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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、星形結線した三相交流発電機に関し、特に三相電力のみの使用と三相電力及び単相3線電力の同時使用とを可能にした発電機に関する。
【0002】
【従来の技術】
工事現場などで使用される可搬式の発電機などには、稼働させる機器や装置などによる異なる負荷に対応すべく、例えば200Vと400Vとの2段階に発電電圧を切替え可能としたものがある。図13は、発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。この発電機は、三相電力の電圧を切り替えられるようにしたものであり、具体的には、図示するようにU相、V相、W相とも二つずつの電機子コイル101〜106によって構成し、不図示の切替端子板で図13(a)と図13(b)とに切り替えられるようにしたものである。そのため、各相で電機子コイル101〜106が、図13(a)に示すように直列接続すれば高電圧(例えば400V)の三相電力が得られ、端子の接続を切り替えて図13(b)に示すように並列接続すれば低電圧(例えば200V)の三相電力が得られる。
【0003】
一方、こうした三相電力の切り替えの他、三相電力と単相3線電力とを切り替えるようにしたものがある。図14は、そうした発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。これはU相、V相、W相の電機子コイル201〜204のうちV相だけ2分割して構成し、不図示の切替端子板で図14(a)と図14(b)とに切り替えられるようにしたものである。そのため、図14(a)に示すように電機子コイル202,203を直列接続すれば三相電力(例えば200V)が得られ、端子の接続を切り替えて図14(b)に示すようにV相の電機子コイル203を中性点に対して逆向きに接続すれば、単相3線電力(例えば100V)が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発電機において切り替えて得られる出力は、電圧が例えば前述したように三相200V、三相400V、それに単相100Vなどの単一の電圧のみであった。これに対して工事現場などでは、発電機が、例えば電動工具や現場事務所における電気機器の電源として単相200Vや単相100Vで使用され、水中ポンプや溶接機等の電源としては三相200Vで使用されることが多い。工事現場ではこうた負荷に対する電源種類が複数あるため、従来は電源仕様の異なる負荷には個別に電源を用意するか、トランス等を使用して電源をつくる必要があった。
【0005】
具体的には、三相200Vと単相100Vの負荷を同時に使用するには、三相200V出力の発電機の他に、図14(b)に示すように電機子コイル201〜204を結線した単相100Vの別の発電機を用意するか、図14(a)に示すように電機子コイル201〜204を結線した発電機の出力をトランス等によって単相100Vに変換する必要があった。そのため、三相電力と単相3線電力を必要とする場合には別の発電機やトランス等が必要であり、従来の工事現場では運用コストが高くなってしまっていた。
更に、図14(b)に示すように切り替えて単相3線電力を得ようとした場合、電機子コイル202が使用されずにいたため、その分だけ発電機本来の発電能力を活かせないで無駄が生じていた。
【0006】
そこで、本発明は、係る課題を解決すべく、三相電力のみの使用に加えて三相電力及び単相3線電力の同時使用とを切り替えて使用可能にした発電機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の発電機は、中性点に三相の電機子コイルが星形結線され、三相電力の出力と単相3線電力の出力との結線状態の切り替えが可能な切替手段を有し、前記三相の電機子コイルは、第1相及び第2相が各相に巻数の等しい二つの電機子コイルを備え、第3相が前記第1相及び第2相における電機子コイルと巻数の等しい同巻電機子コイルを一つと巻数半分の半巻電機子コイルを二つ備えたものであり、前記切替手段は、三相電力のみの出力の場合には、各相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に直列接続にするか、或いは巻数を等しくして並列接続させ、三相電力及び単相3線電力の出力の場合には、前記第1相及び第2相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に並列接続させ、前記第3相における半巻電機子コイルを並列にし且つ同巻電機子コイルとは位相を180度ずらせて、該半巻電機子コイルと同巻電機子コイルとをそれぞれ中性点と出力端子との間に接続させるように切り替えるものであることを特徴とする。
【0009】
よって、本発明によれば、二相分には巻数の等しい電機子コイルを二つずつ備え、残る一相分にはこれらと同じ電機子コイルを一つと、巻数半分にした電機子コイルとを二つ備えるようにしたので、切り替え手段によって先ず、各相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に直列接続にするかあるいは巻数を等しくして並列接続させるようにすれば、高電圧と低電圧との三相電力を切り替えて出力することができる。そして次に、二相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に並列接続し、残りの一相における巻数半分の電機子コイルを巻数の等しい電機子コイルとは逆向きかつ並列にそれぞれ中性点と出力端子との間に接続させるようにすれば、三相電力と単相3線電力とが同時に出力することができる。
【0010】
また、本発明の発電機は、前記切替手段が、前記三相電力のみの使用と前記三相電力及び単相3線電力の同時使用との切り替えを、端子への接続変更を行うことで達成する切替端子板であることを特徴とする。
また、本発明の発電機は、前記切替手段が、前記切替端子板に加えて、前記第3相における半巻電機子コイルの接続を、当該第3相における同巻電機子コイルに対して同位相で直列接続させる場合と位相を180度ずらせて並列接続させる場合との切り替えを行うナイフスイッチを有するものであることを特徴とする。
