JP2007097272A - 分散電源用発電装置の主回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の交流出力を個別の整流器により整流する分散電源用発電装置において、前記複数の巻線の中で高い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にコンデンサを接続して、該コンデンサと前記永久磁石型発電機との直列インピーダンスが前記永久磁石型発電機の定格回転数範囲内において容量性となるようにすることを特徴とする分散電源用発電装置の主回路である。
【選択図】 図1
Description
図13において、1は風車、2は先願技術の分散電源用発電装置、3は永久磁石型発電機、4、5は第1および第2のリアクトル、7、8は第1および第2の整流器、11は正側出力端子、12は負側出力端子、13はバッテリである。
図13においては、永久磁石型発電機3は、2種類の巻数を有し、3相の場合を示している。
巻数が多い第2の巻線の交流出力端子W2は、第2のリアクトル5に接続され、さらに第2の整流器8に接続される。
上記第1、第2の整流器7、8の各々の直流側は、正側出力端子11及び負側出力端子12に並列接続され、各巻線の合計出力がバッテリ13に充電される。
図12は、風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。
風車は、風車の形状及び風速Uが決まると、風車回転数Nに対する風車出力Pが一義的に定まり、例えば風速Ux及びUyに対する風車出力Pは、それぞれ図12のように示される。そして、種々の風速に対する風車出力Pのピークは、図12に示す最大出力曲線Ptのようになる。
すなわち、図12の風車回転数対風車出力特性において、風速がUxの時は、風速Uxの風車出力曲線と最大出力曲線との交点Sxに示すように、風車回転数Nxにおいて、風車最大出力Pxとなる。
又、風速がUyの時は、風車回転数Nyにおいて、風速Uyでの風車最大出力Pyとなる。
しかし、風車回転数Nが上昇して、N2付近になると、第2の巻線に電流が流れ始め、風車回転数Nの上昇と共に電流が上昇し、第2の巻線による出力はP2のようになる。
この時、風車回転数Nが上昇して誘起電圧が上昇しても、バッテッリ電圧は、ほぼ一定であるが、第2の巻線のインダクタンスおよび第2のリアクトル5によるインピーダンスが周波数に比例するために、出力P2は漸増するに留まる。
第1の巻線については、さらに回転数Nが上昇することにより出力が取れ始めるが、第1の巻線の内部インダクタンスおよび第1のリアクトル4が小さいために大きな出力が取れる。
永久磁石型発電機3内の第1、第2の巻線の出力P1、P2を加算して得られる合計出力は近似出力曲線Psとなる。
特に、巻数が多い第2の巻線は流れる電流は少ないが、巻数が多いために遅相分電流と巻数の積に比例する減磁作用の影響が大きくなり、巻数が少ない第1の巻線が大きな交流出力を出せない。
この減磁作用を軽減させるためには、例えば、永久磁石型発電機3内の永久磁石の磁束方向の厚みを増加させなければならない。
同図において、10はコンデンサであり、図13と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図1について、本発明における原理を説明した図5および図6を参照しつつ説明する。
第1の整流器7および第2の整流器8の出力は、並列に接続され、その合計直流出力がバッテリ13に充電される。
このように設計することにより、第2の巻線には、バッテリ13への有効分電流と容量性インピーダンスによる進相分電流がベクトル的に加算された交流電流が流れる。
しかし、風車回転数Nが上昇して、N2付近になると、電流が流れ始めて、第2の巻線の出力はP2となる。
風車回転数Nの増加、すなわち永久磁石型発電機3の周波数増加により、第2の巻線の内部インダクタンスとコンデンサ10の直列インピーダンスが減少するために、誘起電圧の上昇と相まって第2の巻線による交流出力電流は周波数に反比例して増加する。
回転数Nが上昇することにより、内部インダクタンス等が小さい第1の巻線は、大きな出力が取れ始める。
ここで、第2の巻線が進相分電流を流しているために、第1の巻線の内部誘起電圧が増加する。しかし、第1の巻線自身の遅相分電流による減磁作用により、第2の巻線の進相分電流による増磁作用は、第1の巻線電流の増加とともに抑制される。
従って、第1、第2の巻線の出力P1、P2を加算して得られる合計出力は、図10の従来の近似出力曲線Psよりも大きくなり、図5に示す近似出力曲線Psの如き出力が取れ、最大出力曲線Ptに類似した出力が取れる。
図2は、永久磁石型発電機3内の巻線の種類が3種類で、巻数の1番多い巻線に本発明を適用した時の、分散電源用発電装置の主回路を示す図である。
同図において、9は第3の整流器であり、図13および図1と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図2について説明する。
第1〜第3の整流器7〜整流器9の出力は、並列に接続され、その合計直流出力がバッテリ13に充電される。
このように設計することにより、風車回転数Nが上昇して、第3の巻線の誘起電圧がバッテリ電圧Vb大きくなると、第3の巻線には、バッテリ13への有効分電流と容量性インピーダンスによる進相分電流がベクトル的に加算された交流電流が流れる。
また、第3の巻線が進相分電流を含んでいるために、永久磁石型発電機3のギャップ磁束を増磁させる方向であり、第3の巻線に電流が流れると、第1〜第3の巻線の内部誘起電圧が増加する。
しかし第1および第2の巻線の遅相分電流による減磁作用により、第3の巻線の進相分電流による増磁作用は、第1および第2の巻線電流の増加とともに抑制される。
これら第1〜第3の巻線の出力P1〜P3を加算して得られる合計出力は、永久磁石型発電機3が3種類の巻線を持つために、図5に示す2巻線の場合の近似出力曲線Psよりも、より最大出力曲線Ptに近似する出力が取れる。
図3は、永久磁石型発電機3内の巻線の種類が3種類の場合であり、さらに巻数が2番目に多い巻線の交流出力端子にコンデンサを接続した場合に、本発明を適用した時の分散電源用発電装置の主回路を示す図である。
同図において、6は第3のリアクトルであり、図2と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図3について説明する。
