JPS596160B2 - 電動発電機装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電動発電機の定格周波数未満における運転装置
の改良に関する。

すなわち、本発明は差動式直流複巻電動機において、定
格周波数のほゞ９０％以下の周波数域では、差動調整界
磁電流が必要以上に流れないようにしたもので、このよ
うにすることにより、起動時や電力中断時等の周波数の
低い時でも、差動調整界磁電流が増加しないため、弱界
磁になつて入力電流が増加したり、それに起因して整流
不良やトルク不足による失速がなくなり、安定した運転
ができるようにした装置を実現しようとするものである
。

一般に、電気車に搭載される電動発電機の電動機には、
直流複巻電動機または直流直巻電動機が用いられている
。

直流複巻電動機は差動式襟巻電動機と和動式襟巻電動機
があるが、近年、省エネルギー志向の回生制動電気車が
多くなり、回生制動時に架線電圧が高くなるため、高架
線電圧特性の良い差動式襟巻電動機が多く使われている
。

しかし、従来の差動式襟巻電動機には次のような欠点が
ある。

（１）さて、第３図に差動式襟巻電動機の周波数制御装
置出力特性曲線にを示し、横軸に周波数を縦軸に電圧・
電流を表わすことにする。

一般に、直流機の回転数Ｎ（周波数）は次式で与えられ
る。

Ｎ■ｋｌ・・・・・・（１式） φ ただし、ここに Ｅは電源電圧、Ｉは電動機電流、Ｒは電動機〕 内部抵
抗、に、は定数、φは磁束である。

又、磁束φの有効分をアンペアターンＡＴに置き換える
と次のようになる。φ■Ｍｆ−ＡＴ＋Ｓ−ＡＴ−ＭＤ−
ＡＴ・・・・・・（２式）５ ところで、Ｍｆ−ＡＴは
電動機分巻界磁アンペアターン、Ｓ−ＡＴは電動機直巻
界磁アンペアターン、ＭＤ−ＡＴは電動機差動調整界磁
アンペアターンである。

尚、ここでは電動機直巻界磁アンペアターンＳ−ＡＴの
巻回数が少ないので無視して考える。

今、仮に起動時を例にとると、第３図より差動調整界磁
電流の最大値Ｍは、周波数が零（Ｄ点）から定格（Ａ点
）の間にある。つまり、起動して定格周波数で運転する
には、必ず一度この最大値Ｍを通過しなければならない
。ここで、（２式）に第３図の最大値Ｍを代入して考え
ると、電動機界磁磁束φは小さくなり、極端な弱界磁と
なる。

この為に、電動機入力電流の増大と火花整流の悪化を伴
う。（２）通常、直流機のトルクＴは次式で与えられる
。

ただし、Ｋ２は定数、φは磁束、Ｉは電動機電流である
。いま、電動発電機が最底使用電圧、定格負荷で、しか
もトルクＴがギリギリで運転されていたと仮定すると、
当然周波数は低下しようとするので、第３図の差動調整
界磁電流Ｋは増加して、周波数を一定に保持しようとす
る（第３図Ｂ点の位置）。

すると、発電機Ｇの出力は一定であるから、（３式）よ
り磁束φが減少するので、トルクＴは低下し周波数も低
下する。周波数が低下すると、差動調整界磁電流Ｋはま
すます増加し、磁束φが減少してトルクＴは低下し、最
終に失速に至る。

（３）差動式の直流複巻電動機は、電動機定格電圧・定
格負荷・定格周波数において、電動機分巻界磁巻線のア
ンペアターンと差動調整界磁巻線のアンペアターンの比
が、ほマ２対１である。

電動発電機を停止する時や電動機の電源が中断されて、
周波数が低下していくと、差動調整界磁電流Ｋは増大し
、逆に電動機分巻界磁電流は減少するので、差動調整界
磁のアンペアターンが大きくなり、界磁磁束の極性が反
転することになる。つまり、電動機逆起電力の極性が反
転することになる。この時再起動すると、膨大な起動電
流が流れ、整流悪化によるフラツシユオーバ一の危険が
ある。以上の様な欠点を防止する為に、従来方式では有
接点継電器を利用して差動調整電流が増加しないように
しているが、円滑な運転は出来ず、（２）項については
電動発電機のトルクを容量的に余裕を持たせる方法をと
つている。

