JPH0683599B2 - ガスタ−ビン発電装置 - Google Patents

ガスタ−ビン発電装置

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JPH0683599B2
JPH0683599B2 JP61003251A JP325186A JPH0683599B2 JP H0683599 B2 JPH0683599 B2 JP H0683599B2 JP 61003251 A JP61003251 A JP 61003251A JP 325186 A JP325186 A JP 325186A JP H0683599 B2 JPH0683599 B2 JP H0683599B2
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則夫 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ガスタービン発電装置、特に高周波発電機に
設けられた界磁コイルへの電流供給についての改良に関
するものである。
[従来の技術] ガスタービンエンジンによって高速度の一定した回転運
動を得、この高速一定回転で高周波発電機を回転駆動し
て所望の発電作用を行わせるガスタービン発電装置が提
案されており、商用電源の得られない地域あるいは停電
時のバックアップ電源としてその利用価値は近年著しく
増大している。
通常、この種のガスタービン発電装置においては、第4
図に示すように、ガスタービンエンジン10に直結された
高周波発電機12で取出された電力は一旦整流器14によっ
て直流電力に変換され、さらに平滑コンデンサ16によっ
て平滑された後、インバータ18により再び所望の商用周
波数その他の交流電力に変換され、各種電気機器を作動
している。
かかる発電装置において高周波発電機の界磁コイル20へ
の電流の供給は、発電装置内に設けられた補機バッテリ
22によってなされ、バッテリチャージャ24(DC/DCコン
バータ)によって補機バッテリ22の充電が行われてい
る。すなわち、まず整流器14の出力電圧をバッテリチャ
ージャ24により降圧し補機バッテリ22を充電する。そし
て、この補機バッテリ22を電源とし、界磁コントローラ
26が高周波発電機12の出力電圧VDCが一定となるように
界磁コイル20に界磁電流を流している。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の装置においては界磁コイル20
への界磁電流の供給が補機バッテリ22を唯一の電源とし
て行われていたため、補機バッテリ22が他の補機へ電流
を供給するほかそれら補機よりも大きな電力を必要とす
る界磁電流を供給しなければならないので、その電力分
だけバッテリチャージャ24の容量を大きくしなければな
らなかった。したがって、バッテリチャージャ24が大型
になり、重量増加、効率低下等の問題が生じていた。
本発明は、上記従来装置における課題に鑑みなされたも
のであり、その目的はバッテリチャージャの容量を小さ
くしその小型軽量化を図ったガスタービン発電装置を提
供することにある。
[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービンエ
ンジンと、ガスタービンエンジンに直結された高周波発
電機と、この発電機の出力を整流する整流器と、整流器
の出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑された直流電
力を所望の周波数の交流信号に変換するインバータと、
前記高周波発電機に設けられた界磁コイルに界磁電流を
流すための補機バッテリと、この補機バッテリの充電を
行うバッテリチャージャと、前記界磁電流の制御を行い
前記高周波発電機の出力を制御する界磁コントロール
と、を備えるガスタービン発電装置において、前記界磁
コイルが複数個の分割コイルから成り、この界磁コイル
には前記補機バッテリの出力端および前記整流器の出力
端が切替器を介して選択切替え可能に接続され、この切
替器は、前記高周波発電機の始動時においては、前記複
数個の分割コイルを並列接続すると共に、この並列接続
された分割コイルに前記補機バッテリからの電流を界磁
電流として供給し、前記この補機バッテリからの界磁電
流による高周波発電機の駆動により前記整流器の出力電
圧が所定値となった後は、前記複数個の分割コイルを直
列に接続し、この直列接続された分割コイルに整流器か
らの電流を界磁電流として供給することを特徴とする。
