JP4097106B2

JP4097106B2 - Generator

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Publication number: JP4097106B2
Application number: JP01395199A
Authority: JP
Inventors: 政史中村; 元寿清水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: JP2000217397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機に関し、特に、２系統のインバータ装置を有するデュアル・ボルテージ・インバータを備えた発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流を所望周波数の交流に変換するインバータ装置を備えた発電機が知られており、さらに、一つの発電機に２台のインバータ装置を設け、これらを並列接続することによって２倍の電力を得るようにした発電機も知られている。例えば、特開平８−２０５５４３号公報には、２台のインバータ装置を安定的に並列運転できるようにしたインバータの運転装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記インバータ装置を有する発電機において、２段階の出力電圧を得たいという要請がある。インバータ装置を有する発電機において、整流器の出力つまりインバータ回路に入力される直流電圧を２段階に切換えることで、例えば１２０ボルトと２４０ボルトの２種類（２段階）の交流出力電圧を得ることが可能である。
【０００４】
しかし、このように直流電圧を２段階で切換える場合、インバータの耐圧や出力電流容量は、高い方の出力電圧つまり上述の例では２４０ボルトに対応させなければならないため、インバータ回路が大型化するし、電解コンデンサやチョークコイル等のいわゆるパワー部品も大型化する。
【０００５】
そこで、２台のインバータ装置を直列運転することによって２段階の交流出力電圧を得ることが考えられる。図８は２台のインバータ装置を直列接続して交流を得る場合の接続図である。図８に示すように、発電機Ｇで発電された電力に基づいて１２０Ｖの交流を出力することができるインバータ装置Ａ，Ｂを直列接続することによって、１２０Ｖと２４０Ｖの２段階の出力電圧を得ることができる。
【０００６】
ところで、このように２系統のインバータ装置を接続した場合、各系統について漏電遮断器を設けなければならない。図９は従来の漏電遮断器を組み込んだ発電機の構成を示す回路図である。同図において、発電機１００の出力側には漏電遮断器１１０が設けられ、この漏電遮断器１１０を介して電力取出用のコンセント１２０が接続されている。漏電遮断器１１０には、検出部１２１および動作部１２２が設けられている。検出部１２１は発電機１００の出力線上に設けられた変流器（ＺＣＴ）１２１ａおよび発振コイル１２１ｂ、ならびにこれらの検出信号に基づいて前記動作部１２２のリレーコイル１２２ａを付勢する制御部１２１ｃを有している。動作部１２２の接点１２２ｂは「通常閉」であり、制御部１２１ｃによってリレーコイル１２２ａが付勢されると「開」となる。
【０００７】
前記漏電遮断器１１０は一体のユニットとして製造・販売されているため大型・高価であり、これを外付けすると発電機全体の大型化を招く。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、２系統のインバータ装置のいずれで漏電が生じた場合にもそれを検出することができる小型簡易かつ低価な漏電遮断装置を有する発電機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、インバータ装置を有する発電機において、前記インバータ装置の出力端子間の第１の抵抗分圧およびアースラインを基準とする第２の抵抗分圧の差を検出する分圧差検出手段と、前記抵抗分圧の差がしきい値以上であった場合に漏電検出信号を出力する判別手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【００１０】
また、本発明は、２系統のインバータ装置を有する発電機において、前記２系統のインバータ装置を直列または並列に接続を切換える直列・並列切換手段と、前記２系統のインバータ装置のうちの一方について出力端子間の第１の抵抗分圧およびアースラインを基準とする第２の抵抗分圧の差を検出する分圧差検出手段と、前記抵抗分圧の差がしきい値以上であった場合に漏電検出信号を出力する判別手段とを具備した点に第２の特徴がある。
【００１１】
第１の特徴によれば、漏電が発生した場合に、前記２つの抵抗分圧に違いが生じるので、この違いが予定値以上あった場合に漏電検出信号が出力される。また、第２の特徴によれば、２系統のインバータ装置を備えた場合であっても、いずれかの出力端子に関して前記抵抗分圧を検出することによって、２系統の出力段のどこで漏電が生じた場合にも、それを検出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る正弦波インバータ発電機（以下、単に「発電機」という）の構成を示すブロック図である。同図において、発電機１は、エンジン２と、エンジン２で駆動される発電機本体３と、発電機本体３の出力を正弦波に変換する２系統のインバータ装置４，５と、インバータ装置４，５の出力を直列または並列に接続する直列・並列切換部６とを有する。すなわち、インバータ装置４，５の出力端子Ｔ４１，Ｔ４１ならびにＴ５１，Ｔ５１は直列・並列切換部６を介して外部端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に引き出される。
【００１３】
発電機本体３は固定子に巻回された３相出力巻線（図示しない）を有している。この３相出力巻線に対応して多極の永久磁石からなる回転子（図示しない）が設けられ、この回転子はエンジン２によって回転される。
【００１４】
インバータ装置４は、サイリスタ回路４００ａおよびコンデンサ４００ｂを含む直流電源回路すなわちコンバータ回路４００、ならびにインバータ回路４０１およびフィルタ回路４０２からなるパワー部と、発電機本体３の出力を正弦波変換する制御部４１とを備える。同様に、インバータ装置５は、サイリスタ回路５００ａおよびコンデンサ５００ｂを含む直流電源回路５００、ならびにインバータ回路５０１およびフィルタ回路５０２からなるパワー部と、発電機本体３の出力を正弦波変換する制御部５１とを備える。
【００１５】
