JP3778493B2 - インバータ制御エンジン駆動発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより駆動される発電機の出力を整流し、インバータで規定電圧及び規定周波数の交流電力に変換して外部に出力するインバータ制御エンジン駆動発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
垂下特性を有する発電機をエンジン駆動発電機としての発電装置として使用する場合には、出力電圧及び出力周波数を一定とする定電圧及び定周波数出力特性を得る必要がある。この場合に、前記定電圧及び定周波数出力特性を得るための制御を行うと、始動時に定常運転時の数倍以上の始動電流が流れるモータや水銀灯等の負荷を使用した場合に過負荷運転状態となり、エンジンへの負担が大きくなることから、エンジンがストールしてしまうことがあるという問題を有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この問題点を解決するために、本出願人は、発電機の出力特性における最大出力点をあらかじめ把握しておき、その最大出力点に到達する以前の基準点まではインバータの出力電圧が一定となるように定電圧制御を行い、当該基準点に達した場合にはインバータの出力電力を一定とする（出力電流の増加とともに出力電圧を減少させる）定電力制御を行うことで、発電機の最大出力点に到達する前にインバータの出力電圧を低下させることを可能としたインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機の開発を行った（特願２０００−２３９５７６参照）。
【０００４】
しかし、前記インバータ制御エンジン駆動磁石式発電機を使用した場合には、インバータ出力を略定電力特性となるように制御することにより、発電機の出力をインバータの出力として有効に活用することができ、また、発電機が過出力領域に入ることを防止することで、過負荷及び短絡時に過電流保護の遮断器を有効に作動させることが可能であり、さらに、定電力制御する領域でのインバータの制御素子等を保護することが可能であるが、急激な負荷運転に対してエンジンがストールすることは解決されることはなく、加えて、負荷の始動性が悪いため、その改善が望まれていた。
【０００５】
本発明は前記問題点を解消するためになされたものであり、負荷投入時の始動時における瞬時に過負荷状態となる負荷を使用した場合であっても、エンジンがストールすることを効果的に防止することが可能であるとともに、前記負荷の始動性を更に向上させることが可能であり、更に、過電流からインバータの回路素子等の保護を図ることがで可能となるインバータ制御エンジン駆動発電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のインバータ制御エンジン駆動発電機は、エンジンにより駆動される発電機の出力を整流手段により整流し、この整流出力をインバータで規定電圧及び規定周波数の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動発電機において、前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段により検出された検出電流と前記電圧検出手段により検出された検出電圧とに応じて前記インバータの出力を制御するインバータ制御手段とを備え、前記インバータ制御手段は、前記検出電流が前記発電機と前記エンジンの最大出力を超えない範囲において予め定められる第１の基準電流値以下の場合には、前記インバータの出力電圧及び出力周波数が一定となるように定電圧・定周波数制御を行うとともに、前記検出電流が前記第１の基準電流値を越えた場合には、前記インバータの出力電力が一定となるように前記出力電圧を制御して定電力制御を行い、かつ、出力周波数を垂下させる出力周波数垂下制御を行うこと、を特徴としている。
【０００７】
本発明では、インバータの出力電流を検出して、発電機とエンジンの最大出力を越えない範囲において、前記検出電流が予め設定されている第１の基準電流値を越えた場合には、前記インバータの出力電力が一定となるように前記出力電圧を制御して定電力制御を行い、かつ、出力周波数を垂下させる出力周波数垂下制御を行っている。
従って、前記定電力制御を行うことにより、水銀灯等に代表される始動時に瞬時に過負荷状態となる負荷を使用した場合であっても、出力電圧を必要最小限下げることで、エンジンに一定以上の過負荷をかけることなく点灯させることができ、当該エンジンへの負担をも軽減することができるため、エンジンがストールすることを防止することができる。
【０００８】
また、モータ負荷等の場合は、発電機の出力周波数を小さくすることにより、少ない始動電流で始動可能となる。従って、前記出力周波数垂下制御を行うことにより、負荷の始動時においてエンジン及び発電機にかかる負担を小さくすることができるため、スムーズに始動させることで負荷の始動性の向上を図ることができる。
【０００９】
さらに、前記インバータ制御エンジン駆動発電機において、前記インバータ制御手段は、前記検出電流が前記第１の基準電流値より大きい予め定められる第２の基準電流値を超えた場合には、前記定電力制御を行なった場合の電力と比較して、その電力を小さくするように前記インバータの出力電圧を垂下させる出力電圧垂下制御を行うものとして構成することもできる。
【００１０】
本発明によれば、前記インバータ制御手段は、前記検出電流が前記第１の基準電流値より大きい予め定められる第２の基準電流値を超えた場合には、前記定電力制御を行った場合の電力と比較して、その電力を小さくするように前記インバータの出力電圧を垂下させる出力電圧垂下制御を行うため、インバータの回路素子等に過電流が流れることを効果的に防止することができる。
【００１１】
