JP2002017100A - エンジン駆動発電装置 - Google Patents
エンジン駆動発電装置Info
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Abstract
化に左右されないで、常に余力をもった状態で負荷変動
に対して応答できるようにすること。 【解決手段】 発電機1の出力電流をサイリスタブリッ
ジからなるコンバータ3で整流し、インバータ4はコン
バータ3から出力される直流を商用周波数の交流に変換
して負荷5に接続する。燃料量制御部10はコンバータ
3を構成するサイリスタの導通角が目標導通角に保持さ
れるようエンジン2の回転数を制御する。目標導通角を
最大導通角未満の予定範囲内に設定しておくことによ
り、発電機は常に余力を残した状態で負荷変動に迅速に
応答することができる。エンジン2が過負荷にならない
よう、また、必要以上に回転数が上がらないよう、スロ
ットル開度が過大なときに目標導通角が小さくして目標
エンジン回転数が高められる。
Description
置に関し、特に、負荷の大きさに応じてエンジンの回転
数を目標回転数に制御するのに際し、エンジンが予定し
た出力を生じない場合にも円滑な制御を維持できるよう
にしたエンジン駆動発電装置に関する。
駆動発電機には、出力周波数を安定化させるためにイン
バータ装置を使用するものが多くなってきている。この
種のエンジン駆動発電機では、発電機に接続されたエン
ジンを駆動して交流を発生させ、これを一旦直流に変換
した後、インバータ装置で商用周波数の交流に変換して
出力する。インバータ装置を使用した発電機では、出力
周波数がエンジン回転数に依存しないので、エンジン回
転数の制御によって負荷に応じた出力制御を行うことが
可能になる。
載されたインバータ式エンジン発電機は、インバータ装
置の出力電流に基づいて負荷を検出し、その検出結果に
基づいてエンジンのスロットル制御を行っている。こう
して、負荷の変動にかかわらず出力電圧をほぼ一定に維
持することができるようにしている。
は、インバータ装置の入力側で発電機の出力電圧を検出
し、この出力電圧を予め設定された基準電圧と比較して
負荷に応じたエンジン回転数を得るようにしたエンジン
発電機が記載されている。
力電流を整流する半導体整流素子よりなるコンバータを
具備したエンジン駆動発電機において、コンバータの出
力電圧を目標値に制御するため、最大導通角未満に設定
された目標導通角に前記半導体整流素子の導通角が収斂
するようエンジンの回転数を制御するようにしたものを
提案している(特開平11−308896号公報)。こ
の発電機によれば、発電機は常に余力が残っている状態
で運転されているので、余力の範囲内において迅速に負
荷の増大に応答することができる。また、エンジン回転
の変動が出力電圧に影響をおよぼすことを抑制すること
ができる。
された目標導通角に半導体整流素子の導通角が収斂する
よう、エンジンの目標回転数を設定して制御される上記
の発電機ではさらに改善すべき問題点がある。エンジン
駆動発電装置に使用するエンジンが経年劣化等によって
予定の出力を発生しないことがある。前記半導体整流素
子の目標導通角はエンジンの代表特性に基づいて決定さ
れているのでエンジンの経年劣化が著しいと次のような
現象が起こり得る。
00〜5000rpmであり、エンジンが劣化していな
い通常の状態で、1000VAの出力負荷に対してエン
ジン回転数が4000rpmでスロットル開度が75%
であったとする。劣化したエンジンについて、同様に1
000VAの出力負荷が発生した場合、出力要求は通常
と変わらないので、エンジンの目標回転数は4000r
pmに設定される。しかし、エンジンが劣化している
と、通常の状態と同じスロットル開度では目標回転数の
4000rpmで運転できず、所望の出力を得ることが
できない。所望の出力を得るためには、スロットル開度
を大きくしなければならず、極端にはスロットル開度が
100%近くになり、過負荷状態になることが考えられ
る。このような、経年劣化のときと同様の現象は、エン
ジン出力の個体差による出力不足や、発電機の出力の個
体差による出力過剰によっても起こり得る。
実際の発電能力に常に適当な余力をもたせることによっ
て出力電圧を安定に制御するとともに、経年劣化等によ
るエンジンや発電機の出力変化に左右されない円滑なエ
ンジン回転数制御を行うことができるエンジン駆動発電
装置を提供することにある。
動される発電機の出力電流を整流する半導体整流素子よ
りなるコンバータと、前記コンバータから出力される直
流を所定周波数の交流に変換するインバータとを有する
エンジン駆動発電装置において、前記コンバータの出力
を目標値に制御するため前記半導体整流素子の導通を制
