JPS62201054A - 相変換機 - 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］ （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関す
る。

（従来の技術） この種の相変換機は、例えば単相電源しか得ら社ない場
所にて３相誘導モータを駆動する場合等に使用されるが
、単相電源電圧は１００〜１２０ｖであり、３相電源電
圧は２００〜２４０ｖであるから、相変換機能に加えて
昇圧機能を備えることが要求されるのが一般的である。

第６図はこの種の相変換機の一例を示したものであり、
単相電源３０の単相電圧を昇圧変圧器３１により昇圧し
、その昇圧した２次電圧を３相巻線を備えた誘導モータ
３２の２つの端子に印加し、この入力端子のいずれか１
つと残りの入力端子との間にコンデンサ３３を接続する
構成で、各端子Ｕ１、■！、Ｗｌに３相電圧が出力され
る。

しかしながら、上記構成では、昇圧変圧器３１を必要と
するから、この昇圧変圧器３１の鉄損及び銅損に起因す
る電力損失が無視できず、また装置全体が大形化して可
搬性に劣るという欠点があった。

これに対処すべく昇圧変圧器を用いることなく昇圧機能
を備えさせるようにした相変換機も考えられている。こ
れの４極形のものについて第２図乃至第５図を参照して
説明する。

第２図中、ＩＵは第１及び第２の巻線群Ｉ　Ｕａ　。

ＩＵｂから構成したＵ相巻線、１ｖはやはり第１及び第
２の巻線群ＩＶａ、ＩＶｂから構成したＶ相巻線、ＩＷ
はやはり第１及び第２の巻線群ＩＷａ、ＩＷｂから構成
したＷ相巻線である。各相巻線ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは誘導
モータの固定子に巻装され、一端側がスター結線されて
中性点２を形成し、他端側は３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに
接続されている。即ち、各相巻線ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは３
相誘導モータの平衡３相固定子巻線を構成している。

そして、Ｕ相巻線ＩＵを構成する各巻線群Ｉ　Ｕａ　。

ＩＵｂ相互間の接続点と、Ｗ相巻線ＩＷを構成する各巻
線群ＩＷａ、ＩＷｂ相互間の接続点とは、単相入力端子
Ａ、Ｂに夫々接続され、且つＷ相巻線ＩＷを構成する各
巻線群ＩＷａ、ＩＷＩ）相互の接続点と、Ｖ相巻線ＩＶ
を構成する各巻線群ＩＶａ、ＩＶｂ相互間の接続点との
間にはコンデンサ３が接続されている。

更に、各相巻線の第１及び第２の各巻線群は、夫々２つ
の副巻線群に分割されている。例えば、Ｕ相巻線ＩＵの
第１の巻線群ＩＵａは、２つの副巻線群ＩＵａｌ及びＩ
Ｕａ２に分割され、第２の巻線群ＩＵｂは、やはり２つ
の副巻線群ＩＵｂｌ及びＩＵｂ２に分割されている。そ
して、これらの４つの副巻線群Ｉ　Ｕａｌ、　　Ｉ　Ｕ
ａ２．　　Ｉ　Ｕｂｌ、　　Ｉ　Ｕｂ２は、第３図にＵ
相分のみ示すように、電気角で９０゛づつ離して巻装さ
れ、通電により励磁される極性が交互に異なるように接
続されている。尚、Ｖ相巻線ＩＶ、Ｗ相巻線ＩＷについ
ても、Ｕ相巻線ＩＵと全く同様である。上記構成を４極
、２４スロツトの場合の具体的な巻線配置を示したのが
第５図であり、８３８３％ピッチの短節重ね巻とされて
いる。

上記構成において、単相入力端子Ａ、Ｂに電圧ｅの単相
電源４を接続すると、副巻線群ＩＵｂｌ。

ＩＵｂ２には、それらのインピーダンス及び電圧ｅに対
応した電流が流れて励磁されるが、副巻線群１　Ｕａｌ
、　　Ｉ　Ｕａ２には単相電源４から電流は流れず励磁
されない。しかし、副巻線群Ｉ　Ｕｂｌ、　　Ｉ　Ｕｂ
２の励磁により、副巻線群Ｉ　Ｕａｌ、　　Ｉ　Ｕａ２
に逆極性の磁極が誘導されるため、これらの磁極により
単相電源４の周波数に対応した回転磁界が回転子５の周
囲に形成される。従って、各相巻線ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ（
Ｉｆ！２（７）巻線群ＩＵｂ、ＩＶｂ、ＩＷｂ及びコン
デンサ３から成る疑似的な３相誘導モータとして回転子
５が回転する。

