JPS6035907B2 - 交流出力電圧発生装置 - Google Patents

交流出力電圧発生装置

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JPS6035907B2
JPS6035907B2 JP51043487A JP4348776A JPS6035907B2 JP S6035907 B2 JPS6035907 B2 JP S6035907B2 JP 51043487 A JP51043487 A JP 51043487A JP 4348776 A JP4348776 A JP 4348776A JP S6035907 B2 JPS6035907 B2 JP S6035907B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流出力電圧発生装置に関する。
誘導機の一般的説明は米国特許第３，８２９，７５８号
に記載されている。この特許は誘導機用の従来のコンヂ
ンサバンク又は別の励磁源を、反動エネルギーを再循還
させるためィンバータではなくてスイッチ装置として動
作する静的スイッチ回路によって置換できることを開示
している。上記特許の装置は機械（第６図）の出力導体
上に交流出力電圧を与えること及びまたはスイッチ装置
（ィンバータ回路）母線導体上に直流電圧を与えること
において有効であることを証明している。更に上記特許
には交流又は直流出力電圧はシャフト速度及び又は電気
負荷の広範囲な変化に対して制御可能であることを示し
ている。前記特許に示唆されている如く、出力電圧はイ
ンバータスィッチング（電気的）周波数と機械（同期的
）周波数との差であるすべり周波数の関数である。すべ
り、即ち電気的周波数と同期的周波数との差を調整する
ことによって、出力電圧の振中を制御することができる
。しかしその装置においては交流電圧は基本的には突発
的な周波数電圧であった。即ち周波数は誘導発電機の同
期速度と共に変化す。従って機械シャフト速度及び又は
電気的負荷の変化にもかかわらず、一定（又は制御可能
な）周波数を有する交流出力電圧を発生するような装置
を使用することが望ましい。従って本発明の目的は議導
機シャフト速度及び又は装置によって供給される電気的
負荷の変化にもかかわらず、一定に保持（又は制御）さ
れる一定周波数の交流出力電圧を有する装置を提供する
にある。
周波数調整交流出力電圧は直流平均値を有する。
従って本発明の他の重要な目的は交流及び直流出力電圧
を発生できかつ独立に制御できるように交流出力電圧が
直流平均電圧より分離できる装置を提供するにある。本
発明により構成された交流出力電圧発生装置は第１周波
数での回転エネルギーを受る機械的入力シャフト及び複
数の出力導体を有する単相又は多相誘導機から成る。
スイッチ装置は多相スイッチ回路から成り、誘導機出力
導体に接続された複数の出力接続、１対の母線導体、母
線導体及び出力接続に後続されたサィリスタのような複
数の電源スイッチを有する。また電源スイッチは電力ト
ランジスタ、サイラトｏン、または他の適当な周知のス
イッチである。電源スイッチは、導通及び非導通を制御
するためのゲート信号を受信し、反勤エネルギーの流れ
を誘導機のある位相回路から他の位相回路に周期的に指
向させるように、接続される。論理回路は被受信タイミ
ング信号の関数として電源スイッチにゲート信号を与え
るように接続され、発振回路は、第１周波数以下の第２
周波数でスイッチ装置の動作を調整するためタイミング
信号を発生するため、論理回路に接続されている。特に
本発明によれば、第２周波数の上下に変化する周波数で
切換えるべく、発振器に所定周波数の変調信号を与えか
つスイッチ装置の動作を変調するため、変調回路は発振
回路に接続される。
従って本装置は被変調電圧をスイッチ装置母線導体上に
与える。この電圧の包絡線は変調信号の所定周波数で変
化する。本発明の他の特徴によれば比較回路は所定周波
数の変調信号及び母線導体上の出力信号の関数である他
の信号を受信するように接続されている。
比較器出力信号は、本装置によって供給される電気的負
荷の変化及び又は機械の同期的速度の変化にもかかわら
ず、所望周波数及び振中で出力電圧を保持するため、発
振回路に与えられる。先づ誘導機は４００ヘルツの同期
的電気周波数に対応する機械速度で回転する。もし実際
の電気的周波数が４００日２より充分低ければ、誘導機
