JPS62163599A - ガスタ−ビン発電装置 - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、ガスタービン発電装置、１７ｊに高周波発電
機に設けられた界磁コイルへの電流供給についての改良
に関するものである。

；従来の技術］ ガスタービンエンジンによって高速度の一定した回転運
動を（■、こσハ島速一定回転て高周波発電機を回転駆
動して所望の発電作Ｉ１１を行わせるカスタービン発電
装置か提案されており、商用電源の得られない地域必る
い（３１停電時のバックアップ電源としてその利用価値
は近年著しく増大している。

通常、この種のカスターじン発電）装置に、（３いては
、第４図に示ずように、ガスタービンエンジン１０に直
結された高周波発電機１２で取出された電ツノは一旦整
流器１４によって直流電力に変換され、さらに平滑コン
デンサ１６によって平滑された後、インバータ１８によ
り再び所望の商用周波数その他の交流電力に変換され、
各種電気機器を作動している。

かかる発電装置において高周波発電機の界磁コイル２０
への電流の供給は、発電装置内に設けられた捕はバッテ
リ２２によってなされ、バッテリチャージや２４　（Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ）によって補機バッテリ２２の充電
が行われている。すなわら、まず整流器１４の出力電圧
をバッテリチャージャ２４により降圧し補）環バッテリ
２２を充電する。そして、この補機バッテリ２２を電源
とし、界磁コン；−ローラ２６が高周波発電機１２の出
力電圧ＶＤＣが一定となるように界磁コイル２０に界磁
電流を流している。

［発明が解決しようとする問題点１ しかしながら、上記従来の装置においては界磁コイル２
０への界磁電流の供給が補はバッテリ２２を唯一の電源
として行われていたため、捕）環バッテリ２２か他の補
機へ電流を供給するほかそれら補機よりも人さな電力を
必要とする界磁電流を供給しなければならないので、そ
の電力分だけバッテリチャージ＼７２４の容量を大きく
しなければならなかった。したがって、バッテリチャー
ジャ２４が大型になり重量増加、効率低下等の問題か生
じていた。

本発明は、上記従来装置におＣプる課ｍに鑑みなされた
ものであり、その目的はバッテリチャージャの容量を小
さくしその小型軽量化を図ったガスタービン発電装置を
提供することに必る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は高周波発電機の界
磁コイルを複数個の分割コイルににつて構成し、この界
磁コイルに補機バッテリの出力端および整流器の出力端
を切替器を介して３Ｅ択的に接続し、高周波発電機の始
動時においてのみ前記補機バッテリを界磁電流の供給電
源とすると共に前記複数個の分割コイルを並列に接続し
、高周波発電はの駆動開始後、前記整流器の出力電圧が
所定値となった以後は全て整流器の出力を界磁電流の供
給電源とすると共に前記複数個の分割コイルを直列に接
続することを特徴としでいる。

し作用］ 上記のように構成することににす、まず高周波発電機の
始動時においては、整流器の出力電圧Ｖｏｏけ発生して
いないので、袖）環バッテリを界磁電流の供給電源とす
るよう切替器を働かける。発電機の発電開始後、発生し
た整流器用ノＪを平滑コンデンサにて平滑する。

次に、切替器によって、界磁電流の供給電源を整流器出
力に切替える。そして、整流器の出力電圧＼ｌ　が所定
値＼’ｓｅｔになるまでは、平滑コンテＣ ンリに充電した電力を利用して界磁電流を流し、■ＤＣ
＝Ｖｓ。１になった時点で整流型出ツノによって直接界
磁電流を流し始める。以後は整流器の出力のみを電源と
して界磁コイルに電圧を印加し続ける。

これにより、補職バッテリは、高周波発電機の始動時の
み界磁電流の供給電源として用いればよいので、その容
量を小さくすることができる。したがって、この補機バ
ッテリの充電を行うバッテリチャージャの容量も小さく
することができるので他の部材に比し大きな容積を必要
とするハツテリヂ鵞７−ジヤの小型！′ｆｍ−化を達成
することかでき、発電ユニットの効率向上という効果が
得られる。

さらに、本発明では整流器出力よりも電圧の低い捕）環
バッテリに電源が切替えられる際、同時に界磁コイルの
分割コイルか並列接続に切替えられるので、分割コイル
をそのまま直列接続とした場合にりも、補）環バッテリ
の全電圧にＪ−り流れる界磁電流の値ｉ３を１αくする
ことができる。したかつて、発電機始動時にｄ３ける整
流器出力電圧＼’　ｉｎｉが高められ、この高められた
電圧で平滑コンテンツ−の充電を行うことができるので
、整流器出力に電源を切替えた際の発電機の作動状態の
安定化を達成することができる。

