JPS63213467A

JPS63213467A - 相変換機

Info

Publication number: JPS63213467A
Application number: JP4514287A
Authority: JP
Inventors: Sadayoshi Hibino; 日々野　定良; Takashi Hanai; 隆花井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1988-09-06

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係り
、特に昇圧変圧器を必要としないで昇圧して相変換を可
能とした相変換機に関する。

（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
用大容量のものは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電機を用いる
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１００ｖで、３相電源電圧は２
００ｖであるので、上記相変換機としては相変換機と昇
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により昇圧
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ｔＪ１．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昇圧変圧器
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置全体が大形
化し、可搬性が悪いという不具合があった。

そこで、昇圧機能を有する相変換機が考案されでいる。

（公知例としては、特開昭６１−９４５６７号がある。

）以下に４極の場合を例に図面を用いて説明する。

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

ＩＵｂから構成されている。同様に、１組のＶ相巻線Ｉ
Ｖ、Ｗ相巻線ＩＷは夫々第１．第２の巻線ｎ　Ｉ　Ｖ　
ａ　、　　Ｉ　Ｖ　ｂ　、　　Ｉ　Ｗ　ａ　、　　Ｉ　
Ｗ　ｂがら構成されている。巻線ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの夫
々の一端は共通接続され、この接続点は中性点２となる
。これらの巻線の夫々の他端は、この相変換機の３相電
力用端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。即ち、巻線ＩＵ、Ｉ
Ｖ、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ＩＷの各巻線群の分割点
は、単相入力端子Ａ、Ｂに接続されている。Ｖ相巻線Ｉ
Ｖ、Ｗ相巻線ＩＷ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ＩＵは第６図に示すよ
うに、Ｕ相巻線ＩＵの第１巻線群ＩＵａは更に２つのサ
ブ巻線群ＩＵａｌ、ＩＵａ２に分割される。これらのサ
ブ巻線群は３相電動機の回転子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
単相電源から単相電圧ｅ１を印加すると、第６図の第２
のサブ巻線群ＩＵｂ１．ＩＵｂ２にはこれらのインピー
ダンス及び単相電圧ｅ１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ＩＵ
ａｌ、ＩＵａ２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のサブ巻線群ＩＵｂｌ、ＩＵｂ２の励磁
によりＳ極が作られたとすると、第１のサブ巻線群ＩＵ
ａｌ、ＩＵａ２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。

コノヨウな、第２の巻線群ＩＵｂ、ＩＶｂ、ＩＷｂ、コ
ンデンサ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ＩＵａ、ＩＶａ、ＩＷａ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、端子Ｕ−Ｖ、Ｖ−Ｗ、Ｗ−Ｕには夫々入力
電圧の２倍の電圧２ｅｌが生じ、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗか
ら２倍に昇圧された３相交流電圧が得られる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、゛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、コ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の
始動特性が悪く加速できなくなるという問題があり、相
変換機としての機能を果さなくなる場合があった。

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Ａ
、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Ｂｇは次式で示される。

ここでＫｓｎ−ｓｉｎ　　ｎａ、／２　　　：　　短節巻係数
Ｋ　ｄ　ｎ　−５ｒｎ＜ｖｒｌ、ｅ＊／ｚ）４ｓｊｎ（
ｎρｏ／ｚ）　：　　分布巻係数Ｂｃ−０，４π　（Ａ
Ｔ）／δ α、：　コイルピッチ角 β、：　スロットピッチ角ｑ：　コイル数 δ：　空隙長ＡＴ：　アンペア　ターンＸ：　固定子座標（電気角）例えば、第７図に示すように４極２４スロツト　８３．
３％ピッチの短節巻の場合、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
１１．６％と偶数次の高調波成分が非常に大きい。その
結果、Ｓ−７曲線上で第８図に示すような大きな落ち込
みができひどい場合には、トルクが負になり電動機が５
０Ｏｒｐｍ程度から加速しなくなる場合がある。

また、同心巻を用いた場合においても同様な解析の結果
、短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。

本発明の目的とするところは、前記の昇圧機能を有した
始動特性の良好な相変換機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）かかる目的を達成するために、本発明においては、かご
形３相誘導電動機の３相巻線を２段に巻装し、即ち第１
の３相巻線と、第２の３相巻線をもち、第１の３相巻線
の一端の巻始め端をＵｌ。

Ｖｌ、Ｗｌとし、その巻線の他方の終端を夫々第２の３
相巻線の夫々の巻始め端に接続し、夫々Ｕ２、Ｖ２．Ｗ
２とし、その第２の３相巻線の他方の終端を夫々一点に
接続して中性点とし、各巻線の巻装される鉄心のスロッ
トには夫々３相巻線が２段に巻装されたことを特徴とし
、始動特性の良好な相変換機を提供する。

