JP6576219B2

JP6576219B2 - エンジン駆動の発電機

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Publication number: JP6576219B2
Application number: JP2015222924A
Authority: JP
Inventors: 傍嶋　重憲; 重憲傍嶋
Original assignee: Daiichi Co Ltd
Current assignee: Daiichi Co Ltd
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2035-11-13
Also published as: JP2017093213A

Description

この発明は、エンジン駆動の発電機に電気的に接続される負荷機器を起動した際の最大負荷が該発電機の定格容量を上回る場合であっても、該負荷機器の最大起動負荷に応じた大容量の発電機を用意する必要がなく、１基で広汎に対応し得るようにした技術に関するものである。

電力会社の電力供給系統から独立して電力を得る自家発電には、多数の形式のものが知られている。そして、何れの自家発電形式の自家発電であっても、その供給電力に接続される負荷が電灯や電熱ヒータのような発熱体の場合は、該電力に規定の電圧と電流が確保されていれば足り、電源周波数の変動は一般に問題視されない。

しかし、供給電力に接続される負荷がパルスモータ等の回転機器や、蛍光灯その他パソコンの如く適正動作が周波数に依存する電気機器の場合は、供給される電源の周波数が変動せず安定していることが要求される。例えば、最近の電気モータの回転制御の多くは電源周波数に依存するため、該周波数は正確で変動のないことが必要である。この要請に応えて、可搬式の発電機として、三相発電機で発電した三相交流をコンバータで直流に一旦変換した後、この直流をインバータで三相交流または単相交流に変換するインバータ発電機が実用化されている。前記インバータは、直流を断続的に入切して交流化する転流制御回路を有し、該回路で直流のオン−オフ(スイッチング)を所定の周期で実行することで、所望周波数の交流が得られるものである。そして、正確で安定した周波数を得るために、基準正弦波を使用したパルス幅変調(PWM)制御が一般に採用されている。

本発明は、内燃エンジン駆動の発電機の交流出力ラインに接続される負荷機器(例えば水中ポンプを駆動するモータ)を起動する際の電気負荷が、該発電機の定格容量を超える場合の技術的対策に関するものである。そこで、実施例として最近広く普及している内燃エンジンで駆動されるインバータ発電機の基本構成について説明する。但し、本願発明はインバータ発電機に限られるものでなく、内燃エンジンで駆動される通常の発電機も含まれる。図１において参照符号１０は、１２０度の位相角で配置した３つの電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを有する三相発電機を示している。この三相発電機１０は、内燃エンジン１２により回転駆動されて三相交流を発電する。なお、前記内燃エンジン１２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを指すものであって、該エンジンにはその回転数を電気的に調整する回転数調整回路１４(後述)が接続されている。

三相発電機１０で発電された三相交流は、サイリスタやトライアック等の整流素子を備えたコンバータ１６に入力され、該コンバータ１６で直流に変換される。変換後の直流は、電解コンデンサ１８で平滑された後に、下流側に設けたインバータ２０で単相交流に変換される。該インバータ２０は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やパワーMOSFET等の自己消弧形スイッチング素子からなり、そのゲートを駆動して直流のオン・オフ切換え(スイッチング動作)を高速で行うことで、該直流を単相交流に変換する。得られた単相交流は、前記インバータ２０に直列接続した各正弦波出力フィルタ２２を介して、Ｕ１相端およびＶ１相端に出力される。なお、図１は三相発電機１０を１基備えて、Ｕ１相端およびＶ１相端に交流を出力する単相二線式を例示している。

