JPH0515198A - 磁石発電装置 - Google Patents
磁石発電装置Info
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- JPH0515198A JPH0515198A JP3189562A JP18956291A JPH0515198A JP H0515198 A JPH0515198 A JP H0515198A JP 3189562 A JP3189562 A JP 3189562A JP 18956291 A JP18956291 A JP 18956291A JP H0515198 A JPH0515198 A JP H0515198A
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- Japan
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- voltage
- control device
- switching element
- synchronous generator
- magnet
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 界磁極として永久磁石を有する同期発電機を
使用して、負荷が変動しても出力電圧を一定に保つこと
ができる発電装置を得る。 【構成】 磁石同期発電機1の出力電圧は電圧検出器5
で検出される。また、比較器6は検出された出力電圧と
基準電圧との偏差を出力する。制御装置8Aは、出力電
圧が基準電圧よりも大きいときに、その偏差に応じた位
相制御量を位相制御装置4に与える。よって、リアクト
ル3に偏差に応じた遅相の補償電流が流れる。この補償
電流は、電機子電流の遅れ成分を増大させ、その結果、
電機子反作用を増大させて出力電圧を低下させる。
使用して、負荷が変動しても出力電圧を一定に保つこと
ができる発電装置を得る。 【構成】 磁石同期発電機1の出力電圧は電圧検出器5
で検出される。また、比較器6は検出された出力電圧と
基準電圧との偏差を出力する。制御装置8Aは、出力電
圧が基準電圧よりも大きいときに、その偏差に応じた位
相制御量を位相制御装置4に与える。よって、リアクト
ル3に偏差に応じた遅相の補償電流が流れる。この補償
電流は、電機子電流の遅れ成分を増大させ、その結果、
電機子反作用を増大させて出力電圧を低下させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、磁石同期発電機を用
いて一定の出力電圧を発生する磁石発電装置に関するも
のである。
いて一定の出力電圧を発生する磁石発電装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】磁石同期発電機は、電機子に出力巻線を
有し回転界磁極として永久磁石を有する簡単な構成であ
り、小容量発電機として多用されている。
有し回転界磁極として永久磁石を有する簡単な構成であ
り、小容量発電機として多用されている。
【0003】ここで、磁石同期発電機の特性について説
明する。図26は、磁石同期発電機の回転界磁極として
用いられる永久磁石の特性を示したものである。永久磁
石は、図26に示す磁束密度Bと起磁力Hとを軸とした
BH座標によるグラフ上で、リコイル線Br HC に沿っ
て動作する。ここで、Br は残留磁束密度、HC は保磁
力を示している。また、希土類系磁石を用いた場合に
は、その透磁率μS ≒1であるから、リコイル線の傾き
は約45°である。
明する。図26は、磁石同期発電機の回転界磁極として
用いられる永久磁石の特性を示したものである。永久磁
石は、図26に示す磁束密度Bと起磁力Hとを軸とした
BH座標によるグラフ上で、リコイル線Br HC に沿っ
て動作する。ここで、Br は残留磁束密度、HC は保磁
力を示している。また、希土類系磁石を用いた場合に
は、その透磁率μS ≒1であるから、リコイル線の傾き
は約45°である。
【0004】磁石動機発電機は、無負荷時の動作点を
C、三相短絡時の動作点をDとすれば、負荷時にはそれ
らの間の点Eで動作する。ここで、グラフ上の各線分の
長さは次のような物理的意味をもつ。
C、三相短絡時の動作点をDとすれば、負荷時にはそれ
らの間の点Eで動作する。ここで、グラフ上の各線分の
長さは次のような物理的意味をもつ。
【0005】無負荷時には、CB1 は無負荷時ギャップ
部アンペアターン(以下、アンペアターンをATとい
う。)、CD1 は無負荷時d軸磁束(磁束密度に磁石面
積を乗じたもの)で、これらは無負荷時出力電圧を決定
する。D1 H1 は無負荷もの磁束になる。
部アンペアターン(以下、アンペアターンをATとい
う。)、CD1 は無負荷時d軸磁束(磁束密度に磁石面
積を乗じたもの)で、これらは無負荷時出力電圧を決定
する。D1 H1 は無負荷もの磁束になる。
【0006】三相短絡時には、DB3 は三相短絡減磁A
T(三相短絡時電機子反作用起磁力のd軸成分)を、D
H3 は三相短絡もれ磁束を示す。負荷時には、EFは負
荷時電機子反作用起磁力のd軸成分を、FB2 は負荷時
ギャップ部ATを、ED2 は負荷時d軸磁束を、そし
て、D2 H2 は負荷時もれ磁束を示す。
T(三相短絡時電機子反作用起磁力のd軸成分)を、D
H3 は三相短絡もれ磁束を示す。負荷時には、EFは負
荷時電機子反作用起磁力のd軸成分を、FB2 は負荷時
ギャップ部ATを、ED2 は負荷時d軸磁束を、そし
て、D2 H2 は負荷時もれ磁束を示す。
【0007】ここで、もれ磁束は小さいのでこれを無視
し、下式のように定義したX1 を用い図26における横
軸をX1 倍する座標変換を施すと図27が得られる。 X1 ≡0B1 /0H3図27は、図26においてもれ磁
束を無視し、さらにギャップ部ATを考慮しない永久磁
石簡易特性を示している。
し、下式のように定義したX1 を用い図26における横
軸をX1 倍する座標変換を施すと図27が得られる。 X1 ≡0B1 /0H3図27は、図26においてもれ磁
束を無視し、さらにギャップ部ATを考慮しない永久磁
石簡易特性を示している。
【0008】図27の縦軸における点B1 ,B2 ,0
は、それぞれ図26におけるC,Fa,D1aに相当し、
もれ磁束を無視しているので、下式が成立する。 0B1 =D1 C=D1aC=D1aD
は、それぞれ図26におけるC,Fa,D1aに相当し、
もれ磁束を無視しているので、下式が成立する。 0B1 =D1 C=D1aC=D1aD
【0009】また、0H3 =B3 Dとなり、X1 は(D
1aD/B3 D)と同一になる。これより、横軸をX1 倍
することは、図26におけるΔCDB3 上の点Fを点F
aに、また点B3 をD1aに移行させ、ΔCDB3 をΔC
DD1aとすることを意味する。よって、ギャップ部AT
を考慮せずにすむ図27を得ることができる。このと
き、縦軸に無負荷特性、横軸は三相短絡特性を表わすこ
とになる。
1aD/B3 D)と同一になる。これより、横軸をX1 倍
することは、図26におけるΔCDB3 上の点Fを点F
aに、また点B3 をD1aに移行させ、ΔCDB3 をΔC
DD1aとすることを意味する。よって、ギャップ部AT
を考慮せずにすむ図27を得ることができる。このと
き、縦軸に無負荷特性、横軸は三相短絡特性を表わすこ
とになる。
【0010】このように、比例定数X1 は、起磁力(A
Tすなわち電流に相当)から磁束(電圧に相当)への換
算係数(リアクタンスに相当)を表わすと同時に、ギャ
ップ部ATを考慮せずに済まし、図27上で電機子反作
用起磁力と磁束とをともにスカラ量として扱うことを可
能にしている。
Tすなわち電流に相当)から磁束(電圧に相当)への換
算係数(リアクタンスに相当)を表わすと同時に、ギャ
ップ部ATを考慮せずに済まし、図27上で電機子反作
用起磁力と磁束とをともにスカラ量として扱うことを可
能にしている。
【0011】よって、図27において、EH22+EB2
=0B1 (式(1))である。ここで、EH22は、図2
6におけるED2 に対応し、負荷時のd軸磁束を表わし
ている。また、EB2 は、図26にけるEFすなわち負
荷時電機子反作用起磁力のd軸成分に対応し、0B1
は、図26における0B1 と同一で、無負荷時d軸磁束
すなわち内部誘起電圧を表わす。従って、式(1)は次
のような意味を持つ。 負荷時d軸磁束+負荷時電機子反作用起磁力d軸成分 =無負荷時d軸磁束
=0B1 (式(1))である。ここで、EH22は、図2
6におけるED2 に対応し、負荷時のd軸磁束を表わし
ている。また、EB2 は、図26にけるEFすなわち負
荷時電機子反作用起磁力のd軸成分に対応し、0B1
は、図26における0B1 と同一で、無負荷時d軸磁束
すなわち内部誘起電圧を表わす。従って、式(1)は次
のような意味を持つ。 負荷時d軸磁束+負荷時電機子反作用起磁力d軸成分 =無負荷時d軸磁束
【0012】ここで、希土類系磁石を用いた場合にその
透磁率μS ≒1であるから、起磁力≒磁束となり、この
磁束に磁石同期発電機の電機子有効巻数を乗じることに
より磁束は電圧に変換できる。よって、式(1)は次の
ようにも表わせる。 負荷時q軸電圧+負荷時電機子反作用電圧q軸成分 =内部誘起電圧 こうして、図27に示す永久磁石簡易特性と図28のフ
ェーザ線図のq軸電圧(d軸磁束)との関係が対応づけ
られる。
透磁率μS ≒1であるから、起磁力≒磁束となり、この
磁束に磁石同期発電機の電機子有効巻数を乗じることに
より磁束は電圧に変換できる。よって、式(1)は次の
