JPH034160Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は自励式交流発電機の出力電圧の立上り
特性の向上と、電圧制御特性の向上を図りうる電
圧調整器に関するものである。

近年商用周波の得られにくい工事現場などにお
ける電源の取得に、可搬式のエンジン発電機が多
く使用されている。ところでこの場合発電機とし
て励磁電源を必要とせず、しかも保守管理が容易
である自励式交流発電機が用いられるが、この発
電機では始動時残留磁気を利用して励磁源を得る
ようにしているため自然放置等により残留磁気が
減少して場合起動不能となり出力が立上らなくな
ることがある。

そこで従来からその欠点除去のための各種の提
案がなされている。その１つは発電機の回転子に
永久磁石を埋込み、これにより第１図に示す回路
図における起動時の励磁巻線ECの発生電圧を強
制的に大として、電圧調整器VR（CVは電圧比較
回路、GCはゲート制御回路）の主スイツチング
素子ＳのONにより、起動当初から界磁巻線FCに
大きな電流を流すようにする方法である。また別
な方法は第１図に点線によつて図示するように、
主スイツチング素子Ｓと並列に低抵抗ROを接続
して、電圧調整器VRの動作にかかわりなく、励
磁巻線ECの電圧により界磁巻線FCに起動当初か
ら大きな励磁電流を流す方法、更には電圧調整器
回路を形成する各種抵抗器を低抵抗として、回路
に生ずる電圧降下を少なくすることにより、主ス
イツチング素子ＳのONまでの電圧を小さくする
方法などである。

しかし永久磁石を回転子に埋込む方法は、発電
機の構造が複雑となると同時に価額も高価となる
欠点がある。また主スイツチング素子と並列に低
抵抗を接続する方法は、出力電圧の確立が行われ
たのちも引続き励磁電流が流れるため消費電力が
大きい。このため抵抗として例えば発熱に耐えう
る大型高価な琺瑯抵抗の使用が必要であり、また
その放熱のための広いスペースを必要とする欠点
がある。また電圧調整器回路の形成抵抗値を低く
する方法では、出力電圧確立後の消費電力が大き
く、発熱が大となるために大型の抵抗器を必要と
し、電圧調整器が大型となるなどの欠点があり、
好ましいものとは云えない。

本考案は上記のような欠点を伴うことなく出力
電圧の確立を確実とし、しかも電圧確立後の電圧
制御動作を安定確実に行えるようにした、自励式
交流発電機の電圧調整器の提供を目的とするもの
である。次に図面を用いてその詳細を説明する。

本考案は電圧調整器を第２図に示す実施例回路
図のように構成して、第１図に示した従来回路に
比して次の特徴をもたせたものである。その第１
は前記した従来回路と対比して明らかなように、
整流用ダイオードD₁、分圧抵抗R₁，R₃、平滑用
コンデンサC₁とよりなる出力検出回路OVに分圧
抵抗R₂を設け、また主制御サイリスタSCRのア
ノードゲート間に初期励磁用トランジスタQ₂を
設けて、起動開始時界磁の残留磁気による励磁巻
線ECの小さな誘起電圧E₂により、トランジスタ
Q₂のベースに〔エミツタ→ベース→コンデンサ
C₁〕の経路で小さい充電電流を流してQ₂をONと
し、これにより主制御サイリスタSCRをONとす
る。そして励磁巻線ECの誘起電圧により界磁巻
線FCに励磁電流を流して、出力電圧E₁の確実な
確立を行い、また分圧抵抗R₂の設定により、出
力電圧E₁が設定電圧になつたとき、トランジス
タQ₂のベース電位（図中○ホ点）がエミツタ電位
（図中○ニ点）より高電位となることにより、Q₂を
OFFとするようにして初期励磁作用を停止する
ようにした点にある。そして従来の永久磁石を回
転子に組込んだり、大容量抵抗を主スイツチング
素子と並列接続したりする方法のように、発電機
を複雑高価としたり、電圧調整器を大型高価する
ことなく、小型安価なトランジスタQ₂と抵抗R₂
を設けるのみで、起動時における出力電圧の立上
り特性を向上させ、電圧の確立を確実化したこと
を特徴とするものである。また第２には第１図の
ように定電圧素子ZDなどからなる基準電圧取得
回路SVの入力電圧を出力電圧E₁から取得するこ
となく、主制御サイリスタSCRのアノードカソ
ード間から取出し、SCRのOFF制御時の励磁巻
線ECの誘起電圧E₂を、定電圧素子ZDにより一定
化して、第３図の動作波形図ｅに示す定電圧E₄
を作る。そしてその分圧電圧によりトランジスタ
Q₁を制御して、励磁電圧により第３図ｆのq₁の
ように急速にコンデンサC₂を充電し、その後は
Q₁がOFFして抵抗R₇を介して緩やかに充電q₂が
行われるようにして、傾斜をもつて上昇する基準
電圧E₅を作る。そしてこのE₅が出力検出電圧E₃
より高くなつたときｎゲートサイリスタ所謂プロ
グラマブルユニジヤンクシヨントランジスタ
PUTがONされ、これによりコンデンサC₂の充
電電荷が放電されて、主制御サイリスタSCRの
ゲートに電流を流して点弧制御するようにした点
にある。そしてこの点弧制御方法により、従来の
ように比較回路CVにより出力電圧と基準電圧と
を比較してその比較差電圧を、これに対応した間
隔のパルス列に変換するゲート制御回路GCの出
力により、主スイツチング素子Ｓを点弧制御する
方法をとる第１図の回路に比して、電圧調整器の
簡単化を図つたことを特徴とするものである。

