JP5337242B2

JP5337242B2 - Synchronous machine starting device

Info

Publication number: JP5337242B2
Application number: JP2011519342A
Authority: JP
Inventors: 靖彦細川; 伸三玉井; 彰修安藤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-06-16
Also published as: JPWO2010146663A1; WO2010146663A1

Abstract

A synchronous machine starting device is provided with a power conversion unit (71) for converting supplied power into alternating-current power, a power line (LN) for supplying the alternating-current power from the power conversion unit (71) to an armature of a synchronous machine (4), a transformer (8) including a primary winding electrically connected with the power line (LN) and a secondary winding magnetically coupled with the first winding, a phase correction unit (10) for correcting the phase lead of the alternating-current voltage in the secondary winding of the transformer (8) with respect to the alternating-current voltage in the primary winding of the transformer (8), which is electrically connected to the secondary winding, a rotor position detection unit (11) for detecting the position of a rotor of the synchronous machine (4) on the basis of the alternating-current corrected by the phase correction unit (10), and a power conversion control unit (19) for controlling the power conversion unit (71) on the basis of the rotor position detected by the rotor position detection unit (11).

Description

本発明は、同期機起動装置に関し、特に、同期機の電機子における電圧に基づいて同期機の回転子位置を検出する同期機起動装置に関する。 The present invention relates to a synchronous machine starting device, and more particularly, to a synchronous machine starting device that detects a rotor position of a synchronous machine based on a voltage in an armature of the synchronous machine.

発電機および電動機等の同期機を起動するための同期機起動装置が開発されている。同期機起動装置は、たとえばガスタービンコンバインドサイクル発電に用いられる。同期機起動装置は、たとえば、同期機に交流電力を供給するインバータを備え、同期機の回転子位置を検出し、検出した回転子位置に基づいて、インバータにおけるサイリスタの点弧位相を制御する。 Synchronous machine starting devices for starting synchronous machines such as generators and electric motors have been developed. The synchronous machine starting device is used, for example, for gas turbine combined cycle power generation. The synchronous machine starting device includes, for example, an inverter that supplies AC power to the synchronous machine, detects the rotor position of the synchronous machine, and controls the ignition phase of the thyristor in the inverter based on the detected rotor position.

従来、同期機起動装置では、同期機の回転子の位置を近接スイッチ等により検出する機械式分配器が用いられている。しかしながら、機械式分配器は壊れやすく、また、配線が多いためにノイズの影響を受けやすい。 Conventionally, in a synchronous machine starting device, a mechanical distributor that detects the position of the rotor of the synchronous machine with a proximity switch or the like is used. However, mechanical distributors are fragile and are susceptible to noise due to the large number of wires.

このような機械式分配器を不要とするための同期機起動装置の一例が特開２００６−２７１０３８号公報（特許文献１）に開示されている。すなわち、この同期発電機起動装置は、サイリスタなどの他励素子からなる他励式コンバータと、コンバータにより得られる直流電力を交流電力に変換するサイリスタなどの他励素子からなる他励式インバータとを備え、インバータにより得られる交流電力による同期発電機を起動する。そして、この同期発電機起動装置は、同期発電機の電機子端子の電圧を検出する交流電圧検出器と、インバータから同期発電機の電機子に流し込まれるインバータ出力電流を検出する交流電流検出器と、出力電流検出器からのインバータの交流電流検出値と、第一の同期発電機回転速度推定値から、同期発電機の界磁電流により同期発電機の電機子巻線に誘起される誘起電圧の、第一の基準位相に対する同相成分と直交成分を演算する誘起電圧演算回路と、誘起電圧演算回路からの誘起電圧の第一の基準位相の直交成分をゼロとするような第二の基準位相と第二の同期発電機回転速度推定値を出力するＰＬＬ回路とを備える。そして、この同期発電機起動装置は、ＰＬＬ回路の出力である第二の基準位相に基づき、所定の制御進み角のインバータのゲートパルスを生成するとともに、第二の基準位相を、誘起電圧演算回路の第一の基準位相に入力し、第二の同期発電機回転速度推定値を誘起電圧演算回路の第一の同期発電機回転速度推定値に入力する。 An example of a synchronous machine starting device for making such a mechanical distributor unnecessary is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-271038 (Patent Document 1). That is, the synchronous generator starting device includes a separately-excited converter including a separately-excited element such as a thyristor and a separately-excited inverter including a separately-excited element such as a thyristor that converts DC power obtained by the converter into AC power. Start the synchronous generator with AC power obtained by the inverter. And this synchronous generator starting device includes an AC voltage detector for detecting the voltage of the armature terminal of the synchronous generator, an AC current detector for detecting an inverter output current flowing from the inverter to the armature of the synchronous generator, From the detected AC current value of the inverter from the output current detector and the estimated value of the first synchronous generator rotation speed, the induced voltage induced in the armature winding of the synchronous generator by the field current of the synchronous generator , An induced voltage calculation circuit that calculates an in-phase component and a quadrature component with respect to the first reference phase, and a second reference phase that sets the quadrature component of the first reference phase of the induced voltage from the induced voltage calculation circuit to zero. A PLL circuit that outputs a second synchronous generator rotational speed estimated value. And this synchronous generator starting device produces | generates the gate pulse of the inverter of a predetermined | prescribed control advance angle based on the 2nd reference phase which is an output of a PLL circuit, and also uses the 2nd reference phase as an induced voltage calculation circuit And the second synchronous generator rotational speed estimated value is input to the first synchronous generator rotational speed estimated value of the induced voltage calculation circuit.

特開２００６−２７１０３８号公報JP 2006-271038 A

起動時の同期機の電機子における電圧は、定常時の定格電圧と比べてたとえば１／１０００と非常に小さい。このため、特許文献１に記載の構成では、起動時、交流電圧検出器による検出値の位相誤差が大きくなることから、インバータの点弧位相と同期機の回転子の位相とが同期しない場合がある。このような場合、正常なトルクを同期機に与えることができず、同期機を安定して起動することができない。 The voltage in the armature of the synchronous machine at start-up is very small, for example, 1/1000 compared to the rated voltage at steady state. For this reason, in the configuration described in Patent Document 1, since the phase error of the detected value by the AC voltage detector becomes large at the time of start-up, the ignition phase of the inverter and the rotor phase of the synchronous machine may not be synchronized. is there. In such a case, normal torque cannot be applied to the synchronous machine, and the synchronous machine cannot be started stably.

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、同期機を安定して起動することが可能な同期機起動装置を提供することである。 This invention was made in order to solve the above-mentioned subject, and the objective is to provide the synchronous machine starting device which can start a synchronous machine stably.

この発明のある局面に係わる同期機起動装置は、電機子および回転子を備えた同期機を起動するための同期機起動装置であって、供給された電力を交流電力に変換するための電力変換部と、上記電力変換部から上記同期機の電機子へ上記交流電力を供給するための電力線と、上記電力線と電気的に接続された１次巻線、および上記１次巻線と磁気結合された２次巻線を含む変圧器と、上記変圧器の２次巻線に電気的に接続され、上記変圧器の１次巻線における交流電圧に対する上記２次巻線における交流電圧の位相進みを補正するための位相補正部と、上記位相補正部によって補正された上記交流電圧に基づいて、上記同期機の回転子位置を検出するための回転子位置検出部と、上記回転子位置検出部によって検出された上記回転子位置に基づいて、上記電力変換部を制御するための電力変換制御部とを備える。 A synchronous machine starting device according to an aspect of the present invention is a synchronous machine starting device for starting a synchronous machine including an armature and a rotor, and converts power supplied into AC power. A power line for supplying the AC power from the power converter to the armature of the synchronous machine, a primary winding electrically connected to the power line, and a magnetic coupling with the primary winding A transformer including a secondary winding, and a phase advance of the AC voltage in the secondary winding with respect to the AC voltage in the primary winding of the transformer, electrically connected to the secondary winding of the transformer. A phase correction unit for correcting, a rotor position detection unit for detecting a rotor position of the synchronous machine based on the AC voltage corrected by the phase correction unit, and a rotor position detection unit Based on the detected rotor position There are provided a power conversion control unit for controlling the power conversion unit.

