JPS63253418A - 原動機の調速装置 - 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、水車、気体タービン、内燃機間などの原動機
の回転速度を一定に保つために、水車の水口開閉弁、気
体タービンの流量制御弁、内燃機間の燃料調節弁などの
原動機の入力調節機構をアクチェータで制御して原動機
の出力を調節する原動機の調速装置に間するものである
。

（従来技術とその問題点） 従来、これらの原動機の回転速度を一定に保つための調
速装置では、回転速度の設定値と回転速度の検出値の間
の偏差を増幅し、それに応じて原動機の入力機構をアク
チェータで操作して入力量を調節して、設定値と検出値
を平衡させるフィードバックルーブをもつ自動制御方式
がとられている。

尚、調速の安定性と即応性、他の原動機との連係動作な
どの機能を向上させるため、ＰＩＤ方式の増幅器の採用
や、アクチェータの位置検出器の出力を用いて弾性復原
、剛性復原のマイナールーブを加味するケースが多い。

第２１！Ｉは、従来の調速装置の自動制御系のブロック
図である。

図面中、１５は回転速度設定器、１６は演算増幅器、１
７．１８は増幅器、１９はアクチェータ２０は回転速度
検出器、２１は位置検出器、２２は弾性復原回路、２３
は剛性復原回路、２４は原動機、２５は負荷機器である
。

原動機の負荷が負荷機器の状態変化によって変動し、回
転速度に変化を生じたときには、第１増幅器１７のＰＩ
Ｄ制御、又は弾性復原回路２２と剛性復原回路２３との
作用によるいわゆるダンピング制御によって、この調速
装置は、前記した即応性と安定性の機能を発揮するので
あるが、原動機２４および負荷機器２５の回転体が慣性
を有するため、運転中に負荷機器２５の負荷に変動が生
じたとき、回転速度の変化は慣性時定数だけの時間遅れ
を伴い、速度変化を生じた後に、はじめてその回転速度
が回転速度検出器２０に検出され、制御が行われる仕組
であり、一定限度以上は制御の即応性を高めろことは不
可能であるという欠点をもっている。

（発明の目的） 本発明は、原動機の負荷変動に伴う調速制御のＳ応性を
格段に改善する調速装置を提供することを目的とするも
のである。

（発明の構成） 本発明は、水車、気体タービン、内燃機間などの原動機
の回転速度を一定に保つ調速装置において原動機出力と
負荷をそれぞれ検出し、その大きさおよびその差にもと
すいて、該原動機の出力を制御する原動機の調速装置に
よって、前記目的を達成したものである。

具体的な例をあげて言えば、従来の調速装置の回転速度
の設定値と検出値の偏差を増幅して制御を行うフィード
バックルーブに加えて、負荷を検出する負荷検出回路の
出力と、アクチェータの位置検出器の出力を入力とする
出力・負荷平衡制御回路を介するマイナールーブを具え
た調速装置によって、前記目的を達成したものである。

（実施例） 次に、本装置の作用を発電用水車の例により説明する。

第１図は、その自動制御系のブロック線図である。

この実施例の装置では、水車への流入水量が徐々に増減
した場合や、わずかな負荷変動が生じた場合には、従来
の装置と同様に回転速度設定器ｌと、回転速度検出器７
との偏差を第１演算増幅器２で演算し、第１増幅器３と
第２増幅器５で増幅してアクチェータ６を駆動して回転
速度を一定に制御するような動作をするが、負荷が大き
く変動した場合には、水口開度の位置検出器８の出力値
（これは原動機の出力に対応する）と負荷機器の負荷を
検出する負荷検出回路（例えば電力計）１２の出力値と
が、出力・負荷平衡制御回路９に入力され、出力・負荷
平衡制御回路９は両者の大きざおよび差異を比較勘案し
、それらに相当する速度変動を予測して、それを相殺す
るような制御量を出力し、第２演算増幅器４を経て第２
増幅器５で増幅し、アクチェータ６を駆動するように動
作する。

第２演算増幅器４への第１増幅器３からの入力、即ち従
来の装置と同じフィードバックルーブの制御量は、出力
・負荷平衡制御回路９の出力がある間は、これを無効に
するようなスイッチ回路を加えた構成にしてもよい。