また、前記インバータ制御エンジン駆動発電機において、前記インバータ制御手段は、前記検出電流が前記第１の基準電流値以下である場合には、前記検出電流に応じて前記インバータの各スイッチング素子を制御して前記定電圧・定周波数制御を行い、前記検出電流が前記第１の基準電流値を超えた場合には、前記検出電流に応じて前記インバータの前記各スイッチング素子を制御して前記定電力制御を行い、かつ、前記出力周波数垂下制御を行うためのパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調制御手段と、前記検出電流が前記第２の基準電流値を超えた場合には、前記出力電圧垂下制御を行うように所定の前記スイッチング素子への前記パルス幅変調信号の出力を阻止させるための第１のパルス幅変調信号出力阻止手段とを備えるように構成することにより、定電圧・定周波数制御、定電力制御、出力周波数垂下制御及び出力電圧垂下制御を効果的に行わせることが可能となる。
ここで、所定のスイッチング素子とは、出力電圧垂下制御を行うために必要となる前記インバータの各スイッチング素子の中の一部のスイッチング素子をいう。
【００１２】
また、前記インバータ制御エンジン駆動発電機において、前記インバータの回路素子又は前記整流手段の温度を検出する温度検出手段を備え、前記インバータ制御手段は、前記検出電流が、前記第２の基準電流値より大きい予め定められる第３の基準電流値を超えた場合と、前記温度検出手段により検出された検出温度が予め定められる基準温度値を超えた場合との少なくともいずれか一方の場合には、前記インバータの出力電流を制限するように前記各スイッチング素子への前記パルス幅変調信号の出力を阻止させるための第２のパルス幅変調信号出力阻止手段とを備える構成とすることもできる。
【００１３】
本発明によれば、第２のパルス幅変調信号出力阻止手段を備えることにより、予め定められる第３の基準電流値又は基準温度値を超えた際に、少なくとも前記第３の基準電流値を越えた出力電流を流さないように出力電流を制御することが可能となるため、過電流からインバータの回路素子等の保護を図ることができる。また、出力電流の制限は、検出電流と検出温度の少なくとも一方を検出することで、より確実に行うことができる。
【００１４】
さらに、前記インバータ制御エンジン駆動発電機において、前記インバータ制御手段は、前記出力周波数垂下制御を行う場合には、前記出力周波数が予め定められる下限周波数以下とならないようにその制御を行う構成とすることもできる。
【００１５】
本発明では、負荷の始動性を向上させるために出力周波数垂下制御を行っているが、所定の出力周波数以下にまで過度にその周波数を低下させると、当該負荷は再び始動性が悪化してしまう。従って、本発明によれば、インバータ制御手段が前記出力周波数垂下制御を行う場合において、出力周波数が予め定められる下限周波数以下にならないように制御を行うことで、周波数の過度の低下による負荷の始動性の低下を防止することができる。
【００１６】
また、前記インバータ制御エンジン駆動発電機において、前記インバータ制御手段はマイクロコンピュータを備えており、前記定電圧・定周波数制御を行う場合には、前記電流検出手段及び前記電圧検出手段からの入力信号を前記マイクロコンピュータの演算手段が演算処理した出力信号を基に、前記パルス幅変調信号の制御を行うことで前記出力電圧及び前記出力周波数を一定とする制御を行い、前記定電力制御及び前記出力周波数垂下制御を行う場合には、前記検出電流が前記第１の基準電流値を超えた場合における前記電流検出手段及び前記電圧検出手段からの入力信号を前記演算手段が演算処理した出力信号に応じて、前記パルス幅変調信号の制御を行うことで、前記出力電圧を低下させる電力一定の制御、かつ、前記出力周波数を垂下させる制御を行い、前記出力電圧垂下制御を行う場合には、前記演算手段を介さずに、前記検出電流が前記第２の基準電流値を超えた場合に発せられる基準信号により、所定の前記スイッチング素子への前記パルス幅変調信号の出力を阻止することで前記検出電流に応じて前記出力電圧を垂下させる制御を行う構成とすることもできる。
【００１７】
本発明において、インバータ制御手段は、定電圧・定周波数制御、定電力制御、及び、出力周波数垂下制御の際には、マイクロコンピュータの演算手段で演算処理した出力信号に応じてパルス幅変調信号の制御を行っている。
一方、検出電流が、第２の基準電流値を超えた場合には、迅速にその処理を行わないと、処理速度により発電機出力がエンジン出力を上回り、エンジンがストールしてしまうことがあることから、出力電圧垂下制御を行う際には、前記マイクロコンピュータの演算手段を介さずに、検出電流が第２の基準電流値を超えた場合に発せられる基準信号により、所定のスイッチング素子への前記パルス幅変調信号の出力を阻止することでその制御を行っている。従って、本発明によれば、高速で制御を行う必要がある出力電圧垂下制御を行う際に、一般的に使われている一定の演算処理時間を要するマイクロコンピュータを高速演算処理を行うマイクロコンピュータに変更して制御を行う必要がなく、インバータを構成するハード側で直接その制御を行うことで、迅速に制御を行うことができ、エンジンがストールすることを効果的に防止することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、第１の基準電流値、第２の基準電流値及び第３の基準電流値は、前記の順でその値が大きくなるように予め定められており、さらに、前記第１の基準電流値は、発電機Ｇの最大出力に達する以前の値又はエンジンＥの最大出力以内の値の両者を包含する値として定められるものとする。
さらに、コンデンサ若しくはスイッチング素子等の回路素子又は整流手段（以下、「回路素子等」という）が過電流による発熱により破損することを防止するために、その基準値として基準温度値が予め定められている。
【００１９】
［概略構成］
