JPS60174094A

JPS60174094A - ブラシレス同期電動機の励磁装置

Info

Publication number: JPS60174094A
Application number: JP59025104A
Authority: JP
Inventors: Shizunobu Morita; 森田　静教
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1984-02-15
Publication date: 1985-09-07

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】［発明の技術分野］本発明はサイリスタ変換器を使用して緩起動または可変
速運転されるブラシレス同期電動ＩＩ（以下、同期電動
機と称する）において、特に励磁機として誘導周波数変
換形動ｍ＊を使用する励磁装置の改良に関するものであ
る。

［発明の技術的背景とその問題点］第′１図は、サイリスタ変換器を使用して緩起動または
可変速運転される従来の同期電動機の励磁装置のｍ−を
示すものである。つまり、同期電動機１１に直結されて
いる誘導周波数交換形励磁機１２は、その固定子巻線と
して交流励磁巻線１３を有し、この交流励磁巻線１３に
サイリスタ変換器チ１４で位相制御された交流電圧を印
加し、誘導周波数変換形励磁機１２を励磁制御するよう
にしている。

この方式では、同期電動機１１の回転方向と逆方向に誘
導周波数変換形励磁機１２の交番磁界を発生させる必要
がある為、励磁電圧を一定にしておくと、同期電動１１
１１の回転速度の上昇につれて、誘導周波数変換形励磁
６１１２の回転子１５に発生する電圧が回転速度に略比
例して大きくなる。

従って、誘導周波数変換形励磁８１１２の回転子１５に
発生する電圧を一定にする為に、固定子側の　□交流励
磁巻線１３に印加される電ｄを同期電動機１１の回転速
度の上昇につれて低くするように制御する必要がある。

しかし、誘導周波数変換形励磁機１２は巻線形誘導機で
ある為、同期電動機１１の励磁量によってスリップが異
なる上、当該励磁機１２の固定子側は交流位相制御によ
り励磁されているので励磁制御が複雑である。従って、
同期電動機１１を電源へ同期併入後、自動電圧調整（Ａ
ＶＲ＞や自動力率調整（’ＡＰＦＲ）等の制御が複雑に
なる。また、誘導周波数変換形励磁機１２は前述のよう
に巻線形誘導機であるので、効率・力率が悪く同期電動
機１１の励磁容量（ｋ　Ｗ）に比べて励磁機の容量（ｋ
ＶＡｌが非常に大きくなり、同期電動機１１の励磁機１
２を含めた全長が長くなったり、励１１機１２が大きい
為、軸受を励磁１１１２の両側に設けなければならなか
ったりして装置が大型になる等積々の問題を有している
。

［発明の目的］本発明は、上述のような問題を解消するために成された
もので、その目的は装置の小形化および同期併入運転時
の励磁制御の容易化を図ることが可能なブラシレス同期
電動機の励磁装置を提供することにある。

［発明の概要］上記目的を達成するために本発明では、サイリスタ変換
器を使用して緩起動または可変速運転される同期電動機
において、励磁機の励磁電源として一台の一次周波数制
御方式インバータ（以下、インバータと称する）を−組
合−せて、当該インバータから励磁機を交流励磁、直流
励磁調整し得るようにし、同期電動機の回転速度が例え
ば同期速度の略１／２から同期速度までの高速回転領域
では、励磁機である誘導周波数変換形励磁機を効率のよ
い同期発電機として回転し、回転速度が略零の静止時か
ら同期速度の略１／２までの低域回転領域では、励磁機
を巻線形誘導機として運転するようにしたことを特徴と
する。

［発明の実施例］以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第２図は、゛本発明による同期電動機の励磁装置の構成
例を示すもので、同図において第１図と同一部分には同
一符号を付して示す。図において、同期電動機１１に直
結されている励１１ｅｘとしての誘導周波数変換形励磁
８１１２は、その固定子巻線として交流励磁巻［１１３
と直流励磁巻線１６を、備えている。また、この誘導周
波数変換形励磁機、１２の回転子１５に発生した交流電
圧を回転整流器１７で整流し、この整流器出力により同
期電動機１１の界磁巻線１８を励磁するようにしている
。

