JPS6016200B2

JPS6016200B2 - ヒステリシス電動機の運転制御装置

Info

Publication number: JPS6016200B2
Application number: JP57027718A
Authority: JP
Inventors: 宗男諸葛
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-02-23
Filing date: 1982-02-23
Publication date: 1985-04-24
Also published as: JPS58144594A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明はヒステリシス電動機特有の過励磁現象を利用
して高効率運転を行なうようにしたヒステリシス電動機
の運転制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

ヒステリシス電動機は同期電動機の一種であつて、回転
子側に設けたヒステリシスの大きな磁性材料のヒステリ
シスループに基いて、これが固定子回転磁界との間の回
転子磁束の位相遅れを利用して駆動力を発生する電動機
である。

従釆、この種の電動機は同期速度が比較的容易に得やす
く、しかもトルクがすべりに関係せず一定になるという
利点からしコードプレーヤとか電気時計等の駆動用電動
機として広く用いられてきた。

しかし、一方この電動機は、力率が極端に悪く、その電
動機の効率も一般の他の交流電動機に比較して悪いとい
う欠点がある。

したがって、この電動機はもっぱら小容量の駆動電動機
としての用途にしか使用されていなかった。しかし、最
近になってこの種の電動機を遠心分離機駆動用プラント
に用いようとする計画がある。

この場合、前述したように効率が悪いという点が問題と
なり、ランニングコストはもちろんのこと、プラント建
屋の冷却にも多大の影響を及ぼすことになる。しかし、
このヒステリシス電動機は上述したような欠点を持つ反
面、この電動機特有のいわゆる過励磁現象を有すること
が知られている。

そこで次にこの過励磁現象について説明する。

ヒステリシス電動機は回転子のヒステリシス特性を利用
したものであるため、ある時点における電動機の特性は
過去の履歴によって決まるという性質を持っている。例
えば、第１図に示すように同期運転中に電源電圧をＶか
らＶ′に上げた後に再び元の電圧Ｖに戻す制御を行なう
と、そのときの電流値はたとえ負荷状態が不変であって
も、元の電流値とはならずに電流値１より減少した電流
値１′に下がる傾向を示す。これは鰭圧を上げて回転子
を過励磁した結果、電圧を元に戻した後でも回転子にヒ
ステリシス特性が残っていることに起因するものであり
、このため電源電圧を一度上げた後に再び下げてやれば
電動機力率が改善され、電動機の銅損が減少した分だけ
効率が改善されることになる。この現象は第２図に示す
ヒステリシス電動機のベクトル図によっても容易に理解
できる。

第２図ａはヒステリシス電動機のベクトル図を、その一
相分について示したものである。この図では簡単のため
巻線の抵抗分などは省略してある。同図において１はヒ
ステリシス電動機が端子電圧Ｖで同期運転されていると
きの電機子電流であり、ここで一次巻線側に換算した等
価リァクタンスをＸＳとすれば、ヒステリシス電動機の
逆起電圧Ｅとりァクタンス降下分ＩＸｓをベクトル的に
加えたものが端子電圧Ｖとなる。いま前述したように過
励磁を作る操作、すなわちＶをＶ′とし、再び元の電圧
Ｖ‘こ戻したとき、ヒステリシス電動機の回転子は強く
磁化された状態に留まるため、逆起電圧ＥはＥ′となり
、その結果リアクタンス降下は１′Ｘｓは第２図ｂのよ
うになる。すなわち電流は１から１′‘こ減少し、力率
はｃｏｓのからｃｏｓの′のように改善される。この結
果、当然に効率の改善も図れる。〔背景技術の問題点〕以上述べたようにヒステリシス電動機にあっても過励磁
現象を利用すれば特性改善を図ることが可能となるわけ
であるが、この過励磁現象は負荷の変動あるいは電源の
周波数または電圧の変動により解除される方向にあるた
め常に極めて不安定な状態にある。

したがって過励磁現象を利用したヒステリシス電動機の
運転制御装置には、過励磁現象が解除された後、再び過
励磁せしめる機能を有していることが必要である。

このため従来は運転中に定期的に短時間電源電圧を高め
るような運転制御装置が用いられていた。しかしこのよ
うな従釆の運転制御装置では、電源の出力電圧を短時間
ではあるが通常の運転電圧より高めなければならず、し
たがってこのような現象を利用しない運転制御装置を用
いた時に比べ、電源の容量を増大しなければならないと
いう欠点を有していた。〔発明の目的〕この発明の目的は、電源容量を増大することなくヒステ
リシス電動機が過励磁状態を維持しながら運転できるよ
うに電動機駆動電圧を制御し、これにより電動機運転の
力率および効率の向上を図るようにしたヒステリシス電
動機の運転制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この発明ではヒステリシス電動機が計画運転中に電力供
給器からの供給電圧を変更することなく、その入力端子
電圧を一定時間間隔だけ周期的に上昇せしめるような制
御手段をヒステリシス電動機と電力供Ｖ給器とを連結す
る配電路中に配設することにより、上記目的を達成する
ように構成した。