よって本発明によれば、従来と同じく切替端子板によって切り替えることができるため、従来の切替操作と何ら変わることなく使いやすい。また、ナイフスイッチを用いれば、三相電力と単相3線電力との同時使用に容易に切り替えることができて使い勝手が良い。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る発電機の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の発電機は、三相電力のみの使用と、三相電力及び単相3線電力の同時使用を可能にしたものであり、図1は三相電力(200V)のみの使用時における電機子コイルの結線図であり、図2は三相電力(200V)及び単相3線電力(200/100V)同時使用時における結線図である。具体的には、図1に示す三相電力のみの使用時は、中性点O1にU相、V相、W相の電機子コイル1〜7が星形結線され、U相、V相、W相とも巻数を等しくした一対の電機子コイルが中性点O1と接点U,V,Wとの間に並列に接続されている。そして特にV相は、一方が巻数を半分にして2分割した電機子コイル5,6が直列に接続されている。
【0012】
ここで、図3は図1及び図2に示す相電圧のベクトル図である。そのうち図3(a)は、この三相電力の電圧ベクトル図であり、図3(b)は、単相3線電力の電圧ベクトル図である。図1のように電機子コイル1〜7を星形結線した発電機では、U相、V相、W相に図3(a)に示すような大きさが等しく互いに120゜ずつ位相が異なる相電圧Eu,Ev,Ewが発生する。そして、各相の出力端子間には、相電圧Eu,Ev,Ewによって大きさが等しく120゜ずつ位相が異なる対称三相交流電圧の線間電圧が得られる。線間電圧は、相電圧の√3倍であり、115Vの相電圧に対して200Vの線間電圧が発生し、200Vの三相電力が得られる。
【0013】
次に、図2に示す三相電力及び単相3線電力の同時使用時には、V相の電機子コイル5,6の接続が切り替えられる。こうして切り替えられた発電機は、V相の電機子コイル2とU相及びW相における各一つの電機子コイル1,3とが星形結線される。そしてまた一方で、切り替えられた巻数半分の電機子コイル5,6は図1の場合とは逆方向に並列接続され、U相及びW相では他の一つの電機子コイル4,7がV結線されている。従って、この場合には、星形結線された各相の電機子コイル1,2,3による電圧ベクトルが図3(a)に示すようになり、V相の電機子コイル5,6及びU相、W相の電機子コイル4,7による電圧ベクトルが図3(b)に示すようになる。
【0014】
図3(a)に示す電圧ベクトルは、各相1つずつの電機子コイル1,2,3によって発生した、大きさが等しく互いに120゜ずつ位相が異なる相電圧Eu,Ev,Ewである。そのため、切り替え後でも各電機子コイル1,2,3の出力端子間には、図1に示す三相電力のみの使用時と同様に対称三相交流電圧の線間電圧が得られる。そして、その線間電圧は、相電圧の√3倍であり、115Vの相電圧に対して200Vの線間電圧が発生し、200Vの三相電力が得られる。ただしこの場合、V相の電機子コイルが一つに減るため電力は1/2に減少することになる。
【0015】
一方、図3(b)に示す電圧ベクトルは、U相、W相の電機子コイル4,7による相電圧Eu,Ewと、O相の電機子コイル5,6による相電圧Eoである。ここで相電圧Eoは、電機子コイル5,6の巻数が半分で逆方向に接続されているため、電圧1/2で位相が反転している。従って、電機子コイル4,7の出力端子間の出力をとれば200Vの単相3線電力が得られ、電機子コイル5,6と電機子コイル4,7との各出力端子間の出力をとれば100Vの単相3線電力が得られる。
【0016】
よって、電機子コイル1〜7からなる本実施形態の発電機では、図1及び図2に示すように接続を切り替えれば、図1に示すようにして三相電力のみを得ることができ、また図2に示すように切り替えれば、三相電力とともに200V又は100Vの単相3線電力を同時に得ることができる。そのため、別に発電機を用意したりトランスなどを用いる必要がなくなり、1台の発電機で三相電力と単相3線電力に対応する負荷の電源として同時に使用することができるようになるので、運用コストがかからなくなった。更に、三相電力と単相3線電力とを同時使用にしたので、機能しない電機子コイルがなくなって発電機のもつ能力を十分に引き出せるようになった。
【0017】
続いて、こうした電機子コイル1〜7を備えた発電機について、切替手段を含めた構成を以下に説明する。図4は、図1及び図2に示す状態に電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第1実施形態を示す回路図である。ここでは、U相、V相、W相の電機子コイル1,2,3,4,7が、図示するように中性点O1と各接点U,V,Wとの間に接続され、各接点O1,U,V,Wから三相電力を取り出す三相端子板21へと接続され、接点U,Wでは更に単相3線電力を取り出す単相端子板22にも接続されている。一方、V相の電機子コイル5,6は、切替端子板23を介して中性点O1や接点O,Vから三相端子板21及び単相端子板22へと接続されている。切替端子板23は、図1及び図2の切り替えを短絡板25,26,27によって行うものであり、実線で示す接続状態で図1に示すように電機子コイル5,6が接続され、一点鎖線で示す状態で図2に示すように接続される。
【0018】
そこで、先ず図1に示す三相電力のみの使用時には、切替端子板23の短絡板25,26,27を図4の実線で示すように連結させる。このときV相の電機子コイル5,6は、その接点V2,Y1が短絡板25を介して接続され、そして電機子コイル5の接点V1が短絡板26を介して接点Vに、また電機子コイル6の接点Y2が短絡板27を介して中性点O1に接続される。従って、電機子コイル5,6は、中性点O1と接点Vとの間に直列かつ電機子コイル2と並列に接続される。一方、U相の電機子コイル1,4とW相の電機子コイル3,7とは、中性点O1と接点U,Wとの間にそれぞれ並列接続されている。従ってこの場合、電機子コイル1〜7は図1に示す接続状態となり、各U,V,W接点に接続された三相端子板21の出力端子R,S,Tからは三相電力を得ることができる。
【0019】
次に、図2に示すように三相電力と単相3線電力との同時使用を行う場合には、切替端子板23の短絡板25,26,27が図4の一点鎖線で示すように切り替えられる。このときV相の電機子コイル5は、その接点V1が切替端子板23の端子V1−V1から短絡板27を介して中性点O1に接続され、電機子コイル6は、その接点V2が切替端子板23の端子V2−V2及び短絡板26を経て、同様に端子V1−V1から短絡板27を介して中性点O1に接続される。一方、電機子コイル5は、その接点Y1が短絡板25から端子Y2−Y2を介して接点Oに連結され、また電機子コイル6は、その接点Y2が直接接点Oに連結されている。このように電機子コイル5,6は、前述した切り替え前とは逆向きに接続される。そして、他の電機子コイル1,2,3,4,7については、その接続状態に変わりはない。
