CN102055397B - 发电机的输出控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供发电机的输出控制装置。防止在连接了进相负载的情况下由增磁作用引起的磁场电流增大。发电机具有发电线圈、励磁线圈以及磁场线圈。平滑电容器对励磁线圈中产生的电流进行平滑并输入到磁场线圈。晶体管被进行PWM控制使得发电线圈的输出电压收敛于目标电压。设有防止磁场电流的倒流的二极管。与二极管并联连接的晶体管以与晶体管的驱动信号相反的相位被驱动。占空比监视部判断晶体管的驱动信号的占空比是否是基准占空比以上，当判断为驱动信号的占空比不是基准占空比以上时，PWM信号间疏部对驱动信号进行间疏而延长驱动信号的输出周期。

Description

发电机的输出控制装置

技术领域

本发明涉及发电机的输出控制装置，特别是涉及具有输出电压稳定单元的发电机的输出控制装置，该输出电压稳定单元考虑了在连接进相负载时的增磁作用的影响。

背景技术

公知有以下的交流发电机的自动电压调节器(以下也称作“AVR”)：通过励磁线圈中产生的电压对提供给磁场线圈的电流进行控制，从而将发电线圈输出的电压保持为预先设定的电压。

参照图说明具有现有的AVR的交流发电机(以下也称作“AVR发电机”)的动作。在图7中，发电机100具有磁场线圈102、发电线圈103以及励磁线圈104。在卷绕有磁场线圈102的转子105上设有永久磁铁106。在AVR 107上设有整流器109a、晶体管驱动部(控制部)109以及晶体管110。励磁线圈104连接到整流器108的输入侧，整流器108的输出侧经由电刷111连接到磁场线圈102。续流二极管112和平滑电容器113与磁场线圈102并联连接。

当通过发动机等未图示的驱动源使转子105旋转时，通过设在转子105的外周面的永久磁铁106在励磁线圈104中产生电动势。该电动势由整流器108以及续流二极管112和平滑电容器113进行整流平滑。当晶体管110导通时，由于所述电动势而在磁场线圈102中流过电流，除了由永久磁铁106的磁力引起的励磁以外，还以大的磁场进行励磁。这样，对磁场施加了正反馈，发电线圈103的输出电压上升。该输出电压由整流器109a整流并被输入到晶体管驱动部109，与电压目标值进行比较。当输出电压达到电压目标值时，晶体管110截止，其结果是，发电线圈103的输出电压下降，因而晶体管110再次导通。这样，晶体管110反复地导通/截止，进行恒压控制。

具有这样的AVR的发电机例如在专利文献1、专利文献2、专利文献3以及专利文献4等中作了记载。

【专利文献1】日本特开平8-140400号公报

【专利文献2】日本特许第2996574号公报

【专利文献3】日本特许第3043566号公报

【专利文献4】日本特开平3-253300号公报

上述现有的AVR发电机由于结构简单，因而广泛普及，特别是在高功率因数负载的情况下，可获得良好的恒压特性。然而，在低功率因数负载的情况下，发生增磁/减磁，电压大幅变化。特别是，在发电机上连接了进相负载的情况下，由于流入发电线圈103的进相电流产生的磁通，在磁场线圈102中产生电动势，该电动势由续流二极管整流，成为与磁场电流同相的电流而使磁场磁通增加(增磁)，使输出电压上升。

在输出电压为电压目标值以上的情况下，晶体管110处于截止状态，励磁线圈104的磁场驱动停止。然而，当进相负载的电容大时，仅使用通过进相电流在磁场线圈102中产生的电流使磁场线圈102继续励磁。这样，由于在磁场线圈102中产生的电流也使平滑电容器113的两端电压上升，因而平滑电容器113很有可能为过电压，因此期望有相应的对策。

为了抑制这样的由进相负载引起的输出电压上升，在专利文献4记载的现有技术中，使AVR具有增磁抑制功能，流过与由于进相负载而流入磁场线圈的电流相反方向的电流，减弱在磁场线圈中产生的磁通。

然而有时，反向电流流过磁场线圈的定时与根据PWM信号(晶体管110的导通时间占空比控制的定时信号)而流过磁场驱动电流的定时重合。在该情况下，不能利用反向电流抵消磁场电流，抑制输出电压上升的效果减小，因而该问题的解决成为课题。

也就是说，在磁场线圈中产生的电动势的相位是由转子和定子的机械相位、负载的静电电容、转子和定子的电感等确定的。一般，假定代表性的进相负载，使转子和定子的相位一致而进行组装，使得晶体管110的驱动信号与流过反向电流的定时不重合。然而，在连接了假定以外的进相负载的情况下，有时不能抵消由使磁场电流增大的进相负载引起的电流。