一方１９はインバータで、上記誘導周波数変換形励磁８
１１２の励磁電源として用、いるように構成している。

つまり、このインバータ１９は、サイリスタ等を使用し
た整流器２０と、サイリスタやトランジスタ等を使用し
た逆変換器２１と、直流電圧平滑用の直流リアクトル２
２とから構成され、逆変換器２１の交流出力である可変
周波可変電圧を上記誘導周波数変換形励磁機１２の交流
励磁巻線１３にコンタクタ２３を介して印加すると共に
、インバータ１９の整流器２０の直流出力である直流電
圧を当該励磁機１２の直流励磁巻線１６に直流リアクト
ル２２．切替えスイッチング用サイリスタ素子２４．切
替えコンタクタ２５を介して印加するようにしている。

ここで、コンタクタ２３は同期電動［１１１の回転速度
が略零の静止時から同期速度の略１／２までの低速回転
領域で閉路するものである。また、切替えコンタクタ２
５は上記回転速度が同期速度の略１／２から同期速度ま
での高速回転領域では上記インバータ１９の整流器２ｏ
に閉路し、かつ上記低速回転領域では抵抗２６側に閉路
して上記ＭＩＩ周波周波数変動形励磁機が交流励磁され
ている随に直流励磁巻線１６に高電圧が発生するのを防
止するようにしている。さらに、２７は上記直流リアク
トル２２と逆変換器２１との間に設けられた切離しサイ
リスタ素子で、上記低速回転領域ではオン、高速回転領
域ではオフするものである。

なお、上記切替えスイッチング用サイリスタ素子２４は
、上記低速回転領域ではオフ、高速回転領域ではオンす
るものである。

次に、かかる構成の励磁装置において、まず同期電動機
１１の回転速度が略零の静止時から同期速度の略１／２
位までの低速回転領域では、インバータ１９の逆変換器
２１の交流出力によりコンタクタ２３を介して誘導周波
数変換形励磁機１２の交流励磁巻線１３が励磁されてい
る。これにより、同期電動機１１の回転速度零の時から
定速度の時の励磁電源を確保する。ここで、インバータ
１９の交流出力は、まず同期電動ｌ１１１の回転方向と
同一方向に誘導周波数変換形励磁１１１１２の回転磁界
を発生させる場合には、同期電動ｌ１１１の回転速度の
上昇に比例させて出力周波数を上げ、回転子１５に発生
する電圧の周波数を一定にし出力電圧は略一定にしてお
くと、当該励１１１１１１２の励磁電流は周波数の上昇
に反比例して減少する。

しかし、この誘導周波数変換形励磁機１２の回転子１５
の回転速度が上昇している為、回転子１５に発生する電
圧は略一定となる。実際には、誘導周波数変換形動Ｉｉ
機１２のスリップと鉄心の励磁特性より、インバータ１
９の出力は出力周波数の上昇につれて電圧も高くなる様
に設定する必要がある。これは、誘導周波数変換形励磁
１１２の単独試験にて容易に確認することができる。こ
の時、直流励磁巻線１６には高電圧が発生する為、これ
に切替えコンタクタ２５によって抵抗２６を接続し、直
流励磁巻線１６の焼損等を防止する。

一方、上記で同期電動機１１の回転方向と逆方向に誘導
周波数変換形励磁１１１”ｊ２の回転磁界を発生させる
場合には、インバータ１９の出力を前述と逆の制御を行
ない、当該励磁１１２の回転子１５に発生する電圧の周
波数を一定となるようにする。

つぎに、同期電動機１１の回転速度が同期速度の略１／
２から同期速度までの高速回転領域では、インバータ１
９の整流器２０の直流出力によりサイリスタ素子２４．
切替えコンタクタ２５を介して誘導周波数変換形励磁機
１２の直流励磁巻線１６が励磁される。同期電動１ｌ１
１１１の回転速度が低速回転領域から高速回転領域へ入
った時、最初に切替えコンタクタ２５を抵抗２６側から
インバータ１９の整流器２０の出力側に切替える。次に
、インバータ１９の逆変換器２１のサイリスタやトラン
ジスタ等のゲート回路をブロックすると同時に、整流器
２０のサイリスタ等のゲート回路を絞り、逆変換器２１
の切離しサイリスタ２７をオフしコンタクタ２３をオフ
する。その後、整流器２０のサイリスタのゲートに開指
令を出すと共に、切替えスイッチング用サイリスタ素子
２４をオンさせて直流励磁巻線１６を励磁する。この場
合、誘導周波数変換形励磁機１２は同期発電機となる為
、従来の自己始動方式ブラシレス同期電動機の励磁機と
同一となり、また直流電圧若しくは直流電流の制御とな
り励磁制御を行なうことが容易である。