こうして、負荷の大きな変動に見合うだけの必要な制御
が完了した後には、出力・負荷平衡制御回路９の出力は
零に復原するように構成されており、この動作は、従来
の前記ＰＩＤ制御のＤ動作およびダンピング制御の動作
と同様であって、その後の制御は回転速度制御の出力（
第１増幅器３からの出力）にスムーズに移行し安定に回
転速度を一定に制御する。

この動作をやや具体的に述べると、次のようになる。

即ち、第３図は、時ｒＩ＋ＩＴｏでこの実施例の装置の
負荷が急増した場合の制御と動作の一部を示すものであ
って、出力・負荷平衡制御回路の出力電圧の変化を曲線
Ａで示し、それによるアクチェータの位置の変化を曲線
Ｂで示している。

Ｖｓはアクチェータ位置を最大（１００％）にしうる電
圧値（飽和（ｄりである。

第４図は、時間Ｔｏで負荷が急減した場合の同様の出力
電圧の曲線Ｃおよび同様の位置の変化曲線りである。

負荷の急激な増減何れの場合も、出力・負荷平衡制御回
路９は、この自動制御系の各要素の動作のおくれの時定
数、ゲインを考慮に入れ、出力と負荷の大きさおよび差
異に合わせて、その後に発生する速度変化分を充分に補
償するだけの正、負のステップ状電圧を必要な時間出力
している。

これによって、回転速度は、従来の自動制御の限界を越
えて、迅速に安定し、速度のオーバーシュート量も極小
となるものである。

尚、ここにはステップ状電圧を出力するものを示したが
、出力電圧はステップ状に限定されない。

また、実施例は、既に存在する調速用自動制御系のメイ
ンループの中に、マイナールーブの形で本発明の調速系
を付加するものを示したが、これは、メインループその
ものの中に含有させてもよく、また場合によっては、本
発明のみの単独使用も可能である。

以上説明したように、本発明の調速装置によれば、負荷
が大きく変動した場合には、出力と負荷の不平衡が回転
速度の変化として検出されろ以前に宏早く補償動作を行
うことができ、制御の即応性が￥るしく改善されて、回
転速度の変動を極めて小さいものにすることができる。

特に、負ｖＩ遮断時における回転速度の上昇を低くおさ
えることができて、機械の安全性を高めることができる
効果は大きい。

本発明の調速装置は、上記の説明のようにして発電用水
車の回転速度の制御に極めて有効であるが、水車の場合
は、水口開閉操作速度が速すぎると、急開績の場合大き
な水圧上昇を招来して危険であるため、制御には若干の
拘束があるが、そうした配慮の不要な気体タービンの流
量制御弁、内燃機間の燃料調節弁の制御の場合には充分
に大きな効果をあげることができる。

尚、この自動制御系は、Ａ／Ｄ交換器や中央処理装置１
（ＣＰＵ）を使ってディジタル処理を加味した電気的回
路を挿入して構成することも可能で、そのときには制御
の自由度、能力は極めて高度なものになる。

（発明の効果） 本発明は、原動機の負荷変動に伴う調速制御の即応性を
格段に改善する調速装置を提供する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の調速装置の実施例の自動制御系のブ
ロック図である。 第２図は、従来の調速装置の自動制御系のブロック図で
ある。 第３図、第４図は、負荷の急増、急減時の第１図の実施
例の装置の制御および動作の一部を示すグラフである。 図面中、ｌは回転速度設定器、２．４は演算増幅器、３
．５は増幅器、６はアクチェータ、７は回転速度検出器
、８は位置検出器、９は出力・負荷平衡制御回路、１０
は弾性復原回路、１１は剛性復原回路、１２は負荷検出
回路、１３は原動機、１４は負荷機器である。 特許出頓入　　日機工業株式会社 第　１　図 ■　２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水車、気体タービン、内燃機関などの原動機の回
   転速度を一定に保つ調速装置において、原動機出力と負
   荷をそれぞれ検出し、その大きさおよびその差にもとづ
   いて、該原動機の出力を制御することを特徴とする原動
   機の調速装置。
2. （２）原動機の調速用自動制御系の回転速度の検出値を
   用いるフィードバックルーブに加えて、負荷機器の負荷
   検出回路の出力を入力とする出力・負荷平衡制御回路を
   介するマイナールーブを具えたことを特徴とする特許請
   求範囲第１項記載の原動機の調速装置。