(57)【要約】【課題】  誘導発電機を外部電源に依存せずに励磁させる方法、つまり自己励磁させる方法としては、誘導発電機にコンデンサを接続して、自己励磁させる方法がある。しかし、低圧電圧用コンデンサが高価なため低圧電圧の誘導発電機には実用化されていない。【解決手段】  本発明は自己励磁コンデンサとして、高圧電圧受電設備の既設の５高圧コンデンサを転用する。７高圧電圧電源が停電すれば、５高圧電圧コンデンサは４変圧器を介して１誘導発電機に接続されたままであり、これらを１誘導発電機の自己励磁用として停電期間中だけ転用して発電させる。５高圧電圧コンデンサの容量を等価的に変化させるために、例えばリアクトルから成る８電流調整器を３低圧電圧回路に設置し、５高圧電圧コンデンサに４変圧器を介して流入する電流の一部を８電流調整器電流によって打ち消し、１誘導発電機の励磁電流および発生電圧を抑制する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機で駆動される低圧電圧誘導発電機の端子に、低圧電圧を高圧電圧に変圧する変圧器を接続し、変圧器の高圧電圧端子に高圧電圧用コンデンサを接続すると共に、低圧電圧端子にリアクトル及びリアクトルを開閉する電力用半導体装置を接続して成る誘導発電機運転装置
【請求項２】
請求項１の誘導発電機運転装置において、使用される高圧電圧用コンデンサ及び変圧器に代えて高圧電圧受電設備の構成部品として設置されている高圧電圧用コンデンサ及び変圧器を、受電高圧電圧が停電中に一時的に使用することを特徴とする誘導発電機運転装置。
【請求項３】
請求項１の誘導発電機運転装置において、リアクトルを開閉する電力用半導体装置の開閉タイミングを発電機発電電圧がほぼ一定になるように制御することを特徴とする誘導発電機運転装置。
【請求項４】
請求項１の誘導発電機運転において、リアクトルを開閉する電力用半導体装置に替えて、低圧巻線の巻回数又は低圧巻線の結線が切替可能な変圧器を使用することを特徴とする誘導発電機運転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、原動機で駆動する誘導発電機から低圧電圧および、電力を発生させるための周辺装置に係わり、誘導発電機が自己励磁して、単独でも発電可能な誘導発電機運転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  低圧電圧の電力を発生する誘導発電機は、通常使用される低圧電圧カゴ形誘導電動機を原動機で回転させ誘導発電機として作動させて、電力を発生させるものであるが、単独では電圧が発生せず、従って電力も外部に送り出せない。誘導発電機を外部の低圧電圧の電源に接続し、外部の電源から磁束を発生させるための励磁電流の供給を受けた結果、磁束が発生し、電磁誘導作用によって、電圧が発生し、原動機で同期速度以上の回転数で駆動することによって、電力が発生する。【０００３】  単独の誘導発電機を外部電源に接続せずに励磁させる方法、つまり、自己励磁させる方法の１つとして、その端子にコンデンサを接続して、誘導発電機の残留磁束で発生する電圧を源として、その巻線に進み電流を流すことによって、自己励磁させる方法が知られている。【０００４】  このコンデンサ自己励磁装置は、低圧電圧用コンデンサの価格が高価なこと、及び負荷状態でコンデンサ容量を変化させる制御装置が必要であることから、同期発電機の励磁装置と比較して、高価で制御内容も限定されるため、低圧電圧の誘導発電機装置には実用化されていない。【０００５】  高圧電圧の誘導発電機装置では、自己励磁用高圧電圧コンデンサと、発電電圧を調整するための外部のインバータによって、励磁電流を供給する励磁装置を使用した例があるが、装置として複雑で、低圧電圧誘導発電機運転装置への適用は適当ではない。
【特許文献１】特開  平１０−１３６６９５
【非特許文献１】電気評論２００３年４月号Ｐ．１４〜総論パワーエレクトロニクスの今後の展開と課題
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】前述の低圧電圧誘導発電機運転装置を実用化するためには、次のような課題がある。
１．低圧電圧コンデンサの価格が、発電機本体価格の２倍から４倍と高価である。
２．負荷が変化したとき、発電電圧を一定に保つため、コンデンサの容量を変化させる必要があり、この容量変化を連続的に行えば、高価な装置となる。  また、開閉装置によるコンデンサ容量の切替は段階的であり、発生電圧も段階的に変化し、投入時や切替時、過渡的に大電流が流れる。
３．インバータによる励磁は、設置費用が高価でその制御方式も複雑である。
４．発電電圧は高調波周波数を含むため、コンデンサの高調波電流の増大による、コンデンサの異状加熱や発生電圧の波形の乱れの増大が発生する。