図１に示すように、本発明のインバータ制御エンジン駆動発電機は、エンジンＥにより駆動される発電機Ｇと、整流手段ＲＥＣと、インバータ主回路ＩＶと、電流検出器６（電流検出手段）と、電圧検出器７（電圧検出手段）と、温度検出器８（温度検出手段）と、インバータ制御手段１０と、を主要部としている。そして、発電機Ｇの交流出力電圧を整流手段ＲＥＣで整流することにより直流のリップル電圧を出力し、当該リップル電圧をコンデンサＣ１により直流電圧に平滑化するとともに、インバータ制御手段１０により制御されているインバータ主回路ＩＶのスイッチング素子５Ａ〜５Ｄで規定電圧及び規定周波数の交流電力に変換して、ＬＣフィルタにより波形成形した後に外部へ出力している。
【００２０】
図２に示すように、前記インバータ主回路ＩＶは、スイッチング素子５Ａ〜５Ｄ（本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ）を、整流手段ＲＥＣの直流側で接続することにより形成されている（以下、インバータ主回路ＩＶにおける正極側に接続されたスイッチング素子５Ａ，５Ｃを「上アーム」と、負極側に接続されたスイッチング素子５Ｂ，５Ｄを「下アーム」という場合がある）。また、ＬＣフィルタはフィルタコンデンサＣ２及び、リアクタＬ１，Ｌ２によりより形成されている。
なお、本実施形態では、整流手段として、ダイオードブリッジを使用しているが、インバータ主回路ＩＶの保護として、サイリスタ制御による安定電源を使用しても良い。また、図２には、インバータ主回路ＩＶを単相として図示しているが、多相とするものであってもよい。さらに、前記スイッチング素子５Ａ〜５Ｄにかえて、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を使用してもよい。
【００２１】
前記電流検出器６は、インバータ主回路ＩＶの出力電流を検出する装置であり、検出された検出電流に比例した電圧が後記マイクロコンピュータ（以下、「マイコン１１」という）のＡ／Ｄ（アナログデジタル）コンバータ１１ａに出力されている。しかも、この電流検出器６は、検出電流が第２の基準電流値を超えた場合には、ハイレベル信号を後記第１フリップフロップ３１（以下、フリップフロップを「ＦＦ」という）のリセット入力部３１ｄに出力して（それ以外の場合には、ロウレベル信号を出力する）、当該第１ＦＦ３１の出力部３１ｅからの出力をロウレベルにし、第３の基準電流値を超えた場合には、ハイレベル信号を後記第２ＦＦ３２のリセット入力部３２ｄに出力して（それ以外の場合には、ロウレベル信号を出力する）、当該第２ＦＦ３２の出力部３２ｅからの出力をロウレベル信号にするように構成されている。
【００２２】
また、電圧検出器７は、インバータ主回路ＩＶの出力電圧を検出する装置であり、検出された検出電圧に比例した電圧がマイコン１１のＡ／Ｄコンバータ１１ｂと第２演算増幅器２３に出力されている。
さらに、温度検出器８は、回路素子等の温度を検出する装置であり、検出された検出温度に比例した電圧がマイコン１１のＡ／Ｄコンバータ１１ｃに出力されている。
なお、本実施形態では、検出温度はマイコン１１を介して処理しているが、当該マイコン１１を介さずに処理することも可能である。
【００２３】
［インバータ制御手段］
インバータ制御手段１０は、制御部であるマイコン１１と、パルス幅変調制御手段２０（以下、パルス幅変調を「ＰＷＭ」という）と、ＰＷＭ信号出力阻止手段３０と、インバータ駆動回路４０と、を主要部として構成されている。
【００２４】
○マイコン
マイコン１１は、主として、インバータ主回路ＩＶの出力電圧及び出力周波数の制御を行うための装置であり、検出電流、検出電圧及び検出温度の入力データをＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄコンバータ１１ａ〜１１ｃと、電圧・周波数制御演算部１１ｄ（演算手段）と、基準クロック発生部１１ｅと、温度演算部１１ｆとを備えている。
【００２５】
前記電圧・周波数制御演算部１１ｄは、入力された検出電流及び検出電圧からＰＷＭ信号の基準となる正弦波のデータを生成して、その値をＤ／Ａ（デジタルアナログ）コンバータ２１を介して、第１演算増幅器２２に出力している。
【００２６】
この電圧・周波数制御演算部１１ｄは、検出電流が第１の基準電流値以下の場合には、検出電流及び検出電圧の入力信号を演算処理することにより、予め定められる一定値を出力信号として出力し、検出電流が第１の基準電流値を超えた場合には、前記検出電流及び検出電圧の入力信号を演算処理し、その演算結果に応じて前記一定値よりも所定の値だけ小さい値を出力するように構成されている。
【００２７】
前記基準クロック発生部１１ｅは、三角波発生演算増幅器２５と、ＰＷＭ信号出力阻止手段３０における第１ＦＦ３１及び第２ＦＦ３２のクロック入力部３１ｂ，３２ｂに、基準クロック信号をそれぞれ出力している。
また、前記温度演算部１１ｆは、温度検出器８で検出された回路素子等の検出温度に応じて、第２ＦＦ３２のデータ入力部３２ａに出力信号を出力しており、検出温度が予め定められる基準温度値以下の場合にはハイレベル信号を、前記基準温度値を超えた場合にはロウレベル信号をそれぞれ出力することができるように構成されている。
【００２８】
○ＰＷＭ制御手段
ＰＷＭ制御手段２０は、Ｄ／Ａコンバータ２１と、第１演算増幅器２２と、第２演算増幅器２３と、反転増幅器２４と、三角波発生演算増幅器２５と、第１ＰＷＭ信号発生回路２６と、第２ＰＷＭ信号発生回路２７と、を主要部として構成されている。
【００２９】
前記Ｄ／Ａコンバータ２１は、電圧・周波数制御演算部１１ｄから出力されたデジタル信号をアナログ変換し、入力値に比例した電圧を第１演算増幅器２２に出力している。そして、第１演算増幅器２２では、入力電圧に応じて波高値及び波形振幅を変化させた正弦波である交流波形を生成して（以下、生成された交流波形を「生成交流波形」という）、第２演算増幅器２３に出力している。
【００３０】
前記第２演算増幅器２３は、検出電圧の交流波形と前記生成交流波形とを比較して演算増幅することにより、反転増幅器２４及び第１ＰＷＭ信号発生回路２６に出力している。このとき、前記第２演算増幅器２３は、検出電圧が生成交流波形の出力電圧よりも小さい場合には、両電圧の差分を前記生成交流波形に加算して、前記交流波形の出力を大きくした波形信号を出力し、検出電圧が生成交流波形の出力電圧よりも大きい場合には、両電圧の差分を前記生成交流波形から減算して、前記交流波形の出力を小さくした波形信号を出力する。
