JP2535210B2 - Synchronous generator automatic voltage regulator - Google Patents

Synchronous generator automatic voltage regulator

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JP2535210B2
JP2535210B2 JP63212585A JP21258588A JP2535210B2 JP 2535210 B2 JP2535210 B2 JP 2535210B2 JP 63212585 A JP63212585 A JP 63212585A JP 21258588 A JP21258588 A JP 21258588A JP 2535210 B2 JP2535210 B2 JP 2535210B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は特に同期発電機の回転数や端子電圧が大きく
変わっても、端子電圧制御の応答を高速に保つようにし
た同期発電機の自動電圧調整装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial field of application) The present invention is particularly designed to maintain a high speed response of terminal voltage control even when the rotational speed and terminal voltage of a synchronous generator are largely changed. The present invention relates to an automatic voltage regulator for a synchronous generator.

(従来の技術) 同期発電機は、界磁回路に流す励磁電流を調節するこ
とにより、簡単に端子電圧を制御することができるため
に多数使用されている。励磁電流が一定でも、負荷や回
転数が一定の場合は端子電圧も一定となるが、負荷や回
転数が変化すると端子電圧は変化する。従って、通常は
発電機の端子電圧が、希望の一定値になるように励磁電
流を調節する自動電圧調整器(以下AVRという)が用い
られている。
(Prior Art) Synchronous generators are widely used because the terminal voltage can be easily controlled by adjusting the exciting current flowing in the field circuit. Even if the exciting current is constant, the terminal voltage is constant when the load and the rotation speed are constant, but the terminal voltage changes when the load and the rotation speed change. Therefore, an automatic voltage regulator (hereinafter referred to as AVR) is usually used to adjust the exciting current so that the terminal voltage of the generator is a desired constant value.

第6図は、このように一般に用いられている同期発電
機特にブラシレス同期発電機の制御系を示してある。図
において、1は同期発電機、2は回転整流器、3は励磁
機、4はAVR、41は電力変換器、42は電圧検出器、43は
電圧設定器、44は誤差増幅器、45は位相制御器、46はト
ランスである。
FIG. 6 shows a control system of such a commonly used synchronous generator, especially a brushless synchronous generator. In the figure, 1 is a synchronous generator, 2 is a rotary rectifier, 3 is an exciter, 4 is an AVR, 41 is a power converter, 42 is a voltage detector, 43 is a voltage setter, 44 is an error amplifier, and 45 is a phase control. Vessel, 46 is a transformer.

以下、第6図に従って、従来のブラシレス同期発電機
の端子電圧制御方法を説明する。電圧設定器43は、同期
発電機1の端子電圧指令信号を設定する設定器である。
この端子電圧指令信号は、電圧検出器42により検出され
る同期発電機1の端子電圧帰還信号と共に、誤差増幅器
44に入力される。誤差増幅器44では、両信号の誤差を増
幅して励磁電圧指令として位相制御器45に出力する。位
相制御器45は、電力変換器41の出力電圧が指令された値
になるような制御角で、電力変換器41のSCRにゲートパ
ルスを与える。
The terminal voltage control method of the conventional brushless synchronous generator will be described below with reference to FIG. The voltage setter 43 is a setter that sets the terminal voltage command signal of the synchronous generator 1.
This terminal voltage command signal, together with the terminal voltage feedback signal of the synchronous generator 1 detected by the voltage detector 42, together with the error amplifier
Entered in 44. The error amplifier 44 amplifies the error between both signals and outputs it as an excitation voltage command to the phase controller 45. The phase controller 45 gives a gate pulse to the SCR of the power converter 41 at a control angle such that the output voltage of the power converter 41 becomes a commanded value.

つまり、同期発電機1の端子電圧帰還信号が端子電圧
指令信号の値より小さければ、SCR制御角を小さくし、
界磁電圧を大きくして、界磁電流を増して同期発電機端
子電圧を増加させる。逆に、同期発電機1の端子電圧帰
還信号が端子電圧指令信号の値より大きければ、SCR制
御角を大きくし、界磁電圧を小さくして界磁電流を減ら
して同期発電機1の端子電圧を減少させる。これによ
り、同期発電機1の端子電圧を一定に保つ。
That is, if the terminal voltage feedback signal of the synchronous generator 1 is smaller than the value of the terminal voltage command signal, reduce the SCR control angle,
The field voltage is increased to increase the field current and increase the synchronous generator terminal voltage. On the contrary, if the terminal voltage feedback signal of the synchronous generator 1 is larger than the value of the terminal voltage command signal, the SCR control angle is increased and the field voltage is decreased to reduce the field current to reduce the terminal voltage of the synchronous generator 1. To reduce. This keeps the terminal voltage of the synchronous generator 1 constant.

