JPH02146976A - ブラシレス同期調相機の始動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、ブラシレス同期調相機の始動方法に関し、
特に船舶における他励式サイリスクインバータ方式の軸
発電装置に用いられる同期調相機の自己始動方法の改良
に関するものである。

「従来の技術」 船舶においては、省エネを目的として第３図または第４
図に示すように回転変動のある主機関ｌによって駆動さ
れる軸発電Ｒ２の周波数変動を伴う出力を他励式サイリ
スクインバータ方式の周波数変換器３を通して定周波・
定電圧の電力に変換し、船内母線４に供給する軸発電装
置が用いられるが、この装置においては、無効電力分を
補うための同期調相機５Ａまたは５Ｂが必要になる。

しかして、この同期調相機５Ａまたは５Ｂの始動方法と
しては、第３図に示すような始動用電動機直結法と第４
図に示すような通常の同期電動機と同様の自己始動法が
一最的に知られている。

以下、これらの始動方法につき、もう少し詳しく説明す
る。先ず、第３図において、１１と１１ａ、ｌｌｂは回
転界磁形本木機とその電機子巻線。

界磁巻線であり、１２と１２ａ、１２ｂは回転電機子形
交流励磁機とその電機子巻線、界磁巻線である。なお、
この交流励磁機１２は、その界磁側の構成を、磁極毎に
単相巻きされた界磁巻線に直流の励磁電流を流してＮ極
とＳ極の磁極を交互に形成するようにした同期機形の励
磁機である。１３は回転整流器で、１２ａの交流出力を
直流に変換してｌｌｂに励磁電流を供給する。５Ａは、
以上のｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２ｂ、１３で構成さ
れる同期調相機（以下、この種の同期調相機を同期励磁
板形調和機という）であり、原動機に駆動されて発電す
る通常のブラシレス同期発電機と同一構成である。なお
、第５図の５Ａは、この第３図の５Ａの詳細図である。

６はこの５Ａの電圧を調節するための自動電圧調整器で
ある。

以上に述べた同期励磁機影調相機５Ａでは、停止時若し
くはそれに近い低速時には、界磁巻線１２ｂに許容最大
限の直流励磁電流を流しても、電機子巻線１２ａには磁
束の鎖交をほとんど生じないため電圧はほとんど発生さ
れない、したがって、界磁巻線１１ｂには僅少の励磁電
流しか得られない、そのため、仮に電機子巻線１１ａに
、軸発電機２の発生電力より周波数変換器３を通して適
当な周波数・大きさの断続電流を流しても僅少な始動ト
ルクしか得られず、始動は不具合になる。そこで、始動
を容易ならしめる方法として同期調相ｆｉ５Ａの回転軸
に始動用電動機１４（−９通は、かご形誘導電動機）を
結合しておき、始動時には遮断機８を閏じてこの始動用
電動機１４に船内母線４（電圧は確保されている）を供
給し駆動させることにより、その充分なる発生トルクを
得て始動させ、同期調相Ｎｓ　Ａ自身で所要トルクの発
生が可能となる速度に達した後に遮断機８を開するよう
な始動方法が採られる。

次に、第４図における同期調相機の始動方法について説
明する。なお、第３図と同一部分は同一符号を付し説明
は省略する。５Ｂは同期調相機であり、そのうち２２と
２２ａ、２２ｂは交流励磁機とその型式子巻線、界磁巻
線であるが、この交流励磁機２２は第３図の同斯機形励
磁機１２と異なり、界磁巻線２２ｂ方がそれに加えられ
る電源周波数に同期した速度の３相回転磁界を作る３相
巻線となった誘導機影励磁機である。（以下、この５Ｂ
を５Ａと区別して誘導励磁形真相機という）この誘導励
磁機影調和機５Ｂでは、停止時若しくはそれに近い低速
時においては、遮断機８および開閉器Ｓ２゜を閑じて、
界磁巻線２２ｂに対し船内母線４（通常６０Ｈ２）より
交流励磁を行ない、その周波数に同期した速度の回転磁
界を作るようにすれば、この回転磁界に対し大きな相対
速度で鎖交する電機予巻ａＬ２２ａには大きな電圧が誘
起され、それによって界磁巻線１１ｂには大きな励磁電
流が流れて所要の磁束量を得ることができる。