【００３１】
前記反転増幅器２４は、入力された交流波形（正弦波）と比較して１８０度位相がずれた交流波形（以下、「反転生成交流波形」という）を生成して、第２ＰＷＭ信号発生回路２７に出力している。
【００３２】
前記三角波発生演算増幅器２５は、基準クロック発生部１１ｅから出力される基準クロック信号から三角波を生成し、生成された三角波を第１ＰＷＭ信号発生回路２６と第２ＰＷＭ信号発生回路２７にそれぞれ出力している。
【００３３】
前記第１ＰＷＭ信号発生回路２６は、入力された生成交流波形と三角波とを比較して、インバータ主回路ＩＶにおけるスイッチング素子５Ａ，５Ｂをインバータ駆動回路４０を介して駆動させるＰＷＭ信号を生成し、第１ＡＮＤ回路１５Ａのゲートと、第１反転回路１６Ａを介して第２ＡＮＤ回路１５Ｂのゲートに出力している。
また、前記第２ＰＷＭ信号発生回路２７は、入力された反転生成交流波形と三角波とを比較して、インバータ主回路ＩＶにおけるスイッチング素子５Ｃ，５Ｄを駆動させるＰＷＭ信号を生成し、第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートと、第２反転回路１６Ｂを介して第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートに出力している。
インバータ駆動回路４０を用いて、これらのＰＷＭ信号により上アームと下アームの駆動を制御することにより、規定電圧及び規定周波数、又は、定電力及び出力周波数低下の交流電力を生成することになる。
【００３４】
前記第１ＡＮＤ回路１５Ａ、第２ＡＮＤ回路１５Ｂ、第３ＡＮＤ回路１５Ｃ及び第４ＡＮＤ回路１５Ｄの出力は、インバータ駆動回路４０を介して対応するスイッチング素子５Ａ乃至５Ｄのゲートに入力されている。
【００３５】
○ＰＷＭ信号出力阻止手段
ＰＷＭ信号出力阻止手段３０は、第１ＦＦ３１（第１のパルス幅変調信号出力阻止手段）と、第２ＦＦ３２（第２のパルス幅変調信号出力阻止手段）とから構成されている。両者は、それぞれ、第１ＰＷＭ信号発生回路２６及び第２ＰＷＭ信号発生回路２７が生成するＰＷＭ信号が、上アーム（所定のスイッチング素子に相当）又は上下のアームに伝達されることを阻止するための制御信号を発生するための回路であり、ＤタイプＦＦから形成されている。
【００３６】
前記第１ＦＦ３１のデータ入力部３１ａにはハイレベル信号が、セット入力部３１ｃにはロウレベル信号が、それぞれ、常時、入力されている。
また、リセット入力部３１ｄには、検出電流に応じて電流検出器６が発する出力信号が入力されており、検出電流が第２の基準電流値以下の場合にはロウレベル信号が、検出電流が第２の基準電流値を超えた場合にはハイレベル信号が、それぞれ入力されるようになっている。
【００３７】
前記第２ＦＦ３２のデータ入力部３２ａには、温度検出器８の検出温度に応じて温度演算部１１ｆから出力されるハイレベル信号又はロウレベル信号（前記マイコン１１の説明参照）が、セット入力部３２ｃにはロウレベル信号がそれぞれ入力されるようになっている。
また、リセット入力部３２ｄには、検出電流に応じて電流検出器６が発する出力信号が入力されており、検出電流が第３の基準電流値以下の場合にはロウレベル信号が、検出電流が第３の基準電流値を超えた場合にはハイレベル信号が、それぞれ入力されるようになっている。
【００３８】
前記第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートは、順方向の第１ダイオードＤ１を介して第１ＦＦ３１の出力部３１ｅと接続され、かつ、順方向の第２ダイオードＤ２を介して第２ＦＦ３２の出力部３２ｅと接続されている。なお、符号Ｒは第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートと接続されているプルアップ抵抗であり、当該第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートをハイの状態に保持する役割を果たしている。
また、前記第２ＡＮＤ回路１５Ｂ及び第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートは、第２ＦＦ３２の出力部３２ｅと接続されている。
【００３９】
前記構成である第１ＦＦ３１及び第２ＦＦ３２は、その出力部３１ｅ，３２ｅから出力されるハイレベル信号とロウレベル信号により、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートの開閉を制御することができるようになっている。すなわち、前記第１ＦＦ３１の出力部３１ｅから出力されるロウレベル信号により第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートがブロックされ、ＰＷＭ出力信号が上アームに出力されることを阻止できるようになっており、また、ハイレベル信号により前記第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートのブロックが解除されるようになっている。
このように、前記第１ＦＦ３１の出力部３１ｅから出力されるロウレベル信号は、上アームへのＰＷＭ出力信号の出力を阻止するための出力阻止信号となっている。
【００４０】
また、前記第２ＦＦ３２の出力部３２ｅから出力されるロウレベル信号により第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートがブロックされ、ＰＷＭ出力信号が上アーム及び下アームに出力されることを阻止できるようになっており、ハイレベル信号により前記第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートのブロックが解除されるようになっている。
