JPS6227635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来の誘導電動機は、電動機の負荷の如何にか
かわらず、そのステータ捲線の両端にかかる全正
弦波電圧を維持する。負荷が広い制限内で変化す
る場合、例えば、電動機がホイスト作業用に使用
されるとき、大部分の時間、電動機はその全定格
負荷を使つていない。このような場合、ステータ
の鉄損は、電動機が全定格負荷以下で動作してい
るとき、それが全定格負荷で動作している場合の
夫々と実質的に同じである。そしてこのような場
合の低力率によつて、ステータの電流は大きく、
銅損もまた多大となる。

従来の多相誘導電動機がその全定格負荷以下で
動作しているとき、正弦波電圧の一部分あるいは
単一位相での動作はその電動機に課せられる実際
の負荷要件を満足するであろう。正弦波電圧の一
部をこのようにカツトすること、あるいは単一位
相で動作することによる結果は、可成りの鉄損、
銅損を低下させるし、またステータの発熱を低下
させる。

その結果としてのより低い動作温度がさらに、
オーム抵抗の低下のため電動機の銅損を減少させ
る。これらの要素は結びついて、電動機で消費さ
れるエネルギーの著しい減少をもたらし、その結
果、利用できるエネルギー源の保護と運転コスト
の低減ができる。

本発明は、上記の要素の認識に基いて、上記ス
テータに供給する電気エネルギーと、標準の無変
更の交流多相誘導電動機のステータフラツクス密
度とが、どの瞬間においてもその負荷の要件の函
数になるよう動作する、一つの簡単であるが信頼
性のある機械装置を提供するものである。本発明
は、電源から正弦波電圧の大部分または小部分を
電動機のスリツプのパーセンテージ函数として、
そのステータに入力できるようにするか、または
単一位相で動作させるかして、このことを実現す
る。換言すれば、その電動機のステータに供給す
る正弦波の電圧は既存の負荷条件に適合するよう
修正される。この結果、鉄損および銅損が減少す
る。

本発明によれば、一つの標準の三相電動機は、
その三相交流電源に直接接続されるそのステータ
への唯一つの入力を持つている。その他の二つの
ステータの入力は、（複数の）トライアツクを経
て上記電源ラインに結合される。このトライアツ
クは、入力電力が先ず印加され電動機の運転開始
期間中、トルクが減らないことを確かめると、連
続的に伝導を開始する。電動機がスタートした後
は、上記トライアツクは、条件付きで動作する非
直線性正饋還ループの一部となり、電動機の負荷
検出手段によつて発生される一つの周波数変調信
号に反応する波形修正器手段によつて、その位相
角を制御することができる。その結果、各トライ
アツクは電動機に課せられる現実の負荷要件にし
たがつて、その正弦波入力電力のすべてまたはそ
の一部を伝導する。このように、電動機の速度
は、その電動機の定格内の、すべての負荷条件の
下で、ある実質的に一定の特別な速度に保たれ、
全電力はより大きい負荷で供給され、これにより
過負荷性能が低下しないよう保証される。

最適の効率と円滑な動作を達成するためには、
各トライアツクは電源電力の異つた一部を軽負荷
乃至中負荷で、そのステータに結合し一つのトラ
イアツクは超軽負荷および零負荷で開回路とされ
るが、これにより電動機は一つの部分的に正弦波
単一位相モードで動作することになる。

負荷検出手段と波形修正器とはパーカーその他
による米国特許出願No.839945およびNo.917698に述
べられるようなものであつてもよい。

第１図に示すように、標準三相電動機１０には
例えばステータ捲線２ａ，２ｂ、および２ｃがあ
る。これらは、ライン４ａ，４ｂおよび４ｃで示
すように三相交流電源３に接続され、ステータ捲
線を付勢し、それによりロータ１２を回転させ
る。本発明によれば、電源３は電動機のステータ
捲線の各々に直接結合されず第１図に示すように
接続される。説明のため４ｃと呼ばれる一つの導
体は、普通の方法でステータ捲線２ｃに直接接続
される。しかし導体４ｂと４ａとはそれぞれ二つ
の固体スイツチ５および６の一端に接続され、そ
の他端は５ａ，６ａとして、電動機ステータの捲
線２ａと２ｂの入力に接続される。それ故、ステ
ータ捲線２ｃを含め、電源３からのすべての捲線
に結合する平均エネルギーはスイツチ５と６との
伝導時間の函数となる。例えばトライアツクアツ
センブリより成るスイツチ５および６は、波形修
正器７および８の一部を形成し、これら波形修正
器の動作は、エミツタフオロアー１１の出力にお
けるライン１６ｂに現われる一つの直流制御電圧
により制御される。上記直流制御電圧の大きさ
は、電動機１０に機械的に結合される一つの比較
的小型の交流発電機により発生される周波数変調
に対応する。

