JP2954261B2 - 交流励磁形可変速発電機 - Google Patents
交流励磁形可変速発電機Info
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- JP2954261B2 JP2954261B2 JP6704090A JP6704090A JP2954261B2 JP 2954261 B2 JP2954261 B2 JP 2954261B2 JP 6704090 A JP6704090 A JP 6704090A JP 6704090 A JP6704090 A JP 6704090A JP 2954261 B2 JP2954261 B2 JP 2954261B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流励磁形可変速発電機に関り、特に出力
電圧波形を良好にするための交流励磁形可変速発電機に
関する。
電圧波形を良好にするための交流励磁形可変速発電機に
関する。
第１図に示した可変速発電設備では交流励磁形可変速
発電機を使用し、発電機の界磁巻線を可変周波数の交流
で励磁することによって、形成された回転磁界の速度と
回転子の回転速度の和を常に一定とし、電機子巻線に一
定周波数の交流出力電圧を誘起させる。このような可変
速発電方式を採ることにより、例えば特開昭57−113971
号公報，特開昭62−165581号公報に開示されているよう
に電力系統の周波数調整能力，安定性および総合発電効
率の向上が可能となる。
発電機を使用し、発電機の界磁巻線を可変周波数の交流
で励磁することによって、形成された回転磁界の速度と
回転子の回転速度の和を常に一定とし、電機子巻線に一
定周波数の交流出力電圧を誘起させる。このような可変
速発電方式を採ることにより、例えば特開昭57−113971
号公報，特開昭62−165581号公報に開示されているよう
に電力系統の周波数調整能力，安定性および総合発電効
率の向上が可能となる。
前記可変速発電方式に用いる発電機の回転子は可変周
波数電源によって交流励磁される必要があるため、固定
子と回転子とも等間隔配置された鉄心スロットを設け、
双方の鉄心スロットに三相巻線が施されている。
波数電源によって交流励磁される必要があるため、固定
子と回転子とも等間隔配置された鉄心スロットを設け、
双方の鉄心スロットに三相巻線が施されている。
上記従来技術で述べた可変速発電設備では、発電機と
して前記交流励磁形可変速発電機を使用しているが、可
変速発電設備用として、交流励磁形可変速発電機が具備
すべき機械構造まで考慮していなかった。
して前記交流励磁形可変速発電機を使用しているが、可
変速発電設備用として、交流励磁形可変速発電機が具備
すべき機械構造まで考慮していなかった。
すなわち、交流励磁形可変速発電機は、回転子、固定
子とも鉄心スロット構造を有するため、これらのスロッ
トによる磁気抵抗脈動が発生する。更にこのような磁気
抵抗脈動は出力電圧歪みの原因となり得るという問題を
有している。したがって、スロット構造、スロット数お
よび巻線形態などの機械構造を詳細に検討した交流励磁
形可変速発電機を使用しなければ、この種の可変速発電
設備が供給する電圧波形の品質を良好なものにすること
はできない。しかしながら、従来は可変速発電設備に用
いられる交流励磁形可変速発電機の出力電圧波形におい
て、発電機の機械構造によって発生する高調波への配慮
は殆ど為されていなかった。
子とも鉄心スロット構造を有するため、これらのスロッ
トによる磁気抵抗脈動が発生する。更にこのような磁気
抵抗脈動は出力電圧歪みの原因となり得るという問題を
有している。したがって、スロット構造、スロット数お
よび巻線形態などの機械構造を詳細に検討した交流励磁
形可変速発電機を使用しなければ、この種の可変速発電
設備が供給する電圧波形の品質を良好なものにすること
はできない。しかしながら、従来は可変速発電設備に用
いられる交流励磁形可変速発電機の出力電圧波形におい
て、発電機の機械構造によって発生する高調波への配慮
は殆ど為されていなかった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、高調波
発生を抑制し、良好な品質の出力電圧波形を供給し得る
機械構造を採った交流励磁形可変速発電機を提供するこ
とを目的とする。
発生を抑制し、良好な品質の出力電圧波形を供給し得る
