JP3505706B2 - 同期発電機の自動電圧調整装置 - Google Patents
同期発電機の自動電圧調整装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変な回転数で運
転する同期発電機の界磁巻線にかかる電圧を制御する同
期発電機の自動電圧調整装置に関する。
転する同期発電機の界磁巻線にかかる電圧を制御する同
期発電機の自動電圧調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の同期発電機の自動電圧調整装置を
図１０を参照して説明する。図に示すように、可変な回
転数で運転する同期発電機１０１で発生した３相交流電
圧は整流回路１１４で整流された後、平滑コンデンサ１
１５により電圧のリプルを除去されてから負荷１１６に
供給される。同期発電機１０１の端子電圧は端子電圧検
出回路１０６で検出され、界磁電圧指令値出力回路１０
８に入力される。端子電圧指令値出力回路１０７では同
期発電機の端子電圧の指令値を界磁電圧指令値出力回路
１０８に出力する。界磁電圧指令値出力回路１０８では
同期発電機の端子電圧指令値と端子電圧検出値に基づい
て界磁電圧指令値ＶF *を比較回路１１２に出力する。一
方、同期タイミング検出回路１０９は同期発電機端子電
圧波形に基づいて発電機端子電圧の所定の位相に同期し
たパルスＶS をキャリア波生成回路１１１に出力し、キ
ャリア波生成回路１１１では同期パルスＶS に基づいて
キャリア波ＶC を比較回路１１２に出力する。比較回路
１１２は界磁電圧指令値ＶF *とキャリア波ＶC を比較し
て矩形波信号を出力する。この矩形波信号はスイッチン
グ素子１０４をドライブするゲートドライブ回路１１３
に入力され、このゲートドライブ回路１１３に入力され
た矩形波信号に基づいたゲートドライブ信号ＶPWM によ
りスイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦＦ制御が行なわ
れる。
図１０を参照して説明する。図に示すように、可変な回
転数で運転する同期発電機１０１で発生した３相交流電
圧は整流回路１１４で整流された後、平滑コンデンサ１
１５により電圧のリプルを除去されてから負荷１１６に
供給される。同期発電機１０１の端子電圧は端子電圧検
出回路１０６で検出され、界磁電圧指令値出力回路１０
８に入力される。端子電圧指令値出力回路１０７では同
期発電機の端子電圧の指令値を界磁電圧指令値出力回路
１０８に出力する。界磁電圧指令値出力回路１０８では
同期発電機の端子電圧指令値と端子電圧検出値に基づい
て界磁電圧指令値ＶF *を比較回路１１２に出力する。一
方、同期タイミング検出回路１０９は同期発電機端子電
圧波形に基づいて発電機端子電圧の所定の位相に同期し
たパルスＶS をキャリア波生成回路１１１に出力し、キ
ャリア波生成回路１１１では同期パルスＶS に基づいて
キャリア波ＶC を比較回路１１２に出力する。比較回路
１１２は界磁電圧指令値ＶF *とキャリア波ＶC を比較し
て矩形波信号を出力する。この矩形波信号はスイッチン
グ素子１０４をドライブするゲートドライブ回路１１３
に入力され、このゲートドライブ回路１１３に入力され
た矩形波信号に基づいたゲートドライブ信号ＶPWM によ
りスイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦＦ制御が行なわ
れる。
【０００３】また、ダイオード１０２は交流界磁電源の
電圧を整流して同期発電機１０１の界磁巻線１０５に与
え、またスイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦＦによる
電圧はフライホイルダイオード１０３を経て同期発電機
１０１の界磁巻線１０５に与えられる。
電圧を整流して同期発電機１０１の界磁巻線１０５に与
え、またスイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦＦによる
電圧はフライホイルダイオード１０３を経て同期発電機
１０１の界磁巻線１０５に与えられる。
【０００４】図１１は上記従来の同期発電機の自動電圧
調整装置を動作させた場合の各部の動作波形図であり、
同図（Ａ）は同期発電機が低回転数のときの波形図、同
図（Ｂ）は同期発電機が高回転数のときの波形図であ
る。
調整装置を動作させた場合の各部の動作波形図であり、
同図（Ａ）は同期発電機が低回転数のときの波形図、同
図（Ｂ）は同期発電機が高回転数のときの波形図であ
る。
【０００５】図において、ＶG は可変な回転数で運転す
る同期発電機１０１の端子電圧の波形、ＶS は同期発電
機の端子電圧に基づき同期タイミング検出回路１０９が
出力する同期パルス、ＶF *は界磁電圧指令値出力回路１
０８が出力する界磁電圧指令値であり同期発電機の界磁
巻線１０５に加える電圧を設定する信号、ＶC はキャリ
ア波形生成回路１１１が同期タイミング検出回路１０９
の出力する同期パルスに基づき、同期発電機の端子電圧
の所定の位相に同期して出力するキャリア波、ＶPWM は
キャリア波ＶC と界磁電圧指令値ＶF *の比較結果より得
られる矩形波信号に基づいたゲートドライブ信号であ
る。
る同期発電機１０１の端子電圧の波形、ＶS は同期発電
機の端子電圧に基づき同期タイミング検出回路１０９が
出力する同期パルス、ＶF *は界磁電圧指令値出力回路１
０８が出力する界磁電圧指令値であり同期発電機の界磁
巻線１０５に加える電圧を設定する信号、ＶC はキャリ
ア波形生成回路１１１が同期タイミング検出回路１０９
の出力する同期パルスに基づき、同期発電機の端子電圧
の所定の位相に同期して出力するキャリア波、ＶPWM は
キャリア波ＶC と界磁電圧指令値ＶF *の比較結果より得
られる矩形波信号に基づいたゲートドライブ信号であ
る。
【０００６】今、キャリア波ＶC と界磁電圧指令値ＶF *
が比較回路１１２に入力されると、界磁電圧指令値ＶF *