第１図の発電機１８は、誘導電動機１０の軸上
１３の点に取り付けられる歯車１８ａから成る。
歯車１８ａとその関連するステータとが一つの小
型交流発電機を構成し、その出力の周波数変調
が、その回転速度の特性と歯車１８ａの歯の数で
決定される。この発電機の平均の出力周波数は、
誘導電動機の回転の平均速度の整数倍であり、例
えば、その電動機の毎秒回転数の約60倍である。
発電機１８の出力―その周波数は電源３のそれよ
り好んでずつと高い周波数とする−は、一つの電
気機械的につくられた交流信号であつて、二つの
形式の負荷関連周波数変調をもつている。発電機
１８のロータでつくられる周波数変調の第１の形
式は、すべての誘導電動機に固有のものであり、
電動機の機械的負荷の変化から生ずるロータのス
リツプの変化によつて引起される。さらに、その
交流信号の平均周波数（電動機軸の毎分回転数で
発生される）は負荷に関連する毎分回転数の変化
に正比例して変化する。多相電動機も単相電動機
もともにこの負荷から誘導される周波数シフト変
調の形式のものをひきおこす。

単一位相モードまたは三相部分正弦波モードで
動作する三相電動機の目立たないロータの動きが
発電機１８の出力に今一つの形式の周波数変調を
ひきおこす。単相電動機の動作中には、各サイク
ルで２回、零値を通りすぎ、そのステータ捲線を
流れる正弦波形電流に基く自然発生的なトルクの
変動があり、僅かな速度変動を発生する。かく
て、60サイクル交流電源の場合、単相動作は毎秒
当り120回の負荷応答トルクの変動と速度の変動
とを生ずる。これらの変動は上記発電機について
も起る。同様に、三相電動機を60ヘルツの部分正
弦波で動作させると360回の上記のようなトルク
と速度との変動が生じ、それら変動が上記発電機
の出力を周波数変調する。それ故、電動機１０の
負荷が増大すると（零負荷より）発電機１８から
の信号は、この平均周波数の上下で変動をもつ、
発電機の平均速度に比例する一つの平均周波数か
らなり、この変動は単相動作の間は毎秒120回の
割合で先づ発生し、部分正弦波三相動作が始まる
と毎秒360回の割合に変化する。

この二重に周波数変調された交流信号は、周波
数弁別器１７の入力に印加され、ライン２０に現
われる上記周波数変調は一つの相当する直流制御
電圧またはライン１６上の一つの信号に変換され
る。その信号の大きさは、電動機の同期速度の約
95％以上の電動機速度における、上記信号の全周
波数変調の函数である。

これに続く記述のため、その発電機１８は60個
の歯をもち、その誘導電動機は毎秒30回の速度で
回転し、したがつてそれに接続されたその小型発
電機からの交流出力は1800ヘルツを含むと仮定す
る。そしてこれらのパラメータは今後例証のため
参照することになろう。

交流発電機１８からの出力信号は第２図に示す
ようなLC回路３２端に印加される。そのLC回路
はもつと正弦波に近い波形の出力を得るため、発
電機の周波数において広帯域にわたつて共振す
る。その結果生じる交流信号は、蓄電器３３を経
てトランジスタ３４のベースに印加され、そのト
ランジスタのコレクタは、抵抗３５を経て直流電
源３１の正側から付勢される。この交流発電機１
８からの信号の振巾変動はいづれもダイオード３
６のクランプ作用とトランジスタ３４のベースエ
ミツタ接合の制限作用によつて除去される。

この正負のクランプ作用によつて、トランジス
タ３４のベースおよびコレクタにおける波形は頭
の平らな波となる。この頭の平らなパルスは、高
いＱの共振回路３７に導かれ、それを励振する。
この共振回路は、発電機１８の周波数の中の一つ
より高い周波数、約1850ヘルツに同調される。こ
の交流発電機の出力信号は回路３７の共振曲線の
傾斜上で動作するので、上記回路３７は実際に
は、一つの周波数弁別器として動作する。すなわ
ち、回路３７の両端に現われる電圧は、トランジ
スタ３４からそれに供給される信号の周波数変調
に応じて振巾が変化する。

共振回路３７の両端に生起される信号は、可変
抵抗器３８と蓄電器３９とを経て、トランジスタ
４０から成る、信号でバイアスされる直流増幅器
に導かれる。この信号から導かれる正のバイアス
電圧がそのカツトオフ閾値以上に上昇すると、ト
ランジスタ４０のコレクタ電流は急速に非直線的
にターンオンとなる。

