JPH0767229B2

JPH0767229B2 - インバ−タ式発電機

Info

Publication number: JPH0767229B2
Application number: JP61258570A
Authority: JP
Inventors: 元寿清水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPS63114528A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、交流発電機の交流出力を整流した後、イン
バータにより任意周波数の交流に変換して出力するイン
バータ式発電機に関する。

〔従来の技術〕

従来、商用周波数の交流出力を得る携帯用の発電機とし
て、例えば小形エンジンと発電機を組み合わせたものが
知られている。この携帯用発電機において出力周波数を
商用周波数に合わせる場合、エンジンの回転数を比較的
低い領域で安定させる必要があり、エンジンの運転効率
が悪く、また負荷変動あるいはエンジンの脈動などによ
ってエンジンの回転数は変動しやすく、このため出力周
波数を一定に保持させることが難かしく、発電機も大き
くせざるをえない。そこで、エンジンは回転数の高い領
域にて運転させると共に、発電機の出力を一旦直流に変
換した後、インバータにより再び任意周波数の交流に変
換して出力するようにしたものが、例えば実開昭59−13
2398号公報あるいは特開昭60−82098号公報に示されて
いる。このインバータ発電機は、出力段のインバータが
トランジスタなどの半導体スイッチング素子で構成され
ており、この半導体素子を過電流から保護するための回
路、例えばNFB（ノーヒューズブレーカ）を設けること
が必要となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のインバータ式発電機にあっては、
インバータの過電流状態を検出して保護する際、負荷と
してモータなど突入電流の立上りの早い負荷が接続され
た場合には、その一時的な突入電流のため過電流状態が
検出されてNFBの作動により出力が停止し、従って突入
電流の大きな負荷を使用する際のNFB等の保護動作点の
設定がたいへんむずかしいという問題点があった。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、インバータを過電流から確実に保護できると共に、
回路部品の動作に支障のない範囲での突入電流の大きい
負荷が接続された場合でも確実に運転可能なインバータ
式発電機を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のインバータ式発電機は、交流発電機の交流出
力を整流する整流回路と、整流して得られた直流を駆動
信号に従って任意周波数の交流に変換するインバータ
と、このインバータに流れる平均電流を検出してインバ
ータの過電流状態を検出する平均電流検出手段と、前記
インバータに流れる尖頭電流の有無を検出する尖頭電流
検出手段とを有し、この尖頭電流検出手段によって設定
された値を越えた時に前記インバータへの駆動信号を遮
断して所定の短時間のみ出力を停止させた後に前記イン
バータへの駆動信号供給を復帰させると共に、前記平均
電流検出手段により過電流状態が所定時間継続したこと
が検出された時あるいは前記尖頭電流検出手段により尖
頭電流が検出されて前記インバータへの駆動信号の遮
断、復帰が繰り返されていることが検出された時に前記
インバータへの駆動信号を停止させる駆動信号停止手段
を具備し、かつ前記平均電流検出手段の過電流状態検出
中においては前記尖頭電流による駆動信号の停止を早め
るように構成したものである。

〔作用〕

交流発電機の出力は整流回路によって直流に変換された
後、インバータに与えられる。インバータはその直流を
駆動信号に従って再び任意周波数の交流に変換する。そ
の際、平均電流検出手段はインバータに流れる平均電流
から過電流状態を検出しており、その過電流状態が所定
時間継続すると、駆動信号停止手段はインバータへの駆
動信号を停止する。また、尖頭電流検出手段はインバー
タに尖頭電流が流れたときに検出信号を出力し、設定さ
れた値を越えるとインバータへの駆動信号を遮断して所
定の短時間のみ出力を停止させた後にインバータへの駆
動信号の供給を復帰させる。また平均電流検出手段が過
電流状態を検出している時は、その尖頭電流による駆動
信号の停止を早める。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明の一実施例のインバータ式発電機を示
す回路構成図である。図において、１はエンジン等によ
って駆動される交流発電機で、三相交流を出力する出力
巻線L₁および制御用の補助巻線L₂を有しており、出力巻
線1₁の三相交流出力はサイリスタからなる三相整流回路
２によって全波整流された後、パワートランジスタによ
り構成されたインバータ３に与えられ、また、補助巻線
L₂の単相交流出力は整流回路４で整流された後定電圧回
路５で安定化され、インバータ３を駆動する発振器６等
に与えられる。上記定電圧回路５の出力側には比較器７
を有した定電圧制御回路が設けられており、発電機出力
電圧の変動を検知して三相整流回路２における各サイリ
スタの導通角を制御し、その整流出力を一定の電圧レベ
ルに保持している。具体的には、三相整流回路２の出力
電圧を比較器７にて予め設定された基準電圧と比較し、
その出力電圧が設定電圧と等しくなるように各サイリス
タの導通角を制御する。ここで、上記のように制御系統
を主回路系統と別個に設けており、発電機１の出力電圧
が低下しても制御系統には支障がないようになってい
る。

