JPS6292800A - 交流発電機の自動電圧調整装置 - 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） 本発明は、サイリスタによって界磁電流を制御して出力
電圧の調整を行なう交流発電機の自動電圧調整装置に関
する。

（従来技術とその問題点） 発電装置、特にエンジン、東動形発電装置は、商用電源
を使用できない作業現場で水中ポンプや投光器などの電
源として使用されたり、工場やビル等で停電時の非常用
電源として広く用いられている。

一般に、発電機の界磁電流を一定にした状態で以上の負
荷を投入した場合、発電機の特性上出力電圧が変動して
しまうため、負荷を定格で使用できないという不具合が
生ずる。

その為基準電圧との偏差を求め、比例、積分。

微分の演算結果に応じてサイリスタの点弧角を変え界磁
電流を制御する自動電圧調整装置を配設し、出力電圧を
一定に保つことによって頻繁な負荷の変動に対して対応
していた。

第６図に於いて、 １はエンジン駆動形自励式発電装置である。

エンジン２で４駆動される発電機乙の出力線２０が、ブ
レーカ４を介して負荷５に接続されている。

また、発電機６とブレーカ４間の前記出力線２０途中に
は電圧帰還回路６とサイリスタ回路７が接続されており
、該電圧帰還回路６の出力は帰還信号線２１を介して制
御回路８に入力されろ。それとは別に基準電圧発生回路
１２の出力は、基準電圧信号線２２を経て前記制御回路
８に入力される。

そして、該制御回路８にはオペアンプ、抵抗器、コンデ
ンサ等によって構成された比例演算部９、積分演算部１
０、微分演算部１１が並列接続されており、各々の演算
部で前記電圧帰還回路６と基準電圧発生回路１２から入
力された信号の偏差が求められる。そしてその偏差に対
して各々比例、積分、微分の演算が行なわれ、それらの
合成出力である電圧信号が出力信号線２６を経てパルス
発生器１６に入力される。

パルス発生器１６では、前記制御回路８の電圧信号に応
じてサイリスタ１４が点弧する位相が変わるようにパル
スを出力し、界磁巻線に流れる界磁電流を制御して前記
発電機６の出力電圧を所定値に保っている。

しかしながら、上述した従来の自動電圧調整装置の比例
、積分、微分の演算回路（９、１０゜１１）及び基準電
圧発生回路１２は、抵抗器。

コンデンサ、オペアンプ又はトランジスタなどの素子を
使用しているため以下の問題点があった。

（１）　　基準電圧発生回路１２は周囲温度の影響を受
け、内蔵する抵抗器の抵抗値が変化し基準電圧信号の電
圧が変化する為、発電機からの出力電圧が変り、よって
使用負荷を一定条件のもとに運転することができない。

その為基準電圧発生回路中に可変抵抗器を設け、手動に
よりその都度一定電圧に保持する為の微調整を行なう必
要があった。

（２）　　異電圧仕様の発電機及び機種の変更等によっ
て、発電機そのものの特性が異なる場合、前記各演算部
の応答性も当然変えざるを得ない。よってそのような場
合には、抵抗器及びコンデンサ等の素子を変更せざるを
得ないので結果として装置自体の互換性が損われる。

（３）制御回路８に用いられるオペアンプは、入力電圧
に一定の電圧帯を必要とするため、電圧帰還回路６より
前記制御回路８に入る途中に正負のレベルシフト回路（
図示せず）を必要とし、回路が複雑となり、寸法的にも
コンパクト化できずコスト高となっていた。

（４）　　また、演算部全体としてもオペアンプ。

トランジスタ、抵抗器、コンデンサ等が多く使用されて
いる為、装置全体が大型化しコスト高となっていた。さ
らに部品点数も多い為故障確立が高（信頼性に欠けてい
た。

（発明の目的） 本発明は上述した問題点に鑑み、従来の自動電圧調整装
置の演算回路及び基準電圧発生回路中の抵抗、コンデン
サ、オペアンプ等に代えて、マイクロプロセッサを用い
ることによって温度変化による影響を受けることなく出
力電圧を一定に保ちしかも発電機の仕様の変更に伴う回
路の応答性及び設定値の変更を容易とした自動電圧調整
装Ｗ、乞提供することを目的とする。