機械構造を採った交流励磁形可変速発電機を提供するこ
とを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では等間隔に配置
された鉄心スロットに界磁巻線を収納した回転子と、等
間隔に配置された鉄心スロットに電機子巻線を収納した
固定子と、前記回転子に収納された界磁巻線を交流励磁
する電力変換器とを備えた交流励磁形可変速発電機にお
いて、極数P,全固定子スロット数Ns,全回転子スロット
数Nrとしたとき,2極あたりの回転子スロット数（2Nr/
P）を６の倍数にした回転子と、２極あたりの固定子ス
ロット数（2Ns/P）を６の倍数でない数とした固定子と
を備えたことを特徴とするものである。
された鉄心スロットに界磁巻線を収納した回転子と、等
間隔に配置された鉄心スロットに電機子巻線を収納した
固定子と、前記回転子に収納された界磁巻線を交流励磁
する電力変換器とを備えた交流励磁形可変速発電機にお
いて、極数P,全固定子スロット数Ns,全回転子スロット
数Nrとしたとき,2極あたりの回転子スロット数（2Nr/
P）を６の倍数にした回転子と、２極あたりの固定子ス
ロット数（2Ns/P）を６の倍数でない数とした固定子と
を備えたことを特徴とするものである。
〔作用〕 本発明によれば、このような回転子及び固定子構造を
備えることにより、電圧波形が歪みの少ない、高品質な
電力を供給できる交流励磁形可変速発電機を得ることが
できる。
備えることにより、電圧波形が歪みの少ない、高品質な
電力を供給できる交流励磁形可変速発電機を得ることが
できる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は、本発明を説明するための可変速発電設備構
成図であり、特に風力発電設備を想定して例示してい
る。可変速発電設備は発電機として交流励磁形同期発電
機１を使用し、発電機１の界磁側端子２には可変周波数
の交流励磁装置３が接続される。ここで使用される交流
励磁形同期発電機１は第４図に示すように回転子7,固定
子８からなり、これらはいずれも鉄心スロット構造の回
転子スロット11,固定子スロット12を有し、それぞれに
界磁巻線9,電機子巻線10が施されている。更に第２図に
示すように回転子スロット11,固定子スロット12ともそ
れぞれ回転子7,固定子８に等間隔配置されるような断面
構成を有し、界磁巻線９の形成する回転磁界の速度と風
車５によって駆動される回転子７の回転速度が交流励磁
装置３の供給する周波数によらず常に一定となるように
制御することにより電機子巻線10に誘起する電圧の周波
数を常に一定としている。したがって、第１図における
電機子側端子４からは一定周波数の電圧が電力系統６に
出力される。
成図であり、特に風力発電設備を想定して例示してい
る。可変速発電設備は発電機として交流励磁形同期発電
機１を使用し、発電機１の界磁側端子２には可変周波数
の交流励磁装置３が接続される。ここで使用される交流
励磁形同期発電機１は第４図に示すように回転子7,固定
子８からなり、これらはいずれも鉄心スロット構造の回
転子スロット11,固定子スロット12を有し、それぞれに
界磁巻線9,電機子巻線10が施されている。更に第２図に
示すように回転子スロット11,固定子スロット12ともそ
れぞれ回転子7,固定子８に等間隔配置されるような断面
構成を有し、界磁巻線９の形成する回転磁界の速度と風
車５によって駆動される回転子７の回転速度が交流励磁
装置３の供給する周波数によらず常に一定となるように
制御することにより電機子巻線10に誘起する電圧の周波
数を常に一定としている。したがって、第１図における
電機子側端子４からは一定周波数の電圧が電力系統６に
出力される。
以下においては、交流励磁形同期発電機の出力電圧に
含まれる高調波成分を低減させるように機械構造を選定
する方法を、交流励磁形同期発電機の巻線構成およびス
ロット数等の機械構造に起因する高調波発生機構の説明
を交えながら説明する。
含まれる高調波成分を低減させるように機械構造を選定
する方法を、交流励磁形同期発電機の巻線構成およびス
ロット数等の機械構造に起因する高調波発生機構の説明
を交えながら説明する。
交流励磁形同期発電機の界磁巻線は空間的に位置の異
なるスロット中に分布して巻かれるいわゆる分布巻の形
態が採られる。したがって、高調波を考慮した形で界磁