がキャリア波ＶC よりも大きい場合にはＯＮ信号が得ら
れ、界磁電圧指令値ＶF *がキャリア波ＶC よりも小さい
場合にはＯＦＦ信号が得られる。このＯＮ−ＯＦＦ矩形
波信号は、ゲートドライブ回路１１３に入力され、信号
のＯＮ−ＯＦＦに応じてスイッチング素子１０４が駆動
できるようなドライブ信号ＶPWM となる。
が比較回路１１２に入力されると、界磁電圧指令値ＶF *
がキャリア波ＶC よりも大きい場合にはＯＮ信号が得ら
れ、界磁電圧指令値ＶF *がキャリア波ＶC よりも小さい
場合にはＯＦＦ信号が得られる。このＯＮ−ＯＦＦ矩形
波信号は、ゲートドライブ回路１１３に入力され、信号
のＯＮ−ＯＦＦに応じてスイッチング素子１０４が駆動
できるようなドライブ信号ＶPWM となる。
【０００７】スイッチング素子１０４がＯＮしている場
合、界磁巻線１０５の端子に電圧がかかるため電力は界
磁巻線１０５に供給される。一方、スイッチング素子１
０４がＯＦＦしている場合には、界磁巻線１０５の端子
には電圧がかからないため電力の供給は絶たれる。この
ように、スイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦＦするタ
イミングを制御することにより所望の電圧を界磁巻線１
０５にかけることができる。
合、界磁巻線１０５の端子に電圧がかかるため電力は界
磁巻線１０５に供給される。一方、スイッチング素子１
０４がＯＦＦしている場合には、界磁巻線１０５の端子
には電圧がかからないため電力の供給は絶たれる。この
ように、スイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦＦするタ
イミングを制御することにより所望の電圧を界磁巻線１
０５にかけることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては、同期発電機１０１の回転数が上昇する
と、式（１）の関係より誘起電圧が大きくなり、発電機
端子電圧も大きくなる。
術においては、同期発電機１０１の回転数が上昇する
と、式（１）の関係より誘起電圧が大きくなり、発電機
端子電圧も大きくなる。
【０００９】
【数１】
【００１０】つまり、回転数上昇により大きくなる発電
機端子電圧を自動制御により一定に保つには、界磁磁束
の振幅Φｍを小さくする必要があり、そのためには界磁
巻線１０５に流れる電流を減らす、すなわち、界磁巻線
１０５にかかる電圧を小さくする必要がある。ただし、
回転数が上昇し周波数も高くなり、界磁巻線１０５に印
加する電圧が小さくなると、スイッチング素子のＯＮ−
ＯＦＦする周期が短くなるためＯＮする期間も短くな
り、高速なスイッチングが必要になる。図１１（Ａ）と
（Ｂ）を比較すると（Ｂ）がその状態を示している。そ
のため、高速な制御装置や高速なスイッチング素子が必
要になる。また、スイッチング回数も上昇し、スイッチ
ングロスが増えることになる。
機端子電圧を自動制御により一定に保つには、界磁磁束
の振幅Φｍを小さくする必要があり、そのためには界磁
巻線１０５に流れる電流を減らす、すなわち、界磁巻線
１０５にかかる電圧を小さくする必要がある。ただし、
回転数が上昇し周波数も高くなり、界磁巻線１０５に印
加する電圧が小さくなると、スイッチング素子のＯＮ−
ＯＦＦする周期が短くなるためＯＮする期間も短くな
り、高速なスイッチングが必要になる。図１１（Ａ）と
（Ｂ）を比較すると（Ｂ）がその状態を示している。そ
のため、高速な制御装置や高速なスイッチング素子が必
要になる。また、スイッチング回数も上昇し、スイッチ
ングロスが増えることになる。
【００１１】本発明（請求項１乃至請求項４対応）は、
上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は高速な制
御装置や高速なスイッチング素子を必要とせず、さらに
スイッチング回数を減らしてスイッチングロスを低減す
る同期発電機の自動電圧調整装置を提供することにあ
る。
上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は高速な制
御装置や高速なスイッチング素子を必要とせず、さらに
スイッチング回数を減らしてスイッチングロスを低減す
る同期発電機の自動電圧調整装置を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、端子電圧を界磁電源とする同
期発電機と、前記同期発電機の界磁巻線に加わる電圧を
ＯＮ−ＯＦＦするスイッチング素子と、前記同期発電機
の端子電圧の検出値を出力する端子電圧検出回路と、前
記同期発電機の端子電圧指令値を出力する端子電圧指令
値出力回路と、前記同期発電機の端子電圧指令値と端子
電圧検出値を比較し界磁電圧指令値を出力する界磁電圧
指令値出力回路と、前記同期発電機の端子電圧波形に基
づいて所定の位相で同期タイミングの検出を行い同期パ
ルスを出力する同期タイミング検出回路と、前記パルス
に基づきキャリア波を発生するキャリア波生成回路と、
前記界磁電圧指令値と前記キャリア波を比較することに
より前記スイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦする矩形波信
号を出力する比較回路と、前記矩形波信号を入力信号と
して前記スイッチング素子をドライブするゲートドライ
ブ回路とを備える同期発電機の自動電圧調整装置におい
て、前記同期発電機の端子電圧波形に基づいて周波数を
検出し、この周波数検出値により同期パルスの数を間引
く間引き設定回路を設け、この間引かれた同期パルスに
基づいてキャリア波を発生し、このキャリア波を前記界
磁電圧指令値と比較することにより得られるドライブ信
号を基に前記スイッチング素子をドライブし、前記同期
発電機の界磁巻線に加える電圧を制御して前記同期発電
機の端子電圧を制御することを特徴とする。
に、本発明の請求項１は、端子電圧を界磁電源とする同