可変抵抗３８は、上記の非直線性ターンオンが
その電動機の同期速度の約95％以上のある特定の
エネルギ的に効率のよい速度に照合されるよう調
整される。上記速度以上ではトランジスタ４０の
平均の伝導は、次第に上記復調信号の大きさにも
つと直線的に反応するようになる。トランジスタ
４０は、蓄電器３９の充電および放電により順バ
イアス方向および逆バイアス方向とも信号でバイ
アスされている。上記充放電は、上記蓄電器を経
て交流を流しかつそれに引続いておこるトランジ
スタ４０による整流作用によつてひきおこされ
る。上記の逆方向バイアスとトランジスタ４０の
バイパスされてないエミツタ抵抗４５によりトラ
ンジスタ４０によつて共振回路３７に課せられる
負荷は最小となる。ダイオード４２の陽極とアー
ス間に接続されるツエナーダイオード４１は、そ
の導通閾値（ツエナー）電圧を凌駕する負の逆バ
イアス信号交流尖頭値の間、蓄電器３９用の低抵
抗放電路を提供する。それによりトランジスタ４
０を高い負の電圧尖頭値から保護する。ダイオー
ド４２は正の順方向バイアス信号交番が、ツエナ
ーダイオード４１を経てアースに導通しないよう
に防護する。

共振回路３７端の交流電圧の振巾は、それに供
給される信号の負荷に関連する周波数変調にした
がつて変化するので、トランジスタ４０のバイア
スもまた変化し、トランジスタ４０を伝導的にす
るのに有効である、その信号の一部も同様に、い
かなる瞬間においても電動機の負荷にしたがつて
変化する。トランジスタ４０の非直線伝導閾値以
上では、共振回路３７端の交流電圧の振巾が増加
し、その結果、抵抗４３を流れる電流が増加し、
それは順次、抵抗４３の電圧降下を大にし、トラ
ンジスタ４０のコレクタの電圧を低下させること
になる。その逆もまた然りである。その結果、こ
の回路の特別な部分は、逆信号発電機として動作
し、すなわち、振巾変動の逆転がトランジスタ４
０のベースとコレクタ間で起る。

トランジスタ４０のコレクタは、蓄電器４４の
片側に接続され、その他側はアースされている。
蓄電器４４は、一部の時間、すなわちトランジス
タ４０が非導電性のとき抵抗４３を経て充電さ
れ、トランジスタ４０が導通性にされるときトラ
ンジスタ４０と抵抗４５とを経て放電される。そ
のRC回路４３，４４の時定数は、1800ヘルツ
（すなわち、交流発電機１８の周波数）にくらべ
て長い。そして蓄電器４４端の平均の周波数のリ
ツプル電圧の振巾はしたがつて非常に低い。その
結果、電動機１０がその最もエネルギー的に能率
のよい速度の近くで運転しているとき、蓄電器４
４端の電圧はある可成り安定した直流電位まで低
下し、その電位の平均の大きさは、負荷と速度で
導かれる周波数変調に比例して変る。蓄電器４４
端の上記電圧は、ライン１６（第１図および第２
図に示す）上に現われる直流制御電圧を構成す
る。第１図で、直流制御電圧ライン１６はエミツ
タフオロア１１の入力に接続されるように示され
る。第２図は、エミツタフオロア１１がトランジ
スタ１１、交流バイパス蓄電器８０、可変抵抗８
２、出力負荷抵抗８１およびダイオード８３と８
４とより成ることを示す。エミツタフオロア１１
は普通の方法で動作し、トランジスタ４０のコレ
クタに生起される直流制御電圧を隔離して、それ
が最終的に結合される波形修正器７および８の直
流制御電圧入力による負荷とならぬようにする役
目をする。

可変抵抗器８２の調整によつて、トランジスタ
４０がカツトオフとなる瞬間、蓄電器４４がそこ
まで充電できる最大レベルが決定され、それ故、
平均の直流制御電圧が、負荷により誘導される周
波数変調とともに変化することができる速度が制
御される。換言すれば、抵抗８２は、電動機負荷
の変化に合うようシステム反応（時間）を変える
ために使用できる。

ダイオード８３および８４は、ライン１６ｂに
現われる直流制御電圧を波形修正器に結合する。
ツエナーダイオード８６は、高い直流制御電圧の
大きさのとき抵抗８７端を伝導し、それによつ
て、重負荷が突然に電動機１０に加えられるとき
波形修正器の反応を迅くする。

波形修正器７と８の各々は、２つの制御信号入
力を必要とする。上記入力の一つは、一つの共通
電源、すなわちエミツタフオロア１１の直流制御
電圧出力である。他の入力は、零交叉検出器（ト
ランジスタ５２と５２ａ）の伝導を、上記波形修
正器により制御される特定の位相（交流電源３か
らの）の電圧零交叉に同期させる、ある交流基準
信号である。修正器７の場合は、例えば、上記第
二の入力制御（または同期）信号は、位相２から
結合される。

