JP3741384B2

JP3741384B2 - Synchronous machine thyristor start controller

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Publication number: JP3741384B2
Application number: JP09194195A
Authority: JP
Inventors: 雅彦柴田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JPH08275566A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、同期機のサイリスタ始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、他励式のサイリスタ整流器を応用したサイリスタ始動制御装置の一例を示す構成図である。
【０００３】
図において、三相電源に一次側が接続される入力変圧器１の二次側が三相のサイリスタ素子による順変換器２に接続されている。
【０００４】
順変換器２は、直流リアクトル３を介して順変換器２に対応するサイリスタ素子による逆変換器４に接続され、逆変換器４の各アームから交流リアクトル５を介して負荷として同期機６に接続されている。
【０００５】
同期機６は、界磁巻線７へ界磁電流Ｉｆを図示省略する手段によって供給できるように構成されると共に、回転子軸に連動して回転する速度パルス発生器８が取付けられ、速度検出器１４へ接続されている。
【０００６】
また、入力変圧器１の一次側には、順変換器２の同期のための順変換器同期電源変圧器９が設けられ、逆変換器４の出力側には、逆変換器４の同期のための逆変換器同期電源変圧器１０が設けられ、電圧検出器１９へ接続され、さらに、順変換器２の交流側には変流器１１が設けられて電流検出器１６へ接続されている。
【０００７】
速度検出器１４は、速度パルス発生器８が出力する同期機６の回転数に比例した周波数のパルスを入力し、同期機周波数信号ｆｓを出力する。電流検出器１６は、変流器１１の交流出力を整流し、変換器電流Ｉｄに比例した変換器電流信号Ｉを出力する。
【０００８】
電圧検出器１９は、逆変換器同期電源変圧器１０の交流出力を整流し逆変換器電圧信号Ｖ２を出力する。
【０００９】
順変換器パルス発生器１８は、順変換器同期電源変圧器９の交流出力を入力し、同期電源位相を検出すると共に、順変換器位相制御信号Θｒ１を入力し、順変換器位相制御信号Θｒ１に対応したタイミングで順変換器２の各サイリスタ素子を順次点弧させる点弧パルス信号Ｐ１を出力する。
【００１０】
逆変換器パルス発生器２２は、逆変換器同期電源変圧器１０の交流出力を入力し、同期電源位相を検出すると共に、逆変換器位相制御信号Θｒ２を入力し、逆変換器位相制御信号Θｒ２に対応したタイミングで逆変換器４の各サイリスタ素子を順次点弧させる点弧パルス信号Ｐ２を出力する。
【００１１】
制御装置１３は、速度調整器１５と電流調整器１７と余裕角演算器２０とから構成されている。
【００１２】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓと周波数設定値ｆｒとを入力し、その偏差信号を増幅して偏差信号が小さくなるように電流基準信号Ｉｒを出力する。電流調整器１７は、電流基準信号Ｉｒと変換器電流信号Ｉを入力し、その偏差信号を増幅して偏差信号が小さくなるように順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。
【００１３】
余裕角演算器２０は、同期機周波数信号ｆｓと変換器電流信号Ｉと逆交換器電圧信号Ｖ２と転流余裕角γ２とを入力して所定の演算を行って逆変換器４の転流重なり角を見込んだ後述する逆変換器位相制御信号Θｒ２を逆変換器パルス発生器２２へ出力する。
【００１４】
以上の構成で、同期機６を加速するときのサイリスタ始動制御装置の動作を説明する。
【００１５】
なお、同期機６の停止状態から所定の周波数まで加速される間では同期機６の出力電圧Ｖｓおよび周波数ｆが十分大きな値に達していないため、逆交換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓとを入力しても余裕角演算器２０によって、逆変換器位相制御信号Θｒ２を演算出力することができない。
【００１６】
このため、同期機６を停止状態から所定の周波数まで加速する間は、図示省略する別途設けられた同期機６の回転子位置検出器から出力される回転子位置信号に基づいて逆変換器４の点弧パルス信号Ｐ２を生成する。
【００１７】
次に、同期機６が所定の周波数まで加速された後のサイリスタ始動制御装置の動作を説明する。
【００１８】
まず、界磁巻線７に所定の界磁電流Ｉｆを流すと、同期機６の回転周波数ｆに比例した出力電圧Ｖｓが誘起される。
【００１９】
逆変換器４は、逆変換器パルス発生器２２による点弧パルス信号Ｐ２によって各サイリスタ素子が点弧され同期機６によって誘起する逆の出力電圧Ｖｓが各サイリスタ素子へ印加され転流させる。この場合、各サイリスタ素子が転流失敗なく転流するために速度検出器１４からの同期機周波数信号ｆｓと電圧検出器１９からの逆交換器電圧信号Ｖ２と変換器電流信号Ｉと予め設定された転流余裕角γ２とが余裕角演算器２０によって次の式（１）に基づいて演算がされ、逆変換器４の転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号Θｒ２が出力される。
【００２０】
【数１】

【００２１】
ここで、Ｌｉは交流リアクトル５と同期機６のインダクタンスの和であり、Ｌｉ，ｆｓ，Ｉ，Ｖ２はいずれもＰＵ値で表現している。
【００２２】
次に、逆変換器４は、この出力電圧Ｖｓを交流電源として逆変換器運転を行い、電力を同期機６に送出する。逆変換器４の直流側には、同期機６の出力電圧Ｖｓと逆変換器位相制御信号Θｒ２に応じた直流電圧Ｖｄｃ２に対して電流調整器１７は変換器電流信号Ｉが電流基準信号Ｉｒと一致するように順変換器位相制御信号Θｒ１を調整し、順変換器直流電圧Ｖｄｃ１を制御する。
【００２３】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓが周波数設定値ｆｒと一致するように電流基準信号Ｉｒを増減し、同期機６を所定の周波数に維持する。なお、図８中、入力変圧器１は電圧レベルの変換および順変換器２のサイリスタ素子を短絡電流から保護するために、直流リアクトル３は変換器電流Ｉｄのリップル抑制のために、交流リアクトル５は逆変換器４のサイリスタ素子を短絡電流から保護するために設けてある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術で説明した同期機のサイリスタ始動制御装置は、同期機６の出力トルクの急変によってタービン発電機等に損傷を与えるおそれがあるという問題がある。
【００２５】
一般に、同期機のサイリスタ始動制御装置の出力トルクＴｅは、次の式（２）によって表される。
【００２６】
【数２】

