JPH08298800A - 交流発電機の電圧垂下制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】定格周波数付近でモータを急速に直入れ起動す
る場合においても大型の発電装置を用いる事なく原動機
の周波数降下が抑制できる交流発電機の電圧垂下制御装
置を提供すること。 【構成】原動機に直結された交流発電機の交流電流を、
交流電圧さらに直流電圧に変換し平滑した出力信号に応
じて直流発電機の出力電圧を垂下させる電圧垂下回路を
備えた交流発電機の電圧垂下制御装置において、電圧垂
下回路は、交流発電機の定格電流以上において交流発電
機の出力電圧を垂下させる電圧垂下開始点を可変で設定
できる電圧垂下開始点設定回路と、電圧垂下開始点設定
回路にて設定された以上の交流発電機電流が流れるとそ
の電流に対する電圧の垂下量の割合が可変で設定できる
垂下率可変回路と、交流発電機の電圧垂下量を可変で設
定できる垂下量設定回路とから構成されており、１種類
の電圧垂下制御装置にて適用できる用途を可変抵抗器に
よって調整し、原動機の周波数降下が抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン等
の原動機に直結された交流発電機の端子電圧を一定に制
御するために自動電圧調整装置を用いた交流発電機の電
圧垂下制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジン等の原動機に
直結された交流発電機の端子電圧を自動電圧調整装置に
て一定に制御する発電装置において、ポンプモータ、フ
ァンモータ等の負荷を直入れ駆動する場合、誘導電動機
の始動電流により交流発電機には過渡的に定格以上の大
電流が流れるため、自動電圧調整装置にて交流発電機の
電圧を一定に保つように制御する必要があるが、そうす
ると原動機は回転数が低下し、交流発電機の周波数降下
が起り、極端な場合にはエンジン停止の恐れがある。こ
の現象を回避するために、交流発電機の端子電圧が原動
機の回転数に略比例して変化するＶ／Ｆ一定制御を行う
自動電圧制御装置を使用し、誘導電動機の始動をスムー
ズに行う方法が用いられていた。

【０００３】しかし、急速にポンプモータ、ファンモー
タを起動する必要がある場合には、前述したＶ／Ｆ一定
制御では起動完了するまでの時間が長く、モータが急速
に起動できないという問題があった。また、交流発電機
とモータ負荷が一対の場合には、前述のＶ／Ｆ一定制御
は可能であるが、発電装置として定格周波数付近でモー
タ負荷を直入れ起動する場合は、モータの起動中、前述
したように交流発電機の周波数降下が生じ、交流発電機
に接続されている他の負荷が周波数降下の影響を受ける
という問題が生じていた。従って、原動機をモータ直入
れ起動に連続的に耐えられる容量に選定する必要があ
り、大型の発電装置になるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたもので、その目的は発電装置と
して定格周波数付近でモータを急速に直入れ起動する場
合においても大型の発電装置を用いる事なく原動機の周
波数降下が抑制できる交流発電機の電圧垂下制御装置を
提供することにある。

【０００５】また、本発明の他の目的は、特性の違うポ
ンプモータやファンモータ等の負荷が交流発電機に接続
された場合においても、スムーズに起動させるために各
々の制御対象の特性に応じて、動作時の設定を容易に変
更できる交流発電機の電圧垂下制御装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、原動機と、前記原動機に直結
された交流発電機と、前記交流発電機の端子電圧を一定
に制御する自動電圧調整装置と、前記交流発電機の出力
交流電流を検出する交流電流検出回路と、前記検出した
交流電流を交流電圧に変換する交流電流電圧変換回路
と、前記交流電流電圧変換回路の出力交流電圧を直流電
圧に変換し平滑する直流電圧変換回路と、前記直流電圧
変換回路の出力信号に応じて直流発電機の出力電圧を垂
下させる信号を前記自動電圧調整装置の誤差増幅回路ま
たは電圧基準回路に入力する電圧垂下回路とを備えた交
流発電機の電圧垂下制御装置において、前記電圧垂下回
路は、前記交流発電機の定格電流以上において前記交流
発電機の出力電圧を垂下させる電圧垂下開始点を可変で
設定できる電圧垂下開始点設定回路と、前記電圧垂下開
始点設定回路にて設定された以上の交流発電機電流が流
れるとその発電機交流電流に対する電圧の垂下量の割合
が可変で設定できる垂下率可変回路と、前記交流発電機
の電圧垂下量を可変で設定できる垂下量設定回路とから
構成されていることを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項２は、請求項１記載の交流
発電機の電圧垂下制御装置において、電圧垂下開始点設
定回路および電圧垂下量設定回路をオペアンプで構成す
ることを特徴とする。