またこの発明の別の局面に係わる同期機起動装置は、電機子および回転子を備えた同期機を起動するための同期機起動装置であって、供給された電力を交流電力に変換するための電力変換部と、上記電力変換部から上記同期機の電機子へ上記交流電力を供給するための電力線と、上記電力線と電気的に接続され、上記同期機の電機子における交流電圧を検出するための変圧器と、上記変圧器によって検出された上記交流電圧に基づいて、上記同期機の回転子の位相を検出するための回転子位相検出部と、上記変圧器によって検出された上記交流電圧に基づいて、上記同期機の回転子の回転速度を検出するための回転子速度検出部と、上記回転子位相検出部によって検出された上記位相を補正するための位相補正部と、上記位相補正部によって補正された上記位相に基づいて、上記電力変換部を制御するための電力変換制御部とを備え、上記位相補正部は、上記回転子の複数の回転速度と上記複数の回転速度にそれぞれ対応する複数の位相進み量との関係であって上記変圧器における各回路要素に基づいて定められる関係を記憶し、上記回転子速度検出部によって検出された上記回転速度に対応する上記位相進み量を出力するための位相進み量変換部と、上記回転子位相検出部によって検出された上記位相を上記位相進み量変換部から出力された上記位相進み量遅らせるための演算部とを含む。 A synchronous machine starting device according to another aspect of the present invention is a synchronous machine starting device for starting a synchronous machine having an armature and a rotor for converting supplied power into AC power. A power conversion unit, a power line for supplying the AC power from the power conversion unit to the armature of the synchronous machine, and an AC voltage in the armature of the synchronous machine that is electrically connected to the power line and is detected. Transformer, a rotor phase detector for detecting the phase of the rotor of the synchronous machine based on the AC voltage detected by the transformer, and the AC voltage detected by the transformer Based on a rotor speed detection unit for detecting the rotation speed of the rotor of the synchronous machine, a phase correction unit for correcting the phase detected by the rotor phase detection unit, and the phase correction unit By A power conversion control unit for controlling the power conversion unit based on the corrected phase, the phase correction unit corresponding to the plurality of rotation speeds and the plurality of rotation speeds of the rotor, respectively. A relationship between a plurality of phase advance amounts and a relationship determined based on each circuit element in the transformer is stored, and the phase advance amount corresponding to the rotation speed detected by the rotor speed detection unit is output. A phase advance amount conversion unit for performing the operation, and a calculation unit for delaying the phase advance amount output from the phase advance amount conversion unit for the phase detected by the rotor phase detection unit.

本発明によれば、同期機を安定して起動することができる。 According to the present invention, the synchronous machine can be started stably.

本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the synchronous machine starting device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 回転子位置検出部１１の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a rotor position detection unit 11. 交流電圧検出器８の構成を示す図である。3 is a diagram showing a configuration of an AC voltage detector 8. FIG. 交流電圧検出器８の等価回路を示す図である。3 is a diagram showing an equivalent circuit of an AC voltage detector 8. FIG. 位相補正部１０の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a phase correction unit 10. 本発明の第２の実施の形態に係る位相補正部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the phase correction part which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the synchronous machine starting device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 位相変換テーブル４１の記憶する関数関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the functional relationship memorize | stored in the phase conversion table. 本発明の第４の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the synchronous machine starting device which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the synchronous machine starting device according to the first embodiment of the present invention.

図１を参照して、同期機起動装置１０１は、電力変換部７１と、交流電圧検出器８と、交流電流検出器９と、位相補正部１０と、回転子位置検出部１１と、インバータ制御部（電力変換制御部）１９と、電力線ＬＮとを備える。電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む。インバータ制御部１９は、基準正弦波演算器１２と、ゲートパルス発生器１３と、β指令回路１４とを含む。回転子位置検出部１１は、回転子位相検出部６１と、回転子速度検出部６２とを含む。 Referring to FIG. 1, a synchronous machine starting device 101 includes a power conversion unit 71, an AC voltage detector 8, an AC current detector 9, a phase correction unit 10, a rotor position detection unit 11, and an inverter control. Unit (power conversion control unit) 19 and a power line LN. The power conversion unit 71 includes a converter 1, an inverter 2, and a DC reactor 3. The inverter control unit 19 includes a reference sine wave calculator 12, a gate pulse generator 13, and a β command circuit 14. Rotor position detector 11 includes a rotor phase detector 61 and a rotor speed detector 62.

同期機４およびモータＭは、軸ＳＨを介して接続されている。同期機４はたとえば同期発電機または同期電動機であり、固定子である電機子と、回転子である界磁とを有する。モータＭは、同期機４の待機時、所定速度で回転する。この回転速度は低速であり、たとえば数ｒｐｍである。これに対して、通常時の回転速度は３０００ｒｐｍ〜３６００ｒｐｍである。このため、起動時の同期機４の電機子における電圧は、前述のように定常時の１／１０００と非常に小さいことから、交流電圧検出器８による検出電圧の位相誤差は大きくなる。 The synchronous machine 4 and the motor M are connected via a shaft SH. The synchronous machine 4 is a synchronous generator or a synchronous motor, for example, and has an armature as a stator and a field as a rotor. The motor M rotates at a predetermined speed when the synchronous machine 4 is on standby. This rotational speed is low, for example several rpm. On the other hand, the normal rotation speed is 3000 rpm to 3600 rpm. For this reason, the voltage in the armature of the synchronous machine 4 at the time of start-up is as small as 1/1000 at the time of steady state as described above, so that the phase error of the detected voltage by the AC voltage detector 8 becomes large.

コンバータ１は、サイリスタなどの複数の素子からなり、交流電源ｅ１からの交流電力を直流電力に変換する。 Converter 1 is composed of a plurality of elements such as thyristors, and converts AC power from AC power supply e1 into DC power.

インバータ２は、サイリスタなどの複数の素子からなり、コンバータ１により得られる直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電力に変換して同期機４の電機子に供給することにより、同期機４を駆動する。電力線ＬＮは、電力変換部７１によって変換された三相交流電力を同期機４の電機子へ送る。 The inverter 2 is composed of a plurality of elements such as thyristors, converts the DC power obtained by the converter 1 into three-phase AC power of U phase, V phase, and W phase and supplies it to the armature of the synchronous machine 4. The synchronous machine 4 is driven. The power line LN sends the three-phase AC power converted by the power converter 71 to the armature of the synchronous machine 4.

コンバータ１およびインバータ２は、直流リアクトル３を介して接続されている。インバータ２の交流側は同期機４の電機子に接続されている。 The converter 1 and the inverter 2 are connected via a DC reactor 3. The AC side of the inverter 2 is connected to the armature of the synchronous machine 4.

交流電圧検出器８は、同期機４の電機子に供給される三相交流電圧を検出し、電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を位相補正部１０へ出力する。 The AC voltage detector 8 detects a three-phase AC voltage supplied to the armature of the synchronous machine 4 and outputs voltage detection values V1, V2, and V3 to the phase correction unit 10.

位相補正部１０は、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の位相誤差を補正して回転子位置検出部１１へ出力する。 The phase correction unit 10 corrects the phase error of the voltage detection values V1, V2, and V3 received from the AC voltage detector 8 and outputs the corrected phase error to the rotor position detection unit 11.

交流電流検出器９は、同期機４の電機子に供給される三相交流電流を検出し、電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を回転子位置検出部１１へ出力する。 The AC current detector 9 detects a three-phase AC current supplied to the armature of the synchronous machine 4 and outputs current detection values I1, I2, and I3 to the rotor position detection unit 11.

回転子位置検出部１１は、位相補正部１０および交流電流検出器９から受けた各検出値に基づいて、同期機４の回転子位置（位相）を検出し、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳをインバータ制御部１９へ出力する。回転子位置検出部１１において、回転子位相検出部６１は、位相補正部１０および交流電流検出器９から受けた各検出値に基づいて、同期機４の回転子の位相を検出する。回転子速度検出部６２は、位相補正部１０および交流電流検出器９から受けた各検出値に基づいて、同期機４の回転子の回転速度を検出する。 The rotor position detection unit 11 detects the rotor position (phase) of the synchronous machine 4 based on the detection values received from the phase correction unit 10 and the AC current detector 9, and determines the rotor position of the synchronous machine 4. The rotor position signal POS shown is output to the inverter control unit 19. In the rotor position detector 11, the rotor phase detector 61 detects the phase of the rotor of the synchronous machine 4 based on the detection values received from the phase corrector 10 and the AC current detector 9. The rotor speed detection unit 62 detects the rotation speed of the rotor of the synchronous machine 4 based on the detection values received from the phase correction unit 10 and the AC current detector 9.

