(57)【要約】【課題】励磁電流を増加させることができる発電機用自動電圧調整装置を提供する。【解決手段】自動電圧調整装置１５は、励磁電流供給部１５ａと、励磁電流増加部１５ｂと、を備えている。励磁電流供給部１５ａは、励磁用変流器１３および励磁用変圧器１２の二次電流から生成した励磁電流Ｉ１を、励磁機１１ｂに供給する。励磁電流供給部１５ａは、発電機電圧が予め定めた目標電圧に近づくように励磁電流Ｉ１の大きさを調節する。励磁電流増加部１５ｂが、横流補償用変流器１４の二次電流から生成した直流電流Ｉ２を必要に応じて励磁機１１ｂに供給することができる。電圧検出部１５１は、発電機電圧と閾値とを比較した結果を示す制御信号をスイッチ部１５５に出力する。スイッチ部１５５は、電圧検出部１５１からの制御信号に応答してオンとオフが切り換わる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の出力側に設けられた励磁用変流器および励磁用変圧器の二次電流から生成した励磁電流を前記発電機の励磁機に供給し、発電機電圧が予め定めた電圧に近づくように前記励磁電流の大きさを調節する励磁電流供給部と、
前記発電機に接続された横流補償用変流器の二次電流から直流電流を生成し、前記直流電流を前記励磁機に供給する励磁電流増加部と、
を備える発電機用自動電圧調整装置。
【請求項２】
前記励磁電流増加部は、前記発電機電圧が予め定めた第一閾値を下回り続けた時間が予め定めた第一所定時間以上となった場合に前記励磁機に対する前記直流電流の供給を開始する請求項１に記載の発電機用自動電圧調整装置。
【請求項３】
前記励磁電流増加部は、前記励磁機に対する前記直流電流の供給を開始した後に、前記発電機電圧が予め定めた第二閾値以上となり続けた時間が予め定めた第二所定時間以上となった場合に前記直流電流の供給を停止する請求項２に記載の発電機用自動電圧調整装置。
【請求項４】
前記励磁電流供給部は、
前記励磁用変圧器の電圧および前記横流補償用変流器の二次電流に基づいて前記発電機電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出した前記発電機電圧と前記予め定めた電圧とを比較する比較部と、
前記励磁用変流器の電流から前記励磁電流を生成し、前記発電機電圧が前記予め定めた電圧に近づくように前記比較部からの信号に基づいて前記励磁電流の大きさを調整する励磁電流生成部と、
を含み、
前記励磁電流増加部は、
オンとなることで前記横流補償用変流器からの前記二次電流を通過させオフとなることで前記横流補償用変流器からの前記二次電流を遮断するスイッチ部と、
前記スイッチ部と前記励磁電流生成部の出力側との間に介在し、前記スイッチ部を通過した前記二次電流を前記直流電流に変換することで前記直流電流を前記励磁機に供給する交直変換部と、
を含み、
前記電圧検出部は、前記発電機電圧と予め定めた閾値とを比較した結果を示す制御信号を前記スイッチ部に出力し、
前記スイッチ部は、前記制御信号に応答してオンとオフが切り替わる請求項１に記載の発電機用自動電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機用自動電圧調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０００−２６２０９９号公報に開示されているように、複数の発電機の並行運転による電力供給のために横流補償装置を備えた自動電圧調整装置が知られている。横流補償装置を用いることで、並行運転する発電機間に流れる横流を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ブラシレス同期発電機に用いられる自動電圧調整装置は、励磁電流を供給するための励磁用変流器に接続されている。負荷力率の変動が起こると励磁用変流器を用いて生成される励磁電流が減少することがあり、自動電圧調整機能が十分に働かずに励磁電流不足が解消されないこともある。従来は、そのような励磁電流不足を補うために、既設の励磁用変流器を、より大きな励磁電流を生成できる他の励磁用変流器へと交換する必要があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、励磁電流を増加させることができる発電機用自動電圧調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる発電機用自動電圧調整装置は、発電機の出力側に設けられた励磁用変流器および励磁用変圧器の二次電流から生成した励磁電流を前記発電機の励磁機に供給し、発電機電圧が予め定めた電圧に近づくように前記励磁電流の大きさを調節する励磁電流供給部と、前記発電機に接続された横流補償用変流器の二次電流から直流電流を生成し、前記直流電流を前記励磁機に供給する励磁電流増加部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、励磁電流増加部を設けることで、横流補償用変流器の二次電流を、横流補償に用いるだけでなく、励磁機へ供給する直流電流を生成するために用いることもできる。