【０００８】本発明の請求項３は、請求項１記載の交流
発電機の電圧垂下制御装置において、交流発電機の出力
電流を検出する交流電流検出回路に使用する検出器は、
交流ＣＴまたはホール素子型ＣＴであることを特徴とす
る。

【０００９】本発明の請求項４は、請求項１記載の交流
発電機の電圧垂下制御装置において、交流発電機の有効
電力を検出する検出器を備え、この検出器の有効電力信
号を交流電流信号に代えて電圧垂下回路に供給すること
を特徴とする。

【００１０】本発明の請求項５は、請求項１記載の交流
発電機の電圧垂下制御装置において、前記交流発電機
は、交流励磁機、回転整流器を付加したブラシレス励磁
方式の発電機であることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の交流発電機の電圧垂下制御装置は、交
流発電機に接続したファンモータ、ポンプモータ負荷等
の起動時に大電流が流れた場合、交流発電機の出力電流
を検出し、電圧垂下開始点設定回路にて設定された値以
上において、交流発電機の電圧を垂下させる。この時、
電圧垂下開始点は、ファン、ポンプモータ負荷等の起動
時の起動電流を考慮して、その電圧垂下開始点設定回路
にて設定された値以上になると電圧を垂下させるように
設定し、起動が完了したときには電圧を垂下させないよ
うにする。このようにして原動機の周波数降下を抑制す
る事ができる。

【００１２】また、電圧垂下開始点の設定値は可変抵抗
器にて可変できる。ここで、特性の違うファンモータ、
ポンプモータ負荷等が制御対象になっても電圧垂下開始
点は可変抵抗器で容易に設定変更が可能である。また、
同一のファンモータ、ポンプモータ負荷等において、運
転時間の経過により、性能劣化した場合においても、そ
の劣化した性能に合うように電圧垂下開始点を可変抵抗
器を用いて容易に変更できる。

【００１３】さらに、交流発電機の出力電流に対する電
圧垂下の割合である電圧垂下率も可変できる。前記電圧
垂下開始点を変化させると電圧垂下終了点も変化してし
まうが、交流発電機の特性によっては電圧垂下開始点は
変化させても、電圧垂下終了点は一定にしておきたいと
き、電圧垂下率を変化させる事で可能となり、可変抵抗
器において容易に実現できる。また、ファン、ポンプモ
ータの実起動電流を考慮して決められる電圧垂下量（電
圧垂下リミット点）もファンモータ、ポンプモータ負荷
等の性能に応じて、可変抵抗器で容易に変更する事が出
来る。従って、１種類の電圧垂下制御装置にて適用でき
る用途を可変抵抗器によって調整する事で拡大する事が
できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。まず、本発明が適用される電圧垂下制御装置１００
と自動電圧制御装置（以下ＡＶＲと略す）２００との接
続構成を示す図３について説明する。

【００１５】図３において、１は原動機、２は原動機１
に直結された交流発電機、３は交流発電機２の出力交流
電流を検出する交流電流検出回路の交流ＣＴである。な
お、ＡＶＲ２００は周知であるので、その詳細な説明は
省略する。

【００１６】電圧垂下制御装置１００の出力電圧ＶＤ
は、ＡＶＲ２００の誤差増幅アンプ６０に入力される。
誤差増幅アンプ６０では、交流発電機２の交流電圧を検
出トランス５０にて降圧した発電機検出電圧ＶＧと電圧
基準回路にて設定された基準電圧ＶＳが減算される。誤
差増幅アンプ６０の出力は、位相制御回路７０に入力さ
れ、またＡＶＲ２００の出力は交流発電機２の界磁巻線
２ａを制御する。