波形修正器７およびその零交叉検出器のみの動
作を説明する。何故なら上記動作は各波形修正器
について同じであるから。同期基準信号（上述）
はトランスフオーマ２８で結合され、そのトラン
スフオーマの一次側は位相２と位相３との間に接
続される。トランスフオーマ２８の二次側出力、
すなわちある低電位（例えば12.6V）、60サイク
ルの電圧は全波整流器５１に接続され、その出力
は、アースに対して負方向の一連の交番であつて
（第２図の２９に示すように）、それはトランジス
タ５２のベースに結合される。トランジスタ５２
のベースは、また直流電源３１から抵抗４６を経
て順方向のバイアス電流が供給される。整流器５
１からの負方向の交番によつて、トランジスタ５
２は、電圧零交叉のとき以外は非導電に保たれ
る。抵抗４６を経ての順方向バイアスによつて、
トランジスタ５２のコレクタエミツツタ間に、上
記零交叉近くで飽和がおこる。そしてこの期間
中、抵抗４７と蓄電器４８との接合点（すなわち
トランジスタ５２のコレクタ）は、0.1V（直
流）というアース電位に近い値にクランプされ
る。さらに、位相２の基準電圧が零を通過した後
は、整流器５１により供給される電圧は負の尖頭
値、すなわち−12.6Vの方に降下し始める。その
結果、トランジスタ５２のベースの電圧は約
0.7V以下に降下し、コレクタエミツタのカツト
オフが発生する。トランジスタ５２は、位相２が
その電圧零交叉に非常に近づくとき、抵抗４６に
より供給される順方向バイアスのため、そのベー
スの電圧が0.7Vまで上昇するまではカツトオフ
の状態をつづける。

かくて、トランジスタ５２は上記の交流電源の
各サイクルの間中、殆どの時間カツトオフの状態
にあり、それが関係する位相の電圧零交叉の僅か
以前、その期間中、および僅か後にのみ導電状態
となる。トランジスタ５２（および５２ａ）の導
電状態の持続時間は約１ミリ秒である。

トランジスタ５２が導電状態のとき、蓄電器４
８は放電する。トランジスタ５２がカツトオフの
とき、前述のように蓄電器４８は抵抗４７を経
て、蓄電器４４により供給される直流制御電圧の
レベルの方向に充電を始める。その結果として生
ずる信号は、抵抗５４を経てトランジスタ５５の
ベースに供給され、トランジスタ５５を導電状態
とするが、トランジスタ５５の導電は、蓄電器４
８の正側に現実に存在する電圧にしたがつて遅ら
される。とくに、抵抗５４を経てトランジスタ５
５のベースに結合される、蓄電器４８端の電圧が
略＋0.7Vに近付くまではトランジスタ５５は非
導電状態のままである。その後トランジスタ５５
（一つのトリガー遅延スイツチを構成する）はコ
レクタエミツタ電流を流し始める。

トランジスタ５５はトランジスタ５６のエミツ
タに接続され、それはさらに付け加えたトランジ
スタ５７と多数の関連する蓄電器および抵抗と協
力して一つの複合ゲートトリガー発生器を提供す
る。その発生器は、よく知られた構成の無安定
（自走）マルチバイブレータを構成するが、一つ
の例外がある。その例外とは、トランジスタ５７
のエミツタは直接アースされるのに反し、上記複
合ゲートトリガー発生器のトランジスタ５６のエ
ミツタはアースされないで、トランジスタ５５を
経てアースに接続される。その結果、トランジス
タ５６と５７とから成る代表的マルチバイブレー
タ動作は、トランジスタ５５が、トランジスタ５
６のエミツタのためのアースへの導通路を与える
ために伝導するまでは妨げられる。トランジスタ
５５が飽和導通状態にされるとすぐ、代表的無安
定マルチバイブレータ動作が発生する。上記複合
ゲートトリガ発生器５６および５７のスタートは
スタートパルスを上記発生器の出力からトランジ
スタスイツチ５５に供給する蓄電器５８によつて
加速される。

そのマルチバイブレータ（または複合ゲートト
リガ動作）５６および５７の構成部品値は、略20
キロヘルツで、マルチバイブレータ動作を起させ
るよう選ばれる。上記複合ゲートトリガ発生器が
動作状態にされるときにつくられる出力信号は一
連のトリガパルスの形をとり、その各々は25μｓ
のオーダの巾をもつており、交流電源１３の交番
当り約7msの時間周期にわたり発生するか、また
はトランジスタ５５が導電にされ上記複合ゲート
トリガ発生器を動作させる時間で決定されるよう
な上記交流電源サイクルの少ない部分の間発生す
る。

トランジスタ５５が、蓄電器４８から結合され
る順方向バイアスと、複合ゲートトリガ発生器の
出力側から蓄電器５８を経てトランジスタ５５の
ベースに結合される正方向、すなわち順方向バイ
アスの合成動作によつて飽和にもちこまれた後
は、トランジスタ５５は電源電圧交番の残りの時
間、上記合成順方向バイアスによつてこの状態に
維持される。上記複合ゲートトリガ発生器の出力
側にあらわれる正電圧パルスは抵抗５９を経て、
トランジスタ６０、関連トランスフオーマ６１お
よび事故モード防護ダイオード６１ａから成るゲ
ートトリガ増巾器に、より高電力電流パルスに変
換するため結合される。このパルスは順次ゲート
電極、すなわち交流電源３の位相２と誘導電動機
１０のステータ捲線２ｂ間に接続されるトライア
ツクアツセンブリ６の制御端子６２に供給され
る。この防護ダイオード６１ａは正のゲート電流
を防ぎ、逆ゲート電圧をダイオードクランプによ
つて約2Vに制限する。