前記三相発電機１０、コンバータ１６およびインバータ２０の各電気要素は、制御ユニット２４に内蔵した各種回路によって電気的な制御がなされる。すなわち、前記制御ユニット２４における電源回路２６は、前記三相発電機１０のＵ相および０相に接続して交流電源の供給を受け、該電源回路２６で電圧降下および直流交換を行った後、該制御ユニット２４の各種回路へ降圧された直流電源を供給する。また、直流電圧制御回路２８は、前記コンバータ１６で交流から直流に変換された際の直流電圧を一定範囲に制御するものである。この直流電圧制御回路２８は、前記コンバータ１６で変換された直流の電圧を所望の値に設定するための抵抗(直流電圧設定抵抗)を基板中に備えている。

前記インバータ２０に内蔵した自己消弧形スイッチング素子のゲートは、インバータ駆動回路３０により駆動される。例えば、インバータ駆動回路３０はパルス幅変調(PWM)回路を備え、正弦波用のデータ信号から作られた基準周波数の正弦波と、搬送波(三角波)とが重畳された合成信号の入力を受け、ここでパルス幅変調されたパルスが前記自己消弧形スイッチング素子のゲートを開閉駆動して転流制御を行う。また、図１において基準正弦波発生回路３２は、基準となる所望周波数の正弦波を作り出すのに必要なデータ信号を発生するものである。この基準正弦波発生回路３２からの正弦波作成用のデータ信号は、該回路３２に接続している正弦波変換回路３４へ入力される。この正弦波変換回路３４は、前記データ信号を使用して所望の基準正弦波を発生する。そして前記基準正弦波は、搬送波発生回路３６が発生する搬送波(三角波で、前記基準正弦波より高い周波数に設定してある)と出力比較されて、重畳的な合成信号を形成し、該合成信号が前記インバータ駆動回路３０へ入力される。なお、前記基準正弦波発生回路３２では、基準正弦波を設定する電圧を所望の値に設定するための抵抗(基準正弦波電圧設定抵抗)を基板中に備えており、この抵抗はモジュールとしての交換が可能になっている。また、符号３８は電圧フィードバック回路を示し、この電圧フィードバック回路３８は前記Ｕ１相端およびＶ１相端に出力された単相交流の電圧を検出して、その検出値を前記インバータ駆動回路３０へフィードバックするものである。

図１の三相発電機１０は、単独の電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを備えていて、最終的に単相交流を出力するものであった。これに対し、図２に示すインバータ発電機の三相発電機１０は、マスター電機子巻線１０ａとスレーブ電機子巻線１０ｂとを有して、最終的に単相交流を出力するもので、それ以外の基本構成は、図１のインバータ発電機と同じである。但し、コンバータは、前記マスター巻線１０ａが発電した三相交流を直流に変換する第１コンバータ１６ａと、前記スレーブ巻線１０ｂが発電した三相交流を直流に変換する第２コンバータ１６ｂとから構成される。これら第１および第２コンバータ１６ａ、１６ｂからの各直流は、前記インバータ２０において単相交流に変換される。得られた単相交流は、各正弦波出力フィルタ２２を介してＵ１相端、Ｖ１相端およびＷ１相端に出力される。

なお図２のインバータ発電機は、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相の出力端を有するが、交流出力は三相でなく単相になっている。すなわちインバータ２０から出力される交流は単相であって、この単相交流はＵ１相端およびＶ１相端に出力される。従って、図示のＷ１相端は中性点０になっている。これはインバータ２０が内蔵する自己消弧形スイッチング素子を二相分だけとして、前記インバータ駆動回路３０による該スイッチング素子のゲート制御を二相分についてのみ行うようにしたからである。なお、図２に示すインバータ発電機に関して、前記電源回路２６、直流電圧制御回路２８および電圧フィードバック回路３８が前記制御ユニット２４に内蔵されていることは、図１に示すインバータ発電機の構成と同じである。