このように、前記第２ＦＦ３２の出力部３２ｅから出力されるロウレベル信号は、上アームへ及び下アームへのＰＷＭ出力信号の出力を阻止するための出力阻止信号となっている。
【００４１】
○インバータ駆動回路
インバータ駆動回路４０は、ＰＷＭ信号により、インバータ主回路ＩＶにおけるスイッチング素子５Ａ乃至５Ｄを駆動させるための回路であり、ＰＷＭ制御手段２０とインバータ主回路ＩＶとを電気的に絶縁するためのホトカプラ４１Ａ乃至４１Ｄから構成されている。
【００４２】
［作用］
以下、図１乃至図４を参照して、前記インバータ制御エンジン駆動発電機の作用を説明する。ここで、図４は、インバータ主回路ＩＶの出力特性を示したものであり、縦軸のｅは出力電圧、ｆは出力周波数を、横軸のｉは出力電流をそれぞれ示している。
また、同図中のア点及びイ点を通る直線Ｅ１は発電機Ｇの直流出力を入力としてインバータ制御で規定電圧としての定格電圧の交流出力を生成した場合の定電圧特性、曲線Ｅ２はイ点及びウ点を通る交流出力の定電力特性、直線Ｅ３はウ点及びエ点を通る交流出力の電圧垂下特性、直線Ｅ４はエ点及びオ点を通る交流出力の定電流特性をそれぞれ示している。
さらに、同図中のカ点及びキ点（規定周波数としての定格周波数）を通る直線Ｆ１は交流出力の定周波数特性、直線Ｆ２はキ点及びク点を通る交流出力の周波数垂下特性、直線Ｆ３はク点（下限設定周波数）を通る交流出力の定周波数特性をそれぞれ示している。
【００４３】
（１）検出電流が第１の基準電流値以下の場合
エンジンＥの始動に伴い、発電機Ｇの出力が整流手段ＲＥＣで整流されてインバータ主回路ＩＶに供給される。そして、インバータ主回路ＩＶは、供給された直流出力を定格電圧（規定電圧）及び定格周波数（規定周波数）の交流電力に変換して出力を行っており、当該インバータ主回路ＩＶの出力電流、出力電圧及び回路素子等の温度は、それぞれが電流検出器６、電圧検出器７及び温度検出器８で検出され、マイコン１１に入力されている（図３におけるＳ１，Ｓ７，Ｓ１０，Ｓ１３参照）。
【００４４】
このとき、検出電流は第１の基準電流値以下であるため、電圧・周波数制御演算部１１ｄは、検出電流及び検出電圧の入力信号を演算処理することにより、予め定められる一定値を出力信号としてＤ／Ａコンバータ２１を介して第１演算増幅器２２に伝達する。第１演算増幅器２２は入力信号に対応して、正弦波の波高値及び波形振幅を変化させて第２演算増幅器２３に出力する。
【００４５】
第２演算増幅器２３は、入力された生成交流波形と電圧検出器７の検出電圧とを演算増幅し、正弦波の波高値及び波形振幅を増減して、第１ＰＷＭ信号発生回路２６と、反転増幅器２４を介して第２ＰＷＭ信号発生回路２７とにそれぞれ出力する。
また、三角波発生演算増幅器２５は、基準クロック発生部１１ｅから出力される基準クロック信号を入力して三角波を生成し、第１ＰＷＭ信号発生回路２６と第２ＰＷＭ信号発生回路２７に出力する。そして、第１ＰＷＭ信号発生回路２６と第２ＰＷＭ信号発生回路２７では、入力された正弦波と三角波とを比較することによりＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号をそれぞれ第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄに出力する（図３におけるＳ２→Ｓ３参照）。
【００４６】
この段階では、検出電流が第１の基準電流値以下であることから、第１ＦＦ３１及び第２ＦＦ３２の出力は、ともに、連続したハイレベル信号となる。そのため、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄの各ゲートは開放されており、上下の各アームにはＰＷＭ信号が阻止されることなく伝達されることになる。そして、このＰＷＭ信号によりインバータ駆動回路４０が制御されることで、インバータ主回路ＩＶの交流出力電圧及びその周波数が負荷の大小にかかわらず一定となり、定電圧・定周波数制御が行われることになる（図３におけるＳ５→Ｓ６、図４における定電圧特性Ｅ１及び定周波数特性Ｆ１参照）。
【００４７】
（２）検出電流が第１の基準電流値を超える場合
インバータ主回路ＩＶの出力電流が増加し、検出電流が第１の基準電流値を超えた場合には、電圧・周波数制御演算部１１ｄは、検出電流及び検出電圧の入力信号を演算処理することにより、その演算結果に応じて前記一定値よりも所定の値だけ小さい値を出力信号として、Ｄ／Ａコンバータ２１を介して第１演算増幅器２２に伝達する。そして、第１演算増幅器２２は入力信号に対応して、正弦波の波高値及び波形振幅を変化させて第２演算増幅器２３に出力すると、前記検出電流が第１の基準電流値以下の場合と同様の手順でＰＷＭ信号が生成されて、それぞれ第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄに出力される（図３におけるＳ１→Ｓ２→Ｓ４参照）。
【００４８】
この段階においても、検出電流は第２の基準電流値に達していないため、第１ＦＦ３１及び第２ＦＦ３２の出力は、ともに、連続したハイレベル信号となる。そのため、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄの各ゲートは開放されており、上下の各アームにはＰＷＭ信号が阻止されることなく伝達され、このＰＷＭ信号によりインバータ駆動回路４０が制御されることになるが、第１演算増幅器２２により出力される波高値及び波形振幅を変化させた生成交流波形を使用してＰＷＭ信号を生成しているため、出力電流に対して出力電圧を低下させることにより出力電力を一定とする定電力制御が行われると共に、正弦波の周波数を変化させることにより出力周波数垂下制御が行われる。（図３におけるＳ５→Ｓ６、図４における定電力特性Ｅ２及び周波数垂下特性Ｆ２参照）。
【００４９】
