JPH058799Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の技術分野］ 本考案は、原動機の回転数が定格値以下になつ
た時に発電機電圧を原動機の回転数に応じてＶ／
Ｆの比が一定となる様に制御する自動電圧調整装
置の改良に関する。

［考案の技術的背景とその問題点］ 一般に発電機電圧が原動機の回転数に応じて変
化するようにＶ／Ｆ制御を行なう自動電圧調整装
置は、例えばフアンモータ負荷を駆動する場合の
省エネルギー効果の観点より、及び同期発電機の
低速領域での過励磁保護の観点より必要とされて
いる。この種の自動電圧調整装置において、原動
機の回転数を検出する手段としては、従来タコジ
ユネレータを用いる方法と発電機電圧より周波数
を検出する方法とが用いられている。

しかし、タコジユネレータを用いる場合は、タ
コジエネレータを発電機軸端に取りつけるため
に、直結部が軸破損するなどのおそれもあつて信
頼性が低下し、又発電機軸長が長くなるなどの欠
点を有していた。一方、発電機電圧より周波数を
検出してその周波数に応じたアナログ信号を得る
周波数検出回路の場合は、交流電圧をトランジス
タにより方形波に波形整形を行ない、その方形波
の立ち上がり又は立ち下がりの信号にてモノマル
チ回路をトリガさせ、モノマルチ回路の出力パル
スを平滑して増巾するように構成しなければなら
ない。

したがつて、Ｖ／Ｆ制御時は検出周波数が商用
周波数以下と低いため、周波数検出回路のアナロ
グ出力電圧はリツプル含有率の高いものとなり、
制御系全体が不安定となつて安定なＶ／Ｆ制御が
行なわれない。またリツプル含有率を減少させる
ため、積分回路の時定数を大きくすると、応答時
間が遅くなつて制御系全体の応答が遅くなる欠点
があつた。

［考案の目的］ 本考案の目的は、発電機電圧より周波数を検出
する手段として商用周波数以下の低い周波数にお
いても、発電機の周波数に応じてリツプル含有率
が少なく、しかも応答時間の早いアナログ信号を
得る周波数検出回路を備えることにより、周波数
変動に対して発電機電圧の応答が早く、低周波数
まで安定なＶ／Ｆ制御を行なう自動電圧調整装置
を提供するにある。

［考案の概要］ 本考案による自動電圧調整装置は、同期発電機
の交流出力電圧を検出する電圧検出回路と、前記
同期発電機の出力電圧を設定する基準電圧と、前
記同期発電機の交流出力電圧の正・負電位に対す
る正電位・負電位の微分パルスを形成すると共に
その両微分パルス信号を差動増巾して前記同期発
電機の出力周波数が、定格周波数以上では電圧信
号を出力せず、定格周波数以下では、その出力周
波数に逆比例した周波数要素電圧信号を取り出す
周波数検出回路と前記基準電圧信号と前記周波数
要素電圧信号との加算により得られる設定電圧信
号と前記電圧検出回路の出力電圧信号との偏差を
ほぼ零にすべく前記同期発電機の界磁巻線に流れ
る励磁電流を制御する制御信号を発する誤差増幅
回路とから構成されたことを特徴とするものであ
る。

［考案の実施例］ 以下、本考案を図面に示す実施例について説明
する。まず第１図は一般的にＶ／Ｆ制御を行う本
考案の自動電圧調整装置を示しているが、その自
動電圧調整装置は、大別すると電圧検出回路Ａ、
周波数検出回路Ｂ、基準電圧VS、誤差増巾回路
Ｃおよび点弧角制御回路Ｄとからなり、その点弧
角制御回路Ｄの出力信号で同期発電機Ｇの界磁巻
線Ｆの回路のサイリスタＳを点弧制御することに
より、界磁巻線Ｆに流れる励磁電流を制御するよ
う構成されている。例えば、基準電圧Vsをマイ
ナス電位に、電圧検出回路Ａの出力電圧をプラス
電位に選び、周波数検出回路Ｂの出力電圧を第４
図に示す特性のように定格周波数以上では電圧信
号を出力しなく、定格周波数未満では検出した周
波数に逆比例したプラス信号を出力する様に選
ぶ。まず定格周波数では、誤差増巾回路Ｃは、基
準電圧Vsと電圧検出回路Ａの偏差信号が零にな
る様に制御する為、その結果、発電機電圧は基準
電圧Vsに応じた定格電圧に制御される。次に定
格周波数未満になると、周波数検出回路Ｂより周
波数に逆比例したプラス信号が出力されるため、
誤差増巾回路Ｃは、基準電圧Vsと周波数検出回
路Ｂとの加算により得られる設定電圧信号と、電
圧検出回路Ａとの偏差信号が零になる様に制御す
る為、その結果発電機電圧は周波数に逆比例して
低下していく。

