(57)【要約】  本発明は、  −  同期機（１）の界磁巻線（５）と回転整流器ブリッジ（８）との間に接続された脱励起インピーダンス（１０）と、  −  脱励起インピーダンス（１０）と並列に接続された制御器（９）と、  −  制御器（９）の制御回路（１１）であり、    ・同期機（１）の通常動作の間、回転整流器ブリッジ（８）が同期機（１）の界磁巻線（５）に直接給電するように制御器（９）を閉状態に保持し、    ・同期機が脱励起されるべきときに、脱励起インピーダンス（１０）が界磁巻線（５）および回転整流器ブリッジ（８）と直列のままであるように、制御器（９）を開くように構成された、制御器（９）の制御回路（１１）と、を備える、励起機（２）と回転整流器ブリッジ（８）とを用いた間接励起による同期機（１）用の迅速脱励起システムに関する。
2012518383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起機（２）と回転整流器ブリッジ（８）とを用いた間接励起による同期機（１）用の迅速脱励起システムであって、
前記同期機（１）の界磁巻線（５）と前記回転整流器ブリッジ（８）との間に接続された脱励起インピーダンス（１０）と、
前記脱励起インピーダンス（１０）と並列に接続された制御器（９）と、
前記制御器（９）の制御回路（１１）であり、
前記同期機（１）の通常動作の間、前記回転整流器ブリッジ（８）が前記同期機（１）の前記界磁巻線（５）に直接給電するように、前記制御器（９）を閉状態に保持し、
前記同期機が脱励起されるべきときに、前記脱励起インピーダンス（１０）が前記界磁巻線（５）および前記回転整流器ブリッジ（８）と直列のままであるように、前記制御器（９）を開くように構成された、前記制御器（９）の制御回路（１１）と、
を備えることを特徴とする間接励起による同期機用の迅速脱励起システム。
【請求項２】
前記脱励起インピーダンス（１０）が抵抗器であることを特徴とする請求項１に記載の間接励起による同期機用の迅速脱励起システム。
【請求項３】
前記制御器（９）が静止スイッチであることを特徴とする請求項１又は２に記載の間接励起による同期機用の迅速脱励起システム。
【請求項４】
励磁器（６）の界磁巻線に作用するときに前記回転整流器ブリッジの出力部の電圧、ひいては前記同期機（１）の脱励起が制御され得るように、前記制御回路（１１）が、前記回転整流器ブリッジ（８）の前記出力部の前記電圧に応じて前記制御器（９）を開くように構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の間接励起による同期機用の迅速脱励起システム。
【請求項５】
前記制御回路（１１）が、
前記回転整流器ブリッジ（８）と並列であり、第１の補助抵抗器（１２）および第２の補助抵抗器（１３）を含む電圧分割器であって、前記第２の抵抗器（１３）の電圧が特定の値に達したとき前記制御器（９）を閉じるように構成される、電圧分割器を含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御回路（１１）が、
前記第２の抵抗器（１３）と並列であり、前記制御器（９）の保護のために配置されたツェナー・ダイオード（１４）をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明特許の目的は、回転ダイオードを用いた間接励起による同期機用の新しい脱励起システム（deexcitation system）を提供し、それによって、機械を脱励起するときの動的応答および安全性を改善することであり、それは、内部短絡（internal short circuit）の場合の機械への損傷が非常に少なくなることを意味する。
【背景技術】
【０００２】
発電機内または発電機スイッチ（generator switch）の前で内部短絡が生じた場合、発電機自体による短絡への関与に起因して損傷が生じる。この場合、電圧が固定子（stator）に誘起されない、したがって、短絡へのさらなる関与がないように、励起電流をできるだけ速く低減することが重要である。
【０００３】
同期機（synchronous machine）用の２つのタイプの励起、すなわち、
−  コレクタ・リング（collector ring）およびブラシ（brush）を用いた直接励起と、
