JPH10234200A - 回転界磁形同期発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】過大な界磁電流が流れ続けて界磁コイルが焼損
したり自動電圧調整器が破壊したりするのを防止する。 【解決手段】界磁電流Ｉf を検出する界磁電流検出器７
と、界磁電流検出器により検出された界磁電流が制限値
を超える状態が所定の時間継続したときに励磁制限指令
信号を発生する励磁制限指令発生回路８Ａと、励磁制限
指令信号が発生していないときには励磁コイル３ｃの全
出力電圧を励磁電圧Ｖf として自動電圧調整器４に与
え、励磁制限指令信号が発生したときに一定時間だけ励
磁電圧Ｖf を励磁コイル３ｃの全出力電圧よりも低い値
に切り換える励磁電圧切換回路８Ｂとを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転界磁形の同期
発電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転界磁形の同期発電機は、界磁コイル
を有する回転子と、負荷に電力を供給する主電機子コイ
ル及び界磁コイルを励磁するための出力を発生する励磁
コイルを有する固定子とを備えている。この種の発電機
では、負荷に与えられる電圧を設定値に保つため、励磁
コイルから与えられる励磁電圧を入力として主電機子コ
イルの出力電圧を設定値に保つように界磁コイルに流す
界磁電流を制御する自動電圧調整器が設けられている。

【０００３】図５は自動電圧調整器を備えた従来の回転
界磁形同期発電機の構成を示したもので、同図において
１は回転子２と固定子３とからなる発電機本体、４は自
動電圧調整器、５は負荷である。

【０００４】回転子２は、発電機のフレームに軸受けを
介して支持された回転軸に取り付けられた回転子鉄心２
ａと、該回転子鉄心２ａに巻回された界磁コイル２ｂ
と、回転子鉄心２ａに取り付けられた初期励磁用磁石２
ｃとからなっていて、図示しない原動機により回転駆動
される。固定子３は、回転子鉄心２ａに設けられた磁極
部に対向する磁極部を有する固定子鉄心３ａと該固定子
鉄心に巻回された主電機子コイル３ｂ及び励磁コイル３
ｃとからなり、主電機子コイル３ｂの出力端子間に負荷
５が接続されている。

【０００５】自動電圧調整器４は、励磁コイル３ｃから
与えられる励磁電圧Ｖf を電源電圧とし、主電機子コイ
ル３ｂの両端に得られる出力電圧（負荷の両端の電圧）
Ｖoを検出して、出力電圧Ｖo を定格値に保つために界
磁コイル２ｂに流す必要がある直流電流を界磁電流Ｉf
として出力する。自動電圧調整器４から出力される界磁
電流Ｉf はブラシ６ａと該ブラシが接触するスリップリ
ング６ｂとからなる周知の給電機構６を介して界磁コイ
ル２ｂに供給されている。

【０００６】図５に示した同期発電機において、図示し
ない原動機により回転子２が回転駆動されると、初期励
磁用磁石２ｃから生じる磁束が主電機子コイル３ｂ及び
励磁コイル３ｃと鎖交するため、これらのコイルに電圧
が誘起する。励磁コイル３ｃに電圧が誘起すると、自動
電圧調整器４が界磁コイル２ｂに界磁電流Ｉf を供給す
るため、回転子鉄心２ａの磁極部（界磁極）が励磁され
る。これにより主電機子コイル３ｂ及び励磁コイル３ｃ
に誘起する電圧の波高値が増大していき、発電機の出力
電圧が確立する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】自動電圧調整器を備え
た従来の回転界磁形同期発電機では、その回転数を定格
回転数まで上昇させる過程で、回転数の上昇に伴って界
磁電流Ｉf が増大していき、発電機の出力電圧Ｖo が上
昇していく。界磁電流Ｉf は、回転数の上昇により発電
機の出力電圧Ｖo が定格値に向けて上昇していく過程で
定格運転時の制限値を超えるようになる。発電機の出力
電圧Ｖo が上昇して定格値を超える領域に入ると、自動
電圧調整器４が発電機の出力電圧を定格値に保つように
界磁電流Ｉf を制御するため、界磁電流Ｉf は回転数の
上昇に伴って低下していくようになり、発電機の回転数
がある回転数を超える領域では、界磁電流Ｉf が定格運
転時の制限値を下回るようになる。

【０００８】発電機の回転数を定格回転数に保って運転
している状態で負荷を増大させていくと、自動電圧調整
器４は、負荷の増大に伴う出力電圧の降下分を補うよう
に界磁電流Ｉf を増加させ、過負荷運転領域では、界磁
電流が定格運転時の制限値を超えるようになる。

【０００９】上記のように、回転界磁形同期発電機で
は、回転数が定格回転数に向けて上昇していく過程で、
界磁電流が定格時の制限値を超える領域が存在する。そ
のため、回転数がこの領域の回転数に保たれた状態で発
電機の運転が行われると、界磁電流が制限値を超える状
態が継続して界磁コイルの銅損による発熱が多くなると
いう問題があった。

【００１０】また従来の回転界磁形同期発電機では、定
格回転数で過負荷運転が行われたときにも、界磁電流が
制限値を超えることがあるため、長時間過負荷運転が行
われると、上記の場合と同様に界磁電流が制限値を超え
る状態が継続して界磁コイルの銅損による発熱が多くな
るという問題があった。