従つて、この種の回路構成を用いた自動電圧調
整装置を同期発電機Ｇと組み合わせた特性は、第
２図に示すように同期発電機電圧VGが原動機の
回転数（＝発電機の周波数）に応じて変化する
Ｖ／Ｆ制御特性となる。したがつて、前記のよう
に同期発電機Ｇの出力電圧より検出した周波数を
電圧に変換した信号が制御系に入力されているた
め、Ｖ／Ｆ制御時における周波数検出回路Ｂの出
力電圧は、応答性が早くリツプル含有率の少ない
信号が要求されることは明らかである。第１図に
示す本考案による自動電圧調整装置において、応
答性の早いしかもリツプル含有率の少ない信号を
出力する周波数検出回路Ｂに特徴を有し、電圧検
出回路Ａ、基準電圧VS、誤差増巾回路Ｃおよび
点弧角制御回路Ｄは、従来の公知の回路であるの
で、その説明を省略する。

次に、本考案の主要部を構成する周波数検出回
路Ｂを示す第３図において、１は同期発電機Ｇの
出力周波数成分を含んだ電圧信号であり、例えば
発電機の出力端子にトランスを接続し、そのトラ
ンスの出力より取り出すことができる。２はその
電圧信号１の交流電圧をトランジスタ４のベース
電流に変換するベース抵抗、３はトランジスタ４
のベース、エミツタ間に逆バイアスがかからない
ようにするための逆電圧阻止ダイオード、４は交
流電圧を方形波に波形整形するためのトランジス
タ、５は前記トランジスタ４のコレクタとプラス
電源＋に接続したコレクタ抵抗である。

６はトランジスタ４のコレクタに接続した電圧
クランプ用電圧ダイオード、７は一端をトランジ
スタ４のコレクタに接続してそのトランジスタ４
のコレクタ信号を微分する微分コンデンサ、８は
アノードを微分コンデンサ７の他端に接続し、カ
ソードを負荷抵抗９を通してゼロ電位Ｎに接続し
た正電圧微分パルスだけを導通するダイオード、
１０はカソードを微分コンデンサ７の他端に接続
しアノードを負荷抵抗１１を通してＮ点に接続し
た負電圧微分パルスだけを導通するダイオードで
ある。

１２はダイオード８のカソードに接続して正電
圧微分パルス電圧を後述の演算増巾器１９の反転
入力端子t₀に入力する抵抗、１３はダイオード１
０のアノードに接続して負電圧微分パルス電圧を
演算増巾器１９の非反転入力端子t₁に入力する入
力抵抗、１４は直流バイアス電源−VBと演算増
巾器１９の非反転入力端子t₁との間に接続されて
Ｖ／Ｆ制御を開始する周波数を決めるバイアス抵
抗である。

１８は演算増巾器１９の反転入力端子t₀と出力
端子t₂とに接続した帰還抵抗、１７は帰還抵抗１
８に並列接続された積分コンデンサ、１６は演算
増巾器１９の非反転入力端子t₁とＮ点とに接続し
た帰還抵抗、１５は帰還抵抗１６と並列接続され
た積分コンデンサ、そして１９は前記正・負微分
パルス電圧を差動増巾する演算増巾器、２０はア
ノードを演算増巾器１９の出力端子t₂に、カソー
ドを負荷抵抗２１を通してＮ点に接続したダイオ
ードで、演算増巾器１９の出力電圧が正電圧時に
導通し、負電圧時に非導通となる。