（構　成） 本発明は、以上の目的を達成するために発電機の出力電
圧と基準電圧との差を検知し、その差に応じて前記発電
機の界磁巻線に供給する界磁電流を制御する自動電圧調
整装置に於いて、電圧帰還回路の出力した電圧信号をＡ
／Ｄ変換器に入力し、該Ａ／Ｄ変換器の出力をマイクロ
プロセッサと記憶装置とを含む演算回路に入力し、前記
マイクロプロセッサによって演算処理を行ない、その演
算結果を馳変換器に入力し、該Ｄ／Ａ変換器の出力した
電圧信号をパルス発生器に入力し、該パルス発土器の出
力したパルスをサイリスタのゲートに入力することによ
って界磁電流を制御するようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図に基づき説明する。

第１図及び第２図に於いて１は本発明の自動電圧調整装
置を備えたエンジン側動形自励式発電装置である。

エンジン２で、駆動される発電機６の出力線２０がブレ
ーカ４を介して負荷５に接続されている。また、発電機
６とブレーカ４間の前記出力線２０途中には電圧帰還回
路６とサイリスタ回路７が接続されている。以上の構成
は、第６図に示す従来例と同じである。

前記電圧帰還回路６の出力は帰還信号線２１′を介して
マイコン制御回路６１に入力され、該マイコン制御回路
３１の出力した電圧信号は出力信号線２３′を経てパル
ス発生器１６に入力される。

パルス発生器１３では、前記電圧信号に応じてサイリス
タ１４が点弧する位相が変わるようにパルスを出力し、
前記サイリスタ１４がら界磁巻線に流れる界磁電流を制
御して前記発電機乙の出力電圧を所定値に保つ。

第２図に於いて、マイコン制御回路６１は大別するとＡ
／Ｄ変換器６２．演算回路３６　、　Ｄ／Ａ変換器３４
の６つの機器から構成されている。

そして演算回路３３は、マイクロプロセッサ３６、記憶
装置３７．入出力装置６５．装置選択回路４６によって
構成され、これら各機器の接続は次のようになっている
。

即ち、電圧帰還信号線の出力側は電圧帰還信号線２１′
を介してＡ／Ｄ変換器６２０入力端子３２ａに接続し、
該Ａ／Ｄ変換器３２の出力端子３２ｂはディジタル記号
入力線４１によって演算回路３６中の入出力装置６５０
入カポ−トロ５αに接続している。

入出力装置３５０入出力ボート３５ｂはデータバス３９
によって記憶装置６７とマイクロプロセッサ３６に接続
される。−の一方、アドレスバス４０によって記憶装置
３７とマイクロプロセッサ３６が接続されている。

入出力装置３５の出カポ−）３５ＣとＤ／Ａ変換器３４
の入力端子３４αは、ディジタル信号出力線４２により
接続され、Ｄ／ｐ、変換器６４の出力端子３４ｂは、出
力信号線２６′によってパルス発生器１３の入力側に接
続されている。

マイクロプロセッサ６６の制御信号端子６６αは、シス
テム制御信号用端子及びアドレスバスの上位２ピツトの
端子から成っており、前記制御信号端子６６αかも制御
信号線３８を経て装置選択回路４６の入力側に接続され
、該装置選択回路４６から記憶装置制御信号線６８αを
介して記憶装置６７の書き込み、読み出し選択用端子３
７αに、また入出力制御信号線５８ｈを介して入出力装
置６５の制御用端子６５ｄに、さらにめ変換器制御信号
線６８Ｃを介してＡ／Ｄ変換器６２のデータ読み出し信
号入力端子３２Ｃに各々接続されている。

