JP5575424B2

JP5575424B2 - 同期発電機

Info

Publication number: JP5575424B2
Application number: JP2009140654A
Authority: JP
Inventors: 三雄永田; 克明田中
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP2010288382A

Description

本発明は、同期発電機に関し、詳しくは、三相（三相三線式又は三相四線式）の高電圧交流出力と低電圧交流出力とを切替出力すると同時に単相三線式の交流出力も出力可能とした同期発電機に関する。

エンジンで同期発電機を駆動して発電する可搬式のエンジン発電機では、使用場所や負荷に応じて三相（三相三線式又は三相四線式）の高電圧交流出力（例えば４００Ｖ）と低電圧交流出力（例えば２００Ｖ）とに切替可能としたものが広く使用されている。また、このような可搬式のエンジン発電機は、電動工具や事務機等の電源としても使用されるため、一般家庭と同じ単相三線式の交流出力（例えば１００Ｖ及び２００Ｖ）も求められている。

このため、三相四線式の同期発電機における三相の電機子コイルの一つの相の電機子コイルの両端に変圧器の一次巻線の両端を接続するとともに、該変圧器の二次巻線の一端を中性点に接続し、三相の電機子コイルの出力端と中性点とを三相四線式電源とし、同時に前記変圧器の二次巻線の他端と前記三相の電機子コイルの残りの二つの電機子コイルの出力端とを単相三線式電源とした同期発電機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２３７００９号公報

前記特許文献１に記載された同期発電機では、三相の電機子コイルの一つの相の電機子コイルの両端に変圧器の一次巻線の両端を接続しているので、三相の電機子コイルの出力端から出力される電圧が変化しない場合には問題はないが、前述のように、三相交流の出力を高電圧と低電圧とに切り替える同期発電機の場合、変圧器の設定を低電圧に対応させると、高電圧に切り替えたときに変圧器が破損してしまうおそれがあり、単相三線式の出力電圧も変化してしまうため、これに接続した機器が正常に作動しなかったり、損傷したりするおそれがある。

そこで本発明は、三相交流の出力電圧を高電圧と低電圧とのいずれに切り替えても、所定の出力電圧の単相三線式交流を得ることができる同期発電機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の同期発電機は、１２０度の位相差で中性点にＹ結線した三相の電機子コイルを、内端が前記中性点に接続される内側コイルと、該内側コイルに対して直列又は並列に接続される外側コイルとに分割し、内側コイルの外端と外側コイルの内端とを接続して内外コイルを直列に接続したときに外側コイルの外端から高電圧の三相交流を、内側コイルの内端と外側コイルの内端とを接続するとともに内側コイルの外端と外側コイルの外端とを接続して内外コイルを並列に接続したときに外側コイルの外端から低電圧の三相交流をそれぞれ出力する同期発電機において、前記三相の電機子コイルのうちの一つの相の電機子コイルの内側コイルの外端に変圧器の一次巻線の内端を接続するとともに該一次巻線の外端と変圧器の二次巻線の内端とを前記中性点に接続し、前記三相交流の高電圧及び低電圧のいずれの出力に切り替えても、前記三相の電機子コイルの他の二つの相の電機子コイルの内側コイルの外端と前記変圧器の二次巻線の外端とから単相三線式交流を出力することを特徴としている。

本発明の同期発電機によれば、変圧器の一次巻線を電機子コイルの内側コイルと並列に接続した状態としているので、外側コイルの外端（出力端）に発生する三相交流の電圧を高電圧、低電圧のいずれに切り替えても変圧器の一次巻線に印加される電圧は変化しないため、所定電圧の単相三線式交流を、高電圧又は低電圧の三相交流と同時に出力することができる。

本発明の第１形態例を示すもので、低電圧出力時における同期発電機の回路図である。同じく高電圧出力時における同期発電機の回路図である。

本形態例に示す同期発電機１１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の各電機子コイル１２を、中性点Ｏに接続された内側コイル１２ａと外側コイル１２ｂとに２分割し、これらを直列接続又は並列接続することによって出力電圧を高電圧と低電圧とに切替可能としている。

図１に示すように、電圧切替装置１３の短絡板１３ａの短絡状態を、Ｕ相における内側コイル１２ａの外端Ｕ２と外側コイル１２ｂの外端Ｕ１とを接続し、Ｖ相における内側コイル１２ａの外端Ｖ２と外側コイル１２ｂの外端Ｖ１とを接続し、Ｗ相における内側コイル１２ａの外端Ｗ２と外側コイル１２ｂの外端Ｗ１とを接続した状態にするとともに、各外側コイル１２ｂの内端Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１をそれぞれ中性点に接続した状態にすると、各内外コイル１２ａ、１２ｂがそれぞれ並列接続された状態になる。

この結果、各外側コイル１２ｂの外端Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と、これに接続されている各内側コイル１２ａの外端Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とに、低電圧（例えば２００Ｖ又は２２０Ｖ）の三相交流が発生し、三相用遮断器１４を介して三相用出力端子台１５の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔに低電圧の三相交流（中性点Ｏを加えると三相四線式交流）が出力される。