また、インバータ装置４，５の出力電圧および出力電流を測定するための電圧検出回路７，８と電流検出回路９，１０とが設けられている。制御部４１，５１はマイクロコンピュータで構成され、互いに通信線１１で繋がれている。通信線１１を通じて、インバータ装置４，５を互いに同期運転するための制御信号および同期信号等が送受される。
【００１６】
サイリスタ回路４００ａ，５００ａは、半導体整流素子であるサイリスタをブリッジに組んだものであり、該サイリスタの導通を制御することによって発電機本体３から入力される高周波の３相交流を整流する。整流によって得られた直流の電圧はサイリスタ回路４００ａ，５００ａに含まれるサイリスタの導通角によって制御される。すなわち、予め設定された目標値よりもコンバータ回路の出力電圧が低い場合は、サイリスタの導通角を増大させる。コンデンサ４００ｂ，５００ｂはサイリスタ回路４００ａ，５００ａで整流された出力を平滑化する。
【００１７】
制御部４１，５１はいずれか一方がマスタとして、他方がスレーブとして動作する。マスタ／スレーブの関係は予め通信ポートを設定することによって決定されるが、ここでは、制御部４１をマスタ、制御部５１をスレーブとする。エンジン２の回転を制御する電子ガバナ機能はマスタである制御部４１に設けられる。
【００１８】
インバータ回路４０１，５０１は制御部４１，５１からの基準波形信号に従って直流電圧をＰＷＭ変調する。具体的には、フルブリッジ接続された４個のパワーＭＯＳＦＥＴを、制御部４１，５１からのパルス信号に基づいてスイッチングする。インバータ回路４０１，５０１の出力は正弦波成分を含んだ大電力信号である。
【００１９】
フィルタ回路４０２，５０２はインバータ回路４０１，５０１から出力される信号を復調する。具体的には、チョークコイルとコンデンサとで構成されるＬＣのローパスフィルタである。このフィルタ回路４０２，５０２によってＰＷＭ変調の搬送波成分が除去され、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波が出力される。
【００２０】
上記制御部４１，５１の構成を具体的に説明する。図３は制御部の要部構成を示すブロック図であり、図２と同符号は同一または同等部分を示す。なお、制御部４１，５１は一部を除き互いに同一の機能を有するので、ここでは制御部４１を中心にその構成を説明する。但し、制御部４１，５１は互いに連関する機能を有するので、その部分に関しては両者を説明するのはもちろんである。
【００２１】
図３において、エンジン２の出力はスロットル２ａの開度によって制御され、このスロットル２ａの開度は電子ガバナ（図示しない）で制御されるステッピングモータ２ｂによって設定される。すなわち、電子ガバナは、サイリスタ回路４００ａの出力電圧が目標値に一致するように該サイリスタ回路４００ａのサイリスタ導通角を制御する。そして、この導通角が予め設定した値になるようにスロットル２ａを開閉してエンジン回転数を調整する。なお、電子ガバナは、本出願人が先願（特願平１０−１２４１０４号）にて提案したものを使用することができる。
【００２２】
制御部４１には、発振部１２、分周回路１３、正弦波化回路１４、電子ボリューム１５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６、パルス幅変調回路（ＰＷＭ回路）１７、矩形波変換回路１８、位相差検出回路１９、および起動回路２０が設けられている。なお、これらの回路の具体例としては、特開平５−２４４７２６号公報に開示されているものを用いることができる。
【００２３】
発振部１２は、例えば５ＭＨｚの原発振をする水晶発振子を有し、この原発振は分周回路１３で分周され、クロック信号として正弦波化回路１４に入力される。正弦波化回路１４は前記クロック信号に基づいて階段状の正弦波信号を発生し、その正弦波信号は電子ボリューム１５およびＬＰＦ１６を介してＰＷＭ回路１７に入力され、前記正弦波信号を目標波形信号としてパルス幅変調されたパルスがＰＷＭ回路１７から出力される。
【００２４】
電子ボリューム１５は、後述するように、過負荷の場合に前記正弦波信号の減衰度を制御し、また、ＬＰＦ１６は電子ボリューム１５から出力される階段状の正弦波を滑らかにする。ＰＷＭ回路１７から出力されるパルスに従い、インバータ回路４０１のブリッジを構成するパワーＭＯＳＦＥＴのゲートが制御され、前記目標波形信号である基準周波数の正弦波信号に応じた交流が出力端子Ｔ４１，Ｔ４１から出力される。
【００２５】
矩形波変換回路１８はＬＰＦ１６の出力信号を矩形波に変換し、この変換後の信号は通信ポート２１に入力される。通信ポート２１に入力された信号つまり基準正弦波クロックは通信線１１を通じて他方のインバータ装置５の通信ポートに入力される。位相差検出回路１９には、通信ポート２１を通じてインバータ装置５から受信した基準正弦波クロックが入力されるとともに、自己の基準正弦波クロックが矩形波変換回路１８から入力される。
【００２６】
位相差検出回路１９はインバータ装置４の基準正弦波クロックの位相とインバータ装置５の基準正弦波クロックの位相とを比較して、位相の進みまたは遅れを検出し、その検出結果を進相信号または遅相信号として発振部１２に入力する。発振部１２は、進相信号または遅相信号に基づき、位相が進んでいるときは、基準正弦波クロックを一定周期（例えば１ｋＨｚ）毎に予定パルス数（例えば１パルス）間引いて周波数を微増させる一方、位相が遅れているときは基準正弦波クロックに予定パルス数（例えば１パルス）付加して周波数を微減させる。この周波数調整はインバータ装置４，５の双方で実施される。すなわち、２台のインバータ装置４，５が互いに歩み寄って出力を合わせるように制御される。
【００２７】
起動回路２０は、スタート可否判断回路２２からの検出信号が入力されたときにＰＷＭ回路１７を付勢し、インバータ回路４０１を駆動して発電を行う。すなわち、起動回路２０は、インバータ装置４，５の発電準備が完了したときに、前記基準正弦波クロックの立上がりに応答してＰＷＭ回路１７に起動信号を出力する。さらに、起動回路２０は、インバータ装置５から入力された基準正弦波クロックに基づいて該クロックの立上がりを検出し、正弦波化回路１４に起動信号を出力する。
【００２８】
スタート可否判断回路２２はエンジン２の回転数および／またはインバータ装置４，５の電源電圧が所定値に達し、さらに基準正弦波クロックの同期がとれたときに発電準備完了の検出信号を出力する。インバータ装置５の発電準備完了は、通信ポート２１から入力される信号（後述）により判断する。また、スタート可否判断回路２２は電圧検出回路７で検出された出力電圧およびエンジン回転数がいずれも所定値に達したときに通信ポート２１に発電機準備完了の検出信号を出力する。
【００２９】