図１に示す回路は単相二線方式のものであり、また図２に示す回路は単相三線方式であったが、図８に略示する如く、三相四線方式の回路も存在する。これは、三相発電機１０の中性点から引き出した中性線０に対し、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相の電圧線を共通接続することで、Ｕ１相−Ｗ１相、Ｗ１相−Ｖ１相およびＵ１相−Ｖ１相の各相間に高い電圧を得る方式である。例えば、Ｕ１相、Ｗ１相およびＶ１相の各端子にＡＣ２３０Ｖが出力される場合、前記三相四線方式では、Ｕ１相−Ｗ１相、Ｗ１相−Ｖ１相およびＵ１相−Ｖ１相に相間電圧として何れもＡＣ４００Ｖが出力される。そして、この三相四線方式を採用したインバータ発電機にも本発明を応用することで、後述するインラッシュ(突入電流)に対して効果的に使用し得る。

特開２００８−２３７００９号公報

図１の単相二線方式、図２の単相三線方式および図８の三相四線方式に係るインバータ発電機は、内燃エンジンにより回転駆動される三相発電機から出力される三相交流をコンバータで直流に変換した後に、インバータにより直流から交流へ変換し、併せて前記制御ユニットで前記コンバータおよびインバータの適切な電気的制御を行うことで、正確で安定した所要周波数の単相または三相の交流が得られるものである。

しかし、インバータ発電機の交流出力には、当然のことながら定格容量があり、この定格容量は三相発電機１０の発電容量、内燃エンジン１２の最大回転数、コンバータ１６やインバータ２０の電気変換効率等の各種要素に総合的に依存する。また、一般に発電機の出力容量(定格出力)と、これに電気的に接続される負荷機器５４の電気容量との間には密接な関係がある。殊に、負荷機器の駆動源であるモータを始動する際は、該モータに定常運転時を遙かに超える大きな電気的負荷(突入電流)が短時間ではあるが発生する。しかるに、発電機の定格容量が前記負荷機器における起動時の大きな電気的負荷より小さい場合は、これに対処困難である。例えば、モータで駆動される水中ポンプやベルトコンベアを始動する場合、その負荷率は約３倍〜４倍になる。

従って、エンジン駆動の発電機に負荷機器を電気的に接続する場合は、該負荷機器の始動時に発生する大きな電気負荷を考慮して、該発電機の定格容量に充分な余裕を持たせ、大きな容量の発電機を選定するのが一般的である。例えば、水中ポンプを使用する場合、発電機に接続される電気モータ(負荷機器)の電気容量が１１ＫＶＡの場合、前記発電機の発電容量は約３〜４倍の５０ＫＶＡの型式を選定する必要がある。

このように従来は、発電機に接続される負荷機器の電気容量は、起動時には約３倍〜４倍の負荷容量が必要になるため、これに対応して該発電機の定格発電出力も、負荷機器の最大負荷に見合ったものを選定する必要があった。しかし、前記発電機に接続される負荷機器は１機種とは限らない。むしろ工事現場等では、水中ポンプ、ベルトコンベアその他電気モータにより駆動される各種建機が、１基の発電機に交互に接続換えをされる場合が多い。このような場合に、各種負荷機器毎に各最大負荷に見合った定格負荷の発電機を用意することは、理想的ではあるがコスト面から実際的でない。また、現場で使用される可能性のある各種負荷機器の中から最大の電気負荷を要する機種に合わせて、大きな定格容量を有する発電機を１基だけ用意することも考えられる。しかし、１つの負荷機器の最大負荷だけが突出していて、他の負荷機器の最大負荷は余り大きくない場合、最大定格が大きい発電機を選定することはオーバースペックになりかねず、コスト等の兼ね合いから好ましくない。

発明者は、前記課題を解決するべく試行を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、エンジン駆動の発電機の交流出力には定格があって、その定格交流出力の範囲内で運転がなされる。しかし、各種の電気応用機器は、定格出力の範囲内で定常運転する必要があることは勿論であるが、瞬間的に定格出力を超えただけで直ちに損傷等の不具合を生じては実用的でないから、定格出力に対し或る程度の余裕を見込んで設計してある。どの程度の余裕を見込むかは、各種電気機器により差はあるが、短時間であれば定格出力を超えても運転を続行し得る余裕を持たせた安全設計がなされている。しかし、安全設計を見込んであるとしても、前記発電機の場合、或る程度の余裕を見込んだ安全設計がなされてはいるが、これに接続される負荷機器の起動時の大きな電気負荷を克服し得る程度にはなっていない。

