(57)【要約】【課題】構内電力負荷が少ない場合でも、電気動力計が発生した回生電力の無駄を少なくすることができる動力測定方法および動力測定装置を提供する。【解決手段】電気動力計１１を用いてディーゼルエンジンＤＥの出力を測定する方法であって、電気動力計１１の出力を構内の電力負荷２０に利用すると共に、構内の電力負荷から電気動力計１１の出力を減じた差が所定の許容範囲以上になったとき、その差に応じて電気動力計１１の出力の一部を水冷ヒータ１２に配分して吸収させ、構内の電力負荷２０に回す分を減少させる動力測定方法およびそれに用いる動力測定装置１０。【選択図】図１
2008241371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気動力計を用いて被測定動力源の出力を測定する方法であって、
電気動力計の出力を構内の電力負荷に利用すると共に、
構内の電力負荷から電気動力計の出力を減じた差が所定の許容範囲以上になったとき、その差に応じて電気動力計の出力の一部を電力吸収装置に配分し、構内の電力負荷に回す分を減少させることで逆潮流を防止する、動力測定方法。
【請求項２】
電気動力計と、その電気動力計が発生する回生電力を構内の電力負荷に接続する回路と、構内の電力負荷を検出する検出装置と、電力吸収装置と、前記電気動力計が発生する回生電力の一部を前記電力吸収装置に配分する配分回路と、前記検出装置による検出値と電気動力計の出力との差を演算し、その差に応じて電気動力計の出力の一部を電力吸収装置に配分する手段とを備えている、動力測定装置。
【請求項３】
前記電気動力計の出力の急激な変動を平滑化する平滑回路をさらに備えている請求項２記載の動力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力測定方法および動力測定装置に関する。さらに詳しくは、研究所や工場などに設置する電気動力計により、被測定動力源の発生動力を測定する方法およびそれに用いる動力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力計は、エンジンなどの動力発生機の動力を負荷に連結し、動力発生条件や負荷条件を変化させて動力発生機の性能を測定する目的で使用される。たとえば特許文献１には、エンジンに連結するブレーキディスクと、そのブレーキディスクを挟み込むディスクパッドと、挟み込む力を制御する油圧付加装置あるいは電磁加振機とを備えた負荷試験機が開示されている。
【０００３】
他方、同様な目的で、研究所や工場に電気動力計を導入することがある。電気動力計は、エンジンに連結する発電機、その発電機の回転数やトルクを検出する回転計、トルク計、発電量を検出する電力計などを備えており、エンジンの動力を回生電力に変換して、エンジンの回転数とトルクの関係、回転数と出力の関係などを測定するものである。さらに発電機の負荷条件を変化させることができるように、発電した回生電力を消費して熱エネルギに変えるための温水器などの電力負荷（ダミー負荷、電力吸収装置）を備えているものもある。
【０００４】
発生動力が大きい大型のエンジンの場合、電気動力計が発生する回生電力の発電量が大きいため、その電力を工場などの電力負荷に利用して、省エネルギに資すことがある。構内電力負荷が充分に大きい場合（発電量の数倍以上）は問題がない。しかし工場が稼働していない場合や研究所のように構内電力負荷が少ない場合は、発生電力の一部を構内電力負荷に利用しても、それ以上の回生電力が発生する。そして電力会社の送電線の側に電力を送り込む逆潮流となり、コジェネ契約をしているなどの特別な場合を除き、電力が遮断され、構内が停電する。
【０００５】
そのため、構内電力負荷が少ない休日などの場合は、前述の温水器などのダミー負荷により、熱エネルギに変換して少しでも発生電力が無駄にならないようにしているが、温水器の需要が少ない場合は無駄が多い。しかもダミー負荷を投入することを忘れると、逆潮流が生じてしまう。他方、逆潮流が生じないようにエンジンなどの出力を抑制することも考えられるが、エンジンなどの出力を測定するという本来の趣旨に外れるため、好ましくない。