このような、AVRの特性を評価する大きなポイントと
しては、負荷変化等の外乱に対していかに速く発電機端
子電圧を指令値にもどすかという応答性の問題がある。
そのため従来から誤差増幅器44は、同期発電機1および
励磁機3がもつ遅れを補償するような伝達関数が与えら
れている。
One of the major points for evaluating the characteristics of the AVR is the problem of responsiveness to how quickly the generator terminal voltage returns to the command value against disturbances such as load changes.
Therefore, the error amplifier 44 has conventionally been provided with a transfer function that compensates for the delay of the synchronous generator 1 and the exciter 3.

第7図は、第6図に示した従来の発電機の制御ブロッ
ク図である。図において、▲V* g▼は同期発電機1の端
子電圧指令、Vgは同期発電機1の端子電圧、ΔVgは端子
電圧誤差、Vaは誤差増幅器44の出力の励磁電圧指令、V
feは励磁機3の界磁電圧、Veは励磁機3の端子電圧、Vf
は同期発電機1の界磁電圧である。また、各ブロック中
のf1〜f5は、各要素の伝達関数を示す。
FIG. 7 is a control block diagram of the conventional generator shown in FIG. In the figure, ▲ V * g ▼ is the terminal voltage command of the synchronous generator 1, V g is the terminal voltage of the synchronous generator 1, ΔV g is the terminal voltage error, V a is the excitation voltage command of the output of the error amplifier 44, and V
fe is the field voltage of the exciter 3, V e is the terminal voltage of the exciter 3, and V f
Is the field voltage of the synchronous generator 1. Further, f 1 to f 5 in each block represent the transfer function of each element.

ここで、第6図および第7図において誤差増幅器44以
外の要素の伝達関数について示す。従来の、同期発電機
の用途としては、定周波数、定電圧の交流電圧を発生す
るものであったので、伝達関数は下記のようになる。
(K1,K2,K3,K4は定数。) 電力変換器41では、同期発電機1の端子電圧をトラン
ス46で降圧した電圧を誤差増幅器44の出力信号によった
制御角で整流して励磁機3の界磁に与えている。発電機
端子電圧は、ほぼ一定であるから、伝達関数f2は下記と
なる。
Here, the transfer functions of elements other than the error amplifier 44 are shown in FIGS. 6 and 7. The conventional synchronous generator has been used to generate an AC voltage having a constant frequency and a constant voltage, so that the transfer function is as follows.
(K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 are constants.) In the power converter 41, the voltage obtained by stepping down the terminal voltage of the synchronous generator 1 by the transformer 46 is rectified by the control angle according to the output signal of the error amplifier 44. Then, it is applied to the field of the exciter 3. Since the generator terminal voltage is almost constant, the transfer function f 2 is as follows.

f2=Vfe/Va=K1 …(1) 励磁機3では、界磁電圧Vfeによって界磁電流が流れ
ることで磁束が発生し、回転によって電機子端子に端子
電圧Veが発生する。回転数はほぼ一定であるから、伝達
関数f3は下記となる。Te′は励磁機界磁時定数、sは微
分演算子である。
f 2 = V fe / V a = K 1 (1) In the exciter 3, the field voltage V fe causes a field current to flow to generate a magnetic flux, and the rotation causes a terminal voltage V e at the armature terminal. To do. Since the rotation speed is almost constant, the transfer function f 3 is as follows. T e ′ is an exciting machine field time constant, and s is a differential operator.

f3=Ve/Vfe=K2/(1+Te′s) …(2) 回転整流器2では交流の励磁機端子電圧を整流して直
流に直し、同期発電機1の界磁に与える。したがって伝
達関数f4は下記となる。
f 3 = V e / V fe = K 2 / (1 + T e ′ s) (2) In the rotary rectifier 2, the AC exciter terminal voltage is rectified and converted into DC, which is applied to the field of the synchronous generator 1. Therefore, the transfer function f 4 is as follows.

f4=Vf/Ve=K3 …(3) 同期発電機1では、界磁電圧Vfによって流れた界磁電
流で磁束が発生し、回転によって電機子端子に端子電圧
Vgが発生する。回転数はほぼ一定であるから、伝達関数
f5は下記となる。Tdo′は発電機界磁時定数である。
f 4 = V f / V e = K 3 ... (3) In the synchronous generator 1, a magnetic flux is generated by the field current flowing through the field voltage V f, the terminal voltage to the armature terminals by rotation
V g is generated. Since the rotation speed is almost constant, the transfer function
f 5 is as follows. T do ′ is the generator field time constant.

