JPH0326799Y2

JPH0326799Y2 -

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Publication number: JPH0326799Y2
Application number: JP290882U
Authority: JP
Priority date: 1982-01-13
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1991-06-10
Also published as: JPS58105800U

Description

【考案の詳細な説明】本考案はAVR保護回路に関する。

エンジジン駆動型発電機においてはエンジンの
回転数にかかわらず一定の出力電圧を発生する必
要があるため、自動電圧調整器（以下、AVRと
いう）を設けて発電機の界磁巻線に供給する界磁
電流を制御し、出力電圧の安定化を図つている。

第１図は従来のAVRの構成ブロツクを示した
ものであり、図中１はブラシレス交流発電機（以
下発電機という）、２は負荷、３は直流定電圧回
路、４は基準電圧発生回路、５は検出回路、６は
比較回路、７は制御回路、Q₀は制御トランジス
タである。なお発電機１は主機Ｇと励磁機EXに
より構成されており、励磁機EXの界磁巻線Ｌに
は外部より直流電流が供給される。

しかして、発電機１の発生電力は負荷２に供給
されると共に、その電圧はトランスT₁、ダイオ
ードD₁、抵抗R₁，R₂，R₃、コンデンサC₁等で構
成される検出回路５に加えられ、発電機１の出力
電圧（交流電圧）に対応した直流電圧に変換され
る。次いで比較回路６では検出回路５の出力電圧
と基準電圧発生回路４より得られる基準電圧との
比較が行われ、基準電圧との差に応じた誤差電圧
を出力する。制御回路７はこの誤差電圧を０にす
べく動作するもので、誤差電圧の極性および大小
に応じて適宜制御トランジスタQ₀を駆動する。
一方、発電機１の出力の一部は直流定電圧回路３
で直流に変換された後、トランジスタQ₀のコレ
クタ・エミツタを介して界磁巻線Ｌに界磁電流を
供給している。

今、何らかの原因により発電機１の出力電圧が
高くなると検出回路５の出力電圧が上昇し、これ
が予め設定されている基準電圧発生回路４の基準
電圧を上回ると比較回路６はその誤差電圧を出力
し、これを受けて制御回路７はトランジスタQ₀
のベース電流を減らして界磁電流を減少せしめ、
発電電圧を低下させる。また逆に、発電機１の出
力電圧が低下して検出回路５の出力電圧が基準電
圧発生回路４の基準電圧を下回つた時には制御回
路７はトランジスタQ₀のベース電流を増やして
界磁電流を増大せしめ、発電電圧を上昇させる。
そしてこれらの動作は極めて速く行われるため、
発電機１の出力電圧は一定に保たれることとな
る。

第１図に示した従来のAVRは上述のように動
作するものであり非常に有用なものであるが、そ
の反面、次のような欠点を有していた。すなわ
ち、AVRはエンジンの回転数によらず常に動作
しているため、暖気運転等でエンジンを低速回転
すると、発電機の出力電圧が低下しようとするに
もかかわらず一定の出力電圧を得ようと界磁電流
を増大し続け、大電流が界磁コイルに流れる危険
があり、最悪の場合にはAVRを破壊したり、発
電機本体を焼損したりすることになる。これらに
対処する方法としては、AVRおよび発電機の能
力を上げる方法と、可飽和変流器、可飽和リアク
トル等とAVRを組み合わせて差動型とする方法
の２つが考えられるが、前者は装置全体の形状が
大きくなり高価となる欠点があり、一方、後者は
発電機の励磁が差動型のために励磁巻線が２種類
必要となつて構造が複雑になる欠点がある。

本考案は上記の点に鑑み提案されたものであ
り、従来のAVRの構成に加え、発電機の出力電
圧からエンジンの回転数を検出する手段を設け、
規定回転数以下の場合にはAVRの動作を強制的
に停止せしめることにより、大電流の発生による
AVRや発電機等の破壊を防止すると共に、AVR
や発電機自体の小容量化、小型化を図り、コスト
の低減をも可能としたAVR保護回路を提供する
ことを目的とするものであり、特に回転数（周波
数）検出手段の後に時定数回路を介在することに
より一時的な信号電圧の変動を阻止し、モータ負
荷等の急激な負荷投入等における回路の誤動作を
防止することを目的とする。