次に上記マイコン制御回路３１の作用を説明する。

エンジン２によって発電機６が、駆動され、出力線２０
に前記発電機６の出方電圧が生ずると、電圧帰還回路６
から出力した電圧信号はマイコン制御回路３１のＡ／Ｄ
変換器６２に入力される。Ａ／Ｄ変換器６２では、その
電圧信号をディジタル信号に変換して演算回路３６に出
力する。

演算回路６６では、前記ディジタル信号に基づいて演算
が行なわれ、その結果がディジタル信号としてＤ／Ａ変
換器６４に出力される。

Ｄ／Ａ変換器６４ではこのディジタル信号を電圧信号に
変換し、その電圧信号をパルス発生器１３に出力する。

このとき、前記演算回路６６中のマイクロプロセッサ６
６は、記憶装置６７の一部の固定メモリに記憶されたプ
ログラムの命令を、デ−タバス３９を介して読み込む。

次に、制御信号又はアドレス信号を制御信号線３８又は
アドレスバス４０に各々出力して、記憶装置６７、入出
力装置３５　、　Ａ／Ｄ変換器６２各々の内必要な素子
を動作させ、さらにデータバス６９に対してデータを出
力させる。

そして、そのデータを読み込むか又は出力して再び前記
と同様の動作を繰り返す。

その結果は、呆６（α）図のフローチャートのとおりで
ある。

第３（α）図のフローチャートは、前記記憶装置６７の
一部の固定メモリに記憶されたプログラムの内容を示す
もので、第４図に示す現時点の偏差Ｘ、微少時間ｄｔ前
の偏差ｌ、微少時間ｄｔ前までの偏差の総和ΣＸなどの
数値を記憶するメモリをリセットして初期設定を行ない
、Ａ／Ｄ変換器の出力を読み込む。

次に、予めプログラム設定された基準電圧を読み込み、
この基準電圧と前記Ａ／／Ｄ変換器の出力との偏差を求
め、その偏差から比例、＠分、微分制御動作の操作量ｙ
を演算により求める。さらに、該操作量ｙを標準の電圧
値Ｃに加えてＤ／Ａ変換器に出力し、その後は微少時間
ｄｔをカウントして再びい変換器の出力を読み込み、以
下同様の動作を繰り返す。

以上の内、比例、積分、微分制御動作の操作量ｙは、第
３（ｈ）図に示すサブルーチンの中で以下の演算式によ
って求められる。即ち、偏差をＸとすると ’／＝ＫｐＣｘ＋　ｊ／Ｔｒ　ｆｘｄｔ　＋Ｔｄ−ｄｘ
／ｄｔ　）−−−−（１）で表わされる。ただしＫｐは
伝達関数、　Ｔｒは積分定数、Ｔｄは微分定数、ｄｔは
微少時間。

ｄｘは微少時間での偏差の変化を示す。

第３（ｂ）図のフローチャートに於いて現時点の偏差Ｘ
から微少時間ｄｔだげ前の偏差Ｘ′との差ｄｘ　（第４
図参照）を求め、それを微少時間ｄｔで除して（１）式
中のム／ｄｔを求める。

次に、始動時から微少時間ｄｔ前までの偏差の総和ΣＸ
（第４図参照）に現時点に於ける偏差ｘｙ加えて（１）
式中のｆｘｄｔを求め、最後にそれらの値を（１）に代
入し操作量ｙを求めている。

このとき操作ｔｙは、予め設定された上限値以上をカッ
トされて演算される。

したがって、演算回路６６は以上のプログラムを実行す
ることによって電圧帰還回路６の出力した電圧信号と基
準電圧との偏差に応じた比例、積分、微分の制御動作を
行なう。

なお、以上の実施例では基準電圧を予めプログラム設定
しておき、演算の実行の際に読み出すようになっている
が、第５図の如く演算回路３６の外部にディジタルスイ
ッチ５０を設け、基準電圧入力線５１を経て入出力装置
６５の第２０入カポ−）３５ｇに接続する構成とすれば
、作業者が自由に設定電圧を変えることができるので利
用範囲がさらに広がる。

