定電圧定周波数電源設備

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∪.D.C.る21.31d.722.1+る21.31d.72る

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Constant Voltage _and Frequency Power Source Equipment

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KatsumiFujiki KeijiSaito 内 _容 _梗概各種産業の急速なる発展に伴い,各種機器の能率化とともに正確さが強く要求され,その動作電源にほ良質の電気,すなわち電圧,周波数ともに安定した電源が必要とされている現状にかんがみ･その一般制御方式について説明し,一一例として最近納入した電源設備の概要と試験結果について報告した○ 本設備中,直流発電機の制御回路にダライン/ミー(ガラス製水銀整流器),および電子管を用いた制御系においてほ,交流電源電圧土10%,周波数-6%∼+4%変動にたいし,交流発電機の出力電圧変動はほとんど認められず,周波数変動は士0.1%以下なる結果を得た｡ 1.緒言工業ならびに文化が高度になるに従がい,良質の電気, すなわち一定電圧,-一一定周波数の電気の多くなる傾向にある｡すなわち各種産要がますます機械から務機械まで,その能率化とともに高性能が要求され,これらの電源として,一般の配電網より受電したのでほ,その源電圧,周波数の変動が大きいため,その性能を十分に発揮できないばかりでなく,まったく動作不能の状態におちいることもありうる｡日立製作所では長年の自動制御に関する験を生かし,これらの需要に対して十分に満足しうる電源設備を多数製作納入し,現在好調のうちに稼動中であるが,ここに定電圧定周波数電源設備についてその概要を述べ, ▲例として最近製作納入したなどについて源設備の概要,試験結果 ,大方の御参考に供したい｡

2.定電圧定周波数電源の必要性

周知のごとく,配電線路の電圧変動ほ主として負流の大小と線路互長の長短およぴ,電線の太さ,低圧においては変圧器などによる変動が大きく影響する｡わが国における需要家の電圧変動は,電力系統全般にわたりかなり大きな変動を示している｡全国から抜き取りにより一般の配電線について配電線ごとに需要家の電圧変動範囲を調査した結果を弟l表に示した(1)｡これによると,電圧変動が16∼18Vおよび18､20V が最も大きな割合を示している｡電圧と同様に電力の質を示す二大要の一つとして周波数がある｡周波数は連系々統においてはその定常状態でほ唯一であって電圧調整に比すれば周波数調整ほ実施しやすくかつその効果は大きいのであるが,各電力会社においては自動周波数制御がようやく試験の域を脱した現状で,実用されつつあるがまだ全面的に採用されてほ * 日立製作所日立工場第1表需要家電圧変動範囲一* * 大都市とは人‖200,000以上の都†】iをいう｡いない｡このようにわが国における電力系統の電圧,周波数ともにその変動はかなり大きな状態である｡したがってこれを,良質の電気を必要とする装置の電源として,そのまま使用すると穐々不都合を生ずることがある｡

3.定電圧定周波数電源装置の一般方式

3.1交流発電横の周波数制御一般に定電圧電源を得るには,配電網より給気を誘導電圧した電整器,可飽和リアクトルなどにより自動電圧調整を行えば,負荷動などによ圧変動をきわめて少なくすることは可能であるが,周波数は,さきにも述べたように定常状態ではその電力系統で唯一であり簡単に電圧のように一定に制御することは困難である｡そのため定周波数を得るにほ,その電力系統から電気的にきりはなした交流発電機をもうけて回転数を一定に制御してやらなければならない｡すなわち,配電網からの電力をいったん機械的力に変換し,この機械的動力に

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488 _{昭和33年4月} _立 1M DCG DCM Ex ACG 機機機機機動電動磁電竃発電励発導流流流流誘直直肯∵交 PG AVR AF虫 MA 指連発電機自動電圧調整器自動周波数調整器増幅器第1区1ワードレオナード〃式月r入¶ 第2図 _{静1トレオナードノナ式} 〔記号ほ第1図参照ノ月C入T｢ t一!､､･-‥ -説明磁接手他の記号ほ第1図参照第3国電磁接手〟式より交流発電機を駆動して,そのf_ⅠけJを給電するようにせねばならない｡その方法には (1)ワードレオナード方式 (2)静止レオナード方式〝 J r 口 00 :(バ描β■丁