すなわち本考案は、発電機の出力電圧を検出す
る第１の検出回路と、定格出力電圧に対応して設
定した基準電圧を発生する第１の基準電圧発生回
路と、第１の検出回路および第１の基準電圧発生
回路の出力電圧を比較する第１の比較回路とを備
え、この第１の比較回路の出力に応じて前記発電
機の界磁電流を制御して発電機の出力電圧を一定
にするよう構成したAVRにおいて、発電機出力
の出力周波数を検出して直流信号に変換する第２
の検出回路と、この第２の検出回路の出力を受
け、一時的な電圧変化を伴う信号を阻止する時定
数回路と、前記発電機出力の下限周波数に対応し
て設定した基準電圧を発生する第２の基準電圧発
生回路と、前記時定数回路および第２の基準電圧
発生回路の出力電圧を比較する第２の比較回路と
を設け、発電機の出力周波数が前記下限周波数よ
り低下したときの第２の比較回路の出力により前
記AVRの動作を一時的に停止させるように構成
したことにより、上記目的を達成しようとするも
のである。

以下、実施例を示す図面に従つて本考案を詳述
する。

第２図は本考案の第１の実施例を示すブロツク
構成図であり、第１図で示した従来例と同じもの
には同一符号を付してある。以下、この構成およ
び機能を説明すると、第２図において発電機１の
出力端は負荷２に接続されて発生電力を供給する
と共に、直流定電圧回路３、制御トランジスタ
Q₀のコレクタ・エミツタを介して自己の界磁巻
線Ｌに界磁電流を供給している。また発電機１の
出力電圧は、電圧を検出する第１の検出回路５′
および周波数を検出する第２の検出回路９の入力
端に加わるように接続され、発電機１の出力であ
る交流電圧に対応した直流電圧と、周波数に対応
した直流電圧とを得るように構成されている。

第１の検出回路５′は発電機１の出力電圧を適
当な電圧に変換するトランスT₁、整流用のダイ
オードD₁、電流制限用抵抗R₁、平滑コンデンサ
C₁、分圧用抵抗R₂，R₃で構成され、更に抵抗R₂
の両端には後述する発光ダイオードLEDと対に
なつてホトカプラを形成するホトトランジスタ
Q₁のコレクタ・エミツタが接続されている。一
方、第２の検出回路９は入力部９１、波形整形回
路９２、積分回路９３の縦続接続により構成され
ており、第２の検出回路の出力側には時定数回路
１１が接続されている。次に４，８は夫々第１、
第２の基準電圧発生回路であり、前記第１、第２
の検出回路５′，９の比較基準電圧を発生するも
のであり、第１の基準電圧発生回路４は定格出力
電圧に対応する基準電圧を、他方、第２の基準電
圧発生回路８はAVRの動作を停止すべき下限周
波数に対応する基準電圧を夫々出力している。

また、６，１０は夫々第１、第２の比較回路で
あり、第１の比較回路６は第１の検出回路５′と
第１の基準電圧発生回路４の出力電圧とを、他
方、第２の比較回路１０は時定数回路１１と第２
の基準電圧発生回路８の出力電圧とを夫々比較す
るものである。７は制御回路であり、第１の比較
回路６の出力を受けて界磁巻線Ｌと直列に接続さ
れた制御トランジスタQ₀を駆動して一定出力電
圧を得るように制御すべく構成される。一方、第
２の比較回路１０の出力端はエミツタを接地した
トランジスタQ₂のベースに直接接続されており、
比較回路１０はトランジスタQ₂のコレクタと電
源V_ccとの間に挿入された抵抗R₆および発光ダイ
オードLEDへの通電を制御している。

第３図は第２の検出回路９、時定数回路１１、
第２の基準電圧発生回路８および比較回路１０を
具体的回路構成で示したものである。入力部９１
はトランスT₂で構成されており、２次巻線の一
端は接地され、他端はコンデンサC₃、抵抗R₉の
直列回路を介して波形整形回路９２の増幅器A₁
の反転入力端子に接続されている。増幅器A₁は
ゼロクロス・コンパレータとして働くものであ
り。増幅器A₁の非反転入力端子は電源V_cc、接地
間に直列に接続された分圧用抵抗R₇，R₈の中点
に抵抗R₁₀を介して接続され、更に抵抗R₇，R₈の
中点と増幅器A₁の出力端子との間にはヒステリ
シスをもたせるための抵抗R₁₁が接続されてい
る。増幅器A₁の出力端子と接地間には波高を一
定にするために抵抗R₁₂と逆直列接続されたツエ
ナーダイオードZ₁，Z₂の直列回路が接続されてお
り、抵抗R₁₂とツエナーダイオードZ₁の接続点は
ダイオードポンプ回路を構成するコンデンサC₄
の一端に接続されている。