発明者はこの点に注目したものであって、起動時の電気負荷が発電機の定格容量を大きく超える負荷機器を接続する場合、当該負荷機器を起動して定常運転に移行させるまでの短時間だけ、当該発電機を駆動する内燃エンジンの回転数を増大させて、該発電機から定格交流出力を超えた大きな交流を出力させることにしたものである。勿論、前記発電機の操作に関与する者が、その交流出力ラインに接続される負荷機器の起動負荷が該発電機の定格出力を大きく超えていることを覚知した場合に、内燃エンジンのスロットル弁を手動操作して一時的に回転数を増大させることは考えられる。しかし、この場合は、負荷機器の起動毎に操作者の手を煩わせることになって実用的でない。そこで、本願の発明者は、発電機の交流出力ラインに各種の負荷機器を接続しても、その負荷機器の起動負荷が大きい場合はこれを自動的に検知して、該発電機における内燃エンジンの回転数を増大させるようにしたものである。

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、
内燃エンジンと、前記内燃エンジンの回転数を電気的に調整する回転数調整回路と、前記内燃エンジンにより駆動されて三相交流を発電する三相発電機と、前記三相発電機が発電した三相交流を直流に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流を単相交流に変換するインバータと、前記コンバータおよびインバータを電気的に制御する制御ユニットとからなるインバータ発電機において、
前記インバータからの交流出力ラインに設けられて、該交流出力ラインを流れる１次電流を２次電流に変換する変流器と、
前記変流器で変換された２次電流に係る交流を直流に変換する第２コンバータと、
前記第２コンバータで変換された直流を差動増幅するオペアンプとからなり、
前記オペアンプにより所定値に差動増幅された直流電圧を前記回転数調整回路へ入力して、前記インバータ発電機に電気的に接続される負荷機器の最大負荷に応じて前記内燃エンジンの回転数を調整するようにし、
前記オペアンプの出力側と前記回転数調整回路の入力側とは出力信号調整回路で接続され、
前記出力信号調整回路は、
前記オペアンプから分岐した一方の直流電圧が入力されると共に、定電圧ダイオードにより定電圧を出力する第２オペアンプと、
前記オペアンプから分岐した他方の直流電圧が入力される第３オペアンプと、
前記第２オペアンプから定電圧に調整された直流電圧および前記第３オペアンプから所定値に差動増幅された直流電圧が入力されて、各直流電圧に対応する出力信号の波形を加算させる加算回路とからなり、
前記加算回路から出力される直流の信号波形は、前記負荷機器における負荷率の所望値までは前記信号波形の上昇幅が大きく、また前記所望値より後は該信号波形の上昇幅が緩やかになっていることを要旨とする。
請求項１に係る発明によれば、インバータ発電機に接続される負荷機器における起動時の電気負荷が大きい場合は、起動時に瞬間的に発生する過負荷電流を検出して該インバータ発電機を駆動するエンジンの回転数を増大させることで対応することができる。また、内燃エンジンの回転数調整回路へ入力される出力信号の上昇幅に差が設けてあるので、内燃エンジンの回転数が低くてもインバータ発電機の出力効率を高めることができる。

請求項２に係る発明では、前記オペアンプから出力される直流が前記回転数調整回路に入力されるラインに切換スイッチが設けられ、前記切換スイッチは常には前記オペアンプの出力側と前記回転数調整回路とを接続していると共に、前記切換スイッチを切換えて所定値の直流を前記回転数調整回路へ入力することで、前記内燃エンジンの回転数を上限値まで上昇させることができることを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、常にはエコモードによる定常運転を行い、ユーザーの希望に応じて内燃エンジンの回転数を増大させることで、インバータ発電機の発電効率を増加させることができる。

