JPH0126251B2 - - Google Patents

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JPH0126251B2
JPH0126251B2 JP56178463A JP17846381A JPH0126251B2 JP H0126251 B2 JPH0126251 B2 JP H0126251B2 JP 56178463 A JP56178463 A JP 56178463A JP 17846381 A JP17846381 A JP 17846381A JP H0126251 B2 JPH0126251 B2 JP H0126251B2
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JP
Japan
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exciter
generator
field winding
current
voltage
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JP56178463A
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Japanese (ja)
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JPS57110026A (en
Inventor
Shii Jakobitsuchi Merubin
Supensaa Uiriamu
Bii Somu Jeimuzu
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Sundstrand Corp
Original Assignee
Sundstrand Corp
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Publication date
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Publication of JPS57110026A publication Critical patent/JPS57110026A/en
Publication of JPH0126251B2 publication Critical patent/JPH0126251B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
    • H02H7/065Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors against excitation faults

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明はブラシレス交流発電機に関するもの
であり、特に、短絡ダイオード保護装置を備えた
ブラシレス交流発電機に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to brushless alternators, and more particularly to brushless alternators equipped with shorted diode protection devices.

〔背景技術〕[Background technology]

何年も以前には、交流励磁機および回転整流器
の組立体から界磁励磁が供給されるようなブラシ
レス交流発電機を製造するときには、回転整流器
の組立体における短絡ダイオードの検出という、
特有の問題と常に直面していた。この回転整流器
の組立体内に短絡ダイオードが存在するときに
は、励磁機巻線を横切る短絡回路が間欠的に形成
される。また、この励磁機界磁の励起が維持され
るときには、多くの短絡回路電流が励磁機電機子
巻線中を流れることになる。この多くの短絡回路
電流のために、当該励磁機の広い範囲にわたる損
傷または破壊がもたらされ、また、主発電機やシ
ステムの他の構成要素に対する損傷がもたらされ
る可能性がある。
Many years ago, when manufacturing brushless alternators where the field excitation was supplied from an AC exciter and rotating rectifier assembly, detection of shorted diodes in the rotating rectifier assembly was used.
Always faced with unique problems. When shorting diodes are present in the rotary rectifier assembly, short circuits across the exciter windings are formed intermittently. Also, when this exciter field excitation is maintained, a lot of short circuit current will flow in the exciter armature winding. This large amount of short circuit current can result in extensive damage or destruction of the exciter and can also result in damage to the main generator and other components of the system.

このような短絡ダイオードの問題に対する有効
な解決法の中には、カルフイー(Calfee)外によ
る特許第3210603号で提言されたものがある。こ
のカルフイー外による特許において示されている
ものは、励磁機界磁電流がモニタされていて、回
転ダイオードに損傷があつたときには、その界磁
回路がしや断されるようにした回転界磁発電機で
ある。電流を表す信号が、変流器により、ダイオ
ード・ブリツジ整流器およびRCフイルタに対し
て結合されている。ダイオードに損傷が生じたと
きには、界磁回路における交流リツプルの振幅が
増大し、また、その周波数が減小する。ダイオー
ド・ブリツジ整流器及びRCフイルタからの整流
電圧の振幅が増大し、リレーを附勢して、当該界
磁回路を開にする。前述されたことは、界磁電流
の直流成分をの交流成分から分離させるためにも
有効である。交流器には直流バイアスがかけられ
ているために、当該変流器の設計は臨界的なもの
であると認められる。その直流バイアスは平均励
磁機界磁アンペアと等しい。この直流バイアスの
ためには、重量が大きくて高価な変流器が必要と
される。後から説明されるこの発明においては、
このような変流器を必要とすることはなく、ま
た、電流成分の検出の伴う分離についての、どの
ような問題もない。
Among the effective solutions to this shorted diode problem is that proposed by Calfee et al. in Patent No. 3,210,603. What is shown in this patent by Calfee et al. is a rotating field generator in which the exciter field current is monitored and the field circuit is interrupted if the rotating diode is damaged. It is a machine. A signal representing current is coupled by a current transformer to a diode bridge rectifier and an RC filter. When the diode is damaged, the amplitude of the AC ripple in the field circuit increases and its frequency decreases. The amplitude of the rectified voltage from the diode bridge rectifier and RC filter increases, energizing the relay and opening the field circuit. What has been described above is also effective for separating the DC component of the field current from the AC component. The design of the current transformer is recognized to be critical since the alternator is DC biased. Its DC bias is equal to the average exciter field ampere. This DC bias requires heavy and expensive current transformers. In this invention, which will be explained later,
There is no need for such a current transformer, and there are no problems with the separation involved in detecting the current components.

