JP2005130683A - 回転巻線を逆相励磁する巻線形誘導機および付属装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 巻線形誘導機の回転数を２速度にしたり、連続的に変化させたりする。
また、電源に接続する場合の突入電流をなくする。
【解決手段】巻線形誘導機の回転巻線に低速回転の時は正相電圧を加え、高速回転の時は逆相電圧を加える。
連続変化の場合は回転巻線にＡＣ−ＤＣ変換器とＤＣ−ＡＣ変換器を接続する。
発電機の固定巻線にコンデンサを接続して定格速度で回転し、自己励磁現象により発電機の電圧を系統電圧と一致させた瞬間に開閉器を閉じる。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、巻線形誘導発電機、または巻線形誘導電動機を２速度で運転する装置および可変回転数で運転する装置に関するものである。

従来、誘導回転機、同期回転機、を２速度で回転する場合には固定巻線の極数を変更していた。
また、連続的に回転数を変える装置は主に固定巻線側の電源周波数を変化させるものであった。
固定巻線側と回転巻線側の双方の電源周波数を変化させて、その周波数の差を回転数とする発明（特願０８−０１０９７７）がある。
さらに、直流電源からインバータを通して回転巻線を励磁する発明（特願２００２−０７７２９７）もある。
これらの発明は回転巻線を励磁する電源に正回転のものを用いている。

発明が解決しようとする課題

従来、の固定子巻線の極数を変更して２速度を得る方法では、固定巻線のつくり方が複雑である。
また、誘導回転機を電力系統に接続するときに流れる突入電流が大きくなる。
本発明は突入電流が少ない方法で２速度を得ることを目的としている。
従来の連続的に回転数を変化させる方法ではＡＣ−ＤＣ変換器の容量が誘導回転機の最大容量の１．２倍以上必要であった。
本発明はＡＣ−ＤＣ変換器の容量を従来の半分にすることを目的としている。

課題を解決するための手段

本発明は２速度回転の場合、巻線形誘導発電機または巻線形誘導電動機の回転巻線を短絡して低速度回転を行い、回転子巻線に逆相の電圧を加えて、高速度回転を行う。
連続的に回転数を変化させる場合は低速回転では回転巻線に接続するＡＣ−ＤＣ変換器のＡＣ側の相回転を正とし、高速回転では逆とする。

コンデンサを固定巻線に接続したまま巻線形誘導発電機を定格速度で回転して自己励磁現象により電圧を上昇させ、電力系統の電圧と同じ位相と大きさの電圧の時、発電機を系統に接続して、突入電流を少なくする。

発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施例を示すブロック線図で巻線形誘導発電機の場合である。
巻線形誘導発電機の場合、開閉器（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）が全て開いた状態から起動する。

回転巻線（２）をスリップリング（３）を通して開閉器（Ｓ２）で短絡し、巻線形誘導発電機を低速度の定格速度で回転し開閉器（Ｓ１）を閉じると、変圧器またはインピーダンス（７）を通して、５％程度の電圧が固定巻線に加わる。
変圧器を用いた場合、変成比を仮に５％とすると電力系統（５）の側から見た突入電流は０．２５％となる。

次に、可変無効電力発生器（４）を調整して開閉器（Ｓ１）を通る電流がほぼ０になった時、開閉器（Ｓ１）を開き、可変無効電力発生器（４）を調整して自己励磁現象により、電力系統（５）と同じ大きさの電圧を巻線形誘導発電機が発生するようにする。
さらに巻線形誘導発電機の機械的な入力を調整して、出力の電圧位相を電力系統（５）と同じにして開閉器（Ｓ３）を閉じる。
この状態で巻線形誘導発電機は突入電流無しに、電力系統（５）と並列運転されたことになる。

