JPH06225598A

JPH06225598A - 発電システム

Info

Publication number: JPH06225598A
Application number: JP5078732A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujimoto; 洋藤本; Eiji Nakanishi; 英治中西; Yuji Nakamura; 裕司中村; Koji Okuda; 浩二奥田; Kosuke Nakatani; 浩介中谷
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1993-03-11
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジンを定格速度で運転している状態、お
よび、回転数を制御して運転している状態のいずれで
も、発電能力分を十分に使用して省エネルギー効果を向
上する。【構成】一台のガスエンジン１に、直流励磁を行う同
期発電機３と、サイクロコンバータ４を備えた巻線形誘
導発電機とを連動連結し、ガスエンジン１を定格速度で
運転する定格速度運転状態では、同期発電機３から定電
圧定周波数電力を出力するとともに、サイクロコンバー
タ４を制御して巻線形誘導発電機５から可変電圧可変周
波数電力を出力し、そして、ガスエンジン１の回転数を
制御して運転する非定格速度運転状態では、サイクロコ
ンバータ４を制御して同期発電機３から可変電圧可変周
波数電力を出力するとともに、巻線形誘導発電機５から
定電圧定周波数電力を出力するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コジェネレーションシ
ステムなどに用いるために、一台の原動機に、同期発電
機と、所望の周波数および電圧の出力電力を取り出せる
ように励磁電流を制御する励磁電流制御手段を有する巻
線形誘導発電機とを連動連結し、両発電機から同時に電
力を供給できるように構成した発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】冷暖房等の空調設備では、その空調熱搬
送動力に消費される電力の割合が大きく、また、空調負
荷自体が、夏場や冬場は増大するがそれ以外では減少す
るといったように季節によって変動するのみならず、一
日の間でも昼間と夜間といったように大きく変動し、し
かも、ピークに達するような時間帯は一年のうちでもわ
ずかである。

【０００３】そのため、ピークに達していない部分負荷
時に、ポンプや空調ファンなどの回転型熱搬送機器を回
転数制御して駆動することにより、大幅な省エネルギー
を図ることができる。

【０００４】従来、上述した回転数制御を、インバータ
で行う代わりに同期発電機を連結したエンジンなどの原
動機の回転数を制御して行い、低コストでインバータに
よる損失および高潮波の虞無く行うようにしたシステム
が開発されている。

【０００５】また、揚水式発電所において用いられてい
る、励磁電流を制御するサイクロコンバータを備えた巻
線形誘導発電機は、サイクロコンバータを利用して巻線
形誘導発電機の回転子上に任意の速度および強さの回転
磁場を形成し、所望の周波数および電圧の出力電力を取
り出せるように励磁電流を制御し、回転速度が変わって
も、常に、所定の商用周波数60Hz（または50Hz）の発電
を行い、ポンプ運転時と水車運転時とで最適速度が異な
っても、また、各々の運転時に負荷調整のため回転速度
を変更しても商用周波数60Hzで運転できるようにしたも
のが知られている。今、系統の周波数によって決まる回
転速度（同期速度）ｎ₁、回転子の機械的な回転速度を
ｎ₂とすれば、サイクロコンバータによって形成される
磁界のロータに対する相対速度（すべり速度）はｎ₁−
ｎ₂となる。

【０００６】巻線形誘導発電機においても、ロータ側磁
束とステータ側磁束は同期させる必要があり、それを制
御することによって、ロータ自身の回転速度に関係無く
任意の周波数の発電を行うことができるからである。な
お、発電電力量および電圧は、磁界の強さ、ならびに、
回転子側と固定子側の磁気的な位置関係（すなわち位
相）によって決定されるものであり、発電の場合、回転
子側の位相は固定子側に対し進み位相に制御しなければ
ならないのはもちろんのことである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ガスエンジンのような
オットーサイクルエンジンは、出力制御を、スロットル
絞りによっているため、定速度で定電圧定周波数運転を
行う場合、部分負荷（低トルク）時の効率が悪化する。
部分負荷効率を定格効率に等しく維持するためには、部
分負荷時に回転数制御を行って定格時と等しいトルクが
エンジンにかかるようにする必要がある。

