(57)【要約】      （修正有）【課題】系統母線電圧の変化に、早期に同期投入が完了する発電機の自動電圧調整器を提供する。【解決手段】界磁巻線のチョッパ装置及び還流ダイオードと、発電機の複数の電圧指令信号発生器と、電圧指令信号を選択する信号選択器と、スイッチ信号に応じた第１の選択信号発生器と、増減信号に応じた電圧設定器と、電圧指令信号と電圧設定信号の加算器と、発電機の出力を検出する電圧検出器と、力率に応じて電圧垂下信号を出力する横流補償器と、加算器出力から電圧検出器出力と電圧垂下信号を減じ，制御偏差信号を出力する減算器と、制御偏差信号による制御演算を行い，チョッパ装置のオン期間を示す制御信号を出力する演算増幅器と、制御信号によるオン期間の一定周波数のパルス信号を駆動信号として出力するパルス信号発生器とを備え、スイッチ信号で発電機の電圧指令信号を複数の中から選択し、系統電圧の変化にも早期に同期投入を完了させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期発電機またはブラシレス同期発電機の界磁巻線に直流電源の電圧をチョッパ操作して供給するチョッパ装置と、前記界磁巻線に流れる電流を還流させる還流ダイオードと、前記発電機の出力電圧を所望の電圧に制御するための電圧指令信号を出力する複数の電圧指令信号発生器と、入力した選択信号に基づいて前記電圧指令信号のいずれかを選択して出力する信号選択器と、外部からのスイッチ信号に応じて前記信号選択器に選択信号を出力する第１の選択信号発生器と、外部からの増減信号に応じて発電機の電圧設定信号を出力する電圧設定器と、前記電圧指令信号と前記電圧設定信号を加算する加算器と、前記発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、前記発電機の出力電流の遅れ方向を正、進み方向を負とした時の力率に比例した電圧垂下信号を出力する横流補償器と、前記加算器の出力信号から前記電圧検出器の出力信号および電圧垂下信号を減じ，制御偏差信号を出力する減算器と、前記制御偏差信号に基づいて制御演算を行い，前記発電機の出力電圧を所望の電圧に保つために必要な前記チョッパ装置のオン期間を示す制御信号を出力する演算増幅器と、前記制御信号に基づいたオン期間の一定周波数のパルス信号を前記チョッパ装置の駆動信号として出力するパルス信号発生器とを備え、外部からのスイッチ信号によって前記発電機の電圧指令信号を複数の信号の中から選択できることを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
【請求項２】
請求項１記載の同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器において、前記パルス信号発生器と前記チョッパ装置と前記還流ダイオードの代わりに交流電源の電圧を整流するサイリスタ整流器と該サイリスタ整流器の点弧位相を制御する位相制御器を備え、前記位相制御器が前記演算増幅器の出力する制御信号に基づいて前記サイリスタ整流器の点弧位相を制御して該サイリスタ整流器の出力電圧を調整することを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
【請求項３】
請求項１記載の同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器において、第１の選択信号発生器の代わりに、日時情報を出力するカレンダーと、指定日時とその日時に対応する選択信号を記憶するメモリと、前記カレンダーの出力する日時情報に基づいてメモリから選択信号を読み出して出力する第２の選択信号発生器を備え、日時により自動的に電圧指令信号を選択できることを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
【請求項４】
請求項３記載の同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器において、前記パルス信号発生器と前記チョッパ装置と前記還流ダイオードの代わりに交流電圧を整流するサイリスタ整流器と該サイリスタ整流器の点弧位相を制御する位相制御器を備え、前記位相制御器が前記演算増幅器の出力する制御信号に基づいて前記サイリスタ整流器の点弧位相を制御して前記サイリスタ整流器の出力電圧を調整することを特徴とする同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期発電機またはブラシレス同期発電機の出力電圧を所望の電圧に自動制御する自動電圧調整器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のブラシレス同期発電機の自動電圧調整器を図７を参照して説明する。  
