JPH028558B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 半導体整流器の発達で簡単確実な制御を実施し
うる巻線形誘導機二次励磁制御の改善が次から次
へとなされた。然し、巻線形誘導機にはスリツプ
リングとブラシがあり、保守と安全性の確保のた
め、これらをなくすことが望ましい。例えば本出
願人の既に提出した発明の昭和45年特許願第
62944号に示すような縦続接続した巻線形誘導機
ではブラツシなし構造が得られる。けれども構造
的には二つの巻線形誘導機の結合となり、細長い
形となり、構造上不経済であり、複雑でもある。

本発明はこのような簡単確実な制御の可能な巻
線形誘導機の二次励磁制御装置を改善することに
よつて誘導機の簡略な構成のブラシなし構造を得
ることを目的とする。

このような目的を達成せしめるため、本発明で
はその具体的な電気接続図例の第１図に示すよう
に、多相誘導機１の電機子巻線２の各相巻線
XYZと多相変成器１４の二次巻線６の各相MNT
との間をそれぞれ接続して、それぞれその中すな
わちXYZとMNTの中に電流を流しうる閉回路
UDMPF、VHNQG、WLTRKができるように
電気接続し、誘導機１の電機子巻線２各相XYZ
の中間点UVWを第一の端子群とし、上記変成器
１４の一次巻線５の端子ABCを第二の端子群と
し、第一の端子群すなわち上記誘導機１の電機子
巻線２各相XYZの中間点UVWと第二の端子群す
なわち上記変成器１４の一次巻線５の端子ABC
との間を交流電源母線２１と周波数変換装置１０
との直列接続回路を経て電気接続し、上記第一及
び第二の両端子群の中の一方の端子群UVW又は
ABCと交流電源母線２１との間を直接的に電気
接続し、また他方の端子群ABC又はUVWと交流
電源母線２１との間を周波数変換装置１０を経て
電気接続する配列において、上記変成器１４の二
次巻線６の各相MNTの中間点PQR相互間を電気
接続線２２で接続することによつて、上記誘導機
１の電機子巻線２の各相XYZの中間点UVWが誘
導機電機子巻線２と変成器１４の二次巻線６を結
合した総合的観点により、二重星形接続巻線の外
部接続端子となるように配列して上記誘導機１の
電機子巻線２の各相XYZ及び変成器１４の二次
巻線６の各相MNTにそれぞれ二種類の電流を流
すように電気接続し、誘導機１の固定子電機子巻
線２に流れる電流によつて造られる回転磁界と同
じ極数の回転磁界を造る多相回転子巻線３を設
け、この回転磁界に対し、それとは別に回転子巻
線４により回転磁界を生ぜしめ、これら二つの回
転磁界が互いに逆相的になるように配列し、上記
回転子巻線３，４の造る二つの回転磁界の極数を
一方対他方の比で１対２となるように配列するの
である。

上記の、端子群UVWと交流接続線２１とを接
続する直接的な接続とは周波数変換装置１０を通
さずに接続すると云う意味であり、他のもの、例
えば変圧器などを通して接続しても直接的接続と
解せられる。

周波数変換装置１０は第１図において制御素子
１２付きの半導体整流器１１から成る逆変換装置
１６と制御素子２０付きの半導体整流器１９から
成る順変換装置１８との間をリアクトル１３を経
て接続したものである。逆変換装置１６はその半
導体整流器１１の制御素子１２に接続される制御
装置１５によつて制御される。制御装置１５は同
期信号をとるため、変成器１４の一次巻線５の端
子ABCに接続される。同様に制御装置１７は交
流接続線２１に接続される。コンデンサー７，
８，９は端子Ａ，Ｂ，Ｃ間にデルター接続される
が、これは周波数変換装置１０より変成器１４へ
興えるべき電力の力率を良くし、且つその交流波
形中の高調波分を吸収し、制御装置１５に興える
同期信号を基本波になるべく近くし、逆変換装置
１６を正確に運転させるためのものである。この
場合の逆変換装置１６は他励式となるし、順変換
装置１８と共に、自然転流の変換装置となる。１
６を順変換装置、１８を逆変換装置とすることも
出来る。

