JPH0548074B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、三相電動機の場合電気的に30°位相
がずれた二つのＹ又はΔ結線を誘導捲線として有
する、二電機子捲線付きの同期電動機の制御回路
に係り、特に電動機の円滑な起動を可能にする制
御回路に係る。

同期電動機を可変速度に制御するために、自然
転流形インバータを使用することは良く知られて
いる。

とはいえ、低速度に於いては電動機は充分な起
電力を発生しないので、インバータのサイリスタ
が自然に消弧（ターンオフ）することが、電動機
自身によつて確保出来ない。よつて、電動機の起
動を行うのには或る工夫が行われねばならない。
一般的な方法としては、使用されるサイリスタを
所期通りに消弧するようにインバータ内の直流を
０にし、次いで直流が再び加えられた後に別のサ
イリスタの組みを点弧（ターンオフ）することが
知られている。

しかしながら、この直流の供給停止とその再供
給とから、起動時に電動機トルクに変動が生じ結
果として予期せぬサージが発生する。

例えば三相電動機の場合の30度のような電気的
に位相差のある二電機子捲線付き同期電動機を使
用すれば、電動機の回転の低速時で起こる此等の
サージを、完全に抑制することはないが、減衰さ
せることが出来、高速時にはより均一な電動機ト
ルクを生ずることができる。

更に、フランス特許第2452200号は、上述の様
な二電機子捲線付き三相同期電動機に於いて、サ
イリスタの転流間に１捲線内の電流の消失から起
こる電動機のトルクの減衰を補償することによ
り、低速時、特に電動機の起動時に、電動機のす
べての捲線内の瞬間電流の合計が一定になるよう
な方法で別の捲線に与えられる電流を増加するこ
とにより、起動時に起こる電動機トルクの変動現
象を抑制する制御回路について説明している。

とはいえ、説明されたこの回路は若し電力供給
器がチヨツパとか混合ブリツジ整流器を含む時に
は適当でない。

本発明はかくてその目的として、電動機の起動
及び低速中に於ける二電機子捲線付き同期電動機
へ電力を供給するインバータのサイリスタの転流
に関する装置を提供することにある。

本発明によれば、二電機子捲線付きの同期電動
機用制御回路は、一定の単一方向の電流を供給す
る電力供給装置、電動機の電機子捲線に接続され
た出力端子及び２つの反対極性の入力端子を有す
る２個のインバータ、一方が上記電力供給装置に
接続され、他方が上記のインバータの入力端子に
接続されている中間回路、及びサイリスタの中央
制御ユニツトを具備している。

中間回路は、中間回路の２つの入力端子であ
り、それぞれ上記インバータの互いに反対極性の
入力端子の第１の対に接続された入力端子間を接
続する直列配列の２個のサイリスタ、 これら２個のサイリスタ間の接続点をインバー
タの互いに反対極性の入力端子の第２の対に接続
するコンデンサ、及び インバータの互いに反対極性の入力端子の２つ
の対の一方の入力端子とそれぞれ直列に接続され
ており、相互誘導による強結合係数を有する、同
値の２つのインダクタンスから構成されている。

電力供給装置の出力端子間には、電力供給装置
の正端子に陰極が接続された少なくとも一つのフ
リーホイールダイオードが接続されている。

本発明は、本発明の好ましい実現方式として選
び何ら制限を受けないやり方で示している添付の
４図面を参照して、次記の説明により良く理解さ
れ且つ他の目的、効果、特性が明らかにされる。

第１図を見ると、制御を受ける三相同期電動機
１のＹ型二電機子捲線がそれぞれインバータ２及
び３の出力端子に接続されている（同期電動機１
の２つの電機子捲線とインバータ２及び３との間
は、実際は３本のワイヤで接続されている）。こ
れらインバータ２及び３の入力端子は電力供給源
５の端子に接続された中間回路４に接続され、電
力供給源の出力端子はダイオード６に依つて結線
されている。

