JPH0136358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は交流発電機の励磁調整装置に関す
る。

発電機は負荷の投入、しや断など負荷変動によ
り出力電圧は変動する。特に非常用発電機などイ
ンピーダンスの大きい発電機は負荷変動による出
力電圧変動が大きく、発電機から供給される他の
負荷に悪影響を与える。従つて発電機の出力電圧
を制御する制御装置は急激な負荷変動にも応答性
良く発電機出力を制御出来ることが望まれる。又
整流器などの負荷をもつ発電機では出力電圧波形
が歪む場合が多く、この場合でも制御装置は発電
機出力電圧を安定に制御出来ることが望まれる。
更に船用発電機の場合では、発電機出力が短絡さ
れても規定された時間、規定された電流を発電機
は流し続ける機能、すなわち複巻特性も必要とさ
れる。

第１図は上述のような複巻特性の機能を持たせ
た従来の励磁調整装置を示す。これによれば、交
流発電機１の界磁巻線２に給電するために、電流
巻線３１、電圧巻線３２および出力巻線３３を有
する巻線変圧器３が設けられている。電流巻線３
１は発電機出力線に直列に挿入され、電圧巻線３
２は発電機端子に交流リアクトル４を介して接続
されている。電圧巻線３２と交流リアクトル４と
の接続点にはコンデンサ５が接続されている。出
力巻線３３には整流器６が接続され、この整流器
６の直流出力端子間に界磁巻線２が接続されてい
る。さらに整流器６の交流側の一つの相端子と直
流側の一方の端子との間にサイリスタ７と抵抗８
との直列回路が接続され、この直列回路には過電
圧抑制回路９が並列接続されている。サイリスタ
７は制御装置１０によつて発電機端子電圧が電圧
設定器１１によつて設定された電圧設定値に一致
するように点弧位相制御される。

無負荷時定格電圧を発生させるのに必要な励磁
を与える電圧成分回路の巻線３２と負荷時負荷電
流による電圧降下を補償する励磁を供給する電流
成分回路の巻線３１とが磁気的に結合していて、
両者の合成出力が出力巻線３３に現われる。巻線
３１には発電機電流又はそれに比例した電流が流
れる。巻線３２にはリアクトル４を介して発電機
１の出力電圧が加わる。巻線３３の出力はダイオ
ード整流器６で整流され、界磁巻線２に加わり界
磁電流を流す。電圧成分は発電機出力から４→３
２→３３→６→２と加わり、電流成分は３１→３
３→６→２と加わる。

電圧調整用分流サイリスタ７は整流器６の入力
回路の１相と整流器６の出力の負極間に抵抗８を
介して接続されている。発電機の所望の出力電圧
を得るに余分な３巻線変圧器の電流はこのサイリ
スタを点弧させて交流側で分流し、界磁回路には
流れないようにする。一般に３巻線トランスの出
力電流は必要な界磁電流よりも若干大きくなるよ
うに設計されているので毎サイクルサイリスタを
点弧させて分流させる必要がある。サイリスタへ
の分流量すなわちサイリスタの点弧位相は発電機
電圧制御装置１０により発電機電圧設定回路１１
の設定値に発電機電圧がなるように制御される。
コンデンサ５はリアクトル４と共振させることに
より、発電機界磁抵抗の影響を小さくしたり、始
動時の電圧の確立を安易ならしめるために接続さ
れている。

前述のように従来方式の基本は空隙をもつた３
巻線変圧器により電圧要素と電流要素とを磁気結
合させる方式であるため次のような欠点を有して
いる。

(1) 同一容量の変圧器に対して３巻線変圧器の大
きさが大きい。

(2) 結合の度合により出力が変わるので出力の調
整（例えば交流リアクトルのギヤツプ、サイリ
スタ直列抵抗又はコンデンサの大きさの調整）
を行なう必要がある。

更に従来方式はサイリスタにより毎サイクル電
流を分流させる方式であるため、サイリスタをオ
フすると３巻線変圧器の出力電流は全て界磁回路
に流れなければならない。３巻線変圧器の出力は
定電流源とみなせ又、界磁回路のインダクタンス
は発電機回路に比較に非常に大きいので、サイリ
スタをオフすると界磁回路に高い電圧が発生す
る。このため過電圧抑制回路９を接続している
が、この回路の発生損失が大きいため（界磁回路
が電流を吸収するまで９が電流を吸収するため）
装置の効率の低下や寸法、重量が大きくなつてい
ると云う欠点もある。

