JP2574245B2 - 同期機に対する回転電流励磁装置 - Google Patents

同期機に対する回転電流励磁装置

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JP2574245B2
JP2574245B2 JP61155227A JP15522786A JP2574245B2 JP 2574245 B2 JP2574245 B2 JP 2574245B2 JP 61155227 A JP61155227 A JP 61155227A JP 15522786 A JP15522786 A JP 15522786A JP 2574245 B2 JP2574245 B2 JP 2574245B2
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 公知技術 本発明は特許請求の範囲第1項の上位概念に示されて
いる同期機のための三相交流励磁装置に関する。
この上位概念に関しては本発明は例えばドイツ連邦共
和国における雑誌“Techn.Mitt.AEG−TELEFUNKEN"58(1
968)3,第145頁〜第148頁、“ブラシレス励磁装置…”
の例えば2.3図に示されている公知技術を前提とする。
スリップリングおよびブラシを有していない同期機に
対する励磁装置は、保守のいらない作動が著しく高く評
価される場合、すべり接触を用いての電流伝送が基本的
に困難である場合に有利である。三相交流励磁発電機お
よび回転する半導体素子を有するブラシレス同期機の公
知の構成は前述の刊行物に示されている。
この刊行物において内側磁極形の主機の軸が、一方で
はこの主機の磁極車を支持し他方では外側磁極機として
実施されている励磁機の回転子を支持している。この励
磁機の外側励磁機として実施されその三相交流電気子巻
線は、被制御の半導体を有するスター持続回路として構
成される三相交流整流装置にもとづいて動作する(第1
図+第2.3図、上記刊行物)。この三相交流整流装置は
選択的にブリッジ回路として構成することができる(第
1図+第2.1図、上記刊行物)。
三相交流スター持続回路の方が一層有利であるのは、
励磁電圧が必要とされるダイオードの許容遮断電圧が利
用できない場合である。整流器のための費用はブリッジ
回路の場合と比較して半分であり、さらに全部のダイオ
ードを共通の冷却部材上に設けることができる。
しかし整流器のためのこの費用節約は、励磁機の電機
子巻線における銅の費用の増加を伴う。この銅の費用増
加はスター持続回路の場合、直流電流と相電流の実効値
との不利な比から生ずる。スター持続回路にける直流電
圧の比較的大きいリップルは、主機の励磁巻線にインダ
クタンスが大きい場合は問題ではない。この場合、保護
抵抗が磁極車巻線に並列に配分され個々の整流分岐に並
列に接続されている。このようにして整流電圧の抑圧用
のコンデンサの、ダイオードへの組み込みが省略され
る。
前述の保護構成が次の場合は大抵はそのまま十分であ
る、即ち三相交流励磁機が電圧源または電圧の案内され
る変流機いわゆるU変流機から給電される時に、整流電
圧ピークを許容限界内に保持するためには、十分であ
る。しかし電力が同じ場合はコストが一層有利である交
流電流設定器を用いて給電する場合は、著しく高められ
る整流電圧ピークが発生する。この電圧ピークは高調波
の相互干渉の結果として生ずるのであり、例えば三相交
流励磁機の固定子が回転子の回転方向とは逆の回転方向
に磁界が形成されるように給電される同期機の場合は、
この整流電流ピークは5倍にもなり、これは回転子にお
ける著しく高価なダイオード接続を用いてしか抑圧でき
ない。
公知のように半導体ダイオードに作用する2種類の電
圧がある。
1) キャリヤ蓄積効果: この種の電圧は、電流の零点通過後に著しく小さい数
mAの逆方向電流が再び流れはじめる時に発生する。この
場合に発生する急峻な電圧ピークはダイオードそのもの
および回路の整流子インダクタンスに依存し、動作温
度、順方向電流および回路の整流子インダクタンスの増
加と共に一層大きくなる、固定のインダクタンスおよび
一定の順方向電流(大きな高調波のない)を有する所定
の回路の場合、逆方向電流の流れはじめる際に常に値の
di/dtおよび電圧ピークが発生する。
この電圧ピークを低減する目的で公知のようにRとC
を用いたダイオード保護回路が設けられる。
しかしこの電圧ピークがダイオードの遮断電圧限界お
よび巻線の許容絶縁電圧を下回わる限り、この電圧ピー