上記出力段のインバータ３は、トランジスタQ₁,Q₂から
の駆動信号に従って制御され、入力された直流を任意周
波数の交流に変換する。これらのトランジスタQ₁,Q
₂は、それぞれ出力周波数に応じて、例えば商用周波数
の信号で交互に出力される発振器６の出力パルスおよび
尖頭電流検出手段としてのオペアンプ（演算増幅器）８
の出力によってスイッチング制御される。即ち、トラン
ジスタQ₁,Q₂のベースはそれぞれ、駆動信号停止手段を
構成するオア（OR）ゲート9,10の出力側と抵抗R₁,R₂を
介して接続され、各オアゲート9,10の一方の入力側は上
記発振器６と、他方の入力側はオペアンプ８の出力側と
それぞれ接続されている。そして、インバータ３への直
流電流が流れる直流母線には抵抗（分流器）R₃が介装さ
れており、この抵抗R₃の両端がそれぞれ抵抗R₄,R₅を介
して上記オペアンプ８の反転入力側（−）および非反転
入力側（＋）と接続されている。また、上記抵抗R₄,R₅
と直列にそれぞれ抵抗R₆,R₇が接続されており、更に抵
抗R₅とR₇の直列回路と並列にダイオードD₁が接続され、
これらの並列回路と直列にコンデンサC₁が接続されてい
る。

また、オペアンプ11がインバータ３の過電流状態を検出
する平均電流検出手段として設けられており、その反転
入力側は抵抗R₈を介して抵抗R₃の後段側と接続され、非
反転入力側は前述した直流母線と抵抗R₉を介して接続さ
れている。更に、これらの入力側と直流母線との間に
は、それぞれコンデンサC₂,C₃が介装されている。そし
て、上記抵抗R₈と直列に抵抗R₁₀が接続され、これらの
抵抗R₈,R₁₀によって分圧された電圧が基準電圧値として
オペアンプ11に入力される。

上記オペアンプ11の出力側は抵抗R₁₁とコンデンサC₄の
直列回路が接続され、その接続点はオペアンプ12の非反
転入力側に接続されると共に、ダイオードD₂を通して電
源ラインと接続されている。このオペアンプ12の反転入
力側は上記直流母線と抵抗R₁₂を介して接続され、抵抗R
₁₂と直列して抵抗R₁₃が接続されている。また、オペア
ンプ12の出力側は、抵抗R₁₄を介してオペアンプ８の非
反転入力側と接続されており、更に上記オペアンプ11の
非反転入力側はオペアンプ８の出力側と抵抗R₁₅を介し
て接続されている。

次に動作について説明する。交流発電機１の三相交流出
力は、上述したように三相整流回路２で直流に変換され
た後、インバータ３に入力される。そして、このインバ
ータ３でトランジスタQ₁,Q₂を通して与えられる駆動信
号に従って所定周波数の交流に再び変換され、モータ、
白熱球等の負荷に供給される。その際、上記トランジス
タQ₁,Q₂は発振器６の出力パルスによってオン（ON），
オフ（OFF）を交互に繰り返し、これと共にインバータ
３の各パワートランジスタがスイッチング制御され、所
望の電圧、周波数のパターンの交流出力が得られる。ま
た、インバータ３に流れる電流Ｉ_ａは抵抗R₃の両端の電
圧降下となって表われ、この電圧値が設定値を越えた
時、つまりインバータ３に流れる電流値が設定値を越え
た時には過電流状態と判別され、直ちにオペアンプ８か
らの信号によりインバータ３への駆動信号がコンデンサ
C₁の放電タイマによる所定時間のみ停止され、インバー
タ３が保護される。

