JPH056232A - 磁石発電装置 - Google Patents
磁石発電装置Info
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- JPH056232A JPH056232A JP3159465A JP15946591A JPH056232A JP H056232 A JPH056232 A JP H056232A JP 3159465 A JP3159465 A JP 3159465A JP 15946591 A JP15946591 A JP 15946591A JP H056232 A JPH056232 A JP H056232A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
- H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 負荷が変動しても、効率を低下させずに、発
電機の出力電圧を一定に維持可能にする。 【構成】 磁石同期発電機１の出力側に接続された同期
調相機２と、磁石同期発電機１の出力電圧を検出する電
圧検出器５で検出された電圧を電圧設定器７により設定
された基準電圧と比較する比較器６とを備え、制御装置
８に、上記比較器６の出力にもとづいて、上記同期調相
機２の界磁巻線に接続された励磁電流調整回路４を制御
させる。
電機の出力電圧を一定に維持可能にする。 【構成】 磁石同期発電機１の出力側に接続された同期
調相機２と、磁石同期発電機１の出力電圧を検出する電
圧検出器５で検出された電圧を電圧設定器７により設定
された基準電圧と比較する比較器６とを備え、制御装置
８に、上記比較器６の出力にもとづいて、上記同期調相
機２の界磁巻線に接続された励磁電流調整回路４を制御
させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、磁石同期発電機を使
用して、一定レベル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。
用して、一定レベル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】図１２および図１３は従来の磁石同期発
電機を示す正面図および側面断面図であり、図におい
て、３１はフレーム、３２，３３は回転軸３６を支持す
る軸受、３４は固定子鉄心、３５は固定子巻線（出力巻
線）、３７は回転軸３６に固着された永久磁石からなる
回転界磁極である。ここで、固定子鉄心３４と固定子巻
線３５とで電機子を構成している。
電機を示す正面図および側面断面図であり、図におい
て、３１はフレーム、３２，３３は回転軸３６を支持す
る軸受、３４は固定子鉄心、３５は固定子巻線（出力巻
線）、３７は回転軸３６に固着された永久磁石からなる
回転界磁極である。ここで、固定子鉄心３４と固定子巻
線３５とで電機子を構成している。
【０００３】次に動作について説明する。このような磁
石同期発電機では、これに発生する磁束が、回転界磁極
に使用される永久磁石の所期の磁束密度Ｂ対起磁力Ｈの
動作特性によって定まり、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、負荷電流成分の
なかの遅れ電流は減磁作用を有し、これが出力電圧を垂
下せしめ、進み電流は増磁作用のために出力電圧を上昇
させる。このため、負荷力率によって出力電圧特性が異
なり、従って磁石同期発電機では、出力電圧を一定に保
てないために、その用途が限られていた。もっとも、従
来は磁石同期発電機を無制御で使用して電圧変動があっ
ても差し支えない用途に限って使用したり、または図１
４に示すように小容量機ではツェナーダイオードなどで
一定電圧を得るような使い方が知られていた。
石同期発電機では、これに発生する磁束が、回転界磁極
に使用される永久磁石の所期の磁束密度Ｂ対起磁力Ｈの
動作特性によって定まり、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、負荷電流成分の
なかの遅れ電流は減磁作用を有し、これが出力電圧を垂
下せしめ、進み電流は増磁作用のために出力電圧を上昇
させる。このため、負荷力率によって出力電圧特性が異
なり、従って磁石同期発電機では、出力電圧を一定に保
てないために、その用途が限られていた。もっとも、従
来は磁石同期発電機を無制御で使用して電圧変動があっ
ても差し支えない用途に限って使用したり、または図１
４に示すように小容量機ではツェナーダイオードなどで
一定電圧を得るような使い方が知られていた。
【０００４】すなわち、図１４において、５は磁石同期
発電機１の２つの相の電圧を検出する電圧検出器、９は
各相の線路に入れた遮断器、１０は磁石同期発電機１と
軸継手で直結された駆動機、１１は負荷、４０は各相の
線路間に逆方向に２個ずつ接続された上記ツェナーダイ
オード、４１は制限抵抗である。この回路では、磁石同
期発電機１の出力電圧が一定値を超えると、各一方のツ
ェナーダイオード４０が導通して、電圧のピークカット
が行われ、従って、一定電圧が得られることになる。
発電機１の２つの相の電圧を検出する電圧検出器、９は
各相の線路に入れた遮断器、１０は磁石同期発電機１と
軸継手で直結された駆動機、１１は負荷、４０は各相の
線路間に逆方向に２個ずつ接続された上記ツェナーダイ
オード、４１は制限抵抗である。この回路では、磁石同
期発電機１の出力電圧が一定値を超えると、各一方のツ
ェナーダイオード４０が導通して、電圧のピークカット
が行われ、従って、一定電圧が得られることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁石発電装置は
以上のように構成されているので、定電圧を得るために
は電圧のピークカットを行うことが必要で、このため、
効率が極めて悪い上に、電圧が減少する方向の電圧変動
に対して電圧を回復できないなどの課題があった。な
お、かかる従来の磁石発電装置に類似する技術が、実公
昭６０−３６７０号公報に記載されている。
以上のように構成されているので、定電圧を得るために