ようにも表わせる。 負荷時q軸電圧+負荷時電機子反作用電圧q軸成分 =内部誘起電圧 こうして、図27に示す永久磁石簡易特性と図28のフ
ェーザ線図のq軸電圧(d軸磁束)との関係が対応づけ
られる。
【0013】ここで、図28におけるEfは磁石同期発
電機の内部誘起電圧、(X1 ・I)q は負荷時電機子反
作用電圧のq軸成分、Vtqは出力電圧のq軸成分であ
り、δは内部相差角、θは力率角、Iは電流を示す。ま
た、Efは図27における0B1 に、(X1 ・I)q は
B1 B2 に、そしてVtqは0B2 に相当している。
電機の内部誘起電圧、(X1 ・I)q は負荷時電機子反
作用電圧のq軸成分、Vtqは出力電圧のq軸成分であ
り、δは内部相差角、θは力率角、Iは電流を示す。ま
た、Efは図27における0B1 に、(X1 ・I)q は
B1 B2 に、そしてVtqは0B2 に相当している。
【0014】出力電圧Vt は、ベクトル演算である下式
で表わされる。 Vt =Ef−jX1 ・I
で表わされる。 Vt =Ef−jX1 ・I
【0015】よって、磁石同期発電機の電圧と電流との
関係は、図29に示す単独電圧特性となる。すなわち、
遅れ位相の電流が流れると、電機子反作用電圧のq軸成
分が大きいため、電流の増加につれて電圧の垂下は大き
くなる。電機子反作用電圧のq軸成分の小さな1.0力
率電流では電圧の垂下が小さい。一方、進相電流では、
電機子反作用電圧のq軸成分が小さく、q軸電圧とd軸
電圧とのベクトル合成である出力電圧は上昇する。
関係は、図29に示す単独電圧特性となる。すなわち、
遅れ位相の電流が流れると、電機子反作用電圧のq軸成
分が大きいため、電流の増加につれて電圧の垂下は大き
くなる。電機子反作用電圧のq軸成分の小さな1.0力
率電流では電圧の垂下が小さい。一方、進相電流では、
電機子反作用電圧のq軸成分が小さく、q軸電圧とd軸
電圧とのベクトル合成である出力電圧は上昇する。
【0016】
【発明が解決しようする課題】磁石同期発電機は、以上
のように、負荷電流に応じてその出力電圧が増減する特
性を有する。すなわち、負荷電流成分中の遅れ電流は減
磁作用を有するので出力電圧を垂下させ、進み電流は増
磁作用を有するので出力電圧を上昇させるために、負荷
力率によって出力電圧特性が異なる。また、界磁極が永
久磁石であるため、界磁電流による出力電圧調整は全く
考えられない。このように、磁石同期発電機は出力電圧
を一定に保てないため、その用途は限られていた。
のように、負荷電流に応じてその出力電圧が増減する特
性を有する。すなわち、負荷電流成分中の遅れ電流は減
磁作用を有するので出力電圧を垂下させ、進み電流は増
磁作用を有するので出力電圧を上昇させるために、負荷
力率によって出力電圧特性が異なる。また、界磁極が永
久磁石であるため、界磁電流による出力電圧調整は全く
考えられない。このように、磁石同期発電機は出力電圧
を一定に保てないため、その用途は限られていた。
【0017】よって、電圧変動を無視しうる用途に限っ
て使用されるか、または、小容量機ではツェナーダイオ
ードによって電圧を一定にしながら使用されていた。し
かし、ツェナーダイオードにより電圧を一定にする場合
には、電圧をピークカットするため効率が低下し、ま
た、電圧が減少する方向の電圧変動に対して対応しきれ
ないなどの課題があった。
て使用されるか、または、小容量機ではツェナーダイオ
ードによって電圧を一定にしながら使用されていた。し
かし、ツェナーダイオードにより電圧を一定にする場合
には、電圧をピークカットするため効率が低下し、ま
た、電圧が減少する方向の電圧変動に対して対応しきれ
ないなどの課題があった。
【0018】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされもので、負荷が変化しても出力電圧を一定に
保て、かつ、出力電圧の調整もできるとともに効率低下
を最小限に止める磁石発電装置を得ることを目的とす
る。
めになされもので、負荷が変化しても出力電圧を一定に
保て、かつ、出力電圧の調整もできるとともに効率低下
を最小限に止める磁石発電装置を得ることを目的とす
る。
【0019】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る磁石発電装置は、磁石同期発電機の出力側にスイッチ
ング素子を介して接続されたリアクトルと、スイッチン
グ素子を位相制御する位相制御装置と、磁石同期発電機
の出力電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器で
検出された電圧を基準電圧と比較する比較器と、この比
較器の比較結果に応じた位相制御量を位相制御装置に与
える制御装置とを備えたものである。
る磁石発電装置は、磁石同期発電機の出力側にスイッチ
ング素子を介して接続されたリアクトルと、スイッチン
グ素子を位相制御する位相制御装置と、磁石同期発電機
の出力電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器で
検出された電圧を基準電圧と比較する比較器と、この比
較器の比較結果に応じた位相制御量を位相制御装置に与
える制御装置とを備えたものである。
【0020】請求項2記載の発明に係る磁石発電装置
は、請求項1記載の発明に係る磁石発電装置に対して、
さらに、磁石同期発電機の出力側に直接にリアクトルを
接続したものである。
は、請求項1記載の発明に係る磁石発電装置に対して、
さらに、磁石同期発電機の出力側に直接にリアクトルを
接続したものである。
【0021】請求項3記載の発明に係る磁石発電装置
は、磁石同期発電機の出力側にスイッッチング素子を介
して接続された1つあるいは複数のコンデンサと、各コ
ンデンサに対応したスイッチング素子を開閉する開閉制
御装置と、磁石同期発電機の出力電圧を検出する電圧検
出器と、この電圧検出器で検出された電圧を基準電圧と
比較する比較器と、この比較器の比較結果に応じて各コ
ンデンサに対応したスイッチング素子の開閉指示を与え
る制御装置とを備えたものである。
は、磁石同期発電機の出力側にスイッッチング素子を介
して接続された1つあるいは複数のコンデンサと、各コ
ンデンサに対応したスイッチング素子を開閉する開閉制
御装置と、磁石同期発電機の出力電圧を検出する電圧検
出器と、この電圧検出器で検出された電圧を基準電圧と
比較する比較器と、この比較器の比較結果に応じて各コ
ンデンサに対応したスイッチング素子の開閉指示を与え
る制御装置とを備えたものである。
【0022】請求項4記載の発明に係る磁石発電装置
は、磁石同期発電機の出力側に直接に接続されたリアク
トルと、磁石同期発電機の出力側にスイッチング素子を
介して接続された1つあるいは複数のコンデンサと、各
コンデンサに対応したスイッチング素子を開閉する開閉
制御装置と、磁石同期発電機の出力電圧を検出する電圧
検出器と、この電圧検出器で検出された電圧を基準電圧
と比較する比較器と、この比較器の比較結果に応じてス
イッチング素子の開閉指示を開閉制御装置に与える制御
装置とを備えたものである。
は、磁石同期発電機の出力側に直接に接続されたリアク
トルと、磁石同期発電機の出力側にスイッチング素子を
介して接続された1つあるいは複数のコンデンサと、各
コンデンサに対応したスイッチング素子を開閉する開閉
制御装置と、磁石同期発電機の出力電圧を検出する電圧
検出器と、この電圧検出器で検出された電圧を基準電圧
と比較する比較器と、この比較器の比較結果に応じてス
イッチング素子の開閉指示を開閉制御装置に与える制御
装置とを備えたものである。
【0023】請求項5記載の発明に係る磁石発電装置
は、請求項4記載の発明に係る磁石発電装置に対して、
さらに、磁石同期発電機の出力側に直接にコンデンサを
接続したものである。
は、請求項4記載の発明に係る磁石発電装置に対して、
さらに、磁石同期発電機の出力側に直接にコンデンサを
接続したものである。
【0024】請求項6記載の発明に係る磁石発電装置
は、磁石同期発電機の出力側にスイッチング素子を介し
て接続されたリアクトルと、スイッチング素子を位相制
御する位相制御装置と、磁石同期発電機の出力側にスイ
ッチング素子を介して接続された1つあるいは複数のコ
ンデンサと、各コンデンサに対応したスイッチング素子
を開閉する開閉制御装置と、磁石同期発電機の出力電圧
を検出する電圧検出器と、この電圧検出器で検出された
電圧を基準電圧と比較する比較器と、この比較器の比較
結果に応じた位相制御量を位相制御装置に与えるととも
にスイッチング素子の開閉指示を開閉制御装置に与える
制御装置とを備えたものである。
は、磁石同期発電機の出力側にスイッチング素子を介し
て接続されたリアクトルと、スイッチング素子を位相制
御する位相制御装置と、磁石同期発電機の出力側にスイ
ッチング素子を介して接続された1つあるいは複数のコ
ンデンサと、各コンデンサに対応したスイッチング素子
を開閉する開閉制御装置と、磁石同期発電機の出力電圧
を検出する電圧検出器と、この電圧検出器で検出された
電圧を基準電圧と比較する比較器と、この比較器の比較
結果に応じた位相制御量を位相制御装置に与えるととも
にスイッチング素子の開閉指示を開閉制御装置に与える
制御装置とを備えたものである。
【0025】そして、請求項7記載の発明に係る磁石発
電装置は、請求項6記載の発明に係る磁石発電装置に対
して、さらに、磁石同期発電機の出力側に直接にコンデ
ンサを接続したものである。
電装置は、請求項6記載の発明に係る磁石発電装置に対
して、さらに、磁石同期発電機の出力側に直接にコンデ
ンサを接続したものである。
【0026】
【作用】請求項1または請求項2記載の発明における制
