するために、非同期モータ／発電機（非同期機）が設けられる。水門駆動装置における非同期機の使用は、非同期機は堅牢かつ低メンテナンスであることから、基本的に有利であることが判明している。その理由は、主に、ブラシレスで動作可能な点にある。３相非同期モータの場合、動作モードは非同期モータの固定部分、すなわちステータのステータ巻線によって生成される回転磁界に基づく。回転かご型ロータ（ケージともいう。）は２次側を表し、ステータ巻線によって実現される非同期モータの１次側に配置される。ここで生成される電流は、回転速度に依存する。非同期モータのロータは、典型的には１次側のコイル上の回転磁界よりもゆっくりと回転する。非同期機、特に非同期モータの制御は、主に、電気機械式スイッチを用いて行われる。機械の速度、特にモータの速度は、周波数変換器等の変換器を用いて、例えば、周波数を大きくまたは小さくすることで制御される。これは、可変ギアボックスを用いることなく可変な回転速度を必要とする水門駆動装置のようなシステムにおいて、特に有用となる。水門駆動装置において、特にローラゲートを移動させるためのガイドローラを少なくとも備えたローラ・アセンブリを動作させるギアボックスの採用も好適である。
【００１６】
本発明の概念に係る方法は、電力供給が欠如する場合であっても、さらなる損傷を起こすことがなく、十分に信頼でき、かつ、実用的であることが判明している。緊急閉鎖状況において、主電源がなく、無停電電源装置も利用できない場合であっても、信頼性がありダメージフリーな方法を実現することは、特に有利となる。
【００１７】
特に好ましい他の実施形態において、特に緊急閉鎖状況を検出した後、本発明の方法は、電力供給が不十分であること、特に欠如することを検出するステップを含む。特に、電力網（グリッド）電流または電力網電圧の欠如、および／または、無停電電源装置の不存在が検出される。無停電電源装置（ＵＰＳ）が設置されていないため、無停電電源装置が存在しないことも起こり得る。ここで説明した本発明の概念の利点は、無停電電源装置（ＵＰＳ）を設置する必要がなくなる点である。なぜなら、本発明の概念によれば、緊急閉鎖状況であっても、電力網（グリッド）電流または電力網電圧を用いることなく、水門駆動装置を安全に動作させることができるからである。これは、部品およびコストの削減につながる。
【００１８】
本発明の概念は、好ましくは水力発電設備における水門、特にローラゲートに対する水門駆動装置を制御する請求項１３に係る運転用回路につながる。ここで、水門駆動装置は非同期モータ／発電機を備えている。本発明によると、電動機、特に非同期機はエアブレーキ（２３０）を有する。また、運転回路は、特に通常運転用の第１制御線と特に緊急運転用の第２制御線を有する。さらに、第２制御線は、発電を伴う単独運転で電動機、特に非同期機を自動運転するように構成される。また、回転磁界は自励式で生成される。
【００１９】
特に好ましい展開形態によると、回転磁界が自励式で生成され、特に少なくとも第１制御段階および／または閉制御（閉ループ制御）段階のための第１段の負荷抵抗群、ならびに、第２制御段階および／または閉制御段階のための第２段の負荷抵抗群を有する、これにより、異なる制動用の抵抗が有利に実現される。
【００２０】
本発明の概念はまた、請求項１４に係る水門駆動装置につながる。特に、水門駆動装置は、好ましくはローラゲートに対するローラゲート駆動装置の形で、水門に対する非同期機（２１０）を制御するように構成される。
【００２１】
本発明の概念はまた、上述のタイプの水門駆動装置を備えた請求項２３に係る水力発電設備につながる。水力発電設備の場合、水門駆動装置は水門、特にローラゲートに対する電動機、特に非同期機を制御するように構成され、電動機、特に非同期機はエアブレーキを有する。
【００２２】
本発明によると、電動機、特に非同期機はエアブレーキを有し、さら信号通知部を有する。信号通知部は、有利には、緊急閉鎖状況、特に供給電流または供給電圧それぞれの障害も検出し、かつ／または、通知するように構成される。特に電力供給の欠如が通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するように構成されたアクチュエータ部が設けられる。また、非同期機の自動運転のための運転用回路が設けられる。ここで、運転用回路は、（非同期発電機としての）非同期機を、発電を伴う単独運転で運転するように構成される。また、回転磁界は自励式で生成可能である。
【００２３】
本発明の有利な展開形態は、従属請求項に記載され、本発明の目的の範囲内で上記の概念を実現するための有利なオプションを、さらなる利点を規定しつつ詳細に明示するものである。
【００２４】
さらに展開された変形例において、本発明の方法は電源供給が検出された場合にも適用し得る。この場合、非同期モータに対する逆電流制動（Gegenstrombremsung）、下降制動（Senkbremsung）もしくは回生制動（Nutzbremsung）、または、直流制動（Gleichstrombremsung）のような、非同期モータに対する電力ベースの制動手段と、これに基づく水門板が特に適している。
【００２５】
特に電力供給が十分であることが通知された場合、電力供給、特に電力網および／または無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備からの電力供給を検出するステップを含み、電動機、特に非同期機はかかる電力供給を用いて運転される。電動機、特に非同期機は、特に電力供給が十分であることが通知された場合、可変回転速度で運転されるようにしてもよい。この場合、電動機、特に非同期機は、水門をゆっくりと閉鎖するように操作され、かつ／または、非同期機に対して電気的減速停止ランプ（勾配）が実行されるようにしてもよい。これは、特に電力供給が十分であることが通知された場合に、特に非同期機の電気的制御および／または周波数変換器（７１２）に基づいて適用される。
【００２６】
追加的または代替的に、電力供給が不十分であること、特に欠如すること、例えば、電力網からの電力供給が不十分であること、および／または、無停電電源装置（ＵＰＳ）に対するシステムからの電力供給が不十分であることが検出された場合、ならびに、特に緊急閉鎖状況が検出された場合のいずれの場合においても、エアブレーキの閉制御および／または好ましくは制御の下で非同期モータに対する電気機械式減速停止ランプが実行されるようにしてもよい。一般に、公知のエアブレーキを設けてもよい。特に、展開形態において、非同期モータ／発電機または同様の電動機が非通電状態で機械的に停止されるように、エアブレーキが設けられる。例えば、制動ばねは、摩擦ライニング（Reibbelag）上のロータの軸方向に移動可能なアーマチュアディスク（Ankerscheiben）を、ステータに押し付けてもよい。例えば、制動トルクは、摩擦ライニング支持体のキー溝接続または歯付き駆動板によって、シャフトに伝達されてもよい。直流電圧がブレーキコイルに印加された場合、モータが動作できるように、ブレーキライニングとともにアーマチュアブレーキが解放される。エアブレーキについてのこの例示的な説明は、エアブレーキが機能する可能な方法を例示するもの過ぎず、本発明はエアブレーキの特定の実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
方法の好ましい実施形態によると、緊急停止状況が検出されると、エアブレーキは、エアブレーキの自動的な解放によって、解放される。特に、水門、特に水門板に対する重力の影響の下で、非同期モータを駆動することができる。例えば、水門がガイドローラのコードを引っ張ると、コードへの力は歯車機構によって非同期機に伝達される。特に、非同期機は水門の水門板にかかる重力の影響の下で駆動することができる。特に、これは励磁コンデンサから成るコンデンサアレイに用いて行うことができる。この場合、非同期モータまたは同様の電動機は、発電を伴う（回生モードの）単独運転において自励式で回転磁界を生成する。