コンデンサC₄の他端はダイオードD₃を介して
接地されると共にダイオードD₄を介して増幅器
A₂の反転入力端子に接続されており、増幅器A₂
の非反転入力端子は接地されている。また、増幅
器A₂の反転入力端子と出力端子間にはコンデン
サC₅および抵抗R₁₃が互いに並列に接続されてお
り、これらは前記コンデンサC₄、ダイオードD₃，
D₄と相俟つて積分回路９３を構成している。こ
の積分回路９３はコンデンサC₄の一端に加えら
れるパルスの回数に応じて増幅器A₂の帰還ルー
プ内にあるコンデンサC₅に電荷を蓄積していく
ものであり、同時にコンデンサC₅の電荷は抵抗
R₁₃により放電していくので、その出力には入力
するパルス周波数に比例した電圧が得られること
となる。

次に、時定数回路１１は逆流阻止用ダイオード
D₂と抵抗R₄，R₅およびコンデンサC₂の遅延回路
によつて構成され、R₅≫R₄の関係に設定するこ
とにより急速充電緩速放電特性を持たせ、後述す
るようにモータ等の負荷がかかつた時のエンジン
回転数の一時的な低下により本考案にかかる回路
が誤動作してAVRの動作を停止せしめないよう
に考慮されている。

基準電圧発生回路８は電流制限用抵抗R₁₄とツ
エナーダイオードZ₃とにより構成され、ツエナー
ダイオードZ₃の両端に接続された可変抵抗VRに
より所望の基準電圧を得ている。

比較回路１０は増幅器A₃の反転入力端子を前
記時定数回路１１の出力端子に接続してあり、非
反転入力端子は抵抗R₁₅を介して基準電圧発生回
路８の可変抵抗VRの中間端子に接続され、更に
ヒステリシスを得るため抵抗R₁₆を介して接地す
ると共に抵抗R₁₇を介して自己の出力端子に接続
されている。ここでヒステリシスを持たせる理由
は、エンジンの回転ムラによる回路がオン・オフ
を繰り返すハンチング現象を防止するためであ
る。次いで、比較回路１０の出力端子は抵抗R₁₉
を介してトランジスタQ₂のベースに接続されて
おり、トランジスタQ₂のエミツタは接地され、
またコレクタと電源V_ccとの間には抵抗R₆と発光
ダイオードLEDの直列回路が接続されている。
なおこの発光ダイオードLEDは第１の検出回路
５′内のホトトランジスタQ₁と共にホトカプラを
構成している。

以下、第２図および第３図に基づいて動作を説
明する。なお、AVRの基本動作については従来
例の説明においてすでに述べたため、重複を避け
る意味でその説明を省略する。

先ず、第２の検出回路９の入力部９１に入力さ
れた発電機１の出力電圧は後の回路電圧と適合す
るようにトランスT₂で適当な電圧に変換される。
次いで波形整形回路９２では正弦波状の出力電圧
をゼロクロス・スイツチングし、振幅が一定の方
形波パルスに変換する。積分回路９３はこの方形
波パルスを入力として周波数に比例した直流電圧
を出力し、時定数回路１１を介して第２の比較回
路１０に送出する。第２の基準電圧発生回路８
は、前述のようにエンジン回転数の低下により界
磁電流が増大し、装置の破壊を起こす以前に設定
された下限周波数に対応した電圧を発生してお
り、比較回路１０は第２の検出回路９の出力電圧
が出力周波数の低下により減少して基準電圧を下
回るとその出力をハイレベルに転じ、トランジス
タQ₂を駆動して発光ダイオードLEDを点灯する。

