JPS6053529B2 - 誘導負荷投入時の過渡的電圧降下低減回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は比較的容量の小さい工場設備用電源装置の発
電機、あるいは配電系統に誘導電動機などの誘導性負荷
を投入接続するに際し、投入瞬時に発生する線路電圧の
過渡的な電圧降下を低減させるための回路に関する。

例えば非常用電源装置などの発電機に対して、該発電機
容量に比較的大きな始動容量を持つかご形誘導電動機を
負荷として接続起動する場合がある。

しカルて周知のように同期発電機は遅れ力率の負荷、つ
まり誘導電動機のような誘導性負荷をとる場合には、そ
の電機子反作用などによつて大きな電圧降下が生じる。

この電圧変動に対処するためには一般に発電機あるいは
配電系統には自動電圧調整器（以下「ＡＶＲ」と称する
）が装備されている。一方、誘導性負荷（以下「誘導電
動機」を例にして説明する）に対しても、投入時つまり
起動時の突入電流を制限して或る程度の電圧降下の低減
を図るよう、デルタ−スター起動方式、クローズドトラ
ンジシヨン起動方式、コンドルフア起動方式、リアクト
ル起動方式などが採用されているが、これ等従来の各種
起動方式の場合にも起動瞬時の過渡的な電圧降下は防止
できずに給電系統にじよう乱を与えることが避けられな
いのみならず、また起動装置の設備費も比較的高価であ
る。上記のごとき誘導電動機の起動時に生じる過渡的な
電圧降下の発生メカニズムは、負荷始動特性、特に負荷
突入電流の急峻な立上り特性に対し発電機側に付設され
ているＡＶＲの電圧回復速応性が追従しきれないことに
起因する。

それ故、負ヨ荷投入時の過渡的な電圧降下は、負荷突入
電流の絶対値は勿論であるが、むしろその時間的な立上
り特性に大きく影響される。この観点から従来の誘導電
動機の起動方式を考察すれば、スター・デルタ方式、リ
アクトル方式などの減電圧起動方式門の場合では、投入
およびノッチ切換えに伴つて過渡的に急峻に立上る突入
電流が流れることになり、その都度の急峻な突入電流の
立上りにＡＶＲの応答が追従し切れなくなつて線路電圧
の過渡的な電圧降下の発生が避けられない。本発明は上
記の点にかんがみなされたものであり、誘導電動機のこ
とき誘導性負荷を投入するに際して、給電回路の過渡的
な電圧降下を大幅に低減し、これによつて電源としての
発電機の容量、ないし配電系統の容量を軽減させつつ安
定して良質な電力供給が行える過渡的電圧降下の低減回
路を得ることを目的としたものであり、この目的達成の
ために、本発明は、誘導性負荷に対し電源側に付設され
ているＡＶＲの電圧回復応答特性と同等、ないし僅かに
遅れた負荷突入電流の立上り特性を与えるよう定めた負
荷電流制限素子を備え、この素子を負荷投入時に該誘導
負荷に接続させるよう構成したことを特徴とする。

以下本発明の実施例を図示実施例に基ついて詳細に説明
する。

第１図は本発明の基本的な回路を示すものであり、図に
おいて１は発電機の電機子、２はその界磁回路、３は自
動電圧調整器（ＡＶＲ）、４は発電機側のしや断器、５
は誘導性負荷としての誘導電動機、６は負荷側のしや断
器、７が本発明による電流制限素子であり、発電機５と
直列に介挿接続されている。なおＶ１は線路電圧、１１
は負荷電流を示す。電流制限素子７は第２図に示すよう
に、炭素板を多数枚積層してなるカーボンパイル抵抗器
８と、カーボンパイル抵抗器８へ左右より積層方向に加
圧力を加えるソレノイド９との組合わせ体として構成さ
れている。なお１０はソレノイド９の開閉スイッチ、１
１はソレノイド励磁回路に介挿された整流器、１２はカ
ーボンパイル抵抗器８の短絡スイッチ、Ｉｃはソレノイ
ド９の励磁電流である。短絡スイッチ．１２は電動機５
の起動投入時には開放されており、起動確立とともに投
入されてカーボンパイル抵抗器８を短絡するよう開閉動
作される。またソレノイドスイッチ１０は起動時に投入
され、起動確立とともに開路される。上記の構成におい
て、先ずカーボンパイル抵抗器８の加圧力（Ｐｃａ）一
抵抗値（Ｒｃａ）特性は第３図に、ソレノイド９の励磁
電流（Ｉｃ）一電磁加圧力（Ｐｃａ）特性は第４図にそ
れぞれ示すごとくである。

