JPH0323835Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は交流発電機の励磁調整装置に関する。

一般に、自励式交流発電機において、トランジ
スタチヨツパ方式の励磁調整装置を使用すると、
例えば、発電機の始動時及び停止時のように、励
磁調整装置のスイツチングに際して、過渡電圧に
よつて励磁調整装置に設けられたパワートランジ
スタがその安全動作領域を越えて駆動されて破壊
されるのを防止する必要がある。

従来のこのパワートランジスタの保護方式とし
ては、発電機電圧を電圧継電器で検出し、この検
出信号を励磁調整装置に入力し、この信号によつ
て電圧調節器の出力及び界磁電流調節器の出力等
をオン・オフ制御して、第１図に示すようにパワ
ートランジスタの動作軌跡Ａが常に安全動作領域
Ｂ内にあるようにしてパワートランジスタを保護
していた。

自励式交流発電機は、第２図に示すように、例
えばデイーゼルエンジン、ガスタービン等の駆動
源１によつて交流発電機２が駆動される。この交
流発電機２の界磁巻線３へ給電するための整流器
４の交流側端子は発電機２の出力母線５に挿入さ
れた変圧器６の２次側に接続され、変圧器６の１
次側が母線５に接続される。整流器４の直流側端
子はパワートランジスタ７のコレクタに接続さ
れ、このパワートランジスタ７のエミツタが変流
器８を経て界磁巻線３へ接続される。パワートラ
ンジスタ７は後述する制御装置によつて通流率制
御が行なわれ、これによつて界磁電流が調整さ
れ、負荷変動時には整流器４の直流出力電流を変
化させて応答性よくその負荷変動を補償させるこ
とができる。

第２図に示すように、界磁電流制御回路１０に
おいては、発電機２の出力電圧の実際値が変圧器
１１を介して電圧検出器１２によつて検出され、
この検出された発電機電圧の実際値は電圧設定器
１３から出力される電圧設定値とともに平均値制
御形の電圧調節器１４に入力され、電圧調節器１
４はこの発電機電圧の実際値と電圧設定値との偏
差に対応した界磁電流目標値を出力する。この界
磁電流目標値は、電流比較器１５において電流検
出器１６によつて検出された界磁電流の実際値と
大小比較される。この電流比較器１５は界磁電流
の目標値と実際値の大小関係にしたがつて２値動
作を行なうヒステリシスコンパレータとして構成
される。電流比較器１５の２値動作出力信号に応
じてトランジスタ制御回路１７が駆動され、この
制御回路１７から出力される信号によつてパワー
トランジスタ７がオン・オフ制御される。

この界磁電流制御回路１０には発電機２の出力
電圧に応動する継電器２４が設けられ、この継電
器２４の接点２４ａ，２４ｂを介して電圧調節器
１４と電流比較器１５の出力側が各々接地され
る。

また、変圧器１１の２次側に制御電源回路１８
が接続され、この制御電源回路１８に発電機２か
ら変圧器１１を経て電力が供給される。制御電源
回路１８は第３図に示すように、変圧器１１を経
て入力される交流電力が整流器１９によつて直流
に変換され、さらに、コンデンサ２０ａ，２０ｂ
で平滑化され、抵抗２１がコレクタとベースの間
に接続されたトランジスタ２２とこのトランジス
タ２２のベースに接続された２個の定電圧ダイオ
ード２３ａ，２３ｂの直列回路によつてトランジ
スタ２２のエミツタと定電圧ダイオード２３ａの
カソード間すなわち端子Ｐ−Ｍ間に＋15V、定電
圧ダイオード２３ｂのアノードとカソード間すな
わち端子Ｍ−Ｎ間に−15Vの電圧を各々出力する
定電圧電源回路を形成する。なおＭ点の電位は
0Vである。この制御電源は、調節器１４、比較
器１５、制御回路１７等の動作電源となる。

