JP2008202443A - Engine generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンにより駆動されて発電を行うエンジン発電機に関するものである。 The present invention relates to an engine generator that generates power by being driven by an engine such as a diesel engine.
エンジン発電機は、工事現場等の移動電源として広く使用されている。それらのエンジン発電機では、エンジンガバナを設けて燃料噴射量を調整することにより、エンジン回転数を一定に制御しながら、自動電圧調整器により発電機の界磁電流を調整することにより、負荷が変動しても常に一定周波数で一定電圧の交流電力が出力されるようにしている。 Engine generators are widely used as mobile power sources for construction sites and the like. In these engine generators, by adjusting the fuel injection amount by providing an engine governor, the load is reduced by adjusting the field current of the generator with an automatic voltage regulator while keeping the engine speed constant. Even if it fluctuates, AC power with a constant voltage is always output at a constant frequency.
そのようなエンジン発電機に大型モータ等の重負荷が投入されると、エンジン回転数は、瞬間的に大きく低下する。そのとき、エンジンガバナは回転を回復させるため燃料噴射量を大幅に増加させ、結果的に、エンジンは大量の黒煙を吐き出すことになる。特に、最近の傾向として、過給器付きあるいはアフタークーラー付きのディーゼルエンジンが増えているが、そのようなディーゼルエンジンでは、給気圧力の追従遅れによりエンジン回転数の回復が遅れ、その分だけ黒煙を長い時間吐き続けることになってしまう。さらに、発電機の小型・軽量化に伴い慣性モーメントが小さくなって、重負荷投入時のエンジンの回転数降下が大きくなり黒煙発生の問題をより大きくしている。 When a heavy load such as a large motor is applied to such an engine generator, the engine speed is greatly reduced instantaneously. At that time, the engine governor greatly increases the fuel injection amount to restore rotation, and as a result, the engine emits a large amount of black smoke. In particular, as a recent trend, the number of diesel engines with a supercharger or aftercooler is increasing. However, in such a diesel engine, recovery of the engine speed is delayed due to a delay in tracking of the supply air pressure, and the amount of black increases accordingly. You will continue to smoke for a long time. Furthermore, as the generator becomes smaller and lighter, the moment of inertia is reduced, and the engine speed drop when the heavy load is applied is increased, increasing the problem of black smoke generation.
近年、環境問題がクローズアップされている中、エンジン発電機を特に住宅地等で運転する場合には、この黒煙が大きな問題となっている。また、重負荷投入によりエンジン回転数が低下し、その状態が長く続くと発電機に接続されている負荷に悪影響を及ぼすことも問題になる。 In recent years, when the environmental problems have been highlighted, this black smoke has become a big problem when the engine generator is operated particularly in a residential area. Moreover, if the engine speed decreases due to heavy load input and the state continues for a long time, it also has a problem of adversely affecting the load connected to the generator.
従来、そのような、重負荷投入によるエンジン回転数低下に対処するため、例えば特許文献1に示されるように、発電機の負荷増加率が予め設定した増加率よりも大きくなった場合に負荷増加信号を出力し、その負荷増加信号により予め設定した時間だけ電圧降下信号を出力して、発電機の励磁電流を予め設定した割合だけ減少させるという技術が提案されている。
Conventionally, in order to cope with such a decrease in engine speed due to heavy load input, as shown in
図7は、そのエンジン発電機の概略回路図である。ディーゼル発電機は、固定子側に設けた主電機子巻線1,励磁機界磁巻線5,自動電圧調整器6と、回転子側に設けた主界磁巻線2,回転整流器3,励磁機電機子巻線4とを備える。自動電圧調整器6の入力端子は、主電機子巻線1からの出力線に接続され、また出力端子は励磁機界磁巻線5に接続され、発電機の出力電圧に応じて励磁電流を制御することで出力電圧を設定電圧に保持する。
FIG. 7 is a schematic circuit diagram of the engine generator. The diesel generator includes a main armature winding 1, an exciter field winding 5, an
その発電機からの出力線に一対の計器用変流器12,13が接続されている。この変流器12,13の出力電流は電流変化検出回路14に入力される。電流変化検出回路14は、発電機出力電流の単位時間当たりの増加率が、予め設定した増加率よりも大きい場合に、一定時間だけ電圧降下信号を出力する。自動電圧調整器6はそれを受けて、励磁機界磁巻線5の電流を一定割合だけ減少させる。それにより、励磁機電機子巻線4の出力が低下し、主界磁巻線2に流れる電流が一定割合だけ減少する。その結果、その発電機の出力電圧が降下し、降下電圧の2乗に比例してエンジンの負荷が軽減される。
A pair of instrument
このようにすれば、重負荷投入等により負荷が急激に増大した場合に、瞬間的にエンジンの負荷を低減することで、エンジンの回転数低下率を低減し許容範囲内とすることができる。 In this way, when the load suddenly increases due to heavy load input or the like, the engine load is instantaneously reduced, so that the engine speed reduction rate can be reduced to be within the allowable range.
