JPH0611200B2

JPH0611200B2 - リラクタンス発電機の交・直電源供給装置

Info

Publication number: JPH0611200B2
Application number: JP59193100A
Authority: JP
Inventors: 英男河村; 正深尾
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPS6173597A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、リラクタンス発電機の交・直電源供給装置に
関する。

（従来技術）自動車や船舶等、外部から電力供給を受けることの出来
ない交通期間では、原動機を含めて電力用機器の小型、
軽量化が要求されている。

このような電力用機器の小型、軽量化の要求に対して、
数万ｒｐｍ〜数十万ｒｐｍの超高速発電機が開発されて
いるが、超高速発電機においては同期型発電機を用いる
と、強大な遠心力により、ロータと界磁電流供給源との
間に設けるブラシが破損することがある等の問題を生じ
る。

また、誘導型発電機を用いると、特に高速回転用に適し
ているかご型ロータを有する場合には、二次導体や短絡
環はアルミニウムを鋳込んで構成しているため、高速回
転時に二次導体が短絡環や鉄芯から剥離して、遂にはロ
ータが破壊に至るという問題があった。

これに対して、リラクタンス発電機は、究極同期発電機
から界磁巻線を取り除いたもので、界磁巻線で励磁する
替りに、電機子巻線に進相電流を流して、電機子反作用
の増磁作用を利用して同期発電機として動作させる。こ
のため、回転子の構造が簡単になり超高速発電機として
好適な発電機ということができる。

次に、リラクタンス発電機の特性について説明する。第
４図は、一般的な究極型同期発電機のベクトル図であ
る。

但し、Ia：電機子電流 Id：電機子電流の直軸分（直軸電流） Iq：電機子電流の横軸分（横軸電流） Xd：直軸リアクタンス Xq：横軸リアクタンスｒ：巻線抵抗 Da：電機子電圧 Eo：界磁電流による誘導起電力リラクタンス発電機は、同期発電機から界磁巻線を取り
除いたものであるから、界磁電流による誘導起電力Ｅｏ
を０とし、電機子電流IaをEaに対して進相すると、第５
図のベクトル図が得られる。

このベクトル図より、 Ia・cosθ＝Iq ……(1) Is・sinθ＝Id ……(2) Va・cosδ＝Xd・Id ……(3) Va・sinδ＝Xq・Iq ……(4) が得られ、リラクタンス発電機の有効出力Ｐはとなる。

ここで、リラクタンス発電機の出力側には、負荷によら
ず必要な励磁電流が供給できる遅相電流源（進相電流の
吸収源）が必要となる。従って、リラクタンス発電機の
出力側は、一般的に第６図にように表わすことができ
る。このときの負荷ＲＬ′での消費電力Ｐ＝３Ｖ^２／Ｒ
Ｌ′は、（５）式の有効出力と等しいので、電機子電圧
Vaに無関係に次式が成立する。

即ち、横軸リアクタンスXq、及び直軸リアクタンスXdが
定まれば、負荷抵抗ＲＬ′によって位相角δが決まり、のときＲＬ′は最小値、従って、最大出力時の等価負荷
抵抗が決定される。ここで、を（５）式に代入して整理すると、最大有効出力が得られる。従って直軸リアクタンスXdが大きく、かつが小さい程、最大有効出力は大きくできる。

第７図は、リラクタンス発電機に用いる回転子の一例
で、略Ｉ字形の形状として、直軸リアクタンスXdを大き
く、横軸リアクタンスXqと直軸リアクタンスの比を小さくしている。即ち、第８図（ａ）のようにロータ
の回転位置コイル軸との方向が一致すると、コイルの作
る磁束は実線矢印を通るため、磁路の磁気抵抗は小さ
く、従ってコイルの自己インダクタンスＬ_１が大きくな
る。また、第８図（ｂ）のようにロータの回転位置とコ
イル軸とが直交する場合には、磁路の磁気抵抗は大き
く、コイルのインダクタンスは小さくなる。これより、
ロータの形状としてｄ軸方向で磁気抵抗が小さく、ｑ軸
方向で磁気抵抗が大きい第７図のようなものが望ましい
ことになる。

（従来技術の問題点）このようなリラクタンス発電機において、進相電流を流
す方法として、従来は進相コンデンサを用いていたが、
コンデンサ容量が大きくなり、また、可変回転数、可変
負荷に対しては、コンデンサの容量制御が十分に行ない
という問題があった。また、この種のリラクタンス発電
機において、発電機負荷重電流を直流負荷を交流負荷の
いずれにも同時に電源を供給できる有効な手段が講じら
れていなかった。