【００２８】
特に、電源供給が不十分な場合であっても、特に電力供給が不十分であることが通知された場合、特に電力供給が欠如する場合、非同期機または同様の電動機は、異なる速度、特に予め定められたほぼ一定の第１および第２回転速度で動作させるようにしてもよい。具体的には、エアブレーキに対する負荷を切り替えつつ、非同期機に対して、少なくとも１つの制御段階および／または閉制御段階が実行され、特に制動段階として第１制御段階および／または閉制御段階と、停止段階として第２制御段階および／または閉制御段階が実行されるようにしてもよい。
【００２９】
非同期機の制動は、（非同期機が単独運転で運転される場合）第１段の負荷抵抗群を接続することによって行うことが特に好ましい。非同期機の制動制御は、特に、電圧および／または水門の位置に従って実行するようにしてもよい。非同期機は少なくとも２つの回転速度段で制御されるようにすることが特に好ましいことが判明している。このため、特に電圧および／または水門の位置に応じた第１段および第２段の負荷抵抗群、特に第１段および第２段の負荷抵抗群を接続することが有利であることが判明している。
【００３０】
水門駆動装置の場合には、アクチュエータ部はガスばねアキュムレータを有することが特に有利であることが判明している。ここで、エアブレーキは、ガスばねアキュムレータによって解放されるようにしてもよい。さらに、アクチュエータ部は、電源（すなわち、主電源を伴う、または、無停電電源回路からの電力供給を伴う通常運転中）に接続された制御弁を、ガスばねアキュムレータとエアブレーキの間のアクチュエータ圧力管内に有することが好ましい。制御弁は非通電時に開状態となるため、アクチュエータ部は、ガスばねアキュムレータとエアブレーキの間のアクチュエータ圧力管において、非通電時に開状態となる制御弁を開くことによって、エアブレーキへのガス圧の供給を確保する。エアブレーキは、ガス圧の下で、エアブレーキの制動ばねのばね力に抗して自動的に開き、これにより、電動機のロータをステータ内で回転するように放出することができる。したがって、回転磁界が生成される。
【００３１】
運転用回路は、複数のコンデンサと少なくとも第１の複数の接続可能な負荷抵抗を有することが好ましい。複数の接続可能な負荷抵抗は、電圧および／または水門の位置に応じて接続されることが好ましく、特に１つ、または、２つ、３つ、もしくは、それ以上の数の負荷抵抗を、個別に、または、グループで接続するようにしてもよい。好ましくは電圧および／または水門の位置に応じて複数の接続可能な負荷抵抗を接続するために、コンデンサと負荷抵抗の間に電気機械式スイッチを設けることが好ましい。特に複数の接続可能な負荷抵抗を接続することによって水門に対する制動抵抗を実現するために、原理的には、電圧依存性および／または位置依存性に対して追加的にまたは代替的に、接続の依存性についての別の手段（例えば、タイマーその他の依存性閉制御手段または制御手段）を設けてもよい。電気機械式スイッチは、制御線および負荷線、特に３相線を有することが好ましい。
【００３２】
本発明の特に好ましい展開形態によると、運転用回路は、第１の複数の接続可能な負荷抵抗、および／または、第２の複数の接続可能な負荷抵抗を接続する制御を行い、特に電圧および／または水門の位置および／または依存性に関する他の手段に依存して、これらを接続する制御を行う。展開形態によると、水門の水門板の下降は、２段階またはそれ以上の多段階の制御および／または閉制御を有することが特に有利であることが認識される。第１段階の制御および／または閉制御は、特に水門を非常に迅速に始動させるように構成される。第２段階の制御および／または閉制御は、好ましくは、水門の制動を効果的に実現するように構成することができる。したがって、非同期機に対する電気機械式減速停止ランプは、第１の複数の接続可能な負荷抵抗が、水門の経路の大部分について、水門駆動装置の最も効果的な駆動、すなわち、最も効果的な水門の下降を確保するように構成することができる。水門の経路の一部について、非同期機に対する電気機械式減速停止ランプは、可能な限り効果的に水門を制動し、これによって、水門の最も効果的な制動を確保するように構成することができる。例えば経路の大部分とは、水門の下降経路のうちの５０％ないし９５％であってもよい。例えば経路の一部とは、水門の下降経路のうちの５％ないし５０％であってもよい。
【００３３】
以下では、図面に基づいて、先行技術（これも部分的に図示した）と比較しつつ、本発明の実施例について説明する。図面は必ずしも実施例をスケール通りに示すことを意図するものではなく、説明に役立つ場合、図は概略的に、かつ／または、わずかに変形して表示されている。図面から直接把握される教示を補足する内容については、関連する先行技術を参照されたい。また、本発明の概念から逸脱することなく、実施例の形状および詳細について様々な修正および変更が可能であることを考慮する必要がある。明細書、図面、および、特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、本発明の展開形態に対して、単体で、または、任意の組み合わせで不可欠なものとなり得る。さらに、明細書、図面、および／または、特許請求の範囲に開示された特徴のうちの少なくとも２つ以上のすべての組み合わせが本発明の範囲に含まれる。本発明の概念は、以下に示されると共に記載された好ましい実施例の正確な形式または詳細に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された主題と比較して制限された主題に限定されるものでもない。指定された数値範囲内で、指定された範囲内の値は、閾値として、開示されるとともに、使用または主張される。本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、以下の好ましい実施例に関する説明と図面から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】水門および水門駆動装置を例示する図である。水門は、水力発電設備における堰システムのローラゲートとして構成されている。
【図２】ローラゲート、および、エアブレーキを有する非同期機、ならびに、水門駆動装置の特に好ましい実施例に係る信号通知部、アクチュエータ部および運転用回路に対して、水門駆動装置がどのように接続され得るかを概略的に示す図である。
【図３】好ましい実施例に係る水門駆動装置の概要を示す図である。水門駆動装置は、電力網からの電力供給を有する非同期機の通常運転に対する運転制御の第１の部分を備えるとともに（ただし、かかる好ましい実施例によると、無停電電源を備えていない）、信頼性がありダメージフリーな運転モードのためにパッシブに構成された、動作制御の第２の部分を備えている。信号通知部は、アクチュエータ部と動作制御の第２の部分に対する第２制御線とを有する。
【図４】緊急閉鎖状況が検出された場合における非同期機を有する水門に対する水門駆動装置を制御する方法の好ましい実施例のフロー図を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００３５】