その際、オペアンプ11はペアンプ８と共にインバータ３
の過電流状態を検出するが、オペアンプ８がインバータ
３の通電電流の立ち上りに即応して尖頭値を検出するの
に対して、オペアンプ11はコンデンサC₂で平均化された
通電電流の平均値を検出している。そして、各オペアン
プ8,11は各々の検出値（電圧値）を基準値（抵抗R₄,R₆
および抵抗R₈,R₁₀で分圧された電圧値）と比較し、検出
値が設定値を越えていれば過電流状態と判別する。この
過電流状態が検出されると、上述したように何れの場合
でもオペアンプ８からの出力によりインバータ３が停止
する。即ち、負荷への出力電流I₀が増加すると抵抗R₃を
流れる電流Ｉ_ａも増加し、この電流値が所定値を越える
とオペアンプ8,11の出力が反転し、オアゲート9,10の出
力が変化してトランジスタQ₁,Q₂が共にオフとなる。こ
の時、コンデンサC₁およびダイオードD₁がオペアンプ８
の出力側に接続されているので、尖頭電流が過電流とな
って出力が停止しても、所定時間（コンデンサC₁の充電
時間）後にはインバータ動作が再開される。このため、
突入電流の大きい負荷であっても確実に始動させること
ができる。また、オペアンプ11の出力側に抵抗R₁₁,コン
デンサC₄を接続してあるので、平均電流が過電流となっ
てもインバータ動作は直ちに停止されることはなく、上
記抵抗R₁₁とコンデンサC₅の時定数によって決定される
時間の間、インバータ動作は継続され、コンデンサC₄に
よる充電タイマ時間経過後に停止される。さらに、尖頭
電流が過電流となってオペアンプ８の出力によりインバ
ータ動作が所定時間のみ停止される場合において、この
オペアンプ８の出力信号は抵抗R₁₅を介してオペアンプ1
1の非反転入力端子へ入力され、コンデンサC₃に蓄積さ
れる。したがって、尖頭電流の存在を示すオペアンプ８
からの出力信号によるコンデンサC₃の充電蓄積量が多く
なると、平均電流の過電流状態のいかんに拘らず、オペ
アンプ11を動作させ、平均電流が過電流状態であるのと
同様に、インバータ動作を自動復帰できないように停止
させる。復帰させるには一旦エンジンを止めるなどして
発電機１を停止させなければならない。この時、ダイオ
ードD₂が設けられているので、発電機１の停止時にはコ
ンデンサC₄の電荷がこのダイオードD₂を通して放電され
る。

次に上述したインバータ３の通電電流から過電流状態を
検出する動作について詳細に述べる。この実施例では、
インバータ３の通電電流の平均電流と尖頭電流の両方を
それぞれオペアンプ11,8によって検出しており、各々つ
いて過電流を検出している。

先ず平均電流の検出について説明すると、出力電流I₀は
抵抗R₃に流れる電流Ｉ_ａと対応し、抵抗R₃の両端電圧Ｖ
_ａ（Ｖ_ａ＝|R₃|×Ｉ_ａ）（|R₃|は抵抗R₃の抵抗値：以下
同様とする）となって表われる。この電圧Ｖ_ａは十分高
い抵抗値を持つ抵抗R₈を通してオペアンプ11の検出入力
側（−）に加えられるが、この電圧値はコンデンサC₂に
よって平滑されたもの、つまり平均値となっている。こ
の時オペアンプ11の反転入力側には、電源ライン電圧を
Ｖ_ccとすると既にの電圧が加わっており、非反転入力側はオペアンプ８の
出力がＬ（Low level）の時OVとなっている。従って、
出力電源I₀が増加して上記平均値となった時点、つまり設定電流を越えた時点でオペアン
プ11の出力がＬからＨ（High level）となり、コンデン
サC₄が抵抗R₁₁を通して徐々に充電され、コンデンサC₄
の端子電圧Ｖ_c4はOVから上昇していく。そして、この端
子電圧Ｖ_c4が抵抗R₁₂,R₁₃による分圧値より高くなるとオペアンプ12の出力がＬからＨになり、オペアンプ８の
非反転入力側にの電圧が与えられる。この時と設定しておけば、オペアンプ８出力はオペアンプ12の
出力がＨに保持される。このオペアンプ８の出力がＨと
なるとオアゲート9,10の出力は両方共Ｈとなり、インバ
ータ３は停止する。また、オペアンプ８の力は抵抗R₁₅
を通してオペアンプ11の非反転入力側にの電圧となって加えられるが、この時と設定すればオペアンプ11の出力はＨとなり、このルー
プによってインバータ３は停止されたままとなる。この
インバータ３の停止動作は、上記抵抗R₃を流れる電流Ｉ
_ａが過大電流となっても直ぐには行われず、抵抗R₁₁お
よびコンデンサC₄の時定数により決定される時間が経過
した後行われる。そして、一旦インバータ３が停止する
と、上述したように自動的には復帰せず、従ってNFBの
機能と同様の保護動作を行っている。

