CN101719729B - 发电机的串联连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供进行相位同步运转的发电机无需通信线就能串联连接来获得单相三线交流输出的发电机的串联连接装置等。能进行相位同步运转的两台发电机(10a、10b)分别发出交流电，从单相双线输出端子(28a、28b)输出所发出的交流电，并使从单相双线输出端子输出的交流电的相位同步，该两台发电机的串联连接装置具有：磁耦合单元(50)，其在一次侧和二次侧与单相双线输出端子(28)磁连接，例如有变压器；以及连接部(52)，其将两台发电机中的一台发电机的单相双线输出端子的一方与另一台发电机的单相双线输出端子的一方连接，利用两台发电机的单相双线输出端子来形成以连接部为中性线的单相三线输出端子(54a、54b、54c)。

Description

发电机的串联连接装置
技术领域
本发明涉及发电机的串联连接装置和单相三线输出装置。
背景技术
下述具有逆变器的发动机发电机是公知的：把从发电机、例如由发动机驱动的发电部输出的交流电暂时转换成直流电，根据使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波生成的PWM信号来驱动开关元件，将该直流电转换成规定频率(商用频率)的交流电来输出。并且，将这种发动机发电机两台连接来进行并联运转的技术也是公知的，作为该例子可列举下述专利文献1记载的技术。
【专利文献1】日本特开平8-205543号公报
如专利文献1记载那样，在将发动机发电机两台并联(或串联)连接时，有必要进行使输出的交流电的相位同步的相位同步运转，并且当使用电力线输入另一方的输出时，很有可能短路，因而有必要另行使用通信线连接来输入。
并且，即使利用通信线连接来输出的交流电的输出相位被同步，获得的输出也是单相双线交流输出，不能获得一般家庭用电即单相三线交流输出。另外，上述不限于发动机发电机，在燃料电池的情况等下也是一样。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述课题，提供一种使能进行相位同步运转的发电机无需通信线就能串联连接来获得单相三线交流输出的发电机的串联连接装置。
并且，期望的是，不用与其他发电机串联连接，而以单机就能获得单相三线交流输出，这样当需要单相三线交流输出时，可应对该要求。
因此，本发明的另一目的是解决上述课题，提供一种能以单机获得单相三线交流输出的发电机的单相三线输出装置。
为了解决上述课题，在本发明的第一方面的发电机的串联连接装置中，该发电机是能进行相位同步运转的至少两台发电机，所述至少两台发电机分别发出交流电，从单相双线输出端子输出所发出的交流电，并使从所述单相双线输出端子输出的交流电的相位同步，该发电机的串联连接装置构成为具有：磁耦合单元，其在一次侧和二次侧与所述至少两台发电机的单相双线输出端子磁连接；以及连接部，其将所述至少两台发电机中的一台发电机的所述单相双线输出端子的一方与另一台发电机的所述单相双线输出端子的一方连接，该发电机的串联连接装置利用所述至少两台发电机的单相双线输出端子来形成以所述连接部为中性线的单相三线输出端子。
本发明第二方面的发电机的串联连接装置构成为：所述磁耦合单元由所述一次侧与二次侧的绕组比为1∶1的一个变压器构成。
在本发明的第三方面的发电机的单相三线输出装置中，该发电机发出交流电，从单相双线输出端子输出所发出的交流电，该发电机的单相三线输出装置构成为具有：磁耦合单元，其在一次侧与所述单相双线输出端子磁连接，另一方面，其在二次侧与模拟双线输出端子连接；以及连接部，其将所述单相双线输出端子的一方与所述模拟双线输出端子的一方连接，该发电机的单相三线输出装置利用所述单相双线输出端子和模拟双线输出端子来形成以所述连接部为中性线的单相三线输出端子。
本发明第一方面涉及的发电机的串联连接装置构成为具有：磁耦合单元，其在一次侧和二次侧与至少两台发电机的单相双线输出端子磁连接；以及连接部，其将至少两台发电机中的一台发电机的单相双线输出端子的一方与另一台发电机的单相双线输出端子的一方连接，该发电机的串联连接装置利用至少两台发电机的单相双线输出端子来形成以连接部为中性线的单相三线输出端子，因而使进行相位同步运转的发电机无需通信线就能串联连接就能够获得单相三线交流输出。
本发明第二方面的发电机的串联连接装置构成为：磁耦合单元由一次侧与二次侧的绕组比为1∶1的变压器构成，因而除了上述效果以外，还能使结构简单。
