JPS609440B2 - 発電装置の過負荷時の保護方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 病院等、きびしい電源保守を要求される情況下において
は、停電時の非常電源としての予備発電機は、標準設備
機器とされている。

これ等の非常電源装置はいまいま相当大がかりなディー
ゼル発電機とか、それが希にしか使用されないものであ
るにもかかわらず相当高価な装置になりつつある。従っ
て、これ等の装置の購入者側にあっては、周期的あるい
は間欠的な過負荷に関して最低でもどの程度の性能を以
って応えられるかを明確に求める様になりつつある。過
負荷がかかり、ディーゼル発電機が所謂ラグモードと呼
ぶような無理な運転状態になれば、異常周波数、電圧脈
動を引き起すばかりでなくディーゼルエンジンに対して
わずかな間に内部構造上の機械的損傷を与えがちな機械
的な歪を生じさせる。

このような所謂ラギングを防止する為に、一般には発電
機にサーキットプレー力が併用され、過負荷発生時にプ
レー力を作動させて全回路を関路するような試みがなさ
れている。

しかし、これは多くの例からいつて好ましい事ではない
。例えば病院の手術室等においては、たとえそれが短時
間であっても、完全に照明が消えるよりも、おぼろげな
がらでも見える方がより望ましい。本発明は、これまで
の技術上の問題点を解決し、総負荷をディーゼルエンジ
ンの能力の限度内におさえる必要が生じた時に、発電機
（特に、通常、三相交流を使用するシステムにおいては
、交流発電機）の各出力相電圧を強制的に変化させて、
要求に応じる為のものである。

この事は出力電圧と、負荷電流との関係で定まる負荷信
号を与え、その負荷信号と規準信号とを比較し、負荷信
号が規準信号を越えた時に、その越えた量に応じて相電
圧を低下させることにより、発電装置の出力を該発電装
置の最大定格出力付近に維持することにより達成される
。このためには、負荷信号が基準信号を越えたときに、
電圧調整器の入力インピーダンスを増加させればよい。
入力インピーダンスの増加は、電圧調整器に対してあた
かも出力電圧が増加したかの様な効果を与え、それによ
って電圧調整器は、交流発電機の界磁電流を減じて出力
電圧を抑える。本発明の第一の目的は、内燃エンジンで
駆動される発電機の為の等価的な負荷減除手段を提供し
、よって、装置の実際の負荷が規定値を超過したときに
、出力電圧を抑える事によって、ラギングを生じないよ
うに、一時的過負荷に対処する事にある。

本発明の他の目的は、交流発電機の実際の負荷が規定値
を超過した時に、交流発電機用の電圧調整器の入力回路
のインピーダンスを、実際の負荷に対して関数的に変化
させる事によって、前述の負荷減除能力を供する事であ
る。

本発明のもう一つの目的は、負荷電流と出力電圧の関数
に比例する信号（負荷信号）を発生させ、それによって
前述の界磁電流を変化させる事である。

すなわち、その信号（負荷信号）と比較器の規準信号と
を比較し、負荷信号が規準信号より大きくなった時に、
比較器の出力を用いて、制御トランジスタを駆動する事
によって、電圧調整器の入力回路のインピーダンスを変
化させることである。以下には本発明の一実施例を添付
の図面に即し詳述する。

第１図に示す実施例に於いては、発電機は番号１０で示
される交流発電機となっており、ありきたりの構造をし
ていて、適当な駆動動力、普通には適当な型の内燃エン
ジン（図示はされていない）によって駆動される。

交流発電機１０の出力は、出力母線１２一１，１２−２
，１２一３，及び１２−Ｎに発生し、各々出力位相の異
なる電源の第１相、第２相、第３相、殊に１２−Ｎは一
般にアース母線としての中性の各線路を表わしている。
電流検出コイル１４は、母線１２−３に流れる負荷電流
を誘導検出し、それに比例するＡＣ信号を発生させる（
一般に、母線１２一３の電流は他の母線１２一１，１２
一２の電流と等しくなる様に、負荷を充分な平衡状態に
おいて用いられる。

換言すれば他の母線に検出コイルを臨ませ、母線１２−
３で代表して以下に記述する構成子を付与することがで
きる）。コイル１４に発生した負荷電流信号は、抵抗器
１５（以下Ｒ１５、他の抵抗器についても同機）、Ｒ１
６、及び利得制御用ポテンショメータ１７から成る抵抗
回路網を経て、変圧器２０を介して電力計側回路１８の
一方の入力となる。