f5=Vg/Vf=K4/(1+Tdo′s) …(4) 第7図に示した制御系において、一般的に望ましいと
されている系は(5)式で示される系である。ωcは制
御の応答を決めるカットオフ周波数である。端子電圧指
令値の変動周波数が、周波数ωc以下ではゲイン1で端
子電圧が追従し、周波数ωc以上では20dB/decadeでゲイ
ンが低下する一次遅れ系である。
In f 5 = V g / V f = K 4 / (1 + T do 's) ... (4) control system shown in FIG. 7, is generally desirable and has been that the system system shown in equation (5) Is. ω c is a cutoff frequency that determines the control response. Fluctuation frequency of the terminal voltage command value, the following frequency omega c is followed by a gain 1 is the terminal voltage, in the above frequency omega c is first-order lag system gain is reduced by 20 dB / decade.

誤差増幅器44の伝達関数f1を全体の伝達関数が(5)
式のようになるように決めてやれば、発電機電圧制御系
の応答は、同期発電機1および励磁機3の遅れと応答を
無関係にできる。すなわち伝達関数f1は下記とすればよ
い。
The transfer function f 1 of the error amplifier 44 is (5)
If determined so as to satisfy the formula, the response of the generator voltage control system can be made independent of the delay of the synchronous generator 1 and the exciter 3. That is, the transfer function f 1 may be set as follows.

(6)式のように伝達関数f1を決めてやれば、周波数
ωc以下の端子電圧指令値▲V* g▼の変化に対して、端子
電圧Vgはゲイン1で追従する。端子電圧指令値▲V* g
を一定にすれば、負荷変化等により端子電圧Vgが変化し
ても、速い応答で端子電圧Vgを回復させることが出来
る。
If the transfer function f 1 is determined as in the equation (6), the terminal voltage V g follows the change of the terminal voltage command value ▲ V * g ▼ below the frequency ω c with the gain of 1. Terminal voltage command value ▲ V * g
If V is kept constant, the terminal voltage V g can be recovered with a quick response even if the terminal voltage V g changes due to a load change or the like.

(発明が解決しようとする問題題) 以上の様に制御される従来の同期発電機は、定周波
数、定電圧の端子電圧を発生させる為に用いられている
ものがほとんどであった。そのため、同期発電機1の回
転数は一定で、また電力変換器41の電源電圧もほぼ一定
であった。しかしながら、最近、省エネルギー化、省力
化、省コスト化のために、同期発電機の使用方法も多様
化してきており、これにともなって、従来の制御方式で
は満足な性能が得られない場合が出てきた。すなわち、
同期発電機の回転数が大きく変化する場合に、端子電圧
が大きく変化する場合に、端子電圧制御系の伝達関数が
大きく変化してしまい、所期の応答が得られないことで
ある。
(Problems to be Solved by the Invention) Most of the conventional synchronous generators controlled as described above are used to generate a terminal voltage of constant frequency and constant voltage. Therefore, the rotation speed of the synchronous generator 1 was constant, and the power supply voltage of the power converter 41 was also substantially constant. However, recently, in order to save energy, labor, and cost, the usage of synchronous generators has been diversified, and along with this, there are cases where satisfactory performance cannot be obtained with conventional control methods. Came. That is,
When the number of revolutions of the synchronous generator greatly changes and the terminal voltage greatly changes, the transfer function of the terminal voltage control system largely changes, and the desired response cannot be obtained.

同期発電機1の回転数が大きく変化する場合(2)式
のK2、(4)式のK4は、定数と見なすことは出来ない。
同期発電機1の端子電圧は界磁磁束、すなわち界磁電流
と回転数に比例するから、K2,K4は変数となり、
(7),(8)式の様になる。
When the rotation speed of the synchronous generator 1 changes greatly, K 2 in the equation (2) and K 4 in the equation (4) cannot be regarded as constants.
Since the terminal voltage of the synchronous generator 1 is proportional to the field magnetic flux, that is, the field current and the rotation speed, K 2 and K 4 are variables,
Expressions (7) and (8) are obtained.

K2=K2′・N …(7) K4=K4′・N …(8) ここでK2′,K4′は定数、Nは正規化された回転数で
ある。したがって、Vg/Vaは(9)式のようになる。
K 2 = K 2 ′ · N (7) K 4 = K 4 ′ · N (8) Here, K 2 ′ and K 4 ′ are constants, and N is a normalized rotation speed. Therefore, V g / V a is given by the equation (9).