本发明第三方面涉及的发电机的单相三线输出装置构成为具有：磁耦合单元，其在一次侧与单相双线输出端子磁连接，另一方面，其在二次侧与模拟双线输出端子磁连接；以及连接部，其将单相双线输出端子的一方与模拟双线输出端子的一方连接，该发电机的单相三线输出装置利用单相双线输出端子和模拟双线输出端子来形成以连接部为中性线的单相三线输出端子，因而以单机的发电机就能获得单相三线交流输出。
附图说明
图1是整体地示出本发明的第1实施例涉及的发电机的串联连接装置的框图。
图2是示出将图1所示的第1和第2发电机串联连接时的输出的波形图。
图3是说明图1所示的相位同步电路的动作的说明图。
图4是整体地示出本发明的第2实施例涉及的发电机的单相三线输出装置的与图1对应的框图。
标号说明
10：发电机(发动机发电机)(10a：第1发电机，10b：第2发电机)；12a，12b：发动机(内燃机)；14a，14b：发电部；20a，20b：变流器；22a，22b：逆变器；26a，26b：电力线；28a，28b：单相双线输出端子；30a，30b：CPU；46a，46b：相位同步电路；50：磁耦合单元(变压器(环形变压器))；52，52a：连接部；54a，54b，54c：单相三线输出端子；60：模拟双线输出端子。
具体实施方式
以下，结合附图说明用于实施本发明涉及的发电机的串联连接装置等的最佳方式。
【实施例1】
图1是整体地示出本发明的第1实施例涉及的发电机的串联连接装置的框图。另外，作为发电机以发动机发电机为例。
在图1中，标号10表示该发动机发电机(以下称为“发电机”)，发电机10由至少两台、更具体地说第1发电机10a和第2发电机10b构成。将第1发电机10a设定为主机(Master)，将第2发电机10b设定为从机(Slave)。
由于第1、第2发电机10a、10b是同一机型，因而以第1发电机10a为例，对其构成要素的标号附上a来说明。以下说明在将构成要素的标号置换为b的情况下，对第2发电机10b也是妥当的。
第1发电机10a具有发动机(内燃机)12a，并具有3kW(交流100V，30A)左右的额定输出。发动机12a是空冷发动机、且是火花点火式发动机，其节气门12a1利用由步进电机构成的节气门电机(致动器)12a2来开闭，对从化油器(未图示)提供的燃料量进行调节。发动机12a利用反冲起动器(未图示)来起动。
在发动机12a的气缸盖附近固定有圆形的定子(未图示)，在该定子上卷绕有构成发电部14a的由U、V、W相构成的三相输出绕组(主绕组)14a1。
在定子的外侧配置有兼用作发动机12a的飞轮的转子(未图示)，在该转子的内部，以与上述的绕组14a1等对置的方式安装有多对永磁铁(未图示)，并使这些永磁铁在直径方向上磁化的磁极相互交替。随着转子的永磁铁绕定子旋转，从三相输出绕组14a1输出(发出)三相(U相、V相、W相)交流电。
从发电部14a的输出绕组14a1所输出(发出)的三相交流电被输入到控制基板(印制电路板)16a，并被输入到搭载在该控制基板16a上的变流器20a。变流器20a具有桥式连接的3个晶闸管(SCR)和3个二极管，通过控制晶闸管的导通角，将从发电部14a所输出的三相交流电转换成直流电。
省略了图示，变流器20a的正极侧和负极侧的输出与RCC(RingingChoke Converter，振铃用扼流转换器)等的直流稳定电源连接，将整流后的直流电作为工作电源提供给所述的3个晶闸管。电源的后级连接有平滑电容器，该平滑电容器用于平滑从变流器20a输出的直流电。变流器20a与逆变器22a连接。
同样省略了图示，逆变器22a具有由4个FET(场效应晶体管，开关元件)桥式连接而成的电路，通过控制4个FET的导通和非导通，将从变流器20a所输出的直流电转换成规定频率(具体地说50Hz或60Hz的商用频率)的交流电。
从逆变器22a输出的交流电通过由高谐波去除用的LC滤波器构成的扼流圈和由噪声去除用的噪声滤波器构成的滤波部24a流经2条电力线26a，并从该单相双线输出端子28a被输出。这样，第1发电机10a构成为将所发出的交流电从单相双线输出端子28a输出的发电机，更具体地说构成为逆变器式发电机。
在控制基板16a上配置有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)30a。并且，从发电部14a的输出绕组14a1所输出(发出)的三相交流电的一部分进行分支而被发送到控制电源部32a和发动机转速信号生成部34a。
控制电源部32a具有与变流器20a类似的结构，将交流电转换成直流电并作为工作电源提供给CPU 30a等。发动机转速信号生成部34a对输入波形进行整形，生成脉冲信号并输出到CPU 30a。