【特許文献１】特開昭６０−５７２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は構内電力負荷が少ない場合でも、電気動力計が発生した回生電力の無駄を少なくすることができる動力測定方法および動力測定装置を提供することを技術課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の動力測定方法（請求項１）は、電気動力計を用いて被測定動力源の出力を測定する方法であって、電気動力計の出力を構内の電力負荷に利用すると共に、構内の電力負荷から電気動力計の出力を減じた差が所定の許容範囲以上になったとき、その差に応じて電気動力計の出力の一部を電力吸収装置に配分し、構内の電力負荷に回す分を減少させることで逆潮流を防止することを特徴としている。
【０００８】
本発明の動力測定装置（請求項２）は、電気動力計と、その電気動力計が発生する回生電力を構内の電力負荷に接続する回路と、構内の電力負荷を検出する検出装置と、電力吸収装置と、前記電気動力計が発生する回生電力の一部を前記電力吸収装置に配分する配分回路と、前記検出装置による検出値と電気動力計の出力との差を演算し、その差に応じて電気動力計の出力の一部を電力吸収装置に配分する手段とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
このような動力測定装置においては、前記電気動力計の出力の急激な変動を平滑化する平滑回路をさらに備えているものが好ましい（請求項３）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の動力測定方法（請求項１）は、 構内の電力負荷から電気動力計の出力を減じた差が所定の許容範囲以上になったとき、その差に応じて電気動力計の出力の一部を電力吸収装置に配分するので、構内の電力負荷に回す分が減少する。それにより構内の電力負荷が常にプラスとなり、逆潮流が生じない。しかも電力吸収装置に配分した残りは構内の電力負荷に有効に利用することができる。そして逆潮流が生じないので、電気動力計の出力を本来の測定趣旨に応じた範囲まで、自由に増大させることができる。
【００１１】
本発明の動力測定装置は、構内電力負荷を検出する検出装置による検出値と電気動力計の出力との差に応じて電気動力計の出力の一部を電力吸収装置に配分するので、逆潮流は生じない。しかも電力吸収装置に配分した残りは構内の電力負荷に有効に利用することができるので、省エネになる。そして逆潮流が生じないので、電気動力計の出力を本来の測定趣旨に応じた範囲まで、自由に増大させることができる。
【００１２】
前記電気動力計の出力の急激な変動を平滑化する平滑回路をさらに備えている場合（請求項３）は、原動機の制動試験のように電気動力計の発電機出力を増大させることで回転に制動をかけ、急減速や緊急停止をするとき、その瞬間に発生する回生電力を平滑化することができる。そのためピーク値を抑制することができる。そのため、構内電力負荷と電気動力計が発生する電力の差に与える許容範囲を小さくすることができ、一層、電力吸収装置に配分する無駄な電力を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに図面を参照しながら本発明の動力測定方法および動力測定装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の動力測定装置の一実施形態を示す電気回路図、図２および図３はそれぞれ図１の動力測定装置の通常運転モードを示すフローチャートおよび電力バランスのグラフ、図４および図５はそれぞれ図１の動力測定装置の低受電時運転モードを示すフローチャートおよび電力バランスのグラフ、図６および図７はそれぞれ図１の動力測定装置の緊急停止モードを示すフローチャートおよび電力バランスのグラフ、図８は回生電力が瞬間的に上昇する場合の電力吸収を示すグラフである。