【０００８】しかしながら、前述した、同期発電機を連
結したエンジンなどの原動機の回転数を制御して発電す
るシステムの場合に、部分負荷状態の場合に単純に回転
数制御を行ったのでは、定トルク運転ができない。何故
ならば、ポンプ等の遠心型回転機器の駆動エネルギー
（発電機側から見れば負荷）は、周波数の略３乗に比例
して変化する（図３のＷ２）のに対し、能力曲線（すな
わち定トルク線）は周波数に略比例して変化する（図３
のＷ１）からである。すなわち、トルクは定格のＷ１／
Ｗ２倍となる。

【０００９】また、同期発電機を可変電圧可変周波数で
運転した場合、前述した所定の商用周波数60Hz（または
50Hz）の電力を取り出すことができない欠点があり、従
って、商用電源とも連系できないために、常に切り離し
て運転しなければならず、エンジンなどの原動機による
発電能力の負荷量に対する余剰分を、例えば、照明など
のような商用周波数60Hzで使用する機器に発電電力を供
給できず、省エネルギーを図る上で未だ改善の余地があ
った。また、二台の原動機を用意し、一方を定電圧定周
波数で運転し、他方を可変電圧可変周波数で運転する場
合について考えてみても、原動機のコストアップ以上に
運用の融通性が低下する。すなわち、 100kwの定電圧定
周波数発電機と 100kwの可変電圧可変周波数発電機で、
150kwの定電圧定周波数負荷と、50kwの可変電圧可変周
波数負荷を賄うことはできないのであり、また、定電圧
定周波数負荷が50kw、可変電圧可変周波数負荷が50kwの
とき、両者を一台にかけて負荷率を上げ発電効率を向上
することができないのである。

【００１０】一方、エンジンなどの原動機を定格速度運
転し、商用周波数60Hzの電力を取り出そうとすると、逆
に、可変電圧可変周波数制御での電力を取り出すことが
できず、前述の場合と同様に、省エネルギーを図る上で
未だ改善の余地がある。上述の問題は、サイクロコンバ
ータを備えた巻線形誘導発電機を用いる発電システムの
場合でも同様である。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明の発電システム
は、原動機を定格速度で運転している状態において、発
電能力分を十分に使用できるようにして省エネルギー効
果を向上できるようにすることを目的とし、また、請求
項２に係る発明の発電システムは、回転数を制御しなが
ら原動機を運転している状態において、負荷に応じた電
力を出力させるようにして省エネルギー効果を向上でき
るようにすることを目的とし、また、請求項３に係る発
明の発電システムは、電力需要や排熱需要などに応じ、
原動機を定格速度で運転する定格速度運転状態と、回転
数を制御して運転する非定格速度運転状態とに適宜切換
え、電力需要や排熱需要の変動にかかわらず、発電能力
分を十分に使用できるようにして省エネルギー効果を一
層向上できるようにすることを目的とし、また、請求項
４に係る発明の発電システムは、定格速度運転状態と非
定格速度運転状態との切り換えを、負荷側の機器の動作
を損なわずに円滑に行うことができるようにすることを
目的とし、また、請求項５に係る発明の発電システム
は、原動機からの排熱を利用して冷温水を得る場合にあ
って、春や秋などの中間期で冷熱および温熱需要の極め
て少ないときに、省エネルギー効果をより一層向上でき
るようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の発
電システムは、上述のような目的を達成するために、一
台の原動機に、同期発電機と、所望の周波数および電圧
の出力電力を取り出せるように励磁電流を制御する励磁
電流制御手段を有する巻線形誘導発電機とを連動連結
し、両発電機から同時に電力を供給できるように構成し
た発電システムであって、原動機を定格速度で運転する
定格速度運転状態においては、同期発電機側から定電圧
定周波数電力を、巻線形誘導発電機から可変電圧可変周
波数電力を取り出すように構成する。

【００１３】また、請求項２に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成するために、一台の原動機
に、同期発電機と、所望の周波数および電圧の出力電力
を取り出せるように励磁電流を制御する励磁電流制御手
段を有する巻線形誘導発電機とを連動連結し、両発電機
から同時に電力を供給できるように構成した発電システ
ムであって、原動機の回転数を制御した非定格速度運転
状態においては、同期発電機側からその非定格速度運転
状態に応じた周波数の電力を、また巻線形誘導発電機か
ら定電圧定周波数電力を取り出すように構成する。

