JP4658468B2 - オーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機の出力電圧を自動的に一定に保つための自動電圧調整装置に関する。

従来から、発電機の検出電圧と設定電圧とを比較回路で比較し、その差に応じて前記発電機の励磁電流を制御することにより、出力電圧を設定電圧に保つようにした自動電圧調整装置が存在しており、発電機の起動直後において出力電圧が定格電圧を大きくオーバーシュートする欠点を解決するために、以下のような自動電圧調整装置が提案されている。

図７に示すように、この自動電圧調整装置８０は、原動機８１（エンジン）が定格回転数に安定したことを検出する検出手段８３と、前記検出手段８３の検出結果に基いて設定電圧より低いプリセット電圧を前記設定電圧に代えて比較回路８４に与えるプリセット回路８５と、前記検出手段８３の検出に応じて発電機８２に励磁電流を供給する励磁電流供給手段８６と、前記検出手段８３の検出後、一定時間の経過を検出するタイマ８７と、前記タイマ８７の検出に応じて前記比較回路８４に与える電圧を前記プリセット電圧から前記設定電圧に切換える切換手段８８と、を備えている（特許文献１）。
特開平５−２８４７９９号公報（［０００８］―［００１０］，図１）

しかし、前記自動電圧調整装置８０は、発電機８２の起動直後において、タイマ８７の検出時間に応じてプリセット電圧から設定電圧に切換える構成としているが、検出電圧に応じてプリセット電圧を与えてないため、確実にオーバーシュートを抑制することができないという問題点を有していた。
また、前記自動電圧調整装置８０は、負荷短絡の状態や重負荷投入の状態（以下、「負荷短絡状態等」という）において、その原因が解除されることによるオーバーシュートを抑制することができないという問題点を有していた。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、発電機の起動直後における電圧確立時と、負荷短絡状態等後の復帰時の両時点において、オーバーシュートを抑制することが可能となる自動電圧調整装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明は、パルス幅に応じてスイッチング素子をオン−オフして、発電機の励磁電流を制御することで、出力電圧を予め定められている設定電圧に保持する前記発電機のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置において、前記発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、検出された検出電圧に関し、目標電圧に対する偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差の積分値を算出する積分値算出手段と、積分係数、比例係数、前記偏差及び前記偏差の積分値をもとに前記パルス幅を算出し、パルス信号として出力するためのパルス信号算出手段と、を備えるとともに、以下の特徴を有している。

第１に、電圧確立前であり、前記検出電圧が、前記設定電圧より低い第１基準電圧未満である場合には、前記目標電圧を、前記第１基準電圧以上であり、かつ、前記設定電圧未満である第２基準電圧に置換し、電圧確立前であり、前記検出電圧が前記第１基準電圧以上である場合には、前記目標電圧を前記設定電圧に置換して、前記パルス信号算出手段により算出された前記パルス信号を、前記スイッチング素子がパルス幅の信号として入力するように構成されている。

ここで、前記スイッチング素子としては、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）、サイリスタ（ＳＣＲ）等のスイッチング素子を用いることが好適である。

本発明のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置では、電圧確立前であり、検出電圧が、設定電圧より低い第１基準電圧未満である場合には、目標電圧を、前記第１基準電圧以上であり、かつ、前記設定電圧未満である第２基準電圧に置換して、パルス幅を算出するように構成されている。従って、電圧確立前の検出電圧が小さい場合に、目標電圧を設定電圧より低い第２基準電圧に置換することにより偏差の値を小さくして、偏差に起因してパルス幅が過剰に大きくなることを防ぐことができるため、オーバーシュートを抑制することができる。

また、第２に、電圧確立後であり、負荷短絡状態又は重負荷投入状態と判断された場合には、短絡電流を供給し続けることができるように前記パルス幅を全導通状態で固定し、かつ、前記積分値算出手段において、前記偏差の積分値をゼロとするとともに、前記目標電圧を、前記検出電圧以上であり、かつ、前記設定電圧未満である第３基準電圧に置換し、電圧確立後であり、かつ、負荷短絡状態又は重負荷投入状態であるとともに、前記検出電圧が前記目標電圧以上である場合には、前記目標電圧が前記設定電圧に達するまで、前記目標電圧に所定の電圧値であるステップ電圧を加算することで新たな目標電圧とする置換の処理を繰り返し、電圧確立後であり、前記目標電圧が前記設定電圧に達した場合には、前記目標電圧を前記設定電圧に置換して、前記パルス信号算出手段により算出された前記パルス信号を、前記スイッチング素子がパルス幅の信号として入力するように構成されている。