次に巻数の多い第2の巻線の交流出力端子W2には、直列にコンデンサ10が接続され、さらに第2の整流器8が接続される。
巻数の一番少ない第1の巻線の交流出力端子W1には、直列に第1のリアクトル4が接続され、さらに第1の整流器7が接続される。
第1〜第3の整流器7〜整流器9の出力は、並列に接続され、その合計直流出力がバッテリ13に充電される。
このように設計することにより、風車回転数が上昇して、第2の巻線の誘起電圧がバッテリ電圧Vb大きくなると、第2の巻線には進相分電流が流れる。
これら第1〜第3の巻線の出力P1〜P3を加算して得られる合計出力は、永久磁石型発電機3が3種類の巻線を持つために、図5に示す近似出力曲線Psよりも、より最大出力曲線Ptに近似する出力が取れる。
しかし第1および第3の巻線の遅相分電流による減磁作用により、第2の巻線の進相分電流による増磁作用は、第1および第3の巻線電流の増加とともに抑制される。
図4は、永久磁石型発電機3内の巻線の種類が1種類の場合に、本発明を適用した時の分散電源用発電装置の主回路を示す図である。
同図において、図1と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図4について説明する。
ここで、第1の巻線の内部インダクタンスとコンデンサ10の直列インピーダンスが、前記永久磁石型発電機3の定格回転数範囲内において容量性インピーダンスとなるように、前記永久磁石型発電機3内の巻線の内部インダクタンスに基づきコンデンサ10を設計する。
従って、第1の巻線に電流が流れ始めると、進相分電流により、第1の巻線の内部誘起電圧が増加する。
この第1の巻線の出力P1は、最大出力曲線Ptに近似していないが、永久磁石型発電機3のギャップ磁束が増磁するために、従来の整流器のみが接続される分散電源用発電装置の主回路よりも簡便な方法で、最大出力曲線Ptに近似する出力が取りだせる。
しかし、巻数が1番少ない巻線に、コンデンサ10を接続することは、流れる電流が多いので永久磁石型発電機3およびコンデンサ10の重量が増えて得策ではない。
また、上記の説明では、3相で説明してきたが、単相および他の相数でも適用可能である。
さらに、図1〜図3の実施例では、第1の巻線の交流出力端子W1に第1のリアクトル4を接続すると説明してきたが、必要な第1のリアクトル4のインダクタンス値が小さくなるように永久磁石型発電機3を設計して、第1のリアクトルを削除することが可能である。
2 分散電源用発電装置
3 永久磁石型発電機
4,5、6 第1、第2、第3のリアクトル
7、8、9 第1、第2、第3の整流器
10 コンデンサ
11 正側出力端子
12 負側出力端子
13 バッテリ
Claims (5)
- 風車又は水車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の交流出力を、個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を並列に加算して外部に出力する分散電源用発電装置の主回路において、前記複数の巻線の中で低い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にリアクトルを接続し、前記複数の巻線の中で高い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にコンデンサを接続し、前記複数の巻線の中で高い誘起電圧実効値を発生する巻線の内部インダクタンスによる誘導性インピーダンスと前記コンデンサによる容量性インピーダンスとの和が、前記永久磁石型発電機の定格回転数範囲内において容量性インピーダンスとなるようにすることを特徴とする分散電源用発電装置の主回路。
- 前記請求項1記載の分散電源用発電装置の主回路において、前記複数の巻線を2種類とすることを特徴とする分散電源用発電装置の主回路。
- 前記請求項1記載の分散電源用発電装置の主回路において、前記複数の巻線を3種類とし、前記3種類の巻線の中で一番低い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にリアクトルを接続し、前記3種類の巻線の中で2番目に低い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にリアクトルを接続し、前記複数の巻線の中で一番高い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にコンデンサを接続し、前記複数の巻線の中で高い誘起電圧実効値を発生する巻線の内部インダクタンスによる誘導性インピーダンスと前記コンデンサによる容量性インピーダンスとの和が、前記永久磁石型発電機の定格回転数範囲内において容量性インピーダンスとなるようにすることを特徴とする分散電源用発電装置の主回路。
- 前記請求項1記載の分散電源用発電装置の主回路において、前記複数の巻線を3種類とし、前記3種類の巻線の中で一番低い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にリアクトルを接続し、前記3種類の巻線の中で2番目に低い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にコンデンサを接続し、前記3種類の巻線の中で一番高い誘起電圧実効値を発生する巻線の交流出力端子と前記個別の整流器との間に直列にリアクトルを接続し、前記3種類の巻線の中で2番目に低い誘起電圧実効値を発生する巻線の内部インダクタンスによる誘導性インピーダンスと前記コンデンサによる容量性インピーダンスとの和が、前記永久磁石型発電機の定格回転数範囲内において容量性インピーダンスとなるようにすることを特徴とすることを特徴とする分散電源用発電装置の主回路。
- 風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機の交流出力を個別の整流器により整流して外部に出力する分散電源用発電装置の主回路において、前記永久磁石型発電機の交流出力端子と前記整流器との間に直列にコンデンサを接続し、前記永久磁石型発電機の内部インダクタンスによる誘導性インピーダンスと前記コンデンサによる容量性インピーダンスとの和が、前記永久磁石型発電機の定格回転数範囲内において容量性インピーダンスとなるようにすることを特徴とする分散電源用発電装置の主回路。
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