クは無害である。これまで何ら問題を生ぜさせない同期
機(ダイオード保護回路のない)もある。
2) 固定子と回転子との間の変圧作用による伝送によ
り発生する電圧ピーク; 定常状態には回転子に、所定の空隙磁界に相応する基
本波電圧が発生する。しかし可変三相交流源の動作を、
短い時間間隔で例えば380Vの電圧の投入接続すると、こ
の変圧作用によるピーク値がこの場合は1000V以上にも
達する。
しかし両方の影響が重なっても2.4kVの遮断電圧を有
するダイオードを損傷するまでには至らない。何故なら
ば次のような不規則が現れるからある: −ダイオードの整流過程が必ずしも各周期において同様
には行われない; −周期持続時間(相続く整流過程の間の時間)が回転数
に必ずしも正確には相応しない; −電圧ピークが異なる大きさで発生しそのピーク値は全
体的に見ると可変三相交流源を用いない時よりも5倍大
きくなる。これらの不規則は(1)のTSE効果によって
も(2)の“電圧ピーク”によっても説明できない。
さらにこの場合注意すべきことは、可変三相交流源の
動作と突然の投入持続との間に類似が全く当てはまらな
いからである。
広範囲の試験により従来は解明されなかった前述の不
規則の原因は、可変三相交流源とスター持続回路との相
互干渉にあることが一義的に突きとめられた。換言すれ
ば可変の三相交流源と回転子中のブリッジ回路との組み
合わせの場合、および可変の三相交流源ではない電流源
と回転子のスター持続回路との組み合わせの場合だけ
が、キャリヤ蓄積効果および変圧作用による伝送は全完
に存在するにもかかわらず、整流においてこの種の高い
電圧ピークおよび不規則が全く発生しないことが分かっ
た。
この相互の干渉は、スター持続回路からも可変三相交
流源からも十分発生される、値の大きい高調波を用いて
数学的に表現される。このように可変三相交流源と回転
子中のスター持続回路とは従来は両立しなかった。
回転数が6000rpmまでもおよびそれ以上に変化される
同期機の場合、公知のRC接続では部品の収容、保持、配
線に関して、同期機全体の寸法が著しく増加するという
構造上の問題点が生ずる。
発明の解決すべき課題 半導体のための保護回路を回転子5にではなく、固定
子3に設けたことにより、固定子巻線への電流源1から
の奇数高調波の流入が阻止され、そのため固定子高調波
が低減され回転子高調波との相互干渉が減少される。そ
の結果、ダイオードにおける電圧ピークが低減され、ダ
イオードが破損から保護される。換言すればこのように
従来装置では回転子に著しく大きい寸法のダイオードお
よびこれに所属の保護素子が必要とされるため、高速回
転子の実現が困難であった。
課題を解決すべき手段 この問題点は、本発明により、保護回路を励磁機の固
定子に配属した構成により解決されている。
発明の効果 この構成により、寸法が小さくかつ励磁機整流器の半
導体素子に対する保護回路の構成費用が著しく低い利点
を有する、冒頭に述べた交流励磁装置が提供される。
半導体の保護のための構成は従来の半導体のごく近傍
に、即ち回転子へ−詳細には整流子胴−へ集中して設け
られたが、本発明は従来とは異なる効果的な構成を有す
る。即ち“保護回路”を固定子側に設けたのである。そ
の基本思想は、高周波電流に対する並列路を固定子中に
設けて、固定子の高調波と回転子の高調波との相互干渉
を低減させることにある。これによりキャリヤ蓄積効果
による電圧ピークがその通常の値へ低下する。可変三相
交流源と励磁機の固定子との間の接続路は本発明による
ローパス特性を有する。そのため有効電流だけが固定子
へ流入され同期機へのおよび同期機からの高周波電流が
遮断される。
本発明は例えば回転数が零から6000rpmおよびそれ以
上に調整可能な同期機に対して好適である。この種の同
期機の場合、出力電流の振幅が可変三相交流源が三相交
流励磁機の固定子に給電を行う。この場合、三相交流励
磁機の回転子は、主機の励磁を停止状態においても行え
るように、固定子回転磁界の回転方向とは逆の方向に回
転する。
実施例の説明 次に本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
図において、電流振幅の調整可能である可変三相交流
源1が、ローパス特性を有する保護回路を介して、三相
交流励磁機Eの固定子巻線3へ給電を行う。この三相交
流励磁機の三相回転子巻線は4で示され、回転子は5で
示されている。各々の相巻線6,7,8に直列に整流器ダイ
オード9,10,11が接続されており、その陰極側はまとめ