また、尖頭電流の検出について説明すると、上記抵抗R₃
の端子電圧Ｖ_ａは抵抗R₄を通してオペアンプ８の反転入
力側に加わる。このオペアンプ８の反転入力側には、出
力電流I₀が０の時の電圧が加わっており、非反転入力側は、オペアンプ12
の出力がＬの時OVとなっている。従って、出力電流I₀が
増加し、（ただし、|R₆|》|R₄|》|R₃|とする）となると、周波数
８の出力はＬからＨとなり、インバータ３は直ちに停止
する。この時、コンデンサC₁および抵抗R₇,R₅を経由す
ると正帰還回路により、オペアンプ８の出力がＨからＬ
に復帰するまでにタイムラグがあり、インバータ３が停
止してＩ_ａ＝０となっても、直ぐには出力は再開されな
い。そして、インバータ３の出力が再開された後、出力
電流I₀が増加して再び規定値を越えると出力停止とな
り、上記の動作を繰り返す。また、オペアンプ８のＨの
出力は抵抗R₁₅を通り、抵抗R₉で分圧された形でコンデ
ンサC₃を充電する。これにより、オペアンプ11の非反転
転入力側の電圧が持上げられ、この時（ｄはオペアンプ８のＨの出力のデューティ比）となる
ように設定すれば、通電電流の尖頭値が設定値を越える
負荷条件の場合にもオペアンプ11の出力はＨとなり、上
述した平均電流が設定値を越えた時の動作と同じくNFB
としての機能が働く。

上記のように尖頭電流検出の際、インバータ３に二つの
機能、即ち、出力電流の尖頭値を検出して、これが設定
された値を越えた時に出力を速断させる機能と、その時
ある短い時間のみ出力を停止させてその後出力を復帰さ
せる機能とが組み合わされているので、出力側が過負荷
状態あるいは短絡状態となった場合でも出力段のインバ
ータ３の素子の安全動作領域を越えることなく、必要な
出力を確保することができる。従って、インバータ３を
過電流から確実に保護することができると共に、出力を
完全停止させないので白熱電球，モータなど突入電流の
大きな負荷を使用した場合でも確実に運転させることが
できる。

なお、上述のインバータ３の保護回路は、三相整流回路
２、など他の保護回路と兼用することが可能である。

第２図はこの発明の他の実施例を示す図である。この実
施例は、発電機１の回転上昇に伴って上昇する発電機１
の整流出力電圧を各オペアンプ8,11の検出信号に重畳さ
せたもので、インバータ３の過電流保護機能を定格出力
の変化に応じて可変させるものである。即ち、第２図に
示すように、オペアンプ8,11の反転入力側に接続された
各抵抗R₆,R₁₀の他方側が、整流回路４の平滑用コンデン
サC₅とそれぞれ接続されている。このコンデンサC₅の両
端電圧は、交流発電機１の補助巻線L₂の出力を整流した
電圧であり、エンジン回転数（発電機出力）に比例して
いる。このため、オペアンプ8,11で比較される過電流設
定値（基準値）は、交流発電機１の出力変化に応じて相
対的に変化し、例えばオペアンプ8,11の比較基準電圧を
OVにした場合には、過電流設定値はエンジン回転数に比
例する。このように、交流発電機１の出力変化に対応し
て過電流の検出レベルが自動的に変化するので、インバ
ータ３を確実に保護することが可能となる。従って、エ
ンジン発電機であれば、そのエンジン回転数が例えば30
00rpm（サイレントモード）の時は定格出力150w、4500r
pm（パワーモード）の時は定格出力300wとして各々別個
に過電流の設定を行うことができる。なお、過電流の設
定は、このような２位置固定ではなく、連続的に可変す
ることもできる。

