JPH0779560B2 - ガスタ−ビン発電装置 - Google Patents

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、特に装置の起動停止を
安全確実に行うことのできる改良されたガスタービン発
電装置に関するものである。

［従来の技術］ ガスタービンエンジンを原動機として用いるガスタービ
ン発電装置が周知であり、可搬型の発電装置として商業
電源のない地域に有用である。

この種の発電装置はガスタービンエンジンにて発電機を
回転駆動し、その出力を一旦整流した後に再びインバー
タにて所定周波数の交流信号として取出すことができ、
通常インバータによって平滑出力が所望の三相交流信号
に変換される。

また、前記インバータを制御するインバータコントロー
ラに所定の直流電源を与えるために、前記平滑出力はバ
ッテリチャージャによってバッテリに充電電圧を与え、
装置全体の制御電圧として用いられる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来装置においては、ガスタービンエン
ジンの燃焼制御行うエンジンコントローラ、発電機の発
電制御を行う界磁コントローラ及び前述したインバータ
コントローラはそれぞれ別個に作動しており、制御タイ
ミングの不整による事故が生じるという問題があった。

前記不都合は例えば装置の停止時に平滑コンデンサに大
きな電荷が残ったままの状態となり、この結果、停止状
態にある措置に作業者が手を触れた時に平滑コンデンサ
の高電圧によって感電する事故等として現われる。

また、従来の装置においては、前述した制御が正しく行
われなかったような場合、装置自体が破損事故を生じる
という問題もあった。

例えば、この種の装置においてはインバータ制御は発電
機出力が十分にある状態で行わなければならず、このよ
うな条件が整わない時にインバータが作動状態におかれ
るとインバータが破損してしまうという欠点を有してい
た。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、装置のタイミング制御を正しく行い、発電装
置の停止時には平滑コンデンサの電荷を十分に放出して
感電事故等を起すことのない安全確実な装置を提供する
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、本発明は装置の各コントロ
ーラを制御するためにシーケンスコントローラを設け、
これによって、装置の起動停止を制御するとともに、発
電装置の停止時にはシーケンスコントローラが平滑コン
デンサの端子電圧が十分に低下するまでバッテリチャー
ジャの作動を継続させ、平滑コンデンサの電荷を十分に
バッテリに充電放出することを特徴とする。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には本発明に係るガスタービン発電装置の全体構
成が示されている。ガスタービンエンジン10は小型可搬
型の装置からなり、その出力軸によって高周波発電機12
が回動駆動され、実施例においては発電機12から三相出
力が生じる。

前記三相出力は６個のダイオードからなる全波整流器14
にて整流され、更に平滑コンデンサ16によって平滑され
出力VDCを出力する。

前記平滑出力VDCはインバータ18によって所定の周波数
の交流信号に変化され、実施例においては三相出力とし
て外部に出力される。

前記ガスタービンエンジン10の燃焼作用はエンジンコン
トローラ20によって制御されており、エンジンコントロ
ーラ20からの制御出力20aにて燃料の供給量その他が制
御され、またガスタービンエンジン10の回転数は回転数
信号10aとしてエンジンコントローラに検出される。

また、前記発電機12の界磁コイル22に供給される界磁電
流は界磁コントローラ24により制御されており、これに
よって、出力VDCを常時安定した状態に保持することが
できる。更に、前記インバータ18はインバータコントロ
ーラ26によって制御されており、インバータコントロー
ラ信号26aがインバータ18の各トランジスタのベースに
供給され、所定周波数のインバータ作用が行われる。

インバータコントローラ26へはDC/DCコンバータ28から
信号28aが供給されており、このDC/DCコンバータ28は前
記平滑出力VDCを入力として前記インバータコントロー
ラ26の制御を行う。

前記各コントローラに所定の直流制御電圧を供給するた
め、装置はバッテリ30を含み、バッテリチャージャ32が
前記VDCをバッテリ30に充電している。

本発明において特徴的なことは、前記コントローラ20,2
4,26を制御するためにシーケンスコントローラ34が設け
られていることであり、このシーケンスコントローラ34
からの制御信号34a,34b,34cによって前記エンジンコン
トローラ20,界磁コントローラ24そしてDC/DCコンバータ
28,バッテリチャージャ32が制御されている。

また、シーケンスコントローラ34はその出力34dをアン
ドゲート36に出力しており、シーケンスコントローラ34
自体のスタートスイッチ38の信号とともにアンドゲート
36からインバータコントローラ26へ制御信号34eを出力
し、これによって、インバータ18の作動を制御してい
る。

一方、シーケンスコントローラ34へは平滑出力VDC、エ
ンジンコントローラ20からのエンジン回転数信号20bそ
してDC/DCコンバータ28からの出力28bが供給されてお
り、全体のタイミングを所定の条件に基づいて制御して
いる。

