JP3821592B2 - 発電機の電圧調整装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期発電機の出力電圧を所定の周波数の範囲で一定に制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から同期発電機をエンジン等で駆動し、同期発電機に電機器具を接続して電力を供給して、電機器具で作業しているときに、大きな負荷がかかり、電流が増加して電機子反作用等による負荷が増大して、エンジンの回転数が低下すると、発生電圧を維持しようとして、発電機に設けた電圧調整装置から界磁電流を増大させるようにしていた。
このような同期発電機の自動電圧調整装置は公知となっており、例えば、特公昭52−4729号や特公平4−63637号等の技術がある。
【0003】
前者の技術は、交流発電機の出力周波数が所定値に達するまでは、交流発電機の出力電圧を出力周波数に比例して制御し、出力周波数が所定値以上になったときは出力電圧を一定値になるように交流発電機の界磁を制御するようにしたものである。
【0004】
また、後者の技術は、可変の直流定電圧電源からの出力と、発電機から出力される周波数を電圧に変換する変換器(以下FV変換器)からの出力を比較器によって比較して、該比較器は低いほうの電圧を優先して出力して基準電圧とし、該基準電圧によって発電機の界磁電流を制御して、周波数が所定値以上の周波数の範囲ではその高低にかかわらず、自動的に一定値に調整し、周波数が所定値以下ではFV変換器の出力を基準として自動調整されるようにしていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では周波数が所定値以上では一定の電圧となるように制御され、所定値以下では周波数に比例した電圧となるように制御しており、所定値は一箇所である。しかし、現実には、東日本では50Hz、西日本では60Hzの交流電源が使用されており、その交流電圧の周波数に合わせた電気器具が使用されるのが一般的であり、発電機もこの両方の周波数に対応できるように、切り換えられるようにしている。例えば、2極同期発電機をエンジン(原動機)で駆動する場合には、エンジンを3000回転で駆動したときには50Hzとし、3600回転で駆動したときには60Hzとしている。
【0006】
このとき、一定電圧が得られるように、エンジンは3000回転または36000回転に一定となるようにガバナ等で制御されているが、負荷がかかると数パーセントの変動はどうしても起きてしまうのである。この回転数(周波数)の変動は電圧に影響するため、従来のように一箇所の設定値では50Hzまたは60Hzの一方にしか対応できなかったのである。
本発明はこのような点に鑑み、50Hzおよび60Hzの周波数に対応できるように、設定値を三箇所設定して現実的に各周波数に対応して、発電機から発生した電圧を一定に保つようにしようとする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために次の如く構成した。
即ち、発電機2で発生した電圧を変圧器10により所定の電圧に落として直流電圧Viとして出力する整流回路11と、
前記所定の電圧に落とした交流電圧を周波数に比例した電圧Vaとして出力するFV変換器12と、
50Hzでの運転時における発電機2の最大周波数変動域を第一周波数f1〜第二周波数f2とし、60Hzでの運転時における発電機2の最低周波数変動域を第三周波数f3とし、該第一周波数f1に相当する第一設定電圧V1と前記出力電圧Vaとを比較して、出力電圧Vaが第一設定電圧V1より低いとVaを出力し、高いとV1を出力する比較器21と、
前記第二周波数f2に相当する第二設定電圧V2と前記出力電圧Vaを比較して、出力電圧Vaが第二設定電圧V2より低いと出力せず、高いとVaを出力する比較器22と、
該比較器21・22の出力電圧を比較して高い方の出力電圧を出力する比較器24と、
該比較器24の出力電圧と前記第三周波数f3に相当する第三設定電圧V3とを比較して、比較器24の出力電圧がV3より高いとV3を出力し、低いと比較器24の出力電圧を出力する比較器23と、
該比較器23の出力と前記発生電圧Viと比較してその差を出力する比較器25と、
発電機2の界磁コイル5に前記比較器25の出力に応じた電流を供給する励磁装置6とを備え、第一周波数f1と第二周波数f2の間、及び、第三周波数f3以上を一定の電圧に維持するように制御するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電圧調整装置を図面を参照しながら説明する。図1は本発明の電圧調整装置の回路図、図2は周波数とFV変換器の出力電圧の関係を示す図である。