【００１１】界磁電流が制限値を超える状態が長時間継
続すると、発電機の使用環境によっては、界磁コイルが
過熱してコイル導体が焼損したり、界磁コイルが熱膨張
により破損したりするおそれがあった。また界磁電流が
制限値を超える状態が長時間継続すると、自動電圧調整
器４を構成する回路素子での発熱が多くなって、該回路
素子が破壊するおそれもあった。

【００１２】本発明の目的は、界磁電流が制限値を超え
る状態が長時間継続して界磁コイルが焼損したり自動電
圧調整器が破壊したりするのを防止することができるよ
うにした回転界磁形同期発電機を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、界磁コイルを
有する回転子と、負荷に電力を供給する主電機子コイル
及び界磁コイルを励磁するための出力を発生する励磁コ
イルを有する固定子と、励磁コイルから与えられる励磁
電圧を入力として主電機子コイルの出力電圧を設定値に
保つように界磁コイルに流す界磁電流を制御する自動電
圧調整器とを備えた回転界磁形同期発電機に係わるもの
である。

【００１４】本発明においては、界磁コイルに供給され
る界磁電流を検出する界磁電流検出器と、該界磁電流検
出器により検出された界磁電流が制限値を超えている状
態が第１の設定時間の間継続した時に励磁電圧を励磁コ
イルの全出力電圧よりも低い電圧に制限して界磁電流を
制限値以下に減少させ、励磁電圧の制限により界磁電流
が制限値以下に制限されている状態が第２の設定時間の
間継続したときに励磁電圧の制限を解除するように界磁
コイルに入力される励磁電圧の大きさを制御する励磁制
御装置とを設けた。

【００１５】上記のような励磁制御装置を設けると、発
電機の回転数が定格回転数以下の特定の回転数（励磁コ
イルの全出力電圧を自動電圧調整器に与えた場合に界磁
電流が制限値を超える回転数）に保持されて界磁電流が
制限値を超える状態が生じた場合や、定格回転数で過負
荷運転が行われて界磁電流が制限値を超える状態が生じ
た場合に、励磁コイルから自動電圧調整器に与える励磁
電圧を励磁コイルの全出力電圧よりも低い値に制限して
界磁電流を制限値以下に減少させる動作と、励磁電圧を
励磁コイルの全出力電圧に戻して界磁電流を増大させる
動作とを交互に繰り返し行わせることができる。そのた
め、本来であれば界磁電流が制限値を超える状態が継続
する状況が生じたときに、界磁電流の平均値を抑えて界
磁コイルの発熱を抑制することができ、界磁コイルが焼
損したり、自動電圧調整器が破壊したりするのを防止す
ることができる。

【００１６】上記励磁制御装置は例えば、界磁電流検出
器により検出される界磁電流が制限値を超えている状態
が第１の設定時間の間継続したときに励磁制限指令信号
を発生し、励磁制限指令信号が発生した時刻から第２の
設定時間が経過した時に励磁制限指令信号を消滅させる
励磁制限指令発生回路と、励磁制限指令信号が発生して
いないときには励磁コイルの全出力電圧を励磁電圧とし
て自動電圧調整器に入力し、励磁制限指令信号が発生し
ている間は励磁コイルの全出力電圧よりも低い値に制限
された電圧を励磁電圧として自動電圧調整器に入力する
励磁電圧切換回路とを備えることにより構成できる。

【００１７】励磁電圧の切換を可能にするには、例え
ば、励磁コイルの中間部からタップを引き出して、該励
磁コイルから２種類の電圧を取り出し得るようにする。
この場合、励磁電圧切換回路は、励磁制限指令信号が発
生していないときには励磁コイルの両端の電圧を励磁電
圧として自動電圧調整器に入力し、励磁制限指令信号が
発生しているときには励磁コイルの一端とタップとの間
に得られる電圧を励磁電圧として自動電圧調整器に入力
するように励磁コイルから自動電圧調整器に入力される
電圧を切り換えるリレーにより構成できる。

【００１８】励磁制限指令発生回路は例えば、界磁電流
検出器の出力信号により一定の時定数で充電される制限
時間設定用コンデンサと、該制限時間設定用コンデンサ
に蓄積された電荷を一定の時定数で放電させる放電回路
と、界磁電流が制限値を超えて制限時間設定用コンデン
サの両端の電圧のレベルが一定値を超えた時に導通して
該制限時間設定用コンデンサの両端の電圧のレベルが一
定値を超えている間導通状態を保持するスイッチ回路
と、スイッチ回路が導通しているときに励磁コイルの出
力電圧で該スイッチ回路と電流制限素子とを通して一定
の時定数で充電され、スイッチ回路が遮断状態になった
ときに放電させられる制限開始時間設定用コンデンサ
と、制限開始時間設定用コンデンサの両端の電圧が設定
値を超えたときに励磁コイルからスイッチ回路を通して
駆動信号が与えられて導通して励磁制限指令信号を出力
する励磁制限指令出力用スイッチ回路とにより構成でき
る。この場合、界磁電流が制限値を超えてから第１の設
定時間が経過した時に制限開始時間設定用コンデンサの
両端の電圧が設定値を超えるように制限開始時間設定用
コンデンサの充電時定数が設定される。また制限値を超
えていた界磁電流が制限値以下になった時刻から第２の
設定時間が経過した時にスイッチ回路が遮断状態になる
ように制限時間設定用コンデンサの放電時定数が設定さ
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる同期発電機
の構成例を概略的に示したもので、同図において１は回
転子２と固定子３とにより構成された同期発電機本体、
４は自動電圧調整器、５は負荷である。