誤差増幅器44の伝達関数を従来のように(6)式とす
ると、Vg/▲V* g▼は(10)式のようになる。ただし
(6)式のK2,K4は定数なので、それぞれK2′,K4′に
置き換える。
Assuming that the transfer function of the error amplifier 44 is the equation (6) as in the conventional case, V g / ▲ V * g ▼ is given by the equation (10). However, since K 2 and K 4 in the equation (6) are constants, they are replaced with K 2 ′ and K 4 ′, respectively.

この(10)式より、制御系のカットオフ周波数は、設
計値の周波数ωcではなく、ωc・N2となっていることが
わかる。カットオフ周波数は、回転数等の条件によらず
一定の値となることが望ましい。しかし(10)式の制御
系では、同期発電機の回転数がN=1 P.U.の定格回転数
より低くなると、カットオフ周波数が低下して端子電圧
制御の応答が悪くなり、また逆に高くなるとカットオフ
周波数が高くなって端子電圧制御が不安定になったり、
ノイズで誤動作したりするという問題が起こる。
From this equation (10), it is understood that the cutoff frequency of the control system is ω c · N 2 instead of the designed frequency ω c . It is desirable that the cutoff frequency has a constant value regardless of the conditions such as the rotation speed. However, in the control system of formula (10), when the number of revolutions of the synchronous generator becomes lower than the rated number of revolutions of N = 1 PU, the cutoff frequency lowers and the response of the terminal voltage control deteriorates. The cutoff frequency becomes high and the terminal voltage control becomes unstable,
There is a problem that it may malfunction due to noise.

また、同期発電機1の端子電圧が大きく変化する場
合、電力変換器41の電源電圧も大きく変化するので、
(1)式のK1は定数と見なすことは出来ない。電力変換
器41の電源は、同期発電機1の端子電圧をトランス46で
降圧して得ているので、K1は変数となり下記の(11)式
の様になる。
Further, when the terminal voltage of the synchronous generator 1 changes greatly, the power supply voltage of the power converter 41 also changes greatly,
K 1 in equation (1) cannot be regarded as a constant. Since the power supply of the power converter 41 is obtained by stepping down the terminal voltage of the synchronous generator 1 by the transformer 46, K 1 becomes a variable and is expressed by the following equation (11).

K1=K1′・AVg …(11) こゝでK1′は定数,AVgは正規化された励磁電源電圧
である。
K 1 = K 1 ′ · AV g (11) where K 1 ′ is a constant and AV g is the normalized excitation power supply voltage.

したがって、Vg/Vaは(12)式のようになる。Therefore, V g / V a is given by equation (12).

誤差増幅器44の伝達関数を、従来のように(6)式と
すると、Vg/▲V* g▼は(13)式のようになる。ただし
(6)式のK1は定数なので、K1′に置き換える。
Assuming that the transfer function of the error amplifier 44 is the equation (6) as in the conventional case, V g / ▲ V * g ▼ is given by the equation (13). However, since K 1 in the equation (6) is a constant, it is replaced with K 1 ′.

(13)式より制御系のカットオフ周波数は、設計値の
ωcではなく、ωc・AVgとなっていることがわかる。カ
ットオフ周波数は同期発電機の回転数だけでなく、励磁
電源電圧にもよらない一定の値となることが望ましい。
しかし(13)式の制御系では、同期発電機の励磁電源電
圧AVgが、1 P.U.の定格値より低くなると、カットオフ
周波数ωcが低下して端子電圧制御の応答が悪くなり、
また逆に高くなると、カットオフ周波数が高くなって端
子電圧制御が不安定になったり、ノイズで誤動作したり
する。
From equation (13), it can be seen that the cutoff frequency of the control system is ω c · AV g instead of the designed value ω c . It is desirable that the cutoff frequency be a constant value that does not depend on the number of revolutions of the synchronous generator or the excitation power supply voltage.
However, in the control system of formula (13), when the excitation power supply voltage AV g of the synchronous generator becomes lower than the rated value of 1 PU, the cutoff frequency ω c decreases and the response of the terminal voltage control deteriorates.
On the other hand, when it becomes higher, the cut-off frequency becomes higher and the terminal voltage control becomes unstable, or noise causes malfunction.

以上、従来の制御方式に於て、同期発電機1の回転数
および励磁電源電圧がそれぞれ大きく変化して場合の特
性について述べたが、両方同時に変化した場合の制御系
は、もっと複雑にカットオフ周波数が変化して端子電圧
制御系の応答特性は一定しない。
In the above, in the conventional control method, the characteristics when the rotation speed and the exciting power supply voltage of the synchronous generator 1 are largely changed have been described, but the control system when both are changed at the same time has a more complicated cutoff. The frequency changes and the response characteristics of the terminal voltage control system are not constant.