次に本考案の自動電圧調整装置の周波数検出回
路Ｂの作動について説明する。第３図において、
電圧信号１より負電圧が出力された場合は、トラ
ンジスタ４がオフとなり、ダイオード８がオンす
ることから、微分コンデンサ７はコレクタ抵抗５
と負荷抵抗９と微分コンデンサ７とで決まる時定
数で充電され、負荷抵抗９の両端にはその充電電
流によつて正電圧微分パルスが生じる。この正電
圧微分パルスは、入力抵抗１２により演算増巾器
１９の反転入力端子t₀に入力され、入力抵抗１２
と帰還抵抗１８による利得で増巾される。

次に電圧信号１から正電圧が出力された場合
は、トランジスタ４がオンになり、微分コンデン
サ７に充電された電荷がダイオード１０がオンす
ることから微分コンデンサ７と負荷抵抗１１との
時定数により放電され、負荷抵抗１１の両端には
放電電流により負電圧微分パルスが生じる。この
負電圧微分パルスは入力抵抗１３により演算増巾
器１９の非反転入力端子t₁に入力され、入力抵抗
１３と帰還抵抗１６による利得で増巾される。な
お積分コンデンサ１５と積分コンデンサ１７は平
滑用として機能する。

こゝで、予め直流バイアス電源−VBによつて
バイアスされ、バイアス抵抗１４を通して演算増
巾器１９の非反転入力端子t₁へ入力された信号
が、バイアス抵抗１４と帰還抵抗１８により増巾
されるため、演算増巾器１９の出力端子t₂には、
プラス電位が出力される。したがつて、入力周波
数が増加するにしたがつて演算増巾器１９の出
力電圧Voutは減少して行き、正電圧微分パルス
を反転増巾した電位と負電圧微分パルスを非反転
増巾した電位とを加算した負電圧が、バイアス抵
抗１４により出力された正電圧と等しくなると、
演算増巾器１９の出力電圧Voutは、零電圧とな
る。さらに周波数が増加すると演算増巾器１９の
出力電圧Voutは負電圧となつて行く。

こゝで、演算増巾器１９の出力端子t₂に接続さ
れたダイオード２０により演算増巾器１９の出力
が正電位の時は、ダイオード２０がオンとなり、
負荷抵抗２１の両端に出力電圧Voutが出力され、
負電位の時はダイオード２０がオフとなり、出力
電圧Voutは零電位となる。この以上の特性を第
４図に示しているが、この特性は入力周波数に対
する周波数検出回路Ｂの出力特性である。

このように本考案の回路構成では、入力周波数
に対して正電位微分パルスと負電圧微分パルス
を両方ともに検出パルスとし、各々差動増巾して
いるため、２倍の周波数の微分パルスに増巾して
いることになる。したがつて従来の周波数の検
出パルスを増巾して直流アナログ信号を得る方法
よりも、本考案では平滑用の積分コンデンサ１
５，１７の時定数は、小さくてすむため、応答時
間が早く、周波数に比例したリツプル含有率の少
ない直流のアナログ信号を出力する周波数検出回
路Ｂを得ることができる。

したがつて、第１図における基準電圧VSをマ
イナス電圧に、電圧検出回路Ａの出力電圧をプラ
ス電位に選び、本考案で改良した周波数検出回路
Ｂの信号を誤差増巾回路Ｃで誤差増巾することに
より、周波数が下がれば、電圧検出回路Ａの出力
電圧は、基準電圧VSのマイナス出力電圧と周波
数検出回路Ｂのプラス出力電圧とを加算した信号
（信号の絶対値は減少する。）と比較されるため、
Ｖ／Ｆ制御が行なわれることが明らかである。ま
たバイアス抵抗１４の抵抗値によつてＶ／Ｆ制御
が開始される周波数が決められることも明らかで
ある。