【００２０】回転子２は従来のものと同様に、回転軸に
取り付けられた回転子鉄心２ａと該鉄心に巻回された界
磁コイル２ｂと、回転子鉄心２ａに取り付けられた初期
励磁用磁石２ｃとからなっている。また固定子３は、回
転子鉄心２ａの磁極部に対向する磁極部を有する固定子
鉄心３ａと、固定子鉄心３ａに巻回された主電機子コイ
ル３ｂ及び励磁コイル３ｃとからなっていて、励磁コイ
ル３ｃの中間部からタップｔが引き出されている。図示
の例では、励磁コイル３ｃの中央部からタップｔが引き
出されていて、励磁コイル３ｃの一端３c1とタップｔと
の間に、該励磁コイルの両端に得られる電圧（全出力電
圧）Ｖe の１／２の電圧Ｖe ´（＝Ｖe／２）が得られ
るようになっている。なおタップｔを引き出す位置は、
必ずしも励磁コイル３ｃの中央部である必要はない。

【００２１】自動電圧調整器４は、励磁コイル３ｃから
与えられる励磁電圧Ｖf を入力とし、主電機子コイル３
ｂの両端に得られる発電機の出力電圧Ｖo を検出して、
出力電圧Ｖo を定格値に保つために必要な界磁電流（直
流電流）Ｉf を出力する。この界磁電流Ｉf はブラシ６
ａと該ブラシが接触するスリップリング６ｂとからなる
給電機構６を通して界磁コイル２ｂに与えられている。

【００２２】本発明においては、自動電圧調整器４から
界磁コイル２ｂに与えられる界磁電流Ｉf を検出する界
磁電流検出器７と、界磁電流検出器７により検出された
界磁電流が制限値を超える状態が所定時間継続したとき
に、自動電圧調整器４に与える励磁電圧Ｖf を励磁コイ
ル３ｃが発生する全出力電圧Ｖe よりも低い電圧Ｖe´
に切り換える励磁制御装置８とを設ける。

【００２３】図示の界磁電流検出器７は自動電圧調整器
４から給電機構６に至る配線に装着された変流器からな
っていて、界磁電流Ｉf に比例した界磁電流検出信号
（電圧信号）を発生する。

【００２４】励磁制御装置８は、界磁電流検出器７によ
り検出された界磁電流Ｉf が制限値を超えている状態が
第１の設定時間の間継続した時に励磁電圧Ｖf を励磁コ
イルの全出力電圧Ｖe よりも低い電圧Ｖe ´に制限して
界磁電流を制限値以下に減少させ、励磁電圧Ｖf の制限
により界磁電流Ｉf が制限値以下に制限されている状態
を第２の設定時間の間継続させた後に励磁電圧Ｖf の制
限を解除するように界磁コイルに入力される励磁電圧の
大きさを制御する装置である。

【００２５】この励磁制御装置８は、図１に示したよう
に、界磁電流検出器７の出力が入力された励磁制限指令
発生回路８Ａと、励磁コイル３ｃの一端３c1と他端３c2
との間に得られる全出力電圧Ｖe 及び励磁コイルの一端
３c1とタップｔとの間に得られる電圧Ｖe ´（＝Ｖe ／
２）が入力された励磁電圧切換回路８Ｂとにより構成で
きる。

【００２６】励磁制限指令発生回路８Ａは、界磁電流検
出器７により検出される界磁電流Ｉf が制限値を超えて
いる状態が第１の設定時間Ｔ1 の間継続したときに励磁
制限指令信号を発生し、界磁電流Ｉf が制限値以下にな
った時刻から第２の設定時間Ｔ2 が経過した時に励磁制
限指令信号を消滅させるように構成される。

【００２７】励磁電圧切換回路８Ｂは、励磁制限指令信
号が発生していないときには励磁コイル３ｃの全出力電
圧Ｖe を励磁電圧Ｖf として自動電圧調整器４に入力
し、励磁制限指令信号が発生している間は励磁コイル３
ｃの全出力電圧Ｖe よりも低い値に制限された電圧Ｖe
´を励磁電圧Ｖf として自動電圧調整器４に入力するよ
うに構成される。

【００２８】図１に示した例では、励磁コイル３ｃの一
端３c1とタップとの間に得られる電圧Ｖe ´が励磁制限
指令発生回路８Ａに制限された電源電圧として入力され
ている。

【００２９】図１の発電機においては、界磁電流Ｉf が
制限値を超える状態が第１の設定時間Ｔ1 の間継続した
ときに励磁制限指令発生回路８Ａが励磁制限指令信号を
発生し、界磁電流Ｉf が制限値以下になった時刻（励磁
制限指令信号が発生した時刻）から第２の設定時間Ｔ2
が経過したときに励磁制限指令信号を消滅させる。

【００３０】励磁電圧切換回路８Ｂは、電磁リレーや無
接点リレー等からなっていて、励磁制限指令信号が発生
していないときに励磁コイル３ｃの全出力電圧Ｖe を励
磁電圧Ｖf として自動電圧調整器４に与え、励磁制限指
令信号が発生したときには、励磁コイル３ｃの一端とタ
ップとの間に得られる低い電圧Ｖe ´を励磁電圧Ｖfと
して自動電圧調整器４に与える。

【００３１】自動電圧調整器４は、励磁コイル３ｃの全
出力電圧が励磁電圧Ｖf として与えられているときに、
発電機の出力電圧Ｖo を定格値に保つために必要な正規
の界磁電流Ｉf を出力し、励磁制限指令信号が発生して
励磁電圧Ｖf が励磁コイル３ｃの全出力電圧よりも低い
電圧Ｖe ´に切り換えられたときには、正規の界磁電流
Ｉf よりも小さい値に制限された界磁電流を出力する。

