JP2011223732A

JP2011223732A - エンジン発電機の運転方法

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Publication number: JP2011223732A
Application number: JP2010089991A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Tanaka; 克明田中
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-11-04
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: JP5638829B2

Abstract

【課題】手動で遮断器を開閉するエンジン発電機からモータやポンプに電力供給する際の突入電流を低く抑えることができるエンジン発電機の運転方法を提供する。
【解決手段】遮断器を開放したときには、自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路を遮断して発電機の発電状態を停止するとともに、エンジンをアイドリング状態に切り替え、遮断器を投入したときには、エンジンを定格回転状態とし、自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路を投入するとともに、発電機初励磁時における自動電圧調整器からの発電機初励磁電力の不足分の電力を補助電源から供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン発電機の運転方法に関し、詳しくは、モータや、モータを使用したポンプのように、始動時に大きな突入電流が発生する負荷に電力を供給するエンジン発電機の運転方法に関する。

エンジンにより発電機を駆動して発電するエンジン発電機からモータやポンプのように、始動時に大きな突入電流が発生する機器に電力を供給する場合、突入電流に対応した発電容量を有する大型のエンジン発電機を使用する必要がある。このため、停電時に作動する自家発電装置において、商用電源が停電して自家発電装置から誘導電動機へ電力供給を開始する際に、エンジンを始動して発電機の運転を開始するとともに、発電機が運転を開始した直後に遮断器を投入する制御を自動的に行うことにより、誘導電動機の始動電流を定格電流以下に抑制しようとする提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１３２６４８号公報

しかし、自家発電装置では、商用電源から電力供給されている場合には、自家発電装置は一部の制御装置を除いて完全に停止状態となっているため、特許文献１に記載された制御方法を実施することが可能であるが、工事現場などで様々な負荷に電力供給を行うために用いられ、手動で遮断器を開閉する一般のエンジン発電機に適用することは極めて困難であった。また、長時間停止状態にあったエンジンに急激に大きな負荷が加わるため、エンジンの始動に失敗したり、負荷の変動によってエンジンが停止（エンスト）したりしてしまうおそれもある。

そこで本発明は、工事現場などで用いられ、手動で遮断器を開閉するエンジン発電機からモータやポンプに電力供給する際の突入電流を低く抑えることができ、発電容量の小さなエンジン発電機で突入電流の大きな負荷を起動させることができるエンジン発電機の運転方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のエンジン発電機の運転方法は、エンジンにより発電機を駆動して発電するとともに自動電圧調整器により発電機の出力電圧を調整し、遮断器を介して負荷に一定電圧の電力を供給するエンジン発電機の運転方法において、前記遮断器を開放したときには、前記自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路を遮断することにより前記発電機の発電状態を停止するとともに、前記エンジンをアイドリング状態に切り替え、前記遮断器を投入したときには、前記エンジンを定格回転状態とし、前記自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路を投入するとともに、発電機初励磁時における自動電圧調整器からの発電機初励磁電力の不足分の電力を補助電源から供給することを特徴としている。

さらに、本発明のエンジン発電機の運転方法は、前記自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路の投入をエンジンがアイドリング状態から定格回転状態になるまでの間に行うこと、前記補助電源がエンジン発電機に設けられている発電機制御電源用バッテリであること、前記遮断器を投入し、前記エンジンがアイドリング状態から定格回転状態に立ち上がるときに、前記発電機から出力される電圧があらかじめ設定された電圧に上昇したときに、前記補助電源からの電力の供給を遮断することを特徴としている。

本発明のエンジン発電機の運転方法によれば、負荷への電力供給の制御を、エンジンをアイドリング状態と定格回転状態とに切り替えるとともに、自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路を遮断と投入とに切り替えて行い、発電機初励磁時における自動電圧調整器からの発電機初励磁電力の不足分の電力を補助電源から供給することにより、安定した状態でエンジン及び発電機を作動させながら電力供給開始時の出力電圧を低くすることができ、負荷起動時の突入電流を低くすることができる。これにより、発電容量の小さなエンジン発電機で突入電流の大きな負荷を確実に始動させることができる。

本発明のエンジン発電機の運転方法の第１形態例を示す回路図である。本発明のエンジン発電機の運転方法における電力供給開始時の発電機電圧、発電機電流及びエンジン回転数の変化状態を示す説明図である。従来のエンジン発電機の運転方法における電力供給開始時の発電機電圧、発電機電流及びエンジン回転数の変化状態を示す説明図である。本発明のエンジン発電機の運転方法の第２形態例を示す回路図である。