更に分流サイリスタ７は発電機電圧に同期して
点弧させる必要がある。ところが発電機に整流器
のような負荷が接続されると、整流器の転流のた
め発電機の出力電圧は歪んだ波形となつてしま
う。サイリスタ７の点弧のための同期信号は発電
機出力電圧からとつているので、同期信号はこの
歪のため変動してしまう。このため負荷の状態に
よつて制御が不安定になつたり、場合によつては
制御が出来なくなつてしまうと云う欠点もあつ
た。

本発明は、回路構成が簡単で複巻特性が得ら
れ、複雑な調整を必要とせず、発電機の電圧波形
に歪が生じても安定に発電機電圧を制御でき、し
かも急激負荷変動が生じても回路部品に過電圧を
発生させないような発電機励磁調整装置を提供す
ることを目的とする。

本発明の基本は、電圧要素と電流要素とを交流
側で電気的に合成（ベクトル合成）した出力を整
流器で整流し、その出力を界磁回路に加え、整流
器の直流端子間に半導体スイツチを接続し、整流
器の出力電流の一部をこの半導体スイツチに分流
させるように主回路構成し、発電機電圧はこの半
導体スイツチへの分流量（すなわち半導体スイツ
チの通流率）を制御することによつて調整するも
のにおいて、界磁電圧が規定値を越えたらこの半
導体スイツチを導通させるようにして界磁電圧が
過電圧となつて、半導体スイツチに過電圧が加わ
らないようにしたことにある。

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。

第２図は本発明一実施例を示す。これによれば
交流発電機１の界磁巻線２へ給電するための整流
器１０１の交流側端子は一方では発電機の出力母
線に挿入された電力用変流器１０２の２次側に接
続され、他方では交流リアクトル１０３を介して
発電機端子に接続されている。交流リアクトル１
０３は発電機電圧に依存した成分を取り出すため
の電圧成分回路として役立ち、電力用変流器１０
２は発電機電流に依存した成分を取り出すための
電流成分回路として役立つ。両成分は整流器１０
１の交流入力側でベクトル合成される。整流器の
直流出力電流は両成分の合成電流を整流したもの
に相当する。整流器１０１の直流出力端子間には
制御可能な半導体スイツチ１００が接続され、こ
の半導体スイツチ１００は整流器の直流出力電流
の一部を分流することを可能にする。整流器１０
１は３相ダイオードブリツジとして構成すること
ができ、半導体スイツチ１００としてはトランジ
スタ、ゲートターンオフサイリスタ、あるいはサ
イリスタチヨツパを使用することができる。整流
器１から電流を供給される界磁巻線２には電流吸
収回路１０４が逆列接続されている。電流吸収回
路１０４としてはコンデンサ、抵抗、あるいは例
えば定電圧ダイオード、バリスタなどの如き電圧
制限素子を使用することができる。この電流吸収
回路１０４は半導体スイツチ１００がオフ時に整
流器１０１の直流出力電流と界磁電流との差電流
分を吸収するのに役立つ。半導体スイツチは図示
されていない制御装置により通流率制御され、こ
れにより界磁電流が調整される。この場合に通流
率制御は発電機端子電圧の検出値とそれの目標値
との偏差を導かれる電圧調節器を用いた閉ループ
制御により行うとよい。整流器１０１の直流出力
電流に含まれる電圧依存成分と電流依存成分とに
より、負荷変動時に直流出力電流の変化により応
答性よくその負荷変動を補償させることができ
る。