またソレノイド９のインピーダンスＸＬ−をＸＬ＝Ｒ＋
ＪｗＬとする時定数Ｔ＝Ｌ／Ｘに基づく励磁電流１ｃの
立上り特性は第５図のようになる。以上を総合すること
により、ソレノイド９の時定数Ｔに関係してカーボンパ
イル抵抗器８の抵抗値Ｒｃａは第６図のように時間的に
変化する。従つてカーボンパイル抵抗器７によつて限流
される電流は第６図における点線１の如く推移して変化
することになる。一方、第１図において発電機側に付設
されたＡＶＲ３の過渡応答特性は第７図のごとくであり
、その時定数はＴＡＶＲとして示される。なおこの場合
にＡＶＲの応答特性としては発電機励磁系の開回路過渡
応答時間特性をとれば良く、小容量機での特定数は通常
０．２〜０．４秒前後でｊある。ところで本発明に基づ
き、前記カーボンパイル抵抗器８の時間的な抵抗変化特
性を決定するソレノイド９の時定数Ｔは、ＡＶＲの前記
時定数ＴＡＶＲに対してＴ≧ＴＡＶＲのように選定され
ている。

このように設定された時定数Ｔの条件により、詳細を後
述するごとく誘導負荷の投入時には突入電流が限流され
て線路電圧の過渡的な電圧降下とＡＶＲの動作と相まつ
て大幅に低減させることが可能になる。次に上記回路を
使用した誘導電動機の起動動作について説明する。

第２図においてしや断器４，６の投入と同時にソレノイ
ド開閉スイッチ１０が投入される。この負荷投入時点か
らソレノイド９の励磁電流１ｃは第５図に示すような時
間的変化で立上る。これに相応してカーボンパイル抵抗
器８の電磁加圧力Ｐｃａが変化し、抵抗値Ｒｃａは第６
図のように時間の経過とともに減少する。この過程でソ
レノイド９の時定数ＴがＡＶＲ３の時定数ＴＡＶＲと同
等ないし僅かに大に設定されていることにより、負荷突
入電流１１は電流制限素子７の限流作用によりその立上
り変化が急峻とならず、ＡＶＲの電圧回復応答特性と同
等ないし僅かに遅れた立上り特性を示すよう限流される
ことになる。この結果により負荷投入時の総合特性は第
８図のようになる。図中、ＴＯは負荷投入時点、ΔＶは
投入時の過渡的な電圧降下を示す。図からも明らかなよ
うに過渡的な電圧降下ΔＶは零ないしほとんど零に近く
まで低減されている。なお誘導性負荷が誘導電動機５で
ある場合には、電流制限素子７による負荷突入電流の立
上り特性の決め方は、誘導電動機５に対する負荷トルク
特性、起動所要時間特性、および発電機の駆動原動機系
のＧＤ２などを加味して決定される。上記のように電流
制限素子７としてカーボンパイル抵抗器８を採用した図
示実施例によれば、電流制限素子の電流制限特性、つま
りソレノイド９の時定数をＡＶＲの時定数に対して適値
に選定することにより、カーボンパイル抵抗器８自身が
時限抵抗素子として働くことになり、何等特別な時限要
素を付設することなしに負荷突入電流をＡＶＲの電圧回
復速応性に対応させて限流し、過渡的な電圧降下を大幅
に低減させることができる。なお電動機５の起動確立に
より短絡スイッチ１２は閉じ、抵抗器８が短絡される。
この時点でソレノイド９のスイッチ１１は同時に開路さ
れる。第９図は前記の第８図に対する従来の起動方式に
基づく誘導電動機の負荷投入時総合特性を示す。図中、
ｔ１は起動途中段でのスター・デルタ切換え、あるいは
リアクトルのタップ切換時点を示す。第８図の従来方式
では、負荷突入電流の時間的立上り特性とＡＶＲの応答
特性との整合に関しては何等の配慮がなされてなく、単
に突入電流の絶対値を制御するに止まる。従つて第８図
と第９図の比較からも明らかなように、従来方式では起
動確立に至るまで過渡的な大きな線路電圧の電圧降下が
生じるのに較べて、本発明方式では過渡的な電圧降下を
大幅に低減し得る。上記した本発明の回路の採用により
、負荷容量に対し発電機の容量を近づけて小形化を図り
つつ安定な良質電力の供給を行わせることができる。