電流の空間的な分布ｊ（x,t）を とおく。ここでｘは固定子座標系に固定され２極分が２
πに対応するものとした。ω０は同期速度に相当する角
周波数であり、akはｋ次電流分布の振幅である。このよ
うな電流分布より起磁力分布AT（x,t）は となる。
なるスロット中に分布して巻かれるいわゆる分布巻の形
態が採られる。したがって、高調波を考慮した形で界磁
電流の空間的な分布ｊ（x,t）を とおく。ここでｘは固定子座標系に固定され２極分が２
πに対応するものとした。ω０は同期速度に相当する角
周波数であり、akはｋ次電流分布の振幅である。このよ
うな電流分布より起磁力分布AT（x,t）は となる。
次に，各々回転子および固定子スロットによる磁気抵
抗の空間的変化を考慮し、磁気抵抗分布の逆数であるパ
ーミアンスの空間分布Ｐ（x,t）を次のように仮定す
る。
抗の空間的変化を考慮し、磁気抵抗分布の逆数であるパ
ーミアンスの空間分布Ｐ（x,t）を次のように仮定す
る。
Ｐ（x,t）＝P0−P1・cos k1（ｘ−ω0t） −P2・cos k2x （３） （３）式においてk1およびk2はそれぞれ２極あたりの
回転子スロット数および固定子スロット数であり、P0、
P1およびP2はそれぞれ平滑分パーミアンス、回転子スロ
ットによる脈動分パーミアンス振幅および固定子スロッ
トによる脈動分パーミアンス振幅である。第１項は時間
的にも空間的にも変動のない成分となり、第２項は回転
子スロットの影響として現れる時間的、空間的に変動す
る成分および第３項は固定子スロットの影響として現れ
る空間的に対してのみ変動する成分となる。磁束密度は
起磁力とパーミアンスの積で計算できるから、（２）お
よび（３）式より磁束密度分布Ｂ（x,t）は次式のよう
になる。
回転子スロット数および固定子スロット数であり、P0、
P1およびP2はそれぞれ平滑分パーミアンス、回転子スロ
ットによる脈動分パーミアンス振幅および固定子スロッ
トによる脈動分パーミアンス振幅である。第１項は時間
的にも空間的にも変動のない成分となり、第２項は回転
子スロットの影響として現れる時間的、空間的に変動す
る成分および第３項は固定子スロットの影響として現れ
る空間的に対してのみ変動する成分となる。磁束密度は
起磁力とパーミアンスの積で計算できるから、（２）お
よび（３）式より磁束密度分布Ｂ（x,t）は次式のよう
になる。
電機子巻線に鎖交する磁束Φ（ｔ）は，（４）式で導
出した磁束密度Ｂ（x,t）の各空間高調波の半波にわた
る空間の定積分になることを考慮すれば， となる。（５）式中KFは比例定数であり、fwnはｎ次空
間高調波に対する電機子巻線の巻線係数である。式中現
れている巻線係数は、空間的に分布する磁束の基本波、
或は各空間高調波磁束が巻線に鎖交する割合を示す係数
である。すなわち、巻線係数fwnが１の場合にｎ次空間
高調波磁束は全て巻線に鎖交し、巻線係数fwnが０の場
合にｎ次空間高調波磁束は巻線に全く鎖交しないことに
なる（文献：例えば、穴山武著、エネルギー変換工学基
礎論、丸善、昭52年）。更に（５）式を時間微分すれば
次式のように電機子電圧が算出される。
出した磁束密度Ｂ（x,t）の各空間高調波の半波にわた
る空間の定積分になることを考慮すれば， となる。（５）式中KFは比例定数であり、fwnはｎ次空
間高調波に対する電機子巻線の巻線係数である。式中現
れている巻線係数は、空間的に分布する磁束の基本波、
或は各空間高調波磁束が巻線に鎖交する割合を示す係数
である。すなわち、巻線係数fwnが１の場合にｎ次空間
高調波磁束は全て巻線に鎖交し、巻線係数fwnが０の場
合にｎ次空間高調波磁束は巻線に全く鎖交しないことに
なる（文献：例えば、穴山武著、エネルギー変換工学基
礎論、丸善、昭52年）。更に（５）式を時間微分すれば
次式のように電機子電圧が算出される。
（６）式において第１項は界磁起磁力ｋ次高調波成分
に起因して発生する電圧高調波であり、これら界磁起磁
力高調波成分と平滑分パーミアンスによって決定され
る。特にｋ＝１は出力電圧の基本波成分となるものであ
る。第２項、第３項は回転子スロットによるパーミアン
ス脈動に起因して発生する電圧高調波である。第４項、
第５項は固定子スロットによるパーミアンス脈動と特定
の界磁起磁力高調波に起因して発生する電圧高調波であ
る。
に起因して発生する電圧高調波であり、これら界磁起磁
力高調波成分と平滑分パーミアンスによって決定され
る。特にｋ＝１は出力電圧の基本波成分となるものであ