２５は発電機等として動作する。第１図は一定負荷で、
電気的周波数の関数として発生出力電圧の変化をあらわ
す曲線１０を示す。電気的周波数が徐々に４００ＨＺか
ら低下するに従って発電機作用は点Ａで開始する。４０
０ＨＺの同期周波数とＡ点の低周波数との差は負荷の関
数、即ち負荷抵抗の逆関数である。
説明のため、３８８ＨＺの電気的周波数及び２００Ｖの
雷圧振中で装置を動作させることが望ましいものとする
。
これは曲線１０上の点Ｂでの動作に対応する。今、もし
電気的周波数が時間の関数として、３８８ＨＺの基準周
波数以上及び以下となるように変化すると、第２図は、
３８８ＨＺ以上及び以下に電気的周波数が変動するとき
出力電圧（スイッチ装置の母線導体上に見られるように
）に生じる事象を示す。変化又は変調電圧は曲線１１に
よって、出力電圧は曲線１２によってあらわされる。出
力電圧は変調電圧に従うようになるので、出力電圧は２
００ボルト以上及び以下に変化する。従つて電気的周波
数の変調によって第２図に示すように被変調出力電圧を
発生できる。もし誘導機速度が２倍になって同期周波数
が８００日２になると、第３図に示すように同じ変調技
術が適用できる。
曲線１３は発電作用に伴なう動作をあらわし、点Ｃと８
００ＨＺのマーク間の距離は負荷損失をあらわす。この
装置において基準周波数は７７６ＨＺであるので基準点
は曲線１３上のＤとなる。変調周波数は曲線１３によっ
て示すように約７６８〜７８４ＨＺに変動するよにセッ
トされる。その結果曲線１５で示すように被変調出力電
圧が得られる。出力電圧は曲線１４で示す変調電圧の周
波数のみに依存する周波数を有する。曲線１５で示す出
力電圧の周波数は誘導機速度から独立である。誘導機速
度の変化は第１図に示す電圧一周波数曲線の形状に影響
する。
しかし曲線の変形には数個の異なるファクターが含まれ
ており、第１次近似として、その曲線形状は異なる動作
周波数に対して一定であると考えることができる。第２
及び３図から、出力電圧の振中及び周波数は曲線１２に
よってあらわされ、曲線１１であらわされる変調信号の
直接的な関数である。
即ち変調信号１１の振中を制御することは出力電圧１２
の振中を制御することである。同様に変調信号１１の周
波数変化は出力電圧１２の周波数の対応する変化を生じ
る。上述したことから本装置が、誘導発電機の機械的速
度が変化する時、交流電圧包絡線の周波数及び振中を所
望値に保持する能力を有すことは明らかである。
負荷の変化を考慮して、もし同期周波数が４００ＨＺに
保持されるが負荷が２倍に（即ち抵抗が半分に）なった
ら電圧一周波数曲線は第４図に示すように変化する。
初期発電機生起点は点Ｅであらわす低周波数において生
ずる。一般に発電生起点でのすべりは負荷抵抗に反比例
する。更に誘導機の最大出力電圧は重負荷に対し若干低
い。もし曲線１７によってあらわされる出力電圧を同じ
振中‘こ保持することが必要なら、周波数を曲線１８上
の点Ｆのまわりに変化せしめるように変調が調節される
。
出力電圧変動は点線２０，２１内に留まる。従って上述
の説明から、誘導機のシャフト速度及び電気的負荷の変
化にかかわらず、上述した技術によって装置の被変調出
力電圧の周波数及び振中を調節することが可能なことは
明らかである。第５図は本発明のサブシステムのブロッ
ク構成を示す。
第１、即ち同期周波数で誘導機を回転するための機械的
駆動を受けるため入力シャフト２６を有する。これは第
１図において参照される４００ＨＺのような図面に示す
同期周波数に対応する。誘導機の電気的出力接続は導体
２７，２８，２９を介して、米国特許第３，８２９，７
５８号の第７図に示すようにスイッチ回路とすることが
できるスイッチ装置３０‘こ接続される。スイッチ回路
は前誌特許の第７図における導体６０，６１に対応する
１対の母線導体３１，３２を有する。更に始動に当って
装置を作動させるため電池３４及びスイッチ３３のよよ
うなね図示した励磁装置が設けられている。これは前記
特許の第７図の回路１６に対応しており、その回路のよ
うに装置が始動した後、非接続にすることができる。コ
ンデンサ３６は母線導体３１と３２間に俵続される。機
械的スイッチ３６−４１として図示された６個の電力ス
イッチは、ターンオフ（ゲート）信号又は夕−ンオフ（
転流）回路動作の受信に応答して、電流の流れを導通ま
たは遮断するために、設けられている。電力スイッチは
