JPS6071000A - 電圧調整器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 する。

従来技術 本発明が特に適している典型的な複エンジン航空機の電
気系統においては、各エンジンは定速度駆動部を介して
／基の発電機を駆動する。

エンジンで駆動される発電機の各々は一群の負荷回路に
電力を供給する。負荷回路は配電母線を介して相互接続
することができる４ｌ基のエンジンまたは発電機が故障
した場合に、エンジン駆動発電機を補充するために補助
の動力装置が補助の発電機を駆動する。この補助の動力
装置はまた、航空機が地上に在ってエンジンが停止され
、然も外部電源が容易に利用可能でない場合に電力を供
給するのにも用いられる。

発電機の各々に対して設けられる発電機制御装置（ＧＣ
ＴＪ）　Ｆｉ関連の発電機の電気的状態ならびに当該発
電機の機械的駆動部の状態を監視する。母線電力制御装
置（ＢＰＣＵ）がシステム全体を通しての電力の配分も
しくは配電ならびに発電機の状態を監視して、負荷なら
びに配電母線を発電機、負荷および補助発電機間に接続
する母線連絡遮断器を制御する。一方または双方の負荷
は、利用可能な発電機のうちの１つの発電機により給電
される。しかしながら２つの発電機は並列には接続され
ていない。制御装置は、従来、多数のハード配線回路を
用いて調和された相互情報を得ている。

発明の梗概 本発明によれば、発電機制御装置および母線連絡制御装
置には、動作上の融通性および改善された信頼性を含め
幾つかの利点を有する集積回路マイクロプロセッサが用
いられる。

本発明の１つの特徴によれば、発電機制御装置のマイク
ロプロセッサは発電機の回路状態に応答して発電機の電
圧調整器に対し誤差および制御信号を発生する。

本発明の別の特徴によれば、誤差もしくはエラー信号に
より発電機の相電圧の平均値を補正して発電機の界磁電
流源を制御し、そして異常に高い相電圧を検知した場合
に加算手段を不能にして誤差信号もしくはエラー信号を
基に界磁電流源を作動する手段を備えた電圧調整器が提
供される。

さらに他の特徴によれば、高い相電圧から低い相電圧を
減算して、その差が予め定められたレベルを越える時に
制御信号を発生する手段が設けられる。この電圧源差回
路もしくはエラー信号回路の利得は制御信号の発生時に
減少される。

実施例 本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照しての
以下の詳細々説明から容易に明らかとなろう。

図面に示し以下に説明する実施例においては、発電およ
び配電システムは、補助動力装置を備えたコエンジン航
空機用のシステムとして具現されている。しかしながら
、本発明による制御の諸特徴は、他の航空機用発電およ
び配電システムならびに他の種類の発電および配電シス
テムと関連して利用し得るものであることは理解される
であろう。

第１図に簡略に示したシステムにおいては、要素もしく
は素子間の多重接続とすることができる接続は１本の線
を用いて示しである。また、／対のエンジン駆動発電機
ｌＳおよびｌ６は左発電機（ＧＥＮ　ＬＥＦＴ　）およ
び右発電機（ＧＥＮＲＩＧＨＴ　）で示しである。これ
ら両方の発電機は、共通の帰線もしくはアース１７を基
準とする出力を有しており、これら出力は、　ＧＣＢＬ
　およびＧＣＢＲで示した発電機回路遮断器ｉｇおよび
１９を介してそれぞれ負荷、２０および一部［接続され
ている。配電母線２．２は、ＢＴＢＬ　およびＢＴＢＲ
で示した母線連絡遮断器コ３および２弘を介して選択的
に該発電機出力回路および負荷コ０および、２／ｉｌｌ
：接続することができる。

補助発電機、２６もまたアースｌりを基準とする出力を
有しており、この出力は補助電力遮断器、２　？　（Ａ
ＰＢ）を含む出力回路を介して配電母線コニに接続され
ている。なおこの補助発電機を備えた補助動力装置の詳
細は、１９ｇ０年３月１ｇ日に出願され本願の出願人に
譲渡された米国の継続特許願ＳＮ／７９０コＳの元の特
許願である７９７９年３月ｇ日付のＧｌｅｎｎｏｎ他の
米国特許願ＳＮ／１７３９号明細書に開示しである。

