JPS6332011B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は並列に接続された複数の発電機の配
電装置のための電気的保護回路に関する。

発電機が可変速度エンジンにより補助負荷とし
て駆動される配電装置には特殊な調整上の問題が
ある。その例として、各エンジンが１つの発電機
を駆動する複エンジン航空機のための配電装置が
挙げられる。エンジン速度は航空機の運転状態に
よつて決定され、広い範囲に亙つて変動し得る。
各エンジンと発電機間に配置された定速度駆動部
は可変の入力軸速度を一定の出力軸速度に変換し
て、それで発電機を駆動する。制御回路が設けら
れておつて、それにより周波数および電圧調整が
行なわれると共に電気負荷を分割するように発電
機を相互接続する。

配電装置の状態に異常が生ずると、その結果１
つまたは２つ以上の発電機は他の発電機により電
動機として駆動されることが起り得る。これは望
ましくないことである。と言うのは電力が失なわ
れて、周波数変動が生じ、定速度駆動部が損傷を
受け得るからである。典型的な装置においては、
機械的なオーバーランニング・クラツチが定速度
駆動部出力と発電機間に設けられておつて、それ
により発電機を最小の電力損失でしかも定速度駆
動部に損傷を与えることなく電動機として駆動す
ることができるようになつている。しかしながら
この様なクラツチは装置の初期費用を増大させる
ばかりでなく、クラツチ自体が摩耗するために、
その修理や交換が必要となる。

本発明によれば、１つの発電機が他の発電機を
駆動することを阻止しそして定速度駆動部と発電
機間に設けられるオーバーランニング・クラツチ
を省略することができる改良された電気的保護回
路が提案される。

より具体的に述べると、本発明の主たる特徴
は、配電母線から発電機への電力の流れ（往々に
して逆電力と称される）を検知するための手段お
よびこの様な電力の流れの生起に応答して配電母
線と逆電力が流れる発電機との間に設けられてい
る母線接続遮断器を開放するための手段が提案さ
れる。

本発明の他の特徴によれば、母線接続遮断器の
作動以前に時間遅延を与える手段が設けられる。

本発明のさらに他の特徴によれば、逆電力検出
器と組み合わせて、各定速度駆動部の入力におけ
る不足速度状態を検出するための手段と、定速度
駆動部の不足速度状態に応答して関連の発電機の
発電機回路遮断器を開放し、そして母線接続遮断
器を再び閉成し、負荷への電力を維持するための
手段が設けられる。

本発明の他の特徴や利点は、添付図面を参照し
ての以下の詳細な説明から一層明瞭になろう。

第１図は、二基発電機システムとして具現され
た本発明を示すものである。しかしながら、本発
明はこれに限定されるものではなく、三基、四基
またはそれ以上の数の発電機に適用し得るもので
あることは言うまでもない。第１図のシステムに
おいて、エンジンENG−１は定速度駆動部CSD
−１の入力軸１０を駆動する。なお駆動部CSD
−１は、発電機GEN−１を駆動する出力軸１１
を備えている。GEN−１の電気出力は発電機回
路遮断器GCB−１を介して負荷１２に接続され
ている。第２のエンジンENG−２は同様に発電
機GEN−２を駆動する出力軸１５を有する定速
度駆動部CSD−２の入力軸１４を駆動する。
GEN−２の電気出力は発電機回路遮断器GCB−
２をへて負荷１６と接続される。配電母線１７が
母線接続遮断器BTB−１およびBTB−２を介し
てGEN−１，GEN−２ならびに負荷１２および
１６に接続されている。発電機制御装置GCU−
１およびGCU−２には定速駆動部入力軸速度お
よび関連の発電機の電気出力を含む入力情報また
は信号が供給される。これら２つの発電機制御装
置は負荷分割回路１８により相互接続されてい
る。発電機制御装置からの出力は、定速度駆動部
に供給されて周波数および負荷分割を制御すると
共に発電機回路遮断器および母線接続遮断器の接
点で起動時に発電機を並列接続し、そして運転停
止時または機能不全が生じた時に発電機を分離す
る。なお、図面には定速度駆動部および発電機間
のオーバーランニング・クラツチの使用を不要に
する保護回路と直接関連する発電機制御装置の部
分だけが示されている。

梗概すると、電力が母線１７から発電機へと流
れる事態、即ち逆電力が生じた時には、配電母線
とこの発電機との間の母線接続遮断器が開かれ
る。次いで、この発電機とそれに関連の負荷との
間に接続されている発電機回路遮断器が開くと、
母線接続遮断器が再び閉成されて、負荷は配電母
線に接続され、かくして負荷運転遮断は最小限度
に抑えられる。