なお、上記の制御手段として電気配電路に介挿されたス
イッチと、このスイッチの開閉を制御するシーケンスコ
ントローラを用いることが可能でありまた同様に制御手
段としてヒステリシス電動機の入力電流の力率調整用コ
ンデンサとこのコンデンサの容量を断続的に可変するス
イッチ手段とを用いることも可能である。

〔発明の実施例〕

次にこの発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第３図はこの発明によるヒステリシス電動機の運転制御
装置の基本構成を示す図である。

１０は商用電源電圧を任意の直流電圧に変換する順変換
回路、１１は突入電流制御用リアクトル、１２は電圧平
滑用コンデンサ、１３は直流電圧を発振器１４により制
御される周波数の交流電圧に変換する逆変換回路である
。

１５−１１，１５−１２，・・・１５−２１，１５一２
２，・・・，１５−３１，１５−３２，・・・１５−４
１，１５−４２，・・・，１５５−５１，１５一５２，
・・・はそれぞれ逆変換回路１３により駆動されるヒス
テリシス電動機である。

また、本装置には基準電圧を発生する電圧設定器１６が
用意されており、この電圧設定器１６の基準電圧は比較
回路２０の一方の入力となり、この比較回路１９の他方
の入力には逆変換回路１３の出力端より変成器１７およ
びダイオード１８を介して帰還される信号が供給される
。

１９は比較回路２０の出力信号を受けて順変換回路１０
の出力電圧を制御する電圧制御アンプである。

２１‐１，２１−２，２１‐３，２１−４，２１−５は
それぞれ逆変換回路１３の出力側に接続された分岐用ス
イッチであり、逆変換回路１３の出力をヒステリシス電
動機１５−１１，・・・１５−２２，・・・に供給する
配電路中に設けられている。

２２は分岐用スイッチ２１−１，２１−２・・・の開成
信号Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ４，Ｌ５を発生させるシーケンスコ
ントローラである。

次に、この装置の動作について説明する。

まず順変換回路１０は電圧制御アンプ１９の制御を受け
て商用電源電圧を直流電圧に変換した後、この直流電圧
信号を後続の逆変換回路１３に供給する。

この逆変換回路１３では順変換回路１０からの直流電圧
を発信器１４の信号周波数に比例する交流電圧に変換し
、これをヒステリシス電動機１５−１１，１５一１２・
・・の駆動電圧として用いる。この逆変換回路１３の出
力電圧は変成器１７を介して順変換回路１０の電圧制御
系に帰還され、電圧設定器１６で設定した基準電圧と等
しくなるように制御される。このようにして逆変換回路
１３の出力電圧は一定に保持される。次に５個の分岐用
スイッチ２１−１，２１一２，２１−３，２１一４，２
１一５はシーケンスコントローラ２２より発生される開
成信号Ｌ，，し，Ｚ，Ｌ，Ｌによって順次そのうちの４
個が短時間だけ開成するように制御される。

ここでシーケンスコントローラ２２で発生させる開成信
号Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ５のシーケンスの一例をタイムチ
ャートで示したのが第４図である。時刻らから時刻ｔ，
十Ｔ，までの間はＬ以外の−，−，Ｌ４，Ｌ５に開成信
号が与えられ、次に時刻ｔ，からＬ経過した時刻ｔ２か
ら時刻ｔ２十Ｔ，の間にはＬ２以外のＬ，Ｌ３，Ｌ４，
ムに開成信号が与えられる。

このようにして順次第４図に示すようにＬ，からしのう
ちの４つにそれぞれ開成信号が与えられる。この結果４
個の分岐スイッチが開成されているＴ，の時間内は残る
１個の分岐スイッチだけが閉成され、配電路を流れる電
流はその分岐スイッチに属するヒステリシス亀動機の入
力電流だけとなって配電路に生ずる電圧降下が大幅に減
少し、前記ヒステリシス電動機の端子電圧を高めること
になる。

Ｔ，の時間が経つと全ての分岐スイッチが閉成されるの
で配電路を流れる電流は再び増加して前記ヒステリシス
電動機の端子電圧は元の電圧に戻り、過励磁状態とする
ことができる。以下、このヒステリシス電動機の端子電
圧の変化について、第７図を参照して詳細に説明する。