等の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  低圧電圧誘導発電機を使用する需要家は、通常、電力会社等から高圧電圧で受電し、これを自家用変電所の変圧器で低圧電圧に降圧して、負荷に供給すると共に、低圧電圧回路に自家用低圧電圧発電機を接続し、この発電電力も併せて負荷に供給している。前記受電高圧電圧回路には、力率を改善するための高圧電圧コンデンサを設置して受電電力会社等に支払う電気料金を低減させている。【０００８】  前記受電用高圧電圧コンデンサは、電力会社等からの受電電源停電の場合休止する。誘導発電機は、この停電時、単独で発電する必要があり、前記の休止した高圧電圧コンデンサを誘導発電機に自己励磁動作させるために利用するのが本発明の一つの手段である。【０００９】  コンデンサの静電容量を連続的に変化する方法の一例として、高圧電圧用コンデンサの制御は、高価になるため、この静電容量は一定とし、前記の受電用変圧器の低圧電圧回路に、コンデンサの静電容量を等価的に低減させるためのインダクタンス素子を設置しこれを電力用半導体回路で開閉し、開閉タイミングを変化させることによって、等価的にインダクタンスの値を変化させ、結果として、発電機の励磁電流を加減して、発電電圧を一定に保つように制御する。【００１０】  また、高圧電圧受電がなく、誘導発電機単独で発電する場合も、多量生産され、かつ安価な高圧電圧コンデンサおよび、変圧器を自己励磁装置として利用すれば、両者の合計価格は、低圧電圧コンデンサの約半額程度となる。
【発明の効果】
【００１１】  以上述べたように、高価な低圧電圧コンデンサに代わって、多量生産され、実用されている高圧電圧コンデンサおよび変圧器を使用すれば価格が約半分ですみ、高圧電圧で受電する需要家は、停電時、単独で発電が必要な時だけ、受電力率改善用高圧電圧コンデンサを受電用変圧器を介して、自己励磁用に転用することにより、さらに設置費用が少なくなる。【００１２】  電圧調整装置は、低圧電圧インダクタンスと電力用半導体から構成されるため、低価格であり、かつ信頼性が高く、発生電圧の連続調整が可能である。【００１３】  以上述べた方法はいずれも高圧電圧コンデンサを変圧器を介して誘導発電機に接続するので変圧器の内部リアクタンスが等価的にコンデンサに直列に接続されるため、過渡的な大電流を抑制し、特に高調波電流に対して、大きなリアクタンス効果を発揮し、コンデンサに流れる高調波電流を低減させ、コンデンサの加熱や発電電圧電流の波形の乱れを低減させ、良質な電力を高い信頼性で供給することができる。【００１４】  近年、小型化、分散化した発電システムが市場に普及しつつあり、停電による損害の防止やエネルギーの有効利用の面からもその必要性は、益々増大することが予想される。
この際問題となるのが、採算性であり、従来の同期発電機システムは、励磁のための電源装置および複雑な制御装置を必要とし、多大な設備費となり、しかも運転操作が複雑で、保守費用も割高である。
これに対し、本発明の誘導発電機方式は、発電機周辺装置共々構造が簡単な標準量産品を使用し、設備費は半額以下、運転操作が容易で、高い信頼性を持っているので、小型化分散化に最適な発電システムであり、少ない投資費用で、容易に採用が可能であり、地球温暖化防止に役立つ等もあり、その効果は図り知れない。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１５】  以下、図面を参照しながら、本発明を具体化した好ましい実施の形態について説明する。ここに、図１は、高圧電圧で受電する需要家が低圧電圧誘導発電機を実際に使用する際の概略系統図、図２は公知の誘導発電機の自己励磁装置の一例、図３、図５は本発明の概略の系統図、図４は電流調整器の１例である。【００１６】  高圧電圧需要家が低圧電圧の誘導発電機を設置する系統を示す図１において、１の誘導発電機は原動機１０によって駆動され、電力を発生し、原動機１０の発生熱は１１の熱負荷に供給される。２の動力、照明等の低圧電圧負荷は、７高圧電圧電源より６遮断器を経由して、４変圧器で低圧電圧に降圧した３低圧電圧回路より電力を供給されるのと同時に、３低圧電圧回路に接続された１誘導発電機からも発電した電力を供給されている。【００１７】  ５高圧電圧コンデンサは、７高圧電圧電源から流入する電流を低減させる目的の力率改善用コンデンサで、高圧電圧電源から受電した電力料金を低減させる目的で設置する。６遮断器は、この系統に故障が発生したときや、７高圧電圧電源が停電したとき、７高圧電圧電源からこの系統を切り離す動作を行う。