ここで、Ｖｓ：同期機６の出力電圧
ｆｓ：同期機６の周波数
Ｉｄ：変換器電流
Θｒ２：逆変換器位相制御信号
γ２：転流余裕角
Ｔｅ，Ｖｓ，ｆｓ，ＩｄはいずれもＰＵ値表現とする。
【００２７】
通常、同期機のサイリスタ始動制御装置の電流調整器１７は順変換器２や逆変換器４の交流電源電圧の突変に対して変換器電流Ｉｄが過電流となったり、断続したりしないようにするため高速応答が得られるように設定されている（例えば、交差角周波数で１００ｒａｄ／ｓｅｃ程度）。
【００２８】
上記の如く、高い応答性を持つ電流調整器１７に対し電流基準信号Ｉｒを急変させると変換器電流Ｉｄが突変し、さらに、（２）式より出力トルクＴｅも急変する。速度調整器１５の指令周波数信号である周波数設定値ｆｒは、同期機６の始動運転で急上昇させることが多く電流基準信号Ｉｒが急変することが多い。
【００２９】
このような場合、被駆動機が揚水機の如く軸系が単純な場合にはサイリスタ始動制御装置の出力トルクが急変しても特に問題とはならないが、コンバインドサイクル機の如く軸系が複雑な場合には特定の回転数に共振点が存在し、この共振点付近でサイリスタ始動制御装置の出力トルクが急変すると、軸系の振動を増長して共振が拡大し、軸系の共振の拡大によってタービン発電機等に損傷を与えるおそれがある。
【００３０】
そこで、本発明は、同期機のサイリスタ始動制御装置の出力トルクの急変を防止してタービン発電機等に損傷を与えることを回避する同期機のサイリスタ始動制御装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、順変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により交流を直流へ変換する順変換器と、該順変換器の直流出力を逆変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により可変周波数の交流電力へ変換し同期機へ供給するサイリスタ素子による他励式の逆変換器と、同期機の回転周波数信号が指令周波数信号となるように電流基準信号を生成する速度調整器と、順変換器が出力する電流信号が電流基準信号となるように順変換器位相制御信号を出力する電流調整器と、転流重なり角を演算し、この転流重なり角と予め設定された逆変換器の転流余裕角とから転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号を演算出力する余裕角演算器と、同期機の出力トルクの急な変化を抑制するために所定の演算式に従って同期機の電流許容変化率を算出する変化率演算器と、この変化率演算器により演算された電流許容変化率内に電流基準信号を制限する変化率制限器とを設けるようにしたものである。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３４】
請求項３の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３５】
請求項４の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置において、変化率演算器は、同期機の界磁電流あるいは界磁電圧のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率を演算するようにしたものである。
【００３７】
【作用】
請求項１の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により所定の演算式に従って電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。そして、電流基準信号が電流許容変化率以内のとき、そのまま電流基準信号が出力される一方、電流基準信号が電流許容変化率以外のとき電流基準信号が制限される。これにより、運転状況に応じた電流許容変化率が設定される。従って、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、軸系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【００３９】
請求項２の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により、
同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率が演算され、電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４０】
請求項３の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率とによって電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４１】
請求項４の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４２】
請求項５の同期機のサイリスタ始動制御装置によれば、変化率演算器により同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第１実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００４５】
図１が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図１が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０を追設し、同期機６の出力トルクの変動を抑制するようにしたことである。
【００４６】
変化率制限器３０は、予め設定された所定の変化率内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。
【００４７】
まず、界磁巻線７に所定の界磁電流Ｉｆを流すと、同期機６の回転周波数ｆに比例した出力電圧Ｖｓが誘起される。
【００４８】
逆変換器４は、逆変換器パルス発生器２２による点弧パルス信号Ｐ２によって各サイリスタ素子が点弧され同期機６によって誘起する逆の出力電圧Ｖｓが各サイリスタ素子へ印加され転流させる。この場合、各サイリスタ素子が転流失敗なく転流するために速度検出器１４からの同期機周波数信号ｆｓと電圧検出器１９からの逆変換器電圧信号Ｖ２と変換器電流信号Ｉと予め設定された転流余裕角γ２とを取込んで余裕角演算器２０により演算がされ、逆変換器４の転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号Θｒ２が出力される。
【００４９】
次に、逆変換器４は、この出力電圧Ｖｓを交流電源として逆変換器運転を行い、電力を同期機６に送出する。電流調整器１７は変換器電流信号Ｉが電流基準信号Ｉｒと一致するように順変換器位相制御信号Θｒ１を調整制御する。
【００５０】
速度調整器１５は、同期機周波数信号ｆｓが指令周波数信号である周波数設定値ｆｒと一致するように電流基準信号Ｉｒを増減し、同期機６を所定の周波数に維持する。この場合に速度調整器１５から出力される電流基準信号Ｉｒが変化率制限器３０へ入力される。
【００５１】
変化率制限器３０では、予め所定の変化率の範囲が設定されている。すなわち、前述した式（２）に基づいてＴｅトルクと変換器電流Ｉｄの関係から電流基準信号Ｉｒの許容可能な変化率の範囲が予め設定されている。これによって、電流基準信号Ｉｒが所定の変化率の範囲以外のとき電流基準信号Ｉｒが制限されて制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。従って、電流基準信号Ｉｒの急変が抑制され、同期機６の出力トルクの急増や急減が防止される。
【００５２】
このように第１実施例によれば、変化率制限器３０によって入力された電流基準信号が所定の変化率内に抑えられる。これにより、電流基準信号が急変しても電流基準信号の変動が所定の変化率以内とされるから同期機の出力トルクの急変動が抑制される。従って、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、回転系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【００５３】
図２は、本発明の第２実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００５４】
図２が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図２が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｂとを追設し、運転状況に応じて出力トルクの急変を防止するようにしたことである。
【００５５】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｂは、同期機６の逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと逆変換器４の転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いて同期機６の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００５６】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｂへ逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｂにより次の式（３）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００５７】
【数３】

【００５８】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００５９】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌとして出力される。
【００６０】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率Ｔｅｌ内に抑えられる。
【００６１】
このように第２実施例によれば、変化率演算器により、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率が演算され、電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００６２】
図３は、本発明の第３実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００６３】
図３が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図３が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｃと変流器３２と界磁電流検出器３３とを追設したことである。
【００６４】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｃは、同期機６の界磁電流Ｉｆと逆変換器４の転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と予め定めた出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて同期機６の出力トルクの変化率を所定範囲内とするように電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００６５】
変流器３２は、同期機６の界磁電流Ｉｆを検出するためのものである。界磁電流検出器３３は、変流器３２からの信号を取込んで界磁電流Ｉｆを出力するものである。
【００６６】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｃへ界磁電流Ｉｆと転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２と出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｃによって、次の式（４）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００６７】
【数４】