る。第２項、第３項は回転子スロットによるパーミアン
ス脈動に起因して発生する電圧高調波である。第４項、
第５項は固定子スロットによるパーミアンス脈動と特定
の界磁起磁力高調波に起因して発生する電圧高調波であ
る。
ここで、特に比較的大きくなる可能性のある高調波を
抑制する方法について以下に述べる。
抑制する方法について以下に述べる。
前記（６）式の第２項および第３項において特にｋが
１のときすなわちk1±１次時間高調波電圧の振幅は、 であり、k1±１次高調波に対する電機子巻線の巻線係数
ｆｗ（k1±１）が大きければ当該高調波成分は無視でき
なくなる。
１のときすなわちk1±１次時間高調波電圧の振幅は、 であり、k1±１次高調波に対する電機子巻線の巻線係数
ｆｗ（k1±１）が大きければ当該高調波成分は無視でき
なくなる。
一方、前記（６）式の第４項において、ｋ次時間高調
波電圧の振幅は、 であり、|k2−k|が小さい値となり、かつ、|k2−k|次空
間高調波に対する電機子巻線の巻線係数fw(k2-k)が無視
できない値になるとき、当該高調波成分が無視できなく
なる。特に、（８）式の時間高調波次数ｋがk2−１から
k2＋１の範囲で、|k2−k|が１となる条件を満たす２極
あたりの固定子スロット数k2が存在する場合、|k2−k|
空間高調波に対する電機子巻線巻線係数fw(k2-k)は基本
波に対する巻線係数fw1となる。基本波に対する巻線係
数fw1は、通常小さくできないため当該高調波成分は大
きくなる可能性がある。
波電圧の振幅は、 であり、|k2−k|が小さい値となり、かつ、|k2−k|次空
間高調波に対する電機子巻線の巻線係数fw(k2-k)が無視
できない値になるとき、当該高調波成分が無視できなく
なる。特に、（８）式の時間高調波次数ｋがk2−１から
k2＋１の範囲で、|k2−k|が１となる条件を満たす２極
あたりの固定子スロット数k2が存在する場合、|k2−k|
空間高調波に対する電機子巻線巻線係数fw(k2-k)は基本
波に対する巻線係数fw1となる。基本波に対する巻線係
数fw1は、通常小さくできないため当該高調波成分は大
きくなる可能性がある。
以上のように、第２図における回転子スロット11の
数、固定子スロット12の数および電機子巻線10の巻線係
数を適正に選択しなければ前記の各種高調波が発生する
ことになる。
数、固定子スロット12の数および電機子巻線10の巻線係
数を適正に選択しなければ前記の各種高調波が発生する
ことになる。
いま、回転子７の２極に対して回転子スロット11の数
が６の倍数となる場合、前記（２）式に示したｋ次電流
分布の振幅akの絶対値は次のようになる。
が６の倍数となる場合、前記（２）式に示したｋ次電流
分布の振幅akの絶対値は次のようになる。
このとき、前記（６）式第１項において、界磁起磁力
の次数が１のときすなわち出力電圧基本波の振幅と前記
（７）式のk1±１次電圧高調波振幅の比は となる。いま、前記（３）式における極限の場合として
P2＝０、P1＝P0のように回転子スロットによる脈動パー
ミアンスが最大となる場合（10）式は となり、電機子側端子４における出力電圧の歪み率をｎ
（p.u.）以下とすべきとき、少なくとも（11）式は、ｎ
以下とならなければならないから、k1±１次空間高調波
に対する電機子巻線の巻線係数ｆｗ（k1±１）は ｆｗ（k1±１）≦２・ｎ・fw1 （12） の関係を満たさなければならない。
の次数が１のときすなわち出力電圧基本波の振幅と前記
（７）式のk1±１次電圧高調波振幅の比は となる。いま、前記（３）式における極限の場合として
P2＝０、P1＝P0のように回転子スロットによる脈動パー
ミアンスが最大となる場合（10）式は となり、電機子側端子４における出力電圧の歪み率をｎ
（p.u.）以下とすべきとき、少なくとも（11）式は、ｎ
以下とならなければならないから、k1±１次空間高調波
に対する電機子巻線の巻線係数ｆｗ（k1±１）は ｆｗ（k1±１）≦２・ｎ・fw1 （12） の関係を満たさなければならない。
一方、前記（６）式第１項における界磁起磁力の次数
が１のとき、すなわち出力電圧基本波の振幅と前記
（８）式のｋ次電圧高調波振幅の比は となる。いま、前記（３）式における極限の場合として
P1＝０、P2＝P0のように固定子スロットによる脈動パー
ミアンスが最大となる場合（13）式は となり、電機子側端子４における出力電圧の歪み率をｎ
