JP4679970B2

JP4679970B2 - 同期発電機の自動電圧調整装置

Info

Publication number: JP4679970B2
Application number: JP2005166369A
Authority: JP
Inventors: 学鷲津
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2025-06-07
Also published as: JP2006345586A

Description

本発明は、同期発電機の自動電圧調整装置に関し、詳しくは、定格周波数を複数に切り替えて使用することができる同期発電機の自動電圧調整装置に関する。

ディーゼルエンジン等で発電機を駆動する可搬式のエンジン発電機では、一般的に、あらかじめ設定された設定周波数未満の周波数域では出力周波数に出力電圧を比例して変化させ、出力周波数が前記設定周波数以上の周波数域では出力電圧をあらかじめ設定された設定電圧に保持する自動電圧調整器を備えており、界磁電流を制御することによって界磁巻線の焼損を防止している（例えば、特許文献１参照。）。

また、設定周波数の上下で出力周波数−出力電圧特性を切り替えることにより、設定周波数以上では設定電圧に保持し、設定周波数以下では、前記設定電圧より低い電圧で略一定の電圧に保持し、低周波数域でも安定した電圧を供給できるようにしたり（例えば、特許文献２参照。）、スイッチング回路のスイッチング制御を行うことによって発電機出力を制御したりするものも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特公昭５２−４７２９号公報特開平１０−１１７４９８号公報特許第２７５８５７２号公報

しかし、定格周波数が複数設定できる同期発電機では、高い定格周波数における定格電圧が、低い定格周波数における定格電圧よりも高く設定されており、出力電圧の調節可能範囲も、高い定格周波数の方が高い電圧範囲に設定されている。一方、エンジン駆動の同期発電機の出力周波数は、エンジンの回転数に依存するため、定格周波数を高く設定しているときでも、エンジンの回転数を下げることによって定格周波数より低い周波数範囲での運転が可能な状態となっている。

この場合、定格周波数を高い定格周波数に設定し、出力電圧を高い定格周波数の調節範囲における最高電圧に調節した状態でエンジンの回転数を下げてしまうと、同期発電機は低周波数域で高電圧を出力する状態になるため、界磁電流が増加して界磁巻線が焼損してしまうおそれがあった。

そこで本発明は、定格周波数が複数設定できる同期発電機において、定格周波数を高く設定して電圧も高く調節した状態で周波数が低くなったときに電圧を効果的に抑制することにより、界磁巻線の焼損を確実に防止できる同期発電機の自動電圧調整装置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、本発明の同期発電機の自動電圧調整装置は、同期発電機から出力された電圧を検出する電圧検出器及び前記同期発電機から出力された周波数を検出する周波数検出器とを備え、前記電圧検出器で検出した電圧及び前記周波数検出器で検出した周波数に応じて前記同期発電機から出力される電圧を自動調整する同期発電機の自動電圧調整装置において、前記同期発電機の定格周波数を複数に切替設定する定格周波数設定器と、該定格周波数設定器に設定した定格周波数に対応する定格電圧に対して前記同期発電機の出力電圧をあらかじめ設定された範囲内で調節可能な電圧調節器とを備え、前記周波数検知器で検知した周波数が前記定格周波数設定器に設定された定格周波数よりも低い定格周波数に相当する周波数に低下したときに出力可能な最高電圧を、低い定格周波数における定格電圧未満としたことを特徴としている。

特に、本発明の同期発電機の自動電圧調整装置は、前記定格周波数設定器で切替設定する定格周波数が５０Ｈｚ及び６０Ｈｚであり、定格周波数５０Ｈｚに対応する定格電圧が２００Ｖ、定格周波数６０Ｈｚに対応する定格電圧が２２０Ｖであり、定格周波数設定器で定格周波数を６０Ｈｚに設定したときに、前記周波数検知器で検知した周波数が５０Ｈｚに低下したときに出力可能な最高電圧を２００Ｖ未満にしたことを特徴としている。

本発明の同期発電機の自動電圧調整装置によれば、定格周波数を高い定格周波数、例えば６０Ｈｚに設定し、出力電圧を高い定格周波数６０Ｈｚに対応した調節範囲における最高電圧、例えば２３０Ｖに調節した状態で、エンジンの回転数を下げて周波数が低い定格周波数に相当する周波数、例えば５０Ｈｚに低下したときに、定格周波数５０Ｈｚにおける定格電圧未満、例えば２００Ｖ未満の電圧しか出力されないようにするため、同期発電機が低周波数域で高電圧を出力する状態になることを防止でき、界磁電流の増加を抑えて界磁巻線の焼損を防止できる。