また、この実施例においては、抵抗R₉と電源ラインとの
間に抵抗R₁₆が直列に接続され、その接続点とオペアン
プ11の非反転入力側が接続されている。更に、抵抗R₈と
電源ラインとの間に抵抗R₁₇が直列に接続され、その接
続点がオペアンプ11の反転入力側と接続されている。こ
のため、過電流設定値とエンジン回転数の比例関係を変
化させることができる。即ち、抵抗R₁₀とは別に抵抗R₁₇
からオペアンプ11の検出入力側（非反転入力側）に固定
電圧によるレベルシフトを追加すると、エンジン回転数
に対する過電流設定値の変化が鈍くなる。また、抵抗R
₁₆を通してオペアンプ11の比較基準電圧を持ち上げる
と、エンジン回転数に対する過電流設定値の変化は鋭く
なる。

このように、交流発電機１の回転数を変化させて定格出
力を切り換える場合、自動的に過電流の設定レベルも切
り換えられるので、希望する定格出力に合わせて過電流
の保護機能も変化し、発電機１およびインバータ３を確
実に保護することができる。また、過電流設定レベルを
切り換えるための外部スイッチ等も不要となり、安価で
信頼性の高いものとなる。なお、インバータ３の保護回
路は上述したように他の整流回路２等のものを兼用可能
であり、またプロテクタ１個で調整不要となり、NFB的
機能を持たせるにあたって、（イ）平均電流の過電流動
作時間がむずかしい、（ロ）例えば1msec以下の即応性
を有するものが必要という条件に対して、１個の保護シ
ステムで両者を兼用してトランジスタのバイアス補償に
よるインバータ保護（飽和させて使用する）と発電機自
体の保護（出力を取りすぎない）とを同時に行うことが
できる。

以上、各実施例について説明したが、上述のように平均
電流が設定値を越えても一定時間は出力を停止させない
ので、突入電源の大きな負荷を使用できることは勿論、
速答性のある尖頭電流の検出によりインバータ３の半導
体素子の過電流による破壊を未然に防止することがで
き、またタイマ機能を持たせることにより過負荷による
異常発熱から各回路素子を保護できると共に、NFB機能
をインバータ回路を利用して構成することができる。つ
まり、平均電流の過電流状態が所定時間継続した時にイ
ンバータ３への駆動信号を停止させるので、発電機本体
および各回路部品の保護を確実に行うことができ、また
上記のような過大な尖頭電流に対しては一時的に停止さ
せ、繰り返し過大な尖頭電流が流れる場合には完全に停
止させるので、インバータ３の保護が確実なものとな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、インバータに
流れる平均電流を検出してインバータの過電流状態を検
出し、その過電流状態が所定時間継続した時にインバー
タへの駆動信号を停止させるようにしたため、インバー
タを過電流から確実に保護することができると共に、突
入電流の大きな負荷を使用する場合でも確実に始動させ
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路構成図、第２図
はこの発明の他の実施例を示す回路構成図である。１……交流発電機２……三相整流回路３……インバータ８……オペアンプ（尖頭電流検出手段） 11……オペアンプ（平均電流検出手段） 9,10……オアゲート（駆動信号停止手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流発電機の交流出力を整流する整流回路
と、整流して得られた直流を駆動信号に従って任意周波
数の交流に変換するインバータを備えたインバータ式発
電機において、前記インバータに流れる平均電流を検出
してインバータの過電流状態を検出する平均電流検出手
段と、前記インバータに流れる尖頭電流の有無を検出す
る尖頭電流検出手段とを有し、この尖頭電流検出手段に
よって設定された値を越えた時に前記インバータへの駆
動信号を遮断して所定の短時間のみ出力を停止させた後
に前記インバータへの駆動信号供給を復帰させると共
に、前記平均電流検出手段により過電流状態が所定時間
継続したことが検出された時あるいは前記尖頭電流検出
手段により尖頭電流が検出されて前記インバータへの駆
動信号の遮断、復帰が繰り返されていることが検出され
た時に前記インバータへの駆動信号を停止させる駆動信
号停止手段を具備し、かつ前記平均電流検出手段の過電
流状態検出中においては前記尖頭電流による駆動信号の
停止を早めるように構成したことを特徴とするインバー
タ式発電機。