この直流電流を加えることで、励磁機に供給する励磁電流を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる発電機用自動電圧調整装置およびこれを備えた発電システムを示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施の形態の装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかる自動電圧調整装置１５およびこれを備えた発電システム１を示す回路ブロック図である。発電システム１は、負荷２に接続している。発電システム１は、ブラシレス交流発電機１１と、変圧器およびリアクトルから構成される励磁用変圧器１２と、励磁用変流器１３と、横流補償用変流器１４と、自動電圧調整装置１５と、を備えている。ブラシレス交流発電機１１を、以下、単に「発電機１１」とも称す。自動電圧調整装置１５は、発電機１１が出力する電圧である発電機電圧を調整するための装置である。
【００１０】
発電機１１は、発電機本体１１ａと、励磁機１１ｂとを備えている。図示しないが、発電システム１は複数の発電機１１を備えている。これら複数の発電機１１は並行運転されている。横流補償用変流器１４は、並行運転する発電機１１の間に流れる横流を抑えるために設けられている。横流補償用変流器１４を用いて検出される横流は、発電機電圧の垂下を制御するための信号として使用される。
【００１１】
自動電圧調整装置１５は、励磁電流供給部１５ａと、励磁電流増加部１５ｂと、を備えている。励磁電流供給部１５ａは、励磁用変流器１３および励磁用変圧器１２の二次電流から生成した励磁電流Ｉ１を、励磁機１１ｂに供給する。励磁電流供給部１５ａは、発電機電圧が予め定めた目標電圧に近づくように励磁電流Ｉ１の大きさを調節する。
【００１２】
励磁電流供給部１５ａは、具体的には、図１に示すように、電圧検出部１５１と、電圧設定部１５２と、比較部１５３と、励磁電流生成部１５４と、を含んでいる。電圧検出部１５１は、励磁用変圧器１２の電圧および横流補償用変流器１４の二次電流に基づいて発電機電圧を検出する。電圧設定部１５２には、発電機電圧の目標電圧が予め設定されている。比較部１５３は、電圧検出部１５１で検出した発電機電圧と電圧設定部１５２で設定された目標電圧とを比較する。比較部１５３は、発電機電圧が目標電圧よりも高いか低いかを判定し、その高低に基づいて励磁電流生成部１５４に制御信号を与える。
【００１３】
励磁電流生成部１５４は、励磁用変流器１３の電流から励磁電流Ｉ１を生成する。励磁電流生成部１５４は、発電機電圧が予め定めた目標電圧に近づくように比較部１５３からの信号に基づいて励磁電流Ｉ１の大きさを調整する。励磁電流生成部１５４は、励磁電流Ｉ１として使用するために、励磁用変圧器、リアクトル、および励磁用変流器で得た電流を合成及び直流変換することができる。
【００１４】
なお、電圧検出部１５１は、横流補償用変流器１４からの二次電流を取り込むとともに、発電機１１の発電機電圧垂下特性を制御する機能も有している。
【００１５】
励磁電流増加部１５ｂは、横流補償用変流器１４の二次電流から直流電流Ｉ２を生成し、この直流電流Ｉ２を励磁機１１ｂに供給する。励磁電流増加部１５ｂは、具体的には、図１に示すように、スイッチ部１５５と、交直変換部１５６と、を含んでいる。
【００１６】
スイッチ部１５５は、オンとなることで横流補償用変流器１４からの二次電流を通過させ、オフとなることで横流補償用変流器１４からの二次電流を遮断する。スイッチ部１５５は、半導体スイッチング素子、電磁継電器、およびソリッドステートリレーなどの各種公知のスイッチ手段を用いて構築すればよい。交直変換部１５６は、スイッチ部１５５と励磁電流生成部１５４の出力側との間に介在している。交直変換部１５６は、スイッチ部１５５を通過した二次電流を直流電流Ｉ２に変換することで、直流電流Ｉ２を励磁機１１ｂに供給する。
【００１７】
電圧検出部１５１は、発電機電圧と閾値とを比較した結果を示す制御信号をスイッチ部１５５に出力する。スイッチ部１５５は、電圧検出部１５１からの制御信号に応答してオンとオフが切り換わる。
【００１８】
以上の構成によれば、励磁電流増加部１５ｂが、横流補償用変流器１４の二次電流から生成した直流電流Ｉ２を必要に応じて励磁機１１ｂに供給することができる。よって励磁用変流器１３の交換などをしなくとも励磁機１１ｂへ供給する電流を増加させることができる。また、電圧検出部１５１がスイッチ部１５５のオンオフ制御にも兼用されるので、励磁電流供給部１５ａの構成を利用して励磁電流増加部１５ｂの制御も行うことができる。
【００１９】
［実施の形態の装置の動作］
実施の形態では、一例として、次に述べる励磁電流不足が発生したタイミングで励磁電流増加部１５ｂを作動させる。
【００２０】
まず励磁電流不足の問題について説明すると、大きな負荷の電源が投入されることなどによって電圧変動および電圧低下が生ずることがある。発電機電圧が低下することで、励磁電流Ｉ１のうち、励磁用変圧器１２で生成される電流は減少し、代わりに励磁用変流器１３で生成される電流が増える。励磁用変圧器１２の電流と励磁用変流器１３の電流とが合成されることで、所要の励磁電流Ｉ１が生成される。
【００２１】