比較回路２３は電流検出回路９で検出された電流がしきい値より大きいときに検出信号を出力し、その検出信号は電子ボリューム１５および保護回路２４に入力される。保護回路２４は比較回路２３からの前記検出信号に応答して起動するタイマを有していて、このタイマのタイムアウト後、起動回路２０に過負荷検出信号を出力する。電子ボリューム１５は、過負荷検出信号に応答して前記正弦波信号の減衰度を制御する。
【００３０】
図４は、インバータ装置４，５の通信ポートの対応関係を示す図である。同図において、インバータ装置４の通信ポート２１およびインバータ装置５の通信ポート２１ａは基準正弦波クロック送信および受信、緑発光ダイオード（ＬＥＤ）光送信および受信、赤ＬＥＤ光送信および受信、ならびに電子ガバナ用の振幅制限送信および受信、導通角送信および受信の各ポート、ならびにマスタ／スレーブ設定ポート、コモン（ＣＯＭ）ポート、およびグランド（ＧＮＤ）ポートを有している。図示のように、ここではインバータ装置４がマスタに、インバータ装置５がスレーブに設定されている。これらのポートは通信線１１で接続されているのは上述のとおりである。
【００３１】
上記緑と赤のＬＥＤ光送受信ポートは、緑ＬＥＤおよび赤ＬＥＤの発光状態でインバータ装置４および５の動作状態をそれぞれ他方に通信するためのものである。インバータ装置５が発電準備未完了では緑ＬＥＤおよび赤ＬＥＤともにロー（消灯）であり、発電準備完了時または発電時にハイ（点灯）となる。また、過負荷が検出されると、赤ＬＥＤが点灯する。
【００３２】
インバータ装置４およびインバータ装置５の双方が発電準備を完了した場合、スタート可否判断回路２２は起動回路２０に発電準備完了を通知するとともに緑ＬＥＤの点灯を維持させる。すなわち、緑ＬＥＤ出力のアンド（ＡＮＤ）条件が成立したときに発電準備完了である。また、発電中にインバータ装置４およびインバータ装置５のいずれかで過負荷が検出されたときは、起動回路２０からＰＷＭ回路１７に対して停止指令が出力される。すなわち、赤ＬＥＤ出力のオア（ＯＲ）条件が成立したときに発電は停止される。
【００３３】
次に、インバータ装置４，５の直列・並列接続切換えについて説明する。図５は、インバータ装置４，５の直列・並列切換部６の詳細を示す回路図である。同図において、直列・並列切換部６はトグルスイッチで構成することができ、該スイッチが接点ａ側に切換えられているときは、出力端子Ｔ１およびＴ２間には、インバータ装置４の出力電圧（例えば１２０Ｖ）が出力され、出力端子Ｔ２およびＴ３間にはインバータ装置５の出力電圧（例えば１２０Ｖ）が出力され、結果的に出力端子Ｔ１およびＴ３間ではインバータ装置４，５の出力電圧の２倍の出力電圧（２４０Ｖ）が得られる。すなわち、インバータ装置４，５は直列に接続されたことになる。
【００３４】
また、前記スイッチが接点ｂ側に切換えられているときは、出力端子Ｔ１およびＴ２間には電圧が出力されず、出力端子Ｔ２およびＴ３間にのみ、インバータ装置４，５による出力電圧（例えば１２０Ｖ）が出力される。結果的に出力端子Ｔ２およびＴ３間にはインバータ装置４，５のそれぞれの出力電圧（１２０Ｖ）がそのまま出力され、出力（例えば２ｋＷ）が２倍（４ｋＷ）になって現れる。すなわち、インバータ装置４，５は並列に接続されたことになる。
【００３５】
なお、２台のインバータ装置を並列に接続した場合において自己の出力電圧および出力電流の位相差に基づいて他のインバータ装置に対する出力電圧の位相差を検出し、出力周波数を変化させて前記位相差を解消ないしは予定範囲内に収めるようにした発電機は、本出願人による先の特許出願（特開平５−２４４７２６号公報参照）に、より詳細に開示している。
【００３６】
次に、上記発電機に設けられた漏電遮断装置について説明する。図１は漏電遮断装置の検出部の回路図であり、図２と同符号は同一または同等部分を示す。同図において、インバータ装置４の出力端子Ｔ４１，Ｔ４１間に抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４を接続し、ブリッジを構成している。抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点、ならびに抵抗Ｒ３，Ｒ４の中点Ｍ１，Ｍ２は差動増幅器２５のプラス入力端子およびマイナス入力端子にそれぞれ接続されている。さらに、抵抗Ｒ３，Ｒ４の中点Ｍ２はアースターミナルＥに接続されている。
【００３７】
すなわち、差動増幅器２５のプラス入力端子にはインバータ装置の出力端子間の中点の抵抗分圧が第１の抵抗分圧として入力され、同マイナス端子にはインバータ装置の出力端子間におけるアースライン基準の抵抗分圧が第２の抵抗分圧として入力される。抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値はほぼ同一であるのがよい。差動増幅器２５の出力はＡ／Ｄ変換器（図示しない）によりデジタル化され、前記制御部４１に設けられる信号判別部（後述する）に供給される。なお、差動増幅器２５の周囲に設けられた抵抗、コンデンサ、ダイオード等は差動増幅器２５の増幅率や感度等の特性を調整するための素子であるが、個々の機能は本発明の要部ではないので説明を省略する。
【００３８】
インバータ回路４０１はパワーＭＯＳＦＥＴ２６，２７，２８，２９によって構成されたブリッジ回路であり、フィルタ回路４０２はチョークコイル３０，３１とコンデンサ３２によってフィルタ機能を実現している。インバータ装置５のインバータ回路（図２参照）およびフィルタ回路５０２も同様に構成される。
【００３９】
上記構成の漏電遮断装置における動作を、図１ならびに出力端子間の電圧および抵抗分圧波形を示す図１０を参照しつつ説明する。差動増幅器２５は中点Ｍ１，Ｍ２の電圧つまり抵抗分圧の差に応じた信号を出力する。漏電がない場合の出力端子Ｔ４１の電圧Ｖ41は図１０（ａ）のように変化する一方、中点Ｍ１での電圧Ｖm1は発電機のアース電位Ｖe に維持される。ここで、中点Ｍ２はアースされているので、該中点Ｍ２での電圧Ｖm2もアース電位Ｖe に維持される。したがって、これらの電圧つまり抵抗分圧Ｖm1，Ｖm2には差がないため、差動増幅器２５は出力を生じない。
【００４０】
これに対して、漏電があると、漏電部分と中点Ｍ２とをつなぐ回路がアースターミナルＥを通じて形成され、発電機のアース位置が変化し、出力端子Ｔ４１の電圧Ｖ41は漏電位置に応じて正または負側に偏倚する（図１０（ｂ）参照）。したがって、中点Ｍ１の電圧Ｖm1も正または負側に偏倚する。図１０は正方向へ偏倚した漏電の場合を示す。一方、中点Ｍ２はもともとアースされているので、電圧Ｖm2は発電機のアース電位Ｖe に維持されたままである。その結果、漏電した中点Ｍ１，Ｍ２でのそれぞれの抵抗分圧に差Ｖｄが生じ、差動増幅器２５は漏れ電流に応じたレベルの信号を出力する。
【００４１】
