JP2005304181A - Automatic voltage regulator of synchronous generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同期発電機またはブラシレス同期発電機の出力電圧を所望の電圧に自動制御する自動電圧調整器に関する。 The present invention relates to an automatic voltage regulator that automatically controls an output voltage of a synchronous generator or a brushless synchronous generator to a desired voltage.
従来の同期発電機の自動電圧調整器は例えば特許文献1あるいは特許文献2に開示されている。従来技術の一実施例を図6を参照して説明する。同図において、1はブラシレス同期発電機、2は遮断機、3は負荷、4は自動電圧調整器、5は直流電源である。自動電圧調整器4は、還流ダイオード6、チョッパ装置7、電圧検出器8、電圧指令信号発生器9、減算器10、演算増幅器11、パルス発生器12より構成される。チョッパ装置7は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子13とドライブ回路14より構成される。電圧指令信号発生器9と減算器10と演算増幅器11とパルス発生器12は、例えば、マイクロコンピュータとソフトウェアによって実現される。
Conventional automatic voltage regulators for synchronous generators are disclosed in, for example, Patent Document 1 or
従来の自動電圧調整器において、ブラシレス同期発電機1は自動電圧調整器4によって出力電圧を一定に制御されながら遮断機2を介して負荷3へ電力を供給する。電圧検出器8は、ブラシレス同期発電機1の出力電圧を検出し、検出信号Vgを出力する。電圧指令信号発生器9は、発電機の出力電圧を所望の電圧に制御するための指令信号Vg *を出力する。減算器10は(Vg *−Vg)の演算を行い、誤差信号ΔVgを出力する。演算増幅器11は、誤差信号ΔVgを入力として例えばPID制御演算を行い、負荷3のインピーダンスが変動した場合でも発電機の出力電圧を所望の電圧に保つための界磁電圧操作信号Vf*を出力する。パルス発生器12は図7に示すようにVf*に比例したオン幅のパルス信号Vpを一定周波数で出力する。パルス信号Vpのオン幅は、Vf*の最大値Vf*,maxで100%となる。ドライブ回路14は、パルス信号Vpに基づいてスイッチング素子13をオンオフ駆動する。スイッチング素子13は、直流電源5から交流発電機1aの界磁巻線へ印加される直流電圧をチョッパ操作する。還流ダイオード6は、スイッチング素子13がオフしている期間にブラシレス同期発電機1の界磁巻線に流れる界磁電流を還流させる。
In the conventional automatic voltage regulator, the brushless synchronous generator 1 supplies power to the
以上のような構成において自動電圧調整器4は、負荷3の負荷量の変動によってブラシレス同期発電機1の出力電圧が変動した場合においても自動的に界磁電圧の印加量を調整し、ブラシレス同期発電機1の出力電圧を電圧指令信号発生器9で設定した所望の電圧に制御するよう動作する。
図6において、例えばブラシレス同期発電機1の無負荷運転中に遮断機2を閉じると、急激に負荷3へ電流が流れるため、発電機の出力電圧は低下する。自動電圧調整器4は発電機の出力電圧低下を検知すると直ちにスイッチング素子13のオン期間を拡大し、発電機の界磁電流を増加させて発電機の出力電圧を所望の電圧値に早期に回復させるよう動作する。その後、発電機の出力電圧が再び所望の電圧値に戻るにつれてスイッチング素子13のオン期間を縮小させていき、最終的には負荷量に応じた最適なオン期間に収束し、安定状態となる。
In FIG. 6, for example, when the
このような自動電圧調節動作において、発電機の界磁巻線に流れる可能性のある最大電流は、スイッチング素子13が全オンして直流電源5の電圧が連続して界磁巻線に印加されている時の電流であり、その量は直流電源5の電圧をブラシレス同期発電機の界磁巻線の抵抗値で除算したものとなる。従って、自動電圧調整器4を製作するに当たっては、そのような最大界磁電流が流れた場合でも破損しないスイッチング素子13を選択しなければならない。
In such an automatic voltage adjustment operation, the maximum current that may flow through the field winding of the generator is such that the
しかしながら、自動電圧調整器と組み合わせる発電機が1種類ではない場合、発電機の界磁巻線の抵抗値は常に一定であるとは限らない。想定していた抵抗値よりも小さい発電機と組み合わせると、スイッチング素子13にその許容電流よりも多い電流が一時的に流れる可能性が出てくる。従って、多種類の発電機と組み合わせなければならない自動電圧調整器は、スイッチング素子13の許容電流を、予め最も界磁巻線抵抗の小さな発電機を想定して選択しなければならず、そのような大きな許容電流を必要としない発電機においても、高価でサイズの大きなスイッチング素子を採用した自動電圧調整器とならざるを得ない。
However, when the generator combined with the automatic voltage regulator is not one type, the resistance value of the field winding of the generator is not always constant. When combined with a generator having a resistance value smaller than the assumed resistance value, there is a possibility that a current larger than the allowable current flows through the
また、直流電源5の出力電圧は常に同じ電圧値であることが望ましいが、組み合わせる直流電源の出力電圧値がその仕様によりいくつかの電圧値に制限され、自動電圧調整器に必要な電圧に最も近い電圧を選択しなければならないような場合がある。もし選択した直流電源電圧が自動電圧調整器に必要な電圧よりも高い電圧となる場合は、発電機の界磁巻線に流れる最大電流がスイッチング素子13の許容電流を超え、これによりスイッチング素子が破損する恐れがある。
Moreover, it is desirable that the output voltage of the