ポテンショメータ１７は、変圧器の利得を後述の目的に
則して変化させるものである。変圧器２２を介して電力
計側回路１８に供給されるもう一方の入力は、母線１２
一３、及び中性母線１２−Ｎの間の相電圧である。変圧
器２０及び２２の二次側出力に関して全波整流ダイオー
ド２４，２６及びＲ２８，Ｒ３０を経る回路を追って考
えてみると気が付かれるように、電力計欄回路１８に供
される電流信号及び電圧信号は、互いに力率ゼロの時に
は除去し合い、力率１に向かっては増加し合うという点
である。

従って、線路３２，３４間に発生する電力計測回路１８
の出力は次の関係式で表わされる。回路１８の出力＝Ｋ
・ＩＬ・ＶＬ・Ｐｆ ここにＫは１より大きい事（Ｋ＞１）が回路出力を充分
に取出し、後述の制御動作をなさしめる上で望ましい。

コンデンサ３６（以下Ｃ３６）は平滑コンデンサとして
作用し、発電機の後述の出力相電圧遮断点制御用ポテン
ショメータ３８へ直流化された負荷信号を供給する。ポ
テンショメータ３８は以下に記述の等価的な負荷減除機
能が働き始める時の発電機出力を設定するためのもので
ある。トランジスタ４０（以下ＴＲ４０、他のトランジ
スタも同様）、ＴＲ４２は、平衡用抵抗Ｒ４３、及び電
源４４とによって比較器として作動する差動増中器を構
成しており、ッェナーダィオード４６によって作られる
一定規準電圧と、ポテンショメータ３８の摺動子が検出
する信号とを比較する。

ダイオード４８の両端に発生する比較回路の出力は、コ
ントロールトランジスタＴＲ５０を制御する為の信号と
なる。

比較器のＴＲ４０のベースに印加される負荷信号が、ツ
ェナーダイオード４６によって作られる規準電圧より小
さければ、ＴＲ５川ま導通し、インピーダンス制御変圧
器５４の二次巻線を実質的に短絡する。

この時は後述の負荷減除機能は働かないが、如何なる時
にもこの機能を必要としないならば（例えば、２つ以上
の発電機が並例に接続されている場合等）、機能停止ス
イッチ５６を閉じる事によって常にトランジスタＴＲ５
０が短絡しているのと同じ結果にする事が出来る。負荷
が増加し、比較器トランジスタＴＲ４０のベース電圧が
、規準電圧を超える点に達すると、比較回路は、負荷の
増加に応じてコントロールトランジスタＴＲ５０のイン
ピーダンスを漸増させる様な出力をダイオード４８の両
端に生じる。

ここでもし、機能停止スイッチ５６が開放していれば、
インピーダンス制御変圧器５４の一次巻線側から見たイ
ンピーダンスは、前述の短絡状態ではなく、制御抵抗６
０の影響によるある値を上限として増加する様に観える
。従って、励磁制御変圧器６４の一次巻線６２に並列接
続されるインピーダンスは、負荷の増加に併つて、実質
的にＲ６６から（Ｒ６６十ｉ・Ｒ６０）まで漸増した事
になる。ここにＲ６６は可変抵抗Ｒ６６の抵抗値、Ｒ６
０は制限抵抗Ｒ６０の抵抗値、そしてｉはインピーダン
ス制御変圧器５４の特性によって定まる比例定数である
。一次巻線６２を含む並列回路のインピーダンスの増加
は、励磁制御変圧器６４の二次巻線に対して、出力相電
圧が見かけ上、上昇したかの様な作用を与える。

普通に用いられている電圧調整器７０は、上記の作用を
変換し、交流発電機１０の界滋巻線７２の励磁を減じ、
もって、母線１２一１，１２一２，１２一３の実際の出
力相電圧を低下させる。装置の負荷減除範囲がコントロ
ールトランジスタＴＲ５０のターンオフ特性によって限
定される限りにおいて、コントロールトランジスタＴＲ
５０に流れる電流が、実質的に制限抵抗Ｒ６０‘こ流れ
る電流よりも少なくなる様な状態まで過負荷が達した場
合は、普通に使用されるサーキットブ・レーカ等の開閉
器（図には示していない）を本装置とは別個に設けてこ
れによって負荷を全て落してしまうようにすれば具合が
良い。