また、第１図に示す実施例ではサイリスタ１４の出力を
直接界磁電流としているが、励（丑機を用いて発電磯乙
の界磁巻線１５に界磁電流を供給してもよい。

この場合は、前記サイリスタ１４の出力を励磁機の界磁
巻線に供給するか、又はその界磁巻線が生ずる磁束と逆
方向に磁束を生ずる差動巻線に供給し、励磁機によって
生ずる界磁電流を制御する。

（効果） 以上の如く、自動電圧調整装置の演算回路をディジタル
回路とすることにより、基準電圧発生回路及び演算回路
知内蔵された抵抗器、コンデンサ、オペアンプ等が不要
となり、さらに周囲の温度変化が生じたとしてもディジ
タル信号による制御方式である為演算誤差がなく、出力
電圧の変動が生じない。

それ故出力電圧の微調整が不要である。

したがって、従来のように可変抵抗器を手動によって微
調整するわずられしさがなくなり、発電装置の円滑な運
転が可能となる。

また、異電圧仕様の発電機及び機種の変更等によって自
動電圧調整装置自体の応答性を発電機の特性に合わせる
場合には、プログラム中の伝達係数Ｋｐ、積分定数Ｔｒ
、微分定数Ｔｄの値を変更するのみで容易に対応できる
。

また、予めプログラムの書き込まれたＲＯＭ等の素子を
差し換えるようにすれば、さらに迅速な対応ができる。

そのため、自動電圧調整装置そのものの互換性も向上し
部品の共通化がはかれる。

さらに、回路中に使用される抵抗器、コンデンサ等の部
品点数の減少によって信頼性も向上し、寸法的にもコン
パクト化がはかれ、安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すエンジン、駆動形自
励式発電装置の構成図。 第２図は第１実施例のマイコン制御回路の構成図。第３
（α）図は第２図中の演算回路の動作を示すフローチャ
ート。第６（４図は第３（α）図中の比例、積分、微分
制御動作の操◇ 作置を求めるサブルチダンのフローチャート　。 第４図は第１図の発電装置の始動時における出力電圧の
変化を示すグラフ。 第５図は本発明の第２実施例を示すマイコン制御回路の
構成図。 第６図は従来のエンジン駆動形自励式発電装置を示すも
のである。 １・・・・エンジン駆動形自励式発電装置。 ２・・・・　エンジン。　　　　　　　６・・・・　発
電機。 ４・・・・　ブレーカ。　　　　　　　５・・・・　負
　荷。 ６・・・・　電圧帰還回路。　　　　　７・・・・　サ
イリスタ回路。 ８・・・・　制御回路。　　　　　　？・・・・　比例
演算部。 １０・・・・　積分演算部。　　　　　１１・・・・　
微分演算部。 １２・・・・　基準電圧発生回路。　１６・・・・　ノ
（ルス発生器。 １４・・・・　サイリスタ。　　　　　１５・・・・　
界磁巻線。 ６４・・・・　Ｄ／Ａ　ｉ換器。　　　　３５・・・・
　入出力装置。 ６６・・・・　マイクロプロセッサ。　６７・・・・　
記憶装置。 ６８・・・・　制御信号線。　　　　　６９・・・・　
データノ（ス。 ４０−−−・　アドレスバス。 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）；＋　３　
　図 、屯 ：＋　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発電機の出力電圧と基準電圧との差を検知 し、その差に応じて前記発電機の界磁巻線に供給する界
   磁電流を制御する自動電圧調整装置に於いて、電圧帰還
   回路の出力した電圧信号をＡ／Ｄ変換器に入力し、該Ａ
   ／Ｄ変換器の出力をマイクロプロセッサと記憶装置とを
   含む演算回路に入力し、前記マイクロプロセッサによつ
   て演算処理を行ない、その演算結果をＤ／Ａ変換器に入
   力し、該Ｄ／Ａ変換器の出力した電圧信号をパルス発生
   器に入力し、該パルス発生器の出力したパルスをサイリ
   スタのゲートに入力することによつて界磁電流を制御し
   て発電機の出力電圧を一定に保つことを特徴とする交流
   発電機の自動電圧調整装置。