JP2512308Y2 - 自動電圧調整装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、例えば車両走行用エンジン等の極めて回転
範囲の広い駆動源でドライブされる交流発電機の自動電
圧調整装置（以下AVRと称す）に関する。

（従来の技術） 一般に車両走行用のディーゼルエンジンの回転数の範
囲はアイドリング時で600〜800rpm、最高回転数で2400
〜2500rpm程度である。このエンジンに交流発電機が直
結、或いは変速機を介して接続される。従って交流発電
機の回転数の範囲もエンジンと同様に1:3あるいはそれ
以上の範囲で変化することになり、当然交流発電機の周
波数もエンジンの回転数に比例して変化する。

このように回転変動の大きい駆動源でドライブされる
交流発電機から定電圧，定周波の質のよい電源出力を得
る一般的な方法としては、第４図に示す方法がある。

第４図に於て、１は車両走行用のエンジン、２はエン
ジン１に直結或は変速機（図示していない）を介して接
続してあるブラシレス交流発電機で、2aは主交流発電
機、2bは交流励磁機である。３は交流発電機２の出力を
直流に変換するための整流器、４は平滑及び負荷の無効
分を供給するためのコンデンサー、５は直流電圧を予め
決めてある周波数の交流電圧に変換するためのインバー
タ回路、６はインバータ回路５の出力電圧から歪みのな
い正弦波出力を得るための交流フィルターで、その出力
端７から定電圧，定周波の電力が出力される。８は交流
発電機２の出力電圧をエンジン１の回転数あるいは負荷
の大きさに関係なく常に一定に制御するAVRである。

ところで、一般にAVRとしては、第５図に示す如く構
成される。第５図において、２は交流発電機、2aは主発
電機、2bは交流励磁機である。11及び12は出力及び検出
用の補助変圧器である。13は電圧検出回路、14は電圧設
定器、15は誤差増幅回路で、前記電圧検出回路13と前記
電圧設定器14との偏差を増幅するものである。16a,16b
は交流バイアス信号を作るための抵抗器で、この抵抗器
16a,16bで作った交流バイアス信号は、比較器17にて前
記誤差増幅回路15の出力と比較される。18は例えばトラ
ンジスタ等で構成されている出力回路で、比較器17から
のオン，オフ信号を増幅して交流発電機２の交流励磁機
2bの励磁コイルの電圧を制御し、交流発電機２の出力電
圧を常に電圧設定器14で設定した値に制御するようにし
てある。

しかし、車両走行用のような回転数が大きく変化する
エンジンで交流発電機をドライブする場合、交流発電機
は回転数が上昇すると交流発電機２の交流励磁機2bおよ
び主発電機2aの電圧もそれぞれほゞ回転数に比例して上
昇するため、回転数が上昇すると交流励磁機2bの励磁電
流からみた交流発電機2aの電機子電圧はその飽和特性に
もよるが回転数の二乗あるいはそれ以上に変化する。し
たがってこのような回転範囲が1:3を越えるような場
合、交流発電機のゲインは９倍あるいはそれ以上にも上
がり、第４図のような単なる電圧比較回路方式のAVRで
は、交流発電機の電圧安定化は極めて困難であった。

そのため回転数要素をAVRに取り入れてAVRのゲインを
調整する方法が考えられていた。このAVRの一例を第６
図に示す。第６図に於て、第５図と同一番号で記したも
のは同一の構成要素のものである。19は交流発電機２の
出力周波数を検出する周波数／電圧変換回路、20は誤差
増幅回路15の出力を、前記周波数／電圧変換回路19の出
力で除す為の除算回路である。このように構成した回路
において、周波数／電圧変換回路19で周波数の２乗に比
例した電圧を検出し、この電圧で誤差増幅回路15の出力
を除算することにより、AVR及び交流発電機２を含めた
一巡のゲインが交流発電機の回転数の如何に拘らず常に
一定のゲインとなり回転数に関係なく交流発電機の出力
電圧を安定に制御する事ができる。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら第６図の従来回路例で示した周波数／電
圧変換回路及び除算回路は回路が複雑で、しかも高価で
あるため車両走行用等の比較的小容量の交流発電機用の
AVRに用いる事は現実的に不可能である。