【００１４】また、請求項３に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成するために、図５のクレー
ム対応図に示すように、一台の原動機１に、同期発電機
３と、所望の周波数および電圧の出力電力を取り出せる
ように励磁電流を制御する励磁電流制御手段４を有する
巻線形誘導発電機５とを連動連結し、両発電機３，５か
ら同時に電力を供給できるように構成した発電システム
であって、同期発電機３からの電力を取り出す第１の電
力取出線６、および、巻線形誘導発電機５からの電力を
取り出す第２の電力取出線７それぞれと、可変電圧可変
周波数電力出力用の第１の出力線８、および、定電圧定
周波数電力出力用の第２の出力線１０それぞれを切換え
手段２０を介して接続し、切換え手段２０で、原動機１
を定格速度で運転する定格速度運転状態では、第１の電
力取出線６を第２の出力線１０に接続するとともに、第
２の電力取出線７を第１の出力線８に接続し、かつ、原
動機１の回転数を制御して運転する非定格速度運転状態
では、第１の電力取出線６を第１の出力線８に接続する
とともに、第２の電力取出線７を第２の出力線１０に接
続するように構成する。

【００１５】また、請求項４に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成するために、上記請求項３
に記載の切換え手段による切換えを無停電状態で行うよ
うに構成する。この切換え時には、同期発電機側の電力
と巻線形誘導発電機側の電力との間で同期をとることは
勿論である。

【００１６】また、請求項５に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成するために、同期発電機
と、所望の周波数および電圧の出力電力を取り出せるよ
うに励磁電流を制御する励磁電流制御手段を有する巻線
形誘導発電機とを連動連結した発電システムにおいて、
同期発電機または巻線形誘導発電機のいずれか一方を、
伝動クラッチを介して一台の原動機に連動連結し、か
つ、伝動クラッチにより動力伝達を遮断した状態におい
て、巻線形誘導発電機に商用電源を投入可能に構成す
る。

【００１７】上述した、巻線形誘導発電機において、所
望の周波数および電圧の出力電力を取り出せるように励
磁電流を制御する励磁電流制御手段に含まれる周波数変
換手段としては、サイリスタや、パワートランジスタに
よるＰＷＭ制御（パルス幅制御）や、サイクロコンバー
タなどを使用することができる。また、定電圧定周波数
電力側の発電機は、商用電源と連系しても良いし、可変
電圧可変周波数電力側の発電機の負荷として、冷温水ポ
ンプやファンといった空調熱搬送動力を用いても良い。
商用電源との連系のためには、同期検定装置を必要とす
るのはもちろんである。また、原動機としては、エンジ
ンが用いられる（請求項６）。

【００１８】本明細書でいうところの、「定周波数」と
は、発電システムの原動機を定格運転したときに同期発
電機で発電される電力の周波数であり、通常、関西地方
では60Hz、関東地方では50Hzで設計される。また、「定
電圧」とは、発電システムの設計運転電圧であり、通常
200〜 22000ボルトの範囲内の特定値で設計されること
が多い。「可変電圧可変周波数電力」とは、設計された
定電圧定周波数以外の電力で、負荷の要求に応じた電力
である。負荷が一定の場合は可変電圧可変周波数電力の
電力および周波数それぞれは通常一定になる。

【００１９】

【作用】請求項１に係る発明の発電システムの構成によ
れば、夏場や冬場などで、電力需要が大きい場合とか、
エンジンなどの原動機からの排熱の需要が大きい場合な
どにあっては、原動機を定格速度で運転する定格速度運
転状態にし、同期発電機側から定電圧定周波数電力を取
り出すとともに、巻線形誘導発電機から可変電圧可変周
波数電力を取り出し、原動機を能力一杯に作動して最大
能力の発電を行い、かつ、原動機からの排熱を充分利用
しながら、同期発電機と商用電源とを連系することがで
きる。このような場合でも空調負荷のみは部分負荷とな
る時間帯は存在し、その時間帯において可変周波数電力
負荷を低周波で運転すれば、定電圧定周波数専用機に比
較して、他の60Hz（または50Hz）に振り向ける電力を相
対的に多くすることができる。

【００２０】また、請求項２に係る発明の発電システム
の構成によれば、中間期のように、電力需要や排熱需要
が小さい場合には、原動機の回転数を制御して運転する
非定格速度運転状態にし、同期発電機から可変電圧可変
周波数電力を取り出すとともに、励磁電流制御手段によ
り制御して巻線形誘導発電機から定電圧定周波数電力を
取り出し、負荷に応じた電力を出力しながら、巻線形誘
導発電機と商用電源とを連系することができる。