[作用] 上記のように構成することにより、まず高周波発電機の
始動時においては、整流器の出力電圧VDCは発生してい
ないので、補機バッテリを界磁電流の供給電源とするよ
う切替器を働かせる。発電機の発電開始後、発生した整
流器出力を平滑コンデンサにて平滑する。
次に、切替器によって、界磁電流の供給電源を整流器出
力に切替える。そして、整流器の出力電圧VDCが所定値V
setになるまでは、平滑コンデンサに充電した電力を利
用して界磁電流を流し、VDC=Vsetになった時点で整流
器出力によって直接界磁電流を流し始める。以後は整流
器の出力のみを電源として界磁コイルに電圧を印加し続
ける。
これにより、補機バッテリは、高周波発電機の始動時の
み界磁電流の供給電源として用いればよいので、その容
量を小さくすることができる。したがって、この補機バ
ッテリの充電を行うバッテリチャージャの容量も小さく
することができるので他の部材に比し大きな容積を必要
とするバッテリチャージャの小型軽量化を達成すること
ができ、発電ユニットの効率向上という効果が得られ
る。
さらに、本発明では整流器出力よりも電圧の低い補機バ
ッテリに電源が切替えられる際、同時に界磁コイルの分
割コイルが並列接続に切替えられるので、分割コイルを
そのまま直列接続とした場合よりも、補機バッテリの全
電圧により流れる界磁電流の値isを高くすることができ
る。したがって、発電機始動時における整流器出力電圧
Viniが高められ、この高められた電圧で平滑コンデンサ
の充電を行うことができるので、整流器出力に電源を切
替えた際の発電機の作動状態の安定化を達成することが
できる。
[実施例] 第1図は、本発明の好適な実施例の全体構成図である。
ガスタービンエンジン10は高速一定回転するエンジンか
らなり、実施例においては、例えば86,000RPMの回転数
を有する。
前記ガスタービンエンジン10には高周波発電機12が直結
接続されており、この高周波発電機12の出力である高周
波電力は6個の整流素子を含む全波整流器14によって直
流電力に変換される。
前記整流器14の出力には平滑用コンデンサ16が接続さ
れ、これにより平滑された直流電力はインバータ18から
負荷へ供給される。インバータ18は実施例においてトラ
ンジスタとゲート制御回路及びダイオードの組合わせか
らなる周知のインバータ素子を組合わせて構成され、各
トランジスタのゲートを所望のタイミングで制御するこ
とによって整流器14の直流電流が所望の例えば商用周波
数の交流電力として負荷に供給される。
前記高周波発電機12は界磁コイル型で構成されており、
2つの分割コイルからなる界磁コイル20が設けられてい
る。この界磁コイル20に供給される界磁電流i20を制御
することによって発電機12の出力制御が行われる。
界磁コイル20への電圧の印加は、補機バッテリ22と整流
器14の出力の2つの電源によって行われる。補機バッテ
リ22は整流器14の出力端にバッテリチャージャ24(DC/D
Cコンバータ)を介して接続されており、バッテリチャ
ージャ24は、整流器14の出力電圧を降圧し補機バッテリ
22を充電する。補機バッテリ22の出力端は切替器を介し
て界磁コイル20に接続されている。
もう一方の電源である整流器14の出力端は界磁コントロ
ーラ26および前記切替器を介して界磁コイル20に接続さ
れている。
前記切替器は、4つのリレー28、30、32、34によって構
成され、それぞれの接点28a、28b、30a、30b、32a、32
b、34a、34bを有しており、これら接点の切替えは界磁
コントローラによって制御される励磁コイル36により行
われる。
本実施例の動作は、まずガスタービンエンジン10が定格
回転とされた後、高周波発電機12を始動するが、この時
整流器14の出力電圧VDCは発生していないので(VDC=0
の状態)、界磁電流i20を流すための電源として用いる
ことはできない。
したがって、高周波発電機12の始動時においては補機バ
ッテリ22を界磁電流i20の供給電源として用いる。
第2図は、整流器14の出力端に接続された界磁コントロ
ーラ26の内部構成を示しており、高周波発電機12の始動
時においては、まず補機バッテリ22に接続された電源選
択回路38によって励磁コイル40に電流i40が供給されリ
レー接点42がオンされる。これにより36a、36bに電流が
供給され励磁コイル36(第1図参照)が励磁されリレー
28、30、32、34の接点が28b、30b、32b、34b側に切替え
られ、補機バッテリ22と界磁コイル20とが導通状態とな