本考案の目的はこのような回転範囲の大きく、しかも
比較的小容量な交流発電機に用いられるAVRの全ての回
転範囲に於ての安定化を図るために、高価な、複雑な回
路を用いる事なく安定度の高い自動電圧調整装置を提供
することにある。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 本考案による交流発電機の自動電圧調整装置は、交流
電圧を分圧する分圧回路で作った交流バイアス信号をそ
の入力周波数の二乗に比例した出力電圧を出力する三角
波発生回路に入力し、その三角波発生回路の出力を比較
器にて誤差増幅回路の出力信号と比較するよう構成した
ことを特徴とするものである。

（作用） 本考案に於て、比較器へ入力するバイアス信号として
交流発電機の出力電圧の一部からその入力周波数に比例
した振幅の三角波信号を三角波発生回路で作り、それを
用いることにより交流発電機の回転数が大きく変化し、
交流発電機のゲインが大きく変動しても、AVRのゲイン
はその回転数の変化に対して逆に変化するため、交流発
電機の電圧制御系のゲインは、回転数の変動に関係なく
常に一定となり、安定な電圧を供給することができる。

（実施例） 以下本考案を第１図に示す実施例について詳細に説明
する。第１図に於て第５図の従来の回路と同一の番号を
記したものは従来と同一の構成要素のものである。本考
案においては、交流電圧を分圧する分圧器16a,16bと比
較回路17との間に交流発電機２の分圧電圧を入力とする
三角波発生回路21を接続したものであり、その出力特性
は交流発電機２の周波数の変化に応じて三角波出力の電
圧の振幅が変化するよう構成していることを特徴として
いる。

この様に構成した本考案回路の動作について以下説明
する。交流発電機２の電圧は補助変圧器12、電圧検出回
路13にて検出され、電圧設定器14の設定値と比較されそ
の偏差が誤差増幅回路15にて増幅される。交流電圧は分
圧器16a,16bにて分圧されこの分圧電圧が比較回路17に
て前記誤差増幅回路の出力信号と比較される事になる
が、本考案回路ではこの分圧器16a,16bの分圧信号の出
力に三角波発生回路21を設け、この三角波発生回路21の
出力と前記誤差増幅回路15の出力を比較する様にしてい
る。

この三角波発生回路21は前記した様にその入力信号の
周波数により出力電圧の振幅が変化するため、交流発電
機２の回転数が上昇すると三角波発生回路21の出力電圧
の振幅も大きくなる。従って、比較回路17で誤差増幅回
路15の出力信号と三角波発生回路21の出力信号とを比較
するとき、交流発電機２の回転数が低い時に比べ高い時
の方が、三角波発生回路21の出力電圧の振幅が大きくな
った分だけ、比較対象範囲が広がったこととなる。

これは、AVRのゲインが交流発電機の回転数が上昇す
れば逆に下がり、反対に回転数が減少すれば上がること
を意味する。従って前記三角波発生回路21の周波数特性
を周波数の二乗に比例して変化するようにしておくこと
により、交流発電機２の回転数の変化によるゲインの変
化を補償する事が出来るため、交流発電機の電圧制御系
のゲインは回転数が変化しても常に一定となり、交流発
電機の出力は常に安定な電圧を供給する事ができる。

第２図は前記三角波発生回路21の具体化の例であり、
第３図は第２図の回路の動作説明図である。第２図に於
て、31,33,35,37,39,41,45は抵抗器、34,43はコンデン
サー、32,36,42はトランジスタ、40は低電圧ダイオー
ド、46はダイオードである。38は周波数／電圧変換器で
入力周波数の二乗に比例した電圧が出力されるように調
整してある。