本発明は、上記問題を考慮してなされたもので通常使用
域Ｈ以下の周波数では、差動調整界磁電流Ｋが増加しな
いように改善されたもので、これにより円滑な起動、再
起動を行ない整流を悪化させず、最低電源電圧でもトル
クをバランスさせ、安定した運転を行なうと共に、無接
点化により信頼性の向上を計つた合理的な電動発電機装
置を提供するものである。

以下、本発明について図面を参照して説明しよう。

第１図は、差動式直流複巻電動発電機装置の回路構成を
示す路線図である。

電動機Ｍと軸を共有する交流発電機Ｇが設けてある。

また電動機Ｍの入力電源は図示しない直流あるいは脈流
電源Ｐ（ト）・Ｎ（ニ）より供給される。第１図におい
て、０ＣＲは電動機Ｍの異常入力電流を検知して遮断器
Ｋ１を遮断する過電流継電器、Ｋ，は電動機Ｍの回路開
閉用遮断器、Ｒ１は電動機Ｍの直列抵抗、Ｒ２は起動・
再起動に起動電流を抑制する起動抵抗器、Ｋ２は起動抵
抗短絡用接触器、ＣＯは電動機補償巻線、Ｉは電動機補
極巻線、Ｓは電動機直巻界磁巻線、Ｒｆは電動機分巻界
磁巻線直列抵抗、Ｍｆは電動機分巻界磁巻線、ＭＤは電
動機差動調整界磁巻線、ＤＣＣＴは電動機電流検出用直
流変流器、ＣＲｆｌは周波数調整用サイリスタスタツク
、ＣＲｆ２は発電機電圧調整用サイリスタスタツク、Ｒ
ＬＶＲは抵抗、ＬＶＲはインダクタとコンデンサの並列
回路、ＳＵｇ，・ＳＵ，２はサージ吸収素子、Ｇｆは発
電機Ｇの界磁巻線、１はゲート回路、２は周波数位相制
御回路、３は周波数検出回路、４は電圧位相制御回路、
５は電圧検出回路、６は電動機電流検出演算回路である
。第２図に、本発明の一実施例のプロツクダイアグラム
を示す。ＴＯは補助トランスで、一次側Ｕ一Ｖは発電機
Ｇを電源とする。二次側を大別すると、Ｕ１−１巻線回
路が増幅部トランジスタＴｒ、発振部ユニジヤンクシヨ
ントランジスタＵＪＴ，周波数基準電圧を導出する定電
圧ダイオードＺｄ２の電源回路である。Ｕ２−Ｖ２巻線
回路がリアクターＬとコンデンサＣの直列接続からなる
ＬＣ共振特性を利用した周波数検出回路である。

Ｕ３−３巻線回路が交流発電機Ｇの出力周波数が定格周
波数未満の低周波において、前記周波数基準電圧より低
い一定の電圧を検出する低周波数域検出回路である。

ＶＲｌはトランジスタＴ，の利得調整用可変抵抗器、Ｃ
２はユニジヤンクシヨン・トランジスタＵＪＴの発振用
コンデンサ、ＶＲ２は周波数検出電圧調整用可変抵抗器
でこれにより周波数の設定を行なう。

ＶＲ３は低周波数域で何ヘルツ（Ｈｚ）から差動調整界
磁電流が増加しないようにするかを設定する可変抵抗器
である。可変抵抗器Ｒ２・Ｒ３は並列に構成されており
、可変抵抗器の出力がどちらか一方の高い方でトランジ
スタＴｒは匍御される。Ｒ１〜Ｒ３は抵抗、Ｃ，〜Ｃ，
はコンデンサ、Ｚｄｌ〜Ｚｄ３は定電圧（ツエナ一）ダ
イオード、Ｒｆｌ〜Ｒｆ３は全波整流回路、Ｌはリアク
ターである。