本発明によれば、電圧確立後であり、負荷短絡状態等と判断された場合には、目標電圧を前記検出電圧以上であり、かつ、前記設定電圧未満である第３基準電圧に置換するとともに、前記検出電圧が前記目標電圧以上である場合には、前記目標電圧が前記設定電圧に達するまで、前記目標電圧に所定の電圧値であるステップ電圧を加算することで新たな目標電圧とする置換の処理を繰り返すように構成されている。従って、負荷短絡状態等と判断された場合には目標電圧を検出電圧に対応した値にまで低下させ、除々に目標値を増加させることで、発電機の出力電圧を緩やかに上昇させることができるため、確実にオーバーシュートを抑制することができる。

また、電圧確立後であり、負荷短絡状態等と判断された場合には、パルス幅を全導通状態で固定し、かつ、偏差積分手段において、偏差積分値をゼロとして、パルス幅を算出するように構成されているため、負荷短絡状態等が解除された場合であっても、偏差積分値が過剰に大きくならず、当該偏差積分値に起因してパルス幅が過剰に大きくなることを防ぐことができるため、確実にオーバーシュートを抑制することができる。

また、前記オーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置において、前記電圧確立前であり、かつ、前記検出電圧が前記第１基準電圧未満である場合には、前記パルス信号算出手段において、前記パルス信号を算出する際に、前記比例係数を、設定値よりも小さい修正比例係数に置換し、かつ、前記偏差の積分値をゼロにして、前記パルス幅を算出する構成とすることもできる。

本発明によれば、設定電圧に対して検出電圧が小さい場合であっても、偏差積分値に起因してパルス幅が過剰に大きくなることを防ぐことができるため、確実にオーバーシュートを抑制することができる。

また、定常負荷運転時における負荷変動時の電圧変動を素早く収束させるために、比例係数を設定値よりも小さい修正比例係数に設定し、当該修正比例係数を使用してパルス幅を算出していることから、算出されるパルス幅を小さくでき、発電機の出力電圧の上昇を緩やかにさせることができるため、確実にオーバーシュートを抑制することができる。

さらに、前記オーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置において、前記偏差の微分値を算出する微分値算出手段を備え、前記パルス信号算出手段は、さらに、微分係数と前記偏差の微分値を用いて前記パルス幅を算出する構成とすることもできる。

本発明のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置では、発電機の運転状況に応じて目標電圧を適切に設定してパルス信号を算出し、スイッチング素子を制御することで、最終的に設定電圧を維持させるように制御している。従って、発電機の起動直後における電圧確立時と、負荷短絡状態等後における復帰時の両時点において、確実にオーバーシュートを抑制することができる。

本発明を実施するための最良の一形態（以下「実施形態」という）について、図面を参照して詳細に説明する。

（１）構成
図１に示すように、本発明のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置１０（以下、「自動電圧調整装置」という）を備える発電機Ｇは、エンジンＥにより駆動され、主発電機電機子巻線Ｍと主発電機界磁巻線Ｋを備える主発電機ＭＧと、エキサイタ電機子巻線Ｍ’とエキサイタ界磁巻線Ｋ’を備えるエキサイタＥＸ（交流励磁機）と、を有しており、前記主発電機電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｏからなる三相４線式の発電機として構成されている。そして、前記エキサイタ電機子巻線Ｍ’は、エキサイタ界磁巻線Ｋ’の励磁電流により励磁され、整流器ＲＥＣを介して主発電機界磁巻線Ｋに励磁電流を供給するようになっている。

自動電圧調整装置１０は、電圧検出回路１１（電圧検出手段）と、マイクロコンピュータ２０（以下、「マイコン」という）と、ドライブ回路１２と、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３と、整流回路１４と、を有している。また、前記自動電圧調整装置１０は、規定の設定電圧の値（以下、「設定電圧データ」という）を入力するための、アップダウンスイッチである設定電圧調整器３１と接続されており、当該設定電圧データが入力されるようになっている。

