JP5111864B2 - 発電機の遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンなどの原動機によって駆動され、三相出力と単相３線出力を同時に得ることができる発電機の遮断装置に関する。

工事現場や各種イベント会場などで使用される発電機には、動力用の三相２００Ｖの他に、照明や電熱器用の単相１００Ｖおよび単相２００Ｖなどの出力が要求されることが多い。
このような要求に応えるために、例えば、特許文献１に開示されている発電機では、図1（ａ）に示すように、三相巻線ａ、ｂ、ｃを星形結線して、三相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから三相２００Ｖの出力を得る。さらに、巻線ａの中間点Ｔ１に、巻線ａの一部である巻線ａ´と同じ巻数の追加巻線ｄ１を巻線ｃに対して逆位相に接続し、巻線ｃの中間点Ｔ２に、巻線ｃの一部である巻線ｃ´と同じ巻数の追加巻線ｄ２を巻線ａに対して逆位相に接続している。ここで、巻線ａ´と巻線ｃ´の巻数を同じに設定することにより、巻線ａ´、ｄ１および巻線ｃ´、 ｄ２によって単相３線巻線が構成され、単相３線出力端子Ｌ１、O、Ｌ２から単相3線出力を得る。すなわち、図1（ｂ）のベクトル図に示すように、端子Ｌ１、O間と端子Ｌ２、O間からそれぞれ単相１００V、端子Ｌ１、Ｌ２間から単相２００Vが出力される。

特許文献１に開示された発電機によれば、三相出力と単相３線出力を同時に得ることができる。
特開２００４−７２９８５

ところで、上記特許文献1の発電機においては、単相３線巻線は、三相巻線の一部、すなわち、巻線ａ´、ｃ´を利用して構成されている。そのため、三相出力と単相３線出力を同時に得ようとすると、三相出力電流と単相３線出力電流が重畳して流れる巻線ａ´、ｃ´の電流値が過大となり、それらの巻線が焼損する危険性があった。従って、この危険性を回避することが、上記発電機の実用化には不可欠であった。

しかし、三相出力と単相３線出力が共通する巻線を保護するために三相出力と単相３線出力のいずれも同時に遮断すると、主に動力用の三相出力と主に電熱、照明用の単相３線出力の両方が使えなくなり、工事現場やイベント会場等において全ての作業が中断してしまうという不都合があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑み為されたもので、三相出力と単相３線出力が同時に得られるとともに、巻線の焼損を防止することのできる発電機の遮断装置を提供するとともに巻線の電流値が過大となった場合に予め三相出力と単相３線出力のいずれかを選択できるように切替スイッチを設けていずれかを選択して遮断できる発電機の遮断装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために為されたものであり、電機子に星形結線を成す三相巻線とともに、この三相巻線の一部と、この三相巻線に接続した追加巻線とから構成される単相巻線を有する発電機において、三相出力を担う三相出力端子と、単相出力を担う単相出力端子と、三相出力電流値と単相出力電流値の合計が予め設定した電流値を超えたときに動作する電流検出器と、前記三相巻線と前記三相出力端子の間および前記単相巻線と前記単相出力端子の間に介在させ前記三相出力と前記単相出力を遮断する三相出力遮断装置及び単相出力遮断装置とを備え、切替スイッチにより前記電流検出器の出力を前記三相出力遮断装置あるいは前記単相出力遮断装置のいずれかに選択して伝え、前記切替スイッチで前記三相出力端子および前記単相出力端子に接続された負荷に対応して予め選択して、前記三相出力遮断装置あるいは前記単相出力遮断装置の一方を動作させることを特徴とする。