第２図には前記インバータコントローラ26の若干詳細な
回路構成が示され、図においてはインバータ18のいずれ
か１個の枝に対する制御部のみが示されている。

図から明らかなごとく、インバータコントローラ26は制
御信号発生部40と増幅部42とに大別され両者間がフォト
カプラ44によって結合され、この結果、インバータコン
トローラ26の入出力間は電気的に絶縁された状態に保た
れている。

制御信号発生部40はその電源電圧がバッテリ30から供給
されており、またシーケンスコントローラ34から供給さ
れる信号によってフォトカプラ44の発光状態を制御して
いる。

第３図にはシーケンスコントローラ34から供給される信
号34eによるフォトカプラ44の入力信号の一例が示され
ており、図示のごとくパルス幅制御された電流が制御信
号発生部からフォトカプラ44のダイオードに供給され
る。

そして、増幅部42はこのようなパルス幅制御された信号
を増幅し所定のインバータ18の枝にオンオフ信号を供給
する。

第２図のごときインバータコントローラ26においては、
前記増幅部42はその電源すなわち、DC/DCコンバータ28
から供給される電圧が所定値以上である場合に正しい制
御信号を出力することができ、これに反し電源電圧が低
下した状態では、例えばインバータ18の間違った枝を開
いてしまい、インバータ18の短絡事故等を生じる恐れが
あり、本実施例では、このような事態を防ぐために、イ
ンバータコントローラ26はDC/DCコントローラ28の出力
電圧が確立した状態で作動状態に入るようシーケンスコ
ントローラ34によって制御される。

本発明の実施例は以上の構成からなり、以下に第４図の
タイミングチャートを参照しながら本発明に係る発電装
置の起動停止制御作用を説明する。

まず、装置の起動状態を説明する。装置の起動時におい
て重要なことはガスタービンエンジン10が定格回転数NR
まで上昇しかつ発電機12の出力による平滑出力VDCが定
格電圧VRに達した後にインバータ18の制御を行うことで
あり、これによって、インバータ18は前述した第２図で
示したDC/DCコンバータ28の正しい出力電圧28aにて作動
を開始することとなる。

まず時刻t1においてスタートスイッチ38がオン作動され
ると、シーケンスコントローラ34はオン作動状態とな
り、同時にエンジンコントローラ20にエンジン起動信号
34aが供給される。

この結果、ガスタービンエンジン10は所定の燃料供給に
よって回転を開始し、エンジン回転数信号20bで示され
るごとく定格回転数NRに向って起動をする。

時刻t2はエンジン回転数が定格NRに達した状態を示し、
シーケンスコントローラ34はエンジン回転数20bが定格N
Rに達した状態で界磁コントローラ24に制御信号34bを供
給し、発電機12はその界磁制御によって電圧を立上がら
せ、平滑電圧VDCを図示のごとく定格電圧VRに向って増
加させる。

シーケンスコントローラ34は前記平滑出力VDCが定格電
圧VRに達した後、所定の遅れ時間Δt1経過後（t3）にバ
ッテリチャージャ32へバッテリチャージ信号34cを供給
し、バッテリ30への充電作用を開始させる。

また、同時にシーケンスコントローラ34はその出力34c
によってDC/DCコンバータ28を起動させ、その出力28aは
図示のごとく増加する。

そして、DC/DC出力28aは所定値Vthに達すると、シーケ
ンスコントローラ34はこのタイミングをトリガ信号とし
て出力34dをアンドゲート36へ供給し、この時アンドゲ
ート36の他方の入力にはスタートスイッチ38から信号が
供給されているので、信号34eが出力されてインバータ
コントローラ26が制御作用を開始し、インバータ18は予
め定められた周波数でインバータ作用を行い、三相出力
電圧Vacを時刻t4にて出力することができる。

以上のようにして、発電装置はその起動時にVDCが定格
電圧VRに達しDC/DCコンバータ28の出力28aが所定値Vth
に達した後にインバータ制御を開始し、これによって、
インバータ18は確実な起動を行うことができる。

次に、装置の停止制御について説明する。

装置の停止時において重要なことはガスタービンエンジ
ン10が回転を低下させて電圧VDCが低下する以前にイン
バータ18の作用を停止させることであり、まずスタート
スイッチ38がオフ作動されると、直ちにアンドゲート36
の出力34eはオフ状態となり、この結果、インバータコ
ントローラ26が制御作用を停止してインバータ18がオフ
状態となり、この結果三相出力電圧Vacも０となる。