【００６８】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００６９】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００７０】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率内に抑えられる。
【００７１】
このように、本実施例では、同期機６の界磁電流Ｉｆが逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆに比例することに着目して界磁電流Ｉｆを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００７２】
なお、図４に示すように界磁電流Ｉｆの変わりに界磁電圧Ｖｆを用いても同様に実施できる。
【００７３】
この場合、界磁電圧変圧器３４と界磁電圧検出器３５を追設し次の式（５）によって電流許容変化率Ｉｌを演算する。
【００７４】
【数５】

【００７５】
上記のようにしても界磁電圧Ｖｆは、逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆとの比に比例するから第２実施例または第３実施例と同様に実施できる。
【００７６】
このように第３実施例によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率とによって電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００７９】
図５は、本発明の第４実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００７７】
図５が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図５が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｅとを追設したことである。
【００７８】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｅは、逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと所定の値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００７９】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｅへ逆変換器電圧信号Ｖ２と同期機周波数信号ｆｓと、さらに、転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２とに相当する所定値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｅによっても次の式（６）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００８０】
【数６】

【００８１】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００８２】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００８３】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率Ｔｅｌ内に抑えられる。
【００８４】
本実施例では、通常限られた運転範囲では転流余裕角γ２と逆変換器位相制御信号Θｒ２は所定の固定値となることに着目して所定の固定値ｃｏｓψを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００８５】
このように第４実施例によれば、変化率演算器により同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【００８６】
図６は、本発明の第５実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【００８７】
図６が従来例を示す図８と同一符号は、同一部分または相当部分を示し、図６が図８と異なる主な点は、変化率制限器３０と変化率演算器３１Ｆと変流器３２と界磁電流検出器３３とを追設したことである。
【００８８】
変化率制限器３０は、演算された電流許容変化率Ｉｌ内に電流基準信号Ｉｒを制限して出力するものである。変化率演算器３１Ｆは、界磁電流Ｉｆと所定の値ｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとを用いて電流許容変化率Ｉｌを演算するものである。
【００８９】
変流器３２は、同期機６の界磁電流Ｉｆを検出するためのものである。界磁電流検出器３３は、変流器３２からの信号を取込んで界磁電流Ｉｆを出力するものである。
【００９０】
以上の構成で、まず、変化率演算器３１Ｆへ界磁電流Ｉｆと所定のｃｏｓψと出力トルク許容変化率Ｔｅｌとが入力される。これに伴い、変化率演算器３１Ｆによって、次の式（７）に従って電流許容変化率Ｉｌが演算される。
【００９１】
【数７】

【００９２】
上記演算された電流許容変化率Ｉｌが変化率制限器３０へ設定される。
【００９３】
変化率制限器３０では、電流基準信号Ｉｒを入力して電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌ内のとき、そのまま電流基準信号Ｉｒを電流基準信号Ｉｒｌとして出力する一方、電流基準信号Ｉｒが電流許容変化率Ｉｌの範囲外のとき制限された電流基準信号Ｉｒｌが出力される。
【００９４】
次に、電流調整器１７では、電流基準信号Ｉｒｌと変換器電流信号Ｉとを取込んで順変換器位相制御信号Θｒ１を出力する。従って、電流基準信号Ｉｒｌが電流許容変化率Ｉｌの範囲内であるから変換器電流Ｉｄが急増または急減することなく、同期機６の出力トルクが出力トルク許容変化率内に抑えられる。
【００９５】
本実施例では、同期機６の界磁電流Ｉｆが逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆに比例することに着目して界磁電流Ｉｆを用いて電流許容変化率Ｉｌを求めた。
【００９６】
なお、図７に示すように界磁電流Ｉｆの代わりに界磁電圧Ｖｆを用いても同様に実施できる。
【００９７】
この場合、界磁電圧変圧器３４と界磁電圧検出器３５を追設し次の式（８）によって電流許容変化率Ｉｌを演算する。
【００９８】
【数８】