ると共に、界磁コイル20の分割コイル20a、20bが並列に
接続される。すなわち、コイル20aは、接点32bおよび28
bによって、コイル28bは、接点34bおよび30bによってそ
れぞれ補機バッテリ22と接続される。
以上の動作により、補機バッテリ22の電圧が界磁コイル
20に印加され界磁電流i20が流れる。このときの界磁電
流i20の値isは、補機バッテリの出力電圧と界磁コイル2
0の抵抗値によって決まる値となる。補機バッテリ22の
出力電圧は、本例では24Vを使用しており、整流器14の
出力電圧に比し小さい。したがって、界磁コイル20の抵
抗値が一定であればisは比較的低い値となるが、本発明
では、切替器によって界磁コイル20a,20bが並列接続と
されるので、コイル20a、20bを直列接続又は一個のコイ
ルとして形成した場合よりも2倍の電流値を得ることが
できる。すなわち、分割コイル1個の抵抗値を10Ωとす
ると直列接続の場合、isは24/(2×10)=1.2Aとな
り、各コイルのターン数をnとすると起励力は2・n・
1.2=2.4nとなるのに対し、並列接続に切替えると、is
は24/10=2.4Aで起励力は2・n・2.4=4.8nとなる。
補機バッテリ22の電圧が印加され界磁電流i20が流れた
ことにより、発電機12が発電が開始され、整流器14の出
力電圧VDCはViniとなり、平滑コンデンサ16が充電され
る。すなわち、上記のように界磁コイルを並列接続した
ことにより、直列接続の場合より高いViniによって平滑
コンデンサ16が充電されている。
そして所望時間経過後、電源選択回路38によって供給し
ていた電流i40を停止し、リレー接点42をオフし、リレ
ー28、30、32、34の接点を28a、30a、32a、34a側に切替
える。これにより、整流器14の出力端と界磁コイル20が
界磁コントローラ26を介して接続されると共に、界磁コ
イル20の分割コイル20a、20bが直列接続となる。すなわ
ち、コイル20aおよびコイル20bのそれぞれの一端が接点
30aによって相互に接続され、コイル20aの他端が接点28
aによって、コイル20bの他端が接点34aによってそれぞ
れ界磁コントローラ26を介して整流器14の出力に接続さ
れる。この整流器出力への切替えの直後は平滑コンデン
サ16に充電されていた電力を利用して界磁電流i20を流
す。
次に、電源選択回路38からVDC調整回路44へ信号38aを送
り、整流器14の出力電圧VDCが所定値VsetになるようにV
DC調整回路44の作動を開始させる。すなわち、回路44は
一端が整流器14の出力端に接続され、他端がトランジス
タ46およびダイオード48を介してリレー接点28a、34aに
接続されており、トランジスタ46をデューティ制御する
ことによってVDCがVsetになるようにしている。
VDC=Vsetになった時点でインバータ18を作動させた負
荷への交流電力の供給を開始すると共に整流器14の出力
電圧によって界磁電流i20を流し始める。
本例では、Vsetを300Vとし、界磁コイル20の定格電圧を
200V程度に設定している。したがって、1個のコイルの
抵抗値を10Ωとするとi20は200/(2×10)=10Aとなり
起励力はターン数nとすると2・n・10=20nとなる。
以上述べたように、本実施例によれば、電圧の異なる2
つの電源を用いているので、低い電圧の電源を用いる場
合にもより大きな界磁電流を得る手段として、界磁電流
の供給電源として整流器出力が用いられる際には界磁コ
イルを直列接続とし、比較的低い電圧の補機バッテリを
電源とする際には界磁コイルを並列接続としている。
したがって、所望の界磁電流を得るための界磁コイルの
抵抗値の設定を出力電圧の高い整流器出力(Vset=300
V)を基準として行った場合には、低い電圧(24V)の補
機バッテリ電源を使用する間は界磁電流isも小さくなる
が、その間は界磁コイルを並列接続に切替えるので抵抗
値を半分にすることによってそのまま直列接続とした場
合の2倍の電流値isを得ることができる。
第3図は、本実施例の動作を示すタイミングチャートで
あり、t1は高周波発電機12の始動時、t2は界磁電流i20
の供給電源の切替え時、t3は整流器14の出力電圧VDCをV
iniからVsetに高めるため電源選択回路38からVDC調整回
路44へ送られる信号38aの発信時を示している。
第3A図は、t1において励磁コイル40に電流i40が供給さ
れt2で停止されることを示し、第3B図は、電流i40が流
れコイル40が励磁されているt1〜t2の間リレー接点42が