トライアツクアツセンブリ６は、ゲートトリガ
増巾器６０からのそのゲート電極に結合される一
連のパルス列の第１番目のパルスの到来によりタ
ーンオンされる。トライアツクアツセンブリ６の
ゲート電極に供給されるその後のパルスの連続流
によつて、電動機１０の変動する誘導負荷による
電圧の過渡（現象）に関係なくトライアツクアツ
センブリ６の十分バランスのとれた伝導が保証さ
れる。そうでなければ（後続パルス流がなけれ
ば）交流電源３から伝導される電流零交叉とは違
つた時間に自己転流による交番不平衡を生ずるこ
とになろう。

波形修正器８の構成は、波形修正器７について
前に述べたものと同一である。但し時定数用充電
蓄電器４８ａとアース間に接続され、波形修正器
７の夫々にくらべ、時定数と充電率の点で、ある
差異を発生する抵抗８５ａの追加という点を除
く。可変抵抗器４７と４７ａとは、精密構成部品
もしくは部品の選択の必要性を回避し、固定抵抗
８５ａでつくられるもの以外に、修正器７および
８の個個に好ましい遅延対制御電圧入力特性を得
るために、製造の際調整することができる。抵抗
４７と４７ａとは異る製作または異る構造の三相
電動機に固有な異るトルク特性を修正器７と８と
により調整するようにまた使用できる。

第２図に示す全回路の動作を次に論じよう。ロ
ータ１２の軸１３には負荷が結合していないもの
とする。三相電動機１０のステータ捲線２ａと２
ｂとは、（第２図に示すような）固体スイツチ６
と５に接続され、交流電源３からの電力は電動機
１０の端子２ｃと上記固体スイツチに直接印加さ
れるとき、電動機１０はまだ回転していないの
で、発電機１８からの出力信号は最初には存在し
ない。この結果、ライン１６ｂにはある最大の直
流制御電圧が存在することになる。この高い直流
電圧によつて、両波形修正器７と８とは一連のゲ
ートトリガパルス列を、各位相の電圧零交叉の
後、遅滞なくそれぞれの固体スイツチに結合す
る。その電圧零交叉によつて順番に上記固体スイ
ツチは遅滞なく伝導を開始する。この動作は連続
的であるから、上記スイツチは両方向に電流を通
し、ステータ捲線２ｂと２ａとは60ヘルツの電圧
の全波を捲線２ｃと同様に受け、全トルクでロー
タ１２の回転を開始させる。

電動機１０が全回転速度に近づくと、周波数弁
別器１７を経て動作する周波数変調交流発電機１
８はライン１６上の比較的高い直流制御電圧の大
きさを減少させ始める。それ故ライン１６ｂ上の
夫々も同様である。最後には、ライン１６ｂ上の
その減少する直流制御電圧は、蓄電器４８ａと４
８とが基準の位相電圧零交叉リセツトスイツチと
して動作するトランジスタ５２ａと５２とによつ
て放電される以前に、それらのそれぞれの充電抵
抗４７ａと４７を経て十分に充電するには不十分
な大きさとなる。この状況下では、蓄電器４８ａ
および４８端の電圧は、零交叉の直後にトランジ
スタ５５ａと５５との伝導閾値に達し、かつそれ
らの複合ゲートトリガ発生器の動作をスタートさ
せるには十分でない。その結果、固体スイツチ５
と６とは電源３から正弦波サイクルのスタート時
点では、以前のようにすぐには伝導を始めない。
部分波形が現実に電動機ステータの捲線２ｂと２
ａとに伝えられ、したがつてその結果、捲線２ｃ
の波形は、まもなく電源３から利用できる正弦波
電力の一部のみを表わす。

前述のように、波形修正器８および７の夫々の
トランジスタ５５ａと５５とへの入力回路の充電
時間定数は、波形修正器８の抵抗８５ａの追加に
よつて異つている。さらに、トランジスタ５５ａ
をターンオンするのに必要な時間はより長くなつ
ており、入力直流電圧の単位当りの充電の比率は
蓄電器４８ａについてはトランジスタ５５と蓄電
器４８とに対するものより小さい。したがつて、
直流制御電圧が全電力に応じて、いまのべた電動
機１０の全速スタートまで減少するとき、零交叉
リセツト後の伝導をターンオンする際の遅れが先
づ固体スイツチ５について現われる（記述目的の
ためφ１と呼ぶ）。無負荷状態（記述目的のため
以前仮定した）では、その直流制御電圧は、電動
機が全回転速度に達した後まで減少を続け、まも
なく固体スイツチ６は同様にその位相零交叉の直
後にはφ２に伝導することを開始しない。