第２図は、本発明に供する回路の動作状態の一つの試験
結果を図示するものであり、定格負荷（力率＝１におけ
る）に対する各曲線、実際の出力（曲線８０）、負荷電
流（曲線８２）、出力相電圧（曲線８４）を描いている
。

同図のグラフは、負荷の遮断点を１５０ＫＷ（この試験
運転における発電機定格出力と同じ）に設定した場合に
おいて、課される負荷が１５０ＫＷに達するまでは定格
電圧４６０Ｖに一定に保たれる事を示している。

そして、課される負荷が減除機能の発揮される遮断点１
５０ＫＷを越えると、出力相電圧は４１４Ｖまで次第に
低下する（４１４Ｖは、すなわち定格電圧の９０％に当
り、電流が反対に増大してもこれは多くのシステムにお
いて許容される範囲である）。これによって、交流発電
機からの実際の出力はおおむね１５０ＫＷに保たれる。
出力相電圧が上記の値を更に下回ってサーキットプレー
力が作動し、全回路系をシャツトオフする点においては
課せられる負荷が１８郎Ｗにもなっている。１８耶Ｗと
いう値は、本発明の負荷減除 回路が作動しないで済む
最大の負荷（すなわち１５０ＫＷ）に対して、約２３％
増の過負荷である。

つまり、定格電圧を基に換算して１８球Ｗに至る迄は例
え実際に供給する電力は１５０ＫＷにしろ負荷を駆動し
ておくことができる訳である。曲線８０、及び８４の遮
断点をすぎてからの傾斜は、平衡用抵抗Ｒ４３の抵抗値
乃至利得制御ポテンショメータ１７の設定値のいずれか
乃至双方によって定まるものである。

しかし、平衡用抵抗Ｒ４３の抵抗値は相当小さな範囲内
での変動に留めなければ、比較器ＴＲ４０，ＴＲ４２は
、不安定状態になりやすく、従って、特性の傾斜に影響
する利得を変化させる上でこの抵抗Ｒ４３の抵抗値は、
一般にはあまり適切なパラメータであるとはいえない。
つまり、実用的な見解からは抵抗Ｒ４３は固定とし、ポ
テンショメータを媒介として変圧器２０の利得を制御し
、よって、回路利得を制御する事の方がむしろ好ましい
。変圧器２０の利得を制御する事によって、遮断点以上
の領域でも事実上有意義な出力を得る事が可能である。

線路３２，３４間に発生する信号が、電圧よりも電流に
比重をおいて応答する様に変圧器２０の利得を調節すれ
ば、線路３２，３４間の信号は、発電機から送出される
実電力が、わずかに減少する程度でおおむね一定値に保
たれているにもかかわらず遮断点以上の領域においても
増加しつづけ、減除機能に対する信号として働きつづけ
ることができる。ポテンショメータ１７を用いて、遮断
点以上の領域における曲線８０の傾斜を適当に調節した
り、遮断点制御ポテンショメータ３８を用いて、遮断点
そのものを適当に調節する事によって、夫々の使用目的
に合った特性にして広範に適合しうるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略回路図、第２図は第１
図に示す回路の具体的動作例を示す特性図である。 図中、１０は発電機、１２は各母線、１７は利得制御用
ポテンショメ−夕、１８は電力計側回路、３８は遮断点
制御用ポテンショメータ、４０，４２は比較器中のトラ
ンジスタ、５川まコントロールトランジスタ、６４は励
磁制御変圧器、７川ま電圧調整器、である。 」エロ‐ｅ− 」・こロ」・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃エンジンで駆動され、所定の最大定格出力を有
   する発電装置の過負荷時の保護方法であって、 前記発
   電装置の相電圧と負荷電流とから実負荷に相当する負荷
   信号を形成し、 前記発電装置の前記最大定格出力に相
   当する基準信号を形成し、 前記負荷信号と前記基準信
   号とを比較して、前記負荷信号が前記基準信号より低い
   領域では前記相電圧をほぼ一定に維持し、前記負荷信号
   が前記基準信号を越える過負荷領域では前記負荷信号と
   前記基準信号との差に応じて前記相電圧を低下させるこ
   とにより前記発電装置の出力を前記最大定格出力付近に
   維持すること、からなる発電装置の過負荷時の保護方法
   。 ２ 負荷信号が基準信号を越えたとき電圧調整手段の入
   力インピーダンスを変化させて相電圧を低下させる特許
   請求の範囲１に記載の方法。