（本発明の目的）本発明の目的は、リラクタンス発電機の負荷回路に電圧
形インバータを接続し、回転子の回転位置と負荷電流を
検出することにより、インバータを制御して、電機子電
流を無負荷起電力に対して90度進ませるようにすると共
に、発電機負荷電流を直流負荷と交流負荷のいずれにも
同時に供給できるようにした、リラクタンス発電機の交
・直電源供給装置を提供することにある。

（発明の概要）本発明のリラクタンス発電機の交・直電源供給装置は、
回転軸に直交する一方向の磁気抵抗が小さく、この方向
に直交する方向の磁気抵抗が大きい略Ｉ字型の回転子を
具備するリラクタンス発電機において、回転子と固定子
との相対的位置を検出する位置検出器と、発電機負荷電
流検出器の信号により、負荷電流の直軸電流を演算し、
得られた直軸電流に基づいて、無負荷誘導起電圧に対し
て所定の遅れ位置角で発電機の出力側に接続した電圧形
インバータを付勢して、回転子位置に応じて無負荷誘導
起電圧に対して９０度進相の電機子電流を流すように制
御すると共に、リラクタンス発電機の出力端において前
記電圧形インバータに対して並列に切替スイツチを介し
て交流負荷回路を接続したことを特徴とするものであ
る。

（実施例）以下、図により本発明の実施例について説明する。第１
図は、本発明のリラクタンス発電機制御装置の概略のブ
ロック図である。図において、第７図に示したような略
Ｉ字形の形状の回転子を有するリラクタンス発電機２
は、タービン等の原動機１により駆動される。ルラクタ
ンス発電機の回転子と固定子巻線との相対位置は位置検
出器３により検出され、パルス成形回路に入力される。
パルス整形回路で整形された位置信号は論理回路５を通
して、出力信号Pu、Pv、Pwを直軸電流検出回路８に送
る。また、論理回路５の他の出力信号は三角波発生回路
12及びインバータ駆動信号発生器14に送られる。また、
リラクタンス発電機の出力側には、変流器CTu6、CTw6′
を設け、Ｕ相及びＷ相の発電機出力電流を検出する。変
流器６、６′の出力電流は、電流増幅演算回路７に入力
されて、Ｖ相の出力電流Ivを、ｖ＝（ｕ＋ｗ） ……(8) により演算して求められる。電流増幅演算回路７の出力
信号は直軸電流検出回路８に送られ、論理回路５の出力
信号Pu、Pv、Pwにより出力電流中の直軸電流Idを求め、
誤差増幅回路９において、直軸電流基準発生器10で設定
された直軸電流の基準値Idoとの誤差を求め、誤差信号
を比較回路１３に送る。比較回路13では、三角波発生回
路12の出力信号と直軸電流の誤差信号から、第４図のベ
クトル図における無負荷誘導起電力と電機子電圧の位相
角がδとなるようにインバータ駆動信号発生器14を付勢
し、電圧形インバータ15を駆動する。

電圧形インバータの出力側には手滑コンデンサＣ_０と、
ダイオードＤ、スイッチＳ₁、直流電源E_sよりなる始動
回路16及び負荷ＲＬを接続する。また、発電機の出力側
には、切替スイッチ17、制御装置１８を介して交流負荷
19を接続する。

第２図は、リラクタンス発電機の出力電流に含まれる直
軸電流Idを検出するための回路図の一例である。変流器
６、６′で検出されたＵ相及びＷ相の発電機出力電流、
即ち負荷電流は、それぞれ電流増幅演算回路７の演算増
幅器ＯＰ₁、ＯＰ₂に入力され、ＯＰ₁、ＯＰ_２の出力の
反転加算を演算増幅器ＯＰ_３で行ない、即ち（８）式の
演算によりＶ相の出力電力を求める。各相の発電機出力
電流は、直軸電流検出回路８のアナログスイッチＳ
ｗ₁、Ｓｗ₂、Ｓｗ₃、を通して演算増幅器ＯＰ_４で加算
され、ローパスフィルタから直流分のみ、即ち、直軸電
流Idを取り出す。アナログスイッチは、論理回路の出力
Pu、Pv、Pwが１のときにオンするように構成される。従
って、各相の負荷電流Iu、Iv、Iwが、対応する相電圧e
u、ev、ewと同相の場合には、直軸電流Idは０となる、
また、各相の負荷電流に、相電圧に対して９０度の進流
電流が含まれている場合には、直軸電流Idは90度進み成
分に比例する。

いま、定常状態において各相の負荷電流の基本波成分Ｉ
ｕ₁1、Ｉｖ_1、Ｉｗ_１のうち、各相電圧と同相成分の振幅
をI₁ｑ、90度進相成分の進幅をI₁q、90度相成分の進幅
をI₁ｄとすると、次式が成立する。