図６は、前記漏電遮断装置の検出部の検出結果に基づいて制御される駆動部の機能ブロック図である。同図において、出力端子Ｔ１，Ｔ３には接点３６が設けられていて、この接点は漏電がない場合、つまり差動増幅器２５が所定値以上の出力を生じていない場合は閉じている。前記差動増幅器２５からの信号ＳＬはＡ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換され、そのデジタル信号ＳＬｄは信号判別部３４に入力される。信号判別部３４ではしきい値ＴＨに対する大小が判別され、信号ＳＬｄがしきい値ＴＨより大きい場合はドライバ３５に検出信号を出力する。ドライバ３５に検出信号が入力されるとリレーコイル３７が付勢され、その結果、接点３６が開き、出力が遮断される。
【００４２】
この漏電遮断装置によれば２系統のインバータ装置のいずれか一方に、漏電検出のためのブリッジ抵抗を設けることによって、２系統のインバータ装置のいずれで発生した漏電をも検出することができる。なお、この漏電装置は２系統のインバータ装置が直列に接続された場合、および並列に接続された場合のいずれにおいても同様に漏電を検出することができる。
【００４３】
次に、上記発電機の発電開始処理を図７のフローチャートを参照して説明する。同図において、ステップＳ１では、自己のエンジン回転数および／または電源電圧が予定値を超えている否かによって自己（インバータ装置４）の発電準備が完了しているか否かを判断する。この判断が肯定であればステップＳ２に進んでインバータ装置５からの基準正弦波クロックを検出したか否かを判断する。この判断が肯定ならば、ステップＳ３に進み、インバータ装置５の基準正弦波クロックのゼロクロス点（起点）に同期させて自己（インバータ装置４）の基準正弦波クロックを出力開始した後、ステップＳ６に進む。また、インバータ装置５からの基準正弦波クロックが検出されないときは、ステップＳ４に進んで基準正弦波クロックを出力開始する。ステップＳ５ではインバータ装置５からの基準正弦波クロックを検出したか否かを判断する。この判断が肯定ならば、ステップＳ６に進む。
【００４４】
ステップＳ６では、インバータ装置４，５で基準正弦波クロックの位相差が予定値以下であるか否かを判断する。この判断が否定ならばステップＳ７に進み、基準正弦波クロックの周波数を微調整して起点補正を行う。起点補正がなされて、前記位相差が予定値以下になったならば、ステップＳ８に進み、発電準備完了を表示するため緑ＬＥＤを点灯する。ステップＳ９では、インバータ装置５からの緑ＬＥＤ光の状態を判別し、インバータ装置５も発電準備完了であるか否かを判断する。ステップＳ９が肯定ならばステップＳ１０に進み、基準正弦波クロックのゼロクロス点（起点）に同期させてＰＷＭ回路１７に起動指令を出力する。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１，２の発明によれば、漏電遮断装置を従来のものと比較して小型化かつ安価にできる。特に、請求項２の発明によれば、２系統のインバータ装置のいずれか一方に分圧差検出手段を設けることで、双方のインバータ装置に関する漏電を検出することができるので、より一層小さいスペースに漏電検出装置を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電機に含まれる漏電遮断装置の検出部を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発電機の全体構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る発電機の制御装置の要部機能を示すブロック図である。
【図４】通信ポートの構成例を示す図である。
【図５】直列・並列切換部の接続例を示す図である。
【図６】漏電遮断装置の駆動部を示すブロック図である。
【図７】インバータ回路の起動制御を示すフローチャートである。
【図８】直列接続された２系統のインバータ装置の概略図である。
【図９】従来の漏電遮断器を含む発電機の回路図である。
【図１０】漏電時の電圧波形の変化を示す図である。
【符号の説明】
１…発電機、２…エンジン、３…発電機本体、４，５…インバータ装置、６…直列・並列切換部、７，８…電圧検出回路、９，１０…電流検出回路、１１…通信線、２１…通信ポート、２５…差動増幅器、２６〜２９…ＦＥＴ、３０，３１…チョークコイル、Ｒ１〜Ｒ４…漏電検出用抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a generator, and more particularly to a generator including a dual voltage inverter having two systems of inverter devices.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A generator including an inverter device that converts direct current to alternating current of a desired frequency is known. Furthermore, two inverter devices are provided in one generator, and these are connected in parallel to obtain twice the power. Such a generator is also known. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-205543 describes an inverter operating device that enables two inverter devices to be stably operated in parallel.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, there is a demand to obtain a two-stage output voltage in a generator having the inverter device. In a generator having an inverter device, by switching the output of the rectifier, that is, the DC voltage input to the inverter circuit, in two stages, it is possible to obtain two types (two stages) of AC output voltage, for example, 120 volts and 240 volts. It is.