本発明は上記状況に対処するためになされたもので、その課題は、自動電圧調整器と組み合わせる同期発電機の界磁巻線抵抗値が発電機によって異なる場合や、組み合わせる直流電源の出力電圧値が直流電源によって異なる場合においても、許容電流の小さな低価格で小型のスイッチング素子の採用を可能とし、安価で省スペースな同期発電機の自動電圧調整器を提供することにある。 The present invention has been made to cope with the above situation, and the problem is that the field winding resistance value of the synchronous generator combined with the automatic voltage regulator varies depending on the generator, or the output voltage value of the combined DC power supply. The present invention is to provide a low-cost and space-saving automatic voltage regulator for a synchronous generator that can employ a low-priced and small-sized switching element with a small allowable current even when the voltage varies depending on the DC power supply.
上記目的を達成するために、請求項1記載の同期発電機の自動電圧調整器は、同期発電機またはブラシレス同期発電機の界磁巻線に直流電源の電圧をチョッパ操作して供給するチョッパ装置と、界磁巻線に流れる電流を還流させる還流ダイオードと、発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、発電機の出力電圧を所望の電圧に制御するための電圧指令信号を出力する電圧指令信号発生器と、電圧指令信号と電圧検出信号の誤差信号を出力する減算器と、誤差信号に基づいて制御演算を行い、発電機の出力電圧を所望の電圧に保つために必要な前記チョッパ装置のオン期間を示す制御信号を出力する演算増幅器と、発電機の界磁抵抗値設定器と、前記直流電源の出力電圧値設定器と、所望の最大界磁電流値を設定する最大界磁電流値設定器と、界磁抵抗値および直流電源電圧値および最大界磁電流値から前記制御信号の最大値を演算する最大制御信号演算器と、制御信号を最大制御信号演算器からの信号に基づいて制限する制限器と、制限器から出力される制御信号に基づいたオン期間の一定周波数のパルス信号を前記チョッパ装置の駆動信号として出力するパルス発生器から成り、最大制御信号演算器が発電機の界磁抵抗値と直流電源の電圧値から界磁巻線に流れ得る最大電流を演算し、さらに該電流値で前記最大界磁電流値設定器の電流値を除算した信号を出力することで、界磁巻線に所望の電流値以上の電流が流れないように制限することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an automatic voltage regulator for a synchronous generator according to claim 1 is a chopper device for supplying a DC power supply voltage to a field winding of a synchronous generator or a brushless synchronous generator by chopper operation. A reflux diode that circulates the current flowing in the field winding, a voltage detector that detects the output voltage of the generator, and a voltage that outputs a voltage command signal for controlling the output voltage of the generator to a desired voltage A command signal generator, a subtractor for outputting an error signal between the voltage command signal and the voltage detection signal, and the chopper necessary for performing a control operation based on the error signal and maintaining the output voltage of the generator at a desired voltage. An operational amplifier that outputs a control signal indicating the ON period of the device, a field resistance value setting device for the generator, an output voltage value setting device for the DC power supply, and a maximum field value for setting a desired maximum field current value Current value setter and A maximum control signal calculator for calculating the maximum value of the control signal from the field resistance value, the DC power supply voltage value and the maximum field current value, and a limiter for limiting the control signal based on a signal from the maximum control signal calculator And a pulse generator that outputs a pulse signal having a constant frequency based on a control signal output from the limiter as a drive signal of the chopper device, and the maximum control signal calculator is a field resistance value of the generator. And calculating the maximum current that can flow in the field winding from the voltage value of the DC power source, and further outputting the signal obtained by dividing the current value of the maximum field current value setting device by the current value. In this case, the current is limited so as not to flow more than a desired current value.