CPU 30a由32位构成，并经由晶闸管(SCR)驱动器(驱动电路)36a控制变流器20a的晶闸管的导通角，并经由对所述的规定频率进行调整的频率调整部40a和FET驱动器42a控制逆变器22a的FET的导通和非导通。而且，CPU 30a经由电机驱动器44a控制节气门电机12a2的动作。
并且，在控制基板16a上配置有相位同步电路46a，相位同步电路46a根据CPU 30a的指令使从第1发电机10a和第2发电机10b的单相双线输出端子28a、28b输出的交流电的相位同步，后面对此进行描述。
在图中标号50表示磁耦合单元，具体地说表示一个变压器，更具体地说表示1个环形变压器(以下称为“变压器”)。
第1发电机10a的电力线26a的单相双线输出端子28a与变压器50的一次侧磁连接，并且第2发电机10b的电力线26b的单相双线输出端子28b与变压器50的二次侧磁连接。变压器50在一次侧和二次侧的绕组比为1∶1，即绕组比相同。另外，将第1发电机10a与一次侧连接，并将第2发电机10b与二次侧连接，然而可以相反。
如图所示，第1发电机10a的单相双线输出端子28a的一方和第2发电机10b的单相双线输出端子28b的一方通过连接部52连接，并进行共同化。第1、第2发电机10a、10b构成为利用第1发电机10a的单相双线输出端子28a和第2发电机10b的单相双线输出端子28b来形成以连接部52为中性线的单相三线输出端子54a、54b、54c。
更具体地说，构成为：第2发电机10b的单相双线输出端子28b的另一方延长而形成单相三线输出端子54a，并且第1发电机10a的单相双线输出端子28a的另一方延长而形成单相三线输出端子54c，而且连接部52、更准确地说通过连接部52连接的第1、第2发电机10a、10b的单相双线输出端子28a、28b的一方延长而形成单相三线输出端子(中性点)54b。
第1、第2发电机10a、10b本来通过并联连接可获得100V(60A)的单相双线输出，并通过串联连接如图2所示可获得200V(30A)的单相双线输出，然而根据上述结构，也能获得200V(30A)的单相三线式输出。
这里，说明所述的相位同步电路46a、46b，第1发电机10a的相位同步电路46a与电力线26a连接，并且第2发电机10b的相位同步电路46b与电力线26b连接。
图3是示出相位同步电路46a、46b的动作的说明图。
如图所示，相位同步电路46a、46b根据CPU 30a、30b的指示，将自身分别输出的正弦波Ws转换成矩形波Wr来发送到对方，并与从对方接收到的矩形波进行比较。
当判断为自身比对方超前时，加上脉冲来使输出的正弦波的周期滞后，另一方面，当判断为自身比对方滞后时，减去脉冲来使输出的正弦波的周期提前。这样，相位同步电路46a、46b按输出频率的每半周期使相位保持同步。
如上所述，电力线26a、26b与变压器50磁连接，因而电力线26a、26b除了作为输出交流电的电力线执行功能以外，还作为收发信号的信号线执行功能。
结果，当把对方的电力线、例如第1发电机10a的相位同步电路46a视为自身时，相位同步电路46a可输入由第2发电机10b的相位同步电路46b输出的矩形波而不会发生短路等，并可将自身的矩形波输出到相位同步电路46b。
这样，在第1实施例中，能进行相位同步运转的至少两台发动机发电机10a、10b分别发出交流电，所发出的交流电从单相双线输出端子28a、28b输出，并使从所述单相双线输出端子28a、28b输出的交流电的相位同步，所述能进行相位同步运转的至少两台发动机发电机10a、10b分别具有：变流器20a、20b，其将从所述至少两台发电机，更具体地说由发动机(内燃机)12a、12b驱动的发电部14a、14b输出的交流电转换成直流电；逆变器22a、22b，其将从所述变流器20a、20b输出的直流电转换成单相交流电来输出；以及单相双线输出端子28a、28b，其输出由所述逆变器22a、22b转换的交流电，并且所述至少两台发动机发电机10a、10b使经由相位同步电路46a、46b从所述单相双线输出端子输出的交流电的相位同步，所述至少两台发动机发电机10a、10b的串联连接装置构成为具有：磁耦合单元(变压器(环形变压器))50，其在一次侧和二次侧与所述至少两台发电机10a、10b的单相双线输出端子28a、28b磁连接；以及连接部52，其将所述至少两台发电机中的一台发电机10a(或10b)的所述单相双线输出端子的一方28a(或28b)与另一台发电机10b(或10a)的所述单相双线输出端子的一方28a(或28b)连接，该串联连接装置利用所述至少两台发电机10a、10b的单相双线输出端子28a、28b来形成以所述连接部52为中性线的单相三线输出端子54a、54b、54c，因而使进行相位同步运转的发电机10a、10b无需通信线就能串联连接就能够获得家庭用的单相三线交流输出。