【００３２】従って、発電機が定格回転数よりも低い回
転数で運転されて、制限値を超える界磁電流Ｉf が流れ
続ける状態が生じたときには、制限値を超える界磁電流
が第１の設定時間の間流れる動作と、制限値以下の界磁
電流が第２の設定時間の間流れる動作とが交互に繰り返
えされ、界磁電流の平均値が減少させられる。制限値を
超える界磁電流が流れる時間（第１の設定時間）と制限
値以下に制限された界磁電流が流れる時間（第２の設定
時間）との比を適当に設定しておくことにより、界磁コ
イル２ｂに与えられる界磁電流の平均値を制限値以下に
抑えることができ、界磁コイル２ｂで生じる発熱を抑制
することができる。

【００３３】本発明に係わる同期発電機の更に具体的な
構成例を図２に示した。図２に示した例では、励磁電圧
切換回路８Ｂが電磁リレーからなっている。図示の電磁
リレーは、励磁コイル１０と、励磁コイル１０により駆
動される可動接点ｍ1 及びｍ2 と、励磁コイル１０が非
励磁状態にあるときに可動接点ｍ1 及びｍ2 がそれぞれ
接触する固定接点ｂ1 及びｂ2 と、励磁コイル１０が励
磁されたときに可動接点ｍ1 及びｍ2 がそれぞれ接触す
る固定接点ａ1 及びａ2 とを備えている。このリレーの
固定接点ｂ1 及びａ2 は共通に接続されて自動電圧調整
器４の一方の励磁電圧入力端子に接続され、固定接点ａ
1 及び固定接点ｂ2 は遊び接点とされている。可動接点
ｍ1 は励磁コイル３ｃの他端３c2に接続され、可動接点
ｍ2 は励磁コイルのタップｔに接続されている。

【００３４】励磁制限指令発生回路８Ａは、第１ないし
第３のスイッチ素子としてのトランジスタＴＲ1 ないし
ＴＲ3 と、抵抗Ｒ1 ないしＲ8 と、制限時間設定用コン
デンサＣ1 と、制限開始時間設定用コンデンサＣ2 と、
ダイオードＤ1 ないしＤ3 と、ツェナーダイオードＺＤ
1 とにより構成されている。

【００３５】更に詳細に説明すると、制限時間設定用コ
ンデンサＣ1 は、ダイオードＤ1 と抵抗Ｒ1 とを通して
界磁電流検出器７の出力端子間に接続され、界磁電流検
出器７の出力信号によりダイオードＤ1 及び抵抗Ｒ1 を
通して一定の時定数で図示の極性に充電される。制限時
間設定用コンデンサＣ1 の両端には放電用抵抗Ｒ2 が接
続されている。制限時間設定用コンデンサＣ1 の正極性
側の端子はツェナーダイオードＺＤ1 と抵抗Ｒ3 との直
列回路を通して第１のスイッチ素子を構成するＮＰＮト
ランジスタＴＲ1 のベースに接続され、該トランジスタ
ＴＲ1 のエミッタはコンデンサＣ1 の負極性側端子につ
ながる共通ラインＬ1 に接続されている。トランジスタ
ＴＲ1 のコレクタは抵抗Ｒ4 を通してダイオードＤ2 の
カソードに接続され、該ダイオードＤ2 のアノードは励
磁コイル３ｃのタップｔに接続されている。第１のスイ
ッチ素子を構成するトランジスタＴＲ1 は、制限時間設
定用コンデンサＣ1 の両端の電圧によりツェナーダイオ
ードＺＤ1 と第１の電流制限素子としての抵抗Ｒ3 とを
通してベース電流（駆動信号）が与えられ、励磁コイル
３ｃが出力する電圧Ｖe ´の一方の半サイクルにおいて
ダイオードＤ2 と抵抗Ｒ4 とを通してコレクタに電圧が
印加される。

【００３６】トランジスタＴＲ1 のコレクタはまた第２
のスイッチ素子を構成するＰＮＰトランジスタＴＲ2 の
ベースに抵抗Ｒ5 を通して接続され、トランジスタＴＲ
2 のエミッタは抵抗Ｒ6 を通してダイオードＤ2 のカソ
ードに接続されている。トランジスタＴＲ2 （第２のス
イッチ素子）は、トランジスタＴＲ1 （第１のスイッチ
素子）が導通状態になったときにベース電流（駆動信
号）が与えられて導通する。

【００３７】トランジスタＴＲ2 のコレクタと共通ライ
ンＬ1 との間に制限開始時間設定用コンデンサＣ2 が接
続され、該制限開始時間設定用コンデンサＣ2 の両端に
は放電用抵抗Ｒ7 が接続されている。制限開始時間設定
用コンデンサＣ2 は、トランジスタＴＲ2 （第２のスイ
ッチ素子）が導通状態になった時に励磁コイル３ｃの出
力電圧で、ダイオードＤ2 と第２の電流制限素子として
の抵抗Ｒ6 とトランジスタＴＲ2 のエミッタコレクタ間
とを通して一定の時定数で充電される。

