JP4817008B2 - 同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器 - Google Patents

Description

本発明は、同期発電機またはブラシレス同期発電機の出力電圧を所望の電圧に自動制御する自動電圧調整器に関する。

従来の自動電圧調整器を含む発電装置を図２の回路構成図を参照して説明する。
同図において、１はブラシレス同期発電機、２は自動電圧調整器、３は電源、４は変圧器、５は外部機器である。自動電圧調整器２は、電圧検出器６と、電圧指令生成器７と、減算器８と、演算増幅器９と、界磁調節器１０と、第１の信号入出力器１１と、発電機電圧入力器１２と、電源入力器１３と、界磁出力器１４と、内部制御器２１により構成される。ここで、第１の入出力器１１と発電機電圧入力器１２と電源入力器１３と界磁出力器１４は装置本体に設けられた端子台１５によって実現される。なお、ブラシレス同期発電機は同期発電機であっても構わない。

発電機電圧入力器１２は、ブラシレス同期発電機１の出力電圧を変圧器４を介して自動電圧調整器２内部に入力する。電圧検出器６は、発電機電圧入力器１２を介して入力された発電機電圧を電圧検出信号Vgに変換して出力する。電圧指令生成器７は、ブラシレス同期発電機１の電圧を所望の電圧に制御するための電圧指令信号Vg＊を出力する。減算器８は電圧指令信号Vg＊から電圧検出信号Vgを減算し誤差信号ΔVgを出力する。演算増幅器９は誤差信号ΔVgを入力として例えばＰＩＤ制御を行い、負荷のインピーダンスが変化した場合でも発電機の出力電圧を所望の電圧に保つための界磁制御信号Vefを出力する。

電源入力器１３は電源３の電圧・電流を自動電圧調整器２内部に入力する。界磁調節器１０は電源入力器１３を介して入力される電源の電圧・電流を界磁制御信号Vefに基づいて調節して出力する。界磁出力器１４は界磁調節器１０が出力する電圧・電流を発電機の界磁巻線に出力する。第１の入出力器１１は外部機器５との間で入出力する信号を自動電圧調整器２内部へ入出力する。ここで、外部機器５から入力する信号としては例えば電圧指令信号Vg＊の増減信号などがあり、外部機器５へ出力する信号としては例えば自動電圧調整器２の内部異常を示す警報信号などがある。内部制御器２１は第１の入出力器１１を介して入出力される送受信信号を入出力し、自動電圧調整器２内部の状態を外部機器５へ伝達すると同時に外部機器５からの信号により自動電圧調整器２内部の状態、例えば電圧指令生成器７の電圧指令量や演算増幅器９の制御ゲイン量や自動電圧調整器の動作モードなどを設定する。

以上の構成により自動電圧調整器２は、負荷変動によってブラシレス同期発電機１の出力電圧が変動した場合でもフィードバック制御により界磁巻線に流れる電流を調節し発電機の出力電圧を所望の電圧に保つことができる。このような自動電圧調整器に関する従来技術は、例えば以下に示す特許文献１や特許文献２に開示されている。

ところで、従来の中小容量発電機向けの自動電圧調整器は、コンポーネント化された小型のものが主流であり、例えば図２に示すように、電圧指令生成器７、減算器８、演算増幅器９、内部制御器２１はオペアンプやトランジスタ、リレー、論理演算器などを用いた回路にて実現されていた。

しかし、近年のマイクロコンピュータの普及・低価格化により、小型の自動電圧調整器においてもマイクロコンピュータを使ったデジタル回路とソフトウェアにて構成することが有利となってきている。マイクロコンピュータを使用することにより、電圧指令生成器７、減算器８、演算増幅器９、内部制御器２１をソフトウェアにて実現すると共に、ソフトウェアによりさらに様々な他の機能をハードウェアを追加することなく増やすことが可能となる。また、近年のマイクロコンピュータは外部との信号の入出力機能を多数備えているため、内部の論理回路を新たに追加することなく外部機器との間で送受信する信号を大幅に増やすことが可能である。