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第40巻 _第4一号 ACG Ex COS VAR LO】 LO望 FR 交流発 _電 _機直流励磁機自動手動切替開閉儒電圧設定抵抗器不飽和リアクいレ飽和リアクトル界磁抵抗器 MA DD RECT CI R T r 磁気増幅器乱調防 _止装置セレン整流 _器コン _デ _ンサ抵変抗 J.モミ舘第4国交流発電機のl′†動電圧調整装屑概略結線関 (ミ整柑〔ヨ第5図検rH器特性電磁接手方式その他方式などがあげられる〕各力式の概略結線図を第l,2図および弟3図に示した｡ワードレオナード装置でほ交流発電機は直流電動機により駆動されるので,負荷,温度,電源などのいかなる擾乱にたいしても直流電動機の速度を→定に維持することが必要である｡直流分巻捲電動機の速度を日動制御するにほり)電動機の界磁制御 (2)電機子回路の昇圧機の電圧制御 (3)各個電源方式で発電機の電圧制御などがあげられるが,それぞれ一長一短あり,いずれぷかは負荷状態制御範開,精度,容量などを考慮して

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決定する必要がある｡比較的容量の大きなものに適する｡静止レオナード方式ほダラインバーなど水銀整流器の制御格子を位相制御することにより直流電動機の電圧を制御して定速度制御すなわち定周波数制御を行っている｡この方式は速応性が大である電磁技手による方法は電磁接手の励磁電流制御により行っている(2)｡機器の数が少なく簡易安価であるが精の点で前二者に劣る｡その他の方式には整流子電動機による方法, 電動機の二次抵抗による方法などがあり,安価であるが,速応惟の点で劣っている｡ 3.2 _{交流発電検の電圧制御} 交流発電機の電圧制御回路結線図の一例を第4区に示した｡すなわち,検出器により整定電圧と交流発電機電圧との偏差を検出するが,検出器は飽和リアクいレからなる非直線インピーダンス回路と,リアクいレよりなる直線インピーダンス回路からなっており,特に交流発電機の周波数により整定電圧が変動しないよ■うに周波数補隈を行っている｡第5図はこの検H器の特性を示したものである｡この検出器からの偏差を磁気増幅器2段,直流励磁機により増幅し,交流発電機の電蛙制御を行っている｡ 3.3 _{定電圧基準電源} 一般に自動制御の精度を高くするには制御系のルーフダーンを高くすること,壬憂乱を少なくすること,安定にして精度の高い基準値を与えることなどが必要である｡ループダーンを高くすることは時定数との関係で乱調の原因となるので,ある限度を有する｡したがってまた基準値はその系の精度を左右するものできわめてある｡要で基準値を与える方法には種々あるが操作部としては (1)可飽和リアクトルによる方法 (2) 子管回路による方法 (3)誘導電圧調整器による方法などがある｡また検f_恥部としてほ (1)直線非直線抵抗による方法 (2) _{ランプ式定電流装置による方法} (3)定電圧放電管による方法 (4)標水晶発振器によるカ法などがあげられる｡以下それらのうち最も多く使われている方式につき説明する｡ 3.3.1可飽和リアクトルによる方法弟d図に概略結線図を示した｡非ンプを, 直線要としてラとして純抵抗を使用した検出器を用い,電圧の偏差の大小,正負にしたがって,磁気増幅結の制御巻線に流を流す｡これを磁気増幅器により増幅し可飽和リアクトルの直流励磁を変化せしめ,リアクトルに加わる電圧を制御することにより出力電圧第6図吋飽和リアクトル方式日動電圧調整器概略結線牒第7国電子管｢l動電圧調整器原理図を一定に保っている｡ 3.3.2 _{電子管l_廷l路による方法} 舞7図は木方式の原理図である｡この回路の動作は出力電圧を基準値と比較し,その偏を増幅し子管 T2の制御格子にその信号を与えてT2の内部抵抗を生し,入力電圧動のいかんにかかわらず出力圧を一定に保持している｡ T2にほ陽極凋大の少ない6V6,6L6,6Y6G,6B4などが用いられ,容量不足のときには電子管を並列に接続すればよい｡いま,入力電圧の微少変化△且iによる出力電圧の変化△且0との関係は(1)式で表わされる(3)｡ △五官_1十〃2一β∬1/∠2 △Eo l+〃2r ただし _{〃2:電子管T2の増幅率} β= /J･点1+屈2 ∬1=-/Jl 月3 ゆ十月3 〃1:電子管Tlの増幅率手管Tlの内部抵抗咋 r= 咋+R3 (1) Gの値は1段増幅で 300∼1,000,2段増幅器で最大