請求項2記載の同期発電機の自動電圧調整器は、請求項1記載の同期発電機の自動電圧調整器において、発電機の界磁抵抗値設定器の代わりに界磁電圧検出器と界磁電流検出器を備え、それらで検出した界磁電圧と界磁電流から界磁巻線の抵抗値を演算する界磁抵抗演算器を備えることを特徴とする。
The automatic voltage regulator for a synchronous generator according to
請求項3記載の同期発電機の自動電圧調整器は、請求項1または請求項2記載の同期発電機の自動電圧調整器において、直流電源の出力電圧値設定器の代わりに直流電源の電圧検出器を備えることを特徴とする。
The automatic voltage regulator for the synchronous generator according to
本発明によれば、多様な界磁巻線抵抗を持つ同期発電機またはブラシレス同期発電機と組み合わせる場合や同期発電機の界磁巻線に電力を供給する直流電源の電圧値が変化する場合でも、負荷の変動による界磁電流の上昇をチョッパ装置内のスイッチング素子の許容電流以内に制限でき、高価且つ大型の許容電流値の大きいスイッチング素子を採用する必要がなくなり、安価で省スペースの同期発電機の自動電圧調整器を提供することができる。 According to the present invention, even when combined with a synchronous generator or a brushless synchronous generator having various field winding resistances, or even when the voltage value of the DC power source supplying power to the field winding of the synchronous generator changes. The increase in field current due to load fluctuations can be limited within the allowable current of the switching element in the chopper device, eliminating the need for an expensive and large switching element with a large allowable current value. Automatic voltage regulator of the machine can be provided.
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態である同期発電機の自動電圧調整器の回路構成図である。
図1に示すように、本実施例がすでに説明した図6の従来の同期発電機の自動電圧調整器と相違する構成は、発電機の界磁抵抗値設定器15と、直流電源の出力電圧値設定器16と、所望の最大界磁電流値を設定する最大界磁電流値設定器17と、最大制御信号演算器18と、制限器19を備えている点であり、その他の構成機器は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an automatic voltage regulator for a synchronous generator according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the present embodiment is different from the conventional automatic voltage regulator of the synchronous generator of FIG. 6 described above in that the field
図1において、電圧指令信号発生器9と減算器10と演算増幅器11とパルス発生器12と界磁抵抗値設定器15と直流電源の出力電圧値設定器16と最大界磁電流値設定器17と最大制御信号演算器18と制御器19は、例えば、マイクロコンピュータとソフトウェアによって実現される。
In FIG. 1, a voltage command signal generator 9, a
次に、本実施形態の主要な構成機器の作用について説明する。
ここで、ブラシレス同期発電機1、遮断機2、負荷3、直流電源5、還流ダイオード6、チョッパ装置7、電圧検出器8、電圧指令信号発生器9、減算器10、演算増幅器11、ドライブ回路14、スイッチング素子13の作用は、図6の従来の同期発電機の自動電圧調整器におけるそれらと同じ作用をするため、その説明は省略する。
Next, the operation of the main components of the present embodiment will be described.