上述したように本構成の同期電動機の励磁装置において
は、交流励１ｉ巻線１３と直流励磁巻線１６との２組の
巻線を備えた誘導周波数変換形励磁１ｍ１１２と、当該
励磁機１２の励磁電源としてのインバータ１９とを組合
せ、同期発電６１１１の回転速度が低速回転領域（起動
時）ではインバータ１９による励磁制御方式の巻線形誘
ＪＩ機の励磁機として、運転し、また高速回転領域（可
変速運転または同期併入運転時）では直流励磁方式の同
期発電機の励磁機として運転するようにしたので、励磁
機１２の運転効率が向上し励１１１ａ１２の小形化を図
ることができる。また、励磁機１２の励磁制御を一台の
インバータ１９で交流および直流共制御し得るので、極
めて経済的である。さらに、緩起動を行なう同期電動機
においては、同期併入後の励磁制御が前述した従来のも
のと同様の直流制御である為、１ＩｉＩＪＩｌｌが容易
である上完全なブラシレス化を図ることができる。特に
、回転速度が数千回転例えば５０００〜６０００　ｒｐ
ｍで回転する超高速電動機では、軸系のクリティカルス
ピード等の点より励磁機の小形化が必須である為、これ
に本発明を適用することは極めてその効果が大である。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、誘導周波数変換形
励磁機の固定子側に交流励磁巻線と直流励磁巻線の２組
を設け、静止時から同期速度の１／２程度までの低速回
転領域では、励磁機の交流励磁巻線にインバータより可
変周波可変電圧を印加し、１７２程度から同期速度まで
の高速回転領域では直流励磁ｉＪＩにインバータの整流
器側出力を印加して励ｗ１ｍｌ整をするようにしたので
、装置の小形化および同期併入運転時の励磁制御の容易
化を図ることが可能な信頼性の高いブラシレス同期電動
機の励磁装置が是供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の同期電動機の励磁装置の一例を示す図、
第２図は本発明の一実施例を示す回路構成図である。１１・・・同期電動機、１２・・・誘導周波数変換形励
磁機、１３・・・交流励磁巻線、１４・・・サイリスタ
スイッチ、１５・・・回転子、１６・・・直流励磁巻線
、１７・・・回転整流器、１８・・・フィールド、１９
・・・インバータ、２０・・・整流器、２１・・・逆変
換器、２２・・・直流リアクトル、２３・・・コンタク
タ、２４・・・切替えスイッチング用サイリスタ素子、
２５・・・切替えコンタクタ、２６・・・抵抗、２７・
・・切離しサイリスタ素子。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　サイリスタ変換器を使用して緩起動または可変
速運転されるブラシレス同期電動機において、前記゛ブ
ラシレス同期電動機に直結され固定子巻線□として交流
励磁巻線および直流励磁巻線を備えた誘導周波数変換形
励磁機と、この励磁機の回転子に発生した交流電圧を整
流して前記ブラシレス同期電動機の界磁巻線に供給する
回転整流器と、交流を直流に整流する整流器およびこの
整流器の直流・出力を可変周波可変電圧の交流出力に変
換する逆変換器よりなる一時周波数制御方式インバータ
と、このインバータの逆変換器め交流出力を前記交流励
磁巻線へ供給する電路に設けられ且つ前記ブラシレス同
期電動機の回転速度が略零から所定速度までの低速回転
領域で閉路する第１のスイッチング素子と、前記インバ
ータの整流器の直流出力を前記直流励磁巻線へ供給する
電路に設けられ且つ前記ブラシレス同期電動２機の回転
速度が前記所定速度から同期速度までの゛高速回転領域
で閉ｉする第２のスイッチング素子とを具備して成るこ
とを特徴とするブラシレス同期電動機の励磁装置。
（２）所定速度は同期速度の略１／２程度であることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のブラシレス
同期電動−の励磁装置。