通常、外部機器との間で信号を送受信するには、例えば図２の第１の信号入出力器１１のように自動電圧調整器本体に電線を接続し、電気信号を入出力するための端子台を設ける必要があり、マイクロコンピュータの備える多数の信号入出力機能を利用して外部機器との間で送受信する信号の数を増やしたい場合には多数の端子台を自動電圧調整器本体に設けなければならない。端子台としては一般に他の機器（シーケンサや電力制御装置など）との接続性を考慮して、例えばネジ径４ミリ程度のものが使用されるが、このようなネジ寸法の端子台を自動電圧調整器本体に多数設けると、自動電圧調整器２の装置寸法が大きくなるという問題が生じる。
実開平６−４８３９９号公報 特開平５−２８４７９９号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その課題は、従来と同様の装置寸法でありながら、従来よりも多くの信号を外部機器との間で伝達し合うことを可能とし、様々な発電装置に対応できる自動電圧調整器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、同期発電機またはブラシレス同期発電機の出力電圧を変圧器を介して入力する発電機電圧入力器と、入力された発電機電圧を電圧検出信号に変換して出力する電圧検出器と、発電機の電圧を所望の電圧に制御するための電圧指令信号を出力する電圧指令生成器と、電圧指令信号から電圧検出信号を減じた誤差信号を出力する減算器と、誤差信号を演算増幅して界磁制御信号を出力する演算増幅器と、電源の電圧・電流を入力する電源入力器と、入力される電源の電圧・電流を界磁制御信号に基づいて調節して出力する界磁調節器と、前記界磁調節器が出力する電圧・電流を発電機の界磁巻線に出力する界磁出力器と、外部機器との信号を入出力する第１の信号入出力器と、外部機器との信号を入出力する第２の信号入出力器と、前記第１の信号入出力器と前記第２の信号入出力器を介して外部機器と信号の送受信を行い、内部の状態を外部機器へ伝達するとともに外部機器からの信号により内部の設定を行う内部制御器から構成され、発電機電圧入力器と電源入力器と界磁出力器と第１の信号入出力器が装置本体に設けられた端子台で実現され、第２の信号入出力器が装置本体に設置されたコネクタと外部に設置される端子台とこれらをケーブルによって接続されたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の自動電圧調整器において、電圧指令生成器と減算器と演算増幅器と内部制御器がマイクロコンピュータとソフトウェアによって形成されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２記載の自動電圧調整器において、変流器を介して発電機電流を入力する発電機電流入力器と、入力された発電機電流を電流検出信号に変換し、内部制御器へ出力する電流検出器と、発電機の界磁電流または界磁電圧を入力する界磁入力器と、入力された界磁電流または界磁電圧を界磁検出信号に変換し、内部制御器へ出力する界磁検出器を備え、内部制御器が外部機器と送受信する信号と電流検出信号と界磁検出信号に基づいて内部の設定を行うことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の自動電圧調整器において、界磁調節器が自動電圧調整器の外部に設置されるとともに電源からの電圧・電流を入力し、与えられた界磁制御信号に基づいて調節して発電機の界磁巻線に出力し、電源入力器と界磁出力器の代わりに界磁制御信号出力器を備え、演算増幅器の出力する界磁制御信号を前記界磁制御信号出力器を介して前記界磁調節器へ出力することを特徴とする。

本発明によれば、マイクロコンピュータが多数備える信号入力機能を利用して自動電圧調整器が外部機器との間で送受信する信号の数を増やし、自動電圧調整器の機能を向上させようとする場合に、自動電圧調整器の寸法を拡大させることなく信号入出力機能の数を増やすことが可能となり、様々な発電装置に対応できる自動電圧調整器を実現することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である自動電圧調整器を含む発電装置の回路構成図であり、図２の従来例と同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。

図１に示すように、本実施形態が図２に示した従来の自動電圧調整器を含む発電装置と異なる構成は、外部機器５との間で入出力する信号を自動電圧調整器２に入出力する第２の信号入出力器２０を備え、内部制御器２１が第１の信号入出力器１１を介して外部機器５との間で信号を送受信すると共に、第２の信号入出力機能２０を介して外部機器５との間で信号を送受信する点である。この第２の信号入出力機能２０は自動電圧調整器本体に設置されたコネクタ２３と外部に設置される端子台２５とこれらを接続する専用ケーブル２４とからなる構成によって実現される。また、電圧指令生成器７、減算器８、演算増幅器９、内部制御器２１は、例えばマイクロコンピュータとソフトウェアにても実現される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
第２の信号入出力機能２０は外部機器５との間で入出力する信号を自動電圧調整器２内部へ入出力する。例えば第１の信号入出力器１１を介して外部機器５と内部制御器２１との間で送受信する信号は、発電機の電圧制御を行うに当たって基本的に送受信が必要な信号であり、一方、第２の信号入出力機能２０を介して外部機器５と内部制御器２１との間で送受信する信号は、発電装置毎に必要に応じて選択的に送受信可能な信号である。基本的に送受信が必要な信号としては、例えば、電圧指令信号Vg＊の増減信号や自動電圧調整器の内部異常を示す警報信号がある。また、必要に応じて選択的に送受信する信号としては自動電圧調整器の電圧制御機能の動作モードを切り替える信号や自動電圧調整器が計測する信号などがある。内部制御器２１は第１の信号入出力器１１と第２の信号入出力機能２０を介して外部機器５との間で信号を送受信し、自動電圧調整器内部の状態を外部機器５へ伝達すると同時に外部機器５からの信号により自動電圧調整器内部の状態を設定する。