は電圧のピークカットを行うことが必要で、このため、
効率が極めて悪い上に、電圧が減少する方向の電圧変動
に対して電圧を回復できないなどの課題があった。な
お、かかる従来の磁石発電装置に類似する技術が、実公
昭６０−３６７０号公報に記載されている。
【０００６】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたものであり、負荷が変動しても効率を低下
させずに、発電機の出力電圧を一定にすることができる
磁石発電装置を得ることを目的とする。
めになされたものであり、負荷が変動しても効率を低下
させずに、発電機の出力電圧を一定にすることができる
磁石発電装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】こ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接続された同期調相
機と、磁石同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器
で検出された電圧を電圧設定器により設定された基準電
圧と比較する比較器とを備え、制御装置に、上記比較器
の出力にもとづいて、上記同期調相機の界磁巻線に接続
された励磁電流調整回路を制御させるようにしたもので
ある。
装置は、磁石同期発電機の出力側に接続された同期調相
機と、磁石同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出器
で検出された電圧を電圧設定器により設定された基準電
圧と比較する比較器とを備え、制御装置に、上記比較器
の出力にもとづいて、上記同期調相機の界磁巻線に接続
された励磁電流調整回路を制御させるようにしたもので
ある。
【０００８】
【作用】この発明における同期調相機は、磁石同期発電
機の出力側に接続されており、この同期調相機の励磁電
流を制御することで、同期調相機の電機子電流を増減さ
せ、負荷電流のなかに含まれる増減磁成分を打ち消し、
上記磁石同期発電機の出力が一定になるように、磁石同
期発電機の出力電流を制御する。
機の出力側に接続されており、この同期調相機の励磁電
流を制御することで、同期調相機の電機子電流を増減さ
せ、負荷電流のなかに含まれる増減磁成分を打ち消し、
上記磁石同期発電機の出力が一定になるように、磁石同
期発電機の出力電流を制御する。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１は回転界磁極に永久磁石を有す
る磁石同期発電機、２は磁石同期発電機１の出力側に接
続された同期調相機、３は同期調相機２の界磁巻線、４
は界磁巻線３に励磁電流を供給する励磁電流調整回路と
しての、一般に、交流を整流し、かつ励磁電流を制御す
る複数のサイリスタ、５は磁石同期発電機１の出力電圧
を検出する電圧検出器、６はこの電圧検出器５で検出さ
れた電圧を設定された基準電圧と比較する比較器、７は
その基準電圧を設定する電圧設定器、８は比較器６の出
力を受けて、同期調相機２の界磁巻線３に接続されたサ
イリスタ４を制御する制御装置であり、ここではサイリ
スタ４のゲートを制御するゲート制御回路である。９お
よび１３は遮断器、１２および１４は変圧器、１０は駆
動機、１１は負荷である。
する。図１において、１は回転界磁極に永久磁石を有す
る磁石同期発電機、２は磁石同期発電機１の出力側に接
続された同期調相機、３は同期調相機２の界磁巻線、４
は界磁巻線３に励磁電流を供給する励磁電流調整回路と
しての、一般に、交流を整流し、かつ励磁電流を制御す
る複数のサイリスタ、５は磁石同期発電機１の出力電圧
を検出する電圧検出器、６はこの電圧検出器５で検出さ
れた電圧を設定された基準電圧と比較する比較器、７は
その基準電圧を設定する電圧設定器、８は比較器６の出
力を受けて、同期調相機２の界磁巻線３に接続されたサ
イリスタ４を制御する制御装置であり、ここではサイリ
スタ４のゲートを制御するゲート制御回路である。９お
よび１３は遮断器、１２および１４は変圧器、１０は駆
動機、１１は負荷である。
【００１０】次に動作について説明する。まず、駆動機
１０を始動して、定格回転数の１０〜５０％の回転数
で、一旦定速状態に維持し、同期調相機２を磁石同期発
電機１に投入する。このとき同期調相機２は無励磁状態
にしておく。同期調相機２の回転数が立ち上がり、同期
回転数近傍に到達したときに励磁をかけ、同期引き込み
を行わせる。励磁電流はほぼ定格電流とし、引き込み完
了後に同期調相機２の電機子電流の力率が１．０近傍に
なるように励磁電流を減少させる。その後、磁石同期発
電機１に接続された駆動機１０の回転を速やかに定格回
転数まで上昇させる。昇速途中の同期調相機２の励磁電
流は、同期調相機２の電機子電流の力率が１．０近傍と
なるように設定する。定格回転数近傍で磁石同期発電機
１の電圧が定格電圧、すなわち、基準電圧に近づいたと
きに、一定電圧制御のモードに入る。このようにして始
動を完了し、回転数並びに電圧を整定した後に、負荷を
投入する。
１０を始動して、定格回転数の１０〜５０％の回転数
で、一旦定速状態に維持し、同期調相機２を磁石同期発
電機１に投入する。このとき同期調相機２は無励磁状態
にしておく。同期調相機２の回転数が立ち上がり、同期
回転数近傍に到達したときに励磁をかけ、同期引き込み
を行わせる。励磁電流はほぼ定格電流とし、引き込み完
了後に同期調相機２の電機子電流の力率が１．０近傍に
なるように励磁電流を減少させる。その後、磁石同期発
電機１に接続された駆動機１０の回転を速やかに定格回
転数まで上昇させる。昇速途中の同期調相機２の励磁電
流は、同期調相機２の電機子電流の力率が１．０近傍と
なるように設定する。定格回転数近傍で磁石同期発電機
１の電圧が定格電圧、すなわち、基準電圧に近づいたと
きに、一定電圧制御のモードに入る。このようにして始
動を完了し、回転数並びに電圧を整定した後に、負荷を
投入する。
【００１１】次にこの磁石発電装置の特性について詳細
に説明する。磁石同期発電機１の回転界磁極に使われて
いる永久磁石は、図２に示す磁束密度Ｂ（ガウス）と起