今第１図の作動を考える。交流接続線２１を交
流母線とすると、この交流母線２１から誘導機１
の多相電機子巻線２の各相XYZの中間点UVWに
電力が興えられる。この電機子巻線XYZはそれ
ぞれ変成器１４の二次巻線６の各相MNTに接続
され、その中間点Ｐ，Ｑ，Ｒ相互間を電気接続線
２２で接続するから、電機子巻線XYZは電気接
続線２２を中性点とする二重星形接続となる。こ
の場合、交流母線２１から興えられるUVW点か
らの電機子巻線電流は実線矢印のように、ある瞬
間ＦからＵの方向とＤからＵの方向とに分けられ
る。その電流に対応して変成器１４の二次巻線６
においても実線矢印のような電流となるが、この
電流は互いにその造る瞬時の磁力を消し合うた
め、変成器１４の二次巻線６においては実線矢印
の電流によるリアクトルの作用はなく、従つて実
線矢印の電流に対しては電機子巻線XYZから見
た時、変成器１４の二次巻線６はないものと考え
られ、単に中性点２２のようになる。この固定子
に設けられた電機子巻線２に対して誘導機１の回
転子では相互に逆相接続された多相回転子巻線３
と４が設けられる。この回転子巻線３と４とはそ
の接続をそれぞれ例えば８極と４極のように２：
１の極数となるような接続とする。そして固定子
の電機子巻線２における実線矢印の電流、つまり
交流母線から興えられた電流によつて造られる回
転磁界の磁極数を８極とすると、その８極に対応
して８極の回転子巻線３に起電力を発生する。こ
の起電力によつて回転子巻線４に流される電流に
よつて造られる磁極は４極であり、この磁極に対
応して固定子電機子巻線２に点線矢印のような方
向の起電力を発生する。その起電力によつて変成
器１４の二次巻線６の中に点線矢印の方向の電流
が流れ、それに対応して変成器１４の一次巻線１
５に起電力が発生することになる。以上は二重星
形接続の中を流れる実線矢印の方向の電流と点線
矢印の方向の電流によつて造られる二種の２対１
の関係にある磁極を造ること、及び固定子巻線と
回転子巻線との間には互いに同じ極数の間には作
用し合い、互いに異なる極数の間には作用し合わ
ないと云う関係があることによる。

本発明の一例として第１図で周波数変換装置１
０を逆変換装置１６と順変換装置１８の組み合わ
せとする。その場合には交流母線２１から主誘導
機１の固定子電機子巻線２に電圧を加える時、前
記のように変成器１４の一次巻線５の端子に交流
電圧が現われるが、逆変換装置１６は他励式とな
つて容易に電力を変成器１４の一次巻線５から二
次巻線６を通し、誘導機１の固定子電機子巻線２
に興える。その電力の流れは点線矢印方向に対応
してその逆向きとなる。これに対応して回転子巻
線４より３を経て電機子巻線２の実線矢印に対応
し、その逆向きとなる電力が興えられることにな
る。このようにして電力の流れは交流母線２１か
ら周波数変換装置１０、変成器１４を経て誘導機
１に興えられ、仕事をしてその余りが端子UVW
から交流母線２１へ返還されることになる。この
場合誘導機１の中では固定子電機子巻線２と回転
子巻線４の間及び回転子巻線３と電機子巻線２と
の間の何れもその滑りが１よりも大きい領域の制
御となる。これらの制御は昭和45年特許願第
62944号の発明に対応するものである。

第２図では誘導機１の固定子電機子巻線２の端
子UVWと変成器１４の一次巻線５の端子ABCに
対する外部接続の状況が第１図の場合と反対にな
つている。すなわち、変成器１４の一次巻線５の
端子ABCと交流母線２１とを直接的に電気接続
し、誘導機１の固定子電機子巻線２の端子UVW
と交流母線２１との間を周波数変換装置１０を通
して電気接続する。この場合変成器１４の一次巻
線５に交流母線２１から電圧を加えることによ
り、変成器１４の二次巻線６に実線矢印の方向に
電圧を生じ、それにより誘導機１の固定子電機子
巻線２に点線矢印の方向に電圧を生じ、その電圧
によつて生じる電流で造られる回転磁界の極数と
同じ極数を持つた回転子巻線４に生じる起電力で
流れる回転子巻線３の中の電流で造られる磁極の
数を固定子電機子巻線２の中を実線矢印のように
流れる電流で造られる磁極数と同一にしておけば
電機子巻線２の中を実線矢印の方向に電圧を生じ
ることになる。このような誘導機１の電機子巻線
２に発生する実線矢印の方向に対向するように逆
変換装置１６から電力を加えれば前述のようなす
べりが何れも１よりも大きい速度制御が得られる
ことになる。