回転子５の回転により、各相巻線ＩＵ、ＩＶ。

ＩＷの第１の巻線群ＩＵａ、ＩＶａ、ＩＷａには、電磁
誘導の法則に基づき、夫々のターン数に比例した電圧が
誘導され、従って、第１及び第２の各巻線群のターン数
が同一ならば、各３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗ間には夫々単
相電源４の電圧ｅの２倍の電圧２ｅが３相交流として出
力される。

しかしながら、上記構成の相変換機では、起動後に、あ
る速度以上に加速できなくなって相変換及び昇圧機能を
果たし得なくなることがあった。

そこで、本発明者らはその原因につき考究したところ、
次の原因によるものであることを究明した。

即ち、従来の相変換機では、製造の容易性やコスト上の
理由から、短節重ね巻や同心巻を採用している。このた
め、空隙磁束に偶数次の空間高調波が発生し、速度−ト
ルク特性に所定速度でのトルクの落ち込みが生ずるので
ある。

上記構成において、第２の巻線群ＩＵｂ、ＩＶｂ、ＩＷ
ｂが単相電源４により励磁されると、そのときの空隙磁
束密度分布Ｂｇは次式により表わされる。

ここで、Ｋｓｎは短節巻係数、Ｋｄｎは分布巻係数、ｑ
はコイル数、Ｘは固定子座標（電気角）、ωは単相電源
４の角速度である。

上記（１）式に基づき、例えば第５図に示すような４極
、２４スロツト、８３．３％ピッチの短節重の場合にお
ける高調波成分の含有率を求めると、第２高調波が２３
．２％、第４高調波が１１゜６％、第５高調波が１．４
％、第７高調波が１゜０％、第１１高調波が９６１％、
第１３高調波が７．７％であって、特に第２．第４等の
偶数次の高調波成分が著しく多いことが特徴である。こ
のため、速度−トルク特性は第４図破線に示すように、
ある速度で大きな落ち込みが生じ、このため例えば速度
５００　ｒｐｍの前後ではトルクが負になって、同期速
度近くまで加速できなくなるのである。また、同心巻を
用いた場合でも、同様な解析の結果、短節重ね巻と同様
に、偶数次の高調波成分が極めて多く、ために同期速度
近くまで加速できなくなることが判明した。

（発明が解決しようとする間ｍ点） 以上要するに、従来の相変換機にあっては、昇圧変圧器
を用いたものでは全体の大形化や効率の低下が避けられ
ず、昇圧変圧器を用いることなく昇圧機能を備えさせる
ようにしたものでは始動特性に劣るという問題があった
のである。

そこで、本発明の目的は、昇圧機能を備えながら、始動
特性に優れた相変換機を提供するにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明は、固定子に対し回転子を回転可能に配設し、固
定子に、一端側をスター結線すると共に他端側を３相出
力端子とした第１乃至第３の相巻線を設け、各相巻線を
夫々複数個の巻線群から構成し、この巻線群相互間の接
続点のうち異なる相巻線に属するものの間にコンデンサ
を接続すると共に、このコンデンサの一端と残りの相巻
線の接続点とを単相交流電源の入力端子とし、各相巻線
の中性点側の巻線群が互いに同一の磁極となり且つ３相
出力端子側の巻線群がそれらとは逆の磁極になるように
接続すると共に、前記各相巻線を１００％ピッチの令聞
重ね巻となるようにしたところに特徴を有するものであ
る。

（作用） ｎ次の高調波成分についての短節巻係数ＫＳｎは、コイ
ルピッチ角をαとしたとき、Ｋｓｎ−ｓｉｎ［ｎ　（α
／２）］にて表わされ、令聞巻ではα−πとなるから、
ｎが偶数ではＫｓｎ＝０となる。従って、本発明の構成
では、空隙磁束密度分布の偶数次の高調波成分は存在し
ない。これにより、トルクの落ち込み現象が抑えられる
。