インバータ制御部１９は、回転子位置検出部１１から受けた回転子位置信号ＰＯＳに基づいてインバータ２を制御する。 The inverter control unit 19 controls the inverter 2 based on the rotor position signal POS received from the rotor position detection unit 11.

インバータ制御部１９において、基準正弦波演算器１２は、回転子位置検出部１１から受けた位置信号ＰＯＳに基づいて、基準正弦波ｓｉｎφを出力する。 In the inverter control unit 19, the reference sine wave calculator 12 outputs a reference sine wave sin φ based on the position signal POS received from the rotor position detection unit 11.

β指令回路１４は、制御進み角指令値βを演算し、ゲートパルス発生器１３へ出力する。 The β command circuit 14 calculates a control advance angle command value β and outputs it to the gate pulse generator 13.

ゲートパルス発生器１３は、基準正弦波演算器１２から受けた基準正弦波ｓｉｎφと、β指令回路１４から受けた制御進み角指令値βとに基づいて、インバータ２における各素子へゲートパルスを出力する。 Gate pulse generator 13 outputs a gate pulse to each element in inverter 2 based on reference sine wave sinφ received from reference sine wave calculator 12 and control advance angle command value β received from β command circuit 14. To do.

回転子位置検出部１１は、同期機４の回転子位置を示す推定位相すなわち後述する位相信号ＰＨと位相補正部１０から受けた補正後の電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とに基づいて推定位相の誤差を算出し、算出された位相誤差に基づいて推定位相すなわち後述する位相信号ＰＨを算出する。そして、回転子位置検出部１１は、算出した推定位相から得られる位置信号ＰＯＳを出力するとともに算出した推定位相と新たに位相補正部１０から受けた補正後の電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および新たに交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とに基づいて推定位相の誤差を新たに算出するフィードバック演算を行なう。 The rotor position detection unit 11 includes an estimated phase indicating the rotor position of the synchronous machine 4, that is, a phase signal PH described later, corrected voltage detection values V1, V2, V3 received from the phase correction unit 10 and an alternating current detector 9. The estimated phase error is calculated based on the detected current values I1, I2, and I3 received from, and the estimated phase, that is, a phase signal PH described later is calculated based on the calculated phase error. The rotor position detection unit 11 outputs a position signal POS obtained from the calculated estimated phase, and calculates the estimated phase and the corrected voltage detection values V1, V2, V3 newly received from the phase correction unit 10 and Based on the current detection values I1, I2, and I3 newly received from the AC current detector 9, a feedback calculation for newly calculating an estimated phase error is performed.

図２は、回転子位置検出部１１の構成を示す図である。図２に示す構成は、図１に示す回転子位相検出部６１および回転子速度検出部６２の機能を実現するための構成の一例である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the rotor position detection unit 11. The configuration shown in FIG. 2 is an example of a configuration for realizing the functions of the rotor phase detection unit 61 and the rotor speed detection unit 62 shown in FIG.

図２を参照して、回転子位置検出部１１は、三相二相変換回路３１および３２と、誘起電圧演算回路３３と、ＰＬＬ回路３４と、位置信号生成器３５とを含む。 Referring to FIG. 2, rotor position detector 11 includes three-phase to two-phase conversion circuits 31 and 32, an induced voltage calculation circuit 33, a PLL circuit 34, and a position signal generator 35.

三相二相変換回路３１は、基準位相φすなわち同期機４の回転子の推定位相に基づいて、位相補正部１０から受けた補正後の電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を三相二相変換（ｄ−ｑ変換）する。 The three-phase to two-phase conversion circuit 31 performs three-phase to two-phase conversion on the corrected voltage detection values V1, V2, and V3 received from the phase correction unit 10 based on the reference phase φ, that is, the estimated phase of the rotor of the synchronous machine 4. (Dq conversion).

三相二相変換回路３２は、基準位相φに基づいて、交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を三相二相変換（ｄ−ｑ変換）する。 The three-phase to two-phase conversion circuit 32 performs three-phase to two-phase conversion (dq conversion) on the current detection values I1, I2, and I3 received from the AC current detector 9 based on the reference phase φ.

誘起電圧演算回路３３は、三相二相変換回路３１によって変換された電圧値ＶｄおよびＶｑならびに三相二相変換回路３２によって変換された電流値ＩｄおよびＩｑに基づいて、同期機４の電機子に誘起される誘起電圧を演算する。 The induced voltage calculation circuit 33 is based on the voltage values Vd and Vq converted by the three-phase two-phase conversion circuit 31 and the current values Id and Iq converted by the three-phase two-phase conversion circuit 32, and the armature of the synchronous machine 4 Calculate the induced voltage induced by.

三相二相変換回路３１および３２によって電圧および電流の座標変換すなわち三相二相変換を行なうためには、同期機４の回転子の回転に同期した基準位相が必要になる。ところが、機械式分配器などの位置センサが無い場合、この信号が直接得られない。 In order to perform voltage and current coordinate conversion, that is, three-phase two-phase conversion, by the three-phase two-phase conversion circuits 31 and 32, a reference phase synchronized with the rotation of the rotor of the synchronous machine 4 is required. However, if there is no position sensor such as a mechanical distributor, this signal cannot be obtained directly.

そこで、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、三相二相変換回路３１および３２は、同期機起動装置１０１の起動時に基準位相φの初期値が与えられ、座標変換を行なう。 Therefore, in the synchronous machine starting device according to the first embodiment of the present invention, the three-phase two-phase conversion circuits 31 and 32 are given an initial value of the reference phase φ when the synchronous machine starting device 101 is started, and coordinate conversion is performed. To do.

そして、誘起電圧演算回路３３は、三相二相変換回路３１および３２によって変換されたｄ−ｑ軸上の電圧値および電流値に基づいて同期機４のｄ軸（同相成分）一ｑ軸（直交成分）上での電機子の誘起電圧を計算する。誘起電圧を計算するためには、回転速度ωすなわち同期機４の回転子の推定回転速度が必要になるが、位置センサがないため、同期機起動装置１０１の起動時に同期機４の回転速度ωの初期値が誘起電圧演算回路３３に与えられる。 Then, the induced voltage calculation circuit 33 is based on the voltage value and current value on the dq axis converted by the three-phase / two-phase conversion circuits 31 and 32, and the d axis (in-phase component) of the synchronous machine 4 and the q axis ( Calculate the induced voltage of the armature on the orthogonal component. In order to calculate the induced voltage, the rotational speed ω, that is, the estimated rotational speed of the rotor of the synchronous machine 4 is required. However, since there is no position sensor, the rotational speed ω of the synchronous machine 4 is activated when the synchronous machine starting device 101 is started. Is given to the induced voltage calculation circuit 33.

誘起電圧演算回路３３によって計算された誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑすなわち基準位相φに対する直交成分がゼロでない場合には、計算結果が基準位相φに対してずれている。この誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑが、同期機４における回転子の推定位相の誤差に相当する。そこで、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑがゼロとなるような制御を行なうＰＬＬ回路３４を設ける。ＰＬＬ回路３４は、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑがゼロになるような回転速度ωすなわち同期機４の回転子の推定回転速度と、基準位相φすなわち同期機４の回転子の推定位相とを算出する。なお、基準位相φは、回転速度ωを積分することにより算出される。 When the q-axis component Zq of the induced voltage calculated by the induced voltage calculation circuit 33, that is, the orthogonal component with respect to the reference phase φ is not zero, the calculation result is shifted from the reference phase φ. The q-axis component Zq of the induced voltage corresponds to an error in the estimated phase of the rotor in the synchronous machine 4. Therefore, a PLL circuit 34 that performs control so that the q-axis component Zq of the induced voltage becomes zero is provided. The PLL circuit 34 calculates the rotational speed ω that causes the q-axis component Zq of the induced voltage to become zero, that is, the estimated rotational speed of the rotor of the synchronous machine 4, and the reference phase φ, that is, the estimated phase of the rotor of the synchronous machine 4. To do. The reference phase φ is calculated by integrating the rotational speed ω.