[0004]
However, when the DC voltage is switched in two stages in this way, the inverter withstand voltage and output current capacity must correspond to the higher output voltage, that is, 240 volts in the above example, which increases the size of the inverter circuit. So-called power components such as electrolytic capacitors and choke coils are also increased in size.
[0005]
Therefore, it is conceivable to obtain a two-stage AC output voltage by operating two inverter devices in series. FIG. 8 is a connection diagram when two inverter devices are connected in series to obtain an alternating current. As shown in FIG. 8, two stages of output voltages of 120V and 240V are obtained by connecting inverter devices A and B that can output 120V AC based on the power generated by the generator G in series. be able to.
[0006]
By the way, when two inverter devices are connected in this way, an earth leakage breaker must be provided for each system. FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a generator incorporating a conventional earth leakage breaker. In the figure, a leakage breaker 110 is provided on the output side of the generator 100, and a power outlet socket 120 is connected via the leakage breaker 110. The earth leakage breaker 110 is provided with a detection unit 121 and an operation unit 122. The detection unit 121 includes a current transformer (ZCT) 121a and an oscillation coil 121b provided on the output line of the generator 100, and a control unit 121c for energizing the relay coil 122a of the operation unit 122 based on these detection signals. Have. The contact 122b of the operation unit 122 is “normally closed”, and is “open” when the relay coil 122a is energized by the control unit 121c.
[0007]
Since the earth leakage breaker 110 is manufactured and sold as an integral unit, it is large and expensive. If this is externally attached, the size of the entire generator is increased.
[0008]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a generator having a small, simple and low-priced leakage breaker that can detect a leakage in any of two inverter devices. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a generator having an inverter device, wherein the second resistance is based on the first resistance voltage division and the ground line between the output terminals of the inverter device. A first feature is that it includes a partial pressure difference detecting means for detecting a partial pressure difference and a determination means for outputting a leakage detection signal when the resistance partial pressure difference is equal to or greater than a threshold value.
[0010]
Further, according to the present invention, in a generator having two systems of inverter devices, output is performed for one of the series / parallel switching means for switching the connection of the two systems of inverter devices in series or in parallel, and one of the two systems of inverter devices. A voltage difference detection means for detecting a difference between the first resistance voltage between the terminals and the second resistance voltage with reference to the earth line; and a leakage when the difference between the resistance voltages is equal to or greater than a threshold value. There is a second feature in that it comprises discrimination means for outputting a detection signal.
[0011]
According to the first feature, when a leakage occurs, a difference occurs between the two resistance partial pressures. Therefore, when this difference exceeds a predetermined value, a leakage detection signal is output. In addition, according to the second feature, even in the case where a two-system inverter device is provided, a leakage occurs in any of the two-system output stages by detecting the resistance voltage division for any one of the output terminals. It can also be detected.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a sine wave inverter generator (hereinafter simply referred to as “generator”) according to an embodiment of the present invention. In the figure, a generator 1 includes an engine 2, a generator main body 3 driven by the engine 2, two inverter devices 4 and 5 for converting the output of the generator main body 3 into a sine wave, and an inverter device 4 , 5 are connected in series or in parallel, and a series / parallel switching unit 6 is connected. That is, the output terminals T41, T41 and T51, T51 of the inverter devices 4, 5 are drawn out to the external terminals T1, T2, T3 via the series / parallel switching unit 6.
[0013]
The generator body 3 has a three-phase output winding (not shown) wound around a stator. A rotor (not shown) made of a multipolar permanent magnet is provided corresponding to the three-phase output winding, and this rotor is rotated by the engine 2.
[0014]
The inverter device 4 includes a DC power supply circuit that includes a thyristor circuit 400a and a capacitor 400b, that is, a converter circuit 400, a power unit including an inverter circuit 401 and a filter circuit 402, and a control unit 41 that converts the output of the generator body 3 into a sine wave. Is provided. Similarly, the inverter device 5 includes a DC power supply circuit 500 including a thyristor circuit 500a and a capacitor 500b, a power unit including an inverter circuit 501 and a filter circuit 502, and a control unit 51 that converts the output of the generator body 3 into a sine wave. Is provided.
[0015]
Further, voltage detection circuits 7 and 8 and current detection circuits 9 and 10 for measuring the output voltage and output current of the inverter devices 4 and 5 are provided. The control units 41 and 51 are constituted by a microcomputer and are connected to each other by a communication line 11. Through the communication line 11, a control signal, a synchronization signal, and the like for synchronously operating the inverter devices 4 and 5 are transmitted and received.