御装置は、位相制御装置およびスイッチング素子を介し
てリアクトルに流れる電流を調整することにより、補償
電流となる遅相電流の量を制御する。すなわち、電機子
電流に含まれる減磁成分を増加させて、磁石同期発電機
の出力電圧が一定になるように制御する。
御装置は、位相制御装置およびスイッチング素子を介し
てリアクトルに流れる電流を調整することにより、補償
電流となる遅相電流の量を制御する。すなわち、電機子
電流に含まれる減磁成分を増加させて、磁石同期発電機
の出力電圧が一定になるように制御する。
【0027】請求項3記載の発明における制御装置は、
開閉制御装置を介してスイッチング素子を制御介して磁
石同期発電機の出力側に接続される容量を調整すること
により、補償電流となる進相電流の量を制御する。すな
わち、電機子電流に含まれる減磁成分を減少させて、磁
石同期発電機の出力電圧が一定になるように制御する。
開閉制御装置を介してスイッチング素子を制御介して磁
石同期発電機の出力側に接続される容量を調整すること
により、補償電流となる進相電流の量を制御する。すな
わち、電機子電流に含まれる減磁成分を減少させて、磁
石同期発電機の出力電圧が一定になるように制御する。
【0028】請求項4または請求項5記載の発明におけ
る開閉制御装置は、スイッチング素子の開閉を制御して
磁石発電機の出力側に接続される容量を調整することに
より、補償電流の一部となる進相電流の量を調整する。
すなわち、電機子電流の増磁成分または減磁成分を打ち
消し、磁石同期発電機の出力電圧が一定になるように制
御する。
る開閉制御装置は、スイッチング素子の開閉を制御して
磁石発電機の出力側に接続される容量を調整することに
より、補償電流の一部となる進相電流の量を調整する。
すなわち、電機子電流の増磁成分または減磁成分を打ち
消し、磁石同期発電機の出力電圧が一定になるように制
御する。
【0029】請求項6または請求項7記載の発明におけ
る制御装置は、位相制御装置およびスイッチング素子を
介してリアクトルに流れる電流を調整するとともに、他
のスイッチング素子を制御して磁石同期発電機の出力側
に接続される容量を調整し、補償電流となる遅相電流ま
たは進相電流の量を制御する。すなわち、電機子電流の
増磁成分または減磁成分を打ち消し、磁石同期発電機の
出力電圧が一定になるように制御する。
る制御装置は、位相制御装置およびスイッチング素子を
介してリアクトルに流れる電流を調整するとともに、他
のスイッチング素子を制御して磁石同期発電機の出力側
に接続される容量を調整し、補償電流となる遅相電流ま
たは進相電流の量を制御する。すなわち、電機子電流の
増磁成分または減磁成分を打ち消し、磁石同期発電機の
出力電圧が一定になるように制御する。
【0030】
【実施例】実施例1.以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図1はこの発明の第1の実施例による
磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図である。図
において、1は回転界磁極として永久磁石を有する磁石
同期発電機(以下、発電機という。)、2は複数の逆方
向サイリスタからなるスイッチング素子、3はリアクト
ル、4はスイッチング素子2のサイリスタの位相制御を
行う位相制御装置である。
ついて説明する。図1はこの発明の第1の実施例による
磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図である。図
において、1は回転界磁極として永久磁石を有する磁石
同期発電機(以下、発電機という。)、2は複数の逆方
向サイリスタからなるスイッチング素子、3はリアクト
ル、4はスイッチング素子2のサイリスタの位相制御を
行う位相制御装置である。
【0031】5は発電機1の出力電圧を検出する電圧検
出器、6は電圧検出器5の検出電圧を基準電圧と比較す
る比較器、7は基準電圧を設定する電圧設定器、8Aは
比較器6の比較結果に応じて位相制御量を位相制御装置
4に与える制御装置である。また、9はしゃ断器、10
は発電機1を駆動する駆動機、12は変圧器、13はし
ゃ断器である。
出器、6は電圧検出器5の検出電圧を基準電圧と比較す
る比較器、7は基準電圧を設定する電圧設定器、8Aは
比較器6の比較結果に応じて位相制御量を位相制御装置
4に与える制御装置である。また、9はしゃ断器、10
は発電機1を駆動する駆動機、12は変圧器、13はし
ゃ断器である。
【0032】次に、磁束制御のアルゴリズムについて説
明する。発電機1の出力電圧Vt (ベクトル量)に負荷
11を接続した場合の負荷電流IL (ベクトル量)は、
負荷11のインピーダンスをZ(ベクトル量)とする
と、下式のように定まる。 IL =Vt /Z
明する。発電機1の出力電圧Vt (ベクトル量)に負荷
11を接続した場合の負荷電流IL (ベクトル量)は、
負荷11のインピーダンスをZ(ベクトル量)とする
と、下式のように定まる。 IL =Vt /Z
【0033】負荷電流IL の有効分IP は、図2におい
て、IL はVt への正射影として得られる。この有効分
IP は、駆動機10によって供給される。このIP にX
1 を乗じたものは有効分電圧jX1 IP となり、これに
よって図2において直線91が得られる。内部誘起電圧
Efを半径とする円92と直線91の交点52は、q軸
を決定する。
て、IL はVt への正射影として得られる。この有効分
IP は、駆動機10によって供給される。このIP にX
1 を乗じたものは有効分電圧jX1 IP となり、これに
よって図2において直線91が得られる。内部誘起電圧
Efを半径とする円92と直線91の交点52は、q軸
を決定する。
【0034】この点52と出力電圧Vt のベクトルの先
端51とを結ぶ線分に垂直で原点を通る直線93と、負
荷電流IL のベクトルの先端55を通り虚軸に平行な直
線94との交点53が、発電機1の電機子電流Ig であ
る。交点53から負荷電流IL に平行に引いた直線93
と虚軸との交点を先端とするベクトルIC (補償電流)
は、この場合、リアクトル3に流れる電流である。そし
て、 Ig =IL +IC (Ig ,IL ,IC はベクトル
量) である。
端51とを結ぶ線分に垂直で原点を通る直線93と、負
荷電流IL のベクトルの先端55を通り虚軸に平行な直
線94との交点53が、発電機1の電機子電流Ig であ
る。交点53から負荷電流IL に平行に引いた直線93
と虚軸との交点を先端とするベクトルIC (補償電流)
は、この場合、リアクトル3に流れる電流である。そし
て、 Ig =IL +IC (Ig ,IL ,IC はベクトル
量) である。
【0035】また、内部誘起電圧Efから負荷時電機子
反作用電圧jX1Ig を差し引くことで出力電圧Vt が
求まる。また、EfおよびVt を一定にするようなIC
が負荷電流IL に対して一義的に定められる。すなわ
ち、一定電圧制御が可能である。
反作用電圧jX1Ig を差し引くことで出力電圧Vt が
求まる。また、EfおよびVt を一定にするようなIC
が負荷電流IL に対して一義的に定められる。すなわ
ち、一定電圧制御が可能である。
【0036】すなわち、電機子反作用電圧のq軸成分
を、位相制御を受けるスイッチング素子2とリアクトル
3を流れる無効電流で制御し、q軸電圧(図27におけ
るEH22に相当)とd軸電圧(図27におけるEB2 に
相当)とのベクトル和を一定に保つことにより、発電機
1の出力電圧Vt を一定に保つことができる。
を、位相制御を受けるスイッチング素子2とリアクトル
3を流れる無効電流で制御し、q軸電圧(図27におけ
るEH22に相当)とd軸電圧(図27におけるEB2 に
相当)とのベクトル和を一定に保つことにより、発電機
1の出力電圧Vt を一定に保つことができる。
【0037】図3に示すように基準電圧Vb が設定され
ると、Vt >Vb のときには、リアクトル3に電流を流
し、補償電流にIC に遅れ成分を生じさせるように制御
される。その結果、電機子電流Ig の遅れ成分が増加
し、電機子反作用は増加する。すなわち、d軸磁束は減
少し、出力電圧Vt は低下する。そして、出力電圧Vt
は、基準電圧Vb に近づくように制御される。図3にお
ける(i)は、補償される電圧を示している。
ると、Vt >Vb のときには、リアクトル3に電流を流
し、補償電流にIC に遅れ成分を生じさせるように制御
される。その結果、電機子電流Ig の遅れ成分が増加
し、電機子反作用は増加する。すなわち、d軸磁束は減
少し、出力電圧Vt は低下する。そして、出力電圧Vt
は、基準電圧Vb に近づくように制御される。図3にお
ける(i)は、補償される電圧を示している。
【0038】図1に示しものにおいて、比較器6は、電
圧検出器5が検出した出力電圧Vtと基準電圧Vb とを
比較する。また、制御装置8Aは、両電圧の間の偏差に
応じてリアクトル3に流す電流を定める。そして、その
電流に応じた位相制御量を位相制御装置4に与える。位
相制御装置4は、位相制御量に応じてスイッチング素子
2のサイリスタを位相制御する。この結果、リアクトル
3に電流が流れ、遅相の補償電流IC が生ずる。また、
この場合には、制御範囲の全域にわたって、スイッチン
グ素子2およびリアクトル3が電圧補償を担当する(図
3(I))。
圧検出器5が検出した出力電圧Vtと基準電圧Vb とを
比較する。また、制御装置8Aは、両電圧の間の偏差に
応じてリアクトル3に流す電流を定める。そして、その
電流に応じた位相制御量を位相制御装置4に与える。位
相制御装置4は、位相制御量に応じてスイッチング素子