内燃エンジンにより駆動される発電機に接続される負荷機器における起動時の電気負荷が大きい場合は、その過負荷電流を検出して、該発電機を駆動するエンジンの回転数を増大させることで、起動時の電気負荷が大きい負荷機器であっても円滑に始動させることができる。

本発明が実施される単相二線の交流を出力するインバータ発電機の全体回路図である。本発明が実施される単相三線の交流を出力するインバータ発電機の全体回路図である。インバータ発電機の交流出力ラインに変流器を設けて、負荷機器を起動させた際の負荷電流の増大を検知する場合の回路図である。図３に示した回路に、更に効率化を図るための回路を付加した場合の回路図である。変流器で検出した出力信号の波形図であって、(１)はオペアンプからの出力信号波形、(２)は第３オペアンプからの出力信号波形、(３)は第２オペアンプからの出力信号波形、(４)は加算回路を経た出力信号波形を示している。突入電流に対処するため出力電圧を調整する保護装置の回路図である。図６に示す回路に設けた過電流制御回路および基準正弦波信号回路の詳細を示す回路図である。本発明が実施される三相四線の交流を出力するインバータ発電機の一部回路図である。

本発明は、内燃エンジン駆動の発電機の交流出力ラインＡＣに負荷機器５４を接続して起動させた場合に、該発電機の定格交流出力を超える大きな電気負荷を生じても、この過大負荷を自動的に検出して内燃エンジン１２の回転出力を一時的に増大させ、これによりインバータ発電機の出力を増加させることで対処するものである。なお、本発明が実施される発電機は、内燃エンジンで駆動される形式のものであれば、一般的な発電機であっても、インバータ発電機であってもよいことは前述した通りである。なお、インバータ発電機の場合は、これに使用される制御ユニット２４は、図１の単相二線式および図２の単相三線式で説明したものと全く同じである。

図１および図２に示すように、インバータ発電機の交流出力ラインＡＣには、例えば水中ポンプを駆動するモータが負荷機器５４として接続されている。この負荷機器５４は、前述したように、起動時に大きな電気負荷を生ずるために、前記交流出力ラインＡＣに過負荷電流が突発的に流れる。この過負荷電流を検出するために、図３に示す如く、一方の交流出力ラインＡＣ(例えばＵ相)に変流器ＣＴを設ける。この変流器ＣＴは、交流出力ラインＡＣに流れる交流の１次電流を２次電流に変換する所謂変成器であって、この２次電流を伴う交流を直流に変換して増幅することで、前記負荷機器５４に生じた過大な負荷電流を知ることができる。

図３において、前記変流器ＣＴで変成された２次電流を伴う交流は、直流変換素子である第２コンバータ４０へ入力され、ここで直流に変換される。変換された直流は、電解コンデンサ５８で濾波された後、オペアンプ４２に入力されて所定電圧値に差動増幅される。差動増幅された直流は、下流に設けたダイオード６０およびエコモード用の切換スイッチ５６(後述)を通過した後、図１および図２で説明した内燃エンジン１２の回転数調整回路１４に入力される。前記回転数調整回路１４は、これに入力される電気的な制御信号の強弱等の変化を受けて前記内燃エンジン１２のスロットル弁を開閉し、該内燃エンジン１２の回転数を増減させるものである。