航空機が地上に在る時には、ＲＰＣで表した接触器もし
くはコンタクタ、２１！により電気系統を外部電源（図
示せず）に接続することができへ航空機の電気系統は典
型的には４を線の配電系を備えＩＩ　００　Ｈｚ　で動
作する３相システムである。したがって、上述の単線で
示した接続および単一の接触器はそれぞれダ本の導体と
３極のリレーを表し、中性点は遮断されない状態に留ま
る。

発電機の各々は、制御装置３０＋、ｊ／および３２を有
している。発電機制御装置は全体的に（）ＣＵで表され
ており、左発電機（ＬＥＦＴ　ＧＥＮ）のための制御装
置はＧＣＵＬ　で表され、右発電機ｆ・ＣＲＩ　ＯＨＴ
　ＧＥｉｉ　）のための制御装置はＧＣｔｌＲで表され
、そして補助発電機の制御装置はＡＰＧＣＵで表されて
いる。追って詳細に述べるように、発電機制御装置３θ
、Ｊ／および３コは関連した発電機の動作状態を監視し
、界磁電流源、、？グ＋３ｇおよび３乙ならびに発電機
制御リレー、７７　、３ｇ謁よび３９それぞれの動作を
制御する。界磁電流源はＩＦＬＤ　で表されており、そ
して発電機制御リレーはＧＣＲで表されている。界磁電
流源および発電機制御リレーは物理的に、制御装置の一
部とすることができるうＧＣ’Ｏを関連の工ＦＬＤおよ
びＯＣＲと相互接続する線路の各端に付けられている矢
印は、状態情報および制御情報が一つの方向に伝送され
ることを表す。また、発電機回路と母線連絡遮断器（７
ｇ、２７等）およびＧＣＵ　（３０等〕間の単一矢印の
線は遮断器状態情報がＧＣ’Ｕ　Ｋ入力されることを意
味する。他の図面も同様の規約で描かれている。

母線電力制御装置ダコ（ＢＰＣυ）がシステム状態情報
の伝送の目的で接続されておって、各ＧＣｔ７と連動し
、追って詳述するようＩＩＣ，ｍｌ、源から負荷２０お
よびλ／へのエネルギの最適な配分を確保もしくは維持
するように遮断器の動作を制御する。制御装置の各々に
は、発電機の動作および回路状態に関する情報を集めて
組織化し且つ適当な制御信号を設定し分配するためにマ
イクロプロセッサが設けられている。

第２図は、簡略なブロック状態で発電機制御装置ＧＴＵ
に対する主たる発電機および配電システムの入力系統が
示しである。マイクロコンピュータとしては、Ｉｎｔｅ
ｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社のｇＯｇｓ型のマイクロ
プロセッサを用いることができよう。３相の各桁毎の発
電機出力電圧は、発電機回路遮断器（）ＣＢの端子とす
ることができる調整点（ＦＯＲ）で得られる。相電圧は
ピーク保持回路３Ａを介してアナログ信号マルチプレク
サおよびアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器Ｓ？に
接続されている。相電圧は、後述の他の入力と共にマル
チプレクサおよび変換器により逐次選択されてディジタ
ル情報に変換され、該ディジタル情報はデータ母線およ
び入／出力（Ｉｌｏ　）ボート５ｇを介してマイクロプ
ロセッサに供給される。

相電流は、変流器ＣＴＳ　（第３図には示されていない
）により検知されてピーク保持回路６θを介してマルチ
プレクサおよびＡ／Ｄ変換器Ｓりに供給されろ。配電回
路線路電流も変流器により検知されて、発電機電流信号
と共に差動電流比較器６／に供給され、後者は過度の電
流不平衡が生じた場合にマイクロプロセッサに適当な入
力を与える。

