JPH04121442U - 内燃機関駆動発電機の回転速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導電動機や白熱灯等の、起動電流が大きい
負荷を接続したときに発電機に過電流が流れるのを防止
する。 【構成】 速度検出回路８が出力する速度検出信号と、
速度設定回路９が出力する速度設定信号との偏差を零に
するようにアクチュエータ４を動作させて、内燃機関２
の回転速度を設定速度に保つ制御装置である。負荷電流
を検出して負荷電流検出信号を出力する負荷検出器１０
を設ける。速度設定回路９は、負荷電流検出信号が設定
値を超えたときに定格回転速度よりも低い回転速度に相
応する速度設定信号ＶnLo を出力し、負荷電流が設定値
以下になった後、一定の時間が経過してから定格回転速
度に相応する速度設定信号Ｖnoを出力する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関により駆動される発電機の回転速度を制御する回転速度制 御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関により駆動される発電機において、誘導電動機が負荷として接続され る場合には、誘導電動機の起動時に発電機に過大な電流が流れ、サーキットプロ テクタが動作するおそれがある。

【０００３】 例えば発電機が磁石発電機である場合には、その出力電圧Ｖの負荷電流ｉに対 する特性が図５に示すようになる。図５においてＮo は発電機の回転速度が定格 回転速度Ｎo のときの出力電圧Ｖ対負荷電流ｉ特性を示し、ＮLoは発電機が定格 回転速度よりも低い速度ＮLoで回転しているときの出力電圧Ｖ対負荷電流ｉ特性 を示している。Ｒs は発電機に負荷される誘導電動機の起動時のインピーダンス を示している。

【０００４】 図５においてｉｐは発電機と負荷との間に挿入されたサーキットプロテクタの 動作電流を示し、この動作電流ｉｐは発電機の定格電流の150 〜200 ％に設定さ れている。

【０００５】 この発電機が定格回転速度Ｎo で回転しているときに誘導電動機が負荷として 投入されると、発電機の動作点は図５のａ点となり、サーキットプロテクタの動 作電流ｉｐよりも大きな起動電流ｉｓが流れる。従って誘導電動機が発電機から 切り離されてしまい、負荷を駆動することができない。て、 そこで、実開昭６１−７２９２号に見られるように、負荷の投入時に機関の回 転速度を定格回転速度よりも低い回転速度ＮLoに下げておき、誘導電動機が定常 運転状態に入った後に機関の回転速度を定格回転速度Ｎo に復帰させるようにし た回転速度制御装置が提案されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

従来のこの種の回転速度制御装置では、回転速度を切り替える指示を手動操作 により行うようにしていたため、操作が面倒になるという問題があった。

【０００７】 本考案の目的は、電動機や白熱灯のように起動時に定常運転時の数倍以上の電 流が流れる電気機器を負荷とする場合でも、発電機に過大な負担をかけることが ないようにした内燃機関駆動発電装置の回転速度制御装置を提供することにある 。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、発電機を駆動する内燃機関への燃料の供給量を調節するアクチュエ ータと、内燃機関の回転速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出回路と 、内燃機関の速度を設定する速度設定信号を出力する速度設定回路と、速度検出 信号と速度設定信号との偏差を検出する偏差検出回路と、該偏差を零にするため に必要なアクチュエータの操作量を演算する演算回路と、演算回路により演算さ れた操作量だけアクチュエータを動作させるようにアクチュエータに駆動電流を 供給するアクチュエータ駆動回路とを備えた内燃機関駆動発電機の回転速度制御 装置に係わるものである。

【０００９】 本考案においては、発電機の負荷電流を検出して負荷電流に相応した負荷電流 検出信号を出力する負荷検出器を設け、この負荷検出器の出力に応じて速度設定 信号を切換えるように構成する。即ち速度設定回路は、負荷電流検出信号が設定 値以下のときには発電機の定格回転速度に相応した大きさの速度設定信号を出力 しているが、負荷電流検出信号が設定値を超えたときには速度設定信号を発電機 の定格回転速度よりも低い回転速度に相応した大きさに切換え、負荷電流検出信 号が設定値を超えている状態から設定値以下に復帰した際には該負荷電流検出信 号が設定値以下になってから一定の時間が経過したときに速度設定信号を定格回 転速度に相応した大きさに復帰させるように構成される。

【００１０】 尚本考案において定格回転速度は一通りでなくてもよく、定格回転速度を適宜 に調整し得るようにしてもよい。

【００１１】

【作用】

上記のように構成すると、起動電流が大きな負荷が投入された時に機関の回転 速度を自動的に低い速度におさえることができるため、発電機の出力電流が過大 になるのを防ぐことができる。

