JPS62185567A - 相変換機の始動方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は単相電力を３相電力に変換する相変換機に係り
、特に昇圧変圧器を必要と１ノないで昇圧して相変換を
可能とした相変換機に関づ−る。

（従来の技術） 土木工事などで用いられる水中ポンプには単相誘導電動
機形、３相誘導電動機形などのものがある。通常、相変
換機としては３相誘導電動機がよく用いられており、汎
用人容吊のものは３相誘導電動機形のものが主流を占め
ている。

３相電源がない時に３相誘導電動機形水中ポンプなどを
駆動するには、３相電源専用のエンジン発°市機を用い
るか、単相電源を利用できるときは相変換機を用いて単
相を３相電源に変換するなどのことが行われている。ま
た、一般に単相電源電圧は１００〜２００Ｖで、３相電
源電圧は２００〜２４０Ｖであるので、上記相変換機と
しては相変換機能ど昇圧機能とを兼ね備えたものが実用
に供されている。

第４図はこの種の相変換機の従来の一例を示したもので
あり、単相電源７の単相電圧を昇圧変圧器８により臂圧
し、その昇圧した２次出力を３相誘導電動機９の２つの
端子を与え、この２つの端子のいずれか一方と第３の端
子とにコンデンサ１０を介挿することで、相変換した３
相電力を端子Ｕ１　、Ｖｌ　、Ｗｌから得るようにして
いる。

しかしながら、上述した構成の相変換機では背圧変圧器
８を必要とするので、変換に伴い鉄損。

銅損に起因する電力損失が生じると共に装着全体が大形
化し、可搬性が悪いという不具合があった。

そこで、背圧機能を有づる相変換機が考案されている。

以下に４極の場合を例に図面を用いて説明覆る。

第５図において、１Ｕは１組のＵ相巻線であり、このＵ
相巻ＩｆＡ１Ｕは第１．第２の巻線群１Ｕａ。

ＩＵｂから構成されている。同様に、−絹のＶ相巻線１
Ｖ、Ｗ相巻線１Ｗは夫々第１．第２の巻線群１Ｖａ　、
１Ｖｂ　、１Ｗａ　、ＩＷｂから構成されている。巻線
１Ｕ、１Ｖ、　１Ｗの夫々の一端は共通接続され、この
接続点は中性点２どなる。〔れらの巻線の夫々の他端は
、この相変換機の３相電力用端了Ｕ、Ｖ、Ｗに接続され
る。即ち、巻線１Ｕ、１Ｖ、ＩＷは３相誘導電動機のＹ
結線された平衡３相固定子巻線を構成している。

また、Ｕ相巻線ＩＵ、Ｗ相巻線１Ｗの各巻線群の分割点
は、単相入力端子へ、Ｂに接続されている。Ｖ相巻線１
Ｖ、Ｗ相巻線１Ｗの各巻線群の分割点から導かれた端子
Ｂ、Ｖｃにはコンデンサ−３が接続されている。

次に、１組分、たとえばＵ相巻線１Ｕは第６図に示すよ
うに、（Ｊ相巻線１Ｕの第１巻線群Ｉ　Ｕ　ａは更に２
つのサブ巻線群Ｉ　Ｕａｌ、　１　Ｕａ２に分割される
。これらのサブ巻線群は３相電力機の同転子４の周囲に
配置された固定子鉄心（図示せず）に、電気角で９０’
毎に巻装される。これらのサブ巻線群の結線は、これら
を励磁することにより得られる磁極のＮ、Ｓが９０°毎
に回転子４のまわりに生ずるように行われる。この巻線
を４極、固定子溝数２４個の例について、具体的に巻線
配置を示したのが第７図である。

上記の構成において、第５図の端子Ａ、Ｂに図示しない
単相電源から単相型ａｅ１を印加覆ると、第６図の第２
のサブ巻線群１　Ｕｂｌ、　１　Ｕｂ２にｔまこれらの
インピーダンス及びｅｌに対応した電流が流れ、これら
のインピーダンス及びＣ１に対応した電流が流れ、これ
らの巻線群の鉄心は励磁されるが、第１のサブ巻線群１
　Ｕａｌ、　１　Ｕａ２には電流が流れず、それらの鉄
心は励磁されない。この場合、第２のザブ巻線群Ｉ　Ｕ
ｂｌ、　１　Ｕｂ２の励磁に」：すＳ極が作られたとす
ると、第１のサブ巻線群１Ｕａ１．１　Ｕａ２には夫々
Ｎ極が誘導され、このＮ。