[0016]
The thyristor circuits 400a and 500a are obtained by assembling a thyristor as a semiconductor rectifier in a bridge, and rectify high-frequency three-phase alternating current input from the generator body 3 by controlling conduction of the thyristor. The DC voltage obtained by the rectification is controlled by the conduction angle of the thyristor included in the thyristor circuits 400a and 500a. That is, when the output voltage of the converter circuit is lower than a preset target value, the conduction angle of the thyristor is increased. The capacitors 400b and 500b smooth the output rectified by the thyristor circuits 400a and 500a.
[0017]
One of the control units 41 and 51 operates as a master and the other operates as a slave. The master / slave relationship is determined by setting a communication port in advance. Here, the control unit 41 is a master and the control unit 51 is a slave. The electronic governor function for controlling the rotation of the engine 2 is provided in the control unit 41 which is a master.
[0018]
Inverter circuits 401 and 501 PWM modulate the DC voltage according to the reference waveform signal from control units 41 and 51. Specifically, four power MOSFETs connected in a full bridge are switched based on pulse signals from the control units 41 and 51. The outputs of the inverter circuits 401 and 501 are high power signals including a sine wave component.
[0019]
The filter circuits 402 and 502 demodulate the signals output from the inverter circuits 401 and 501. Specifically, it is an LC low-pass filter composed of a choke coil and a capacitor. The filter circuits 402 and 502 remove the PWM modulated carrier wave component and output a 50 Hz or 60 Hz sine wave.
[0020]
The configuration of the control units 41 and 51 will be specifically described. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the main part of the control unit. The same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or equivalent parts. Since the control units 41 and 51 have the same functions except for a part thereof, the configuration thereof will be described focusing on the control unit 41. However, since the control parts 41 and 51 have a function linked to each other, it goes without saying that both parts will be described.
[0021]
In FIG. 3, the output of the engine 2 is controlled by the opening of the throttle 2a, and the opening of the throttle 2a is set by a stepping motor 2b controlled by an electronic governor (not shown). That is, the electronic governor controls the thyristor conduction angle of the thyristor circuit 400a so that the output voltage of the thyristor circuit 400a matches the target value. Then, the engine speed is adjusted by opening and closing the throttle 2a so that the conduction angle becomes a preset value. As the electronic governor, the one proposed by the present applicant in the prior application (Japanese Patent Application No. 10-124104) can be used.
[0022]
The control unit 41 includes an oscillation unit 12, a frequency divider circuit 13, a sine wave circuit 14, an electronic volume 15, a low-pass filter (LPF) 16, a pulse width modulation circuit (PWM circuit) 17, a rectangular wave conversion circuit 18, a phase difference A detection circuit 19 and a startup circuit 20 are provided. As specific examples of these circuits, those disclosed in JP-A-5-244726 can be used.
[0023]
The oscillating unit 12 has a crystal oscillator that oscillates at, for example, 5 MHz, and the original oscillation is divided by the frequency divider circuit 13 and input to the sine wave circuit 14 as a clock signal. The sine wave generation circuit 14 generates a stepped sine wave signal based on the clock signal, and the sine wave signal is input to the PWM circuit 17 via the electronic volume 15 and the LPF 16, and the sine wave signal is converted into the target waveform signal. As a result, the pulse width modulated pulse is output from the PWM circuit 17.
[0024]
As will be described later, the electronic volume 15 controls the attenuation of the sine wave signal in the case of an overload, and the LPF 16 smoothes the stepped sine wave output from the electronic volume 15. According to the pulse output from the PWM circuit 17, the gate of the power MOSFET constituting the bridge of the inverter circuit 401 is controlled, and an alternating current corresponding to the sine wave signal of the reference frequency that is the target waveform signal is output from the output terminals T 41 and T 41. Is done.
[0025]
The rectangular wave conversion circuit 18 converts the output signal of the LPF 16 into a rectangular wave, and the converted signal is input to the communication port 21. A signal input to the communication port 21, that is, a reference sine wave clock is input to the communication port of the other inverter device 5 through the communication line 11. A reference sine wave clock received from the inverter device 5 through the communication port 21 is input to the phase difference detection circuit 19, and its own reference sine wave clock is input from the rectangular wave conversion circuit 18.
[0026]
The phase difference detection circuit 19 compares the phase of the reference sine wave clock of the inverter device 4 with the phase of the reference sine wave clock of the inverter device 5 to detect the advance or delay of the phase, and uses the detection result as the advance signal or The delayed signal is input to the oscillating unit 12. The oscillating unit 12 slightly increases the frequency by thinning the reference sine wave clock by a predetermined number of pulses (for example, 1 pulse) every fixed period (for example, 1 kHz) when the phase is advanced based on the phase advance signal or the phase delay signal. On the other hand, when the phase is delayed, the frequency is slightly reduced by adding a predetermined number of pulses (for example, 1 pulse) to the reference sine wave clock. This frequency adjustment is performed by both the inverter devices 4 and 5. That is, the two inverter devices 4 and 5 are controlled so as to come close to each other and match their outputs.
[0027]
The startup circuit 20 energizes the PWM circuit 17 when the detection signal from the start possibility determination circuit 22 is input, and drives the inverter circuit 401 to generate power. That is, the startup circuit 20 outputs a startup signal to the PWM circuit 17 in response to the rising of the reference sine wave clock when the power generation preparation of the inverter devices 4 and 5 is completed. Furthermore, the starting circuit 20 detects the rising edge of the clock based on the reference sine wave clock input from the inverter device 5 and outputs a starting signal to the sine wave generating circuit 14.