［電圧検出回路］
電圧検出回路１１は、主発電機ＭＧの出力電圧を検出する回路であり、検出電圧に比例した電圧が、マイコン２０のＡ／Ｄコンバータ２１に出力されている。

［マイコン］
図２に示すように、マイコン２０は、Ａ／Ｄコンバータ２１と、検出電圧算出部２２と、フラグデータ設定部２３と、データ判別部２４と、オーバーシュート抑制条件設定部２５と、パルス信号算出部２６と、記憶部２７と、を主要部としており、当該記憶部２７に記憶されているプログラムを逐次読み出し実行することによって、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３をオン−オフ制御するためのパルス信号の算出及び送信に至る一連の制御を実行して、主発電機ＭＧの出力電圧を予め定められた一定の設定電圧（本実施形態では２００Ｖ）に維持する役割を果たしている。

Ａ／Ｄコンバータ２１は、電圧検出回路１１からの出力電圧をディジタル値に変換して、検出電圧算出部２２に出力するための手段である。
また、検出電圧算出部２２は、出力電圧の実効値を演算することにより検出電圧データを算出して、マイコン２０の各部に出力するための手段である。

＜フラグデータ設定部＞
フラグデータ設定部２３は、電圧確立前フラグ設定手段２３ａと、負荷短絡状態フラグ設定手段２３ｂと、から構成されている。
電圧確立前フラグ設定手段２３ａは、後記制御回路電源スイッチＳＷの投入から、エンジン起動直後において検出電圧が設定電圧未満の状態である間の電圧確立前の状態と、設定電圧以上の状態である電圧確立後の状態とを判別するための電圧確立前フラグを設定するための手段であり、検出電圧の値に応じて、電圧確立前である場合には電圧確立前フラグを１に設定し、電圧確立後である場合には電圧確立前フラグを０に設定するようになっている。
但し、電圧確立後にエンジンＥが停止した状態の時には、電圧確立前フラグは１にリセットされるようになっている。

また、負荷短絡状態フラグ設定手段２３ｂは、主発電機ＭＧが定常負荷運転である状態と、負荷短絡状態等とを区別するための負荷短絡状態フラグを設定するための手段であり、定常負荷運転である場合には負荷短絡状態フラグを０に設定し、負荷短絡状態等の場合には負荷短絡状態フラグを１に設定するようになっている。

なお、負荷短絡状態等とは、ここではパルス幅がＭＯＳ−ＦＥＴ１３を全導通する（以下、そのときのパルス幅を「全導通パルス幅」という）状態であり、かつ、主発電機ＭＧの出力電圧が極端に低下している状態をいい、データ判別部２４で判断されることになる。

＜データ判別部＞
データ判別部２４は、発電機Ｇの運転状態を各指標により判断するための役割を果たすものであり、フラグ状態判別手段２４ａと、パルス幅判別手段２４ｂと、検出電圧判別手段２４ｃと、目標電圧判別手段２４ｄと、から構成されている。

フラグ状態判別手段２４ａは、フラグデータ設定部２３で設定された電圧確立前フラグと負荷短絡状態フラグの値に基づき、発電機Ｇが電圧確立前か否か、及び、負荷短絡状態等か否かを判断するための手段である。
パルス幅判別手段２４ｂは、主発電機ＭＧが負荷短絡状態等に達したか否かを判断するための手段である。このパルス幅判別手段２４ｂは、後記パルス信号算出部２６で算出される、積分係数Ｋiと偏差積分値の積（以下、「偏差積分値積数」という）が、全導通パルス幅以上か否かを判断して、当該条件を満たす場合に負荷短絡状態等に達したと判断するようになっている。

検出電圧判別手段２４ｃは、検出電圧が設定電圧であるか、及び、検出電圧が目標電圧であるか否かを判断するための手段である。
目標電圧判別手段２４ｄは、目標電圧が設定電圧であるか否かを判断するための手段である。