前記回転数調整回路１４へ入力される直流の電流値は、前記交流出力ラインＡＣに接続される前記負荷機器５４を起動した際に生ずる過負荷電流の大きさに比例している。従って、前記負荷機器５４に生じた過負荷電流に応じた電流値の直流が前記回転数調整回路１４に入力され、該回転数調整回路１４は内燃エンジン１２の回転数の増減を制御する。例えば、前記負荷機器５４を起動する際の電気負荷が、インバータ発電機の定格交流出力を上回る場合は、前記交流出力ラインＡＣに流れる過負荷電流を前記変流器ＣＴが検出し、前記回転数調整回路１４に内燃エンジン１２の回転数を増大させる指令を与える。これによりインバータ発電機は、起動時の電流が大きい負荷機器が接続されても、一時的なエンジン回転数の増大により対応することができる。すなわち、負荷機器の始動電流が大きい(高負荷)時は、内燃エンジン１２の回転数を上げることで対処でき、また定常運転に移行して通常負荷になった際は、内燃エンジン１２の回転数を下げて使用することができる。このように、起動時の電気負荷が大きい負荷機器５４をインバータ発電機に電気的に接続する場合であっても、それに応じた大きな定格出力のインバータ発電機を用意する必要がなく、適切な定格出力のインバータ発電機を用意するだけで起動電流の大きな負荷機器に対応でき、極めて経済的である。

(エコモードスイッチについて)
図３に関して説明したように、前記オペアンプ４２から出力される直流が前記回転数調整回路１４に入力されるラインには、切換スイッチ５６が設けられている。この切換スイッチ５６は、前記回転数調整回路１４への入力ラインを、前記オペアンプ４２の側と＋５Ｖの直流電源の側との何れかへ選択的に切換え得る回路スイッチである。そして、前記切換スイッチ５６は、図３に示すように、常には前記オペアンプ４２の側に接続しているが(エコモード運転)、ユーザーが前記内燃エンジン１２の回転数を上げてインバータ発電機を高効率化することを望む場合は、前記＋５Ｖの直流電源側に強制的に切換えて、高い回転数での使用を可能にする。すなわち、切換スイッチ５６はエコモードスイッチであって、常には前記オペアンプ４２からの出力を前記回転数調整回路１４に入力させて、経済的なエコモード運転を実現している。

(エンジン出力を向上させる付加回路について)
図４に示す回路は、図３の回路に付加するだけでエンジン出力を更に向上させ得る提案に関するものである。すなわち、前記オペアンプ４２の出力側と、前記回転数調整回路１４の入力側との間に、図４に示す出力信号調整回路４４を介在させることで、前記内燃エンジン１２の回転数が低い状態であっても高い出力を得ることができる。

例えば、前記出力信号調整回路４４は、図４に示すように、前記オペアンプ４２から分岐した一方の直流電圧が入力される第２オペアンプ４８と、該オペアンプ４２から分岐した他方の直流電圧が入力される第３オペアンプ５０とを備えている。前記第２オペアンプ４８および第３オペアンプ５０の何れにも、その反転入力端子(−)と出力端子との間に調整抵抗６２が並列接続されて出力信号波形が低くなるよう設定してある。ここで、前記オペアンプ４２からの出力波形を図５(１)に示し、また前記第３オペアンプ５０からの出力波形を図５(２)に示す。また、前記第２オペアンプ４８の出力端に定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)４６が接続され、該第２オペアンプ４８からの出力を定電圧にすることで、出力信号波形の上限を頭打ちにしている(図５(３)参照)。前記第２オペアンプ４８から出力され、かつ前記定電圧ダイオード４６により調整された直流電圧と、前記第３オペアンプ５０から出力された直流電圧とは、加算回路(オペアンプ)５２に入力され、該加算回路５２は各直流電圧に対応して重畳している各出力信号波形を加算することで合成信号を得る(図５(４)参照)。

