(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機２で発生した電圧を変圧器１０により所定の電圧に落として直流電圧Ｖｉとして出力する整流回路１１と、
前記所定の電圧に落とした交流電圧を周波数に比例した電圧Ｖａとして出力するＦＶ変換器１２と、
５０Ｈｚでの運転時における発電機２の最大周波数変動域を第一周波数ｆ１〜第二周波数ｆ２とし、６０Ｈｚでの運転時における発電機２の最低周波数変動域を第三周波数ｆ３とし、該第一周波数ｆ１に相当する第一設定電圧Ｖ１と前記出力電圧Ｖａとを比較して、出力電圧Ｖａが第一設定電圧Ｖ１より低いとＶａを出力し、高いとＶ１を出力する比較器２１と、
前記第二周波数ｆ２に相当する第二設定電圧Ｖ２と前記出力電圧Ｖａを比較して、出力電圧Ｖａが第二設定電圧Ｖ２より低いと出力せず、高いとＶａを出力する比較器２２と、
該比較器２１・２２の出力電圧を比較して高い方の出力電圧を出力する比較器２４と、
該比較器２４の出力電圧と前記第三周波数ｆ３に相当する第三設定電圧Ｖ３とを比較して、比較器２４の出力電圧がＶ３より高いとＶ３を出力し、低いと比較器２４の出力電圧を出力する比較器２３と、
該比較器２３の出力と前記発生電圧Ｖｉと比較してその差を出力する比較器２５と、
該比較器２５の出力を入力して界磁コイル５に界磁電流を流すための励磁装置６を備え、
第一周波数ｆ１と第二周波数ｆ２の間、及び、第三周波数ｆ３以上を一定の電圧に維持するように制御することを特徴とする発電機の電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期発電機の出力電圧を所定の周波数の範囲で一定に制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から同期発電機をエンジン等で駆動し、同期発電機に電機器具を接続して電力を供給して、電機器具で作業しているときに、大きな負荷がかかり、電流が増加して電機子反作用等による負荷が増大して、エンジンの回転数が低下すると、発生電圧を維持しようとして、発電機に設けた電圧調整装置から界磁電流を増大させるようにしていた。
このような同期発電機の自動電圧調整装置は公知となっており、例えば、特公昭５２−４７２９号や特公平４−６３６３７号等の技術がある。
【０００３】
前者の技術は、交流発電機の出力周波数が所定値に達するまでは、交流発電機の出力電圧を出力周波数に比例して制御し、出力周波数が所定値以上になったときは出力電圧を一定値になるように交流発電機の界磁を制御するようにしたものである。
【０００４】
また、後者の技術は、可変の直流定電圧電源からの出力と、発電機から出力される周波数を電圧に変換する変換器（以下ＦＶ変換器）からの出力を比較器によって比較して、該比較器は低いほうの電圧を優先して出力して基準電圧とし、該基準電圧によって発電機の界磁電流を制御して、周波数が所定値以上の周波数の範囲ではその高低にかかわらず、自動的に一定値に調整し、周波数が所定値以下ではＦＶ変換器の出力を基準として自動調整されるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では周波数が所定値以上では一定の電圧となるように制御され、所定値以下では周波数に比例した電圧となるように制御しており、所定値は一箇所である。しかし、現実には、東日本では５０Ｈｚ、西日本では６０Ｈｚの交流電源が使用されており、その交流電圧の周波数に合わせた電気器具が使用されるのが一般的であり、発電機もこの両方の周波数に対応できるように、切り換えられるようにしている。例えば、２極同期発電機をエンジン（原動機）で駆動する場合には、エンジンを３０００回転で駆動したときには５０Ｈｚとし、３６００回転で駆動したときには６０Ｈｚとしている。
【０００６】
このとき、一定電圧が得られるように、エンジンは３０００回転または３６０００回転に一定となるようにガバナ等で制御されているが、負荷がかかると数パーセントの変動はどうしても起きてしまうのである。この回転数（周波数）の変動は電圧に影響するため、従来のように一箇所の設定値では５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの一方にしか対応できなかったのである。
本発明はこのような点に鑑み、５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの周波数に対応できるように、設定値を三箇所設定して現実的に各周波数に対応して、発電機から発生した電圧を一定に保つようにしようとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために次の如く構成した。
即ち、発電機２で発生した電圧を変圧器１０により所定の電圧に落として直流電圧Ｖｉとして出力する整流回路１１と、
前記所定の電圧に落とした交流電圧を周波数に比例した電圧Ｖａとして出力するＦＶ変換器１２と、