−  励起機（excitation machine）および回転ダイオード（rotating diode）を用いた間接ブラシレス励起と、が本質的に存在する。
【０００４】
ブラシおよびコレクタ・リングは、特に高出力機械ではメンテナンスを必要とする要素である。ブラシは使用とともに摩耗し、交換および保守されなければならない。さらに、火花および炭素粉末堆積（carbon dust deposit）は、常に、起こり得る問題の中心である。したがって、ブラシレス・インダクタの励起機構が同期機で使用される傾向がある。
【０００５】
ブラシ問題は間接励起により除去されるが、間接励起は中間要素、別の電気機械、すなわち励磁器（exciter）を使用しているが故に主発電機の励起巻線に直接アクセスをしないので、間接励起は機械の動的応答を悪化させるという欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内部欠陥の場合には、励起応答速度は、短絡への交流発電機の関与を制限する本質的な役割を果たす。
【０００７】
この問題は、（ブラシを用いた）直接励起機では、故障が生じたとき機械を迅速に脱励起するために接続される抵抗器を励起回路に挿入することによって解決される。この問題は、励起巻線に直接アクセスをしない、回転ダイオードを用いた間接励起機ではそれほど容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のシステム対象物（system object）により、同期間接励起機は、脱励起の目的に対して直接励起機と同様に挙動するが、ブラシレス励起の利点を維持することができる。
【０００９】
励起機と回転整流器ブリッジとを用いた間接励起による同期機用の迅速脱励起システムは、
−  同期機の界磁巻線と回転整流器ブリッジとの間に接続された脱励起インピーダンス、好ましくは抵抗器と、
−  脱励起インピーダンスと並列に接続された制御器、好ましくは半導体タイプの制御器と、
−  制御器の制御回路であり、
・同期機の通常動作の間、回転整流器ブリッジが同期機の界磁巻線に直接給電するように、制御器を閉状態に保持し、
・（短絡の場合、または同期機を電気ネットワークから切り離す場合には）同期機を脱励起し、脱励起インピーダンスが界磁巻線および回転整流器ブリッジと直列のままであるように、制御器を開くように構成された、制御器の制御回路と、を備える。
【００１０】
励磁器の界磁巻線に基づいて作用するときに回転整流器ブリッジの出力部の電圧、ひいては同期機の脱励起が制御され得るように、制御回路は、好ましくは、回転整流器ブリッジの出力部の電圧に応じて制御器を開くように構成される。
【００１１】
特定の実施形態では、制御回路は、
−  回転整流器ブリッジと並列であり、第１の補助抵抗器および第２の補助抵抗器からなる電圧分割器であって、第２の抵抗器の電圧が特定の値に達したとき制御器を開くように構成される、電圧分割器を含む。
【００１２】
制御回路は、制御器の制御入力の電圧を制限するために第２の抵抗器と並列にツェナー・ダイオードをさらに含むことができる。
【００１３】
このように説明されたシステムの結果として、同期機の内部欠陥の場合には、損傷が制限される。従来の間接励起による同期機では、内部短絡の場合の故障電流が数秒の程度存続し、その結果生じた交流発電機への損傷を伴うことがある。しかし、本発明の脱励起システム対象物を実装することによって、この時間はかなり縮小され、損傷が最小になる。
【００１４】
本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という語およびその変形は、他の技術的特徴、補足、構成要素、またはステップを排除するものではない。当業者には、本発明の他の目的、利点、および特徴は、一部は本明細書から、および一部は本発明の実行から理解されるであろう。以降の実施例および図面は実例として提供され、本発明を限定するものではない。さらに、本発明は、本明細書に示された特定の実施形態および好ましい実施形態のあり得る組合せをすべて包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明特許の間接励起対象物による同期機用の迅速脱励起システムの図である。
【図２】本発明特許の間接励起対象物による同期機用の迅速脱励起システムの好ましい実施形態の図である。