図示されていない中央制御ユニツトが回路の
種々のサイリスタの消弧を遂行している。

種々の実現方式について下記に説明する通り、
中間回路４には、相互誘導により高結合係数を持
つ２個のインダクタタンス１２及び１３があり、
この主たる役目は電動機１の起動又は低速時に電
動機１の一方の電機子捲線から他方の電機子捲線
へ電流を伝達させることにある。電動機１の速度
がその公称速度の５乃至10％に達すると電動機１
がサイリスタの自然消弧を確保するのに充分な起
電力を発生することが知られている。また、平滑
インダクタンスの働きもする上記の２個のインダ
クタンス１２及び１３は第４図に示すように中央
出力点を持つ単一インダクタンスを使用しても実
現出来る。電力供給源は、例えば交流源に接続さ
れた混合ブリツジ整流器組立体に依つて、或は直
流源に接続されたチヨツパに依つて、供給し得ら
れる断続直流電流を発生する。

第２図を見ると、電動機の低速範囲に於いて、
所謂全ブリツジ整流器よりももつと少量の電流の
使用が出来る、例えば混合ブリツジと言われる型
式の整流器７に依つて、回路に電力が供給され
る。此の整流器７は、なじみの多いやり方で、中
間回路４が接続されている整流器７の出力端子間
に接続された２個の回路部品、即ち１つは直列に
結ばれた２個のサイリスタ８を、他方これまた直
列に結ばれた２個のダイオード６を具備してい
る。

中間回路４の入力端子間に、２個のサイリスタ
１０及び１１が同方向に向けて直列に配列されて
いる。互いに同値の磁気的に結合された２個のイ
ンダクタンス１２及び１３は、その第１のインダ
クタンス１２が中間回路４と第１のインバータ２
の入力端子との間に接続され、第２のインダクタ
ンス１３が中間回路４の他方の入力と第２のイン
バータ３の入力端子との間に接続されている。第
１のインダクタンス１２が接続された第１のイン
バータ２の入力端子の極性と、第２のインダクタ
ンス１３が接続された第２のインバータ３の入力
端子の極性とは反対になつている。

此の中間回路４はまた、２個のサイリスタ１０
及び１１の共通点と、２個のインバータ２及び３
の互いに反対極性を持つ別の２個の入力端子を連
結する共通点との間に接続されたコンデンサ１４
を具備する。

此の中間回路の機能は次の通りである。

導電性のサイリスタを消弧するには此等のサイ
リスタ中の電流を遮断する必要があることは既知
の事である。此処に利用された混合ブリツジ整流
器７は負の電圧を生じない、それでコンデンサ１
４が電動機の低速時に於いて此の負電圧の生じな
い不都合を効果的に軽減する。

インバータ２のサイリスタの転流を行うのに必
要な周期の瞬間を考えると、整流器７がフリーホ
イール位相と同位相となること即ち電流がダイオ
ード６内に流れることが望ましい。コンデンサ１
４は、第２図に示されているようにインバータ２
及び３に接続された極板が事前に正に充電されて
いるので、サイリスタ１０が点弧され、そしてダ
イオード６、サイリスタ１０、コンデンサ１４、
インバータ３とこれに対応する電動機の電機子捲
線、及びインダクタンス１３とからなる回路内に
コンデンサ１４の放電による電流が発生する。磁
気的に結合されたインダクタンス１２及び１３の
効果により、また１捲線から他捲線への電流の誘
導を生ずるので、インダクタンス１３内の電流が
増加し、インダクタンス１２内の電流が減少し或
は全然消滅されてしまう、これにより事前に導電
性となつているインバータ２のサイリスタはその
内部にもはや電流が流れないので消弧状態にな
る。

インバータ２及び３を通過する電流量の合計が
インダクタンス１２及び１３の存在に依つて一定
に維持されるので、電動機のトルクはサージの影
響を受けない。更に転流はフリーホイールの位相
の期間中に生ずるので、電力供給線内に何らの擾
乱も波及して来ない。

コンデンサ１４はインバータ２及び３の方から
再び正に充電されるが、その初充電は減少しそし
て消滅する。インダクタンス１３により維持され
る電流の効果により、そしてインバータ３内に特
にコンデンサ１４内に完全に電流が通過するの
で、このコンデンサ１４は電流の方向に再充電さ
れ、即ちサイリスタ１０及び１１の方から正に充
電される。インバータ２内にて導通すべきサイリ
スタが消弧されていると、コンデンサ１４が引続
いて再充電される状態を続ける。コンデンサの端
子に於ける電圧の効果により電流がインダクタン
ス１２及びインバータ２内に向かうが、２個の結
合インダクタンス１２及び１３の働きによつてイ
ンバータ３内では逆比例的に減少して行く。電流
の誘電転移はインバータ２及び３内の電流が等し
くなるまで此の様にして継続する。サイリスタ１
０はかくして自然に消弧される。コンデンサ１４
はかくて、インバータ３のサイリスタの次の転流
を確保するようにサイリスタ１０及び１１側から
正充電される。