【0020】
従ってこの場合、電機子コイル1〜7は図2に示す接続状態となり、U相、V相、W相の電機子コイル1,2,3に発生した相電圧によって、U,V,W接点に接続された三相端子板21の出力端子R,S,Tから三相電力を得ることができる。そしてまた、U相、W相の電機子コイル4,7は、そのU,W接点から単相端子板22の出力端子U,Wに接続され、O相(図2参照)の電機子コイル5,6は接点Oから出力端子Nに接続される。そのため、出力端子U,W間の出力をとれば200Vの単相3線電力を得ることができ、出力端子U,N/U,W間の出力をとれば100Vの単相3線電力を得ることができる。
【0021】
よって、本実施形態の発電機によれば、切替端子板23の短絡板25,26,27の切り替えによって、三相電力のみの出力に加え、三相端子板21及び単相端子板22から同時に三相電力と単相3線電力を得ることができる。そのため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。また、この場合、切替端子板21の短絡板25,26,27のみで切り替えができるため、切り替え操作も容易である。ここで、切替端子板23に代えてナイフスイッチ等の切替スイッチを使用すれば操作は更に容易になる。
【0022】
次に図5は、図1及び図2に示す状態に電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第2実施形態を示す回路図である。本実施形態は、図4で示したものと切替端子板が異なるだけなので、同様の構成については同符号を付して説明は省略する。本形態でも図1及び図2の切り替えを切替端子板30によって行い、短絡板31,32,33が実線で示す接続状態の場合に電機子コイル1〜7が図1に示すように接続でき、一点鎖線で示す接続状態の場合に図2に示すように接続できるようにしたものである。
【0023】
そこで、先ず図1に示すように三相電力のみの使用時に、短絡板31,32,33を図5の実線で示すように連結する。このときV相の電機子コイル5,6は、その接点V2,Y1が短絡板31を介して直列に接続され、そして電機子コイル5の接点V1が短絡板32を介して接点Vに、そして電機子コイル6の接点Y2が短絡板33を介して中性点O1に接続される。従って、電機子コイル5,6は、中性点O1と接点Vとの間で直列かつ電機子コイル2と並列に接続される。一方、U相の電機子コイル1,4とW相の電機子コイル3,7とは、中性点O1と接点U,Wとの間にそれぞれ並列接続されている。従ってこの場合、電機子コイル1〜7は図1に示す接続状態となり、各U,V,W接点に接続された三相端子板21の出力端子R,S,Tからは三相電力を得ることができる。
【0024】
次に、図2に示すように三相電力と単相3線電力の同時使用を行う場合には、切替端子板30の短絡板31,32,33を図5の一点鎖線で示すように切り替える。このときV相の電機子コイル5は、その接点V1が短絡板33を介して中性点O1に接続され、電機子コイル6は、その接点V2が短絡板32,33を介して中性点O1に接続される。一方、電機子コイル5は、その接点Y1が短絡板31から端子Y1−Y2を介して接点Oに連結され、また電機子コイル6は、その接点Y2が直接接点Oに連結されている。このように電機子コイル5,6は、前述した切り替え前とは逆向きに接続される。そして、他の電機子コイル1,2,3,4,7については、その接続状態に変わりはない。
【0025】
従ってこの場合、電機子コイル1〜7は図2に示す接続状態となり、U相、V相、W相の電機子コイル1,2,3に発生した相電圧によって、U,V,W接点に接続された三相端子板21の出力端子R,S,Tから三相電力を得ることができる。そしてまた、U相、W相の電機子コイル4,7は、そのU,W接点から単相端子板22の出力端子U,Wに接続され、O相(図2参照)の電機子コイル5,6は接点Oから出力端子Nに接続される。そのため、出力端子U,W間の出力をとれば200Vの単相電力を得ることができ、出力端子U,N/N,W間の出力をとれば100Vの単相電力を得ることができる。
【0026】
よって、本実施形態の発電機によれば、切替端子板30の短絡板31,32,33の切り替えによって、三相電力のみの出力に加え、三相端子板21及び単相端子板22から同時に三相電力と単相3線電力を得ることができる。そのため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。また、この場合、切替端子板30の短絡板31,32,33のみで切り替えができるため、切り替え操作も容易である。
【0027】
ところで、前記実施形態の発電機では、三相電力を200V専用とすれば、200Vの三相電力と200V又は100Vの単相3線電力の同時使用とが可能となる。しかし、工事現場などでは、図13の従来例のところでも述べたように、低電圧(200V)に加えて高電圧(400V)の出力切り替えが可能な発電機の要求がある。そこで本実施形態では、更に高電圧の三相電力のみの使用も可能とした発電機について説明する。図6は、高電圧の三相電力のみの使用時における電機子コイルの結線図であり、図1及び図2に示す電機子コイル1〜7の接続を切り替えたものである。高電圧の三相電力のみの使用時には、図6に示すように各相毎に各電機子コイル1〜7を直列接続する。このとき星形結線されたU相、V相、W相には、図3(a)に示す場合と同様に大きさが等しく互いに120゜ずつ位相が異なる相電圧が発生し、各相の出力端子間には、相電圧によって大きさが等しく120゜ずつ位相が異なる対称三相交流電圧の線間電圧が得られる。線間電圧は、相電圧の√3倍であり、230Vの相電圧に対して400Vの線間電圧が発生し、400Vの三相電力が得られる。
【0028】
続いて、こうした高電圧の三相電力のみの使用を加え、低電圧の三相電力のみの使用と、三相電力及び単相3線電力の同時使用の3パターンについて切り替えを可能にした発電機について説明する。図7〜図9は、図1、図2及び図6に示す状態に電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第3実施形態を示す回路図である。ここでは、切り替えに切替端子板41に加えて3Pナイフスイッチ42を使用している。そこで先ず、図1に示す低電圧(200V)の三相電力のみの使用時には、図7に示すように切替端子板41及び3Pナイフスイッチによって図示するように接続する。
