JPH0258874B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、同期電動機の界磁巻線を放電抵抗で
短絡して誘導機として始動し、一定速度に達した
後同期電動機に直流励磁をかけ放電抵抗を切離し
て同期運転するブラシレス同期電動機の励磁装置
に係り、特に放電抵抗の切離し、保護に関する。

〔発明の技術的背景〕

ブラシレス同期電動機は、交流励磁機および回
転整流路を備え、始動制御部をも回転体上に持つ
という構造からブラシなど頻繁な保守点検を要す
る部品が無く、従つて運転費用が安価であるとい
う利点がある。このため近年ブラシレス同期電動
機は種々の分野に用いられるようになつており、
今後その用途はますます増大するものと考えられ
る。

このようなブラシレス同期電動機で用いられる
従来の励磁装置は、例えば、第１図に示すような
形で知られている。図において、１は回転子１ａ
および回転子１ｆを有する交流励磁機、２は固定
電機子２ａおよび回転界磁極（界磁巻線）２ｆを
有する同期電動機であり、両回転子１ｆと２ｆは
直結されている。この回転子１ｆ，２ｆと共に回
る混合ブリツジ形の整流回路（回転整流器）３
は、交流励磁機１の出力を整流し、界磁巻線２ｆ
に直流の界磁電流を供給する。界磁巻線２ｆに
は、直列接続された放電抵抗４および放電抵抗断
続用スイツチ５が並列に接続されている。そして
放電抵抗４に流れる界磁誘起電流は、最適位相時
に整流回路３を投入制御する励磁投入タイミング
検出回路としての適位相投入制御回路６に与れら
れ、この回路６から出力される励磁投入信号に基
づいて励磁投入信号保持回路およびゲート回路８
を介して前記整流回路３の通電が制御される。ま
お、前記放電抵抗４、スイツチ５および制御回路
５，６，７，８は前記整流回路３と同様に回転子
１ａ，２ｆと共に回転する。

このように構成される励磁装置の動作を説明す
る。前述のようにブラシレス同期電動機は始動中
励磁も与えず誘導機として始動するが、この時界
磁巻線２ｆを開放しておくと高電圧が誘起し絶縁
破壊を起こす危険があるため、始動中は必ず界磁
巻線２ｆの両端を放電抵抗４で短絡する必要があ
る。またこれにより起動トルクも増大させること
ができる。なお、放電抵抗４を常時接続する方式
もあるが、励磁中も放電抵抗４に通電されるた
め、損失が大きく、また熱容量的にも大きな抵抗
器を用いなければならないという欠点がある。そ
のため、一般にはスイツチ５を用いて励磁中は切
離す方式が採用される。そしてこの方式に用いら
れるスイツチ５は、例えば、逆並列に接続された
ダイオード５１およびサイリスタ５２と、サイリ
スタ５２のゲートに接続されたツエナーダイオー
ド５３とで構成される。

