JP2502127B2 - 発電装置出力制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電圧調整手段をもつ発電装置出力制御方式に関し， 制御動作を安定化し，発電装置の出力電圧が非所望に
フリッカ状態を生じることを防止することを目的とし， 出力電圧の半サイクル期間の前半において，界磁電流
を強制的にオフする強制オフ期間と，界磁電流を強制的
にオンする強制オン期間とをもたせた上で，上記出力電
圧を所定レベルに制御するようにしている。

〔産業上の利用分野〕

本発明は，電圧調整手段をもつ発電装置出力制御方式
に関する。

当該発電装置出力制御に当たっては，電圧調整手段に
よる制御を安定化し，非所望なフリッカ状態が発生する
ことを防止することが望まれる。

〔従来の技術〕

第７図は従来例を示しており，発電機１は図示しない
例えば内燃機関によって駆動される。図中の符号２は主
発電コイル,3は界磁コイル,4は励磁用発電コイル,5は検
出整流部,6は検出平滑部,7は検出比較部,8は界磁電流制
御部,9は整流回路を表している。

内燃機関によって駆動されたことによって励磁用発電
コイル４に電圧が発生され，整流回路９によって整流さ
れる。当該整流された電流は、界磁コイル３から，界磁
電流制御部８における主トランジスタTr₁,Tr₁をへて，
界磁電流として供給される。

主発電コイル２の電圧は出力端子UVWから負荷に給電
されるが，当該出力電圧は検出整流部５に導かれて検出
平滑部６において脈動を含んだ直流電圧となる。当該直
流電圧は検出比較部７においてツエナ・ダイオードのツ
エナ電圧と比較され，当該直流電圧が大である間にトラ
ンジスタTr₄がオンされて主トランジスタTr₁,Tr₁がオフ
される。即ち，主発電コイル２の電圧を低下せしめるよ
うに制御が行われる。この制御が生じるタイミングは次
の如くなる。即ち，主発電コイル２の半サイクル期間の
中央期間の電圧レベルが上記ツエナ電圧と比較されて界
磁電流がオフされ，上記半サイクル期間の後半期間にお
いて（即ち半サイクル期間において電圧レベルが低下し
たとき）ツエナ電圧の側が大となって界磁電流をオンす
る形となっている。更に言えば，界磁電流がオンされる
時機は，主発電コイルの出力電圧のピーク値を過ぎて当
該出力電圧が低下してゆくときに対応している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例の場合には，上述の如く界磁電流がオンさ
れる時機が，主発電コイル２の出力電圧がピーク値を過
ぎて低下してゆくときに対応しており，その分だけ制御
に遅れを生じており，制御動作が不安定となる原因の１
つとなっている。

また第７図図示の如き発電装置において，電圧変動率
を良くするには検出平滑部６における時定数を大にして
平滑度を高めればよいが，逆に負荷や回転数の微小な変
動を生じた際におけるツエナ・ダイオードがオンする期
間（あるいはオフする期間）の変化が大となり，界磁制
御が不安定となってフリッカ発生の原因となる。即ち，
電圧変動率の向上と電圧調整手段による制御の安定度と
は相反するものとなっている。

本発明は，制御動作を安定化し，発電装置の出力電圧
が非所望にフリッカ状態を生じることを防止することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図を示す。図中の符号１は
発電機,2は主発電コイル,3は界磁コイル,4は励磁用発電
コイル,5は検出整流部,8は界磁電流制御部,9は整流回
路,10は検出整流波形整形部,11は検出比較及び制御信号
発生部,12は比較回路部,13は積分回路部,14は各相検出
波形整形部,15は相対基準設定比較部,16はオア出力発生
部,17はダイオード,18は強制オフ回路部,19は制御信号
タイミング設定部,120は論理「１」期間信号,121は界磁
電流オン期間,122は強制オン期間,123は強制オフ期間を
表している。

励磁用発電コイル４によって発生された電圧が整流回
路９によって整流され，界磁コイル３に対して界磁電流
を供給する。この界磁電流は，界磁電流制御部８によっ
て制御される。界磁電流制御部８は，基本的には従来の
場合と同様に，主発電コイル２に発生された出力電圧に
対応して検出整流波形整形部10に生じる脈動を含んだ直
流電圧にもとづいて制御される。

