JPH0136355B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、発電機等回転機器の励磁制御装置
に関するものである。

従来のこの種装置の例を第１図に示す、１は、
界磁コイル２を有する発電機で、その出力側には
計器用変圧器３を介して自動電圧調整装置（以
下、AVRという）４が接続されている。一方、
６は、分流器で界磁電流を検出し絶縁増幅器７で
所定の電圧値に増幅して偏差検出器８に供給す
る。この偏差検出器８は、連続的に通電可能な許
容界磁電流値を設定する定格界磁電流設定器５の
設定値と上記検出値とを比較してその偏差信号を
得、偏差増幅回路９を介して所定のレベルに増幅
した後にAVR４の信号混合部に供給する。AVR
４は、上記発電機の出力と上記偏差信号とを基に
して、界磁電流の値を増減し発電機電圧を一定に
制御する。

すなわち、発電機の界磁コイルは、発電機の温
度上昇との関係から最大電流が決められており、
連続通電可能な最大電流を上記界磁電流設定器５
で設定して置き、界磁電流がその値を越すと、分
流器６の検出信号に基いて上記超過電流に比例し
た信号を形成し界磁電流を制限するような極性に
して偏差検出器８からAVR４に供給する。もち
ろん、界磁電流が許容値以下の時は、検出値と設
定値の偏差信号である過励磁制限信号がAVR４
に対して干渉することがないように上記信号混合
部が考慮されている。

従つて、AVR４は、通常は発電機電圧が一定
になるように制御するが、界磁電流が許容値以上
になると、過励磁にならないように界磁電流を制
限して発電機の温度上昇を防止して発電機を保護
する。

以上のように、従来の励磁制御装置は連続通電
可能な界磁電流に制限するようになつている。従
つて、系統が事故を起してその電圧が低下した時
に、上記AVR４は増磁出力を発生して界磁電流
を増大させ、系統の電圧を回復させねばならない
にも拘らず、上記増磁出力を過渡的に見ると余裕
のある100％界磁電流に制限してしまう欠点があ
つた。

すなわち、発電機の過励磁許容時間は、第２図
の特性グラフから明かなように界磁電流が大きく
なると短かくなるものの、絶縁の許容温度上昇限
度までは電流を流しても問題はなく、事故になれ
ば母線保護リレー等が動作して一定時限（数秒）
後には事故母線を分離して系統電圧を回復させ
る。そのために、上記系統事故時のような短時間
事故時の間にも連続通電での過励磁制限を掛けて
置くことは必要なく、むしろ系統事故時の電圧制
御特性を打消してまう欠点もあつた。

この発明は、以上のような欠点を除去するため
になされたもので、回転機の界磁電流が連続通電
可能な許容値の100％を超過した場合には上記界
磁電流の大きさに比例した所定の時限に達しない
時間内であれば過励磁制限を掛けないようにする
とともに他方必要な時はAVR４の有する最大値
までフルフオージングさせる。一方、界磁電流の
大きさに反比例した時限に達すれば過励磁制限を
活かして連続通電可能な100％の状態まで制限す
るようにして、系統事故時等の電圧制御機能の安
定度の向上に寄与できるようにするとともに制限
信号を傾斜信号にして供給するようにして発電機
に与えるシヨツクを軽減した回転機の励磁制御装
置を提供することを目的とする。

以下、この発明の一実施例を第３図と第４図と
を参照して説明する。

先ず、第３図において、１〜９は以上に述べた
従来のものと全く同一である。１０は、後述する
積分回路の動作を制御する制御回路となる界磁電
流検出器で、上記許容界磁電流設定回路５の10％
界磁電流（定格）よりも絶縁増幅器７の検出値の
方が大きくなつたことを検出してリレー１１を付
勢する。

一方、１２は、分圧抵抗で、その出力は演算増
幅器１３を介してＫ倍に増幅された後に演算増幅
器１４に入力されて二乗される。演算増幅器１４
の二乗出力は加算回路１８に供給される。

他方、１５は絶縁増幅器７を介して供給される
実際の界磁電流に対応した信号を二乗する演算増
幅器で、その出力は減算器１６に供給される。減
算器１６には、ベース量設定器１７で設定された
定格界磁電流の二乗値に等しい電圧が供給されて
いる。そして、減算器１６では上記演算増幅器１
５の出力値からベース量設定器１７の出力を減算
し、その出力を上記加算回路１８に供給する。こ
の減算出力は、次式で示される。