しかして、通常の回転数でエンジンが使用され
ている場合には、第２の検出回路９の出力電圧は
十分高く、基準電圧発生回路８による基準電圧を
下回ることはないため発光ダイオードLEDは点
灯せず、AVRは正常に動作している。一方、暖
気運転時でエンジンが低速回転となつた時には検
出回路９の出力電圧を低下し、これが基準電圧を
下回ると比較回路１０の出力はハイレベルに転
じ、トランジスタQ₂をオンさせて発光ダイオー
ドLEDを点灯する。前述のように発光ダイオー
ドLEDは、第１の検出回路５′内に設けられたホ
トトランジスタQ₁とホトカプラを形成しており、
発光ダイオードLEDの点灯によつてホトトラン
ジスタQ₁はオンし、分圧用抵抗R₂の両端をシヨ
ートする。これにより第１の検出回路５′の出力
電圧は上昇し、見かけ上発電機１の出力電圧が上
昇したこととなり、AVRの動作は停止すること
になる。したがつて、エンジンの低速回転時には
界磁電流の供給量は低減され、大電流が流れて装
置を破壊する危険は全くない。その後、エンジン
の回転が正常になればAVRの機能停止は速やか
に解除され、その動作により発電機１の出力電圧
を一定値に保つべく正常の動作をするものであ
る。また、モータ等急激な負荷が接続された場
合、エンジン回転数は一時低下しガバナー等の機
構により回転数が復帰するまでの極く短い期間で
は積分回路９３の出力は基準電圧を下回ることが
あるが、時定数回路１１の急速充電緩速放電特性
のためにこの変化は比較回路１０へ伝わることは
なく、一時的な回転数低下により回路が誤動作を
起こすことはない。

すなわち、時定数回路１１は、抵抗R₄，R₅が
R₅≫R₄の関係を設定されており、前記エンジン
回転数の低下により積分回路９３の出力が一時的
に基準電圧発生回路８による基準電圧を下回るこ
とがあつても、時定数回路のコンデンサC₂は直
ちに放電せず（緩速放電）、比較回路１０の出力
は一定時間ハイレベルに転ずることがない。しか
も、エンジン回転数が復帰し、積分回路９３の出
力電圧が上昇すればコンデンサC₂は直ちに充電
されるから（急速充電）比較回路１０はモータ負
荷投入等によるこのような一時的な電圧の変化の
影響を全く受けない。

第４図は本考案の第２の実施例を示すものであ
り、エンジンの低速時に第１の検出回路の出力電
圧をレベルアツプするかわりに、第１の基準電圧
発生回路の基準電圧を強制的に低下させ、第１の
実施例と同様な効果を得るように構成されてい
る。すなわち、同図において第１の基準電圧発生
回路４′内のトランジスタQ₃のコレクタは電源
V_ccに接続され、エミツタは基準電圧の出力端子
となつており、かつベースは抵抗R₂₀を介して自
己のコレクタに接続されると共にトランジスタ
Q₄のコレクタ・エミツタおよびツエナーダイオ
ードZ₄の直列回路を介して接地されている。ま
た、ツエナーダイオードZ₄のカソードは抵抗R₂₁
を介してトランジスタQ₃のエミツタに接続され、
トランジスタQ₄のベースはトランジスタQ₃のエ
ミツタと接地間に接続された分圧用抵抗R₂₂，
R₂₃の中間接続点に接続されており、抵抗R₂₂の
両端には前記発光ダイオードLEDと共にホトカ
プラを形成するホトトランジスタQ₁のコレク
タ・エミツタが接続されている。その他、全体の
構成としては第２図と略同様であるが、第１の検
出回路５′内のホトトランジスタQ₁は不要であ
る。

トランジスタQ₄は抵抗R₂₂，R₂₃により分圧さ
れた出力電圧とツエナーダイオードZ₄のツエナー
電圧の差によつて駆動されるものであり、トラン
ジスタQ₃のベース電流を制御して出力電圧を分
圧抵抗R₂₂，R₂₃によつて決まる一定値に導く機
能を有している。

しかして、暖気運転時等におけるエンジンの低
速回転を検出してホトトランジスタQ₁がオンす
ると、トランジスタQ₄のベース電流が増大して
トランジスタQ₃のベース電流を減少させ、基準
電圧出力を低下させてAVRの動作を停止せしめ、
界磁電流を減少させて発電機１を保護することが
できる。

なお、以上の実施例では第１の検出回路５′の
出力電圧もしくは基準電圧発生回路４′における
基準電圧をホトカプラの動作により変化せしめる
ように構成してあるが、これに何ら限定されるも
のではなく、リレー等を用いても構成できるのは
勿論である。