【００３８】トランジスタＴＲ2 のコレクタは、エミッ
タが共通ラインＬ1 に接続されたＮＰＮトランジスタＴ
Ｒ3 （第３のスイッチ素子）のベースに抵抗Ｒ8 を通し
て接続され、トランジスタＴＲ3 のコレクタは、カソー
ドがダイオードＤ2 のカソードに接続されたダイオード
Ｄ3 のアノードに接続されている。トランジスタＴＲ3
のコレクタにリレーの励磁コイル１０の一端が接続さ
れ、該励磁コイルの他端はダイオードＤ2 のカソードに
接続されている。

【００３９】この例では、コンデンサＣ1 −ツェナーダ
イオードＺＤ1 −抵抗Ｒ3 −トランジスタＴＲ1 のベー
スエミッタ間回路−コンデンサＣ1 の回路と、コンデン
サＣ1 −抵抗Ｒ2 −コンデンサＣ1 の回路とにより制限
時間設定用コンデンサＣ1 に蓄積された電荷を一定の時
定数で放電させる制限時間設定用コンデンサ放電回路が
構成されている。この放電回路においては、界磁電流が
制限値を超えたときにツェナーダイオードＺＤ1 が導通
するように該ツェナーダイオードの導通レベルが設定さ
れている。また界磁電流が制限値以下の状態にあるとき
に、コンデンサＣ1 の両端の電圧が界磁電流検出器７の
出力信号にほぼ比例して変化するように、抵抗Ｒ3 の抵
抗値が十分に大きく設定されている。

【００４０】図２の発電機においてはまた、ツェナーダ
イオードＺＤ1 と抵抗Ｒ3 ないしＲ6 とトランジスタＴ
Ｒ1 及びＴＲ2 とにより、界磁電流が制限値を超えて制
限時間設定用コンデンサの両端の電圧のレベルが一定値
を超えた時に導通して該制限時間設定用コンデンサの両
端の電圧のレベルが一定値を超えている間導通状態を保
持するスイッチ回路が構成されている。制限開始時間設
定用コンデンサＣ2 は、上記スイッチ回路が導通してい
るときに励磁コイル３ｃの出力電圧でスイッチ回路と電
流制限素子（抵抗Ｒ6 ）とを通して一定の時定数で充電
され、スイッチ回路が遮断状態になったときに放電用抵
抗Ｒ7 を通して放電させられる。界磁電流が制限値以下
になってトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 （スイッチ回
路）が遮断状態になったときにコンデンサＣ2 の電荷を
速やかに放電させるように、抵抗Ｒ7 の抵抗値は比較的
小さく設定されている。

【００４１】更に、抵抗Ｒ8 とトランジスタＴＲ3 とに
より、制限開始時間設定用コンデンサの両端の電圧が設
定値を超えたときに励磁コイル３ｃからスイッチ回路を
通して駆動信号が与えられて導通して励磁制限指令信号
を出力する励磁制限指令出力用スイッチ回路が構成され
ている。

【００４２】そして、界磁電流Ｉf が制限値を超えてか
ら第１の設定時間Ｔ1 が経過した時に制限開始時間設定
用コンデンサＣ2 の両端の電圧が設定値を超えるように
制限開始時間設定用コンデンサＣ2 の充電時定数が設定
され、制限値を超えていた界磁電流が制限値以下になっ
た時刻から第２の設定時間Ｔ2 が経過した時に上記スイ
ッチ回路が遮断状態になるように制限時間設定用コンデ
ンサＣ1 の放電時定数が設定されている。

【００４３】図２の発電機において、界磁電流Ｉf が制
限値を超えてトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 が導通する
と、励磁コイル３ｃの一端３c1とタップｔとの間に得ら
れる出力電圧によりダイオードＤ2 と抵抗Ｒ6 とトラン
ジスタＴＲ2 のエミッタコレクタ間とを通して制限開始
時間設定用コンデンサＣ2 が図示の極性に充電される。
界磁電流が制限値を超えた後第１の設定時間Ｔ1 が経過
して制限開始時間設定用コンデンサＣ2 の両端の電圧が
設定値に達すると、第３のスイッチ素子を構成するトラ
ンジスタＴＲ3 に与えられるベース電流（駆動信号）が
該トランジスタＴＲ3 を導通状態にするレベルに達する
ため、トランジスタＴＲ3 が導通して励磁コイル１０に
励磁電流を流す。この例では、トランジスタＴＲ3 のコ
レクタエミッタ間を通して流れる励磁コイル１０の励磁
電流が励磁制限指令信号となる。励磁コイル１０に励磁
電流が流れると、リレーの可動接点ｍ1 及びｍ2 がそれ
ぞれ固定接点ａ1 及びａ2 側に切り替わるため、励磁コ
イル３ｃの一端３c1とタップｔとの間に得られる電圧Ｖ
e ´（＝Ｖe ／２）が自動電圧調整器４に励磁電圧Ｖf
として与えられる。これにより界磁電流Ｉf が制限値Ｉ
m よりも低い値まで減少させられる。

【００４４】界磁電流Ｉf が制限値よりも低くなると、
界磁電流検出器７の出力電圧が界磁電流制限時間設定用
コンデンサＣ1 の両端の電圧よりも低くなるため、該コ
ンデンサＣ1 の電荷は抵抗Ｒ2 を通して一定の時定数で
放電していく。界磁電流が制限値以下に減少した後、第
２の設定時間が経過してコンデンサＣ1 の両端の電圧が
ツェナーダイオードＺＤ1 のツェナー電圧よりも低くな
ると該ツェナーダイオードＺＤ1 が遮断状態になるた
め、トランジスタＴＲ1 が遮断状態になり、トランジス
タＴＲ2 が遮断状態になる。これによりトランジスタＴ
Ｒ3 が遮断状態になるため、励磁コイル１０を流れてい
た電流が零になり（界磁電流制限指令信号が消滅し）、
リレーの可動接点ｍ1 及びｍ2 がそれぞれ固定接点ｂ1
及びｂ2 側に切替わる。従って、励磁コイル３ｃから自
動電圧調整器４に与えられる励磁電圧が励磁コイルの全
出力電圧Ｖe に回復し、界磁電流Ｉf が正規の値に回復
する。