Here, the brushless synchronous generator 1, the
発電機の界磁抵抗値設定器15は、設定された発電機の界磁抵抗値に相当する信号Rfを出力する。直流電源の出力電圧値設定器16は、設定された直流電源5の出力電圧値に相当する信号Vsを出力する。最大界磁電流値設定器17は、設定された所望の最大界磁電流値に相当する信号If*,maxを出力する。If*,maxにはスイッチング素子13が破損せずに流せる最大電流値を選択する。最大制御信号演算器18は、前記信号Rf、Vs、If*,maxおよび演算増幅器11の出力信号Vf*の最大値であるVf*,maxより式(1)の演算を行い、その演算結果Vf*,limitを出力する。
The generator field resistance value setter 15 outputs a signal Rf corresponding to the set field resistance value of the generator.
Vf*,limit=If*,max×(Rf/Vs)×Vf*,max (1)
制限器19は、Vf*,limitに基づいて図2に示すようなVf*を制限したVf**を出力する。パルス発生器12は、図3に示すようにVf**に比例したオン幅の一定周波数のパルス信号Vpをドライブ回路14へ出力する。Vpのオン幅はVf**がとり得る値の最大値Vf**,maxの時に100%となるが、図2に示すようなVf*,limitで制限されたVf**が入力された場合は、オン幅はVp,limitに制限され、それ以上のオン幅とならない。
Vf * , limit = If * , max × (Rf / V s ) × Vf * , max (1)
The
本実施形態は以上のように構成されているので、ブラシレス同期発電機1の界磁巻線に流れる最大電流が、最大界磁電流値設定器17にて設定したIf*,max以上にならないように制限されるため、自動電圧調整器を、想定しているよりも界磁巻線抵抗が小さい発電機や想定しているよりも高い電圧の直流電源と組み合わせる場合でも、チョッパ装置7のスイッチング素子13に許容電流がIf*,max以下のものを採用することができ、安価で小型の部品で自動電圧調整器を構成することが可能になる。
Since the present embodiment is configured as described above, the maximum current flowing in the field winding of the brushless synchronous generator 1 does not exceed If * , max set by the maximum field current
図4は、本発明の第2の実施形態である同期発電機の自動電圧調整器の回路構成図である。
図に示すように、本実施形態が図1の第1の実施形態の同期発電機の自動電圧調整器と相違する構成は、発電機の界磁抵抗値設定器15の代わりに発電機の界磁電圧検出器20と発電機の界磁電流検出器21と界磁抵抗演算器22を備えている点であり、その他の構成機器は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of an automatic voltage regulator for a synchronous generator according to a second embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the configuration in which the present embodiment is different from the automatic voltage regulator of the synchronous generator of the first embodiment of FIG. 1 is that the field of the generator is used instead of the field
ここで、電圧指令信号発生器9と減算器10と演算増幅器11とパルス発生器12と直流電源の出力電圧値設定器16と最大界磁電流値設定器17と最大制御信号演算器18と制限器19と界磁抵抗演算器22は、例えば、マイクロコンピュータとソフトウェアによって実現可能である。
Here, the voltage command signal generator 9, the
次に、本実施例の主要な構成機器の作用について説明する。
ここで、ブラシレス同期発電機1、遮断機2、負荷3、直流電源5、還流ダイオード6、チョッパ装置7、電圧検出器8、電圧指令信号発生器9、減算器10、演算増幅器11、ドライブ回路14、スイッチング素子13、直流電源の出力電圧値設定器16、最大界磁電流値設定器17と最大制御信号演算器18の作用は、図1の第1実施形態の同期発電機の自動電圧調整器におけるそれらと同じ作用をするため、その説明は省略する。
Next, the operation of the main components of the present embodiment will be described.
Here, the brushless synchronous generator 1, the
発電機の界磁電圧検出器20は発電機の界磁電圧を検出し、それに相当する信号Vfdを出力する。発電機の界磁電流検出器21は発電機の界磁電流を検出し、それに相当する信号Ifdを出力する。界磁抵抗演算器22は、前記信号VfdとIfdより(Vfd/Ifd)の演算を行い、その演算結果を信号Rfとして最大制御信号演算器18へ出力する。
The generator
本実施形態は以上のように構成されているので、ブラシレス同期発電機1の界磁抵抗を予め設定せずとも自動で界磁抵抗を検出することができ、前記図1の第1実施形態と同じ効果が得られ、かつ自動電圧調整器の設定作業を省力化することも可能となる。 Since the present embodiment is configured as described above, it is possible to automatically detect the field resistance without setting the field resistance of the brushless synchronous generator 1 in advance, and the first embodiment of FIG. The same effect can be obtained, and the setting work of the automatic voltage regulator can be saved.