永久磁石発電機ＰＭＧの出力は、不足および過大周波数
検出器Ａ３およびＡ’ｌによって検知される。該検出器
は、周波数が選択された限界外にある場合にマイクロプ
ロセッサに信号を供給する。別法として、　ＰＭＧ出カ
をディジタル信号に変換して直接マイクロプロセッサに
供給することもできる。定速度駆動部９６と関連して設
けられている磁気ピックアップ装置ＭＰＵは、不足速度
検出回路ＡｒＶＣ信号を供給し、後者はマイクロプロセ
ッサに対して対応の情報入力を与える。他の発電機状態
信号が、エンジンの起動に際して発電機の制御リレーの
動作をコックピットからの制御で可能にする発電機制御
スイッチＧＣＳからおよび発電機回路遮断器ＧＣＢなら
びに母線連結遮断器ＢＴＢの補助接点から与えられる。

永久磁石発電機ＰＭＧの出力も、ＧＣ’Ｕの内部電源６
りとして用いられる。この電源は、発電機が動作してい
ない時に航空機の蓄電池母線から付勢される。

ｍ整点から得られる発電機相電圧は、電圧調整器りＯに
供給され、該電圧調整器１０においては追って詳述する
ように、３相平均電圧がめられてマルチプレクサおよび
Ａ／Ｄ変換器５７１ｉＬマイクロプロセツサに供給され
る。マイクロプロセッサによって発生される電圧エラー
（誤差〕信号はディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ　）変換
器７１を介して取り出されて電圧調整器に供給される。

励磁機のための調整された界磁電流は発電機制御リレー
７コを介して励磁機ダヂの界磁巻線に供給される。界磁
回路と接続された回転整流器短絡検出器７グおよび低電
圧モニタ７３（第Ｓ図）がマイクロプロセッサに対し追
加の入力を与える。

システム内のいろいろな回路点における相電流は、変流
器を用いるなどして検知されて発電機制御装置および母
線電力制御装置に供給される。

これら制御装置に対する発電機状態入力およびシステム
状態入力が制御機能の基礎となり、システムの動作のチ
ェックで用いられる冗長情報を提供する。

第３図には若干詳細に、発電機制御装置に対する入力な
らびに該発電機制御装置の出力が示しである。実際上有
意味な程度において、第３図に用いられている参照数字
が第Ｓ図に用いられている。発電機状態を表す種々のア
ナログ信号はアナログ・マルチプレクサＳｔａおよびに
勺変換器ｊｏｂを介してマイクロコンピュータｊｆに供
給される。これら信号にはピーク保持回路Ｓ６によって
検知される調整点相電圧ならびにピーク保持回路６０に
よって検知される各変流器からの線路電流および発電機
電流を表わす信号が含まれる。磁気ピックアップからの
定速度駆動部ダ乙のための速度信号は周波数／電圧変換
器ｇ６を介して接続されている。同様にして、永久磁石
発電機グざからの速度信号は周波数／電圧変換器Ａ’？
を介して接続されている。定速度駆動部で用いられる油
ならびに発電機を駆動するための油の温度はＩＤＧハウ
ジングの入口および出口で検知される。アナログ温度信
号はマルチプレクサの追加の入力となる。マイクロコン
ピュータの制御下で、アナログ・マルチプレクサｊ７ａ
は、逐次、発電機状態入力を走査し、そして信号はアナ
ログ／ディジタル変換器Ｓ７ｂを介してマイクロコンピ
ュータの入力に供給される。ＭＰＵおよびＰＭＧ速度信
号は、直接、ディジタル形態に変換して破線で示すよう
にマイクロコンピュータｓｓに供給することができる。

ディジタル入力手段、例えばスイッチが、入力バッファ
ｑ２を介して接続されている。これら入力回路には、発
電機制御リレーＯＣＲの補助接９点、発電機回路遮断器
ＧＣＢおよび母線連絡遮断器ＢＴＢが含まれる。コック
ピット、即ち操縦士室で制御される発電機制御スイッチ
ＧＣ８は、閉位置または開位置において離散的な入力信
号を与える。さらに、油圧力スイッチが、定速度駆動部
を作動し且つ発電機を冷却するための油の利用可能性を
表す別の入力を与える。

