JPH0463612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジン発電機を並列運転する場合に
おいて両発電機の負荷分担を制御する方法に関す
るものである。

近年建設現場等で使用される可搬式エンジン発
電機においては使用電力の変化が大きいことと運
搬上の観点から小型、中型の発電機を複数台有し
て必要に応じて並列運転させることが多くなつて
いる。

エンジン発電機には通常負荷が増加すると回転
数が下がる特性、いわゆる垂下特性の調速機が装
備されているので電力負荷が変動するとそれに対
応して回転数（周波数）が変動する。この垂下特
性は各エンジンが個有の特性を有し同一にするこ
とが困難であるため、並列運転時には両発電機の
負荷率が均等に分担されない。そこでこの負荷率
を均一にし両発電機のトータル発電機容量いつぱ
いまでの使用を可能にするため、負荷分担装置が
用いられている。

従来一般に用いられている負荷分担装置及びそ
の方法を第１図および第２図で説明すると、第１
図は負荷分担装置のブロツク図で、エンジン発電
機の分担する有効電力Ｐは、発電機母線から変流
器CT₁，CT₃と変成器T₁₁，T₁₃を介して電流と電
圧の信号を得て有効電力検出回路Ａに入力して求
め、差動増幅回路Ｂに出力する。差動増幅回路Ｂ
では、信号線Ｓで供給される他の発電機（基準の
発電機）の分担電力信号と突合わせ、その結果を
判定回路Ｃへ印加する。判定回路Ｃでは、適当な
不感帯幅を持つて信号線Ｓの値より発電機の有効
電力の方が大きい場合は周波数下げリレー駆動回
路RYaをONとし、逆に小さい場合は周波数上げ
リレー駆動回路RYbをONとし、分担電力量が同
等になるように制御される。尚、Ra，Rcは抵抗
である。

上記有効電力検出回路Ａは第２図に示す回路
で、変流器CT₁、変成器T₁₁、ダイオードブリツ
ジSR、平均値回路Ｄ等から構成され、変流器
CT₁の出力電圧を変成器T₁₁の出力とダイオード
スイツチング回路SRでスイツチングし、その出
力を平均値回路Ｄで平均して有効電力を求めるも
ので、三相電力の場合はこの回路を２組用いる。
すなわち、電圧ｅおよび電流ｉをｅ＝√２
Esinωt、ｉ＝√２Isin（ωt＋Θ）とすれば変流器
CT₁の両端に接続された抵抗Rdの両端に発生す
る電圧eiは次式のようになる。

ei＝α・ｉ・Rd sin（ωt＋Θ） ただしαはCT比 この電圧eiを高抵抗Reとダイオードブリツジ
SR、変成器T₁₁で構成したダイオードスイツチ回
路を通すと、ev＞０のときep＝eiとなり、ev＜０
のときep＝０となるのでこれを平均値回路Ｄで
平均すると次式のようになる。

ｐ＝１／2π｛∫〓〓〓_t＝〓₀√２・α・Ｉ・R
₁sin（ωt＋Θ）dωt｝＝π／２α・Ｉ・Rd cosΘ 一方交流回路の電力ＰはEIcosΘで表わされる
ので、電圧epは電力Ｐに比例した値となり電力
が測定される。

以上説明したような構成を有する従来の負荷分
担装置における負荷分担方法では、抵抗、コンデ
ンサ、トランジスタ等の構成によつているため、
周囲の湿度や温度、電源電圧のノイズの影響を受
け易いとともに、アナログ処理であることと相俟
つて応答性も遅く制御精度が悪いばかりでなく力
率低下時の電力測定は実際上不可能である。ま
た、負荷分担する両発電機がほぼ同様のものでな
いと利用できないばかりか、回路が複雑なために
保守点検に手間がかかり、信頼性の面でもまた経
済性の面からも改善が望まれている。

本発明は上記の点に鑑み開発されたもので、簡
便な構成で精度が高く、かつ信頼性の高いエンジ
ン発電機の負荷分担方法を得ることを目的として
おり、その特徴とするところは負荷分担制御する
発電機の電圧信号と電流信号それぞれを、ゼロク
ロスとバツフア回路を介してマイクロコンピユー
タに入力する一方、両信号をレベル調整器、フイ
ルタおよびＡ／Ｄコンバータを介して直流のデジ
タル信号に変換してマイクロコンピユータに入力
し、ゼロクロスで出力変化した時点間を水晶発振
子を用いた発振回路のクロツクで計数して電圧と
電流の位相角を演算し、これとＡ／Ｄコンバータ
から得た発電機の電圧と電流とから発電機の有効
電力を演算し、これと基準の発電機の有効電力と
比較して周波数下げリレーまたは周波数上げリレ
ーへ指令制御するものである。