期発電機と、前記同期発電機の界磁巻線に加わる電圧を
ＯＮ−ＯＦＦするスイッチング素子と、前記同期発電機
の端子電圧の検出値を出力する端子電圧検出回路と、前
記同期発電機の端子電圧指令値を出力する端子電圧指令
値出力回路と、前記同期発電機の端子電圧指令値と端子
電圧検出値を比較し界磁電圧指令値を出力する界磁電圧
指令値出力回路と、前記同期発電機の端子電圧波形に基
づいて所定の位相で同期タイミングの検出を行い同期パ
ルスを出力する同期タイミング検出回路と、前記パルス
に基づきキャリア波を発生するキャリア波生成回路と、
前記界磁電圧指令値と前記キャリア波を比較することに
より前記スイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦする矩形波信
号を出力する比較回路と、前記矩形波信号を入力信号と
して前記スイッチング素子をドライブするゲートドライ
ブ回路とを備える同期発電機の自動電圧調整装置におい
て、前記同期発電機の端子電圧波形に基づいて周波数を
検出し、この周波数検出値により同期パルスの数を間引
く間引き設定回路を設け、この間引かれた同期パルスに
基づいてキャリア波を発生し、このキャリア波を前記界
磁電圧指令値と比較することにより得られるドライブ信
号を基に前記スイッチング素子をドライブし、前記同期
発電機の界磁巻線に加える電圧を制御して前記同期発電
機の端子電圧を制御することを特徴とする。
【００１３】本発明の請求項２は、請求項１記載の同期
発電機の自動電圧調整装置において、同期発電機の端子
電圧波形に基づいて周波数検出値を出力する代わりに、
同期発電機の端子電圧波形に基づいて周期検出値を出力
し、また、周波数検出値と同期パルスに基づき同期パル
スの数を間引く間引き設定回路に代わり、周期検出値と
同期パルスに基づき同期パルスの数を間引く間引き設定
回路を設けることを特徴とする。
発電機の自動電圧調整装置において、同期発電機の端子
電圧波形に基づいて周波数検出値を出力する代わりに、
同期発電機の端子電圧波形に基づいて周期検出値を出力
し、また、周波数検出値と同期パルスに基づき同期パル
スの数を間引く間引き設定回路に代わり、周期検出値と
同期パルスに基づき同期パルスの数を間引く間引き設定
回路を設けることを特徴とする。
【００１４】請求項１及び請求項２によると、高周波数
運転領域でパルスを間引くためスイッチング周波数が低
く、高速な制御や高速なスイッチングが必要でないため
従来技術と比較してスイッチングの回数が数分の１にな
り、スイッチングロスを減少できる。
運転領域でパルスを間引くためスイッチング周波数が低
く、高速な制御や高速なスイッチングが必要でないため
従来技術と比較してスイッチングの回数が数分の１にな
り、スイッチングロスを減少できる。
【００１５】本発明の請求項３は、請求項１記載の同期
発電機の自動電圧調整装置において、同期発電機端子電
圧の周波数の上昇時における同期パルスを間引く割合の
変化する周波数の値と、同期発電機端子電圧の周波数の
下降時における同期パルスを間引く割合の変化する周波
数の値を異なる値にすると共に、同期パルスを間引く割
合の変化の判定にヒステリシス特性を持たせることを特
徴とする。
発電機の自動電圧調整装置において、同期発電機端子電
圧の周波数の上昇時における同期パルスを間引く割合の
変化する周波数の値と、同期発電機端子電圧の周波数の
下降時における同期パルスを間引く割合の変化する周波
数の値を異なる値にすると共に、同期パルスを間引く割
合の変化の判定にヒステリシス特性を持たせることを特
徴とする。
【００１６】本発明の請求項４は、請求項２記載の同期
発電機の自動電圧調整装置において、同期発電機端子電
圧の周波数の上昇時における同期パルスを間引く割合の
変化する周期の値と、同期発電機端子電圧の周波数の下
降時における同期パルスを間引く割合の変化する周期の
値を異なる値にすると共に、同期パルスを間引く割合の
変化の判定にヒステリシス特性を持たせることを特徴と
する。
発電機の自動電圧調整装置において、同期発電機端子電
圧の周波数の上昇時における同期パルスを間引く割合の
変化する周期の値と、同期発電機端子電圧の周波数の下
降時における同期パルスを間引く割合の変化する周期の
値を異なる値にすると共に、同期パルスを間引く割合の
変化の判定にヒステリシス特性を持たせることを特徴と
する。
【００１７】請求項３及び請求項４によると、パルス数
を間引く割合の変化する点を同期発電機の回転数の変化
の方向によって変え、またパルス数の判定にヒステリシ
ス特性を持たせることで電圧制御の不安定を防止でき
る。
を間引く割合の変化する点を同期発電機の回転数の変化
の方向によって変え、またパルス数の判定にヒステリシ
ス特性を持たせることで電圧制御の不安定を防止でき
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１対応）の構成図である。図に示すように、本実施例が
上記した図１０の従来の同期発電機の自動電圧調整装置
と異なる構成は、発電機端子電圧波形より周波数を検出
し、周波数検出値を出力する周波数検出回路１１０ａ
と、周波数検出値と同期パルスに基づいて同期パルスの
数を間引く間引き設定回路１１０ｂを設け、同期タイミ
ング検出回路１０９により発電機端子電圧波形に基づい
て発電機端子電圧の所定の位相に同期したパルスを、同
期パルスの数を間引く間引き設定回路１１０ｂに入力
し、この間引かれた出力パルスＶT に基づいてキャリア
波ＶC を出力するキャリア波生成回路１１１を設けた構
成とした点であり、その他の構成は同一であるので、同
一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１対応）の構成図である。図に示すように、本実施例が
上記した図１０の従来の同期発電機の自動電圧調整装置
と異なる構成は、発電機端子電圧波形より周波数を検出
し、周波数検出値を出力する周波数検出回路１１０ａ