なお、一例として、定電力制御及び出力周波数垂下制御を行う場合には、予め定められる規定電力、定格周波数、第１の基準電流値を超えた出力電流に基づいて、それぞれ、以下の式（ａ）及び式（ｂ）を相互に満たすように、マイコン１１及びＰＷＭ制御手段２０で制御することになる。ここで、規定電力とは、発電機Ｇの最大出力に達する以前の値であり、エンジンＥの最大出力以内の値を加味し、エンジンＥがストールしない範囲の値を基準点としたインバータ主回路ＩＶの出力電力である。
○定電力制御
出力電圧＝規定電力／出力電流 ・・（ａ）
○出力周波数垂下制御
出力周波数＝定格周波数−（出力電流−第１の基準電流値）×ｋ ・・（ｂ）
ｋ：換算係数（Hz／Ａ）（本実施形態では１に設定）
【００５０】
（３）検出電流が第２の基準電流値を超える場合
インバータ主回路ＩＶの出力電流が増加し、検出電流が第２の基準電流値を超えた場合においても、前記と同様の方法で、マイコン１１及びＰＷＭ制御手段２０により定電力制御及び出力周波数垂下制御を行う場合のＰＷＭ信号が生成されて、それぞれ第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄに出力される（図３におけるＳ１→Ｓ２→Ｓ４参照）。
【００５１】
一方、検出電流が第２の基準電流値に達しているため、第１ＦＦ３１のリセット入力部３１ｄに電流検出器６の発するハイレベル信号が入力される。すると、第１ＦＦ３１の出力部３１ｅからの出力がハイレベル信号からロウレベル信号（上アームへの出力阻止信号に相当）に変化し、それに伴い第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートがブロックされる（図３におけるＳ７→Ｓ８→Ｓ９参照）。
そのため、第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃから上アームに出力されるＰＷＭ信号が阻止されるため、インバータ駆動回路４０を介して上アームがオフになり、下アームのみがオン、オフ制御を行うことになる（図３におけるＳ５→Ｓ６参照）。
なお、このときには、インバータ主回路ＩＶに接続されている負荷の環流電流が流れることと、出力周波数垂下制御とにより、負荷の始動性が良好になる。
【００５２】
そして、上アームがオフになることにより、インバータ主回路ＩＶの検出電流が一瞬、第２の基準電流値以下になるため、電流検出器６から第１ＦＦ３１のリセット入力部３１ｄに発せられる出力信号がロウレベル信号になる。それに伴い、第１ＦＦ３１の出力信号はロウレベル信号からハイレベル信号に変化して、第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートのブロックが解除される。それにより、第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５ＣからＰＷＭ信号が出力され、インバータ主回路ＩＶからの出力がなされることになる。
【００５３】
以下同様に、前記第１ＡＮＤ回路１５Ａ及び第３ＡＮＤ回路１５Ｃのゲートの制御を繰り返すことで、前記と同様の作用により出力電圧垂下制御が行われることになる（図４における電圧垂下特性Ｅ３参照）。
なお、このときの交流出力の出力周波数は、前記検出電流が第１の基準電流値を超える場合に引き続いて出力周波数垂下制御が行われる（図４における周波数垂下特性Ｆ２参照）。
【００５４】
前記出力電圧垂下制御を行なう場合には、前記定電力制御を行った場合の電力と比較して、その電力を小さくするように出力電圧を低下させるため、回路素子等に過電流が流れることを効果的に防止することができる。
さらに、出力電圧垂下制御は、マイコン１１の電圧・周波数制御演算部１１ｄで演算された結果を直接的に用いるものではなく、電流検出器６から発せられる出力信号により上アームの制御を行っているため、高速でその制御を行うことができる。
【００５５】
（４）検出電流が第３の基準電流値を超える、又は、検出温度が基準温度値を超える場合
さらに、インバータ主回路ＩＶの出力電流が増加し、検出電流が第３の基準電流値を超えた場合においても、前記と同様の方法により定電力制御及び出力周波数垂下制御を行う場合のＰＷＭ信号が生成されて、それぞれ第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄに出力されるとともに（図３におけるＳ１→Ｓ２→Ｓ４参照）、出力電圧垂下制御が行われている（図３におけるＳ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ５→Ｓ６参照）。
【００５６】
一方、検出電流は第３の基準電流値に達しているため、第２ＦＦ３２のリセット入力部３２ｄに電流検出器６の発するハイレベル信号が入力される。すると、第２ＦＦ３２の出力部３２ｅからの出力は、ハイレベル信号からロウレベル信号（上下アームへの出力阻止信号に相当）に変化し、それに伴い、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートがブロックされ、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄから出力されるＰＷＭ信号が阻止されるため、インバータ駆動回路４０を介して上アーム及び下アームがオフになる（図３におけるＳ１０→Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ５→Ｓ６参照）。
【００５７】
すると、インバータ主回路ＩＶからの出力が一瞬停止するため、検出電流が第３の基準電流値以下になり過電流の状態が解除される。それに伴い、電流検出器６から第２ＦＦ３２のリセット入力部３２ｄに発せられる出力信号がロウレベル信号になるため、当該第２ＦＦ３２の出力部３２ｅからの出力は、ロウレベル信号からハイレベル信号に変化して、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートのブロックが解除される。そして、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄからインバータ駆動回路４０を介して上アーム及び下アームにＰＷＭ信号が出力され、インバータ主回路ＩＶからの出力が行われることになる。