特に工場の非常用電源設備として使用される、例えばデ
ィーゼル発電設備などは、平常時は休止されているもの
であり、負荷容量に比して余裕のある大容量の設備とす
ることは不経済であるが、かかる点本発明によれば、電
源設備の容量を負荷容量に十分近づけ得て経済的にも有
利となる。また本発明の回路は従来における誘導電動機
のスター・デルタ起動方式に代表される各種の起動装置
の代りとして良好に実施適用することができる。なお上
記本発明の実施例では電流制限素子としてソレノイドの
励磁で加圧されるカーボンパイル抵抗器を示したが、そ
のほか時限要素により時間的に位相制御されるサイリス
タ回路を電動機の主回路に接続した電流制限素子を採用
することも可能である。この場合にもその電流制限特性
は突入電流の変化がＡＶＲの電圧回復速応性に相応した
立上り特性に制限されるよう設定されるまた本発明は誘
導性負荷に対し発電機より直接給電させる給電回路のほ
か、母線電圧調整器を装備した通常の配電系統に対して
も良好に適用し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本回路図、第２図は第１図における
電流制限素子の一実施例を示す回路図、第３図ないし第
６図は第２図における電流制限素子の各種特性線図、第
７図は自動電圧調整器の電圧回復応答特性線図、第８図
および第９図は本発明および従来による誘導電動機負荷
の起動時総合特性図である。 各図において同じ符号は同一または等価な部分を示すも
のであり、このうち主な符号との対応は次の通りである
。１：電源としての発電機、３：自動電圧調整器、５：
誘導性負荷、７：電流制限素子、８：カーボンパイル抵
抗器、９：ソレノイド、１２：負荷投入時に開放されて
いる抵抗器短絡スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘導負荷を負荷とする給電回路において、負荷投入
   時に該誘導負荷と接続するよう介挿される電流制限素子
   を備えるとともに、該電流制限素子は負荷投入時におけ
   る突入電流の時間的な立上り変化を給電回路の電源に付
   設された自動電圧調整器の電圧回復応答特性に対しそれ
   と同等ないし僅かに遅らせるよう制限する電流制限特性
   に設定されていることを特徴とする誘導負荷投入時の過
   渡的電圧降下低減回路。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の過渡的電圧降下低減回
   路において、負荷電流制限素子がソレノイドの励磁によ
   る電磁力で加圧されるカーボンパイル抵抗器としてなり
   、かつソレノイドの時定数が自動電圧調整器の電圧回復
   応答時定数と同時ないし僅かに大に設定されていること
   を特徴とする誘導負荷投入時の過渡的電圧降下低減回路
   。