【００９９】
上記のようにしても界磁電圧Ｖｆは、逆変換器電圧信号Ｖ２と回転周波数ｆとの比に比例するから第２実施例乃至第４実施例と同様に実施できる。
【０１００】
このように第５実施例によれば、変化率演算器により同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率が演算され、この電流許容変化率が変化率制限器へ設定される。これにより、運転状況に即した電流許容変化率が設定され、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、所定の演算式に従って電流許容変化率を演算して変化率制限器へ設定するから運転状況に応じた電流許容変化率を設定でき、同期機の軸系の回転数が共振点付近にあっても軸系の振動が拡大するのを防止し、軸系に損傷を与えたり、軸系の疲労を拡大させることを回避できる。
【０１０３】
請求項２の発明によれば、同期機の出力電圧とその周波数と逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率を用いて電流許容変化率を演算し、電流許容変化率を変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０４】
請求項３の発明によれば、同期機の界磁電圧または界磁電流のいずれかと逆変換器の転流余裕角と逆変換器位相制御信号と予め定めた出力トルク許容変化率によって電流許容変化率を演算し、運転状況に即した電流許容変化率を設定し、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０５】
請求項４の発明によれば、同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率を演算し、変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【０１０６】
請求項５の発明によれば、同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率と所定の固定値とを用いて電流許容変化率を演算し、この電流許容変化率を変化率制限器へ設定するから運転状況に即した電流許容変化率を設定でき、同期機のトルクの急変動を防止でき、軸系の共振の拡大を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図４】図３に示す第３実施例の他実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図７】図６に示す第５実施例の他実施例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【図８】従来例を示す同期機のサイリスタ始動制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１入力変圧器
２順変換器
３直流リアクトル
４逆変換器
５交流リアクトル
６同期機
７界磁巻線
８速度パルス発生器
９順変換器同期電源変圧器
１０逆変換器同期電源変圧器
１１変流器
１３制御装置
１４速度検出器
１５速度調整器
１６電流検出器
１７電流調整器
１８順変換器パルス発生器
１９電圧検出器
２０余裕角演算器
２２逆変換器パルス発生器
３０変化率制限器
３１変化率演算器
３２変流器
３３界磁電流検出器
３４界磁電圧変圧器
３５界磁電圧検出器[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a thyristor start control device for a synchronous machine.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of a thyristor start control device to which a separately excited thyristor rectifier is applied.
[0003]
In the figure, a secondary side of an input transformer 1 whose primary side is connected to a three-phase power source is connected to a forward converter 2 by a three-phase thyristor element.
[0004]
The forward converter 2 is connected to the inverse converter 4 by a thyristor element corresponding to the forward converter 2 via the DC reactor 3, and is connected to the synchronous machine 6 as a load from each arm of the inverse converter 4 via the AC reactor 5. It is connected.
[0005]
The synchronous machine 6 is configured so that the field current If can be supplied to the field winding 7 by means not shown, and a speed pulse generator 8 that rotates in conjunction with the rotor shaft is attached to detect the speed. Connected to the device 14.
[0006]
Further, the primary side of the input transformer 1 is provided with a forward converter synchronous power supply transformer 9 for synchronization of the forward converter 2, and the output side of the inverse converter 4 is provided with the synchronization of the inverse converter 4. Inverter synchronous power supply transformer 10 is provided and connected to voltage detector 19, and further, current transformer 11 is provided on the AC side of forward converter 2 and connected to current detector 16. .
[0007]
The speed detector 14 receives a pulse having a frequency proportional to the rotational speed of the synchronous machine 6 output from the speed pulse generator 8 and outputs a synchronous machine frequency signal fs. The current detector 16 rectifies the AC output of the current transformer 11 and outputs a converter current signal I proportional to the converter current Id.
[0008]
The voltage detector 19 rectifies the AC output of the inverse converter synchronous power supply transformer 10 and outputs an inverse converter voltage signal V2.
[0009]
The forward converter pulse generator 18 receives the AC output of the forward converter synchronous power supply transformer 9, detects the synchronous power supply phase, receives the forward converter phase control signal Θr1, and receives the forward converter phase control signal Θr1. The firing pulse signal P1 for sequentially firing the thyristor elements of the forward converter 2 is output at a timing corresponding to.
[0010]
The inverse converter pulse generator 22 receives the AC output of the inverse converter synchronous power supply transformer 10, detects the synchronous power supply phase, and also receives the inverse converter phase control signal Θr2, and receives the inverse converter phase control signal Θr2. The firing pulse signal P2 for sequentially firing the thyristor elements of the inverse converter 4 is output at a timing corresponding to.
[0011]
The control device 13 includes a speed regulator 15, a current regulator 17, and a margin angle calculator 20.
[0012]
The speed regulator 15 receives the synchronous machine frequency signal fs and the frequency set value fr, amplifies the deviation signal, and outputs the current reference signal Ir so that the deviation signal becomes smaller. The current regulator 17 receives the current reference signal Ir and the converter current signal I, amplifies the deviation signal, and outputs the forward converter phase control signal Θr1 so that the deviation signal becomes smaller.
[0013]
The margin angle calculator 20 receives the synchronous machine frequency signal fs, the converter current signal I, the reverse exchanger voltage signal V2, and the commutation margin angle γ2, performs a predetermined calculation, and the commutation overlap of the inverse converter 4 is performed. An inverse converter phase control signal Θr2 to be described later with the angle taken into consideration is output to the inverse converter pulse generator 22.
[0014]
The operation of the thyristor start control device when the synchronous machine 6 is accelerated with the above configuration will be described.
[0015]
Since the output voltage Vs and the frequency f of the synchronous machine 6 do not reach sufficiently large values while the synchronous machine 6 is accelerated from the stopped state to a predetermined frequency, the reverse exchanger voltage signal V2 and the synchronous machine frequency signal fs are not reached. , The margin angle calculator 20 cannot calculate and output the inverse converter phase control signal Θr2.
[0016]
For this reason, during the acceleration of the synchronous machine 6 from the stop state to a predetermined frequency, the inverse converter 4 is based on the rotor position signal output from the rotor position detector of the synchronous machine 6 provided separately (not shown). The ignition pulse signal P2 is generated.
[0017]
Next, the operation of the thyristor start control device after the synchronous machine 6 is accelerated to a predetermined frequency will be described.
[0018]
First, when a predetermined field current If is passed through the field winding 7, an output voltage Vs proportional to the rotational frequency f of the synchronous machine 6 is induced.
[0019]
In the inverse converter 4, each thyristor element is ignited by the ignition pulse signal P2 from the inverse converter pulse generator 22, and the reverse output voltage Vs induced by the synchronous machine 6 is applied to each thyristor element and commutated. In this case, in order for each thyristor element to commutate without commutation failure, the synchronous machine frequency signal fs from the speed detector 14, the reverse exchanger voltage signal V2 from the voltage detector 19, and the converter current signal I are preset. The marginal commutation angle γ2 is calculated by the marginal angle calculator 20 based on the following equation (1), and the inverse converter phase control signal Θr2 that anticipates the commutation overlap angle of the inverse converter 4 is output. .
[0020]
[Expression 1]

[0021]
Here, Li is the sum of the inductances of the AC reactor 5 and the synchronous machine 6, and Li, fs, I, and V2 are all expressed as PU values.
[0022]
Next, the inverse converter 4 performs an inverse converter operation using the output voltage Vs as an AC power supply, and sends electric power to the synchronous machine 6. On the DC side of the inverse converter 4, the current regulator 17 converts the converter current signal I into the current reference signal Ir for the DC voltage Vdc2 corresponding to the output voltage Vs of the synchronous machine 6 and the inverse converter phase control signal Θr2. The forward converter phase control signal Θr1 is adjusted so as to match, and the forward converter DC voltage Vdc1 is controlled.
[0023]
The speed regulator 15 increases or decreases the current reference signal Ir so that the synchronous machine frequency signal fs matches the frequency setting value fr, and maintains the synchronous machine 6 at a predetermined frequency. In FIG. 8, the input transformer 1 protects the voltage level conversion and the thyristor element of the forward converter 2 from a short-circuit current, and the DC reactor 3 is an AC reactor 5 for suppressing ripple of the converter current Id. Is provided to protect the thyristor element of the inverter 4 from short-circuit current.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, the thyristor start control device for a synchronous machine described in the related art has a problem that the turbine generator or the like may be damaged due to a sudden change in the output torque of the synchronous machine 6.
[0025]
Generally, the output torque Te of the synchronous machine thyristor start control device is expressed by the following equation (2).
[0026]
[Expression 2]