と、周波数検出値と同期パルスに基づいて同期パルスの
数を間引く間引き設定回路１１０ｂを設け、同期タイミ
ング検出回路１０９により発電機端子電圧波形に基づい
て発電機端子電圧の所定の位相に同期したパルスを、同
期パルスの数を間引く間引き設定回路１１０ｂに入力
し、この間引かれた出力パルスＶT に基づいてキャリア
波ＶC を出力するキャリア波生成回路１１１を設けた構
成とした点であり、その他の構成は同一であるので、同
一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
【００１９】次に、本実施例の同期発電機の自動電圧調
整装置の動作を図２の各部の動作波形図を参照して説明
する。図において、ＶG は可変な回転数で運転する同期
発電機１０１の端子電圧の波形、ＶS は同期発電機の端
子電圧波形に基づき同期タイミング検出回路１０９が出
力する同期パルス、ＶT は同期発電機の端子電圧波形に
基づく周波数検出値により同期パルスを間引く間引き設
定回路１１０ｂの出力パルス、ＶF *は界磁電圧指令値出
力回路１０８が出力する界磁電圧指令値で、同期発電機
の界磁巻線に加える電圧を設定する信号、ＶC はキャリ
ア波形生成回路１１１が、同期パルスを間引く間引き設
定回路１１０ｂの出力パルスに基づき同期発電機の端子
電圧の所定の位相に同期して出力するキャリア波、Ｖ
PWM はキャリア波ＶC と界磁電圧指令値ＶF *の比較結果
より得られる矩形波信号に基づいたゲートドライブ信号
である。
整装置の動作を図２の各部の動作波形図を参照して説明
する。図において、ＶG は可変な回転数で運転する同期
発電機１０１の端子電圧の波形、ＶS は同期発電機の端
子電圧波形に基づき同期タイミング検出回路１０９が出
力する同期パルス、ＶT は同期発電機の端子電圧波形に
基づく周波数検出値により同期パルスを間引く間引き設
定回路１１０ｂの出力パルス、ＶF *は界磁電圧指令値出
力回路１０８が出力する界磁電圧指令値で、同期発電機
の界磁巻線に加える電圧を設定する信号、ＶC はキャリ
ア波形生成回路１１１が、同期パルスを間引く間引き設
定回路１１０ｂの出力パルスに基づき同期発電機の端子
電圧の所定の位相に同期して出力するキャリア波、Ｖ
PWM はキャリア波ＶC と界磁電圧指令値ＶF *の比較結果
より得られる矩形波信号に基づいたゲートドライブ信号
である。
【００２０】ところで、キャリア波ＶC と界磁電圧指令
値ＶF *が比較回路１１２に入力されると、界磁電圧指令
値ＶF *がキャリア波ＶC よりも大きい場合にはＯＮ信号
が得られ、界磁電圧指令値ＶF *がキャリア波ＶC よりも
小さい場合にはＯＦＦ信号が得られる。このＯＮ−ＯＦ
Ｆの矩形波信号は、ゲートドライブ回路１１３に入力さ
れ、信号のＯＮ−ＯＦＦに応じてスイッチング素子１０
４が駆動できるような信号ＶPWM となる。
値ＶF *が比較回路１１２に入力されると、界磁電圧指令
値ＶF *がキャリア波ＶC よりも大きい場合にはＯＮ信号
が得られ、界磁電圧指令値ＶF *がキャリア波ＶC よりも
小さい場合にはＯＦＦ信号が得られる。このＯＮ−ＯＦ
Ｆの矩形波信号は、ゲートドライブ回路１１３に入力さ
れ、信号のＯＮ−ＯＦＦに応じてスイッチング素子１０
４が駆動できるような信号ＶPWM となる。
【００２１】そして、スイッチング素子１０４がＯＮし
ている場合、界磁巻線１０５の端子に電圧がかかるため
電力は界磁巻線１０５に供給される。また、スイッチン
グ素子１０４がＯＦＦしている場合には、界磁巻線１０
５の端子には電圧がかからないため電力の供給は絶たれ
る。このように、スイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦ
Ｆするタイミングを制御することにより、所望の電圧を
界磁巻線１０５に与えることができる。
ている場合、界磁巻線１０５の端子に電圧がかかるため
電力は界磁巻線１０５に供給される。また、スイッチン
グ素子１０４がＯＦＦしている場合には、界磁巻線１０
５の端子には電圧がかからないため電力の供給は絶たれ
る。このように、スイッチング素子１０４のＯＮ−ＯＦ
Ｆするタイミングを制御することにより、所望の電圧を
界磁巻線１０５に与えることができる。
【００２２】図３は上記第１実施例において同期パルス
を間引く割合と発電機端子電圧周波数の関係を表したグ
ラフである。図から明らかなように、発電機端子電圧の
周波数が低い場合には同期パルスを間引くことはない
が、周波数が上昇すると、同期パルス数／端子電圧周期
数の割合が１／２、１／３、１／４とどんどん小さくな
り、間引くパルスの数が多くなる。
を間引く割合と発電機端子電圧周波数の関係を表したグ
ラフである。図から明らかなように、発電機端子電圧の
周波数が低い場合には同期パルスを間引くことはない
が、周波数が上昇すると、同期パルス数／端子電圧周期
数の割合が１／２、１／３、１／４とどんどん小さくな
り、間引くパルスの数が多くなる。
【００２３】図４は本発明の第２実施例（請求項２対
応）の構成図である。図に示すように、本実施例が図１
の第１実施例と相違する構成は、周波数検出回路１１０
ａの代わりに周期検出回路２１０ａを設け、また周波数
検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間引く間引
き設定回路の代わりに、周期検出値と同期パルスに基づ
いて同期パルスを間引く間引き設定回路を設けている点
であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には
同一符合を付して重複説明は省略する。
応）の構成図である。図に示すように、本実施例が図１
の第１実施例と相違する構成は、周波数検出回路１１０
ａの代わりに周期検出回路２１０ａを設け、また周波数
検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間引く間引
き設定回路の代わりに、周期検出値と同期パルスに基づ