図１は、図２に詳細に示す水力発電設備１０００に対する水門の構成例の詳細を示す。水門１００（ここでは、ローラゲート）を表すため、堰は水門収容部１２０内に中継ローラ装置１３０に接する水門板１１０を備えている。水門収容部１２０は、それぞれスライドレールを構成するための溝を有する第１収容レール１２１と第２収容レール１２２を備えている。水門板１１０の両端は、第１および第２収容レール１２１、１２２の溝内にスライド（摺動）自在に取り付けられている。水門板１１０は、図２の中継ローラ装置のコード１３１によって保持される。コード１３１（本実施例では、ケーブル形状）は、水門１１０からガイドローラ、特に転向ローラ１３２を超え、さらにケーブルドラム１３３を超えて、中継ローラ装置１３０のフレームに案内される。ケーブルドラムは、水門駆動装置２００に設けられた非同期機２１０の歯車機構２２０によって駆動される。ここで、非同期機２１０には、エアブレーキ２３０が割り当てられている。さらに、図１は歯車機構２２０の非同期機２１０と、ローラゲートの形状の水門１００のコード１３１を有するケーブルドラム１３３の構成を示す。
【００３６】
水門板１１０は、トン領域の実質的な重さを有し、例えば本実施例の場合３２トンの重さを有する。また、水門収容部１２０内における落下高さは数メートル、例えば１０メートルまたは１５メートルにも及ぶ。水門板１１０が図１に示す下部に緩衝なしに衝突した場合、すなわち、自由落下により閉鎖した場合、少なくとも水門板１１０および水門の収容部が破壊され、最悪のシナリオでは水門１００が使用不能となるおそれがある。したがって、パッシブであると同時に、水門板１１０の降下位置への制御された移動および制動のための手段を設ける必要がある。
【００３７】
水門の緊急閉鎖は、水力発電タービンの速度超過のおそれが生じた場合（すなわち、例えばタービンブレードまたはタービンバケット等がピッチアウトされた場合）に、起こりえる。より可能性が低い別の場合として、例えば堆積物がデブリキャッチャーまたはインレットグリルを乗り越えた場合に、例えば堆積物から異物が流入するおそれがある場合がある。図１に示す態様または図２に示す態様の水門１１０は、概略的に示したタービン４００のタービンパイプの正面に配置されていてもよい。水門の水門板１１０は、水力発電設備１０００の水流５００の前側においてゲート弁として機能する。しかし、水門１００は、例えば、ごみ取り格子の一部、または、（図示しない）デブリキャッチャーの一部として、タービンパイプの上流位置に形成されていてもよい。
【００３８】
図２をさらに参照すると、水門収容部１２０のガイドの前面部１２３および背面部１２４と、コード１３１に吊り下げられた水門板１１０を、個別に概略的に示している。一方、水門板１１０は降下位置（ここでは、緊急閉鎖位置）に表示されている。すなわち、水門板１１０は、下限３０１に支えられるともに、タービン４００の前方のタービンパイプ３００の上限３０２に接している。下限３０１の直上の下部降下範囲Ｂ１０の範囲に対して、水門板１１０を水門駆動装置２００によって制動するための、展開形態に従って説明される特別な制御範囲が提供される。上部の走行範囲Ｂ９０の範囲については、ここで詳述する水門駆動装置２００の制御および／または閉制御の好ましい第１の部分によって制御される。
【００３９】
図２をさらに参照すると、水門駆動装置２００は、モータまたは発電機として動作させることが可能な可変回転速度ｎを有する非同期機２１０と歯車機構２２０に加えて、非同期機２１０に割り当てられたエアブレーキ２３０を有する。エアブレーキ２３０は、非同期機２１０のロータとの共通シャフト２０１上に配置されている。具体的には、本実施例のエアブレーキ２３０は、非同期機２１０のロータが非同期機２１０のステータに摩擦接触によって接続可能となることで形成されている。アクチュエータ部２４０は、制動ばね２５０の力に対抗するように作用する。これは、適当な接続手段２６０によって達成される。制動ばね２５０によると、アクチュエータ部２４０を作動させることなく、ロータが非同期機２１０のステータと摩擦係合する効果がもたらされる。アクチュエータ部２４０を作動させることなく、エアブレーキ２３０が有効となり、非同期機２１０はしっかりと固定される。
【００４０】
図２に図示されていない第１の支持状態において、水門板１１０は上部位置に保持され、タービンパイプ３００を解放して水流５００がタービンパイプ３００を流れるようにし、これによりタービン４００を駆動する。エアブレーキは、水門板１１０に作用する重力を受け止める必要はない。この重力は、ここでは詳細に示していない他の構成によって、阻止および／または支えるようにしてもよい。
【００４１】
保持位置ＨＰ１は、図２において第１の矢印によって示される。図２に示すように水門板１１０は第２の固定状態に移されることができ、アクチュエータ部２４０がエアブレーキ２３０を解放した後、図２において第２の矢印によって示されるように、下部の停止位置ＨＰ２に移行される。このため、アクチュエータ部２４０による制動ばね２５０への力により、制動ばね２５０のロータに対する圧力が低下し、ロータとステータの摩擦係合が生じる。この場合、非同期機２１０のロータは、回転磁界を自動生成するために、ステータ内において回転速度ｎに従って回生運転の方向に回転させることができる。
【００４２】
水門駆動装置２００の動作は、図３に詳細に示されている。ここで、類似もしくは同一の特徴、または、類似もしくは同一の機能を有する特徴は、特に同一の参照符号を用いて参照され、これにより、これらの参照符号に対応する上記の説明を参照することが可能となる。
【００４３】
図３の本実施例の場合、アクチュエータ部２４０は蓄圧器２４１を有する。蓄圧器２４１は、アクチュエータ圧力管２４２およびその内部に設けられた制御弁２４３を介して、ガスばねアキュムレータ２４４に対して開放することができる。信号通知部２７０は、緊急閉鎖状況に関する信号を、信号線２７１を経由して制御端子２４３．１に伝達するために設けられている。制御端子２４３．１は、例えば、制御弁２４３のバルブピストン２４３．２を動かすための磁気コイルであってもよい。ガスばねアキュムレータ２４４が圧力媒体によって加圧されると、ガスばねアキュムレータ２４４は制動ばね２５０の圧縮力ＤＫの抗力ＧＫによって制動ばね２５０を解放することができる。これにより、非同期機２１０のステータ内のロータは可動位置に案内され、ステータ内で回転可能となる。これは、エアブレーキ２３０の開放に対応する。
【００４４】
水門（ローラゲート）駆動装置２００の機械的な動作原理は次のとおりである。ウィンチシステム、ここでは、ガイドローラの中継ローラ装置１３０は、ケーブルドラム１３３上のコード１３１によって供給される。ケーブルドラムは水門駆動装置２００、特にモータとして機能する非同期機２１０によって完全に駆動され、非同期機２１０は歯車機構２２０を駆動するとともに、歯車機構２２０によって転向ローラ１３２を駆動する。したがって、ローラゲートの水門板１１０は水流５００または水力発電設備１０００のタービンパイプ３００を閉鎖するように機能する。
【００４５】
通常運転中、電力網６００は、３相電流Ｉ（ここでは、３相に対する線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３で示す）を生成するために利用することができる。電流は、無停電電源装置を用いることなく、運転用回路の第１部分における周波数変換器７１２を用いるだけで、非同期機２１０の第１電線束を介して供給することができる。リレーまたは同様の電気機械式のスイッチ７２０（ここでは、通常運転用のスイッチの形態）が非通電状態にある場合、非同期機２１０を駆動させることができるように、電力供給線Ｉの３相電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は非同期機２１０に電気的に接続されている。このため、通常運転用のスイッチ７２０は、周波数変換器７１２を介して電線７１１に接続するための分岐線７１３に配置されている。これは、スイッチの非導通状態、すなわち、非活性化情報において生じる。周波数変換器７１２は、制動抵抗器を有する３相周波数変換器である。この場合において、無停電電源システムを設けることができる。無停電電源システムは、例えば、対応する数のバッテリーとバイパス回路を有し、３相の４００Ｖの動作電圧であってもよい。本発明の場合のように、エアブレーキ２３０は、制動ばね２５０の制動ばね力によって提供される制動圧によって作動させるようにしてもよい。