一方、図２に示すように、電圧切替装置１３の短絡板１３ａの短絡状態を、Ｕ相における内側コイル１２ａの外端Ｕ２と外側コイル１２ｂの内端Ｘ１とを接続し、Ｖ相における内側コイル１２ａの外端Ｖ２と外側コイル１２ｂの内端Ｙ１とを接続し、Ｗ相における内側コイル１２ａの外端Ｗ２と外側コイル１２ｂの内端Ｚ１とを接続することにより、各内外コイル１２ａ、１２ｂがそれぞれ直列接続された状態になる。

この結果、各外側コイル１２ｂの外端Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１間に高電圧（例えば４００Ｖ又は４４０Ｖ）の三相交流が発生し、三相用遮断器１４を介して三相用出力端子台１５の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔに高電圧の三相交流（三相四線式交流）が出力される。

このように、電圧切替装置１３で短絡板１３ａの短絡状態を切り替えることにより、出力端子台１５の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから出力する電圧を高電圧と低電圧とに切り替えることができるように形成した同期発電機において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の電機子コイルのうちの一つの相の電機子コイル１２の内側コイル１２ａの外端、本形態例では、Ｖ相における内側コイル１２ａの外端Ｖ２に変圧器２１を構成する一次巻線２２の内端２２ａを接続するとともに、該一次巻線２２の外端２２ｂと、変圧器２１を構成する二次巻線２３の内端２３ａとを前記中性点Ｏに接続し、三相の電機子コイル１２の他の二つの相の内側コイル１２ａ、本形態例の場合は、Ｕ相及びＷ相の内側コイル１２ａの外端Ｕ２，Ｗ２と、前記変圧器２１の二次巻線２３の外端２３ｂとに単相三線式交流（Ｒ１，Ｎ，Ｔ１）を発生させるようにしている。

発生した単相三線式交流（Ｒ１，Ｎ，Ｔ１）は、単相用遮断器２４を介して出力端子台２５の出力端子ｒ，ｎ，ｔに出力され、出力端子ｒ，ｎ間、及び、出力端子ｎ，ｔ間のそれぞれに低電圧（例えば１００Ｖ又は１１０Ｖ）の単相出力が得られ、出力端子ｒ，ｔ間に高電圧（例えば２００Ｖ又は２２０Ｖ）の単相出力が得られる。

前記変圧器２１の一次巻線２２の内端２２ａが接続されるＶ相における内側コイル１２ａの外端Ｖ２と、他の二相のＵ相及びＷ相の内側コイル１２ａの外端Ｕ２，Ｗ２は、前述の低電圧出力時及び高電圧出力時のいずれにおいても中性点Ｏとの電位差は同じであるから、三相交流の出力電圧を切り替えても、例えば４００Ｖに切り替えても、２００Ｖに切り替えても、単相三線式交流（Ｒ１，Ｎ，Ｔ１）の出力電圧を、例えば１００Ｖ及び２００Ｖの一定の電圧にすることができる。

したがって、２００Ｖ又は４００Ｖの三相交流で作動する大型電動機などへの出力と、単相交流で作動する電動工具や事務機などへの出力とを同時に得ることができ、三相交流の出力電圧を負荷に応じて切り替えても単相交流の出力電圧が変化することはなく、変圧器２１に高電圧が作用して破損するおそれもなく、単相交流で作動する電動工具や事務機などを安定して作動させることができ、これらの機器が損傷するおそれもなくなる。

なお、変圧器２１の一次巻線２２における一次電圧と二次巻線２３における二次電圧との比率は、一般的に一次電圧の「１」に対して二次電圧を「０．５」にすることを基本としているが、前記特許文献１に記載されているように、単相出力を供給する負荷の状態に応じて一次電圧と二次電圧との比率を変更することにより、適切な大きさの変圧器を選択することができる。

１１…同期発電機、１２…電機子コイル、１２ａ…内側コイル、１２ｂ…外側コイル、１３…電圧切替装置、１３ａ…短絡板、１４…三相用遮断器、１５…三相用出力端子台、２１…変圧器、２２…一次巻線、２２ａ…一次巻線２２の内端、２２ｂ…一次巻線２２の外端、２３…二次巻線、２３ａ…二次巻線２３の内端、２３ｂ…二次巻線２３の外端、２４…単相用遮断器、２５…単相用出力端子台、

Claims

１２０度の位相差で中性点にＹ結線した三相の電機子コイルを、内端が前記中性点に接続される内側コイルと、該内側コイルに対して直列又は並列に接続される外側コイルとに分割し、内側コイルの外端と外側コイルの内端とを接続して内外コイルを直列に接続したときに外側コイルの外端から高電圧の三相交流を、内側コイルの内端と外側コイルの内端とを接続するとともに内側コイルの外端と外側コイルの外端とを接続して内外コイルを並列に接続したときに外側コイルの外端から低電圧の三相交流をそれぞれ出力する同期発電機において、
前記三相の電機子コイルのうちの一つの相の電機子コイルの内側コイルの外端に変圧器の一次巻線の内端を接続するとともに該一次巻線の外端と変圧器の二次巻線の内端とを前記中性点に接続し、
前記三相交流の高電圧及び低電圧のいずれの出力に切り替えても、前記三相の電機子コイルの他の二つの相の電機子コイルの内側コイルの外端と前記変圧器の二次巻線の外端とから単相三線式交流を出力すること
を特徴とする同期発電機。