2のサイリスタを位相制御する。この結果、リアクトル
3に電流が流れ、遅相の補償電流IC が生ずる。また、
この場合には、制御範囲の全域にわたって、スイッチン
グ素子2およびリアクトル3が電圧補償を担当する(図
3(I))。
【0039】次に、基準電圧と補償電流との関係につい
て説明する。図4において、性特線100は遅れ力率
0.8の負荷11に対する発電機1の単独電圧特性を示
したものである。よって、特性線100と電圧軸との交
点は単独無負荷電圧を示し、定格電流線との交点は単独
定格負荷電圧(負荷が定格出力、定格力率の場合)を示
す。基準電圧を直線103のように設定すると、定格負
荷時には補償電流IC は零でよいが、無負荷時には点1
05から点108までの間の電圧を補償する必要があ
り、遅相の大きな補償電流IC を必要とする。出力電圧
Vt を基準電圧Vbと一致させるための補償電圧IC と
負荷電流IL との関係を図5における線201で示す。
て説明する。図4において、性特線100は遅れ力率
0.8の負荷11に対する発電機1の単独電圧特性を示
したものである。よって、特性線100と電圧軸との交
点は単独無負荷電圧を示し、定格電流線との交点は単独
定格負荷電圧(負荷が定格出力、定格力率の場合)を示
す。基準電圧を直線103のように設定すると、定格負
荷時には補償電流IC は零でよいが、無負荷時には点1
05から点108までの間の電圧を補償する必要があ
り、遅相の大きな補償電流IC を必要とする。出力電圧
Vt を基準電圧Vbと一致させるための補償電圧IC と
負荷電流IL との関係を図5における線201で示す。
【0040】また、基準電圧を直線120のように設定
した場合には、直線103のように設定した場合に比べ
て、無負荷時から定格負荷時までの全域において補償さ
れる電圧を電圧量121の分だけ大きくすればよい。よ
って、図5に線205で示すように、全域にわたって、
線201で示される量よりも大きな補償電流IC が流れ
るように制御される。
した場合には、直線103のように設定した場合に比べ
て、無負荷時から定格負荷時までの全域において補償さ
れる電圧を電圧量121の分だけ大きくすればよい。よ
って、図5に線205で示すように、全域にわたって、
線201で示される量よりも大きな補償電流IC が流れ
るように制御される。
【0041】実施例2.図6はこの発明の第2の実施例
による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図であ
る。図において、3aは変圧器12およびしゃ断器13
を介して発電機1に接続されたリアクトル、8Bは図1
に示す制御装置8Aと同様の動作を行う制御装置であ
る。ただし、比較器6が出力した偏差と位相制御量との
制御装置8Bにおける関係は、制御装置8Aにおける関
係とは異なる。
による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図であ
る。図において、3aは変圧器12およびしゃ断器13
を介して発電機1に接続されたリアクトル、8Bは図1
に示す制御装置8Aと同様の動作を行う制御装置であ
る。ただし、比較器6が出力した偏差と位相制御量との
制御装置8Bにおける関係は、制御装置8Aにおける関
係とは異なる。
【0042】この場合には、図7に示すように、制御対
象となる全域(図7における(I))において、補償電
圧(図7における(i)+(ii))のうち、(ii)
で示される部分はリアクトル3aによる減磁作用で実現
され、(i)で示される部分が、位相制御されるスイッ
チング素子2およびリアクトル3による減磁作用で実現
される。この場合には、リアクトル3aの存在により、
無負荷時の出力電圧が発電機1の単独電圧よりも低下す
るので、スイッチング素子2の電流容量を低減すること
ができる。
象となる全域(図7における(I))において、補償電
圧(図7における(i)+(ii))のうち、(ii)
で示される部分はリアクトル3aによる減磁作用で実現
され、(i)で示される部分が、位相制御されるスイッ
チング素子2およびリアクトル3による減磁作用で実現
される。この場合には、リアクトル3aの存在により、
無負荷時の出力電圧が発電機1の単独電圧よりも低下す
るので、スイッチング素子2の電流容量を低減すること
ができる。
【0043】実施例3.図8はこの発明の第3の実施例
による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図であ
る。図において、8Cは比較器6の比較結果に応じて投
入されるコンデンサ16a〜16cを決定する制御装
置、17はその決定に従ってスイッチング素子15a,
15b,15cを開閉する開閉制御装置、16a〜16
cは電力用コンデンサ(以下、コンデンサという。)で
ある。その他のものは同一符号を付して図1に示したも
のと同一のものである。
による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図であ
る。図において、8Cは比較器6の比較結果に応じて投
入されるコンデンサ16a〜16cを決定する制御装
置、17はその決定に従ってスイッチング素子15a,
15b,15cを開閉する開閉制御装置、16a〜16
cは電力用コンデンサ(以下、コンデンサという。)で
ある。その他のものは同一符号を付して図1に示したも
のと同一のものである。
【0044】図9は磁束制御のアルゴリズムを説明する
ための説明図である。考え方は図2に示したものにおけ
る考え方と同じである。ただし、この場合には、電機子
反作用と電圧補償用のコンデンサ16a〜16cとの影
響を示す値X1 が、図2に示すX1 よりも大きい。その
結果、補償電流IC は進相電流となっている。
ための説明図である。考え方は図2に示したものにおけ
る考え方と同じである。ただし、この場合には、電機子
反作用と電圧補償用のコンデンサ16a〜16cとの影
響を示す値X1 が、図2に示すX1 よりも大きい。その
結果、補償電流IC は進相電流となっている。
【0045】この場合には、電圧制御は図10に示すよ
うに実行される。すなわち、電圧検出器5によって検出
された出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の
下限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16cのうち
の1つが投入される。コンデンサ16a→コンデンサ1
6b→コンデンサ16cの順に投入されるように定めら
れ(引き外しは逆順)、現在コンデンサ16aが投入さ
れているならば、コンデンサ16bを投入するために、
制御装置8Cは、スイッチング素子15bを閉状態とす
るように開閉制御装置17に指示を与える(図10にお
ける(I)→(II)の遷移時点)。
うに実行される。すなわち、電圧検出器5によって検出
された出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の
下限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16cのうち
の1つが投入される。コンデンサ16a→コンデンサ1
6b→コンデンサ16cの順に投入されるように定めら
れ(引き外しは逆順)、現在コンデンサ16aが投入さ
れているならば、コンデンサ16bを投入するために、
制御装置8Cは、スイッチング素子15bを閉状態とす
るように開閉制御装置17に指示を与える(図10にお
ける(I)→(II)の遷移時点)。
【0046】その後、出力電圧Vt が基準電圧Vb を再
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Cの指示
によりスイッチング素子15cを閉状態とする(図10
における(II)→(III)の遷移時点)。また、出
力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の上限)V
bを上回ったときには、コンデンサ16a〜16cのう
ちの1つが引き外される。
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Cの指示
によりスイッチング素子15cを閉状態とする(図10
における(II)→(III)の遷移時点)。また、出
力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の上限)V
bを上回ったときには、コンデンサ16a〜16cのう
ちの1つが引き外される。
【0047】例えば、区間(III)にある状態で、出
力電圧Vt が基準電圧Vb を上回ると、開閉制御装置1
7は、制御装置8Cの指示により、コンデンサ16cを
引き外すため、スイッチング素子15cを開状態とする
(図10における(III)→(II)の遷移時点)。
なお、図10ではコンデンサ16aが常に投入されてい
る場合の制御を示したが、コンデンサ16aをスイッチ
ング制御の対象とすれば4段階の制御が可能である。
力電圧Vt が基準電圧Vb を上回ると、開閉制御装置1
7は、制御装置8Cの指示により、コンデンサ16cを
引き外すため、スイッチング素子15cを開状態とする
(図10における(III)→(II)の遷移時点)。
なお、図10ではコンデンサ16aが常に投入されてい
る場合の制御を示したが、コンデンサ16aをスイッチ
ング制御の対象とすれば4段階の制御が可能である。
【0048】このように、コンデンサ16a〜16cを
順次投入することにより、補償電流IC の進み成分を増
加させ、その結果、電機子電流Ig の遅れ成分を減少さ