そこで、電機子巻線１１ａの方に軸発電機２の発生電力
より３を通して得られる適当な周波数・大きさの断続電
流を流してやれば、双方の間に大きなトルクを発生する
ので、同期調相機５Ｂの始動は容易に行われ、速度は上
昇していく、そして、界磁巻線２２ｂの交流励磁を直流
励磁に切り換えてぐ環ｌ千巻線２２ａに所要の電圧が得
られるような速度に達した時点で開閉器Ｓ２゜を開き、
Ｓ１０を閉じて自動電圧調整器６を通した通常の直流励
磁に切換えるような始動方法が採られる。なお、周波数
変換Ｐ、３を通して得ろ断続電流は、同期調相Ｆｉ５Ｂ
に付加された分配器（図示されていない）によりｔ機子
巻線１１ａと界磁巻線１１ｂの相対的位置関係を検出し
１．その位置でトルクを発生する有効な相にＪかつ、有
効な位相で流れるように周波数変換器３でコントロール
された回転数に同期した周波数の電流である。

「発明が解決しようとする課題」 以上で紹介した従来の２通りの始動方法では。

前者の方は始動用電動機を付属させることになるため、
その分、外形寸法等の増大やコスト高を招き、後者の方
は３相巻線形の誘導機影励磁機を用いることになるため
、同期機影励磁機に比べて、通常、界磁側の構造が複雑
となり、かつ又、始動後の通常運転時に行なう直流励磁
は３相巻線のうちの２相分相当ていどを使用するだけと
なるため寸法的にも大きくなって、コスト高を招くとい
った課題があった。

「Ｂ題を解決するための手段、作用」 そのような課題を解決するものとして、この発明におい
ては次のような手段を採った。同期調相機の交流励ｇｉ
餞は、概に説明した第３図の５Ａと同一（ただし、図示
されていないが分配器を１・［加している）の同期機形
を採用し、その単相巻きの界磁巻線（１２ｂ）に対して
、通常運転時は自動電圧”ＡＮ器によって所要の大きさ
にコントロールされた直流を流して直流励磁を行なわせ
るも、始動時にはこの直流励磁によっても所要の発生ト
ルクが得られるような回転数に違するまでの間は直流励
磁に替わって電圧・周波数（通常は６０Ｈ２）の確立さ
れている船内母線等から得た単相交流電源を加えて交流
励磁を行ない、交番磁界（回転磁界ではない）を作りそ
の回転子側の電機子巻線（１２ａ＞に交番磁束を鎖交さ
せるようにする。

それによって、停止時若しくはそれに近い１氏速時であ
っても、この電機子巻線（１２ａ）に所要の電圧を誘起
せしめ、本体機の界磁巻線（１１，ｂ）に励磁電流を流
して所要の磁束を得る。同時に、その電機子巻線（ｌｌ
ａ）の方に、軸発電機（２）の発生電力より周波数変換
器（３）を通して得られる適当な周波数・大きさの断続
電流を流してやれば双方の間に所要の発生トルクが得ら
れるので、始動は容易に行なわれる。

「実施例」 以下、この発明の実施例につき、第１図を用いて説明す
る。なお、第１図において第３図と同一部分は同一符号
を１寸し説明は省略する。Ｓ、は同期機影励磁機」２の
界磁巻線１２ｂと自動電圧調整器６との間に、Ｓ２は１
２１）と遮断器８との間に接続された開口１器である。

そして、Ｓ、の方は同期励ｌａＲ形調相ｉ５Ａの始動時
において、所定の回転数に違するまでの間だけ閘じられ
、その後、および通常運転時においてはＳ、の方が「ｎ
しられる。