そして、前記スタートスイッチ38のオフ作動時（t5）か
らシーケンスコントローラ34は所定時間Δt2経過後にエ
ンジン起動信号34aをオフ作動させる。従って、前記イ
ンバータ18が停止するまでエンジン10はその回転状態を
保つことが理解される。

前記Δt2経過後の時刻t6において、更に界磁コントロー
ラ24もその作用を停止し、この結果平滑出力VDCは急速
に低下することが理解される。

また、同時にDC/DC出力28aも低下し、その出力値がVth
が達した時、すなわち時刻t7においてシーケンスコント
ローラ34は出力34dをオフ作動し、この結果インバータ
コントローラ26はもはや起動することができなくなる。

本発明において特徴的なことは、更に前記時刻t5におけ
るスタートスイッチ38のオフ作動から所定時間すなわち
Δt3だけ遅れた時刻t8までバッテリチャージャ32の作動
を継続することであり、この遅れ時間Δt3をVDCが十分
に低下するまでの時間となるように設定されている。

従って、本発明によれば、スタートスイッチ38をオフ作
動しても、バッテリチャージャ32は十分な時間この充電
作用を継続し、平滑コンデンサ16に充電されている電荷
をバッテリ30に放出することができ、時刻t8においては
平滑コンデンサ16の両端電圧をほとんど０値に低下さ
せ、装置が停止している状態で作業者が回路に触れた場
合においても感電事故等を生じさせることがない。

本実施例において、シーケンスコントローラ34はそれ自
体スタートスイッチ38のオフ作動時から十分に長い時間
すなわちΔt4だけ遅れてその作用を停止するよう設定さ
れており、この遅れ時間Δt4は前記バッテリチャージャ
32の動作を継続する遅れ時間Δt3より長く設定されてい
る。従って、本実施例によれば、装置の停止時において
も、インバータ18をまず停止させた後にエンジンを停止
するのでインバータ18の制御状態では十分な電源電圧が
ある状態を保持し、インバータ18の故障を生じさせるこ
とがないという利点がある。

また、前述したごとく、本発明によれば、バッテリチャ
ージャ32は十分に長居時間継続して動作しているので、
スタートスイッチ38がオフ作動され、エンジンが回転停
止した時にも、平滑コンデンサ16に充電されている電荷
を確実にバッテリ30に放出することができ、感電事故を
確実に防止可能である。

更に、本実施例によれば、前記VDCが何らかの原因で下
降した時にも、インバータ18は直ちに停止制御され、不
測の事故を生ずることがないという利点を有する。

すなわち、第４図の鎖線で示すごとく、VDCが低下する
と、DC/DCコンバータ28の出力28aも低下し、これがVth
に達すると、前述したごとく、シーケンスコントローラ
34tその出力34dをオフ作動し、この結果アンドゲート36
の出力34eもオフ状態となりインバータコントローラ26
が停止し、インバータ18を直ちに停止させて故障を未然
に防止することができる。

以上のように、本実施例によれば、装置全体の起動停止
をシーケンスコントローラにて正しいタイミングで制御
し、かつ装置の停止時には平滑コンデンサ16に充電され
ている電荷を確実にバッテリ30に向って放出することが
でき、感電事故のない安全な装置を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、発電装置の停止
時においても、平滑コンデンサは充電電荷を保持するこ
となく、感電のない確実安全な装置を提供可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスタービン発電装置の全体的な
構成を示す説明図、 第２図は第１図におけるインバータコントローラの一部
を示す回路図、 第３図は第２図におけるフォトカプラのダイオード電流
波形の一例を示す説明図、 第４図は本実施例における発電装置の起動停止制御作用
を示すタイミングチャート図である。 10…ガスタービンエンジン 12…発電機 14…整流器 16…平滑コンデンサ 18…インバータ 20…エンジンコントローラ 24…界磁コントローラ 26…インバータコントローラ 28…DC/DCコンバータ 30…バッテリ 32…バッテリチャージャ 34…シーケンスコントローラ

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、前記ガスタービ
   ンエンジンにより回転駆動される発電機と、前記発電機
   出力を整流する整流器と、前記整流器出力を平滑する平
   滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの直流出力を所定
   の周波数で交流信号に変換して出力するインバータ回路
   と、前記平滑出力にてバッテリを充電するバッテリチャ
   ージャと、前記バッテリ電圧を電源とし前記インバータ
   回路を制御するインバータコントローラと、を含むガス
   タービン発電装置において、装置の起動及び停止を制御
   するとともに装置の停止時において前記平滑コンデンサ
   の電荷をバッテリに充電放出するために平滑出力が低下
   するまでバッテリチャージャの動作を継続させるシーケ
   ンスコントローラを含むことを特徴とするガスタービン
   発電装置。