〔出力〕＝I²−１ ……(1) 但し、Ｉ：界磁電流 1.0＝100％、である。

加算回路１８の出力は、入力抵抗１９を介して
演算増幅器２１に供給される。演算増幅器２１
は、上記入力抵抗１９とコンデンサ２０とで積分
回路を構成しており、その積分出力を比較器２２
に供給する。上記コンデンサ２０には、リレー１
１の接点１１ｂが並列に接続されており、積分機
能をコントロールするようになつている。

比較器２２は、他方電圧発生器２３の設定電圧
と上記積分出力とを入力して両電圧を比較し、積
分出力の方が大の時にリレー２４を付勢するもの
で、これら比較器２２、電圧発生器２３およびリ
レー２４により界磁電流超過検出回路を構成して
いる。

次に、第５図は、過励磁制限信号を供給するた
めの回路のシーケンスを示すもので、同図におい
て、７１，７３，７５は、各々並列に接続された
リレーであり、リレー７１は上記リレー１１が付
勢されるとその接点１１ａの閉成によつて励磁さ
れ、接点７１ａの閉成によつて自己保持される。
また、リレー７３はリレー２４が付勢されるとそ
の接点２４ａの閉成によつて励磁され、接点７３
ａの閉成によつて自己保持される。リレー７５は
リレー２４が付勢されるとその接点２４ａの閉成
によつて励磁される。７２，７４，７６は各々並
列接続されたタイマであり、タイマ７２はリレー
１１の接点１１ａの閉成によつて動作し、所定時
限後にリレー７１を非励磁とする。タイマ７４は
リレー２４の接点２４ｂの復帰によつて動作し、
所定時限後に接点７４Tbを開としてリレー７３
を非励磁とする。また、タイマ７６はリレー２４
の接点２４ａの閉成によつて動作し、所定時限後
（数秒程度）に接点７６Tbを開としてリレー７５
を非励磁とする。

次に上記回路の動作を説明する。先ず、分圧抵
抗１２の抵抗値を零（Ｖ）とした時は、演算増幅
器１４の出力は零（Ｖ）となり、この状態でリレ
ー１１が付勢されると、接点７１ｂは開放されて
積分回路は動作し始める。

今、具体的に数値を挿入して考えて見ると、絶
縁増幅器７の出力を100％で１（Ｖ）として置き、
界磁電流が150％になつたとすると、演算増幅器
１５の入力は1.5（Ｖ）となる。この入力（検出
値）は、演算増幅器１５で二乗（1.5×1.5）され
て2.25（Ｖ）になり、減算器１６で減算（2.25−
1.0）されて1.25（Ｖ）になる。この減算出力
（1.25V）は、加算回路１８で演算増幅器１４の
出力と加算される。

なお、コンデンサ２０と電圧発生器２３を調整
して上記1.25（Ｖ）の入力で24秒後にリレー２４
が動作するようにして見る。その結果、次式のよ
うな発電機１の耐量時限Ｔを得ることができる。

Ｔ＝30／I²−１＝30／（1.5）²−１＝30／2.25−１ ＝30／1.25＝24（秒） ……(2) 上式の特性を、界磁電流を100〜220％まで変化
させて図示したのが、第４図の〔Ｂ〕曲線であ
る。これは第２図のＢと同じ特性で発電機が許容
できる時限を示すものである。通常は、この時限
でよいが、界磁電流を制限するのに多少の時間が
必要な場合はこの時限より数秒前に発電機の耐量
時限を検出して界磁電流を絞り込む必要がある。
上記演算回路１３，１４は、その機能を果すよう
になつている。

すなわち、分圧抵抗１２の出力１／Ｋ（Ｖ）は、
演算増幅器１３でＫ倍に増幅され、トータルゲイ
ンで1.0倍とされた後に演算増幅器１４で二乗さ
れる。この演算増器１４の出力は、減算器１６の
出力とともに加算回路１８により加算され、第４
図Ｃのような特性の信号となる。図から分るよう
に以上のようにすると、Ｂの場合よりも数秒前に
発電機の耐量時限を検出することができる。

このことを式で示すと次のようになる。

Ｔ＝30／（I²−１）＋（Ｉ−１）² ……(3) 次に分圧抵抗１２を２／Ｋの位置にすると、分
圧抵抗１２と演算増幅器１３とのトータルゲイン
は、２／Ｋ×Ｋ＝２〔倍〕となり、時限は次式で
示される。

Ｔ＝30／（I²−１）＋〔（Ｉ−１）×２〕² ……(4) この(4)式で、界磁電流を100％〜220％まで変化
させて時限を図示したのが第４図Ｄで上記Ｃの場
合よりもさらに数秒前に発電機の耐量時限を検出
できる。

すなわち、界磁電流が100％を越えない時は、
リレー１１が不動作で接点７１ｂが閉となるため
に積分用コンデンサ２０は短絡されており、演算
増幅器２１の出力は上昇せず、比較器２２は動作
しない。