また、特許文献2に示されるように、発電機に印加される負荷の程度を、出力電流の変化で判断する代わりに、エンジン回転数の変化によって判断するようにした技術も提案されている。その場合、パルスジェネレータでエンジン回転数を検出し、エンジンの負荷が大きくなってエンジン回転数が定格値から一定以上低下したとき、演算装置により構成されるエンジンコントローラに信号を送って、出力接点を操作し、自動電圧調整器の出力電圧を制御して、発電機の出力電圧を降下させる。
Further, as shown in
このようにしても、重負荷投入等により負荷が急激に増大した場合に、瞬間的にエンジンの負荷を低減することで、エンジンの回転数低下率を低減し許容範囲内とすることができる。
しかしながら、上記特許文献1に示されるようなエンジン発電機には、複数の計器用変流器,電流変化検出回路等、多数の装置が必要であり、装置が複雑になって大型化し、コスト高になるという問題点があった。また、負荷電流増加率の設定,電圧降下信号を出力する時間の設定,励磁電流減少割合の設定などを手動で設定しなければならず、負荷の種類によってどのように設定するのか経験と勘が必要になって煩わしいという問題点もあった。
However, the engine generator as shown in
また、上記特許文献2に示されるようなエンジン発電機には、エンジンコントローラ,パルスジェネレータなど、複雑で高価な部品を多数使用するため、小容量の小型発電機にこの技術を適用した場合には発電機本体価格を上回るほどのコストアップになるという問題点があった。
In addition, since the engine generator as shown in
本発明は、そのような問題点に鑑み、極めて簡単な装置を追加するだけで、重負荷投入時に、負荷を低減してエンジン回転数が低下するのを抑制するとともに、エンジンから黒煙が発生するのを抑制することを目的とするものである。 In view of such a problem, the present invention reduces the load by reducing the load and reducing the engine speed when a heavy load is applied only by adding a very simple device, and generates black smoke from the engine. The purpose is to suppress this.