磁力Ｈ（エルステッド）のグラフ上のリコイル線ＢrＨc
に沿って動作する。ここで、Ｂr は残留磁束密度、Ｈc
は保磁力を表し、希土類系磁石では透磁率μｓ≒１であ
るので、リコイル線の傾きはＢＨ座標上で約４５°の特
性となる。磁石同期発電機１の開放無負荷時の動作点Ｃ
を、三相短絡時の動作点Ｄとすれば、負荷時にはその間
の点Ｅで動作する。
に説明する。磁石同期発電機１の回転界磁極に使われて
いる永久磁石は、図２に示す磁束密度Ｂ（ガウス）と起
磁力Ｈ（エルステッド）のグラフ上のリコイル線ＢrＨc
に沿って動作する。ここで、Ｂr は残留磁束密度、Ｈc
は保磁力を表し、希土類系磁石では透磁率μｓ≒１であ
るので、リコイル線の傾きはＢＨ座標上で約４５°の特
性となる。磁石同期発電機１の開放無負荷時の動作点Ｃ
を、三相短絡時の動作点Ｄとすれば、負荷時にはその間
の点Ｅで動作する。
【００１２】このとき、グラフ上の各線分の値は、次の
ような物理的意味を持つ。まず、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、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）で無負荷時出力電圧を決定する。Ｄ1Ｈ1
は、無負荷時洩れ磁束になる。三相短絡時には、ＤＢ3
は三相短絡減磁ＡＴ（三相短絡時電機子反作用起磁力の
ｄ軸成分）、ＤＨ3 は三相短絡時洩れ磁束を表す。ま
た、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、Ｄ2 Ｈ2 は負荷時洩れ磁束を表す。
ような物理的意味を持つ。まず、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、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）で無負荷時出力電圧を決定する。Ｄ1Ｈ1
は、無負荷時洩れ磁束になる。三相短絡時には、ＤＢ3
は三相短絡減磁ＡＴ（三相短絡時電機子反作用起磁力の
ｄ軸成分）、ＤＨ3 は三相短絡時洩れ磁束を表す。ま
た、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、Ｄ2 Ｈ2 は負荷時洩れ磁束を表す。
【００１３】ここで、洩れ磁束は小さいので無視するこ
ととし、数１のように定義したＸ1を用い、図２の横軸
をＸ1 倍して座標変換を施せば、図３が得られる。
ととし、数１のように定義したＸ1を用い、図２の横軸
をＸ1 倍して座標変換を施せば、図３が得られる。
【００１４】
【数１】
【００１５】この図３は図２における洩れ磁束を無視
し、さらにギャップ部ＡＴを考慮外としたものである。
図３の縦軸の点Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｏは各々図２の点Ｃ，
Ｆ1'，Ｄ1'に相当し、洩れ磁束を無視しているので、Ｏ
Ｂ1 ＝Ｄ1 Ｃ＝Ｄ1'Ｃ＝Ｄ1'Ｄとなる。また、ＯＨ3 ＝
Ｂ3 Ｄであり、Ｘ2 はＤ1'Ｄ／Ｂ3 Ｄと同一になる。こ
れにより、横軸の起磁力軸をＸ1 倍することは、図２に
おいて、△ＣＤＢ3 の点Ｆを点Ｆ’に、点Ｂ3 を点Ｄ1'
に移行させた△ＣＤＤ1'とすることを意味し、ギャップ
部ＡＴを考慮せずに済む図３を得ることができる。この
とき、縦軸は無負荷特性を、横軸は３相短絡特性を表す
ことになる。
し、さらにギャップ部ＡＴを考慮外としたものである。
図３の縦軸の点Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｏは各々図２の点Ｃ，
Ｆ1'，Ｄ1'に相当し、洩れ磁束を無視しているので、Ｏ
Ｂ1 ＝Ｄ1 Ｃ＝Ｄ1'Ｃ＝Ｄ1'Ｄとなる。また、ＯＨ3 ＝
Ｂ3 Ｄであり、Ｘ2 はＤ1'Ｄ／Ｂ3 Ｄと同一になる。こ
れにより、横軸の起磁力軸をＸ1 倍することは、図２に
おいて、△ＣＤＢ3 の点Ｆを点Ｆ’に、点Ｂ3 を点Ｄ1'
に移行させた△ＣＤＤ1'とすることを意味し、ギャップ
部ＡＴを考慮せずに済む図３を得ることができる。この
とき、縦軸は無負荷特性を、横軸は３相短絡特性を表す
ことになる。
【００１６】このように、Ｘ1 なる比例定数は、起磁力
（ＡＴ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）を表すと同時に、ギャップ
部ＡＴを考慮せずに済み、図３上で電機子反作用起磁力
と磁束を同一スカラー量として扱うことを可能にしてい
る。これにより数２のような関係式が得られる。
（ＡＴ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）を表すと同時に、ギャップ
部ＡＴを考慮せずに済み、図３上で電機子反作用起磁力
と磁束を同一スカラー量として扱うことを可能にしてい
る。これにより数２のような関係式が得られる。
【００１７】
【数２】
【００１８】ここで、ＥＨ22は図２のＥＤ2 に対応し、
負荷時のｄ軸磁束を表し、ＥＢ2 は図２のＥＦ、すなわ
ち負荷時電機子反作用起磁力のｄ軸成分に対応する。ま
た、ＯＢ1 は図２のＯＢ1 と同一で、無負荷時のｄ軸磁
束、すなわち内部誘起電圧を表す。従って、上式は、次
のような意味を持つ。すなわち、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軸磁束とな
る。
負荷時のｄ軸磁束を表し、ＥＢ2 は図２のＥＦ、すなわ
ち負荷時電機子反作用起磁力のｄ軸成分に対応する。ま
た、ＯＢ1 は図２のＯＢ1 と同一で、無負荷時のｄ軸磁
束、すなわち内部誘起電圧を表す。従って、上式は、次
のような意味を持つ。すなわち、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軸磁束とな
る。
【００１９】ここで、希土類系磁石では透磁率μｓ≒１
であるので、起磁力≒磁束となり、この磁束に、磁石同
期発電機１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ので、内部誘起電圧は次のように表
