JPS6123760B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自励発電機用自動電圧調整器に係る。
今日最も多く使用されている自励交流発電機には
大別して、サイリスター方式（以下SCR方式と
呼ぶ）と自励複巻方式がある。

自励複巻方式ではリアクター及CT，PT，を使
用するもので、原動機の回転速度の変化の２乗に
比例して電圧が変化しSCR方式では回転数が変
化してもほぼ一定の電圧を保つが、定格容量に近
い負荷を急に加えた場合、（例えば誘導電動機）
を起動するとき）、あるいは瞬時過負荷となる場
合、電圧が急に零になる。SCR方式では負荷を
かけた状態では起動できないためいつたん無負荷
状態に戻してから、起動スイツチ回路を用いて再
起動する必要がある。

この起動スイツチ回路の構成はいろいろある
が、整流器からSCRをさけてリレーなどを通し
て界磁巻線をオンする方式や、別に初期励磁専用
の整流器を設けてその出力電圧を界磁巻線に直接
印加する方式がある。

いずれにしてもSCR方式では発電機の残留磁
気のみで自己発電させることはできないため、界
磁巻線を強制的に100％通電するための起動スイ
ツチは不可欠である。

この種の制御方式には、周波数一定制御、オン
時間一定制御、オフ時間一定制御等があるがすべ
てこのような用途の起動スイツチを必要としてい
る。

これらの欠点を補うためには回路が複雑高価と
なり、その結果大起動電流誘導機を刃型開閉器で
直接起動するには応用範囲が著しく狭められ、
SCRの発達した今日においても自励複巻方式が
主流をなしている。

本発明は、SCR方式と自励複巻方式の特性を
同時にそなえ、負荷の急激な変動、回転数の変化
および力率の変化に対し、常に所定の範囲内に於
て一定の電圧を保つことのできる自励発電機用自
動電圧調整器に係る。

第１図において可変抵抗３は、交流制御素子
（Ｓ素子と呼ぶ）４のゲート電極と、発電機１の
出力線間に並列接続される整流器７の正極側と、
の間に接続され、規定の電圧でＳ素子４を点弧さ
せるためのゲート抵抗である。Ｓ素子４はたとえ
ばSCR（シリコン制御整流器）である。

Ｓ素子４は整流器７の正負両極間に無負荷界磁
巻線５と並列に抵抗もしくはインピーダンス６
（抵抗値をＲとする）を経て接続される。整流器
７の負極側とＳ素子４のゲート電極との間にコン
デンサ２が接続される。無負荷界磁巻線５はＳ素
子の両極間にダイオード１２と直列に接続され無
負荷の界磁電流を通し、負荷界磁巻線９は負荷回
路に直列に接続され、負荷電流を整流して負荷に
必要なアンペアターン（以下ATと呼ぶ）を補
う。

第１図に示す自動電圧調整器の動作は次のとお
りである。

Ｓ素子のターンオン（トリガー）レベルはゲー
トの可変抵抗３で決定される。即ち、整流器７の
全波整流電圧波形が可変抵抗３で設定される電圧
レベルＶを超えるとＳ素子はターンオンする（ピ
ークが電圧レベルＶを超えない整流電圧出力に対
してはＳ素子は完全にオフとなる）。そして、理
論的には全波整流電圧波形がその谷（電圧零近
く）に達すると、Ｓ素子のアノード・カソード間
電流は保持電流以下になるためターンオフするは
ずであるが、後述するように無負荷界磁巻線５に
は全波整流電圧と位相の異なるクロス電圧が発生
する。ここにおいて、ダイオード１２がないと、
Ｓ素子にクロス電流が流れこむため、このクロス
電流が保持電流より大きい場合には全波整流電圧
波形の谷においてＳ素子はターンオフすることが
できず、常時導通してしまう。次に発電機の電圧
（電源電圧）が一定に制御されることについて説
明する。

発電機１の電圧が希望の値に達したときＳ素子
４が点弧して導通状態となるように抵抗３をあら
かじめ調整しておくこと、発電機の電圧が規定の
電圧以上になると、Ｓ素子はオンとなりそれ以下
になるとオフとなる。