発振器３内に起こさねばならない次の転流に対
して、サイリスタ１１を消弧するためのフリーホ
イール位相が選定される。

コンデンサ１４の放電に依つて、次の回路内に
電流が発生する：インダクタンス１２、インバー
タ２とそれに対応する電動機電機子捲線、コンデ
ンサ１４、サイリスタ１１及びダイオード６。前
記と同じやり方で電流がインバータ３内で消滅し
コンデンサ１４が放電する。インバータ３内で伝
導しているサイリスタが消弧し、コンデンサ１４
の電荷が消滅し、そしてインダクタンス１２によ
つて維持されインバータ２からサイリスタ１１に
向けて流れる電流の効果によつて此のコンデンサ
１４にインバータ２及び３の側から正の充電が再
び始まる。此の瞬間にインバータ３の別のサイリ
スタの１組みが点弧される。コンデンサ１４が充
電を続け、そしてその端子の電圧の効果により電
流がインバータ３及びインダクタンス１３内に戻
ることになる。電流の強さが２個のインバータ２
及び３内で等しくなるまで電流の誘導転移が継続
する。この平衡化が得られると、サイリスタ１１
が自然に消弧され、コンデンサ１４は第２図に示
されているようにインバータ２及び３の側の電極
に正電荷を持つように再充電されインバータ２の
転流を起す状態となる。

第３図は第２図に示されたものと同様式の制御
回路を示す。この回路は例えばチヨツパ９のよう
な直流の静止変換機によつて給電される。この機
能をもつと良く理解するために、ダイオード６が
チヨツパの外部に示されチヨツパの出力端子間に
置かれている。

第３図の中間回路４は、第２図の回路とは唯サ
イリスタ１０及び１１の接続方向が異なつている
だけである。此の制御回路はまた電動機１の二捲
線内の電流を配電する２個のインバータ２及び３
を有する。此の回路の機能は上述の回路の機能と
同様である。インバータ２内の転流を起こすのに
必要な、そして第３図に示される様にこの回路が
フリーホイール位相に入りサイリスタ１０が点弧
し、コンデンサ１４のインバータ側上が正の初充
電の状態にある制御サイクルの瞬間を考えると、
次の回路内に電流が流れる：サイリスタ１０、コ
ンデンサ１４、インバータ３、及びインダクタン
ス１３。コンデンサ１４の電圧の効果により此の
回路に電流が集まる傾向がある、そしてインダク
タンス１２及び１３間の相互誘導により電流がイ
ンバータ２内で消滅しインバータのサイリスタが
消弧される。コンデンサ１４は完全に放電し、電
流の方向に再充電される状態が始まる。インバー
タ２のサイリスタの別の組みが点弧される。第２
図と同様な手順でコンデンサ１４が再充電を継続
し、電流がインバータ２を経て流れる、インバー
タ２及び３内の電流の平衡化が起こりサイリスタ
１０が自然に消弧される。コンデンサ１４はかく
てサイリスタ１０及び１１の側から正に充電さ
れ、転流がインバータ３に起きることができる。
これに対し、サイリスタ１１はこの回路がフリー
ホイール位相に入ると点弧され、そしてコンデン
サ１４の電荷が次記回路に電流を発生させる：イ
ンダクタンス１２、インバータ２、コンデンサ１
４、及びサイリスタ１１。相互誘導により、電力
供給電流は此の回路に集まり、インバータ３内で
は消滅しインバータ３内のサイリスタは消弧され
る。コンデンサ１４の電荷は減少して消滅し、次
いでインダクタンス１２により維持された電流の
効果に依つて、コンデンサ１４が反対方向に充電
される。次いでインバータ３の別の組みのサイリ
スタが点弧され、コンデンサ１４の電荷がインバ
ータ３に電流を流す。２個のインバータ２及び３
内に電流の平衡化が再発生し、そしてコンデンサ
１４がインバータ側から充分に正充電されてイン
バータ２内に新に転流を起こさせる状態と共にサ
イリスタ１１が消弧される。