すことができる。すなわち、負荷時ｑ軸電圧＋負荷時電
機子反作用電圧ｑ軸成分＝内部誘起電圧となる。このよ
うにして、図３の永久磁石簡易特性と図４のフェーザ線
図のｑ軸電圧（ｄ軸磁束）の関係を対応付けられる。こ
こで、図４中のＥf は磁石同期発電機１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、δは内部相差角、θは
力率角、Ｉは電流を示す。図４でＥf が図３のＯＢ1
に、（Ｘ1 ・Ｉ）ｑが同じくＥＢ2 またはＢ1 Ｂ2 に、
Ｖtqが同じくＥＨ22またはＯＢ2に相当することにな
り、出力電圧Ｖt は数３のように表される。
であるので、起磁力≒磁束となり、この磁束に、磁石同
期発電機１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ので、内部誘起電圧は次のように表
すことができる。すなわち、負荷時ｑ軸電圧＋負荷時電
機子反作用電圧ｑ軸成分＝内部誘起電圧となる。このよ
うにして、図３の永久磁石簡易特性と図４のフェーザ線
図のｑ軸電圧（ｄ軸磁束）の関係を対応付けられる。こ
こで、図４中のＥf は磁石同期発電機１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、δは内部相差角、θは
力率角、Ｉは電流を示す。図４でＥf が図３のＯＢ1
に、（Ｘ1 ・Ｉ）ｑが同じくＥＢ2 またはＢ1 Ｂ2 に、
Ｖtqが同じくＥＨ22またはＯＢ2に相当することにな
り、出力電圧Ｖt は数３のように表される。
【００２０】
【数３】
【００２１】以上の関係から、磁石同期発電子機１の電
圧と電流の関係は、図５のような単独電圧特性となる。
遅れ位相の電流は、電機子反作用電圧のｑ軸成分が大き
いため、電流を取り出したときの電圧の垂下が大きく、
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。逆に進相電流では、電機子反作
用電圧のｑ軸成分が小さく、ｑ軸電圧とｑ軸電圧のベク
トル合成である出力電圧は上昇することになる。
圧と電流の関係は、図５のような単独電圧特性となる。
遅れ位相の電流は、電機子反作用電圧のｑ軸成分が大き
いため、電流を取り出したときの電圧の垂下が大きく、
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。逆に進相電流では、電機子反作
用電圧のｑ軸成分が小さく、ｑ軸電圧とｑ軸電圧のベク
トル合成である出力電圧は上昇することになる。
【００２２】次に、同期調相機２の特性について述べ
る。図６に示すように、励磁電流ＩfをＩfo（電機子電
流Ｉc の力率が１．０となる励磁電流）より増加させる
と、同期調相機２に流入する電機子電流Ｉc は、進み力
率の電流となり、励磁電流の増加とともに進み力率の流
入電流は増加する。逆に励磁電流をＩfoより減少させる
と、同期調相機２に流入する電機子電流Ｉc は、遅れ力
率の電流となり、励磁電流の減少とともに遅れ力率の流
入電流が増加する。
る。図６に示すように、励磁電流ＩfをＩfo（電機子電
流Ｉc の力率が１．０となる励磁電流）より増加させる
と、同期調相機２に流入する電機子電流Ｉc は、進み力
率の電流となり、励磁電流の増加とともに進み力率の流
入電流は増加する。逆に励磁電流をＩfoより減少させる
と、同期調相機２に流入する電機子電流Ｉc は、遅れ力
率の電流となり、励磁電流の減少とともに遅れ力率の流
入電流が増加する。
【００２３】また、磁束制御のアルゴリズムについてみ
ると、図７に示すように、磁石同期発電機１の出力電圧
Ｖt に負荷１１を接続すれば、負荷電流Ｉl が定まる。
いま、負荷１１のインピーダンスをＺとすれば、数４の
ように求められ一義的に定まる。
ると、図７に示すように、磁石同期発電機１の出力電圧
Ｖt に負荷１１を接続すれば、負荷電流Ｉl が定まる。
いま、負荷１１のインピーダンスをＺとすれば、数４の
ように求められ一義的に定まる。
【００２４】
【数４】
【００２５】この負荷電流の中の有効分Ｉp は負荷電流
Ｉl の出力電圧Ｖt への正射影として得られ、この有効
分Ｉp は駆動機１０が分担供給する。この有効分Ｉp に
Ｘ1を乗じたものは有効分電圧ｊＸ1 Ｉp となり、線分
９１が得られる。内部誘起電圧Ｅf の円９２との交点
がｑ軸の位置を与える。この交点と出力電圧のベクト
ル先端を結んだ線分に垂直で、原点Ｏを通る直線９３
と、負荷電流Ｉl のベクトル先端から虚軸に平行に引
いた線分９４との交点が、求める磁石同期発電機１の
電機子電流である。また、交点から負荷電流Ｉl に平
行に引いた線分と虚軸との交点を先端とする電機子電流
Ｉc のベクトルが、同期調相機２の電機子電流となる。
このように同期調相機２の電機子電流をとれば、図１お
よび数５から磁石同期発電機１の電機子電流Ｉg が求ま
り、内部誘起電圧Ｅf から負荷時電機子反作用電圧ｊＸ
1Ｉgを差し引くことで、出力電圧Ｖt が求まる。内部誘
起電圧Ｅfも出力電圧Ｖf も一定になるような電機子電
流Ｉc が、負荷電流Ｉl に対して一義的に決められる。
すなわち、一定電圧制御が可能となる。
Ｉl の出力電圧Ｖt への正射影として得られ、この有効
分Ｉp は駆動機１０が分担供給する。この有効分Ｉp に
Ｘ1を乗じたものは有効分電圧ｊＸ1 Ｉp となり、線分
９１が得られる。内部誘起電圧Ｅf の円９２との交点
がｑ軸の位置を与える。この交点と出力電圧のベクト
ル先端を結んだ線分に垂直で、原点Ｏを通る直線９３
と、負荷電流Ｉl のベクトル先端から虚軸に平行に引
いた線分９４との交点が、求める磁石同期発電機１の
電機子電流である。また、交点から負荷電流Ｉl に平
行に引いた線分と虚軸との交点を先端とする電機子電流
Ｉc のベクトルが、同期調相機２の電機子電流となる。
このように同期調相機２の電機子電流をとれば、図１お
よび数５から磁石同期発電機１の電機子電流Ｉg が求ま
り、内部誘起電圧Ｅf から負荷時電機子反作用電圧ｊＸ
1Ｉgを差し引くことで、出力電圧Ｖt が求まる。内部誘
起電圧Ｅfも出力電圧Ｖf も一定になるような電機子電
流Ｉc が、負荷電流Ｉl に対して一義的に決められる。