参照数字り０で全体的に示した制御装置の電圧調整器部
分に関連して説明すると、発電機の平均相電圧が平均電
圧検知回路９Ｓで、発生されてフィルタもしくはる波回
路９Ａを介しアナログマルチプレクサに供給されろ。第
３図と関連して述べたエラーもしくは誤差信号は、ディ
ジタル／アナログＣＤ／Ａ　）変換器りｌを介して加算
点９りに印加され、そこで平均相電圧に加算されて、そ
の結果生ずる和電圧はパルス幅変調器（ＰＷＭ）　９　
ｇ　Ｋ供給される。該パルス幅変調器は励磁機の界磁巻
線に界磁電流を与える出力増幅器９９を駆動する。この
界磁電力は、発電機制御リレー？２を介し永久磁石発電
機によって供給されるものである。版へ変換器７／およ
び出力増幅器９９の出力はアナログマルチプレクサ、ｔ
７ａの入力に供給されて、マイクロプロセッサ！ｆＳに
よりシステムの動作のチェックに用いられる所望の量も
しくは信号と比較される短絡回転ダイオード回路フグは
、ダイオードの故障を検知してマイクロプロセッサに入
力を与えて発電機制御リレークコを作動する。

マイクロコンピュータＳＳからの“出力は、出力バッフ
ァ１０θを介して接続される。主たる出力には、発電機
制御リレーＯＣＲの動作ならびに遮断器ＧＣＢおよびＢ
ＴＢの閉または開を制御する信号が含まれる。断路指示
ランプは、操縦士室モジ＜はコックビットにおいて、発
電機を切り離すべき状態が存在する旨の視覚的表示を与
える。システム動作の付加的なチェックとして、出力バ
ッファ信号が複導体接続１０／を介してアナログ信号入
力マルチプレクサＳりａｌｃ接続されている。

マイクロコンピュータ５Ｓと母線電力制御装置との間に
おける通信もしくは交信は、インターフェース１０．３
およびλ線撚り導体とすることができる直列データリン
ク／θダを介して行われる。データは制御装置もしくは
ユニット間で直列形式でやり取りされるので、データが
多くの異なった回路状態或いは制御信号を表すものであ
）つても−線導体しか必要とされない。図示の３発電機
システムにおいては、母線電力制御装置はｑミリ秒のサ
イクル周期を有することができる。各サイクル中、シス
テム情報がデータリンクを介しての交信で交換され検証
される。

内部クロック（図示せず〕が、マイクロプロセッサ、マ
ルチプレクサおよびデマルチプレクサ（多重分離回路）
ならびに他のタイマ回路に対しタイミングを提供する。

母線電力制御装置からデータ母線１ｏｌＩを介して伝送
なれる同期信号が、システムの制御装置の動作を調和す
る。

クロック信号は、共通の基準もしくは出発時点を有し得
る正確なタイミング周期を設定するために計数される。

第９図および＄Ｓ図は電圧調整器におけるアナログ信号
およびマイクロプロセッサ信号の処理を詳細に示す図で
ある。先ず第９図を参照するに、３つの相電圧１φＡ、
φＢおよびφＣは平均化回路９５に接続され、そしてア
ナログ平均信号は低域フィルタ／１０１フイルタ？６お
よびψ変換器ｓ’ｔｂを介してマイクロプロセッサに供
給される。第Ｓ図は機能ブロック形態で、マイクロプロ
セッサにおける電圧調整器関連の信号のフローもしくは
経路を示す図である。通常の発電機調整もしくは制御に
おいては、３つの相平均電圧は加算点／／／で基準電圧
と比較される。その差は、積分器／／２で積分され、そ
の結果発生される電圧エラーもしくは誤差信号は論理回
路／／Ｊ、Ｄ／Ａ変換器７１およびアナログスイッチ／
／４Ｉを介して加算点９７の１つの入力端に印加される
。フィルタ／１０からの平均相電圧はアナログスイッチ
／／！ｒを介して加算点９７の他方の入力端に印加され
る。加算点タフの出力は、フィルタ／／１．を介して、
第３図に示したパルス幅変調器９ｇおよび出力増幅器９
ｑｌｌ′ｌ：供給されて励磁機の界磁ＶＣ＠整された電
流を供給する作用を果す。