＜オーバーシュート抑制条件設定部＞
オーバーシュート抑制条件設定部２５は、目標電圧設定手段２５ａと、パルス幅算出係数設定手段２５ｂと、から構成されている。

目標電圧設定手段２５ａは、発電機Ｇの運転状況に応じて、以下のように目標電圧を設定及び置換するための手段である。

前記目標電圧は、エンジンＥの始動前には設定電圧に設定されている。
そして、電圧確立前フラグが１であり、かつ、検出電圧が予め設定されている第１基準電圧（本実施形態では、設定電圧の７０％）未満である場合には、目標電圧を予め設定されている第２基準電圧（本実施形態では、設定電圧の８０％）に置換する処理を行う。
ここで、目標電圧を第２基準電圧に置換する処理を行う理由は、電圧確立前の検出電圧が小さい場合に、後記する偏差の値を小さくし、偏差の値がオーバーシュートを抑制することができる値にするためであり、その値は、第１基準電圧以上、設定電圧未満であればよい。本実施形態では、第１基準電圧に対して余裕を見込んだ値として、当該第１基準電圧と比較して設定電圧の１０％高い値に設定している。

また、電圧確立前フラグが１であり、かつ、検出電圧が第１基準電圧以上である場合には、目標電圧を設定電圧に置換する処理を行う。

また、電圧確立前フラグが０であり、かつ、負荷短絡状態等に達したと判断された場合には、前記目標電圧を第３基準電圧（本実施形態では、検出電圧の１２５％）に置換する処理を行う。なお、負荷短絡状態等か否かは、パルス幅が全導通パルス幅か否かで判断される。
ここで、目標電圧を第３基準電圧に置換する処理を行う理由は、負荷短絡状態等の場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３が全導通の無制御状態であるためであり、負荷変動やエンジンＥの回転数のばらつき等の影響を考慮して、目標電圧を検出電圧に対して余裕を見込んで、当該検出電圧より２５％高い値としている。

また、電圧確立前フラグが０であり、かつ、負荷短絡状態フラグが１であるととともに、検出電圧が判定時点における目標電圧以上である場合には、当該目標電圧が設定電圧以上になるまで、その時点の目標電圧にステップ電圧（電圧の所定値、本実施形態では、５Ｖ）を加算することにより、段階的に増加させるように置換する処理を行う。

さらに、電圧確立前フラグが０であり、かつ、目標電圧が設定電圧に達した場合には、目標電圧を前記設定電圧に置換する処理を行う。

なお、前記第１基準電圧〜第３基準電圧、及び、ステップ電圧等は前記の値に限られるものでなはく、発電機Ｇの機種及び設定電圧等に応じて、適切に定め得るものである。

パルス幅算出係数設定手段２５ｂは、電圧確立前フラグの値と検出電圧に応じて、パルス幅を算出するための比例係数Ｋpを設定するための手段である。
具体的には、電圧確立前フラグが１であり、かつ、検出電圧が設定電圧未満である場合には、比例係数Ｋpを初期設定値より小さい修正比例係数（例えば、初期設定値の数１０％）に置換する処理を行い、それ以外の場合には、初期設定値に設定する処理を行う。

なお、前記積分係数Ｋi及び前記比例係数Ｋpは、その値が小さいほど目標電圧に到達しにくくなる性質を有しており、予め所定の値に定められている。

＜パルス信号算出部＞
パルス信号算出部２６は、ＰＩ制御によるパルス幅の算出を行い、パルス信号として出力を行う手段であり、偏差算出手段２６ａと、偏差積分値算出手段２６ｂと、偏差積分値修正手段２６ｃと、パルス信号算出手段２６ｄと、パルス信号修正手段２６ｅと、から構成されている。

偏差算出手段２６ａは、目標電圧から検出電圧を減ずる演算（式（ａ））を行うことにより、検出電圧の設定電圧の偏差（Ｖerr）を算出するための手段である。
Ｖerr（ｎ）＝目標電圧（ｎ）−検出電圧（ｎ） （ａ）
但し、ｎは検出時点を示す。

偏差積分値算出手段２６ｂは、算出された偏差の積分値（以下、「偏差積分値」という）（式（ｂ））を算出するための手段である。
Σ_nＶerr（ｎ）＝Σ_nＶerr（ｎ−１）＋Ｖerr（ｎ） （ｂ）