[0028]
The start possibility determination circuit 22 outputs a detection signal indicating completion of power generation preparation when the rotational speed of the engine 2 and / or the power supply voltage of the inverter devices 4 and 5 reaches a predetermined value and the reference sine wave clock is synchronized. Whether the inverter device 5 is ready for power generation is determined by a signal (described later) input from the communication port 21. The start possibility determination circuit 22 outputs a generator preparation completion detection signal to the communication port 21 when both the output voltage detected by the voltage detection circuit 7 and the engine speed reach a predetermined value.
[0029]
The comparison circuit 23 outputs a detection signal when the current detected by the current detection circuit 9 is larger than the threshold value, and the detection signal is input to the electronic volume 15 and the protection circuit 24. The protection circuit 24 has a timer that starts in response to the detection signal from the comparison circuit 23, and outputs an overload detection signal to the startup circuit 20 after a timeout of this timer. The electronic volume 15 controls the attenuation of the sine wave signal in response to the overload detection signal.
[0030]
FIG. 4 is a diagram showing the correspondence relationship of the communication ports of the inverter devices 4 and 5. In the figure, the communication port 21 of the inverter device 4 and the communication port 21a of the inverter device 5 are for reference sine wave clock transmission and reception, green light emitting diode (LED) light transmission and reception, red LED light transmission and reception, and an electronic governor. Amplitude limit transmission and reception, conduction angle transmission and reception ports, and a master / slave setting port, a common (COM) port, and a ground (GND) port. As illustrated, the inverter device 4 is set as a master and the inverter device 5 is set as a slave here. These ports are connected by the communication line 11 as described above.
[0031]
The green and red LED light transmission / reception ports are for communicating the operation states of the inverter devices 4 and 5 to the other in the light emission state of the green LED and the red LED, respectively. When the inverter device 5 is not ready for power generation, both the green LED and the red LED are low (lights off), and are high (lighted) when power generation preparation is completed or during power generation. Further, when an overload is detected, the red LED is turned on.
[0032]
When both the inverter device 4 and the inverter device 5 have completed the power generation preparation, the start availability determination circuit 22 notifies the start circuit 20 of the power generation preparation completion and keeps the green LED on. That is, the power generation preparation is completed when the AND condition for the green LED output is satisfied. Further, when an overload is detected in either the inverter device 4 or the inverter device 5 during power generation, a stop command is output from the starting circuit 20 to the PWM circuit 17. That is, power generation is stopped when an OR condition for red LED output is satisfied.
[0033]
Next, switching between series and parallel connections of the inverter devices 4 and 5 will be described. FIG. 5 is a circuit diagram showing details of the series / parallel switching unit 6 of the inverter devices 4 and 5. In the figure, the series / parallel switching unit 6 can be constituted by a toggle switch, and when the switch is switched to the contact a side, the output voltage (inverter) of the inverter device 4 (between the output terminals T1 and T2). 120V) is output, and the output voltage (for example, 120V) of the inverter device 5 is output between the output terminals T2 and T3. As a result, the output voltage of the inverter devices 4 and 5 is twice between the output terminals T1 and T3. Output voltage (240V) is obtained. That is, the inverter devices 4 and 5 are connected in series.
[0034]
Further, when the switch is switched to the contact b side, no voltage is output between the output terminals T1 and T2, and the output voltage (for example, 120V) by the inverter devices 4 and 5 is output only between the output terminals T2 and T3. ) Is output. As a result, the output voltages (120 V) of the inverter devices 4 and 5 are output as they are between the output terminals T2 and T3, and the output (for example, 2 kW) is doubled (4 kW). That is, the inverter devices 4 and 5 are connected in parallel.
[0035]
When two inverter devices are connected in parallel, the phase difference of the output voltage with respect to the other inverter devices is detected based on the phase difference between its own output voltage and output current, and the phase difference is changed by changing the output frequency. A generator that eliminates or falls within the planned range is disclosed in more detail in a previous patent application filed by the present applicant (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-244726).
[0036]
Next, the leakage breaker provided in the generator will be described. FIG. 1 is a circuit diagram of a detection unit of a leakage breaker, and the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or equivalent parts. In the drawing, resistors R1, R2, R3 and R4 are connected between output terminals T41 and T41 of the inverter device 4 to form a bridge. The midpoints of the resistors R1 and R2 and the midpoints M1 and M2 of the resistors R3 and R4 are connected to the positive input terminal and the negative input terminal of the differential amplifier 25, respectively. Further, the middle point M2 of the resistors R3 and R4 is connected to the ground terminal E.
[0037]
That is, the resistance division voltage at the midpoint between the output terminals of the inverter device is input to the positive input terminal of the differential amplifier 25 as the first resistance voltage division, and the ground line between the output terminals of the inverter device is input to the negative terminal. The reference resistance voltage division is input as the second resistance voltage division. The resistance values of the resistors R1 to R4 are preferably substantially the same. The output of the differential amplifier 25 is digitized by an A / D converter (not shown) and supplied to a signal discriminating unit (described later) provided in the control unit 41. Note that resistors, capacitors, diodes, and the like provided around the differential amplifier 25 are elements for adjusting characteristics such as amplification factor and sensitivity of the differential amplifier 25, but individual functions are essential parts of the present invention. Since it is not, description is abbreviate | omitted.
[0038]
The inverter circuit 401 is a bridge circuit constituted by power MOSFETs 26, 27, 28, and 29, and the filter circuit 402 realizes a filter function by the choke coils 30 and 31 and the capacitor 32. The inverter circuit (see FIG. 2) of the inverter device 5 and the filter circuit 502 are similarly configured.