図１は自動電圧調整装置の制御パターンの一形態例を示す周波数と電圧との関係を表す図、図２は自動電圧調整装置の概略を示すブロック図、図３はエンジンで駆動される同期発電機の説明図である。

まず、図３に示すように、ディーゼルエンジン（Ｅ）１１等で同期発電機（Ｇ）１２を駆動する可搬式のエンジン発電機１３では、モーター等の負荷に供給する電圧を一定に保つため、負荷の変動や周波数の変動にかかわらず出力する電圧を一定に保つための自動電圧調整器１４を備えている。この自動電圧調整器１４は、同期発電機１２から出力される電圧を電圧検出器で検出するとともに、周波数を周波数検出器で検出し、検出した電圧及び周波数に応じて同期発電機１２のエキサイタ界磁コイル１５を介して図示しない主発電界磁コイル（界磁巻線）に与える界磁電流を調整することにより、あらかじめ設定された設定周波数未満の周波数域では出力周波数に出力電圧を比例して変化させ、出力周波数が前記設定周波数以上の周波数域では出力電圧をあらかじめ設定された一定の設定電圧に保持するようにしている。

図２に示すように、本形態例に示す自動電圧調整装置２１は、上述の自動電圧調整器１４に定格周波数を複数に切替設定する定格周波数設定器２２を付加し、同期発電機１２から出力される電圧の制御パターンを、定格周波数設定器２２に設定した定格周波数に応じて切り替えるようにしたものである。同期発電機１２からの出力は、自動電圧調整装置２１内の変圧器２３で所定の低電圧に変換され、電圧検出回路（電圧検出器）２４で電圧が、周波数検出回路（周波数検出器）２５で周波数がそれぞれ検出される。

また、定格周波数設定器２２は、使用地域に対応した周波数、例えば東日本地域では５０Ｈｚを、西日本地域では６０Ｈｚを選択切り替えできるように形成されており、選択した定格周波数に応じた信号が電圧抑制回路２６に入力され、定格周波数に応じた定格電圧が選択される。この電圧抑制回路２６には、定格周波数設定器２２からの信号、電圧調節器２７からの信号及び周波数検出回路２５からの信号がそれぞれ入力されており、定格周波数設定器２２で設定した定格周波数と、定格電圧に対する電圧調節器２７の調節状態と、周波数検出回路２５で検出した周波数とに基づいて電圧制御値を演算する。比較回路２８では、電圧抑制回路２６で算出した電圧制御値と、電圧検出回路２４で検出した実電圧とを比較し、その比較結果に基づいて界磁電流制御回路２９が界磁電流の増減を演算し、演算結果に基づいて出力トランジスタ３０を作動させ、前記エキサイタ界磁コイル１５に所定の電流を供給する。

例えば、図１に示すように、定格周波数設定器２２で定格周波数を６０Ｈｚに設定すると、定格電圧として２２０Ｖが選択され（図１における点Ｖ_Ｈ）、電圧調節器２７で調節可能な最高電圧が２３０Ｖに設定される。また、定格周波数設定器２２で定格周波数を５０Ｈｚに設定すると、定格電圧として２００Ｖが選択され（図１における点Ｖ_Ｌ）、電圧調節器２７で調節可能な最高電圧が２２０Ｖに設定される。

定格周波数設定器２２で低い定格周波数である５０Ｈｚに設定したときの最高電圧の制御パターンは、定格電圧の２００Ｖで運転しているときには、測定周波数が定格周波数より１０％程度低下するまで、例えば、測定周波数が４５Ｈｚまでは電圧を２００Ｖの一定に保ち、４５Ｈｚ未満になると、測定周波数の低下に比例するようにして電圧を低下させる制御パターンとなる。そして、最高電圧である２２０Ｖで運転しているときに周波数検出回路２５で検出した周波数が低下すると、例えば４９Ｈｚ未満に低下すると、電圧抑制回路２６の制御パターンによって出力可能な最高電圧が抑制され、例えば、測定周波数が４５Ｈｚに低下すると２００Ｖ程度に、３８Ｈｚに低下すると１５０Ｖ程度に抑制される。また、測定周波数が４９Ｈｚ以上の場合は、周波数変動に関係なく電圧を２２０Ｖの一定値に保つようにする。これにより、低周波数域での界磁電流の増加を抑えて界磁巻線の焼損が防止される。