サィリスタ、電力トランジスタ、真空管又は適当なスイ
ッチとすることができる。スイッチ装置内の電力スイッ
チのターンオン及びターンオフは論理回路４２に発生し
線４３を介してスイッチ装置３川こ印加された信号によ
って調節される。かかる論理回路は例えばＧＥ社のＳＣ
Ｒマニュアル第２版の１０９頁にある第７，１７図に示
すタイプの「３ステージＳＣＲリングカウンタ回路」と
することができる。次いで論理回路動作は発振回路４５
から線４４を介して受信されたタイミング信号によって
決定される。発振器の一例の詳細は第６図に示されてい
るが、適当なタイミングパルスが論理回路に供給されて
いる限り、種々のタイプの発振器を使用できる。特に本
発明によれば変調回路４６が設けられていて、発振回路
によって発生されるパルスのタイミングを変化させるた
め線４７を介して発振器４５に接続される。
変調装置は、例えばヒューレットーパッカードモデルＮ
ｏ．２０２Ａ関数発生器のような多くの市販のタイプの
ものを使用できる。第５図の装置の動作を第２図に関連
させるに当って、謎導機２５は入力機械エネルギーによ
って第１（即ち同期）速度で回転せしめられる。この同
期周波数は第２図においては４００ヘルツである。動作
の電気的周波数はスイッチ装置（ィンバータ回路）３０
１こおける電力スイッチのスイッチングを時間的に調整
することによって確定される。このタイミングは発振器
４５中に発生され、次いで変調器４６からの入力信号に
よって変調されるパルスの周波数によって達成される。
この変調信号は第２図の曲線１１によって示され、電気
的周波数は印加変調信号の関数として３８８ヘルツの上
下に変化する。如何なら変調孔にスイッチング周波数は
３８８ヘルツの基準周波数で一定に保持され、スイッチ
装置３０の母線導体上の出力電圧は一定振中２００ボル
トの直流信号である。変調によりスイッチ装置の母線導
体上に実際に交流信号を与えるため出力電圧は変化する
。もちろん出力電圧の直流成分は、周知の方法で直列接
続コンデンサにより阻止できるので、第２図の曲線１２
によってあらわされる交流信号のみが関連装置への出力
上に与えられる。従って第５図の装置は出力母線導体上
に一定周波数を与える。第６図は第５図に示す装置の発
振器４５としての使用に好適な回路の一つを示す。
発振回路の一般動作説明は例えば米国特許第３，４０６
，３５５号に記載されている。第６図において変調器４
６は発振周波数を制御するため出力インピーダンスＺ４
６を介して発振回路に信号を与える。発振器は接地導体
４９上の電位に関して導体４８に印加された１５ボルト
の正電圧により動作するように構成される。この出力信
号は２つの導体を４４ａ及び４４ｂを介して論理回路に
印加される。本装置は発振器に与えた変調信号の関数と
して周波数及び振中の両者を制御できる出力電圧を発生
するのに必要な全ての部品を有する。
出力電圧の自動的かつ連続的な調整を行なうため、フィ
ードバックループを第５図に示す装置に附加できる。第
７図はフィードバックループを備えたかかる装置を示す
。図示したように本装置は第５図に示た装置に一般に類
似しているが、比較器５０を有するフィードバックルー
プが設けられている。
出力電圧（又はこの電圧の一部）は線５１を介して比較
器５０の一つの入力接続に与えられる。基準信号として
作用する変調器４６の出力は線５２を介して比較器５０
の他の入力接続に与えられる。従って出力電圧は比較器
５０における基準電圧と比較され、偏差信号が線５３を
介して印加され発振器４５を制御する。もし線５２上の
基準電圧がある比較的低い周波数で振中変調されると、
出力電圧はフィードバック装置により基準電圧と合致せ
しめられる。従って誘導機速度及び又は負荷インピーダ
ンスの如何なる変化もフィードバック装置によって補償
される。種々な波形、特に第２及び３図の波形１２の調
査から明らかなように、出力電圧は直流及び交流成分を
有する。
純粋の交流を得るため、直流成分はコンデンサにより分
離又は阻止しなければならない。純粋な直流成分を得る
ため、ＬＣフィル夕のような低域フィル夕は交流成分と
共に直流成分を発生するために使用できる。これは第８
図に、より明瞭に図示されている。図示されているよう
に、交流負荷５５及び直流負荷５６が設けられている。
阻止コンデンサ５７は直流電流を阻止するため母線導体
３１，３２と交流負荷５５間に接続されている。直列接