【００４６】
通常運転用のスイッチ７２０が制御電流によって活性化されていない状態にある場合、スイッチ７２０は開いた状態となり、分岐線７１３を分離する。対応する制御信号線７２０’は、通常運転用のスイッチ７２０に導通している。この状態は、電力供給を受けていない非同期機２１０の状態に相当する。ここで、電力供給は、電力網６００からの電力供給であってもよいし、本実施例では設置されていない無停電電源装置（ＵＰＳ）からの電力供給であってもよい。なお、個々のケースでは、無停電電源装置が利用可能としてもよい。非同期機２１０は例えば４００Ｖで動作し、３〜５０ヘルツの周波数と対応する交流電圧を有していてもよい。運転用回路７００のうちの緊急運転用に設けられた第２の部分において、運転用回路７００は、特に電力生成を伴う（回生モードの）単独運転のための第２電線束７３０として構成される。単独運転において、非同期機２１０は、単独運転における発電機として動作するように構成される。
【００４７】
上述のエアブレーキ２３０の解除において、水門１００の水門板１１０にかかる重力は非同期機２１０のステータ内でのロータの回転運動を生成し、これにより、水門駆動装置２００の制御および／または閉制御に対するエネルギーの自己供給を確保する。緊急運転ライン７１４における励磁コンデンサから成るコンデンサアレイ７３１と、３相電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に対する複数の負荷抵抗から成る第１段の負荷抵抗群７３２と、３相電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に対する複数の負荷抵抗から成る第２の負荷抵抗群７３３は、緊急運転部分７３０に対する適切な負荷スイッチ（負荷接触器）によって接続することができる。第１の負荷スイッチ７２１は、例えば無効電力および励磁コンデンサの回転磁界によって生成される制御電流に接続することができる。第２の緊急運転用のスイッチ７２２も、同様に、回転磁界およびこれによって生成された電流を制御電流として接続することができる。対応する制御信号線７２１’、７２２’は、緊急運転用のスイッチ７２１、７２２に接続されている。
【００４８】
基本的に、非同期機２１０は単独運転における限られた条件下で、すなわち、電力網６００に接続することなく、発電機として、例えば非常用電源として動作させることができる。単独運転のための好ましい選択肢は、自励誘導発電機として運転することである。磁化のために誘導性無効電力および／または容量性無効電力を提供することができる外部の３相電力網６００に接続することなく、無効電力は、それ自身が容量性無効電力を提供する並列接続されたコンデンサアレイ７３１によって提供することができる。特に、モータは誘導性無効電力を生成する。
【００４９】
単独運転の場合、周波数、特に一定の周波数は周波数変換器７１２によって決定される。電圧振幅は、相電流の最大振幅を考慮して制御することができる。過負荷の場合、必要に応じて電圧振幅を低下させることができる。適切な閉制御または制御用の電子機器を用いることで、ここで提案する非同期発電機によって高品質な単独運転を実現することができる。このため、複数の励磁コンデンサ７３１．１、７３１．２、７３１．３と、第１の複数の接続可能な負荷抵抗７３２．１、７３２．２、７３２．３と、第２の複数の接続可能な負荷抵抗７３３．１、７３３．２、７３３．３が設けられる。ここで、３つの素子は、それぞれ第２電線束７３０の第１、第２および第３の位相に対して設けられる。
【００５０】
基本的に、電力網６００に接続された第１電線束７１０に係る運転用回路の第１の部分において、無停電電源装置は不要となる。ここで提示した実施例の利点は、無停電電源装置を省略できることにある。基本的に、無停電電源装置（ＵＰＳ）は、電力網６００の障害時において、重要な電気負荷の供給を確保するために使用される。しかし、無停電電源装置（ＵＰＳ）の単純な設計では、電力供給は、接続された負荷の機能を損なうことなく許容される期間、例えば数ミリ秒といった短い期間に亘って中断されてもよい。
【００５１】
図４は、運転用回路７００、具体的には、運転用回路７００の第２の部分を用いた（すなわち、第２電線束７３０を用いるとともに緊急運転回路に基づいて）水門駆動装置２００の緊急閉鎖を制御する方法におけるステップのシーケンスを詳細に示す。
【００５２】
方法の開始時における最初のステップＶＳ１において、運転用回路７００は通常運転中である。すなわち、通常運転用のスイッチ７２０に電流が印加され、これによりスイッチ７２０は図３に示すように閉じている。非同期機２１０は、周波数変換器７１２と通常運転用のスイッチ７２０を介して、電力網６００からの電力供給を用いてモータとして動作させることができる。第２の方法ステップＶＳ２において緊急閉鎖状況が通知されると、水門駆動装置２００は基本的に電力網６００からの電力供給を用いて周波数変換器７１２によって動作させることができる。通常運転中、水門駆動装置は周波数変換器７１２によって異なる速度、および、必要に応じて可変速度で動作させることができる。これは、例えば、加速ランプおよび減速停止ランプを用いて水門板１１０をゆっくりと持ち上げる目的、または、加速ランプおよび減速停止ランプを用いて水門板１１０をゆっくりと下ろす目的で行ってもよい。基本的に、電力網６００が利用可能な場合、緊急閉鎖は、特定の減速停止ランプを用いて行うこともできる。特に、かかる方法は、非同期機２１０の回生運転を用いた通常の電気制動（電気ブレーキ）方法を含んでいてもよい。
【００５３】
次の方法ステップＶＳ３において、電力網６００からの電力供給が得られないことが通知された場合（Ｙのパス）、本発明の水門駆動装置２００の制御方法によると、水門駆動装置の制御方法をパッシブに達成できるという効果がもたらされる。これは、次のことを意味する。すなわち、この場合には、電力網６００からの外部のエネルギー供給なしで、しかも、必要に応じて周波数変換器７１２に隣接して設置可能な無停電電源装置からのエネルギー供給もなしで、水門駆動装置２００の制御方法を実行できることを意味する。
【００５４】
図３に示した実施例の変形例では、無停電電源装置（ＵＰＳ）を設けることができる。しかし、ここに示すパッシブな方法によると、高価な無停電電源システムの使用を避けることができる。
【００５５】
方法ステップＶＳ２、ＶＳ３において、電力供給なしで水門１００を緊急閉鎖しなければならない状況が起きた場合、このことは信号通知部２７０によって検出され、通知が行われる。第４の方法ステップＶＳ４において、エアブレーキ２３０は、例示した上記のアクチュエータ部２４０によって解放することができる。
【００５６】
この場合、水門板１１０にかかる重力Ｇに応じた、非同期機２１０の発電機としての動作が行われ、これにより方法ステッＶＳ５において、励磁コンデンサ７３１．１、７３１．２、７３１．３のステージ７３１によって回転磁界が生成される。対応する電圧と、これにより制御電流線７２０’に生成された制御電流は、通常運転用リレー７２０が非通電時に活性化されるリレーである場合、リレー７２０が自動で開かないときに、リレー７２０を開くために使用することができる。