図７に示すように、自動電圧調整器１０２は、チョッパ装置８と、パルス信号発生器９と、還流ダイオード１０と、電圧検出器１１と、横流補償器１２と、加算器１４と、減算器１５と、演算増幅器１６と、電圧設定器１７と電圧指令信号発生器３２とから構成されている。２４は自動同期投入装置、２５，２６，２７は変圧器、２８は変流器である。
【０００３】
次に、上記の如く構成されたブラシレス同期発電機（以下、発電機と称す）の自動電圧調整器の動作について説明する。
発電機１は原動機２によって駆動され、遮断器４及び系統５を介して電力を負荷へ供給する。自動電圧調整器１０２は直流電源６から発電機１の界磁巻線へ流れる界磁電流を操作することによって発電機１の出力電圧を制御する。直流電源６は、例えば永久磁石発電機とその出力端子に接続された整流器で構成される場合や、発電機の電圧を整流器で整流する回路で構成される場合などがある。
【０００４】
発電機１を系統５と連系運転する場合、発電機１の電圧の大きさと周波数と位相を系統５のそれらと一致させた後、遮断器４を閉じる。これは自動同期投入装置２４によって行われ、自動同期投入装置２４は系統５と発電機１の電圧をそれぞれ変圧器２６，２７を介して検出し、同期投入指令の受信後、発電機の電圧の大きさを自動電圧調整器１０２へ電圧増減信号を与えることで調整し、また、周波数と位相は調速器３へ速度増減信号を与えることで調整する。電圧増減信号および速度増減信号は、例えば、パルス信号が用いられる。
【０００５】
自動電圧調整器１０２では、電圧指令信号発生器３２が出力する電圧指令信号Ｖｇ＊と電圧設定器１７が出力する電圧設定信号ΔＶｇ＊を加算器１４にて加算した信号を最終電圧指令信号Ｖｇ＊＊とする。電圧設定器１７は自動同期投入装置２４からの電圧増減信号に従って、例えば、図８に示すフローに従って電圧設定信号ΔＶｇ＊を出力する。図８のフローは、動作開始後に電圧設定信号ΔＶｇ＊をゼロに初期化し、その後、増信号が入力された場合はΔＶｇ＊に増分ｄＶを加算した値を新しいΔＶｇ＊として出力し、増信号が入力されておらず減信号が入力された場合はΔＶｇ＊に減分ｄＶを減算した値を新しいΔＶｇ＊として出力し、増信号及び減信号が共に入力されていない場合はΔＶｇ＊を変更せずに出力することを示す。
【０００６】
また、電圧検出器１１は変圧器２５を介して発電機１の端子電圧の電圧検出信号Ｖｇを出力し、横流補償器１２は発電機１の出力電流の遅れ方向を正、進み方向を負とした時の力率に比例した電圧垂下信号Ｖｃを出力し、減算器１５は最終電圧指令信号Ｖｇ＊＊から電圧検出信号Ｖｇと電圧垂下信号Ｖｃを減算して制御偏差信号ｅを出力する。演算増幅器１６は制御偏差信号ｅに基づいて例えばＰＩＤ制御演算を行い、発電機１の出力電圧を所望の電圧に保つための界磁電圧操作信号を出力する。パルス信号発生器９は界磁電圧操作信号に比例したオン期間のパルス信号を出力し、チョッパ装置８は前記パルス信号に基づいて直流電源６の直流電圧をチョッパ操作し、発電機１の界磁巻線に流れる界磁電流量を調節する。還流ダイオード１０は、チョッパ装置８によって直流電源６と発電機１の界磁巻線が開路される期間に界磁巻線に流れる電流を還流させる。
【０００７】
以上のような構成において、自動電圧調整器１０２は、系統５に接続されている負荷の量が変化しても自動的に界磁電圧の印加量を調整し、発電機１を安定に運転するよう動作する。また、発電機１を単機運転状態から系統５との連系運転に移行する場合、自動同期投入装置２４から自動電圧調整器１０２へ送られる電圧増減信号と、調速器３へ送られる速度増減信号により、発電機１の電圧と系統５の電圧の大きさ、位相および周波数を一致させてから遮断器４を投入するので、発電機１に過大な電流が流れることなく移行することができる。
【０００８】