この状態からさらに巻線形誘導発電機を低速定格回転数の２倍の速度で回転させるには、巻線形誘導発電機の機械的入力と可変無効電力調整器（４）を調整して開閉器（Ｓ３）に流れる電流がほぼ０になった時、開閉器（Ｓ２）を開き巻線形誘導発電機を高速回転の同期速度で回転させて、開閉器（Ｓ４）の極間電圧がほぼ０になった時、開閉器（Ｓ４）を閉じれば巻線形誘導発電機は同期発電機に変化して通常の連続運転に入る。

ここで、変圧器またはインピーダンス（７）は回転子に残留磁気が無く、電圧が立ち上がらないことを無くするためのものである。
また変圧器（６）は回転巻線（２）と固定巻線（１）との間の電圧差がある場合これを同じにする目的のものであり、電圧差が無ければ不要のものである。

図２は本発明の実施例を示すブロック線図で巻線形誘導電動機の場合である。
巻線形誘導電動機の場合には発電機のように電源を切って定格速度まで加速することは出来ない。
したがって、低速回転の起動の場合は従来の巻線形誘導電動機の起動と同じく開閉器（Ｓ１、Ｓ３）を開き、開閉器（Ｓ２）を閉じ、可変抵抗器（４）を最大値にして、開閉器（Ｓ１）を閉じる。

巻線形誘導電動機の回転が上がるに従って可変抵抗（４）の抵抗値を少なくし、定格回転数になった時抵抗値を０にする。
この状態から高速回転にするには、可変抵抗（４）を最大にし、開閉器（Ｓ２）を開き、開閉器（Ｓ３）を閉じる。
この切り替えは瞬時に行う。

以後巻線形誘導電動機の回転が上がるに従って可変抵抗（４）の抵抗値を少なくし、高速回転の定格回転数になった時抵抗値を０にする。
高速回転の時は回転巻線（２）の励磁電流は電力系統（５）から供給されるので、巻線形誘導電動機でありながら同期回転をする。
図２では回転巻線（２）のための変圧器を使用していないが、必要ならば使用する。

図３は本発明の実施例を示すブロック線図で巻線形誘導発電機または巻線形誘導電動機の両方に適用され回転速度を連続可変する場合である。
以下巻線形誘導発電機または巻線形誘導電動機の両方について記すときは誘導機と記す。
誘導機が停止中の場合は、開閉器（Ｓ１、Ｓ２）を開く。

この状態から誘導機を起動するには開閉器（Ｓ１）を閉じ、ＤＣ−ＡＣ変換器（７）を動かしてコンデンサ（４）を充電した後、ＡＣ−ＤＣ変換器（６）を動かして回転巻線（２）に正回転の交流電圧を加える。
すると、固定巻線に電圧が発生するので、開閉器（Ｓ２）の両端電圧が０になるようＡＣ−ＤＣ変換器（６）の電圧の大きさ、周波数、位相角を合わせて開閉器（Ｓ２）を閉じる。

次に回転を加速するには、ＡＣ−ＤＣ変換器（６）の周波数を上げる。
このときのＡＣ−ＤＣ変換器（６）の相回転は正である。
さらに回転数を上げていくと低速回転の同期速度となる。
このとき、ＡＣ−ＤＣ変換器（６）は直流電流を出力する。
ＡＣ−ＤＣ変換器（６）は電力の流れる方向が発電機の場合と電動機の場合とでは逆になる。

さらに回転速度を上げる場合は、ＡＣ−ＤＣ変換器（６）の相回転を逆にして次第にその周波数を上げる。
高速回転の同期速度に達すると、ＡＣ−ＤＣ変換器（６）の出力は電力系統（５）の周波数と同じになるので、ＡＣ−ＤＣ変換器（６）を切り離して電力系統（５）に接続しても良いし、そのまま接続して、ＡＣ−ＤＣ変換器（６）は無効電力の供給源として使用してもよい。
回転を下げる場合は上記の逆の順序による。
上記の説明に用いた図面は３相交流電源を使用するものであるが、２相交流をその一部、または全部に用いても動作と原理は同じである。