ここで、電動機２を誘導機として始動させる
と、界磁巻線２ｆに交流のすべり周波数電圧が誘
起される。この際整流回路３のサイリスタはオフ
状態となつているので、励磁機１の発生電力は該
整流回路３で遮断されている。そして前記界磁巻
線２ｆの誘起電力により、該界磁巻線２ｆの電圧
がダイオード５１に順方向の電圧が加わるマイナ
スの極性にある半サイクル期間中は、該ダイオー
ド５１が導通して放電抵抗４に通電され、次に逆
方向電圧が加わる半サイクル期間では、ダイオー
ド５１およびサイリスタ５２がオフ状態となつて
いるので界磁巻線２ｆに高電圧が誘起され、ツエ
ナーダイオード５３のツエナー電圧に達するとサ
イリスタ５２が点弧して放電抵抗４が通電され
る。これを繰り返すとすべり周波数電圧が低下し
て電動機速度が上昇していく。そして電動機速度
が同期速度近辺まで上昇すると、これを適位相投
入制御回路６が検出して最適位相で励磁投入信号
を出力する。即ち、適位相投入制御回路６では、
放電抵抗４の電圧V₁が高い場合（即ち、電動機
速度が小さく、すべり周波数電圧が高い場合）に
は抵抗R₆およびコンデンサC₆のゲート回路を介
してサイリスタSCR₆がオン状態となつてコンデ
ンサC₆′に充電されないが、電動機２が同期速度
近辺まで上昇すると前記電圧V₁が低下するので、
サイリスタSCR₆の導通抵抗が大きくなつて前記
コンデンサC₆′に充電される。そしてこのコンデ
ンサC₆′の充電電圧がトリガダイオードTDのブレ
ークオーバ電圧に達すると、該ダイオードTDの
抵抗が零近くまで低下して発光ダイオードLED₆
に通電され該発光ダイオードLED₆が発光して励
磁投入信号を出力する。従つてこの適位相投入制
御回路６は、放電抵抗４の上方端子が（−）電位
で、かつ電動機速度が同期速度近辺まで上昇した
ことを検出して出力信号を出し、この信号を保持
する励磁投入信号保持回路７のホトサイリスタ
PSCR₇に与える。すると励磁機１から供給され
ダイオードで直流変換された直流が保持回路７の
発光ダイオードLED₇→ホトサイリスタPSCR₇へ
と流れ、該発光ダイオードLED₇が発光すると、
ゲード回路８のホトサイリスタPSCR₈がオンし
てサイリスタSCR₈がオンする。これにより、前
記励磁機１からダイオードを介して供給される直
流電流が、サイリスタSCR₈を介して整流回路３
のサイリスタSCR₈のゲートへ与えられ、該サイ
リスタSCR₈がオンし、励磁機１から該整流器３
を介して直流電流が界磁巻線２ｆへ供給されて界
磁投入が行われる。この場合、界磁投入の最適位
相は、ダイオード５１が導通している状態であ
り、ツエナーダイオード５３のツエナー電圧を励
磁電圧により大きく選んでおけば、サイリスタ５
２がオフしたままで放電抵抗４が切離され、同期
引込して定常運転に入ることになる。

〔背景技術の問題点〕

しかし、上記励磁装置によれば、励磁中に、ス
イツチ５の構成素子５１，５２，５３が破損した
り、ノイズで誤動作して導通してしまつた場合、
あるいは界磁を最適位置状態で投入しても一回で
同期引込みができなかつた時や、負荷の急増で一
瞬脱調してしまつた時に界磁電圧がツエナーダイ
オード５３のツエナー電圧を超えてサイリスタ５
２がオンした場合には、そのまま常時放電抵抗４
がつきつぱなしになる可能性がある。こうした場
合、放電抵抗４が過熱し、著しい時には機器の破
損に至る場合も考えられる。これを防ぐためには
放電抵抗４の熱的容量を大きくすれば、形骸も大
きくなり、ブラシレス同期電動機としては不利な
ものとなる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のような従来の励磁装置の欠点
を除去するためになされたものであつて、スイツ
チの故障等によつて励磁中に常時放電抵抗が通電
されることがないようにした信頼性の高いブラシ
レス同期電動機の励磁装置を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は同期電動
機の界磁巻線の電圧が上記プラスの極性にあると
きの上記放電抵抗器における電圧を検出し、この
電圧値が一定値以上の状態が所定期間続いたとき
整流回路部をオフ状態にする保護回路を備えてい
る。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施例を
説明する。

第２図はこの実施例に係る励磁装置の回路図で
あり、前記第１図と同一要素は同一符号が付され
ている。そしてこの装置が前記第１図と異なる点
は、保護回路としての放電抵抗電圧検出器９が付
加されていることである。

