JPS5914390A - 交流電動機の駆動装置 - 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】 （、）　　技術分野の説明 本発明は交流電動機の駆動装置の改良に係り１、特に力
率補償用コンデンサを備えた交流電動機の駆動装置に関
する。

（ｂ）　　従来技術の説明 周知のように交流電動機の内、小容量の誘導電動機や、
ヒステリシス電動機は、定格運転時に於ては、一般にそ
の力率が悪いため、その出力に比べて大きな電源容量を
特徴とする特に、ヒスプリシス電動機では、その力率が
極めて悪いため、非常に大きな電源容量が要求される。

そのため、このような電動機を駆動する場合、特に近年
層しい発達をした半導体変換装置（例えばインバータな
ど）を電源とする場合は、その電源容量を低減させるた
めに、電動機側に力率補償を目的としたコンデンサを接
続することが一般的である。

第１図は力率補償コンデンサを備えた従来の交流電動機
駆動装置を示し、１は交流電源、２は負荷である電動機
群３−１．３−２．・・・、３−Ｎを駆動するため、所
望の電圧１周波数を得るための変換装置、４は変換装置
２とＮ台の負荷電動機３−１．３−２．・・・、３−Ｎ
間を開閉するための電磁接触器、５−１．５−２．・・
・、５−Ｎは負荷電動機３−１．３−２．・・・、３−
Ｎの過負荷保護とするだめの交流しゃ断器である。又、
６は力率補償用びンデンサ、７はこの力率補償用コンデ
ンサ６を開閉するための電磁接触器である。

以下この駆動装置について説明する。すなわち電動機３
−１．３−２．・・・、３−Ｎの起動は、次のよう釦行
なわれる。まず無負荷運転中の変換装置２の出力電圧を
短時間絞り込み電磁接触器４を投入し、さらに電磁接触
器７を投入後、電圧を定格電圧まで上昇させる。電圧絞
り込みは負荷投入時の突入電流を抑制するためである。

又、変換器２が故障９停止等で電源電圧が喪失した場合
、電磁接触器４及び７を同時に切離し、負荷を自然隆運
する。

このように電源喪失時、電磁接触器７を切離すのは、万
一、電磁接触器７が閉であれば電源喪失時には、電動機
３−１．３−２．・・・、３−Ｎとコンデンサ６との間
で電動機の残留磁気に起因する電流が流れ、これが電動
機の励磁電流となるため、よく知られた過程を経て自励
現象を生ずる。この自励現象が発生すると、電動機電圧
は定格電圧の２〜３倍以上に達し、又、定格電流の２〜
３倍流れる。

このため、電動機及びケーブルの絶縁が危うくなり、又
、過大電流による発熱や、電動機巻線に大きな電磁力が
加わる等の不具合が発生し、電動機、配線ケーブル、コ
ンデンサ等の破壊に至る危険がある。このようにコンデ
ンサ６を開閉する電磁接触器７は、必要不可欠の器具で
ある。

以上の動作を実施するため、変換器２．電磁接触器４，
７の間では信号取合を実施し、自動シー贅 ケンス老組んでいる。信号取合を行うためには、変換装
置２と電磁接触器７との距離は、短い方が好ましいが、
配線ケーブルからはケーブル容量の低減が望ましい。又
電圧ドロップの低減の為には、力率補償は、できるだけ
負荷側で行なうことが好ましく、互いに相反した関係に
ある。さらに力率補償として、各電動機毎に理想的な力
率補償を行なうことは、信号取合が膨大となり、実現不
可能である。このように従来の方法では、信号ケーブル
の削減と、配線ケーブルの低容量化とが相反した関係に
あるため、理想的なコンデンサ補償が不可能である不具
合を有していた。

（ｃ）　　発明の目的 本発明は上記事由に鑑みてなされ、理想的なコンデンサ
補償を行なうことのできる、前記欠点のない交流電動機
の駆動装置を提供することを目的とする。

（ｄ）　　発明の概要 本発明は、交流電動機と、この交流電動機に並列に接続
される力率補償用コンデンサを有する負荷を開閉器を介
して駆動する電源装置において、前記電源装置の出力側
にインダクタンスを有するインピーダンス素子を開閉器
を介して並列接続することにより、上記目的を達成する
ものである。