このように本実施形態では、外部機器５と送受信する信号の入出力手段として第１の信号入出力器１１と第２の信号入出力機能２０の２種類を設け、電圧制御に基本的に必要な入出力信号は自動電圧調整器本体に設けた端子台１５で実現する第１の信号入出力器１１を介して入出力し、発電装置に応じて選択的に使用する入出力信号は、自動電圧調整器本体にはコネクタ２３しか設けず、コネクタ２３とケーブル２４で接続される外部に設置した端子台２５で実現する第２の信号入出力機能２０を介して入出力することにより、従来と同様の装置寸法を維持しながら、従来よりも多くの信号を外部機器との間で送受信することが可能となる。ここで、端子台１５に備える入力機能として、発電機電流入力機能と界磁入力機能を備え、検出した発電機電流量と界磁量に基づいて電圧制御や装置設定を変えても同様の効果が得られる。

また、界磁調節器１０が自動電圧調整器内部ではなく外部に設置され、電源入力器１３と界磁出力器１４の代わりに界磁制御信号出力器を端子台１５により実現し、演算増幅器９が出力する界磁制御信号を界磁制御信号出力器を介して界磁調節器１０へ出力し、界磁調節器１０が電源から入力される電圧・電流を界磁制御信号に基づいて調節し、発電機の界磁巻線に出力する構成としても、同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態の自動電圧調整器を含む発電装置の回路構成図。 従来の自動電圧調整器を含む発電装置の回路構成図。

符号の説明

１…ブラシレス同期発電機、２…自動電圧調整器、３…電源、４…変圧器、５…外部機器、６…電圧検出器、７…電圧指令生成器、８…減算器、９…演算増幅器、１０…界磁調節器、１１…第１の信号入出力器、１２…発電機電圧入力器、１３…電源入力器、１４…界磁出力器、１５…端子台、２０…第２の信号入出力器、２１…内部制御器、２３…コネクタ、２４…専用ケーブル、２５…端子台、Vg…電圧検出信号、Vg＊…電圧指令信号、ΔVg…誤差信号、Vef…界磁制御信号。

Claims (4)

1. 同期発電機またはブラシレス同期発電機の出力電圧を変圧器を介して入力する発電機電圧入力器と、入力された発電機電圧を電圧検出信号に変換して出力する電圧検出器と、前記発電機の電圧を所望の電圧に制御するための電圧指令信号を出力する電圧指令生成器と、電圧指令信号から電圧検出信号を減じた誤差信号を出力する減算器と、誤差信号を演算増幅して界磁制御信号を出力する演算増幅器と、電源の電圧・電流を入力する電源入力器と、入力される電源の電圧・電流を界磁制御信号に基づいて調節して出力する界磁調節器と、前記界磁調節器が出力する電圧・電流を発電機の界磁巻線に出力する界磁出力器と、外部機器との信号を入出力する第１の信号入出力器と、外部機器との信号を入出力する第２の信号入出力器と、前記第１の信号入出力器と前記第２の信号入出力器を介して外部機器と信号の送受信を行い、内部の状態を外部機器へ伝達するとともに外部機器からの信号により内部の設定を行う内部制御器から構成され、発電機電圧入力器と電源入力器と界磁出力器と第１の信号入出力器が装置本体に設けられた端子台で実現され、第２の信号入出力器が装置本体に設置されたコネクタと外部に設置される端子台とこれらをケーブルによって接続されたことを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
2. 請求項１記載の自動電圧調整器において、電圧指令生成器と減算器と演算増幅器と内部制御器がマイクロコンピュータとソフトウェアによって形成されることを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
3. 請求項１または請求項２記載の自動電圧調整器において、変流器を介して発電機電流を入力する発電機電流入力器と、入力された発電機電流を電流検出信号に変換し、内部制御器へ出力する電流検出器と、発電機の界磁電流または界磁電圧を入力する界磁入力器と、入力された界磁電流または界磁電圧を界磁検出信号に変換し、内部制御器へ出力する界磁検出器を備え、内部制御器が外部機器と送受信する信号と電流検出信号と界磁検出信号に基づいて内部の設定を行うことを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の自動電圧調整器において、界磁調節器が自動電圧調整器の外部に設置されるとともに電源からの電圧・電流を入力し、与えられた界磁制御信号に基づいて調節して発電機の界磁巻線に出力し、電源入力器と界磁出力器の代わりに界磁制御信号出力器を備え、演算増幅器の出力する界磁制御信号を前記界磁制御信号出力器を介して前記界磁調節器へ出力することを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
   
   

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