短絡ダイオードの問題に対する別異の解決法
は、ハイバリネン(Hyvarinen)外による特許第
3534228号に開示されている。これに開示されて
いるものは、励磁機界磁回路内の直列抵抗と、直
流阻止コンデンサを通して当該直列抵抗を横切つ
て接続された変圧器とからなる感知回路である。
この変圧器の電圧出力は、RCフイルタを通して、
ダイオード・ブリツジ整流器および界磁電流調整
器に結合される。このハイバリネン外による特許
においては、界磁電流の振動またはリツプルに比
例した交流誤差電圧を生成させるための、励磁機
界磁に対する交流導通結合回路が必要とされる。
この交流誤差電圧がある所定の基準を超えたとき
に、励磁機界磁電流を制限するための装置によつ
て、短絡ダイオードを保護することが可能にされ
る。後述されるこの発明においては、界磁回路の
線路内に多くの電流成分を含ませることを必要と
しない短絡ダイオード保護装置が提供されてお
り、これによつて、短絡ダイオードの検出に対す
る信頼性におけるフアクタとしての、構成要素の
全体的な損傷の可能性を減小されている。
An alternative solution to the shorted diode problem is provided by Hyvarinen et al.
Disclosed in No. 3534228. Disclosed therein is a sensing circuit consisting of a series resistor in the exciter field circuit and a transformer connected across the series resistor through a DC blocking capacitor.
The voltage output of this transformer is passed through an RC filter.
Coupled to a diode bridge rectifier and field current regulator. In the Hyverinen et al. patent, an AC conducting coupling circuit to the exciter field is required to generate an AC error voltage proportional to the oscillations or ripples in the field current.
A device for limiting the exciter field current makes it possible to protect the short-circuit diode when this AC error voltage exceeds a certain predetermined criterion. The present invention, which will be described later, provides a short-circuit diode protection device that does not require the inclusion of many current components in the field circuit line, thereby improving the reliability of short-circuit diode detection. As a factor, the possibility of overall damage to the components is reduced.

〔発明の開示〕[Disclosure of the invention]

この発明は、付勢可能にされた励磁機界磁巻線
を有する形式のブラシレス交流発電機のための短
絡ダイオード保護システムに関するものである。
このシステムに含まれているものは、励磁機界磁
を横切る電圧差(Voltage differential)感知し、
この電圧差を発電機負荷電流と対にして、これに
より、正常の発電機負荷電流の範囲において予測
可能な値になる出力信号を提供するようにした回
路配列体である。そして、この出力信号は、ダイ
オードに短絡が発生したときには、より高い値に
なるような性質を有するものである。該出力信号
に応答する別異の回路配列体においては、当該出
力信号が正常な負荷電流の範囲において予め設定
された値を超えたきにはいつでも、励磁機界磁の
しや断を生起させるような出力が発生される。
This invention relates to a shorted diode protection system for brushless alternators of the type having energized exciter field windings.
This system includes: sensing the voltage differential across the exciter field;
This voltage difference is paired with the generator load current, thereby providing an output signal with a predictable value over a range of normal generator load currents. This output signal has a property that it takes a higher value when a short circuit occurs in the diode. A different circuit arrangement responsive to the output signal is configured to cause a break in the exciter field whenever the output signal exceeds a preset value within a range of normal load currents. output is generated.

従つて、この発明の主たる目的は、保護を提供
するために界磁電流や界磁電流のリツプルを検出
して使用することを必要としない、短絡ダイオー
ド保護装置を備えたブラシレス交流発電機を提供
することにある。
Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide a brushless alternator with short circuit diode protection that does not require the detection and use of field current or field current ripples to provide protection. It's about doing.

この発明の別異の目的は、励磁機界磁巻線を横
切る電圧差を検出し、この励磁機界磁巻線を横切
る電圧差が予め設定された値を超えたときには、
いつでもその励磁機界磁に対する附勢をしや断す
るようにした、ブラシレス交流発電機のための短
絡ダイオード保護システムを提供することにあ
る。
Another object of the invention is to detect a voltage difference across an exciter field winding, and when the voltage difference across the exciter field winding exceeds a preset value,
An object of the present invention is to provide a short-circuit diode protection system for a brushless alternator, which is capable of cutting off the energization of the exciter field at any time.

この発明の更に別異の目的は、短絡ダイオード
保護システムにおいてマイクロプロセツサを使用
することにある。そして、このマイクロプロセツ
サには、正常な発電機負荷電流の範囲において予
め設定された範囲内の電流値が記憶されていて、
励磁機界磁巻線を横切つて検出された電圧差が予
め設定された範囲内の該記憶値を超えたときに、
リレーが附勢されて励磁機界磁の附勢をしや断す
るようにされる。
A further object of the invention is the use of a microprocessor in a shorted diode protection system. This microprocessor stores a current value within a preset range within the normal generator load current range.
when the voltage difference detected across the exciter field winding exceeds the stored value within a preset range;
A relay is energized to de-energize the exciter field.

前述の諸目的を達成するさいに、この発明にお
ける発電機に含まれているものは、固定電機子部
材と、界磁巻線を有する回転可能部材とが組合さ
れたものである。固定部材を有する励磁機には励
磁機界磁巻線が備えられている。また、回転可能
部材も、これとともに回転可能な整流器組立体お
よび電機子部材を有している。整流器組立体は、
励磁機電機子部材と発電機界磁巻線との間で電気
的に接続されていて、この発電機界磁巻線を直流
励磁するようにされる。前記励磁機界磁巻線には
直流電流を供給するための回路が設けられてい
る。
In achieving the foregoing objects, the generator of the present invention includes a combination of a fixed armature member and a rotatable member having a field winding. The exciter with the fixed member is equipped with an exciter field winding. The rotatable member also has a rectifier assembly and an armature member rotatable therewith. The rectifier assembly is
The exciter armature member and the generator field winding are electrically connected to each other, and the generator field winding is excited with direct current. The exciter field winding is provided with a circuit for supplying direct current.