（実施例） 以下本発明の一実施例につき第１図乃至第４図を参照し
て説明する。本実施例は、従来例と同様４極、２４スロ
ツトであるが、１００％ピッチの令聞重ね巻としたとこ
ろが異なる。比較を容易にするため従来例と同一部分に
は同一符号を付し、以下具体的に述べる。まず、Ｕ相巻
線に注目すると、３相出力端子Ｕからの導線は、スロッ
ト１に収納され、次にスロット外を迂回してスロット７
に収納されている。このスロット１−７中に所定ターン
数のコイルが形成された後、スロット７からの導線はス
ロット２に収納され、続いてスロット外を迂回してスロ
ット８に収納される。そして、スロット２−８中に所定
ターン数のコイルが形成された後、スロット８からの導
線はスロット１３に収納され、続いてスロット外を迂回
してスロット１９に収納される。このスロット１３−１
９中に所定ターン数のコイルが形成された後、スロット
１９からの導線はスロット１４に収納され、続いてスロ
ット外を迂回してスロット２０に収納される。そして、
スロット１４−２０中に所定ターン数のコイルが形成さ
れた後、スロット２０からの導線は再びスロット１４に
収納され、続いてスロット外を迂回してスロット８に収
納される。そしてスロット１４−８中に所定ターン数の
コイルが形成された後、スロット８からの導線はスロッ
ト１３に収納され、続いてスロット外を迂回して、スロ
ット７に収納される。このスロット１３−７中に所定タ
ーン数のコイルが形成された後、スロット７からの導線
はスロット２に収納され、続いてスロット外を迂回して
スロット２０に収納される。次いで、スロット２−２０
中に所定ターン数のコイルが形成された後、スロット２
０からの導線はスロット１に収納され、続いてスロット
外を迂回してスロット１９に収納される。更に、スロッ
ト１−１９に中に所定ターン数のコイルが形成された後
、スロット１９からの導線は中性点２に至る。

このようにして形成されたスロット１−７．２−８中の
コイルは第１の巻線群ＩＵａの副巻線群ＩＵａｌを構成
し、スロット１３−１９．１４−２０中のコイルは副巻
線群ＩＵａ２を構成する。また、スロット１４−８．１
３−７中のコイルは第２の巻線群ＩＵｂの副巻線群ＩＵ
ｂｌを構成し、スロット２−２０．．１−１９中のコイ
ルは副巻線群ＩＵｂ２を構成し、スロット２−２０．１
−１９中のコイルは副巻線群ＩＵｂ２を構成する。Ｖ相
巻線１ｖもＵ相巻線ＩＵと同様に形成され、スロット５
−１１．６−１２中のコイルは副巻線群ＩＶａｌを、ス
ロット１７−２３．１８−２４中のコイルは副巻線群Ｉ
Ｖａ２を、スＯ−／ト１８−１２．１７−１１中のコイ
ルは副巻線群１ｖｂｌを、スロット６−２４．５−２３
中のコイルは副巻線群ＩＶｂ２を夫々構成する。また、
Ｗ相巻線ＩＷについてもＵ相巻線ＩＵと同様に形成され
、スロット９−１５゜１０−１６中のコイルは副巻線群
ＩＷａｌを、スロット２１−３．２２−４中のコイルは
副巻線群ＩＷａ２を、スＯ−／ト２２−１６．２１−１
５中のコイルは副巻線群ｉｗｂｉを、スロット１０−４
．９−３中のコイルは副巻線群ＩＷｂ２を夫々構成する
。

そして、Ｕ相巻線ＩＵを構成する第１及び第２の各巻線
群ＩＵａ、ＩＵｂ相互間の接続点は単相入力端子Ａに接
続され、Ｗ相巻線ＩＷを構成する第１及び第２の巻線群
Ｉ　Ｗａ　、　　Ｉ　Ｗｂ相互間の接続点は単相入力端
子Ｂに接続されている。また、第２図に示すように、Ｖ
相巻線１ｖを構成する第１及び第２の巻線群ＩＶａ、Ｉ
Ｖｂ相互間の接続点は、端子ＶＣに接続され、この端子
Ｖｃと前記単相入力端子Ｂとの間にコンデンサ３が接続
されている。更に、各相巻線ＩＵ、ＩＶ、ＩＷのうち中
性点ｚ側の巻線群ＩＵｂ、ＩＶｂ、ＩＷｂは、第３図に
示すように、互いに同一の極性となり、且つ３相出力端
子側の巻線群ＩＵａ、ＩＶａ、ＩＷａはそれらとは逆の
極性になるように接続されている。