本発明に関する発電機制御装置の部分は、第２
図に示されている。発電機GENは相φA，φB，
φCおよび接地された中性線Ｎを有する三相Ｙ形
接続出力端を有するものとして示されている。発
電機出力端は４つの発電機回路遮断器接点GCB
を介して負荷と接続され、かつ４つの母線接続遮
断器接点BTBを介して配電母線１７に接線され
ている。

発電機制御装置の電気入力は、発電機とGCB
接点との間で発電機出力から派生される。図には
電気保護回路に関連の入力だけしか示されていな
い。尤も、発電機制御装置に他の入力を与え、図
示の入力は発電機制御装置において他の機能に用
いることもできる。電気入力信号が引きだされる
点は調整点もしくはPORと称されることがある。

発電機への逆電力の流れは、電流変成器２１に
接続された電流入力Ｉおよび発電機端子φAおよ
びＮ間に接続された電圧入力Ｅを有する位相復調
器２０を備えた回路によつて監視される。位相復
調器２０の出力は発電機のＡ相の電力を表わし、
そして逆電力の選択されたレベルに応答する逆電
力検出器２２に接続されている。逆電力検出器の
出力端は、時間遅延回路２３を介してオア・ゲー
ト２４に接続され、そして、このオア・ゲート２
４は関連の母線接続遮断器BTBのための引外し
回路（図示せず）を作動するものである。

本発明の好ましい具体例においては、逆電力検
出回路は２つの逆電力検出器を備えており、これ
ら検出器は逆電力流の異なつたレベルで異なつた
時間遅延をもつて応答し、それにより母線接続遮
断器は、逆電力のより高いレベルでは、より迅速
に開かれるようになつている。

この回路の動作は第３図にグラフで示されてい
る。第３図中、破線２６は逆電力レベルおよび過
渡時間の関数として公称引外し特性を表わす。定
性的に考案すると、この曲線は11KWを越える逆
電力で0.9秒の時間遅延後に母線接続遮断器が開
かれ、そして6.2KWを越える逆電力では8.5秒の
時間遅延後に該母線接続遮断器が開かれるシステ
ムを表わすと言える。実線２７，２８は回路要素
の最悪時裕度（許容範囲）によつて定まる動作領
域を規定する。線２７の下側領域においては、母
線接続遮断器は開かれない。曲線２９は典型的な
回路状態における通常逆電力の流れを、電力レベ
ルおよび過度時間で定義するものである。

従来のこの種の装置の多くのものにおいて行わ
れているように、他のシステム状態が監視されて
逆電力検出器の機能を補充し、かつ逆電力検出器
回路に故障が生じた場合に支援を行なう保護機能
が設けられているが、以下の説明では特定のシス
テム状態および動作特性について説明する。この
ようなシステム状態および特性は、特定の航空機
方式において適当であることが知られている。も
ちろん当業者には変更および変形が可能であり、
以下に述べる特定例は単なる例であつて本発明の
範囲を制限するものではない。

発電機は並列に接続されて過渡状態中を除き同
じ周波数で動作する。通常、航空機の電気系統に
おいては周波数は400Hzである。故障が生じて１
つの発電機がこれより高い周波数で動作すると、
他の発電機はこの発電機に追従して電動機モード
で動作することになる。過度の超過周波数に対し
第１および第２の超過周波数保護回路FREQ−１
およびFREQ−２が保護を行う。回路FREQ−１
は位相φBに接続されており440Hzの系数周波数を
検出し、そしてその出力は直接オア・ゲート２４
に接続されておつて、母線接続遮断器BTBを開
放するように適応されている。

第２の超過周波数保護回路FREQ−２は相φC
に接続されておつて、430Hzの周波数に応答する。
FREQ−２の出力とオア・ゲート２４との間に接
続された時間遅延回路３２は1.5秒だけ母線接続
遮断器の開放を遅延させる。別の時間遅延回路３
３が時間遅延回路３２の出力端とオア・ゲート３
４との間に接続されていて、関連の発電機の発電
機回路遮断器GCBを開放するのに追加の0.5秒の
時間遅延を与える。母線接続遮断器を引外す発電
機が故障を生じていない発電機である場合には、
その速度は、発電機回路遮断器が引外されない場
合、母線接続遮断器が開くと直ちに降下する。し
たがつて発電機は、その関連の負荷に給電し続け
る。しかしながら、母線接続遮断器が開いた発電
機が故障している場合には周波数は高い周波数値
に留まり、発電機回路遮断器が開き、そして母線
接続遮断器はリセツト即ち閉成されて配電母線１
７から関連の負荷への給電が再設定される。