【００１４】
図１に示す動力測定装置１０は、電気動力計（回生動力発生装置）１１と、水冷ヒータ１２と、制御信号発生装置１３と、半導体スイッチ（ＳＣＲ、ＩＧＢＴ）１４とを備えている。電気動力計１１は、被測定物であるディーゼルエンジンＤＥと連結されるモータ兼用の発電機（ジェネレータ）Ｇと、その発電機Ｇが発生する交流電流を整流して直流に変換する整流器１７と、その整流器１７の出力を電力会社から供給される外部電源１８の周波数の交流に変換するインバータＩＮＶとを備えている。なお、図１の符号２０は、電灯ＬやモータＭなどの構内電力負荷である。また、符号Ｗは、構内の使用電力を検出する電力計である。
【００１５】
動力測定装置１０は、図１に示すように、構内の電力供給線（構内電線）２３によって構内電力負荷２０と並列に接続されており、その構内電線２３に水冷ヒータ１２も接続されている。また、外部電源１８と構内電線２３とは、スイッチＳＷ１によって通電／遮断自在に連結されている。スイッチＳＷ１は開閉器あるいは遮断器の接点である。さらに構内電線２３に対し、個々の構内電力負荷Ｌ、ＭなどがそれぞれスイッチＳＷ２、ＳＷ３を介して接続されている。
【００１６】
また、構内電線２３と動力計１１との間には、スイッチＳＷ４と変圧器（トランス）２４とが介在されており、構内電線２３と水冷ヒータ１１の間にも、スイッチＳＷ５と変圧器２５とが介在されている。さらに外部電源１８と構内電線２３との間において、前述の電力計Ｗにより外部電源から供給される電力を測定し、その電力計Ｗの出力は、信号線２６によって制御信号発信装置１３に伝えるように接続している。電力計Ｗは通常の電力計（電気メータ）を利用して、電力を検出することができる。ただし別個の電力計を用いることもできる。
【００１７】
前記動力計１１は、ディーゼルエンジンＤＥを起動させるときはモータとして機能し、ディーゼルエンジンＤＥが起動し始めると、発電機として機能し、回生電力を発生するものであり、基本的には公知の３相交流発電機などが用いられる。ただし直流発電機（ダイナモ）なども用いることができる。
【００１８】
水冷ヒータ１２は、余分な電力を熱に変換して水を加熱し、構内での温水利用に供する従来公知のものを使用することができる。ただし、多数のヒータを直列または並列に接続すると共に、負荷の大きさを任意に変更できるように、半導体スイッチ１４を介して水冷ヒータの作動を制御している。半導体スイッチ１４は、高い周波数の信号で電力の入り切りを制御するスイッチであり、入り／切りのデューティ比を変化させることにより、水冷ヒータ１２の負荷の大きさを迅速にコントロールすることができる。なお、半導体スイッチを用いずに、作動させるヒータの数あるいは抵抗値を変更できるように回路構成することもできる。また、半水冷ヒータ１２のほか、空冷ヒータや摩擦ディスクなど、他のダミーの電力吸収装置を用いることもできる。
【００１９】
前記制御信号発生装置１３は、構内負荷２０の大きさ、回生電力発生機１１の発電量、ディーゼルエンジンＤＥの測定モードなどに応じて、水冷ヒータ１２の作動／非作動を手動あるいは自動で切り換えるためのものである。切り換える条件やタイミングは、後述する３種類の運転モードに応じてそれぞれ異なる。
【００２０】
［通常モード］ディーゼルエンジンの燃料噴射量を急激に変化させず、しかも運転の負荷を急激に変化させない場合、たとえばそれぞれ段階的に、あるいは穏やかに増加および減少させる場合は、電気動力計１１が発生する回生電力も大きく変動しない。そのため、図２に示す通常モードで運転する。この通常モードでは、基本的には動力計１１が発生する回生電力をすべて構内負荷２０に利用し（第１ステップＳ１）、水冷ヒータ１２などの電力吸収装置（負荷装置）は使用せずに待機させておく（第２ステップＳ２）。そして構内電力負荷と動力計１１が発生する回生電力との差を演算し、その差が所定の許容値ＳＰより少なくなるか否かを判断する（第３ステップＳ３）。
【００２１】