ＰＬＬ回路３４によって算出された基準位相φは、三相二相変換回路３１および３２にフィードバックされ、また、位置信号生成器３５へ出力される。そして、位置信号生成器３５によって機械式分配器と同様のパルス状波形を有する信号が、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳとしてインバータ制御部１９へ出力される。三相二相変換回路３１および３２は、以後、ＰＬＬ回路３４からの基準位相φに基づいて三相二相変換を行なう。 The reference phase φ calculated by the PLL circuit 34 is fed back to the three-phase / two-phase conversion circuits 31 and 32 and is output to the position signal generator 35. The position signal generator 35 outputs a signal having a pulse waveform similar to that of the mechanical distributor to the inverter control unit 19 as a rotor position signal POS indicating the rotor position of the synchronous machine 4. Thereafter, the three-phase / two-phase conversion circuits 31 and 32 perform the three-phase / two-phase conversion based on the reference phase φ from the PLL circuit 34.

また、ＰＬＬ回路３４によって算出された回転速度ωは、誘起電圧演算回路３３に与えられる。誘起電圧演算回路３３は、以後、ＰＬＬ回路３４からの回転速度ωに基づいて、誘起電圧（同相成分）Ｚｄおよび誘起電圧（直交成分）Ｚｑを演算する。 The rotation speed ω calculated by the PLL circuit 34 is given to the induced voltage calculation circuit 33. Thereafter, the induced voltage calculation circuit 33 calculates the induced voltage (in-phase component) Zd and the induced voltage (orthogonal component) Zq based on the rotational speed ω from the PLL circuit 34.

なお、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、回転子位置検出部１１は、同期機４の回転子位置を示す推定位相と位相補正部１０から受けた補正後の電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とに基づいて推定位相の誤差を算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。回転子位置検出部１１は、同期機４の回転子位置を示す推定位相と位相補正部１０から受けた補正後の電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３とに基づいて推定位相の誤差を算出する構成であってもよい。 In the synchronous machine starting device according to the first embodiment of the present invention, the rotor position detection unit 11 includes the estimated phase indicating the rotor position of the synchronous machine 4 and the corrected voltage received from the phase correction unit 10. Although it is assumed that the estimated phase error is calculated based on the detected values V1, V2, V3 and the detected current values I1, I2, I3 received from the AC current detector 9, the present invention is not limited to this. The rotor position detector 11 calculates an error in the estimated phase based on the estimated phase indicating the rotor position of the synchronous machine 4 and the corrected voltage detection values V1, V2, and V3 received from the phase corrector 10. It may be.

また、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、ＰＬＬ回路３４は、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑのみに基づいて回転速度ωおよび基準位相φを算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。ＰＬＬ回路３４は、ｑ軸成分Ｚｑおよびｄ軸成分Ｚｄに基づいて回転速度ωおよび基準位相φを算出する構成であってもよい。このような構成により、さらに正確な演算が可能となる。 In the synchronous machine starting device according to the first embodiment of the present invention, the PLL circuit 34 is configured to calculate the rotation speed ω and the reference phase φ based only on the q-axis component Zq of the induced voltage. However, the present invention is not limited to this. The PLL circuit 34 may be configured to calculate the rotation speed ω and the reference phase φ based on the q-axis component Zq and the d-axis component Zd. With such a configuration, more accurate calculation is possible.

図３は、交流電圧検出器８の構成を示す図である。図３では、同期機４の電機子における三相の交流電圧のうち、Ｕ相−Ｖ相間の交流電圧を検出する構成を代表的に示す。Ｖ相−Ｗ相間の交流電圧を検出する構成およびＷ相−Ｕ相間の交流電圧を検出する構成は図３に示す構成と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。また、Ｕ相−Ｖ相間交流電圧およびＶ相−Ｗ相間交流電圧等の２つの相間交流電圧を検出すれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧を計算により求めることが可能である。この相間電圧から相電圧への変換は、位相補正部１０または回転子位置検出部１１において行なわれる。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the AC voltage detector 8. In FIG. 3, the structure which detects the alternating voltage between U-phase among the three-phase alternating current voltages in the armature of the synchronous machine 4 is shown typically. Since the configuration for detecting the AC voltage between the V phase and the W phase and the configuration for detecting the AC voltage between the W phase and the U phase are the same as the configuration shown in FIG. 3, detailed description thereof will not be repeated here. Further, if two inter-phase AC voltages such as U-phase-V phase AC voltage and V-phase-W phase AC voltage are detected, U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages can be obtained by calculation. The conversion from the phase voltage to the phase voltage is performed in the phase correction unit 10 or the rotor position detection unit 11.

また、各相間の交流電圧の位相を補正する構成は同じであるため、以下では、Ｕ相−Ｖ相間の交流電圧の位相を補正する構成について代表的に説明する。 Moreover, since the structure which correct | amends the phase of the alternating voltage between each phase is the same, below, the structure which correct | amends the phase of the alternating voltage between U phase-V phases is demonstrated typically.

図３を参照して、交流電圧検出器８は、たとえば計器用変圧器であり、１次巻線Ｌ１と、１次巻線Ｌ１と磁気結合された２次巻線Ｌ２とを含む。交流電圧検出器８は、Ｕ相の交流電圧が供給される電力線ＬＮに電気的に接続された入力ノード１Ｕと、Ｖ相の交流電圧が供給される電力線ＬＮに電気的に接続された入力ノード１Ｖと、出力ノード２Ｕおよび２Ｖとを有する。入力ノード１Ｕおよび１Ｖは、１次巻線Ｌ１の第１端および第２端にそれぞれ接続されている。出力ノード２Ｕおよび２Ｖは、２次巻線Ｌ２の第１端および第２端にそれぞれ接続されている。 Referring to FIG. 3, AC voltage detector 8 is, for example, an instrument transformer, and includes a primary winding L1 and a secondary winding L2 magnetically coupled to primary winding L1. The AC voltage detector 8 includes an input node 1U electrically connected to a power line LN to which a U-phase AC voltage is supplied, and an input node electrically connected to a power line LN to which a V-phase AC voltage is supplied. 1V and output nodes 2U and 2V. Input nodes 1U and 1V are connected to a first end and a second end of primary winding L1, respectively. Output nodes 2U and 2V are connected to the first end and the second end of secondary winding L2, respectively.

図３では、同期機４の電機子における三相の交流電圧のうち、Ｕ相−Ｖ相間の交流電圧すなわち入力ノード１Ｕおよび１Ｖ間の交流電圧Ｅ１を所定の変圧比で変圧した交流電圧Ｅ２が２次巻線Ｌ２すなわち出力ノード２Ｕおよび２Ｖ間に誘起される。 In FIG. 3, among the three-phase AC voltages in the armature of the synchronous machine 4, the AC voltage E2 obtained by transforming the AC voltage between the U phase and the V phase, that is, the AC voltage E1 between the input nodes 1U and 1V, at a predetermined transformation ratio. Induced between secondary winding L2, ie output nodes 2U and 2V.

このように、交流電圧検出器８として変圧器を用いる構成により、高電圧が印加されるインバータ２および電力線ＬＮ等の主回路と、位相補正部１０および回転子位置検出部１１等の制御回路との絶縁を確保することができるため、制御回路が過大電圧の印加によって故障することを防止することができる。 In this way, by using a transformer as the AC voltage detector 8, main circuits such as the inverter 2 and the power line LN to which a high voltage is applied, and control circuits such as the phase correction unit 10 and the rotor position detection unit 11 are provided. Therefore, it is possible to prevent the control circuit from failing due to application of an excessive voltage.

図４は、交流電圧検出器８の等価回路を示す図である。
図４を参照して、等価回路８Ｅは、回路要素として、抵抗Ｒと、漏れインダクタンスＬＬと、励磁インダクタンスＬＭとを含む。FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the AC voltage detector 8.
Referring to FIG. 4, equivalent circuit 8E includes a resistance R, a leakage inductance LL, and an excitation inductance LM as circuit elements.

同期機４の電機子に供給される交流電圧の周波数をｆとし、Ｓ＝ｊ×２×π×ｆとする。ここで、ｊは虚数単位である。交流電圧検出器８の入力電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２との関係は、以下の式で表わされる。 Let f be the frequency of the AC voltage supplied to the armature of the synchronous machine 4, and S = j × 2 × π × f. Here, j is an imaginary unit. The relationship between the input voltage E1 and the output voltage E2 of the AC voltage detector 8 is expressed by the following equation.