始動方法は、先ず、周波数変換器３を動牛させて、軸発
電機２の発生電力を適当な周波数・大きさの断続電流に
変換し、本体機の電機子巻線１１ａに流すようにする。

なお、この断続電流は、第４図の従来例において説明し
たと同様に同期調相機５　Ａ　＆、：　ｒｔ加された分
配器く図示されていない）により電機子巻線１１ａと界
磁巻線１　］、　ｂの相対的位置関係を検出し、その位
置でトルクを発生する有効な相に、かつ、有効な位相で
流れるように周波数変換器３でコントロールされた回転
数に同期した周波数の電流である。同時に、遮断３８お
よび開閑器Ｓ２を閏じて、既に電圧の確保されている船
内母線４（通常、周波数は６０！４□）より収り出した
単相交流電源を界磁巻線１２ｂに加えて交流励磁を行な
い、交番磁界を作る。そして、その回転子側にある電機
子巻線１２ａに交番磁束を鎖交させることによって、停
止時若しくはそれに近い低速時であっても所要の誘起電
圧（停止時の値については後述する）を発生せしめ、そ
れによって、本体機の界磁巻線１１ｂに励磁電流を流し
て所要の磁束量を得るようにする。その結果、本体機の
回転子に所要のトルクが発生されて、回転は上昇を始め
る。そして、界磁巻線１２ｂを後述の直流励磁に切換え
ても所要のトルクが得られるような回転数に達した時点
で、Ｓ２を開き５Ｓ１を閉じて、界磁巻線１２ｂは自動
電圧調整器６を通じ適当な大きさにコントロールされた
直流による直流励磁に切換えられて、回転はさらに上昇
し始動は完了する。

ところで、この種の同期調相機には負荷はつながれてお
らず自身のみを回せばよいので、始動時の反抗トルクは
、軸受けに静止摩擦を生ずる停止状態より回し始めると
きが最も大きく、その後は大巾に減少（通常１／２以下
）する、したがって。

発生トルクの所要量も、この回し始めのときが最大とな
ることより、以下このときに、励磁機の電機子巻線１２
ａおよび本木贋の界磁巻線１１ｂに得られる電圧の大き
さ等につき、第１図の５Ａの詳細図である第５図３用い
てもう少し詳しく述べる。

界磁巻線１２ｂに単相交流電圧Ｅ、を加えると、その静
止している回転子側の電機子巻線１２ａの各相巻線ａ、
ｂ、ｃには、１１づれも、Ｅ、と同一周波数・同一位相
の交番電圧Ｅ　２ａ、Ｅ２ｂ、Ｅｔｇ誘起される。　そ
して、これらの大きさ名よ、そｆｔそれの相巻線と界磁
巻線１２ｂの双方の位置関係によって異なり、電気角で
、９０°ずれて−するときが最少の０で、一致している
ときが次式で示される最大のＥ　ｍＭＡＸとなる。（た
だし、Ｎ１は界磁巻線１２ｂの１極当なりの巻数、Ｎ２
は電機子巻線１２ａの１相１極当たりの巻数、ｋ、は巻
線係数、と、は漏洩磁束係数） ＥｉＭＡＸ＝　（Ｎ２　／Ｎｌ　）　　（ｋｗ　／　ｄ
　ｐ　）　ＸＥ＊そこで、電機子巻線１２ａの各線間電
圧Ｅ、５゜Ｅ　ｂｃ＋　Ｅ＠ａの方のいづれも、Ｅｌと
同一周波数・同一位相の交番電圧となり、これらの大き
さも電機子巻線１２ａと界磁巻線１２ｂの双方の位置関
係によって異なる。したがって、：れらＥ、、、Ｅｂ＠
＊Ｅ＠＆のうちの最大電圧Ｅ、も位置関係によって異な
り、１相分の巻線が一致し他の２つの相の巻線が電気角
で各前後に６０ａ分づつずれて−（るときが最小のＥ　
１ｕＩｓ　（＝　１　、５　Ｅ　２ＭＡＸ）となり、１
相分の巻線が電気角で９０ａ分ずれ他の２つの相が各前
後に３０°分づつずれているときが最大のＥｔｕａｘ　
（＝　１　、７３２Ｅ２！Ａｘ＞となる。