同期発電機1の回転数および端子電圧が大きく変化す
る用途とは、小水力発電機、船舶や自動車の各種軸駆動
発電機である。これらの用途では、同期発電機1の端子
電圧制御系をマイナーループとする定力率制御のメジャ
ーループを持っていたり、同期発電機1の電力を定電圧
定周波数の電力に変換する装置とその制御系を持つもの
が多く、そのような制御系に要求される応答や安定性の
性能も、最近は高度なものになってきている。このた
め、同期発電機の端子電圧制御系は出来るだけ速い応答
でかつ安定した特性であることが望ましい。しかしなが
ら、従来の制御方法では、発電機の回転数、励磁電源電
圧の変化により、制御系のカットオフ周波数が変化して
しまい、この要求を満足することができなかった。
The applications in which the rotation speed and the terminal voltage of the synchronous generator 1 greatly change are a small hydroelectric generator and various shaft drive generators for ships and automobiles. In these applications, there is a major loop for constant power factor control that uses the terminal voltage control system of the synchronous generator 1 as a minor loop, or a device that converts the electric power of the synchronous generator 1 into constant voltage constant frequency power and its Many of them have a control system, and the response and stability performance required for such a control system have recently become sophisticated. For this reason, it is desirable that the terminal voltage control system of the synchronous generator has a response as fast as possible and stable characteristics. However, in the conventional control method, the cutoff frequency of the control system changes due to changes in the number of revolutions of the generator and the excitation power supply voltage, and this requirement cannot be satisfied.

本発明の目的は、端子電圧制御系の特性を安定に保つ
ことができるだけでなく、応答を常に速い値に保つこと
が可能な同期発電機の自動電圧調整装置を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide an automatic voltage regulator for a synchronous generator that can not only keep the characteristics of the terminal voltage control system stable but also keep the response at a fast value.

〔発明の構成〕[Structure of Invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明は、同期発電機の端子電圧を端子電圧指令に応
じた値となるよう制御する自動電圧調整装置において、
前記同期発電機の回転数および端子電圧を検出し、その
検出した信号に応じて前記同期発電機がブラシレス同期
発電機の場合 1/(N2・AVg) 前記同期発電機がブラシ付同期発電機の場合 1/(N・AVg) (Nは正規化された回転数、AVgは正規化された励磁電
源電圧) の関数を持ったゲイン補正器で前記端子電圧指令値と前
記端子電圧との誤差の増幅のゲインに修正を加えること
により回転数および端子電圧が大きく変化しても端子電
圧制御系のカットオフ周波数を一定に保ち、端子電圧制
御系の応答を常に速い一定の値とすることを特徴とする
ものである。
(Means for Solving Problems) The present invention relates to an automatic voltage regulator that controls a terminal voltage of a synchronous generator so as to have a value according to a terminal voltage command,
When the number of revolutions and the terminal voltage of the synchronous generator is detected and the synchronous generator is a brushless synchronous generator according to the detected signal 1 / (N 2 · AV g ) The synchronous generator with brush is synchronous generator In the case of a machine, a gain corrector with a function of 1 / (N · AV g ) (N is the normalized rotation speed, AV g is the normalized excitation power supply voltage) is the terminal voltage command value and the terminal voltage. By correcting the gain of amplification of the error between and, the cutoff frequency of the terminal voltage control system is kept constant and the response of the terminal voltage control system is always set to a fast constant value even if the rotation speed and the terminal voltage change significantly. It is characterized by doing.

(作用) 本発明においては、端子電圧制御系の制御ゲインを一
定値とするので、カットオフ周波数も一定の値に保つこ
とができる。これにより端子電圧制御系の特性を安定に
保てるだけでなく、応答を常に速い値に保つことが可能
で、同期発電機の応用用途をひろげることができる。
(Operation) In the present invention, since the control gain of the terminal voltage control system is set to a constant value, the cutoff frequency can also be maintained at a constant value. As a result, not only can the characteristics of the terminal voltage control system be maintained stable, but also the response can be maintained at a fast value at all times, and the applications of the synchronous generator can be expanded.