せて、電機子反作用を減少させる。すると、d軸磁束は
増加するので出力電圧Vt は上がることになる。また、
コンデンサ16a〜16cを順次引き外すと補償電流I
C の進み成分が減少する。その結果、d軸磁束が減少す
るので出力電圧Vt が下がる。
順次投入することにより、補償電流IC の進み成分を増
加させ、その結果、電機子電流Ig の遅れ成分を減少さ
せて、電機子反作用を減少させる。すると、d軸磁束は
増加するので出力電圧Vt は上がることになる。また、
コンデンサ16a〜16cを順次引き外すと補償電流I
C の進み成分が減少する。その結果、d軸磁束が減少す
るので出力電圧Vt が下がる。
【0049】なお、図10において、(i)はコンデン
サ16aの増磁作用による電圧増分、(ii)はコンデ
ンサ16bの増磁作用による電圧増分、そして、(ii
i)はコンデンサ16cの増磁作用による電圧増分を示
している。
サ16aの増磁作用による電圧増分、(ii)はコンデ
ンサ16bの増磁作用による電圧増分、そして、(ii
i)はコンデンサ16cの増磁作用による電圧増分を示
している。
【0050】実施例4.図11はこの発明の第4の実施
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、16はスイッチング素子に接続され
ず常時投入されているコンデンサ、8Dはコンデンサ1
6a,16bの投入引き外しを決定する制御装置であ
る。この場合には、電圧制御は、やはり図10に示すよ
うに実行される。ただし、図10における区間(I)は
コンデンサ16a,16bが引き外された状態、区間
(II)コンデンサ16とともにコンデンサ16aが投
入された状態、そして、区間(III)はコンデンサ1
6とともにコンデンサ16a,16bが投入された状態
に対応している。
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、16はスイッチング素子に接続され
ず常時投入されているコンデンサ、8Dはコンデンサ1
6a,16bの投入引き外しを決定する制御装置であ
る。この場合には、電圧制御は、やはり図10に示すよ
うに実行される。ただし、図10における区間(I)は
コンデンサ16a,16bが引き外された状態、区間
(II)コンデンサ16とともにコンデンサ16aが投
入された状態、そして、区間(III)はコンデンサ1
6とともにコンデンサ16a,16bが投入された状態
に対応している。
【0051】実施例.5図12はこの発明の第5の実施
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、3は常時投入されているリアクト
ル、8Eはコンデンサ16a〜16cの投入引き外しを
決定する制御装置である。その他のものは同一符号を付
して図8に示したものと同一のものである。
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、3は常時投入されているリアクト
ル、8Eはコンデンサ16a〜16cの投入引き外しを
決定する制御装置である。その他のものは同一符号を付
して図8に示したものと同一のものである。
【0052】この場合に、電圧制御は図13に示すよう
に実行される。すなわち、電圧検出器5によって検出さ
れた出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の下
限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16cのうちの
1つが投入される。コンデンサ16a→コンデンサ16
b→コンデンサ16cの順に投入されるように定めら
れ、現在コンデンサ16a〜16cが投入されていない
ならば、コンデンサ16aを投入するために、制御装置
8Eは、スイッチング素子15aを閉状態とするように
開閉制御装置17に指示を与える(図13における
(I)→(II)の遷移時点)。この結果、補償電流I
C の進み成分が増加し、そのために電機子電流Ig の遅
れ成分が減少するので、出力電圧Vt は上がる。
に実行される。すなわち、電圧検出器5によって検出さ
れた出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の下
限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16cのうちの
1つが投入される。コンデンサ16a→コンデンサ16
b→コンデンサ16cの順に投入されるように定めら
れ、現在コンデンサ16a〜16cが投入されていない
ならば、コンデンサ16aを投入するために、制御装置
8Eは、スイッチング素子15aを閉状態とするように
開閉制御装置17に指示を与える(図13における
(I)→(II)の遷移時点)。この結果、補償電流I
C の進み成分が増加し、そのために電機子電流Ig の遅
れ成分が減少するので、出力電圧Vt は上がる。
【0053】その後、出力電圧Vt が基準電圧Vb を再
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Eの指示
によりスイッチング素子15bを閉状態とする(図13
における(II)→(III)の遷移時点)。さらに、
出力電圧Vt が基準電圧Vbを再び下回ると、開閉制御
装置17は、制御装置8Eの指示によりスイッチング素
子15cを閉状態とする(図13における(III)→
(IV)の遷移時点)。
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Eの指示
によりスイッチング素子15bを閉状態とする(図13
における(II)→(III)の遷移時点)。さらに、
出力電圧Vt が基準電圧Vbを再び下回ると、開閉制御
装置17は、制御装置8Eの指示によりスイッチング素
子15cを閉状態とする(図13における(III)→
(IV)の遷移時点)。
【0054】例えば、その状態で、出力電圧Vt が基準
電圧(具体的には基準電圧の上限)Vb を上回ると、開
閉制御装置17は、制御装置8Eの指示により、コンデ
ンサ16cを引き外すため、スイッチング素子15cを
開状態とする(図10における(IV)→(III)の
遷移時点)。この結果、補償電流IC の進み成分が減少
し、そのために電機子電流Ig の遅れ成分が増加するの
で、出力電圧は下がる。
電圧(具体的には基準電圧の上限)Vb を上回ると、開
閉制御装置17は、制御装置8Eの指示により、コンデ
ンサ16cを引き外すため、スイッチング素子15cを
開状態とする(図10における(IV)→(III)の
遷移時点)。この結果、補償電流IC の進み成分が減少
し、そのために電機子電流Ig の遅れ成分が増加するの
で、出力電圧は下がる。
【0055】なお、図13において、(i)はリアクト
ル3の減磁作用による電圧減少分、(ii)はコンデン
サ16aの増磁作用による電圧増分、(iii)はコン
デンサ16bの増磁作用による電圧増分、そして、(i
v)はコンデンサ16cの増磁作用による電圧増分を示
している。
ル3の減磁作用による電圧減少分、(ii)はコンデン
サ16aの増磁作用による電圧増分、(iii)はコン
デンサ16bの増磁作用による電圧増分、そして、(i
v)はコンデンサ16cの増磁作用による電圧増分を示
している。
【0056】次に、基準電圧と補償電流との関係につい
て説明する。図14において、特性線100は遅れ力率
0.8の負荷11に対する発電機1の単独電圧特性を示
したものである。よって、特性線100と電圧軸との交
点は単独無負荷電圧を示し、定格電流線との交点は単独
定格負荷電圧(負荷が定格出力、定格力率の場合)を示
す。また、特性線130は、リアクトル3が発電機1の
出力側に直接接続されていることによる減磁分だけ低下
した出力電圧特性を示している。
て説明する。図14において、特性線100は遅れ力率
0.8の負荷11に対する発電機1の単独電圧特性を示
したものである。よって、特性線100と電圧軸との交
点は単独無負荷電圧を示し、定格電流線との交点は単独
定格負荷電圧(負荷が定格出力、定格力率の場合)を示
す。また、特性線130は、リアクトル3が発電機1の
出力側に直接接続されていることによる減磁分だけ低下
した出力電圧特性を示している。
【0057】基準電圧を直線102のように設定した場
合に、無負荷時には、リアクトル3による補償電流IC
により電圧補償される。また、定格負荷時には、点13
1から点110までの間の電圧がコンデンサ16a〜1
6cによる進み成分より電圧補償される。出力電圧Vt
を基準電流Vb と一致させるための補償電流IC と負荷
電流IL との関係を、図15における線210および線
211で示す。
合に、無負荷時には、リアクトル3による補償電流IC
により電圧補償される。また、定格負荷時には、点13
1から点110までの間の電圧がコンデンサ16a〜1
6cによる進み成分より電圧補償される。出力電圧Vt
を基準電流Vb と一致させるための補償電流IC と負荷
電流IL との関係を、図15における線210および線
211で示す。
【0058】なお、コンデンサ16a〜16cの数を減
らし例えばコンデンサ16aとスイッチング素子15a
のみを設けるようにしてもよい。図16はその場合の電
圧制御の様子を示したものである。図16において、
(i)はリアクトル3の減磁作用による電圧減少分、そ
して、(ii)はコンデンサ16aの増磁作用による電
圧増分を示している。また、コンデンサ16aの投入引
き外しタイミングは区間(I)と区間(II)との間で
ある。
らし例えばコンデンサ16aとスイッチング素子15a