０第７図は第３図の配電路のインピーダンスとそれに
流れる電流を表わした図である。

第７図においてＺｃ，Ｒｃ，Ｘｃは母線部の配電路のイ
ンピーダンス、抵抗分、リァクタンス分を示す。又Ｚｂ
，Ｒｂ，×ｂは母線部の分岐点から各ヒステリシタス電
動機間のくつまり分岐用スイッチ２１から負荷側の）配
電路のインピーダンス、抵抗分、リアクタンス分を示す
。ここで各配電路の電圧降下△Ｖ（ｖ）は、その配電路
を流れる電流値１凶と前記Ｒ，Ｘを用いて０下式の様に
表わされる。

△Ｖ（ｖ）３ノ３×１凶×（Ｒ・ｃｏｓの十×・ｓｉｎ
の）・・・・・・【１１但
しｃｏｓの：力率、ｓｉｎの：リアクタンス率【１｝
式を用いて、分岐用スイッチ２１が全て閉成夕されてい
る時のヒステリシス電動機の端子電圧Ｖｗ（ｖ）は、逆
変換回路１３の出力電圧Ｖ，（ｖ）を用いて次式の様に
表わされる（第７図において母線部の電流ＣＭＣ＝ｉ≧
，ｌｂｉご＆と表被れる）。

ＶＭ（ｖ）＝Ｖ，（ｖ）−（△ＶＣ（ｖ）＋△Ｖｂ（Ｖ
））ごＶ，（ｖ）−｛ノ３・（５１ｂ２）．（ＲＣ．ｃｏｓの十ＸＣｓｉｎの）十ノ３．１ぬ・（
Ｒｂ・ｃｏｓの十Ｘｂ．ｓｉｎの）｝ ……■次に、
分岐用スイッチ２１−１が開成されている時（第４図の
ｔ＝ｔ，〜ｔ，十Ｔの間）には、母線部の電流：ｌｃは
、ヒステリシス電動機１５一１１，１５−１２への入力
電流が無くなるからｌｃ５＝ｉ≧２１ｂエ４・１蛇とな
り、従ってヒステリシス電動機の端子電圧：ＶＭ′（ｖ
）は、ＶＭ′（ｖ）＝Ｖ，（ｖ）−（ＡＶＣ′（ｖ）十
△Ｖｂ（Ｖ））ごＶ，（ｖ）−｛ノ３・（４１ｂ２）・（ＲＣ．ｃｏｓの十ＸＣ．ｓｉｎの）十ノ３．１舷・（
Ｒｂ・ｃｏｓの十Ｘｂ・ｓｉｎの）｝ ……剛と表わ
される。

そして分岐用スイッチ２１−１が再閉成された時のヒス
テリシス電動機の端子電圧は再び‘２１式で表わされる
電圧にもどる。ここで分岐用スイッチ２１一１の開成→
閉成の手順によりヒステリシス電動機の端子電圧は、‘
２’，‘３’式を用いてＶＭ′（ｖ）一ＶＭ（ｖ）；ノ
３・１蛇．（ＲＣ．ｃｏｓの十Ｘ。

．ｓｉｎの）だけ上下する事になる。

第８図ａ，ｂは上記のよＺうな、．分岐用スイッチの開
成→閉成の動作に際してのヒステリシス電動機の端子電
圧の変化を示している。分岐用スイッチ２１一１から２
１一５までに順次この操作を施すことによって、結局ヒ
ステリシＺス電動機１５一１１，…，１５一５２・・・
まですべてを過励磁状態とすることができる。

ここで注目すべきことは、以上の一連の操作を施す間、
逆変換回路１・３の出力電圧は常に一定に制御され、出
力電圧を上げることないこ全ての電動機の端子電２圧を
高めることができることである。また第４図に示すタイ
ムチャートのようにすれば外乱等で過励磁状態が解除さ
れても自動的に再び過励磁状態を作ることができ、ヒス
テリシス電動機１５一１１，・・・，１５一５２・・・
を長期的にみ２て高効率で運転することができる。第５
図は、この発明の他の実施例を示す構成図である。

第３図に示した実施例においては、複数の電動機を用い
た場合について説明したが、本実施例ではヒステリシス
電動機の台数の多少にかか３わらず実施できる。第５図
に示す実施例について第３図に示したと相違する部分に
ついてのみ説明する。ヒステリシス電動機の入力電流の
力率改善用のコンデンサ３１および力率調整用のコンデ
ンサ３２を逆変換回路１３の出力部に設け、力率調整用
コンデンサ３２と配電路との間にスイッチ３３を介挿す
る。本実施例では、第３図に示した実施例で用いた分岐
用スイッチ２１−１，２１一２・・・およびシーケンス
コントローラ２２は不要となる。