したがつて、リレー２４は付勢されず、接点２
４ａは、開状態を維持するので、第５図に示すリ
レー７３，７５は非励磁のままで、よつて偏差検
出器８の偏差信号（過励磁制限信号）は偏差増幅
器９に供給されない。接点７５ｂから供給される
偏差信号は極性が逆であるために、過励磁制限信
号とならず、AVR４は制限を受けない。

次に、界磁電流が100％を越えた場合、第４図
のＢ，Ｃ，Ｄのような時点で過励磁制限信号を
AVR４に供給し界磁電流を制限して発電機を保
護する。

リレー７１は上記リレー１１が付勢されるとそ
の接点１１ａの閉成によつて励磁され、次いで、
接点７１ａの閉成によつて自己保持される。

一方、リレー１１が不動作となつて接点７１ｂ
が閉となると、タイマー７２が動作を開始し、一
定の時限後に接点７２Tbが開となつてリレー７
１は不動作となる。すなわち、リレー７１は、リ
レー１１が動作するとともに動作し、リレー１１
が不動作となつてから一定時限後に閉となる。タ
イマー７２は、数十秒〜数分程度の時限に設定す
るために界磁電流を定格100％より下に制限した
直後に再度増磁信号が入つてもリレー７１は自己
保持されていて、積分回路の出力は、零にリセツ
トされていないから、すぐにリレー２４が動作し
て接点７３ａおよび７５ａが閉となるので即時に
過励磁制限を始める。

したがつて、短時間過励磁が繰り返し入つて来
た場合、第１回目はフルフオージングさせるが、
第２回目以降は発電機の温度上昇が限界点付近に
あるので、フルフオージングは止めて直に制限を
かけて発電機を保護する。

発電機電圧検出リレー３３は、発電機の発生電
圧が通常運転範囲であるかどうかを検出するもの
であり、通常運転範囲とは発電機定格電圧の＋５
％〜−５％の間にあることを意味する。検出リレ
ー３３は、その動作点を設定器３４で細かく設定
できるようになつており、例えば＋５％以上で動
作するように設定される。

発電機電圧が＋５％以上で界磁電流が許容値以
上の場合は、リレー３３の接点３３ａが閉とな
り、接点３３ｂが開となるので、偏差検出器８よ
りの偏差信号を過励磁制限信号として偏差増幅回
路９を介して上記AVR４に供給する。

なお、発電機電圧検出リレー３３は、交直変換
器３１を介して検出した発電機電圧を比較回路３
２で電圧設定器３４で設定された基準電圧と比較
して、上記検出値が上記基準値を越えた時に付勢
される構成である。

次に、発電機電圧が通常運転範囲で系統電圧が
低下した場合、フルフオージングして界磁電流が
許容値を越えるが、この時には発電機電圧検出リ
レー３３は不動作で、上述のようにリレー１１が
動作して、その後第４図のような時限の後にリレ
ー２４が動作して過励磁制限を開始する。

すなわち、演算増幅器４７は傾斜信号発生回路
を形成している。この傾斜信号発生回路である演
算増幅器４７は入力抵抗４６およびコンデンサ４
８とともに積分回路を構成している。コンデンサ
４８には、上記リレー７３の接点７３ｂ、リレー
３３の接点３３ａが並列に接続されている。演算
増幅器４７には、演算増幅器４４の出力を分圧抵
抗４５で分圧して入力する。４３は、演算増幅器
４４のフイードバツク抵抗、４１，４２は、各々
入力抵抗である。

演算増幅器４４は、ゲインを非常に高くとつて
あるので出力は飽和している。したがつて、分圧
抵抗４５の分圧点を高くすると、コンデンサ４８
は速く充電されるので積分速度は速くなる。ま
た、分圧点を低下くすると、積分速度は遅くな
る。したがつて、分圧抵抗４５によつて傾斜信号
の傾斜角が設定される。演算増幅器４７は、接点
３３ｂ，７５ａを介して偏差増幅器９に接続され
ている。演算増幅器４７の傾斜信号出力は、演算
増幅器５１を介して極性変換され、入力抵抗４１
から演算増幅器４４にフイードバツクされる。４
９は、その入力抵抗、５０はそのフイードバツク
抵抗である。

また、交直変換器３１を介して検出された発電
機電圧は所定の電圧設定器３４で設定された設定
値と比較器３２で比較され、検出値が設定値以上
の時に発電機電圧検出リレー３３を動作させる。