【００２１】また、請求項３に係る発明の発電システム
の構成によれば、夏場や冬場などで、電力需要が大きい
場合とか、エンジンなどの原動機からの排熱の需要が大
きい場合などにあっては、原動機を定格速度で運転する
定格速度運転状態にし、一方、中間期のように、電力需
要や排熱需要が小さい場合には、原動機の回転数を制御
して運転する非定格速度運転状態にし、電力需要や排熱
需要などの需要状況の変化に応じた運転形態を採ること
ができる。

【００２２】また、巻線形誘導発電機の励磁電流制御手
段に対する励磁電源を第１の電力取出線からとれば、商
用電源停電時に同期発電機励磁用バッテリーがあれば、
同期発電機側を立ち上げた後、励磁電流制御手段を作動
して巻線形誘導発電機を立ち上げることが可能である。
すなわち、ブラックスタートが可能である。

【００２３】また、請求項４に係る発明の発電システム
の構成によれば、定格速度運転状態と非定格速度運転状
態との切り換えに伴う電力出力系統の切り換えを無停電
状態で瞬時に行うことができる。

【００２４】また、請求項５に係る発明の発電システム
の構成によれば、伝動クラッチにより動力伝達を遮断
し、原動機を用いずに巻線形誘導発電機を商用電源で駆
動し、巻線形誘導発電機を電動機として同期発電機で発
電し、励磁電流制御手段により励磁電流を制御して同期
発電機から可変電圧可変周波数の電力を取り出し、その
電力により空調熱搬送動力を得ることができる。これ
は、排熱需要が極端に小さく、原動機を停止して商用電
源を使った方が経済的であるケースであり、このときの
冷熱および温熱需要に対しては、例えば、ガス焚のボイ
ラや冷凍機で必要量の熱を得れば良い。伝動クラッチの
入り状態では、夏場や冬場などで、電力需要が大きい場
合とか、エンジンなどの原動機からの排熱の需要が大き
い場合などにあっては、原動機を定格速度で運転する定
格速度運転状態にし、一方、中間期のように、電力需要
や排熱需要が小さい場合には、原動機の回転数を制御し
て運転する非定格速度運転状態にし、電力需要や排熱需
要などの需要状況の変化に応じた運転形態を採ることが
できる。

【００２５】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００２６】図１は、本発明に係る発電システムの第１
実施例を示す回路図であり、１は、原動機の一例として
の発電用のガスエンジンを示し、この一台のガスエンジ
ン１に、自動電圧調整器２による直流励磁を行う同期発
電機３と、励磁電源制御手段としてのサイクロコンバー
タを使用した励磁装置４を備えた巻線形誘導発電機５と
が連動連結されている。

【００２７】同期発電機３からの電力を取り出す第１の
電力取出線６，６の一方と、巻線形誘導発電機５からの
電力を取り出す第２の電力取出線７，７の一方とが、可
変電圧可変周波数電力を出力する第１の出力線８に第１
の切換スイッチ９を介して背反的に接続可能に接続さ
れ、かつ、第１の電力取出線６，６の他方と、第２の電
力取出線７，７の他方とが、定電圧定周波数電力を出力
する第２の出力線１０に第２の切換スイッチ１１を介し
て背反的に接続可能に接続されている。前記第１および
第２の切換スイッチ９，１１をして切り換え手段と称す
る。

【００２８】第２の出力線１０には、商用電源の電源線
１２がコネクタ１３を介して連系接続され、かつ、自動
電圧調整器２が第２の出力線１０に整流ダイオード２ａ
およびバッテリー２ｂを介して接続されるとともにサイ
クロコンバータを使用した励磁装置４が第２の出力線１
０に接続されている。自動電圧調整器２に直流電源を供
給する構成としては、永久磁石発電機を使って交流発電
し、それを直流に整流して使用するように構成するもの
でも良い。