この発電機装置に更に含まれているものは、励
磁機界磁巻線を横切る電圧差を感知し、この電圧
差を発電機負荷電流と対にする回路配列体であつ
て、これにより、正常な発電機負荷電流の範囲に
おいて、予測可能な範囲での値になる出力信号が
出力される。この出力信号は、ダイオードに短絡
が発生したときには、より高い範囲で値になるよ
うな性質を有するものである。その別異の回路配
列体は、この出力信号に応答して、当該出力信号
が正常な負荷電流の範囲において予め設定された
値を超えたときには、いつでも、励磁機界磁のし
や断を生起させるような出力が発生される。
Also included in the generator system is a circuit arrangement that senses the voltage difference across the exciter field windings and pairs this voltage difference with the generator load current, thereby causing normal operation. In a range of generator load currents, an output signal having a value within a predictable range is output. This output signal has the property of assuming a value in a higher range when a short circuit occurs in the diode. The different circuit arrangement is responsive to the output signal to cause the exciter field to ebb and flow whenever the output signal exceeds a preset value within the normal load current range. Output is generated that causes

電圧差を感知するための回路配列体は励磁機界
磁巻線を横切つて電気的に結合されており、ま
た、この励磁機界磁巻線に対して電気的に結合さ
れたマルチプレクサが含まれている。別異の回路
配列体の一部分であるマイクロプロセツサは、該
マルチプレクサにも電気的に結合されている。こ
のマルチプレクサは、マイクロプロセツサからの
制御信号と共に、励磁機界磁巻線からの信号をも
受け入れるようにされている。
A circuit arrangement for sensing the voltage difference is electrically coupled across the exciter field winding and includes a multiplexer electrically coupled to the exciter field winding. It is. A microprocessor, which is part of a separate circuit arrangement, is also electrically coupled to the multiplexer. The multiplexer is adapted to accept control signals from the microprocessor as well as signals from the exciter field windings.

負荷電流感知回路は発電機の出力に結合されて
おり、また、その出力はマルチプレクサに結合さ
れている。
A load current sensing circuit is coupled to the output of the generator, and the output is coupled to the multiplexer.

電圧差を感知するための回路配列体に更に含ま
れているものは、マルチプレクサからの出力に対
して電気的に結合されたデイジタル−アナログ変
換器である。この変換器は前述の出力信号をマイ
クロプロセツサに与えるものであり、この出力信
号は、予測可能な範囲での値か、または、ダイオ
ードの短絡で発生するような、より高い範囲での
値のいずれかを有するものである。
Also included in the circuit arrangement for sensing voltage differences is a digital-to-analog converter electrically coupled to the output from the multiplexer. This converter provides the aforementioned output signal to the microprocessor, which may either have a predictable range of values or a higher range of values, such as would occur with a shorted diode. It has either one of the following.

出力信号に応答する別異の回路配列体に更に含
まれているものは、リレーに対して電気的に結合
された発電機制御リレー駆動器である。そして、
このリレーの附勢により、励磁機界磁の附勢をし
や断する制御がなされる。
Also included in the separate circuit arrangement responsive to the output signal is a generator-controlled relay driver electrically coupled to the relay. and,
By energizing this relay, control is performed to cut off the energization of the exciter field.

マイクロプロセツサには、正常な負荷電流の範
囲において予め設定された範囲の値が記憶されて
いる。そして、その出力信号が正常な範囲におけ
る任意の所与の負荷電流において予め設定された
値を超えたときには、いつでも、励磁機界磁をし
や断するようにリレーが附勢される。最後に、こ
のリレーの附勢と共に、抵抗要素が励磁界磁巻線
を横切つて制御可能に電気的に接続される。これ
により、ダイオードの短絡が検出されたときに
は、励磁機界磁巻線の附勢がしや断されて、発電
機のいかなる自励でも減衰される。
The microprocessor stores values in a preset range within the normal load current range. The relay is then energized to cut off the exciter field whenever its output signal exceeds a preset value for any given load current in the normal range. Finally, with energization of this relay, a resistive element is controllably electrically connected across the excitation field winding. Thus, when a diode short circuit is detected, the exciter field winding is de-energized and any self-excitation of the generator is attenuated.

この発明の他の目的および利点は、添付図面に
関連してなされる以下の説明から明らかにされ
る。
Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

