JPS61128800A - フライホイ−ル発電機用駆動電動機の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野） 本発明は、例えば核融０合装置の電源であるフライホイ
ール発電機用の駆動電動機の運転方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、核融合装＠電源用として回転エネルギーを瞬時に
大電力に変換するフライホイール発電機が使用されてい
る。

大型のフライホイール発電機は、主として室軸水車発電
機の技術が用いられ、ポニーモータ始動方式の発電電動
機と類似した構造となる。

すなわち、第４図に概要構成図を示す様に、発電機回転
子１の上部に駆動電動機２が直結され、発電機回転子１
の下部には要求される放出エネルギーに応じて、フライ
ホイール３が直結される場合もある。

そしてこのフライホイール発電機は発電機回転子１およ
びフライホイール３全体に蓄えられた慣性エネルギーを
取り出して、電気エネルギーに変換するものである。

なお、５は内部の発熱を冷却する電動ファンである。

さて、このようなフライホイール発電機の運転方法は、
第５図に表わす様に、ある回転数ｎ１から上限回転数ｎ
２まで駆動電動機２により加速し、回転数がｎ　　（ｎ
２＞ｎｌ）になった時に加速を止めて発電を開始して、
フライホイール発電機に蓄えられたエネルギーを放出し
、回転数が低下する。そして下限回転数ｎ１まで低下し
た時に発電を止め、再度駆動電動１！Ｉ２により加速を
開始する。

この加速→減速→加速→減速の運転を繰り返し、負荷に
大電力を間けつ的に供給する。

この場合の一回の放出エネルギーの大きさは（１）式で
与えられる。

・・・・・・（１） ここで、 巳は１回の放出エネルギー（ＧＪ）、 ＧＤ２フライホイール効県（ｔ−ｍ”）、ｎ２はエネル
ギー放出前の回転子の回転数つまり上限回転数（ｒｐｍ
）、 ｎｌはエネルギー放出復の回転子の回転数すなわち下限
回転数（ｒｐｍ）、 である。

また、駆動電動機２の出力はフライホイール発電機のフ
ライホイール効果、損失、および回転数がｎ　からｎ２
まで変化する間の加速時間の要求から決定され、速度制
御を必要とすることから、誘導電動機が使用される。

誘導電動機の定格回転数はすべりを考慮した上で、上限
回転数０２よりやや高い同期速度となるように選定され
る。

誘導電動機の出力とトルクの間にはく２）式の関係があ
る。

ここで Ｔはトルク（Ｎ−ｍ＞、 Ｐは出力（Ｗ）、 ｎは回転数（ｒｌ）ｍ）、 である。

従来、フライホイール発電磯駆勅用としての誘導電動機
の速度制御は、トルクを一定とした定トルク制御が一般
的に用いられている。

通常、誘導雷′ｌＪＪ機の定格出力は同期速度における
出力で決定されるから、定トルク制御時の回転数と出力
の関係は、（２）式を変形して（３）式で示される。

ここに、 ｎｏは同期速度における回転数（定格回転数）、Ｐｏは
同期速度における出力（定格出力）、Ｓはすべり、 である。

ところで、（３）式より定トルク制御時の誘導電動機の
出力は回転数に比例することから、フライホイール発電
機の上限回転数ｎ２では、ｎ２ζｎ　なのでほぼ定格一
杯の出力を得る一方、下限回転数ｎ　においてはｎ　　
／　ｎ　Ｏまで出力が低下することになる。

この場合、通常第６図に示すようにセルビウス制御によ
り（３）式のＳＰｏに相当する電力を入力側に回生じて
いるため、この回生電力弁だ（プ受電容量は活用されな
いことになる。

また、核融合装置は建設に当り受電容量を厳しく制限さ
れる一方、試験の効率化を図るため、フライホイール発
電機の加速時間の短縮を要求されることがある。この様
な場合、受電容ｉ　ｆｉｌｌ　ＩＧ内で最大限の出力の
誘導電動機を使用し、またフライホイール発電機自体の
損失を最小限としても、従来の定トルク制御では要求さ
れた加速時間以内でフライホイール発電機を加速するこ
とが困難となる。

その一方で前述のように、受電容量を最大限に活用でき
ないという欠点があった。

（発明の目的） ここにおいて本発明は、従来手段の難点を克服し、受電
容量を制限された中で、フライホイール発電機の最小限
の加速時間を得ることを可能とする駆動用誘導電動機の
運転方法を提供することを、その目的とする。