本発明で使用するエンジン発電機は、一般のエンジン発電機と同様に、ディーゼルエンジンなどのエンジン（図示せず）で駆動される同期発電機（オルタネータ）１１と、該同期発電機１１から負荷に出力される電圧を自動的に調整する自動電圧調整器（ＡＶＲ）１２とを備えている。自動電圧調整器１２は、同期発電機１１からＡＶＲ電源回路１３に出力される電力を電源として作動するもので、ＡＶＲ電源回路１３の電圧を電圧検出回路１２ａに取り出して電圧設定器にあらかじめ設定された電圧（設定電圧）と比較し、この比較結果に基づいて変調器で同期発電機１１の界磁巻線１１ａを励磁する電流（界磁電流）を調整することにより、同期発電機１１から遮断器１４を介して負荷１５に出力する電圧が一定になるようにしている。

本形態例では、前記自動電圧調整器１２から前記界磁巻線１１ａを励磁するための励磁回路１６に、該励磁回路１６を開閉するための励磁スイッチ１７と、該励磁回路１６とバッテリ１８とを接続する初励磁補助電源回路１９とを設けている。前記励磁スイッチ１７は、エンジン制御器（ＥＣＵ）２０に定格回転制御信号を入力するエンジン回転切替回路２１に設けられたエンジン回転切替スイッチ２２と連動して制御リレー２３により開閉するように形成されている。

制御リレー２３は、前記遮断器１４の開閉に連動して開閉する遮断機補助接点２４の開閉によって作動するもので、遮断器１４に連動して遮断機補助接点２４が閉じたときに作動し、前記励磁スイッチ１７及び前記エンジン回転切替スイッチ２２を閉じ、励磁回路１６及びエンジン回転切替回路２１をそれぞれ通電状態とする。

さらに、初励磁補助電源回路１９には、逆通電を防止するための整流器（ダイオード）２５と、同期発電機１１からあらかじめ設定された電圧が出力されたときに作動する電圧リレー２６によって初励磁補助電源回路１９を遮断する補助電源スイッチ２７とが設けられている。

また、本形態例では、エンジン発電機を前記遮断器１４の開閉に連動して前記励磁スイッチ１７及び前記エンジン回転切替スイッチ２２を開閉制御する制御運転と、一般のエンジン発電機と同様の自動運転とを切り替えるための制御運転切替スイッチ２８が設けられており、この制御運転切替スイッチ２８に連動して開閉する補助接点回路開閉スイッチ２９と運転切替スイッチ３０ａ，３０ｂとが設けられるとともに、エンジン回転数を手動で切り替えるためのエンジン回転手動切替スイッチ３１が設けられている。

各スイッチが図１に示す状態になっているときに発電機運転スイッチ３２を投入してエンジンを始動すると、制御運転切替スイッチ２８がＯＮ（自動運転側）となっていることから補助接点回路開閉スイッチ２９はＯＦＦ、エンジン回転手動切替スイッチ３１が設けられている配線の運転切替スイッチ３０ａはＯＮ、運転切替スイッチ３０ｂはＯＦＦであり、突入電流が大きくない照明などに電力供給を行う際に使用する一般の自動運転状態となる。さらに、制御運転切替スイッチ２８がＯＮとなっているので、制御リレー２３が通電状態となり、制御リレー２３によって励磁スイッチ１７及びエンジン回転切替スイッチ２２がそれぞれＯＮとなる。また、エンジン回転手動切替スイッチ３１がＯＦＦとなっているのでエンジン制御器２０に定格回転制御信号が入力されず、エンジンはアイドリング状態となっている。さらに、同期発電機１１の回転数が上昇していないので発電電圧が低いため、電圧リレー２６が非作動状態で補助電源スイッチ２７はＯＮとなっている。

この状態でエンジン回転手動切替スイッチ３１を手動でＯＮにすると、エンジン制御器２０に定格回転制御信号が入力されてエンジン制御器２０がエンジンを定格回転状態とする。これにより、一般のエンジン発電機と同様に、同期発電機１１の回転数が上昇して電圧が上昇し、自動電圧調整器１２が所定の動作を開始して同期発電機１１の発電電圧を一定に調節する。運転開始直後で自動電圧調整器１２が所定の動作を開始するまでは、バッテリ１８から初励磁補助電源回路１９及び励磁回路１６を介して界磁巻線１１ａに界磁電流が供給され、同期発電機１１の発電電圧が設定電圧まで上昇すると、電圧リレー２６が作動して補助電源スイッチ２７をＯＦＦとし、界磁電流がバッテリ１８の電圧変動などの影響を受けないようにしている。そして、遮断器１４を投入することにより、負荷１５に電力が供給され、遮断器１４を開放することによって負荷１５への電力供給が停止される。また、エンジン回転手動切替スイッチ３１を手動でＯＦＦにするとエンジンがアイドリング状態になり、発電機運転スイッチ３２を切るとエンジン発電機の運転が終了する。