オン状態になっていることを示し、第3C図は、リレーへ
接点42がオン状態の間(t1〜t2)はリレー28、30、32、
34の接点は28b、30b、32b、34b側となり、界磁電流i20
の供給が補機バッテリ22を電源として行われ、t2でリレ
ー接点42がオフ状態となって以後はリレー28、30、32、
34の接点が28a、30a、32a、34a側に切替わっていること
を示し、第3D図は、補機バッテリ22の全電圧により界磁
電流i20が流されるt1〜t2の間の界磁電流の値は補機バ
ッテリ22の電圧と並列接続された界磁コイル20の抵抗値
によって決まるisであることを示し、第3E図は、整流器
14の出力電圧VDCがt1から発生し、t3まではViniの状態
であり、t3の時点からVDC調整回路40によりVsetまで高
められていくことを示し、第3F図は、t3にて電源選択回
路38からVDC調整回路44へ信号38aが送られたことをそれ
ぞれ示している。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、高周波発電機の
始動時においてのみ補機バッテリを界磁電流供給電源と
し、その後は整流器出力を界磁電流供給の電源として用
いるので、始動時以外の界磁電流の供給が不要となる分
だけ補機バッテリの容量を小さくすることができる。し
たがって、補機バッテリを充電するためのバッテリチャ
ージャの容量も小さくて足り、これによりバッテリチャ
ージャの小型軽量化を図ることができ発電ユニットの効
率向上を達成することができる。
さらに本発明によれば、低電圧の補機バッテリを電源と
するときには、界磁コイルが並列接続に切替えられるの
で、そのまま直列接続とした場合よりも高い値、すなわ
ち、2倍の界磁電流の値を得ることができる。
これにより、高周波発電機の始動時における整流器出力
電圧を高めることができ、平滑コンデンサをより高い電
圧にて充電することができるので、整流器出力への電源
の切替え段階における発電機の作動がより確実なものと
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好適な実施例を示す全体構成図、 第2図は第1図に示す実施例に使用した界磁コントロー
ラの内部構成を示す図、 第3図は実施例の動作を示すタイミングチャート図、 第4図はガスタービン発電装置の従来例を示す図であ
る。 10…ガスタービンエンジン 12…高周波発電機 14…整流器 16…平滑コンデンサ 18…インバータ 20…界磁コイル 20a、20b…分割コイル 22…補機バッテリ 24…バッテリチャージャ 26…界磁コントローラ 28、30、32、34…切替器としてのリレー 36、40…励磁コイル 38…電源選択回路 44…VDC調整回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービンエンジンと、ガスタービンエ
    ンジンに直結された高周波発電機と、この発電機の出力
    を整流する整流器と、整流器の出力を平滑する平滑コン
    デンサと、平滑された直流電力を所望の周波数の交流信
    号に変換するインバータと、前記高周波発電機に設けら
    れた界磁コイルに界磁電流を流すための補機バッテリ
    と、この補機バッテリの充電を行うバッテリチャージャ
    と、前記界磁電流の制御を行い前記高周波発電機の出力
    を制御する界磁コントローラと、を備えるガスタービン
    発電装置において、 前記界磁コイルが複数個の分割コイルから成り、 この界磁コイルには前記補機バッテリの出力端および前
    記整流器の出力端が切替器を介して選択切替え可能に接
    続され、 この切替器は、 前記高周波発電機の始動時においては、前記複数個の分
    割コイルを並列接続すると共に、この並列接続された分
    割コイルに前記補機バッテリからの電流を界磁電流とし
    て供給し、 前記補機バッテリからの界磁電流による高周波発電機の
    駆動により前記整流器の出力電圧が所定値となった後
    は、前記複数個の分割コイルを直列に接続し、この直列
    接続された分割コイルに整流器からの電流を界磁電流と
    して供給することを特徴とするガスタービン発電装置。
JP61003251A 1986-01-10 1986-01-10 ガスタ−ビン発電装置 Expired - Lifetime JPH0683599B2 (ja)

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