JP3770532B2

JP3770532B2 - 系統連系用エンジン駆動発電機の制御電源補償装置

Info

Publication number: JP3770532B2
Application number: JP2000169110A
Authority: JP
Inventors: 亨広井; 康正水野
Original assignee: デンヨー株式会社
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2020-06-06
Also published as: JP2001352681A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統連系が可能なエンジン駆動発電機（以下、「系統連系用エンジン駆動発電機」という）の制御電源補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メンテナンスに専門の管理者を必要としない小容量である系統連系のインバータの電源にエンジン駆動発電機を使用する装置については、メンテナンスのインターバルが長期になっても問題は起こりにくく、メンテナンス項目もできるだけ少ない方が望ましい。
そこで、系統連系用エンジン駆動発電機では、エンジン始動や制御電源にバッテリを用いず、商用電源を利用して直流電源を作り、これをエンジンの始動電源、ならびに制御電源としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の始動用のバッテリを持たない系統連系用エンジン駆動発電機において、系統連系運転中に系統が停電すると、前記エンジンの制御電源がなくなるためエンジンの制御が不安定になり、最終的にエンジンは停止するが、その停止は停止指令に基づくものでないため確実な停止動作とはならない。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、エンジンの運転に必要な電源を確実かつ安定的に供給することができ、特に、系統の停電時において発電機を継続して運転できるとともに、エンジンを確実に停止させることができる系統連系用エンジン駆動発電機の制御電源補償装置（以下、「制御電源補償装置」という）を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために請求項１に記載の発明は、エンジンにより駆動される系統連系が可能な発電機を有するエンジン駆動発電機において、前記エンジンの始動時および前記発電機の出力電圧が確立するまでの補機類に必要な電源を、系統から得るとともに、前記発電機の出力電圧が確立した後は、前記発電機の交流出力を直流に変換した第１の直流出力と前記系統からの交流出力を直流に変換した第２の直流出力を並列接続することにより構成された電源切換手段により、前記第２の直流出力電圧を前記第１の直流出力電圧よりも高くすることで、前記系統からの電源を用いて前記エンジンの運転を行い、前記系統の停電時には前記発電機からの電源を得ることでエンジンの自立運転を可能とした。
このことにより、エンジンの運転等に必要な電源を系統からの電源ならびに発電機から並列に得るとともに、両電源を電源切換手段により切換可能とすることで、系統の停電時でも発電機から継続して電源を供給することができる。そのため、停電時にも確実にエンジンの運転停止に必要な電源を安定して得ることができる。
【０００６】
また、エンジンはそのまま運転することも可能となり、系統復電時に再連系できる。更に、エンジンを停止させる場合でもインバータの解列が行われた後にエンジンを停止させることにより、停止指令に基づく確実な停止動作を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図１は本発明の制御電源補償装置の第１実施形態を示すブロック図である。ここでは、エンジンＥで駆動される発電機Ｇの出力を整流器ＲＥＣ１で整流し、インバータＩＶで規定周波数および規定電圧の交流に変換する。そして、系統５に連系するための始動信号により連系スイッチＳＷが投入され、インバータＩＶの出力電圧を上昇させることで規定電力を系統５に供給している。
【０００９】
電源切換手段は、発電機Ｇの交流出力と系統５からの交流出力をそれぞれトランスＴｒ１，Ｔｒ２により降圧した後、第１の直流出力としての整流器ＲＥＣ２、第２の直流出力としてのＲＥＣ３により直流に変換し、その出力を並列に接続することにより構成されており、整流器ＲＥＣ２と整流器ＲＥＣ３の出力電圧差に応じて切り換えられるようになっている。この整流器ＲＥＣ２、ＲＥＣ３の出力は、エンジン制御回路１１に電力を供給する安定化制御電源９及びエンジン始動装置１０（セルモータ）の電源に接続されており、安定化制御電源９には、系統５からの電源（商用電源）と発電機Ｇからの電源が供給されるように構成されている。
また、エンジン制御回路１１は、安定化制御電源９からの電圧を受け、図示していないエンジンＥの始動命令信号によりエンジン始動装置１０に始動信号を発してエンジン始動をさせる他、エンジン回転数の制御、エンジンＥの運転及び停止のための各保護回路を含んだ動作を制御する回路である。