前記課題を解決するため、本願の請求項1にかかる発明は、発電機界磁巻線への励磁電源を3線以上の接続線を介して供給するようにしたエンジン発電機において、前記接続線の内の1線をオンオフする切替スイッチを設けたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
また、本願の請求項2にかかる発明は、発電機電機子巻線を巻装した鉄心に3個の励磁巻線を巻装し、該励磁巻線を一端を開放した3角結線状に直列接続し、その3角結線の開放端から取り出した零相電流と前記各励磁巻線から得られる相電流とを合成して得た直流電流に基づいて界磁巻線を励磁するようにしたエンジン発電機において、前記3角結線の開放端または各励磁巻線同士の接続部から引き出した接続線中に切替スイッチを設けたことを特徴とする。
In the invention according to
また、本願の請求項3にかかる発明は、発電機界磁巻線と、3相構成の発電機電機子巻線と、基本波を主体とする出力を生じるような巻線ピッチを有し、前記発電機電機子巻線の内の1相の巻線出力に対して電気角でほぼ90度の位相差を持つ出力を生じるように、前記発電機電機子巻線の上記1相の巻線に設けられた第1励磁巻線と、前記基本波の第3高調波を主体とする出力を生じるような巻線ピッチを有し、前記1相の巻線出力に対して電気角でほぼ90度の位相差を持つ出力を生じるように、前記第1励磁巻線に対応して設けられた第2励磁巻線と、前記第1励磁巻線の基本波出力と前記第2励磁巻線の第3調波出力との合成整流出力を形成し、該合成整流出力に基づいて前記発電機界磁巻線を励磁する励磁手段とを備えたエンジン発電機において、前記第1励磁巻線の出力を引き出す接続線または第2励磁巻線の出力を引き出す接続線中に切替スイッチを設けたことを特徴とする。
The invention according to
本発明のエンジン発電機は、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項1にかかる発明においては、発電機界磁巻線への励磁電源を供給する3線以上の接続線の内の1線をオンオフする切替スイッチを設けた。その結果、切替スイッチという極めて簡単な装置を1個追加し、必要に応じてその切替スイッチをオフにするだけで、重負荷投入時に、負荷を低減してエンジン回転数が低下するのを抑制するとともに、エンジンから黒煙が発生するのを抑制することができる。
The engine generator of the present invention has the following effects.
In other words, the invention according to
また、請求項2にかかる発明においては、3個の励磁巻線を、一端を開放して3角結線した開放端から取り出した零相電流と各励磁巻線から得られる相電流とを合成して得た直流電流に基づいて界磁巻線を励磁するようにしたエンジン発電機において、前記3角結線の開放端または各励磁巻線同士の接続部から引き出した接続線中に切替スイッチを設けた。その結果、3角結線の開放端から取り出した零相電流と前記各励磁巻線から得られる相電流とを合成して得られる、大きな出力であって、負荷電流の影響をあまり受けない励磁出力により、安定した運転ができるエンジン発電機において、切替スイッチという極めて簡単な装置を1個追加し、必要に応じてその切替スイッチをオフにするだけで、重負荷投入時に、負荷を低減してエンジン回転数が低下するのを抑制するとともに、エンジンから黒煙が発生するのを抑制することができる。
In the invention according to
また、請求項3にかかる発明においては、請求項1にかかるエンジン発電機であって、第1励磁巻線の基本波出力と第2励磁巻線の第3調波出力との合成整流出力を形成し、該合成整流出力に基づいて発電機界磁巻線を励磁する励磁手段とを備えたエンジン発電機において、第1励磁巻線の出力を引き出す接続線または第2励磁巻線の出力を引き出す接続線中に切替スイッチを設けた。その結果、大きな出力が得られる基本波成分と負荷電流の影響をあまり受けない第3高調波成分とを合成して励磁出力を形成することにより安定した運転ができるエンジン発電機において、切替スイッチという極めて簡単な装置を1個追加し、必要に応じてその切替スイッチをオフにするだけで、重負荷投入時に、負荷を低減してエンジン回転数が低下するのを抑制するとともに、エンジンから黒煙が発生するのを抑制することができる。
The invention according to
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例に係るエンジン発電機の概略回路図である。ディーゼル発電機は、固定子側に設けた主電機子巻線1,励磁機界磁巻線5,自動電圧調整器6と、回転子側に設けた主界磁巻線2,回転整流器3,励磁機電機子巻線4とを備えている。主電機子巻線1を巻装した固定子鉄心には、励磁巻線8,8,8も巻装されており、それら励磁巻線8,8,8は、3角結線の一端を開放した形で直列接続されている。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of an engine generator according to a first embodiment of the present invention. The diesel generator includes a main armature winding 1, an exciter field winding 5, an
この一端開放3角結線における各励磁巻線8,8,8の開放端A,B及び相互接続点C,Dから4つの端子を取り出して、自動電圧調整器6に、励磁機界磁巻線5に流す電流の電源として接続する。その結果、自動電圧調整器6に、各励磁巻線8,8,8からは基本波成分の電流、開放端A,Bからは零相電流が与えられる。
Four terminals are taken out from the open ends A and B and the interconnection points C and D of the respective excitation windings 8, 8, 8 in this one-end open triangular connection, and the
自動電圧調整器6の出力監視用端子は、主電機子巻線1からの出力線に接続され、また自動電圧調整器6の出力端子は励磁機界磁巻線5に接続され、発電機の出力電圧に応じて励磁電流を制御することで出力電圧を設定電圧に保持する。
The output monitoring terminal of the