（ｃ）　　発明の構成と作用 以下本発明を図面に示す一実施例に基づいて説明する。

第２図は本発明の構成を示し、第１図と同一符号のもの
は同一のものであるから説明を省略する。同図において
、コンデンサ６は第１図と異なり、電磁接触器を介さず
並列接続されている。

８はインダクタンス分を有するインピーダンス素子であ
り、電磁接触器９は、このインピーダンス素子８を系統
へ並列接続するためのものである。

次に動作について説明する。上記構成において、°起動
時、無負荷運転中の変換装置２は、短時間電圧を絞り込
み、電磁接触器４を投入した後、電圧を定格電圧まで上
昇させ負荷３−１．３〜２．・・１３−Ｎを加速し、定
格速度まで上昇させる。この時、電動機３−１．３−２
．・・・、３−Ｎの無効電流はコンデンサ６により補償
されるため、変換装置２の電源容量は低減される。今、
変換装置２が停止や故障のため、電源喪失状態となると
、電磁接触器４を開路した後、電磁接触器９を閉路する
。インピーダンス素子８には遅れ電流が流れるため、電
動機群３−１．３−２．・・・。

３−Ｎより見ると、電磁接触器９が開路の状態に比べ、
変換装置側へ流れる電流（電動機から見ると励磁電流）
が減少して、自励現象が抑制されることとなる。

今、イン、ピーダンス素子のインピーダンス値が０”、
すなわち電磁接触器９で線間短絡する場合を考えると、
電磁接触器９には、各゛電動機３−１゜・・・、３−Ｎ
の自然降速時の線間短絡電流ＩＳの総和、ＮＸｌ８が流
れる。■８は電動機の内部インピーダンスをＺＭとした
とき、ｌ５−ｖｒ／′ｚＭで与えられる。

■、は残留磁気による礒動機誘起敲圧である。電動機群
３−１．３−２．・・・、３−Ｎが誘導１幾の場合、残
留磁気の発生源である回転予電ωしは急減し、短時間で
０に減衰するため、電磁接触器９の電流容量は電磁接触
器４に比べ非常に小烙〈々る。

一方、電動機群３−１．３−２．・、３−Ｎがヒステリ
シス電動機の場合、その残留磁気は回転イのヒステリシ
ス特性による残留磁束のため、減少せず、ＩＳはほぼ一
定となる。即ちｖｒは、Ｖ、＝ｋｗΦｒ（ｋ：足載、Ｗ
：回転角周波′薮、Φｒ：残留磁束）で与えられ、ＺＭ
は、Ｚｓ＋　＝　ｒＭ＋　ｗＬＭｋ　ＷＩＪＭ　（ｒ、
Ａ：巻線抵抗、ＬＭは同期リアクタンス）となるため、
ｌ８＝ｋＷΦｒ　／ｗＬＭ−にΦｒ／ＬＭ＝一定１、こ
のため電磁接触器９の電流容量は、電磁接触器４の屯υ
毘容量と大差なくなる。このように第２図の構成におい
ては、コンデンサ６を電動機側に配置でき、又、電磁接
触器９及びインピーダンス素子８を変換装置２の近くに
配置できるため、配線ケーブル容量の低減及び信号ケー
ブルの低減が共に可能となる良好な電動機駆動装置が構
成できる。

しかし前記第１図に示した従来装置の構成と、上記第２
図の本発明の構成例とを比較すると、機能上、下記の点
で第２図の方が第１図のものより少しく劣っており、ま
だ完全ではない。すなわち今、電源ｌが短時間停電を起
こしたと仮定すると、第１図の構成では、停電と同時に
変換装置２を停止するとともに、電磁接触器４及び７を
開路する。