いて同期パルスを間引く間引き設定回路を設けている点
であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には
同一符合を付して重複説明は省略する。
【００２４】本実施例が図１の第１実施例の動作と相違
する点は、同期発電機の端子電圧波形に基づき周期検出
回路２１０ａで周期を検出し、その周期検出値により周
期検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間引く間
引き設定回路２１０ｂで同期パルスを間引く動作を行
い、この間引かれた同期パルスに基づいてキャリア波生
成回路１１１でキャリア波を生成するように動作する点
であり、その他の動作は図１の第１実施例と同様であ
る。本実施例の同期発電機の自動電圧調整装置の各部の
動作波形は、図２（Ａ），（Ｂ）の波形図と同一である
ので、その動作の説明は省略する。
する点は、同期発電機の端子電圧波形に基づき周期検出
回路２１０ａで周期を検出し、その周期検出値により周
期検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間引く間
引き設定回路２１０ｂで同期パルスを間引く動作を行
い、この間引かれた同期パルスに基づいてキャリア波生
成回路１１１でキャリア波を生成するように動作する点
であり、その他の動作は図１の第１実施例と同様であ
る。本実施例の同期発電機の自動電圧調整装置の各部の
動作波形は、図２（Ａ），（Ｂ）の波形図と同一である
ので、その動作の説明は省略する。
【００２５】本実施例における同期パルスを間引く割合
と発電機端子電圧の周期の関係を図５のグラフに示す。
図から明らかなように、発電機端子電圧の周期が長い場
合には同期パルスを間引くことはないが、周期が短くな
ると、同期パルス数／端子電圧周期の割合が１／２、１
／３、１／４とどんどん小さくなり、間引くパルスの数
が多くなる。
と発電機端子電圧の周期の関係を図５のグラフに示す。
図から明らかなように、発電機端子電圧の周期が長い場
合には同期パルスを間引くことはないが、周期が短くな
ると、同期パルス数／端子電圧周期の割合が１／２、１
／３、１／４とどんどん小さくなり、間引くパルスの数
が多くなる。
【００２６】図６は本発明の第３実施例（請求項３対
応）の構成図である。図に示すように、本実施例が図１
の第１実施例と相違する構成は、周波数検出値の周波数
検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間引く間引
き設定回路１１０ｂの代わりに、周波数検出値により同
期パルスを間引く割合の判定にヒステリシス特性を持っ
た周波数検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間
引く間引き設定回路３１０ｂを設けている点であり、そ
の他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を
付して重複説明は省略する。
応）の構成図である。図に示すように、本実施例が図１
の第１実施例と相違する構成は、周波数検出値の周波数
検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間引く間引
き設定回路１１０ｂの代わりに、周波数検出値により同
期パルスを間引く割合の判定にヒステリシス特性を持っ
た周波数検出値と同期パルスに基づいて同期パルスを間
引く間引き設定回路３１０ｂを設けている点であり、そ
の他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を
付して重複説明は省略する。
【００２７】本実施例が図１の第１実施例の動作と相違
する点は、周波数検出回路１１０ａの出力する周波数検
出値により、周波数検出値と同期パルスに基づいて同期
パルスを間引く間引き設定回路３１０ｂで同期パルスを
間引く動作を行い、この間引かれた同期パルスに基づい
てキャリア波生成回路１１１でキャリア波Ｖｃを生成す
るように動作する点であり、その他の動作は図１の第１
実施例の動作と同様である。
する点は、周波数検出回路１１０ａの出力する周波数検
出値により、周波数検出値と同期パルスに基づいて同期
パルスを間引く間引き設定回路３１０ｂで同期パルスを
間引く動作を行い、この間引かれた同期パルスに基づい
てキャリア波生成回路１１１でキャリア波Ｖｃを生成す
るように動作する点であり、その他の動作は図１の第１
実施例の動作と同様である。
【００２８】本実施例の同期発電機の自動電圧調整装置
の各部の動作波形は、図２（Ａ），（Ｂ）と同一である
ので、その動作の説明は省略する。本実施例における同
期パルスを間引く割合と発電機端子電圧の周波数の関係
を図７のグラフに示す。
の各部の動作波形は、図２（Ａ），（Ｂ）と同一である
ので、その動作の説明は省略する。本実施例における同
期パルスを間引く割合と発電機端子電圧の周波数の関係
を図７のグラフに示す。
【００２９】図から明らかなように、発電機端子電圧の
周波数が低い場合には同期パルスを間引くことはない
が、周波数が上昇すると、同期パルス数／端子電圧周期
数の割合が１／２、１／３、１／４と徐々に小さくな
り、間引くパルスの数が多くなる。また、周波数検出値
により同期パルスを間引く割合を決定する場合に、発電
機端子電圧の周波数上昇時と下降時では判定値を異なる
値にして、判定にはヒステリシス特性を持たせている。
周波数が低い場合には同期パルスを間引くことはない
が、周波数が上昇すると、同期パルス数／端子電圧周期
数の割合が１／２、１／３、１／４と徐々に小さくな
り、間引くパルスの数が多くなる。また、周波数検出値
により同期パルスを間引く割合を決定する場合に、発電
機端子電圧の周波数上昇時と下降時では判定値を異なる
値にして、判定にはヒステリシス特性を持たせている。
【００３０】図８は本発明の第４実施例（請求項４対
応）の構成図である。図に示すように、本実施例が図４