マイクロプロセッサは、最大相１電流ｌコ０１最大相電
圧／コｌおよび最低相電圧／ココを表す追加の入力を有
している。これら入力により、異常な状態に対処するた
めの電圧調整器の付加的な動作モードが可能となる。高
い相電流および関数ブロックノコ３によって設定される
最大相電圧を表す信号は、加算点ｌコクで加算されて、
Ｄｈｙａｎｃｈａｎｄ　他の米国特許第’ｌＯ’１．’
１２９Ａ号明細書に記述されている性質の界磁巻線電流
制限信号を発生し、この制限信号は論理回路／／３を介
してジろ、変換器’７／および加算点９７に供給される
。なお界磁電流の制限に関しての詳細については上記米
国特許を参照されたい。

発電機に１つの相の故障が生じた場合には、フィルタ／
１０からの平均相信号には、励磁気界磁電流制御に用い
るべきでない高調波成分が含まれる。またこの状態の結
果として、比較器ｌコＡＦより高い相電流が検出され、
その結果アナログスイッチ／／ｇを開くモード制御信号
が発生され、それにより平均電圧入力が加算点ｑ７から
取り払われる。したがってシステムは、界磁電流を制御
する加算点ｌコＳからの電圧誤差信号で機能し続ける。

ｌっの相電圧が低くなった場合には、電圧調整器は過度
の界磁電流を設定するように動作する傾向となる。この
状態は、最大相電圧を加算点／λ７で基準電圧と比較す
ることにより検知され、それにより論理回路／／３には
、励磁機の界磁への制御信号を制限する信号が与えられ
る。

最大相電圧および最低相電圧は加算点７．２９で比較さ
れる。差が過度である場合には、比較器ｉａｏの出力で
アナロクスイッチ／／’ｌが開かれて、抵抗器／３／を
回路に接続することにより電圧誤差信号に対する利得が
減少される。