(実施例) 以下本発明を第1図および第2図に示す一実施例を参
照して説明する。第1図および第2図において第6図お
よび第7図と同一の番号のものは、同一の構成要素を示
す。また、47は回転数検出器、48はゲイン補正器であ
る。また、Vcはゲイン補正器48の出力信号、Nは同期発
電機1の回転数である。第3図は、同期発電機の回転
数、励磁電源電圧は大きく変化する例としての、船舶用
軸駆動発電装置の軸発電機の特性である。回転数はN1
らN3まで任意に変化する。端子電圧は回転数に対するパ
ターンが決っており、N1からN2までは、回転数に比例し
た電圧が、N2からN3までは、一定の電圧が端子電圧指令
▲V* g▼として与えられる。
(Example) The present invention will be described below with reference to an example shown in FIGS. 1 and 2. In FIGS. 1 and 2, the same reference numerals as those in FIGS. 6 and 7 indicate the same components. Further, 47 is a rotation speed detector, and 48 is a gain corrector. Further, V c is the output signal of the gain corrector 48, and N is the rotation speed of the synchronous generator 1. FIG. 3 shows the characteristics of the shaft generator of the ship shaft drive generator as an example in which the rotational speed of the synchronous generator and the excitation power supply voltage greatly change. The rotation speed changes arbitrarily from N 1 to N 3 . The terminal voltage has a fixed pattern with respect to the number of revolutions.From N 1 to N 2 , a voltage proportional to the number of revolutions is given, and from N 2 to N 3 , a constant voltage is given as the terminal voltage command ▲ V * g ▼. To be

以下、第1図、第2図、および第3図により、本発明
の同期発電機(ブラシレス同期発電機)の自動電圧調整
方法につき説明する。同期発電機1の回転数Nが大きく
変化する場合のVg/Vaは、(9)式のようになる。ま
た、同期発電機1の端子電圧Vgが大きく変化する場合の
Vg/Vaは、(12)式のようになる。(9),(12)式か
ら、第3図のように回転数、端子電圧ともに大きく変わ
る場合の被制御系の伝達関数Vg/Vaを求めると(14),
(15)式のようになる。
Hereinafter, the automatic voltage adjustment method for the synchronous generator (brushless synchronous generator) of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. V g / V a in the case where the rotation speed N of the synchronous generator 1 largely changes is expressed by the equation (9). In addition, when the terminal voltage V g of the synchronous generator 1 changes greatly
V g / V a is given by equation (12). From equations (9) and (12), the transfer function V g / V a of the controlled system when both the rotation speed and the terminal voltage change greatly as shown in Fig. 3 is obtained (14),
It becomes like the formula (15).

G1=(K1′.K2′・K3・K4′)・N2・AVg …(15) (15)式からわかるように、ゲインG1はN2とAVgに比例
する。ゲインG1が最も高くなるのは、第3図で回転数、
端子電圧が最も大きくなるC点。ゲインG1が最も小さく
なるのは、回転数、端子電圧が最も小さくなるA点であ
る。第3図の例ではC点とA点では、ゲインは回転数変
化により1/9に、端子電圧変化により1/2に、合計1/18に
なる。
G 1 = (K 1 ′ .K 2 ′ · K 3 · K 4 ′) · N 2 · AV g (15) As can be seen from the equation (15), the gain G 1 is proportional to N 2 and AV g . . The highest gain G 1 can be found in Fig. 3 where
Point C where the terminal voltage is the highest. The gain G 1 is the smallest at the point A where the rotation speed and the terminal voltage are the smallest. In the example of FIG. 3, at points C and A, the gain becomes 1/9 due to the change in the number of revolutions and 1/2 due to the change in the terminal voltage, resulting in 1/18 in total.

(14),(15)式で示される系を、(5)式で示され
る望ましい系にする為の誤差増幅の伝達関数を(16),
(17)に示す。
The error amplification transfer function for making the system shown in equations (14) and (15) the desired system shown in equation (5) is (16),
It is shown in (17).

G2=ωc/((K1′・K2′・K3・K4′)・N2・AVg) …
(17) (17)式によるG2は、(15)式のG1のN2項、AVg項を
補正して、NやVgが変化しても、全体のゲインをωc
定にする。
G 2 = ω c / ((K 1 ′ ・ K 2 ′ ・ K 3・ K 4 ′) ・ N 2・ AV g ) ...
(17) G 2 according to Eq. (17) is corrected by correcting the N 2 term and AV g term of G 1 in Eq. (15) to keep the overall gain constant at ω c even if N or V g changes. To do.