【００１７】今、一例として基準電圧ＶＳをマイナス信
号、発電機検出電圧ＶＧをプラス信号、電圧垂下制御装
置の出力信号ＶＤをプラス信号に設定する。電圧垂下制
御装置１００の出力信号が０Ｖの場合は、通常のＡＶＲ
運転にて交流発電機２の電圧は定格電圧一定に制御され
ている。ファン、ポンプ等のモータが直入れ始動され、
交流発電機２に定格電流以上の電流が流れると、電圧垂
下制御装置１００より出力信号ＶＤが出力され、基準電
圧ＶＳに対しあたかも交流発電機の検出電圧が増加した
ように誤差増幅回路は制御し、その結果ＡＶＲ２００は
交流発電機２の出力電圧を垂下させる。

【００１８】図１は本発明の一実施例（請求項１）であ
る交流電機の電圧垂下制御装置の構成図であり、既に説
明した図３と同一部分には同一符号を付して重複説明は
省略する。

【００１９】同図において、４は交流ＣＴ３により検出
した交流電流を交流電圧に変換する交流電流電圧変換回
路の抵抗である。直流電圧変換回路は、交流電圧を単相
全波整流し直流電圧に変換するダイオード５ａ〜５ｄ
と、整流した直流電圧を平滑する抵抗６とコンデンサ７
で構成され、交流発電機の出力電流に比例した直流電圧
が出力される。

【００２０】また、交流電流発電機の定格電流以上にお
いて、交流発電機の出力電圧を垂下させる電圧垂下開始
点を設定する電圧垂下開始点設定回路は、前記直流電圧
変換回路の出力に抵抗器８を直列、次に可変抵抗器９を
並列、さらにツェナーダイオード１０を直列に接続した
回路から構成される。この電圧垂下開始点設定回路出力
に、可変抵抗器１１とツェナーダイオード１２と可変抵
抗器１３を並列に接続し垂下量設定回路を構成する。こ
の垂下量設定回路は電圧垂下開始点設定回路にて設定さ
れた値以上の交流発電機電流が流れると、交流発電機２
の電圧垂下量を設定する回路である。

【００２１】次に、本実施例の作用について説明する。
交流ＣＴ３により検出した交流電流は抵抗４で交流電圧
に変換された後、ダイオード５ａ〜５ｄと抵抗６とコン
デンサ７からなる直流電圧変換回路により交流電圧を整
流し，平滑された直流電圧は、抵抗器８と可変抵抗器９
にて分圧され、電圧垂下開始点設定回路にて設定された
電流値以上になるとツェナーダイオード１０のツェナー
電圧が出力される。ここで、ツェナーダイオードはそれ
に印加される電圧がそのツェナー電圧以下では無限大の
抵抗値を、ツェナー電圧以上では零の抵抗値を示す素子
である。

【００２２】ツェナーダイオード１０にかかる電圧が低
いとツェナーの抵抗値は無限大であるので、可変抵抗器
９と抵抗器８の分圧で可変抵抗器９の両端電圧がツェナ
ーダイオード１０の両端にかかる。可変抵抗器９にかか
る電圧とツェナーダイオード１０にかかる電圧が一致し
た点が電圧垂下開始点で、交流発電機２の出力電流がそ
れ以上に増加すると電圧垂下信号が出力され始める。

【００２３】したがって、ツェナーダイオード１０のツ
ェナー電圧が出力できる交流発電機の出力電流の大きさ
は、可変抵抗器９の値によって変化させることができ
る。例えば、標準の設定値を交流発電機２の定格電流の
１５０％とする。この時、可変抵抗器９の抵抗値を大き
くすると、標準の設定値より小さい値でツェナー電圧が
出力される。従って、電圧垂下開始点は標準の設定値よ
り小さい値となる。逆に可変抵抗器９の抵抗値を小さく
すると、ツェナー電圧を出力するために標準の設定値よ
り大きい値が必要になる。従って、電圧垂下開始点は標
準の設定値より大きい値となる。ここで、ツェナーダイ
オード１０のツェナー電圧と可変抵抗器９の抵抗値を、
例えば交流発電機２の定格電流の１５０％相当に選定す
ると、交流発電機２の定格電流の１５０％以下の電流が
流れた場合には、ツェナーダイオード１０はオフ状態で
あり、電圧垂下制御装置１００の出力電圧は０Ｖであ
る。

【００２４】次に、交流発電機２に定格電流の１５０％
以上の電流が流れると、ツェナーダイオード１０はオン
状態となり、電圧垂下制御装置１００の出力電圧は、交
流発電機２の定格電流の１５０％以上の電流に比例して
増加していく。この増加の割合は変化させることが出来
る。しかして、出力電圧は可変抵抗器１１とツェナーダ
イオード１２と可変抵抗器１３による電圧リミットにて
制限され、電圧垂下量が決定される。