また第３には出力検出電圧E₃と基準電圧E₅の
比較用として、他の一般のサイリスタと同様な自
己保持機能を有するｎゲートサイリスタPUT、
即ち第４図に示す等価回路図のように２箇のトラ
ンジスタＱ，Q₀により構成されて、一度ONする
とアノード電流がその保持電流以下になるまで
ON状態を保持するPUTを用い、また基準電圧取
得用の電源を主制御サイリスタSCRの両端より
取得することにより、電圧制御の確実化を図つた
点にある。即ちPUTのONにより行われるコンデ
ンサC₂の放電により、ON制御される主制御サイ
リスタSCRがミスによりONしないとき、PUT
の自己保持機能によりコンデンサC₂が放電を続
けて、これによりトランジスタQ₁のエミツタ電
位が、分圧抵抗R₅，R₆によるベース電位より低
くなるようにして、再びQ₁と抵抗R₇とPUTを介
して主制御サイリスタSCRのゲート電流を流し
続けるようにし、これにより主制御サイリスタ
SCRの再ON動作が行われるようにして、電圧制
御動作の確実化を図つたことを特徴とするもので
ある。

次に第２図に示した本考案の構成および動作
を、回路各部の波形図を示す第３図を参照して詳
細に説明する。第２図においてG_eは自励式交流
発電機、MCはその電機子巻線、ECは励磁巻線、
FCは界磁巻線、VRは電圧調整器、OVは出力電
圧検出回路で、発電機の出力電圧をこれに比例す
る直流電圧として検出するもので、次の各部から
構成される。D₁は整流用ダイオード、R₁，R₂，
R₃は分圧抵抗、C₁は平滑用コンデンサである。
SVは基準電圧取得回路で、傾斜をもつて上昇す
る基準電圧を励磁巻線ECの誘起電圧から作るも
ので、次の各部から構成される。R₄は定電圧回
路抵抗、ZDは定電圧素子例えばツエナーダイオ
ード、R₅，R₆は分圧抵抗、Q₁はトランジスタ、
C₂は基準電圧取得用コンデンサ、R₇は充電抵抗
である。PUTはｎゲートサイリスタ、所謂プロ
グラマブルユニジヤンクシヨントランジスタであ
つて、そのゲートＧには出力検出電圧E₃が加え
られ、アノードＡには基準電圧E₅が加えられる。
SCRは主制御サイリスタ、R₈はそのゲート抵抗
で、ゲートにはPUTのカソードが接続される。
D₂はフライホイールダイオード、Q₂は初期励磁
用トランジスタであつて、そのエミツタ・コレク
タ間は主制御サイリスタSCRのアノード・ゲー
ト間に接続され、そのベースは前記分圧抵抗R₁
とR₂の接続点に接続される。そしてこの点の電
位（図中○ホ点）を、出力電圧が設定電圧となつた
とき、トランジスタQ₂のエミツタ電位（図中○ニ
点）より高くなるように選定する。次に以上の構
成をもつ実施例回路の動作を説明する。