【0029】
このとき、U相の電機子コイル1,4とW相の電機子コイル3,7とは、中性点O1と三相端子板21の出力端子R,Tとの間に並列接続される。すなわち、電機子コイル1,3は、その接点X,Zが切替端子板41のジョイントバー45を介して各端子X,Zから端子Oを経て中性点O1に接続され、電機子コイル4,7は直接中性点O1に接続されている。また、電機子コイル1,3は、その接点U,Wが直接出力端子R,Tに接続され、電機子コイル4,7は、その接点U1,W1が切替端子板41を介して各端子U,Wに接続される。
【0030】
一方、V相では、電機子コイル5,6の接点Y1,V2が3Pナイフスイッチ42のスイッチ47を介して直列接続されている。従ってV相では、この電機子コイル2と電機子コイル5,6とが、中性点O1と三相端子板21の出力端子Sとの間に並列接続される。すなわち、電機子コイル2は、その接点Yが切替端子板41のジョイントバー45を介して端子Yから端子Oを経て中性点O1に接続され、電機子コイル6は、その接点Y2がスイッチ46を介して接続される。また、電機子コイル2は、その接点Vが直接出力端子Sに接続され、電機子コイル5は、その接点V1がスイッチ48を介して切替端子板41の端子Vを介して接続される。従ってこの場合、図1に示すようにU相、V相、W相に並列接続された各電機子コイル1〜7に発生する相電圧によって、三相端子板21の出力端子R,S,Tから200V三相電力を得ることができる。
【0031】
次に、図2に示すように三相電力(200V)と単相3線電力(200/100V)の同時使用を行う場合には、図8に示すように切替端子板41及び3Pナイフスイッチによって図示するように接続する。この場合、切替端子板41の接続に変化はなく、電機子コイル1,2,3,4,7について接続状態に変わりはない。一方、3Pナイフスイッチ42が切り替えられるため、電機子コイル5,6の接続が逆方向で並列になる。具体的には、出力端子S側に接続されていた電機子コイル5,6の接点V1,V2は、スイッチ48,47を介して中性点O1に接続され、また電機子コイル5の接点Y1は直接単相端子板22の出力端子Nに接続されて、電機子コイル6の接点Y2がスイッチ46を介して接続される。
【0032】
従って、U相、V相、W相の電機子コイル1,2,3に発生した相電圧によって、U,V,W接点に接続された三相端子板21の出力端子R,S,Tから200Vの三相電力を得ることができる。一方、U相、W相の電機子コイル4,7はU,W接点から単相端子板22の出力端子U,Wに接続され、またO相(図2参照)の電機子コイル5,6は接点Oから単相端子板22の出力端子Nに接続されている。そのため、出力端子U,W間の出力をとれば200Vの単相3線電力を得ることができ、出力端子U,N/N,W間の出力をとれば100Vの単相3線電力を得ることができる。こうして3Pナイフスイッチ42を切り替えるだけで、三相端子板21及び単相端子板22から同時に三相電力及び単相3線電力を得ることができるようになる。
【0033】
更に本実施形態では、切替端子板41のジョイントプレート45を外して図9に示すように接続することで、高電圧(400V)の三相電力のみの使用とすることができる。U相の電機子コイル1,4とW相の電機子コイル3,7とは、それぞれ切替端子板41の端子U,Wを介して、中性点O1と三相端子板21の出力端子R,Tとの間で直列接続される。そして、V相の電機子コイル2,5,6は、スイッチ46,47,48及び切替端子板41の端子Vを介して、中性点O1と三相端子板21の出力端子Sとの間で直列接続される。従って、図6に示すように、U相、V相、W相の各電機子コイル1〜7が直列接続され、各相の相電圧によって三相端子板21の出力端子R,S,Tから400Vの三相電力を得ることができる。
【0034】
よって、本実施形態の発電機によれば、高電圧及び低電圧とに切り替えた三相電力のみの使用に加え、更に三相端子板21及び単相端子板22から同時に三相電力と単相3線電力を得ることができ、1台で各種の負荷に対応させることができるためより運用コストを抑えることができる。また、切替端子板41と3Pナイフスイッチ42とによって切り替えを行うため、作業者による切替操作も極めて簡単で、特に低電圧の三相電力のみの使用から使用頻度の多い三相電力と単相3線電力との同時使用には、3Pナイフスイッチ42によって容易に切り替えることができるため使い勝手が良い。更に、三相端子板21と単相端子板22を設けているため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。
【0035】
次に、前記第3実施形態と同様に3パターンの切り替えを可能にした発電機の第4実施形態について説明する。図10〜図12は、図1、図2及び図6に示す電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第3実施形態を示す回路図である。本実施形態は、切り替えに切替端子板51のみを使用したものである。そこで先ず、図1に示す低電圧(200V)の三相電力のみの使用時には、図10に示すように切替端子板51によって図示するように接続する。
【0036】
このときU相の電機子コイル1,4とW相の電機子コイル3,7とは、中性点O1と出力端子R,Tとの間に並列に接続される。すなわち、電機子コイル1,3は、その接点X,Zが切替端子板51のジョイントバー52を介して各端子X,Zから端子Oを経て中性点O1に接続され、電機子コイル4,7は直接中性点O1に接続されている。また、電機子コイル1,3は、その接点U,Wが直接三相端子板21の出力端子R,Tに接続され、電機子コイル4,7は、その接点U1,W1が切替端子板51の各端子U,Wを介して接続されている。
【0037】
一方、V相では、電機子コイル5,6の接点Y1,V2が切替端子板51の端子Pを介して直列接続されている。従ってV相では、電機子コイル2と電機子コイル5,6とが、中性点O1と出力端子Sとの間に並列接続される。すなわち、電機子コイル2は、その接点Yが切替端子板51のジョイントバー52を介して端子Yから端子Oを経て中性点O1に接続され、電機子コイル6は、その接点Y2が切替端子板51の端子Oを介して中性点O1に接続される。また、電機子コイル2は、その接点Vが直接三相端子板21の出力端子Sに接続され、電機子コイル5は、その接点V1が切替端子板51の端子Vを介して出力端子Sに接続される。従ってこの場合、図1に示すようにU相、V相、W相に並列接続された各電機子コイル1〜7に発生する相電圧によって、三相端子板21の出力端子R,S,Tから200Vの三相電力を得ることができる。