次に１本体機の界磁巻線１１ｂに加わる電圧Ｅ、は前述
した電圧Ｅ。＊　Ｅｂ＠＋　Ｅ（１１を３相全波整流方
式の回転整流器１３を通して得られる直流電圧であるが
、これらＥ　ａｂ＋　Ｅ、ｃ、　Ｅｃａは同一位相の交
番電圧であるため、Ｅ、はこｆしらのうちの最大電圧Ｅ
、を単相全波整流した次式で示される値となる。（ただ
し、整流素子のえん層重圧は０゜７５Ｖとする） Ｅｒ　＝Ｅｘ　ｘｏ、９−２Ｘ０．７５そして、Ｅ、は
前述したように電機子巻線１２ａと界磁巻線１２ｂの相
対的な位置関係によって異なり、最小のときはＥ　、５
ｕｓ＝　１　、５　Ｅ　２ＭＡＸであることより、Ｅ、
の最小値Ｅ、□９は次式で示される。

Ｅｒ＆＋ｔｓ＝　１　、５　（ｆＬ２　／’Ｎｔ　）　
　＜　ｋｗ　／６ｐ）Ｅ＊Ｘ０．９　２ＸＯ−７５ したがって、界磁巻線１１ｂに流れる励磁電流Ｉ、の最
小値Ｉ　ｆＭＩＮはＥｔＭ、Ｎ／’Ｒ，（ただし、Ｒ２
は界磁巻線１１ｂの抵抗値）となる。

このＩ□、によって得られる磁束とｔ樋子巻線１１ａに
流れる電流によって生ずるトルクの大きさが前述した静
止時の反抗トルクを適当に上回るようにすれば、始動は
容易に行なわれ得る。

なお、第２図は、この発明に係わる他の実施例を示した
図であり、始動時に行なう界磁巻線１２ｂの交流励磁に
おいて電機子巻線１２ａに得られ電圧を適当な値とする
ために、その交流励磁を界磁巻線１２ｂの全巻線でなく
一部巻線に対して行なうようにしている点だけが第１図
と異なる。

「発明の効果」 以上詳細に説明したようにこの発明に係わる始動方法を
用いれば、交流励磁機は通常運転時に寸法的、コスト的
に最も有利となる同期機形を始動時にもそのまま採用す
ることができ、しかも、始動用電動機を１１加させなく
てもよいので、従来の始動用電動機を付加させる始動方
法や始動時のためにわざわざ巻線形の誘導態形励磁機を
採用する始動方法に対して１寸法の縮小、コストの低減
を図ることができるというきわめて大きな経済効果を得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれこの発明に係わるブラ
シレス同期調相機の始動方法の実施例を示す電気系統図
であり、第３図および第４図は、それぞれ従来のブラシ
レス同期調相機の始動方法の実施例を示す電気系統図で
ある。第５図は第１図〜第３図のうちのブラシレス同期
調相ｆｉ５Ａの詳細図である。 １・・・船舶の主機関、２・・・軸発電機、３・・・周
波数変換器、４・・・船内母線、５Ａ、５Ｂ・・・フラ
ジレス同期調相機、６・・・自動電圧調整器、７．８・
・・遮断器、１１・・・本体機（１１ａ・・・電機子巻
線、ｌｌｂ・・・界磁巻線）、１２・・・同期機影励磁
機（１２ａ・・・電機子巻線、１２ｂ・・・界磁巻線）
、１３−・・回転整流器、２２・・・誘導態形励磁機（
２２ａ・・・電機子巻線、２２ｂ・・・界磁巻線＞、ｓ
、、ｓ、、ｓｔ。、Ｓ２゜・・・開閉器。 Ｎ３図 第４図 、′？ 、７ ヒ１１，１貝′：ｃ１ 第１図 第２図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転界磁形の本体機と回転電機子形の交流励磁機と回転
   整流器を備え、該交流励磁機の回転電機子の交流出力を
   該回転整流器で直流に変換して該本体機の界磁を励磁す
   るように構成したブラシレス同期調相機おいて、 前記交流励磁機の固定子側界磁は、磁極毎に単相巻きさ
   れた界磁巻線に直流を流してＮ極とＳ極を交互に形成さ
   れる同期機形の構成となし、該界磁巻線には、通常運転
   時は直流電源を加えて直流励磁するも、始動時の零回転
   より所定回転数に違する間は単相交流電源を加えて交流
   励磁することにより始動可能なトルクを得るようにした
   ことを特徴とするブラシレス同期調相機の始動方法。