図2は、第1実施例の無負荷励磁特性を示す図である。図2に示すように、基本波成分のみによる励磁特性は、界磁電流を増加するにしたがって徐々に上昇し、やがて飽和する。それに対して零相成分のみによる励磁特性は、界磁電流を増加するにしたがって最初は増加していくが最高点を過ぎると下降に転じる。この無負荷励磁特性中、横軸のX−Y間の範囲では、基本波成分は上昇特性、零相成分は下降特性を示す。設計に当たっては、Y点は当該発電機に定格負荷を印加した際の界磁電流値とし、X点は当該発電機が無負荷状態のときの界磁電流値とする。 FIG. 2 is a diagram showing the no-load excitation characteristic of the first embodiment. As shown in FIG. 2, the excitation characteristics based only on the fundamental wave component gradually increase as the field current increases, and eventually become saturated. On the other hand, the excitation characteristic based only on the zero-phase component initially increases as the field current increases, but starts to decrease when the maximum point is exceeded. In this no-load excitation characteristic, in the range between X and Y on the horizontal axis, the fundamental wave component shows the rising characteristic and the zero phase component shows the falling characteristic. In designing, the Y point is a field current value when a rated load is applied to the generator, and the X point is a field current value when the generator is in a no-load state.
図3は、第1実施例の出力特性を示す図である。基本波成分のみによる励磁時には、負荷電流が増加するに従って上昇し、零相成分のみによる励磁時には、負荷電流が増加するに従って降下する。そして、基本波成分と零相成分とを合成した電流により励磁を行うと、図3において合成特性として示すように、負荷電流の変化に対してほぼ定電圧励磁特性となる。 FIG. 3 is a diagram showing output characteristics of the first embodiment. During excitation using only the fundamental wave component, the load current increases as the load current increases, and during excitation using only the zero-phase component, the load current decreases as the load current increases. Then, when excitation is performed with a current obtained by combining the fundamental wave component and the zero-phase component, a constant voltage excitation characteristic is obtained with respect to a change in load current, as shown as a combined characteristic in FIG.
そのような発電機において、4つの端子A,B,C,Dを取り出す回路の内の1回路、例えば、一方の開放端Aと自動電圧調整器6との間に切替スイッチ7を設けている。通常は切替スイッチ7をオンにしておく。その結果、上記したような定電圧励磁特性により安定した運転ができるとともに、負荷電流が定格を超えて増加したときにも、出力電圧を維持しようとする。
In such a generator, a changeover switch 7 is provided between one circuit out of four circuits for taking out the four terminals A, B, C, and D, for example, between one open end A and the
一方、住宅地内等で大型モータのような重負荷を使用する場合は、切替スイッチ7をオフにする。その時、励磁電源は、3相の基本波成分の内の1相分と零相分が欠けた状態になるため、通常時の2/3以下の容量になる。その結果、重負荷投入時には、励磁電源不足の状態となり、発電機の出力電圧が低下して、負荷の入力電力が低下するため、起動時間が長くなるが、エンジン回転数の落ち込みは少なくなって黒煙はあまり発生しなくなる。 On the other hand, when a heavy load such as a large motor is used in a residential area or the like, the changeover switch 7 is turned off. At that time, since the excitation power supply is in a state where one phase and zero phase of the three-phase fundamental wave components are missing, the capacity becomes 2/3 or less of the normal value. As a result, when the heavy load is turned on, the excitation power supply is insufficient, the output voltage of the generator is reduced, and the input power of the load is reduced, so the startup time is lengthened, but the drop in engine speed is reduced. Black smoke is not generated much.