【0038】
次に、図2に示すように三相電力(200V)と単相3線電力(200/100V)の同時使用を行う場合には、図11に示すように切替端子板51によって図示するように接続する。この場合、電機子コイル1,2,3,4,7について接続状態は変わりはない。一方、電機子コイル5,6は、逆方向に並列接続され、中性点O1と単相端子板22の出力端子Nとの間で結線される。具体的には、出力端子S側に接続されていた電機子コイル5,6の接点V1,V2は、共に切替端子板51の端子Oを介して中性点O1に接続され、また電機子コイル5の接点Y1は直接、そして電機子コイル6の接点Y2は切替端子板51の端子Pを介して、単相端子板22の出力端子Nに接続される。
【0039】
従って、U相、V相、W相の電機子コイル1,2,3に発生した相電圧によって、U,V,W接点に接続された三相端子板21の出力端子R,S,Tから200Vの三相電力を得ることができる。一方、U相、W相の電機子コイル4,7はU,W接点から単相端子板22の出力端子U,Wに接続され、またO相(図2参照)の電機子コイル5,6は接点Oから単相端子板22の出力端子Nに接続されている。そのため、出力端子U,W間の出力をとれば200Vの単相3線電力を得ることができ、出力端子U,N/N,W間の出力をとれば100Vの単相3線電力を得ることができる。
【0040】
更に、高電圧(400V)の三相電力のみの使用とする場合には、切替端子板51のジョイントバー52を外して図12に示すように接続する。この場合、U相の電機子コイル1,4とW相の電機子コイル3,7とは、それぞれ切替端子板51の端子X,Zを介して中性点O1と三相端子板21の出力端子R,Tとの間に直列接続される。そして、V相の電機子コイル2,5,6は、中性点O1から順に切替端子板51の端子O,V,Yを介して出力端子Sに直列接続される。従って、図6に示すようにU相、V相、W相に直列接続された各電機子コイル1〜7に発生する相電圧によって、三相端子板21の出力端子R,S,Tから400Vの三相電力を得ることができる。
【0041】
よって、本実施形態の発電機によれば、高電圧及び低電圧とに切り替えた三相電力のみの使用に加え、更に三相端子板21及び単相端子板22から同時に三相電力と単相電力を得ることができ、1台で各種の負荷に対応させることができるためより運用コストを抑えることができる。また、切替端子板51のみで切り替えを行うため、その構成及び作業者による切替操作も簡単である。更に、三相端子板21と単相端子板22を設けているため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。
【0042】
以上、本発明の発電機について実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【0043】
【発明の効果】
本発明は、中性点に三相の電機子コイルが星形結線され、三相電力の出力と、切り替えによって単相3線電力の出力とを可能にしたものであって、三相のうち二相は、各相に巻数の等しい二つの電機子コイルを備え、残りの一相は、前記二相におけるものと巻数の等しい電機子コイルを一つと巻数半分の電機子コイルを二つ備え、三相電力のみの使用と三相電力及び単相3線電力の同時使用とを切り替えるようにした切替手段を有する構成としたので、三相電力のみの使用に加えて三相電力及び単相3線電力の同時使用とを切り替えて使用可能にした発電機を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】三相電力のみの使用時における電機子コイルの結線図である。
【図2】三相電力及び単相3線電力同時使用時における結線図である。
【図3】相電圧のベクトル図であり、特に図(a)は三相電力の電圧ベクトル図で、図(b)は、単相3線電力の電圧ベクトル図である。
【図4】発電機の第1実施形態を示す回路図である。
【図5】発電機の第2実施形態を示す回路図である。
【図6】高電圧の三相電力のみの使用時における電機子コイルの結線図である。
【図7】図1の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第3実施形態を示す回路図である。
【図8】図2の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第3実施形態を示す回路図である。
【図9】図6の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第3実施形態を示す回路図である。
【図10】図1の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第4実施形態を示す回路図である。
【図11】図2の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第4実施形態を示す回路図である。
【図12】図6の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第4実施形態を示す回路図である。
【図13】従来の三相電力の切り替えが可能な発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。
【図14】従来の三相電力と単相3線電力の切り替えが可能な発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。
【符号の説明】
1〜7 電機子コイル
21 三相端子板
22 単相端子板
23 切替端子板
O1 中性点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a star-connected three-phase AC generator, and more particularly to a generator capable of using only three-phase power and simultaneously using three-phase power and single-phase three-wire power.