本発明の場合には，検出整流波形整形部10に生じる脈
動を含んだ直流電圧によってコンデンサを含む積分回路
部13によって，強制オフ回路部18にもとづく放電が停止
された時点から，多少の時間遅れをへて，比較回路部12
に，制御電圧として供給される。この時間遅れが，本発
明にいう強制オン期間122を与えている。また，各相検
出波形整形部14をへて供給された信号にもとづいて，相
対基準設定比較部１がオア出力発生部16をへて，本発明
にいう強制オフ期間123を与えている。即ち，強制オフ
期間に対応して強制オフ回路部18を構成するトランジス
タがオンされ，ダイオード17を介して比較回路部12の出
力を強制的に零レベルにするようにする。

〔作用〕

上記強制オフ期間は，主発電コイル２の出力電圧にお
ける半サイクル期間の前半のタイミングに対応して生成
される。このとき強制オフ回路部18が動作して，積分回
路部13の出力電圧を零レベルにすることから，比較回路
部12は論理「１」の状態になる（比較回路部12の出力が
ハイ・レベルになる）。しかし，強制オフ回路部18がオ
ンしている期間中では，ダイオード17を介して比較回路
部12の出力をやはり零レベルに引きこんでいるために，
界磁電流制御部８は界磁電流を強制的にオフしている。

強制オフ期間が終了すると，検出整流波形整形部10に
おける上記脈動を含んだ直流電圧によって，積分回路部
13が充電される。積分回路部13の出力は多少の時間遅れ
をもって増大してゆく。この間，比較回路部12は論理
「１」となっているが，上記強制オフ期間が終了したこ
とから，比較回路部12の出力はハイ・レベルに維持さ
れ，界磁電流制御部８は界磁電流をオンしている。そし
て，上記積分回路部13の出力が，比較回路部12の基準電
圧に達すると，比較回路部12は論理「０」の状態にスイ
ッチされる。即ち，界磁電流はオフされる。

換言すると，上記強制オフ期間が開始すると，図示の
如く論理「１」期間信号120が比較回路部12から出力さ
れ，当該論理「１」の状態は積分回路部13の出力が基準
電圧に達するまでの間与えられる。この論理「１」が与
えられる期間Ｔは，脈動を含む直流電圧が大であればあ
る程（主発電コイルの出力電圧が大であればある程）短
いものとなり，界磁電流制御部８によって界磁電流がオ
ンされる期間が小となる。この結果，上記出力電圧は所
定値を保つように制御される。なお上記界磁電流がオン
される期間は，上記出力電圧の前サイクル期間の前半の
タイミングから略中央のタイミングに達するまでの期間
内であるようにされている。

ただ，上記強制オフ期間が開始された時点から上述の
如く比較回路部12は論理「１」の状態となるが，強制オ
フ期間の間にはダイオード17を介して比較回路部12の出
力が零レベルにされていることから，界磁電流制御部８
は界磁電流をオフしており，界磁電流制御部８が実際に
界磁電流をオンするのは，上記強制オフ期間が終了した
時点からの図示の界磁電流オン期間121の間である。

強制オフ期間123が与えられる理由は次の通りであ
る。即ち，主発電コイル２の出力電圧が十分に小となっ
ていて，このために積分回路部13の出力が，当該出力電
圧の前サイクルのピーク値近傍に対応した期間でも，比
較回路部12の基準電圧に達しないことが生じる。この場
合には，上記強制オフ期間123が存在しないと，界磁電
流制御部８は界磁電流を流しつづけることとなり，場合
によっては出力電圧を上昇せしめる制御が非所望に接続
されることとなり兼ねない。しかし上記強制オフ期間12
3を与えることによって，主発電コイル２の出力電圧の
いわば各半サイクル毎に，必ず界磁電流がオフされる期
間がつくられ，上記オンされつづけるという問題は生じ
ない。

また上記積分回路部13が存在しないと次の如き事態が
生じることがある。即ち，主発電コイル２の出力電圧が
十分に高く，このために上記強制オフ期間123が終了し
た時点で直ちに比較回路部12の図示マイナス端子に印加
される電圧が基準電圧のレベルに達することが生じる。
この場合には，比較回路部12は直ちに論理「０」にスイ
ッチされることとなる。したがって，上記強制オフ期間
ではダイオード17によって比較回路部12の出力が零レベ
ルに保持され，また強制オフ期間が終了した時点で上記
論理「１」期間信号120が終了してしまい比較回路部12
の出力は零レベルになる。換言すると，界磁電流制御部
８は界磁電流をオフしつづけることとなり，場合によっ
ては出力電圧を降下せしめる制御が非所望に接続される
ことになり兼ねない。本発明の場合には，上記出力電圧
が高い場合であっても，上記強制オフ期間が終了した後
に積分回路部13を構成するコンデンサが充電されるまで
の期間（即ち図示の強制オン期間122）だけは必ず界磁
電流がオンされることとなる。