また、本発明では、電機子に星形結線を成す三相巻線とともに、この三相巻線の一部と、この三相巻線に接続した追加巻線とから構成される単相巻線を有する発電機において、三相出力を担う三相出力端子と、単相出力を担う単相出力端子と、三相出力電流値と単相出力電流値の合計が予め設定した電流値を超えたときに動作する電流検出器と、前記三相巻線と前記三相出力端子の間および前記単相巻線と前記単相出力端子の間に介在させ前記三相出力と前記単相出力を遮断する三相出力遮断装置及び単相出力遮断装置とを備え、切替スイッチにより前記電流検出器の出力を前記三相出力遮断装置および／あるいは前記単相出力遮断装置の遮断形態を選択して伝え、前記切替スイッチにより決められた前記遮断形態に応じて前記三相出力遮断装置および／あるいは前記単相出力遮断装置を動作させることを特徴とする。

さらに、本発明では、前記切替スイッチとしてカムスイッチを用いることを特徴とする。

さらに、本発明では、前記遮断形態として、前記三相出力と前記単相出力の両方を遮断、前記三相出力のみを遮断、および前記単相出力のみを遮断の３通りを選択できることを特徴とする。

さらに、本発明では、前記三相出力遮断装置および前記単相出力遮断装置は、電圧引きはずし装置を内蔵する配線用遮断器あるいは電磁接触器を用いることを特徴とする。

本発明に依れば、三相出力電流値と単相出力電流値の合計が予め設定した電流値を超えたときに動作する電流検出器と、三相巻線と三相出力端子の間および単相巻線と単相出力端子の間に介在させ三相出力と単相出力を遮断する三相出力遮断装置及び単相出力遮断装置とを備え、切替スイッチにより予め電流検知器の出力を三相出力遮断装置あるいは単相出力遮断装置のいずれかに選択して伝えることにより、過電流値を電流検知器で検知しても切替スイッチで選択された三相出力遮断装置あるいは単相出力遮断装置のいずれかを動作させるので、三相巻線の焼損を防止するとともに選択された三相出力あるいは単相３線出力を供給することができる。

また、本発明に依れば、三相出力電流値と単相３線出力電流値の合計が予め設定した電流値を超えたときに、前記三相出力と単相３線出力の両方を遮断するだけでなく、どちらか一方を遮断することもできる。また、三相出力と単相３線出力の両方を遮断、三相出力のみ遮断および単相３線出力のみ遮断の３通りの遮断形態を切替スイッチにより選択できるから、工事現場やイベント会場での使用状況に合わせて、どの出力を優先的に遮断するか、またはどの出力を継続するかという選択が可能となり、巻線の焼損を防止しながら、工事現場やイベント会場での発電機の利用率を高めることができる。

さらに、本発明では、配線用遮断器でも電磁接触器でも構成でき、電圧引きはずし装置を内蔵した配線用遮断器を電磁接触器に置き換えて構成できるから、設計の自由度を広げることが出来る。

さらに、本発明では、配線用遮断器の定格遮断電流値と、変流器および電流検出回路で設定される任意の遮断電流値の２種類の遮断電流値の設定が可能になり、発電機に接続される負荷に対応して遮断電流値が自由に選択できる。このために負荷の定格電流が発電機の定格電流値より小さい場合は配線用遮断器での遮断は機能しないので、変流器および電流検出回路で設定される任意の遮断電流値での負荷の保護も行える特徴がある。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳述する。

［実施例１］
図２を参照して実施例１を説明する。本実施例による発電機の遮断装置は、電圧引きはずし装置１aを内蔵した配線用遮断器１、電圧引きはずし装置２aを内蔵した配線用遮断器２、変流器ＣＴ１、ＣＴ２、電流検出回路３、切替スイッチ４から構成されている。

電機子の三相巻線ａ、ｂ、ｃおよび単相3線巻線ａ´、ｄ１、ｃ´、ｄ２の構成は、図１（ａ）と同じである。三相巻線ａ、ｂ、ｃの中で、巻線ａは、変流器ＣＴ１の１次および配線用遮断器１を介して端子Ｕに接続されている。巻線ｂは、配線用遮断器１を介して端子Ｖに接続されている。巻線ｃは、変流器ＣＴ２の１次および配線用遮断器１を介して端子Ｗに接続されている。