次に電源１が復電すると、変換装置２を再運転し、起動
と同様なシーケンスで、電動機３−１．３−２．・・・
。

３−Ｎを再運転することができる。但し、変換装置２自
身の制御は、負荷特性により、起動時とは異なるのが一
般的である。

一方、第２図の構成では、停電と同時に変換装置２を停
止し、電磁接触器４を開路し、電磁接触器９を閉路する
。次に電源が復電した場合、変換装置２は再運転できる
と負荷回路は、電磁接触器９によりインピーダンス短絡
されているため、このままでは負荷投入ができない。又
、電磁接触器９を開路すると、はぼ瞬時に自励現象が発
生し、電動機端子電圧が定格電圧を犬ｒｊＪに超えて上
昇するため、電磁接触器４を投入できない。

万一、この状態で電磁接触器４を投入すると、電圧の差
及び位相差のため大きな過渡電流が流れ、変換装置２の
運転は継続できない。但し、負荷が誘導機の場合、残留
磁気は急減するので、この後、電磁接触器９を開閉する
ことにより、再投入ができるので何ら不具合は生じない
。このように第２図の駆動装置では、理想的な構成がで
きる反面、停電時の再起動ができない不具合を有してい
た。

この不具合は、負荷の性質によっては問題とならず、電
動機停止後、再度起動すればよいが、重慣性負荷を高速
で回転させるような用途では、停止までに長時間かかり
、又起動にも長時間有するため、停電時再起動ができな
いのは、大きな欠点となる。

（ｆ）本発明の他の実施例 第３図は上記欠点をなくした本発明の他の実施例を示す
ものである。同図において、リアクトル８人は、第２図
のインピーダンス素子８を具体化したものでそのインダ
クタンス値りは、コンデンサ６のキャパシタンス値Ｃと
電動機の定格周波数ｗ０時に並列共振となるように選択
しておく。即ちＷ♂ＬＣ＝　１　　　　　　　　　　　
　　　　（１）実際は、リアクトル８Ａとコンデンサ６
とを結ぶケーブルのインピーダンス！を考えるとｗｏ２
（Ｌ＋１）Ｃ＝１　　　　　　　　　　　（２）となる
ように選択されるが、この共振回路のＱ値があまり大き
くなければ（１）式で十分である。

今、簡単のために！−〇と仮定し、又、電動機はヒステ
リシス電動機と仮定して考える。今、定格運転時電源喪
失により、電磁接触器４を開路、電磁接触器９を閉とな
った場合を考えると電動機３−１．３−２．−・・、３
−Ｎの誘起電圧ｖｒはｖ−ｋｗΦ　　　　　　　　　　
　　　　（３）又、第３図中の電流１ｔ、　ｌｃ＋　Ｌ
Ｌはｉｚ　＝　ｉｏ＋ＩＬ（４１ の関係を有する。

ｉ（＝　ｊｗｃＶｒ（５） ｉ　（＝Ｖｒ　／ｊ　ｗＬ　　　　　　　　　　　　　
（６）より、 となる。

停電停止時ｗ＝ｗｏであるので、（１）式よりｉ　ｔ＝
　０となる。即ち、各電動機から変換器側を見ると並列
共振条件が成立し、等価的にオープンの状態となり、自
励現象は発生しない。又（８）式から、時間経過ととも
にｗ　（ｗ（、となると、＋２は遅れ力率の電流となる
ため、励磁電流とはならず、自励現象は発生しない。（
８）式からはＷ→０のとき、１ｚ＝ｊｋΦｒ／Ｌとなる
が、実際には抵抗分や、電動機及びケーブルのりアクタ
ンス等のためより小さな値となる。

このように、定格運転中の停電に際しては、コンデンサ
６は回路から切離されたと等価であり、これは停電再起
動を要求する停電時間、又は電動機回転数に従がい、共
振回路のＱ値とりアクドル８Ａに抵抗等を挿入すること
で調整するごとにより、要求される電動機の回転数範囲
で共振状態とすることができる。この様子を第４図（ａ
Ｌ　（ｂ）に示す。

