JPS6235351B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、始動の際、界磁巻線を放電抵抗によ
り短絡し誘導電動機として始動し、同期速度近く
に達したとき、前記界磁巻線に直流励磁を与えて
同期化させるブラシレス同期電動機の励磁回路に
関する。

この種のブラシレス同期電動機（以下、単に
「電動機」という）の励磁回路の従来の代表例を
第１図に示す。

第１図において、１は交流励磁機であり、１Ａ
はその電機子、１Ｆはその界磁巻線である。ま
た、１Ｃは交流励磁電機子１Ａに併設した補助巻
線を表わす。２は回転整流装置、３が電動機、３
Ａがその電機子、３Ｆがその界磁巻線である。４
は励磁投入用サイリスタ、５は電流平衡用抵抗、
６は放電抵抗である。

この第１図の破線で囲んだ部分１００が同一回
転軸上に配置されている。

第１図の作用は公知であるのでここでは簡単に
述べる。電動機３の界磁巻線３Ｆを放電抵抗６で
短絡し、電動機３を誘導電動機として始動させ
る。

このとき放電抵抗６により、界磁巻線３Ｆに誘
起する滑り周波過電圧が吸収される。

電動機３が加速し、同期速度近くに達した予定
時点にいて、交流励磁機１の界磁巻線１Ｆを励磁
することにより、電機子１Ａの発電電圧が回転整
流装置２で整流され、励磁投入用サイリスタ４に
直流電圧が印加される。このとき、サイリスタ４
をオンすると、電動機３の界磁巻線３Ｆに直流電
流が流れ、電動機３は同期速度に引き込まれる。

ここで、励磁投入用サイリスタ４をオンさせる
時点として次の手法がある。すなわち、交流励磁
機１の界磁巻線１Ｆが励磁されたとき、電機子１
Ａに電圧が発生するのを利用して電機子１Ａに併
設して補助巻線１Ｃを設け、ここに誘起する電圧
をサイリスタ４のゲート信号として用いるもので
ある。つまり、交流励磁機１の励磁投入と同期し
て、サイリスタ４をオンさせる手法である。

ところで、第１図の回路構成は簡単ではある
が、以下のような欠点がある。

すなわち、交流励磁機電動機１Ａに併設して補
助巻線１Ｃを設けるため、交流励磁機１が特殊構
造となる。そして、放電抵抗６が定常運転時でも
接続されたままなので、励磁電圧により常時損失
を発生し、励磁回路の効率が悪い。また、放電抵
抗６は常時損失のため、熱容量定格が大となり、
外形寸法が大きなものとなる。ここで常時損失を
低減するため放電抵抗６の抵抗値を大きく選べ
ば、始動時に界磁巻線３Ｆに誘起する滑り周波電
圧を小さく抑えられなくなり、励磁投入用サイリ
スタ４の耐圧容量を脅かすことになる。

さらに電動機３が大容量機となると、必然的に
励磁容量が増大する。その場合、励磁投入用サイ
リスタ４の電流容量も上げなければならないが、
現使用サイリスタの電流定格以上の回転用サイリ
スタがない場合、第１図に示すように、サイリス
タ４を複数個（第１図では２個）並列接続して等
価的に対処している。この場合には、並列サイリ
スタ相互の特性のバラツキに基づく電流不平衡を
改善するため、電流平衡用抵抗５を挿入するが、
これが常時損失を生ずる。そのため、この電流平
衡用抵抗５の外形寸法も大となる。

これから分るように、電動機容量が大きくなる
につれ、第１図で示す励磁回路全体としてはかな
り大きな寸法スペースを要する。

しかるに、最近の電動機製造技術の進歩によ
り、電動機本体の小形化が可能になつてきた。そ
れにつれて、当然、励磁回路の方の小形化も要求
されつつある。一方、半導体素子の発展により、
ブラシレス同期電動機の励磁回路にも従来のスタ
ツド形に代り、平形のサイリスタ，ダイオードが
採用され始め、小形化が可能になつた。これによ
り励磁回路の小形化の要求が一層強いものとなつ
ている。