25,000位までとり得るので,きわめて高い精度の電圧を

得ることができる｡

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490 _{昭和33年4月} _日 _立 _評第2衷回転機仕様第40巻第4号一覧表ご//βご郎､∼β 記号 ACG IM DCG DCM Ex PG OCB WR SR FFB AVR AFR C t t O.C.Ry 第8図 _{定`副l三定周波数電源設備概略結線牒=その1)}

4.定電圧定周波数電源設備の実例

定電圧定周波数源として最近某所に納入した装置について,その設備の概要と 4.1設備の概要験結果について報告する｡本装置はIBM,気象観測機器用,その他特殊機器の電源として設備されたもので3セットからなりたっている｡1セットほ180kW誘導電動機により駆動される150 kW直流発電機を電源とし,25,50,30kVAの各交流発電機を全磁気増幅器により制御しており,1セットは同機機織機機機器器終電動電動磁二竃断抗抗発電発電励発遮抵転流導流流流速人体動交誘直直直精油液超フューズブリーフ'レーカー自動電圧調整器自動周波数調整器電磁接触器過 _電 _{流継電} 器様の制御方式により110kW誘導電動機で90kW直流発電機を駆し,これにより _{30,40kVAの各交流発電機} を駆動している｡他の1セットは特に高い精度の電源を必要とするため電子管,ダラインバーおよぴ,磁気増幅器を併用し, 各個発電方式により _{20kVA交流発電機を制御してい} る｡舞2表をこ本装置の回転機仕様を弟8,9図および弟 10図にその概略結線図を示した｡以 F第】0図の制御方式について述べる｡ 4.1.1基準電源部ご柑

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∬肌′､柑＼ト α/ ∴∴ ･､●J■ ACG IM DCG DCM Ex PG OCB WR SR FFB AVR AFR C t t O.C.且y 第9図足電圧定周波数電源設備概咤結線図(その2) 機機磯磯機機器二器∴器電動電動磁電断坑杭発電発電励発遮抵抵流導流流流速人体動交誘直直低精油液起フューズフリープレーカ､一自動電圧調整器自動周波数調整器電磁接触器過電流継電器記号 IM DCG Ex DCM PG ACG AVR C t t O.C.Ry 第10図定電圧定周波数電源設備概略結線図(その3) r 〃 r⊃

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> 万基誘導電動機直流発電機直流励磁機直流電動機指速発電機交流発電機自動電圧調整器電磁接触器過電流継電器第11国電子管式自動電圧調整器概略結線図電線部は3.3.1にて述べた可飽和リアクトル僚川の建電圧装置を用いて変動を少なくし,これに3.3.2 にて述べた手管式完電圧装置を縦接続して用い 1自J い精度の基準値を得ている｡弟11図に電子管式定電圧装置の結線倒を示した｡ 4.1.2 _{定周波数制御} 交流発電機の周波数制御ほ駆動直流電動機の速度を直流発電機の雫圧制御によっている｡管管抗サーすなわち4.1.1にて述べた基準値と指速発電機の出力電圧を比較し,その偏を電子管により1段増幅し, そののち逆極性に接統された2個のの手管回路の一つ子管の制御格子に動作信号を加え,その内部抵抗値を変化することにより位相を変え,ダラインパーの格子に与えている｡ダラインバーの出力電圧ほ指連発電機と基準値との偏差に比例して変化するようになる｡