しかしながら、負荷２の力率が当初の想定値と異なる場合、励磁用変流器１３で生成する電流と励磁用変圧器１２で生成する電流との合成電流が変化し、励磁電流Ｉ１が想定値よりも小さくなることがある。負荷２の力率が当初の想定値と異なる場合の一例は、発電システム１の設置時には設けられていなかった新しい装置が発電システム１に接続された場合などである。その場合、励磁電流Ｉ１が不足し、発電機電圧が所要の電圧に到達しない状態で安定してしまう場合がある。
【００２２】
実施の形態にかかる自動電圧調整装置１５は、この励磁電流不足を補うことができる。励磁電流増加部１５ｂは、上述した励磁電流不足による電圧低下を検出したときに、励磁機１１ｂに対する直流電流Ｉ２の供給を開始する。
【００２３】
まず、電圧検出部１５１は、発電機電圧が第一閾値を下回り続けた時間を検出する。電圧検出部１５１は、検出した時間の長さが第一所定時間以上となった場合に、スイッチ部１５５に対してオン制御信号を出力する。「第一閾値」は、予め定めた値であり、電圧設定部１５２で設定された目標電圧と同じ値としてもよい。「第一所定時間」は、上述した励磁電流不足によって発電機電圧が目標電圧未満で安定してしまったか否かを判定するために十分な長さに予め設定しておくものとする。
【００２４】
電圧検出部１５１からのオン制御信号に応答してスイッチ部１５５がオンとなると、二次電流がスイッチ部１５５を通過して交直変換部１５６へと流れる。横流補償用変流器１４の二次電流は交流なので、交直変換部１５６は二次電流を直流電流Ｉ２に変換する。交直変換部１５６の出力端は励磁電流生成部１５４の出力端と接続しているので、交直変換部１５６で変換された直流電流Ｉ２が、励磁電流生成部１５４で生成された励磁電流Ｉ１に加算される。
【００２５】
上記の動作によれば、励磁電流Ｉ１が不足することで発電機電圧が所要の電圧に到達しない状態で安定してしまう状況を精度よく検出することができる。よって、励磁電流Ｉ１の不足分を補うべきタイミングを正確に判断することができる。
【００２６】
また、励磁電流増加部１５ｂは、スイッチ部１５５のオンによって励磁機１１ｂに対する直流電流Ｉ２の供給が開始された後に、十分な電圧復帰が確認されたら直流電流Ｉ２の供給を停止する。電圧復帰を確認する方法の例としては、発電機電圧が第二閾値以上となり続けた時間が第二所定時間以上となった場合に電圧が復帰したとみなしてもよい。「第二閾値」は、予め定めた値であり、上記の第一閾値と同じ電圧でもよく、第一閾値より高いあるいは低い値に設定してもよい。「第二所定時間」は、予め定めた時間であり、上記の第一所定時間と同じ長さでもよく、第一所定時間より長いあるいは短い時間に設定してもよい。一例としては、第一閾値および第二閾値を目標電圧と同じ値に設定し、第一所定時間及び第二所定時間を互いに同じ時間としてもよい。
【００２７】
電圧検出部１５１で電圧復帰が確認されたら、電圧検出部１５１はスイッチ部１５５をオフとする信号を出力する。その結果、励磁電流増加部１５ｂは直流電流Ｉ２の出力を止める。このような動作によれば、励磁電流不足が補われたことで発電機電圧が復帰したことを精度よく検出することができる。従って、励磁電流増加部１５ｂによる励磁電流増大を停止すべきタイミングを正確に判断することができる。
【００２８】
なお、実施の形態にかかる自動電圧調整装置１５および発電システム１は、船舶などのスペースに余裕の無い狭い場所に設置される発電システムに好適に使用される。船舶などの狭い設置場所に発電システム１を設ける場合、想定される負荷２に合わせ励磁用変圧器１２および励磁用変流器１３の容量が最適化されている。必要最低限の容量に最適化することにより、励磁用変圧器１２および励磁用変流器１３などの各機器がなるべく小型に設計されるので、省スペース化を図ることができる。
【００２９】
しかしながら、負荷２の力率が設計当初想定した値と異なった場合、励磁用変流器１３および励磁用変圧器１２で生成される電流を合成した励磁電流Ｉ１が減少する場合があり、このような励磁電流不足が起きると励磁電流供給部１５ａのみでは自動電圧調整を適切に行うことができない。自動電圧調整が適切に行われない場合には、新たに励磁用変流器１３の交換などを行うことで発電システム１が大型化したり、パラメータ再設定などの煩雑な作業が発生したりする問題があった。
【００３０】
この点、実施の形態では励磁電流増加部１５ｂが設けられているので、そのような装備機器変更、システム大型化、および煩雑作業を行うことなく必要に応じて直流電流Ｉ２の加算によって励磁電流Ｉ１を増加させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  発電システム、２  負荷、１１  発電機（ブラシレス交流発電機）、１１ａ  発電機本体、１１ｂ  励磁機、１２  励磁用変圧器、１３  励磁用変流器、１４  横流補償用変流器、１５  自動電圧調整装置、１５ａ  励磁電流供給部、１５ｂ  励磁電流増加部、１５１  電圧検出部、１５２  電圧設定部、１５３  比較部、１５４  励磁電流生成部、１５５  スイッチ部、１５６  交直変換部、Ｉ１  励磁電流、Ｉ２  直流電流
【図１】
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