Where Vs: output voltage of the synchronous machine 6
fs: frequency of the synchronous machine 6
Id: Converter current
Θr2: Inverter phase control signal
γ2: Commutation margin angle
Te, Vs, fs, and Id are all represented by PU values.
[0027]
Usually, the current regulator 17 of the thyristor start control device of the synchronous machine prevents the converter current Id from being overcurrent or intermittent with respect to the sudden change in the AC power supply voltage of the forward converter 2 or the reverse converter 4. Therefore, a high-speed response is obtained (for example, about 100 rad / sec at the crossing angular frequency).
[0028]
As described above, when the current reference signal Ir is suddenly changed with respect to the current regulator 17 having high responsiveness, the converter current Id suddenly changes, and further, the output torque Te also changes suddenly from the equation (2). The frequency set value fr, which is a command frequency signal of the speed regulator 15, is often increased rapidly during the start-up operation of the synchronous machine 6, and the current reference signal Ir often changes abruptly.
[0029]
In such a case, if the shaft system is simple such as a pumped machine, there is no particular problem even if the output torque of the thyristor start control device changes suddenly, but the shaft system is complicated as in a combined cycle machine. In some cases, there is a resonance point at a specific rotational speed, and if the output torque of the thyristor start control device changes suddenly near this resonance point, the vibration of the shaft system is increased and the resonance is expanded. There is a risk of damage to the turbine generator.
[0030]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a thyristor start control device for a synchronous machine that prevents a sudden change in output torque of the thyristor start control device for the synchronous machine and avoids damage to a turbine generator or the like.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
  The invention of claim 1A forward converter that converts alternating current to direct current using a pulse control signal based on a forward converter phase control signal, and a direct current output of the forward converter is converted to variable frequency alternating current power using a pulse control signal based on an inverse converter phase control signal. A separately-excited inverse converter using a thyristor element supplied to the synchronous machine, a speed regulator that generates a current reference signal so that the rotational frequency signal of the synchronous machine becomes a command frequency signal, and a current signal output by the forward converter Current converter that outputs a forward converter phase control signal so that becomes a current reference signal, a commutation overlap angle is calculated, and the commutation overlap angle and a preset commutation margin angle of the reverse converter are calculated from A margin angle calculator that computes and outputs the inverse converter phase control signal that anticipates the commutation overlap angle, and an allowable current change rate of the synchronous machine according to a predetermined calculation formula in order to suppress sudden changes in the output torque of the synchronous machine. Change to calculate A rate calculator, in which the provided the change rate limiter for limiting the current reference signal to the calculated allowable current change rate in the rate of change calculator.
[0033]
  Claim2The invention of claim1In the thyristor start control device for a synchronous machine described above, the change rate calculator calculates the output voltage of the synchronous machine, its frequency, the commutation margin angle of the inverse converter, the inverse converter phase control signal, and the output torque allowable change rate in advance. The current allowable change rate is calculated so as to limit the change rate of the output torque of the synchronous machine within a predetermined range.
[0034]
  Claim3The invention of claim1In the thyristor start control device for a synchronous machine described above, the rate of change calculator includes either the field voltage or the field current of the synchronous machine, the commutation margin angle of the reverse converter, the reverse converter phase control signal, and the output torque allowance in advance. Using the change rate, the current allowable change rate is calculated so as to limit the change rate of the output torque of the synchronous machine within a predetermined range.
[0035]
  Claim4The invention of claim1In the thyristor start control device for a synchronous machine described above, the change rate calculator uses the output voltage of the synchronous machine, its frequency, and a predetermined allowable output torque change rate, as well as the commutation margin angle and the reverse conversion of the reverse converter. The current allowable change rate is calculated so as to limit the change rate of the output torque of the synchronous machine within a predetermined range using a predetermined fixed value based on the machine phase control signal.
[0036]
  Claim5The invention of claim1In the thyristor start control device for a synchronous machine described above, the change rate calculator uses either the field current or the field voltage of the synchronous machine and a predetermined output torque allowable change rate, and the commutation margin of the inverse converter. Using the predetermined fixed value based on the angle and the inverse converter phase control signal, the current allowable change rate is calculated so as to limit the change rate of the output torque of the synchronous machine within a predetermined range. is there.
[0037]
[Action]
  According to the synchronous machine thyristor start control device of claim 1,The allowable change rate of current is calculated by the change rate calculator according to a predetermined calculation formula, and this allowable change rate of current is set in the change rate limiter. When the current reference signal is within the allowable current change rate, the current reference signal is output as it is, while when the current reference signal is other than the allowable current change rate, the current reference signal is limited. Thereby, the allowable current change rate according to the driving situation is set. Therefore, even if the rotational speed of the shaft system of the synchronous machine is in the vicinity of the resonance point, it is possible to prevent the vibration of the shaft system from expanding, and to avoid damaging the shaft system or increasing the fatigue of the shaft system.
[0039]
  Claim2According to the thyristor start control device of the synchronous machine of
The allowable current change rate is calculated using the output voltage of the synchronous machine, its frequency, the commutation margin angle of the reverse converter, the reverse converter phase control signal, and the predetermined allowable output torque change rate, and the allowable current change rate changes. Set to rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0040]
  Claim3According to the thyristor start control device of the synchronous machine, either the field voltage or the field current of the synchronous machine, the commutation margin angle of the reverse converter, the reverse converter phase control signal, and a predetermined output torque allowable change rate, Is used to calculate the allowable current change rate, and this allowable current change rate is set in the change rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0041]
  Claim4According to the thyristor start control device for a synchronous machine, an allowable current change rate is calculated by a change rate calculator using the output voltage of the synchronous machine, its frequency, a predetermined allowable output torque change rate, and a predetermined fixed value. The current allowable change rate is set in the change rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0042]
  Claim5According to the thyristor start control device for a synchronous machine, the current allowable change using either the field voltage or the field current of the synchronous machine, a predetermined output torque allowable change rate and a predetermined fixed value by the change rate calculator. The rate is calculated, and this allowable current change rate is set to the change rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0043]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0044]
FIG. 1 is a block diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a first embodiment of the present invention.
[0045]
The same reference numerals as those in FIG. 8 showing the conventional example in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and the main difference between FIG. 1 and FIG. This is to suppress the fluctuations of.
[0046]
The change rate limiter 30 limits and outputs the current reference signal Ir within a predetermined change rate set in advance.
[0047]
First, when a predetermined field current If is passed through the field winding 7, an output voltage Vs proportional to the rotational frequency f of the synchronous machine 6 is induced.
[0048]
In the inverse converter 4, each thyristor element is ignited by the ignition pulse signal P2 from the inverse converter pulse generator 22, and the reverse output voltage Vs induced by the synchronous machine 6 is applied to each thyristor element and commutated. In this case, in order for each thyristor element to commutate without commutation failure, the synchronous machine frequency signal fs from the speed detector 14, the inverse converter voltage signal V2 from the voltage detector 19, and the converter current signal I are preset. Then, the margin angle calculator 20 takes in the commutation margin angle γ2 and outputs the inverse converter phase control signal Θr2 that allows for the commutation overlap angle of the inverse converter 4.
[0049]
Next, the inverse converter 4 performs an inverse converter operation using the output voltage Vs as an AC power supply, and sends electric power to the synchronous machine 6. The current regulator 17 adjusts and controls the forward converter phase control signal Θr1 so that the converter current signal I matches the current reference signal Ir.
[0050]
The speed regulator 15 increases or decreases the current reference signal Ir so that the synchronous machine frequency signal fs matches the frequency setting value fr that is a command frequency signal, and maintains the synchronous machine 6 at a predetermined frequency. In this case, the current reference signal Ir output from the speed regulator 15 is input to the change rate limiter 30.
[0051]
In the change rate limiter 30, a range of a predetermined change rate is set in advance. That is, the allowable range of change rate of the current reference signal Ir is preset based on the relationship between the Te torque and the converter current Id based on the above-described equation (2). Thereby, when the current reference signal Ir is outside the range of the predetermined rate of change, the current reference signal Ir is limited and the limited current reference signal Irl is output. Accordingly, a sudden change in the current reference signal Ir is suppressed, and a sudden increase or a sudden decrease in the output torque of the synchronous machine 6 is prevented.
[0052]
Thus, according to the first embodiment, the current reference signal input by the change rate limiter 30 is suppressed within a predetermined change rate. Thereby, even if the current reference signal changes suddenly, the fluctuation of the current reference signal is kept within a predetermined rate of change, so that the sudden fluctuation of the output torque of the synchronous machine is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the vibration of the shaft system from expanding even when the rotational speed of the shaft system of the synchronous machine is near the resonance point, and to avoid damaging the rotating system or increasing the fatigue of the shaft system.
[0053]
FIG. 2 is a block diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a second embodiment of the present invention.
[0054]
The same reference numerals as those in FIG. 8 showing the conventional example in FIG. 2 indicate the same or corresponding parts, and the main difference between FIG. 2 and FIG. In other words, sudden changes in the output torque are prevented according to the operating conditions.
[0055]
The change rate limiter 30 limits and outputs the current reference signal Ir within the calculated allowable current change rate. The rate-of-change calculator 31B includes an inverse converter voltage signal V2 of the synchronous machine 6, a synchronous machine frequency signal fs, a commutation margin angle γ2 of the inverse converter 4, an inverse converter phase control signal Θr2, and a predetermined output torque allowable change. Is used to calculate the allowable current change rate Il so as to limit the change rate of the output torque of the synchronous machine 6 within a predetermined range.
[0056]
With the above configuration, first, the inverse converter voltage signal V2, the synchronous machine frequency signal fs, the commutation margin angle γ2, the inverse converter phase control signal Θr2, and the output torque allowable change rate Tel are input to the change rate calculator 31B. . Accordingly, the current allowable change rate Il is calculated by the change rate calculator 31B according to the following equation (3).
[0057]
[Equation 3]