【００５７】
制御電流線７２１’に供給される制御電流は、電圧および／または水門の位置に応じて、または、第１回転速度ｎ−としつつ、負荷抵抗７３２．１、７３２．２、７３２．３から成る第１段７３２を接続することができる。これは、例えば、図２に示した走行範囲Ｂ９０の５０％ないし９５％の区間を下降するときの水門板１１０を、適切に制動するために行うことができる。
【００５８】
回転速度ｎ＋がさらに増加した場合、または、第２制御電流が第２制御電圧線７２２’に達した場合、負荷抵抗７３３．１、７３３．２、７３３．３から成る第２段７３３を接続するために、第２の緊急運転用のスイッチ７２２を切り替えることができる。追加的または代替的に、ローラゲートの位置を、切り替えを決定するための要素としてもよい。第２のより急勾配の減速停止ランプにおいて、これは、図２に示した降下範囲Ｂ１０における水門板１１０の実質的な残留制動（残留ブレーキ）をもたらす。したがって、方法ステップＶＳ６において第１の減速停止ランプは第１段の負荷抵抗群７３２によって実現することができ、一方、方法ステップＶＳ７において第２の減速停止ランプは第２段の負荷抵抗群７３３によって実現することができる。かくして、緊急運転中、第１および第２の減速停止ランプは、運転用回路の第２の部分、特に第２電線束７３０を用いてパッシブに実行することができる。このようにして、電力網（からの供給）がなく、かつ／または周波数変換器７１２がない場合であっても、水門板１１０の安全な制動が実現される。また、上記のアクチュエータ部２４０によって非導通時に開状態となる制御弁２４３を用いて、水門板１１０のパッシブな動作を実現することができる。
【００５９】
電力網６００からの電力供給が存在し、周波数変換器７１２が機能する場合（Ｎのパス）においても、方法ステップＶＳ４およびＶＳ５を実行してもよい。これにもかかわらず、方法ステップＶＳ９において、水門板１１０の降下を電流制御してもよい。本実施例の方法は、ステップＶＳ８において水門板が下降した状態で終了する。
【符号の説明】
【００６０】
１００    水門（Wasserschutz）
１１０    水門板（Schuztafel）
１２０    水門収容部（Schutzlagerung）
１２１、１２２    収容レール（Lagerschiene）
１２３    ガイド前面部（vorderer Teil einer Fuhrung）
１２４    ガイド背面部（hinterer Teil einer Fuhrung）
１３０    中継ローラ装置（Ubertragungs-Rollwerk）
１３１    コード（Zugstrang）
１３２    転向ローラ（Umlenkrolle）
１３３    ケーブルドラム（Seiltrommel）
２００    水門駆動装置（Wasserschutz-Antrieb）
２０１    共通シャフト（gemeinsame Welle）
２１０    非同期機（Asynchronmaschine）
２２０    歯車機構（Getriebe）
２３０    エアブレーキ（Luftbremse）
２４０    アクチュエータ部（Aktuatoreinheit）
２４１    蓄圧器（Druckspeicher）
２４２    アクチュエータ圧力管（Aktuatordruckleitung）
２４３    制御弁（Regelventil）
２４３．１    制御端子（Steueranschluss）
２４３．２    バルブピストン（Ventilkkolben）
２４４    ガスばねアキュムレータ（Gasfederspeicher）
２５０    制動ばね（Bremsfeder）
２６０    接続手段（Verbindungsmittel）
２７０    信号通知部（Signalisierungseinheit）
２７１    信号線（Signalleitung）
３００    タービンパイプ（Turbinenrohr）
３０１    下限（untere Begrenzung）
３０２    上限（obere Begrenzung）
４００    タービン（Turbine）
５００    水流（Wasserlauf）
６００    電力網（Stromnetz）
７００    運転用回路（Betriebsschaltung）
７１０    第１電線束（erster Stromstrang）
７１１    電線（Netzleitung）
７１２    周波数変換器（Frequenzumrichter）
７１３    分岐線（Zweigleitung）
７１４    緊急運転ライン（Notbetriebsleitung）
７２０〜７２２    スイッチ（Schutz）
７２０’〜７２２’    制御電流（制御信号）線（Steuerstromleitung, Steuersignalleitung）
７３０    第２電線束（zweiter Stromstrang）
７３１    コンデンサアレイ（Kondensatoranordnung）
７３１．１〜７３１．３    励磁コンデンサ（Erregungskondensator）
７３２    第１段の負荷抵抗群（erste Anordnung von Lastwiderstanden）
７３３    第２段の負荷抵抗群（tweite Anordnung von Lastwiderstanden）
７３２．１〜７３２．３、７３３．１〜７３３．３    負荷抵抗（Lastwiderstand）
１０００    水力発電設備（Wasserkraftanlage）
ＤＫ    圧縮力
ＧＫ    反力
ｎ    可変回転速度（variable Drehzahl）
【図１】
2016502006.tif 000003
【図２】
2016502006.tif 000004
【図３】
2016502006.tif 000005
【図４】
2016502006.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月22日(2015.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電設備（１０００）における水門（１００）またはローラゲートに対する水門駆動装置（２００）を制御する方法であって、
前記水門駆動装置は電動機もしくは非同期機（２１０）、または、非同期モータ／発電機を備え、
前記電動機または非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
前記方法は、電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するステップと、
前記電動機または非同期機（２１０）の自動運転と、を含み、
前記電動機または非同期機は回転磁界が自励式で生成される、発電を伴う単独運転で運転される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
電力供給が十分であることが通知された場合、
電力供給、または、電力網（６００）および／または無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備からの電力供給を検出するステップをさらに含み、
前記電動機または非同期機（２１０）は前記電力供給を用いて運転される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非同期機（２１０）は、電力供給が十分であることが通知された場合、可変回転速度で運転される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