【００１０】
本発明の制御電源補償装置によれば、エンジンＥの運転および補機類に必要な電源を、エンジンＥの始動時には系統５からの商用電源から得る一方、商用電源の停電時には発電機Ｇから得られるような回路構成になっている。
すなわち、エンジン始動時には、エンジンＥは停止しているので、発電機Ｇの出力は零であるから系統５からの商用電源をトランスＴｒ２で降圧し整流器ＲＥＣ３により直流に変換した電圧が直接エンジン始動装置１０に供給される。
そして、系統５からの商用電源によりエンジンＥが始動するとエンジン回転数の上昇と共に発電機Ｇの電圧も上昇して、インバータＩＶに電圧が供給される。さらに、エンジンＥの回転数が上昇して、その回転数が規定回転数になることで発電機Ｇの出力電圧が一定電圧として確立される。そして、発電機Ｇの出力は、トランスＴｒ１で降圧され、整流器ＲＥＣ２を介して直流に変換された電圧として出力される。しかも、整流器ＲＥＣ２と整流器ＲＥＣ３の出力電圧、すなわち、両者の直流出力電圧を同等か、もしくは一方の出力電圧を高くすることで、整流器ＲＥＣ２と整流器ＲＥＣ３の出力電圧の高低差により、両者もしくは一方の電源を用いてエンジンＥの運転に必要な電源を得ることになる。
さらに、前記両者の電源が並列接続されていることで、系統５からの商用電源が停電した時には、系統５からの商用電源は零になるので、整流器ＲＥＣ３の出力も零となり、電源発電機Ｇからの出力のみによる電源が得られ、エンジンＧの自立運転を行うことができる。
【００１１】
このことにより、万が一商用電源に停電が発生しても安定化制御電源９の入力電圧は発電機Ｇから得ることができるため、連系スイッチＳＷを開放してインバータＩＶを系統５から解列した後でも、エンジン運転のための電源を確実に得ることができる。また、エンジンＥは継続して運転可能となり、系統復電時にインバータＩＶを再連系することができる。更に、エンジンＥを停止させる場合でもインバータＩＶの解列が行われた後にエンジン制御回路１１の停止信号によりエンジンＥを停止させるための回路を機能させることによって確実なエンジン停止動作を実行できる。
なお、前記説明では、安定化制御電源９の出力をエンジン制御回路１１へのみ供給しているが、エンジン制御回路１１のほかにインバータＩＶの制御電源として供給するものであってもよい。
また、本実施形態では、エンジン始動装置１０の電源回路は、安定化制御電源９の入力と同一の電源回路とする構成としている。しかし、エンジンＥのスタータ電源は（−）線が接地されていることから、アース回路と絶縁するために、系統５の商用電源を別電源回路として、他のトランス及び整流器を介して、エンジン始動装置１０に供給することも可能である。
【００１２】
［参考例］
図２は本発明の制御電源補償装置に関する参考例を示すブロック図である。なお、図中、図１に示すブロックと同一番号が付されたブロックは図１に示すそれと同じとする。
ここでは、エンジンＥで駆動される発電機Ｇの出力を整流器ＲＥＣ１で整流し、インバータＩＶで規定周波数および規定電圧の交流に変換する。そして、系統５に連系するための始動信号により連系スイッチＳＷが投入され、インバータＩＶの出力電圧を上昇させることで規定電力を系統５に供給している。
また、発電機Ｇの出力をインバータＩＶへの出力とは別に分岐させ、整流器ＲＥＣ４で整流した後に、第２のインバータＩＶ’により規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して、切換器１３（電源切換手段）の一方の回路端子に入力させている。系統５からの電源（商用電源）は、切換器１３の他方の回路端子に入力しており、当該切換器１３からのいずれか一方の出力は、トランスＴｒと整流器ＲＥＣ５を介して、安定化制御電源９及びエンジン始動装置１０（セルモータ）の電源に接続されている。
【００１３】
エンジン制御回路１１は、前記安定化制御電源９から電源供給を受け、図示していないエンジンＥの始動命令信号によりエンジン始動装置１０に始動信号を発してエンジン始動をさせる他、エンジン回転数の制御、エンジンＥの運転及び停止のための各保護回路を含んだ動作を制御する回路である。
また、切換指令回路１２は、比較器１６と、トランジスタ１７とを主要部として構成されており、安定化制御電源９から電源供給を受けている。前記比較器１６には、エンジンＥの回転数を検出する回転数検出器１４若しくは発電機Ｇ出力である電圧を検出する電圧検出器１５出力の論理和出力（Ｅｄ）が、設定基準電圧（Ｅｓ）とともに入力されており、さらに、比較器１６の出力はトランジスタ１７のベースに接続されている。そして、トランジスタ１７は比較器１６によりオン／オフ制御されることにより、リレー１８のコイルＲがトランジスタ１７により駆動されて、切換器１３の入力電源を切り換えることが可能になっている。従って、切換指令回路１２は、論理和出力電圧（Ｅｄ）と設定基準電圧（Ｅｓ）を比較器１６で比較演算した結果を受けて切換器１３の切り換え制御を行い、入力電源の切換を制御する仕組みになっている。
【００１４】