Ａ〕始動時の動作 始動開始時界磁の残留磁気により、第２図の励
磁巻線ECには数ボルトの僅かな交流電圧が発生
する。そしてこの電圧の正の半サイクルによつて
〔界磁巻線FC→抵抗R₄→トランジスタQ₂のエミ
ツタ・ベース→コンデンサC₁〕の経路でコンデ
ンサC₁が充電され、トランジスタQ₂のONに必要
なベース電流を流す。このため〔界磁巻線FC→
抵抗R₄→トランジスタQ₂のエミツタ・コレクタ
→主制御サイリスタSCRのゲート〕の経路によ
り、励磁巻線ECの正極性誘起電圧により主制御
サイリスタSCRにゲート電流を流す。ここでト
ランジスタQ₂のエミツタ・コレクタ間の飽和電
圧は0.1ボルト以下の極めて小さい値であるため、
充分なゲート電流が起動開始後直ちに流れて主制
御サイリスタSCRを確実にONとする。すると第
２図の○ハ点の電圧は１ボルト以下に低下し、これ
に伴い図中○ニ点の電圧も抵抗R₄，R₅，R₆による
分圧によつて更に小となるため、トランジスタ
Q₂のベース電流はほゞ零となつてQ₂はOFFとな
る。そして以下SCRのON・OFFとQ₂のON・
OFF動作を繰返す。一度主制御サイリスタSCR
がONすると、その分だけ励磁巻線ECの誘起電圧
が上昇して励磁電流が大となり、以下SCRのON
動作が繰り返されることによつて出力電圧は急速
に上昇する。そして出力電圧の分圧電圧、即ちト
ランジスタQ₂のベース電圧である図中○ホ点の電
圧が、エミツタ電圧即ち図中○ニ点の電圧より高く
なるとQ₂はOFFとなり、初期励磁動作は停止さ
れて出力電圧の確立動作を終る。

Ｂ〕電圧制御動作 電機子巻線MCに生じた第３図ａの出力電圧E₁
（図中○イ点）は整流用ダイオードD₁により整流さ
れ、分圧抵抗R₁，R₂，R₃およびコンデンサC₁に
より分圧整流されて、抵抗R₃の両端即ち第２図
中の○ヘ点に、出力電圧に比例する第３図ｄの正極
性の直流出力検出電圧E₃を作る。そしてこれは
ｎゲートサイリスタPUTのゲートＧに加えられ
る。一方励磁巻線ECの誘起電圧即ち第３図ｂに
示す交流電圧E₂は、界磁巻線FC、抵抗R₄を介し
て定電圧素子ZDに加えられて定電圧化されて第
３図ｅの電圧E₄を作る。そしてこの電圧は抵抗
R₅とR₆により分圧されたのち、トランジスタQ₁
のベースに加えられてこれをONとする。その結
果コンデンサC₂が第３図ｆのq₁のように最初急速
に充電され、C₂の電圧即ち○ト点の電位がベース
電位即ち○リ点の電位となるとトランジスタQ₁は
OFFとなつて、今度は充電抵抗R₇を介して緩や
かに充電q₂される。その結果この基準電圧E₅が加
えられるｎゲートサイリスタPUTのアノードＡ
の電位もこれに伴い変化する。

そこで例えば分圧抵抗R₃の調節により第２図
の○ヘ点の電位、即ち出力検出電圧E₃を第３図ｄ
のように設定したとき、第３図ａに示す所望の出
力電圧E₁が得られるようにしたものとする。こ
の状態では第３図ｇにおける基準電圧E₅と出力
検出電圧E₃の交点P₁を僅かに過ぎて、基準電圧
E₅が出力検出電圧E₃より僅かでも高くなり、
PUTのアノード電位（第２図○ト点）がゲート電
位（第２図○ヘ点）よりも高くなると、PRTは直
ちにON状態となつて主制御サイリスタSCRのゲ
ート回路に、第３図ｈのようにコンデンサC₂の
電荷を放電させる。その結果SCRは第３図ｃに
示す励磁電圧E₂の正の半波の点弧角θ₁において
ONとなつて、励磁電圧E₂の正の半波において導
通角θ′₁だけ界磁巻線FCに励磁電流を流し、設定
された出力電圧E₁を発電する。一方主制御サイ
リスタSCRがONになると、基準電圧取得回路
SVの入力電圧はSCRにより短絡されてほゞ零と
なり、定電圧素子ZDによる定電圧E₄も零となる。
従つてコンデンサC₂の急速な放電が完了して、
ｎゲートサイリスタPUTのアノードＡに加わる
基準電圧E₅が第３図ｇ中の点線図示のように零
となると、PUTのアノードゲートは逆バイアス
状態となつてPUTは直ちにOFF状態となる。そ
して以下出力検出電圧E₃が変えられない限り、
以上の動作を第３図ｂの励磁電圧E₂の正の半波
毎に行つて設定された出力電圧E₁を発電する。

次に第３図ａ中の点線図示のように、負荷Ｌの
変動などにより出力電圧がE′₁に低下したときに
は、第３図ｄ中の点線図示のようにｎゲートサイ
リスタPUTのゲートＧに加わる出力検出電圧も
E′₃に低下する。このためPUTは第３図ｇに示す
基準電圧E₅との交点P₂を過ぎると同時にONし
て、第３図ｈ中の点線図示のようにコンデンサ
C₂の電荷を、主制御サイリスタSCRのゲート回
路に急激に放電させる。その結果SCRは第３図
ｃのように点弧角θ₂においてONとなつて、その
導通角をθ′₁より大きいθ′₂とし、界磁巻線FCを流
れる励磁電流値を大として出力電圧を上昇させ
て、設定された出力電圧E₁に戻す定電圧制御を
行う。

