JPS63181615A - インバ−タ式発電機 - 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】 挟眸分牙 本発明は、交流発電機の交流出力を整流したのちにイン
バータにより任意周波数の交流に変換して出力するイン
バータ式発電機に関する。

従米澹貫 従来、商用周波数の交流出力を得る携帯用の発電機とし
て、例えば小形エンジンと発電機を組み合わせたものが
知られている。この携帯用発電機において出力周波数を
商用周波数に合わせる場合、エンジンの回転数を比較的
低い領域で安定させる必要があり、エンジンの運転効率
が悪くまた負荷変動あるいはエンジンの脈動などによっ
てエンジンの回転数は変動しやすく、このため出力周波
数を一定に保持させることが難しく、発電機も大きくせ
ざるをえない。そこで、エンジンは回転数の高い領域に
て運転させるとともに、発電機の出力を一旦直流に変換
した後、インバータにより再び任意周波数の交流に変換
して出力するようにしたものが、例えば実開昭５９−１
３２３９８号公報あるいは特開昭６０−８．２０９８号
公報に示されている。このインバータ式発電機は、出力
段のインバータがトランジスタなどの半導体スイッチン
グ素子で構成されており、この半導体素子を過電流から
保護するための回路を設けることが必要となっている。

しかしながら、従来のインバータ式発電機にあっては、
インバータの過電流状態を検出して保護する際、過電流
保護の動作設定値が許容定格出力に合わせて固定的に設
定されているので、エンジン回転数の変化に追従してイ
ンバータを確実に保護することができず、エンジン回転
数を可変にして定格出力を変化させる場合には外部の切
換スイッチ等が必要となって構成が複雑化してしまうと
ともに、スイッチの切換操作を必要として操作性が悪い
ものになっている。

１枚 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、インバー
タの過電流保護の動作設定値（基準値）を定格出力の設
定値の変化に対応させて自動変更させるようにするとと
もに、駆動用エンジンにおける設定回転数の変動あるい
は交流発電機自体の出力特性のバラツキによっては過電
流保護の動作設定値が変動することがないようにして、
交流発電機の定格出力を変化させる場合にあっても従来
のように定格出力切換用の外部スイッチなどを何ら必要
とすることなく、インバータを過電流から確実にかつ安
定して保護することができるようにしたインバータ式発
電機を提供するものである。

４戊 その目的達成のため、本発明では、交流発電機の主出力
巻線における整流出力を駆動信号にしたがって転流動作
するインバータを介して任意の周波数をもった交流出力
に変換させるインバータ式発電機において、インバータ
の通電電流の検出値を基準値と比較してインバータの過
電流状態を検出する過電流検出手段と、その過電流状態
検出時に前記駆動信号をしゃ断してインバータを不動作
状態にするインバータ保脛手段と、交流発電機の補助出
力巻線における整流出力に応じて変化する電圧にもとづ
く信号とその補助出力巻線における整流出力を安定化し
た電圧にもとづく信号とを発電機の回転状態に応じて選
択しながら前記基準値を設定する基準値自動設定手段と
をとるようにしている。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施例につい
て詳述する。

第１図に、本発明によるインバータ式発電機の回路構成
を示している。図中、１はエンジン等によって駆動され
る交流発電機で、三相交流を出力する出力巻線Ｌ１およ
び制御用の補助巻線Ｌ２を有しており、出力巻線Ｌ□の
三相交流出力はサイリスタブリッジからなる三相整流回
路２によって余波整流されたのち、パワートランジスタ
により構成されたブリッジ形のインバータ３に与えられ
る。

また補助巻線Ｌ２の単相交流出力は、整流回路４で整流
されたのちに定電圧回路５で安定化され、インバータ３
を駆動する発振器６および駆動トランジスタＱ、、Ｑ２
からなるドライバ７に与えられる。上記定電圧回路５の
出力側には比較器ＣＭＰを有した定電圧制御回路８が設
けられており、発電機出力電圧の変動を検知して三相整
流回路２における各サイリスタの導通角を制御し、その
整流出力を一定の電圧レベルに保持している。具体的に
は、三相整流回路２の出力電圧を比較器ＣＭＰにて予め
設定された基準電圧と比較し、その出力電圧が設定電圧
と等しくなるように各サイリスタの導通角を制御する。