【0009】
図1において、1は本発明の電圧調整装置であり、2は発電機、3はエンジン等の原動機である。発電機2は固定子4の軸芯部に回転子を挿入し、該回転子を原動機3によって回転駆動させる。該回転子には界磁コイル5が巻かれ励磁装置6によって直流を通じて電磁石を構成している。該励磁装置6に本発明の電圧調整装置1が接続さて、界磁を調整できるようにしている。該励磁装置6は積分増幅器または発振回路等より構成される。
【0010】
本発明の電圧調整装置1は変圧器10、整流回路11、FV変換器12、複数の設定電圧設定器13・14・15及び複数の比較器21〜25等より構成されている。
前記変圧器10は発電機2によって発生した電圧を所定の電圧に落として、該変圧器10の二次側に整流回路11を接続して整流し、直流に変換して比較器25の一側に入力している。この直流は発電機2で発生した電圧に比例した値となり、これを発生電圧Viとしている。
【0011】
また、前記変圧器10の二次側に発生したの交流をFV変換器12に入力して、直流として出力する。このFV変換器12は周波数に比例した電圧が出力され、その出力電圧をVaとする。この出力電圧Vaは比較器21・22に入力され、それぞれ設定電圧V1・V2と比較される。第一設定電圧V1は図2に示すように、第一周波数f1に相当する電圧であり、第二設定電圧V2は第二周波数f2に相当する電圧であり、第二周波数f2は第一周波数f1より大きく、第一周波数f1と第二周波数f2の間に50Hzに相当する周波数が位置し、発電機2を50Hzで運転しているときに、f1〜f2の領域が通常運転時における負荷変動の最大周波数変動域としている。また、設定電圧V3は第三周波数f3に相当し、発電機2を60Hzで運転しているときに、第三周波数f3が通常の負荷変動による最低周波数変動値としている。
【0012】
前記比較器21の他方の入力側には第一電圧設定器13が接続され、前記第一周波数f1に相当する第一設定電圧V1が印加され、前記出力電圧Vaと第一設定電圧V1が比較され、出力電圧Vaが第一設定電圧V1より低い場合にはVaが出力され、出力電圧Vaが第一設定電圧V1より高くなるとV1が出力されるようにしている。前記第一電圧設定器13及び後述する第二・第三電圧設定器14・15は本実施例では可変抵抗によって構成されている。
また、前記比較器22の他方の入力側には第二電圧設定器14が接続され、前記第二周波数f2に相当する第二設定電圧V2が入力され、前記VaとV2が比較され、出力電圧Vaが第二設定電圧V2より低い場合には出力されず、出力電圧Vaが第二設定電圧V2より高くなると電圧Vaが出力されるようにしている。
【0013】
そして、前記比較器21と比較器22の出力側には比較器24の入力側に接続されてそれぞれの入力電圧を比較し、高い方の電圧が出力される。つまり、第一周波数f1以下では比較器21より電圧Vaが出力され、比較器22からは出力がないため電圧Vaが出力され、周波数f1〜f2では第一設定電圧V1が出力される。第二周波数f2以上では比較器21から出力される電圧V1と、比較器22より出力される電圧Vaと比較され、Vaのほうが高いのでVaが出力される。
【0014】
そして、前記比較器23の一方の入力側に前記比較器24からの出力電圧が入力され、他方の入力側には周波数f3に相当する第三設定電圧V3が入力される。そして、両電圧を比較して、比較器24からの出力電圧がV3より高くなると電圧V3が出力され、低い場合は比較器24からの出力電圧がそのまま出力されるようにしている。
この比較器23の出力側には外部の出力電圧調整用の可変抵抗7と接続され、この可変抵抗7の出力電圧を基準電圧Vbとし、前記整流回路11からの出力電圧(発生電圧Vi)が基準電圧Vbと比較器25によって比較され、その差を励磁装置6に出力して、発生電圧Viが基準電圧Vbと一致するように界磁コイル5に界磁電流を流すのである。なお、前記可変抵抗7を調整することによって、図3の出力電圧のレベルを変更できる。
【0015】
即ち、始動時の発電機2の周波数Fが第一周波数f1以下の場合には(0≦F<f1)、FV変換器12からの出力電圧Vaは第一設定電圧V1より低いため、比較器21からはVaが出力され、比較器24・23の出力もVaとなり、比較器25においてVaと前記発生電圧Viが比較されて、原動機の回転数に比例した電圧が基準となっている。
【0016】
発電機2の周波数Fが第一周波数f1から第二周波数f2の間の場合には(f1≦F<f2)、比較器21の出力はV1となり、比較器24・23の出力もV1となり、比較器25においてV1が基準電圧Vbとして発生電圧Viと比較されて、発電機2の発生電圧ViがVbと一致するように励磁装置6に入力されて、該励磁装置6より界磁コイル5に電流が流される。つまり、発生電圧が基準電圧より高くなると、界磁コイル5に流す電流を少なくして発電機2からの発生電圧を低下させ、発生電圧が基準電圧より低くなると、界磁コイル5に流す電流を増加して発生電圧を高くするのである。