１５はヒステリシス電動機である。

このような構成にすれば、スイッチ３３を短時間閉成す
るとその間ヒステリシス電動機入力電流の力率は元の力
率より進み側に変化する。

したがつて配蟹路のりアクタンスによる電圧降下量が減
少し、ヒステリシス電動機１５の端子電圧を一時的に高
くすることになり過励磁状態を作ることができる。一定
の周期でスイッチ３３を短時間だけ閉成させれば、外乱
等で過励磁状態が解除されても自動的に再び過励磁状態
を作ることができ、ヒステリシス電動機１５を長期的に
みて高効率で運転することができる。本実施例において
も第３図で述べたのと同様逆変換回路１３の出力電圧を
高めることなくヒステリシス電動機１５の端子電圧を高
めることができる。

第６図は、この発明のさらに他の実施例を示す構成図で
ある。

この実施例では電力供給器からの駆動用電圧を複数系統
に分岐して、各分岐毎に力率調整用コンデンサ３２−１
，３２一２・・・とスイッチ３３−１，３３−２・・・
とを設け、複数のヒステリシス電動機１５−１１，１５
一１２，・・・１５−２２，・・・，を駆動する場合を
示している。０本実施例では一方分岐のスイッチの操
作により、ここの分岐に属するヒステリシス電動機群の
入力電流の力率だけ変化させることになるので、逆変換
回路１３へ与える状態変化を少〈することができるとい
う特徴がある。

タ以上数種の実施例に基づいてこの発明を詳細に説明
したが、この発明はその他にもさまざまの変形が可能で
ある。

例えば、順変換回路１０の電圧制御系に積分要素を入れ
て電圧変化を滑らかにすることや、電圧制御を順変換回
路の位相制御によ０らずに変換器のタップ切換等による
ことも可能である。また、分岐系統を４つ以下そしたり
、あるいは６つ以上設けたりすることも可能であり、第
６図に示した実施例を第３図に示した実施例と併用す夕
ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、ヒステリシス電
動機に制御電力を供給する電力供給器の電源容量を増大
させることないこ、ヒステリシス０電動機の入力端子電
圧を一定時間間隔だけ周期的に上昇せしめる制御手段を
配電路中に配談したので、ヒステリシス電動機を長期に
わたって過励磁制御することができ、これにより電動機
を高効率で運転させることができるという利点がある。

図面の簡単な説明第１図はヒステリシス電動機の過励磁
現象を説明するための図、第２図ａ，ｂはヒステリシス
電動機の一相分のベクトル図、第３図はこの発明の−実
施例を示す構成図、第４図は第３図の実施例の詳細説明
図、第５図、第６図はそれぞれこの発明の他の実施例を
示す構成図、第７図は第３図の配電路のインピーダンス
および電流を示す図、第８図ａおよびｂはスイッチの開
閉に伴う端子電圧の変化を示す図である。

１０・・・日頃変換回路、１３・・・逆変換回路、１４
・・・発振器、１５，１５−１１，１５一１２，・・・
，１５−５２・・・ヒステリシス電動機、１６・・・電
圧設定器、１７・・・変成器、１９・・・電圧制御アン
プ、２１‐１，２１−２，２１−３，２１−４，２１−
５，・・・分岐用スイッチ、２２・・・シーケンスコン
トローラ、３１，３１−１，３１−２，・・・力率改善
用コンデンサ、３２，３２一１，３２一２，…力率調整
用コンデンサ、３３，３３−１，３３一２…スイッチ。

椿１図帯２図稀３図錆４図帯５図器６図拝７図袴８図

Claims

【特許請求の範囲】１ヒステリシス電動機の運転に必要な制御された電力
を供給する電力供給器と、前記ヒステリシス電動機と前
記電力供給器とを連結する配電路とを有するヒステリシ
ス電動機の運転制御装置において、前記ヒステリシス電
動機が定格運転中に、前記電力供給器からの供給電圧を
変更することなく前記ヒステリシス電動機の入力端子電
圧を一定時間間隔だけ周期的に上昇せしめる制御手段を
前記配電路中に配設したことを特徴とするヒステリシス
電動機の運転制御装置。２前記制御手段が前記配電路に介挿されたスイツチと
、このスイツチの開閉を制御するシーケンスコントロー
ラとからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のヒステリシス電動機の運転制御装置。３前記制御手段が前記ヒステリシス電動機の入力電流
の力率調整用コンデンサとこのコンデンサの容量を断続
的に可変するスイツチ手段とからなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のヒステリシス電動機の運転
制御装置。