Ｓ交互の磁極は単相人力ｅ１の周波数に対応した回転磁
場を回転子４の周囲に作る。

このような、第２の巻線群ＩＵｂ、１Ｖｂ、ＩＷｂ、コ
ンデンザ３よりなる３相誘導電動機により回転子４は回
転し、第１の巻線群１Ｕａ、１Ｖａ、１Ｗａには電磁誘
導の法則により、夫々の巻回数に比例した電圧が誘起さ
れる。即ち、第１の巻線群と第２の巻線群との巻回数が
同一ならば、　５一 端子Ｕ−Ｖ、Ｖ−Ｗ、Ｗ−Ｕには夫々入力端子の２倍の
°重圧２ｅ１が生じ、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから２倍に背
圧された３相交流電圧が１９られる。

（発明が解決しようとする問題熱） しかじなら、上記の相変換機では、通常の誘導電動機と
同様に製造の容易さ、］ストの点から同心巻や短節巻の
重ね巻が用いられていた。上記の相変換機で同心巻や短
節巻を用いる場合、空隙磁束に偶数次の空間高調波が発
生し、第８図の速度−トルク曲線（Ｓ−７曲線）６から
判るように、トルクに落ちこみが生じ、回転子４がある
速度から加速できなくなり、相変換機としての機能を果
さなくなる。

以下にその理由を説明する。第５図に示すように、端子
Ｂ、ＶＣ間にコンデンサ−３が挿入されているため端子
Δ、Ｂ、ＶＣに疑似３相電源が印加されたことになる。

この場合、空隙磁束密度分布ＲＱは次式で示される。

−〇　− −＋ｃｏｓ７？（χ−丁几）こｏｓ（ｗｔ−含π）千Ｃ
ｏｓ斤（Ｘ十含π）Ｃθｓ（ｗｔす１１疋）ト、、（１
）ごごて゛ ””＝”（”ｌ　勘／１ｇ　５ｉｎｒ：ｎ　）　：　＋
ｉｆ：ｌｉ！−ｆＬＢｃ　　＝ｏ、４−Ｔｃ（Ａ丁）／
８ 〈：＼ｊ′。−−１二１イルヒｒ（シー＋′ｘβ。−ス
ロットビッヂ角 に：　コイル数 Ｓ−空隙長 ＡＴ’　　アンペア　ターン χ二　固定子座標（Ｔ［ｉ気色） 例えば、第７図に示すように４極２４スロツト８３．３
％ピッチの知節巻の場合、高調波成分は、その−例を記
した第１表に示すように、第２が２３．２％、第４が１
１．６％と偶数次の高調波成分が非常に大きい。その結
果、Ｓ−Ｔ曲線りで第８図に示すような大きな落ち込み
がひどい場合には、トルクが負になり電動機が５０　Ｏ
ｒｐｍ程度から加速しなくなる１゜ また、同心巻を用いた場合においても同様な解析の結果
、知節巻の重ね巻の場合と同様に偶数次の高調波が空隙
磁束に発生し、電動機が同期速度まで加速できない場合
があった。

本発明の１４的とするところは、前記の昇圧機能を有す
る相変換機の良好な始動を行なう始動方法を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） かかる目的を達成Ｊるために、本発明では、回転子が固
定子に回転可能に配置され、夫々複数個の巻線群よりな
る第１．第２．第３の相巻線をその一端を中性点どして
Ｙ結線して上記固定子の固定子鉄心に巻装し、上記夫々
の細端を３相出力端了として導出し、上記第１．第２．
第３の相巻線の内の２つの相巻線の分割点を単相入力端
子として導出し、上記第１．第２．第３の相巻線の内の
２つの相巻線間にコンデンサを介挿し、上記中性点側の
巻線前夫々を同一の１１極となるように巻装し、上記３
相出力端子側の巻線群を上記中性点側とは磁極となるよ
うに巻装した相変換機において、始動時においては、−
ト記第１．第２．第３の相巻線を上記分割点で分割し、
端子側ど中性点側の巻線群が並列になるようにＹ結線し
たことにより、始動時のトルクを向上し、良好な始動が
得られる相変換機の始動方法を提供Ｊ−るものである。