のみを設けるようにしてもよい。図16はその場合の電
圧制御の様子を示したものである。図16において、
(i)はリアクトル3の減磁作用による電圧減少分、そ
して、(ii)はコンデンサ16aの増磁作用による電
圧増分を示している。また、コンデンサ16aの投入引
き外しタイミングは区間(I)と区間(II)との間で
ある。
【0059】実施例6.図17はこの発明の第6の実施
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、16は常時投入されているコンデン
サ、8Fはコンデンサ16a,16bの投入引き外しを
決定する制御装置である。その他のものは同一符号を付
して図12に示しものと同一のものである。
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、16は常時投入されているコンデン
サ、8Fはコンデンサ16a,16bの投入引き外しを
決定する制御装置である。その他のものは同一符号を付
して図12に示しものと同一のものである。
【0060】この場合には、電圧制御は図18に示すよ
うに実行される。すなわち、電圧検出器5によって検出
された出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の
下限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16bのうち
の1つが投入される。コンデンサ16a,16bが未投
入状態で、投入順がコンデンサ16a→コンデンサ16
bとなっているならば、コンデンサ16aを投入するた
めに、制御装置8Fは、スイッチング素子15aを閉状
態とするように開閉制御装置17に指示を与える(図1
8における(I)→(II)の遷移時点)。
うに実行される。すなわち、電圧検出器5によって検出
された出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の
下限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16bのうち
の1つが投入される。コンデンサ16a,16bが未投
入状態で、投入順がコンデンサ16a→コンデンサ16
bとなっているならば、コンデンサ16aを投入するた
めに、制御装置8Fは、スイッチング素子15aを閉状
態とするように開閉制御装置17に指示を与える(図1
8における(I)→(II)の遷移時点)。
【0061】その後、出力電圧Vt が基準電圧Vb を再
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Fの指示
によりスイッチング素子15bを閉状態とする(図18
における(II)→(III)の遷移時点)。
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Fの指示
によりスイッチング素子15bを閉状態とする(図18
における(II)→(III)の遷移時点)。
【0062】なお、図18において、(i)はリアクト
ル3の減磁作用による電圧減少分、(ii)はコンデン
サ16の増磁作用による電圧増分、(iii)はコンデ
ンサ16aの増磁作用による電圧増分、そして、(i
v)はコンデンサ16bの増磁作用による電圧増分を示
している。この場合には、コンデンサ16を発電機1の
出力側に直接接続することにより無負荷時の出力電圧が
図12に示したものの出力電圧により上昇するので、リ
アクトル3の容量は大きくなるが、スイッチング素子1
5a,15bの数を減らすことができる。その結果、構
造は簡単になる。
ル3の減磁作用による電圧減少分、(ii)はコンデン
サ16の増磁作用による電圧増分、(iii)はコンデ
ンサ16aの増磁作用による電圧増分、そして、(i
v)はコンデンサ16bの増磁作用による電圧増分を示
している。この場合には、コンデンサ16を発電機1の
出力側に直接接続することにより無負荷時の出力電圧が
図12に示したものの出力電圧により上昇するので、リ
アクトル3の容量は大きくなるが、スイッチング素子1
5a,15bの数を減らすことができる。その結果、構
造は簡単になる。
【0063】実施例7.図19はこの発明の第7の実施
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、8Gは位相制御装置4に位相制御量
を与えるとともに開閉制御装置17にコンデンサ16a
〜16cの投入引き外しの指示を与える制御装置であ
る。その他のものは同一符号を付して図1または図8に
示したものと同一のものである。
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、8Gは位相制御装置4に位相制御量
を与えるとともに開閉制御装置17にコンデンサ16a
〜16cの投入引き外しの指示を与える制御装置であ
る。その他のものは同一符号を付して図1または図8に
示したものと同一のものである。
【0064】この場合には、電圧制御は図20に示すよ
うに実行される。すなわち、電圧検出器5が検出した出
力電圧Vt が基準電圧よりも大きい状態にあるときには
(図20の区間(I)に相当)、制御装置8Gは、第1
の実施例の場合と同様に、位相制御装置4を介してスイ
ッチング素子2の位相制御を行う。つまり、リアクトル
3に流れる電流を増加させることで補償電流ICの遅れ
成分を増やす。その結果、電機子電流Ig の遅れ成分が
増加することにより、電機子反作用が増大しd軸磁束が
減少する。よって、出力電圧Vt が下がる。
うに実行される。すなわち、電圧検出器5が検出した出
力電圧Vt が基準電圧よりも大きい状態にあるときには
(図20の区間(I)に相当)、制御装置8Gは、第1
の実施例の場合と同様に、位相制御装置4を介してスイ
ッチング素子2の位相制御を行う。つまり、リアクトル
3に流れる電流を増加させることで補償電流ICの遅れ
成分を増やす。その結果、電機子電流Ig の遅れ成分が
増加することにより、電機子反作用が増大しd軸磁束が
減少する。よって、出力電圧Vt が下がる。
【0065】出力電圧Vt が基準電圧Vb よりも下が
り、リアクトル3を用いた制御が不能になると、制御装
置8Gは、第3の実施例の場合と同様に、開閉制御装置
17を介してコンデンサ16a〜16cの投入制御を行
う。
り、リアクトル3を用いた制御が不能になると、制御装
置8Gは、第3の実施例の場合と同様に、開閉制御装置
17を介してコンデンサ16a〜16cの投入制御を行
う。
【0066】すなわち、電圧検出器5によって検出され
た出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の下
限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16cのうちの
1つが投入される。コンデンサ16a→コンデンサ16
b→コンデンサ16cの順に投入されるように定められ
ているならば、スイッチング素子15aが閉状態となっ
てコンデンサ16aが投入される(図20における
(I)→(II)の遷移時点)。
た出力電圧Vt が基準電圧(具体的には基準電圧の下
限)Vb を下回るとコンデンサ16a〜16cのうちの
1つが投入される。コンデンサ16a→コンデンサ16
b→コンデンサ16cの順に投入されるように定められ
ているならば、スイッチング素子15aが閉状態となっ
てコンデンサ16aが投入される(図20における
(I)→(II)の遷移時点)。
【0067】その後、出力電圧Vt が基準電圧Vb を下
回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Gの指示によ
りスイッチング素子15bを閉状態とする(図20にお
ける(II)〜(III)の遷移時点)。
回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Gの指示によ
りスイッチング素子15bを閉状態とする(図20にお
ける(II)〜(III)の遷移時点)。
【0068】その後、出力電圧Vt が基準電圧Vb を再
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Gの指示
によりスイッチング素子15cを閉状態とする(図20
における(III)→(IV)の遷移時点)。
び下回ると、開閉制御装置17は、制御装置8Gの指示
によりスイッチング素子15cを閉状態とする(図20
における(III)→(IV)の遷移時点)。
【0069】区間(II)〜区間(IV)のいずれかの
状態にあるきとには、Vt >Vb (具体的には基準電圧
の下限)の状態が生ずると、制御装置8Gは、コンデン
サ16a〜16cのいずれか1つの引き外しを開閉制御
装置17に指示する。
状態にあるきとには、Vt >Vb (具体的には基準電圧
の下限)の状態が生ずると、制御装置8Gは、コンデン
サ16a〜16cのいずれか1つの引き外しを開閉制御
装置17に指示する。
【0070】次に、基準電圧と補償電流との関係につい
て説明する。図21において、特性線100は、遅れ力
率0.8の負荷11に対する発電機1の単独電圧特性を
示したものである。よって、特性線100と電圧軸との
交点105は単独無負荷電圧を示し、定格電流との交点
106は単独定格負荷電圧を示す。
て説明する。図21において、特性線100は、遅れ力
率0.8の負荷11に対する発電機1の単独電圧特性を
示したものである。よって、特性線100と電圧軸との
交点105は単独無負荷電圧を示し、定格電流との交点
106は単独定格負荷電圧を示す。