偏差積分値修正手段２６ｃは、所定条件の場合（電圧確立前フラグが１であり、かつ、検出電圧が第１基準電圧以上である場合、又は、電圧確立前フラグが０であり負荷短絡状態等に達したとき（負荷短絡状態フラグが０であり、かつ、全導通パルス幅であると判別された場合））において、偏差積分値の値をゼロに修正するための手段である。

パルス信号算出手段２６ｄは、偏差算出手段２６ａ及び偏差積分値算出手段２６ｂにより算出された偏差と偏差積分値、又は、偏差積分値修正手段２６ｃにより算出された修正値（ゼロ）及び修正積分係数を用いて式（ｃ）の演算を行うことによりパルス幅（Ｔ）を算出し、パルス信号としてドライブ回路１２に出力するための手段である。
Ｔ＝Ｋp×Ｖerr（ｎ）＋Ｋi×Σ_nＶerr（ｎ） （ｃ）

パルス信号修正手段２６ｅは、パルス幅判別手段２４ｂによりパルス幅が全導通であると判別された場合に、当該パルス幅を全導通パルス幅に固定し、パルス信号（以下、「全導通パルス信号」という）としてドライブ回路１２に出力するための手段である。

なお、マイコン２０の制御電源は、制御回路電源スイッチＳＷを介して、バッテリＢＴと接続されている（図１）。

［ドライブ回路］
ドライブ回路１２は、マイコン２０からのパルス信号を増幅して、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３にＦＥＴゲート信号として送信するための回路である。

［ＭＯＳ−ＦＥＴ］
ＭＯＳ−ＦＥＴ１３はエキサイタ界磁巻線Ｋ’に接続されているとともに、整流回路１４を介して主発電機Ｇの出力端子Ｗ−Ｏと接続されており、ドライブ回路１２からのＦＥＴゲート信号によって、前記出力端子Ｗ−Ｏから取り込まれる励磁電流をエキサイタ界磁巻線Ｋ’に供給するようになっている。

これにより、エキサイタＥＸが発電し、その出力が主発電機界磁巻線Ｋに励磁電流として供給されることにより、主発電機ＭＧの電圧が出力されるとともに、マイコン２０によってＭＯＳ−ＦＥＴ１３のゲートが制御されることで、当該主発電機ＭＧの出力電圧が設定電圧に維持されるようになっている。

（２）動作
以下、図面を参照して、本発明の自動電圧調整装置１０の動作について説明する。

［発電機起動直後の電圧確立時（図３，図５）］
制御回路電源スイッチＳＷが投入されると、バッテリＢＴから自動電圧調整装置１０に電圧が供給される。そして、エンジンキー（図示せず）の操作によりエンジンＥを始動させる。
この時点では電圧確立前であるため、フラグデータ設定部２３の電圧確立前フラグ設定手段２３ａにより電圧確立前フラグが１に設定される（Ｓ１）とともに、負荷短絡状態フラグ設定手段２３ｂにより負荷短絡状態フラグが０に設定される（Ｓ２）。

検出電圧算出部２２で主発電機ＭＧの出力電圧の瞬時値が逐次検出され、実効値として検出電圧が算出される（Ｓ３）とともに、設定電圧調整器３１により設定されている設定電圧が読み込まれる（Ｓ４）。

フラグ状態判別手段２４ａにより電圧確立前フラグが１であると判断され（Ｓ５のＹｅｓ）、続いて、検出電圧判別手段２４ｃにより検出電圧が第１基準電圧未満か否かが判断される。
このとき、検出電圧が第１基準電圧未満である場合（Ｓ６のＹｅｓ）には、目標電圧設定手段２５ａにより目標電圧が第２基準電圧に置換され（Ｓ７）、パルス幅算出係数設定手段２５ｂにより比例係数Ｋpが修正比例係数に置換される（Ｓ８）とともに、偏差積分値修正手段２６ｃにより偏差積分値を０とする（Ｓ９）。
そして、偏差算出手段２６ａにより算出された偏差（Ｓ１０）と０に修正された偏差積分値とから、パルス信号算出手段２６ｄによりパルス幅が算出され（Ｓ１６）、ドライブ回路１２を介してＭＯＳ−ＦＥＴ１３にＦＥＴゲート信号（パルス信号）として出力されることで、主発電機ＭＧの出力電圧が制御される。