【0017】
また、周波数Fが第二周波数f2から第三周波数f3の間の場合には(f2≦F<f3)、比較器21の出力はV1となり、比較器22の出力がVaとなり、VaがV1より高いため比較器24からの出力はVaとなって、比較器23の出力もVaとなり、比較器25においてVaを基準電圧Vbとして発生電圧Viと比較されて、発電機2の発生電圧ViがVaと一致するように前記同様に励磁装置6に入力されて、該励磁装置6より界磁コイル5に電流が流される。
【0018】
また、周波数Fが第三周波数f3以上の場合には(f3≦F)、比較器24の出力はVaとなり、Vaは第三設定電圧V3より高いため比較器23からの出力はV3となって、比較器25においてV3を基準電圧として発生電圧Viと比較されて、発電機2の発生電圧ViがV3と一致するように前記同様に励磁装置6に入力されて、該励磁装置6より界磁コイル5に電流が流される。
【0019】
このようにして、基準電圧Vbは図3のように、f1≦F<f2とf3≦Fで一定となり、現実には、原動機3を50Hzまたは60Hzに合わせた回転数で駆動することによって、発電機2に負荷がかかって回転数が多少変動しても、50Hzまたは60Hzで出力するために元々予想された範囲内の回転数変動域で、確実に、定電圧で出力できるようになるのである。なお、負荷変動によって予想した周波数範囲域を出るとエンスト等が発生して出力自体が困難となり、無理して原動機を駆動させても損傷を及ぼすだけである。
【0020】
【発明の効果】
本発明は以上のとおり構成したので、次のような効果を奏する。即ち、同期発電機の出力電圧と周波数を検知して、周波数を電圧に変換して基準電圧と比較して、その出力によって前記同期発電機の界磁電流を制御して一定電圧に保つ構成において、第一周波数と第二周波数と第三周波数を設定して、それぞれの周波数に相当する第一設定電圧、第二設定電圧、第三設定電圧を設定して、前記同期発電機の発生電圧の周波数を電圧に変換して前記第一設定電圧、第二設定電圧、第三設定電圧と比較し、第一周波数と第二周波数の間、及び、第三周波数以上を一定の電圧に維持するように制御したので、特定の出力周波数、現実には50Hzと60Hzにおいて、負荷変動が生じて周波数が変動しても、一定電圧に保つことができるようになり、現実に対応した制御ができて、安定した出力が得られるようになり、信頼性も向上できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電圧調整装置の回路図である。
【図2】 周波数と電圧調整装置のFV変換器の出力電圧の関係を示す図である。
【図3】 周波数と電圧調整装置の基準電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
2 同期発電機
6 励磁回路
7 出力電圧調整用の可変抵抗
12 周波数−電圧変換器
21・22・23・24・25 比較器
f1 第一周波数
f2 第二周波数
f3 第三周波数
Claims (1)
- 発電機2で発生した電圧を変圧器10により所定の電圧に落として直流電圧Viとして出力する整流回路11と、
前記所定の電圧に落とした交流電圧を周波数に比例した電圧Vaとして出力するFV変換器12と、
50Hzでの運転時における発電機2の最大周波数変動域を第一周波数f1〜第二周波数f2とし、60Hzでの運転時における発電機2の最低周波数変動域を第三周波数f3とし、該第一周波数f1に相当する第一設定電圧V1と前記出力電圧Vaとを比較して、出力電圧Vaが第一設定電圧V1より低いとVaを出力し、高いとV1を出力する比較器21と、
前記第二周波数f2に相当する第二設定電圧V2と前記出力電圧Vaを比較して、出力電圧Vaが第二設定電圧V2より低いと出力せず、高いとVaを出力する比較器22と、
該比較器21・22の出力電圧を比較して高い方の出力電圧を出力する比較器24と、
該比較器24の出力電圧と前記第三周波数f3に相当する第三設定電圧V3とを比較して、比較器24の出力電圧がV3より高いとV3を出力し、低いと比較器24の出力電圧を出力する比較器23と、
該比較器23の出力と前記発生電圧Viと比較してその差を出力する比較器25と、
該比較器25の出力を入力して界磁コイル5に界磁電流を流すための励磁装置6を備え、
第一周波数f1と第二周波数f2の間、及び、第三周波数f3以上を一定の電圧に維持するように制御することを特徴とする発電機の電圧調整装置。
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