まず、第1図を参照すると、この発明の実施例
であるブラシレス交流発電機装置が概略的に示さ
れている。こゝでの発電機は通常のものであつ
て、図示しない回転可能軸を含む回転可能組立体
10が設けられており、その上には、一緒に回転
する界磁巻線11、三相電機子巻線12および整
流器組立体13が装着されている。整流器組立体
13は、図示のように界磁巻線11に対して電気
的に接続されており、また、ダイオード14,1
5,16,17,18および19が含まれてい
る。三相固定子巻線20が設けられていて、これ
により、図示しない固定子構造体の一部分が形成
されている。発電機出力導体21,22および2
3は、三相固定子巻線20の点線による外郭部か
ら出て、点線によるブロツク26で描された変流
器配列体に入るように示されている。この変流器
配列体26の機能については、より詳細に後述さ
れる。通常の種類の永久磁石発電機30は、トラ
ンジスタQ、コンデンサC、抵抗R1、および、
ダイオードCR1,CR2のような通常の電圧調整
器の構成要素とともに、全波整流ブリツジ31と
関連して使用されている。そして、前記電圧調整
器の構成要素は、これに続けて、励磁機界磁巻線
36のいずれかの側の電気リード32、および3
3に対して、図示のように電気的に相互接続され
ている。励磁機界磁巻線36は、図示されない固
定子上に装着されていて、全波整流ブリツジ31
を経由し、前述された電気的接続部および構成要
素を通して、永久磁石発電機30からの直流励磁
が与えられる。図示されない永久磁石界磁部材
は、これも図示されない主発電機軸から駆動され
ていて、この主発電機軸が回転されているときは
いつでも、該接続部および構成要素を通して、励
磁機電圧が励磁機界磁巻線36に対して与えられ
ることになる。常閉のしや断器接点37,38お
よび39がリード41,42および43内に示さ
れており、これらのリードは、永久磁石発電機3
0を全波整流ブリツジ31と相互接続されてい
る。これら常閉のしや断器接点37,38および
39を開にすることは、より詳細に後述される。
こゝでは、これらのしや断器接点37,38およ
び39を開にすることにより、励磁機界磁巻線3
6に対する直流電力がしや断されるということを
注意しておく。
First, referring to FIG. 1, a brushless alternator device according to an embodiment of the present invention is schematically shown. The generator here is a normal one, and is provided with a rotatable assembly 10 including a rotatable shaft (not shown), on which is a field winding 11 that rotates together with a three-phase electric machine. A child winding 12 and a rectifier assembly 13 are attached. Rectifier assembly 13 is electrically connected to field winding 11 as shown and also includes diodes 14,1
5, 16, 17, 18 and 19 are included. A three-phase stator winding 20 is provided, which forms part of a stator structure (not shown). Generator output conductors 21, 22 and 2
3 is shown exiting the dotted outline of the three-phase stator winding 20 and entering the current transformer arrangement depicted by the dotted block 26. The function of this current transformer array 26 will be described in more detail below. A typical type of permanent magnet generator 30 includes a transistor Q, a capacitor C, a resistor R 1 , and a
It is used in conjunction with a full-wave rectifier bridge 31, along with conventional voltage regulator components such as diodes CR1, CR2. The voltage regulator components then follow the electrical leads 32 and 3 on either side of the exciter field winding 36.
3 are electrically interconnected as shown. The exciter field winding 36 is mounted on a stator (not shown) and is connected to a full-wave rectifier bridge 31.
DC excitation from a permanent magnet generator 30 is provided via the electrical connections and components previously described. A permanent magnet field member, not shown, is driven from a main generator shaft, also not shown, through which the exciter voltage is applied to the exciter field whenever the main generator shaft is rotated. It will be given to the magnetic winding 36. Normally closed disconnect contacts 37, 38 and 39 are shown in leads 41, 42 and 43, which connect the permanent magnet generator 3.
0 is interconnected with a full-wave rectifier bridge 31. The opening of these normally closed breaker contacts 37, 38 and 39 will be described in more detail below.
Here, by opening these breaker contacts 37, 38 and 39, the exciter field winding 3
Note that the DC power to 6 is then cut off.

参照数字46と47、および、それらと組合さ
れた二又の矢印で総括的に指示されている一対の
分圧器回路網は、それぞれに、点48においてリ
ード33に対して、また、点49においてリード
32に対して、電気的に接続されている。これら
の分圧器回路網46および47は、マルチプレク
サ52に対するリード50および51上におい
て、分圧器抵抗R2,R3,R4,R5および分圧器コ
ンデンサC1,C2のために選択された値に応じ
て減小された電圧信号を与える。
A pair of voltage divider networks, indicated generally by the reference numerals 46 and 47 and their associated bifurcated arrows, are connected to lead 33 at point 48 and to lead 33 at point 49, respectively. It is electrically connected to the lead 32. These voltage divider networks 46 and 47 are connected on leads 50 and 51 to multiplexer 52 to selected values for voltage divider resistors R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and voltage divider capacitors C1, C2. gives a reduced voltage signal accordingly.

点線による外郭部で示された回路配例体55で
ある感知装置は、励磁機界磁巻線36を横切る電
圧差を感知して、後述されるような態様をもつ
て、この電圧差を発電機負荷電流と対(Pair)に
する。先に注意されたように、マルチプレクサ5
2はリード50および51上における電圧信号を
連続的に受け入れている。そして、これらの電圧
信号は、励磁機界磁巻線36のいずれかの側でリ
ード32,33において感知された電圧に直接比
例している。
A sensing device, which is a circuit arrangement 55 shown in dashed outline, senses the voltage difference across the exciter field winding 36 and uses this voltage difference to generate electricity in a manner to be described below. Pair with machine load current. As noted earlier, multiplexer 5
2 continuously accepts voltage signals on leads 50 and 51. These voltage signals are then directly proportional to the voltage sensed in leads 32, 33 on either side of exciter field winding 36.