すなわち、一定電圧制御が可能となる。
【００２６】
【数５】
【００２７】このように負荷電流による電機子反作用電
圧ｑ軸成分を同期調相機２を用いた無効電流によって制
御し、ｑ軸電圧（図３のＥＨ22に相当）とｑ軸電圧（図
３のＥＢ2 に相当）とのベクトル和を一定に保ことで、
磁石同期発電機１の出力電圧Ｖt を一定になるようにす
る。
圧ｑ軸成分を同期調相機２を用いた無効電流によって制
御し、ｑ軸電圧（図３のＥＨ22に相当）とｑ軸電圧（図
３のＥＢ2 に相当）とのベクトル和を一定に保ことで、
磁石同期発電機１の出力電圧Ｖt を一定になるようにす
る。
【００２８】また、制御装置８は、検出電圧と基準電圧
との偏差に応じて、同期調相機２の励磁電流を増減させ
る。いま、Ｖt を検出された出力電圧、Ｖb を基準電圧
とすれば、Ｖt 〉Ｖb の時には励磁電流Ｉf を減にし、
Ｖt 〈Ｖb の時は励磁電流Ｉf を増にする。従って、励
磁電流Ｉf を減にした場合には、電機子電流Ｉc の進み
成分の減少、すなわち、遅れ成分の増大となり、電機子
電流Ｉg の遅れ成分が増加し、電機子反作用を増加せし
め、ｄ軸磁束を減少させ、出力電圧Ｖt を垂下させる。
また、励磁電流Ｉf を増にした場合は、これと逆に出力
電圧Ｖt を上昇させる。
との偏差に応じて、同期調相機２の励磁電流を増減させ
る。いま、Ｖt を検出された出力電圧、Ｖb を基準電圧
とすれば、Ｖt 〉Ｖb の時には励磁電流Ｉf を減にし、
Ｖt 〈Ｖb の時は励磁電流Ｉf を増にする。従って、励
磁電流Ｉf を減にした場合には、電機子電流Ｉc の進み
成分の減少、すなわち、遅れ成分の増大となり、電機子
電流Ｉg の遅れ成分が増加し、電機子反作用を増加せし
め、ｄ軸磁束を減少させ、出力電圧Ｖt を垂下させる。
また、励磁電流Ｉf を増にした場合は、これと逆に出力
電圧Ｖt を上昇させる。
【００２９】次に、図８にもとづき基準電圧の設定につ
いて述べる。いま、遅れ力率０．８の負荷１１に対する
磁石同期発電機１の単独電圧特性を符号１００とする。
この単独電圧特性１００と電圧軸との交点１０５は単独
無負荷電圧であり、定格電流点での電圧１０６は単独定
格負荷電圧（負荷が定格出力，定格力率の場合）とな
る。ここで、基準電圧を１０１に示すように設定した場
合、無負荷時の同期調相機２の電機子電流Ｉc （無効
分）は零であるが、定格負荷時には点１０６から点１０
７までの電圧補償になり、大きな進みの電機子Ｉc を必
要とする。これを図示したものを図９に符号２００で示
す。また、基準電圧を１０３のように設定すると、定格
負荷時のＩc （無効分）は零でよいが、無負荷時には点
１０５から点１０８迄の電圧補償を必要とし、大きな遅
れの電機子電流Ｉc を要する、。これを図９の符号２０
１に示す。
いて述べる。いま、遅れ力率０．８の負荷１１に対する
磁石同期発電機１の単独電圧特性を符号１００とする。
この単独電圧特性１００と電圧軸との交点１０５は単独
無負荷電圧であり、定格電流点での電圧１０６は単独定
格負荷電圧（負荷が定格出力，定格力率の場合）とな
る。ここで、基準電圧を１０１に示すように設定した場
合、無負荷時の同期調相機２の電機子電流Ｉc （無効
分）は零であるが、定格負荷時には点１０６から点１０
７までの電圧補償になり、大きな進みの電機子Ｉc を必
要とする。これを図示したものを図９に符号２００で示
す。また、基準電圧を１０３のように設定すると、定格
負荷時のＩc （無効分）は零でよいが、無負荷時には点
１０５から点１０８迄の電圧補償を必要とし、大きな遅
れの電機子電流Ｉc を要する、。これを図９の符号２０
１に示す。
【００３０】そこで、基準電圧１０２を単独無負荷電圧
と単独定格負荷電圧の間に設定すると、無負荷時には点
１０５から点１０９への遅れの電機子電流Ｉc による電
圧補償でよく、定格負荷時には点１０６から点１１０へ
の進みの電機子電流Ｉc による電圧補償でよい。これを
図９の符号２０２に示す。図９から読み取れるように、
基準電圧を磁石同期発電機１の単独の無負荷電圧と定格
負荷電圧の間に設定することで、同期調相機２の電機子
電流Ｉc の最大値を低減することができ、同期調相機２
の容量を低減することが可能である。同期調相機２の電
機子側に変圧器１２がある場合には、変圧器１２の容量
も低減できる。
と単独定格負荷電圧の間に設定すると、無負荷時には点
１０５から点１０９への遅れの電機子電流Ｉc による電
圧補償でよく、定格負荷時には点１０６から点１１０へ
の進みの電機子電流Ｉc による電圧補償でよい。これを
図９の符号２０２に示す。図９から読み取れるように、
基準電圧を磁石同期発電機１の単独の無負荷電圧と定格
負荷電圧の間に設定することで、同期調相機２の電機子
電流Ｉc の最大値を低減することができ、同期調相機２
の容量を低減することが可能である。同期調相機２の電
機子側に変圧器１２がある場合には、変圧器１２の容量
も低減できる。
【００３１】また、無負荷状態と定格負荷状態の間に点
１１１（単独電圧特性１００と基準電圧１０２の交点）
が存在し、この点で同期調相機２の電機子電流Ｉc が最
小となり、同期調相機２および入力変圧器１２の損失が
最も少なくなり、発電装置として高効率を得ることがで
きる。
１１１（単独電圧特性１００と基準電圧１０２の交点）
が存在し、この点で同期調相機２の電機子電流Ｉc が最
小となり、同期調相機２および入力変圧器１２の損失が
最も少なくなり、発電装置として高効率を得ることがで
きる。
【００３２】なお、定電圧を発生する磁石発電装置にお
いては、同期調相機２の励磁方式として図１に示す静止
励磁方式、またはブラシレス励磁方式のいずれも採用で
き、励磁電源は同期調相機の入力、すなわち、磁石同期
発電機１の出力から得る図１または図１１に示すような
自己励磁方式または他の電源から得る他励方式（図示し
ない）でもよい。このうち図１１は、ブラシレス励磁方
式の同期調相機を用いた発電装置のシステム構成図で、
１８は交流励磁機（回転電機子形同期発電機）の界磁巻
線であり、静止部に配置され、励磁電流調整回路として
のサイリスタ４から励磁電流が供給される。２０はブラ