发明内容

本发明的目的是针对上述课题，提供一种发电机的输出控制装置，能抑制在连接了进相负载的情况下的输出电压上升。

用于达到上述目的的本发明是一种发电机的输出控制装置，该发电机具有：卷绕在定子侧的发电线圈和励磁线圈；卷绕在通过驱动源而旋转的转子上的磁场线圈；对在所述励磁线圈中产生的电流进行整流的整流器；对所述整流器的输出电流进行平滑并输入到所述磁场线圈的平滑电容器；与所述磁场线圈连接，并被进行PWM控制，使得所述发电线圈的输出电压收敛于目标电压的第1开关元件；以及与所述磁场线圈连接的续流二极管，其中的第一特征在于，所述发电机的输出控制装置具有：第2开关元件，其与所述续流二极管并联连接，以与所述PWM控制的驱动信号相反的相位被驱动；占空比监视单元，其判断所述第1开关元件的驱动信号的占空比是否是基准占空比以上；以及PWM输出周期延长单元，与所述占空比监视单元判断为所述驱动信号的占空比是基准占空比以上时的该驱动信号的输出周期相比，该PWM输出周期延长单元延长在判断为所述驱动信号的占空比不是基准占空比以上时的该驱动信号的输出周期。

并且，本发明的第2特征点是，所述PWM输出周期延长单元由驱动信号间疏单元构成，该驱动信号间疏单元通过按预定间隔对所述驱动信号进行间疏来延长该驱动信号的输出周期。

由于连接进相负载而使进相电流流过发电线圈，由于该进相电流产生的磁通，与磁场驱动电流(来自励磁线圈的电流)同相的电流经由续流二极管流入磁场线圈。

在具有第1特征的本发明中，在连接了大的进相负载的情况下，以第1开关元件的驱动信号的相反相位驱动与磁场线圈的两端连接的第2开关元件。通过该第2开关元件的导通而流入磁场线圈的进相电流通过续流二极管流动。也就是说，进相电流的正向电流通过续流二极管流动，反向电流通过第2开关元件流动。其结果，进相的磁场被抵消，抑制了由进相电流引起的增磁。

特别是，根据本发明，连接了大进相负载的情况是根据驱动信号的占空比小于基准占空比来判定的，在该判定为肯定的情况下，延长第1开关元件的输出周期。当第1开关元件的输出周期延长时，以与第1开关元件相反的相位被驱动的第2开关元件导通的期间延长。其结果是，第1开关元件的导通定时与在第2开关元件的导通后、进相电流的抵消电流流入磁场线圈的定时难以重合，有效地抵消了进相电流。

由此，避免了在第1开关元件的截止期间流过磁场电流而使输出电流倾向于过度上升、或者平滑电容器过度充电。

根据具有第2特征的本发明，能通过间疏而容易地使PWM信号的输出周期延长。

附图说明

图1是示出包含本发明一个实施方式的输出控制装置的发电机的系统结构的框图。

图2是示出连接了小的进相负载时晶体管的驱动信号与磁场电流之间的关系的时序图。

图3是示出连接了大的进相负载时晶体管的驱动信号与磁场电流之间的关系的时序图。

图4是PWM信号的占空比控制的流程图。

图5是PWM信号的周期控制的流程图。

图6是PWM信号的输出控制的流程图。

图7是具有现有的AVR的交流发电机的要部结构图。

标号说明

1：占空比监视部；2：PWM信号间疏部；10：抵消晶体管(第2开关元件)；11：PWM第2驱动部；20：电压比较部；21：驱动部；100：发电机；102：磁场线圈；103：发电线圈；104：励磁线圈；107：AVR；109：控制部；110：晶体管(第1关元件)；112：续流二极管；113：平滑电容器。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一个实施方式。图1是示出包含本发明一个实施方式的输出控制装置的发电机的系统结构图，与图7相同的标号表示相同或同等部分。

作为“背景技术”如上所述，在现有技术的AVR发电机中，在连接了进相负载的情况下，有时招致不期望的输出电压上升。因此，在本实施方式中，在续流二极管112的两端连接晶体管(第2开关元件)10，在晶体管(第1开关元件)110截止期间，也就是说，在来自励磁线圈104的电流不流入磁场线圈102的时机，使该晶体管10导通，形成包含磁场线圈102的闭路。

这着眼于由于进相负载而经由发电线圈103在磁场线圈102中产生的电流(以下称为“进相电流”)是交流，在晶体管110截止期间使晶体管10导通，使与流入磁场线圈102的正向电流If相反方向(也就是说反向)的电流Ir流入磁场线圈102来抵消由进相电流引起的磁通。由此抑制了增磁，可防止输出电压上升到假定以上，还可防止电容器113的两端电压上升。