電力供給が十分であることが通知された場合、非同期機（２１０）の電気的制御および／または周波数変換器（７１２）に基づいて、非同期機（２１０）は水門をゆっくりと閉鎖するように操作され、かつ／または、非同期機に対する電気的減速停止ランプ（勾配）が実行される、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
緊急閉鎖状況を検出するステップ、および／または、
電力供給が不十分であること、または、欠如することを検出するステップをさらに含む、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記電力供給が不十分であることは、電力網（６００）からの電力供給が不十分であること、および／または、無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備からの電力供給が不十分であることを含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
電力供給が不十分であることが通知された場合、非同期機（２１０）は異なる速度、または、予め定められたほぼ一定の第１および第２回転速度で動作させられ、電力供給を受けることなく動作させられる、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
エアブレーキ（２３０）の解放は、エアブレーキ（２３０）の自動的な解放、または、非同期機（２１０）のステータからロータが解放されることで行われる、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
非同期機（２１０）は水門（１００）の水門板（１１０）にかかる重力（Ｇ）の影響の下で駆動され、回転磁界は励磁コンデンサ（７３１．１、７３１．２、７３１．３）から成るコンデンサアレイ（７３１）によって生成される、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
エアブレーキ（２３０）に対する負荷を切り替えつつ、非同期機（２１０）に対して、少なくとも１つの制御段階および／または閉制御段階が実行され、制動段階として第１制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ６）と、停止段階として第２制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ７）が実行される、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの第１段（７３２）の負荷抵抗群（７３２．１、７３２．２、７３２．３）が接続され、第１段および第２段（７３３）の負荷抵抗群（７３３．１、７３３．２、７３３．３）が接続されている、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
非同期機（２１０）は少なくとも２つの回転速度段で制御され、第１回転速度段は電圧および／または水門の位置に応じて選択され、かつ／または、第２回転速度段は電圧および／または水門の位置に応じて選択される、
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
水力発電設備（１０００）における水門（１００）またはローラゲートに対する水門駆動装置（２００）を制御する運転用回路（７００）であって、
前記水門駆動装置は電動機もしくは非同期機（２１０）、または、非同期モータ／発電機を備え、
前記電動機または非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
前記運転用回路（７００）は通常運転用の第１制御線と緊急運転用の第２制御線を有し、
前記第２制御線は、発電を伴う単独運転で電動機または非同期機を自動運転するように構成され、回転磁界が自励式で生成され、少なくとも第１制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ５）のための第１段（７３２）の負荷抵抗群と、第２制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ７）のための第２段（７３３）の負荷抵抗群を有する、
ことを特徴とする運転用回路。
【請求項１４】
水力発電設備（１０００）において、電動機または非同期機（２１０）を制御するための、水門（１００）に対する水門駆動装置（２００）、または、ローラゲートに対するローラゲート駆動装置であって、
前記電動機または非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するように構成されたアクチュエータ部（２４０）と、
電動機または非同期機（２１０）の自動運転のため、水門（１００）に対する水門駆動装置（２００）を制御する運転用回路（７００）と、を備え、
前記運転用回路（７００）は前記電動機または非同期機（２１０）を、発電を伴う単独運転で運転するように構成され、
回転磁界は自励式で生成可能であり、少なくとも第１段（７３２）の負荷抵抗群と第２段（７３３）の負荷抵抗群を有する、
ことを特徴とする水門駆動装置（２００）。
【請求項１５】
緊急閉鎖状況を検出し、かつ／または、通知するように構成された信号通知部（２７０）をさらに備える、
請求項１４に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１６】
前記アクチュエータ部（２４０）はガスばねアキュムレータを有し、エアブレーキ（２３０）の制動ばね（２５０）は前記ガスばねアキュムレータにより解放可能である、
請求項１４または１５に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１７】
前記アクチュエータ部（２４０）は、エアブレーキ（２３０）の制動ばね（２５０）を操作するために、通電時に閉状態となり非通電時に開状態となる制御弁（２４３）を、蓄圧器（２４１）とガスばねアキュムレータ（２４４）の間のアクチュエータ圧力管（２４２）内に有する、
請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１８】
前記運転用回路（７００）は、第２電線束（７３０）において、複数の励磁コンデンサ（７３１．１、７３１．２、７３１．３）を有し、少なくとも第１の複数の接続可能な負荷抵抗（７３２．１、７３２．２、７３２．３）を有する、
請求項１４ないし１７のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項１９】
前記運転用回路（７００）は、第２電線束（７３０）において、第１の複数の接続可能な負荷抵抗（７３２．１、７３２．２、７３２．３）を有し、第２の複数の接続可能な負荷抵抗（７３３．１、７３３．２、７３３．３）を有する、
請求項１４ないし１８のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２０】
前記運転用回路（７００）は、第２電線束（７３０）において、接続可能な第１段（７３２）および／または第２段（７３３）の負荷抵抗群を、電圧および／または水門の位置に応じて、第１および／または第２リレーないし同様の電気機械式スイッチ（７２１、７２２）を介して接続するように構成されている、
請求項１４ないし１９のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２１】
前記運転用回路（７００）は、第１電線束（７１０）において、電力網（６００）からの通常の制御電流源によって、非同期機（２１０）を可変回転速度で電気的に制御するように構成されている、