このように構成することで、回転数検出器１４若しくは電圧検出器１５を介して、それぞれ、エンジンＥの回転数が設定回転数以上もしくは、発電機Ｇの交流出力が設定電圧以上になったことを検出して、系統５の電源から発電機Ｇの電源に切り換えることで、発電機Ｇの出力をエンジンＥの運転および補機類に必要な電源として出力している。
【００１５】
なお、図中、回転数検出器１４と電圧検出器１５出力とを論理和するゲート１９が示されているが、説明の便宜上示したものであり、実際は、いずれか一つの入力が比較器１６の入力端子に供給される形態をとっている。
また、本参考例では、エンジン始動装置１０の電源回路は、安定化制御電源９の入力と同一の電源回路とする構成としている。しかし、エンジンＥのスタータ電源は（−）線が接地されていることから、アース回路と絶縁するために、系統５の商用電源を別電源回路として、他のトランス及び整流器を介して、エンジン始動装置１０に供給することも可能である。さらに、切換指令回路１２へは、前記した回転数信号、発電機出力信号のほかに、系統インバータＩＶの出力信号等、発電機Ｇが通常運転になったことを検出できる他の信号を供給するものでも構わない。また、検出手段の信号として、インバータＩＶの出力停止信号、あるいはエンジン始動時の油圧確立信号により、切換器１３を発電機Ｇの電源側に切り換える構成でもよいものとする。
【００１６】
本参考例によれば、エンジンＥの始動に必要な電源は、系統５からの商用電源から得るとともに、エンジン回転数あるいは発電機出力が、設定回転数、あるいは設定電圧以上であると判断されたときに、切換器１３により、発電機Ｇから得られる電圧に切り換えることができる。すなわち、エンジン始動時には、系統５からの電源をトランスＴｒで降圧し整流器ＲＥＣ５を介して直流に変換した電圧が、安定化制御電源９を介してエンジン制御回路１１に供給され、また、整流器ＲＥＣ５の直流出力を電源とするエンジン始動装置１０に供給される。
【００１７】
そして、エンジンＥの始動後において、エンジン回転数あるいは発電機出力が上昇して、切換指令回路１２により設定回転数、あるいは設定電圧以上であると判断されたときに、切換器１３が切り換えられる。これにより、エンジン始動時に始動及び制御電源となっていた商用電源から、整流器ＲＥＣ４で整流された後にインバータＩＶ’で交流電力に変換された発電機Ｇの出力を、前記商用電源とほぼ等しい出力に切り換え、安定化制御電源９に供給することができる。
【００１８】
このことにより、エンジンＥの始動運転時には、系統５からの商用電源が得られるとともに、エンジン回転数あるいは発電機出力が、設定回転数、あるいは設定電圧以上になったときには、当該発電機Ｇの出力に切り換えることが可能となる。そのため、安定化制御電源９の入力電源が確実に得られることから、停電時等においても発電機ＧがエンジンＥにより運転を継続することができ、復電待機運転及び自立運転が可能になる。また、エンジンＥを停止させる場合でもインバータＩＶの解列が行われた後にエンジン制御回路１１の停止信号によりエンジンＥを停止させるための回路を機能させることによって確実なエンジン停止動作を実行できる。
【００１９】
なお、第２のインバータＩＶ’の出力は、例えば、システムに付設される冷却ファン等の電源としても使用できるため、当該冷却ファン等に商用電源入力仕様である汎用部品を使用可能となることから、停電時にも復電待機運転、自立運転が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
前記構成にすることで、本発明によれば、エンジン又は補器類に必要な電源を確実かつ安定的に得ることができるので、系統の停電時でもエンジンを確実に停止させることができる系統連系用エンジン駆動発電機の制御電源補償装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の系統連系用エンジン駆動発電機の制御電源補償装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の系統連系用エンジン駆動発電機の制御電源補償装置の参考例を示すブロック図である。
【符号の説明】
E エンジン
Ｇ発電機
ＲＥＣ１〜ＲＥＣ５整流器
ＩＶ，ＩＶ’ インバータ
Ｔｒ，Ｔｒ１，Ｔｒ２トランス
５系統
９安定化制御電源
１０エンジン始動装置
１１エンジン制御回路
１２切換指令回路
１３切換器
１４回転数検出器
１５電圧検出器

Claims

エンジンにより駆動される系統連系が可能な発電機を有するエンジン駆動発電機において、
前記エンジンの始動時および前記発電機の出力電圧が確立するまでの補機類に必要な電源を、系統から得るとともに、
前記発電機の出力電圧が確立した後は、
前記発電機の交流出力を直流に変換した第１の直流出力と前記系統からの交流出力を直流に変換した第２の直流出力を並列接続することにより構成された電源切換手段により、前記第２の直流出力電圧を前記第１の直流出力電圧よりも高くすることで、前記系統からの電源を用いて前記エンジンの運転を行い、
前記系統の停電時には前記発電機からの電源を得ることでエンジンの自立運転を可能としたことを特徴とする系統連系用エンジン駆動発電機の制御電源補償装置。