【００１２】 特に上記のように、負荷電流が設定値以下になった後、一定の時間が経過して から機関の回転速度を定格回転速度に戻すようにすると、負荷が確実に定常運転 状態に入った後に（負荷電流が発電機の定格電流を超えるおそれがなくなった後 に）定格回転速度に戻すことができるため、発電機と負荷との間に設けられてい るサーキットブレーカが働いて負荷の起動に失敗するといったおそれをなくすこ とができる。

【００１３】

【実施例】

図１は、本考案の実施例を示したもので、同図において１は磁石発電機、２は 発電機１を駆動する内燃機関であり、発電機１の回転子は内燃機関２の出力軸２ ａに直結されている。３は発電機１に接続された負荷で、図示してないが、発電 機１の出力端子と負荷３との間にはサーキットプロテクタが挿入されている。

【００１４】 ４は内燃機関２への燃料の供給量を調節する燃料供給量調節部（例えばスロッ トルバルブ）を操作する電気式のアクチュエータで、このアクチュエータとして は、電動機を駆動源として出力アームを回動させるようにしたものや、電磁石に よりプランジャを直線変位させるようにしたものを用いることができる。５はア クチュエータ４を駆動する電源で、この例ではバッテリが用いられている。

【００１５】 ６はアクチュエータ４に駆動電流を供給するアクチュエータ駆動回路で、トラ ンジスタ等のスイッチング素子によりアクチュエータ４の駆動電流をオンオフ制 御して、アクチュエータに所定の駆動電流を供給する。アクチュエータ４は、駆 動回路６から与えられる駆動電流に応じて内燃機関２の燃料供給量調節部を操作 して、内燃機関の回転速度を調節する。

【００１６】 ７は内燃機関の回転速度を検出する回転センサ、８は回転センサ７の出力を入 力として機関の回転速度に比例した速度検出信号Ｖn を出力する速度検出回路で ある。回転センサ７としては機関の回転速度に比例した周波数の信号を出力する 信号発電機を用いることができ、速度検出回路８としてはこの信号発電機の出力 周波数を電圧信号に変換する周波数電圧変換器を用いることができる。また内燃 機関に点火装置が設けられている場合には、点火装置の点火コイルの１次コイル の誘起電圧の周波数が回転速度に比例しているので、該点火コイルの１次コイル を回転センサとして用いることもできる。その他、速度発電機のような出力電圧 が回転速度に比例している回転センサを用いることもできる。

【００１７】 ９は内燃機関の速度を設定する速度設定信号を出力する速度設定回路、１０は 発電機の負荷電流を検出して負荷電流検出信号ＶL を出力する負荷検出器で、負 荷検出器１０の出力は速度設定回路９に入力されている。

【００１８】 速度設定回路９は、負荷電流検出信号ＶL が設定値以下のときには発電機の定 格回転速度に相応した大きさの速度設定信号を出力しているが、負荷電流検出信 号ＶL が設定値を超えたときには速度設定信号を発電機の定格回転速度よりも低 い回転速度に相応した大きさに切換え、その後負荷電流検出信号が設定値以下に 戻ってから一定の時間が経過したときに速度設定信号を定格回転速度に相応した 大きさに復帰させるように構成される。発電機の定格回転速度に相応した速度設 定信号をＶnoとし、定格回転速度よりも低い回転速度に相応した速度設定信号を ＶnLo としている。

【００１９】 １１は偏差検出回路で、この偏差検出回路は、速度検出信号Ｖn と速度設定信 号ＶnoまたはＶnLo を入力として、速度偏差信号Ｖd （＝Ｖn −ＶnoまたはＶn −ＶnLo ）を出力する。

【００２０】 演算回路１２は偏差信号Ｖd を入力として、偏差を零にするために必要なアク チュエータ４の操作量を演算し、その操作量に相当する信号Ｖb をアクチュエー タ駆動回路６に与える。アクチュエータ駆動回路６は、演算された操作量だけア クチュエータ４を動作させるようにアクチュエータ４の駆動電流をオンオフ制御 する。

【００２１】 図２は、速度設定回路９及び負荷検出器１０の具体的な構成例を示したもので 、この例では発電機１にサーキットプロテクタ１３と電源スイッチ１４とを通し て負荷３が接続されている。負荷３につながるラインに変流器ＣＴが装着されて いる。