【００２９】電力需要や排熱需要といった要求される電
力需要量を入力する制御手段としてのマイクロコンピュ
ータ１４が設けられ、このマイクロコンピュータ１４
に、自動電圧調整器２、サイクロコンバータを使用した
励磁装置４、第１および第２の切換スイッチ９，１１、
ならびに、ガスエンジン１のスロットル１５が接続さ
れ、要求される電力需要量および排熱需要量に応じて、
ガスエンジン１を定格速度で運転する定格速度運転状態
と、ガスエンジン１の回転数を制御して運転する非定格
速度運転状態とに切り換えるとともに、それぞれの状態
に応じて第１および第２の切換スイッチ９，１１を切り
換えるように構成されている。

【００３０】すなわち、夏場や冬場などのように電力需
要や排熱需要の大きいときには、図１に示すように、第
１の電力取出線６を第２の出力線１０に接続するととも
に、第２の電力取出線７を第１の出力線８に接続して定
格速度運転状態にし、同期発電機３から定電圧定周波数
電力を取り出して、照明等の定電圧定周波数電力が必要
な機器を運転し、かつ、サイクロコンバータを使用した
励磁装置４を制御して巻線形誘導発電機５から可変電圧
可変周波数電力を取り出し、ポンプ等の周波数制御によ
る回転数制御をした方が好ましい機器を出力電力の周波
数を制御しながら運転できるようになっている。

【００３１】このとき、空調負荷が部分負荷である場合
には、サイクロコンバータを使用した励磁装置４を制御
して、空調熱搬送動力（ポンプ等遠心型回転機器）を低
周波（すなわち低速度）運転して、余剰分を定電圧定周
波数電力の取り出しにまわすことができる。すなわち、
商用電源と連系している場合にあっては、第１の電力取
出線６における発電電力ｋｗと第２の電力取出線７にお
ける発電電力ｋｗを合計したものがガスエンジン能力を
越えない範囲で、スロットル１５を開けていけば良いの
である。この制御は、定電圧定周波数専用の発電機と同
様であり、詳細は省略するが、ガスエンジン１の利用効
率を十分向上できる利点を有している。

【００３２】一方、中間期などのように電力需要や排熱
需要の小さいときには、図２の回路図に示すように、第
１の電力取出線６を第１の出力線８に接続するととも
に、第２の電力取出線７を第２の出力線１０に接続して
非定格速度運転状態にし、同期発電機３から可変電圧可
変周波数電力を取り出し、ポンプ等の周波数制御による
回転数制御をした方が好ましい機器を出力電力の周波数
が低下している同期発電機３の出力電力で運転し、か
つ、サイクロコンバータを使用した励磁装置４を制御し
て巻線形誘導発電機５から定電圧定周波数電力を取り出
し、照明等の定電圧定周波数電力が必要な機器を運転す
ることができるようになっている。

【００３３】このとき、要求される電力需要や排熱需要
に応じてガスエンジン１の回転数を減少し、そのガスエ
ンジン１の回転数に応じた周波数の電力を同期発電機３
から出力して部分負荷で運転するために無駄にガス燃料
を消費せず、高い効率を維持できるようになっている。

【００３４】また、ガスエンジン１の回転数を制御する
部分負荷での運転状態では、その発電能力（または負
荷）Ｗ１は、図３のグラフに示すように、周波数に比例
して増大する。これに対して、可変電圧可変周波数電力
Ｗ２は、周波数制御される回転型機器の入力が周波数の
３乗に略比例するために、発電能力（または負荷）Ｗ１
よりも低くて済むことになる。このため、同一周波数で
の能力の差が余剰分ΔＷとなり、サイクロコンバータを
使用した励磁装置４を制御することにより、巻線形誘導
発電機５から余剰分ΔＷに相当するだけの定電圧定周波
数電力を取り出すことができることになる。

【００３５】また、定格速度運転状態では同期発電機３
から、そして、非定格速度運転状態では巻線形誘導発電
機５からそれぞれ第２の出力線１０を通じて定電圧定周
波数電力を取り出すとともに商用電源に連系しており、
照明など、定電圧定周波数電力を必要とする機器から要
求される負荷が増加しても商用電源で賄うことができ
る。

【００３６】また、定格速度運転状態および非定格速度
運転状態それぞれにおいて、その運転初期では、同期発
電機３または巻線形誘導発電機５のいずれからも定電圧
定周波数電力が出力されていないため、同期発電機３は
バッテリー等を利用して初期励磁を行う必要があるが、
巻線形誘導発電機５は、同期発電機３側の発電電力、ま
たは、商用電力を利用して励磁を行えば良い。