従来、発電機２の起動、停止に際しては、第４
図に示すように、駆動源１が起動して発電機２の
回転速度Ｎが規定値Nsまで増大すると発電機２
は予励され、この予励によつて定格電圧の約80％
の電圧まで出力電圧を上昇させる。この予励によ
つて発電機電圧が十分に確立するまでの間は、継
電器２４がオン状態であり、継電器２４の接点２
４ａ，２４ｂが閉じて電圧調節器１４及び電流比
較器１５の出力を各々0Vにホールドして制御回
路１７の動作を禁止する。発電機電圧が上昇して
制御電源が確立すると、継電器２４がオフ状態と
なり電圧調節器１４と電流比較器１５の各々の出
力側における0Vホールドが解除されるので、以
後、発電機２の界磁電流を制御回路１７によつて
制御されるパワートランジスタ７によつて調整す
る。駆動源１が停止する場合は、駆動源１の停止
信号によつて制御回路１７を不動作状態としてパ
ワートランジスタ７をオフさせてこれを保護す
る。発電機２の停止の場合、第５図に示すよう
に、時刻t₀で駆動源１の停止信号が発せられる
と、発電機２は減速し始め時刻t₂で停止する。一
方、制御回路１７は発電機電圧が一定になるよう
にパワートランジスタ７の通流率を制御するの
で、発電機２の回転速度の低下とともに通流率を
大きくしていく。時刻t₁で通流率が１となり界磁
電流が最大になる。t₁を過ぎると界磁電流を大き
くできないので、発電機２の回転速度とともに発
電機電圧は低下していく。この場合においても、
パワートランジスタ７のベース駆動電圧がパワー
トランジスタ７を十分に飽和させるに必要なベー
ス電流を保持し、パワートランジスタ７の動作領
域が第１図に示す安全動作領域を越えないように
配慮する必要がある。従来のトランジスタチヨツ
パ式励磁装置においては、パワートランジスタの
保護対策として、第２図に示すように、発電機２
の始動及び停止に際して継電器２４を動作させ、
その接点２４ａ，２４ｂを閉じることによつて、
電圧調節器１４及び電流比較器１５の出力を0V
にホールドして、電圧調節器１４及び電流比較器
１５から信号が出力されるのを禁止してパワート
ランジスタ７を保護していた。したがつて、継電
器２４を動作させるために、発電機２の出力電圧
を検出する電圧継電器（図示せず）が必要である
とともに、発電機２の回転数を検出する装置、停
止条件を作るシーケンス回路等の複雑な構成を必
要としていた。

従来においては、このようにトランジスタチヨ
ツパ式励磁装置においてその複雑な構成であるが
故にコスト高となり、また、励磁調整装置以外で
継電器２４を動作させるための信号を得るという
わずらわしさがある。また、他から信号を得ると
いうことは信号源を安定確保してチヨツパを動作
させることにはならない。すなわち、信号源が故
障するとチヨツパが動作不能となる等、装置の信
頼性を確保する上からも問題を有していた。

本考案は、上記問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、発電機の始動時あるいは停止
時のように回転速度が規定値に達せず発電機電圧
が一定値よりも小であるとき、発電機の界磁電流
を制御するパワートランジスタを駆動するチヨツ
パの動作を禁止してパワートランジスタを強制的
に非導通とし、回転速度を増して発電機電圧が上
昇してパワートランジスタを十分に保護できる値
になると、チヨツパの動作禁止を解除してパワー
トランジスタを動作させるように制御を行なう制
御装置を無接点回路によつて構成して装置の信頼
性の向上を図るとともに、励磁調整装置内におい
て界磁電流制御装置をオン・オフするための信号
を得ることによつて、上述の問題点を除去するこ
とができる交流発電機の励磁調整装置を提供する
ことである。

以下、本考案の一実施例について図面にもとづ
いて説明する。

第６図に示すように、変圧器１１の２次側に接
続された制御電源回路１８に始動停止保護回路２
５が接続され、さらに、この始動停止保護回路２
５が電流比較器１５の出力側に接続される。上述
の回路を除いた他の回路の構成は、第２図に示す
従来の回路１０における継電器２４と継電器２４
の接点２４ａ，２４ｂを除いた回路構成と同様で
ある。