晶体管10由于是用于抵消进相电流的开关元件，因而以下称为“抵消晶体管”。抵消晶体管10响应于晶体管110的截止而导通，响应于晶体管110的导通而截止。

这里，为了使对进相电流的正向电流If进行抵消的反向电流Ir流动，使抵消晶体管10的导通只限于晶体管110截止时。然而有时，即使晶体管10、110的导通/截止定时一致，在磁场线圈102中产生的电动势的相位也根据转子和定子的机械相位、负载的静电电容、转子和定子的电感等而不是固定的，因而在连接了除假定以外的进相负载的情况下，不能抵消由于进相负载而流动的电流。

因此，在本实施方式中，对PWM信号(脉冲)进行间疏而使流过反向电流Ir的定时与晶体管10的导通定时不重合。

考虑到PWM信号的周期总是很长时，会对通过占空比实现的输出电压控制性能产生影响，然而在连接了电容性负载的情况下，无效电流是支配性的，PWM信号的占空比也减小。因此，如果只在该PWM信号的占空比小的情况下使PWM信号的周期延长，则从励磁线圈104提供给磁场线圈102的功率极小，因而即使PWM信号的周期延长，对输出电压的控制性能产生的影响也小。

因此，在晶体管10的占空比下降到预定值以下的情况下，执行这样的处理：使PWM信号的输出周期延长，使基于抵消晶体管10的导通信号的磁场电流抵消定时与PWM信号的导通定时不重合。

为了进行该处理，发电机100的AVR 107设有占空比监视部1，该占空比监视部1监视晶体管110的PWM信号的导通时间占空比(以下简称为“占空比”)。

晶体管驱动部即控制部109具有：电压比较部20，其对发电线圈103的输出电压与目标电压进行比较，来比较这些电压的大小；以及驱动部21，其根据电压大小确定晶体管110的占空比的增大或减少，增减预定量的占空比，将驱动信号提供给晶体管110。晶体管110根据由控制部109所确定的占空比被驱动，控制磁场电流。

PWM第2驱动部11具有这样的功能：检测从控制部109输出到晶体管110的导通指令的输出定时(导通时间)和截止指令的输出定时(截止时间)的功能；以及在截止时向抵消晶体管10输出导通指令、在导通时向抵消晶体管10输出截止指令的功能。

占空比监视部1监视从驱动部21输出的占空比，当占空比小于预先设定的正确的占空比时输出检测信号。由于无负载时的占空比通常被设定为20％左右，因而优选的是，基准占空比是比其小的10％左右。从占空比监视部1输出的检测信号被输入到PWM信号间疏部2。PWM信号间疏部2具有例如每1周期对按预定周期输出的PWM信号进行输出禁止(间疏)的功能。通过该间疏，从驱动部21输出的PWM信号的输出周期变为2倍。

图2和图3是示出晶体管110的驱动信号(PWM信号)和晶体管10的驱动信号与磁场电流之间的关系的时序图。

图2是在进相负载比较小的情况下的时序图。在图2所示的例子中，晶体管110的PWM信号不被间疏，抵消晶体管10按照与未间疏的PWM信号相反的相位被导通/截止。在抵消晶体管10的导通期间流动的反向电流Ir小，因而由晶体管10的导通实现的增磁降低程度小。

另一方面，图3是在进相负载大的情况下的时序图。在该情况下，由于进相负载大，因而晶体管110按照比基准占空比小的占空比被驱动。其结果，从所述占空比监视部1输出检测信号，PWM信号由PWM信号间疏部2进行间疏。也就是说，在图3中，如虚线所示，附有标号“2”、“4”的PWM信号被间疏，因而以图2所示周期的2倍周期驱动晶体管110。因此，大幅产生由反向电流Ir实现的正向磁场抵消效果，如图3所示，磁场电流在PWM信号截止的期间Toff中大幅减小。

图4是晶体管110的PWM控制中的占空比控制的流程图。在图4中，在步骤S1中，将发电线圈103的输出电压读入到电压比较部20。在步骤S2中，由电压比较部20判断输出电压是否是目标电压以上。在步骤S2是肯定的情况下，进到步骤S3，使占空比减小预定量。在步骤S2是否定的情况下，进到步骤S4，使占空比增大预定量。