５０Ｈｚでの運転時における発電機２の最大周波数変動域を第一周波数ｆ１〜第二周波数ｆ２とし、６０Ｈｚでの運転時における発電機２の最低周波数変動域を第三周波数ｆ３とし、該第一周波数ｆ１に相当する第一設定電圧Ｖ１と前記出力電圧Ｖａとを比較して、出力電圧Ｖａが第一設定電圧Ｖ１より低いとＶａを出力し、高いとＶ１を出力する比較器２１と、
前記第二周波数ｆ２に相当する第二設定電圧Ｖ２と前記出力電圧Ｖａを比較して、出力電圧Ｖａが第二設定電圧Ｖ２より低いと出力せず、高いとＶａを出力する比較器２２と、
該比較器２１・２２の出力電圧を比較して高い方の出力電圧を出力する比較器２４と、
該比較器２４の出力電圧と前記第三周波数ｆ３に相当する第三設定電圧Ｖ３とを比較して、比較器２４の出力電圧がＶ３より高いとＶ３を出力し、低いと比較器２４の出力電圧を出力する比較器２３と、
該比較器２３の出力と前記発生電圧Ｖｉと比較してその差を出力する比較器２５と、
発電機２の界磁コイル５に前記比較器２５の出力に応じた電流を供給する励磁装置６とを備え、第一周波数ｆ１と第二周波数ｆ２の間、及び、第三周波数ｆ３以上を一定の電圧に維持するように制御するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電圧調整装置を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の電圧調整装置の回路図、図２は周波数とＦＶ変換器の出力電圧の関係を示す図である。
【０００９】
図１において、１は本発明の電圧調整装置であり、２は発電機、３はエンジン等の原動機である。発電機２は固定子４の軸芯部に回転子を挿入し、該回転子を原動機３によって回転駆動させる。該回転子には界磁コイル５が巻かれ励磁装置６によって直流を通じて電磁石を構成している。該励磁装置６に本発明の電圧調整装置１が接続さて、界磁を調整できるようにしている。該励磁装置６は積分増幅器または発振回路等より構成される。
【００１０】
本発明の電圧調整装置１は変圧器１０、整流回路１１、ＦＶ変換器１２、複数の設定電圧設定器１３・１４・１５及び複数の比較器２１〜２５等より構成されている。
前記変圧器１０は発電機２によって発生した電圧を所定の電圧に落として、該変圧器１０の二次側に整流回路１１を接続して整流し、直流に変換して比較器２５の一側に入力している。この直流は発電機２で発生した電圧に比例した値となり、これを発生電圧Ｖｉとしている。
【００１１】
また、前記変圧器１０の二次側に発生したの交流をＦＶ変換器１２に入力して、直流として出力する。このＦＶ変換器１２は周波数に比例した電圧が出力され、その出力電圧をＶａとする。この出力電圧Ｖａは比較器２１・２２に入力され、それぞれ設定電圧Ｖ１・Ｖ２と比較される。第一設定電圧Ｖ１は図２に示すように、第一周波数ｆ１に相当する電圧であり、第二設定電圧Ｖ２は第二周波数ｆ２に相当する電圧であり、第二周波数ｆ２は第一周波数ｆ１より大きく、第一周波数ｆ１と第二周波数ｆ２の間に５０Ｈｚに相当する周波数が位置し、発電機２を５０Ｈｚで運転しているときに、ｆ１〜ｆ２の領域が通常運転時における負荷変動の最大周波数変動域としている。また、設定電圧Ｖ３は第三周波数ｆ３に相当し、発電機２を６０Ｈｚで運転しているときに、第三周波数ｆ３が通常の負荷変動による最低周波数変動値としている。
【００１２】
前記比較器２１の他方の入力側には第一電圧設定器１３が接続され、前記第一周波数ｆ１に相当する第一設定電圧Ｖ１が印加され、前記出力電圧Ｖａと第一設定電圧Ｖ１が比較され、出力電圧Ｖａが第一設定電圧Ｖ１より低い場合にはＶａが出力され、出力電圧Ｖａが第一設定電圧Ｖ１より高くなるとＶ１が出力されるようにしている。前記第一電圧設定器１３及び後述する第二・第三電圧設定器１４・１５は本実施例では可変抵抗によって構成されている。
また、前記比較器２２の他方の入力側には第二電圧設定器１４が接続され、前記第二周波数ｆ２に相当する第二設定電圧Ｖ２が入力され、前記ＶａとＶ２が比較され、出力電圧Ｖａが第二設定電圧Ｖ２より低い場合には出力されず、出力電圧Ｖａが第二設定電圧Ｖ２より高くなると電圧Ｖａが出力されるようにしている。
【００１３】
そして、前記比較器２１と比較器２２の出力側には比較器２４の入力側に接続されてそれぞれの入力電圧を比較し、高い方の電圧が出力される。つまり、第一周波数ｆ１以下では比較器２１より電圧Ｖａが出力され、比較器２２からは出力がないため電圧Ｖａが出力され、周波数ｆ１〜ｆ２では第一設定電圧Ｖ１が出力される。第二周波数ｆ２以上では比較器２１から出力される電圧Ｖ１と、比較器２２より出力される電圧Ｖａと比較され、Ｖａのほうが高いのでＶａが出力される。
【００１４】
そして、前記比較器２３の一方の入力側に前記比較器２４からの出力電圧が入力され、他方の入力側には周波数ｆ３に相当する第三設定電圧Ｖ３が入力される。そして、両電圧を比較して、比較器２４からの出力電圧がＶ３より高くなると電圧Ｖ３が出力され、低い場合は比較器２４からの出力電圧がそのまま出力されるようにしている。