ここで、上記のように制御系統を主回路系統と別個に設
けており、発電機１の出力電圧が低下しても制御系統に
は支障がないようになっている。

上記出力段のインバータ３は、ドライバ７における駆動
トランジスタＱ工、Ｑ２からの駆動信号に従って制御さ
れ、入力された直流を任意周波数の交流に変換する。こ
れらの駆動トランジスタＱ□。

Ｑ２は、それぞれ発振器６の出力周波数に応じて、例え
ば商用周波数でパルス信号が交互に出される発振器６の
出力パルス列信号およびインバータ保護回路９における
演算増幅器０ＰＡＬの出力によってスイッチング制御さ
れる。すなわち、駆動トランジスタＱ□１０２のベース
はそれぞれ、インバータ３の保護回路を構成するオアゲ
ートＯＲＩ。

ＯＲ２の出力側と抵抗Ｒ□、Ｒ２を介して接続され、各
オアゲートＯＲＩ、○Ｒ２の一方の入力側は上記発振器
６と、他方の入力側は演算増幅器０ＰＡ１の出力側とそ
れぞれ接続されている。そして、インバータ３に直流電
流が供給される直流母線には電流検出用の抵抗（分流器
）Ｒ３が介装されており、この抵抗Ｒ３の両端がそれぞ
れ抵抗Ｒ４，Ｒ５を介して上記演算増幅器○ＰＡＬの反
転入力側（−）および非反転入力側（＋）と接続されて
いる。また、上記抵抗Ｒ４，Ｒ，と直列にそれぞれ抵抗
Ｒ，，Ｒ７が接続されており、更に抵抗Ｒ５とＲ７の直
列回路と並列にダイオードＤ□が接続され、これらの並
列回路と直列にコンデンサＣ□が接続されている。

また演算増幅器０ＰＡ２が上記オペアンプ８とともに過
電流検出手段として設けられており、その反転入力側は
抵抗ＲＩｌを介して抵抗Ｒ３の後段側と接続され、非反
転入力側は前述した直流母線と抵抗Ｒｇを介して接続さ
れている。さらに、これらの入力側と直流母線との間に
は、それぞれコンデンサＣ２，Ｃ３が介装されている。

そして、上記抵抗ＲＩ＋と直列に抵抗Ｒ１ｏが接続され
ており、この抵抗Ｒ□。の他端側は抵抗Ｒ，，とともに
、整流回路４の平滑用コンデンサＣ８に接続されている
。

上記演算増幅器０ＰＡ２の出力側は抵抗Ｒ□、とコンデ
ンサＣ６の直列回路が接続され、その接続点は演算増幅
器０ＰＡ３の非反転入力側に接続されている。この演算
増幅器０ＰＡ３の反転入力側は上記直流母線と抵抗Ｒ□
２を介して接続され、抵抗Ｒ３２と直列して抵抗Ｒ１３
が接続されている。また、演算増幅器○ＰＡ３の出力側
は、抵抗Ｒ１４を介して演算増幅器０ＰＡＬの非反転入
力側と接続されており、さらに上記演算増幅器０ＰＡ２
の非反転入力側は演算増幅器○ＰＡＬの出力側と抵抗Ｒ
１５を介して接続されている。

次に動作について説明する。交流発電機１の出力は、上
述したように三相整流回路２で直流に変換された後、イ
ンバータ３に入力される。そして、このインバータ３で
ドライバ７における駆動トランジスタＱ□、Ｑ２を通し
て与えられる駆動信号に従って所定周波数の交流に再び
変換され、その交換された交流出力がモータ、白熱球等
の負荷ＬＤに供給される。その際、上記駆動トランジス
タＱ□。