シレス同期調相機２の回転子、２１は交流励磁機の電機
子、２２は回転整流器、２３は同期調相器２の界磁巻線
である。そして、電機子２１，回転整流器２２および界
磁巻線２３は回転子２０に設けられている。２は同期調
相機であり、静止部に配置されている。なお、以上に示
した以外の部分は図１と同様であるので、その重複する
説明を省略する。
いては、同期調相機２の励磁方式として図１に示す静止
励磁方式、またはブラシレス励磁方式のいずれも採用で
き、励磁電源は同期調相機の入力、すなわち、磁石同期
発電機１の出力から得る図１または図１１に示すような
自己励磁方式または他の電源から得る他励方式（図示し
ない）でもよい。このうち図１１は、ブラシレス励磁方
式の同期調相機を用いた発電装置のシステム構成図で、
１８は交流励磁機（回転電機子形同期発電機）の界磁巻
線であり、静止部に配置され、励磁電流調整回路として
のサイリスタ４から励磁電流が供給される。２０はブラ
シレス同期調相機２の回転子、２１は交流励磁機の電機
子、２２は回転整流器、２３は同期調相器２の界磁巻線
である。そして、電機子２１，回転整流器２２および界
磁巻線２３は回転子２０に設けられている。２は同期調
相機であり、静止部に配置されている。なお、以上に示
した以外の部分は図１と同様であるので、その重複する
説明を省略する。
【００３３】また、定電圧を発生する磁石発電装置にお
いては、同期調相機２の始動方式は、磁石同期発電機１
の始動と共に初めから通電する低周波始動方式と、磁石
同期発電機１の始動完了後、同期調相機２を全電圧また
は減電圧で始動する方法があり、そのいずれも採用でき
る。
いては、同期調相機２の始動方式は、磁石同期発電機１
の始動と共に初めから通電する低周波始動方式と、磁石
同期発電機１の始動完了後、同期調相機２を全電圧また
は減電圧で始動する方法があり、そのいずれも採用でき
る。
【００３４】さらに、定電圧を発生する磁石発電装置に
おいて、同期調相機２の励磁電流整流回路の整流点弧素
子の容量を低減するために、図１０に示すように変流器
１５の二次電流を、リアクトル１６の電流とベクトル合
成して複巻特性を持たせ、整流装置１７により直流に変
換し、励磁電流調整回路に接続して、励磁巻線３に供給
するようにしてもよい。
おいて、同期調相機２の励磁電流整流回路の整流点弧素
子の容量を低減するために、図１０に示すように変流器
１５の二次電流を、リアクトル１６の電流とベクトル合
成して複巻特性を持たせ、整流装置１７により直流に変
換し、励磁電流調整回路に接続して、励磁巻線３に供給
するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば磁石同
期発電機の出力側に接続された同期調相機と、磁石同期
発電機の出力電圧を検出する電圧検出器で検出された電
圧を電圧設定器により設定された基準電圧と比較する比
較器とを備え、制御装置に、上記比較器の出力にもとづ
いて、上記同期調相機の界磁巻線に接続された励磁電流
調整回路を制御させるように構成したので、従来のよう
に、ツェナーダイオードで電圧が上がりすぎたときにピ
ーク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、また電圧が下がりすぎたときの補正を可能とし、
高効率で定電圧を発生できるものが得られる効果があ
る。また、そのため、磁石同期発電機を大容量の分野に
適用できると同時に、界磁巻線を有する一般の同期発電
機と同様に、あらゆる用途に使用することが可能とな
る。また、定電圧を発生する磁石発電装置の基準電圧を
磁石発電機単独特性の無負荷電圧と定格負荷電圧の間に
設定することにより、ある負荷点で同期調相機の電機子
電流（無効分）を零にすることができ、この点でも最も
良い効率を得ることができると同時に、進相および遅相
の最大電流を抑制することができ、これにより同期調相
機の容量を小さくすることができるものが得られる効果
がある。
期発電機の出力側に接続された同期調相機と、磁石同期
発電機の出力電圧を検出する電圧検出器で検出された電
圧を電圧設定器により設定された基準電圧と比較する比
較器とを備え、制御装置に、上記比較器の出力にもとづ
いて、上記同期調相機の界磁巻線に接続された励磁電流
調整回路を制御させるように構成したので、従来のよう
に、ツェナーダイオードで電圧が上がりすぎたときにピ
ーク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、また電圧が下がりすぎたときの補正を可能とし、
高効率で定電圧を発生できるものが得られる効果があ
る。また、そのため、磁石同期発電機を大容量の分野に
適用できると同時に、界磁巻線を有する一般の同期発電
機と同様に、あらゆる用途に使用することが可能とな
る。また、定電圧を発生する磁石発電装置の基準電圧を
磁石発電機単独特性の無負荷電圧と定格負荷電圧の間に
設定することにより、ある負荷点で同期調相機の電機子
電流（無効分）を零にすることができ、この点でも最も
良い効率を得ることができると同時に、進相および遅相
の最大電流を抑制することができ、これにより同期調相
機の容量を小さくすることが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】この発明の一実施例による磁石発電装置を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】この発明における磁石同期発電機の界磁極に使
われている永久磁石特性を示す説明図である。
われている永久磁石特性を示す説明図である。
【図３】この発明における磁石同期発電機の界磁極に使
われている簡易永久磁石特性を示す説明図である。
われている簡易永久磁石特性を示す説明図である。
【図４】磁石同期発電機のフェーザ線図を示す説明図で
ある。
ある。
【図５】磁石同期発電機の単独電圧特性を示す説明図で
ある。
ある。
【図６】同期調相機の電機子電流特性を示す説明図であ
る。
る。
【図７】この発明における磁束制御のアルゴリズムを示
す説明図である。
す説明図である。
【図８】この発明における磁石同期発電機の単独電圧特