このように、本発明によれば、電圧確立前の検出電圧が小さい場合に、当該検出電圧が設定電圧より低い第１基準電圧未満か否かを判断し、第１基準電圧未満である時に目標電圧を第１基準電圧以上である第２基準電圧に置換することにより、偏差の値を小さくして偏差に起因してパルス幅が過剰に大きくなることを防ぐことができる。
また、設定電圧に対して検出電圧が小さい場合に、偏差積分値をゼロと修正してパルス幅を算出しているため、偏差積分値に起因してパルス幅が過剰に大きくなることを防ぐことができるため、オーバーシュートを抑制することができる。
さらに、比例係数を初期設定値よりも小さい修正比例係数に置換してパルス幅を算出しているため、算出されるパルス幅が小さくなり、主発電機ＭＧの出力電圧の上昇を緩やかにさせることができるため、オーバーシュートを抑制することができる。

その後、検出電圧が第１基準電圧以上となった場合（Ｓ６のＮｏ）には、目標電圧設定手段２５ａにより目標電圧が設定電圧に置換される（Ｓ１１）。そして、検出電圧が目標電圧未満の場合（Ｓ１２のＮｏ）には、偏差算出手段２６ａ及び偏差積分値算出手段２６ｂにより算出された偏差及び偏差積分値を用いて（Ｓ１５）、パルス信号算出手段２６ｄによりパルス幅が算出され（Ｓ１６）、ドライブ回路１２を介してＭＯＳ−ＦＥＴ１３に出力される。
なお、この場合には、比例係数は、修正比例係数に置換された状態である。

一方、検出電圧が目標電圧以上の場合（Ｓ１２のＹｅｓ）には、電圧が確立された状態となるため、パルス幅算出係数設定手段２５ｂにより比例係数が初期設定値に戻される（Ｓ１３）とともに、電圧が確立されたことで電圧確立状態フラグ設定手段２３ａにより、電圧確立前フラグが０に設定される（Ｓ１４）。
そして、偏差算出手段２６ａ及び偏差積分値算出手段２６ｂにより算出された偏差及び偏差積分値を用いて（Ｓ１５）、パルス信号算出手段２６ｄによりパルス幅が算出され（Ｓ１６）、ドライブ回路１２を介してＭＯＳ−ＦＥＴ１３にＦＥＴゲート信号（パルス信号）として出力されることで、主発電機ＭＧの出力電圧が制御される。

さらに、発電機Ｇが定常負荷運転を行う場合には、負荷短絡状態フラグが０と判断され（図４ Ｓ２０のＮｏ）、続いて、パルス幅判別手段２４ｂにより、偏差積分値積数が全導通時パルス幅以上か否かが判断される。このとき、負荷短絡状態等となっておらず、偏差積分値積数が全導通パルス幅未満であると判断される（Ｓ２１のＮｏ）ため、発電機Ｇはこの状態での運転を継続して行い、出力電圧が設定電圧に維持される。

［負荷短絡状態等からの復帰時（図４，図６）］
電圧確立後、負荷短絡や重負荷が投入された場合には、パルス幅判別手段２４ｂにより主発電機ＭＧが負荷短絡状態等である（偏差積分値積数が全導通パルス幅以上である場合）（Ｓ２１のＹｅｓ）と判断され、負荷短絡状態フラグ設定手段２３ｂにより負荷短絡状態フラグが１に設定される（Ｓ２２）。このとき、遮断器等を遮断させるため短絡電流の供給を続ける必要があって、パルス信号修正手段２６ｅによりパルス幅が全導通パルス幅に固定される（Ｓ２３）。そして、偏差積分値修正手段２６ｃにより偏差積分値が０に設定される（Ｓ２４）とともに、目標電圧設定手段２５ａにより目標電圧が第３基準電圧に置換される（Ｓ２５）。