１誘導発電機は、３低圧電圧回路に接続されれば、低圧電圧が加わり、従って励磁電流の供給も受けるので、１０原動機によって駆動されることにより発電する。１誘導発電機は、３低圧電圧回路から１２発電機開閉器によって切り離されて単独になると残留磁束による極めて低い電圧は発生するが、実用に耐える電力の発生は困難である。【００１８】  図２は、１誘導発電機が他の電源に接続されず、単独な状態のとき電力の発生が可能な、公知の方法、いわゆる低圧電圧コンデンサによる自己励磁装置付誘導発電機の例を示す。５１可変容量低圧電圧コンデンサは、１誘導発電機に励磁電流を供給するためのもので、その静電容量を変化させれば、１誘導発電機の発生電圧を変化させることができる。また、２低圧電圧負荷が変化した場合も、発生電圧維持のために、５１可変容量低圧電圧コンデンサの静電容量を変化させる必要がある。
図２の方法は簡潔な方法ではあるが、低圧電圧コンデンサの価格が非常に高価なこと、場合によっては、１誘導発電機本体の価格の３倍以上に達することもあり、誘導発電機方式は低価格であるという特徴をなくし、しかも電圧調整を連続的に行えないという欠点がある。【００１９】  本発明は、図３のように自己励磁用コンデンサとして、高圧電圧受電設備の１つの部品である既設の５高圧電圧コンデンサを転用する。７高圧電圧電源が停電すれば、６遮断器が開き、４変圧器および、３低圧電圧回路も停電するので１誘導発電機への励磁電流の供給が不可能となり発電できなくなる。停電している５高圧電圧コンデンサは４変圧器を介して１誘導発電機に接続されたままであり、これらを１誘導発電機の自己励磁用として停電期間だけ転用して発電させる。【００２０】  ５高圧電圧コンデンサの容量を等価格に変化させるために、５高圧電圧コンデンサの電流を打消す作用を持つ例えばリアクトルから成る８電流調整器を図３のように、３低圧電圧回路に設置し、５高圧電圧コンデンサに４変圧器を介して流入する電流の一部を８電流調整器電流によって打消し１誘導発電機の励磁電流および発生電圧を抑制する。【００２１】  図４は８電流調整器の１例で８１リアクトルの電流を変化させるために８２電力用半導体開閉器によって、交流電流の通電タイミングを変化させる。この通電タイミングを３低圧電圧回路に設けられた３１低圧電圧検出器の出力によって、電圧が一定になるように制御すれば一定電圧の発電が可能になる。
常時は、５高圧電圧コンデンサは、本来の受電力率改善用として動作し、１誘導発電機も励磁電流を、７高圧電圧電源側から、４変圧器を介して供給されているため、自己励磁の必要はなく、８電流調整器は、開放状態になるよう８２電力用半導体開閉器に指令しておく。【００２２】  このように本発明は、受電用の５高圧電圧コンデンサおよび４変圧器を７高圧電圧電源が停電し、６遮断器が開放している期間中だけ転用することによって、自己励磁用コンデンサを新設することなく、発電することができる。  尚、通常受電用に使用する、５高圧電圧コンデンサは、１誘導発電機を自己励磁させるのに充分な容量を有するので、２低圧電圧負荷が変化しても、８電流調整器によって、３低圧電圧回路の電圧を実用上支障のない範囲に調整することができる。【００２３】  また、７高圧電圧電源が停電した場合、２低圧電圧負荷には、１誘導発電機単独で電力を供給する必要があるため、１誘導発電機の供給能力を超える、２１低圧電圧負荷は、２２負荷用開閉器で、３低圧電圧回路から切り離し、供給能力内の、２低圧電圧負荷のみに、１誘導発電機から電力を供給する。【００２４】  図５は、外部から受電しない全く独立した、低圧電圧の１誘導発電機を自己励磁する場合の回路で、５高圧電圧コンデンサ及び４変圧器は市販の安価な標準品を使用する。
【産業上の利用可能性】
【００２５】  以上のように特別な装置を必要とせず、低価格で信頼性の高い、低圧電圧の自己励磁誘導発電機運転装置を提供することができる。
近年、特に需要が増加している小型分散化、熱供給を含む発電システ厶として、最適であり、今後あらゆる産業や店舗、病院等の一般用途にも利用の可能性が拡大するものと予想される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来、低圧発電機を実際に使用する際の概略系統を示す。
【図２】公知の誘導発電機自己励磁装置の系統図
【図３】、
【図４】、
【図５】本発明の概略の系統図（実施例）を示す。
【符号の説明】
【００２７】  １    誘導発電機
２    低圧電圧負荷
３    低圧電圧回路
４    変圧器
５    高圧電圧コンデンサ
６    遮断器
７    高圧電圧電源
８    電流調整器
１０    原動機
１１    熱負荷
１２    発電機開閉器
２１    低圧負荷（誘導発電機の供給能力を超える分）
２２    負荷用開閉器
３１    低圧電圧検出器
８１    リアクトル
８２    電力用半導体開閉器
【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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