これらはＩＣ（集積化された演算増幅器）制御や、これ
と同等の機能を有する制御回路であればよい。つぎに、
第３図の差動式複巻電動機の周波数制御装置における静
特性曲線について述べる。周波数が一定に保持しようと
するＢ点より高い領域では、周波数基準電圧Ｓと周波数
検出電圧Ｆの差で、トランジスタＴ，を制御し、逆に前
記Ｂ点より低い領域Ｐでは、周波数基準電圧Ｓと低周波
数域検出電圧Ｌの差Ｇ（常に一定）で、トランジスタＴ
ｒを制御する。しかるに、低周波数域Ｐではその差Ｇが
常に一定であるから、差動調整界磁出力電流Ｎも前記Ｂ
点以下の低周波域では、点線Ｎのようにほソー定となる
。

第４図は、本発明の一応用例の概要的プロツク図である
。

ＣＲｆ３はサイリスタスタツク、ＭＳは和動調整界磁巻
線であつて、和動・差動の調整界磁巻線を別に有する２
巻線調整界磁の直流複巻電動機において、差動調整界磁
巻線ＭＤ（７）匍脚回路に応用できる。

以上説明したように本発明によれば、第３図の周波数を
一定に保持しようとするＢ点以下の低周波数域Ｐにおい
て、斜線部分Ｅの差動調整界磁電流が抑制されるので、
円滑な起動と安定した定速度運転を行なう合理的な電動
発電機装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の差動式直流複巻電動機の一例の回路構成
を表わす路線図、第２図は本発明の一実施例のプロツク
ダイアグラム、第３図は差動式複巻電動発電機の特性図
、第４図は本発明の他の実施例の概要的プロツク図であ
る。 １・・・・・・ゲート回路、２・・・・・・周波数位相
制御回路、３・・・・・・周波数検出回路、４・・・・
・・電圧位相制御回路、５・・・・・・電圧検出回路、
６・・・・・・電動機電流検出演算回路、ＣＯ・・・・
・・電動機補償巻線、ＣＲｆｌ〜ＣＲｆ３・・・・・・
サイリスタスタツク、ＤＣＣＴ・・・・・・直流変流器
、Ｇ・・・・・・発電機、ＧＦ・・・・・・発電機界磁
巻線、Ｉ・・・・・・電動機補極巻線、Ｋ，・・・・・
・遮断器、Ｋ２・・・・・・接触器、ＬＶＲ・・・・・
・インダクタとコンデンサの並列回路、Ｍ・・・・・・
電動機、ＭＤ・・・・・・電動機差動調整界磁巻線、Ｍ
ｆ・・・・・・電動機分巻界磁巻線、Ｍｓ・・・・・・
電動機和動調整界磁巻線、０ＣＲ・・・・・・過電流継
電器、Ｒ１・Ｒ２・ＲＬＶＲ・・・・・・抵抗、Ｓ・・
・・・・電動機直巻界磁巻線、ＳＵｇｌ・ＳＵｇ２・・
・・・・サージ吸収素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 差動式の直流複巻電動機で交流発電機を駆動し定電
   圧・定周波数を得る電動発電機装置において、前記交流
   発電機から給電され電動機差動調整界磁巻線への電流を
   調整するサイリスタスタックと、このサイリスタスタッ
   クのサイリスタゲートを制御するゲート回路とを設け、
   １次側巻線へ前記交流発電機の出力段から給電し２次側
   に第１ないし第３の巻線のあるトランスを備え、このト
   ランスの第１の２次巻線の出力で前記ゲート回路へ出力
   する発振回路の電源とするとともに、第２の２次巻線の
   出力はリアクターとコンデンサの直列接続からなる共振
   特性を利用した前記交流発電機の周波数を電圧に変換す
   る回路へ与え、第３の２次巻線の出力は前記交流発電機
   の出力周波数が定格周波数未満の低周波において一定の
   電圧を検出する低周波数域検出回路へ加え、前記発振回
   路の発振周波数を前記周波数を電圧に変換する回路と前
   記低周波検出回路のいずれか一方の高い方で制御するよ
   うにしたことを特徴とする電動発電機装置。