これらの素子を第２図に示すごとく構成した回路の動
作について、第２図及び第３図により説明する。第１図
の分圧器16a,16bにて分圧された交流発電機の電圧（第
３図（ａ））は抵抗器31を介してトランジスタ32のベー
スに入力され、トランジスタ32のコレクタ電位は前記交
流発電機の電圧に同期した方形波の電圧（第３図
（ｂ））に変換される。この方形波電圧は周波数／電圧
変換回路38に入力されてその周波数に応じた直流電圧に
変換される。

同時に方形波電圧はコンデンサ34及び抵抗器35からな
る微分回路にてその方形波電圧の立ち上がり時の電流が
トランジスタ36のベースに供給され、トランジスタ36は
方形波電圧の立ち上がり時にオンとなる。抵抗器39,4
1、定電圧ダイオード40、トランジスタ42、及びコンデ
ンサ43からなる回路は定電流充電回路であり、前記周波
数／電圧変換回路38の出力電圧の大きさに比例してコン
デンサ43の充電電流は変化し、その結果充電電圧も変化
する。このコンデンサ43には前記トランジスタ36のコレ
クタが抵抗器37を介して接続されてあり、トランジスタ
36のオン時点でコンデンサ43の電荷はトランジスタ36を
介して放電されることになる。

従ってコンデンサ43に発生する電圧波形は第３図
（ｅ）に示す様な周波数／電圧変換回路38の出力電圧の
大きさに比例した振幅で、しかも交流電圧の周波数に同
期した波形となる。この波形は直流電圧が重畳されてい
るためコンデンサ44、抵抗器45からなる微分回路で直流
分を除去することで第３図（ｆ）に示す三角波形として
いる。

このようにして発生させた三角波形は、第３図に示す
様にその三角波の振幅を交流発電機の周波数の二乗に比
例するように周波数／電圧変換回路38の出力を設定して
ある。第３図（ａ）〜（ｆ）は周波数が低い時の各部分
の波形であり、第３図（ａ′）〜（ｆ′）は周波数が高
い時の各部の波形を示している。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、交流発電機の周
波数の変化に応じて出力電圧の振幅が変化する三角波発
生回路の出力信号を比較回路で誤差増幅回路の出力信号
と比較するよう構成し、回転変動による交流発電機のゲ
インの変動をAVRのゲインで補償する様にしているため
簡単な回路構成で交流発電機の回転変動に関係なく常に
安定な出力電圧を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の自動電圧調整装置の一実施例を示すブ
ロック構成図、第２図は第１図の実施例に用いる周波数
／電圧変換回路の構成図、第３図は第２図の構成図の動
作を説明する説明図、第４図は本考案の自動電圧調整装
置の用途を説明するためのブロック構成図、第５図およ
び第６図は従来の自動電圧調整装置のブロック構成図で
ある。 １……エンジン、２……交流発電機 ３……コンバータ、５……インバータ ６……交流フィルタ、８……自動電圧調整装置 11,12……補助変圧器、13……電圧検出回路 14……電圧設定器、15……誤差増幅器 16a,16b……分圧器、17……比較器 21……三角波発生回路 38……周波数／電圧変換回路

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転変動の極めて大きいエンジンに接続さ
   れたブラシレス交流発電機に用いられる自動電圧調整装
   置に於て、交流発電機の電圧を検出する電圧検出回路、
   交流発電機の電圧を設定する電圧設定器、前記電圧検出
   器と前記電圧設定器との偏差を増幅する誤差増幅回路、
   交流電圧を分圧する分圧回路、前記分圧回路の出力電圧
   を入力してその周波数の二乗に比例して出力電圧の振幅
   を変化するようにした三角波発生回路、前記誤差増幅回
   路の出力と前記三角波発生回路の出力との電圧値を比較
   する比較回路および前記比較回路の出力に応じて前記ブ
   ラシレス交流発電機の交流励磁機の励磁電圧を制御する
   出力回路により構成し、交流発電機の電圧制御系の利得
   が回転数の変動に関係なく、常に一定となることを特徴
   とした交流発電機用自動電圧調整装置。