Ｅ２＝ＬＭ×Ｓ／｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝×Ｅ１
一般には周波数ｆは十分高いので、Ｒ＜＜（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓである。ゆえに、出力電圧Ｅ２は以下のように近似される。E2 = LM × S / {R + (LM + LL) × S} × E1
In general, since the frequency f is sufficiently high, R << (LM + LL) × S. Therefore, the output voltage E2 is approximated as follows.

Ｅ２≒ＬＭ／（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｅ１
したがって、Ｅ１とＥ２の位相は等しくなる。一方、周波数ｆが低い場合には、Ｒの値と（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓの値とが同程度となり、出力電圧Ｅ２の位相が入力電圧Ｅ１の位相に対して進んでしまう。E2≈LM / (LM + LL) × E1
Therefore, the phases of E1 and E2 are equal. On the other hand, when the frequency f is low, the value of R and the value of (LM + LL) × S become approximately the same, and the phase of the output voltage E2 advances with respect to the phase of the input voltage E1.

一般的な計器用変圧器では、周波数ｆが１Ｈｚ以下になると上記位相進みが顕著となる。そして、一般的な発電機は、０．０５Ｈｚ程度の非常に低い周波数で回転して起動するので、発電機の電機子における交流電圧の実際の位相よりも進んだ位相に基づいてインバータ２におけるサイリスタを点弧することになる。そうすると、発電機に起動トルクを与えることができず、発電機を正常に起動できない場合がある。 In a general instrument transformer, when the frequency f becomes 1 Hz or less, the phase advance becomes significant. And since a general generator rotates and starts at a very low frequency of about 0.05 Hz, the thyristor in the inverter 2 is based on the phase advanced from the actual phase of the AC voltage in the armature of the generator. Will be fired. If it does so, starting torque cannot be given to a generator and a generator may not be started normally.

そこで、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、以下のような構成により、上記のような問題点を解決する。 Therefore, the synchronous machine starting device according to the first embodiment of the present invention solves the above-described problems with the following configuration.

図５は、位相補正部１０の構成を示す図である。
図５を参照して、位相補正部１０は、電圧センサ２１と、比例積分回路２２と、抵抗Ｒａ１，Ｒａ２と、オペアンプ２３とを含む。比例積分回路２２は、入力抵抗Ｒｉと、出力抵抗Ｒｏと、コンデンサＣと、オペアンプ２９とを含む。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the phase correction unit 10.
Referring to FIG. 5, phase correction unit 10 includes a voltage sensor 21, a proportional integration circuit 22, resistors Ra <b> 1 and Ra <b> 2, and an operational amplifier 23. The proportional integration circuit 22 includes an input resistor Ri, an output resistor Ro, a capacitor C, and an operational amplifier 29.

比例積分回路２２において、入力抵抗Ｒｉは、電圧センサ２１の出力端子に接続された第１端と、第２端とを有する。オペアンプ２９は、入力抵抗Ｒｉの第２端および出力抵抗Ｒｏの第１端に接続された反転入力端子と、接地電圧の供給される接地ノードに接続された非反転入力端子と、コンデンサＣの第２端および抵抗Ｒａ１の第１端に接続された出力端子とを有する。抵抗Ｒｏの第２端とコンデンサＣの第１端とが接続されている。 In the proportional integration circuit 22, the input resistor Ri has a first end connected to the output terminal of the voltage sensor 21 and a second end. The operational amplifier 29 includes an inverting input terminal connected to the second end of the input resistor Ri and the first end of the output resistor Ro, a non-inverting input terminal connected to a ground node to which a ground voltage is supplied, and a first capacitor C. And an output terminal connected to the first end of the resistor Ra1. The second end of the resistor Ro and the first end of the capacitor C are connected.

また、オペアンプ２３は、抵抗Ｒａ１の第２端および抵抗Ｒａ２の第１端に接続された反転入力端子と、接地電圧の供給される接地ノードに接続された非反転入力端子と、抵抗Ｒａ２の第２端に接続された出力端子とを有する。 The operational amplifier 23 includes an inverting input terminal connected to the second end of the resistor Ra1 and the first end of the resistor Ra2, a non-inverting input terminal connected to a ground node to which a ground voltage is supplied, and a first terminal of the resistor Ra2. And an output terminal connected to two ends.

電圧センサ２１は、交流電圧検出器８の出力電圧Ｅ２のレベルを検出し、出力電圧Ｅ２のレベルを示す検出電圧Ｅ２ＤＥＴを比例積分回路２２へ出力する。電圧センサ２１には、出力電圧Ｅ２に影響を与えないために入力インピーダンスの大きいアンプ等を使用するのが望ましい。 The voltage sensor 21 detects the level of the output voltage E2 of the AC voltage detector 8, and outputs a detection voltage E2DET indicating the level of the output voltage E2 to the proportional integration circuit 22. As the voltage sensor 21, it is desirable to use an amplifier having a large input impedance so as not to affect the output voltage E2.

たとえば、電圧センサ２１は、絶縁アンプである。すなわち、電圧センサ２１は、交流電圧検出器８の２次巻線Ｌ２に電気的に接続された入力端と、この入力端と絶縁された出力端とを有し、入力端における電圧を増幅した電圧を出力端から比例積分回路２２へ出力する。 For example, the voltage sensor 21 is an insulation amplifier. That is, the voltage sensor 21 has an input terminal electrically connected to the secondary winding L2 of the AC voltage detector 8 and an output terminal insulated from the input terminal, and amplifies the voltage at the input terminal. The voltage is output from the output terminal to the proportional integration circuit 22.

比例積分回路２２は、電圧センサ２１から出力された電圧を比例積分することにより出力電圧Ｅ２の位相進みを補正する。 The proportional integration circuit 22 corrects the phase advance of the output voltage E <b> 2 by proportionally integrating the voltage output from the voltage sensor 21.

位相補正部１０は、交流電圧検出器８の２次巻線Ｌ２に電気的に接続され、１次巻線Ｌ１における交流電圧に対する２次巻線Ｌ２における交流電圧の位相進みを補正する。位相補正部１０は、交流電圧検出器８における巻線抵抗Ｒ、漏れインダクタンスＬＬおよび励磁インダクタンスＬＭに基づいて出力電圧Ｅ２の位相進みを補正する。 The phase correction unit 10 is electrically connected to the secondary winding L2 of the AC voltage detector 8, and corrects the phase advance of the AC voltage in the secondary winding L2 with respect to the AC voltage in the primary winding L1. The phase correction unit 10 corrects the phase advance of the output voltage E2 based on the winding resistance R, the leakage inductance LL, and the excitation inductance LM in the AC voltage detector 8.

より詳細には、比例積分回路２２では、ｋを任意の定数として、自らの回路要素Ｒｉ，Ｒｏ，Ｃと等価回路８Ｅの回路要素である抵抗Ｒ、漏れインダクタンスＬＬおよび励磁インダクタンスＬＭとの関係が、Ｒｉ＝ｋ×ＬＭ、Ｒｏ＝ｋ×（ＬＭ＋ＬＬ）、Ｃ＝１／（ｋ×Ｒ）となるように、入力抵抗Ｒｉおよび出力抵抗Ｒｏの抵抗値とコンデンサＣの容量値とが定められる。 More specifically, in the proportional integration circuit 22, the relationship among its circuit elements Ri, Ro, C and the resistance R, the leakage inductance LL, and the excitation inductance LM, which are circuit elements of the equivalent circuit 8E, is set with k being an arbitrary constant. , Ri = k × LM, Ro = k × (LM + LL), and C = 1 / (k × R), the resistance values of the input resistance Ri and the output resistance Ro and the capacitance value of the capacitor C are determined.

これにより、比例積分回路２２は、交流電圧検出器８の出力電圧Ｅ２と回転子位置検出部１１への出力電圧ＥＣとの関係が以下の式になるように比例積分演算を行なうことになる。 Thereby, the proportional integration circuit 22 performs the proportional integration calculation so that the relationship between the output voltage E2 of the AC voltage detector 8 and the output voltage EC to the rotor position detection unit 11 is expressed by the following equation.

ＥＣ＝｛｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝／（ＬＭ×Ｓ）｝×Ｅ２
ただし、Ｓ＝ｊ×２×π×ｆである。EC = {{R + (LM + LL) × S} / (LM × S)} × E2
However, S = j × 2 × π × f.