以下、本発明の一実施例を第３図乃至第５図に
基づいて説明する。

第３図は本発明の方法を説明するためのエンジ
ン発電機の負荷分担装置を示すブロツク図で、
ZC₁〜ZC₄はゼロクロス、BF₁〜BF₄はバツフア回
路、AT₁〜AT₄はレベル調整器、F₁〜F₄はフイ
ルタ、ADはＡ／Ｄコンバータ（アナログデジタ
ルコンバータ）、CPUはマイクロコンピユータ、
CRは水晶発振子、IC₅〜IC₆はバツフア、RY₁は
周波数下げリレー、RY₂は周波数上げリレーであ
る。尚１ａへ負荷分担制御させる発電機の電源線
から検知した入力電圧信号の端子、２ａは同じく
入力電流信号の端子、４ａは基準の発電機の電源
線から検知した入力電圧信号の端子、５ａは同じ
く入力電流信号の端子である。ここでゼロクロス
ZC₁とゼロクロスZC₂〜ZC₄、バツフア回路BF₁と
バツフア回路BF₂〜BF₄、レベル調整器AT₁とレ
ベル調整器AT₂〜AT₄、フイルタF₁とフイルタ
F₂〜F₄は同様のものである。

ゼロクロスZC₁は、端子１ａから入力電圧信号
を受けてその信号が零電位を通過するときに出力
変化を行わせるもので、演算増幅器OP₁、抵抗
R₁，R₂、ダイオードS₁，S₂から構成されており、
演算増幅器OP₁の負の入力端子には端子１ａから
の入力電圧信号を、また正の入力端子は零電位に
接続されている。

演算増幅器OP₁の出力は入力端子の極性でもつ
てそれぞれの入力端子に印加された電圧の和を無
限大倍増幅して出力されるので、演算増幅器OP₁
の出力端子には入力信号の切換わる零Ｖ電位のと
ころで出力信号レベルの切換わる動作が得られ
る。

ダイオードS₁，S₂は演算増幅器OP₁に一定値
（0.5〜0.7V）以上の電圧が印加しないようにする
ため、また抵抗R₁，R₂はダイオードS₁，S₂に流
れる電流値を制限するとともに、演算増幅器OP₁
の温度特性を良くするために設けられている。

バツフア回路BF₁はゼロクロスZC₁の出力信号
をマイクロコンピユータCPUに接続するもので、
マイナス極性出力を除去するダイオードS₃とゼロ
クロスZC₁の出力電圧信号（通常15V程度）をプ
ラス5V程度の信号に変換するバツフアIC₁で構成
されている。したがつてバツフア回路BF₁の出力
動作波形は第４図ｃに示すものが得られる。同様
に基準の発電機の電源線から検知した入力電圧信
号を端子２ａから受けてゼロクロスZC₂を介して
バツフア回路BF₂を通すとこの出力動作波形は第
４図ｄに示すものが得られる。尚、S₆，S₉，S₁₂
はダイオード、IC₂，IC₃，IC₄はバツフアである。

レベル調整器AT₁は端子１ａから電圧信号を
受けてＡ／ＤコンバータADの扱い易い信号でか
つ直流信号に変換するもので、演算増幅器OP₁₁、
抵抗R₁₁〜R₁₃、ダイオードS₂₁から構成されてお
り半波整流とレベルの変換を行つている。すなわ
ち演算増幅器OP₁₁を反転入力増幅器として用い、
入力抵抗R₁₁と帰還抵抗R₁₃の比でレベル変換を
行い（変換比＝R₁₃／R₁₁）、演算増幅器OP₁₁の出
力帰還回回路に挿入したダイオードS₂₁で半波整
流が行われる。なお抵抗R₁₂は演算増幅器OP₁₁の
動作安定のためのものである。フイルタF₁は入
力信号に含まれているリツプルを吸収し直流成分
のみの信号を出力させるものである。フイルタ
F₁を通した信号はＡ／ＤコンバータADに入力し
デジタル信号に変換しマイクロコンピユータ
CPUに出力される。