電流吸収回路１０４としてコンデンサを用いる
場合の実施例が第３図に示されている。第３図に
よれば、電流吸収回路としてのコンデンサ１０５
以外にこのコンデンサと半導体スイツチ１００と
の間に逆流防止用ダイオード１０６が挿入されて
いる。その他の構成については第２図と同じであ
る。ダイオード１０６は半導体スイツチ１００の
オン時にコンデンサ１０５からの放電電流がこの
半導体スイツチ１００を介して流れるの阻止す
る。これにより半導体スイツチ１００として使用
される例えば図示の如きトランジスタ１０８など
の素子の破壊の危険性をなくすことができる。ま
た、必要に応じて、交流リアクトル１０３と発電
機との間に変圧器１０７を挿入して交流リアクト
ル１０３に加わる電圧を変えることもできる。

次に再び第２図にもどつて制御回路部分の構成
について説明する。２００は発電機端子電圧の実
際値を検出する電圧検出器、２０１は発電機界磁
電流の実際値を検出する電流検出器である。２０
２は発電機端子電圧に対する目標値を設定する電
圧設定器である。２０３は電圧検出器２００から
の電圧実際値を電圧設定器２０２からの電圧目標
値に一致させるように界磁電流を指令する電圧調
整器（例えばpi調節器）である。２０４は電圧調
節器２０３によつて与えられた電流目標値と電流
検出器２０１からの電流実際値との大小比較を行
つて二位置動作出力信号を発生して制御装置（パ
ルス増幅器）２０５を介して半導体スイツチ１０
０をオンオフ制御し、電流実際値を電流目標値に
一致させる瞬時値制御を行なう電流調節器（例え
ばヒステリシスコンパレータ）である。２０６は
界磁電圧検出器であり、２０７は界磁電圧設定器
である。２０８は検出器２０６からの出力信号を
設定器２０７からの出力信号との大小比較を行う
ヒステリシス特性を持つた電圧比較器であり、界
磁電圧が上限値に達したときにこの電圧比較器２
０８が発生する出力信号は、電流調節器２０４の
出力信号に関係なく強制的に半導体スイツチ１０
０をオンさせるよう制御装置２０５に作用する。

次に、第４図に示す各部の電圧電流波形例を参
照しながら動作を説明する。

負荷に変動がなく発電機電流i₁および発電機電
圧v₁が安定している状態では、整流器１０１の出
力電流i₁₀₁の一部が界磁巻線電流i₂となり残りは
半導体スイツチ１００に分流している。電流調節
器２０４の２位置動作出力信号v₂₀₄によつて半導
体スイツチ２０４がオンオフ制御されることによ
り、界磁電流i₂の平均値I_Fは、整流器出力電流i₁₀₁
の平均値I₀に対して、 I_F＝α.I₀ ……(1) の関係に保たれる。但し、αは α＝T_po／T_po＋T_pFF ……(2) にて表われる半導体スイツチ１００の通流率であ
る。半導体スイツチはオン期間にはi₁₀₁（≒I₀）を
流し、オフ期間には差電流i₁₀₁−i₂（≒I₀−I_F）を
流す。定常状態においては界磁電圧v₂は安定して
おり、設定器２０７で設定された限界値を上回る
ことはない。