すなわち、前記加算回路５２で加算された出力信号波形は、図５(４)に示すように、負荷率が５０％を超える辺りまでは該波形の上昇幅が大きく、そのピークを過ぎた以降は該波形の上昇幅が緩やかになっている。従って、図５(４)に示す出力信号の波形を前記回転数調整回路１４へ入力することで、インバータ発電機を駆動する前記内燃エンジン１２の回転数が低い状態であっても、該インバータ発電機から高い出力を得ることができる。なお、出力電圧を調整するためには、前記第２オペアンプ４８および第３オペアンプ５０の夫々に並列接続した前記調整抵抗６２の抵抗値を変化させて、夫々の出力信号を調整することで達成される。このように、前記出力信号調整回路４４を図３に示す回路に付帯させることで、前記内燃エンジン１２の出力効率を高めることができると共に、エンジン騒音の抑制や燃費改善が得られて経済的な運転を達成することができる。

(突入電流に対応するための回路)
インバータ発電機は、駆動源である内燃エンジンやモータの回転数が変動しても、三相発電機から出力される交流の電圧や周波数は変動することがなく、常に一定である。しかし、インバータ発電機に接続される負荷機器の起動電流が大きい場合は、該インバータに逆負荷が加わり起動困難になったりするので、これを好適に解決する提案を図１〜図５を参照して説明したところである。これにより、異なる定格交流出力のインバータ発電機を複数基用意しなくても、或る範囲までならば、異なる負荷機器にも１台で対応し得る優れた利点がある。しかしながら、前記負荷機器を起動する際の電気負荷が大きいということは、起動時の突入電流(インラッシュカーレント)が大きいことを意味する。この突入電流は、瞬時に大きなパルス性の電流が立ち上がるものであるから、前記負荷機器に接続されるインバータ発電機が充分な定格容量を有していないと、該インバータ発電機の回路系に逆流して不都合を発生させ、場合によってはインバータ自体の焼損を招くこともある。

これに対処するには、図６に示す保護回路を設けて、前記負荷機器５４の起動時に大きな突入電流が発生した場合に、インバータ発電機の交流出力電圧を一時的に低下させることが提案される。例えば、図６に示すインバータ発電機において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各交流出力ラインＡＣに図３で説明した変流器ＣＴを設け、この変流器ＣＴで検出した信号を過電流制御回路６４に入力させる。前記過電流制御回路６４は、図７に示すように、オペアンプ６６とスイッチング素子であるＮＰＮトランジスタ６８との組合せからなる。すなわち、前記負荷機器５４の起動時に生じた突入電流は、前記変流器ＣＴで変成されて該突入電流の大きさに比例した電流値の交流が出力され、前記オペアンプ６６の非反転端子(＋)に入力されて差動増幅された後、該オペアンプ６６の出力端子から前記トランジスタ６８のベースＢに入力される。このベースＢへ入力される交流電圧が過電流を規定する閾値を超えると、前記トランジスタ６８が駆動されて、コレクタＣからエミッタＥへ電流が流れ、これにより図６に示す基準正弦波信号回路７０へ入力信号が入力される。この入力信号は、前記突入電流の大きさに比例した所謂「過負荷信号」であって、前記Ｕ相、Ｖ相およびＷ相毎に前記基準正弦波信号回路７０に入力される。

前記基準正弦波信号回路７０の概略を、図７に示す。すなわち、基準正弦波信号回路７０へ入力されたＵ相、Ｖ相およびＷ相の信号は、各対応のＤ／Ａコンバータ７２へ入力される。また、消去可能な半導体メモリであるＥＰ−ＲＯＭ７８には、図１の基準正弦波発生回路３２で生成される１相分の基準正弦波データが入力されている。前記ＥＰ−ＲＯＭ７８からの基準正弦波データは、前記Ｄ／Ａコンバータ７２へ入力される。また、前記三相分配回路７４において１２０度位相をずらされた信号も、前記各Ｄ／Ａコンバータ７２へ入力される。従って前記Ｄ／Ａコンバータ７２からは１２０度ずつ位相のずれた三相交流が前記Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相に出力される。すなわち、各相毎の前記過負荷信号に応じた基準正弦波に関するデータが、前記各対応のＤ／Ａコンバータ７２を介して図６に示す保護制御回路７６へ入力される。この保護制御回路７６の内容は、図１および図３で説明したインバータ駆動回路(PWM変調回路)３０および直流電圧制御回路２８であって、前記過負荷信号が入力している間だけ基準正弦波の出力を低下させるものである。換言すれば、インバータ発電機が出力する交流の定常電圧を、一時的に低い適正電圧に切り替えるものである。この図６および図７に示す回路によれば、インバータ発電機の交流出力の電圧を、前記負荷機器５４に突入電流が発生している短時間だけ低下させることで、起動負荷の大きな負荷機器であってもトラブルなく起動させることができる。また、インバータ発電機の容量を小さなものにすることができるので、低コストでありながら始動電流の大きい負荷機器に対応し得る利点がある。