単相３線巻線ａ´、ｄ１、ｃ´、ｄ２の中で、巻線ｄ１は、変流器ＣＴ１の１次および配線用遮断器２を介して端子Ｌ１に、巻線ｄ２は、変流器ＣＴ２の１次および配線用遮断器２を介して端子Ｌ２に接続されている。中性点Ｏは、何も介さず端子Oに接続されている。

変流器ＣＴ１は三相出力の端子Ｕに接続される配線と単相３線出力の端子Ｌ１に接続される配線を１次側に結合し、変流器ＣＴ２は三相出力の端子Ｗに接続される配線と単相３線出力の端子Ｌ２に接続される配線を１次側に結合して、それぞれの１次側を流れる三相出力電流と単相３線出力電流の和に比例した２次出力電流を得ている。

電流検出回路３は予め電流検出回路３内で設定された電流値と、変流器ＣＴ１またはＣＴ２からの入力電流値を比較し、変流器ＣＴ１またはＣＴ２のどちらか一方からの入力電流値が、予め設定された電流値を超えた時、電圧引きはずし装置１aおよび電圧引きはずし装置２aに、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加する。これはたとえば、電流検出回路３をサーマルリレーで構成した場合、サーマルリレーに内蔵されたバイメタルが電流検出回路３の入力電流によって加熱され、湾曲してサーマルリレーの接点３ａを閉じることで実現される。

電流検出回路３としては上述したサーマルリレーを用いたもののほかにコンパレータ回路を用いて基準電流と比較する回路的なものを用いても良い。

電圧引きはずし装置１aを内蔵した三相出力遮断器１は三相巻線ａ、ｂ、ｃと三相出力端子Ｕ、Ｖ，Ｗの間に接続されている。また、電圧引きはずし装置２aを内蔵した単相出力遮断器２は単相巻線ｄ１、ｄ２と単相出力端子Ｌ１、Ｌ２の間に接続されている。そして、電流検出回路３からの出力によりＤＣ１２Ｖの電圧を印加され、電圧引きはずし装置１ａあるいは電圧引きはずし装置２ａは動作して、三相出力遮断器１あるいは単相出力遮断器２を作動させ、三相出力あるいは単相３線出力を遮断する。単相３線は単相出力端子Ｌ１、Ｌ２と中性出力Ｏで構成され、単相出力は図１（ｂ）および図２（ｂ）に示されるように単相１００Ｖあるいは単相２００Ｖを取り出す。

ここで、電圧引きはずし装置とは所定の電圧（本例ではＤＣ１２Ｖ）が印加されたときに配線用遮断器の接点を引き外す動作をする装置をいう。「電圧引きはずし装置付き配線用遮断器」という遮断器が既存製品として販売されているが、これは、配線用遮断器が本来持つ定格電流値での電流遮断機能に加え、外部からの電圧印加によっても任意の電流値で電流遮断を行えるようにしたものである。電圧ひきはずし装置を動作させる電源としてＤＣ１２Ｖを採用しているが、本発明はこれに限らず、電機子からの出力電圧を利用してもよい。

これにより、配線用遮断器の定格遮断電流値と、サーマルリレーで設定された任意の遮断電流値の２種類の遮断電流値の設定が可能になる。本実施例では、両電流値は同じ設定となる。

本実施例では、三相出力または単相３線出力のどちらか一方のみが出力されている場合、出力電流が定格値を超えたとき、遮断器と電圧引きはずし装置が共に（正確には、ばらつきによりどちらかが先行して）動作する。三相出力と単相３線出力が同時に出力されている場合、それぞれの電流値が定格以下であっても、合計で定格値を超える場合があるので、その場合、電圧引きはずし装置の動作によって配線用遮断機の接点を開く。

具体的には、発電機定格２５ＫＶＡ、６０Ｈｚ機種の場合、定格出力電流は６５．６Ａであり、このときの電流検出器（サーマルリレー）3への入力電流（変流器ＣＴの２次出力電流）は、３．３Ａとなるよう調整してある。３．３Ａを超えると、サーマルリレーのバイメタルの湾曲が極限に達してサーマルリレーの接点３ａを閉じ、電圧引きはずし装置にＤＣ１２Ｖが印加される。このとき、設定電流値を巻線ａ´および巻線ｃ´が許容できる電流値に選んでおけば、両巻線の焼損が防止できる。