概略的に示されている変流器配列体26は、三
相負荷電流平均回路56に対するリード27,2
8および29上において、発電機が出力すること
を要求されている負荷電流を表す信号を連続的に
出力する。負荷電流平均回路56は、マルチプレ
クサ52に対して出力されるリード57上の単一
の信号出力を有している。マルチプレクサ52
は、リード61を介して、マイクロプロセツサ装
置60からの信号によつて制御される。マルチプ
レクサ52は、アナログ−デイジタル変換器59
に対してリード58上で与えられる単一の信号出
力を有している。アナログ−デイジタル変換器5
9は、リード58上での信号を、マイクロプロセ
ツサ装置60による使用のための、リード62上
でのデイジタル形式の信号に変換する。
The current transformer array 26 schematically shown has leads 27, 2 to a three-phase load current averaging circuit 56.
8 and 29, it continuously outputs a signal representative of the load current that the generator is required to output. Load current averaging circuit 56 has a single signal output on lead 57 that is output to multiplexer 52 . Multiplexer 52
is controlled by signals from microprocessor device 60 via lead 61. The multiplexer 52 is an analog-to-digital converter 59
It has a single signal output provided on lead 58 for the signal. Analog-digital converter 5
9 converts the signal on lead 58 to a signal in digital form on lead 62 for use by microprocessor device 60.

マイクロプロセツサ装置60は、次のような態
様でプログラム化される。即ち、マルチプレクサ
52が、該マイクロプロセツサ装置60からのリ
ード61上の信号による制御の下に、リード5
0,51上の減小された電圧信号およびリード5
7上の平均負荷電流信号を連続的に受け入れ、そ
して、その出力58に通すような態様でプログラ
ム化される。電圧および負荷電流がサンプリング
されるシーケンスは、マイクロプロセツサ装置の
プログラムに依存した設計事項である。後から明
白になる理由によりマイクロプロセツサで要求さ
れることは、ある所与の平均負荷電流において検
出された差電圧が、該所与の平均負荷電流に対し
て該マイクロプロセツサ内に記憶されている予め
設定された値を超えたか否かの決定をするため
に、マイクロプロセツサ・ロジツクで設定するこ
とが許容されるような一対の条件が存在すべきこ
とである。ある所与の負荷電流において、ある差
電圧が予め設定され、記憶された値を超えたこと
が検出されたときには、いつでも、発電機制御リ
レー駆動器兼リレー63に対するリード68上で
信号が発生される。そして、この駆動器兼リレー
63が附勢されて、点線で示されている機械的な
接続部64を介して、常閉のしや断器接点37,
38および39が開にされ、これにより、励磁機
巻線36の附勢がしや断される。
Microprocessor device 60 is programmed in the following manner. That is, multiplexer 52, under control of signals on lead 61 from microprocessor device 60,
Reduced voltage signal on 0,51 and lead 5
It is programmed in such a way that it continuously accepts the average load current signal on 7 and passes it to its output 58. The sequence in which the voltage and load current are sampled is a design matter dependent on the programming of the microprocessor device. For reasons that will become apparent later, what is required in a microprocessor is that the differential voltage sensed at a given average load current be stored within the microprocessor for the given average load current. There should be a pair of conditions that the microprocessor logic is allowed to set to determine whether a preset value has been exceeded. A signal is generated on lead 68 to generator control relay driver and relay 63 whenever a differential voltage is detected to exceed a preset and stored value at a given load current. Ru. Then, this driver/relay 63 is energized, and the normally closed disconnector contact 37,
38 and 39 are opened, thereby deenergizing the exciter winding 36.

こゝで注用されることは、発電機制御リレー駆
動器兼リレー63からの機械的な接続部64によ
り、機械的な接続部64a経由して、常開のしや
断器接点66を閉にする制御がなされることであ
る。このしや断器接点66が閉にされると、励磁
機界磁巻線36に対するリード32,33を横切
つて抵抗67が入るようにされ、これにより、短
絡されたダイオードの検出がなされて、励磁機界
磁巻線の附勢がしや断されたときには、いつで
も、発電機のいかなる自励でも減衰される。
What is to be noted here is that the normally open breaker contact 66 is closed by the mechanical connection 64 from the generator control relay driver/relay 63 via the mechanical connection 64a. control to ensure that When this breaker contact 66 is closed, a resistor 67 is placed across the leads 32, 33 to the exciter field winding 36, thereby providing shorted diode detection. Any self-excitation of the generator is attenuated whenever the exciter field winding is deenergized.

マイクロプロセツサ装置60および発電機制御
リレー駆動器兼リレー63は、点線によるブロツ
ク65内に含まれるようにして示されており、リ
ード62上の出力信号に応答する手段を表すよう
にされていて、リード62上の出力信号が正常な
負荷電流の範囲において予め定められた値を超え
たときには、いちでも、励磁機界磁巻線36の附
勢をしや断する出力が接続64上に発生するよう
にされる。
A microprocessor unit 60 and a generator control relay driver and relay 63 are shown included within a dashed block 65 to represent the means responsive to the output signal on lead 62. , an output is generated on connection 64 which de-energizes exciter field winding 36 whenever the output signal on lead 62 exceeds a predetermined value within the range of normal load currents. be made to do.

第1図における装置の詳細な動作について、第
2a図〜第2d図における信号波形図と関連させ
て説明するのに先立つて、この発明で認知し、検
出し、そして、作用する現象についてグラフ的に
示されている第3図を参照する。この第3図は、
第1図における巻線36のような発電機励磁巻線
を横切る電圧差のプロツト図であつて、短絡ダイ
オードが存在する場合および存在しない場合につ
いて、正常な負荷電流の範囲にわたつてプロツト
されたものである。
Before explaining the detailed operation of the device in FIG. 1 in conjunction with the signal waveform diagrams in FIGS. Please refer to FIG. 3 shown in FIG. This third figure is
1 is a plot of the voltage difference across a generator excitation winding, such as winding 36 in FIG. 1, over a range of normal load currents, with and without a shorting diode; It is something.