差が許容値ＳＰ１より少ない場合は、そのまま水冷ヒータなどの電力吸収装置を作動させず、第２ステップＳ２に戻り、電気動力計（以下、単に動力計という）の発生する回生電力を構内負荷に供給し、利用する。そして差が許容値ＳＰ１よりも少なくなったときに、半導体スイッチ１４を介して電力吸収装置を作動させ（第４ステップＳ４）、外部電源に電力を戻す逆潮流が生じないようにする。
【００２２】
ついで電力計Ｗの値が設定値ＳＰ２より大きいかを判定し（第５ステップＳ５）、設定値ＳＰ２より小さい場合は第４ステップＳ４の上に戻り、電力吸収装置の運転を継続する。設定値ＳＰ２より大きい場合は電力吸収装置の運転を停止し（第６ステップＳ６）、動力計が運転中か否かを判断し（第７ステップＳ７）、運転中であれば第２ステップＳ２の上に戻り、動力計が運転中でなければシーケンスを終了する（第８ステップＳ８）。
【００２３】
上記の通常モードにおける電力バランスは、図３のグラフに示している。動力計を作動させない状態では、外部電源からの受電電力Ｊは構内電力負荷Ｆと一致している。ついで動力計を作動させて回生電力Ｋが生じ、その回生電力Ｋを構内電力負荷に利用すると、その分だけ、受電電力Ｊが減ずる。なお、負荷をプラスにしているので、回生電力Ｋはマイナスとして表示している。図３に示すように、回生電力が次第に、あるいは段階的に大きくなると、受電電力Ｊもその分だけ少なくなり、省エネ効果が得られる。
【００２４】
動力計の回生電力Ｋがさらに大きくなり、負荷電力Ｆとの差、すなわち受電電力Ｊが許容値ＳＰ１よりも少なくなると、前述のように電力吸収装置を作動させ、電力を吸収し、熱エネルギに変える。そのとき、受電電力Ｊが許容値ＳＰ１より大きくなるように半導体スイッチを制御する。それにより逆潮流が生ずるのを予防することができる。なお、許容値ＳＰ１を設けるのは、回生電力や構内負荷に予測できない急激な変動が生じたときでも、逆潮流が生じないように、余裕を持たせるためである。許容値ＳＰ１としては、たとえば回生電力の１０〜３０％程度が好ましい。
【００２５】
動力計の回生電力Ｋが減少して、受電電力Ｊが設定値ＳＰ２より大きくなると、電力吸収装置の作動を停止し、再び回生電力の全量を構内電力負荷に利用する。このように通常モードでは、動力計の回生電力を充分に利用することができ、しかも逆潮流を安全に防止することができる。なお、水冷ヒータにより加熱された温水は給湯設備等に利用すれば、さらに省エネルギになる。
【００２６】
［低受電時運転モード（プログラム運転モード）］構内電力負荷のレベルが低い状態で、ディーゼルエンジンの燃料噴射量を急激に増減したり、あるいは負荷を急激に増減させたりする測定方法では、図４に示す低受電時運転モード（全量吸収モード）で運転する。この低受電時モードでは、逆潮流が生ずる可能性が高いため、動力計により発生した回生電力はすべて電力吸収装置で吸収させる。すなわち、動力計の運転の開始前に電力吸収装置を作動させ、途中では電力吸収装置の半導体スイッチを入り切り操作はしない。そして動力計の運転が完了したときに、電力吸収装置を停止する。
【００２７】
このような低受電時運転モードは、前述の通常運転モードと組み合わせて、あらかじめ定めたプログラムに基づき、構内電力負荷のレベルが高いときは通常運転モードで運転し、構内電力負荷のレベルが低いときは、低受電時運転モードで運転する。運転モードの切り換えはあらかじめ定めたプログラムに沿って行うが、場合によっては構内電力負荷のレベルを検出しながら行うようにしてもよい。その場合は逆潮流を確実に防ぐため、始めに全量吸収モードで運転しておき、構内電力負荷が高い状態が継続することが確認されたときに初めて通常モードに切り換えるようにするのが好ましい。被測定原動機であるディーゼルエンジンの出力パターンをあらかじめ定めている場合は、そのパターンに応じて切り換えのタイミングを定めてもよい。
【００２８】