一方、突入電流が大きいモータに電力を供給する際には、制御運転切替スイッチ２８をＯＦＦ（制御運転側）とする。これにより、補助接点回路開閉スイッチ２９がＯＮ、運転切替スイッチ３０ａがＯＦＦ、運転切替スイッチ３０ｂがＯＮとなり、遮断器１４の開閉に連動してエンジン及び同期発電機１１を制御する制御運転状態となる。この制御運転状態で発電機運転スイッチ３２を投入してエンジンを始動した場合、遮断器１４と共に遮断機補助接点２４がＯＦＦとなっているので、制御リレー２３には通電されず、励磁スイッチ１７及びエンジン回転切替スイッチ２２は共にＯＦＦであり、エンジン制御器２０に定格回転制御信号が入力されないのでエンジンはアイドリング状態となり、電圧リレー２６が非作動状態で補助電源スイッチ２７はＯＮとなっていても、励磁回路１６が遮断されているので界磁巻線１１ａへの界磁電流は供給されない状態となっている。したがって、同期発電機はアイドリング状態のエンジンによって回転駆動されていても発電は行っていない状態にある。

負荷（モータ）１５を作動させるために遮断器１４を投入すると、連動して遮断機補助接点２４がＯＮになり、制御リレー２３が通電状態になって作動し、励磁スイッチ１７及びエンジン回転切替スイッチ２２をそれぞれＯＮとする。これにより、エンジンの回転数が定格回転に向けて上昇して同期発電機１１の回転数も上昇する。回転数の上昇途中で同期発電機１１の発電電圧が低く、自動電圧調整器１２が所定の動作を開始するまでは、バッテリ１８から初励磁補助電源回路１９及び励磁回路１６を介して界磁巻線１１ａに界磁電流が供給されることによって同期発電機１１が発電を行い、遮断器１４を介して負荷１５に電力が供給される。同期発電機１１の発電電圧が設定電圧まで上昇すると、電圧リレー２６が作動して補助電源スイッチ２７をＯＦＦとする。

このとき、前記手順で負荷１５に電力供給を開始したときの発電機電圧、発電機電流及びエンジン回転数の変化状態を示す図２と、従来の発電機電圧が設定電圧になっているときに負荷１５に電力供給を開始したときの発電機電圧、発電機電流及びエンジン回転数の変化状態を示す図３とを比較すると、図２では、遮断器投入Ｔ１で遮断器１４が閉じて同期発電機１１から負荷１５への電力供給が始まってからエンジンの回転数、即ち同期発電機１１の回転数が上昇するとともに、補助電源であるバッテリ１８から界磁巻線１１ａに界磁電流が供給されるので、発電機電圧はエンジン回転数の上昇に伴って上昇し、発電機電圧の上昇によって負荷１５のモータが始動するとともに発電機電流が上昇する。

発電機電流は、モータの突入電流により、発電機電圧の上昇に比べて急激に上昇するが、発電機電圧が設定電圧まで上昇していない段階で突入電流が発生するため、突入電流発生時の最大電流Ａ１は、発電機電圧が設定電圧になっているときに遮断器投入Ｔ２で遮断器１４を閉じてモータを始動したときの最大電流Ａ２（図３参照）に比べて低くなる。また、従来の方法では、図３に示すように、急激な突入電流の発生によりエンジンへの負荷が急激に上昇し、発電機電圧及びエンジン回転数が急激に低下し、発電機電圧を設定電圧に戻すと同時に発電周波数を設定周波数にするため、低下したエンジン回転数を定格回転数に戻す必要があるが、エンジンの出力が小さい場合には、負荷に耐えきれずにエンジン回転数を復帰させることができず、そのままエンジンが停止して、いわゆるエンストが発生することがある。

したがって、従来のように、発電機電圧が設定電圧になっているときに突入電流が大きなモータに電力を供給する際には、突入電流に耐えられる大きな発電容量を有する発電機を選択するとともに、この発電機を回転駆動するための大出力のエンジンを必要とし、大型のエンジン発電機を選定する必要があったが、前述のように、遮断器１４の投入に連動させてエンジン回転数を上昇させるとともに界磁巻線１１ａに界磁電流を供給することにより、発電容量が同じエンジン発電機で大きなモータに電力を供給することが可能となる。また、突入電流が同じ負荷ならば小型のエンジン発電機が使用可能となり、さらに、遮断器１４を開放したときにはエンジンをアイドリング状態にするので、未燃焼ガスが漏れ出すこともなくなり、燃料消費量の削減が図れるとともに、周囲への騒音問題なども回避することができる。