［実施例］ 第１図は、本発明の好適な実施例の全体構成図である。

ガスタービンエンジン１０は高速一定回転するエンジン
からなり、実施例においては、例えば８６．０００１又
ＰＭの回転数を有づる。

前記ガスタービンエンジン１０には高周波発電機１２か
直結接続されてあり、この高周波発電機］２の出力であ
る高周波電力は６個の整流素子を含む仝波整流器１４に
よって直流電力に変換される。

前記整流器１４の出ノＪには平滑用コンデンサ１Ｇか接
続され、これにより平滑された直流電力はインバータ１
８から負荷へ供給される。インバータ１８は実施例にお
いてトランジスタとゲート制御回路及びダイオードの組
合わＶから４【る周知のインバータ索子を組合わせて構
成され、各１〜ランシスタのゲートを所望のタイミング
で制御することによって整流器１４の直流電流か所望の
例えば商用周波数の交流電力として負荷に供給される。

前記高周波発電機１２は界磁コイル型で構成されており
、２つの分割コイルからなる界磁コイル２０が設けられ
ている。この界磁コイル２０に供給される界磁電流’２
０を制御することによって発電機］２の出力制御か行わ
れる。

界磁コイル２０への電圧の印加は、補）環バッテリ２２
と整流器１４の出力の２つの電源によって行われる。補
機バッデリ２２は整流器′１４の出力端にバッテリチャ
ージャ２４（ＤＣ／′ＤＣコン八−ク）をへして接続さ
れており、バッテリチャージャ２４は、整流器１４の出
力電圧を降圧し補はバッテリ２２を充電する。補機バッ
テリ２２の出力端は切替器を介して界磁コイル２０に接
続されている。

もう一方の電源である整流器１４の出力端は界磁コント
］］−ラ２６および前記切替器を介して界磁コイル２０
に接続されている。

前記切替器は、４つのリレー２８．３０．３２．３４に
よって構成され、それぞれの接点２８ａ１２８ｂ、３０
ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂを有して
おり、これら接点の切替えは界磁コントローラによって
制御される励磁コイル３６により行われる。

本実施例の動作は、まリーガスターヒンエンジン］Ｏか
定格回転とされた後、高周波発電機１２を胎動するか、
この時整流器１４の出力電圧Ｖ。０は発生していないの
で＜Ｖ、。−〇の状態）、界磁電流’２０を流ずＩこめ
の電源として用いることはできへい。

したかって、高周波発電機１２の始動時においては袖）
幾バッテリ２２／：界Ｅ姉流’２０の供給電源として用
いる。

第２図は、整流器１４の出力端に接続された界磁コント
ローラ２Ｇの内部構成を示しＣｄ５す、高周波発電機１
２の始動時においては、まザ補機バッテリ２２に接１涜
された電源）駕択回路３８によって１ｉｉｌ＋　（Ｉｔ
ｆｔ、　］コイル０に電流’１１０か供給されリレー接
点４２がオンされる。これにより３６ａ、３６ｂに電流
が供給され励磁コイル３６（第１図参照）が励磁されリ
レー２８．３０．３２．３４の接点が２８ｂ、３０ｂ、
３２ｂ、３４ｂ側に切替えられ、補機バッテリ２２と界
磁コイル２０とか導通状態となると共に、界磁コイル２
０の分割コイル２０ａ、２０ｂが並列に接続される。す
なわち、コイル２０ａは、接点３２ｂおよび２８ｂによ
って、コイル２８ｂは、接点３４ｂＪ３よび３０ｂによ
ってそれぞれ補（環バッテリ２２と接続される。

以上の動作により、補はバッテリ２２の電圧が界磁コイ
ル２０に印加され界磁電流’２０か流れる。

このときの界磁電流ｊ　２０（７）　Ｉ’ｌｉｊ　ｓは
、捕践ハツアリの出力電圧と界磁コイル２０の抵抗値に
よって決まる値となる。補（環バッテリ２２の出力電圧
は、本例でＧ；Ｊ：　２４　Ｖを使用しており、整流器
１４の出）〕電圧に比し小ざい。したがって、界磁コイ
ル２０の抵抗値が一定であればｉ、（。Ｌ比較的低い碩
となるか、本発明では、切替器によって界磁コイル２０
ａ、２０ｂが並列接続とされるので、コイル２０ａ、２
０ｂを直列接続又は−個のコイルとして形成した場合よ
りも２倍の電流値を得ることができる。すなわち、分割
コイル１個の抵抗値を１０Ωとすると直列接続の場合、
ｉ、は２４／（２Ｘ１０）＝１．２Ａとなり、各コイル
のターン数をｎとり“ると起磁力は２・ｎ・１．２＝２
．４ｎとなるのに対し、並列接続に切替えると、ｉ、は
２４／１０＝２．４Ａで起磁力は２−ｎ−２，４＝４．
８ｎとなる。