発明の効果

本発明によれば、巻線形誘導発電機および巻線形誘導電動機を突入電流なしに電力系統に接続できること、低速回転と高速回転の２速度回転が出来ること、ＡＣ−ＤＣ変換器とＤＣ−ＡＣ変換器を用いれば連続的に回転速度を変えることが出来る等の効果がある。

また、可変抵抗の容量とＡＣ−ＤＣ変換器とＤＣ−ＡＣ変換器の容量を従来の半分にする効果がある。

図１は本発明の実施例を示すブロック線図で巻線形誘導発電機の速度を２速度とする場合である。 図１の符号の説明は下記の通り

符号の説明

１ 固定巻線
２ 回転巻線
３ スリップリング
４ 可変無効電力発生器
５ 電力系統
６ 変圧器
７ 変圧器またはインピーダンス
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 開閉器

図２

図２は本発明の実施例を示すブロック線図で巻線形誘導電動機の回転数を２速度とする場合である。 図２の符号の説明は下記の通り

符号の説明

１ 固定巻線
２ 回転巻線
３ スリップリング
４ 可変無効電力発生器
５ 電力系統
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 開閉器

図３

図３は本発明の実施例を示すブロック線図で巻線形誘導発電機または巻線形誘導電動機の回転数を連続変化する場合である。 図３の符号の説明は下記の通り

符号の説明

１ 固定巻線
２ 回転巻線
３ スリップリング
４ コンデンサ
５ 電力系統
６ ＡＣ−ＤＣ変換器
７ ＤＣ−ＡＣ変換器
Ｓ１、Ｓ２ 開閉器

Claims (9)