Ｑ２は発振器６の出力パルスによってオン（ＯＮ）。

オフ（ＯＦＦ）を交互に繰り返し、これとともにインバ
ータ３の各パワートランジスタがスイッチング制御され
、所望の電圧、周波数による交流出力が得られる。また
、インバータ３に流れる電流Ｉａは抵抗Ｒ３の両端の電
圧降下となってあられれ、この電圧値が設定値を越えた
時、つまりインバータ３に流れる電流値が設定値を越え
た時には過電流状態と判別され、直ちに演算増幅器０Ｐ
Ａ１からの信号によりインバータ３への駆動信号がコン
デンサＣ工の充電タイマによる所定時間のみ停止され、
インバータ３が保護される。

その際、演算増幅器０ＰＡ２は演算増幅器０ＰＡ１とと
もにインバータ３の過電流状態を検出するが、演算増幅
器０ＰＡＬがインバータ３の通電電流の立ち上りに即応
して尖頭値を検出するのに対して、演算増幅器○ＰＡ２
はコンデンサｃ２で平均化された通電電流の平均値を検
出している。

そして、各演算増幅器０ＰＡＬ、○ＰＡ２は各々の検出
値（電圧値）を基準値（抵抗Ｒ，，Ｒ６および抵抗Ｒ８
，Ｒ□。で分圧された電圧値）と比較し。

検出値が設定値を越えていれば過電流状態と判別する。

この過電流状態が検出されると、上述したように何れの
場合でも演算増幅器０ＰＡＬからの出力によりインバー
タ３が停止する。すなわち、負荷ＬＤへの出力電流１ｏ
が増加すると抵抗Ｒ３を流れる電流Ｉａも増加し、この
電流値が所定値を越えると演算増幅器○ＰＡＬの出方が
反転してハイレベル信号となり、それによりオアゲート
○Ｒ１、ＯＲ２の出力が継続してハイレベルとなって１
−ライバフにおける駆動トランジスタＱ□、Ｑ２がとも
にオフとなる。このときコンデンサｃ１およびダイオー
ドＤ□が演算増幅器○ＰＡＬの出方側に接続されている
ので、尖頭電流が過電流となって出力が停止した場合に
は、所定時間（コンデンザＣ□の充電時間）後にはイン
バータ動作が再開される。このため、負荷ＬＤが突入電
流の大きいものであっても確実に始動させることができ
る。

また演算増幅器０ＰＡ２の出力側に抵抗Ｒ□□、コンデ
ンサＣ４を接続しであるので、平均電流が過電流となっ
てもインバータ動作は直ちに停止されることはなく、上
記抵抗Ｒ１□とコンデンサＣ４の時定数によって決定さ
れる時間の間、インバータ動作は継続され、コンデンサ
Ｃ４による充電タイマ時間後に停止される。そしてこの
停止状態は○ＰＡ２→０ＰＡ３→０ＰＡＬ→○ＰＡ２の
閉ループによって継続されるため自動復帰することがで
きず、あたかもＮＦＢ　（ノーヒユーズブレーカ）的な
機能を発揮する。さらに、尖頭電流が過電流となって演
算増幅器０ＰＡＬの出力によりインバータ動作が所定時
間のみ停止される場合において、この演算増幅器ＯＰ　
Ａ　１の出力信号は抵抗Ｒ１５を介して演算増幅器○Ｐ
Ａ２の非反転入力端子へ入力され、コンデンサＣ３に蓄
積される。したがって尖頭電流の存在を示す演算増幅器
○ＰＡＬからの出力信号によるコンデンサＣ３の充電蓄
積量が多くなると、平均電流の過電流状態のいかんにか
かわらず、演算増幅器○ＰＡ２を動作させ、平均電流が
過電流状態であるのと同様に、インバータ動作を自動復
帰できないように停止させる。

このようなものにあって特に本発明では、整流回路４の
整流出力に応じて変化する電圧にもとづく信号とその整
流出力を定電圧回路５によって安定化した電圧にもとづ
く信号との比較結果に応じて、インバータ保護回路９に
おける演算増幅器０ＰＡＬ、０ＰＡ２の各基準設定値を
定格出力の設定変更に応じて段階的に変化させる抵抗Ｒ
１Ｇ、Ｒ。