（作用） このように構成されているので、始動時には各相の２つ
の巻線群が並列に接続されるため、空隙磁束密度分布に
偶数次高調波が含まれず且つ奇数次高調液分も小さい！
、：めＳ−Ｔ曲線の１〜ルクの落ち込みがない。ぞして
インピーダンスの低下によりトルクが増加づることから
異常トルクの発生がなく、滑かな加速が可能である。

〈実施例） 以下、本発明に係る相変換機の始動す法を図面を参照し
て、一実施例についで説明する。本発明による相変換機
は運転時には従来の相変換機と同様、Ｕ相、■相、Ｗ相
の巻線は第１図に示ずように、各々２つの巻線群１Ｕａ
（端子Ｕ＋　、Ｘ＋　）、１ｔＪｂ（端子Ｕ２　、Ｘ２
　＞、１Ｖａ　　（端子Ｖ＋。

Ｙ＋）ＩＶｂ（端子Ｖ２　、Ｙ２　＞、１Ｗａ　　（端
子Ｗ＋　、　７＋　）、１Ｗｂ　（端子Ｗ２　、　Ｚ２
　）から成り、各々ＩＵａと１Ｕｂ、１Ｖａと１Ｖｂ、
１Ｗａと１Ｗｂが直列に接続されている。ぞして、従来
の相変換機ど同様Ｕ相、Ｗ相の分割点から端子Ａ、Ｂが
とり出されて電源に接続され、■相、Ｗ相の分割点Ｂ、
Ｖｃ間に］ンデン１ノ３が接続される。

本発明の始動方法は、始動時においては第２図に示号−
ように、各相の２つの巻線群を−）シ列に接続ｔ　ルも
ノテあり、１Ｕａと１Ｕｂ、１Ｖａど１Ｖｂ、１Ｗａと
ＩＷｂが夫々並列接続され、端ｒＵ１　、　ｔ、Ｊ　２
の接続点、端子Ｗ１．Ｗ２の接続点から、＝　１０　＝ 端子Ａ、Ｂがとり出され単相電源に接続される。

また、端子Ｖ１とＶ２の接続点からとり出された端子Ｖ
Ｃと端子Ｂの間に＝１ンデンサ３が接続される。

上記のように本発明においでは、始動時と運転時で各相
の２つの巻線群の接続を並列から直列に変更する。この
変更を行なう配線について、第３図の配線図を用いて説
明Ｊる。Ｕ相巻線の端子Ｕ１は出力用端子（Ｊに接続さ
れると共に、スイッチＳ１を介してＵ相の一方の巻線群
の端子Ｕ２に接続される。さらに端子Ｕ２はスイッチ＄
２を介して端子Ｘ１に接続される。■相、Ｗ相に′−）
いでし同様である。また、端子Ｘ＋　、Ｙ＋　、Ｚ＋は
スイッチＳ３を介して短絡される。更に端子ＬＪ２．Ｗ
２は夫々端子Ａ、Ｂに接続され、端子Ｖ２．Ｗ２からは
コンデン）すを接続するための端子Ｖｃ　、　ＷＣがひ
き出される。

上記の構成において、始動時にはスイッチ８１゜８３が
閉じられスイッチＳ２が開かれる。その結果第２図に示
した接続となる。続いて回転数が上昇し始動が完了した
り、或いは第１図に示した接続で十分に加速できる回転
数まで回転が上置した時貞で、スイッチＳ１．Ｓ３が間
かれＳ２は閉じる。その結果、第１図に示した接続とな
り、端子Ｕ、Ｖ、Ｗに電源の２倍の電圧が誘起され、相
変換機として動作することになる。

上記の如く構成された本実施例の作用に−）いて説明す
る。第２図の端子Ａ、Ｂに図示しない単相電源から中相
電圧ｅｌを印加すると、第１．第２の巻線群１Ｕａ、１
Ｕｂの両方にこれらのインピーダンス及びｅｌに対応し
た電流が流れ、これらの巻線群の鉄心が励磁される。こ
の場合に４３ける空隙磁束密度分布は次式で表わされる
。