【００４５】上記のように、図２の同期発電機において
は、界磁電流Ｉf が制限値を超えてから第１の設定時間
Ｔ1 が経過した時にトランジスタＴＲ3 （第３のスイッ
チ素子）が導通するように制限開始時間設定用コンデン
サＣ2 の充電時定数が設定され、制限値を超えていた界
磁電流Ｉf が制限値以下になった時刻から第２の設定時
間Ｔ2 が経過した時にトランジスタＴＲ1 （第１のスイ
ッチ素子）が遮断状態になるように制限時間設定用コン
デンサＣ1 の放電時定数が設定されている。

【００４６】上記第１の設定時間Ｔ1 は、発電機の正常
な起動時にその回転数が零から定格回転数まで変化する
過程で界磁電流Ｉf が定格運転時の制限値を超えた状態
を保持する時間よりも長く設定しておく。また第２の設
定時間Ｔ2 は、界磁電流Ｉfを制限しないと、該界磁電
流の値が許容し得ない時間（発電機の機械的設計、巻線
設計、使用環境等により異なる）にわたって定格時の制
限値を超える値に保持される状態が生じたときに、界磁
電流の平均値を定格時の制限値以下に（界磁巻線が焼損
したり自動電圧調整器の構成部品が破壊したりするおそ
れがない値以下に）抑制するように、第１の設定時間Ｔ
1 の長さとの関係で適当な値に設定する。

【００４７】なお図２において、１１は界磁電流Ｉf を
測定するために挿入された電流計である。この電流計は
実際には省略することができる。

【００４８】図２に示した発電機において、回転子２が
回転させられると、初期励磁用磁石２ｃにより励磁コイ
ル３ｃに電圧Ｖe が誘起する。界磁電流Ｉf が制限値以
下になっている状態では、励磁制限指令信号が発生しな
い（励磁電圧切換回路８Ｂを構成するリレーが励磁され
ない）ため、リレーの可動接点ｍ1 及びｍ2 はそれぞれ
固定接点ｂ1 及びｂ2 に接触している。この状態では、
励磁コイル３ｃの両端の電圧（励磁コイルの全出力電
圧）Ｖe が自動電圧調整器４に励磁電圧Ｖf として入力
される。自動電圧調整器４は、主電機子コイル３ｂの両
端の出力電圧Ｖoを定格値に保つために必要な界磁電流
Ｉf を界磁コイル２ｂに与える。これにより回転子鉄心
が増磁され、励磁コイル３ｃに誘起する電圧が上昇する
とともに、主電機子コイル３ｂに誘起する出力電圧が上
昇していく。

【００４９】図２に示した同期発電機の実特性の一例を
図３及び図４に示した。図３は出力電圧Ｖo 対回転数Ｎ
特性及び界磁電流Ｉf 対回転数Ｎ特性を示し、図４は発
電機を定格回転数で運転した場合の、出力電圧Ｖo 対負
荷容量特性及び界磁電流Ｉf対負荷容量特性を示す。

【００５０】図３においてＩf1は無負荷時の特性を示
し、Ｉf2は負荷時の特性を示している。またＶo1及びＶ
o2はそれぞれＩf1及びＩf2に対応していて、Ｖo1は無負
荷時の特性を示し、Ｖo2は負荷時の特性を示している。
図４の横軸の負荷容量は定格負荷に対する百分率で示し
ており、１００％が定格負荷を示している。図２及び図
３に示した特性を測定するために用いた同期発電機の定
格電圧は１０５［Ｖ］、定格回転数は３６００［ｒｐ
ｍ］であり、定格運転時の界磁電流Ｉf の制限値Ｉm
（図３のｆa 点の電流）は２．２５［Ａ］である。

【００５１】発電機が起動させられると、発電機の回転
数が定格回転数（３６００ｒｐｍ）まで上昇する間に、
界磁電流Ｉf がｆ1 点からｆ6 点まで変化する。この
間、界磁電流Ｉf は、ｆ2 点〜ｆ4 点の範囲で（回転数
が約２２５０〜２７００ｒｐｍの範囲にあるときに）制
限値Ｉm を超える。界磁電流Ｉf が制限値Ｉm を超える
とコンデンサＣ1 の両端の電圧がツェナーダイオードＺ
Ｄ1 のツェナー電圧を超えるため、トランジスタＴＲ1
が導通し、トランジスタＴＲ2 が導通する。トランジス
タＴＲ2 の導通によりコンデンサＣ2 が一定の時定数で
充電される。界磁電流Ｉf が制限値Ｉm を超えた後、第
１の設定時間Ｔ1 が経過すると、コンデンサＣ2 の端子
電圧がトランジスタＴＲ3 を導通状態にするレベルに達
するため、該トランジスタＴＲ3 が導通して励磁コイル
１０に電流を流すが、第１の設定時間Ｔ1 は、発電機の
起動が正常に行われた時に界磁電流がｆ2 点からｆ4 点
まで変化するのに要する時間よりも長く設定されている
ため、発電機の起動が正常に行われたときにはトランジ
スタＴＲ3 が導通することはなく、自動電圧調整器に与
えられる励磁電圧Ｖf は制限されることがない。