第４図は第１図に示されたものと同様の装置を
示すが、インダクタンス１２及び１３が２個のイ
ンバータの間に直列に配置されている。実際上、
示されているものは中央出力点を持つ単一インダ
クタンスである。コンデンサ１４は従つてインバ
ータ２及び３の反対極性の入力端子につながる此
の２個のインダクタンス１２及び１３の中間に接
続されている。

本発明によるかかる回路は、電動機の二電機子
捲線間に現われる電流の相互補償により、電動機
トルクの変動を起こさずに、電動機の起動及び低
速時に於ける二電機子捲線付き同期電動機の制御
を行うので、多くの効果をもたらす。加えるに、
２個のサイリスタ１０及び１１の転流がフリーホ
イール位相間に行われており、転流の時にフリー
ホイールダイオードを経て電流が流れるので、何
らの擾乱も電流源に及ぼさない。電動機の中性点
に接続された端子には関係なく少数の要素を12個
のサイリスタの転流に使用されることを最後に指
摘して置きたい。要するに、２インバータと対応
する電動機の二捲線に対する単相電源が必要であ
る。かかる回路はかくて、鉄道の牽引電動機の制
御用としてその電動機か強力なトルクを、機械的
な撹乱なくまたその起動時の電力消費が配電線に
電気的な擾乱を起こすことなく、供給出来るので
確かな利益を与える。

実現化の特殊な形式について述べて来たが、本
発明から逸脱することなく、本発明に何らかの修
正が行われることは当業者に明らかであろう。本
発明による回路の説明に使用される転流機の素子
はサイリスタ、鉄道牽引電動機への電力供給に必
要な電流と量的に適応して素子である。トランジ
スタの如き別の制御用半導体素子も相当に小さい
電力の電動機の転流に適する事は明らかである。

同様に捲線１４及び１５はＹ結線の場合につい
て、制約を受けないやり方で示して来たが、デル
タ結線にても同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御回路の一般的な概略
図を示す。第２図乃至第４図は本発明による制御
回路実現化の種々の様式をそれぞれ示す。 １……同期電動機、２……インバータ、３……
インバータ、４……中間回路、５……電力供給
源、６……ダイオード、７……整流器、８……サ
イリスタ、９……チヨツパ、１０，１１……サイ
リスタ、１２，１３……インダクタンス、１４…
…コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二電機子捲線付きの同期電動機１用制御回路
   であり、この制御回路は、一定の単一方向の電流
   を供給する電力供給装置５，６，７、それぞれ上
   記電動機の電機子捲線に接続された出力端子及び
   ２つの反対極性の入力端子を有する２個のインバ
   ータ２，３、一方が上記電力供給装置に接続さ
   れ、他方が上記のインバータの入力端子に接続さ
   れている中間回路４、及びサイリスタの中央制御
   ユニツトを具備しており、 上記中間回路４は、 上記中間回路の２つの入力端子であり、それぞ
   れ上記インバータの互いに反対極性の入力端子の
   第１の対に接続された入力端子間を接続する直列
   配列の２個のサイリスタ１０，１１、 上記２個のサイリスタ１０，１１間の接続点を
   上記インバータの互いに反対極性の入力端子の第
   ２の対に接続するコンデンサ１４、及び 上記インバータの互いに反対極性の入力端子の
   ２つの対の一方の入力端子とそれぞれ直列に接続
   されており、相互誘導による強結合係数を有す
   る、同値の２つのインダクタンス１２，１３から
   構成されており、 上記電力供給装置５，７，９の出力端子間に
   は、前記電力供給装置５，７，９の正端子に陰極
   が接続された少なくとも一つのフリーホイールダ
   イオード６が接続されていることを特徴とする二
   電機子捲線付きの同期電動機用制御回路。 ２ 上記中間回路４の入力端子は、上記インダク
   タンス１２，１３を介して上記インバータ２，３
   の互いに反対極性の入力端子の上記第１の対にそ
   れぞれ接続されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の回路。 ３ 上記コンデンサ１４は、上記インダクタンス
   １２，１３を介して上記インバータ２，３の互い
   に反対極性の入力端子の第２の対に接続されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   回路。 ４ 上記インダクタンス１２，１３は、中心出力
   点を有する単一のインダクタンスによつて構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の回路。 ５ 上記コンデンサ１４が予め充填されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１乃至４項何れか
   記載の回路。