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492 _{昭和33年4月} _日 _立 _評 ∠7 β β

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l 存行方斤源】第12岡 _{プラインバー格子制儲回路} 第13図走電圧定周波数電源制御装超(写真その1) 第14国 _{定電圧定周波数電源制御装置(写真その2)} 第40巻 _第4号第3表 40kVA _{ACG電圧,周波数特性} 擾乱電源電凸三しⅤ)l電源周波数(∼) 川力一電J王(Ⅴ) 2,850 3,000 3,150 3,300 3,375 3,450 H力周波数(∼) 200.O L 200.0 ; 200.2 l 59.10 59.20 59.30 59.40 59.45 59.45 上記制御回路を第12図に示した｡この汁り]電圧を直流発電機の界磁に加えて周波数Ili臓1を行っている｡ 4.2 _{制御装置の特長および試験結果} 第13図および策14図は本制御装置の写真を示した｡本装置の特長はぐl)制御系は静止器を使用し,接触器などによる断続制御ほしていないので制御‖滑,保守符易である｡また摩耗部分がないので寿命ほ半永久的である_ノ (2)制御系は精度および速応性ともに良好である｡〔3J手動で全系転 H∫能である｡などがあげられる｡次に,本設備の工場における呆の一例として, 直流電動機の界磁制御による周波数制御,および交流発電機の電圧制御を行ってし,､る40kVA交流発電機の負荷を50から0%まで急激に変化したときのオシログラムを策15図に,電源電圧および周波数を同時に変化したときの試験結果を第3表に示した｡すなわち, ‡■■望･‡ご覇廃蔓藁率__ ⊇ 叢蓋･･箋.嘉竃蔓■妻-三 …亭ノ■-シ■壷■或鎚蔽滋･J 仁子ぎ■誓:○-票を≡:■二書 : ｡董要素菱･書芸■さ紡澄=轟き≒ ;害; ■ぎ宗.:㌫亘:_童≡ 亀嵩盈 ⊥三■･通亘還遥表姦壷設票司 _{空輩･弧堅三} _{■⊆_豊常き輝誉≡≡モー_=･} ≡芸事≡.■票■■空き㌻-･′ 薫･壬山.･た. ヒ美名■♀■登綴守一: 姦鱒索空転､ _{=■-- ゝ､¥更■ィ･三} ノ;･な､t･訂･E:城･y.1ぎー,烹ノ京竜一プ吏分量妥㌻.ミ芸護細筆･要一

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5.緯

最近,原子炉,テレビ言務機械などの電線として定電圧定周汲数電源の必要性が痛感されているが,その一般訂､ぜこ〉言く= 操車緻無払湧･蔓嚢煮豆蕪瀕嗅豪打拓諏斬巌絹 +十++十莞窄笠琴誓㌘響荷変動オシログラム的制御方式につき記述し,一例として最近納入した定電圧定開披数電瀕について,その設備の概要と試験紙呆について報告した.〕本装閻工納入後すでに二箇年あまり商用運転し,その性能ほ予想どおり優秀で各櫨特殊機器の電源として追憶なくその性能を発揮している｡終りにあたり,御指導せいただいた日立製作所日立工場稲本部長,泉副部長,斗川l課長にあつく感謝する次第である｡参薯文 _献電気学会:｢電気学会技術報告｣第10号藤木,麻年:[】立評論39′199叩て32-2〕

Mc Graw-Hill:Electricaland Electronic En.

gineering Sevies Electron-tube-Circuits p.303

∼312 正本誌第40巻第3号中に下記のとおり誤りがありましたので訂正いたします｡記題名:ワイヤスプリング･リレーの実用化訂正を要する箇所: (1)第2図(P.69)と第13図(P.73)の写賞のみ人れかえる｡ (2)第40図(P.飢)の横軸｢動作同数-Jの単位(回)ほ(万同)とする｡