オペアンプ２３は、比例積分回路２２の出力電圧の極性を反転する。抵抗Ｒａ１および抵抗Ｒａ２の抵抗値は任意の等しい値である。 The operational amplifier 23 inverts the polarity of the output voltage of the proportional integration circuit 22. The resistance values of the resistor Ra1 and the resistor Ra2 are arbitrarily equal.

したがって、回転子位置検出部１１への出力電圧ＥＣは、以下のようにＥ１と等しくなる。 Therefore, the output voltage EC to the rotor position detector 11 is equal to E1 as follows.

ＥＣ
＝｛｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝／（ＬＭ×Ｓ）｝×Ｅ２
＝｛｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝／（ＬＭ×Ｓ）｝×｛（ＬＭ×Ｓ）／｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝｝×Ｅ１
＝Ｅ１
すなわち、周波数ｆが低い場合における交流電圧検出器８の位相誤差が位相補正部１０によって補正されるため、同期機４の電機子における交流電圧の位相を正確に検出することが可能となる。EC
= {{R + (LM + LL) × S} / (LM × S)} × E2
= {{R + (LM + LL) * S} / (LM * S)} * {(LM * S) / {R + (LM + LL) * S}} * E1
= E1
That is, since the phase error of the AC voltage detector 8 when the frequency f is low is corrected by the phase correction unit 10, the phase of the AC voltage in the armature of the synchronous machine 4 can be accurately detected.

そして、出力電圧ＥＣを回転子位置検出部１１に与え、回転子位置検出部１１が出力電圧ＥＣに基づいて同期機４の回転子位置を検出することにより、同期機４を正常に起動することができる。 Then, the output voltage EC is applied to the rotor position detection unit 11, and the rotor position detection unit 11 detects the rotor position of the synchronization machine 4 based on the output voltage EC, so that the synchronization machine 4 is normally started. Can do.

また、一般に、ＬＭ＞＞ＬＬであるので、簡略化してＲｉ＝Ｒｏ＝ｋ×ＬＭとなるように、入力抵抗Ｒｉおよび出力抵抗Ｒｏの抵抗値とコンデンサＣの容量値とを決めることも可能である。すなわち、位相補正部１０は、変圧器における巻線抵抗Ｒおよび励磁インダクタンスＬＭに基づいて位相進みを補正する構成であってもよい。 In general, since LM >> LL, it is possible to determine the resistance values of the input resistance Ri and the output resistance Ro and the capacitance value of the capacitor C so that Ri = Ro = k × LM. is there. That is, the phase correction unit 10 may be configured to correct the phase advance based on the winding resistance R and the excitation inductance LM in the transformer.

なお、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。電力変換部７１は、コンバータ１、インバータ２および直流リアクトル３の代わりに、マトリックスコンバータ等、供給された電力を交流電力に変換して同期機４の電機子に供給する何らかの回路を含む構成であればよい。 In the synchronous machine starting device according to the first embodiment of the present invention, the power converter 71 is configured to include the converter 1, the inverter 2, and the DC reactor 3, but the present invention is limited to this. It is not a thing. The power conversion unit 71 may include a circuit such as a matrix converter that converts the supplied power into AC power and supplies it to the armature of the synchronous machine 4 instead of the converter 1, the inverter 2, and the DC reactor 3. That's fine.

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて位相補正部の実現方法を変更した同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。<Second Embodiment>
The present embodiment relates to a synchronous machine starting device in which a method for realizing a phase correction unit is changed as compared with the synchronous machine starting device according to the first embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the synchronous machine starting device according to the first embodiment.

位相補正部は、本発明の第１の実施の形態に係る位相補正部１０のようにアナログ演算回路で実現してもよいし、あるいは、本実施の形態のようにＣＰＵ（Central
Processing Unit）等を用いたソフトウェア処理によって実現してもよい。The phase correction unit may be realized by an analog arithmetic circuit like the phase correction unit 10 according to the first embodiment of the present invention, or may be a CPU (Central Processing Unit) as in the present embodiment.
It may be realized by software processing using a processing unit.

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る位相補正部の構成を示す図である。
図６を参照して、位相補正部５１は、電圧センサ２１と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２４と、比例積分演算部２５とを含む。比例積分演算部２５は、たとえばＣＰＵであり、演算部ＣＡＬ１〜ＣＡＬ４を含む。これらの演算部は、ＣＰＵが実行するプログラムによって実現される。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a phase correction unit according to the second embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 6, phase correction unit 51 includes a voltage sensor 21, an analog / digital (A / D) converter 24, and a proportional integration calculation unit 25. Proportional integral calculation unit 25 is, for example, a CPU, and includes calculation units CAL1 to CAL4. These arithmetic units are realized by a program executed by the CPU.

電圧センサ２１は、交流電圧検出器８における計器用変圧器の２次巻線Ｌ２における電圧すなわち出力電圧Ｅ２のレベルを検出し、出力電圧Ｅ２のレベルを示す検出電圧Ｅ２ＤＥＴをアナログ／デジタルコンバータ２４へ出力する。 The voltage sensor 21 detects the voltage in the secondary winding L2 of the instrument transformer in the AC voltage detector 8, that is, the level of the output voltage E2, and supplies the detection voltage E2DET indicating the level of the output voltage E2 to the analog / digital converter 24. Output.

アナログ／デジタルコンバータ２４は、電圧センサ２１から受けたアナログ電圧である検出電圧Ｅ２ＤＥＴをデジタル値に変換し、比例積分演算部２５へ出力する。 The analog / digital converter 24 converts the detection voltage E2DET, which is an analog voltage received from the voltage sensor 21, into a digital value and outputs the digital value to the proportional-integral calculation unit 25.

比例積分演算部２５は、アナログ／デジタルコンバータ２４によって変換されたデジタル値を比例積分することにより出力電圧Ｅ２の位相進みを補正する。 The proportional integration calculation unit 25 corrects the phase advance of the output voltage E <b> 2 by proportionally integrating the digital value converted by the analog / digital converter 24.

より詳細には、比例積分演算部２５は、交流電圧検出器８の等価回路８Ｅにおける回路要素である抵抗Ｒ、漏れインダクタンスＬＬおよび励磁インダクタンスＬＭの値を予め記憶している。そして、比例積分演算部２５において、演算部ＣＡＬ１は、アナログ／デジタルコンバータ２４から受けたデジタル値に基づいて積分値Ｅ２／Ｓを算出し、演算部ＣＡＬ２へ出力する。演算部ＣＡＬ２は、Ｒ／ＬＭと積分値Ｅ２／Ｓとを乗算して演算部ＣＡＬ４へ出力する。演算部ＣＡＬ３は、アナログ／デジタルコンバータ２４から受けたデジタル値と（ＬＭ＋ＬＬ）／ＬＭとを乗算して演算部ＣＡＬ４へ出力する。演算部ＣＡＬ４は、演算部ＣＡＬ２の演算結果と演算部ＣＡＬ３の演算結果とを加算し、加算結果を出力電圧ＥＣとして回転子位置検出部１１へ出力する。 More specifically, the proportional-integral calculation unit 25 stores in advance values of a resistor R, a leakage inductance LL, and an excitation inductance LM that are circuit elements in the equivalent circuit 8E of the AC voltage detector 8. Then, in the proportional-plus-integral calculation unit 25, the calculation unit CAL1 calculates an integral value E2 / S based on the digital value received from the analog / digital converter 24, and outputs it to the calculation unit CAL2. Arithmetic unit CAL2 multiplies R / LM and integral value E2 / S and outputs the result to arithmetic unit CAL4. Arithmetic unit CAL3 multiplies the digital value received from analog / digital converter 24 by (LM + LL) / LM and outputs the result to arithmetic unit CAL4. The calculation unit CAL4 adds the calculation result of the calculation unit CAL2 and the calculation result of the calculation unit CAL3, and outputs the addition result to the rotor position detection unit 11 as the output voltage EC.

すなわち、比例積分演算部２５から出力される出力電圧ＥＣは、以下の式で表わされる。 That is, the output voltage EC output from the proportional-integral calculation unit 25 is represented by the following expression.

ＥＣ＝｛（Ｒ／ＬＭ）×（１／Ｓ）＋（ＬＭ＋ＬＬ）／ＬＭ｝×Ｅ２
したがって、回転子位置検出部１１への出力電圧ＥＣは、以下のようになる。EC = {(R / LM) × (1 / S) + (LM + LL) / LM} × E2
Therefore, the output voltage EC to the rotor position detector 11 is as follows.