同様に端子２ａからの信号はレベル調整器
AT₂、フイルタF₂を通してＡ／ＤコンバータAD
に入力されアナログ信号をデジタル信号に変換さ
れマイクロコンピユータCPUに出力される（こ
の値は電圧の場合と同じく実効値に比例した値が
得られる）。一方、上記と同様に基準の発電機の
入力電圧信号端子４ａから信号を受けてゼロクロ
スZC₃、バツフア回路BF₃を介してマイクロコン
ピユータCPUへ出力するとともに、この信号は
レベル調整器AT₃、フイルタF₃、Ａ／Ｄコンバ
ータADを介してマイクロコンピユータCPUへ出
力される。

さらに基準の発電機の入力電流信号の端子５ａ
から信号を受けて、ゼロクロスZC₄、バツフア回
路BF₄を介してマイクロコンピユータCPUへ出力
するとともに、この信号はレベル調整器AT₄、
フイルタF₄、Ａ／ＤコンバータADを介してマイ
クロコンピユータへ出力される。ここでＡ／Ｄコ
ンバータADは、端子１ａ，２ａ，４ａ，５ａそ
れぞれの入力を切換えてデジタル信号化する、い
わゆるマルチプレクサ付のＡ／Ｄコンバータで、
マイクロコンピユータCPUからＡ／Ｄコンバー
タADへの矢印はマルチプレクサ選択信号線を示
すものである。

マイクロコンピユータCPUは入出力装置、演
算装置および記憶装置などからなり、これに水晶
発振子CRを用いた発振回路のクロツクが付設さ
れており、バツフア回路BF₁，BF₂，BF₃，BF₄
およびＡ／ＤコンバータADからの出力信号を入
力し、両発電機それぞれの電力を計測し、両者を
比較して差がある場合はバツフアIC₅またはバツ
フアIC₆へ出力する。

電力の計測は次のように行われる。

すなわち第４図ｃで示すバツフア回路BF₁の出
力変化（０→１または１→０）が生じた時点をス
タートにして、水晶発振子CRを用いた発振回路
のクロツクで計数を始め、次の方向の変化が生じ
た時点で計数を停止し、この結果計数T₁（第４図
ｃ）を求める。同様にして、バツフア回路BF₁の
出力変化が生じた時点をスタートにしてバツフア
回路BF₂の出力が同じ方向の変化を生ずるまでの
時間T₂（第４図ｄ）を求め、(1)式より電圧と電流
の間の位相角Θ₁を演算する。

Θ₁＝T₂／T₁×360（度） ……(1) なお(1)式で演算された値が０〜90゜のときは遅
相、90゜〜270゜のときは逆電力、270゜〜360゜のとき
は進相である。

次に(1)式で求めたΘ₁値とＡ／ＤコンバータAD
で得た電圧E₁と電流I₁より(2)式で有効電力Ｐを演
算する。

Ｐ＝K₁・E₁・I₁・cosΘ₁ ……(2) ただしK₁は比例定数 (2)式は単相の場合の有効電力であるが、三相の
場合は第５図に示す平衡三相負荷の回路で電圧と
してEu−v₁電流としてIvを用い、線間電圧と相
電流の差30゜分を考慮し(3)式で有効電力P₁を求め
ることができる。

P₁＝K₁・E₁・I₁cos（Θ₁−30） ……(3) 一方基準の発電機の電力P₂は、同様にしてバ
ツフア回路BF₃，BF₄の出力変化より電圧と電流
の位相角Θ₂を求め、Ａ／ＤコンバータADで得た
電圧E₂と電流I₂から(4)式で求める。

P₂＝K₂・E₂・I₂cos（Θ₂−30） ……(4) K₂は定数 次に上記演算した両発電機に分担されている電
力P₁，P₂を比較し、P₂−P₁の値が許容値以上の
場合はバツフアIC₅を介してリレー制御電圧に増
幅し、周波数下げリレーRY₁をONとし、エンジ
ン調速機のモータを駆動してエンジン回転数を減
少させる。

またP₁−P₂の値が許容値以上の場合はバツフ
アIC₆を介して周波数上げリレーRY₂をONとす
る。これにより両発電機の分担電力が同じくなる
ように制御される。なお両発電機の容量が異る場
合はそれぞれの公称容量PS₁，PS₂でそれぞれの
分担電力P₁，P₂を除して比較し両発電機の負荷
分担率が同じくなるように制御される。