第1図において、励磁機界磁巻線36の両端が
リード32,33に接続されている。参照文字
“A”およびこれと組合わされた。矢印はリード
33上の点48を指示しており、また、参照文字
“B”およびこれと組合わされた矢印はリード3
2上の点49を指示している。
In FIG. 1, both ends of exciter field winding 36 are connected to leads 32 and 33. Reference letter "A" and combinations thereof. The arrow points to point 48 on lead 33, and the reference letter "B" and associated arrow point to lead 33.
It points to point 49 on 2.

回転整流器組立体13におけるダイオード14
〜19が良好な動作状態にあるときには、点
“A”における電圧PtAは、第3図に示されてい
るように、分圧器回路網46によつて減少された
電圧曲線70として表されている。同様にして、
ダイオード14〜19が良好な動作状態にあると
きに、点“B”における電圧PtBは電圧曲線71
として表されている。任意の所与の負荷電流にお
いて、電圧曲線70,71間の距離は、励磁機界
磁巻線36を横切る電圧差を表している。
Diode 14 in rotating rectifier assembly 13
.about.19 is in good operating condition, the voltage PtA at point "A" is represented as voltage curve 70 reduced by voltage divider network 46, as shown in FIG. . Similarly,
When the diodes 14-19 are in good working condition, the voltage PtB at point "B" is equal to the voltage curve 71.
It is expressed as At any given load current, the distance between voltage curves 70, 71 represents the voltage difference across exciter field winding 36.

ダイオード14〜19の中の1個が短絡したと
きには、回転発電機界磁11は、励磁機界磁巻線
36に対する電気的エネルギ源として作用する。
この電気的エネルギ源は、接地に関する点“A”
および“B”の電圧に影響するものである。短絡
されたダイオードが存在していて、発電機界磁1
1が電圧源として作用するときには、励磁機界磁
巻線36における負の側は、接地以下のCR2の
値だけによつて制限される。励磁機界磁巻線36
における正の側からは、リード32を介してコン
デンサCにエネルギを供給し、これによつて、
“B”における電圧を確保するようにされる。点
“B”において確保されたこの電圧は、永久磁石
全波整流ブリツジ31を逆バイアス(back
bias)させるのに充分なレベルにまで増大され
る。点“B”における電圧はコンデンサCに反映
され、そして、界磁電流が点“B”からコンデン
サCおよびダイオードCR2を通して流れるよう
にされて、これにより、点“A”における電圧に
影響するようにされる。
When one of the diodes 14-19 is shorted, the rotary generator field 11 acts as a source of electrical energy for the exciter field winding 36.
This source of electrical energy is connected to point “A” with respect to ground.
and “B” voltage. A shorted diode is present and the generator field 1
1 acts as a voltage source, the negative side in exciter field winding 36 is limited only by the value of CR2 below ground. Exciter field winding 36
The positive side of supplies energy to capacitor C via lead 32, thereby
The voltage at "B" is ensured. This voltage secured at point "B" back biases the permanent magnet full-wave rectifier bridge 31.
bias). The voltage at point "B" is reflected in capacitor C, and field current is caused to flow from point "B" through capacitor C and diode CR2, thereby affecting the voltage at point "A". be done.

こゝで第3図に戻ると、点“A”の短絡ダイオ
ード電圧曲線72および点“B”の短絡ダイオー
ド電圧曲線73がプロツトされていることが認め
られる。また、全ての負荷電流において良好なダ
イオードの電圧曲線70,71間の差電圧は、短
絡ダイオード電圧曲線72,73間の差電圧より
も常に小さいことが認められる。
Returning now to FIG. 3, it can be seen that a shorted diode voltage curve 72 at point "A" and a shorted diode voltage curve 73 at point "B" are plotted. It is also observed that the voltage difference between the good diode voltage curves 70 and 71 is always smaller than the voltage difference between the shorted diode voltage curves 72 and 73 at all load currents.

第4図は、励磁機界磁巻線電圧差曲線のプロツ
ト図であつて、正常な発電機負荷電流の範囲内で
プロツトされたものである。“良好なダイオード”
であるときの実線による差電圧曲線74および7
5は、同一の周波数であるが相異なる温度におい
て発電機が動作するときに、予測可能な範囲内の
値になるように示されている。“短絡ダイオード”
が存在するときの点線による差電圧曲線76およ
び77は、より高い範囲内での値になるように示
されている。
FIG. 4 is a plot of the exciter field winding voltage difference curve, plotted within the range of normal generator load currents. “Good diode”
Solid line differential voltage curves 74 and 7 when
5 is shown to be within a predictable range of values when the generator is operated at the same frequency but at different temperatures. “Short diode”
The dotted line differential voltage curves 76 and 77 are shown to have values in a higher range when .