[0039]
The operation of the ground fault interrupter having the above configuration will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 10 showing the voltage between the output terminals and the resistance divided waveform. The differential amplifier 25 outputs a signal corresponding to the voltage at the midpoints M1 and M2, that is, the difference in resistance voltage division. When there is no electric leakage, the voltage V41 of the output terminal T41 changes as shown in FIG. 10A, while the voltage Vm1 at the midpoint M1 is maintained at the generator ground potential Ve. Here, since the middle point M2 is grounded, the voltage Vm2 at the middle point M2 is also maintained at the ground potential Ve. Therefore, since there is no difference between these voltages, that is, the resistance divided voltages Vm1 and Vm2, the differential amplifier 25 does not produce an output.
[0040]
On the other hand, when there is a leakage, a circuit connecting the leakage portion and the middle point M2 is formed through the ground terminal E, the ground position of the generator changes, and the voltage V41 of the output terminal T41 is positive according to the leakage position. Alternatively, it is biased to the negative side (see FIG. 10B). Therefore, the voltage Vm1 at the midpoint M1 is also biased to the positive or negative side. FIG. 10 shows the case of the electric leakage biased in the positive direction. On the other hand, since the middle point M2 is originally grounded, the voltage Vm2 is maintained at the ground potential Ve of the generator. As a result, a difference Vd is generated in the respective resistance voltage divisions at the leaked middle points M1 and M2, and the differential amplifier 25 outputs a signal having a level corresponding to the leakage current.
[0041]
FIG. 6 is a functional block diagram of the drive unit controlled based on the detection result of the detection unit of the leakage breaker. In the figure, contacts 36 are provided at the output terminals T1 and T3, and these contacts are closed when there is no leakage, that is, when the differential amplifier 25 does not produce an output of a predetermined value or more. The signal SL from the differential amplifier 25 is A / D converted by the A / D converter 33, and the digital signal SLd is input to the signal determination unit 34. The signal discriminating unit 34 discriminates the magnitude with respect to the threshold value TH, and outputs a detection signal to the driver 35 when the signal SLd is larger than the threshold value TH. When the detection signal is input to the driver 35, the relay coil 37 is energized, and as a result, the contact 36 is opened and the output is shut off.
[0042]
According to this leakage breaker, any one of the two systems of inverter devices can be detected by providing a bridge resistance for detecting the leakage in one of the two systems of inverter devices. In addition, this earth-leakage device can detect an earth-leakage similarly in the case where two types of inverter devices are connected in series and in the case where they are connected in parallel.
[0043]
Next, the power generation start process of the generator will be described with reference to the flowchart of FIG. In the figure, in step S1, it is determined whether or not the power generation preparation of itself (inverter device 4) is completed depending on whether or not its own engine speed and / or power supply voltage exceeds a predetermined value. If this determination is affirmative, the process proceeds to step S2 to determine whether or not the reference sine wave clock from the inverter device 5 has been detected. If this determination is affirmative, the process proceeds to step S3 and starts outputting its own (inverter device 4) reference sine wave clock in synchronization with the zero cross point (starting point) of the reference sine wave clock of the inverter device 5, and then to step S6. move on. When the reference sine wave clock from the inverter device 5 is not detected, the process proceeds to step S4 and the output of the reference sine wave clock is started. In step S5, it is determined whether or not the reference sine wave clock from the inverter device 5 has been detected. If this determination is affirmative, the process proceeds to step S6.
[0044]
In step S6, the inverter devices 4 and 5 determine whether or not the phase difference of the reference sine wave clock is equal to or less than a predetermined value. If this determination is negative, the process proceeds to step S7, and the starting point is corrected by finely adjusting the frequency of the reference sine wave clock. If the starting point is corrected and the phase difference is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to step S8, and the green LED is turned on to display the completion of power generation preparation. In step S9, the state of the green LED light from the inverter device 5 is determined, and it is determined whether the inverter device 5 is also ready for power generation. If step S9 is positive, the process proceeds to step S10, and a start command is output to the PWM circuit 17 in synchronization with the zero cross point (start point) of the reference sine wave clock.
[0045]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first and second aspects of the invention, the leakage breaker can be made smaller and less expensive than the conventional one. In particular, according to the second aspect of the present invention, since the voltage difference detection means is provided in either one of the two systems of inverter devices, it is possible to detect the leakage in both inverter devices. A detection device can be incorporated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a detection unit of a leakage breaker included in a generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of a generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating main functions of a generator control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a communication port.
FIG. 5 is a diagram illustrating a connection example of a series / parallel switching unit.
FIG. 6 is a block diagram showing a drive unit of a leakage breaker.
FIG. 7 is a flowchart showing start-up control of the inverter circuit.
FIG. 8 is a schematic diagram of two series of inverter devices connected in series.
FIG. 9 is a circuit diagram of a generator including a conventional earth leakage breaker.
FIG. 10 is a diagram showing a change in a voltage waveform at the time of electric leakage.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Generator, 2 ... Engine, 3 ... Generator main body, 4, 5 ... Inverter apparatus, 6 ... Series / parallel switching part, 7, 8 ... Voltage detection circuit, 9, 10 ... Current detection circuit, 11 ... Communication line , 21: Communication port, 25: Differential amplifier, 26-29 ... FET, 30, 31 ... Choke coil, R1-R4 ... Resistance for leakage detection

Claims

In a generator having two systems of inverter devices comprising a converter circuit that converts alternating current into direct current by controlling conduction of a semiconductor rectifying element and an inverter circuit that converts the direct current into alternating current of a predetermined frequency,
Series / parallel switching means for switching connection between the two systems of inverter devices in series or in parallel;
A partial pressure difference detecting means for detecting a difference between the first resistance partial pressure between the output terminals and the second resistance partial pressure with reference to the earth line for one of the two systems of inverter devices;
A generator comprising: discrimination means for outputting a leakage detection signal when the difference in resistance partial pressure is equal to or greater than a threshold value.