【００３７】上記実施例において、巻線形誘導発電機５
の制御は、実際には、磁束方向成分とトルク成分を分離
して行う、いわゆるベクトル制御の考え方およびシステ
ム構成が必要であるが、確立された技術であるので本シ
ステム構成では省略している。また、商用電源に連系し
た場合においては、発電制御は、電圧周波数制御から無
効電力・有効電力制御に切り替わるが、常識的な事柄で
あり省略している。このような技術については、特願昭
５１−７１１８１号、特願昭６２−１９５６７４号、特
願平２−４２６７５号等に詳しく紹介されている。

【００３８】上記実施例では、同期発電機３および巻線
形誘導発電機５それぞれからの電力の出力系統を切り換
えるのに、接点切り換え方式の第１および第２の切換ス
イッチ９，１１を使用しているが、図４の切り換え手段
の変形例を示す要部の回路図に示すように、それらに代
えてサイリスタ１６などのゼロクロス型半導体スイッチ
を用い、切り換え動作をゼロクロス点において無停電状
態で行うように構成しても良い。

【００３９】図６は、本発明に係る発電システムの第２
実施例を示すブロック図であり、一台の原動機（ガスエ
ンジン）２１に、伝動クラッチ２２を介して同期発電機
２３が連動連結されるとともに、その同期発電機２３と
巻線形誘導発電機２４とが伝動軸２５を介して連動連結
されている。

【００４０】巻線形誘導発電機２４には、所望の周波数
および電圧の出力電力を取り出せるように励磁電流を制
御する励磁装置２６が備えられている。同期発電機２３
からの電力を取り出す第１の出力線２７に第１の電力取
出線２８が第１の切換スイッチ２９を介して接続されて
いる。一方、巻線形誘導発電機２４からの電力を取り出
す第２の出力線３０に、第２の電力取出線３１と、コネ
クタ３２を介装した商用電源３３とが第２の切換スイッ
チ３４を介して背反的に接続可能に接続されている。

【００４１】第１の電力取出線２８からの出力電力の周
波数を検出する周波数検出器３５が設けられ、その周波
数検出器３５にマイクロコンピュータ３６が接続され、
原動機２１を停止し、伝動クラッチ２２により動力伝達
を遮断するとともに、第２の切換スイッチ３４により第
２の出力線３０に商用電源３３を接続した状態におい
て、商用電源を投入して巻線形誘導発電機２４を駆動
し、巻線形誘導発電機２４を電動機として同期発電機２
３で発電し、周波数検出器３５で検出される周波数がマ
イクロコンピュータ３６で設定される周波数になるよう
に、励磁装置２６により励磁電流を制御して同期発電機
２３から可変電圧可変周波数の電力を取り出し、その電
力により空調熱搬送動力を得ることができるようになっ
ている。このときに冷熱および温熱需要があれば、例え
ば、ガス焚のボイラや冷凍機で必要量の熱を得れば良
い。

【００４２】この第２実施例において、原動機２１を定
格速度で運転する定格速度運転状態においては、伝動ク
ラッチ２２を入り状態にし、第１の切換スイッチ２９に
より第１の出力線２７と第１の電力取出線２８とを接続
するとともに、第２の切換スイッチ３４により第２の出
力線３０と第２の電力取出線３１とを接続し、同期発電
機２３側から定電圧定周波数の電力を、そして、励磁装
置２６により励磁電流を制御して巻線形誘導発電機２４
から可変電圧可変周波数の電力をそれぞれ取り出せるよ
うになっている。

【００４３】また、原動機２１の回転数を制御した非定
格速度運転状態においては、伝動クラッチ２２を入り状
態にし、第１の切換スイッチ２９により第１の出力線２
７と第１の電力取出線２８とを接続するとともに、第２
の切換スイッチ３４により第２の出力線３０と第２の電
力取出線３１とを接続し、同期発電機２３側から可変電
圧可変周波数の電力を、そして、励磁装置２６により励
磁電流を制御して巻線形誘導発電機２４から定電圧定周
波数の電力をそれぞれ取り出せるようになっている。こ
のとき、第２の出力線３０と商用電源３３とを接続して
系統連系運転を行っても良い。