の第２実施例と相違する構成は、周期検出値と同期パル
スに基づいて同期パルスを間引く間引き設定回路２１０
ｂの代わりに、周期検出値により同期パルスを間引く割
合の判定にヒステリシス特性を持った周期検出値と同期
パルスに基づいて同期パルスを間引く間引き設定回路４
１０ｂを設けた点であり、その他の構成は同一であるの
で、同一部分には同一符号を付して重複説明は省略す
る。
応）の構成図である。図に示すように、本実施例が図４
の第２実施例と相違する構成は、周期検出値と同期パル
スに基づいて同期パルスを間引く間引き設定回路２１０
ｂの代わりに、周期検出値により同期パルスを間引く割
合の判定にヒステリシス特性を持った周期検出値と同期
パルスに基づいて同期パルスを間引く間引き設定回路４
１０ｂを設けた点であり、その他の構成は同一であるの
で、同一部分には同一符号を付して重複説明は省略す
る。
【００３１】本実施例が図４の第２実施例の動作と相違
する点は、周期検出回路２１０ａの出力する周波数検出
値により周期検出値と同期パルスに基づいて同期パルス
を間引く間引き設定回路４１０ｂで同期パルスを間引く
動作を行い、この間引かれた同期パルスに基づいてキャ
リア波生成回路１１１でキャリア波を生成するように動
作する点であり、その他の動作は第２実施例の動作と同
様である。本実施例の同期発電機の自動電圧調整装置の
各部の動作波形は、図２（Ａ），（Ｂ）と同一となるの
で、その動作の説明は省略する。
する点は、周期検出回路２１０ａの出力する周波数検出
値により周期検出値と同期パルスに基づいて同期パルス
を間引く間引き設定回路４１０ｂで同期パルスを間引く
動作を行い、この間引かれた同期パルスに基づいてキャ
リア波生成回路１１１でキャリア波を生成するように動
作する点であり、その他の動作は第２実施例の動作と同
様である。本実施例の同期発電機の自動電圧調整装置の
各部の動作波形は、図２（Ａ），（Ｂ）と同一となるの
で、その動作の説明は省略する。
【００３２】本実施例における同期パルスを間引く割合
と発電機端子電圧の周期の関係を図９のグラフに示す。
図から明らかなように、発電機端子電圧の周期が長い場
合には同期パルスを間引くことはないが、周期が短くな
ると、同期パルス数／端子電圧周期数の割合が１／２、
１／３、１／４と徐々に小さくなり、間引くパルスの数
が多くなる。また、周期検出値により同期パルスを間引
く割合を決定する場合に、発電機端子電圧の周期が短く
なっていくケースと長くなっていくケースでは判定値を
異なる値にし、判定にはヒステリシス特性を持たせてい
る。
と発電機端子電圧の周期の関係を図９のグラフに示す。
図から明らかなように、発電機端子電圧の周期が長い場
合には同期パルスを間引くことはないが、周期が短くな
ると、同期パルス数／端子電圧周期数の割合が１／２、
１／３、１／４と徐々に小さくなり、間引くパルスの数
が多くなる。また、周期検出値により同期パルスを間引
く割合を決定する場合に、発電機端子電圧の周期が短く
なっていくケースと長くなっていくケースでは判定値を
異なる値にし、判定にはヒステリシス特性を持たせてい
る。
【００３３】なお、上記説明した各実施例の同期発電機
の自動電圧調整装置によると、同期発電機の回転数が低
く発電機端子電圧の周波数が低い場合には、スイッチン
グ素子は発電機端子電圧の周波数と同じ周波数でスイッ
チングを行い、同期発電機の回転数が高く発電機端子電
圧の周波数が高い場合には、スイッチング素子は発電機
端子電圧の周波数の数分の１の周波数でスイッチングを
行っている。これにより高速な制御装置、高速なスイッ
チング素子は必要でなくなり、また、スイッチング回数
が減るためスイッチングロスも減少する。
の自動電圧調整装置によると、同期発電機の回転数が低
く発電機端子電圧の周波数が低い場合には、スイッチン
グ素子は発電機端子電圧の周波数と同じ周波数でスイッ
チングを行い、同期発電機の回転数が高く発電機端子電
圧の周波数が高い場合には、スイッチング素子は発電機
端子電圧の周波数の数分の１の周波数でスイッチングを
行っている。これにより高速な制御装置、高速なスイッ
チング素子は必要でなくなり、また、スイッチング回数
が減るためスイッチングロスも減少する。
【００３４】また、同期パルスを間引く割合が変化する
近傍での周波数や周期においては、発電機回転数の微妙
な変動や周波数検出値や周期検出値が含む誤差などによ
り、同期パルスを間引く割合が短時間の間に増加したり
減少したりする場合がある。そのため、図６の第３実施
例や図８の第４実施例で示す同期発電機の自動電圧調整
装置において、同期パルスを間引く割合の判定にヒステ
リシス特性を持たせていることにより、同期パルスを間
引く割合の変化する周波数あるいは周期の近傍で同期パ
ルスを間引く割合が短時間の間に増加したり減少したり
することがなくなり、スムーズにパルス数／周期数の切
り替えの制御を行うことができる。それにより同期発電
機の端子電圧が揺れるなどの電圧制御が不安定になるこ
とがなくなるという利点を有する。
近傍での周波数や周期においては、発電機回転数の微妙
な変動や周波数検出値や周期検出値が含む誤差などによ
り、同期パルスを間引く割合が短時間の間に増加したり
減少したりする場合がある。そのため、図６の第３実施
例や図８の第４実施例で示す同期発電機の自動電圧調整
装置において、同期パルスを間引く割合の判定にヒステ
リシス特性を持たせていることにより、同期パルスを間
引く割合の変化する周波数あるいは周期の近傍で同期パ
ルスを間引く割合が短時間の間に増加したり減少したり
することがなくなり、スムーズにパルス数／周期数の切
り替えの制御を行うことができる。それにより同期発電
機の端子電圧が揺れるなどの電圧制御が不安定になるこ
とがなくなるという利点を有する。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
及び請求項２対応）によると、可変な回転数で運転され