補）環バッテリ２２の電圧が印加され界磁電流’２０が
流れたことにより、発電機１２が発電が開始され、整流
器１４の出ツノ電圧ＶＤＣはｖｉｎｉとなり、平滑コン
デンサ１６が充電される。すなわら、上記のＪ：うに界
磁コイルを並列接続したことにより、直列接続の場合よ
り高いＶｉｎｉによって平滑コンデンサ１６が充電され
ている。

そして所望時間経過後、電源選択回路３８によって供給
していた電流’４０を停止し、リレー接点７１Ｉ２をオ
フし、リレー２８．３０．３２．３４の接点を２８ａ、
３０ａ、３２ａ、３４ａ側に切替える。これにより、整
流器１４の出力錫：と界磁コイル２０か界磁コントロー
ラ２６を介して接続されると共に、界磁コイル２００分
割コイル２０ａ、２０ｂが直列接続となる。すなわら、
コイル２０ａおよびコイル２０ｂのそれぞれの一端が接
点３Ｏａによって相互に接続され、コイル２０ａの他端
が接点２８ａによって、コイル２０ｂの他端か接点３４
ａによってそれぞれ界磁コントローラ２６を介して整流
器１４の出力に接続される。この整流器出力への切替え
の直後は平滑コンデンサ−１６に充電されていた電力を
利用して界磁電流’　２０を流す。

次に、電源選択回路３８からＶＤＣ調整回路４４へ信号
３８ａを送り、整流器１４の出力電圧ＶＤＣが所定値Ｖ
ｓｅｔになるようにＶ、。調整回路４４の作動を開始さ
せる。すなわち、回路４４は一端が整流器１４の出力端
に接続され、他端か（ヘランジスタ４６およびダイオー
ド４８を介してリレー接点２８ａ、３４ａに接続されて
おり、トランジスタ／！６をデユーティ制御することに
よってＶ、。がＶｓｅｔになるようにしている。

ＶＤＣ−Ｖｓ。１になった時点でインバータ１８を作動
させ負荷への交流電力の供給を開始すると共に整流器１
４の出力電圧によって界磁電流’２０を流し始める。

本例では、ｖＳｅｔを３００Ｖとし、界磁コイル２０の
定格電圧を２００Ｖ程度に設定している。

したがって、１個のコイルの抵抗値を１０Ωとすると’
２０は２００／　（２ｘ１０）＝１０Ａとなり起磁力は
ターン数ｎとすると２・ｎ・１０＝２Ｏｎとなる。

以上述べたように、本実施例によれば、電圧の異なる２
つの電源を用いているので、低い電圧の電源を用いる場
合にもより大ぎな界磁電流を得る手段として、界磁電流
の供給電源として整流器出力か用いられる際には界磁コ
イルを直列接続とし、比較的低い電圧の補機バッテリを
電源とする際には界磁コイルを並列接続としている。

したかって、所望の界磁電流を得るための界磁コイルの
抵抗値の設定を、出り電圧の高い整流器出力（ｖ３ｏｔ
＝３００ｖ）を基準として行った場合には、低い電圧（
２４Ｖ）の補はバッテリ電源を使用づ“る間は界磁電流
１．も小さくなるが、その間は界磁コイルを並列接続に
切替えるので抵抗値を半分にすることによってそのまま
直列接続とした場合の２倍の電流値ｉ、を冑ることがで
きる。

第３図は、本実施例の動作を示すタイミングヂャートで
おり、ｔｌは高周波弁Ｎ機１２の始動時、ｔ２は界磁電
流’２０の供給電源の切替え時、ｔ３は整流器１４の出
力電圧Ｖ。０をＶｉｎｉからＶ、。１に高めるため電源
選択回路３８からＶ。Ｃ調整回路４４へ送られる信号３
８ａの発信時を示している。