請求項１４ないし２０のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２２】
前記運転用回路（７００）は、第１電線束（７１０）において、無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備に依存しない、
請求項１４ないし２０のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）。
【請求項２３】
水門（１００）またはローラゲートに対する電動機または非同期機（２１０）を制御するために、請求項１４ないし２２のいずれか１項に記載の水門駆動装置（２００）を備え、
前記非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有する、
ことを特徴とする、水力発電設備（１０００）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第１の視点に係る方法は、水力発電設備における水門またはローラゲートに対する水門駆動装置を制御する方法であって、前記水門駆動装置は電動機もしくは非同期機、または、非同期モータ／発電機を備え、前記電動機または非同期機はエアブレーキを有し、前記方法は、電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキを解放するステップと、前記電動機または非同期機の自動運転と、を含み、前記電動機または非同期機は回転磁界が自励式で生成される、発電を伴う単独運転で運転される。
本発明の第２の視点に係る運転用回路は、水力発電設備における水門またはローラゲートに対する水門駆動装置を制御する運転用回路であって、前記水門駆動装置は電動機もしくは非同期機、または、非同期モータ／発電機を備え、前記電動機または非同期機はエアブレーキを有し、前記運転用回路は通常運転用の第１制御線と緊急運転用の第２制御線を有し、前記第２制御線は、発電を伴う単独運転で電動機または非同期機を自動運転するように構成され、回転磁界が自励式で生成され、少なくとも第１制御段階および／または閉制御段階のための第１段の負荷抵抗群と、第２制御段階および／または閉制御段階のための第２段の負荷抵抗群を有する。
本発明の第３の視点に係る水門駆動装置は、水力発電設備において、電動機または非同期機を制御するための、水門に対する水門駆動装置、または、ローラゲートに対するローラゲート駆動装置であって、前記電動機または非同期機はエアブレーキを有し、電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキを解放するように構成されたアクチュエータ部と、電動機または非同期機の自動運転のため、水門に対する水門駆動装置を制御する運転用回路と、を備え、前記運転用回路は前記電動機または非同期機を、発電を伴う単独運転で運転するように構成され、回転磁界は自励式で生成可能であり、少なくとも第１段の負荷抵抗群と第２段の負荷抵抗群を有する。
本発明の第４の視点に係る水力発電設備は水門またはローラゲートに対する電動機または非同期機を制御するために、上記の水門駆動装置を備え、前記非同期機はエアブレーキを有する。
方法に関する課題は、請求項１に係る方法によって達成される。本発明によると非同期モータはエアブレーキを備えており、かかる方法によると、緊急停止状況を検出すると本発明に係る次のステップ、すなわち、電力供給が不十分であるこが通知された（ないし、示された）場合、エアブレーキを解放するステップと、電動機の自動運転とを含む。ここで、電動機は回転磁界が自励式で生成され、発電を伴う（すなわち回生モードの）単独運転で運転される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
水門駆動装置の場合には、アクチュエータ部はガスばねアキュムレータを有することが特に有利であることが判明している。ここで、エアブレーキは、ガスばねアキュムレータによって解放されるようにしてもよい。さらに、アクチュエータ部は、電源（すなわち、主電源を伴う、または、無停電電源回路からの電力供給を伴う通常運転中）に接続された制御弁を、ガスばねアキュムレータと蓄圧器の間のアクチュエータ圧力管内に有することが好ましい。制御弁は非通電時に開状態となるため、アクチュエータ部は、ガスばねアキュムレータと蓄圧器の間のアクチュエータ圧力管において、非通電時に開状態となる制御弁を開くことによって、エアブレーキへのガス圧の供給を確保する。エアブレーキは、ガス圧の下で、エアブレーキの制動ばねのばね力に抗して自動的に開き、これにより、電動機のロータをステータ内で回転するように放出することができる。したがって、回転磁界が生成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
電力網６００からの電力供給が存在し、周波数変換器７１２が機能する場合（Ｎのパス）においても、方法ステップＶＳ４およびＶＳ５を実行してもよい。これにもかかわらず、方法ステップＶＳ９において、水門板１１０の降下を電流制御してもよい。本実施例の方法は、ステップＶＳ８において水門板が下降した状態で終了する。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、図示した形態に限定することを意図するものではなく、専ら理解を助けるためのものである。
また、本発明において、さらに以下の形態が可能である。
［形態１］
好ましくは水力発電設備（１０００）における水門（１００）、特にローラゲートに対する水門駆動装置（２００）を制御する方法であって、
前記水門駆動装置は電動機、特に非同期機（２１０）、特に非同期モータ／発電機を備え、
前記電動機、特に非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
前記方法は、電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するステップと、
前記電動機、特に非同期機（２１０）の自動運転と、を含み、
前記電動機、特に非同期機は回転磁界が自励式で生成される、発電を伴う単独運転で運転される、
ことを特徴とする方法。
［形態２］
電力供給が十分であることが通知された場合、
電力供給、特に電力網（６００）および／または無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備からの電力供給を検出するステップをさらに含み、
前記電動機、特に非同期機（２１０）は前記電力供給を用いて運転される、
形態１に記載の方法。
［形態３］
前記非同期機（２１０）は、特に電力供給が十分であることが通知された場合、可変回転速度で運転される、
形態１または２に記載の方法。
［形態４］
特に電力供給が十分であることが通知された場合、特に非同期機（２１０）の電気的制御および／または周波数変換器（７１２）に基づいて、非同期機（２１０）は水門をゆっくりと閉鎖するように操作され、かつ／または、非同期機に対する電気的減速停止ランプ（勾配）が実行される、
形態１ないし３のいずれか一に記載の方法。
［形態５］
緊急閉鎖状況を検出するステップ、および／または、
電力供給が不十分であること、特に欠如することを検出するステップをさらに含む、
形態１ないし４のいずれか一に記載の方法。
［形態６］
前記電力供給が不十分であることは、電力網（６００）からの電力供給が不十分であること、および／または、無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備からの電力供給が不十分であることを含む、