【００５２】発電機の回転数が定格値よりも低く、かつ
制限値を超える界磁電流が流れる範囲（図３のｆ2 〜ｆ
4 間）のある回転数に第１の設定時間以上保持される
と、図２のトランジスタＴＲ3 が導通して励磁コイル１
０が励磁されるため、リレーの可動接点ｍ1 及びｍ2 が
それぞれ固定接点ａ1 及びａ2 に接触する状態に切替え
られ、励磁コイル３ｃから自動電圧調整器４に与えられ
る励磁電圧Ｖf が励磁コイル３ｃの全出力電圧Ｖe から
該全出力電圧の１／２の電圧Ｖe ´に切替えられて、界
磁電流が制限値以下に減少させられる。励磁電圧がＶe
´（＝Ｖe ／２）に切り換えられると、図３のｆ2 〜ｆ
4 間の特性は、同図のｆ2 ´〜ｆ4 ´のようになり、界
磁電流がほぼ１／２に減少させられる。界磁電流が制限
された後第２の設定時間Ｔ2 が経過すると、トランジス
タＴＲ1 及びＴＲ2 が遮断状態になり、トランジスタＴ
Ｒ3 が遮断状態になるため、リレーの可動接点ｍ1 及び
ｍ2がそれぞれ固定接点ｂ1 及びｂ2 側に切り換えられ
て、自動電圧調整器４に与えられる励磁電圧Ｖf が励磁
コイル３ｃの全出力電圧に回復させられる。励磁電圧Ｖ
f が励磁コイルの全出力電圧Ｖe に回復することにより
界磁電流Ｉf が再び制限値Ｉm を超え、界磁電流が制限
値を超えている状態が第１の設定時間Ｔ1 を超えると、
前記と同様にしてトランジスタＴＲ3 が導通して界磁電
流の制限動作が行われる。

【００５３】上記のように、界磁電流が制限値を超える
状態で運転が行われたときには、励磁電圧Ｖf を励磁コ
イルの全出力電圧とする動作と励磁コイルの全出力電圧
の１／２とする動作とが交互に繰り返されるため、界磁
電流の平均値が制限値Ｉm 以下に制限され、界磁コイル
の焼損が防止される。

【００５４】また発電機を定格回転数で回転させて、図
４に示したように、発電機の負荷容量を増大させると、
出力電圧Ｖo はＶ1 ，Ｖ2 ，…，Ｖ5 と変化する。自動
電圧調整器４は負荷の増大に伴う電圧降下分を補償する
べく界磁電流Ｉf をｆ1 ，ｆ2 ，…，ｆ5 のように増加
させるが、図示の例では、負荷容量が２００［％］に達
すると、電圧降下分の補償を行うことができなくなり、
主電機子コイル３ｂの主力電圧Ｖo 及び励磁コイル３ｃ
の出力電圧が急激に低下していく。励磁コイル３ｃの出
力電圧の低下により、界磁電流はｆ5 まで上昇した後、
曲線Ｉf ´に沿って減少していき、出力電圧Ｖo はＶ5
からＶ6 へと低下していく。

【００５５】発電機が図４のｆ3 〜ｆ5 間で過負荷運転
されて界磁電流Ｉf が長時間制限値Ｉm を超える値に保
持されると、前記と同様にして励磁電圧が制限される動
作と励磁電圧が復帰させられる動作とが繰り返されて、
界磁電流の平均値が制限値以下に抑制される。図４のｆ
3 点の界磁電流が流れている状態で励磁電圧の制限動作
が行われると界磁電流は同図のｆ3 ´点まで減少させら
れ、出力電圧Ｖo はＶ3 からＶ3 ´まで低下させられ
る。また図４のｆ4 点の界磁電流が流れている状態で励
磁電圧の制限動作が行われると界磁電流は同図のｆ4 ´
点まで減少させられ、出力電圧Ｖo はＶ4 からＶ4 ´ま
で低下させられる。

【００５６】図２に示した例では、制限時間設定用コン
デンサＣ1 の両端の電圧が一定値を超えたときに導通す
るスイッチ回路をツェナーダイオードＺＤ1 と抵抗Ｒ3
ないしＲ6 と、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 とにより
構成しているが、このスイッチ回路の構成は図示の例に
限定されるものではない。例えば、図２に示した例にお
いて、トランジスタＴＲ2 及び抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 を省略し
て、ツェナーダイオードＺＤ1 と抵抗Ｒ3 とトランジス
タＴＲ1 と抵抗Ｒ4 とによりスイッチ回路を構成し、ト
ランジスタＴＲ1 のエミッタと共通ラインＬ1 との間に
コンデンサＣ2と抵抗Ｒ7 との並列回路を接続して、励
磁コイル３ｃの出力電圧で抵抗Ｒ4 とトランジスタＴＲ
1 のコレクタエミッタ間回路とを通してコンデンサＣ2
を充電するように構成してもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発電機
の回転数が定格回転数以下の特定の回転数に保持されて
界磁電流が制限値を超える状態が生じた場合や、定格回
転数で過負荷運転が行われて界磁電流が制限値を超える
状態が生じた場合に、励磁コイルから自動電圧調整器に
与える励磁電圧を励磁コイルの全出力電圧よりも低い値
に制限して界磁電流を制限値以下に減少させる動作と、
励磁電圧を励磁コイルの全出力電圧に戻して界磁電流を
増大させる動作とを交互に繰り返し行わせるようにした
ので、界磁電流の平均値を抑えて界磁コイルの発熱を抑
制することができ、界磁コイルが焼損したり、自動電圧
調整器が破壊したりするのを防止することができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる界磁回転形同期発電機の一構成
例を概略的に示した構成図である。