Ｓ素子４がオンとなると、Ｓ素子の回路には抵
抗６で定まるところの電流lf_Sが流れて、lf_S×Ｒ
の電圧降下がさらに生ずる。すなわち界磁巻線５
の電圧がさらにlf_S×Ｒだけ低下しその界磁巻線
５のATが少くなる。したがつて電源電圧は低く
なる。

また、規定電圧以下になると、Ｓ素子４はまた
もとのオフとなり、再び電源電圧は上昇する。こ
れをくり返して、電圧を一定の値に保つ。

即この電流lf_Sは電圧の低下（あるいは上昇）
に対して減少（増加）することによつて、抵抗器
６の電圧降下を小さく（大きく）し、これによ
り、界磁巻線５の両端に加わる電圧を上昇（低
下）させ、界磁電流lf₁を増加（減少）させる働
きがありＳ素子に流れる電流lf_Sは電圧の変動に
対してのみその変動を補償する界磁電流lf₁が流
れるよう変化する。これはＳ素子４を界磁巻線５
と並列に接続し、この並列回路を直列に抵抗器６
を挿入するという本発明による構成により得られ
る効果であつて、従来のものには見られない特徴
である。

次に負荷界磁巻線９の動作を説明する。負荷に
必要な全体的ATを無負荷励磁だけに必要なAT
（以下AT_Oという）と、負荷電流だけによるAT
または電機子反作用と電機子抵抗による電圧降下
とを補償するのに必要なAT（以下AT_L）とい
う）に分ける。無負荷界磁巻線５だけしか具備し
ない場合にはAT_OとAT_Lとの両方を無負荷界磁
巻線５の電流lf_Iで作らなければならない。すな
わち、負荷界磁巻線９がない場合には無負荷にお
いても電流lf_Sを流しておき、負荷がかかつたと
きに電流lf_Sを減少することにより、実質的に無
負荷界磁巻線電流を負荷に比例して増加して、
lf_S・Ｒによる抵抗６の両端における電圧圧降下
を少なくさせる必要がある。AT_Lは負荷に比例
するので負荷界磁巻線９を設けることによつて負
荷界磁巻線９へ負荷に比例した電流を流すことに
より負荷に比例したAT_Lを作ることができる。
したがつて負荷界磁巻線９でAT_Lを作ることに
よつて無負荷界磁巻線５はAT_Oを補償するだけ
で負荷時無負荷時の電圧Ｖを一定にできる。この
ようにすれば、電流lf_Sは回転数または力率など
によるわずかな励磁電流の変化だけを考慮すれば
よいことになり電源波形に著しいひずみを発生す
るようなことがなくなる。

コンデンサ２の目的は、負荷などにより、波形
にパルスが発生したとき、Ｓ素子４を保護すると
同時に、誤動作を防ぐことにある。

一般のSCR方式では界磁抵抗器６がないの
で、低速になればなるほど、負荷が増せば増すほ
ど界磁電流lfも増加しながら出力電圧を一定に保
つ。その界磁電流は界磁巻線抵抗Rfで定まると
ころのlf_nax＝Ef／Rfまで増加し続ける。しか
し、Efは一定でRfは低い抵抗値であるため界磁
巻線５は焼損する。それでなんらかの保護装置が
必要である。

本発明でも低速になれば、無負荷界磁電流lf_I
が増加して電源電圧を一定に保つ。しかし、本発
明においては回転が下がりlf_S＝０の時点までは
Ｖは一定であるが、この限度を越え更らに回転が
下がれば通常の発電機と同様Ｖは垂下特性とな
る。