次に第１図に若干の変更を含む実施例として誘
導発電機の例がある。それは第１図において交流
母線２１より誘導機１の固定子電機子巻線２の端
子UVWへ交流励磁電力を供給できるように電気
接続し、周波数変換装置１０の入力端子と変成器
１４の出力端子ABCとの間を電気接続すると共
に上記周波数変換装置１０の出力端子と交流母線
２１との間を電気接続し、回転子巻線３と４を含
む回転子を原動機によつて駆動するように配列
し、交流母線２１から励磁電力を受けて電機子巻
線２がそれによつて造る回転磁界の極数と交流母
線２１から電機子巻線２へ入り込む交流励磁電力
の相回転と周波数とに関連して定まる回転磁界の
回転方向と回転速度に対し、その回転磁界よりも
早く、上記原動機によつて回転子を回転駆動し、
上記周波数変換装置１０の出力端子２６から得ら
れる交流を上記交流母線２１を経て上記電機子巻
線２に励磁電流として興えるようにした回路を造
り、逆にこの電機子巻線２の端子UVWから上記
交流母線２１へ交流電力を興えるようにするので
ある。この場合、第１図では周波数変換装置１０
の例として順変換装置１６と逆変換装置１８の組
合せより成る。順変換装置１６を構成する制御素
子付き整流器１１の制御素子１２にはその制御装
置１５を接続して制御する。その制御電流の周波
数を順変換装置１６の入力電力の周波数と同期さ
せるため、制御装置１５へ変成器１４の出力端子
ABCから入力信号を供給するようその両者を電
気接続する。逆変換装置１８を構成する整流器１
９の制御素子２０にはその制御装置１７を接続し
て制御する。この逆変換装置１８の出力電力周波
数を制御する装置が逆変換装置１８とその制御装
置１７に関連して設けられる。すなわち自励式逆
変換装置となる。

第１図において、第一の誘導機部すなわち電機
子巻線２とそれに流れる交流母線２１からの供給
電流つまり実線矢印の電流によつて造られる回転
磁極と同一極数の巻線３との間で造られる誘導機
部のすべりをS₁とする。また回転子巻線３に発生
する起電力によつて回転子巻線４に流れる電流に
より造られる回転磁界と対応する電機子巻線２に
流れる点線矢印電流との作用を生ぜしめる第二の
誘導機部の滑りをS₂とする。第一の誘導機部にお
けるS₁は０よりも小さい領域で駆動せしめられ、
その模様は昭和56年特許願第77113号におけるそ
れと同様になる。また第二の誘導機部におけるS₂
のその他の模様も昭和56年特許願第77113号と同
様になる。

以上の装置において周波数変換装置１０は必ら
ずしも順変換装置と逆変換装置の組み合わせに限
らず、交流から他の交流へ変換するサイクロコン
バータ式の周波数変換装置も考えられる。然し順
変換装置と逆変換装置の組合せより成る周波数変
換装置の一例として第３図の接続を説明する。こ
の図で帰還ダイオードD₁〜D₆を設けた逆変換装
置１８が示される。このダイオード群２４と並列
にコンデンサー２３が接続される。図において
Th₁〜Th₆は制御素子付き整流器である。Za，Zb
及びZcは逆変換装置１８の負荷であり、第１図
と同様に周波数変換装置の入力端子と出力端子を
それぞれ２５と２６であらわす。転流コンデンサ
ーC₁〜C₆を各線間に接続した並列形で、C₁〜C₆
の電荷保持のための直列ダイオードSD₁〜SD₆が
挿入される。この逆変換装置は自励式であるが、
その転流の状況は次のようである。たとえばTh₁
のターンオフを説明すると、Th₁とTh₅が導通の
とき少なくともC₁は左側が正に順変換装置１６
の直流電圧Edまで充電される。転流が進みTh₁と
Th₆区間の後Th₂を点弧すればC₁の電圧はTh₁を
逆バイアスし、電荷はC₁−SD₁−D₁−L₁の回路
で放電、L₁によりターンオフ時間を確保し、Th₁
を消弧する。このように一つ横の整流器を点弧し
て転流が進み、α＝120゜となる。次にSDの働ら
きを述べる。もしSDがなければTh₁−Th₅導通時
に充電された電荷はTh₁−Th₆導通時放電する。
その理由は誘導性負荷であればTh₅がターンオフ
してもZ₆相負荷電流は同一方向に流れつゞけるの
で、Z₆−C₁−Zaの回路でC₁の電荷が打ち消され
てしまう。もしＣが充分大きくないと、Th₁のタ
ーンオフ時に電荷がなく、転流失敗におち入る。
したがつてZ₆−C₁−Zaの回路を阻止し、一時充
電された電荷を転流時まで保持するため、SDが
必要となる。

第４図は制御素子付き整流器Th₁〜Th₆の導通
状態を示したものである。導通角は一般には60゜
〜180゜の間でなければならないが、第３図の場合
では前述のようにα＝120゜であるので、第４図の
ようになる。

今までの説明では互いに逆相接続される回転子
巻線３と４が相互に異種の巻線であり、その中を
流れる電流によつて造られる極数は互いに２：１
又は１：２の関係にあるものであつた。然し、そ
のような回転子巻線３と４の組合せと同一効果を
一種類の巻線で得ることも可能である。その例を
次に示す。