[0002]
[Prior art]
Some portable generators used at construction sites and the like are capable of switching the power generation voltage in two stages of 200 V and 400 V, for example, in order to cope with different loads depending on the devices and apparatuses to be operated. FIG. 13 is a connection diagram of armature coils used in the generator. This generator is configured so that the voltage of the three-phase power can be switched. Specifically, as shown in the figure, the generator is constituted by two
[0003]
On the other hand, in addition to such switching of the three-phase power, there is one that switches between the three-phase power and the single-phase three-wire power. FIG. 14 shows a connection diagram of armature coils used in such a generator. This is configured by splitting only the V phase of the U-phase, V-phase, and W-phase armature coils 201 to 204, and switching between FIG. 14 (a) and FIG. 14 (b) using a switching terminal plate (not shown). It is intended to be. Therefore, if the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the output obtained by switching in the conventional generator is only a single voltage such as three-
[0005]
Specifically, in order to use a three-
Furthermore, when switching to obtain single-phase three-wire power as shown in FIG. 14B, the
[0006]
Therefore, in order to solve the problem, the present invention aims to provide a generator that can be used by switching between simultaneous use of three-phase power and single-phase three-wire power in addition to use of only three-phase power. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the generator of the present invention, a three-phase armature coil is star-connected to the neutral point, and the output of the three-phase power There is a switching means capable of switching the connection state with the output of single-phase three-wire power, and the three-phase armature coil has a first phase and a second phase. Each phase has two armature coils with the same number of turns, The third phase Above Phase 1 and
[0009]
Therefore, according to the present invention, two armature coils having the same number of turns are provided for two phases, and one armature coil that is the same as these and one armature coil having half the number of turns are provided for the remaining one phase. Since there are two, the switching means first sets the armature coils of each phase in series between the neutral point and the output terminal or in parallel with the same number of turns. It is possible to switch and output three-phase power of voltage and low voltage. Next, a two-phase armature coil is connected in parallel between the neutral point and the output terminal, and the armature coil having half the number of turns in the remaining one phase is opposite to the armature coil having the same number of turns and in parallel. If each is connected between the neutral point and the output terminal, three-phase power and single-phase three-wire power can be output simultaneously.
[0010]
In the generator according to the present invention, the switching unit can switch the use of only the three-phase power and the simultaneous use of the three-phase power and the single-phase three-wire power by changing the connection to the terminal. It is the switching terminal board which performs.
Further, in the generator of the present invention, the switching means includes the switching terminal plate,
Therefore, according to the present invention, since it can be switched by the switching terminal board as in the prior art, it is easy to use without any change from the conventional switching operation. Moreover, if a knife switch is used, it can be easily switched to simultaneous use of three-phase power and single-phase three-wire power, which is convenient.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a generator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The generator of the present embodiment enables the use of only three-phase power and the simultaneous use of three-phase power and single-phase three-wire power. FIG. 1 shows the case of using only three-phase power (200 V). FIG. 2 is a connection diagram of an armature coil, and FIG. 2 is a connection diagram when three-phase power (200 V) and single-phase three-wire power (200/100 V) are used simultaneously. Specifically, when only the three-phase power shown in FIG. 1 is used, U-phase, V-phase, and W-phase armature coils 1 to 7 are star-connected to the neutral point O1, and the U-phase, V-phase, A pair of armature coils having the same number of turns in the W phase are connected in parallel between the neutral point O1 and the contacts U, V, W. In particular, in the V phase, one
[0012]
Here, FIG. 3 shows FIG. as well as FIG. 3 is a vector diagram of phase voltages shown in FIG. 2. 3A is a voltage vector diagram of the three-phase power, and FIG. 3B is a voltage vector diagram of the single-phase three-wire power. In the generator in which the armature coils 1 to 7 are star-connected as shown in FIG. 1, the phases shown in FIG. Voltages Eu, Ev, Ew are generated. Between the output terminals of each phase, a line voltage of a symmetrical three-phase AC voltage having the same magnitude and a phase difference of 120 ° is obtained by the phase voltages Eu, Ev, Ew. The line voltage is √3 times the phase voltage. A line voltage of 200 V is generated with respect to the phase voltage of 115 V, and three-phase power of 200 V is obtained.