上述の始動停止保護回路２５は、第７図に示す
ように、始動停止保護回路２５の端子２５ａ，２
５ｂが制御電源回路１８の端子１８ａ，１８ｂに
各々接続され、始動停止保護回路２５には変圧器
１１及び制御電源回路１８を経て発電機出力電圧
に比例した電圧が入力される。この始動停止保護
回路２５においては、端子２５ａが定電圧ダイオ
ード２６のアノードに接続され、この定電圧ダイ
オード２６のカソードが抵抗２７を介して端子２
５ｂに接続される。また、端子２５ａには抵抗２
８を介してトランジスタ２９のコレクタが接続さ
れ、このトランジスタ２９のエミツタが端子２５
ｂに接続され、さらに、トランジスタ２９のベー
スが抵抗３０を介して定電圧ダイオード２６のカ
ソードに接続される。端子２５ａにはさらに抵抗
３１を介してトランジスタ３２のコレクタが接続
され、このトランジスタ３２のエミツタが端子２
５ｂに接続され、さらに、トランジスタ３２のベ
ースがトランジスタ２９のコレクタに接続され
る。また、トランジスタ３２のコレクタにダイオ
ード３３のアノードが接続され、このダイオード
３３のカソードが端子２５ｃに接続される。始動
停止保護回路２５の端子２５ｃは電流比較器１５
の出力側に接続される。

いま、発電機２の始動時において、始動停止保
護回路２５の端子２５ａ，２５ｂを経て入力され
る発電機２の出力電圧に比例した電圧が定電圧ダ
イオード２６の動作電圧より低い場合、電流は端
子２５ａから抵抗２８を経てトランジスタ３２の
ベースに流れ、トランジスタ３２が導通してトラ
ンジスタ３２のコレクタはほぼ端子１８ｂの電位
すなわち0Vとなる。ここで、電流比較器１５の
出力が0Vにホールドされ、制御回路１７の動作
が禁止されてパワートランジスタ７は動作しな
い。さらに、発電機２の回転速度の上昇とともに
発電機２の出力電圧が上昇し、始動停止保護回路
２５の端子２５ａ，２５ｂ間の電圧が上昇して定
電圧ダイオード２６の動作電圧より高くなると電
流は定電圧ダイオード２６、抵抗３０を経てトラ
ンジスタ２９のベースに流れトランジスタ２９が
導通する。トランジスタ２９の導通によつてトラ
ンジスタ３２のベース電位は0Vとなり、トラン
ジスタ３２は非導通となる。ここで、トランジス
タ３２のコレクタの電位は端子２５ａの電位まで
上昇する。このトランジスタ３２のコレクタの電
位はダイオード３３を経て電流比較器１５の出力
側に印加され、電流比較器１５の出力を制御す
る。ここで、制御回路１７の動作禁止が解除さ
れ、パワートランジスタ７の通流率制御が行なわ
れる。なお、ダイオード３３は端子２５ａの電圧
が上昇したときに電流比較器１５の出力側に電流
が流れるのを阻止する。上述の定電圧ダイオード
２６の動作電圧をパワートランジスタ７を十分に
飽和させるに必要なベース電流を保持することが
できる値にしておけば、パワートランジスタ７を
保護することが可能である。

第８図に示すように、発電機２は、その始動時
において回転速度が規定値に達すると予励され、
この予励によつて電圧を発生する。発電機電圧が
上昇してトランジスタ２９を動作させるまではト
ランジスタ３２が導通しており、したがつて、電
流比較器１５の出力は0Vにホールドされ、制御
回路１７の動作が禁止され、パワートランジスタ
７は動作しない。発電機電圧が上昇し続け、パワ
ートランジスタ７を十分保護できる値になると、
トランジスタ２９が導通し、トランジスタ３２が
非導通となつて制御回路１７の動作禁止が解除さ
れる。以後、発電機２の界磁電流は制御回路１７
によつて制御されるパワートランジスタ７によつ
て調整される。

発電機２の停止時においては上述の逆の動作を
行ないパワートランジスタ１７を保護する。すな
わち、停止指令が発せられて発電機２の回転速度
が徐々に低下して、始動停止保護回路２５に端子
２５ａ，２５ｂを経て入力される発電機２の出力
電圧に比例した電圧が定電圧ダイオード２６の動
作電圧よりも低くなると、それまで定電圧ダイオ
ード２６と抵抗３０を経てトランジスタ２９のベ
ースに流れていた電流が遮断され、トランジスタ
２９が非導通となる。トランジスタ２９の非導通
により、トランジスタ３２のベースに抵抗２８を
経て電流が流れ、トランジスタ３２が導通し、ト
ランジスタ３２のコレクタの電位が0Vとなつて、
電流比較器１５の出力が0Vにホールドされる。
ここで、制御回路１７の動作が禁止され、パワー
トランジスタ７は動作しなくなる。