第４図（ａ）は第３図の共振回路（コンデンサ６及びリ
アクトル８Ａ）と等価的に表わしたもので、８Ｂはりア
クドルに直列に挿入される抵抗である。

このときの合成インピーダンス値Ｚの大きさＩＺｌをパ
ラメータとし、Ｗに対して描くと第４図（Ｉ））のよう
になる。Ｒが小となるに従かい共振のピーク値は大きく
なりｌｚ　＞Ｑとなる。几を大とすると共振のピーク値
は小さくなり、ｉｚは小さな値を持つが、共振点近傍で
ＩＺｌがなだらかとなるため、広い周波数範囲で共振回
路の抵抗値を一定とできる。Ｉｔ〜０場合でも遅れ電流
であれば、自励現象は発生しないため、問題とならない
。又、若干の進み電流の場合でも、電動機によって決ま
る一定励磁電流以内であれば問題ない。

すでに述べたように、第３図で電源１の停電により電磁
接触器４が開路、電磁接触器６が閉路の場合、電動機群
３−１．３−２．・・・、３−Ｎからは電源側は等価的
にオープンの状態である。この状態で電源１が復電した
場合の動作を説明する。復電と同時に変換装置２は無負
荷にて運転を再開し、次に出力電圧を絞り電磁接触器４
を投入する。このときコンデンサ６と、リアクトル８人
が並列共振状態であるため、等価的にリアクトル８Ａと
コンデンサ６は存在しないと考えて良い。次に、電磁接
触器９を開路し、変換装置２の出力電圧を定格電圧に戻
すことにより、復電後の再起動が可能となる。

以上の第３図の駆動装置の停電再起動の動作は、等価的
に第１図の駆動装置の停電再起動の動作と同一である。

このように本発明による第３図の構成によれば、従来技
術の利点を生かした理想的な機器配置を有する駆動装置
が構成できる。なお、上記本発明の実施例においては、
コンデンサ６は全電動機と一括して力率補償するように
したが、これを各電動機に分割することも問題な〈実施
できる。又、多数台電動機を駆動する場合、起動時の電
源容量低減のため負荷をグループに分け、順次起動する
方式がとられるが、この場合も、各グループ毎に本発明
の構成を適用することができることは明白である。又、
電源としては変換装置以外のものでも適用可能なことを
明白である。

（ｇ）　　総合的な効果 以上述べ−Ｃきたように本発明によれば、自励現象を発
生させることなしに、力率補償用のコンデンサと開閉器
を介することなく接続することができる。また、従来装
置の有した特長を損なうことなく、理想的機器配置を有
する交流電動機の駆動装置ン提供することができ、多大
の効果を上′げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の力率補償コンデンサを有する交示ず（１
４成図、第４図（ａ）は第３図の共振回路の等価図、（
ｂ）は特性図である。 １〜交流電源回路、２〜変換装置、 ３−１．３−２．・・・、３−Ｎ〜交流電動機、４，７
．９〜電磁接触器、 ５−１．５−２．・・・、５−Ｎ〜しゃ断器、６〜力率
補償用コンデンサ、８〜インピーダンス素子、 ８Ａ〜リアクトル、８Ｂ〜抵抗。 （７３１７）代理人　弁理士　則　近憲　佑　（ほか１
名）第１図 第２図 手続補正書（自発） １事件の表示 特願昭５７−１２２９５４号 ２発明の名称 交流電動機の駆動装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 （３０７）東京芝浦電気株式会社 ４、代理人 〒１００ 東京都千代田区内幸町１−１−６ 東京芝浦電気株式会社東京事務所内 ６、補正の内容 （１）明細書の第４頁１４行目の　「低減が望ましい。 又電圧ドロップの低減の為には、」を、［低減と電圧ド
ロップの低減の為に、」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　交流電動機とこの交流電動機に並列に接続・される
   力率補償用コンデンサを有する負荷を開閉器を介して駆
   動する電源装置において、前記電源装置の出力側にイン
   ダクタンスを有するインピーダンス素子を開閉器を介し
   て並列接続することを特徴とじ死文流電動機の駆動装置
   。 ２　インピーダンス素子のインダクタンス分を０″とす
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の交流電
   動機の駆動装置。 ３　インピーダンス素子のインダクタンス分を定格周波
   数において、力率補償用コンデンサと並列共振及び共振
   に近い値に選定することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の交流電動機の駆動装置。