さらに、この状態（負荷短絡状態フラグが１）で発電機Ｇの運転を継続する（Ｓ５のＮＯ，Ｓ２０のＹｅｓ）と、検出電圧判別手段２４ｃで検出電圧が目標電圧以上か否かが判断され、当該検出電圧が目標電圧未満である場合（Ｓ２６のＮｏ）には、負荷短絡状態等のままで運転が行われる。
その後、負荷短絡状態等が解除され検出電圧が目標電圧以上となった場合（Ｓ２６のＹｅｓ）には、目標電圧設定手段２５ａにより、その時点での目標電圧にステップ電圧を加算することによって、段階的に増加させるように目標電圧の値が置換される（Ｓ２７）。そして、目標電圧が設定電圧未満の場合（Ｓ２８のＮｏ）には、偏差算出手段２６ａ及び偏差積分値算出手段２６ｂにより算出された偏差及び偏差積分値を用いて（Ｓ１５）、パルス信号算出手段２６ｄによりパルス幅が算出され（Ｓ１６）、ドライブ回路１２を介してＭＯＳ−ＦＥＴ１３にＦＥＴゲート信号（パルス信号）として出力されることで、主発電機ＭＧの出力電圧が制御される。

一方、検出電圧が目標電圧以上となった場合（Ｓ２８のＹｅｓ）には、目標電圧設定手段２５ａにより目標電圧が設定電圧に置換され（Ｓ２９）、負荷短絡状態フラグ設定手段２３ｂで負荷短絡状態フラグを０に設定した（Ｓ３０）後に、偏差算出手段２６ａ及び偏差積分値算出手段２６ｂにより算出された偏差及び偏差積分値を用いて（Ｓ１５）、パルス信号算出手段２６ｄによりパルス幅が算出され（Ｓ１６）、ドライブ回路１２を介してＭＯＳ−ＦＥＴ１３にＦＥＴゲート信号（パルス信号）として出力されることで、主発電機ＭＧの出力電圧が制御される。

このように、本発明によれば、電圧確立後に負荷短絡状態等と判断された場合には、目標電圧を負荷短絡状態等での検出電圧以上であり、かつ、設定電圧未満である第３基準電圧に置換するとともに、前記検出電圧が前記目標電圧以上である場合には、前記目標電圧が前記設定電圧に達するまで、前記目標電圧を所定値ごとに段階的に増加させるように置換している。従って、負荷短絡状態等と判断された場合には目標電圧を検出電圧に対応した値にまで低下させ、負荷短絡状態等が解除された場合に、除々に目標値を増加させることで、主発電機ＭＧの出力電圧を緩やかに上昇させることで、オーバーシュートを抑制することができる。

また、電圧確立後に負荷短絡状態等であると判断された場合には、パルス信号修正手段２６ｅによりパルス幅を全導通パルス幅に固定するとともに、偏差積分値修正手段２６ｃにより偏差積分値をゼロとしてパルス幅を算出しているため、負荷短絡状態等が解除された場合であっても、偏差積分値が過剰に大きくならず、当該偏差積分値に起因してパルス幅が過剰に大きくなることを防ぐことができるため、オーバーシュートを抑制することができる。

以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。特に、本発明の自動電圧調整装置は、エンジン駆動発電機に限らず、種々の発電機に適用可能である。

また、実施形態では、ＰＩ制御によりスイッチング素子の制御を行う場合について説明した。しかし、前記パルス信号算出部において、式（ｄ）により偏差の微分値（△Ｖerr（ｎ））を算出するための微分値算出手段を備えるとともに、パルス信号算出手段において式（ｅ）によりパルス幅信号Ｔ’を算出して、ＰＩＤ制御により、ＭＯＳ−ＦＥＴを制御する構成としてもよいことは言うまでもない。

△Ｖerr（ｎ）＝Ｖerr（ｎ−１）−Ｖerr（ｎ） （ｄ）
Ｔ’＝Ｋp×Ｖerr（ｎ）＋Ｋi×Σ_nＶerr（ｎ）＋Ｋd× △Ｖerr（ｎ）（ｅ）
Ｋd：予め定められている微分係数