なお、直流電源６とパルス信号発生器９とチョッパ装置８と還流ダイオード１０は、交流電源とサイリスタ整流器と位相制御器に置き換えてもよい。この場合、位相制御器が制御演算器の出力する制御信号に基づいてサイリスタ整流器を点弧することでサイリスタ整流器が発電機界磁巻線に供給する直流電圧を調整し、発電機の電圧を制御することができる（特許文献１，特許文献２を参照）。
【０００９】
ところで、図７に示すような発電装置を、例えば、毎朝運転開始し、夕方に運転停止するような昼間のみの運転を行う場合、毎朝、発電機１を系統５へ同期投入する必要がある。自動同期投入装置２４は発電機１の電圧の大きさを系統５の電圧の大きさと一致させるために電圧増減信号を自動電圧調整器１０２へ与えるが、同期投入は可能な限り早期に完了することが望まれることが多いため、あらかじめ電圧指令信号発生器３２の出力する電圧指令信号Ｖｇ＊を系統５の電圧の大きさに相当する量に設定しておき、それを基準として発電機１の電圧を増減する方法がとられている。
【００１０】
しかしながら、系統の電圧は毎日一定の値とは限らず、特に工場などでは平日は構内の負荷量が多いが、休日は負荷量が少なくなるため、休日昼間の電圧の大きさは平日昼間よりも高くなる場合がある。このような負荷状況下においては、例えば、電圧指令信号としては運転日数の多い平日昼間の系統の電圧値が選択されるが、この場合、休日の朝の負荷投入時は、系統の電圧の大きさと電圧指令信号の示す電圧の大きさの差が平日よりも大きいために自動同期投入装置による電圧調整に時間がかかり、投入完了までの時間が平日よりも長くなり、最悪の場合、同期投入失敗に至る。
【特許文献１】特許第２５３６６２１号
【特許文献２】特許第２６８００５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記状況に対処するためになされたもので、その課題は日毎の負荷量の増減によって系統母線の電圧の大きさが変化しても、常に早期に同期投入を完了させることが可能な発電機の自動電圧調整器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の自動電圧調整器は、同期発電機またはブラシレス同期発電機の界磁巻線に直流電源の電圧をチョッパ操作して供給するチョッパ装置と、前記界磁巻線に流れる電流を還流させる還流ダイオードと、前記発電機の出力電圧を所望の電圧に制御するための電圧指令信号を出力する複数の電圧指令信号発生器と、入力した選択信号に基づいていずれかの電圧指令信号発生器の信号を選択して出力する信号選択器と、外部からのスイッチ信号に応じて前記信号選択器に選択信号を出力する第１の選択信号発生器と、外部からの増減信号に応じて前記発電機の電圧設定信号を出力する電圧設定器と、前記電圧指令信号と前記電圧設定信号を加算する加算器と、前記発電機の出力電圧を検出する電圧検出器と、前記発電機の出力電流の遅れ方向を正，進み方向を負とした時の力率に比例した電圧垂下信号を出力する横流補償器と、前記加算器の出力信号から前記電圧検出器の出力信号および電圧垂下信号を減じ，制御偏差信号を出力する減算器と、前記制御偏差信号に基づいて制御演算を行い，前記発電機の出力電圧を所望の電圧に保つために必要な前記チョッパ装置のオン期間を示す制御信号を出力する演算増幅器と、前記制御信号に基づいたオン期間の一定周波数のパルス信号を前記チョッパ装置の駆動信号として出力するパルス信号発生器とを備え、外部からスイッチ信号を与えることによって前記発電機の電圧指令信号を複数の信号の中から選択できることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２の自動電圧調整器は、請求項１記載の同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器において、前記パルス信号発生器と前記チョッパ装置と前記還流ダイオードの代わりに交流電源の電圧を整流するサイリスタ整流器と該サイリスタ整流器の点弧位相を制御する位相制御器を備え、前記位相制御器が前記演算増幅器の出力する制御信号に基づいてサイリスタ整流器の点弧位相を制御してサイリスタ整流器の出力電圧を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３の自動電圧調整器は、請求項１記載の同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器において、第１の選択信号発生器の代わりに、日時情報を出力するカレンダーと、