定速度駆動部CSDのための入力軸１０の速度
は例えば近接センサおよび軸に設けられた歯車の
ような手段によつて測定される。入力軸速度セン
サに接続された不足速度検出器３５の出力はオ
ア・ゲート３４に接続されておつて速度がエンジ
ンのアイドリング速度以下に落ちた場合に発電機
回路遮断器を開放する。この回路は、エンジンの
停止中またはエンジンに故障が生じた時に動作状
態になる。

差電流検出器３７は発電機電流を他側の発電機
の電流の平均値または二基発電機方式の場合に
は、他方の発電機の電流と比較する。差が選択さ
れたレベルを越えた場合には、時間遅延回路３８
によつて与えられる適当な遅延後に母線接続遮断
器BTBが開かれる。この回路は、謂ゆる支援を
行なう支援回路であつて、逆電力検出器の故障時
に系統に損障が加えられる以前に母線接続遮断器
を開く働きをなす。

第４図は逆電力の二レベル検出回路を示す。電
力を表わす信号はダイオード・ブリツジ回路４２
を用いた相電圧感知検出回路によつて設定され
る。相電圧Ｅは結合変成器４３の一次巻線に接続
されており、該変成器４３の二次側の中間タツプ
はダイオード・ブリツジ４２の一対の端子間に接
続されている。位相検出器への電流入力は結合変
成器４４を介して電流変成器２１から得られる。
該変成器４４の二次巻線はダイオード・ブリツジ
４２の他の一対の端子間に接続されている。
EICOSθ（θは測定される相の力率である）を表
わす出力信号は、電流結合変成器４４の二次巻線
の中心タツプから得られる。電力信号は低域通過
平滑フイルタ４６を介して一対のレベル検出回路
に接続されている。

電圧結合変成器４３の二次巻線の中心タツプ４
７は、基準となるアース電位に結合されている、
両方向における電力の流れを測定したい場合に
は、相検出器は電圧変成器の中心タツプ４７に適
当な直流電圧を印加してバイアスすることができ
る。

レベル検出器は同じであるので、そのうちの１
つだけについて説明する。フイルタ４６からの電
力信号は、分圧器５１に接続されている入力端を
有する演算増幅比較器５０の他方の入力端に印加
される。逆電力が存在しない場合には増幅器５０
の出力は低レベルにあつて、時間遅延増幅器５２
の入力はダイオード５３を介して接地される。逆
電力が分圧器５１によつて設定されたレベルを越
えると増幅器５０の出力は高レベルとなり、コン
デンサ５４は抵抗器５５を介して充電する。コン
デンサ電圧が、増幅器５２の他の入力端が接続さ
れている分圧器５６により設定されたレベルに達
すると、増幅器５２の出力は高レベルとなつてオ
ア・ゲート５７には母線接続遮断器PTBを引外
す入力が供給される。第２のレベル検出器も同様
の構造であつて同じ仕方で動作する。逆電力レベ
ルならびに時間遅延は適当な回路素子を用いて設
定することができる。