しかるに、リレー２４が動作するまでは、接点
７３ｂが閉でコンデンサ４８を短絡しているの
で、積分回路の出力は零で接点７５ａは開であ
り、過励磁制限信号は接点７５ｂ、偏差増幅器９
を介してAVR４の信号混合部に供給される。
AVR４の信号混合部は、供給される信号の極性
が反対であることを判断したときは過励磁制限機
能を除去する優先順位特性となつて供給信号をロ
ツクする。

次に、リレー２４が動作すると、接点７３ｂが
開となり接点７５ａが閉となるので、積分回路は
積分動作を始める。そして、傾斜信号発生回路よ
りの傾斜信号が除々にAVR４に供給されること
になり、発電機に与えるシヨツクは軽減される。

そして、一定時限後にタイマ７６がその接点７
６Tbを開とし、リレー７５を非励磁とするので、
接点７５ａは開となり、積分回路は切り離される
ことになる。このため、過励磁制限信号は接点７
５ｂから偏差増幅器９を介してAVR４に供給さ
れることになり、制御遅れは発生しない。

なお、以上の実施例では励磁機のないもので説
明したが、例えば直流励磁機、ブラシレス励磁機
を使用した励磁装置でも同様の効果を奏する。ま
た、発電機は、例えば同期調相機等の他の回転機
であつてもよい。

以上のようにこの発明によると、界磁電流の大
きさに反比例して通電時限を定めその間は過励磁
状態を許容するようにしたので、回転機の能力の
限界まで系統の電圧回復に寄与することができる
とともに回転機の能力の限界寸前または過負荷耐
量より所定時間前に過励磁制限信号を傾斜状態に
して除々に供給できるようにして回転機にシヨツ
クを与えることなく、かつ界磁電流を制限するの
に多少の時間を要しても過励磁耐量より確実に前
に回転機を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のブロツク図、第２図は、発電
機の特性図、第３図は、この発明の一実施例のブ
ロツク図、第４図は、同実施例の動作を説明する
特性図、第５図は、同実施例のシーケンス図であ
る。 １……発電機、４……自動電圧調整装置
（AVR）、５……定格界磁電流設定器、８……偏
差検出器、１０……界磁電流検出器、１１，２
４，３３，７１，７３，７５……リレー、１２…
…分圧抵抗、１３，１４，１５，２１，４７……
演算増幅器、１６……減算器、１７……ベース量
設定器、１８……加算回路、２２，３２……比較
器、４５……入力抵抗、４８……コンデンサ。な
お、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転機の出力電圧に応じてその界磁電流を制
   御する自動電圧調整装置と、上記回転機の界磁電
   流を検出する界磁電流検出回路と、定格負荷時の
   定格界磁電流を設定する定格界磁電流設定回路
   と、上記界磁電流検出回路で検出された界磁電流
   を二乗する第１の演算回路と、上記定格界磁電流
   の二乗に等しい電圧を設定するベース量設定器
   と、上記第１の演算回路の演算値から上記ベース
   量設定器の設定値を減算する減算器と、上記定格
   界磁電流設定回路の設定値と上記界磁電流検出回
   路の検出値との偏差を検出する偏差検出器と、こ
   の偏差検出器で検出された偏差信号を所定の利得
   で増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力を二
   乗する第２の演算回路と、この第２の演算回路の
   演算値と上記減算器の減算値とを加算する加算回
   路と、この加算回路の加算値を積分する積分回路
   と、上記回転機の界磁電流が上記定格負荷時の定
   格界磁電流を越えた時のみ上記積分回路を動作す
   る制御回路と、上記積分回路の出力が一定値以上
   の時に動作する界磁電流超過検出回路と、上記回
   転機の発生電圧が通常運転範囲の上限以上である
   か否かを検出する発生電圧検出回路と、この発生
   電圧検出回路で通常運転範囲以上の発生電圧を検
   出し、かつ界磁電流が許容値以上であることを上
   記界磁電流超過検出回路で検出した場合には上記
   自動電圧調整装置に即時上記偏差検出信号を過励
   磁制限信号として上記自動電圧調整装置に供給す
   る過励磁制限信号供給回路と、上記回転機の発生
   電圧が通常運転範囲内で界磁電流がその許容値以
   上になつた場合には超過偏差分に反比例する時限
   内は上記過励磁制限信号を除外し許容時間後に傾
   斜した過励磁制限信号を所定時間上記自動電圧調
   整装置に供給する傾斜信号発生回路とを備えた回
   転機の励磁制御装置。 ２ 上記増幅回路が、偏差検出信号を所定値に分
   圧する分圧抵抗とこの分圧抵抗の分圧値を所定の
   ゲイン定数で増幅する演算増幅器とから構成され
   た特許請求の範囲第１項に記載の回転機の励磁制
   御装置。