およびダイオードＤ２．Ｄ３からなる基準値自動設定回
路１０を設けるようにしている。

いま、整流回路４におけるコンデンサＣ６の端子電圧Ｖ
ｃは、第２図に示すように、交流発電機１の駆動用エン
ジンの回転数に比例した電圧となる。そのため、例えば
負荷ＬＤが小さいときには駆動用エンジンの回転数を低
めの３．ＯＯＯｒｐｍ（サイレン１−モート）に設定し
て定格出力１５＝１１− 〇Ｗを得、また負荷ＬＤが大きいときには駆動用エンジ
ンの回転数を高めの４．５０Ｏｒｐｍ　（パワーモード
）に設定して定格出力３０ｏＷを得るようにする場合、
そのときのエンジン回転数の設定値の変化すなわち交流
発電機１の定格出力の変化に追従してインバータ保護回
路９における過電流検出の基準設定値を変化させるべく
、演算増幅器○ＰＡＬ、０ＰＡ２の各基準入力側の抵抗
Ｒ６゜Ｒ□。を、ともに定電圧回路５を介することなく
、整流回路４の出力側に接続して、各演算増幅器○ＰＡ
Ｌ、○ＰＡ２の基準電圧を整流回路４におけるコンデン
サＣ８から得るようにすることが考えられる。

しかしその場合、エンジン回転数が安定していないと、
過電流検出の基準設定値が変動してインバータ３の過電
流保護の動作が不安定となってしまう。また電圧に応答
するために交流発電機１自体の性能にもとづく出力電圧
の定格に対するバラツキの影響が大きく、過電流保護の
動作が不安定となってしまう。

しかして本発明では、整流回路４と定電圧回路５とのあ
いだにわたって基準値自動設定回路１０が設けられたい
るために、エンジン回転数の変動および発電機出力特性
のバラツキの影響を受けることなく、定格出力の設定変
更に応じてインバータ保護回路９の過電流検出の基準値
を自動的に最適設定してインバータ３の過電流保護を安
定して行なわせることができる。

すなわち、インバータ保護回路９における演算増幅器○
ＰＡＬ、○ＰＡ２にそれぞれ設定される過電流検出の基
準設定値は、その各基準入力側の分圧抵抗Ｒ，，Ｒ４お
よびＲ□。、Ｒ８に加わる電圧ＶＢに比例することにな
る。

その際、交流発電機１の駆動用エンジンが始動してから
定電圧回路５における出力電圧が一定値に達するまで徐
々に上昇するあいだのエンジン回転数０からＮ□の領域
では、電流が第１図中■のルートを流れ、そのときＶａ
は次式（１）によって与えられる。

ここで、Ｖｃは整流回路４におけるコンデンサｃｏの端
子電圧であり、エンジン回転数に比例して変化する値と
なる。したがって、エンジン回転数ＯからＮ□の領域で
は過電流検出の基準設定値がエンジン回転数に応じて変
化することになる。

また定電圧回路５の出力電圧が安定化されて一定値Ｅに
なって、かつ抵抗Ｒ１，、Ｒ１□の分圧点の電位が定電
圧回路５の出力電圧Ｅより低いあいだのエンジン回転数
Ｎ１からＮ２の領域（例えば前述したサイレントモード
における定格回転数３．００Ｏｒｐｍはこの領域内に含
まれる）では、電流が第１図中■のルートを流れ、その
ときＶｎは次式（２）によって与えられる。

したがって、エンジン回転数Ｎ□からＮ２の領域では過
電流検出の基準設定値がエンジン回転数の如何にかかわ
らず常に一定に保持される。

またエンジン回転数が上昇して抵抗Ｒ１６，Ｒ１□の分
圧点の電位が定電圧回路５の出力電圧Ｅより高いが、抵
抗Ｒ２７と抵抗Ｒ□。またはＲ５どの分圧点の電位が定
電圧回路５の出力電圧Ｅより低いあいだのエンジン回転
数Ｎ２からＮ３の領域では、電流が第１図中Ｏのルート
を流れ、そのときＶＢは次式（３）によって与えられる
。

