(57)【要約】【課題】  低容量の発電機の選定を可能として燃料消費量の削減を実現し、二酸化炭素、窒素酸化物、浮遊粒子物質などの有害物質の削減を可能とする信頼性の高い発電機容量低減装置を提供する。【解決手段】  発電機１０と負荷機器２０との間に接続する発電機容量低減装置３０であって、電気回路３１は、負荷電流Ｉｍと、制御電流Ｉｅとを合成した合成電流Ｉｓを検出する計器用変流器３２と、皮相・有効・無効電力、力率、および周波数を検出する検出部３３と、電力値や周波数値を判断する制御部３４、オン、オフを切り換える開閉装置３６と、複数の進相コンデンサ３７と、誤動作から電気回路３１および発電機１０を保護する保護回路３９とを備え、進相コンデンサ３７の接続のオン、オフを制御して、負荷機器２０に通電する電流の位相を制御し、計測速度、演算速度、開閉速度を高速で処理することにより、負荷機器２０の始動時の位相を制御する。【選択図】      図２
2006109649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と負荷機器との間に接続する電気回路を備えた発電機容量低減装置であって、
前記電気回路は、
前記負荷機器に流れる負荷電流と、位相制御を行なう制御電流とを合成した合成電流を検出する計器用変流器と、
前記計器用変流器の検出する合成電流と電圧とから皮相・有効・無効電力、力率、および周波数を検出する検出部と、
前記検出部が検出した電力値や周波数値を判断する制御部と、
前記制御部から出力される信号によってオン、オフを切り換える開閉装置と、
前記開閉装置に電気的に接続された進相コンデンサと
を備え、
前記開閉装置を切り換えて、前記進相コンデンサと前記開閉装置との接続のオン、オフを制御して、前記負荷機器に通電する電流の位相を制御することを特徴とする発電機容量低減装置。
【請求項２】
前記発電機容量低減装置は、前記電気回路を遮断する開閉器と、
誤動作から前記電気回路および発電機を保護するために前記開閉器を遮断する保護回路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電機容量低減装置。
【請求項３】
前記開閉装置には複数のスイッチが備えられ、前記スイッチにはそれぞれ前記進相コンデンサが電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の発電機容量低減装置。
【請求項４】
前記検出部の計測速度、前記制御部の演算速度、前記開閉装置の開閉速度を高速で処理することにより、前記負荷機器の始動時の位相制御をすることを特徴とする請求項１に記載の発電機容量低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機と負荷機器との間に接続し、負荷機器の力率を改善する機能を備えた発電機容量低減装置に関し、特に、低容量の発電機の選定を可能とすることにより発電機の燃料消費量の削減を実現し、さらに、二酸化炭素、窒素酸化物、浮遊粒子物質などの有害物質の削減を可能とする発電機容量低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の力率値を制御する装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、力率制御装置１は、進相コンデンサ容量値の情報を表す信号を出力する動作条件設定部９２Ａ、進相コンデンサの投入、遮断の判定を行なう投入・遮断判定部２、適切な進相コンデンサバンクを特定して投入・遮断指令信号を出力する出力制御部８、表示部１１を用いると共に、特定の進相コンデンサを常に投入または遮断状態にする信号を出力する常時入切判定部３、逆潮流の発生を判定する逆潮流判定部４、検出部９１に入力された信号が入力条件設定部９３で設定された条件と異なる場合に異常信号を出力する入力診断部５、外部信号に対応する信号を出力する強制遮断信号入力部６からの信号が入力されると全ての進相コンデンサバンクを強制遮断する指令信号を出力する強制遮断判定部７、拡張出力リレー部８２を使用するか否かの設定を行なう出力条件設定部８１とを備え、交流電力系統に接続される進相コンデンサの容量を制御することで交流電力系統の力率を最適値に制御し、動作性能を改良したその構成に関するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２９４２３４号公報（段落００１７〜００１９、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、使用する発電機の容量を低減して、燃料消費量を削減し有害な物質の排出を低減させなければならないという課題があった。
さらに、稼働効率を向上させて燃料消費量を削減し、有害な物質の排出を低減させなければならないという課題があった。
また、発電機は進み力率で運転する事が出来ないため進み力率を発生させてはならないという課題があった。