次に本実施例の作用につき説明する。

単相入力端子Ａ、Ｂに単相交流電源４から単相電圧ｅが
印加されると、各相巻線ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの夫々の第２
の巻線群ＩＵｂ、ＩＶｂ、ＩＷｂにはそれらのインピー
ダンス及び電圧ｅに対応する電流が流れて励磁され、第
１の巻線群ＩＵａ。

ＩＶａ、ＩＷａは単相電源４からの電流は流れないが磁
気誘導作用により上記第２の巻線群とは逆極性が誘導さ
れる。これにて、単相電源４の周波数に対応した回転磁
界が形成され、回転子５が疑似的な３相誘導モータとし
て回転する。回転子５の回転により、第１の巻線群ＩＵ
ａ、ＩＶａ、ＩＷａに、電磁誘導作用により、夫々のタ
ーン数に比例した電圧が誘導され、従って第１及び第２
の各巻線群のターン数を同一にした場合、３相出力端子
Ｕ、Ｖ、Ｗの相互間に単相電源４の２倍の電圧２ｅが３
相交流として出力される。

ここで、空隙磁束密度分布を考える。本実施例では、全
量重ね巻であって、コイルビ・ソチが１００％即ち電気
角でπであるから、短節巻係数Ｋｓｎは、Ｋｓｎ−ｓｉ
ｎ　　［ｎ　（π／′２）　］となり、従ってｎが偶数
の場合に０となり、空隙磁束密度分布に偶数次の高調波
成分がなくなる。奇数次の高調波成分については、スタ
ー結線であるから第３次の高調波はなく、従来と同様第
５、第７、第１１高調波成分が発生する。しかし、第１
の巻線群ＩＵａ１、ｌ　ＶＢ　、　　Ｉ　Ｗａとｊｉｉ
２の巻線群ＩＵｂ、ＩＶｂ、ＩＷｂとの両方が励磁され
た場合、即ち通常の負荷運転状態における空隙磁束密度
分布の高調波成分を表わす（２）式との比較から明らか
であるように、基本波成分に対する高調波成分の比率は
、（１）、（２）の両式で等しく、本実施例の相変換機
では奇数次の高調波成分は大きくないことが明らかであ
る。

このように本実施例では、偶数次の高調波成分をなくす
ことができるから、空隙磁束密度分布における全体の高
調波成分を大幅に減らすことができ、もって速度−トル
ク特性におけるトルクの落ち込みを防止することができ
る。このため、起動不良を起こすことなく確実に同期速
度近くまで加速することができ、もって始動特性に優れ
た相変換機を提供することができる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定される
ものではなく、極数及びスロット数を適宜設定する等、
要旨を逸脱しない範囲内で変更して実施することができ
るものである。

［発明の効果］ 本発明は以上述べたように、全量重ね巻としたことから
、空隙磁束密度分布の偶数次の高調波成分をなくすこと
ができ、もって昇圧機能を備えながら、優れた始動特性
を有する相変換機を提供できるという効果を奏するもの
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巻線展開図、第２図は
同種の相変換機一般の巻線接続図、第３図は同巻線配置
図、第４図は速度−トルク特性図、第５図は従来の相変
換機を示す巻線展開図、第６図は従来の昇圧変圧器形の
相変換機の回路図である。 図中、ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは各相巻線、Ｉ　Ｕａ　。 ＩＵｂ、ＩＶａ、ＩＶｂ、ＩＷａ、ＩＷｂは巻線群、２
は中性点、３はコンデンサ、４は単相電源、５は回転子
、Ａ、Ｂは単相入力端子、Ｕ、Ｖ、Ｗは３相出力端子で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、固定子に対し回転子を回転可能に配設し、前記固定
   子に、一端側をスター結線すると共に他端側を３相出力
   端子とした第１乃至第３の相巻線を設け、各相巻線を夫
   々複数個の巻線群から構成し、この巻線群相互間の接続
   点のうち異なる相巻線に属するものの間にコンデンサを
   接続すると共に、このコンデンサの一端と残りの接続点
   とを単相交流電源の入力端子とし、各相巻線の中性点側
   の巻線群が互いに同一の磁極となり且つ３相出力端子側
   の巻線群がそれらとは逆の磁極となるように接続すると
   共に、前記各相巻線を全節重ね巻としたことを特徴とす
   る相変換機。