る同期発電機電圧の周波数や周期を検出し、その検出値
に基づいてスイッチングするパルス数を間引いているの
で、発電機端子電圧の数周期に１度スイッチングするこ
とにより界磁巻線に電力を供給していることになる。
及び請求項２対応）によると、可変な回転数で運転され
る同期発電機電圧の周波数や周期を検出し、その検出値
に基づいてスイッチングするパルス数を間引いているの
で、発電機端子電圧の数周期に１度スイッチングするこ
とにより界磁巻線に電力を供給していることになる。
【００３６】したがって、従来技術と比較してスイッチ
ングの回数が数分の１になり、スイッチングロスを減少
させることができる。また、スイッチング周波数が低
く、高速な制御や高速なスイッチングが必要でないため
安価な同期発電機の自動電圧調整装置を提供することが
できる。
ングの回数が数分の１になり、スイッチングロスを減少
させることができる。また、スイッチング周波数が低
く、高速な制御や高速なスイッチングが必要でないため
安価な同期発電機の自動電圧調整装置を提供することが
できる。
【００３７】さらに、本発明（請求項３及び請求項４対
応）によると、パルス数を間引く割合の変化する点を同
期発電機の回転数の変化の方向によって変え、またパル
ス数の判定にヒステリシス特性を持たせることで電圧制
御が不安定になることを防止している。
応）によると、パルス数を間引く割合の変化する点を同
期発電機の回転数の変化の方向によって変え、またパル
ス数の判定にヒステリシス特性を持たせることで電圧制
御が不安定になることを防止している。
【図１】本発明の第１実施例の同期発電機の自動電圧調
整装置の構成図。
整装置の構成図。
【図２】図１の各部の動作波形図。
【図３】第１実施例の自動電圧調整装置を用いて電圧制
御を行った同期発電機の端子電圧の周波数によるスイッ
チング回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
御を行った同期発電機の端子電圧の周波数によるスイッ
チング回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
【図４】本発明の第２実施例の同期発電機の自動電圧調
整装置の構成図。
整装置の構成図。
【図５】第２実施例の自動電圧調整装置を用いて電圧制
御を行った同期発電機の端子電圧の周期によるスイッチ
ング回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
御を行った同期発電機の端子電圧の周期によるスイッチ
ング回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
【図６】本発明の第３の実施例の同期発電機の自動電圧
調整装置の構成図。
調整装置の構成図。
【図７】第３実施例の自動電圧調整装置を用いて電圧制
御を行った同期発電機の端子電圧の周波数によるスイッ
チング回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
御を行った同期発電機の端子電圧の周波数によるスイッ
チング回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の第４実施例の同期発電機の自動電圧調
整装置の構成図。
整装置の構成図。
【図９】第４実施例自動電圧調整装置を用いて電圧制御
を行った同期発電機の端子電圧の周期によるスイッチン
グ回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
を行った同期発電機の端子電圧の周期によるスイッチン
グ回数／端子電圧周期数の関係を示すグラフ。
【図１０】従来の同期発電機の自動電圧調整器の構成
図。
図。
【図１１】従来の同期発電機の自動電圧調整器の各部の
動作波形図。
動作波形図。
１０１…同期発電機、１０２…ダイオード、１０３…フ
ライホイルダイオード、１０４…スイッチング素子、１
０５…同期発電機の界磁巻線、１０６…同期発電機の端
子電圧検出回路、１０７…同期発電機の端子電圧指令値
出力回路、１０８…同期発電機の界磁電圧指令値出力回
路、１０９…同期タイミング検出回路、１１０ａ…周波
数検出回路、１１０ｂ…周波数によるスイッチング回数
の間引き設定回路、１１１…キャリア波形生成回路、１
１２…比較回路、１１３…スイッチング、１１４…発電
機電圧の３相整流回路、１１５…平滑コンデンサ、１１
６…負荷、２１０ａ…周期検出回路、２１０ｂ…周期に
よるスイッチング回数の間引き設定回路、３１０ｂ…ヒ
ステリシス特性を持った間引き設定回路、４１０ｂ…ヒ
ステリシス特性を持った間引き設定回路。
ライホイルダイオード、１０４…スイッチング素子、１
０５…同期発電機の界磁巻線、１０６…同期発電機の端
子電圧検出回路、１０７…同期発電機の端子電圧指令値
出力回路、１０８…同期発電機の界磁電圧指令値出力回
路、１０９…同期タイミング検出回路、１１０ａ…周波
数検出回路、１１０ｂ…周波数によるスイッチング回数
の間引き設定回路、１１１…キャリア波形生成回路、１
１２…比較回路、１１３…スイッチング、１１４…発電
機電圧の３相整流回路、１１５…平滑コンデンサ、１１
６…負荷、２１０ａ…周期検出回路、２１０ｂ…周期に
よるスイッチング回数の間引き設定回路、３１０ｂ…ヒ
ステリシス特性を持った間引き設定回路、４１０ｂ…ヒ
ステリシス特性を持った間引き設定回路。
フロントページの続き
(72)発明者 岡本 宏
静岡県富士市蓼原336番地 東芝キヤリ
ア株式会社内
(72)発明者 井出 祐一
東京都港区新橋三丁目３番９号 東芝エ
ー・ブイ・イー株式会社内
(56)参考文献 特開 平２−294300（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−115106（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−69300（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−57300（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 9/30