図4は、本発明の第2実施例に係るエンジン発電機の概略回路図である。この実施例では、主電機子巻線1の内の1相、例えばU相の巻線に、U相の巻線出力に対して電気角で90度の位相差を持つ出力を生じるように第1励磁巻線9と第2励磁巻線10が設けられている。そして、第1励磁巻線9は、基本波成分を主体とする出力を生じるような巻線ピッチとし、第2励磁巻線10は、基本波の第3高調波を主体とする出力を生じるような巻線ピッチとしている。 FIG. 4 is a schematic circuit diagram of an engine generator according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a first phase of the main armature winding 1, for example, a U-phase winding, produces an output having a phase difference of 90 degrees in electrical angle with respect to the U-phase winding output. One excitation winding 9 and second excitation winding 10 are provided. The first exciting winding 9 has a winding pitch that produces an output mainly composed of the fundamental component, and the second exciting winding 10 produces an output mainly composed of the third harmonic of the fundamental wave. Winding pitch.
第1励磁巻線9と第2励磁巻線10の出力は、自動電圧調整器6に入力され、励磁電源として両者が合成されて励磁機界磁巻線5に出力される。第1励磁巻線9に生じる基本波成分は高調波成分に比べて大きな出力が得られるが負荷電流の影響を受ける。それに対して第2励磁巻線10に生じる第3高調波成分は、負荷電流の影響をあまり受けない。したがって、第1励磁巻線9の出力と第2励磁巻線10の出力を合成すると、大きな出力であって、負荷電流の影響をあまり受けない励磁出力を形成することができる。
The outputs of the first excitation winding 9 and the second excitation winding 10 are input to the
そのような発電機において、第1励磁巻線9と第2励磁巻線10の出力回路の内の1回路、例えば、第2励磁巻線10と自動電圧調整器6との間に切替スイッチ7を設けている。通常は切替スイッチ7をオンにしておく。その結果、上記したように、大きな出力で、負荷電流の影響をあまり受けない励磁出力により安定した運転ができるとともに、負荷電流が定格を超えて増加したときにも、出力電圧を維持しようとする。
In such a generator, one of the output circuits of the first excitation winding 9 and the second excitation winding 10, for example, the changeover switch 7 between the second excitation winding 10 and the
一方、住宅地内等で大型モータのような重負荷を使用する場合は、切替スイッチ7をオフにする。その時、励磁電源は、第1励磁巻線9と第2励磁巻線10の出力の内、第2励磁巻線10の出力が欠けた状態になるため、通常時の1/2に近い容量になる。その結果、重負荷投入時には、励磁電源不足の状態となり、発電機の出力電圧が低下して、負荷の入力電力が低下するため、起動時間が長くなるが、エンジン回転数の落ち込みは少なくなって黒煙はあまり発生しなくなる。 On the other hand, when a heavy load such as a large motor is used in a residential area or the like, the changeover switch 7 is turned off. At that time, the excitation power source is in a state in which the output of the second excitation winding 10 is missing among the outputs of the first excitation winding 9 and the second excitation winding 10, so the capacity is close to ½ of the normal value. Become. As a result, when the heavy load is turned on, the excitation power supply is insufficient, the output voltage of the generator is reduced, and the input power of the load is reduced, so the startup time is lengthened, but the drop in engine speed is reduced. Black smoke is not generated much.