ここにおいて、本発明は、励磁回路の回転整流
装置に混合ブリツジ整流回路を採用し、さらに放
電抵抗６は始動時のみ挿入し、定常時は切り離す
構成とすることにより、励磁回路全体としての小
形化を図るようにしたものを提供することを目的
とする。

第２図に、本発明の一実施例のブロツク図を示
す。

図面において同一符号は同一もしくは相当部分
を示すものとする。

回転整流装置２′は第１図の回転整流装置２で
示すダイオード６アームのうち、３アームをサイ
リスタ７１，７２，７３で置き換える。また、放
電抵抗６′はサイリスタ２３とダイオード２２が
逆並列接続された回路に直列に接続され、さらに
放電抵抗６′はタツプＡを取り付けた構造とす
る。

第２図において示す放電回路すなわちサイリス
タ２３，ダイオード２２，放電抵抗６′の構成
は、従来、適位相投入回路等で用いられている手
法と同じであるが、本発明は放電抵抗６′にタツ
プＡを設けたのが特徴である。

混合ブリツジ整流回路からなる回転整流装置
２′のサイリスタ７１，７２，７３をオンさせる
ゲート信号は、交流励磁機出力整流電圧を利用す
る。

つぎに、この実施例の作用を、第１図，第２図
の図面に基づいて説明する。

電動機３を始動するとき、界磁巻線３Ｆに誘起
される滑り周波の過電圧はＪ側がの極性の場合
に、ツエナーダイオード２４の設定電圧を越える
電圧までは、サイリスタ２３がオンして放電抵抗
６′により吸収され、またＫ側がの極性の場合
はダイオード２２がオンすることにより、やはり
放電抵抗６′で吸収される。サイリスタ２３がオ
ンしなくなる時点、つまりツエナーダイオード２
４の設定電圧は定常時の直流励磁電圧以上に選ん
でおけばよい。

電動機の速度が同期速度近くになると、界磁巻
線３Ｆに誘起される滑り周波の電圧値も充分低く
なつており、この時点でサイリスタ２３がオフし
ていて、放電回路が多少早めに切り離されても問
題となることはないので、ツエナーダイオード２
４の設定電圧は余り厳密に選ぶ必要もない。

さて、電動機の速度が上昇し、同期速度近くに
なつた予定時点で交流励磁機１の界磁巻線１Ｆに
励磁を与えると、電機子１Ａに交流電圧を発生す
る。この交流電圧を補助ダイオード９で、ツエナ
ーダイオード１０―抵抗１１―コンデンサ１２―
ダイオード１３の回路に印加する。

ここに印加される電圧は補助ダイオード９と回
転整流装置のダイオード８１，８２，８３とによ
り整流され直流電圧となる。コンデンサ１２の充
電電圧値がトリガダイオード１４のブレークオー
バー電圧値を越えると、パルストランス１５を介
して補助サイリスタ１８のゲートに点弧パルスが
与えられる。

補助サイリスタ１８がオンすることにより、回
転整流装置のサイリスタ７１，７２，７３にはそ
れぞれ補助ダイオード９―ダイオード１６―抵抗
１７―補助サイリスタ１８―ダイオード１９の経
路で、自分自身のアノード電圧つまり交流励磁機
出力交流電圧により、ゲートに点弧パルスを得て
オンする。これは所謂アノードフアイアリング方
式である。

アノードフアイアリング方式においては、各サ
イリスタのアノード電圧がカソード電圧より高け
れば自動的に点弧パルスが与えられるので、補助
サイリスタ１８をほぼ連続的にオン状態に保つて
おけば、交流励磁機出力交流電圧によりサイリス
タ７１，７２，７３は電気角120゜期間ずつ通電
し転流する。このためトリガダイオード１４がブ
レークオーバする繰り返し周期、つまり補助サイ
リスタ１８のゲート信号の発振周波数をある程度
高くとる必要がある。