また、発電機は電圧変動・周波数変動を大きく発生するので、これらの変動が発生しても安定に制御する必要があるという課題があった。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決するために創案されたものであり、進み力率を発生させずに安定した制御を行ない、負荷機器の力率を改善する機能を備え、低容量の発電機の選定を可能とすることにより発電機の燃料消費量の削減を実現し、さらに、二酸化炭素、窒素酸化物、浮遊粒子物質などの有害物質の削減を可能とする信頼性の高い発電機容量低減装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決した請求項１に記載の発明は、発電機と負荷機器との間に接続する電気回路を備えた発電機容量低減装置であって、前記電気回路は、前記負荷機器に流れる負荷電流と、位相制御を行なう制御電流とを合成した合成電流を検出する計器用変流器と、前記計器用変流器の検出する合成電流と電圧とから皮相・有効・無効電力、力率、および周波数を検出する検出部と、前記検出部が検出した電力値や周波数値を判断する制御部と、前記制御部から出力される信号によってオン、オフを切り換える開閉装置と、前記開閉装置に電気的に接続された進相コンデンサとを備え、前記開閉装置を切り換えて、前記進相コンデンサと前記開閉装置との接続のオン、オフを制御して、前記負荷機器に通電する電流の位相を制御することを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、発電機と負荷機器との間に接続する電気回路を備えた発電機容量低減装置の電気回路は、負荷機器に流れる負荷電流と、位相制御を行なう制御電流とを合成した合成電流を検出する計器用変流器と、計器用変流器の検出する合成電流と電圧とから皮相・有効・無効電力、力率、および周波数を検出する検出部と、検出部が検出した電力値や周波数値を判断する制御部と、制御部から出力される信号によってオン、オフを切り換える開閉装置と、開閉装置に電気的に接続された進相コンデンサとを備えているため、開閉装置を切り換えて、進相コンデンサと開閉装置との接続のオン、オフを制御して、負荷機器に通電する電流の位相を制御する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電機容量低減装置であって、前記発電機容量低減装置は、前記電気回路を遮断する開閉器と、誤動作から前記電気回路および発電機を保護するために前記開閉器を遮断する保護回路とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、誤動作が発生した場合は、保護回路機能により主回路を遮断し、発電機容量低減装置の故障を防止する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発電機容量低減装置であって、前記開閉装置には複数のスイッチが備えられ、前記スイッチにはそれぞれ前記進相コンデンサが電気的に接続されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、開閉装置には複数のスイッチが備えられ、スイッチにはそれぞれ進相コンデンサが電気的に接続されるため、必要な個数の進相コンデンサを高精度に組み合わせて電気回路に投入する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記検出部の計測速度、前記制御部の演算速度、前記開閉装置の開閉速度を高速で処理することにより、前記負荷機器の始動時に位相制御をすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、検出部の計測速度、制御部の演算速度、開閉装置の開閉速度を高速で処理することにより、負荷機器の始動時の位相を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、発電機と負荷機器との間に接続する電気回路を備えた発電機容量低減装置の電気回路は、負荷機器に流れる負荷電流と、位相制御を行なう制御電流とを合成した合成電流を検出する計器用変流器と、計器用変流器の検出する合成電流と電圧とから皮相・有効・無効電力、力率、および周波数を検出する検出部と、検出部が検出した電力値や周波数値を判断する制御部と、制御部から出力される信号によってオン、オフを切り換える開閉装置と、開閉装置に電気的に接続された進相コンデンサとを備えているため、開閉装置を切り換えて、進相コンデンサと開閉装置との接続のオン、オフを制御して、負荷機器に通電する電流の位相を制御することができる。負荷電流および制御電流の合成電流を得ることができる箇所に計器用変流器（電流センサ）を設け、フィードバック制御とし、制御ごとに実測電力を確認し、負荷変動および始動時に適正な制御観測ができるので、進み力率を防止し、安定した制御を行なうことができる。そして、開閉装置を切り換えることによって、力率が改善されて、皮相電力を減少させ、発電機の容量低減を可能としたため、低容量の発電機選定が可能となる。これによって、燃料消費量の削減や、二酸化炭素、窒素酸化物、浮遊粒子物質などの有害物質削減を可能とする。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、誤動作が発生した場合は、保護回路機能により主回路を遮断するため、発電機容量低減装置の故障を防止することができ、設備の信頼性が高い。