【００２２】 発電機が定格回転している状態で電源スイッチ１４が投入されると、負荷３が 発電機１に接続される。ここで負荷３が誘導電動機であるとし、発電機の特性が 図５の通りであるとする。

【００２３】 変流器ＣＴが出力する検出信号ＶL ´は全波整流器２１に入力されて整流され 、演算増幅器２２の正相入力端子に入力される。演算増幅器２２の出力はダイオ ード２３及び抵抗２４とコンデンサ２５とからなる平滑回路により平滑され、コ ンデンサ２５の両端に、図４に示すように負荷電流ｉに比例した負荷電流検出信 号ＶL が得られる。変流器ＣＴ、全波整流器２１、演算増幅器２２、ダイオード ２３、抵抗２４及びコンデンサ２５により速度検出器１０が構成されている。

【００２４】 負荷電流検出信号ＶL は速度設定回路９の比較器２６の反転入力端子に入力さ れている。比較器２６の非反転入力端子には、一定の電源電圧Ｖccを抵抗２７ａ 及び２７ｂからなる分圧回路により分圧して得た設定電圧Ｖr1が入力され、ＶL ≦Ｖr1のときに比較器２６の出力端子の電位が高レベルになり、ＶL ＞Ｖr1のと きに比較器２６の出力端子の電位が零レベルになる。

【００２５】 比較器２６の出力端子と接地間にコンデンサ２８ｂが接続され、このコンデン サ２８ｂには抵抗２８ａを通して電源電圧Ｖccが印加されている。負荷電流検出 信号ＶL が設定値以下のときには、コンデンサ２８ｂが電源電圧Ｖccまで充電さ れている。コンデンサ２８ｂの両端の電圧Ｖc は比較器２９の非反転入力端子に 入力され、比較器２９の反転入力端子には電源電圧Ｖccを抵抗３０及び３１から なる分圧回路で分圧することにより得た基準電圧Ｖr2が入力されている。比較器 ２９の出力側には、３つの抵抗３２ないし３４の直列回路からなる分圧回路が設 けられ、この分圧回路の両端に電源電圧Ｖccが印加されている。この分圧回路の 抵抗３２と３３との接続点（出力端子）に演算増幅器からなるボルテージホロワ 回路３５の入力端子が接続され、抵抗３３と３４との接続点に比較器２９の出力 端子が接続されている。

【００２６】 負荷電流検出信号ＶL が設定値Ｖr1以下のときには、比較器２６の出力が高レ ベルのため、コンデンサ２８ｂの両端の電圧が基準電圧Ｖr2より高くなっている 。そのため比較器２９の出力が高レベルになっており、このときボルテージホロ ワ回路３５の出力端子には、抵抗３３及び３４の直列回路の両端に得られる電圧 に相当する大きさの速度設定信号Ｖnoが得られる。ここで抵抗３２ないし３４の 抵抗値をそれぞれＲ32，Ｒ33及びＲ34とすると、負荷電流検出信号ＶL が設定値 Ｖr1以下のときの速度設定信号Ｖnoは、次の式で与えられる。

【００２７】 Ｖno＝Ｖcc（Ｒ33＋Ｒ34）／（Ｒ32＋Ｒ33＋Ｒ34） …（１） 負荷電流検出信号ＶL が設定値Ｖr1を超えると、比較器２６の出力が零レベル になる（接地電位になる）ため、コンデンサ２８ｂの電荷が比較器２６の出力端 子間を通して瞬時に放電する。従って比較器２９の出力端子の電位が零レベルに なり、抵抗３３と３４との接続点の電位が接地電位になる。従って負荷電流検出 信号ＶL が設定値Ｖr1を超えたときの速度設定信号ＶnLo は次の式で与えられ、 ＶnLO ＜Ｖnoとなる。

【００２８】 Ｖno＝Ｖcc・Ｒ33／（Ｒ32＋Ｒ33） …（２） 上記のように負荷が投入されて、負荷電流が設定値を超えたことが検出された ときには、速度設定信号がＶnLO （＜Ｖno）になる。従って演算回路１２は、機 関の回転速度を定格回転速度よりも低い設定速度ＮLoに一致させるために必要な アクチュエータの操作量を演算し、アクチュエータ駆動回路６は、演算された操 作量だけアクチュエータを動作させるために必要な電流をアクチュエータ４に供 給する。これにより機関の回転速度が発電機の定格回転速度よりも低い設定速度 ＮLoに低下する。このときの動作点は図５のｂとなる。