【００４４】上記第２実施例としては、同期発電機２３
と原動機２とを伝動クラッチ２２を介して連動連結する
とともに、同期発電機２３と巻線形誘導発電機２４とを
伝動軸２５を介して連動連結するように構成しても良
い。

【００４５】原動機としては、上述実施例のようなガス
エンジン１に限らず、蒸気タービンやガスタービンなど
も使用できる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明の発電システムによれば、同期発電機と巻
線形誘導発電機とを一台の原動機に連結し、同期発電機
から定電圧定周波数電力を出力しながら、巻線形誘導発
電機に対して励磁電流制御手段により励磁電流を制御す
ることによって可変電圧可変周波数電力を出力するか
ら、定電圧定周波数電力および可変電圧可変周波数電力
のいずれをも供給できながら、夏場や冬場などで、電力
需要や排熱需要が大きい場合に、原動機を能力一杯に作
動して最大能力の発電を行うことができる。しかも、可
変電圧可変周波数電力を必要とする負荷として、例え
ば、空調熱搬送用遠心回転機を選んだ場合に、その空調
負荷が小さいときには、その空調負荷に応じて回転数を
落とすことにより、その駆動動力を回転数のほぼ３乗に
比例して低下させることができるから、一定の回転数で
使用した場合に比べて大幅な省エネルギー効果を達成で
きる。また、上述の省エネルギー効果を達成する結果に
おいて節約できた動力を定電圧定周波数発電に利用する
ことによって、その出力電力を実質的に増加できる利点
がある。さらに、常に定電圧定周波数電力を出力するか
ら、商用電源と連系できる。

【００４７】また、請求項２に係る発明の発電システム
によれば、同期発電機と巻線形誘導発電機とを一台の原
動機に連結し、同期発電機から可変電圧可変周波数電力
を出力しながら、巻線形誘導発電機に対して励磁電流制
御手段により励磁電流を制御することによって定電圧定
周波数電力を出力するから、可変電圧可変周波数電力お
よび定電圧定周波数電力のいずれをも供給できながら、
中間期のように、電力需要や排熱需要が小さい場合に
は、負荷に応じた電力を出力でき、しかも、原動機とし
てエンジンを使用し、それをコジェネレーションシステ
ムに適用する場合、電力需要や排熱需要が小さいとき
は、エンジンの回転数を下げて出力を絞り、かつ、エン
ジンにかかるトルクを定格トルクに等しく維持すること
によってエンジンの部分負荷効率の低下を抑え、定格並
に高く維持することができる。さらに、常に定電圧定周
波数電力を出力するから、商用電源と連系できる。

【００４８】また、請求項３に係る発明の発電システム
によれば、同期発電機と巻線形誘導発電機とを一台の原
動機に連結し、巻線形誘導発電機に対して励磁電流制御
手段により励磁電流を制御することによって可変電圧可
変周波数電力と定電圧定周波数電力とに調整し、それら
の状態を切換え手段で適宜切換えて得るから、夏場や冬
場などで、電力需要や排熱需要が大きい場合には、原動
機を能力一杯に作動して最大能力の発電を行うことがで
き、一方、中間期のように、電力需要や排熱需要が小さ
い場合には、負荷に応じた電力を出力でき、しかも、そ
れぞれの状態で、インバータなしで、負荷側の回転数可
変による省エネルギー効果とともに、原動機を定トルク
運転することによる原動機の部分負荷効率の向上が実現
できる。さらに、常に定電圧定周波数電力を出力するか
ら、商用電源と連系でき、原動機を定格速度運転してい
る状態、および、回転数を制御して非定格速度運転して
いる状態のいずれにおいても、発電能力分を十分に使用
できるようにして省エネルギー効果を大幅に向上できる
ようになった。

【００４９】また、請求項４に係る発明の発電システム
によれば、定格速度運転状態と非定格速度運転状態との
切り換えに伴う電力出力系統の切り換えを無停電状態で
行うから、例えば、接点切り換え方式の切換スイッチを
使用した場合であると、一方から他方に切り換える間
に、電力の出力が中断され、作動状態の負荷側の機器に
あって電力の再投入に起因する大きな起動電流が流れ、
機器の動作が不安定になるが、本案によれば、負荷側の
機器の動作を損なわずに切り換えを円滑に行うことがで
きる。