以上説明したように、本考案においては、交流
発電機の出力電圧に比例した電圧が印加される定
電圧ダイオードと、この定電圧ダイオードの導通
によつて非導通となり、定電圧ダイオードの非導
通によつて導通となるトランジスタを界磁電流制
御装置に接続し、発電機の出力電圧が一定値より
も低い場合は、定電圧ダイオードが非導通となつ
てトランジスタが導通して、このトランジスタの
導通によつて界磁電流制御装置の動作を禁止し
て、界磁電流制御装置によつて通流率制御が行な
われる界磁電流調整用のパワートランジスタの動
作を禁止し、発電機の出力電圧が上昇して一定値
を越えると、定電圧ダイオードが導通してトラン
ジスタを非導通として界磁電流制御装置の動作禁
止を解除してパワートランジスタの通流率制御を
界磁電流制御装置によつて行ない、パワートラン
ジスタが常に安全動作領域内で動作するように制
御したから、上述の制御を行なう制御装置を構成
する回路を無接点化することができるので、装置
の信頼性の向上を図ることができ、また、励磁調
整装置内で界磁電流制御装置をオンオフするため
の信号を得ることができるので信号源を安定確保
して界磁電流制御装置を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパワートランジスタのコレクタ電流対
コレクタ・エミツタ間電圧特性を示すグラフ、第
２図は従来の励磁調整装置を示すブロツク図、第
３図は第２図の部分回路図、第４図は従来の励磁
調整装置の動作を示すタイムチヤート、第５図は
従来の励磁調整装置の発電機停止時における動作
を示すタイムチヤート、第６図は本考案による励
磁調整装置の一実施例を示すブロツク図、第７図
は第６図の部分回路図、第８図は本考案による励
磁調整装置の動作を示すタイムチヤートである。 ２……交流発電機、７……パワートランジス
タ、１５……電流比較器、１７……パワートラン
ジスタ制御回路、２６……定電圧ダイオード、２
９，３２……トランジスタ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 交流発電機２の出力母線に接続された変圧器６
   に接続された整流器４の直流出力側にパワートラ
   ンジスタ７を介して界磁巻線３を接続し、そのパ
   ワートランジスタの通流率制御を行う交流発電機
   の励磁調整装置であつて、 交流発電機の出力母線に接続された別の変圧器
   を介して発電機電圧を検出する電圧検出器１２
   と、該電圧検出器１２からの電圧検出値と電圧設
   定器１３からの電圧設定値との間の偏差に応じて
   界磁電流目標値を出力する電圧調節器１４と、前
   記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する電流検出
   器１６と、該電流検出器からの電流検出値と前記
   界磁電流目標値との間の大小関係に応じて２値動
   作の出力信号を出力する電流比較器１５と、該電
   流比較器の出力信号にしたがつて前記パワートラ
   ンジスタ７のオンオフ制御を行う制御回路１７と
   からなる制御装置１０を備えた交流発電機の励磁
   調整装置において、 前記電流比較器１５の出力端子をダイオード３
   ３を介して0V電位点Ｍに選択的に導通させる第
   １のトランジスタ３２と、 この第１のトランジスタのベース・エミツタ間
   を短絡して第１のトランジスタの導通を阻止すべ
   く、第１のトランジスタのベース及びエミツタに
   それぞれコレクタ及びエミツタを接続した第２の
   トランジスタ２９と、 交流発電機２の出力母線に接続された別の変圧
   器に接続された整流器１９の出力電圧が所定値を
   上回つた際に導通して第２のトランジスタ２９を
   オンさせるベース電流を当該整流器１から導くツ
   エナーダイオード２６とを設けることにより、 発電機電圧が前記所定値に対応した電圧を下回
   る範囲では前記電流比較器１５の出力をOVにホ
   ールドして前記パワートランジスタ７の制御回路
   １７の動作を禁止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。