[0058]
The calculated allowable current change rate Il is set in the change rate limiter 30.
[0059]
In the change rate limiter 30, when the current reference signal Ir is input and the current reference signal Ir is within the allowable current change rate Il, the current reference signal Ir is output as it is as the current reference signal Ir1, while the current reference signal Ir is the current reference signal Ir. When it is outside the range of the allowable change rate Il, it is output as a limited current reference signal Irl.
[0060]
Next, the current regulator 17 takes in the current reference signal Irl and the converter current signal I and outputs the forward converter phase control signal Θr1. Therefore, since the current reference signal Irl is within the range of the allowable current change rate Il, the output torque of the synchronous machine 6 is suppressed within the allowable output torque change rate Tel without the converter current Id increasing or decreasing rapidly.
[0061]
As described above, according to the second embodiment, the change rate calculator calculates the output voltage of the synchronous machine, its frequency, the commutation margin angle of the inverse converter, the inverse converter phase control signal, and the predetermined allowable output torque change rate. Is used to calculate the allowable current change rate, and the allowable current change rate is set in the change rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0062]
FIG. 3 is a block diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a third embodiment of the present invention.
[0063]
The same reference numerals as FIG. 8 showing the conventional example in FIG. 3 indicate the same or corresponding parts. FIG. 3 differs from FIG. 8 mainly in the change rate limiter 30, the change rate calculator 31C, and the current transformer 32. And a field current detector 33 are additionally provided.
[0064]
The change rate limiter 30 limits and outputs the current reference signal Ir within the calculated current allowable change rate Il. The change rate calculator 31C uses the field current If of the synchronous machine 6, the commutation margin angle γ2 of the inverse converter 4, the inverse converter phase control signal Θr2, and a predetermined output torque allowable change rate Tel. 6 is calculated so that the change rate of the output torque 6 is within a predetermined range.
[0065]
The current transformer 32 is for detecting the field current If of the synchronous machine 6. The field current detector 33 takes in a signal from the current transformer 32 and outputs a field current If.
[0066]
With the above configuration, first, the field current If, the commutation margin angle γ2, the inverse converter phase control signal Θr2, and the output torque allowable change rate Tel are input to the change rate calculator 31C. Accordingly, the current allowable change rate Il is calculated by the change rate calculator 31C according to the following equation (4).
[0067]
[Expression 4]

[0068]
The calculated allowable current change rate Il is set in the change rate limiter 30.
[0069]
In the change rate limiter 30, when the current reference signal Ir is input and the current reference signal Ir is within the allowable current change rate Il, the current reference signal Ir is output as it is as the current reference signal Ir1, while the current reference signal Ir is the current reference signal Ir. A limited current reference signal Irl is output when it is outside the range of the allowable change rate Il.
[0070]
Next, the current regulator 17 takes in the current reference signal Irl and the converter current signal I and outputs the forward converter phase control signal Θr1. Therefore, since the current reference signal Irl is within the range of the allowable current change rate Il, the output torque of the synchronous machine 6 is suppressed within the allowable output torque change rate without the converter current Id increasing or decreasing rapidly.
[0071]
Thus, in this embodiment, paying attention to the fact that the field current If of the synchronous machine 6 is proportional to the inverse converter voltage signal V2 and the rotation frequency f, the allowable current change rate Il is obtained using the field current If. It was.
[0072]
In addition, as shown in FIG. 4, it can implement similarly even if it uses the field voltage Vf instead of the field current If.
[0073]
In this case, the field voltage transformer 34 and the field voltage detector 35 are additionally provided, and the current allowable change rate Il is calculated by the following equation (5).
[0074]
[Equation 5]