論理回路／／３は比較器／３θの出方に応答して、加算
点／コアの出方を珈す、変換器７／ならびに加算点ｑ７
に結合する。このようにして、電圧ｍ原器が過度の界磁
電流を設定しようとする傾向は凪止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるシステムの簡略ダイアグラ
ム、第一図は発電機制御装置の一部分の簡略ブロックダ
イアグラム、第３＠は一部分を詳細に示す第１図に類似
のブロックダイアグラム、第ダ図は発電機電圧調整器の
ブロックダイアグラム、そして第Ｓ図は電圧調整器に関
連のマイクロプロセッサ機能を図解するためのブロック
ダイアグラムである。 ／！、／Ａ＠・エンジン駆動発電機、／り・・アース、
１ｇ、／９・・発電機回路遮断器、コｏ、、２ｉ・・負
荷、コｌ、コ３＠・母線連絡遮断器、２コ・・配電母線
、２６・・補助発電機、コク・・補助電力遮断器（ＡＰ
Ｒ）、−ｇ・・接触器１．７７１）、、？／、、？コ・
−制御装、ｆ１％、？４’＃、？！ｒ＋３６・・界磁電
流源１．７７、．３ｇ、３９・・発電機制御リレー、ダ
コ・・母線電力制御装置、グ６・・定速度駆動部、４１
ｇ・・永久磁石発電機、４！９−・Ｗｈｍｔａ、ｓｓ＠
−マイクロコンピユーｐ、ｒｇ＠−ピーク保持回路、ｊ
？ａ・・アナログマルチプレクサ、ｊｏｂ・・アナログ
／ディジタル変換器、ｓｒ・・入／出力（Ｉｌｏ）ボー
ト、ＡＯ・・ピーク保持回路、２１・・差動電流比較器
、６り・φ内部電源、りθ・・電圧調整器、７／・・デ
ィジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、７コ・・発電機
制御リレー、り３−・低電圧モニタ、７り・・回転整流
器短絡検出器、ｇｔ　、ｇｑ・・局波徴／電圧変換器、
ｑコ・・入力バッファ、ｑｓ・・平均検知回路、ｑ６・
・フィルタ、ろ波回路、ラフ−・加算点、ｑｇ・・パル
ス幅変調器（ＰＷＦ）、デ９・・出力増幅器、１００・
・出力バッファ、／θｌ・・複導体接続、／θ３・・イ
ンターフェース、　ＩＯ’１＠ｌＩ直列データリンク、
／１００＠フィルタ、／／ｌ＃−加算点、／　／２．、
積分器、／／Ｊ・・論理回路、／／’ｌ、／／！−−ア
ナログスイッチ、／／６・・フィルタ、／２０＠・最大
相電流、／２／・・最大相電圧、ｌココ・・最低相電°
圧、ｌコアｅ・加算点、／コ’　ｌ／ＪＱ＠・比較器、
ｌλ？、７．２９−１１加算点、／、３／・・抵抗器、
ＩＦＬＤ　・・界磁電流源、ＦＯＲ・・調整点、ＣＴＳ
・・変流器、ＧＣ８・・発電機制御スイッチ、ＰＭＧ・
・永久磁石発電機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ〕　界磁回路を有する多相発電機と、前記界磁回路の
   ための電流源とを備えた発電システムのための電圧調整
   器において、発電機の平均相出力電圧を表す信号の源と
   、前記平均出力電圧信号を基準信号と比較して電圧誤差
   を表す信号を発生するための手段と、前記平均出力電圧
   信号を前記誤差信号に加算するための手段と、前記信号
   の和に応答して前記電流源から前記発電機界磁に供給さ
   れる電流を制御するための手段と、発電機の相の故障に
   応答して前記加算手段から発生される前記平均出力電圧
   信号を阻止するための手段とを有する電圧調整器。 コ）高い相電流のレベルを検知するための手段と、過度
   の相電流に応答して平均出力電圧信号の加算手段への供
   給を阻止するための手段とをさらに備えている特許請求
   の範囲第一項記載の電圧調整器。 ３）平均出力電圧信号および誤差信号を加算するための
   手段が、前記信号の各々に対する入力を有する加算回路
   であり、該、加算回路は、平ｊｌｊｔＢ力電圧信号源と
   該加算回路λカとの間に接続されたスイッチと、高１Ｘ
   １１′Ｉ相電流入カを有するマイクロプロセッサと、該
   マイクロプロセッサに設けられて選択されたレベルを越
   える高い相電流に応答し制御信号を発生するための手段
   と、過度の相電流が生じた際に前記制御信号に応答して
   前記スイッチを開く手段とを備えている特許請求の範囲
   第一項記載の電圧調整器。 リ　界磁回路を有する多相発電機と前記界磁回路のため
   の電流源とを備えた発電システムのための電圧調整器に
   おいて、発電機の平均相出力電圧を表す信号の発生源と
   、該平均出方電圧信号と基準電圧と比較して電圧誤差を
   表す信号を発生するための手段と、前記誤差信号に応答
   して前記発電機界磁に供給される電流を制御するための
   回路と、過度の相電圧差に応答して電圧誤差信号の回路
   の利得を減少するための手段とを有する電圧調整器。 ５）相電圧入力を有するマイクロプロセッサとＭ記マイ
   クロプロセッサにＶけられて高い相電圧から低い相電圧
   を減算し相電圧差を発生する手段と、前記マイクロプロ
   セッサに設けられて選択されたレベルを越える相電圧差
   に応答し誤差信号回路の利得を減少するための手段とを
   備えている特許請求の範囲第ダ項記載の電圧調整器。