【００５０】また、請求項５に係る発明の発電システム
の構成によれば、原動機からの排熱を利用して冷温水を
得る場合にあって、春や秋などの中間期で冷熱および温
熱需要の極めて少ないときに、原動機を用いずに巻線形
誘導発電機を商用電源で駆動し、同期発電機から取り出
した可変電圧可変周波数の電力により空調熱搬送動力を
得るから、熱搬送動力の低減を図りながら、かつ、極め
て少ない冷熱および温熱需要のために原動機を駆動する
という無駄を無くし、例えば、ガス焚のボイラや冷凍機
で必要量の熱を得ることができ、省エネルギー効果をよ
り一層向上できる。殊に、排熱冷凍機では、その成績係
数が低く、冷凍機で冷熱を得ることにより大幅な省エネ
ルギーを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発電システムの第１実施例を示す
回路図である。

【図２】本発明に係る発電システムの第１実施例を示す
回路図である。

【図３】グラフである。

【図４】切り換え手段の変形例を示す要部の回路図であ
る。

【図５】クレーム対応図である。

【図６】本発明に係る発電システムの第２実施例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１…原動機としてのガスエンジン３…同期発電機４…サイクロコンバータを使用した励磁電流制御手段５…巻線形誘導発電機６…第１の電力取出線７…第２の電力取出線８…第１の出力線１０…第２の出力線１４…制御手段としてのマイクロコンピュータ２０…切換え手段２１…原動機２２…伝動クラッチ２３…同期発電機２４…巻線形誘導発電機２６…励磁電流制御手段としての励磁装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥田浩二大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者中谷浩介大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一台の原動機に、同期発電機と、所望の
周波数および電圧の出力電力を取り出せるように励磁電
流を制御する励磁電流制御手段を有する巻線形誘導発電
機とを連動連結し、両発電機から同時に電力を供給でき
るように構成した発電システムであって、前記原動機を定格速度で運転する定格速度運転状態にお
いては、前記同期発電機側から定電圧定周波数電力を、
前記巻線形誘導発電機から可変電圧可変周波数電力を取
り出すことを特徴とする発電システム。
【請求項２】一台の原動機に、同期発電機と、所望の
周波数および電圧の出力電力を取り出せるように励磁電
流を制御する励磁電流制御手段を有する巻線形誘導発電
機とを連動連結し、両発電機から同時に電力を供給でき
るように構成した発電システムであって、前記原動機の回転数を制御した非定格速度運転状態にお
いては、前記同期発電機側からその非定格速度運転状態
に応じた周波数の電力を、また前記巻線形誘導発電機か
ら定電圧定周波数電力を取り出すことを特徴とする発電
システム。
【請求項３】一台の原動機に、同期発電機と、所望の
周波数および電圧の出力電力を取り出せるように励磁電
流を制御する励磁電流制御手段を有する巻線形誘導発電
機とを連動連結し、両発電機から同時に電力を供給でき
るように構成した発電システムであって、前記同期発電機からの電力を取り出す第１の電力取出
線、および、前記巻線形誘導発電機からの電力を取り出
す第２の電力取出線それぞれと、可変電圧可変周波数電
力出力用の第１の出力線、および、定電圧定周波数電力
出力用の第２の出力線それぞれを切換え手段を介して接
続し、前記切換え手段で、前記原動機を定格速度で運転
する定格速度運転状態では、前記第１の電力取出線を前
記第２の出力線に接続するとともに、前記第２の電力取
出線を前記第１の出力線に接続し、かつ、前記原動機の
回転数を制御して運転する非定格速度運転状態では、前
記第１の電力取出線を前記第１の出力線に接続するとと
もに、前記第２の電力取出線を前記第２の出力線に接続
することを特徴とする発電システム。
【請求項４】請求項３に記載の切換え手段による切換
えを無停電状態で行う発電システム。
【請求項５】同期発電機と、所望の周波数および電圧
の出力電力を取り出せるように励磁電流を制御する励磁
電流制御手段を有する巻線形誘導発電機とを連動連結し
た発電システムにおいて、前記同期発電機または巻線形誘導発電機のいずれか一方
を、伝動クラッチを介して一台の原動機に連動連結し、
かつ、前記伝動クラッチにより動力伝達を遮断した状態
において、前記巻線形誘導発電機に商用電源を投入可能
に構成したことを特徴とする発電システム。
【請求項６】原動機がエンジンである請求項１、２、
３、４または５のいずれかに記載の発電システム。