【図２】図１の同期発電機で用いる各回路の具体的な構
成例を示した回路図である。

【図３】本発明に係わる同期発電機の出力電圧対回転数
特性及び界磁電流対回転数特性の一例を示した線図であ
る。

【図４】本発明に係わる同期発電機の出力電圧対負荷容
量特性及び界磁電流対負荷容量特性の一例を示した線図
である。

【図５】従来の界磁回転形同期発電機の構成を概略的に
示した構成図である。

【符号の説明】

１ 同期発電機本体 ２ 回転子 ２ａ 回転子鉄心 ２ｂ 界磁コイル ３ 固定子 ３ａ 固定子鉄心 ３ｂ 主電機子コイル ３ｃ 励磁コイル ４ 自動電圧調整器 ５ 負荷 ７ 界磁電流検出器 ８ 励磁制御装置 ８Ａ 励磁制限指令発生回路 ８Ｂ 励磁電圧切換回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 界磁コイルを有する回転子と、負荷に電
   力を供給する主電機子コイル及び前記界磁コイルを励磁
   するための出力を発生する励磁コイルを有する固定子
   と、前記励磁コイルから与えられる励磁電圧を入力とし
   て前記主電機子コイルの出力電圧を設定値に保つように
   前記界磁コイルに流す界磁電流を制御する自動電圧調整
   器とを備えた回転界磁形同期発電機において、 前記界磁コイルに供給される界磁電流を検出する界磁電
   流検出器と、 前記界磁電流検出器により検出された界磁電流が制限値
   を超えている状態が第１の設定時間の間継続した時に前
   記励磁電圧を励磁コイルの全出力電圧よりも低い電圧に
   制限して前記界磁電流を制限値以下に減少させ、前記励
   磁電圧の制限により界磁電流が制限値以下に制限されて
   いる状態を第２の設定時間の間継続させた後に前記励磁
   電圧の制限を解除するように前記界磁コイルに入力され
   る励磁電圧の大きさを制御する励磁制御装置とを具備し
   たことを特徴とする回転界磁形同期発電機。
2. 【請求項２】 前記励磁制御装置は、 前記界磁電流検出器により検出される界磁電流が制限値
   を超えている状態が第１の設定時間の間継続したときに
   励磁制限指令信号を発生し、前記励磁制限指令信号が発
   生した時刻から第２の設定時間が経過した時に前記励磁
   制限指令信号を消滅させる励磁制限指令発生回路と、 前記励磁制限指令信号が発生していないときには前記励
   磁コイルの全出力電圧を前記励磁電圧として自動電圧調
   整器に入力し、前記励磁制限指令信号が発生している間
   は前記励磁コイルの全出力電圧よりも低い値に制限され
   た電圧を前記励磁電圧として自動電圧調整器に入力する
   励磁電圧切換回路とを備えていることを特徴する請求項
   １に記載の回転界磁形同期発電機。
3. 【請求項３】 前記励磁コイルの中間部からタップが引
   き出され、 前記励磁電圧切換回路は、前記励磁制限指令信号が発生
   していないときには前記励磁コイルの両端の電圧を前記
   励磁電圧として前記自動電圧調整器に入力し、前記励磁
   制限指令信号が発生しているときには前記励磁コイルの
   一端とタップとの間に得られる電圧を前記励磁電圧とし
   て自動電圧調整器に入力するように前記励磁コイルから
   自動電圧調整器に入力される電圧を切り換えるリレーか
   らなっている請求項２に記載の回転界磁形同期発電機。
4. 【請求項４】 前記励磁制限指令発生回路は、 前記界磁電流検出器の出力信号により一定の時定数で充
   電される制限時間設定用コンデンサと、 前記制限時間設定用コンデンサに蓄積された電荷を一定
   の時定数で放電させる放電回路と、 前記界磁電流が制限値を超えて前記制限時間設定用コン
   デンサの両端の電圧のレベルが一定値を超えた時に導通
   して該制限時間設定用コンデンサの両端の電圧のレベル
   が一定値を超えている間導通状態を保持するスイッチ回
   路と、 前記スイッチ回路が導通しているときに前記励磁コイル
   の出力電圧で前記スイッチ回路と電流制限素子とを通し
   て一定の時定数で充電され、前記スイッチ回路が遮断状
   態になったときに放電させられる制限開始時間設定用コ
   ンデンサと、 前記制限開始時間設定用コンデンサの両端の電圧が設定
   値を超えたときに前記励磁コイルから前記スイッチ回路
   を通して駆動信号が与えられて導通して前記励磁制限指
   令信号を出力する励磁制限指令出力用スイッチ回路とを
   備え、 前記界磁電流が制限値を超えてから第１の設定時間が経
   過した時に前記制限開始時間設定用コンデンサの両端の
   電圧が設定値を超えるように前記制限開始時間設定用コ
   ンデンサの充電時定数が設定され、 制限値を超えていた界磁電流が制限値以下になった時刻
   から第２の設定時間が経過した時に前記スイッチ回路が
   遮断状態になるように前記制限時間設定用コンデンサの
   放電時定数が設定されていることを特徴とする請求項２
   または３に記載の回転界磁形同期発電機。