【００２９】 負荷の起動後、負荷電流が設定値以下になると、比較器２６の出力端子の電位 が高レベルになる。これによりコンデンサ２８ｂが抵抗２８ａを通して一定の時 定数で充電される。負荷電流が設定値以下になった後、一定の時間が経過すると 、コンデンサ２８ｂの両端の電圧が基準電圧Ｖr2を超えるため、比較器２９の出 力端子の電位が高レベルになり、発電機の定格回転速度に相応した速度設定信号 Ｖnoを出力させる。これにより機関の回転速度が定格回転速度に復帰する。

【００３０】 図３は、誘導電動機が投入されたときの各部の信号波形を時間ｔに対して示し たもので、同図（Ａ）は負荷電流検出信号ＶL と設定信号Ｖr1とを示し、（Ｂ） は比較器２６の出力を示している。同図においてＨは高レベルを示し、Ｌは零レ ベル（接地レベル）を示している。また図３の（Ｃ）は速度設定回路から得られ る速度設定信号を示している。

【００３１】 時刻ｔo で負荷が投入されると、負荷電流検出信号ＶL が設定信号Ｖr1を超え るため、比較器２６の出力が零レベルになり、速度設定信号は定格回転速度に相 応する大きさの信号Ｖnoから定格回転速度よりも低い回転速度に相応する大きさ の信号ＶnLo に切り替わる。

【００３２】 時刻ｔ1 で負荷電流検出信号ＶL が設定信号Ｖr1以下になった後一定の時間Ｔ D が経過した時刻ｔ2 で、速度設定信号が定格回転速度に相応する大きさの信号 Ｖnoに復帰する。

【００３３】 上記の説明では、負荷が誘導電動機であるとしたが、白熱灯のように、起動時 に大きな電流が流れる負荷を接続する場合にも本考案が有効である。

【００３４】

【考案の効果】

以上のように、本考案によれば、起動電流が大きな負荷が投入された時に機関 の回転速度を自動的に低い速度におさえることができるため、発電の出力電流が 過大になるのを防ぐことができる利点がある。

【００３５】 特に本考案においては、負荷電流が設定値以下になった後、一定の時間が経過 してから機関の回転速度を定格回転速度に戻すようにしたので、負荷が安定して 負荷電流が発電機の定格電流を超えるおそれがなくなった後に発電機の回転速度 を定格回転速度に戻すことができる。従って発電機と負荷との間に設けられてい るサーキットブレーカが働いて負荷の起動に失敗するといったおそれを確実にな くすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示したブロック図である。

【図２】図１の負荷電流検出器と速度設定回路の具体的
な構成例を示した回路図である。

【図３】（Ａ）ないし（Ｃ）は図２の各部の信号波形を
示した波形図である。

【図４】図２の負荷検出器から得られる負荷電流検出信
号と負荷電流との関係を示した線図である。

【図５】磁石発電機の出力電圧対負荷電流特性及び負荷
の起動時のインピーダンスを示した線図である。

【符号の説明】

１…発電機、２…内燃機関、３…負荷、４…アクチュエ
ータ、５…バッテリ、６…アクチュエータ駆動回路、７
…回転センサ、８…速度検出回路、９…速度設定回路、
１１…偏差検出回路、１２…演算回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機を駆動する内燃機関への燃料の供
   給量を調節するアクチュエータと、前記内燃機関の回転
   速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出回路
   と、内燃機関の速度を設定する速度設定信号を出力する
   速度設定回路と、前記速度検出信号と速度設定信号との
   偏差を検出する偏差検出回路と、前記偏差を零にするた
   めに必要な前記アクチュエータの操作量を演算する演算
   回路と、前記演算回路により演算された操作量だけ前記
   アクチュエータを動作させるように前記アクチュエータ
   に駆動電流を供給するアクチュエータ駆動回路とを備え
   た内燃機関駆動発電機の回転速度制御装置において、前
   記発電機の負荷電流を検出して負荷電流に相応した負荷
   電流検出信号を出力する負荷検出器を備え、前記速度設
   定回路は、前記負荷電流検出信号が設定値以下のときに
   は発電機の定格回転速度に相応した大きさの速度設定信
   号を出力し、負荷電流検出信号が設定値を超えたときに
   は前記速度設定信号を発電機の定格回転速度よりも低い
   回転速度に相応した大きさに切換え、前記負荷電流検出
   信号が設定値を超えている状態から設定値以下に復帰し
   た際には該負荷電流検出信号が設定値以下になってから
   一定の時間が経過したときに前記速度設定信号を前記定
   格回転速度に相応した大きさに復帰させるように構成さ
   れていることを特徴とする内燃機関駆動発電機の回転速
   度制御装置。