(6)式と(16)式を比較すると、s項は同一である
から、(17)式を満足するようにゲインを補正してやれ
ば、(16),(17)式で表される望ましい誤差増幅にす
ることができる。このためには、第2図に示すように、
誤差増幅器44と直列に、所定の伝達関数f6を持ったゲイ
ン補正器を制御系に加えてやれば良い。f6は(6)式と
(16),(17)式の比較から、(18)式に示す関数とな
る。
Comparing equations (6) and (16), the s term is the same, so if the gain is corrected so as to satisfy equation (17), the desired error expressed by equations (16) and (17) It can be amplified. For this purpose, as shown in FIG.
A gain corrector having a predetermined transfer function f 6 may be added to the control system in series with the error amplifier 44. f 6 becomes the function shown in the expression (18) by comparing the expression (6) with the expressions (16) and (17).

f6=Vc/ΔVg=1/(N2・AVg) …(18) これを実現する回路が第1図である。ゲイン補正器48
は、端子電圧指令信号▲V* g▼と端子電圧帰還信号Vg
差のΔVgに(18)式のゲイン補正を行いVcを得る。誤差
増幅器44では、従来どうり(6)式にしたがってVcを増
幅してVaを得る。以下は従来の方式と同様に、位相制御
器45および電力変換器41により励磁機界磁電流を調節し
て発電機電圧を一定に保つ。
f 6 = V c / ΔV g = 1 / (N 2 · AV g ) ... (18) FIG. 1 shows a circuit that realizes this. Gain corrector 48
Calculates the difference ΔV g between the terminal voltage command signal ▲ V * g ▼ and the terminal voltage feedback signal V g by the gain correction of the equation (18) to obtain V c . The error amplifier 44 obtains V a by amplifying V c according to the equation (6) as in the conventional case. In the following, as in the conventional method, the exciter field current is adjusted by the phase controller 45 and the power converter 41 to keep the generator voltage constant.

第4図は、第3図のような特性の同期発電機の、被制
御系の伝達関数のゲインG1と、制御系の伝達関数のゲイ
ンG2、および両者を総合した系全体のゲインG1・G2の特
性を示した図である。全領域において、系全体のゲイン
G1・G2は一定である。これにより、同期発電機1の回転
数、端子電圧が変化しても、端子電圧制御のカットオフ
周波数は常に一定とすることができる。
FIG. 4 shows the gain G 1 of the transfer function of the controlled system, the gain G 2 of the transfer function of the control system, and the gain G of the entire system, which is a combination of the two , of the synchronous generator having the characteristics shown in FIG. is a diagram showing characteristics of 1 · G 2. Gain of the entire system in all areas
G 1 and G 2 are constant. As a result, the cutoff frequency of the terminal voltage control can be kept constant even if the rotation speed of the synchronous generator 1 and the terminal voltage change.

(他の実施例) 次に本発明の他の実施例を第5図に示す。この例は、
第1図の例の励磁機3、回転整流器2を用いず、電力変
換器41の出力により直接同期発電機1の界磁を励磁して
行なうブラシ付同期発電機での方式である。この場合、
被制御系の伝達関数は(19),(20)式のようになる。
(Other Embodiment) Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. This example
This is a system with a brushless synchronous generator in which the field of the synchronous generator 1 is directly excited by the output of the power converter 41 without using the exciter 3 and the rotary rectifier 2 in the example of FIG. in this case,
The transfer function of the controlled system is as shown in Eqs. (19) and (20).

G1=(K1′・K4′)・N・AVg …(20) したがって、ゲイン補正器48の伝達関数は(21)式の様
に誤差増幅器44の伝達関数は(22)式のようにすればよ
い。
G 1 = (K 1 ′ · K 4 ′) · N · AV g (20) Therefore, the transfer function of the gain compensator 48 is expressed by the equation (21), and the transfer function of the error amplifier 44 is expressed by the equation (22). You can do it like this.

Vc/ΔVg=1/(N・AVg) …(21) これにより、第1図の例と同様に、端子電圧制御系の
カットオフ周波数は、同期発電機1の遅れにも、回転数
にも、励磁電源電圧の変化にも、影響されない一定の周
波数ωcで制御できる。
V c / ΔV g = 1 / (N · AV g )… (21) As a result, as in the example of FIG. 1, the cutoff frequency of the terminal voltage control system is a constant frequency ω that is not affected by the delay of the synchronous generator 1, the rotation speed, or the change of the excitation power supply voltage. It can be controlled with c .

また、以上の説明では、補正ゲインは演算で求める様
に記したが、与えられた式の信号を発生する関数発生器
でもよい。関数の内容も、要求される性能、精度に合わ
せて、近似式を用いても良い。
Further, in the above description, the correction gain is described as being calculated, but a function generator that generates a signal of a given formula may be used. An approximate expression may be used as the content of the function according to the required performance and accuracy.