時点t₀で負荷が急増すると、発電機電流i₁の増
加により、１０２を経て整流器の出力電流i₁₀₁も
急増する。この電流が界磁に流れようとして発電
機界磁の電圧v₂は急増する。発電機電圧の降下分
に対応して電圧調節器の出力v₂₀₃は増加し、界磁
電流i₂を増すために２０４は１００をオフするよ
うに働く。このことにより界磁電圧の上昇は一段
とすすめられる。t₁で界磁電圧が規定値（２０７
の設定値）に達すると比較器２０８が動作して調
節器２０４からの信号と無関係にスイツチ１００
をオンさせる。以下スイツチ１００を適当にオ
ン、オフさせて界磁電圧を規定値に保つ。時点t₂
で界磁電圧v₂が低下すると比較器２０８の動作も
停止し、新しい負荷に対応した定常動作に移る。
第５図は第４図で比較器２０８が動作している時
の動作詳細図である。第３図α回路で説明する。
電流比較器２０４はトランジスタ１０８をオフす
るように動作しているが、t₁で界磁電圧v₂が２０
７の設定値v₂₁に達すると電圧比較器２０８は出
力v₂₀₈を出し、トランジスタ１０８をオンさせ
る。整流器１０１の電流i₁₀₁はトランジスタ１０
８に流れ、界磁巻線２の電流i₂はコンデンサ１０
５から供給され、界磁巻線２の電圧v₂も減少して
いく。電圧v₂が規定値v₂₂（ΔV₂＝V₂₁−V₂₂は比較
器２０８のヒステリシス幅に相当）に達すると比
較器２０８の出力v₂₀₈は停止しトランジスタ１０
８をオフさせる。整流器１０１の電流は界磁に流
れ込もうとして再び界磁巻線電圧v₂は増加し、
t₁₂でV₂₁に達し、トランジスタ１０８は再びオン
する。以下同様にt₁₃でトランジスタ１０８はオ
フする。以下同様にt₂までトランジスタ１０８を
オン、オフをくり返して２の電圧をV₂₁、V₂₂間
に保つ。

以上説明した如く、本発明による構成は次の効
果を奏する。

(1) 電流要素と電圧要素とを整流器入力側でベク
トル合成する方式なので発電機は複巻特性とな
り発電機電圧制御性能を非常に向上させること
が出来る。

(2) 主回路構成要素が電力用CT、リアクトル整
流器、半導体スイツチ、コンデンサ又は抵抗で
あるので回路構成が非常に簡単であり、従来形
に比べ小形、軽量、低価格化が図れる。

(3) 主回路構成要素の調整を必要としないので更
に安価に出来る。

(4) 発電機電圧波形歪による影響を殆んど受けな
いので安定した電圧制御が出来る。いいかえれ
ばどのような負荷にも適用出来る。

(5) 界磁電圧が過電圧にならないので使用部品の
責務軽減が図れ、更には使用部品の小形、軽
量、低価格化が更に図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の実施例を示すブロツク図、第２
図は本発明の実施例を示すブロツク図、第３図は
本発明装置の主回路部分についての具体的構成例
を示す回路図、第４図および第５図は本発明の実
施例の動作を説明するための各部の電圧電流波形
図である。 １……交流発電機、２……界磁巻線、１００…
…半導体スイツチ、１０１……整流器、１０２…
…電力用変流器、１０３……交流リアクトル、１
０４……電流吸収回路、１０５……電流吸収回路
コンデンサ、１０６……逆流防止用ダイオード、
１０７……変圧器、２００……発電機電圧検出
器、２０１……界磁電流検出器、２０２……発電
機電圧設定器、２０３……電圧調節器、２０４…
…界磁電流調節器、２０５……半導体スイツチ制
御装置、２０６……界磁電圧検出器、２０７……
界磁電圧設定器、２０８……界磁電圧比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流発電機の端子から交流リアクトルを介し
   て得た電圧に依存した電流成分と電力用変流器を
   介して得た交流発電機の電流に依存した電流成分
   とをベクトル合成した電流を整流器で整流し、そ
   の整流器出力電流を逆流を阻止するダイオードを
   介してその一部分を界磁巻線に供給し、残りの部
   分を整流器の直流側に接続されたオンオフ制御さ
   れる半導体スイツチへ分流させ、半導体スイツチ
   オフ時の整流器出力電流と界磁巻線電流との差電
   流分を界磁巻線に並列接続した電流吸収回路に吸
   収させ、発電機端子電圧調節器が与える電流の標
   値と界磁巻線電流実際値との比較して二位置動作
   出力信号を発生する電流調節器によつて前記半導
   体スイツチのオンオフ制御を行うと共に、界磁電
   圧実際値と予め設定された限界値とを比較する電
   圧比較器により界磁電圧実際値がその限界値に達
   した際前記電流調節器の出力信号に関係なく強制
   的に前記半導体スイツチをオンさせるようにした
   ことを特徴とする交流発電機の励磁調整装置。