【図３】従来の間接励起による２ＭＶＡ同期機の端子における短絡のシミュレーションの結果を示す図である。
【図４】本発明の脱励起システム対象物が含まれている前述と同じ２ＭＶＡ同期機の端子における短絡のシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明の脱励起方法対象物（deexcitation method object）の図を示し、ここで、以下の参照、すなわち
−  同期機１、
−  励起機２、
−  回転構成要素３、
−  同期機１の固定子４、
−  同期機１の界磁巻線５、
−  励起機２の界磁巻線６、
−  励起機２の電機子巻線７、
−  回転整流器ブリッジ８、
−  制御器９、
−  脱励起インピーダンス１０、
−  制御器９の制御回路１１
が使用される。
【００１７】
図２は好ましい実施形態の図を示し、ここで、以下の参照、すなわち
−  第１の抵抗器１２および第２の抵抗器１３によって形成された電圧分割器、
−  制御器９を保護するためのツェナー・ダイオード１４
がさらに使用される。
【００１８】
図１で観察することができるように、間接励起による同期機用の迅速脱励起システムは、回転整流器ブリッジ８と主同期機１の界磁巻線５との間に接続された少なくとも１組の回転構成要素を含む。
【００１９】
前記回転構成要素は、さらには、少なくとも脱励起インピーダンス１０、制御器９、および制御器９の制御回路１１を含み、これらの要素はさらには同期機１の界磁巻線５に接続される。
【００２０】
脱励起インピーダンス１０は界磁巻線５と直列に接続され、制御器９は脱励起インピーダンス１０と並列に接続される。
【００２１】
同期機１の通常動作の場合には、制御器９は、従来の同期機におけるように回転整流器ブリッジ８が同期機１の界磁巻線５に給電するように閉じられる。
【００２２】
それにもかかわらず、同期機１が脱励起されなければならない場合には、制御回路１１は、脱励起インピーダンス１０が同期機１の界磁巻線５および回転整流器ブリッジ８と直列のままであるように、制御器９を開くように命令を送り、その結果、同期機１の界磁巻線５の電流は脱励起インピーダンス１０の結果として極めて迅速に弱まる傾向がある（図４を参照）。
【００２３】
図３および４は、間接励起による同期機の端子において短絡がシミュレートされた２つのシミュレーションの結果を示す。図３は従来の間接励起の場合の短絡電流に対応し、一方、図４は以前の機械に本発明特許のシステム対象物を実装した結果を示しており、短絡電流の期間がかなり縮小されていることも分かる。
【００２４】
接触器（contactor）または自動スイッチ（automatic switch）などの機械的制御器では遠心力で引き起こされることがある、起こり得る問題が防止されるように、ＩＧＢＴトランジスタなどの半導体が制御器９として使用されることになる。さらに、この半導体は、制御入力、すなわちゲートの電圧が正であり且つ特定の値を有する場合に作動され、すなわち導通することになる。制御回路１１はこの制御電圧を達成するために使用されることになり、そのような回路１１は、さらには、少なくとも、２つの補助抵抗器、すなわち第１の抵抗器１２および第２の抵抗器１３によって形成された電圧分割器を含む。したがって、発電機回転子の外部の制御要素は必要とされない。最後に、半導体のゲートにおける入力は、ツェナー・ダイオード（１４）または別の過電圧保護要素を用いて保護されることになる。
【符号の説明】
【００２５】
１  同期機
２  励起機
３  回転構成要素
４  固定子
５，６  界磁巻線
７  電機子巻線
８  回転整流器ブリッジ
９  制御器
１０  脱励起インピーダンス
１１  制御回路
１２  第１の抵抗器
１３  第２の抵抗器
１４  ツェナー・ダイオード
【図１】
2012518383.tif 000003
【図２】
2012518383.tif 000004
【図３】
2012518383.tif 000005
【図４】
2012518383.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月10日(2011.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明特許の目的は、回転ダイオードを用いた間接励起による同期機用の新しい脱励起システム（deexcitation system）を提供し、それによって、機械を脱励起するときの動的応答および安全性を改善することであり、それは、内部短絡（internal short circuit）の場合の機械への損傷が非常に少なくなることを意味する。