直流制御電圧が減少し続けるとき、固体スイツ
チ５に影響する波形修正器８の動作によつて結合
される正弦波電力の一部が減少し続ける。最後に
は、その制御電圧で充電する蓄電器４８ａは、
（仮定した）零負荷状態に相等しφ１零交叉それ
ぞれの間においてトランジスタ５５ａの伝導閾値
に達しない。そしてそれ故固体スイツチ５は電源
３からの正弦波周期のどの部分の間でもターンオ
ンしない。すなわち、電動機のステータの捲線２
ａは開回路となり、電動機１０すなわち三相電動
機は、技術分野では単相モードと呼ばれるモード
で動作を始める。一度運転すると、軽負荷三相電
動機は、その三つのステータ捲線の二つが三相交
流電源に接続されるときは、同期速度近くで運転
し続けることは技術分野ではよく知られている。
かくて、電動機が無負荷のとき、その制御システ
ムは、全電力スタートの後、制御しながら動作状
態となり、ある条件が実現することによつて一つ
の特別の電動機速度を保持する。その条件下で
は、捲線２ａは開回路となつており、捲線２ｂ
は、60ヘルツ交流電源からの正弦波電力の各サイ
クルの間中（利用のできる）16.6msの中約6ms間
電気エネルギーを受ける。上記の特別な電動機速
度は第２図の可変抵抗器３８（周波数弁別器１７
内の）を、零負荷で最大の電動機能率を与えるよ
うなそれに付随した電動機速度に調整して、一つ
のエネルギー能率のよい動作基準として実現され
る。この他の付随して生じる軸速度が誘導電動機
の一般特性によつて、こうして特有なものにさ
れ、さらに抵抗３８の調整、およびおそらく抵抗
４７と４７ａの調整によつても同じく、上記の制
御される電動機に独得な特性に特殊化される。

本発明の教えるとおりに組立てたモデルについ
て、全電力スタート後、交流電源３の正弦波電力
の一部だけが波形修正器７によつて捲線２ｂに結
合され、捲線２ｃが４ｃで電源に直接接続され、
一方捲線２ａが固体スイツチ５により開回路にな
るとき、三相電動機は効率的に動作することを説
明してきた。さらに、電動機１０が、そのステー
タ捲線の二つまたは三つ全部を電源に直接接続し
たときの動作にくらべ、無負荷または超軽負荷
で、上記の部分正弦波の単相モードで運転すると
き、あるいはすべての三つのステータ捲線が部分
正弦波電力を受けているときでも電動機１０は著
しく少ないエネルギーしか消費しない。

次に、ロータ１２の軸１３の負荷が、第２図を
なお参照して、零以上に上昇を始めると仮定す
る。

電動機の負荷の増大につれ、電動機１０のスリ
ツプは増し、その速度は低下する。これによつて
平均の周波数は減少し、発電機１８の負荷誘導周
波数変調が生ずる。これは順次にライン１６ｂ上
の周波数弁別器１７の直流制御電圧の比例的増加
をまねき、上記制御電圧は蓄電器４８と４８ａと
を充電する。この増大する直流制御電圧によつ
て、トランジスタ５５ａは、トランジスタ５２ａ
がφ１電圧零交叉において蓄電器４８ａを放電し
ないうちに伝導可能となり、また固体スイツチ６
は電源４ａの電圧サイクルの始まり近くで伝導開
始が可能となる。以前開回路とされた固体スイツ
チ５は電源の電圧零交叉の直前に４ｂに伝導を開
始する。この瞬間、単相モードで動作していた三
相電動機１０は再び三相電動機として動作し始め
る。スイツチ６が交流電源３の正弦波をもつと多
く電動機ステータ捲線２ｂに結合し、スイツチ５
が交流電源３の正弦波を電動機ステータ捲線２ａ
に結合し始めると、不平衡三相電力が、今や電動
機１０に印加されつつある。

負荷が更に増加すると、スイツチ５と６とはそ
れらの伝導期間を増大しつづける。この場合スイ
ツチ５は、波形修正器８と７との異る時定数のた
め、異る速さで伝導時間を増大させる。

三相電力の不平衡は、超軽負荷の単相モード動
作同様、軽負荷では重要ではない。そして、上記
の異る修正器時定数によつて、十分な平衡が、軽
電動機負荷以上で素早く実現される。全定格負荷
になるころ、およびその後には、スイツチ６と５
とはともに連続的に導通状態となり、全三相電力
が電動機ステータ捲線に結合される。