これにより、安定した制御を行なうことができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、開閉装置には複数のスイッチが備えられ、これらのスイッチにはそれぞれ進相コンデンサが電気的に接続されるため、必要な個数の進相コンデンサを高精度に組み合わせて、電気回路に投入することができる。これにより、進み力率を防止して、力率を高精度に制御することができる。これにより、進み力率を防止し、安定した制御を行なうことができる。そして、開閉装置を切り換えることによって、力率が改善されて、皮相電力を減少させ、発電機の容量低減を可能としたため、低容量の発電機選定が可能となる。これによって、燃料消費量の削減や、二酸化炭素、窒素酸化物、浮遊粒子物質などの有害物質削減を可能とする。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、検出部の計測速度、制御部の演算速度、開閉装置の開閉速度を高速で処理することにより、負荷機器の始動時の位相制御をすることができる。これにより、進み力率を防止し、安定した制御を行なうことができる。そして、開閉装置を切り換えることによって、力率が改善されて、皮相電力を減少させ、発電機の容量低減を可能としたため、低容量の発電機選定が可能となり、燃料消費量の削減や、二酸化炭素、窒素酸化物、浮遊粒子物質などの有害物質の大幅な削減を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施形態に係る発電機容量低減装置を示す構成図である。
諸工事などに際して、商用交流電力が敷設されていない山間部においては勿論のこと、都市部などにおいても、通常は、自前の発電機を用意しなければならない。このようなときに、図１に示すように、発電機１０を設置することにより、この発電機１０によって発電された電力を利用して、電動機などの負荷機器２０を稼働させることができる。本願発明の発電機容量低減装置３０は、この発電機１０と負荷機器（電動機）２０との間に接続して用いるものであり、これによって、さらに低容量の発電機を使用して負荷機器２０を稼働させることができるものである。
図２は本実施形態に係る発電機容量低減装置を示すブロック図である。図２に示すように、発電機１０と負荷機器２０との間に配線４０を介して発電機容量低減装置３０が接続されている。発電機容量低減装置３０の電気回路３１は、負荷機器２０に流れる負荷電流Ｉｍと、位相制御を行なう制御電流Ｉｅとを合成した合成電流Ｉｓを検出する計器用変流器（電流センサ）３２と、計器用変流器３２の検出する合成電流Ｉｓと電圧とから皮相電力Ｓ、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、力率ｃｏｓθ、および周波数Ｆを検出する検出部３３と、検出部３３で検出した電力値や周波数値によって、進相コンデンサ３７を電気回路３１上に投入するか解放するかを判断して信号Ｓｃを出力する制御部３４と、制御部３４から出力される信号Ｓｃに従って、開閉装置３６のオン、オフを制御する信号Ｓｏを出力する出力部３５と、出力部３５から出力される信号Ｓｏによってオン、オフを切り換える開閉装置３６とを備えている。
【００１８】
開閉装置３６には複数のスイッチ３６ａが備えられている。この複数のスイッチ３６ａ,３６ａ…は、サイリスタ３６ａから構成されており、これらのサイリスタ（スイッチ）３６ａ,３６ａ…にはそれぞれ進相コンデンサ３７,３７…が電気的に接続されている。
【００１９】
さらに、発電機容量低減装置３０は、電気回路３１を遮断する開閉器３８と、誤動作から電気回路３１および発電機１０を保護するために開閉器３８を遮断するために信号Ｓｓを出力する保護回路３９とを備えている。
【００２０】
次に、発電機容量低減装置３０の動作を説明する。発電機１０は、電圧変動や周波数変動が大きく発生するので、常に、負荷電流Ｉｍと制御電流Ｉｅとを合成した合成電流Ｉｓを計器用変流器３２で検出し、電源電圧の電力状況を検出部３３にて計測する。
図３は、発電機容量低減装置３０の動作を説明するためのフローチャートである。図３に示すように、発電機１０と負荷機器２０との間の配線４０に、計器用変流器３２をクランプして合成電流Ｉｓを計測する（ステップＳ１）。この合成電流Ｉｓを基に、検出部３３にて、発電機１０の電源電圧を算出する（ステップＳ２）。
次に、合成電流Ｉｓと電源電圧とから配線４０の電力状態を演算する（ステップＳ３）。この電力状態を計測して得られた電圧と周波数を基に、制御前の各進相コンデンサ３７の系統毎の実容量値を算出する（ステップＳ４）。また、電力状態を基に演算して求めた無効電力Ｑに対応する進相コンデンサ３７の容量値を算出する（ステップＳ５）。進相コンデンサ３７の容量値から、必要な個数の進相コンデンサ３７の組み合わせを算出し、電気回路３１の出力部３５に投入する信号Ｓｃを出力する（ステップＳ６）。この結果、力率が８０〜１００％かを判断する（ステップＳ７）。力率が８０〜１００％であれば（ステップＳ７がＹｅｓの場合）、発電機１０の運転を継続する。力率が８０〜１００％でない場合（ステップＳ７がＮｏの場合）、ステップＳ６へ戻り、さらに、必要な個数の進相コンデンサ３７の組み合わせを算出して、必要な個数の組み合わせの進相コンデンサ３７を投入する信号Ｓｃを出力する。