したがつて、残留磁気のみで自励複巻方式同様
自動起動可能である。

次に、本発明においてダイオード１２を設けた
ことの理由を説明する。

第１図において、無負荷界磁巻線５と負荷界磁
巻線９とは共通の鉄心に近接して巻かれている。
したがつて、ダイオード１２がない場合負荷界磁
巻線９に流れる電流lf₂の誘導作用によつて無負
荷界磁巻線に第１図に示すようなクロス電流Ｉ_c
が流れる。クロス電流Ｉ_cの位相は整流器７から
抵抗器６を介してＳ素子４に印加される位相と一
般に異なる。これは、クロス電流が界磁の自己リ
アクタンス、相互リアクタンスなどによるタイム
ラグ、波形の歪み、電機子反作用、雑音電圧、静
電誘導、高調波、界磁巻線、界磁電圧の反作用等
の影響を受けるためである。したがつて、ダイオ
ードがない場合にはクロス電流Ｉ_cが、整流器か
らＳ素子を通る電流lf_Sの零点において、このＳ
素子に流れ込むため、Ｓ素子はターンオフするこ
とができず導通状態を続ける。即ちlf_Sが整流器
の出力電圧の大小にかかわらず流れ続ける。この
電流により抵抗器６に生じる大きな電圧降下のた
め、無負荷界磁巻線５の両端電圧は急激に減少
し、その起磁力AT_pも急速に減少する。この結
果、発電機電圧が急激にダウンするという現象が
生じる。

上述のクロス電流Ｉ_cの周期や位相が整流器７
からＳ素子を通る電流lf_Sと全く同一であれば問
題ないのであるが、そのようなことはめつたにな
いので上記現象が通常運転において起こりやすい
のである。

ダイオード１２を、無負荷界磁巻線５に直列に
接続することにより上記クロス電流は阻止される
ため発電機のダウン現象は阻止される（換言すれ
ば、このようなダウン現象が発生した状態でダイ
オード１２を挿入した場合、正常な電圧に復帰す
る）。

即ち、界磁巻線５の電流波形はダイオードの順
方向電圧のため、第２図に示すように零点がαだ
け広くなる。したがつて、整流器よりＳ素子に流
れる電流lf_S波形の谷においてＳ素子には上記ク
ロス電流が流れない（第２図のα期間）のため、
アノードカソード間電流は確実に保持電流以下と
なり、ターンオフする。

最後にこの発明の効果を列記する。

Ａ 原動機の回転数が変化しても所定の範囲内に
於ては規定の電圧を保つ。

Ｂ 負荷及力率が変化しても所定の範囲内に於て
は電圧はほとんど変動しない。

Ｃ 過負荷に耐える。したがつて、起動電流の大
きい誘導機の起動に適している。

Ｄ どのような急激な負荷をかけても、SCR方
式でよく見られるような、急激な発電機電圧の
ダウン現象は発生しない。

Ｅ 起動専用の装置が不用、即雑留磁気で自動起
動可能。

Ｆ 無線障害が少ない。

Ｇ 第１図の実施回路例からもわかる様に、装置
が簡単なる故、価格が安い。

Ｈ 界磁巻線の焼損を自動的に防止する。

Ｉ 交流制御装置を自動的に保護する。

Ｊ 発電機の停止時に全負荷をかけ、そのままの
状態で定格回転に近づけても定格電圧がでる。

前記の効果のうちＣ，Ｄ，Ｅ，Ｈ，Ｉ，Ｊは従
来のSCR方式では不可能あるいは製作困難であ
つた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動電圧調整器の一実施例の
概略結線図、第２図は界磁電流波形の説明図。 ４…交流制御素子、５…無負荷界磁巻線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複巻自励交流発電機において、発電機の出力
   端子間に接続された出力電圧を検出する全波整流
   器の出力端子間に無負荷界磁巻線と並列回路を成
   す交流制御用素子を設けること、この交流制御用
   素子のゲート電極を調整可能の抵抗を経て上記整
   流器の出力端子の正極側に接続すること、このゲ
   ート電極と上記整流器の負極側との間にコンデン
   サを接続すること、上記並列回路と上記整流器の
   出力端子との間に抵抗もしくはインピーダンスを
   設けるか、又は上記整流器の入力側に抵抗もしく
   はインピーダンスを設けること、上記発電機の出
   力端子間に接続された出力電圧を検出する全波整
   流器の出力端子間に負荷界磁巻線を接続するこ
   と、及び上記無負荷界磁巻線と直列にダイオード
   を接続すること、により構成される自動電圧調整
   器。