て接続されている。相巻線6,7,8の自由端もまとめて接
続されている。3相の整流用スター接続路を構成するこ
の回路装置に並列に主機Sの励磁巻線12が接続されてい
る。この主機の3相の固定子巻線は13で示されている。
図示されている様にそれぞれダイオードを有する各整
流分岐の同極性の端子は互いに接続されており、そのた
め直流の取り出される端子は、交流装置の中点により形
成されている。交流側の端子からは電流は一方の方向へ
だけ流れる。
可変三相交流源1としては、回転数の変化される駆動
部への例えば非同期機駆動部への給電のために用いられ
る公知の装置が使用される。この装置の構成と動作は、
刊行物“Brown Boveri Mitteilungen"4/5−82、168頁、
第7図に示されている。
可変三相交流源1の出力端子14,15,16と三相交流励磁
機との間に、3相に構成された保護回路2が接続されて
いる。この保護回路の構成および動作は後述する。
端子14,15,16と直列にそれぞれチョークコイル20,21,
22が接続されている。チョークコイル20,21および22か
ら固定子端子17,18,19およびアースへ、それぞれRC組み
合わせ体23,24,25が接続されている。このRC組み合わせ
体は、例えば各2つのコンデンサ26〜31およびオーム抵
抗32〜37から形成される。抵抗32,34,36およびコンデン
サ26,28,30の各並列接続体はそれぞれ、抵抗33,35,37と
コンデンサ27,29,31との並列接続体と直列に接続されて
いる。そのため端子14と17,15と18,16と19との間のそれ
ぞれの接続体は、ローパス特性を有する。
自己発振の危険のため保護回路2のコンデンサおよび
抵抗の値は三相交流励磁機の適合させる必要がある。こ
の場合たとえば抵抗値は、この値が出来るだけわすかな
負荷損失しか生ぜさせないように、選定する必要があ
る。
この場合チョークコイル20,21,22はまず第一に、整流
器ダイオード9,10,11における電圧ピークを低減し、同
時に損失も許容範囲に保持する必要がある。しかし必要
に応じてチョークコイルは用いないこともできる。
RC組み合わせ体23,24,25の変形実施例を次に示す。
a) 素子32および27,34および29,36および31を用いな
い、即ちRC組み合わせ体は1つのコンデンサと1つのオ
ーム抵抗との直列接続体だけを有するようにするか、ま
たは b) それぞれ抵抗32,34,36を用いない(1つのコンデ
ンサと1つのコンデンサおよびオーム抵抗から成る直列
接続体との直列接続体)または、 c) 直列接続体の抵抗およびコンデンサから成る2つ
の並列接続体の一方を省略する:各々のRC組み合わせ体
は1つのコンデンサと1つの抵抗たとえば27と33,29と3
5,31と37の並列接続体だけを有する。
次に本発明の保護回路の動作を説明する。
電流源として動作する可変三相交流源は、電源周波数
(50または60Hz)の基本波のほかに、奇数の序数,5,7,1
1,13,17等の電流高周波を発生する。そのため、回転子
高周波からスター持続回路の結果として発生される固定
子電流の高調波等がもはや固定子に流入できなくなる。
同じく回転子に、固定子高調波に相応する電流がもはや
流入できない。換言すれば固定子は回転子高調波から、
および回転子は固定子高調波から開放されて動作するの
である。そのため、値の大きい全部の電流高調波が同期
機の主インダクタンクを介して流れ、一層高い電圧およ
び一層高い電圧ピークを発生する。注目すべきことは、
この開放動作を行う固定子により、回転子中のダイオー
ドに対する整流インダクタンスが増加される。適切な保
護手段が用いられないと、両方の効果がダイオードを破
損する。冒頭に述べたように従来装置では著しく寸法の
大きい整流器ダイオードを、場合によりこの整流器ダイ
オードに直接配属されるすなわちいわゆる整流器フライ
ホイールとして回転子に取り付けられるダイオード保護
回路と組み合わせて使用することにより、半導体素子を
基本的に保護できる。しかしこのことは、例えば高速回
転子の場合、構成上の著しい困難を生ぜさせる。
本発明はその技術思想および構成、回路思想に関し
て、全く別の手段を提供する。この別の手段において
は、保護回路を三相交流励磁機の固定子に配属し、高周
波電流に対する並列路を励磁機の固定子において設けた
のである。その結果、固定子高調波と回転子高周波との
相互干渉が低減される。
前述の説明から明らかなように、本発明による保護回
路は、可変三相交流源/三相交流励磁機のそれぞれの方