[0013]
Next, when the three-phase power and the single-phase three-wire power shown in FIG. 2 are used simultaneously, the connection of the V-
[0014]
The voltage vector shown in FIG. 3A is one for each phase. One by one Phase voltages Eu, Ev, and Ew generated by the armature coils 1, 2, and 3 having the same magnitude and different phases by 120 °. Therefore, even after switching, a line voltage of a symmetrical three-phase AC voltage can be obtained between the output terminals of the armature coils 1, 2 and 3 as in the case of using only the three-phase power shown in FIG. The line voltage is √3 times the phase voltage. A line voltage of 200 V is generated with respect to the phase voltage of 115 V, and three-phase power of 200 V is obtained. However, in this case, since the V-phase armature coil is reduced to one, the power is reduced to ½.
[0015]
On the other hand, the voltage vectors shown in FIG. 3B are the phase voltages Eu and Ew by the U-phase and W-
[0016]
Therefore, in the generator of this embodiment consisting of the armature coils 1 to 7, if the connection is switched as shown in FIGS. 1 and 2, only the three-phase power can be obtained as shown in FIG. If switched as shown in FIG. 2, 200V or 100V single-phase three-wire power can be obtained simultaneously with the three-phase power. Therefore, it is not necessary to prepare a separate generator or use a transformer, etc., so that one generator can be used simultaneously as a power source for loads corresponding to three-phase power and single-phase three-wire power. There are no operational costs. Furthermore, since three-phase power and single-phase three-wire power are used at the same time, the armature coil that does not function is eliminated, and the power generator can be fully utilized.
[0017]
Subsequently, the configuration including the switching means will be described below with respect to the generator including the armature coils 1 to 7. FIG. 4 is a circuit diagram showing a first embodiment of the generator including switching means for switching the connection of the armature coils in the state shown in FIGS. 1 and 2. Here, U-phase, V-phase, and W-
[0018]
Therefore, when only the three-phase power shown in FIG. 1 is used, the short-
[0019]
Next, as shown in FIG. 2, when three-phase power and single-phase three-wire power are used at the same time, the short-
[0020]
Therefore, in this case, the armature coils 1 to 7 are connected as shown in FIG. 2, and the U, V, and W contacts are brought into contact by the phase voltages generated in the U-phase, V-phase, and W-
[0021]
Therefore, according to the generator of this embodiment, by switching the short-
[0022]
Next, FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the generator including switching means for switching the connection of the armature coils in the state shown in FIGS. 1 and 2. In the present embodiment, since only the switching terminal plate is different from that shown in FIG. 4, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this embodiment, the switching
[0023]
Therefore, first, as shown in FIG. 1, when only three-phase power is used, the short-
[0024]
Next, when the three-phase power and the single-phase three-wire power are used simultaneously as shown in FIG. 2, the short-
[0025]
Therefore, in this case, the armature coils 1 to 7 are connected as shown in FIG. 2, and the U, V, and W contacts are brought into contact by the phase voltages generated in the U-phase, V-phase, and W-
[0026]
Therefore, according to the generator of this embodiment, by switching the short-
[0027]
By the way, in the generator of the said embodiment, if three-phase electric power is dedicated for 200V, the simultaneous use of 200V three-phase electric power and 200V or 100V single-phase three-wire electric power will be attained. However, at the construction site and the like, as described in the conventional example of FIG. 13, there is a demand for a generator capable of switching the output of the high voltage (400V) in addition to the low voltage (200V). Therefore, in the present embodiment, a generator that can use only high-voltage three-phase power will be described. FIG. 6 is a connection diagram of the armature coils when only high-voltage three-phase power is used, and the connection of the armature coils 1 to 7 shown in FIGS. 1 and 2 is switched. When only high-voltage three-phase power is used, the armature coils 1 to 7 are connected in series for each phase as shown in FIG. At this time, in the U-phase, V-phase, and W-phase that are star-connected, phase voltages that are equal in magnitude and different in phase from each other by 120 ° are generated in the same manner as shown in FIG. Between terminals, a line voltage of a symmetrical three-phase AC voltage having the same magnitude depending on the phase voltage and a phase difference of 120 ° is obtained. The line voltage is √3 times the phase voltage, and a line voltage of 400 V is generated with respect to the phase voltage of 230 V, and a three-phase power of 400 V is obtained.
[0028]
Subsequently, a generator that enables the switching of three patterns of the use of only the low voltage three-phase power and the simultaneous use of the three-phase power and the single-phase three-wire power by adding the use of the high-voltage three-phase power only. Will be described. FIGS. 7 to 9 are circuit diagrams showing a third embodiment of the generator including switching means for switching the connection of the armature coils in the states shown in FIGS. 1, 2 and 6. Here, in addition to the switching
[0029]
At this time, the U-phase armature coils 1 and 4 and the W-
[0030]
On the other hand, in the V phase, the contacts Y 1 and
[0031]
Next, as shown in FIG. 2, when simultaneous use of three-phase power (200V) and single-phase three-wire power (200 / 100V) is performed, the switching
[0032]
Therefore, from the output terminals R, S, and T of the three-
[0033]
Further, in the present embodiment, by removing the
[0034]
Therefore, according to the generator of the present embodiment, in addition to the use of only the three-phase power switched to the high voltage and the low voltage, the three-phase power and the single-phase are simultaneously transmitted from the three-
[0035]
Next, a description will be given of a fourth embodiment of the generator that enables switching between three patterns as in the third embodiment. FIGS. 10-12 is a circuit diagram which shows 3rd Embodiment of a generator including the switching means which switches the connection of the armature coil shown in FIG.1, FIG2 and FIG.6. In the present embodiment, only the switching
[0036]
At this time, the U-phase armature coils 1 and 4 and the W-
[0037]
On the other hand, in the V phase, the contacts Y 1 and
[0038]
Next, as shown in FIG. 2, when simultaneous use of three-phase power (200V) and single-phase three-wire power (200 / 100V) is performed, as shown in FIG. Connecting. In this case, the connection state of the armature coils 1, 2, 3, 4, 7 is not changed. On the other hand, the armature coils 5 and 6 are connected in parallel in the opposite direction, and are connected between the neutral point O1 and the output terminal N of the single-
[0039]
Therefore, from the output terminals R, S, and T of the three-
[0040]
Further, when only the high-voltage (400 V) three-phase power is used, the
[0041]
Therefore, according to the generator of the present embodiment, in addition to the use of only the three-phase power switched to the high voltage and the low voltage, the three-phase power and the single-phase are simultaneously transmitted from the three-
[0042]
As mentioned above, although the generator was demonstrated and demonstrated about this invention, this invention is not limited to this, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
[0043]
【The invention's effect】
In the present invention, a three-phase armature coil is star-connected at a neutral point, and three-phase power output and single-phase three-wire power output by switching are possible. Two phases are provided with two armature coils having the same number of turns in each phase, and the remaining one phase is provided with one armature coil having the same number of turns as that in the two phases and two armature coils having a half number of turns, Since the switching means is configured to switch between the use of only three-phase power and the simultaneous use of three-phase power and single-phase three-wire power, in addition to using only three-phase power, three-phase power and single-phase three It has become possible to provide a generator that can be used by switching between simultaneous use of line power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection diagram of armature coils when only three-phase power is used.