上記説明した負荷分担方法は、基準の発電機の
垂下特性が不明な場合でも使用できるように構成
したが、例えば一方の発電機に電力P₁を計測す
るゼロクロスZC₁，ZC₂、バツフア回路BF₁，
BF₂、レベル調整器AT₁，AT₂、フイルタF₁，
F₂、Ａ／ＤコンバータAD₁、マイクロコンピユ
ータCPU₁を有し、他の発電機（基準とする発電
機）に電力P₂を計測するゼロクロスZC₃，ZC₄、
バツフア回路BF₃，BF₄、レベル調整器AT₃，
AT₄、Ａ／ＤコンバータAD₂、マイクロコンピユ
ータCPU₂を有して両発電機の電力がデジタルで
計測できる場合は、バツフア回路BF₃，BF₄と
Ａ／ＤコンバータAD₂からの信号をマイクロコン
ピユータCPU₁に入力するか、第３図に示す如く
コンピユータCPUに設けた出力端子６ａから電
力信号をもらうようにすればよい。

また上記のように発電機それぞれにデジタル化
した電力を計測する装置を備えた場合には、それ
ぞれのマイクロコンピユータCPUに予め基準と
なる調速機の垂下特性を設定して、これと比較し
てそれぞれの発電機の周波数上げまたは周波数下
げリレーを制御することもできるし、基準の発電
機の垂下特性が予め測定できれば、負荷分担制御
する発電機のマイクロコンピユータCPUにこれ
を記憶させて負荷分担制御を行うこともできる。

以上説明したように本発明に係るエンジン発電
機の自動負荷分担方法は、発電機の有効電力をデ
ジタル信号で処理するので、温度、湿度等の周囲
条件の影響が少なく信頼性が高いと共に、構成が
簡便で調整も不用であり保守管理も容易である。
また発電機の電圧と電流の位相差を水晶発振子を
用いた発振回路のクロツクで計測しているので、
精度が極めてよく応答性が高くなり負荷分担動作
が迅速である。さらに第３図に示した実施例によ
れば、相手発電機の垂下特性が不明でも簡便に負
荷分担ができ、また有効電力のみならず無効電力
や力率や簡便に求めることができるので、より精
度の高い負荷分担も可能であるなど優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来用いられている可搬型のエンジン
発電機における負荷分担装置を示すブロツク図、
第２図は電力検出回路Ａの回路図、第３図は本発
明の方法を説明するための自動負荷分担装置を示
すブロツク図、第４図は本発明の方法における動
作波形の説明図で、ａ，ｂは両発電機から得た電
圧信号波形、ｃ，ｄはバツフア回路BF₁，BF₂の
出力波形、第５図は平衡三相負荷ベクトル図であ
る。 １ａ，２ａ，４ａ，５ａ，６ａは端子、ZC₁〜
ZC₄はゼロクロス、BF₁〜BF₄はバツフア回路、
AT₁〜AT₄はレベル調整器、F₁〜F₄はフイルタ、
ADはＡ／Ｄコンバータ、CPUはマイクロコンピ
ユータ、IC₅，IC₆はバツフア、CRは水晶発振子、
RY₁は周波数下げリレー、RY₂は周波数上げリレ
ーである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 負荷分担制御する発電機の電圧信号および電
   流信号それぞれを、零電位を通過するとき出力変
   化を行ない矩形波を得るゼロクロスとマイナス極
   性を除去するバツフア回路を介してマイクロコン
   ピユータに入力する一方、前記両信号それぞれを
   Ａ／Ｄコンバータの扱い易いレベルの直流信号に
   変換するレベル調整器およびフイルタとデジタル
   信号に変換するＡ／Ｄコンバータを介してマイク
   ロコンピユータに入力し、発電機電圧のゼロクロ
   ス信号出力の変化があつた時点より、次の変化が
   あつたまでの時間を水晶発振子を用いた発振回路
   のクロツクで計数するとともに、上記発電機電圧
   のゼロクロス信号出力の変化があつた時点より発
   電機電流のゼロクロスで同じ変化があるまでの時
   間を計数して電圧と電流の間の位相角を演算し、
   これとＡ／Ｄコンバータから得た発電機電圧と発
   電機電流とから発電機の有効電力を演算し、これ
   と基準の発電機の有効電力と比較して周波数下げ
   リレーまたは周波数上げリレーへ指令制御して負
   荷分担することを特徴とするエンジン発電機の自
   動負荷分担方法。