【0071】基準電圧を直線102のように設定した場
合には、無負荷時の補償電流IC は零でよいが、定格負
荷時には、点106から点107までの間の電圧を補償
しなければならず、進み位相の大きな補償電流IC が必
要とされる。この補償電流IC と負荷電流IL との関係
を、図22において線200で示す。
合には、無負荷時の補償電流IC は零でよいが、定格負
荷時には、点106から点107までの間の電圧を補償
しなければならず、進み位相の大きな補償電流IC が必
要とされる。この補償電流IC と負荷電流IL との関係
を、図22において線200で示す。
【0072】また、基準電圧を直線103のように設定
した場合には、定格負荷時の補償電流IC は零でよい
が、無負荷時には、点105から点108までの間の電
圧を補償しなければならず、遅れ位相の大きな補償電流
IC が必要とされる。この補償電流IC と負荷電流IL
との関係を、図22において線201で示す。
した場合には、定格負荷時の補償電流IC は零でよい
が、無負荷時には、点105から点108までの間の電
圧を補償しなければならず、遅れ位相の大きな補償電流
IC が必要とされる。この補償電流IC と負荷電流IL
との関係を、図22において線201で示す。
【0073】そこで、基準電圧を直線102のように単
独無負荷電圧を単独定格負荷電圧との間に設定すると、
無負荷時には、点105から点109までの間の電圧
を、遅れ位相の補償電流IC で補償すればよい。また、
定格負荷時には、点106から点110までの間の電圧
を、進み位相の補償電流IC で補償すればよい。この補
償電流IC と負荷電流IL との関係を、図22において
線202で示す。この場合には、線202からわかるよ
うに、補償電流IC を最大値は小さい。よって、基準電
圧をそのように設定すると、リアクトル3、コンデンサ
16a〜16cおよびスイッチング素子15a〜15c
の容量を低減することができる。
独無負荷電圧を単独定格負荷電圧との間に設定すると、
無負荷時には、点105から点109までの間の電圧
を、遅れ位相の補償電流IC で補償すればよい。また、
定格負荷時には、点106から点110までの間の電圧
を、進み位相の補償電流IC で補償すればよい。この補
償電流IC と負荷電流IL との関係を、図22において
線202で示す。この場合には、線202からわかるよ
うに、補償電流IC を最大値は小さい。よって、基準電
圧をそのように設定すると、リアクトル3、コンデンサ
16a〜16cおよびスイッチング素子15a〜15c
の容量を低減することができる。
【0074】また、図21に示すように、無負荷状態と
定格負荷状態との間に点111(単独電圧特性の特性線
100と基準電圧を示す直線102との交点)が存在す
る。この点で補償電流IC は最小となる。すなわち、リ
アクトル3、コンデンサ16a〜16c、スイッチング
素子15a〜15cおよび変圧器12の損失が最小とな
り、高効率の発電装置となる。
定格負荷状態との間に点111(単独電圧特性の特性線
100と基準電圧を示す直線102との交点)が存在す
る。この点で補償電流IC は最小となる。すなわち、リ
アクトル3、コンデンサ16a〜16c、スイッチング
素子15a〜15cおよび変圧器12の損失が最小とな
り、高効率の発電装置となる。
【0075】また、上記実施例のようにスイッチング素
子15a〜15cの電源側に変圧器12がある場合に
は、変圧器の容量を低減できる。このような付帯設備の
容量低減は、設備を小型にするとともに、全体として効
率のよい発電装置とすることに貢献する。
子15a〜15cの電源側に変圧器12がある場合に
は、変圧器の容量を低減できる。このような付帯設備の
容量低減は、設備を小型にするとともに、全体として効
率のよい発電装置とすることに貢献する。
【0076】なお、この場合にも、コンデンサの数を減
らし、例えばコンデンサ16aのスイッチング素子15
aのみを設けるようにしてもよい。図23はその場合の
電圧制御の様子を示したものである。図23において、
(i)はリアクトル3の減磁作用に電圧減少分、そし
て、(ii)はコンデンサ16aの増磁作用による電圧
増分を示している。
らし、例えばコンデンサ16aのスイッチング素子15
aのみを設けるようにしてもよい。図23はその場合の
電圧制御の様子を示したものである。図23において、
(i)はリアクトル3の減磁作用に電圧減少分、そし
て、(ii)はコンデンサ16aの増磁作用による電圧
増分を示している。
【0077】実施例8.図24はこの発明の第8の実施
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、8Hは位相制御装置4に位相制御量
を与えるとともに開閉制御装置17にコンデンサ16
a,16bの投入引き外しの指示を与える制御装置であ
る。その他のものは同一符号を付して図1または図11
に示したものと同一のものである。
例による磁石発電装置を負荷11とともに示す構成図で
ある。図において、8Hは位相制御装置4に位相制御量
を与えるとともに開閉制御装置17にコンデンサ16
a,16bの投入引き外しの指示を与える制御装置であ
る。その他のものは同一符号を付して図1または図11
に示したものと同一のものである。
【0078】この場合には、電圧制御は図25に示すよ
うに実行される。図25において、区間(I)はリアク
トル3およびコンデンサ16により電圧補償がなされる
区間、区間(II)はさらにコンデンサ16aにより電
圧補償がなされる区間、区間(III)はさらにコンデ
ンサ16bにより電圧補償がなさる区間である。また、
(i)はリアクトル3の減磁作用による電圧減少分、
(ii)はコンデンサ16aの増磁作用による電圧増
分、そして、(iii)はコンデンサ16bの増磁作用
による電圧増分を示す。この場合には、コンデンサ16
を発電機1の出力側に直接接続することにより、無負荷
時の出力電圧が上昇するので基準電圧に保つにはリアク
トル3の容量が大きくする必要があるが、スイッチング
素子の数を減らすことができる。そのため、構造は簡単
になる。
うに実行される。図25において、区間(I)はリアク
トル3およびコンデンサ16により電圧補償がなされる
区間、区間(II)はさらにコンデンサ16aにより電
圧補償がなされる区間、区間(III)はさらにコンデ
ンサ16bにより電圧補償がなさる区間である。また、
(i)はリアクトル3の減磁作用による電圧減少分、
(ii)はコンデンサ16aの増磁作用による電圧増
分、そして、(iii)はコンデンサ16bの増磁作用
による電圧増分を示す。この場合には、コンデンサ16
を発電機1の出力側に直接接続することにより、無負荷
時の出力電圧が上昇するので基準電圧に保つにはリアク
トル3の容量が大きくする必要があるが、スイッチング
素子の数を減らすことができる。そのため、構造は簡単
になる。
【0079】以上のようにして、発電機の出力電圧Vt
は、負荷が変動しても、基準電圧Vb の近傍の値に保た
れる。なお、上記各実施例において、リアクトル3に接
続されるスイッチング素子4は他の位相制御可能な半導
体素子でもよい。また、コンデンサ16a〜16cに接
続されるスイッチング素子15a〜15cはトランジス
タでもよく、開閉が頻繁にはなされない場合にはしゃ断
器でもよい。
は、負荷が変動しても、基準電圧Vb の近傍の値に保た
れる。なお、上記各実施例において、リアクトル3に接
続されるスイッチング素子4は他の位相制御可能な半導
体素子でもよい。また、コンデンサ16a〜16cに接
続されるスイッチング素子15a〜15cはトランジス
タでもよく、開閉が頻繁にはなされない場合にはしゃ断
器でもよい。
【0080】
【発明の効果】以上のように、請求項1ないし請求項7
記載の発明によれば、磁石発電装置を、発電機の出力電
圧に応じて、発電機の出力側でリアクトルあるいはコン
デンサまたはリアクトルおよびコンデンサに流れる電流
を制御するように構成したので、ツェナーダイオードで
出力電圧をカットするような効率の悪い電圧制御をする
必要がなくなり、かつ、出力電圧が下がりすぎた場合に
ついても対応可能な高効率の定電圧を発生するものが得
られ、その結果、大容量を要する分野に適用できるとと
もに、界磁巻線を有する同期発電機と同様に広い範囲の
用途に使用できるものが得られる効果がある。
記載の発明によれば、磁石発電装置を、発電機の出力電
圧に応じて、発電機の出力側でリアクトルあるいはコン
デンサまたはリアクトルおよびコンデンサに流れる電流
を制御するように構成したので、ツェナーダイオードで
出力電圧をカットするような効率の悪い電圧制御をする
必要がなくなり、かつ、出力電圧が下がりすぎた場合に
ついても対応可能な高効率の定電圧を発生するものが得
られ、その結果、大容量を要する分野に適用できるとと
もに、界磁巻線を有する同期発電機と同様に広い範囲の
用途に使用できるものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例による磁石発電装置を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図2】磁束制御のアルゴリズムを説明するための説明
図である。
図である。
【図3】図1に示したものにおける電圧制御を説明する
ための説明図である。
ための説明図である。
【図4】基準電圧と補償電流との関係を示す説明図であ
る。
る。
【図5】補償電流と負荷電流との関係を示す説明図であ
る。
る。
【図6】この発明の第2の実施例による磁石発電装置を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図7】図6に示したものにおける電圧制御を説明する