御する半導体整流素子駆動回路と、前記半導体整流素子
の導通割合を検出する導通割合検出手段と、前記導通割
合検出手段で検出された導通割合が目標割合に収斂する
ように前記エンジンの回転数を制御するエンジン回転数
制御手段と、エンジンのスロットル開度を検出するスロ
ットル開度検出手段と、前記スロットル開度が予定開度
以上になったときに前記目標割合を小さくする補正手段
とを具備した点に第1の特徴がある。
予定開度が、エンジン回転数との関係で設定されてお
り、該補正手段は、スロットル開度とエンジン回転数と
を供給されて前記スロットル開度が予定開度以上か否か
を判断するよう構成されている点に第2の特徴がある。
が所定値以上増大したことによりエンジンの過負荷が検
出され、導通割合の目標割合が低減される。目標割合が
小さくなるとエンジン回転数制御手段は、前記導通割合
が、小さくなった目標割合を超えないようエンジン回転
数を上昇させるよう動作する。そして、エンジン回転数
が上がるとエンジン出力は増大するので、エンジンに余
裕ができてスロットルは閉じる方向に変化する。
ロットル開度が予定開度以上である状態が予定時間持続
したときに前記目標割合を小さくするよう構成されてい
る点に第3の特徴がある。第3の特徴によれば、瞬間的
なスロットル開度の増大によって過負荷と判断されるこ
とがなくなるので、確実な制御が行われる。
ロットル開度が予定開度以上になったあと予定開度未満
に戻ったときは前記目標割合を初期値に戻すよう構成さ
れた点に第4の特徴がある。第4の特徴によれば、必要
以上にエンジン回転数が高い状態に保持されることがな
い。
導体整流素子の導通角で代表され、前記目標割合が目標
導通角である点に第5の特徴がある。第5の特徴によれ
ば、過負荷時にコンバータを構成する半導体整流素子の
導通角が補正される。
実施形態を詳細に説明する。図1はエンジン駆動発電機
の構成を示すブロック図である。永久磁石により界磁束
を与える磁石式多極発電機(以下、単に「発電機」とい
う)1には(内燃)エンジン2が連結され、該発電機1
はエンジン2で駆動されて多相(代表的には3相)の交
流を発生する。発生した交流は半導体整流素子としての
サイリスタをブリッジ接続した整流回路からなるコンバ
ータ3で全波整流されて直流に変換され、インバータ4
に入力される。インバータ4は、その出力側に接続され
た外部負荷5に商用周波数(例えば50Hz)の単相交
流を供給する。エンジン2のスロットル弁6の開度調節
のためにステッピングモータ7が設けられ、このステッ
ピングモータ7に供給されるパルス数によってスロット
ル開度が制御され、エンジン2の回転数が決定される。
なお、エンジン2は燃料噴射式のものでもよい。
検出する。サイリスタ駆動回路9は予め与えられた目標
としての設定電圧(例えば、170V)と前記出力電圧
とを比較し、計測されたコンバータ3の実出力電圧が設
定電圧に等しくなるように、公知の適宜の手法で、コン
バータ3を構成するサイリスタの導通を制御する。この
ような構成により、前記サイリスタの導通角制御範囲に
相応する出力電流範囲においてコンバータ3の出力電圧
は設定電圧に保持される。なお、コンバータ3はパワー
トランジスタのデューティ比を制御することによって出
力電圧を制御するよう変形してもよい。これら、導通角
およびデューティ比は、本明細書においては統合的に半
導体整流素子の導通割合と呼ぶ。
る。図2は、燃料量制御部10の構成を示すブロック図
である。サイリスタ導通角検出部101は前記サイリス
タ駆動回路9からコンバータ3に出力されている制御信
号に基づいてサイリスタの導通角を検出する。導通角は
予定周期で連続的に検出され、その平均導通角が算出さ
れる。
た平均導通角は偏差検出部102に入力され、目標導通
角に対する偏差が検出される。すなわち、発電機1が出
力に余裕のある状態で運転されているかどうかをサイリ
スタの平均導通角に基づいて判断する。そのために、目
標導通角は例えば75%に設定してある。この目標導通
角は、一般的な制御目標値と同様、一定のヒステリシス
を有するのがよい。こうして、偏差検出部102で検出
された偏差が「0」になるようにエンジン2が目標回転
数に調整され、発電機1に余裕のある状態が維持され
る。
イリスタの出力電圧波形である。同図において、導通角
αはサイリスタが導通している時間に対応する電気角で
あり、既知の適宜の手段によって決定される。
2から入力される偏差に応じて回転数調整量を出力す
る。偏差を読み出しアドレスとして回転数調整量を出力
するテーブルで構成できる。図4は前記偏差と回転数調
整量との関係を示す図である。ここで、偏差は目標導通
角に対する実導通角の偏倚量つまり「実導通角−目標導
通角」である。
は、それがマイナスのときよりも、偏差に対応する回転