本願の特徴は切替スイッチ４にある。切替スイッチ４は電流検出回路３からの出力であるＤＣ１２Ｖを電圧引きはずし装置１aあるいは電圧引きはずし装置２ａのいずれに伝えるかを選択する働きがある。

すなわち、切替スイッチ４の接点を上位置にすれば、ＤＣ１２Ｖの電圧は電圧引きはずし装置１ａのみに印加されるから、遮断は三相出力のみとなる。一方、切替スイッチ４の接点を下位置にすれば、ＤＣ１２Ｖの電圧は電圧引きはずし装置２ａのみに印加されるから、遮断は単相3線出力のみとなる。このように、どちらか一方の出力が遮断されれば、その分、巻線ａ´または巻線ｃ´に流れる電流値は許容電流値から低減されるから、両巻線の焼損が防止できる。どちらか一方の出力が遮断された後の残った出力の電流増加に対しては、今度は、電圧引きはずし装置に頼らない、配線用遮断器本来の電流遮断機能によって残りの巻線の焼損が防止される。

［実施例２］
図３を参照して実施例２を説明する。実施例２が実施例１と異なる点は、電流検出回路３による電圧引きはずし装置１ａおよび電圧引きはずし装置２ａへのＤＣ１２Ｖの電圧印加を、カムスイッチ５によって、3通りに選択可能にしたことである。

カムスイッチ５は８接点３ノッチのものを用いる。左側の４つの接点には上から１つ目と上から３つ目に電圧引きはずし装置１ａを接続し、上から２つ目と上から４つ目に電圧引きはずし装置２ａを接続している。また右側の４つの接点はすべて接地（ＧＮＤ）している。ノッチ位置を左位置にすれば、ＤＣ１２Ｖの電圧は電圧引きはずし装置１aと電圧引きはずし装置２aの両方に印加されるから、遮断は三相出力と単相３線出力の両方となる。また、ノッチ位置を中位置にすれば、ＤＣ１２Ｖの電圧は電圧引きはずし装置１aのみに印加されるから、遮断は三相出力のみとなる。更に、ノッチ位置を右位置にすれば、ＤＣ１２Ｖの電圧は電圧引きはずし装置２ａのみに印加されるから、遮断は単相３線出力のみとなる。

尚、本発明においてはカムスイッチに限ることなくカムスイッチと同様の機能を有する切替スイッチに置き換えることも出来る。

［実施例３］
図４を参照して実施例３を説明する。実施例３は、実施例1における配線用遮断器2が電圧引きはずし装置２ａを内蔵しない場合であっても、三相出力と単相３線出力の両方を遮断可能にしたものである。すなわち、配線用遮断器2と直列に、2つの接点ｆを有する電磁接触器６を設け、この電磁接触器６の電磁コイル６ａと電圧引きはずし装置1ａに切替スイッチ４で選択してＤＣ１２Ｖの電圧が印加されるようにした。接点ｆは、電磁コイル６ａへのＤＣ１２Ｖの電圧印加によって開路状態となるから、単相３線出力を遮断することができる。

実施例３における電磁接触器６の電磁コイル６ａと電圧引きはずし装置1ａの接続形態は実施例1と全く同じである。すなわち、実施例1における電圧引きはずし装置2ａが電磁接触器6の電磁コイル６ａに置き換わっただけである。

これと同様にして、実施例２で示した電圧引きはずし装置2ａも同様に電磁接触器6の電磁コイル６ａに置き換えても良い。

［実施例４］
図５を参照して実施例４を説明する。実施例４は、実施例１における配線用遮断器1が電圧引きはずし装置1ａを内蔵しない場合であっても、三相出力と単相３線出力の両方を遮断可能にしたものである。