しかし、進相コンデンサ３７を投入することによって得られる制御量が、進み力率とならないように制限する必要があり、制御量を加減して進み力率を防止する。
【００２１】
さらに、細部を詳細に説明する。図２に示すように、発電機容量低減装置３０の電気回路３１は、負荷機器２０に流れる負荷電流Ｉｍと、位相制御を行なう制御電流Ｉｅとを合成した合成電流Ｉｓを検出する計器用変流器３２と、計器用変流器３２の検出する合成電流と電源電圧Ｖｄとから皮相電力Ｓ、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、力率ｃｏｓθ、および周波数Ｆを検出する検出部３３と、検出部３３から検出した電力値や周波数値によって、進相コンデンサ３７を電気回路３１上に投入するか解放するかを判断して信号Ｓｃを出力する制御部３４と、制御部３４から出力される信号Ｓｃに従って、開閉装置３６のオン、オフを制御する信号Ｓｏを出力する出力部３５と、出力部３５から出力される信号Ｓｏによってオン、オフを切り換える開閉装置３６と、さらに、この開閉装置３６には、電気的に接続された進相コンデンサ３７とを備えているため、開閉装置３６を切り換えて、進相コンデンサ３７と開閉装置３６との接続のオン、オフを制御して、負荷機器２０に通電する負荷電流Ｉｍの位相を制御することができる。このように、負荷電流Ｉｍおよび制御電流Ｉｅの合成電流Ｉｓを得ることができる箇所に電流センサ（計器用変流器）３２を設け、制御方法をフィードバック制御とし、制御ごとに実測電力を確認して、負荷変動時および始動時に適正な制御観測をすることができるので、進み力率を防止して、安定した制御を行なうことができる。そして、開閉装置３６のオン、オフを切り換えて、力率を改善して、皮相電力を減少させ、発電機の容量低減を可能としたため、低容量の発電機選定を可能とする。これにより、燃料消費量の削減や、二酸化炭素、窒素酸化物、浮遊粒子物質などの有害物質の削減ができる。
【００２２】
また、開閉装置３６には複数のスイッチ３６ａ,３６ａ…が備えられ、これらのスイッチ３６ａ,３６ａ…にはそれぞれ進相コンデンサ３７,３７…が電気的に接続されているため、必要な個数の進相コンデンサ３７を高精度に組み合わせて、電気回路３１に投入することができる。これにより、力率を高精度に制御することができる。
【００２３】
さらに、発電機容量低減装置３０は、電気回路３１を遮断する開閉器３８と、誤動作から電気回路３１および発電機１０を保護するために開閉器３８を遮断するために信号Ｓｓを出力する保護回路３９とを備えていることにより、誤動作が発生した場合は、保護回路３９の保護回路機能により出力した信号Ｓｓによって、電気回路３１を遮断し、発電機容量低減装置３０の故障を防止することができ、設備の信頼性が高い。
【００２４】
また、開閉装置３６のオン、オフを切り換えるスイッチが、サイリスタ３６ａから構成されるため、開閉装置３６を高速で開閉し、必要な進相コンデンサ３７を投入・解放することができる。これにより、制御量を加減して、進み力率を防止することができ、安定した制御が可能となる。
【００２５】
また、検出部３３の計測速度、制御部３４の演算速度、開閉装置３６の開閉速度を高速で処理することにより、負荷機器２０の始動時の位相制御をすることができる。
【００２６】
以上好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更や改造が可能なものであり、本発明は、進相コンデンサの投入・解放を切り換えるスイッチにサイリスタを用いたが、投入・解放を切り換える機能を有するものであれば、これに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電機容量低減装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発電機容量低減装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る発電機容量低減装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】従来例に係る力率制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    発電機
２０    負荷機器（電動機）
３０    発電機容量低減装置
３１    電気回路
３２    計器用変流器
３３    検出部
３４    制御部
３５    出力部
３６    開閉装置
３６ａ  スイッチ（サイリスタ）
３７    進相コンデンサ
３８    開閉器
３９    保護回路
４０    配線
【図１】
2006109649.tif 000003
【図２】
2006109649.tif 000004
【図３】
2006109649.tif 000005
【図４】
2006109649.tif 000006