[0075]
Even in the above-described manner, the field voltage Vf is proportional to the ratio between the inverse converter voltage signal V2 and the rotation frequency f, and thus can be implemented in the same manner as in the second or third embodiment.
[0076]
As described above, according to the third embodiment, either the field voltage or the field current of the synchronous machine, the commutation margin angle of the inverse converter, the inverse converter phase control signal, and the predetermined output torque allowable change rate are determined. An allowable current change rate is calculated, and this allowable current change rate is set in the change rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0079]
FIG. 5 is a block diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a fourth embodiment of the present invention.
[0077]
The same reference numerals as those in FIG. 8 showing the conventional example in FIG. 5 indicate the same or corresponding parts, and the main difference of FIG. 5 from FIG. That is.
[0078]
The change rate limiter 30 limits and outputs the current reference signal Ir within the calculated current allowable change rate Il. The change rate calculator 31E calculates the allowable current change rate Il using the inverse converter voltage signal V2, the synchronous machine frequency signal fs, the predetermined value cos ψ, and the output torque allowable change rate Tel.
[0079]
With the above configuration, first, the inverse converter voltage signal V2 and the synchronous machine frequency signal fs to the rate of change calculator 31E, and the predetermined value cos ψ corresponding to the commutation margin angle γ2 and the inverse converter phase control signal Θr2. The output torque allowable change rate Tel is input. Accordingly, the allowable change rate Il is calculated by the change rate calculator 31E according to the following equation (6).
[0080]
[Formula 6]

[0081]
The calculated allowable current change rate Il is set in the change rate limiter 30.
[0082]
In the change rate limiter 30, when the current reference signal Ir is input and the current reference signal Ir is within the allowable current change rate Il, the current reference signal Ir is output as it is as the current reference signal Ir1, while the current reference signal Ir is the current reference signal Ir. A limited current reference signal Irl is output when it is outside the range of the allowable change rate Il.
[0083]
Next, the current regulator 17 takes in the current reference signal Irl and the converter current signal I and outputs the forward converter phase control signal Θr1. Therefore, since the current reference signal Irl is within the range of the allowable current change rate Il, the output torque of the synchronous machine 6 is suppressed within the allowable output torque change rate Tel without the converter current Id increasing or decreasing rapidly.
[0084]
In this embodiment, focusing on the fact that the commutation margin angle γ2 and the inverse converter phase control signal Θr2 have a predetermined fixed value in a limited operating range, a current allowable change rate Il using a predetermined fixed value cos ψ. Asked.
[0085]
Thus, according to the fourth embodiment, the change rate calculator calculates the allowable current change rate using the output voltage of the synchronous machine, its frequency, the predetermined allowable output torque change rate, and the predetermined fixed value, This allowable current change rate is set in the change rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0086]
FIG. 6 is a configuration diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a fifth embodiment of the present invention.
[0087]
The same reference numerals as in FIG. 8 showing the conventional example in FIG. 6 indicate the same or corresponding parts. FIG. 6 differs from FIG. 8 mainly in the change rate limiter 30, the change rate calculator 31F, and the current transformer 32. And a field current detector 33 are additionally provided.
[0088]
The change rate limiter 30 limits and outputs the current reference signal Ir within the calculated current allowable change rate Il. The change rate calculator 31F calculates the allowable current change rate Il using the field current If, the predetermined value cos ψ, and the output torque allowable change rate Tel.
[0089]
The current transformer 32 is for detecting the field current If of the synchronous machine 6. The field current detector 33 takes in a signal from the current transformer 32 and outputs a field current If.
[0090]
With the above configuration, first, the field current If, the predetermined cos ψ, and the output torque allowable change rate Tel are input to the change rate calculator 31F. Accordingly, the current allowable change rate Il is calculated according to the following equation (7) by the change rate calculator 31F.
[0091]
[Expression 7]

[0092]
The calculated allowable current change rate Il is set in the change rate limiter 30.
[0093]
In the change rate limiter 30, when the current reference signal Ir is input and the current reference signal Ir is within the allowable current change rate Il, the current reference signal Ir is output as it is as the current reference signal Ir1, while the current reference signal Ir is the current reference signal Ir. A limited current reference signal Irl is output when it is outside the range of the allowable change rate Il.
[0094]
Next, the current regulator 17 takes in the current reference signal Irl and the converter current signal I and outputs the forward converter phase control signal Θr1. Therefore, since the current reference signal Irl is within the range of the allowable current change rate Il, the output torque of the synchronous machine 6 is suppressed within the allowable output torque change rate without the converter current Id increasing or decreasing rapidly.
[0095]
In this embodiment, paying attention to the fact that the field current If of the synchronous machine 6 is proportional to the inverse converter voltage signal V2 and the rotation frequency f, the current allowable change rate Il is obtained using the field current If.
[0096]
In addition, as shown in FIG. 7, it can implement similarly even if it uses the field voltage Vf instead of the field current If.
[0097]
In this case, the field voltage transformer 34 and the field voltage detector 35 are additionally provided, and the allowable current change rate Il is calculated by the following equation (8).
[0098]
[Equation 8]