【００２５】また、可変抵抗器９の両端の電圧をツェナ
ーダイオード１０と可変抵抗器１１で分圧し、可変抵抗
器１１の両端の電圧からツェナーダイオード１２のツェ
ナー電圧を出力している。可変抵抗器１１を変化させる
と、可変抵抗器９、１１及び１３の合成抵抗値が変化
し、交流発電機２の出力電流に対する電圧垂下制御装置
１００の出力電圧が変化する。さらに、可変抵抗器１１
の抵抗値を大きく設定すると交流発電機２の出力電流に
対する出力電圧が大きくなり、逆に、可変抵抗器１１の
抵抗値を小さく設定すると交流発電機２の出力電流に対
する出力電圧が小さくなる。以上の事より電圧垂下開始
点以降の交流発電機２の出力電流に対する出力電圧の垂
下量の割合である電圧垂下率（垂下の傾斜）を変える事
が可能である。

【００２６】以上説明した電圧垂下制御装置１００の発
電機出力電流に対する出力電圧特性を図２に示す。ここ
で、一例として電圧垂下開始点設定回路を発電機出力電
流１５０％で垂下が開始するように、垂下量設定回路に
おいて電圧垂下量を設定し、それにより電圧リミット開
始点を３００％に設定した特性を図２の実線で示してい
る。この特性図から可変抵抗器９を電圧垂下開始点Ｘが
Ｘ’に変化するように設定すると、電圧垂下終了点Ｙも
同時に変わるため、可変抵抗器１１にて電圧垂下終了点
が３００％になるように電圧垂下率を設定する。また、
電圧垂下量は可変抵抗器１３にて設定する。このように
電圧垂下開始点、垂下量、垂下率は用途に応じて設定可
能であり、可変である。また、電圧垂下開始点、垂下
量、垂下率の設定は、それぞれ可変抵抗器９、１１、１
３を用いて行うので、１種類の電圧制御装置で容易に使
用範囲を拡大する事ができる。

【００２７】（他の実施例）上記実施例では図１に示す
電圧垂下制御装置の構成は簡単なディスクリート回路構
成としたが、本発明はこれに限るものではなく電圧垂下
開始点設定回路および電圧垂下量設定回路をＰＯアンプ
で構成（請求項２対応）しても同様の効果が得られる。
また上記実施例では電圧垂下制御装置をハードウエアに
て構成しているが、ＣＰＵを用いてソフトウエアにて実
現しても同様の効果が得られる。

【００２８】また、上記実施例では電圧垂下制御装置の
出力信号は、自動電圧調整装置の誤差増幅回路に減算す
る構成としたが、自動電圧調整装置の電圧基準回路に減
算する構成としても同様の効果が、また検出回路に減算
する構成としても同様の効果が得られる。

【００２９】さらに交流発電機の出力電流を検出する交
流電流検出回路は、交流ＣＴを使用しているが、ホール
素子型ＣＴを使用する構成（請求項３対応）でも同様の
効果が得られる。また、交流発電機の出力電流の代りに
有効電力を検出（請求項４対応）しても同様の効果が得
られる。また、上記実施例では交流発電機は励磁機を含
まない構成としているが、交流励磁機、回転整流器を付
加したブラシレス励磁方式の発電機（請求項５対応）に
も適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
交流発電機に接続したファンモータ、ポンプモータ負荷
等の起動時に大電流が流れた場合、交流発電機の出力電
流を検出し、電圧垂下開始点設定回路にて設定された値
以上において、交流発電機の電圧を垂下させる。電圧垂
下開始点は、ファン、ポンプモータ負荷等の起動時の起
動電流を考慮して一定以上の値になると垂下させるよう
に設定し、起動が完了したときには電圧を垂下させてい
るので、原動機の周波数降下を抑制できる。従って、大
型の発電装置を用いる事なく、発電装置として確定周波
数付近でモータを急速に直入れ起動する場合において
も、原動機の周波数降下が抑制できる。