形態５に記載の方法。
［形態７］
電力供給が不十分であることが通知された場合、非同期機（２１０）は異なる速度、特に予め定められたほぼ一定の第１および第２回転速度で動作させられ、特に電力供給を受けることなく動作させられる、
形態１ないし６のいずれか一に記載の方法。
［形態８］
エアブレーキ（２３０）の解放は、エアブレーキ（２３０）の自動的な解放、特に非同期機（２１０）のステータからロータが解放されることで行われる、
形態１ないし７のいずれか一に記載の方法。
［形態９］
非同期機（２１０）は水門（１００）の水門板（１１０）にかかる重力（Ｇ）の影響の下で駆動され、回転磁界は特に励磁コンデンサ（７３１．１、７３１．２、７３１．３）から成るコンデンサアレイ（７３１）によって生成される、
形態１ないし８のいずれか一に記載の方法。
［形態１０］
特にエアブレーキ（２３０）に対する負荷を切り替えつつ、非同期機（２１０）に対して、少なくとも１つの制御段階および／または閉制御段階が実行され、特に（好ましくは制動段階として）第１制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ６）と、（好ましくは停止段階として）第２制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ７）が実行される、
形態１ないし９のいずれか一に記載の方法。
［形態１１］
少なくとも１つの第１段（７３２）の負荷抵抗群（７３２．１、７３２．２、７３２．３）が接続され、好ましくは第１段および第２段（７３３）の負荷抵抗群（７３３．１、７３３．２、７３３．３）が接続されている、
形態１ないし１０のいずれか一に記載の方法。
［形態１２］
非同期機（２１０）は少なくとも２つの回転速度段で制御され、特に第１回転速度段は電圧および／または水門の位置に応じて選択され、かつ／または、第２回転速度段は電圧および／または水門の位置に応じて選択される、
形態１ないし１１のいずれか一に記載の方法。
［形態１３］
好ましくは水力発電設備（１０００）における水門（１００）、特にローラゲートに対する水門駆動装置（２００）を制御する運転用回路（７００）であって、
前記水門駆動装置は電動機、特に非同期機（２１０）、特に非同期モータ／発電機を備え、
前記電動機、特に非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
前記運転用回路（７００）は特に通常運転用の第１制御線と特に緊急運転用の第２制御線を有し、
前記第２制御線は、発電を伴う単独運転で電動機、特に非同期機を自動運転するように構成され、回転磁界が自励式で生成され、特に少なくとも第１制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ５）のための第１段（７３２）の負荷抵抗群と、第２制御段階および／または閉制御段階（ＶＳ７）のための第２段（７３３）の負荷抵抗群を有する、
ことを特徴とする運転用回路。
［形態１４］
好ましくは水力発電設備（１０００）において、電動機、特に非同期機（２１０）を制御するための、水門（１００）に対する水門駆動装置（２００）、特にローラゲートに対するローラゲート駆動装置であって、
前記電動機、特に非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有し、
特に電力供給が不十分であることが通知された場合、エアブレーキ（２３０）を解放するように構成されたアクチュエータ部（２４０）と、
電動機、特に非同期機（２１０）の自動運転のため、水門（１００）に対する水門駆動装置（２００）を制御する運転用回路（７００）と、を備え、
前記運転用回路（７００）は前記電動機、特に非同期機（２１０）を、発電を伴う単独運転で運転するように構成され、
回転磁界は自励式で生成可能であり、特に少なくとも第１段（７３２）の負荷抵抗群と第２段（７３３）の負荷抵抗群を有する、
ことを特徴とする水門駆動装置（２００）。
［形態１５］
緊急閉鎖状況を検出し、かつ／または、通知するように構成された信号通知部（２７０）をさらに備える、
形態１４に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態１６］
前記アクチュエータ部（２４０）はガスばねアキュムレータを有し、エアブレーキ（２３０）の制動ばね（２５０）は前記ガスばねアキュムレータにより解放可能である、
形態１４または１５に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態１７］
前記アクチュエータ部（２４０）は、特にエアブレーキ（２３０）の制動ばね（２５０）を操作するために、通電時に閉状態となり非通電時に開状態となる制御弁（２４３）を、蓄圧器（２４１）とガスばねアキュムレータ（２４４）の間のアクチュエータ圧力管（２４２）内に有する、
形態１４ないし１６のいずれか一に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態１８］
前記運転用回路（７００）は、特に第２電線束（７３０）において、複数の励磁コンデンサ（７３１．１、７３１．２、７３１．３）を有し、少なくとも第１の複数の接続可能な負荷抵抗（７３２．１、７３２、２．７３２．３）を有する、
形態１４ないし１７のいずれか一に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態１９］
前記運転用回路（７００）は、特に第２電線束（７３０）において、第１の複数の接続可能な負荷抵抗（７３２．１、７３２、２．７３２．３）を有し、第２の複数の接続可能な負荷抵抗（７３３．１、７３３．２、７３３．３）を有する、
形態１４ないし１８のいずれか一に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態２０］
前記運転用回路（７００）は、特に第２電線束（７３０）において、接続可能な第１段（７３２）および／または第２段（７３３）の負荷抵抗群を、電圧および／または水門の位置に応じて、特に第１および／または第２リレーないし同様の電気機械式スイッチ（７２１、７２２）を介して接続するように構成されている、
形態１４ないし１９のいずれか一に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態２１］
前記運転用回路（７００）は、特に第１電線束（７１０）において、特に電力網（６００）からの通常の制御電流源によって、非同期機（２１０）を可変回転速度で電気的に制御するように構成されている、
形態１４ないし２０のいずれか一に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態２２］
前記運転用回路（７００）は、特に第１電線束（７１０）において、無停電電源装置（ＵＰＳ）のための設備に依存しない、
形態１４ないし２０のいずれか一に記載の水門駆動装置（２００）。
［形態２３］
水力発電設備（１０００）、水門（１００）、特にローラゲートに対する電動機、特に非同期機（２１０）を制御するために、形態１４ないし２２のいずれか一に記載の水門駆動装置（２００）を備え、
前記非同期機（２１０）はエアブレーキ（２３０）を有する、
ことを特徴とする、水力発電設備（１０００）。
【国際調査報告】
2016502006.tif 000007
2016502006.tif 000008
2016502006.tif 000009
2016502006.tif 000010
2016502006.tif 000011
2016502006.tif 000012