[0099]
Even in the above-described manner, the field voltage Vf is proportional to the ratio between the inverse converter voltage signal V2 and the rotation frequency f, and thus can be implemented in the same manner as in the second to fourth embodiments.
[0100]
As described above, according to the fifth embodiment, the current allowable change rate using either the field voltage or the field current of the synchronous machine, the predetermined output torque allowable change rate and the predetermined fixed value by the change rate calculator. Is calculated, and this allowable current change rate is set in the change rate limiter. As a result, an allowable current change rate is set in accordance with the driving situation, sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine can be prevented, and expansion of resonance of the shaft system can be avoided.
[0101]
【The invention's effect】
  As described above, according to the invention of claim 1,Since the current allowable change rate is calculated and set in the change rate limiter according to a predetermined calculation formula, the current allowable change rate can be set according to the operating situation, even if the rotation speed of the synchronous machine shaft system is near the resonance point It is possible to prevent the vibration of the shaft system from expanding, and to avoid damaging the shaft system and increasing the fatigue of the shaft system.
[0103]
  Claim2According to the invention, the current allowable change rate is calculated using the output voltage of the synchronous machine, its frequency, the commutation margin angle of the inverse converter, the inverse converter phase control signal, and the predetermined allowable output torque change rate, Since the allowable current change rate is set in the change rate limiter, it is possible to set the allowable current change rate according to the operating condition, prevent sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine, and avoid the expansion of resonance of the shaft system.
[0104]
  Claim3According to the invention, the allowable current change rate is calculated by either the field voltage or the field current of the synchronous machine, the commutation margin angle of the reverse converter, the reverse converter phase control signal, and the predetermined allowable output torque change rate. In addition, it is possible to set the allowable current change rate according to the operating condition, prevent sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine, and avoid expansion of resonance in the shaft system.
[0105]
  Claim4According to the invention, the current allowable change rate is calculated using the output voltage of the synchronous machine, its frequency, the predetermined output torque allowable change rate, and a predetermined fixed value, and is set in the change rate limiter. Therefore, it is possible to set the allowable current change rate according to the above, prevent sudden fluctuations in the torque of the synchronous machine, and avoid expansion of resonance of the shaft system.
[0106]
  Claim5According to the invention, the current allowable change rate is calculated using either the field voltage or the field current of the synchronous machine, the predetermined output torque allowable change rate and the predetermined fixed value, and the current allowable change rate is calculated. Since the change rate limiter is set, the allowable current change rate can be set in accordance with the operating conditions, the sudden fluctuation of the torque of the synchronous machine can be prevented, and the expansion of the resonance of the shaft system can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a third embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing another embodiment of the third embodiment shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a fifth embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing another embodiment of the fifth embodiment shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a block diagram of a thyristor start control device for a synchronous machine showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Input transformer
2 Forward converter
3 DC reactor
4 Inverter
5 AC reactor
6 Synchronous machine
7 Field winding
8 Speed pulse generator
9 Forward converter synchronous power transformer
10 Inverter synchronous power transformer
11 Current transformer
13 Control device
14 Speed detector
15 Speed regulator
16 Current detector
17 Current regulator
18 Forward converter pulse generator
19 Voltage detector
20 Margin calculator
22 Inverter pulse generator
30 rate of change limiter
31 Change rate calculator
32 Current transformer
33 Field current detector
34 Field Voltage Transformer
35 Field voltage detector

Claims

順変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により交流を直流へ変換する順変換器と、該順変換器の直流出力を逆変換器位相制御信号に基づくパルス制御信号により可変周波数の交流電力へ変換し同期機へ供給するサイリスタ素子による他励式の逆変換器と、前記同期機の回転周波数信号が指令周波数信号となるように電流基準信号を生成する速度調整器と、前記順変換器が出力する電流信号が前記電流基準信号となるように前記順変換器位相制御信号を出力する電流調整器と、転流重なり角を演算し、この転流重なり角と予め設定された前記逆変換器の転流余裕角とから転流重なり角を見込んだ逆変換器位相制御信号を演算出力する余裕角演算器と、前記同期機の出力トルクの急な変化を抑制するために所定の演算式に従って同期機の電流許容変化率を算出する変化率演算器と、前記変化率演算器により演算された電流許容変化率内に前記電流基準信号を制限する変化率制限器とを具備したことを特徴とする同期機のサイリスタ始動制御装置。A forward converter that converts alternating current to direct current using a pulse control signal based on a forward converter phase control signal, and a direct current output of the forward converter is converted to variable frequency alternating current power using a pulse control signal based on an inverse converter phase control signal. A separately-excited inverse converter using a thyristor element supplied to the synchronous machine, a speed regulator that generates a current reference signal so that the rotational frequency signal of the synchronous machine becomes a command frequency signal, and the forward converter output A current regulator that outputs the forward converter phase control signal so that a current signal becomes the current reference signal, a commutation overlap angle is calculated, and the commutation overlap angle is set to a preset commutation of the inverse converter. A margin angle calculator for calculating and outputting an inverse converter phase control signal in which a commutation overlap angle is estimated from a flow margin angle, and a synchronous machine according to a predetermined calculation formula in order to suppress a sudden change in output torque of the synchronous machine Power of A synchronous machine comprising: a change rate calculator for calculating an allowable change rate; and a change rate limiter for limiting the current reference signal within an allowable current change rate calculated by the change rate calculator. Thyristor start control device.

前記変化率演算器は、前記同期機の出力電圧とその周波数と前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。The rate of change calculator uses the output voltage of the synchronous machine, its frequency, the commutation margin angle of the inverse converter, the inverse converter phase control signal, and the output torque allowable change rate in advance. thyristor start control apparatus of a synchronous machine according to claim 1, wherein the computing the current allowable rate of change so as to limit the rate of change of the output torque within a predetermined range.

前記変化率演算器は、前記同期機の界磁電圧あるいは界磁電流のいずれかと前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号と予め出力トルク許容変化率とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。The rate-of-change calculator uses either the field voltage or the field current of the synchronous machine, the commutation margin angle of the inverse converter, the inverse converter phase control signal, and the output torque allowable change rate in advance. thyristor start control apparatus of a synchronous machine according to claim 1, wherein the computing the current allowable rate of change so as to limit the rate of change of the output torque of the synchronous machine in a predetermined range.

前記変化率演算器は、前記同期機の出力電圧とその周波数と予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。The change rate calculator uses the output voltage of the synchronous machine, its frequency, and a predetermined allowable output torque change rate, and is based on the commutation margin angle of the inverse converter and the inverse converter phase control signal. using a predetermined fixed value, the thyristors of the synchronous machine according to claim 1, wherein said computing the current allowable rate of change so as to limit the rate of change of the output torque of the synchronous machine in a predetermined range Start control device.

前記変化率演算器は、前記同期機の界磁電流あるいは界磁電圧のいずれかと予め定めた出力トルク許容変化率とを用いると共に、前記逆変換器の転流余裕角と前記逆変換器位相制御信号とに基づく所定の固定値とを用いて、前記同期機の出力トルクの変化率を所定の範囲内に制限するように前記電流許容変化率を演算することを特徴とする請求項１記載の同期機のサイリスタ始動制御装置。The rate-of-change calculator uses either a field current or a field voltage of the synchronous machine and a predetermined output torque allowable rate of change, and a commutation margin angle of the inverse converter and the inverse converter phase control. using a predetermined fixed value based on the signal, according to claim 1, wherein said computing the current allowable rate of change so as to limit the rate of change of the output torque of the synchronous machine in a predetermined range Synchronous machine thyristor start control device.