本発明の場合には，出力電圧のいわば各半サイクル毎
に，界磁電流を強制的にオフする期間と強制的にオンす
る期間とが介在されることとなる。このために，電圧調
整制御が非所望にきき過ぎることがない。更に言えば，
検出整流波形整形部10における時定数を大にとって脈動
分が少なくなるように構成して上記電圧変動率を向上せ
しめたとした際に，従来の場合即ち上記強制オフ期間12
3や強制オン期間122が存在しない場合では，負荷などの
僅かな変動に伴って，界磁電流が非所望にオンされつづ
けたりまた非所望にオフされつづけたりすることが生じ
兼ねないが，本発明の場合にはこのようなことがない。
即ち，電圧変動率を向上せしめつつ電圧調整器の安定度
を向上せしめることができる。また，主発電コイル２の
出力電圧の半サイクルの前半期間で当該出力電圧のレベ
ルを検出して，当該半サイクルの前半から中央期間に対
応して，界磁電流をオフすることができ，制御の応答性
の高いものを得ることができる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例構成を示す。図中の符号1,
2,3,4,5,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19は第１図
に対応している。

また20は初期立上り補助回路部であって，発電機の起
動時において界磁コイル３に界磁電流を流すことを補助
するものである。図示の場合には起動時図示ツエナ・ダ
イオードZD1がオンされない間にトランジスタT8がオン
して，界磁電流制御部８のメイン・トランジスタF1,F2
をオンさせ，励磁用発電コイル４からの電圧が上昇して
ツエナ・ダイオードZD1がオンされる状態となるとトラ
ンジスタT8からの制御信号はないものとなるように構成
されている。

21は定電圧電源部であって，各制御回路部に対する電
源電圧を供給するものである。22は過渡過負荷時界磁無
制御回路部であって，図示のツエナ・ダイオードZD2が
オフ状態となる程度に出力電圧が低下したとき（過負荷
などのために），トランジスタT10をオンせしめて界磁
電流を，比較回路部12側からの制御の如何に拘らず，強
制的にオンさせるものである。

23は相対相電圧比較部であって，上述の強制オフ期間
123をつくるものである。

第３図（Ａ）（Ｂ）は，本発明の場合の動作を説明す
るためのタイムチャートを示している。

（１）主発電コイル２の出力電圧に対応した電圧が
Ｕ′,V′,W′であるとしたとき，各相検出波形整形部14
において，当該各電圧が半波整流される（図示）。

（２）相対基準設定比較部15において，コンパレータ,C
P1ないしCP3によって,V′−Ｕ′,W′−Ｖ′,U′−Ｗ′ に夫々対応した信号，，をつくり，一方コンパ
レータCP4ないしCP6によって，信号，，がつくら
れる。なおコンパレータCP4ないしCP6における夫々の基
準電圧が図示における基準電圧である。上記信号が
信号と組合わされるよう図示トランジスタT1が動作
し，信号が信号と組合わされるよう図示トランジス
タT2が動作し，信号が信号と組合わされるよう図示
トランジスタT3が動作し，第３図図示の信号，，
がつくられる。そして，当該信号，，はオア出力
発生部16において合成され，図示信号が得られる。当
該信号は，第１図に示した強制オフ期間123を与える
信号であり，強制オフ回路部18に供給される。

（３）上記と並行して，主発電コイル２の出力電圧は，
検出整流部５を介して，検出整流波形整形部10に供給さ
れ，出力電圧の電圧レベルに応じた大きさをもちかつ出
力電圧の周波数に対応した脈動成分をもつ直流電圧が
得られている。

（４）当該直流電圧が積分回路部13に供給される。た
だこのとき，強制オフ期間に対応して，図示信号中の
矢印（Ａ）で示すものが，強制オフ回路部18に供給され
たとすると，積分回路部13の出力電圧はタイミングT1
において零レベルにされ，強制オフ期間が終了して，積
分回路部13を構成するコンデンサC4の端子電圧（電圧
と同じ）が上昇してゆき，比較回路部12の基準電圧に達
するまでの間，比較回路部12は論理「１」の状態にされ
る（図示）。

（５）しかし，上記強制オフ期間が継続している限り，
比較回路部12の出力は零レベルに保たれ，界磁電流制御
部８は，実際には第３図（Ｂ）図示に示す如く，界磁
電流をオンする。