このように交流励磁機出力電圧を利用して混合
ブリツジのサイリスタアームに、第１図に示す励
磁投入用サイリスタ４と等価なスイツチ作用を行
なわせることができる。つまり、電動機３の予定
した励磁投入時点で交流励磁機１の界磁巻線１Ｆ
に励磁を加えることにより、回転整流装置の混合
ブリツジ整流回路のサイリスタアームをオンさ
せ、電動機３の界磁巻線３Ｆに直流を流し込むも
のである。

なお、第２図において、ツエナーダイオード１
０は始動期間中に、交流励磁機１に生ずる残留電
圧でトリガダイオード１４がブレークオーバーし
ないようにするためのものであり、ダイオード１
６は始動時、界磁巻線３Ｆに誘起する滑り周波数
電圧のうち、端子Ｊ側がの極性電圧でサイリス
タ２３がオンしたとき、放電抵抗６′―タツプＡ
―抵抗２１―ツエナーダイオード１０―抵抗１１
を介してコンデンサ１２が充電されるのを防ぐも
のである。

また、ダイオード１３はＫ側の極性電圧で、
ダイオード２２がオンするときこの電圧でコンデ
ンサ１２が逆方向充電されるのを防ぐものであ
る。そして、抵抗２１の抵抗値は放電抵抗６′の
抵抗値よりも充分大きくしてあり、ダイオードア
ーム８１，８２，８３―補助ダイオード９―ダイ
オード１６―抵抗２１―放電抵抗６′―ダイオー
ド２２の経路では電流は殆ど流れない。

第２図において、放電回路のサイリスタ２３が
オンしているときに誤つて交流励磁機の界磁巻線
１Ｆに励磁が印加されて補助サイリスタ１８にゲ
ート信号が与えられると、補助サイリスタ１８の
オンによりサイリスタ７１，７２，７３がオンし
て交流励磁機出力がサイリスタ２３でバイパスさ
れ、放電抵抗６′で常時損失となる。

このため、サイリスタ２３がオンしている状態
において補助サイリスタ１８がオンしようとする
場合に、放電抵抗６′のタツプＡから放電抵抗
６′での電圧降下分を、抵抗２１を介してダイオ
ード１６のカソードに印加することにより、ダイ
オード１６を逆バイアス状態にさせオンさせない
ようにする。すなわち、サイリスタ２３がオンし
ているような始動期間中の速度状態においては、
誤つて予定外で交流励磁機の界磁巻線１Ｆに励磁
されたとしても、電機子１Ａからの発電電圧値は
余り高くなく、ダイオード１６に印加される電圧
としては放電抵抗６′を介して印加されるカソー
ド側電圧の方が高いから、逆バイアスされてダイ
オード１６はオンしない。したがつて、補助サイ
リスタ１の予定外での誤点滅を防げる。つまり、
補助サイリスタ１８をオンするのは、サイリスタ
２３がオンしていない場合であり、補助サイリス
タ１８とサイリスタ２３の動作協調がとれる。

第３図は、本発明の他の実施例のブロツク図で
ある。

すなわち、回転整流装置の混合ブリツジ整流回
路の下側アームをサイリスタとしたものであり、
サイリスタ７１，７２，７３のゲート信号は第２
図と同じく交流励磁機出力整流電圧を利用して得
る。この場合、アノードフアイアするのに補助サ
イリスタ１８をサイリスタアームのアノード側に
直接接続しないで、放電抵抗６′のタツプＡに接
続する構成とすることにより、始動時サイリスタ
１８に印加される滑り周波過電圧が低減され、サ
イリスタ１８の耐圧定格はサイリスタアームのサ
イリスタ７１，７２，７３よりも低くとれる。

第３図の作用は第２図の場合と略同一であるの
で省略する。

以上述べたように、本発明の実施例によれば、
回転整流装置を混合ブリツジ整流回路で構成し、
各サイリスタアームにスイツチ作用をもたせ、こ
れらサイリスタのゲート信号はアノードフアイア
リング方式としたので、交流励磁機電機子に補助
巻線を設ける必要がなくなる。