FIG. 2 is a connection diagram at the time of simultaneous use of three-phase power and single-phase three-wire power.
3A and 3B are vector diagrams of phase voltages, in particular, FIG. 3A is a voltage vector diagram of three-phase power, and FIG. 3B is a voltage vector diagram of single-phase three-wire power.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a first embodiment of a generator.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the generator.
FIG. 6 is a connection diagram of armature coils when only high-voltage three-phase power is used.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a third embodiment of the generator in which the armature coil is switched to the state shown in FIG. 1;
FIG. 8 is a circuit diagram showing a third embodiment of the generator in which the armature coil is switched to the state shown in FIG. 2;
FIG. 9 is a circuit diagram showing a third embodiment of the generator in which the armature coil is switched to the state of FIG. 6;
FIG. 10 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the generator in which the armature coil is switched to the state shown in FIG. 1;
FIG. 11 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the generator in which the armature coil is switched to the state shown in FIG. 2;
12 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the generator in which the armature coil is switched to the state shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 13 is a connection diagram of armature coils used in a conventional generator capable of switching three-phase power.
FIG. 14 is a connection diagram of armature coils used in a generator capable of switching between conventional three-phase power and single-phase three-wire power.
[Explanation of symbols]
1-7 Armature coil
21 Three-phase terminal board
22 Single-phase terminal board
23 Switching terminal board
O1 neutral point
Claims (3)
前記三相の電機子コイルは、第1相及び第2相が各相に巻数の等しい二つの電機子コイルを備え、第3相が前記第1相及び第2相における電機子コイルと巻数の等しい同巻電機子コイルを一つと巻数半分の半巻電機子コイルを二つ備えたものであり、
前記切替手段は、
三相電力のみの出力の場合には、各相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に直列接続にするか、或いは巻数を等しくして並列接続させ、
三相電力及び単相3線電力の出力の場合には、前記第1相及び第2相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に並列接続させ、前記第3相における半巻電機子コイルを並列にし且つ同巻電機子コイルとは位相を180度ずらせて、該半巻電機子コイルと同巻電機子コイルとをそれぞれ中性点と出力端子との間に接続させるように切り替えるものであることを特徴とする発電機。A three-phase armature coil is star-connected to the neutral point, and has a switching means capable of switching the connection state between the output of the three-phase power and the output of the single-phase three-wire power,
Armature coils of the three phases, the first phase and the second phase comprises two armature coils equal number of turns in each phase, the armature coils and the number of turns of the third phase is definitive in the first and second phases are those having two half volume armature coils equal in the same winding the armature coils one and turns half,
The switching means is
In the case of the output of only three-phase power, the armature coils of each phase are connected in series between the neutral point and the output terminal, or connected in parallel with the same number of turns.
In the case of the output of three-phase power and single-phase three-wire power, the first-phase and second-phase armature coils are connected in parallel between the neutral point and the output terminal, and the half-winding in the third phase The armature coils are arranged in parallel and the phase of the armature coil is shifted by 180 degrees so that the half-turn armature coil and the same-turn armature coil are connected between the neutral point and the output terminal, respectively. A generator characterized by switching .
前記切替手段は、前記三相電力のみの使用と前記三相電力及び単相3線電力の同時使用との切り替えを、端子への接続変更を行うことで達成する切替端子板であることを特徴とする発電機。The generator according to claim 1 ,
The switching means is a switching terminal plate that achieves switching between the use of only the three-phase power and the simultaneous use of the three-phase power and the single-phase three-wire power by changing the connection to the terminal. And the generator.
前記切替手段は、前記切替端子板に加えて、前記第3相における半巻電機子コイルの接続を、当該第3相における同巻電機子コイルに対して同位相で直列接続させる場合と位相を180度ずらせて並列接続させる場合との切り替えを行うナイフスイッチを有するものであることを特徴とする発電機。The generator according to claim 2 ,
In addition to the switching terminal plate, the switching means has a phase in which the connection of the half- turn armature coil in the third phase is connected in series with the same armature coil in the third phase in the same phase. A generator having a knife switch for switching between a case of being shifted in parallel by 180 degrees .
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