電力が先づ加えられ、電動機１０がその定格負
荷に等しいかまたはそれより大きい、ある機械的
負荷に結合されると、発電機１８の負荷誘導周波
数変調に反応する、ライン１６ｂ上の直流制御電
圧は、波形修正器が制御するレベルには減少せ
ず、三相電力の全正弦波は全電力スタート後供給
されつづく。しかし、もし電動機の負荷が減少す
ると、電動機のスリツプが減少し、その速度は増
加し始める。これによつて、上記の負荷誘導周波
数変調は減少し、交流発電機１８の出力平均周波
数は増加し、上述の動作の結果、電源３からステ
ータ捲線２ｂと２ａとに加えられる交流波の動作
角が減少し、それ故電動機に供給される三相正弦
波電力も減少する。究局的に、もし負荷が減少し
つづけるならば、固体スイツチ５は、たとえスイ
ツチ６がトリガされつづけても、上述の理由でト
リガされない。そして電動機１０は再び単相モー
ドの動作をする。

かくて、電動機のスタート時、またはそれにつ
づくどんな瞬間においても、そのときの負荷条件
の如何にかかわらず、本発明は、三相電動機１０
が最も効率的に電気エネルギーを機械的エネルギ
に変換する特別の速度を実質的に維持するもので
ある。

この発明の電力制御装置のスイツチ手段と、多
相交流電源端子と、多相誘導電動機の固定子巻線
との相互接続を第３図に示す。第３図には同時に
電力制御装置内のスイツチ手段と波形修正手段
（ゲートトリガーパルス発生器と時定数回路とよ
り成る）と遅延手段との相互接続も示してある。
同図でｎは３以上の整数であり、ｉ＝１，２，…
…ｎ−１であり、ｋは１〜ｉ−１内のいずれかの
整数である。第ｉ波形修正手段内の第ｉ時定数回
路は、ｉ＝ｋの場合を除いて、遅延手段が接続さ
れる。第ｋ波形修正手段の第ｋ時定数回路のみ遅
延手段は接続されない。ゼロを含む超軽量負荷に
おいて、回転速度がほゞ最大速度に達すると、第
ｋスイツチ手段を除く全てのスイツチ手段はオフ
に制御され、多相交流電源端子と多相誘導電動機
のステータ捲線とは、第ｋ相電源端子―第ｋスイ
ツチ手段―第ｋ相ステータ捲線―第ｎ相ステータ
捲線―第ｎ相電源端子の系路でのみ接続され、多
相誘導電動機は単相運転になる。その間第ｋスイ
ツチ手段の導電時間が適宜制御されるのは勿論で
ある。

第２図の実施例の各部の動作波形を相互に対応
させて示すと第４図のようになる。第４図では、
電動機をゼロ負荷でスタートさせた時点をｔ＝０
とし、電動機の平均速度ｎが上昇して制御基準速
度ｎ〓（同期速度ｎ_sの95％以上の速度）に達す
る時刻をt₁とし、平均速度ｎが更に上昇して最大
速度ｎ_naxに達する時刻をt₂とし、その後電動機
がこの最大速度ｎ_naxにあるとき、電動機負荷を
ｔ＝t₃よりゼロより次第に増加させて、ｔ＝t₄に
おいて最大定格負荷に達するようにし、その後ｔ
＝t₅までその最大定格負荷を継続させ、ｔ＝t₅よ
り次第に大きさを減少させて、ｔ＝t₆でゼロにし
た場合をモデルとして、各部の動作波形を対応さ
せて示している。