【背景技術】
【０００２】
発電機内または発電機スイッチ（generator switch）の前で内部短絡が生じた場合、発電機自体による短絡への関与に起因して損傷が生じる。この場合、電圧が固定子（stator）に誘起されない、したがって、短絡へのさらなる関与がないように、励起電流をできるだけ速く低減することが重要である。
【０００３】
同期機（synchronous machine）用の２つのタイプの励起、すなわち、
−  コレクタ・リング（collector ring）およびブラシ（brush）を用いた直接励起と、
−  励起機（excitation machine）および回転ダイオード（rotating diode）を用いた間接ブラシレス励起と、が本質的に存在する。
【０００４】
ブラシおよびコレクタ・リングは、特に高出力機械ではメンテナンスを必要とする要素である。ブラシは使用とともに摩耗し、交換および保守されなければならない。さらに、火花および炭素粉末堆積（carbon dust deposit）は、常に、起こり得る問題の中心である。したがって、ブラシレス・インダクタの励起機構が同期機で使用される傾向がある。
【０００５】
ブラシ問題は間接励起により除去されるが、間接励起は中間要素、別の電気機械、すなわち励磁器（exciter）を使用しているが故に主発電機の励起巻線に直接アクセスをしないので、間接励起は機械の動的応答を悪化させるという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９３２０６１４号パンフレット
【特許文献２】ドイツ（ＤＥ）１７６３２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内部欠陥の場合には、励起応答速度は、短絡への交流発電機の関与を制限する本質的な役割を果たす。
【０００８】
この問題は、（ブラシを用いた）直接励起機では、故障が生じたとき機械を迅速に脱励起するために接続される抵抗器を励起回路に挿入することによって解決される。この問題は、励起巻線に直接アクセスをしない、回転ダイオードを用いた間接励起機ではそれほど容易ではない。
【０００９】
消磁（demagnetizing）ブラシレス同期機の装置および方法に関する特許文献１が知られている。この文献は、励起電流回路がサイリスタと並列に接続されたエネルギー減衰抵抗（energy damping resistor）を組み込むように、回転整流器ブリッジにより給電される励起機を組み込んだ同期発電機について記載している。励起を分断する（decouple）ために、サイリスタは、リング・ブラシ組立部により送信されたターンオフ・パルスによってターンオフ（非導通）される。
【００１０】
励起機が付いた同期機に関する特許文献２が知られている。この文献は、励起電流回路が制御器と並列に接続されたエネルギー減衰抵抗を組み込むように、回転整流器ブリッジにより給電される励起機を組み込んだ同期機の使用について記載している。励起機をターンオフするために、１次巻線が制御器に接続され励起機の外部の２次巻線が外部から作動される変圧器が設けられている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のシステム対象物（system object）により、同期間接励起機は、脱励起の目的に対して直接励起機と同様に挙動するが、ブラシレス励起の利点を維持することができる。
【００１２】
励起機と回転整流器ブリッジとを用いた間接励起による同期機用の迅速脱励起システムは、
−  同期機の界磁巻線と回転整流器ブリッジとの間に接続された脱励起インピーダンス、好ましくは抵抗器と、
−  脱励起インピーダンスと並列に接続された制御器、好ましくは半導体タイプの制御器と、
−  制御器の制御回路であり、
・同期機の通常動作の間、回転整流器ブリッジが同期機の界磁巻線に直接給電するように、制御器を閉状態に保持し、
・（短絡の場合、または同期機を電気ネットワークから切り離す場合には）同期機を脱励起し、脱励起インピーダンスが界磁巻線および回転整流器ブリッジと直列のままであるように、制御器を開くように構成された、制御器の制御回路と、を備える。