本実施例４では、配線用遮断器1が電圧引きはずし装置1ａを内蔵しない場合を示している。すなわち、配線用遮断器1と直列に、3つの接点ｆを有する電磁接触器７を設け、この電磁接触器７の電磁コイル７ａと電圧引きはずし装置２ａに切替スイッチ４で選択してＤＣ１２Ｖの電圧が印加されるようにした。接点ｆは、電磁コイル７ａへのＤＣ１２Ｖの電圧印加によって開路状態となるから、三相出力を遮断することができる。

実施例４における電磁接触器７の電磁コイル７ａと電圧引きはずし装置２ａの接続形態は実施例１と全く同じである。すなわち、実施例1における電圧引きはずし装置１ａが電磁接触器７の電磁コイル７ａに置き換わっただけである。

これと同様にして、実施例２で示した電圧引きはずし装置１ａも電磁接触器７の電磁コイル７ａに置き換えても良い。

（ａ）は本発明を適用する電機子巻線を説明する回路図、（ｂ）は単相３線出力の取り出しを説明するベクトル図である。 本発明の実施例１を説明する回路図である。 本発明の実施例２を説明する回路図である。 本発明の実施例３を説明する回路図である。 本発明の実施例４を説明する回路図である。

符号の説明

１ 三相出力遮断装置
１ａ 電圧引きはずし装置
２ 単相３線出力遮断装置
２ａ 電圧引きはずし装置
３ 電流検出回路
３ａ 接点
４ 切替スイッチ
５ カムスイッチ
６ 電磁接触器
６ａ 電磁コイル
７ 電磁接触器
７ａ 電磁コイル

Claims (5)

1. 電機子に星形結線を成す三相巻線とともに、この三相巻線の一部と、この三相巻線に接続した追加巻線とから構成される単相巻線を有する発電機において、
   三相出力を担う三相出力端子と、単相出力を担う単相出力端子と、三相出力電流値と単相出力電流値の合計が予め設定した電流値を超えたときに動作する電流検出器と、前記三相巻線と前記三相出力端子の間および前記単相巻線と前記単相出力端子の間に介在させ前記三相出力と前記単相出力を遮断する三相出力遮断装置及び単相出力遮断装置とを備え、
   切替スイッチにより前記電流検出器の出力を前記三相出力遮断装置あるいは前記単相出力遮断装置のいずれかに選択して伝え、
   前記切替スイッチで前記三相出力端子および前記単相出力端子に接続された負荷に対応して予め選択して、前記三相出力遮断装置あるいは前記単相出力遮断装置の一方を動作させることを特徴とする発電機の遮断装置。
2. 電機子に星形結線を成す三相巻線とともに、この三相巻線の一部と、この三相巻線に接続した追加巻線とから構成される単相巻線を有する発電機において、
   三相出力を担う三相出力端子と、単相出力を担う単相出力端子と、三相出力電流値と単相出力電流値の合計が予め設定した電流値を超えたときに動作する電流検出器と、前記三相巻線と前記三相出力端子の間および前記単相巻線と前記単相出力端子の間に介在させ前記三相出力と前記単相出力を遮断する三相出力遮断装置及び単相出力遮断装置とを備え、
   切替スイッチにより前記電流検出器の出力を前記三相出力遮断装置および／あるいは前記単相出力遮断装置の遮断形態を選択して伝え、
   前記切替スイッチにより決められた前記遮断形態に応じて前記三相出力遮断装置および／あるいは前記単相出力遮断装置を動作させることを特徴とする発電機の遮断装置。
3. 前記切替スイッチとしてカムスイッチを用いることを特徴とする請求項２に記載の発電機の遮断装置。
4. 前記遮断形態として、前記三相出力と前記単相出力の両方を遮断、前記三相出力のみを遮断、および前記単相出力のみを遮断の３通りを選択できることを特徴とする請求項２に記載の発電機の遮断装置。
5. 前記三相出力遮断装置および前記単相出力遮断装置は、電圧引きはずし装置を内蔵する配線用遮断器あるいは電磁接触器を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電機の遮断装置。
   

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