Claims (4)
- 【請求項１】 端子電圧を界磁電源とする同期発電機
と、前記同期発電機の界磁巻線に加わる電圧をＯＮ−Ｏ
ＦＦするスイッチング素子と、前記同期発電機の端子電
圧の検出値を出力する端子電圧検出回路と、前記同期発
電機の端子電圧指令値を出力する端子電圧指令値出力回
路と、前記同期発電機の端子電圧指令値と端子電圧検出
値を比較し界磁電圧指令値を出力する界磁電圧指令値出
力回路と、前記同期発電機の端子電圧波形に基づいて所
定の位相で同期タイミングの検出を行い同期パルスを出
力する同期タイミング検出回路と、前記パルスに基づき
キャリア波を発生するキャリア波生成回路と、前記界磁
電圧指令値と前記キャリア波を比較することにより前記
スイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦする矩形波信号を出力
する比較回路と、前記矩形波信号を入力信号として前記
スイッチング素子をドライブするゲートドライブ回路と
を備える同期発電機の自動電圧調整装置において、前記
同期発電機の端子電圧波形に基づいて周波数を検出し、
この周波数検出値により同期パルスの数を間引く間引き
設定回路を設け、この間引かれた同期パルスに基づいて
キャリア波を発生し、このキャリア波を前記界磁電圧指
令値と比較することにより得られるドライブ信号を基に
前記スイッチング素子をドライブし、前記同期発電機の
界磁巻線に加える電圧を制御して前記同期発電機の端子
電圧を制御することを特徴とする同期発電機の自動電圧
調整装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の同期発電機の自動電圧調
整装置において、同期発電機の端子電圧波形に基づいて
周波数検出値を出力する代わりに、同期発電機の端子電
圧波形に基づいて周期検出値を出力し、また、周波数検
出値と同期パルスに基づき同期パルスの数を間引く間引
き設定回路に代わり、周期検出値と同期パルスに基づき
同期パルスの数を間引く間引き設定回路を設けることを
特徴とする同期発電機の自動電圧調整装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の同期発電機の自動電圧調
整装置において、同期発電機端子電圧の周波数の上昇時
における同期パルスをまびく割合の変化する周波数の値
と、同期発電機端子電圧の周波数の下降時における同期
パルスを間引く割合の変化する周波数の値を異なる値に
すると共に、同期パルスを間引く割合の変化の判定にヒ
ステリシス特性を持たせることを特徴とする同期発電機
の自動電圧調整装置。 - 【請求項４】 請求項２記載の同期発電機の自動電圧調
整装置において、同期発電機端子電圧の周波数の上昇時
における同期パルスを間引く割合の変化する周期の値
と、同期発電機端子電圧の周波数の下降時における同期
パルスを間引く割合の変化する周期の値を異なる値にす
ると共に、同期パルスを間引く割合の変化の判定にヒス
テリシス特性を持たせることを特徴とする同期発電機の
自動電圧調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061755A JP3505706B2 (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 同期発電機の自動電圧調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061755A JP3505706B2 (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 同期発電機の自動電圧調整装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001251900A JP2001251900A (ja) | 2001-09-14 |
| JP3505706B2 true JP3505706B2 (ja) | 2004-03-15 |
Family
ID=18581853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000061755A Expired - Fee Related JP3505706B2 (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 同期発電機の自動電圧調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3505706B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11942891B2 (en) | 2021-06-15 | 2024-03-26 | Kohler Co. | Dynamic frequency to voltage ratio for regulator machine |
-
2000
- 2000-03-07 JP JP2000061755A patent/JP3505706B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11942891B2 (en) | 2021-06-15 | 2024-03-26 | Kohler Co. | Dynamic frequency to voltage ratio for regulator machine |
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|---|---|
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