保護設定曲線78は、マイクロプロセツサ60
内に記憶された、予め設定された値を表してい
る。励磁機界磁巻線36を横切る差電圧の絶対値
が、この保護設定曲線78よりも大きいときに
は、いつでも、第1図に示されているように、発
電機制御リレー駆動器兼リレー63が附勢され、
機械的接続部64を介して常閉しや断器接点3
7,38,39を開にすることによつて、励磁機
界磁巻線36の附勢がしや断される。
The protection setting curve 78 is based on the microprocessor 60.
represents a preset value stored in the Whenever the absolute value of the differential voltage across the exciter field winding 36 is greater than this protection setting curve 78, the generator control relay driver and relay 63 is engaged, as shown in FIG. Forced,
Normally closed or disconnected contact 3 via mechanical connection 64
By opening 7, 38 and 39, the exciter field winding 36 is deenergized.

こゝで、400Hzにおいて無負荷で動作する発電
機に対する波形図として、第2a図〜第2d図が
参照される。これらの第2a図〜第2d図は、前
記第1図の発電機装置に関連して検討される。
Reference is now made to Figures 2a to 2d as waveform diagrams for a generator operating with no load at 400Hz. These Figures 2a-2d will be discussed in connection with the generator arrangement of Figure 1 above.

第2a図は、点“A”における電圧を時系列的
にプロツトしたものであつて、全波整流ブリツジ
31によつて出力された、理想的に全波整流され
た矩形波形態80,81,82および83が示さ
れている。時間的には、矩形波83の終わりにお
いてダイオードの短絡が生じ、そして、ピーク電
圧が生じている間に、その平均電圧が131.6ボル
トDCから115ボルトDCまで降下することが認め
られる。
FIG. 2a is a time series plot of the voltage at point "A" showing ideally full-wave rectified square wave forms 80, 81, output by the full-wave rectifying bridge 31. 82 and 83 are shown. In time, it can be seen that a diode short occurs at the end of the square wave 83 and the average voltage drops from 131.6 volts DC to 115 volts DC while the peak voltage occurs.

第2b図は、第2a図と同じ時間間隔にわたつ
て、点“B”における電圧をプロツトしたもので
ある。こゝで、短絡ダイオードが存在する状態の
期間は、参照数字85で示されるように、電圧が
増大している。
Figure 2b plots the voltage at point "B" over the same time interval as Figure 2a. Here, during the period in which the shorting diode is present, the voltage increases, as indicated by reference numeral 85.

第2c図においては、点“A”および“B”に
おける抵抗分圧器の出力電圧が互いに離れてプロ
ツトされている。こゝに、時間的な点86におけ
る△(VB−VA)の突然の増大は、第4図の保護
設定曲線78の予め設定された値よりも大きい値
であるものとしてマイクロプロセツサ60によつ
て認められる。そして、このマイクロプロセツサ
60からは、第2d図に示された波形の出力が得
られる。
In FIG. 2c, the output voltages of the resistive voltage divider at points "A" and "B" are plotted apart from each other. Here, the sudden increase in Δ(V B −V A ) at time point 86 is assumed to be greater than the preset value of protection setting curve 78 in FIG. recognized by. From this microprocessor 60, an output having the waveform shown in FIG. 2d is obtained.

前述された事項から容易に認められることは、
こゝに説明された発明によれば、短絡されたダイ
オードに対する保護を与えるために、界磁電流ま
たは界磁電流のリツプルを検出して使用すること
を必要としないような、短絡されたダイオードに
対する保護の機能を備えたブラシレス交流発電機
が提供されるということである。このようなこと
の全ては、励磁機界磁巻線を横切る電圧差を検出
することによつて有利に達成される。即ち、励磁
機界磁巻線を横切る電圧差が、マイクロプロセツ
サ装置内に記憶されている予め設定された値を超
えたときには、いつでも、励磁機界磁の附勢がし
や断されるものである。
What is easily recognized from the above-mentioned matters is that
The invention described herein provides a shorted diode protection method that does not require detecting and using the field current or ripples in the field current to provide shorted diode protection. A brushless alternator with protection features is provided. All of this is advantageously accomplished by sensing voltage differences across the exciter field windings. That is, the exciter field is de-energized whenever the voltage difference across the exciter field winding exceeds a preset value stored within the microprocessor device. It is.