次に第５図に示す他の実施例について説明する
が、第３図と同一符号の素子は同一個所を指すも
のであるからその説明を省略する。第５図におい
て、ダイオード２０の整流特性がダイオード固有
の順方向電圧降下を持ち、その降下電圧が温度に
より変化して自動電圧調整装置のＶ／Ｆ制御時の
ドリフトとして生じること、またＶ／Ｆ特性の立
ち下がり付近の電圧がリニアに変化しないことの
欠点を補うものである。

この第５図において、ダイオード２０は演算増
巾器１９の帰還回路に入つているため、ドリフト
は償うことは可能である。また演算増巾器１９の
反転入力端子t₀より抵抗２２を介してダイオード
２３のカソードが演算増巾器１９の出力端子t₂に
接続されている回路は、ダイオード２０を帰還回
路中の帰還抵抗１８と直列に接続しているため、
帰還回路の利得が対称になるように設けてある。
このような回路構成にすると、出力電圧Voutが
より直線的になつて理想的なＶ／Ｆ一定特性が得
られる。

［考案の効果］ 以上のように本考案によれば、極めて簡単な回
路構成で、周波数に比例したリツプル含有率の少
ない直流のアナログ信号で制御できるため、周波
数変動に対して発電機電圧の応答が早くしかも低
周波数まで安定なＶ／Ｆ制御を行なうことができ
る利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のＶ／Ｆ制御を行なう自動電圧
調整装置の一実施例を示すブロツク図、第２図は
Ｖ／Ｆ制御を行なつた発電機電圧の特性図、第３
図は本考案に使用する周波数検出回路の一実施例
を示す回路図、第４図は第３図の回路構成におけ
る出力電圧特性図、第５図は本考案に使用する周
波数検出回路の他の実施例を示す回路図である。 Ａ……電圧検出回路、Ｂ……周波数検出回路、
Ｃ……誤差増巾回路、Ｄ……点弧角制御回路、
VS……基準電圧、１……電圧信号、２……ベー
ス抵抗、３……逆電圧阻止ダイオード、４……ト
ランジスタ、５……コレクタ抵抗、６……クラン
プ定電圧ダイオード、７……微分コンデンサ、８
……正電圧微分パルス用ダイオード、１０……負
電圧微分パルス用ダイオード、９，１１，２１…
…負荷抵抗、１２，１３……入力抵抗、１５，１
７……積分コンデンサ、１６，１８……帰還抵
抗、１９……演算増巾器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 同期発電機Ｇの交流出力電圧を検出する電圧
   検出回路Ａと、前記同期発電機Ｇの出力電圧を
   設定する基準電圧Vsと、前記同期発電機Ｇの
   交流出力電圧の正・負電位に対する正電位・負
   電位の微分パルスを形成すると共にその両微分
   パルス信号を差動増巾して前記同期発電機Ｇの
   出力周波数が、定格周波数以上では電圧信号を
   出力せず、定格周波数以下ではその出力周波数
   に逆比例した周波数要素電圧信号を取り出す周
   波数検出回路Ｂと、前記基準電圧信号Vsと前
   記周波数要素電圧信号との加算により得られる
   設定電圧信号と前記電圧検出回路Ａの出力電圧
   信号との偏差をほぼ零にすべく前記同期発電機
   Ｇの界磁巻線Ｆに流れる励磁電流を制御する制
   御信号を発する誤差増幅回路Ｃとから構成され
   たことを特徴とする自動電圧調整装置。 (2) 周波数検出回路Ｂは、同期発電機Ｇの出力に
   ベース抵抗２を介してベースが接続されるとと
   もにそのコレクタに負荷抵抗が接続されてなる
   トランジスタ４と、このトランジスタ４のコレ
   クタ出力の方形波信号を微分する微分コンデン
   サ７と、この微分コンデンサ７により正負電圧
   に出力された微分パルスを正電圧微分パルスと
   負電圧微分パルスに分けるべく並列に接続され
   た２個のダイオード８，１０と、正電圧微分パ
   ルスを反転入力端子ｔ０に入力し負電圧微分パ
   ルスを非反転入力端子ｔ１に入力し前記両パル
   スを差動増巾する演算増巾器１９とにより構成
   したことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の自動電圧調整装置。