この放電抵抗電圧検出器９は、励磁中の放電抵
抗４に流れる電流を検出して整流回路３を遮断す
るものであり、次にように構成される。即ち、放
電抵抗４に電圧検出用タツプ４_Tを設ける。そし
てこのタツプ４_Tの電圧V₂を検出するための抵抗
９１およびコンデンサ９２の直列回路と、該コン
デンサ９２の両端に接続されたトリガダイオード
９３および抵抗９４，９５の直列放電回路と、該
抵抗９５によつてバイアスされ励磁投入信号保持
回路７中の保持サイリスタPSCR₇の電流をバイ
パスするスイツチングトランジスタ９６と、前記
コンデンサ９２に並列接続され該コンデンサ９２
の蓄積電荷極性を決定するダイオード９７とで構
成される。

次に、この励磁装置の動作を説明する。励磁中
において、スイツチ５のサイリスタ５２は通常の
運転状態においてはオフ状態となつているので、
励磁機１から整流回路３を介して界磁巻線２ｆへ
と供給される直流電流（励磁電流）は該サイリス
タ５２で遮断され、放電抵抗４に励磁電流が流れ
ない。ところが、負荷・変動によつて界磁電圧が
ツエナーダイオードのツエナー電圧を超える等の
理由により、サイリスタ５２がオン状態となつた
場合、励磁電流が該サイリスタ５２を通つて放電
抵抗４に流れる。すると、この電流がタツプ４_T
および抵抗９１を通してコンデンサ９２側に流
れ、該コンデンサ９２が充電される。タツプ４_T
で検出される検出電圧V₂がある一定値以上ある
と、コンデンサ９２の電圧は上昇し、トリガダイ
オード９３のブレークオーバ電圧に達すると、コ
ンデンサ９２の蓄積電荷がトリガダイオード９３
→抵抗９４，９５→コンデンサ９２というループ
で放電し、スイツチングトランジスタ９６がオン
となる。すると、励磁投入信号保持回路７の保持
サイリスタPSCR₇の電流が該スイツチングサイ
リスタ９６でバイパスされ、該保持サイリスタ
PSCR₇がオフとなつて発光ダイオードLED₇の発
光が止み、ゲート回路８のホトサイリスタ
PSCR₈およびサイリスタSCR₈がオフとなつて整
流回路３へのゲート電位が遮断される。これによ
り整流回路３の通電が阻止され、励磁が停止され
る。

前記の電圧検出器９は、始動時に放電抵抗４に
通電している時も作動する。ところが動作するの
は励磁投入適位相とは逆位相のサイリスタ５２に
通電している半サイクル期間であるので、始動時
の励磁投入動作には何ら悪影響を及ぼすことがな
い。

従つて励磁中に電圧検出器９が動作して整流回
路３がオフし、もし同期電動機２が脱調しても励
磁が停止するので、速度が多少低下しても再び誘
導電動機として加速し、適位励磁投入を行ない、
放電抵抗４を切離して同期運転に入る。スイツチ
５の構成素子の破損などにより、それでもなお放
電抵抗４が切離されない場合、前記保護動作を繰
り返すので、始動不能という形で外部に素子破損
を伝える。このため、スイツチ５の素子破損をも
早期に検知することができる。

上記実施例では、放電抵抗４の電圧検出のため
検出用タツプ４_Tを設けることにより、検出電圧
値V₂を任意に選ぶことができ、電圧検出器９の
素子容量に合わせることで回路の小型化、ひいて
は励磁装置全体の回路の小型化が可能となる。ま
た、電圧検出に抵抗９１とコンデンサ９２の充電
回路、およびトリガダイオード９３を用いたの
は、放電抵抗電圧V₂、即ち励磁電圧の広範囲な
変化に対して確実に動作させるためであり、これ
によりいかなる励磁状態であれ、放電抵抗４に通
電すると、整流回路３をオフさせることができ
る。