この発明の説明は、図示された特定の実施例と
関連してなされたけれども、その特許請求の範囲
に記載されたこの発明の精神から逸脱することな
く、種々の変更がなされ得るものであつて、例え
ば、これに制限されるわけではないが、上記実施
例で用いられたマルチプレクサ、変換器およびマ
ルチプレクサの組合せに代えて、適当なアナログ
回路を使用するような、種々の変更がなされ得る
ことは、当業者にとつて明白なことである。
Although this invention has been described in conjunction with the specific embodiments illustrated, it is understood that various changes may be made without departing from the spirit of the invention as set forth in the claims. Various modifications may be made, including, but not limited to, the use of suitable analog circuitry in place of the multiplexer, converter, and multiplexer combination used in the above embodiments. , is obvious to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明の一実施例である発電機装
置を概略的に示す回路構成図、第2a図〜第2d
図は、前記第1図の発電機装置において、ダイオ
ードの短絡の発生がある場合とない場合との、
種々の点における動作特性を示す波形図、第3図
は、短絡ダイオードが存在する場合と存在しない
場合との、正常な負荷電流の範囲において発電機
励磁機巻線を横切る電圧差を示すプロツト図、第
4図は、前記第3図の短絡時動作特性と非短絡時
動作特性との間に配置されて示されている、この
発明におけるマイクロプロセツサ内で予め設定さ
れた値の配置箇所を示すグラフ図である。 図において、10は回転可能組立体(回転可能
部材)、11は界磁巻線、12は三相電機子巻線
(回転可能の電機子部材)、13は整流器組立体
(整流器装置)、20は三相固定子巻線(固定電機
子部材)、26は交流器配列体(負荷電流感知装
置)、30は永久磁石発電機、36は励磁機界磁
巻線、52はマルチプレクサ、55は感知装置
(電圧差感知装置)、56は負荷電流平均回路(負
荷電流感知回路装置)、60はマイクロプロセツ
サ装置、65は出力信号応答装置である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram schematically showing a generator device which is an embodiment of the present invention, and FIGS. 2a to 2d.
The diagram shows the generator device of FIG. 1 with and without a diode short circuit.
Figure 3 is a waveform diagram showing the operating characteristics at various points; Figure 3 is a plot diagram showing the voltage difference across the generator exciter windings over a range of normal load currents with and without a shorting diode; , FIG. 4 shows the locations of preset values in the microprocessor of the present invention, which are shown arranged between the short-circuit operating characteristics and non-short-circuit operating characteristics of FIG. 3. FIG. In the figure, 10 is a rotatable assembly (rotatable member), 11 is a field winding, 12 is a three-phase armature winding (a rotatable armature member), 13 is a rectifier assembly (rectifier device), 20 is a three-phase stator winding (fixed armature member), 26 is an alternator array (load current sensing device), 30 is a permanent magnet generator, 36 is an exciter field winding, 52 is a multiplexer, and 55 is a sensor 56 is a load current averaging circuit (load current sensing circuit device), 60 is a microprocessor device, and 65 is an output signal response device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 界磁電流または界磁電流リツプルの検出およ
び使用を必要としない、短絡ダイオード保護のた
めの装置を有するブラシレス交流発電機であつ
て、 固定電機子部材、および、界磁巻線を備えた回
転可能部材と、 界磁巻線を備えた固定部材、および、発電機の
前記回転可能部材と共に回転可能な電機子部材を
有する励磁機と、 前記回転可能部材と共に回転するように装着さ
れており、また、前記励磁機における電機子部材
と発電機界磁巻線との間で電気的に接続されてい
る、前記発電機界磁巻線を直流励磁するための整
流器装置と、 直流電流を前記励磁機における界磁巻線に供給
するための装置と、 前記励磁機における界磁巻線を横切る電圧差
が、正常な発電機負荷電流の範囲においては、予
測可能な値を有する出力信号として生成される電
圧差感知装置であつて、ダイオードに短絡が発生
したときには、前記出力信号の値がより高くなる
前記電圧差感知装置と、 前記出力信号が、前記正常な負荷電流の範囲に
おいて予め設定された値を超えたときには、この
出力信号に応答して、前記励磁機における界磁巻
線に対する附勢をしや断する出力を生成させる出
力信号応答装置と、 を備えたブラシレス交流発電機。 2 前記電圧差感知装置は、前記励磁機における
界磁巻線を横切つて電機的に結合されており、ま
た、これに含まれているマルチプレクサ装置は、
前記励磁機における界磁巻線を横切つて電気的に
結合されると共に、前記出力信号応答装置に含ま
れているマイクロプロセツサ装置に電気的に結合
されていて、前記マルチプレクサ装置は、前記励
磁機における界磁巻線のいずれかの側からの信号
および前記マイクロプロセツサ装置からの制御信
号を受入れるように適合されている、特許請求の
範囲第1項記載のブラシレス交流発電機。 3 発電機の出力部に結合されるように含まれて
いる負荷電流感知回路装置は、前記マルチプレク
サ装置に結合された出力部を有している、特許請
求の範囲第2項記載のブラシレス交流発電機。
[Claims] 1. A brushless alternator having a device for short-circuit diode protection that does not require the detection and use of field current or field current ripple, comprising: a fixed armature member; a rotatable member with a winding; a stationary member with a field winding; and an exciter having an armature member rotatable with the rotatable member of the generator; and a rectifier device for direct current excitation of the generator field winding, which is mounted on the exciter and is electrically connected between the armature member and the generator field winding in the exciter. , a device for supplying direct current to a field winding in said exciter; and a voltage difference across the field winding in said exciter having a predictable value over a range of normal generator load currents. a voltage difference sensing device that generates an output signal having a higher value when a short circuit occurs in a diode, the output signal having a higher value than the normal load current; an output signal response device that generates an output that cuts off the energization of the field winding in the exciter in response to the output signal when the range exceeds a preset value; AC generator. 2. The voltage difference sensing device is electrically coupled across a field winding in the exciter, and the multiplexer device included therein is
electrically coupled across a field winding in the exciter machine and to a microprocessor device included in the output signal response device, the multiplexer device 2. A brushless alternator as claimed in claim 1, adapted to accept signals from either side of a field winding in the machine and control signals from said microprocessor device. 3. The brushless alternating current generator of claim 2, wherein a load current sensing circuit arrangement included to be coupled to an output of the generator has an output coupled to the multiplexer arrangement. Machine.
JP56178463A 1980-11-10 1981-11-09 Brushless ac generator Granted JPS57110026A (en)

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GB2087176A (en) 1982-05-19
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IL64200A (en) 1985-02-28
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