〔発明の概要〕 本発明は、 フライホイール発電機の発電運転の下限回転数ｎ１にお
ける出力が受電容量制限内で取り出し得る最大限の出力
Ｐ□となるような駆動用誘導電動機を使用し、 発電運転利用回転数範囲内で誘導電動機出力が最大限の
出力ＰＩＩｌとなるような定出力制御運転を行ない、 かつ誘導電動機のすべり分に相当する電力をセルビウス
制御により入力側に回生じ、 常に受電容量最大限の電力を活用するような運転を行な
う フライホイール発Ｎ機駆動用電動機の運転方法である。

〔発明の実施例〕

先ず、本発明の詳細な説明する。

本発明では、フライホイール発電機駆動用誘導電動機の
出力を、第５図に表わす発電運転の下限回転数ｎ１にお
ける出力が、受電容量制限内で取り出しつる最大限の出
力ＰＩＩｌとなるように選定する。

すなわち、誘導電動機の定格出力は、（３）式より求ま
り（４〉式で示される。

・・・・・・・・・（４） ここに、Ｓｌは発電機の下限回転数ｎ１における（４）
式において、ｎｏ＞ｎｌであるので誘導電動機の定格出
力Ｐ。は受電容量を越える値となる。

そこで、（４）式より定格出力をＰ。（Ｐｏ＞Ｐｍ）に
選定された誘導電動機はフライホイール発電機の利用回
転数範囲内で出力し、かつ受電容量から取り出しうる最
大出力ＰＩＩｌに制限した定出力運転を実施する。

ところで、この場合、誘導電動機への入力は、電動機自
体の損失を無視すれば（５）式で表わされる。

ＰｍＰ、＋Ｐ’　＝ＰＩｌｌ＋ＳＰ　　　・・・・・・
（５）ただし、Ｐ′はすべり分に相当する損失（＝ＳＰ
）である。

ここで、すべり分に相当する損失分（Ｐ’　−８Ｐ）の
電力をセルビウス制御により入力側に回生ずれば、電動
機には受電容量にこのセルビウス回生分を合計した電力
の供給が可能となる。

従って、誘導電動機出力を常に受電容量から取り出し得
る最大出力Ｐｍに保つことができる。

第１図は、上記した手段に基づく本発明の一実施例にお
ける回転数−誘導電動機の入力および出力の関係を示し
た図である。

第１図の斜線部は入力側に返還される電力を表わす。

また、この時の回転数−トルクの関係図を第２図に示す
。

第２図に表わすように本発明の定出力制御時の構成によ
れば、発電運転利用回転数範囲ｎ１〜ｎ２において、回
転数が下がるほどトルクが定トルク制御時に比べて増加
する。

その結果、第３図に示す様に、加速特性が改善され、下
限回転数日　から上限回転数ｎ２まで到達する加速時間
ｔが短縮される。

また、利用回転数範囲ｎ１〜ｎ２において同一の電動機
出力となるため、制限された受電容量を常に最大限活用
可能となる。

しかして本発明は、上述した実施例の核融合装置用フラ
イホイール発電機の場合のみに限定されるものではない
。例えば、他の実施例として遮断器試験装置用あるいは
その他用途の短絡発電機の駆動にも応用可能である。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、定出力運転時の誘導電動量の
トルク、出力が発電運転利用回転数範囲で、回転数の低
いほど定トルク制御時に比べて増加するため、フライホ
イール発電機の加速時間を短縮することが可能となる。

また、セルビウス制御に基づく定出力制御により受電容
量を常に最大限活用可能となる等、その効果は極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例での定出力制御時における誘
導電動機の回転数−人力、出力の関係を表わす線図、 第２図はこの実施例の誘導電動機の回転数−トルクの関
係図、 第３図はフライホイール発電機の加速曲線図、第４図は
一般的なフライホイール発電機の構成を示す概略断面図
、 第５図はフライホイール発電機の運転パターン線図、 第６図は従来の定トルク制御時における誘導電動機の回
転数−人力、出力の関係図である。 １・・・発電機回転子、２・・・駆動電動機（誘導電動
機）、３・・・フライホイール、４・・・発電機固定子
、５・・・電動ファン。 出願人代理人　　猪　　股　　　　消 光１図 第２図 ＠転牧− 第４図 亮５図 第６図 回転収　□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転体に蓄えられた回転エネルギーを利用して発電
   するフライホイール発電機の運転方法において、 受電容量を超過する定格出力の誘導電動機を駆動用とし
   てフライホイール発電機に直結し、エネルギーを取り出
   すのに必要な発電利用回転数範囲内でかつ受電容量内で
   取り出しうる最大出力にて誘導電動機の定出力制御を行
   なうとともに、誘導電動機のすべり分に相当する損失分
   の電力をセルビウス制御により入力側に回生する ことを特徴とするフライホイール発電機用駆動電動機の
   運転方法。