また第３図ａ中に１点鎖線で示すように、出力
電圧がE″₁に上昇したときには、基準電圧E₅との
交点も第３図ｇのP₃点に移ることから、前記と
同一要領によりPUTによる、基準電圧E₅と上昇
した出力検出電圧E″₃との比較動作が行われて、
主制御サイリスタSCRを第３図ｃに示すように
点弧角θ₃においてON状態とし、その導通角を設
定出力電圧における導通角θ′₁より小さい導通角
θ′₃とする。その結果界磁巻線FCを流れる励磁電
流を減少させて、設定された出力電圧E₁に戻す
定電圧制御作用を行う。

以上本考案を説明したが、例えば第５図に示す
回路図のように、定電圧回路抵抗R₄と直列に整
流用ダイオードD₃を設けて、基準電圧取得回路
に正極性の励磁電圧のみによつて電流を流すよう
にして、回路抵抗の消費電力を1/2以下に低減す
るようにしてもよい。ただこの場合には初期励磁
動作電圧がダイオードD₃の電圧降下分だけ上昇
する。また分圧抵抗R₅，R₆と直列に温度補償回
路THを設けて温度の変動による制御精度の低下
を防止することができ、また界磁巻線FCと並列
にバリスタのようなサージ保護素子SA₁，SA₂を
設けるようにしてもよい。また本考案は第６図に
示す回路図のように、励磁巻線ECを省略して、
電機子巻線MCにより励磁電流を得る形式の発電
機にも適用できることは云うまでもない。

以上の説明から明らかなように、本考案によれ
ば起動時における出力電圧の立上り特性の向上
を、発電機を複雑としたり高価な並列抵抗を用い
たりすることなく、小型安価なトランジスタなど
を用いて達成できるなどのすぐれた利点が得られ
るもので、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来回路の一例を示す図、第２図は本
考案の一実施例回路図、第３図はその回路各部の
波形図、第４図はプログラマブルユニジヤンクシ
ヨントランジスタの等価回路図、第５図、第６図
はそれぞれ本考案の他の実施例回路図である。 G_e……自励式交流発電機、EC……励磁巻線、
FC……界磁巻線、MC……電機子巻線、VR……
電圧調整器、OV……出力電圧検出回路、D₁……
ダイオード、R₁，R₂，R₃……分圧抵抗、C₁……
平滑用コンデンサ、SV……基準電圧取得回路、
ZD……定電圧素子、R₅，R₆……分圧抵抗、Q₁…
…トランジスタ、C₂……基準電圧取得用コンデ
ンサ、R₇……充電抵抗、PUT……電圧比較用の
ｎゲートサイリスタ（プログラマブルユニジヤン
クシヨントランジスタ）、SCR……主制御サイリ
スタ、Q₂……初期励磁用トランジスタ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 励磁に励磁電流を流す主制御サイリスタ
   SCRと、整流用ダイオードD₁分圧抵抗R₁，R₂，
   R₃および上記抵抗R₂，R₃と並列に設けた平滑
   用コンデンサC₁からなり、その抵抗R₃に出力
   検出電圧を取得する回路と、ベースが上記出力
   検出電圧取得回路のコンデンサC₁に接続され
   エミツタ・コレクタが上記主制御サイリスタ
   SCRのアノード・ゲート間に接続されて、起
   動時励磁回路の誘起電圧によるコンデンサC₁
   の充電電流によりONされて上記主制御サイリ
   スタとSCRをONさせる初期励磁用トランジス
   タQ₂と、励磁回路電圧の定電圧素子ZD、これ
   に並列接続された分圧抵抗R₅，R₆および充電
   抵抗R₇と基準電圧取得用コンデンサC₂の直列
   回路、ベースが上記分抵抗R₅，R₆の分圧点に
   接続され、エミツタ・コレクタが上記充電抵抗
   R₇に並列接続されて、ベースに信号が加えら
   れた時充電抵抗R₇を短絡して、上記コンデン
   サC₂に傾斜して上昇する基準電圧を生じさせ
   るトランジスタQ₁の回路と、上記分圧抵抗R₃
   に得られた出力検出電圧がゲートに接続され上
   記コンデンサC₂の基準電圧がアノードに接続
   されると共に、カソードが上記主制御サイリス
   タSCRのゲートに接続されて電圧比較を行い、
   そのONによる上記コンデンデンサC₂の電荷の
   放電により上記主制御サイリスタSCRをONと
   して界磁巻線電流を設定出力電圧となるように
   制御するｎゲートサイリスタPUTとを備えた
   自励式交流発電機の電圧調整器。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項において、基
   準電圧取得回路の入力回路と直列に整流用ダイ
   オードD₃を設けたことを特徴とする自励式交
   流発電機の電圧調整器。