（p.u.）以下とすべきとき、少なくとも（14）式は、ｎ
以下とならなければならないから、k2−ｋ次空間高調波
に対する電機子巻線の巻線係数fw(k2-k)は fw(k2-k)≦２・ｎ・|k2−k|・ｋ・fw1 （15） の関係を満たさなければならない。ここで|k2−k|が１
の場合 fw(k2-k)＝fw1 （16） となり、（15）式な成立できないため |k2−k|≠１ （17） の条件を満足できる２極あたりの固定子スロット数k2と
する必要がある。
が１のとき、すなわち出力電圧基本波の振幅と前記
（８）式のｋ次電圧高調波振幅の比は となる。いま、前記（３）式における極限の場合として
P1＝０、P2＝P0のように固定子スロットによる脈動パー
ミアンスが最大となる場合（13）式は となり、電機子側端子４における出力電圧の歪み率をｎ
（p.u.）以下とすべきとき、少なくとも（14）式は、ｎ
以下とならなければならないから、k2−ｋ次空間高調波
に対する電機子巻線の巻線係数fw(k2-k)は fw(k2-k)≦２・ｎ・|k2−k|・ｋ・fw1 （15） の関係を満たさなければならない。ここで|k2−k|が１
の場合 fw(k2-k)＝fw1 （16） となり、（15）式な成立できないため |k2−k|≠１ （17） の条件を満足できる２極あたりの固定子スロット数k2と
する必要がある。
以上のような構成の交流励磁形同期発電機を使用すれ
ば、出力電圧の歪みを少なくした可変速発電設備が得ら
れる。
ば、出力電圧の歪みを少なくした可変速発電設備が得ら
れる。
次に、第１図に示した可変速発電設備において、交流
励磁形同期発電機２に対する高調波の少ない機械構成を
決定していく過程を述べる。
励磁形同期発電機２に対する高調波の少ない機械構成を
決定していく過程を述べる。
この種の回転電機においては、鉄心スロットの数、巻
線係数、起磁力高調波次数等は、各々独立に決定される
性格のものでなく、相互に関連を持っているものであ
る。すなわち高調波の少ない機械構成を実現するために
は、例えば先に述べた巻線係数、スロット数等の条件を
満足するように何度かの試算を行い、好適な条件を探す
などの方法がある。
線係数、起磁力高調波次数等は、各々独立に決定される
性格のものでなく、相互に関連を持っているものであ
る。すなわち高調波の少ない機械構成を実現するために
は、例えば先に述べた巻線係数、スロット数等の条件を
満足するように何度かの試算を行い、好適な条件を探す
などの方法がある。
第３図は電圧波形の歪みが少なくなる条件を探す過程
の１例を示している。この場合、交流励磁形同期発電機
の容量および回転子の回転速度などから規定される回転
子の構成すなわち図中101、102で回転子スロット数およ
び界磁巻線の巻線方法を決定し、次いで、各空間高調波
に対する電機子巻線の巻線係数が出力端子電圧に含まれ
る高調波を抑制するのに最適な値となるまで、図中103
〜106のように固定子スロット数および電機子巻線の巻
線方法を変化させ、繰返し演算により選択することによ
って固定子スロット数および電機子巻線の巻線方法を決
定するような手順となる。以下に、その過程を例示す
る。
の１例を示している。この場合、交流励磁形同期発電機
の容量および回転子の回転速度などから規定される回転
子の構成すなわち図中101、102で回転子スロット数およ
び界磁巻線の巻線方法を決定し、次いで、各空間高調波
に対する電機子巻線の巻線係数が出力端子電圧に含まれ
る高調波を抑制するのに最適な値となるまで、図中103
〜106のように固定子スロット数および電機子巻線の巻
線方法を変化させ、繰返し演算により選択することによ
って固定子スロット数および電機子巻線の巻線方法を決
定するような手順となる。以下に、その過程を例示す
る。
いま、規格で定められる電圧波形の歪み率が３％以内
であるとし、これを満足する固定子および回転子の構成
を決定するものとする。更に、ここでは20極程度の極数
を持つ交流励磁形同期発電機を想定し、２極あたりの回
転子スロット数k1、界磁巻線形態としてのコイルピッチ
および極ピッチを第１表のように決定する。
であるとし、これを満足する固定子および回転子の構成
を決定するものとする。更に、ここでは20極程度の極数
を持つ交流励磁形同期発電機を想定し、２極あたりの回
転子スロット数k1、界磁巻線形態としてのコイルピッチ
および極ピッチを第１表のように決定する。