数調整量が大きく設定されている。偏差がプラスのとき
は、導通角が目標導通角(75%)を超えている場合で
あって発電機1に余裕がないと判断され、負荷に相応す
る発電機1の出力増加応答を早くする必要があるからで
ある。一方、偏差がマイナスのときは発電機1に余裕が
あると判断されるので、過度な応答によるオーバシュー
トによって起こり得る回転数の頻繁な上下を避けるのが
好ましいから偏差に対応する回転数調整量は小さく設定
される。
目標回転数更新部103から入力される目標回転数調整
量を、すでに格納されている目標回転数に加算して新た
な目標回転数とする。目標回転数は最高・最低回転数設
定部105に設定されている最高回転数または最低回転
数の範囲内で更新される。前記目標回転数調整量を加算
した結果、目標回転数が前記範囲から外れるようなとき
は、目標回転数は前記最高回転数または前記最低回転数
に制限される。最低回転数を規定しているのは、サイリ
スタ導通角がわずかな回転数変化に反応することで無負
荷〜軽負荷での安定性を悪化させないためである。
検出する。制御量演算部107は前記回転数検出部10
6から入力される実回転数と前記目標回転数記憶部10
4から読み込んだ目標回転数とに基づいて、目標回転数
に対する実回転数の偏差をゼロにするための制御量を、
既知の適宜の手法(例えば比例・積分・微分)によって
演算する。スロットル制御部108はステッピングモー
タ7を含み、制御量演算部107での演算結果に応じて
ステッピングモータ7を駆動するための必要な数のパル
スを出力し、ステッピングモータ7はこれに応答して回
動し、スロットル開度を変化させる。
タ3の出力を制御するサイリスタブリッジ整流回路の平
均導通角が予め設定された値(例えば75%)に維持さ
れるようにエンジン2の回転数を制御しているので、発
電機1は常に余力のある状態で負荷に電力を供給するこ
とができる。すなわち、負荷が増大した場合、コンバー
タ3の出力電圧の変動に応答してサイリスタの導通角を
大きくして直ちに負荷の増大に追従できると共に、その
導通角の増大に見合ってエンジン2の回転数が比較的緩
やかに増大される。エンジン回転数の頻繁な変化が緩和
されてエンジンの騒音や燃料消費量低減が図られる。
で出力電圧を検出しているので、インバータの出力の有
効電力、インバータの変換効率、回転数毎の発電能力、
ならびに発電機および有効電力検出部の製品ばらつき等
をパラメータとして算出する必要がなくなり、制御が簡
単になる。なお、本実施形態では、発電機の出力電流を
整流するためにサイリスタブリッジを採用したコンバー
タを例に説明したが、他の電圧制御方式、例えば整流後
のスイッチングDC電圧変換方式であってもよい。
て説明する。既述のように、エンジン2や発電機1が経
年劣化等で予定の出力を発生しないと、エンジン2が過
負荷状態に陥ることがある。そこで、本実施形態では、
エンジン2のスロットル開度に基づいて過負荷かどうか
を判断し、その判断結果から目標導通角を変化させるこ
とによりエンジン2の過負荷状態を是正するようにし
た。
能ブロックである。同図において、スロットルセンサ1
1はエンジン2のスロットルバルブに結合され、スロッ
トル開度を示す信号を出力する。この出力信号はA/D
変換器12でデジタルデータに変換された後、負荷域判
別部13に入力される。
入力されるスロットル開度θTHおよび前記回転数検出部
106から入力されるエンジン回転数Ne に基づいてエ
ンジン状態が正常域および過負荷域のいずれにあるかを
判別する。過負荷域と判断したときは出力される過負荷
判別信号OLをハイ(H)にする。一方、正常域と判断
されれば、過負荷判別信号OLをロー(L)にする。負
荷域判別部13はスロットル開度θTHおよびエンジン回
転数Ne に基づいて判別信号OLを出力するテーブルに
より構成できる。
ルの一例を示す図である。図6において、テーブルは所
定のスロットル開度以上を過負荷域とし、該スロットル
開度未満を正常域とするよう設定されている。この例で
は、エンジン回転数が3000rpmのときはスロット
ル開度θTHが70%までの領域を正常域とし、エンジン
回転数が上昇するのに伴い、正常域の範囲が大スロット
ル開度状態まで拡大されている。
過負荷継続判定部14に入力され、過負荷継続判定部1
4は過負荷検出信号OLのハイ(H)が予定時間継続し
たときに補正指示信号s1を出力する。予定時間継続し
たか否かは、所定の割込サイクル毎の過負荷判断が予定
回数連続したかどうかによって判断することができる。
力され、目標導通角更新部15は補正指示s1が入力さ
れる毎(例えば100m秒毎)に、目標導通角低減指示
s2を出力する。目標導通角低減指示s2は目標導通角
設定器16に入力され、目標導通角設定器16は目標導
通角低減指示s2に応答して目標導通角を例えば0.5