另外，占空比不限于在1次处理中增减预定量，可以根据输出电压与目标电压之差，当差的大小较大时增大增减量，在差的大小较小时减小增减量。

图5是PWM信号的间疏控制的流程图。在图5中，在步骤S10中，利用占空比监视部1的功能检测从控制部109输出的PWM信号的占空比。在步骤S11中，占空比监视部1判断检测占空比是否是基准占空比以上。在步骤S11是肯定的情况下，进到步骤S12，将PWM信号间疏标志F1设置为“1”。另外，步骤S11可以构成为，在占空比监视部1持续预定时间以上检测出检测占空比是基准占空比以上的情况下为肯定。在步骤S11是否定的情况下，进到步骤S13，将PWM信号间疏标志设置为“0”。

图6是PWM信号的输出控制的流程图。与旋转传感器的输出(发动机的点火正时信号)同步地输出PWM信号，该旋转传感器设在作为对转子105进行驱动的驱动源的发动机的输出轴或者与输出轴连接而旋转的旋转部件(飞轮等)的外周，在旋转部件每旋转1次时输出检测信号。

在图6中，在步骤S20中，将间疏寄存器C1设置为零。间疏寄存器C1被设置为“0”或“1”。在步骤S21中，判断是否检测出点火正时信号。在步骤S21是肯定的情况下，进到步骤S22，判别间疏寄存器C1是“0”还是“1”。在间疏寄存器C1是“0”的情况下，进到步骤S23，按照所述占空比控制中设定的占空比将PWM信号输出到晶体管110。

然后，在步骤S24中，判别间疏标志F1是“1”还是“0”。在间疏标志F1是“1”的情况下，进到步骤S25，将间疏寄存器C1设置为“1”。

在步骤S22是否定的情况下，进到步骤S26，禁止向晶体管110输出PWM信号。然后，在步骤S27中，将间疏寄存器C1设置为“0”。

在步骤S24是否定的情况下，也就是说，在间疏标志F1是“0”的情况下，跳过步骤S25，回到步骤S21。

这样，在该PWM信号的输出控制中，在设置了间疏标志F1的情况下，根据交替切换的间疏寄存器C1的值，执行针对寄存器110的PWM信号的输出，或者禁止输出。也就是说，PWM信号2次有1次被间疏，PWM信号的输出周期变为2倍。

另外，在本实施方式中，示出了通过使PWM信号间疏来延长输出周期的例子，然而本发明不限于此，可以将当前的占空比与基准占空比进行比较，根据其结果选择预先设定的2种长度的输出周期中的任一方。例如，在占空比大于基准占空比的情况下，可以在计数了2次点火正时信号时输出PWM信号，在占空比小于基准占空比的情况下，可以在每次检测到点火正时信号时输出PWM信号。

图4～图6的流程图用于说明本发明的实施方式的控制部109或者占空比监视部1由微计算机构成，且示出了其要部处理的一例，实际的处理程序可根据公知方法来变更。因此，控制部109或者占空比监视部1不限于微计算机，也可以使用模拟电路来形成，使得适合于图1或图4～图6所记载的结构。

如上所述，在本实施方式中，当连接了电容性负载、且磁场驱动用的PWM信号的导通时间为基准占空比以下时，可增大PWM信号的周期，因而晶体管110导通而流过磁场电流的定时与响应于晶体管110的截止使抵消晶体管10导通而流过抵消电流Ir的定时难以重合，抑制磁场电流过度上升且输出电压过度上升。由此，防止电容性负载或者平滑电容器113的过电压。

Claims (2)

1.一种发电机的输出控制装置，该发电机具有：卷绕在定子侧的发电线圈和励磁线圈；卷绕在通过驱动源而旋转的转子上的磁场线圈；对所述励磁线圈产生的电流进行整流的整流器；对所述整流器的输出电流进行平滑并输入到所述磁场线圈的平滑电容器；与所述磁场线圈连接，并被进行PWM控制，使得所述发电线圈的输出电压收敛于目标电压的第1开关元件；以及与所述磁场线圈连接的续流二极管，其特征在于，所述发电机的输出控制装置具有：

第2开关元件，其与所述续流二极管并联连接，以与所述PWM控制的驱动信号相反的相位被驱动；

占空比监视单元，其判断所述第1开关元件的驱动信号的占空比是否是作为判定连接了进相负载的情况的阈值的基准占空比以上；以及

PWM输出周期延长单元，其延长在所述占空比监视单元判断为所述驱动信号的占空比不是基准占空比以上时的该驱动信号的输出周期，使得延长后的该驱动信号的输出周期，比所述占空比监视单元判断为所述驱动信号的占空比是基准占空比以上时的该驱动信号的输出周期长。

2.根据权利要求1所述的发电机的输出控制装置，其特征在于，所述PWM输出周期延长单元由驱动信号间疏单元构成，该驱动信号间疏单元通过按预定间隔对所述驱动信号进行间疏来延长该驱动信号的输出周期。

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