性と基準電圧の関係を示す説明図である。
性と基準電圧の関係を示す説明図である。
【図９】この発明における磁石同期発電機の出力電圧を
一定にするための同期調相機の電機子電流特性を示す説
明図である。
一定にするための同期調相機の電機子電流特性を示す説
明図である。
【図１０】この発明の他の実施例による磁石発電装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１１】この発明のさらに他の実施例による磁石発電
装置を示すブロック図である。
装置を示すブロック図である。
【図１２】従来の一般的な磁石同期発電機を示す正面断
面図である。
面図である。
【図１３】図１２に示す磁石同期発電機の側面断面図で
ある。
ある。
【図１４】従来の磁石発電装置を示す回路図である。
１ 磁石同期発電機 ２ 同期調相機 ４ サイリスタ（励磁電流調整回路） ５ 電圧検出器 ６ 比較器 ７ 電圧設定器 ８ ゲート制御回路（制御装置）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 回転界磁極に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同
期調相機と、上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電圧
設定器により設定された基準電圧と比較する比較器と、
上記同期調相機の界磁巻線に接続された励磁電流調整回
路と、上記比較器の出力を受けて上記励磁電流調整回路
を制御する制御装置とを備えた磁石発電装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3159465A JP2738605B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 磁石発電装置 |
| US07/854,866 US5206580A (en) | 1991-06-04 | 1992-03-19 | Magnetoelectric generating system |
| CA002063643A CA2063643C (en) | 1991-06-04 | 1992-03-20 | Magnetoelectric generating system |
| GB9208200A GB2256509B (en) | 1991-06-04 | 1992-04-14 | Magnetoelectric generating system |
| DE4218298A DE4218298C2 (de) | 1991-06-04 | 1992-06-03 | Permanenterregtes Generatorsystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3159465A JP2738605B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 磁石発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH056232A true JPH056232A (ja) | 1993-01-14 |
| JP2738605B2 JP2738605B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=15694362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3159465A Expired - Fee Related JP2738605B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 磁石発電装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5206580A (ja) |
| JP (1) | JP2738605B2 (ja) |
| CA (1) | CA2063643C (ja) |
| DE (1) | DE4218298C2 (ja) |
| GB (1) | GB2256509B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2013198201A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 自然エネルギー発電システム |
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| JP2846261B2 (ja) * | 1994-11-30 | 1999-01-13 | 三菱電機株式会社 | 電力系統安定化装置 |
| JP3865157B2 (ja) * | 1996-06-05 | 2007-01-10 | 株式会社デンソー | 車両用交流発電機 |
| AT408590B (de) * | 1998-03-02 | 2002-01-25 | Va Tech Elin Gmbh | Verfahren zum parallelschalten von synchrongeneratoren und einrichtung zur durchführung des verfahrens |
| DE10011929B4 (de) * | 2000-03-11 | 2004-07-01 | Wobben, Aloys, Dipl.-Ing. | Synchrongenerator |
| DE10130339A1 (de) * | 2001-06-26 | 2003-01-02 | Abb Research Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Nutzungsgrades und der Zuverlässigkeit einer Kraftanlage |