式に対して適合させる必要がある。
発明の効果 半導体のための保護回路を回転子5にではなく、固定
子3に設けたことにより、固定子巻線への電流源1から
の奇数高調波の流入が阻止され、そのため固定子高調波
が低減され回転子高調波との相互干渉が減少される。そ
の結果、ダイオードにおける電圧ピークが低減され、ダ
イオードが破損から保護される。換言すればダイオード
の整流の間にキャリヤ蓄積効果に起因するダイオードに
おける電圧ピークが、試験により突き止められたその原
因である固定子高調波と回転子高調波との相互干渉が著
しく低減される。その結果、十分に低減されたかつ損失
の少ない、同期機に対する三相交流励磁機が提供され
る。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示す回路略図である。 1……可変三相交流源、2……保護回路、3……三相交
流励磁機の固定子巻線、4……三相交流励磁機の回転子
巻線、5……三相交流励磁機の回転子、12……主機の励
磁巻線、13……主機の固定子巻線、E……三相交流励磁
機、S……主同期機、U,V,W……主同期機の固定子端子

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ブラシレス励磁装置を有する同期機に対す
    る三相交流励磁装置であって、該三相交流励磁装置は多
    相の回転子巻線(4)を有する三相交流励磁機(E)を
    備え、該多相回転子巻線の相巻線(6,7,8)を回転子
    (5)に設けられる整流器スター持続回路(9,10,11)
    へ接続し、該整流器スター持続回路が同期機(S)の励
    磁巻線(12)に給電を行い、さらに三相交流励磁機にお
    いて三相交流励磁機(E)の固定子巻線(3)を三相交
    流源から給電し、整流器スター持続回路の半導体素子
    (9,10,11)を保護する装置を備えた、ブラシレス励磁
    装置を有する同期機に対する三相交流励磁装置におい
    て、三相交流励磁機(E)を可変三相交流電源(1)か
    ら給電し、該可変三相交流源と三相交流励磁機の固定子
    巻線(3)との間に、ローパス特性を有する保護回路
    (2)を持続したことを特徴とする、同期機に対する三
    相交流励磁装置。
  2. 【請求項2】可変三相交流源(1)はその出力電流の振
    幅が調整可能である、特許請求の範囲第1項記載の三相
    交流励磁装置。
  3. 【請求項3】保護回路が各々の相に対して少なくとも1
    つの、オーム抵抗(32…37)とコンデンサ(26…31)か
    ら成る組み合わせ体(23,24,25)を有し、該組み合わせ
    体を、可変三相交流源出力側(14,15,16)から三相交流
    励磁機の固定子端子(17,18,19)への線路とアース電位
    との間に、直列接続体および/または並列接続体として
    接続した、特許請求の範囲第1項または第2項記載の三
    相交流励磁装置。
  4. 【請求項4】可変三相交流源出力側(14,15,16)と前記
    のRC組み合わせ体との間にチョークコイル(20,21,22)
    を持続した、特許請求の範囲第3項記載の三相交流励磁
    装置。
  5. 【請求項5】三相交流励磁機(E)の固定子(3)を、
    回転子(5)の回転方向とは逆の回転方向に回転磁界が
    できるように給電する、特許請求の範囲第1項から第4
    項までのいずれか1項記載の三相交流励磁装置。
JP61155227A 1985-07-04 1986-07-03 同期機に対する回転電流励磁装置 Expired - Lifetime JP2574245B2 (ja)

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CH2888/85-1 1985-07-04
CH288885 1985-07-04

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EP (1) EP0208859B1 (ja)
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AT (1) ATE51331T1 (ja)
BR (1) BR8602598A (ja)
DE (1) DE3669816D1 (ja)
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