このとき、前記（１）式に示したｋ次界磁電流分布の
振幅akは次のように求められる。
振幅akは次のように求められる。
（18）式からわかるように本実施例のような２極あた
りの回転子スロット数k1が６の倍数であるとき、界磁起
磁力の次数ｋとしては基本波のほか6m±１（ｍ＝1,2,3
…）次高調波成分が存在する。
りの回転子スロット数k1が６の倍数であるとき、界磁起
磁力の次数ｋとしては基本波のほか6m±１（ｍ＝1,2,3
…）次高調波成分が存在する。
次に固定子の構成を決定する。まず、２極あたりの回
転子スロット数k2、電機子巻線形態としてのコイルピッ
チおよび極ピッチを第２表のように考えてみる。
転子スロット数k2、電機子巻線形態としてのコイルピッ
チおよび極ピッチを第２表のように考えてみる。
この仕様に対して、前記（７）式に示した電圧高調波
次数は24±１次となる。したがって、問題となる電機子
巻線の巻線係数は23次、25次であり、これらは第３表に
示すような値になる。
次数は24±１次となる。したがって、問題となる電機子
巻線の巻線係数は23次、25次であり、これらは第３表に
示すような値になる。
これをみると23次、25次に対する巻線係数は、基本波
と同程度の値を持ち、前記（７）式に示した電圧高調波
が大きくなる可能性があるといえる。ここで、固定子側
でみた回転子スロットによる脈動パーミアンス振幅P1を
次のように仮定する。
と同程度の値を持ち、前記（７）式に示した電圧高調波
が大きくなる可能性があるといえる。ここで、固定子側
でみた回転子スロットによる脈動パーミアンス振幅P1を
次のように仮定する。
P1＝0.1・P0 （19） このパーミアンス振幅P1を用い前記（７）式の電圧高
調波に相当する23次、25次調波を計算し、前記（６）式
から計算される基本波電圧で規格化することにより第４
表に示した値が得られる。
調波に相当する23次、25次調波を計算し、前記（６）式
から計算される基本波電圧で規格化することにより第４
表に示した値が得られる。
これより、第２表で考えた固定子構成では電圧歪み率
の規格が満足されない。次に、２極あたりの固定子スロ
ット数k2、電機子巻線形態としてのコイルピッチおよび
極ピッチを第５表のように考えてみる。
の規格が満足されない。次に、２極あたりの固定子スロ
ット数k2、電機子巻線形態としてのコイルピッチおよび
極ピッチを第５表のように考えてみる。
この仕様に対しても、前記（７）式に示した電圧高調
波次数は先と同様に24±１次となる。すなわち、問題と
なる電機子巻線の巻線係数は23次、25次であり、これら
は第６表に示すような値になる。
波次数は先と同様に24±１次となる。すなわち、問題と
なる電機子巻線の巻線係数は23次、25次であり、これら
は第６表に示すような値になる。
これらの値および（10）式のパーミアンスを用いて、
23次および25次電圧高調波を計算した結果を第７表に示
した。
23次および25次電圧高調波を計算した結果を第７表に示
した。
同表をみると当該高調波が低減されている。このよう
な低減効果は、23次および25次空間高調波すなわち前記
（７）式におけるk1±１次空間高調波に対する電機子巻
線の巻線係数が小さいことにより得られたものである。
な低減効果は、23次および25次空間高調波すなわち前記
（７）式におけるk1±１次空間高調波に対する電機子巻
線の巻線係数が小さいことにより得られたものである。
一方、前記（８）式における高調波を試算してみる。
ここで問題となる次数は２極あたりの固定子スロット数
k2と界磁起磁力高調波次数ｋの差が±１の範囲で考える
と、ｋが17次および19次となる。ここで固定子側からみ
た固定子スロットによるパーミアンス振幅P2を P2＝0.8・P0 （20） とする。また、前記|k2±k|は17次、19次ともに１とな
るため巻線係数は基本波に対する巻線係数となり、
（８）式で計算される17次および19次電圧高調波は第８
表のようになる。
ここで問題となる次数は２極あたりの固定子スロット数
k2と界磁起磁力高調波次数ｋの差が±１の範囲で考える
と、ｋが17次および19次となる。ここで固定子側からみ
た固定子スロットによるパーミアンス振幅P2を P2＝0.8・P0 （20） とする。また、前記|k2±k|は17次、19次ともに１とな
るため巻線係数は基本波に対する巻線係数となり、
（８）式で計算される17次および19次電圧高調波は第８
表のようになる。