指定日時とその日時に対応する選択信号を記憶するメモリと、前記カレンダーの出力する日時情報に基づいてメモリから選択信号を読み出して出力する第２の選択信号発生器を備え、日時により自動的に電圧指令信号を選択できることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４の自動電圧調整器は、請求項３記載の同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器において、前記パルス信号発生器と前記チョッパ装置と前記還流ダイオードの代わりに交流電圧を整流するサイリスタ整流器と該サイリスタ整流器の点弧位相を制御する位相制御器を備え、前記位相制御器が前記演算増幅器の出力する制御信号に基づいて前記サイリスタ整流器の点弧位相を制御して前記サイリスタ整流器の出力電圧を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、日毎の負荷量の増減によって系統の電圧の大きさが変化しても、早期に同期投入を完了させることが可能な自動電圧調整器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施の形態を図を参照して説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例である同期発電機またはブラシレス同期発電機の自動電圧調整器の構成図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施例の自動電圧調整器１００がすでに説明した図７の従来例の自動電圧調整器１０２と相違する構成は、電圧指令信号発生器３２の代わりに電圧指令信号発生器１９，２０と、信号選択器１８と、第１の選択信号発生器２１と、スイッチ２２を備えている点であり、その他の構成機器は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。なお、電圧指令信号発生器１９，２０と信号選択器１８と第１の選択信号発生器２１は、例えば、マイクロコンピュータとソフトウェアによって実現される。また、パルス信号発生器９、横流補償器１２、電圧指令信号発生器３２、加算器１４、減算器１５、演算増幅器１６、電圧設定器１７は、例えばマイクロコンピュータとソフトウェアによっても実現することができる。
【００１９】
次に、本実施例の主要な構成機器の機能について説明する。ここで、ブラシレス同期発電機１、原動機２、調速器３、遮断器４、系統５、直流電源６、チョッパ装置８、パルス信号発生器９、還流ダイオード１０、電圧検出器１１、横流補償器１２、加算器１４、減算器１５、演算増幅器１６、電圧設定器１７、自動同期投入装置２４、変圧器２５，２６，２７、変流器２８の機能は、図７の従来の実施例におけるそれらと同じ機能を有するので、その説明は省略する。
【００２０】
電圧指令信号発生器１９，２０は、それぞれ異なる電圧指令信号を出力する。第１の選択信号発生器２１は、スイッチ２２の押下状態により、例えば図２に示すフローに従って選択信号を出力する。図２のフローは、第１の選択信号発生器２１がスイッチ２２が開ならば選択信号「１」を出力し、スイッチ２２が閉ならば選択信号「２」を出力することを示す。
【００２１】
信号選択器１８は、入力する選択信号により、例えば図３に示すフローに従って電圧指令信号を出力する。図３のフローは、信号選択器１８が、選択信号が「１」であれば電圧指令信号発生器１９の電圧指令信号を出力し、選択信号が「２」であれば電圧指令信号発生器２０の電圧指令信号を出力し、それ以外であれば電圧指令信号発生器１９の電圧指令信号を出力することを示す。なお、電圧指令信号発生器とスイッチの数は上記個数に限らない複数でもよく、その場合は図２と図３のフローを個数分だけ設け、同様にして実現すればよい。
【００２２】
本実施例は以上のように構成されているので、外部からのスイッチ信号で電圧指令信号を複数の中から選択できる。従って、発電機１を系統５へ同期投入する時に系統５の電圧に最も近い電圧指令信号を選択することで、同期投入が完了するまでの時間を短縮することが可能となる。
【００２３】
（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例である発電機の自動電圧調整器の構成図である。