第５図の回路は、周波数検出器もしくは不足速
度検出器として用いることができる。入力端子６
０には、発電機からの正弦波、または近接センサ
あるいは他の速度側定変換器の出力から得られる
同様の信号とすることができる信号が加えられ
る。入力信号の正の半サイクルは、ダイオード６
１を介してツエナーダイオード６２を有するクリ
ツパ回路に供給される。その結果得られる矩形波
信号６３は増幅器６４を介してマルチ・バイブレ
ータ６５に供給され、そしてマルチバイブレータ
６５は一定振幅で均等な接続時間の一連のパルス
６６を出力する。このパルスの繰返し周波数は入
力信号の周波数の関数である。パルス６６は、フ
イルタ６７を通されて平滑され、そしてフイルタ
６７からはパルス繰返し周波数もしくは発電機周
波数に比例するレベル直流出力が得られる。周波
数検出器においてフイルタ６７の出力が分圧器６
８により設定されたバイアス量を越えると比較器
６９の出力は高レベルとなつて時間遅延回路７０
の動作を起動する。時間遅延回路の出力で第２図
に示す引外し回路が作動される。440Hz検出器の
場合には時間遅延回路は省略される。不足速度検
出器３５でフイルタ６７からの直流電圧が基準レ
ベル以下に落ちると比較器６９の出力は高レベル
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を図解するための複発電機配電
装置のブロツク・ダイヤグラム、第２図は電気的
保護回路のブロツク・ダイヤグラム、第３図は保
護回路の動作を説明するために、逆電力の振幅お
よび持続期間の関数として母線接続遮断器の引外
し特性を示すグラフ、第４図は逆電力検出回路の
略図、そして第５図は周波数または速度検出回路
の略図である。 CESD……駆動部、ENG……エンジン、CSD
……定速度駆動部、GCB……発電機回路遮断
器、、BTB……母線接続遮断器、GEN……発電
機、１０……入力軸、１１……出力軸、１２，１
６……負荷、１７……配電母線、GCU……発電
機制御装置、１８……負荷分割回路、２０……位
相復調器、２２……逆電力検出器、２３，３２，
３３，３８……遅延回路、２４，３４……オア・
ゲート、FREQ……超過周波数保護回路、３５…
…不足速度検出器、３７……差電流発生器、４
６，６７……フイルタ、６５……マルチバイブレ
ータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各発電機を負荷と接続する発電機回路遮断器
   および各発電機毎に１つの直列接続された母線接
   続遮断器を通して負荷と相互接続する配電母線を
   有し、各発電機は可変速度エンジンと接続される
   入力を有する定速度駆動部を通して前記可変速度
   エンジンから駆動され、前記定速度駆動部は発電
   機と直接機械接続される出力を有し、前記発電機
   はエンジン速度の変動にもかかわらず定速度で作
   動し、かつ発電機間の電気的負荷を分割するよう
   に各定速度駆動部を制御するための手段とを有
   し、各定速度駆動出力と関連発電機間の機械的オ
   ーバーランニングクラツチがないことを特徴とす
   る並列接続された複発電機の配電装置において、
   １つの発電機が他の発電機を電動機として駆動さ
   せない電気的保護回路は、配電母線から発電機へ
   の電力の流れを検出して第１の電力レベルに応動
   する第１の手段および前記配電母線から前記発電
   機への電力の流れを検出して、前記第１の電力レ
   ベルより大きい前記第２の電力レベルに応動する
   第２の手段を含む前記配電母線から前記発電機へ
   の電力の流れを検出するための手段と、この電力
   の流れを検出することと前記母線接続遮断器を開
   路することとの間に時間遅延を与え、前記第１の
   電力検出手段に応動する第１の時間遅延手段と、
   この電力の流れを検出することと前記母線接続遮
   断器を開路することとの間に時間遅延を与え、前
   記第２の電力検出手段に応動し、その時間遅延は
   前記第１の時間遅延手段のそれより小さい第２の
   時間遅延手段と、前記発電機および負荷の両方を
   前記配電母線から切り離すため、より高いレベル
   の前記電力が前記配電母線と前記発電機間に流れ
   る時、前記母線接続遮断器をより高速に開路する
   ため前記第１および第２の時間遅延手段に応動す
   る手段とを備えたことを特徴とする並列接続され
   た複発電機の配電装置のための電気的保護回路。 ２ 各定速度駆動部の入力で不十分な速度状態を
   検出するための手段と関連する発電機の発電機回
   路遮断器を開路し、前記母線接続遮断器を再閉路
   するため定速度駆動部の不十分な速度状態に応動
   する手段とを含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の並列接続された複発電機の配電装
   置のための電気的保護回路。 ３ 前記配電母線から発電機への電力の流れの検
   出手段は、発電機出力と接続される電圧入力、前
   記発電機出力と接続される電流入力および電力を
   表わす出力を有する位相復調器と、前記配電母線
   から前記発電機へ流れる電力が選択されたレベル
   を越えると、母線接続遮断器を開路するため前記
   位相復調器の出力と接続されるレベル検出器とを
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の並列接続された複発電機の配電装置のための電
   気的保護回路。 ４ 発電機の故障検出手段と、関連する発電機回
   路遮断器を開路し、関連する母線接続遮断器を再
   閉路するためこのような故障に応動する手段とを
   含み、それによつて関連する負荷の付勢が維持さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の並列接続された複発電機の配電装置のための電
   気的保護回路。 ５ 電圧入力は発電機出力の１つの相の両端に接
   続され、電流入力は前記発電機出力の１つの相と
   直列接続されている３相のＹ接続された発電機の
   ための特許請求の範囲第４項記載の並列接続され
   た複発電機の配電装置のための電気的保護回路。