【００５８】
以下同様に、前記第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートの制御を繰り返すことにより、第３の基準電流値以上の電流が流れないように出力電流を制限する出力電流の制御を行い、インバータ主回路ＩＶの回路素子等の保護を図ることができる（図４における定電流特性Ｅ４及び周波数垂下特性Ｆ２参照）。
【００５９】
なお、前記出力周波数垂下制御を行う場合において、電圧・周波数制御演算部１１ｄは、出力周波数が予め定められる下限周波数以下とならないようにその制御を行っているため、周波数の過剰な低下による負荷の始動性の低下を防止させることができる（図４における定周波数特性Ｆ３参照）。
また、本実施形態では、定周波数特性Ｆ３のク点については、第２の基準電流値と第３の基準電流値との間に存在する場合を想定してその説明を行っているが、周波数垂下特性Ｆ２の勾配の程度によっては、第１の基準電流値と第３の基準電流値の間に存在するものである。
【００６０】
さらに、前記の出力電流の制御は、回路素子等の検出温度が基準温度値より大きくなった場合に、温度演算部１１ｆから第２ＦＦ３２のデータ入力部３２ａにロウレベル信号が入力されることを契機として、当該第２ＦＦ３２の出力部３２ｅからの出力がロウレベル信号になり、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄのゲートがブロックされ、第１ＡＮＤ回路１５Ａ乃至第４ＡＮＤ回路１５Ｄから出力されるＰＷＭ信号が阻止されて上アーム及び下アームがオフになることによっても同様の動作で行われる（図３におけるＳ１３→Ｓ１４→Ｓ１２→Ｓ５→Ｓ６参照）。
つまり、出力電流制御は、電流検出器６からの出力信号と、温度検出器８からの出力信号との２系統でその制御を行っており、少なくとも一方の動作で制御を行うことができることから、より確実にその制御を行うことができる。
【００６１】
また、検出温度による第２ＦＦ３２からのロウレベル信号の出力は、基準温度値を超えたときに行われるが、当該ロウレベル信号の出力を解除するには検出温度が基準温度値を下回ったときに当該第２ＦＦ３２のデータ入力部３２ａにハイレベル信号が入力されること、或いは、検出温度が基準温度値を下回り、回路素子等の安全が確認された後に、復帰信号により、第２ＦＦ３２のデータ入力部３２ａにハイレベル信号を入力させることで行うことも可能である。
【００６２】
このように、本発明によれば、図４に示すように、インバータ制御手段１０は、発電機ＧとエンジンＥの出力特性における最大出力点をあらかじめ把握しておき、その最大出力点に達する以前の第１の基準電流値に対応する第１基準点イに達するまではインバータ主回路ＩＶの出力電圧が一定となるように定電圧制御を行い（ア点〜イ点）、当該第１基準点イを超えた場合には、インバータ主回路ＩＶの交流出力は電流の増加とともに電圧を減少させて定電力制御を行うことで（イ点〜ウ点）、発電機Ｇの最大出力点に達する前にインバータ主回路ＩＶの出力電圧を低下させることが可能となる。従って、始動時に定常運転時の数倍以上の始動電流が流れるモータや水銀灯等の負荷を使用した場合であっても、エンジンＥへの負担を軽減し、当該エンジンＥがストールしてしまうことを効果的に防止することができる。
また、前記第１基準点イを超えた場合には、出力周波数を垂下させる出力周波数垂下制御を行い、負荷の始動時においてエンジンＥ及び発電機Ｇにかかる負担を小さくすることで、スムーズに始動させ、負荷の始動性の向上を図ることができる。
【００６３】
さらに、本発明によれば、インバータ制御手段１０は、前記検出電流が第２の基準電流値を超えた場合には、前記定電力制御を行った場合の電力と比較して、その電力を小さくするように出力電圧を低下させる出力電圧垂下制御を行うことで（ウ点〜エ点）、インバータ主回路ＩＶの回路素子等に過電流が流れることを効果的に防止することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、インバータ制御手段１０は、予め定められる第３の基準電流値又は基準温度値を超えた際に、少なくとも前記第３の基準電流値を越えた出力電流を流さないように出力電流の制御を行うことで（エ点〜オ点）、前記回路素子等に過電流が流れることを防止してその保護を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能である。
特に、検出電流が第２の基準電流値を超えた場合において、出力電圧垂下制御を行う場合に、上アームに伝達されるパルス幅変調信号の出力を阻止するように構成したが、下アームに伝達されるパルス幅変調信号の出力を阻止するように構成するものでもよい。
また、前記発電機の制御において、上アームと、下アームへの少なくとも一方の出力阻止信号の出力は、マイコンのみで行うことも可能である。
さらに、前記インバータ制御エンジン駆動発電機は、可変速発電機や溶接発電機にも適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷投入時の始動時における瞬時に過負荷状態となる負荷を使用した場合であっても、エンジンがストールすることを効果的に防止することが可能であるとともに、前記負荷の始動性を更に向上させることが可能であり、更に、過電流からインバータの回路素子等の保護を図ることが可能となるインバータ制御エンジン駆動発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるインバータ制御エンジン駆動発電機の構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ主回路を示す回路図である。
【図３】本発明のインバータ制御エンジン駆動発電機の出力制御の方法を示すフロー図である。
【図４】本発明のインバータ制御エンジン駆動発電機の出力特性を示す概念図である。
【符号の説明】
Ｅ エンジン