図４に示すように、本実施例の自動電圧調整器１０１がすでに説明した図１の第１実施例の自動電圧調整器１００と相違する構成は、第１の選択信号発生器２１とスイッチ２２の代わりに、第２の選択信号発生器２９と、カレンダー３０と、選択番号メモリ３１を備えている点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。なお、第２の選択信号発生器２９は、例えば、マイクロコンピュータとソフトウェアによって実現することができる。
【００２４】
次に、本実施例の主要な構成機器の機能について説明する。
カレンダー３０は日時情報を出力し、選択番号メモリ３１には、例えば図５に示すように指定日時と選択番号の組合せが２組記憶されている。第２の選択信号発生器２９は、カレンダー３０の日時情報を読み込み、例えば図６に示すフローに従って選択信号を出力する。図６のフローは、カレンダー３０より日時情報を読み込みＡに格納し、その日時に対応した選択番号を選択番号メモリ３１から読み込みＢに格納する。Ａ＝Ｂであると、選択番号メモリ３１より１番目の選択番号を読み込みＣに格納し、選択信号としてＣを出力する。Ａ＝Ｂでなければ、選択番号メモリ３１より２番目の日時を読み込み、Ｂに格納する。Ａ＝Ｂであると、選択番号メモリ３１より２番目の選択番号を読み込み、Ｃに格納し、選択信号としてＣを出力する。また、Ａ＝Ｂでなければ、選択番号メモリ３１より１番目の選択番号を読み込み、Ｃに格納し、選択信号としてＣを出力することを示す。なお、電圧指令信号発生器と選択番号メモリ内の指定日時と選択番号の組合せは上記以外の複数でもよく、その場合も本実施例と同様に選択信号発生器２９は指定日時に指定した電圧指令信号発生器の選択番号を出力する処理を行う。
【００２５】
本実施例は以上のように構成されているので、系統５の電圧が電圧指令発生器１９が示す電圧に近い値となる日時と電圧指令発生器１９の選択番号を選択番号メモリ３１に予め記憶させ、系統５の電圧が電圧指令発生器２０の示す電圧に近い値になる日時と電圧指令発生器２０の選択番号も予め選択番号メモリ３１に記憶させておくことで、電圧指令発生器１９か電圧指令発生器２０の内、いずれか系統５の電圧に近い方の出力信号を自動電圧調整器１０１の電圧指令信号Ｖｇ＊として自動的に選択することが可能となる。従って、日によって系統５の電圧が異なる場合でも、同期投入開始から完了までの時間を短縮することができる。
【００２６】
また、図１の第１実施例、および図４の第２実施例において、直流電源６とパルス信号発生器９とチョッパ装置８と還流ダイオード１０は、交流電源とサイリスタ整流器と位相制御器に置き換えてもよく、位相制御器が制御演算器の出力する制御信号に基づいてサイリスタ整流器を点弧することで、サイリスタ整流器が発電機界磁巻線に供給する直流電圧を調整し、発電機の電圧を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施例の構成図。
【図２】図１の第１の選択信号発生器の処理フローを示すフローチャート。
【図３】図１の信号選択器の処理フローを示すフローチャート。
【図４】本発明の第２実施例の構成図。
【図５】図４の選択番号メモリの内部データ構造図。
【図６】図４の第２の選択信号発生器の処理フローを示すフローチャート。
【図７】従来の同期発電機またはブラシレス同期発電機の構成図。
【図８】図７の電圧設定器の処理フローを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２８】
１…ブラシレス同期発電機、２…原動機、３…調速器３、４…遮断器、５…系統、６…直流電源、８…チョッパ装置、９…パルス信号発生器、１０…還流ダイオード、１１…電圧検出器、１２…横流補償器、１４…加算器、１５…減算器、１６…演算増幅器、１７…電圧設定器、１８…信号選択器、１９，２０，３２…電圧指令信号発生器、２１…第１の選択信号発生器、２２…スイッチ、２４…自動同期投入装置、２５，２６，２７…変圧器、２８…変流器、２９…第２の選択信号発生器、３０…カレンダー、３１…選択番号メモリ、１００，１０１，１０２…自動電圧調整器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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