【００１３】
励磁器の界磁巻線に基づいて作用するときに回転整流器ブリッジの出力部の電圧、ひいては同期機の脱励起が制御され得るように、制御回路は、好ましくは、回転整流器ブリッジの出力部の電圧に応じて制御器を開くように構成される。
【００１４】
特定の実施形態では、制御回路は、
−  回転整流器ブリッジと並列であり、第１の補助抵抗器および第２の補助抵抗器からなる電圧分割器であって、第２の抵抗器の電圧が特定の値に達したとき制御器を開くように構成される、電圧分割器を含む。
【００１５】
制御回路は、制御器の制御入力の電圧を制限するために第２の抵抗器と並列にツェナー・ダイオードをさらに含むことができる。
【００１６】
このように説明されたシステムの結果として、同期機の内部欠陥の場合には、損傷が制限される。従来の間接励起による同期機では、内部短絡の場合の故障電流が数秒の程度存続し、その結果生じた交流発電機への損傷を伴うことがある。しかし、本発明の脱励起システム対象物を実装することによって、この時間はかなり縮小され、損傷が最小になる。
【００１７】
本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という語およびその変形は、他の技術的特徴、補足、構成要素、またはステップを排除するものではない。当業者には、本発明の他の目的、利点、および特徴は、一部は本明細書から、および一部は本発明の実行から理解されるであろう。以降の実施例および図面は実例として提供され、本発明を限定するものではない。さらに、本発明は、本明細書に示された特定の実施形態および好ましい実施形態のあり得る組合せをすべて包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明特許の間接励起対象物による同期機用の迅速脱励起システムの図である。
【図２】本発明特許の間接励起対象物による同期機用の迅速脱励起システムの好ましい実施形態の図である。
【図３】従来の間接励起による２ＭＶＡ同期機の端子における短絡のシミュレーションの結果を示す図である。
【図４】本発明の脱励起システム対象物が含まれている前述と同じ２ＭＶＡ同期機の端子における短絡のシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の脱励起方法対象物（deexcitation method object）の図を示し、ここで、以下の参照、すなわち
−  同期機１、
−  励起機２、
−  回転構成要素３、
−  同期機１の固定子４、
−  同期機１の界磁巻線５、
−  励起機２の界磁巻線６、
−  励起機２の電機子巻線７、
−  回転整流器ブリッジ８、
−  制御器９、
−  脱励起インピーダンス１０、
−  制御器９の制御回路１１
が使用される。
【００２０】
図２は好ましい実施形態の図を示し、ここで、以下の参照、すなわち
−  第１の抵抗器１２および第２の抵抗器１３によって形成された電圧分割器、
−  制御器９を保護するためのツェナー・ダイオード１４
がさらに使用される。
【００２１】
図１で観察することができるように、間接励起による同期機用の迅速脱励起システムは、回転整流器ブリッジ８と主同期機１の界磁巻線５との間に接続された少なくとも１組の回転構成要素を含む。
【００２２】
前記回転構成要素は、さらには、少なくとも脱励起インピーダンス１０、制御器９、および制御器９の制御回路１１を含み、これらの要素はさらには同期機１の界磁巻線５に接続される。
【００２３】
脱励起インピーダンス１０は界磁巻線５と直列に接続され、制御器９は脱励起インピーダンス１０と並列に接続される。
【００２４】
同期機１の通常動作の場合には、制御器９は、従来の同期機におけるように回転整流器ブリッジ８が同期機１の界磁巻線５に給電するように閉じられる。
【００２５】
それにもかかわらず、同期機１が脱励起されなければならない場合には、制御回路１１は、脱励起インピーダンス１０が同期機１の界磁巻線５および回転整流器ブリッジ８と直列のままであるように、制御器９を開くように命令を送り、その結果、同期機１の界磁巻線５の電流は脱励起インピーダンス１０の結果として極めて迅速に弱まる傾向がある（図４を参照）。
【００２６】