また、放電抵抗は始動期間中のみ接続し、定常
運転時は切り離す構成としたので、熱容量は余り
大きくならない。したがつて外形寸法も小でよ
い。それに常時損失とはならないので、励磁効率
が良くなる。

さらに従来の第１図に示す励磁投入用サイリス
タ４のスイツチ作用を本発明実施例のサイリスタ
アームに持たせたことにより、サイリスタ７１，
７２，７３は整流回路の交流ラインに入つている
ため、通電周期が電気角120゜ごとなので、第１
図の直流ラインに入つているサイリスタ４の連続
通電に比べて熱容量が小さくてすむ。すなわち、
電流定格容量が一段低めの外形寸法の小さめのも
のを使用できる利点もある。

しかして、励磁容量が増大した場合でも、交流
ラインのサイリスタ７１，７２，７３は第１図で
示すサイリスタ４のように並列接続しないでも済
む場合が生じる。これにより、常時損失発生と、
外形寸法大となつていた電流平衡用抵抗５が不要
となる。なお、第２図，第３図において一点鎖線
で示すゲート回路部分２００，３００は比較的小
容量素子類で構成できるため、問題となるほどの
外形寸法とはならない。

しかも第１図と第２図，第３図を比較して分る
ように、主半導体素子構成から見ると、第１図で
は回転整流装置のダイオード６個＋励磁投入用サ
イリスタ２個＝合計８個に対して、第２図，第３
図では放電回路のサイリスタ１個とダイオード１
個を回転整流装置のサイリスタ３個、ダイオード
３個に加えても合計８個と第１図と同数で構成で
きる。

かくして本発明によれば、励磁回路全体の外形
寸法が従来方式に比べて小形化することができ、
励磁投入用サイリスタの点弧も簡易に行なえるの
で、交流励磁機は電機子に補助巻線を持たない標
準機でよい等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来回路のブロツク図、第２図は本発
明の一実施の構成を示すブロツク図、第３図は本
発明の他の実施例のブロツク図である。 １…交流励磁機、１Ａ…電機子、１Ｆ…界磁巻
線、１Ｃ…補助巻線、２，２′…回転整流装置、
３…ブラシレス同期電動機、３Ａ…電機子、３Ｆ
…界磁巻線、４，１８，２３，７１，７２，７３
…サイリスタ、９，１３，１６，１９，２０，２
２，８１，８２，８３…ダイオード、５…電流平
衡用抵抗、６，６′…放電抵抗、１０，２４…ツ
エナーダイオード、１１，１７，２１，２５…抵
抗、１２…コンデンサ、１４…トリガーダイオー
ド、１５…パルストランス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 同期電動機を誘導電動機として始動し同期速
   度近傍にて前記同期電動機の界磁巻線を直流励磁
   して同期化させるようにしたブラシレス同期電動
   機の励磁回路において、第１のサイリスタアーム
   群と第１のダイオードアーム群とからなる混合ブ
   リツジ整流回路で構成された回転整流装置と、前
   記第１のサイリスタアーム群の各サイリスタを交
   流励磁機出力整流電圧を介して点弧させるアノー
   ドフアリング方式になる点弧装置と、ブラシレス
   同期電動機の界磁巻線の両端に第２のサイリスタ
   と第２のダイオードを逆並列したものに放電抵抗
   を直列に接続しかつ平常運転時に直流励磁の正側
   電圧が第２のサイリスタのアノードに印加されそ
   の第２のサイリスタは平常運転時の励磁電圧を越
   える電圧でブレークオーバするツエナーダイオー
   ドを介して点弧電圧を得るようにするとともに起
   動時から平常運転に移行するまで前記放電抵抗に
   設けた中間タツプから前記点弧装置へ点弧阻止電
   圧を与えるようにした界磁装置とを具備したこと
   を特徴とするブラシレス同期電動機の励磁回路。