| DE102005044892A1 (de) * | 2004-09-21 | 2006-03-30 | Denso Corp., Kariya | Verfahren und System zum Steuern der Energie, die elektrischen Lasten zugeführt wird |
| CN101604282B (zh) * | 2008-06-13 | 2012-08-29 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 电压侦测报警装置 |
| WO2012014376A1 (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | パナソニック株式会社 | 磁界検知マイコンおよび磁界検知方法 |
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| RU2714921C1 (ru) * | 2019-06-11 | 2020-02-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ стабилизации выходного напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора |
| CN110932627A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-03-27 | 哈尔滨理工大学 | 一种柴油发电机机组自动电压调节稳定装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4177414A (en) * | 1977-12-21 | 1979-12-04 | Precise Power Corporation | Controllable voltage A.C. generator system |
| SU892639A1 (ru) * | 1979-12-14 | 1981-12-23 | Наладочное Управление Уральского Государственного Треста По Электромонтажу Электрических Станций И Подстанций "Электроуралмонтаж" | Устройство дл ограничени минимального возбуждени синхронного генератора |
| US4350947A (en) * | 1980-02-25 | 1982-09-21 | Fuji Electric Co. Ltd. | System for predicting desynchronization of a synchronous machine |
| JPS5831790A (ja) * | 1981-08-20 | 1983-02-24 | Sumitomo Chem Co Ltd | 記録紙 |
| DE3310781C2 (de) * | 1983-03-24 | 1985-01-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Blindleistungsmaschine für eine Energieversorgungseinrichtung |
| JPS602867A (ja) * | 1983-06-20 | 1985-01-09 | 三菱電機株式会社 | 冷蔵庫内箱の製造方法 |
| US4642502A (en) * | 1986-04-24 | 1987-02-10 | General Motors Corporation | Dynamoelectric machine with permanent magnet and magnet mounting surface arrangement |
| US4885526A (en) * | 1988-03-18 | 1989-12-05 | Electro Erg Limited | Compensation circuit for electrical generators |
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-
1991
- 1991-06-04 JP JP3159465A patent/JP2738605B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-19 US US07/854,866 patent/US5206580A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-20 CA CA002063643A patent/CA2063643C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-04-14 GB GB9208200A patent/GB2256509B/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-03 DE DE4218298A patent/DE4218298C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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| DE4218298C2 (de) | 1997-02-27 |
| GB2256509A (en) | 1992-12-09 |
| JP2738605B2 (ja) | 1998-04-08 |
| GB2256509B (en) | 1995-05-24 |
| GB9208200D0 (en) | 1992-05-27 |
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| CA2063643C (en) | 1995-12-26 |
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