図３および４は、間接励起による同期機の端子において短絡がシミュレートされた２つのシミュレーションの結果を示す。図３は従来の間接励起の場合の短絡電流に対応し、一方、図４は以前の機械に本発明特許のシステム対象物を実装した結果を示しており、短絡電流の期間がかなり縮小されていることも分かる。
【００２７】
接触器（contactor）または自動スイッチ（automatic switch）などの機械的制御器では遠心力で引き起こされることがある、起こり得る問題が防止されるように、ＩＧＢＴトランジスタなどの半導体が制御器９として使用されることになる。さらに、この半導体は、制御入力、すなわちゲートの電圧が正であり且つ特定の値を有する場合に作動され、すなわち導通することになる。制御回路１１はこの制御電圧を達成するために使用されることになり、そのような回路１１は、さらには、少なくとも、２つの補助抵抗器、すなわち第１の抵抗器１２および第２の抵抗器１３によって形成された電圧分割器を含む。したがって、発電機回転子の外部の制御要素は必要とされない。最後に、半導体のゲートにおける入力は、ツェナー・ダイオード（１４）または別の過電圧保護要素を用いて保護されることになる。
【符号の説明】
【００２８】
１  同期機
２  励起機
３  回転構成要素
４  固定子
５，６  界磁巻線
７  電機子巻線
８  回転整流器ブリッジ
９  制御器
１０  脱励起インピーダンス
１１  制御回路
１２  第１の抵抗器
１３  第２の抵抗器
１４  ツェナー・ダイオード
【手続補正２】
【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】
励起機（２）と回転整流器ブリッジ（８）とを用いた間接励起による同期機（１）用の迅速脱励起システムであって、
前記同期機（１）の界磁巻線（５）と前記回転整流器ブリッジ（８）との間に接続された脱励起インピーダンス（１０）と、
前記脱励起インピーダンス（１０）と並列に接続された制御器（９）と、
前記制御器（９）の制御回路（１１）であり、
前記同期機（１）の通常動作の間、前記回転整流器ブリッジ（８）が前記同期機（１）の前記界磁巻線（５）に直接給電するように、前記制御器（９）は閉状態に保持され、
前記同期機が脱励起されるべきときに、前記脱励起インピーダンス（１０）が前記界磁巻線（５）および前記回転整流器ブリッジ（８）と直列のままであるように、前記制御器（９）は開かれるように構成された、前記制御器（９）の制御回路（１１）と、
を備え、
前記制御回路（１１）が、前記回転整流器ブリッジ（８）の出力部の電圧に応じて、前記制御器（９）を開くように構成されていることを特徴とする、間接励起による同期機用の迅速脱励起システム。
【請求項２】
前記制御回路（１１）が、
前記回転整流器ブリッジ（８）と並列であり、第１の補助抵抗器（１２）および第２の補助抵抗器（１３）を含む電圧分割器であって、前記第２の抵抗器（１３）の電圧が特定の値に達したとき前記制御器（９）を閉じるように構成される、電圧分割器を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御回路（１１）が、
前記第２の抵抗器（１３）と並列であり、前記制御器（９）の保護のために配置されたツェナー・ダイオード（１４）をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記脱励起インピーダンス（１０）が抵抗器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記制御器（９）が静止スイッチ（static switch）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012518383.tif 000007
【図２】
2012518383.tif 000008
【図３】
2012518383.tif 000009
【図４】
2012518383.tif 000010
【国際調査報告】
2012518383.tif 000011
2012518383.tif 000012
2012518383.tif 000013
2012518383.tif 000014
2012518383.tif 000015
2012518383.tif 000016
2012518383.tif 000017
2012518383.tif 000018