Q₂の数の導体を持つた籠形回転子を2p極の回
転磁界の中で駆動させると、ｎ＝ｐ±Q₂の主高
調波を生じることがよく知られている。ｎが負で
あると、回転子に関し、2p極の磁界に対しこの
主高調波は反対方向に回転する。このことはこの
ような回転機において2q極を持つ第二の磁界に
より満足されねばならない必要条件である。従つ
てもしｐ±Q₂＝−ｑ或いはQ₂＝ｐ＋ｑを満足さ
せるならば単一の回転子導体で回転子巻線３と４
の組合わせを実現させうる。このような籠形回転
子の考えが巻線形回転子にも適用しうる。巻線形
回転子のQ₂相巻線は籠形誘導機のQ₂導体と等価
的である。従つて更に一般的に云えば個々の極数
の和の半分に等しいのが回転子相の数である。回
転子溝数がｐ＋ｑの整数倍であることが望まれ
る。第５図と第６図はこのような誘導機の固定子
巻線と回転子巻線の一例を示したものである。第
５図は第１図の固定子巻線２のXYZ相中Ｘ相に
対応した巻線であり、そこに示された番号は溝の
番号、第６図は回転子巻線、そのａ図にある番号
は溝番号、ｂ図の番号はコイル番号を示す。この
場合、ｐ＋ｑ＝６＋３、ｐ＝６、ｑ＝３である。
極数は12極と６極で、第１図のＵ点に入る実線矢
印の電流に対しては12極、又第１図の電機子巻線
中の点線矢印の電流に対しては６極となる。

以上説明した本発明での作用効果の特長は次の
ようである。すなわち (1) 巻線形誘導機の二次励磁制御においてブラシ
なし構造とするに際し、その構成を簡単なもの
となしうる。

(2) 特に本発明で説明した電動機の例では速度制
御範囲を広くとることが出来、而も(1)で述べた
効果を得る。

(3) 又特に本発明で説明した誘導発電機において
上記(1)の作用効果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の具体的な電気接続図
例である。第３図は本発明の電気接続例中、用い
られる周波数変換装置の一接続図例を示す。第４
図はその周波数変換装置中に用いられる制御素子
付き整流器の導通順序状態を示す一例図である。
第５図は本発明に用いられる固定子巻線の一例図
であり、第６図は本発明に用いられる回転子巻線
の一例図である。また本発明の説明に用いられた
図中に示される主要な符号番号は次の通りであ
る。 １：誘導機、２：固定子電機子巻線、３：回転
子巻線、４：回転子巻線、５：変成器一次巻線、
６：変成器二次巻線、７，８，９：コンデンサ
ー、１０：周波数変換装置、１１：制御素子付き
整流器、１２：制御素子、１３：リアクトル、１
４：変成器、１５：制御装置、１６：変換装置、
１８：変換装置、１７：制御装置、１９：制御素
子付き整流器、２０：制御素子、２１：交流接続
線又は交流母線、２２：電気接続線、２３：コン
デンサー、２４：帰還ダイオード群、２５：周波
数変換装置の入力端子、２６：周波数変換装置の
出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多相誘導機の電機子巻線の各相巻線と多相変
   成器の二次巻線各相との間をそれぞれ接続して、
   それぞれその中に電流を流しうる閉回路ができる
   ように電気接続し、誘導機電機子巻線各相の中間
   点を第一の端子群UVWとし、上記変成器一次巻
   線の端子を第二の端子群ABCとし、第一の端子
   群すなわち上記誘導機電機子巻線各相の中間点
   UVWと第二の端子群すなわち、上記変成器一次
   巻線の端子ABCとの間を交流電源母線２１と周
   波数変換装置１０の直列接続回路を経て電気接続
   し、上記第一及び第二の両端子群の中の一方の端
   子群UVW又はABCと交流電源母線２１との間を
   直接的に電気接続し、また他方の端子群ABC又
   はUVWと交流電源母線２１との間を周波数変換
   装置１０を経て電気接続する配列において、上記
   変成器二次巻線各相の中間点相互間を電気接続線
   ２２で接続することによつて、上記誘導機電機子
   巻線各相の中間点UVWが、誘導機電機子巻線と
   変成器二次巻線を結合した総合的観点より、二重
   星形接続巻線の外部接続端子となるように配列
   し、上記誘導機電機子巻線の各相及び変成器巻線
   の二次各相にそれぞれ二種類の電流を流すように
   電気接続し、誘導機固定子電機子巻線に流れる電
   流によつて造られる回転磁界と同じ極数の回転磁
   界を造る回転子巻線を設け、この回転磁界に対
   し、それとは別に上記回転子巻線により回転磁界
   を生ぜしめ、これら二つの回転磁界が互いに逆相
   的になるように配列し、上記回転子巻線の造る二
   つの回転磁界の極数比をその一方対他方の比で１
   対２となるように配列した誘導機制御装置。