また、遮断器１４を開放した待機状態のときにはエンジンをアイドリング状態としておくので、遮断器１４を投入して電力供給を開始するときにエンジンを定格回転数に向けて確実に立ち上げることができ、停止状態のエンジンを始動できずに電力供給が行われないという事態を回避することができる。さらに、待機状態のときには界磁巻線１１ａへの界磁電流の供給も遮断するようにしているので、同期発電機１１を保護することができる。

図４は、本発明の第２形態例を示すもので、前記形態例に示したエンジン発電機の構成要素と同一の構成要素にはそれぞれ同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本形態例に示すエンジン発電機は、前記第１形態例におけるエンジン発電機における励磁回路１６を開閉するための前記励磁スイッチ１７に代えて、同期発電機１１から自動電圧調整器１２に電源を供給するＡＶＲ電源回路１３にＡＶＲ電源スイッチ４１を設け、このＡＶＲ電源スイッチ４１を前記制御リレー２３によってエンジン回転切替スイッチ２２と、初励磁補助電源回路１９に設けた補助電源投入スイッチ４２とを同時に開閉するように形成したものである。

このように、前記励磁スイッチ１７に代えてＡＶＲ電源スイッチ４１を設けた場合でも、前記形態例と同様に、遮断器１４を開放したときにエンジンがアイドリング状態になるとともに、ＡＶＲ電源回路１３が遮断されて自動電圧調整器１２が非作動状態になり、界磁巻線１１ａに界磁電流が供給されなくなり、同期発電機１１の発電が中断される。また、遮断器１４を投入したときには、ＡＶＲ電源スイッチ４１がＯＮとなって自動電圧調整器１２が作動状態になり、エンジン回転数が上昇して発電機電圧が設定電圧に上昇するまでの間に初励磁補助電源回路１９を通してバッテリ１８から界磁巻線１１ａに界磁電流が供給されることから、同期発電機１１が発電を開始し、電圧が徐々に上昇して設定電圧に到達するまでの間に突入電流が発生することにより、負荷始動時の最大電流を従来より低くすることができる。さらに、補助電源投入スイッチ４２を設けて必要なときにのみバッテリ１８と界磁巻線１１ａとを接続するようにしているので、待機状態でバッテリ１８から界磁巻線１１ａに電流が流れることを防止できる。

また、両形態例において、制御運転切替スイッチ２８を設けて本発明方法による制御運転と、従来からの一般的な自動運転とを切替可能としているので、突入電流が大きいモータ以外の負荷に電力を供給する場合には、従来と同様の操作で電力供給を行うことができる。

なお、初励磁補助電源としては、任意の電源を用いることができ、前述のバッテリは、エンジンに付随するものでもよく、発電機側に設けられたものであってもよい。

１１…同期発電機、１１ａ…界磁巻線、１２…自動電圧調整器、１２ａ…電圧検出回路、１３…ＡＶＲ電源回路、１４…遮断器、１５…負荷、１６…励磁回路、１７…励磁スイッチ、１８…バッテリ、１９…初励磁補助電源回路、２０…エンジン制御器、２１…エンジン回転切替回路、２２…エンジン回転切替スイッチ、２３…制御リレー、２４…遮断機補助接点、２５…整流器、２６…電圧リレー、２７…補助電源スイッチ、２８…制御運転切替スイッチ、２９…補助接点回路開閉スイッチ、３０ａ，３０ｂ…運転切替スイッチ、３１…エンジン回転手動切替スイッチ、３２…発電機運転スイッチ、４１…ＡＶＲ電源スイッチ、４２…補助電源投入スイッチ

Claims

エンジンにより発電機を駆動して発電するとともに自動電圧調整器により発電機の出力電圧を調整し、遮断器を介して負荷に一定電圧の電力を供給するエンジン発電機の運転方法において、前記遮断器を開放したときには、前記自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路を遮断することにより前記発電機の発電状態を停止するとともに、前記エンジンをアイドリング状態に切り替え、前記遮断器を投入したときには、前記エンジンを定格回転状態とし、前記自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路を投入するとともに、発電機初励磁時における自動電圧調整器からの発電機初励磁電力の不足分の電力を補助電源から供給することを特徴とするエンジン発電機の運転方法。
前記自動電圧調整器の励磁回路又は電源回路の投入は、エンジンがアイドリング状態から定格回転状態になるまでの間に行うことを特徴とする請求項１記載のエンジン発電機の運転方法。
前記補助電源が、エンジン発電機に設けられている発電機制御電源用バッテリであることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン発電機の運転方法。
前記遮断器を投入し、前記エンジンがアイドリング状態から定格回転状態に立ち上がるときに、前記発電機から出力される電圧があらかじめ設定された電圧に上昇したときに、前記補助電源からの電力の供給を遮断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のエンジン発電機の運転方法。