続ィンダクター５８及び並列接続コンデンサ６０を有す
るＬＣフィル夕は母線導体と直流負荷５６間に接続され
ている。更に交流出力電圧の振中及び直流出力電圧の振
中は第８図に示す装置によって独立に制御できる。
このため加算増中器６１は変調器４６か線５２介して変
調交流信号６２を、ポテンショメータ６５から線６４を
介して調節可能振中の直流基準信号６３を受信するよう
に接続されている。従って交流及び直流成分を有する加
算増中器の出力信号６６は線６７を介して比較器５０‘
こ印加される。比較器５０は線５１を介して、装置出力
電圧の交流及び直流成分をあらわす他の入力信号を受信
する。従って発振回路４５は実際装置の出力電圧と変調
器４６及びポテショメータ６５によって決まる交流及び
直流信号間の差の関数として制御される。例えばポテシ
ョメータ６５によってセットされた直流レベルを変化さ
せることによって、加算ステージの直流出力レベルはシ
フトするが交流変化はない。これにより出力母線導体３
１，３２上に対応出力を発生するように発振周波数は変
調せしめられる。同様に、もし交流信号６２の周波数又
は振中が変化すると、直流信号レベルは一定に保持され
、加算増中器６１は適当に変化した交流部分を有する被
加算基準信号を発生する。次いで加算振中出力は装置出
力電圧と比較され、装置出力はその同じ波形を有する迄
適当な補正がなされる。上述した点から、出力母線上の
電圧変化とは独立に、装置出力電圧の調整を保持できる
ことは明らかである。
前記特許、特に第９図に示す電流感知装置は、本発明に
関して使用でき、電流制限動作を与える。変調電圧の振
中は常に、例えば第２図に示すように、曲線１０‘こ沿
う変化が周波数軸と交又する点Ａの右に拡大しないよう
になる。これは増大する周波数により発電作用が停止す
る点である。もし動作周波数が、誘導機がもはや発電し
ない点Ａまで増大すると、周波数が点Ａで初期成長周波
数まで再び減少する時、再び成長しなければならない。
これは出力電圧曲線に歪みを生じる。この歪みを避ける
ため、変調電圧の振中は曲線１０の適当な範囲が使用さ
れ、点Ａの右までの領域に変調信号が延長しないように
保持される。この場合、本発明を実施するための最良の
方法を第５図に示す。同図は発振回路４５によって発生
される信号の有効な変調を行なうように接続された変調
器４６を有する。第７図及び８図に示すように精巧にす
ることができる第５図の最良の装置はこれら他の実施例
に関して使用される。前記請求範囲において「接続され
る」との語は理想的には直流抵抗零の２つの部品間の直
流接続を意味する。
【図面の簡単な説明】
第１乃至第４図は本発明を説明するためのグラフ、第５
図は本発明により構成された装置のブロック図、第６図
は第５図に一般的に示す回路の概略図、第７図は第５図
の装置におけるフィードバックループを示すブロック図
、第８図は出力電圧の交流及び直流成分を分離するため
の回路を示すブロック図である。 ２５・・・・・・誘導機、２６・・・・・・入力シャフ
ト、２７，２８，２９・・・・・・出力導体、３０・・
・・・・スイッチ装置、３１，３２・・・・・・母線導
体、３６・…・・電源スイッチ、３５……コンデンサ、
４２……論理回路、４５・・・…発振回路、４６・・・
・・・変調回路。 Ｆ１（工．１Ｆ１（）．２ ｒ１（ミ．４ ｒ１（；．３ Ｆ・（ミ・５ Ｆ１（チ．マ Ｆ１（ヌ．６ Ｆ１（字．８

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 下記装置から成る直流平均値を有する交流出力電圧
    を発生する装置。 （イ）第１周波数において回転エネルギーを受けるため
    の機械的入力シヤフト２６及び複数の出力導体２７，２
    ８，２９を有する誘導機２５、（ロ）誘導機出力導体に
    結合した複数の出力接続、一対の母線導体３１，３２、
    母線導体及び出力接続の双方に結合し導通及び非導通を
    制御するためゲート信号を受信するように接続された複
    数の電源スイツチ３６〜４１を含むスイツチ回路と、母
    線導体間に接続されたコンデンサ３５とからなるスイツ
    チ装置３０、（ハ）受信タイミング信号の関数として電
    源スイツチにゲート信号を与えるように接続された論理
    回路４２、（ニ）論理回路に接続されていて、第１周波
    数より低い第２周波数でスイツチ装置の動作を調整ため