この比較器２３の出力側には外部の出力電圧調整用の可変抵抗７と接続され、この可変抵抗７の出力電圧を基準電圧Ｖｂとし、前記整流回路１１からの出力電圧（発生電圧Ｖｉ）が基準電圧Ｖｂと比較器２５によって比較され、その差を励磁装置６に出力して、発生電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｂと一致するように界磁コイル５に界磁電流を流すのである。なお、前記可変抵抗７を調整することによって、図３の出力電圧のレベルを変更できる。
【００１５】
即ち、始動時の発電機２の周波数Ｆが第一周波数ｆ１以下の場合には（０≦Ｆ＜ｆ１）、ＦＶ変換器１２からの出力電圧Ｖａは第一設定電圧Ｖ１より低いため、比較器２１からはＶａが出力され、比較器２４・２３の出力もＶａとなり、比較器２５においてＶａと前記発生電圧Ｖｉが比較されて、原動機の回転数に比例した電圧が基準となっている。
【００１６】
発電機２の周波数Ｆが第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２の間の場合には（ｆ１≦Ｆ＜ｆ２）、比較器２１の出力はＶ１となり、比較器２４・２３の出力もＶ１となり、比較器２５においてＶ１が基準電圧Ｖｂとして発生電圧Ｖｉと比較されて、発電機２の発生電圧ＶｉがＶｂと一致するように励磁装置６に入力されて、該励磁装置６より界磁コイル５に電流が流される。つまり、発生電圧が基準電圧より高くなると、界磁コイル５に流す電流を少なくして発電機２からの発生電圧を低下させ、発生電圧が基準電圧より低くなると、界磁コイル５に流す電流を増加して発生電圧を高くするのである。
【００１７】
また、周波数Ｆが第二周波数ｆ２から第三周波数ｆ３の間の場合には（ｆ２≦Ｆ＜ｆ３）、比較器２１の出力はＶ１となり、比較器２２の出力がＶａとなり、ＶａがＶ１より高いため比較器２４からの出力はＶａとなって、比較器２３の出力もＶａとなり、比較器２５においてＶａを基準電圧Ｖｂとして発生電圧Ｖｉと比較されて、発電機２の発生電圧ＶｉがＶａと一致するように前記同様に励磁装置６に入力されて、該励磁装置６より界磁コイル５に電流が流される。
【００１８】
また、周波数Ｆが第三周波数ｆ３以上の場合には（ｆ３≦Ｆ）、比較器２４の出力はＶａとなり、Ｖａは第三設定電圧Ｖ３より高いため比較器２３からの出力はＶ３となって、比較器２５においてＶ３を基準電圧として発生電圧Ｖｉと比較されて、発電機２の発生電圧ＶｉがＶ３と一致するように前記同様に励磁装置６に入力されて、該励磁装置６より界磁コイル５に電流が流される。
【００１９】
このようにして、基準電圧Ｖｂは図３のように、ｆ１≦Ｆ＜ｆ２とｆ３≦Ｆで一定となり、現実には、原動機３を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに合わせた回転数で駆動することによって、発電機２に負荷がかかって回転数が多少変動しても、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで出力するために元々予想された範囲内の回転数変動域で、確実に、定電圧で出力できるようになるのである。なお、負荷変動によって予想した周波数範囲域を出るとエンスト等が発生して出力自体が困難となり、無理して原動機を駆動させても損傷を及ぼすだけである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上のとおり構成したので、次のような効果を奏する。即ち、同期発電機の出力電圧と周波数を検知して、周波数を電圧に変換して基準電圧と比較して、その出力によって前記同期発電機の界磁電流を制御して一定電圧に保つ構成において、第一周波数と第二周波数と第三周波数を設定して、それぞれの周波数に相当する第一設定電圧、第二設定電圧、第三設定電圧を設定して、前記同期発電機の発生電圧の周波数を電圧に変換して前記第一設定電圧、第二設定電圧、第三設定電圧と比較し、第一周波数と第二周波数の間、及び、第三周波数以上を一定の電圧に維持するように制御したので、特定の出力周波数、現実には５０Ｈｚと６０Ｈｚにおいて、負荷変動が生じて周波数が変動しても、一定電圧に保つことができるようになり、現実に対応した制御ができて、安定した出力が得られるようになり、信頼性も向上できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電圧調整装置の回路図である。
【図２】  周波数と電圧調整装置のＦＶ変換器の出力電圧の関係を示す図である。
【図３】  周波数と電圧調整装置の基準電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
２    同期発電機
６    励磁回路
７    出力電圧調整用の可変抵抗
１２  周波数−電圧変換器
２１・２２・２３・２４・２５  比較器
ｆ１  第一周波数
ｆ２  第二周波数
ｆ３  第三周波数
【図１】
0003821592.tif 000002
【図２】
0003821592.tif 000003
【図３】
0003821592.tif 000004