一方、定格周波数設定器２２で高い定格周波数である６０Ｈｚに設定したときの最高電圧の制御パターンは、定格電圧の２２０Ｖで運転しているときには、測定周波数が定格周波数より１０％程度低下するまで、例えば、測定周波数が５５Ｈｚまでは電圧を２２０Ｖの一定に保ち、５５Ｈｚ未満になると電圧を抑制し、測定周波数の低下に比例するようにして出力電圧を低下させる。また、最高電圧である２３０Ｖで運転しているときに周波数検出回路２５で検出した周波数が低下すると、例えば、測定周波数が５８Ｈｚ未満になると電圧抑制回路２６によって最高電圧が測定周波数に比例するようにして抑制制御される。このときの制御パターンは、設定されている定格周波数よりも低い定格周波数に相当する周波数である５０Ｈｚに低下したときに、電圧調節器２７を操作しても出力可能な最高電圧を、定格周波数を５０Ｈｚに設定したときの定格電圧である２００Ｖ未満、例えば、１９５Ｖ程度になるように設定している。

このように、高い定格周波数（本形態例では６０Ｈｚ）に設定して運転しているとき、測定周波数が低い定格周波数（本形態例では５０Ｈｚ）に相当する周波数に低下した場合に、同期発電機１２から出力可能な最高電圧を、電圧調節器２７を最大に調節しても、低い定格周波数における定格電圧（本形態例では２００Ｖ）未満になるように、電圧抑制回路２６に設定される最高電圧の抑制パターンを５０Ｈｚ設定時と６０Ｈｚ設定時とで異なるパターンとすることにより、低周波数域での界磁電流の増加を抑えて界磁巻線の焼損を防止するとともに、出力周波数に対応する最高電圧まで出力電圧を上げられないことから、すなわち、本形態例では、定格周波数５０Ｈｚに対応する最高電圧２２０Ｖに電圧を上げられないことから、定格周波数設定器２２で高い底角周波数に設定したままで周波数を５０Ｈｚで誤使用している状態だということを知ることができ、定格周波数設定器２２を切り替えて５０Ｈｚに対応した正常な運転状態にして使用することができる。これにより、同期発電機１２を効率よく安定した状態で運転することができる。

なお、定格周波数は、３段階以上に設定することも可能であり、各定格周波数設定時におけるそれぞれの最高電圧の制御パターンも任意に設定することができる。例えば、上記形態例では、最高電圧の制御パターンを測定周波数に比例させて直線状の制御パターンとしているが、曲線状や階段状の制御パターンを採用することもできる。

自動電圧調整装置の制御パターンの一形態例を示す周波数と電圧との関係を表す図である。自動電圧調整装置の概略を示すブロック図である。エンジンで駆動される同期発電機の説明図である。

符号の説明

１１…ディーゼルエンジン、１２…同期発電機、１３…エンジン発電機、１４…自動電圧調整器、１５…エキサイタ界磁コイル、２１…自動電圧調整装置、２２…定格周波数設定器、２３…変圧器、２４…電圧検出回路（電圧検出器）、２５…周波数検出回路（周波数検出器）、２６…電圧抑制回路、２７…電圧調節器、２８…比較回路、２９…界磁電流制御回路、３０…出力トランジスタ

Claims

同期発電機から出力された電圧を検出する電圧検出器及び前記同期発電機から出力された周波数を検出する周波数検出器とを備え、前記電圧検出器で検出した電圧及び前記周波数検出器で検出した周波数に応じて前記同期発電機から出力される電圧を自動調整する同期発電機の自動電圧調整装置において、前記同期発電機の定格周波数を複数に切替設定する定格周波数設定器と、該定格周波数設定器に設定した定格周波数に対応する定格電圧に対して前記同期発電機の出力電圧をあらかじめ設定された範囲内で調節可能な電圧調節器とを備え、前記周波数検知器で検知した周波数が前記定格周波数設定器に設定された定格周波数よりも低い定格周波数に相当する周波数に低下したときに出力可能な最高電圧を、低い定格周波数における定格電圧未満としたことを特徴とする同期発電機の自動電圧調整装置。
前記定格周波数設定器で切替設定する定格周波数が５０Ｈｚ及び６０Ｈｚであり、定格周波数５０Ｈｚに対応する定格電圧が２００Ｖ、定格周波数６０Ｈｚに対応する定格電圧が２２０Ｖであり、定格周波数設定器で定格周波数を６０Ｈｚに設定したときに、前記周波数検知器で検知した周波数が５０Ｈｚに低下したときに出力可能な最高電圧を２００Ｖ未満にしたことを特徴とする請求項１記載の同期発電機の自動電圧調整装置。