并且，第1、第2发电机10a、10b除了能通过并联连接或串联连接获得单相双线输出以外，还能获得单相三线式输出，因而可应对单相双线式和单相三线式的任一方的要求。并且，作为发电机由两台发电机构成，因而移动性也优良。
而且，仅具有第1发电机10a的用户也能添购同型发电机来获得单相三线式输出，或者通过将第1、第2发电机10a、10b统一准备多台，可更灵活地应对上述要求。
并且，构成为：所述磁耦合单元50由所述一次侧与二次侧的绕组比为1∶1的一个变压器(环形变压器)构成，因而结构简单。即，变压器50只要能通过磁耦合实现输出频率的同步即可，因而相对来说不会受负荷容量支配，通过使用环形变压器，可实现小型化来减少重量。
另外，当然通过变压器50也能提供电力，因而可根据作为发电机的用途选择容量，而在单相三线平衡负荷的情况下，为了进行相位同步运转，使用输出的1/10左右的容量即可，因而可实现小型化。
【实施例2】
图4是整体地示出本发明的第2实施例涉及的发电机的单相三线输出装置的与图1对应的框图。
以与第1实施例的不同点为焦点来说明，在第2实施例中构成为：作为发电机仅具有第1发电机10a，并且具有模拟双线输出端子60，变压器(磁耦合单元)50在一次侧与第1发电机10a的单相双线输出端子28a磁连接，并在二次侧与模拟双线输出端子60磁连接。
即，在第2实施例中构成为：具有将第1发电机10a的单相双线输出端子28a的一方与模拟双线输出端子60的一方连接的连接部52a，利用单相双线输出端子28a和模拟双线输出端子60来形成以连接部52a为中性线的单相三线输出端子54a、54b、54c。
另外，在第2实施例中，发电机仅是第1发电机10a，因而去除相位同步电路46a。剩余的结构与第1实施例相同。
这样，在第2实施例中，发动机发电机10a发出交流电，所发出的交流电从单相双线输出端子28a输出，该发动机发电机10a具有：变流器20a，其将从所述发电机、更具体地说由发动机(内燃机)12a驱动的发电部14a输出的交流电转换成直流电；逆变器22a，其将从所述变流器20a输出的直流电转换成单相交流电来输出；以及单相双线输出端子28a，其输出由所述逆变器22a转换的交流电，所述发电机10a的单相三线输出装置构成为具有：磁耦合单元(变压器(环形变压器))50，其在一次侧与所述单相双线输出端子28a磁连接，另一方面，其在二次侧与模拟双线输出端子60磁连接；以及连接部52a，其将所述单相双线输出端子28a的一方与所述模拟双线输出端子60的一方连接，所述发电机10a的单相三线输出装置利用所述单相双线输出端子28a和模拟双线输出端子60来形成以所述连接部52a为中性线的单相三线输出端子54a、54b、54c，因而以单机的发电机就能够获得单相三线交流输出。
另外，上述作为至少两台发电机的例子示出了第1发电机10a和第2发电机10b，然而可以具有第3台或其以上的发电机。
而且，作为发电机的例子示出了发动机发电机，然而不限于此，发电机可以是燃料电池等。
并且，作为磁耦合单元例示出了变压器，特别是环形变压器，然而不限于此，只要能进行磁耦合，哪种都可以。例如，可以是电子式的变压器，即受到电子控制的AC-AC变流器等。

Claims (3)

1.一种发电机的串联连接装置，该发电机是能进行相位同步运转的至少两台发电机，所述至少两台发电机分别发出交流电，从单相双线输出端子输出所发出的交流电，并使从所述单相双线输出端子输出的交流电的相位同步，其特征在于，
该发电机的串联连接装置具有：磁耦合单元，其在一次侧和二次侧与所述至少两台发电机的单相双线输出端子磁连接；以及连接部，其将所述至少两台发电机中的一台发电机的所述单相双线输出端子的一方与另一台发电机的所述单相双线输出端子的一方连接，
该发电机的串联连接装置利用所述至少两台发电机的单相双线输出端子来形成以所述连接部为中性线的单相三线输出端子。
2.根据权利要求1所述的发电机的串联连接装置，其特征在于，所述磁耦合单元由所述一次侧与二次侧的绕组比为1∶1的一个变压器构成。
3.一种发电机的单相三线输出装置，该发电机发出交流电，从单相双线输出端子输出所发出的交流电，其特征在于，
该发电机的单相三线输出装置具有：磁耦合单元，其在一次侧与所述单相双线输出端子磁连接，另一方面，其在二次侧与模拟双线输出端子磁连接；以及连接部，其将所述单相双线输出端子的一方与所述模拟双线输出端子的一方连接，
该发电机的单相三线输出装置利用所述单相双线输出端子和模拟双线输出端子来形成以所述连接部为中性线的单相三线输出端子。
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