図5は、本発明の第3の実施形態である同期発電機の自動電圧調整器の回路構成図である。
図5に示すように、本実施形態が図4の第2の実施形態の同期発電機の自動電圧調整器と相違する構成は、直流電源の出力電圧値設定器16の代わりに直流電源の電圧検出器23を備えている点であり、その他の構成機器は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して、その説明は省略する。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of an automatic voltage regulator for a synchronous generator according to a third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, the present embodiment is different from the automatic voltage regulator of the synchronous generator of the second embodiment of FIG. 4 in that the voltage of the DC power supply is used instead of the output
ここで、電圧指令信号発生器9と減算器10と演算増幅器11とパルス発生器12と最大界磁電流値設定器17と最大制御信号演算器18と制限器19と界磁抵抗演算器22は、例えば、マイクロコンピュータとソフトウェアによって実現される。
Here, the voltage command signal generator 9, the
次に、本実施形態の主要な構成機器の作用について説明する。
ブラシレス同期発電機1、遮断機2、負荷3、直流電源5、還流ダイオード6、チョッパ装置7、電圧検出器8、電圧指令信号発生器9、減算器10、演算増幅器11、ドライブ回路14、スイッチング素子13、最大界磁電流値設定器17、最大制御信号演算器18、界磁電圧検出器20、界磁電流検出器21、界磁抵抗演算器22の作用は、すでに説明した一実施例(請求項2対応)の自動電圧調整器におけるそれらと同じ作用をするため、重複説明は省略する。直流電源の電圧検出器23は、直流電源5の電圧を検出し、それに相当する信号をVsとして最大制御信号演算器18へ出力する。
Next, the operation of the main components of the present embodiment will be described.
Brushless synchronous generator 1,
本実施形態は以上のように構成されているので、直流電源5の電圧値を予め設定せずとも自動で電圧を検出ることができ、前記図4の第2の実施形態と同じ効果が得られると同時に、自動電圧調整器の設定作業を省力化することを可能にする。
Since the present embodiment is configured as described above, the voltage can be automatically detected without setting the voltage value of the
1…ブラシレス同期発電機、2…遮断機、3…負荷、4…自動電圧調整器、5…直流電源、6…還流ダイオード、7…チョッパ装置、8…電圧検出器、9…電圧指令信号発生器、10…減算器、11…演算増幅器、12…パルス発生器、13…スイッチング素子、14…ドライブ回路、15…界磁抵抗値設定器、16…直流電源の出力電圧値設定器、17…最大界磁電流値設定器、18…最大制御信号演算器、19…制限器、20…界磁電圧検出器、21…界磁電流検出器、22…界磁抵抗演算器、23…直流電源の電圧検出器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Brushless synchronous generator, 2 ... Circuit breaker, 3 ... Load, 4 ... Automatic voltage regulator, 5 ... DC power supply, 6 ... Freewheeling diode, 7 ... Chopper device, 8 ... Voltage detector, 9 ... Voltage
Claims (3)
3. The automatic voltage regulator for a synchronous generator according to claim 1, further comprising a voltage detector for the DC power supply instead of the output voltage value setter for the DC power supply. vessel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004116681A JP2005304181A (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Automatic voltage regulator of synchronous generator |
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JP2004116681A JP2005304181A (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Automatic voltage regulator of synchronous generator |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011024276A (en) * | 2009-07-13 | 2011-02-03 | Mitsubishi Electric Corp | Controller for winding field type synchronous machine |
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2004
- 2004-04-12 JP JP2004116681A patent/JP2005304181A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011024276A (en) * | 2009-07-13 | 2011-02-03 | Mitsubishi Electric Corp | Controller for winding field type synchronous machine |
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