したがって、エンジン回転数Ｎ２からＮ３の領域では過
電流検出の基準設定値がエンジン回転数に応じて変化す
ることになる。

さらにエンジン回転数が上昇して、抵抗Ｒエフと抵抗Ｒ
１ｏまたはＲ５との分圧点の電位が定電圧回転５の出力
電圧Ｅより高いエンジン回転数Ｎ３以上の領域（例えば
前述したパワーモードにおける定格回転数４．５０Ｏｒ
ｐｍはこの領域内に含まれる）では、ＶＢは次式（４）
によって与えられる。

Ｖｎ　　　＝　　　Ｅ　　　　　　　　　　　　　　・
・・　（４）ただし、ここではダイオードＤ３の電圧降
下分を無視している。したがってエンジン回転数Ｎ３以
上の領域では過電流検出の基準設定値がエンジン回転数
の如何にかかわらず常に一定に保持される。

このときのエンジン回転数に応じた過電流検出の基準設
定値の特性は、第３図に示すようになる。

このように基準値自動設定回路１０をもってインバータ
保護回路９における過電流検出の基準値を自動的に設定
させることにより、エンジン始動の立ち上り時（０〜Ｎ
１の領域）およびエンジンの定格回転数の切換えによる
立ち上り時（Ｎ　２〜Ｎ３の領域）に過電流検出の基準
設定値がエンジン回転数に応じて変動するが、エンジン
回転数が定格にあるエンジン回転数Ｎ□からＮ２の領域
またはＮ３以上の領域ではエンジン回転数が定格から外
れて多少変動しても過電流検出の基準設定値が固定とな
って、常に安定したインバータ３の過電流保護を行なわ
せることができるようになる。また、交流発電機１の出
力特性にバラツキがあってもＮ□、　Ｎ２．　Ｎ３点が
同一方向に変化するだけで、そのバラツキに対して過電
流検出の基準設定値が変化しない許容範囲が得られ、量
産性が良くなる。

なお、以上説明した実施例では定格を２段階に切り換え
る場合について説明したが、定格の切換段階を増した場
合でも基準値自動設定回路１０におけるラダー構成によ
る抵抗およびダイオードを追加していくだけで容易に対
応できる。

倭米 以上、本発明によるインバータ式発電機にあっては、交
流発電機の出力に応じてインバータの定格出力を段階的
に切り換える際に、従来のように外部スイッチなどを何
ら必要とすることなく、インバータの過電流保護の動作
設定値の切換えを自動的に確実に行なうことができ、ま
た駆動用エンジンの回転数の変動または交流発電機の出
力特性のバラツキの影響を受けることなく、常に一定の
基準設定値をもってインバータの過電流保護を安定して
行なわせることができるという優れた利点を有している
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインバータ式発電機の一実施例を
示す電気回路図、第２図は同実施例におけるエンジン回
転数に対する整流回路の出力電圧の特性図、第３図は同
実施例におけるエンジン回転数に対する過電流検出の基
準設定値の特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流発電機の主出力巻線における整流出力を駆動信号に
   したがって転流動作するインバータを介して任意の周波
   数をもった交流出力に変換させるインバータ式発電機に
   おいて、インバータの通電電流の検出値を基準値と比較
   してインバータの過電流状態を検出する過電流検出手段
   と、その過電流状態検出時に前記駆動信号をしゃ断して
   インバータを不動作状態にするインバータ保護手段と、
   交流発電機の補助出力巻線における整流出力に応じて変
   化する電圧にもとづく信号とその補助出力巻線における
   整流出力を安定化した電圧にもとづく信号とを発電機の
   回転状態に応じて選択しながら前記基準値を設定する基
   準値自動設定手段とを設けたことを特徴とするインバー
   タ式発電機。