ための説明図である。
ための説明図である。
【図8】この発明の第3の実施例による磁石発電装置を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図9】磁束制御のアルゴリズムを説明するための説明
図である。
図である。
【図10】図8に示したものにおける電圧制御を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図11】この発明の第4の実施例による磁石発電装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図12】この発明の第5の実施例による磁石発電装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図13】図12に示したものにおける電圧制御を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図14】基準電圧と補償電流との関係を示す説明図で
ある。
ある。
【図15】補償電流と負荷電流との関係を示す説明図で
ある。
ある。
【図16】投入引き外しが可能なコンデンサを1つとし
た場合の電圧制御を説明するための説明図である。
た場合の電圧制御を説明するための説明図である。
【図17】この発明の第6の実施例による磁石発電装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図18】図17に示したものにおける電圧制御を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図19】この発明の第7の実施例による磁石発電装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図20】図19に示したものにおける電圧制御を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図21】基準電圧と補償電流との関係を示す説明図で
ある。
ある。
【図22】補償電流と負荷電流との関係を示す説明図で
ある。
ある。
【図23】投入引き外しが可能なコンデンサを1つとし
た場合の電圧制御を説明するための説明図である。
た場合の電圧制御を説明するための説明図である。
【図24】この発明の第8の実施例による磁石発電装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図25】図24に示したものにおける電圧制御を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図26】界磁極として用いられる永久磁石の特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図27】永久磁石の簡易特性を示す説明図である。
【図28】磁石同期発電機のフェーザ線図である。
【図29】磁石同期発電機の単独電圧特性を示す説明図
である。
である。
1 磁石同期発電機
3 リアクトル
3a リアクトル
4 位相制御装置
5 電圧検出器
6 比較器
8A〜8H 制御装置
16 コンデンサ
17 開閉制御装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田中 富男
長崎市丸尾町6番14号 三菱電機株式会社
長崎製作所内
(72)発明者 山口 利昭
長崎市丸尾町6番14号 三菱電機株式会社
長崎製作所内
Claims (7)
- 【請求項1】 回転界磁極として永久磁石を有する磁石
同期発電機と、この磁石同期発電機の出力側にスイッチ
ング素子を介して接続されたリアクトルと、前記スイッ
チング素子を位相制御する位相制御装置と、前記磁石同
期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、この電圧
検出器で検出された電圧を基準電圧と比較器と、この比
較器の比較結果に応じた位相制御量を前記位相制御装置
に与える制御装置とを備えた磁石発電装置。 - 【請求項2】 磁石同期発電機の出力側に接続されたリ
アクトルをさらに備えた請求項1記載の磁石発電装置。 - 【請求項3】 回転界磁極として永久磁石を有する磁石
同期発電機と、この磁石同期発電機の出力側にスイッチ
ング素子を介して接続された1つあるいは複数のコンデ
ンサと、前記各コンデンサに対応したスイッチング素子
を開閉する開閉制御装置と、前記磁石同期発電機の出力
電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器で検出さ
れた電圧を基準電圧と比較する比較器と、この比較器の
比較結果に応じてスイッチング素子の開閉指示を前記開
閉制御装置に与える制御装置とを備えた磁石発電装置。 - 【請求項4】 回転界磁極として永久磁石を有する磁石
同期発電機と、この磁石同期発電機の出力側に接続され
たリアクトルと、前記磁石同期発電機の出力側にスイッ
チング素子を介して接続された1つあるいは複数のコン
デンサと、前記各コンデンサに対応したスイッチング素
子を開閉する開閉制御装置と、前記磁石同期発電機の出
力電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器で検出
された電圧を基準電圧と比較する比較器と、この比較器
の比較結果に応じて、スイッチング素子の開閉指示を前
記開閉制御装置に与える制御装置とを備えた磁石発電装
置。 - 【請求項5】 磁石同期発電機の出力側に接続されたコ
ンデンサをさらに備えた請求項4記載の磁石発電装置。 - 【請求項6】 回転界磁極として永久磁石を有する磁石
同期発電機と、この磁石同期発電機の出力側にスイッチ
ング素子を介して接続されたリアクトルと、前記スイッ
チング素子を位相制御する位相制御装置と、前記磁石同
期発電機の出力側にスイッチング素子を介して接続され
た1つあるいは複数のコンデンサと、前記各コンデンサ
に対応したスイッチング素子を開閉する開閉制御装置
と、前記磁石同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出
器と、この電圧検出器で検出された電圧を基準電圧と比
較する比較器と、この比較器の比較結果に応じて、位相
制御量を前記位相制御装置に与えるとともにスイッチン
グ素子の開閉指示を前記開閉制御装置に与える制御装置
とを備えた磁石発電装置。 - 【請求項7】 磁石同期発電機の出力側に接続されたコ
ンデンサをさらに備えた請求項6記載の磁石発電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3189562A JPH0515198A (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 磁石発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3189562A JPH0515198A (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 磁石発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0515198A true JPH0515198A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=16243412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3189562A Pending JPH0515198A (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 磁石発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0515198A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002354896A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-06 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 永久磁石形同期発電機の制御装置 |
JP2009303392A (ja) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Nishishiba Electric Co Ltd | 発電システムおよびその運転方法 |
-
1991
- 1991-07-04 JP JP3189562A patent/JPH0515198A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002354896A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-06 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 永久磁石形同期発電機の制御装置 |
JP2009303392A (ja) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Nishishiba Electric Co Ltd | 発電システムおよびその運転方法 |
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