第３Ａ図は、ｔｌにおいて励磁コイル４０に電流’４０
か供給されし、で停止されることを示し、第３Ｂ図は、
電流’４０が流れコイル４０が励磁されているｔ１〜ｔ
２の間リレー接点４２かオン状態になっていることを示
し、第３Ｃ図は、リレーへ接点４２かオン状態の間（１
１〜ｔ２）は１ル−２８．３０．３２．３４の接点は２
８ｂ、３０ｂ、３２ｂ、３４ｂ側となり、界磁電流’２
０の供給か袖はバッテリ２２を電源として行われ、１−
２−Ｃリレー接点４２がオフ状態となって以後はリレー
２８．３０．３２．３４の接点か２８ａ、３０ａ、３２
ａ、３４ａ側に切替わっていることを示し、第３Ｄ図は
、袖はバッテリ２２の全電圧により界磁電流’２０が流
されるｔ１〜ｔ２の間の界磁電流の値は補機バッテリ２
２の電圧と並列接続された界磁コイル２０の抵抗値によ
って決まるｉｓであることを示し、第３Ｅ図は、整流器
１４の出力電圧＼ｔ、。かｔｌから発生し、ｔ３まて（
よＶｉｎｉの状態であり、ｔ３の時点からＶＤＣ調整回
路４０によりＶＳｅｔまで高められていくことを示し、
第３Ｆ図は、し、にて電源選択回路３３８からＶ。０調
整回路４４へ信号３８８か送られたことをそれぞれ示し
ている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、高周波発電機の
始動時においてのみ捕はバッテリを界磁電流供給電源と
し、ぞの後は整流２；；出力を界磁市流供、恰の電源と
して用いるので、始動口）以外の界磁電流の供給か不要
となる分だけ袖）環バッテリの容量を小さく覆ることか
できる。したかって、抽はバッテリを充電するためのハ
ツアリヂて・−シＡ・の容ωも小さくて足り、これによ
りハッテリヂ〜・−ジ℃・の小型軽重化を図ることがで
き発電ユニットの効率向上を達成することができる。

ざらに本発明によれば、低電圧の捕）幾ハッＪ゛りを電
源とするときには、界磁コイルか・１に列接、しｔに切
替えられるので、そのまま直列接続とした（８合よりも
高い値、すなわら、２倍の界１ａ　ｉ’ｌｆｆ流の碩を
（ｑることができる。

これににす、高周波光電１５１の始動時における整流器
出力電圧を高めることかてさ、平滑コンデンサをより高
い電圧にて充電覆ることかできるので、整流器出力への
電源の切替え段階における発電機の作動がより確実なも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例を示す全体）７１１成図
、 第２図は第１図に示す−実施例に使用した界磁］ン１−
ローラの内部構成を示す−図、 第３図は実施例の動作を示すタイミングヂｒ　−１〜図
、 第４図はカスタービン発電装置の従来例を示す図である
。 １０　・・・　ガスタービンエンジン ］２　・・・　高周波発電機 ′１４　・・・　整流器 １６　・・・　平滑コンデンサ− 」ε３　・・・　インバータ ２０　・・・　界磁コイル ２０　Ｅｌ、２０ｂ　　・・・　分υ１コイル２２　・
・・　ン＋Ｉｉ　’ｔｉ僑ハ・ンテリ２４　・・・　パ
ッテリヂャージ（・ ２Ｇ　・・・　界磁コン］〜〇−ラ ２８．３０．３２．３４　・・・　切替器としてのリレ
ー ３６、／１０　・・・　励磁」イル ３Ｂ　・・・　電源選択回路 ４４　・・・　ＶＤＣ調整回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンに直結
   された高周波発電機と、この発電機の出力を整流する整
   流器と、整流器の出力を平滑する平滑コンデンサと、平
   滑された直流電力を所望の周波数の交流信号に変換する
   インバータと、前記高周波発電機に設けられた界磁コイ
   ルに界磁電流を流すための補機バッテリと、この補機バ
   ッテリの充電を行うバッテリチャージャと、前記界磁電
   流の制御を行い前記高周波発電機の出力を制御する界磁
   コントローラと、を備えるガスタービン発電装置におい
   て、 前記界磁コイルが複数個の分割コイルから成り、この界
   磁コイルには前記補機バッテリの出力端および前記整流
   器の出力端が切替器を介して選択切替え可能に接続され
   、前記高周波発電機の始動時においては前記補機バッテ
   リを界磁電流の供給電源とすると共に前記複数個の分割
   コイルを並列に接続し、前記高周波発電機の駆動開始後
   、前記整流器の出力電圧が所定値となった後は整流器の
   出力を界磁電流の供給電源とすると共に前記複数個の分
   割コイルを直列に接続することを特徴とするガスタービ
   ン発電装置。