Ｇ 発電機
ＲＥＣ 整流手段
ＩＶ インバータ主回路
５Ａ〜５Ｄ スイッチング素子
６ 電流検出器（電流検出手段）
７ 電圧検出器（電圧検出手段）
８ 温度検出器（温度検出手段）
１０ インバータ制御手段
１１ マイコン（マイクロコンピュータ）
１１ｄ 電圧・周波数制御演算部（演算手段）
２０ ＰＷＭ制御手段
２１ Ｄ／Ａコンバータ
２２ 第１演算増幅器
２３ 第２演算増幅器
２４ 反転増幅器
２５ 三角波発生演算増幅器
２６ 第１ＰＷＭ信号発生回路
２７ 第２ＰＷＭ信号発生回路
３０ ＰＷＭ信号出力阻止手段
３１ 第１ＦＦ（第１のパルス幅変調信号出力阻止手段）
３２ 第２ＦＦ（第２のパルス幅変調信号出力阻止手段）
４０ インバータ駆動回路

Claims (6)

1. エンジンにより駆動される発電機の出力を整流手段により整流し、この整流出力をインバータで規定電圧及び規定周波数の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動発電機において、
   前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
   前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された検出電流と前記電圧検出手段により検出された検出電圧とに応じて前記インバータの出力を制御するインバータ制御手段とを備え、
   前記インバータ制御手段は、前記検出電流が前記発電機と前記エンジンの最大出力を超えない範囲において予め定められる第１の基準電流値以下の場合には、前記インバータの出力電圧及び出力周波数が一定となるように定電圧・定周波数制御を行うとともに、
   前記検出電流が前記第１の基準電流値を越えた場合には、前記インバータの出力電力が一定となるように前記出力電圧を制御して定電力制御を行い、かつ、出力周波数を垂下させる出力周波数垂下制御を行うこと、
   を特徴とするインバータ制御エンジン駆動発電機。
2. 請求項１に記載のインバータ制御エンジン駆動発電機において、
   前記インバータ制御手段は、前記検出電流が前記第１の基準電流値より大きい予め定められる第２の基準電流値を超えた場合には、前記定電力制御を行なった場合の電力と比較して、その電力を小さくするように前記インバータの出力電圧を垂下させる出力電圧垂下制御を行うこと、
   を特徴とするインバータ制御エンジン駆動発電機。
3. 請求項２に記載のインバータ制御エンジン駆動発電機において、前記インバータ制御手段は、
   前記検出電流が前記第１の基準電流値以下である場合には、前記検出電流に応じて前記インバータの各スイッチング素子を制御して前記定電圧・定周波数制御を行い、
   前記検出電流が前記第１の基準電流値を超えた場合には、前記検出電流に応じて前記インバータの前記各スイッチング素子を制御して前記定電力制御を行い、かつ、前記出力周波数垂下制御を行うためのパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調制御手段と、
   前記検出電流が前記第２の基準電流値を超えた場合には、前記出力電圧垂下制御を行うように所定の前記スイッチング素子への前記パルス幅変調信号の出力を阻止させるための第１のパルス幅変調信号出力阻止手段とを備えること、
   を特徴とするインバータ制御エンジン駆動発電機。
4. 請求項２又は請求項３に記載のインバータ制御エンジン駆動発電機において、
   前記インバータの回路素子又は前記整流手段の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記インバータ制御手段は、
   前記検出電流が、前記第２の基準電流値より大きい予め定められる第３の基準電流値を超えた場合と、
   前記温度検出手段により検出された検出温度が予め定められる基準温度値を超えた場合との少なくともいずれか一方の場合には、
   前記インバータの出力電流を制限するように前記各スイッチング素子への前記パルス幅変調信号の出力を阻止させるための第２のパルス幅変調信号出力阻止手段とを備えることを特徴とするインバータ制御エンジン駆動発電機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のインバータ制御エンジン駆動発電機において、
   前記インバータ制御手段は、前記出力周波数垂下制御を行う場合に、前記出力周波数が予め定められる下限周波数以下とならないようにその制御を行うことを特徴とするインバータ制御エンジン駆動発電機。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のインバータ制御エンジン駆動発電機において、
   前記インバータ制御手段はマイクロコンピュータを備えており、
   前記定電圧・定周波数制御を行う場合には、
   前記電流検出手段及び前記電圧検出手段からの入力信号を前記マイクロコンピュータの演算手段が演算処理した出力信号を基に、前記パルス幅変調信号の制御を行うことで前記出力電圧及び前記出力周波数を一定とする制御を行い、
   前記定電力制御及び前記出力周波数垂下制御を行う場合には、
   前記検出電流が前記第１の基準電流値を超えた場合における前記電流検出手段及び前記電圧検出手段からの入力信号を前記演算手段が演算処理した出力信号に応じて、前記パルス幅変調信号の制御を行うことで、前記出力電圧を低下させる電力一定の制御、かつ、前記出力周波数を垂下させる制御を行い、
   前記出力電圧垂下制御を行う場合には、
   前記演算手段を介さずに、前記検出電流が前記第２の基準電流値を超えた場合に発せられる基準信号により、所定の前記スイッチング素子への前記パルス幅変調信号の出力を阻止することで前記検出電流に応じて前記出力電圧を垂下させる制御を行うこと、
   を特徴とするインバータ制御エンジン駆動発電機。

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