（作　用）このように構成されたものにおいては、第１図のように
第２の３相巻線が励磁巻線となり全極巻（例えば４極で
は各相共４つの巻線をもち、Ｎ。

Ｓ、Ｎ、Ｓと４つの極ができる。）となるので、前記し
たような偶数調波が発生しない。したがって空隙磁束に
は偶数次高調波も含まず、始動時のトルク特性も落込み
のない良好な特性となり滑らかな強い加速が得られる。

勿論これらは運転時も損失の少ない効率の良い特性とな
る。

（実施例）以下本発明の一実施例を図面によって説明する。

第１図は本発明の一実施例の巻線の構成を示し、Ｕａ、
Ｖａ、Ｗａ、は夫々第１の３相巻線を示し、Ｕｂ、Ｖｂ
、Ｗｂは夫々第２の３相巻線を示す。

ＵａとＵｂはＵ相の巻線で夫々同一のスロットに２段に
巻装されている。又ＶａとＶｂ、ＷａとＷｂも同様夫々
Ｖ相、Ｗ相の巻線で同一スロットに２段に巻装されてい
る。ＵＩＶＩ、Ｗｌは夫々第１の３相巻線の巻始め端と
し、その巻線の他端の終端を夫々第２の３相巻線の夫々
の巻線の巻始め端に接続し、夫々Ｕ２．Ｖ２．Ｗ２とし
、その第２の巻線の他端の終端を一点に接続し中性点２
とする。

従ってＵ相、■相、Ｗ相巻線は３相誘導電動機のＹ結線
された平衡３相巻線を構成している。

又、Ｕ相巻線のＵ２とＷ相巻線のＷ２には単相入力端子
Ａ、Ｂを設け、さらに端子ｖ２とＷ２間には移相用のコ
ンデンサ３を接続する。

次に１相分例えばＵ相巻線Ｕａ、Ｕｂは第２図に示すよ
うに同じ位置（スロット）に配置され、回転子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″
毎に巻装されている。この巻線を４極、固定子スロット
数２４個の例について具体的に巻線配置を示したのが第
３図である。

上記構成において、第１図の端子Ａ、Ｂに単相電源１か
ら単相電圧ｅ１を印加すると第２図に示す第２の巻線群
Ｕｂには、第２の巻線群Ｕｂのインピーダンス及び単相
電圧ｅ　ｉに対応した電流が流れ、鉄心が励磁される。

又第１の巻線群には電磁誘導の法則により第２の巻線群
の磁束に対応した電圧が誘起される。

このように第２の巻線群は平衡３相巻線であり、前記し
た従来の相変換機のように極対巻（２つのコイルで４極
を形成する）でなく、全極巻（４つのコイルで４極を形
成する）となるので前記したような偶数調波が発生せず
、従ってトルクの落ち込みも生じない良好な始動特性が
得られ、滑らかな強い加速が得られる。又運転特性も損
失の少ない効率の良い特性となる。又第１の巻線群は励
磁巻線の第２の巻線群と全く同じスロットに配置される
ため同一である。

（他の実施例）本実施例では同心巻で説明したが重ね巻でも可能である
。又、極数、スロット数についても４極、スロット数２
４以外にも応用できる。

［発明の効果］以上本発明によれば、空隙磁束には偶数次高調波が含ま
れず、始動時のトルク特性も落込みのない良好な特性と
なり、滑らかな強い加速が得られると共に運転時にも損
失の少なく効率の良い相変換機が得られる。　　　゛

【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図は本発明の説明のための一相分巻線の配置
図、第３図は本発明の具体的な巻線の展開図を示したも
の、第４図は従来例の昇圧をトランスにより行う相変換
機の接続図、第５図は従来の第１図相当図、第６図はそ
の巻線の一相分の配置図、第７図はその巻線の具体的な
巻線の展開図、第８図はそのＳ−Ｔ特性図である。Ｕａ・・・Ｕ相の第１の巻線群、Ｕｂ・・・Ｕ相の第２の巻線群、Ｖａ・・・Ｖ相の第１の巻線群、ｖｂ・・・Ｖ相の第２の巻線群、Ｗａ・・・Ｗ相の第１の巻線群、Ｗ　・・・Ｗ相の第２の巻線群、Ａ、Ｂ・・・夫々単相入力端子、１・・・単相電源、２・・・中性点、３・・・コンデンサ。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　　　三　　俣　　弘　　文Ｊ　　“コ′ンテ゛ンシｒ− ？ヨ　／９￥　２　　＝１第５図第６図Ｆ７ニ

Claims

【特許請求の範囲】

かご形３相誘導電動機の３相巻線中でその２端子間にコ
ンデンサーを接続し単相電源を印加して巻線端に３相電
圧を得る相変換機において、第１の３相巻線と第２の３
相巻線をもち、第１の３相巻線の巻始め端をＵ１、Ｖ１
、Ｗ１端子とし、その巻線の終端を夫々第２の３相巻線
の夫々の巻始め端に接続して夫々Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２端子
とし、その第２の３相巻線の巻終りを夫々一点に接続し
て中性点とし、各巻線の巻装されるスロットには夫々３
相巻線が２段に巻装されたことを特徴とする相変換機。