以上の17、19、23、25次高調波により電圧歪み率を計
算した結果、歪み率は3.25％となり、３％以内とならな
い。したがって、更に他の固定子構成を第９表のように
考える。
算した結果、歪み率は3.25％となり、３％以内とならな
い。したがって、更に他の固定子構成を第９表のように
考える。
この仕様に対しても、前記（７）式に示した電圧高調
波次数は先と同様に24±１次となる。すなわち、問題と
なる電機子巻線の巻線係数は23次、25次であり、これら
は第10表に示すような値になる。
波次数は先と同様に24±１次となる。すなわち、問題と
なる電機子巻線の巻線係数は23次、25次であり、これら
は第10表に示すような値になる。
これらの値および（10）式のパーミアンスを用いて、
23次および25次電圧高調波を計算した結果を第11表に示
した。
23次および25次電圧高調波を計算した結果を第11表に示
した。
同表をみると当該高調波が低減されている。
一方、前記（８）式における高調波を試算してみる。
ここで問題となる次数は２極あたりの固定子スロット数
k2と界磁起磁力高調波次数ｋの差が±１の範囲で考える
と、ｋが17次となる。ここで固定子側からみた固定子ス
ロットによるパーミアンス振幅P2を先と同様に（11）式
で考える。また、前記|k2±k|は0.2となるため巻線係数
は0.2次高調波に対する巻線係数となり、その値は0.015
5となる。これらを用い（８）式で計算される17次電圧
高調波は0.19％、電圧歪み率は0.39％となる。
ここで問題となる次数は２極あたりの固定子スロット数
k2と界磁起磁力高調波次数ｋの差が±１の範囲で考える
と、ｋが17次となる。ここで固定子側からみた固定子ス
ロットによるパーミアンス振幅P2を先と同様に（11）式
で考える。また、前記|k2±k|は0.2となるため巻線係数
は0.2次高調波に対する巻線係数となり、その値は0.015
5となる。これらを用い（８）式で計算される17次電圧
高調波は0.19％、電圧歪み率は0.39％となる。
ここで、２極あたりの固定子スロット数k2を６の倍数
としなかったことにより、前記（８）式で計算される17
次電圧高調波では電機子巻線の巻線係数が基本波に対す
る値とならないため当該高調波成分は低減されているこ
とがわかる。
としなかったことにより、前記（８）式で計算される17
次電圧高調波では電機子巻線の巻線係数が基本波に対す
る値とならないため当該高調波成分は低減されているこ
とがわかる。
以上、本実施例によれば交流励磁形同期発電機の出力
電圧高調波は、２極あたりの回転子スロット数をk1、固
定子スロット数をk2とし、界磁起磁力にｋ次高調波成分
が存在したとき、k1±１次空間高調波に対する電機子巻
線の巻線係数が小さく、かつ、電圧時間高調波次数ｋが
k2−１からk2＋１の範囲で、|k2±k|が１とならず|k2±
k|次空間高調波に対する電機子巻線の巻線係数が小さい
場合に高調波の少ない電圧となり、品質の良好な出力電
圧を供給する可変速発電設備が得られる。
電圧高調波は、２極あたりの回転子スロット数をk1、固
定子スロット数をk2とし、界磁起磁力にｋ次高調波成分
が存在したとき、k1±１次空間高調波に対する電機子巻
線の巻線係数が小さく、かつ、電圧時間高調波次数ｋが
k2−１からk2＋１の範囲で、|k2±k|が１とならず|k2±
k|次空間高調波に対する電機子巻線の巻線係数が小さい
場合に高調波の少ない電圧となり、品質の良好な出力電
圧を供給する可変速発電設備が得られる。
なお、本実施例では風力をエネルギ源とした可変速発
電装置を想定して述べたが、水力等の他の可変速発電設
備においても品質の良好な出力電圧を供給することがで
きる。
電装置を想定して述べたが、水力等の他の可変速発電設
備においても品質の良好な出力電圧を供給することがで
きる。
上述のように、本発明によれば出力端子における高調
波を低減し、品質の良い電圧波形を供給する交流励磁形
可変速発電機を得ることができる。
波を低減し、品質の良い電圧波形を供給する交流励磁形
可変速発電機を得ることができる。
第１図は交流励磁形同期発電機を使用した可変速発電設
備の構成図、第２図は第１図の可変速発電設備に使用さ
れる交流励磁形同期発電機断面の一部の図、第３図は交
流励磁形同期発電機構成の決定手順を示した図、第４図
は交流励磁形同期発電機の概観図である。 １……交流励磁形同期発電機、２……界磁側端子、３…