ＥＣ
＝｛｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝／（ＬＭ×Ｓ）｝×Ｅ２
＝｛｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝／（ＬＭ×Ｓ）｝×（ＬＭ×Ｓ）／｛Ｒ＋（ＬＭ＋ＬＬ）×Ｓ｝×Ｅ１
＝Ｅ１
また、一般に、ＬＭ＞＞ＬＬであるので、演算部ＣＡＬ３の演算を簡略化して（ＬＭ＋ＬＬ）／ＬＭ＝１とすることも可能である。EC
= {{R + (LM + LL) × S} / (LM × S)} × E2
= {{R + (LM + LL) * S} / (LM * S)} * (LM * S) / {R + (LM + LL) * S} * E1
= E1
In general, since LM >> LL, the calculation of the calculation unit CAL3 can be simplified to (LM + LL) / LM = 1.

その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。 Since other configurations and operations are the same as those of the synchronous machine starting device according to the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated here.

なお、本発明の第２の実施の形態に係る同期機起動装置では、交流電圧検出器８の検出結果に対して位相補正を行なう構成であるとしたが、これに限定するものではない。位相補正部５１と同様の演算を行なう位相補正部を基準正弦波演算器１２の後段に設け、基準正弦波演算器１２から出力される基準正弦波ｓｉｎφの位相を遅らせることにより出力電圧Ｅ２の位相進みを補正し、補正結果をゲートパルス発生器１３へ出力する構成であってもよい。 In the synchronous machine starting device according to the second embodiment of the present invention, the phase correction is performed on the detection result of the AC voltage detector 8, but the present invention is not limited to this. A phase correction unit that performs the same calculation as that of the phase correction unit 51 is provided in the subsequent stage of the reference sine wave calculator 12, and the phase of the output voltage E 2 is delayed by delaying the phase of the reference sine wave sin φ output from the reference sine wave calculator 12 The advance may be corrected, and the correction result may be output to the gate pulse generator 13.

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて位相補正部の実現方法を変更した同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。<Third Embodiment>
The present embodiment relates to a synchronous machine starting device in which a method for realizing a phase correction unit is changed as compared with the synchronous machine starting device according to the first embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the synchronous machine starting device according to the first embodiment.

図７は、本発明の第３の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。
図７を参照して、同期機起動装置１０３は、電力変換部７１と、交流電圧検出器８と、交流電流検出器９と、位相補正部５２と、回転子位置検出部１１と、インバータ制御部（電力変換制御部）１９と、電力線ＬＮとを備える。電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む。インバータ制御部１９は、基準正弦波演算器１２と、ゲートパルス発生器１３と、β指令回路１４とを含む。回転子位置検出部１１は、回転子位相検出部６１と、回転子速度検出部６２とを含む。位相補正部５２は、位相変換テーブル（位相進み量変換部）４１と、位相演算器（演算部）４２とを含む。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the synchronous machine starting device according to the third embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 7, synchronous machine starting device 103 includes power conversion unit 71, AC voltage detector 8, AC current detector 9, phase correction unit 52, rotor position detection unit 11, and inverter control. Unit (power conversion control unit) 19 and a power line LN. The power conversion unit 71 includes a converter 1, an inverter 2, and a DC reactor 3. The inverter control unit 19 includes a reference sine wave calculator 12, a gate pulse generator 13, and a β command circuit 14. Rotor position detector 11 includes a rotor phase detector 61 and a rotor speed detector 62. The phase correction unit 52 includes a phase conversion table (phase advance amount conversion unit) 41 and a phase calculator (calculation unit) 42.

位相補正部５２は、回転子速度検出部６２によって検出された回転速度ωに基づいて、基準正弦波演算器１２から出力される基準正弦波ｓｉｎφの位相を遅らせることにより出力電圧Ｅ２の位相進みを補正し、補正した基準正弦波ｓｉｎ（φ−Δφ）をゲートパルス発生器１３へ出力する。 The phase correction unit 52 delays the phase of the reference sine wave sinφ output from the reference sine wave computing unit 12 based on the rotation speed ω detected by the rotor speed detection unit 62 to thereby advance the phase advance of the output voltage E2. The corrected reference sine wave sin (φ−Δφ) is output to the gate pulse generator 13.

ゲートパルス発生器１３は、位相補正部５２から受けた基準正弦波ｓｉｎ（φ−Δφ）と、β指令回路１４から受けた制御進み角指令値βとに基づいて、インバータ２における各素子へゲートパルスを出力する。 The gate pulse generator 13 gates each element in the inverter 2 based on the reference sine wave sin (φ−Δφ) received from the phase correction unit 52 and the control advance angle command value β received from the β command circuit 14. Output a pulse.

より詳細には、位相補正部５２において、位相変換テーブル４１は、回転速度ωと位相進み量Δφとの関数関係を記憶している。 More specifically, in the phase correction unit 52, the phase conversion table 41 stores a functional relationship between the rotational speed ω and the phase advance amount Δφ.

図８は、位相変換テーブル４１の記憶する関数関係の一例を示す図である。
図８を参照して、位相変換テーブル４１は、回転速度ωすなわち同期機４の回転子の回転周波数が低くなるに従って位相進み量Δφが２次関数的に大きくなる関数関係を記憶している。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a functional relationship stored in the phase conversion table 41.
Referring to FIG. 8, phase conversion table 41 stores a functional relationship in which phase advance amount Δφ increases in a quadratic function as rotation speed ω, that is, the rotation frequency of the rotor of synchronous machine 4 decreases.

より詳細には、位相変換テーブル４１は、同期機４の回転子の複数の回転速度とこれら複数の回転速度にそれぞれ対応する複数の位相進み量との関係であって交流電圧検出器８における各回路要素に基づいて定められる関係を記憶している。位相変換テーブル４１は、この関係に基づいて、回転子速度検出部６２によって検出された回転速度ωに対応する位相進み量Δφを出力する。 More specifically, the phase conversion table 41 is a relationship between a plurality of rotation speeds of the rotor of the synchronous machine 4 and a plurality of phase advance amounts respectively corresponding to the plurality of rotation speeds. A relationship determined based on circuit elements is stored. Based on this relationship, the phase conversion table 41 outputs a phase advance amount Δφ corresponding to the rotation speed ω detected by the rotor speed detection unit 62.

位相演算器４２は、回転子位相検出部６１によって検出された位相φを位相変換テーブル４１から出力された位相進み量Δφ遅らせる。たとえば、位相演算器４２は、基準正弦波演算器１２から受けた基準正弦波ｓｉｎφの位相を位相進み量Δφ遅らせた基準正弦波ｓｉｎ（φ−Δφ）を生成して出力する。 The phase calculator 42 delays the phase φ detected by the rotor phase detector 61 by the phase advance amount Δφ output from the phase conversion table 41. For example, the phase calculator 42 generates and outputs a reference sine wave sin (φ−Δφ) obtained by delaying the phase of the reference sine wave sin φ received from the reference sine wave calculator 12 by a phase advance amount Δφ.

すなわち、出力電圧Ｅ２の位相進み量は同期機４の回転子の回転周波数すなわち回転速度ωだけの関数であるので、予め複数の回転速度ωにそれぞれ対応する複数の位相進み量Δφを計算しておき、これをテーブルとして記憶しておく。そして、回転子速度検出部６２によって求めた回転速度ωに対応する位相進み量Δφをこのテーブルから読み出し、この位相進み量Δφだけ基準正弦波ｓｉｎφの位相を遅らせる。 That is, since the phase advance amount of the output voltage E2 is a function of only the rotation frequency of the rotor of the synchronous machine 4, that is, the rotation speed ω, a plurality of phase advance amounts Δφ respectively corresponding to the plurality of rotation speeds ω are calculated in advance. This is stored as a table. Then, the phase advance amount Δφ corresponding to the rotational speed ω obtained by the rotor speed detection unit 62 is read from this table, and the phase of the reference sine wave sin φ is delayed by this phase advance amount Δφ.

＜第４の実施の形態＞
本実施の形態は、第３の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて位相遅延対象を変更した同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。<Fourth embodiment>
The present embodiment relates to a synchronous machine starting device in which the phase delay target is changed compared to the synchronous machine starting device according to the third embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the synchronous machine starting device according to the first embodiment.