図5は、本発明の第3実施例に係るエンジン発電機の概略回路図である。この実施例は、励磁電源として、永久磁石発電機11を用いたものであり、その永久磁石発電機11は、主界磁巻線2,回転整流器3,励磁機電機子巻線4を設けた回転子と同軸上に永久磁石を設け、その対向位置に3相巻線を設けて、その出力を、励磁機界磁巻線5に流す電流の電源として自動電圧調整器6に入力している。永久磁石発電機11の出力は、回転子の回転速度が一定であれば常に一定である。
FIG. 5 is a schematic circuit diagram of an engine generator according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a permanent magnet generator 11 is used as an excitation power source, and the permanent magnet generator 11 is provided with a main field winding 2, a
そのような発電機において、永久磁石発電機11の出力回路の内の1回路に切替スイッチ7を設けている。通常は切替スイッチ7をオンにしておく。その結果、負荷電流が変化しても、負荷電流の影響を受けない励磁出力により安定した運転ができる。 In such a generator, the selector switch 7 is provided in one of the output circuits of the permanent magnet generator 11. Normally, the changeover switch 7 is turned on. As a result, even if the load current changes, stable operation can be performed by the excitation output that is not affected by the load current.
一方、住宅地内等で大型モータのような重負荷を使用する場合は、切替スイッチ7をオフにする。その時、励磁電源は、永久磁石発電機11の3相出力の内、1相が欠けた状態になるため、通常時の1/√3の容量になる。その結果、重負荷投入時には、励磁電源不足の状態となり、発電機の出力電圧が低下して、負荷の入力電力が低下するため、起動時間が長くなるが、エンジン回転数の落ち込みは少なくなって黒煙はあまり発生しなくなる。 On the other hand, when a heavy load such as a large motor is used in a residential area or the like, the changeover switch 7 is turned off. At that time, the excitation power source is in a state in which one of the three-phase outputs of the permanent magnet generator 11 is missing. As a result, when the heavy load is turned on, the excitation power supply is insufficient, the output voltage of the generator is reduced, and the input power of the load is reduced, so the startup time is lengthened, but the drop in engine speed is reduced. Black smoke is not generated much.
図6は、本発明の第4実施例に係るエンジン発電機の概略回路図である。この実施例は、励磁電源として、主電機子巻線1の出力を用いたものである。 FIG. 6 is a schematic circuit diagram of an engine generator according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the output of the main armature winding 1 is used as an excitation power source.
そのような発電機において、各相の主電機子巻線1から自動電圧調整器6に入力する回路の内の1回路に切替スイッチ7を設けている。通常は切替スイッチ7をオンにしておく。その結果、主電機子巻線1に大きな負荷が印加されても、安定した運転ができる。
In such a generator, the selector switch 7 is provided in one of the circuits that are input from the main armature winding 1 of each phase to the
一方、住宅地内等で大型モータのような重負荷を使用する場合は、切替スイッチ7をオフにする。その時、励磁電源は、主電機子巻線1の3相出力の内、1相が欠けた状態になるため、通常時の1/√3の容量になる。その結果、重負荷投入時には、励磁電源不足の状態となり、発電機の出力電圧が低下して、負荷の入力電力が低下するため、起動時間が長くなるが、エンジン回転数の落ち込みは少なくなって黒煙はあまり発生しなくなる。 On the other hand, when a heavy load such as a large motor is used in a residential area or the like, the changeover switch 7 is turned off. At that time, since the excitation power source is in a state in which one phase is missing in the three-phase output of the main armature winding 1, the capacity becomes 1 / √3 of the normal value. As a result, when the heavy load is turned on, the excitation power supply is insufficient, the output voltage of the generator is reduced, and the input power of the load is reduced, so the startup time is lengthened, but the drop in engine speed is reduced. Black smoke is not generated much.
なお、上記各実施例は、回転子側に設けた励磁機電機子巻線4の出力を回転整流器3で整流して、同じく回転子側に設けた主界磁巻線2へ直接供給するブラシレス励磁方式の発電機の場合で説明したが、本発明はそれに限定されず、回転子側に設けた主界磁巻線2へ固定子側からスリップリングを介して給電する方式の発電機にも適用できる。
In each of the above embodiments, the output of the exciter armature winding 4 provided on the rotor side is rectified by the
1…主電機子巻線
2…主界磁巻線
3…回転整流器
4…励磁機電機子巻線
5…励磁機界磁巻線
6…自動電圧調整器
7…切替スイッチ
8…励磁巻線
9…第1励磁巻線
10…第2励磁巻線
11…永久磁石発電機
12,13…計器用変流器
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