…可変周波数交流励磁装置、４……電機子側端子、５…
…風車、６……電力系統、７……回転子、８……固定
子、９……界磁巻線、10……電機子巻線、11……回転子
スロット、12……固定子スロット
備の構成図、第２図は第１図の可変速発電設備に使用さ
れる交流励磁形同期発電機断面の一部の図、第３図は交
流励磁形同期発電機構成の決定手順を示した図、第４図
は交流励磁形同期発電機の概観図である。 １……交流励磁形同期発電機、２……界磁側端子、３…
…可変周波数交流励磁装置、４……電機子側端子、５…
…風車、６……電力系統、７……回転子、８……固定
子、９……界磁巻線、10……電機子巻線、11……回転子
スロット、12……固定子スロット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 英治 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 八坂 保弘 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 19/00 - 19/38
Claims (1)
- 【請求項１】等間隔に配置された鉄心スロットに界磁巻
線を収納した回転子と、等間隔に配置された鉄心スロッ
トに電機子巻線を収納した固定子と、前記回転子に収納
された界磁巻線を交流励磁する電力変換器とを備えた交
流励磁形可変速発電機において、極数P,全固定子スロッ
ト数Ns,全回転子スロット数Nrとしたとき,2極あたりの
回転子スロット数（2Nr/P）を６の倍数にした回転子
と、２極あたりの固定子スロット数（2Ns/P）を６の倍
数でない数とした固定子とを備えたことを特徴とした交
流励磁形可変速発電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6704090A JP2954261B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 交流励磁形可変速発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6704090A JP2954261B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 交流励磁形可変速発電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03270664A JPH03270664A (ja) | 1991-12-02 |
| JP2954261B2 true JP2954261B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=13333343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6704090A Expired - Lifetime JP2954261B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 交流励磁形可変速発電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2954261B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10137270A1 (de) | 2001-07-31 | 2003-02-20 | Aloys Wobben | Windenergieanlage mit Ringgenerator |
| JP2007143323A (ja) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 交流励磁形発電機 |
| JP4792066B2 (ja) | 2008-07-29 | 2011-10-12 | 株式会社日立製作所 | 交流励磁同期発電機及び交流励磁同期発電システム |
-
1990
- 1990-03-19 JP JP6704090A patent/JP2954261B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03270664A (ja) | 1991-12-02 |
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