負荷の変化を同図Ａに示し、電動機のスリツプ
（滑り）ｓ＝（ｎ_s−ｎ）／ｎ_s（しかしｎ_s＝120
／Ｐ（RPM）、は交流電源の周波数、Ｐは電
動機の極数）を同図Ｂに示す。瞬時的に変動のあ
るロータ速度を電源周期Ｔにおいて平均化した平
均ロータ速度ｎを同図のＣに示してある。負荷検
出手段（小形交流発電機）が発生するFM制御信
号の平均周波数（搬送波周波数）ｃを同図Ｄに
示す。FM制御信号を周波数弁別手段のスロープ
検波形弁別器で復調して得られた復調信号の振幅
を電源周期Ｔにおいて平均化した、平均振幅Ｖ_a
を同図Ｅに示し、復調信号を非線形回路（直流増
幅器）を通して得られた（直流）制御信号Ｖ_dを
同図Ｆに示す。直流制御信号Ｖ_dを第ｋ波形修正
手段の第ｋ時定数回路に与えたとき、第ｋ時定数
回路の出力が、第ｋ相線間電圧（第ｎ相電源端子
の電圧を基準とした第ｋ相電源端子の電圧）の零
交叉でリセツトされてからゲートトリガーパルス
発生器の有するしきい値に達するまでの時間間隔
Δ_１と、第ｉ時定数回路（しかしｉ≠ｋ）に遅延
手段を結合した場合のΔ_１と同様な時間間隔Δ_２
を同図Ｇに示し、スイツチ手段のオン期間Δ_poを
同図Ｈに示す。ここでΔ_１，Δ_２の最大値Δ_1na
ｘ，Δ_2naxはそれぞれΔ_1nax＜Ｔ／２，Δ_2nax＞
Ｔ／２とされ、Δ_po＝Ｔ／２−Δ_１（遅延手段を
結合しない時定数回路、つまり第３図の第ｋ時定
数回路と対応する第ｋスイツチ手段のオン期間に
相当する）、またはΔ_po＝Ｔ／２−Δ_２（遅延手
段を結合した時定数回路、つまり第３図の第ｉ時
定数回路（しかしｉ≠ｋ）と対応する第ｉスイツ
チ手段のオン期間に相当する）とされる。しかし
Ｔ／２−Δ_２＜０の場合には、Δ_po＝０とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示すブロツク図で
あり、第２図は、第１図のブロツク図形式に示さ
れるタイプの好ましい一回路の構成図、第３図
は、この発明のスイツチ手段と多相交流電源端子
と多相誘導電動機の固定捲線との相互接続を示す
と共に、この発明の電力制御装置のスイツチ手
段、波形修正手段（ゲートトリガーパルス発生器
と時定数回路とよりなる）及び遅延手段の接続を
示すための結線図、第４図は、この発明の実施例
の各部の動作波形を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１乃至第ｎ相電源端子（ｎは３以上の整
   数）を有する多相正弦波電源による多相誘導電動
   機のステータ捲線の付勢を制御する多相誘導電動
   機用電力制御装置において、 上記電動機のロータに結合し、複数の周波数を
   もつ周波数変調信号を発生し、上記複数の周波数
   の中の一つの周波数が平均ロータ速度に比例する
   負荷検出手段と、 上記周波数変調信号を復調して、上記複数の周
   波数に対応した大きさの交流信号に変換し、その
   交流信号を非線形回路を通して、制御信号Vdに
   変換し、その制御信号Vdは上記電動機が回転始
   動時及びそれに続く速度上昇時において同期速度
   に近い制御基準速度に達するまでは最大値Vd_nax
   とされ、上記基準速度に達した後は回転速度の上
   昇に従つて減少し、無負荷時の最高速度に相当す
   る最小値Vdminとされ、また上記基準速度以上
   で、負荷が零より増加するに従つて増加し、負荷
   が最大定格負荷に等しいかまたはそれ以上の時最
   大値Vd_naxとされている周波数弁別手段と、 上記制御信号をｎ−１個に分配する制御信号分
   配手段と、 上記分配された制御信号の一つが与えられ、上
   記電源の第ｉ相（ｉ＝１，２，……，ｎ−１）線
   間電圧（上記第ｎ相電源端子の電圧を基準とした
   第ｉ相電源端子の電圧）が零交叉する度にリセツ
   トされ、そのリセツト時点より時間の経過と共に
   変化する出力信号を発生し、その出力信号がしき
   い値に達するまでの時間Δ_１は上記制御信号が最
   大値Vd_naxのとき零とされ、上記制御信号が減少
   するに従つて増加し、上記制御信号が最小値
   Vdminのとき最大値Δ_1naxとされている第ｉ時定
   数回路と、上記しきい値を有し、上記出力信号が
   そのしきい値を越えている間オンとされ、ゲート
   トリガー信号を発生する第ｉゲートトリガーが信
   号発生器とよりなる第ｉ波形修正手段と、 第ｋ波形修正手段（ｋは１，２，……，ｎ−１
   のいずれか）を除く第ｉ波形修正手段の第ｉ時定
   数回路と結合して、回転速度がほゞ上記最高速度
   でかつ零を含む超軽量負荷であるとき、上記出力
   信号が上記しきい値に達する前に、次の零交叉で
   リセツトされるように、上記時間Δ_１をΔ_２に増
   加させ、Δ_２の最大値Δ_2naxをＴ／２（Ｔは上記
   多相正弦波電源の周期）より大きく設定するｎ−
   ２個の遅延手段と、 第ｉ相電源端子と上記電動機の対応するステー
   タ捲線の一端との間に挿入され、第ｉ波形修正手
   段のゲートトリガー信号により制御されてオンと
   され、そのステータ捲線を流れる電流の零交叉に
   よりオフとなり、オンである時間はｉ＝ｋの場合
   Ｔ／２−Δ_１とされ、ｉ≠ｋの場合Ｔ／２−Δ_２
   （ただし、Ｔ／２−Δ_２が負の時はゼロとする）
   とされているｎ−１個のスイツチ手段と よりなる非線形閉回路正帰還制御手段で構成さ
   れ、 上記電動機の回転始動時とそれに続く速度上昇
   時、電源電圧波形の全期間をステータ捲線に供給
   し、回転速度が上記基準速度に達すると、速度の
   増加に伴い継続時間が減少する部分電圧波形をス
   テータ捲線に供給し、特に零を含む超軽量不負に
   おいて回転速度がほゞ最大速度に達すると、上記
   部分正弦波の継続時間を第ｋ相を除く第ｉ相にお
   いて零とし、第ｋ相のみの部分電圧波形を対応す
   るステータ捲線に供給し、負荷の増加に伴い上記
   全ての相の継続時間を増加させ、最大適格負荷に
   おいて全電圧波形をステータ捲線に供給する多相
   誘導電動機用電力制御装置。