（６）なお，第３図（Ｂ）図示の符号122は第１図に関
連して説明した強制オン期間を与えるものであり，積分
回路部13を構成するコンデンサC4が充電されるまでの期
間に相当するものを概念的に表したものである。当該積
分回路部13が存在しない場合には上述した如く次の如き
事態が生じ兼ねない。即ち，図示の直流電圧が比較的
大になると，上記積分回路部13が存在しないと，比較回
路部12のマイナス端子に印加される電圧は，強制オフ期
間123の終了磁に直ちに，第３図（Ｂ）において点線
（Ｂ）で示した如きものとなる。即ち，直ちに，比較回
路部12の基準電圧を超えてしまうことが生じる。この結
果，比較回路部12の出力によって制御される界磁電流
は，第３図（Ｂ）図示太線（Ｃ）で示した如く，オフ状
態を継続されることが生じる。図示の強制オン期間122
は，上記の如き事態が生じ兼ねないことがあっても，必
ず界磁電流を一旦オンせしめるためのものである。

（７）更に，本発明の場合において注目すべきは，図示
で示す界磁電流オンの期間が，主発電コイル２の出力
電圧の半サイクル期間の前半から中央までの時点で生じ
ることである。これは，例えば電圧Ｗ′の前半において
電圧レベルが検知され，かつ当該前半から中央にかけて
界磁電流が制御されることとなり，制御のための時間遅
れが殆どないものとなっていることを意味している。

第４図は発電機１が他励にて界磁電流が供給される場
合の変形例を示している。図中の符号は第２図に対応
し,26は他励用電源である。

第５図は界磁電流制御部のメイン・スイッチング素子
が通常のトランジスタである場合の変形例を示してい
る。図中の符号は第２図に対応し,24はメイン・トラン
ジスタを表している。

第６図は界磁電流制御部において駆動回路手段に変形
を加えた変形例を示している。図中の符号は第２図に対
応し,25は第２図図示のトランジスタT5ないしT8に代え
て，コンパレータあるいはゲートICを並列に配列した駆
動回路手段を示している。

〔発明の効果〕

以上説明した如く，本発明によれば， （ｉ）主発電コイルからの出力電圧の半サイクル期間に
おける前半で当該出力電圧のレベルを検知し，かつ当該
前半から中央までの期間において界磁電流を制御でき
る。このために，制御の応答性を向上することができ
る。

（ii）脈動を含む直流電圧（検出整流波形整形部10の電
圧）が，電圧変動率を向上させるために，脈動成分の少
ないものとなるようにされている場合でも，上記半サイ
クル期間に界磁電流が必ず一旦オフされまた一旦オンさ
れる。このために，制御の安定性が低下することがな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図，第２図は本発明の一実施
例構成図，第３図（Ａ）（Ｂ）は本発明の場合の動作を
説明するためのタイムチャート，第４図ないし第６図は
夫々変形例，第７図は従来例を示す。 図中,1は発電機,2は主発電コイル,3は界磁コイル,4は励
磁用発電コイル,5は検出整流部,8は界磁電流制御部,10
は検出整流波形整形部,11は検出比較及び制御信号発生
部,12は比較回路部,13は積分回路部,15は相対基準設定
比較部,17はダイオード,18は強制オフ回路部,19は制御
信号タイミング設定部を表わす。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主発電コイルと，界磁コイルと，上記主発
   電コイルに発生される出力電圧を検出する電圧検出手段
   と，該電圧検出手段からの出力にもとづいて上記界磁コ
   イルに流れる界磁電流を制御して上記出力電圧を所定レ
   ベルに制御する電圧調整手段とを有する発電装置におい
   て， 上記電圧検出手段が，上記出力電圧を整流する検出整流
   部と，上記出力電圧を整流した各半波についての前半期
   間において予め定めた強制オフ期間を生成する相対基準
   設定比較部とをもつよう構成されると共に，上記検出整
   流部からの出力を平滑する検出整流波形整形部とをそな
   え， 上記電圧調整手段が，上記検出整流波形整形部からの出
   力を積分する積分回路部と，当該積分回路部の出力と基
   準電圧とを比較して前者が小である間に論理「１」の出
   力を発する比較回路部と，該比較回路部の出力が論理
   「１」である間に対応して上記界磁電流をオンするよう
   に制御する界磁電流制御部とをそなえてなり， 更に上記電圧検出手段における制御信号タイミング設定
   部が，上記強制オフ期間において上記比較回路部が発す
   る論理「１」状態を強制的に無効化する強制オフ回路部
   をもうけてなり， 上記界磁電流制御部が，上記出力電圧の各半サイクル期
   間において、上記強制オフ回路部からの制御にもとづく
   強制オフ期間と，上記積分回路部における時間遅れを利
   用した強制オン期間とをもった上で，上記出力電圧の電
   圧レベルに対応した界磁電流制御を行うようにした ことを特徴とする発電装置出力制御方式。