また、前記実施形態において、設定電圧調整器３１にはアップダウンスイッチを用いているが、調整用トリマを用いてもよく、その場合には、Ａ／Ｄコンバータにより、アナログ値をディジタル値に変換してマイコンに入力する必要がある。
また、検出電圧算出部２２はマイコン２０による制御を行う構成となっているが、前記検出電圧算出部２２はハードウェアを使用した回路としてマイコン２０のＡ／Ｄコンバータ２１に出力する構成としてもよい。
また、発電機Ｇの出力電圧の検出は、実効値を算出することにより行っているが、当該実効値に代えて平均値を算出することにより行ってもよい。
さらに、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３は整流回路１４を介して主発電機の出力端子Ｗ−Ｏと接続されているが、その他の方式で励磁電流を励磁機界磁巻線に供給するものであればよい。

本発明のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置の構成図である。 マイクロコンピュータの構成図である。 発電機起動直後の電圧確立時における本発明のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置の動作を示すフロー図である。 負荷短絡状態等からの復帰時における本発明のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置の動作を示すフロー図である。 発電機起動直後の電圧確立時における各種指標のタイミングチャートである。 負荷短絡状態等からの復帰時における各種指標のタイミングチャートである。 従来の自動電圧調整装置の構成図である。

符号の説明

１０ オーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置
１１ 電圧検出回路（電圧検出手段）
１３ ＭＯＳ−ＦＥＴ
２０ マイクロコンピュータ
２３ フラグデータ設定部
２４ データ判別部
２５ オーバーシュート抑制条件設定部
２６ パルス信号算出部
Ｅ エンジン
ＥＸ エキサイタ
Ｇ 発電機
ＭＧ 主発電機

Claims (2)

1. パルス幅に応じてスイッチング素子をオン−オフして、発電機の励磁電流を制御することで、出力電圧を予め定められている設定電圧に保持する、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御に基づく前記発電機の自動電圧調整装置において、
   前記発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
   検出された検出電圧に関し、目標電圧に対する偏差を算出する偏差算出手段と、
   前記偏差の積分値を算出する積分値算出手段と、
   積分係数、比例係数、前記偏差及び前記偏差の積分値をもとに前記パルス幅を算出し、パルス信号として出力するためのパルス信号算出手段と、を備え、
   電圧確立前であり、前記検出電圧が、前記設定電圧より低い第１基準電圧未満である場合には、前記目標電圧を、前記第１基準電圧以上であり、かつ、前記設定電圧未満である第２基準電圧に設定し、前記パルス信号算出手段において、前記パルス信号を算出する際に、前記比例係数を、初期設定値よりも小さい修正比例係数に設定し、かつ、前記偏差の積分値をゼロにして、前記パルス幅を算出し、
   電圧確立前であり、前記検出電圧が前記第１基準電圧以上である場合には、前記目標電圧を前記設定電圧に置換し、前記偏差の積分値を算出して、前記パルス幅を算出し、
   電圧確立後であり、負荷短絡状態と判断された場合には、短絡電流を供給し続けることができるように前記パルス幅を全導通状態で固定し、かつ、前記積分値算出手段において、前記偏差の積分値をゼロとするとともに、前記目標電圧を、前記検出電圧よりも大きく、かつ、前記設定電圧未満である第３基準電圧に置換し、
   その後、前記負荷短絡状態が解除され、前記検出電圧が前記第３基準電圧以上になった場合には、前記偏差の積分値を算出するとともに、前記目標電圧が前記設定電圧に達するまで、前記検出電圧が前記目標電圧に達するたびに前記目標電圧に所定の電圧値であるステップ電圧を加算することで新たな目標電圧とする置換の処理を繰り返し、
   その後、前記目標電圧が前記設定電圧に達した場合には、前記目標電圧を前記設定電圧に置換して、
   前記パルス信号算出手段により算出された前記パルス信号を、前記スイッチング素子にパルス幅の信号として入力するように構成されていること、
   を特徴とするオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置。
2. ＰＩＤ制御に基づく前記発電機の自動電圧調整装置であって、
   前記偏差の微分値を算出する微分値算出手段を備え、
   前記パルス信号算出手段は、さらに、微分係数と前記偏差の微分値を用いて前記パルス幅を算出すること、
   を特徴とする請求項１に記載のオーバーシュート抑制機能付自動電圧調整装置。

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