＋Ｃθバ（χ−＋π）Ｃバ（ｗｔ−丁π）十Ｃθ５ｙｔ
Ｃχ十奪７’）ＣＯＳ（ｔｎｔ＊−＋ｙ）１　　、、・
　（Ｚ）ここでｎ−奇数の整数 上式より、空隙磁束密度分布ＩＩの高調波成分は、（１
）式と比べて非常に小さくなる。例えば溝数２４個、８
３．３％の短節巻の場合の高調波は第２表に示すように
、第１表と比べて非常に小さくなる。

第２表 その結果、ｓ　−、−ｒ曲線の落ち込みが改善され、第
８図に示したように滑らかなＳ−Ｔ曲線が得られる。ま
た、並列回路数の増加からインピーダンスが低下し、始
動トルクが増加する。

以上述べたように本実施例によれば、空隙磁束密度分布
に含まれる高調波成分が著しく減少すること。インピー
ダンスが低トすることによる始動トルクの増加により始
動が滑らかになる。

（他の実施例） 本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、他の
スロット数の場合でもよく、４極以外の多極巻線どしで
もよい。そして相変換機としての運転時の］ンデンザの
挿入位置が、端子■Ｗ間。

ＶＢ間の場合においても同様の効果が得られる。

また、コンデンサの容量を始動時と運転時で切り換え、
各々の最適のコンデンサ容ｉ）とすることにより、より
一層の効果が得られる。更に、始動時の接続から運転時
の接続への切り換えは、上記実施例では手動としたが、
相変換機の回転数を回転センサーなどにより検出して自
動的に切り換えたり、タイマーにより自動的に切り換え
ることも可能である。また、上記実施例では、８３．３
％の知節巻の場合を例に説明したが、Ｓ−Ｔ曲線上の落
ち込みが小さい１００％ピッチの重ね巻の場合において
も、インピーダンスの低下によるトルクの増加という点
から本発明の始動方法は有効なものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明にＪ、れば、始動時には各相の
２つの巻線群が並列に接続されるため、−１４＝ 空隙硲束密度分布に偶数次高調波が含まれず、−かつ奇
数次高調波成分も小さいため、Ｓ−Ｔ曲線上のトルクの
落ち込みがなく、かつ、インピーダンスの低下によりト
ルクが増加することから、異常なトルクを発生せず、滑
らかな加速が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す相変換機の運転時の接
続図、第２図はその始動時の接続図、第３図はその配線
図、第４図は従来用いられていた昇圧をトランスにより
行なう相変換機の接続図、第５図は従来の昇圧機能を有
する相変換機の接続図、第６図は巻線−相分の配置図、
第７図は巻線展開図、第８図はＳ−Ｔ特性曲線図である
。 １Ｕａ：Ｕ相の第１の巻線群 １Ｕｂ：Ｕ相の第２の巻線群 ＩＶａ：Ｖ相の第１の谷線群 １Ｖｂ：Ｖ相の第２の巻線群 １Ｗａ：Ｗ相の第１の巻線群 １Ｗｂ：Ｗ相の第２の巻線群 ２、Ｎ１　、Ｎ２　：中性点 Δ、Ｂ：単相入力端了 Ｖ端子Ｖ相巻線の］ンデンザ端子 ＷＣ：Ｗ相巻線のコンデンサ端子 ３．１０：］ンデン４ノ ４：回転子 １　Ｕａｌ、　１　Ｕａ２ 、１　Ｕｂｌ、　１　Ｕｂ２：　Ｕ相すブ巻線群１Ｕ：
Ｕ相巻線 １Ｖ：Ｖ相巻線 １Ｗ：Ｗ相巻線 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第３図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　回転子が固定子に回転可能に配置され、夫々複数個の
   巻線群よりなる第１、第２、第３の相巻線をその一端を
   中性点としてＹ結線して上記固定子の固定子鉄心に巻装
   し、上記、夫々の他端を３相出力端子として導出し、上
   記第１、第２、第３の相巻線の内の２つの相巻線の分割
   点を単相入力端子として導出し、上記第１、第２、第３
   の相巻線の内の２つの相巻線間にコンデンサを介挿し、
   上記中性点側の巻線群夫々を同一の磁極となるように巻
   装し、上記３相出力端子側の巻線群を上記中性点側とは
   逆の磁極となるように巻装した相変換機において、始動
   時には、上記第１、第２、第３の相巻線を夫々分割点で
   分割し、端子側と中性点側の巻線群が並列になるように
   Ｙ結線したことを特徴とする相変換機の始動方法。