図９は、本発明の第４の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。
図９を参照して、同期機起動装置１０４は、電力変換部７１と、交流電圧検出器８と、交流電流検出器９と、位相補正部５３と、回転子位置検出部１１と、インバータ制御部（電力変換制御部）１９と、電力線ＬＮとを備える。電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む。インバータ制御部１９は、基準正弦波演算器１２と、ゲートパルス発生器１３と、β指令回路１４とを含む。回転子位置検出部１１は、回転子位相検出部６１と、回転子速度検出部６２とを含む。位相補正部５３は、位相変換テーブル４１と、位相演算器４２とを含む。FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the synchronous machine starting device according to the fourth embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 9, synchronous machine starting device 104 includes power conversion unit 71, AC voltage detector 8, AC current detector 9, phase correction unit 53, rotor position detection unit 11, and inverter control. Unit (power conversion control unit) 19 and a power line LN. The power conversion unit 71 includes a converter 1, an inverter 2, and a DC reactor 3. The inverter control unit 19 includes a reference sine wave calculator 12, a gate pulse generator 13, and a β command circuit 14. Rotor position detector 11 includes a rotor phase detector 61 and a rotor speed detector 62. The phase correction unit 53 includes a phase conversion table 41 and a phase calculator 42.

位相補正部５３は、回転子速度検出部６２によって検出された回転速度ωに基づいて、回転子位置検出部１１から出力される回転子位置信号ＰＯＳの示す位相φを遅らせることにより出力電圧Ｅ２の位相進みを補正し、補正した位相（φ−Δφ）を示す回転子位置信号ＰＯＳＣを基準正弦波演算器１２へ出力する。 The phase correction unit 53 delays the phase φ indicated by the rotor position signal POS output from the rotor position detection unit 11 on the basis of the rotation speed ω detected by the rotor speed detection unit 62 to thereby reduce the output voltage E2. The phase advance is corrected, and the rotor position signal POSC indicating the corrected phase (φ−Δφ) is output to the reference sine wave calculator 12.

基準正弦波演算器１２は、位相補正部５３から受けた回転子位置信号ＰＯＳＣに基づいて、基準正弦波ｓｉｎ（φ−Δφ）を出力する。 The reference sine wave calculator 12 outputs a reference sine wave sin (φ−Δφ) based on the rotor position signal POSC received from the phase correction unit 53.

より詳細には、位相演算器４２は、回転子位置検出部１１から受けた回転子位置信号ＰＯＳの示す位相φを、位相変換テーブル４１から受けた位相進み量Δφ遅らせた位相（φ−Δφ）を示す回転子位置信号ＰＯＳＣを生成して基準正弦波演算器１２へ出力する。 More specifically, the phase calculator 42 is a phase (φ−Δφ) obtained by delaying the phase φ indicated by the rotor position signal POS received from the rotor position detector 11 by the phase advance amount Δφ received from the phase conversion table 41. Is generated and output to the reference sine wave calculator 12.

その他の構成および動作は第３の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。 Since other configurations and operations are the same as those of the synchronous machine starting device according to the third embodiment, detailed description thereof will not be repeated here.

なお、本発明の第３および第４の実施の形態に係る同期機起動装置では、それぞれ基準正弦波ｓｉｎφの位相および回転子位置信号ＰＯＳの示す位相φを位相進み量Δφ遅らせる構成であるとしたが、これに限定するものではない。ゲートパルス発生器１３に位相遅延機能を持たせておいて、位相進み量Δφゲートパルスの位相を遅らせる構成であってもよい。 In the synchronous machine starting devices according to the third and fourth embodiments of the present invention, the phase of the reference sine wave sinφ and the phase φ indicated by the rotor position signal POS are each delayed by a phase advance amount Δφ. However, the present invention is not limited to this. The gate pulse generator 13 may be provided with a phase delay function to delay the phase of the phase advance amount Δφ gate pulse.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１コンバータ、２インバータ、３直流リアクトル、８交流電圧検出器、８Ｅ等価回路、９交流電流検出器、１０，５１〜５３位相補正部、１１回転子位置検出部、１２基準正弦波演算器、１３ゲートパルス発生器、１４ β指令回路、１９インバータ制御部（電力変換制御部）、２１電圧センサ、２２比例積分回路、２３，２９オペアンプ、２４アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、２５比例積分演算部、３１，３２三相二相変換回路、３３誘起電圧演算回路、３４ＰＬＬ回路、３５位置信号生成器、４１位相変換テーブル（位相進み量変換部）、４２位相演算器（演算部）、６１回転子位相検出部、６２回転子速度検出部、７１電力変換部、１０１〜１０３同期機起動装置、Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒ抵抗、Ｒｉ入力抵抗、Ｒｏ出力抵抗、Ｃコンデンサ、ＬＬ漏れインダクタンス、ＬＭ励磁インダクタンス、ＣＡＬ１〜ＣＡＬ４演算部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Converter, 2 Inverter, 3 DC reactor, 8 AC voltage detector, 8E Equivalent circuit, 9 AC current detector, 10, 51-53 Phase correction part, 11 Rotor position detection part, 12 Reference sine wave calculator, 13 Gate pulse generator, 14 β command circuit, 19 Inverter control unit (power conversion control unit), 21 Voltage sensor, 22 Proportional integration circuit, 23, 29 Operational amplifier, 24 Analog / digital (A / D) converter, 25 Proportional integration calculation , 31, 32 Three-phase to two-phase conversion circuit, 33 Induced voltage calculation circuit, 34 PLL circuit, 35 Position signal generator, 41 Phase conversion table (phase advance amount conversion unit), 42 Phase calculator (calculation unit), 61 Rotor phase detector, 62 Rotor speed detector, 71 Power converter, 101-103 Synchronous machine starting device, Ra1, Ra2, R Resistance, Ri input resistance, Ro output resistance, C capacitor, LL leakage inductance, LM excitation inductance, CAL1 to CAL4 calculation unit.

Claims

電機子および回転子を備えた同期機を起動するための同期機起動装置であって、
供給された電力を交流電力に変換するための電力変換部と、
前記電力変換部から前記同期機の電機子へ前記交流電力を供給するための電力線と、
前記電力線と電気的に接続され、前記同期機の電機子における交流電圧を検出するための変圧器と、
前記変圧器によって検出された前記交流電圧に基づいて、前記同期機の回転子の位相を検出するための回転子位相検出部と、
前記変圧器によって検出された前記交流電圧に基づいて、前記同期機の回転子の回転速度を検出するための回転子速度検出部と、
前記回転子位相検出部によって検出された前記位相を補正するための位相補正部と、
前記位相補正部によって補正された前記位相に基づいて、前記電力変換部を制御するための電力変換制御部とを備え、
前記位相補正部は、
前記回転子の複数の回転速度と前記複数の回転速度にそれぞれ対応する複数の位相進み量との関係であって前記変圧器における各回路要素に基づいて定められる関係を記憶し、前記回転子速度検出部によって検出された前記回転速度に対応する前記位相進み量を出力するための位相進み量変換部と、
前記回転子位相検出部によって検出された前記位相を前記位相進み量変換部から出力された前記位相進み量遅らせるための演算部とを含む同期機起動装置。 A synchronous machine starting device for starting a synchronous machine having an armature and a rotor,
A power converter for converting supplied power into AC power;
A power line for supplying the AC power from the power converter to the armature of the synchronous machine;
A transformer electrically connected to the power line for detecting an alternating voltage in the armature of the synchronous machine;
A rotor phase detector for detecting the phase of the rotor of the synchronous machine based on the AC voltage detected by the transformer;
Based on the AC voltage detected by the transformer, a rotor speed detection unit for detecting the rotation speed of the rotor of the synchronous machine;
A phase correction unit for correcting the phase detected by the rotor phase detection unit;
A power conversion control unit for controlling the power conversion unit based on the phase corrected by the phase correction unit;
The phase correction unit is
Storing a relationship between a plurality of rotation speeds of the rotor and a plurality of phase advance amounts corresponding to the plurality of rotation speeds, each of which is determined based on each circuit element in the transformer; A phase advance amount conversion unit for outputting the phase advance amount corresponding to the rotation speed detected by the detection unit;
A synchronous machine starting device comprising: an arithmetic unit for delaying the phase advance amount output from the phase advance amount conversion unit with respect to the phase detected by the rotor phase detection unit.