%低下させる。目標導通角が低下すると、図2の制御に
よりエンジンの目標回転数が上昇し、エンジン回転数は
増大するように制御される。エンジン回転数が増大する
と、出力に余裕が出るので、スロットル開度θTHは閉じ
る方向に変化する。
エンジン特性(出力PSと回転数Ne との関係)を示す
図である。同図に示すように、エンジン回転数Ne が3
000rpmの状態においては、スロットル開度θTHが
75%では負荷Lに見合う出力が得られない。負荷Lを
得るためにはスロットル開度θTHを90%近くまで開か
なければならない。しかし、このエンジンの場合、エン
ジン回転数Ne を4000rpmに上げることによっ
て、スロットル開度θTHが75%であっても負荷Lに見
合う出力を得ることができる。すなわち、エンジン2に
余裕が生じて過負荷運転状態が解消される。
θTHが予定開度以下の場合は正常域であるので、目標導
通角は変化しないままである。また、一旦、過負荷領域
に入った後、正常域に戻り、この正常域状態が予定時間
継続された場合は、目標導通角を上記とは逆に徐々に大
きくしていく。そして、目標導通角が初期値に戻ったな
らば導通角の補正制御は解除とする。
力電圧が設定電圧に等しくなるよう、サイリスタの導通
角を制御するようにした。本発明はこれに限らず、上述
のようにコンバータ3の出力電圧制御のためにパワート
ランジスタを使用する場合は、スロットル開度が過大な
ときに、目標導通角に代えてパワートランジスタの目標
デューティ比を補正するのがよい。
1〜5の発明によれば、スロットル開度の増大によりエ
ンジンの過負荷が検出されると、エンジン回転数が上昇
させられてエンジン出力の増大が図られるので、過負荷
状態は解消される。したがって、エンジンの経年劣化や
個体差による出力不足や発電機の負荷変動が生じたと
き、この変動等に円滑に追従できる。
スロットル開度の増大によって過負荷と判断されること
がなくなるので、確実な制御が行われる。また、請求項
4の発明によれば、必要以上にエンジン回転数が高い状
態に保持されるのが防止される。
システム構成を示すブロック図である。
示すブロック図である。
す図である。
部構成を示すブロック図である。
メータとする負荷の判別テーブルを示す図である。
ジン回転数の関係を示す図である。
…インバータ、 7…スロットル開度制御用モータ、
8…電圧検出部、 9…サイリスタ駆動回路、10…燃
料量制御部、 11…ストットルセンサ、 13…負荷
域判別部、14…過負荷継続判定部、 15…目標導通
角更新部、 16…目標導通角設定器、 101…導通
角検出部、 102…偏差検出部、 103…目標回転
数更新部
Claims (5)
- 【請求項1】 エンジンで駆動される発電機の出力電流
を整流する半導体整流素子よりなるコンバータと、前記
コンバータから出力される直流を所定周波数の交流に変
換するインバータとを有するエンジン駆動発電装置にお
いて、 前記コンバータの出力を目標値に制御するため前記半導
体整流素子の導通を制御する半導体整流素子駆動回路
と、 前記半導体整流素子の導通割合を検出する導通割合検出
手段と、 前記導通割合検出手段で検出された導通割合が目標割合
に収斂するように前記エンジンの回転数を制御するエン
ジン回転数制御手段と、 エンジンのスロットル開度を検出するスロットル開度検
出手段と、 前記スロットル開度が予定開度以上になったときに前記
目標割合を小さくする補正手段とを具備したことを特徴
とするエンジン駆動発電装置。 - 【請求項2】 前記補正手段で使用する予定開度が、エ
ンジン回転数との関係で設定されており、 該補正手段は、スロットル開度とエンジン回転数とを供
給されて前記スロットル開度が予定開度以上か否かを判
断するよう構成されていることを特徴とする請求項1記
載のエンジン駆動発電装置。 - 【請求項3】 前記補正手段が、前記スロットル開度が
予定開度以上である状態が予定時間持続したときに前記
目標割合を小さくするよう構成されていることを特徴と
する請求項1または2記載のエンジン駆動発電装置。 - 【請求項4】 前記補正手段が、前記スロットル開度が
予定開度以上になったあと予定開度未満に戻ったときは
前記目標割合を初期値に戻すよう構成されたことを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載のエンジン駆動発
電装置。 - 【請求項5】 前記導通割合が前記半導体整流素子の導
通角で代表され、前記目標割合が目標導通角であること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエンジン
駆動発電装置。
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