以上のように本考案のAVR保護回路にあつて
は、発電機の出力電圧を検出する第１の検出回路
と、定格出力電圧に対応して設定した基準電圧を
発生する第１の基準電圧発生回路と、第１の検出
回路および第１の基準電圧発生回路の出力電圧を
比較する第１の比較回路とを備え、この第１の比
較回路の出力に応じて前記発電機の界磁電流を制
御して発電機の出力電圧を一定にするよう構成し
たAVRにおいて、発電機出力の出力周波数を検
出して直流信号に変換する第２の検出回路と、こ
の第２の検出回路の出力を受け一時的な電圧変化
を伴なう信号を阻止する時定数回路と、前記発電
機出力の下限周波数に対応して設定した基準電圧
を発生する第２の基準電圧発生回路と、前記時定
数回路および第２の基準電圧発生回路の出力電圧
を比較する第２の比較回路お設け、発電機の出力
周波数が前記下限周波数より低下したときの第２
の比較回路の出力により前記AVRの動作を一時
的に停止して励磁電流を低減するように構成した
から、エンジンの低速回転時に界磁コイルに大電
流が流れる危険がなく、AVRや発電機の破壊を
完全に防止することができると共に、かかる破壊
の危険を見込んでAVRおよび発電機の容量を予
め大きく設計する必要がないため、これら各機器
の小容量化、小型化が可能となり、コストの低減
にも寄与できる等の効果を有する。また、時定数
回路の介在によりモータ負荷投入時等の誤動作も
完全に防止でき、信頼性の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のAVRの構成図、第２図は本考
案の第１の実施例を示す構成図、第３図は本考案
の要部の具体的な回路図、第４図は第２の実施例
を示す要部の回路図である。１……発電機、２……負荷、３……直流定電圧
回路、４，４′……第１の基準電圧発生回路、５，
５′……第１の検出回路、６……第１の比較回路、
７……制御回路、８……第２の基準電圧発生回
路、、９……第２の検出回路、９１……入力部、
９２……波形整形回路、９３……積分回路、１０
……第２の比較回路、１１……時定数回路、V_cc
……電源、A₁〜A₃……増幅器、Q₁……ホトトラ
ンジスタ、IED……発光ダイオード、Q₀，Q₁，
Q₂，Q₃，Q₄……トランジスタ、Ｌ……界磁巻線、
D₁〜D₅……ダイオード、Z₁〜Z₄……ツエナーダ
イオード、R₁〜R₂₃……抵抗、C₁〜C₅……コンデ
ンサ、T₁，T₂……トランス、VR……可変抵抗。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

発電機１の出力電圧を検出する第１の検出回路
５′と、定格出力電圧に対応して設定した基準電
圧を発生する第１の基準電圧発生回路４と、第１
の検出回路５′と第１の基準電圧発生回路４の出
力を比較する第１の比較回路６とを備え、この第
１の比較回路６の出力に応じて前記発電機１の界
磁電流を制御して発電機１の出力電圧を一定にす
るように構成した自動電圧調整器AVRにおいて、
前記第１の検出回路５′の出力分圧用抵抗R₂の両
端にホトトランジスタQ₁のコレクタ・エミツタ
を接続し、このホトトランジスタQ₁のオンによ
り前記出力分圧用抵抗R₂を短絡させて前記第１
の検出回路５′の出力を上昇させるように構成し、
前記発電機出力の出力周波数を検出して直流信号
に変換する第２の検出回路９と、この第２の検出
回路９の出力を受け一時的な電圧変化を伴う信号
を阻止する時定数回路１１と、前記発電機出力の
下限周波数に対応して設定した基準電圧を発生す
る第２の基準電圧発生回路８と、前記時定数回路
１１および第２の基準電圧発生回路８の出力電圧
を比較する第２の比較回路１０とを設け、発電機
１の出力周波数が前記下限周波数より低下したと
きの第２の比較回路１０の出力信号により発行ダ
イオードLEDを点灯させ、この発行ダイオード
とホトカプラを形成している前記ホトトランジス
タQ₁をオンさせて、第１の検出回路５′の出力を
上昇させることによりAVRの動作を停止させる
ようにしたことを特徴とするAVRの保護回路。