また、超電力成分P₁₁、P₂₁、P₃₁の基本波成分は、となる。直軸電流Ｉｄは、 Id＝Iu₁・P₁₁＋Iv₁・P₂₁＋Iw₁・P₃₁……（11）の直流分であるので、（９）、（10）式を代入して、として求めることができる。

第３図は、本発明のリラクタンス発電機制御装置の特性
図ある。各相の無負荷誘導起電力eu、ev、ewは第３図
（ａ）のように表わされる。第３図（ｂ）は、位置検出
器３の出力波形で、各相電圧の零点及び正負の最大値で
図示のような瞬時パルスを発生する。第３図（ｃ）はパ
ルス整形回路４の出力波形で、位置検出器の各相電圧の
零点で発生されるパルスを整形する。第３図（ｄ）は、
論理回路５の出力信号で、各相のパルス幅を有する信号が得られる。第３図（ｆ）は、
比較回路13の出力信号δ（第５図の位相角）を設定する
特性の説明で、第２図で得られた直軸電流Idと、直軸電
流基準発生器10で設定される基準値Id₀とを比較して得
られた誤差信号Id_eのレベルと、三角波発生回路12で形
成された三角波との交点を求め、これによって位相角δ
を求める。第３図（ｇ）は、インバータ駆動信号発生器
14から電圧形インバータ15を駆動する信号Putの波形
で、信号Putにより電圧形インバータを駆動することに
より、無負荷誘導起電圧に対して90度進相の電機子電流
を制御する。

次に、リラクタンス発電機の運転制御について説明す
る。リラクタンス発電機を原動機１により駆動し、始動
回路１６のスイッチＳ_１をオンにして、直流電源Esを付
勢し、インバータ15を介してリラクタンス発電機の初期
励磁を行なう。リラクタンス発電機の端子電圧が確立し
て電源電圧Es以上となると、始動回路のダイオードＤは
逆バイアスされ、スイッチＳ_１をオフにして電源Esをイ
ンバータより切り離し、直流電力を負荷ＲＬに供給す
る。また、必要により切替スイッチ１７をオンとし、交
流負荷に電力を供給する。リラクタンス発電機の回転子
と固定子の相対位置は位置検出器３で検出され、また、
発電機の出力電流は変流機６により検出され、直軸電流
Idを演算して、無負荷起電力に対してδ遅れ位相のパル
スを電圧形インバータに供給して、各相負荷電流即ち電
機電流の９０度進相電流を制御する。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は、略Ｉ字形の回転子を有
するリラクタンス発電機において、回転子と固定子との
相対位置を検出する位置検出器と、負荷電流検出器の信
号より直軸電流を演算し、無負荷誘導起電圧に対して所
定の遅れ位相角で電圧形インバータを付勢することによ
り、回転子位置に応じて、無負荷誘導起電圧に対して90
度進相の電機子電流を流すように制御しているので、切
替スイッチを投入して交流負荷に電力を供給するなどし
て負荷変動が生じても、安定して進相電流を制御するこ
とができる。また、切替スイッチを投入することによ
り、発電機出力の一部を交流負荷にも同時に供給し、直
流負荷と交流負荷の双方に同時給電することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略のブロック図、第２図は直軸電流
の検出回路、第３図は特性図、第４図、第５図はベクト
ル図、第６図はリラクタンス発電機の負荷回路、第７図
は回転子の構成図、第８図は説明図である。１……原動機、２……リラクタンス発電機、３……位置
検出器、４……パルス整形回路、５……論理回路、６、
６′……変流器、７……電流増幅演算回路、８……直軸
電流検出回路、９……誤差増幅回路、13……比較回路、
14……インバータ駆動信号発生器、15……電圧形インバ
ータ、16……始動回路、17……切替スイッチ、18……制
御装置、19……交流負荷。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に直交する一方向の磁気抵抗が小さ
く、この方向に直交する方向の磁気抵抗が大きい略Ｉ字
型の回転子を具備するリラクタンス発電機において、回
転子と固定子との相対的位置を検出する位置検出器と、
発電機負荷電流検出器の信号により、負荷電流の直軸電
流を演算し、得られた直軸電流に基づいて、無負荷誘導
起電圧に対して所定の遅れ位相角で発電機の出力側に接
続した電圧形インバータを付勢して、回転子位置に応じ
て無負荷誘導起電圧に対して９０度進相の電機子電流を
流すように制御すると共に、リラクタンス発電機の出力
端において前記電圧形インバータに対して並列に切替ス
イッチを介して交流負荷回路を接続したことを特徴とす
るリラクタンス発電機の交・直電源供給装置。