第1図および第5図の例とも、制御をアナログ回路の
ハードウェアにより、おこなう例を示したが、本発明の
実現手段は、これに限るものではなく、マイクロコンピ
ュータ等を用いて、ソフトウェアプログラムにより、行
っても良い。
In both the examples of FIGS. 1 and 5, the control is performed by the hardware of the analog circuit. However, the realizing means of the present invention is not limited to this, and a software program may be used by using a microcomputer or the like. You may go by

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば同期発電機の励磁装置において、同期
発電機の回転数や励磁電源電圧が大きく変化しても、端
子電圧制御系のゲインを一定に保ち、カットオフ周波数
を変化させない。これにより、端子電圧制御系の応答
を、常に速い一定の値にできる。したがって、同期発電
機の回転数、励磁電源電圧が大きく変化する用途、例え
ば、小水力発電機、船舶や自動車の各種軸駆動発電機に
おいて、制御特性を大きく改善でき、応用用途を広げる
ことが出来る。
According to the present invention, in the exciter for a synchronous generator, the gain of the terminal voltage control system is kept constant and the cutoff frequency is not changed even if the rotational speed of the synchronous generator or the excitation power supply voltage changes significantly. As a result, the response of the terminal voltage control system can be always set to a fast constant value. Therefore, control characteristics can be greatly improved and applications can be expanded in applications in which the rotational speed of the synchronous generator and the excitation power supply voltage change greatly, for example, small hydroelectric generators and various shaft drive generators for ships and automobiles. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の同期発電機の自動電圧調整装置を示す
ブロック図、第2図は本発明の自動電圧調整装置の制御
ブロック図、第3図は本発明の作用を説明するための同
期発電機の特性図、第4図は本発明の作用を説明するた
めの制御系の特性図、第5図は本発明の他の実施例を示
すブロック構成図、第6図は従来の同期発電機の制御系
を示す構成図、第7図は自動電圧調整装置を示す制御ブ
ロック図である。 1……同期発電機、2……回転整流器 3……励磁機、4……AVR 41……電力変換器、42……電圧検出器 43……電圧設定器、44……誤差増幅器 45……位相制御器、46……トランス 47……回転数検出部、48……ゲイン補正器
FIG. 1 is a block diagram showing an automatic voltage regulator for a synchronous generator of the present invention, FIG. 2 is a control block diagram of the automatic voltage regulator of the present invention, and FIG. 3 is a synchronization for explaining the operation of the present invention. FIG. 4 is a characteristic diagram of a generator, FIG. 4 is a characteristic diagram of a control system for explaining the operation of the present invention, FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a conventional synchronous power generation. FIG. 7 is a configuration diagram showing a control system of the machine, and FIG. 7 is a control block diagram showing an automatic voltage regulator. 1 …… Synchronous generator, 2 …… Rotary rectifier 3 …… Exciter, 4 …… AVR 41 …… Power converter, 42 …… Voltage detector 43 …… Voltage setter, 44 …… Error amplifier 45 …… Phase controller, 46 ... Transformer 47 ... Rotation speed detector, 48 ... Gain corrector

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】同期発電機の端子電圧を端子電圧指令値に
応じた値となるよう制御する自動電圧調整装置におい
て、前記同期発電機の回転数および端子電圧を検出し、
その検出した信号に応じて前記同期発電機がブラシレス
同期発電機の場合 1/(N2・AVg) 前記同期発電機がブラシ付同期発電機の場合 1/(N・AVg) (Nは正規化された回転数、AVgは正規化された励磁電
源電圧) の関数を持ったゲイン補正器で前記端子電圧指令値と前
記端子電圧との誤差の増幅のゲインに修正を加えること
により回転数および端子電圧が大きく変化しても端子電
圧制御系のカットオフ周波数を一定に保ち、端子電圧制
御系の応答を常に速い一定の値とすることを特徴とする
同期発電機の自動電圧調整装置。
1. An automatic voltage regulator for controlling the terminal voltage of a synchronous generator to a value according to a terminal voltage command value, detecting the rotational speed and the terminal voltage of the synchronous generator,
According to the detected signal, when the synchronous generator is a brushless synchronous generator 1 / (N 2 · AV g ) When the synchronous generator is a brushed synchronous generator 1 / (N · AV g ) (N is Normalized rotation speed, AV g is the normalized excitation power supply voltage) With a gain corrector having a function, rotation is performed by correcting the gain of amplification of the error between the terminal voltage command value and the terminal voltage. The automatic voltage regulator for a synchronous generator characterized in that the cutoff frequency of the terminal voltage control system is kept constant and the response of the terminal voltage control system is always a fast constant value even if the number and the terminal voltage change significantly. .
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