前述のプログラムで定めた条件が充たされて低受電時運転モードに入ると（第１１ステップＳ１１）、電力吸収装置を作動させて動力計が発生する回生電力をすべて吸収させる（第１２ステップＳ１２）。そして所定時間経過後に、動力計の運転を開始する（第１３ステップＳ１３）。そして動力計が運転中であることを確認した後（第１４ステップＳ１４）、再度第１０ステップＳ１０に戻り、プログラムで定めた条件が充たされているか、確認する。プログラムで定めた条件としては、たとえば動力計の運転開始から所定の時間が経過しているか、あるいは構内電力負荷が所定の値より減少していないか、あるいは動力計の発生する回生電力が急激な変動を繰り返していないか、などが採用される。
【００２９】
プログラムで定めた条件を満たしていない場合は、通常運転を継続すると共に（ステップＳ３〜７）、一定時間毎にプログラムで定めた条件を満たしていないか、確認する。満たしている場合は低受電時運転モードに移行し（第１１ステップＳ１１）、満たしていない場合はそのまま通常運転を継続する。そして動力計の停止を確認した後（第１４ステップＳ１４）、初めて電力吸収装置を停止させる（第１５ステップＳ１５）。この低受電時運転モードでは、全量吸収の範囲では受電電力Ｊは減少しないため省エネルギ効果はないが、逆潮流を安全に防止することができる。
【００３０】
［緊急停止モード］動力計を緊急停止させるためには、回生電力と原動機及び発電機の回転エネルギーを短時間に吸収させる必要がある。このため、動力計は出力電圧を増加させるので、外部電力と回生電力の分担割合を変化させる。構内負荷が少ない場合には逆潮流が生ずる危険性が高くなる。そのため、図６および図７に示すように、事前に緊急停止の有無を監視しておき（第２１ステップＳ２１）、緊急停止が作動したとき、電力吸収装置を作動させるようにする（第２２〜２３ステップＳ２２〜２３）。他は、図２および図３と実質的に同一である。
【００３１】
なお、緊急停止モードを設ける代わりに、図１の動力計１１が発生する回生電力を構内電線２３に連結する途中に容量の大きいコンデンサなどの蓄電装置を設け、一時的に生ずるピーク的な電力の増大を平滑化するようにしてもよい。この場合は、図８に示すように、ピーク的に生ずる回生電力Ｐは、矢印Ｃで示すようにコンデンサに一時的に蓄えられ、その後、矢印Ｈで示すように徐々に放電される。そのため、逆潮流は生じない。
【００３２】
また図２、図３の通常モードの説明では構内電力負荷はほぼ一定としているが、構内電力負荷が変動する場合には、構内電力負荷と回生電力発生装置が発生する回生電力との差に基づいて電力吸収装置の負荷の大きさを変動することにより、対処することができる。ただし図４、図５のように、電力吸収装置の作動を継続させる低受電時運転モードで対処することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の動力測定装置の一実施形態を示す電気回路図である。
【図２】図１の動力測定装置の通常運転モードを示すフローチャートである。
【図３】図２の通常運転モードにおける電力バランスを示すグラフである。
【図４】図１の動力測定装置の低受電時運転モードを示すフローチャートである。
【図５】図４の低受電時運転モードにおける電力バランスを示すグラフである。
【図６】図１の動力測定装置の緊急停止モードを示すフローチャートである。
【図７】図６の緊急停止モードにおける電力バランスを示すグラフである。
【図８】回生電力が瞬間的に上昇する場合の電力吸収を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  動力測定装置
１１  電気動力計（動力計）
１２  水冷ヒータ（電力吸収装置）
１３  制御信号発生装置
１４  半導体スイッチ
ＤＥ  ディーゼルエンジン（被測定物）
Ｇ  発電機
１７  整流器
ＩＮＶ  インバータ
１８  外部電源
ＳＷ１〜５  スイッチ
Ｍ  モータ
Ｌ  照明器具
２０  構内電力負荷
２３  構内電線
【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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