第３図は、本発明の他の実施例に係る励磁装置
の回路図を示すものである。この装置が前記第２
図と異なる点は放電抵抗電圧検出器１９、励磁投
入信号保持回路１７およびゲート回路１８の回路
構成が異なることである。即ち、励磁電圧の変化
幅が小さい場合には、電圧検出器１９は分圧回路
R₁₉，R₁₉′で検出した検出電圧で直接励磁投入信
号保持回路１７を遮断するスイツチングトランジ
スタSTR₁₇を駆動してもよい。また保持回路１７
もユニジヤンクシヨントランジスタUJT₁₇を用い
た発振器で構成し、この発振器の出力信号をパル
ストランスPT₁₇を介して出力し、ゲート回路１
８のサイリスタSCR₁₈をオフ状態にして整流回路
３のゲート電流を遮断するようにしてもよい。

なお、上記実施例では、放電抵抗電圧検出器
９，１９で放電抵抗４の電圧V₂を検出して整流
回路３を遮断するようにしているが、放電抵抗４
に流れる電流を直接検出して整流回路３を遮断す
るようにしても、同様の作用、効果を有する。ま
た、上記実施例の励磁装置では、負荷変動にとも
なう界磁電流の制御を、負荷に応じて励磁機１の
界磁巻線１ｆに与える界磁電流を変化させて電機
子巻線１ａの誘起電圧を変化させ、これにより界
磁巻線２ｆに与える界磁電流を調整するようにし
ているが、整流回路３中のサイリスタの点弧角を
直接制御して該整流回路３の直流出力電圧を変化
させて界磁電流の制御を行うようにすることもで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ブラシ
レス同期電動機の励磁中に、放電抵抗が切離され
ず通電しておれば、励磁電流を供給する整流回路
をオフするような構成にしたため、励磁中に誤ま
つて常時放電抵抗に通電し、損失が増加したり、
過熱によつて機器が破損したりすることがなくな
り、放電抵抗の熱的容量も小さくできるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のブラシレス同期電動機の励磁装
置を示す回路図、第２図は本発明の実施例に係る
励磁装置の回路図、第３図は他の実施例に係る励
磁装置の回路図である。 １……交流励磁機、２……同期電動機、１ａ，
２ａ……電機子、１ｆ，２ｆ……界磁巻線、３…
…整流回路、４……放電抵抗、５……スイツチ、
６……適位相投入制御回路、７，１７……励磁投
入信号保持回路、８，１８……ゲート回路、９，
１９……放電抵抗電圧検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ブラシレス同期電動機を誘導機として動作さ
   せて該同期電動機を加速しているとき、その界磁
   巻線を短絡するための放電抵抗器と、前記同期電
   動機の界磁巻線の電圧がマイナスの極性にあると
   き、そのすべり周波数電圧に基づいて該同期電動
   機の回転速度を監視し、該同期電動機の回転速度
   が所定値に達したときに励磁投入信号を発生する
   励磁投入タイミング検出回路と、この励磁投入信
   号を受けるとオン状態となつて、交流励磁機の出
   力をマイナスの極性とは逆極性であるプラスの直
   流電圧に変換して前記同期電動機の界磁巻線に同
   期運転用の界磁電流を供給する整流回路部と、前
   記同期電動機の界磁巻線と前記放電抵抗器との通
   電路途中に該通電路を開閉するように挿入され、
   前記同期電動機の界磁巻線の電圧がマイナスの極
   性にあるときには該通電路を閉じ、かつ該同期電
   動機の界磁巻線の電圧がプラスの極性にあるとき
   には、該同期電動機の界磁巻線の電圧が前記整流
   回路からの直流電圧よりも高い特定値に達してい
   る場合にのみ該通電路を閉じ、該同期電動機の界
   磁巻線の電圧がプラスの極性であつて前記特定値
   に達していない場合には前記通電路を開いたまま
   にしておくスイツチ回路とを備えたブラシレス同
   期電動機の励磁装置において、 前記同期電動機の界磁巻線の電圧がプラスの極
   性にあるときの前記放電抵抗器における電圧を検
   出し、この電圧値が一定値以上の状態が所定期間
   続いたとき前記整流回路部をオフ状態にする保護
   回路を備えているブラシレス同期電動機の励磁装
   置。