    に、タイミング信号を発生する発振回路４５、（ホ）発
    振回路に接続されていて、これに所定周波数の変調信号
    を与え、第２周波数以上及び以下に変化する周波数で切
    換わるようにスイツチ装置の動作を変調して、変調信号
    の周波数でかつその振巾の関数として包絡線の変化する
    被変調信号を、スイツチ装置母線導体３１，３２に与え
    る変調回路４６。 ２ 誘導機２５が多相誘導機であつて、スイツチ装置３
    ０のスイツチ回路は多相回路であり反動エネルギーの流
    れが誘導機のある位相回路から他の位相回路に周期的に
    指向されかつスイツチ母線導体間にコンデンサーが接続
    されてない、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 交流出力電圧の直流成分を阻止し交流電圧のみを交
    流負荷に通過させるため装置によつて附勢される母線導
    体と交流負荷５５間に接続されたコンデンサ５７を有す
    る特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 出力電圧の交流成分を実質的に減少させ濾波された
    直流電圧を直流負荷に与えるため、装置によつて付勢さ
    れるべき母線導体と直流負荷５６間に接続されたフイル
    タ５８，６０を有する特許請求の範囲第２項の装置。 ５ 第１及び第２入力接続と、受信入力信号の代数和で
    ある出力信号を与える出力接続を有する比較器５０と、
    比較器出力を発振回路へ接続する装置５３と、変調信号
    を受信するため比較器の第１入力接続を変調回路に接続
    する装置５２と、母線導体の１つ３１に比較器の第２入
    力を接続し、母線導体上の実際の出力信号と変調回路か
    ら比較器へ通過した変調信号によつてあらわされる所望
    信号との間の差をあらわす信号によつて発振回路を調整
    する手段５１とを備えた特許請求の範囲第２項記載の装
    置。 ６ 出力接続及び１対の入力接続を有する加算増巾器６
    １と、比較器の第１入力接続に加算増巾器出力接続を接
    続する装置６７と、変調信号を受信するため加算増巾器
    の第１入力接続を変調回路に接続する装置５２と、調節
    可能基準直流電圧信号を確立する装置６５と、装置母線
    導体上の出力電圧の対応する調整を行なうため、加算増
    巾器から比較器の第１入力接続に通過する合成信号が調
    節可能基準直流電圧信号確立装置を調節することによつ
    て直流レベルに関して調節可能であり、かつ変調回路の
    調節によつて変調信号の周波数及び振巾に関して調節可
    能であるように、加算増巾器の第２入力を調節可能基準
    直流電圧信号確立装置に接続する手段６４とを備えた特
    許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 交流出力電圧の実効周波数及び振巾が変調回路によ
    つて与えられる変調信号の調節によつて調整されるよう
    に、交流出力電圧の直流成分を阻止し交流電圧のみを交
    流負荷に通過させるため、母線導体と交流負荷５５との
    間に接続された手段５７を備えた特許請求の範囲第６項
    記載の装置。 ８ 母線導体から直流負荷へ通過した電圧の実効振巾が
    加算増巾器に印加された調節可能基準直流信号を確立す
    る装置を調節することによつて調節できるように、負荷
    に与えられる電圧の交流成分を実効的に最小にするため
    、母線導体と直流負荷５６との間に接続されたフイルタ
    ５８，６０を備えた特許請求の範囲第６項記載の装置。 ９ 被変調電圧の包絡線が変調信号の所定周波数でかつ
    変調信号の振巾の関数として変化するように、インバー
    タ回路電源スイツチが複数のサイリスタで変調回路が所
    定周波数及び振巾の変調信号を発振器に与えるようにな
    つている特許請求の範囲第１項記載の装置。
JP51043487A 1975-04-16 1976-04-16 交流出力電圧発生装置 Expired JPS6035907B2 (ja)

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