【００３１】また、電圧垂下開始点の設定値は可変抵抗
器にて可変できるので、特性の違うファモータ、ポンプ
モータ負荷等が制御対象になっても、電圧垂下開始点は
可変抵抗器で容易に設定変更が可能である。さらに、同
一のファンモータ、ポンプモータ負荷等において、運転
時間の経過により性能劣化した場合においても、その劣
化した性能に合うように電圧垂下開始点を可変抵抗器を
用いて容易に変更することができる。また、交流発電機
の出力電流に対する電圧垂下の割合である電圧垂下率も
可変できる。前記電圧垂下開始点を変化させると電圧垂
下終了点も変化してしまうが、交流発電機の性能によっ
ては、電圧垂下開始点は変化させても電圧垂下終了点
は、一定にしておきたいとき、電圧垂下率を変化する事
で可能となり、可変抵抗器において容易に実現できる。
また、ファン、ポンプモータの実起動電流を考慮して決
められる電圧垂下量（電圧垂下リミット点）も可変抵抗
器において可変出来るため、ファンモータ、ポンプモー
タ負荷等の性能に応じて容易に変更する事が出来る。従
って、１種類の電圧垂下制御装置にて適用できる用途を
可変抵抗器によって調整する事で拡大する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の交流発電機の電圧垂下制御
装置の構成図。

【図２】交流発電機の出力電流に対する本発明の電圧垂
下制御装置の出力電圧特性図。

【図３】本発明が適用される電圧垂下制御装置と自動電
圧調整装置の接続構成図。

【符号の説明】

１…原動機、２…交流発電機、２ａ…交流発電機の界磁
巻線、３…交流ＣＴ、４…電流・電圧変換用抵抗、５ａ
〜５ｄ…整流用ダイオード、６…平滑用抵抗、７…平滑
用コンデンサ、８…電圧垂下開始点設定用抵抗器、９…
電圧垂下開始点設定用可変抵抗器、１０…電圧垂下開始
点設定用ツェナーダイオード、１１…電圧垂下率設定用
可変抵抗器、１２…電圧垂下量設定用ツェナーダイオー
ド、１３…電圧垂下量設定用可変抵抗器、１００…電圧
垂下制御装置、５０…検出トランス、６０…誤差増幅ア
ンプ、７０…移送制御回路、２００…ＡＶＲ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機と、前記原動機に直結された交流
   発電機と、前記交流発電機の端子電圧を一定に制御する
   自動電圧調整装置と、前記交流発電機の出力交流電流を
   検出する交流電流検出回路と、前記検出した交流電流を
   交流電圧に変換する交流電流電圧変換回路と、前記交流
   電流電圧変換回路の出力交流電圧を直流電圧に変換し平
   滑する直流電圧変換回路と、前記直流電圧変換回路の出
   力信号に応じて直流発電機の出力電圧を垂下させる信号
   を前記自動電圧調整装置の誤差増幅回路または電圧基準
   回路に入力する電圧垂下回路とを備えた交流発電機の電
   圧垂下制御装置において、前記電圧垂下回路は、前記交
   流発電機の定格電流以上において前記交流発電機の出力
   電圧を垂下させる電圧垂下開始点を可変で設定できる電
   圧垂下開始点設定回路と、前記電圧垂下開始点設定回路
   にて設定された以上の交流発電機電流が流れるとその発
   電機交流電流に対する電圧の垂下量の割合が可変で設定
   できる垂下率可変回路と、前記交流発電機の電圧垂下量
   を可変で設定できる垂下量設定回路とから構成されてい
   ることを特徴とする交流発電機の電圧垂下制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の交流発電機の電圧垂下制
   御装置において、電圧垂下開始点設定回路および電圧垂
   下量設定回路をオペアンプで構成することを特徴とする
   交流発電機の電圧垂下制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の交流発電機の電圧垂下制
   御装置において、交流発電機の出力電流を検出する交流
   電流検出回路に使用する検出器は、交流ＣＴまたはホー
   ル素子型ＣＴであることを特徴とする交流発電機の電圧
   垂下制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の交流発電機の電圧垂下制
   御装置において、交流発電機の有効電力を検出する検出
   器を備え、この検出器の有効電力信号を交流電流信号に
   代えて電圧垂下回路に供給することを特徴とする交流発
   電機の電圧垂下制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の交流発電機の電圧垂下制
   御装置において、前記交流発電機は、交流励磁機、回転
   整流器を付加したブラシレス励磁方式の発電機であるこ
   とを特徴とする交流発電機の電圧垂下制御装置。