1. 図１に示すように、巻線形誘導発電機、の回転巻線に並列に開閉器（Ｓ２）の１端を接続し他の極を短絡すること。
   回転巻線に直列に開閉器（Ｓ４）の１端を接続し、他端を、固定巻線の電源に対する接続を基準として相回転が逆になるように交流商用電源に接続することを特徴とする回転巻線を逆相励磁する巻線形誘導発電機および付属装置。
2. 図１に示すように、巻線形誘導発電機、の固定巻線（１）に並列に可変無効電力発生器（４）を取り付け、固定巻線と電力系統（５）との間に開閉器（Ｓ３）を接続し、開閉器（Ｓ１）と変圧器またはインピーダンス（７）を直列に接続したものを開閉器（Ｓ３）に並列に接続することを特徴とする巻線形誘導発電機および付属装置。
3. 図２に示すように、巻線形誘導電動機の回転巻線に可変抵抗（４）の一端を接続し可変抵抗（４）の他端を開閉器（Ｓ２、Ｓ３）の一端に接続し、開閉器（Ｓ２）の他端を３相短絡するように結線し、開閉器（Ｓ３）の他端を固定巻線を基準とした場合逆相になるよう交流商用電源に接続することを特徴とする巻線形誘導電動機および付属装置。
4. 図３に示すように、巻線形誘導発電機、または巻線形誘導電動機（本文ではこれらを誘動機または巻線形誘動機と記す場合がある）の回転巻線に直列にＡＣ−ＤＣ変換器（６）を接続し、ＡＣ−ＤＣ変換器のＤＣ側にコンデンサまたは電池を並列に接続し、ＤＣ−ＡＣ変換器（７）のＤＣ側をコンデンサまたは電池に接続し、ＡＣ側を交流商用電源に接続すること。
   ＡＣ−ＤＣ変換器は周波数と電圧がそれぞれ独立に０から最大値まで変化し、相回転が正と逆の両方であること。
   上記項目を持つことを特徴とする巻線形誘導電動機および付属装置。
5. 図１に示す巻線形誘導発電機、を低速度起動する場合、図１の開閉器（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を開いた状態から起動を開始する。
   開閉器（Ｓ１、Ｓ２）を閉じ、巻線形誘導発電機の回転数を低速度回転の場合の同期速度に回転させ、可変無効電力発生器（４）の無効電力を調整し、開閉器（Ｓ１）を通過する電流がほぼ、０になった時開閉器（Ｓ１）を開き、可変無効電力発生器（４）の無効電力と巻線形誘導発電機の機械入力を調整して、開閉器（Ｓ３）の端間電圧がほぼ０になった時開閉器（Ｓ３）を閉じることを特徴とする図１の結線の場
   合の巻線形誘導発電機を低速度起動の操作順序。
6. 図１に示す巻線形誘導発電機、を停止状態から高速度起動する場合は図１に示す開閉器（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を開いた状態から起動を開始する。
   開閉器（Ｓ１、Ｓ４）を閉じ、巻線形発電機の回転数を高速度回転の場合の同期速度に回転させ、可変無効電力発生器（４）の無効電力と巻線形誘導発電機の機械入力を調整し、開閉器（Ｓ１）を通過する電流がほぼ、０になった時開閉器（Ｓ１）を開き、可変無効電力発生器（４）の無効電力と巻線形誘導発電機の機械入力を調整して、開閉器（Ｓ３）の端間電圧がほぼ０になった時開閉器（Ｓ３）を閉じることを特徴とする図１の結線の場合の巻線形誘導発電機の高速度起動の操作順序。
7. 図１に示す巻線形誘導発電機、が低速回転中に高速度回転に切り替える場合、図１に示す開閉器（Ｓ１、Ｓ４）が開き、開閉器（Ｓ２、Ｓ３）が閉じた、状態から切り替えを開始する。
   巻線形誘導発電機の回転数を低速度回転の場合の同期速度に回転させ、開閉器（Ｓ２）を開き、巻線形誘導発電機の回転数を高速度回転の場合の同期速度に回転させ、開閉器（Ｓ４）の端間電圧がほぼ０になった時開閉器（Ｓ４）を閉じることを特徴とする図１の結線の場合の低速回転中の巻線形誘導発電機を高速度回転に切り替える操作順序。
8. 図２に示す巻線形誘導電動機、が低速運転中に高速度運転に切り替える場合、図２に示す開閉器（Ｓ３）が開き、開閉器（Ｓ１、Ｓ２）が閉じ、可変抵抗が短絡された状態から切り替えを開始する。
   発電機の回転数を低速度回転の場合の定格速度に回転させ、可変抵抗を最大値にして開閉器（Ｓ２）を開き、開閉器（Ｓ３）を閉じる。
   可変抵抗を最大にすること、開閉器（Ｓ２）を開くこと、開閉器（Ｓ３）を閉じること、の３個の操作は極めて早く例えば０．１秒程度で行う。
   巻線形誘導電動機の回転速度が上昇するにしたがって可変抵抗の値を小さくし、定格速度になった時可変抵抗の値を０にすることを特徴とする、図２の結線の場合の巻線形誘導発電機の高速度切り替え操作順序。
9. 図３に示す巻線形誘導発電機、が停止中に低速度回転から高速度運転まで回転速度を上げる場合、図３に示す開閉器（Ｓ１，Ｓ２）が開いた状態から切り替えを開始する。
   巻線形誘導発電機を適当に低速度回転させてから、開閉器（Ｓ１）を閉じてＤＣ−ＡＣ変換器がコンデンサを充電し終わった時、ＡＣ−ＤＣ変換器のＡＣ側の電圧、周波数、位相角を調整し、開閉器（Ｓ２）の両端電圧を同じにした後、開閉器（Ｓ２）を閉じ以後発電電力と回転速度に対応するよう、ＡＣ−ＤＣ変換器のＡＣ側の電圧、周波数、位相角を調整する。
   巻線形誘導発電機の回転速度が低速度回転の同期速度以上になると、ＡＣ−ＤＣ変換器の相回転を逆転させ発電電力と回転速度に対応するよう、ＡＣ−ＤＣ変換器のＡＣ側の電圧、周波数、位相角を調整する。
   上記により図３に示す巻線形誘導発電機が停止から低速度回転をへて高速度回転に至ることを特徴とする操作順序。

Images