１０三相発電機，１２内燃エンジン，１４回転数調整回路，１６コンバータ，
２０インバータ，２４制御ユニット，４０コンバータ(第２)，
４２オペアンプ，４４出力信号調整回路，４６定電圧ダイオード，
４８第２オペアンプ，５０第３オペアンプ，５２加算回路，５４負荷機器，
５６切換スイッチ，ＡＣ交流出力ライン，ＣＴ変流器

Claims

内燃エンジン(12)と、前記内燃エンジン(12)の回転数を電気的に調整する回転数調整回路(14)と、前記内燃エンジン(12)により駆動されて三相交流を発電する三相発電機(10)と、前記三相発電機(10)が発電した三相交流を直流に変換するコンバータ(16)と、前記コンバータ(16)からの直流を単相交流に変換するインバータ(20)と、前記コンバータ(16)およびインバータ(20)を電気的に制御する制御ユニット(24)とからなるインバータ発電機において、
前記インバータ(20)からの交流出力ライン(AC)に設けられて、該交流出力ライン(AC)を流れる１次電流を２次電流に変換する変流器(CT)と、
前記変流器(CT)で変換された２次電流に係る交流を直流に変換する第２コンバータ(40)と、
前記第２コンバータ(40)で変換された直流を差動増幅するオペアンプ(42)とからなり、
前記オペアンプ(42)により所定値に差動増幅された直流電圧を前記回転数調整回路(14)へ入力して、前記インバータ発電機に電気的に接続される負荷機器(54)の最大負荷に応じて前記内燃エンジン(12)の回転数を調整するようにし、
前記オペアンプ(42)の出力側と前記回転数調整回路(14)の入力側とは出力信号調整回路(44)で接続され、
前記出力信号調整回路(44)は、
前記オペアンプ(42)から分岐した一方の直流電圧が入力されると共に、定電圧ダイオード(46)により定電圧を出力する第２オペアンプ(48)と、
前記オペアンプ(42)から分岐した他方の直流電圧が入力される第３オペアンプ(50)と、
前記第２オペアンプ(48)から定電圧に調整された直流電圧および前記第３オペアンプ(50)から所定値に差動増幅された直流電圧が入力されて、各直流電圧に対応する出力信号の波形を加算させる加算回路(52)とからなり、
前記加算回路(52)から出力される直流の信号波形は、前記負荷機器(54)における負荷率の所望値までは前記信号波形の上昇幅が大きく、また前記所望値より後は該信号波形の上昇幅が緩やかになっている
ことを特徴とするエンジン駆動のインバータ発電機。
前記オペアンプ(42)から出力される直流が前記回転数調整回路(14)に入力されるラインに切換スイッチ(56)が設けられ、前記切換スイッチ(56)は常には前記オペアンプ(42)の出力側と前記回転数調整回路(14)とを接続していると共に、前記切換スイッチ(56)を切換えて所定値の直流を前記回転数調整回路(14)へ入力することで、前記内燃エンジン(12)の回転数を上限値まで上昇させることができる請求項１記載のエンジン駆動のインバータ発電機。