JPS6051347B2

JPS6051347B2 - 直流機の整流補償装置

Info

Publication number: JPS6051347B2
Application number: JP3141578A
Authority: JP
Inventors: 和雄田原; 孝行松井; 正二茂木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-18
Filing date: 1978-03-18
Publication date: 1985-11-13
Also published as: JPS54124208A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は直流機の整流補償装置に関する。

直流機の整流性能は機械の性能および寿命を左右すると
いつても過言ではなく、従来から多くのｊ研究がなされ
ている。

最近は電算機の発達で詳細な計算により整流性能も定量
的に把握されつつあるが、最終的には実機の無火花帯を
測定して整流の良否を判定しているのが現状てある。整
流補償としては、従来、無火花帯が回転速度！で移動す
るのを補償する方式や、光学的にブラシから発生する火
花を検出し、電機子電流の変化率を小さくして極端な整
流悪化を抑制する方式等か提案されている。

しかし、前者の方式は、回転速度で無火花帯がく移動す
るのを補償するのみで、通常の整流状態の補償を行なう
ことができない。

また、後者の方式は、電機子電流変化時に補極磁束等の
遅れによる過度時の整流悪化を抑制するためのものてあ
り、定常運転時の整流悪化については補償できない欠点
がある。本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、定常運転時および過渡時の整流および無火花帯の移
動も補償することのできる整流補償装置を提供するにあ
る。

この目的を達成するため、本発明は、ブラシの近傍に整
流子と摺接する検出ブラシを設けてブラシから整流子片
が離れるときの、ブラシと当該整Ｊ流子片間の電圧を、
ブラシと検出ブラシとの間の電圧として検出し、この検
出電圧が正の所定値より大になつたときには、整流磁束
を増大し、負の所定値より小になつたときには整流磁束
を減少し、かつ検出電圧の絶対値が所定値以内のときに
は整流磁束を一定に保つようにしたことを特徴とする。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。直流機
の整流現象は、第１図に示すように、電機子巻線１と整
流子２からなる回転子において、整流子２の表面をブラ
シ３が摺動して、第１図イから第１図ハに移行する間に
、整流子片Ａ，Ｂに接続されている電機子巻線１のコイ
ル（太線表示）を流れる電流１が＋Ｉａから−１ａまで
反転する現象である。

この電流１が変化する時には、漏れ磁束が発生して電機
子巻線１の整流を受けているコイル（太線表示）にリア
クタンス電圧Ｅｒ（＝ーＬ摺ただし、Ｌはコイルのイン
ダクタンス）が発生する。

通常、このリアククンス電圧を打消すために、補極ある
いは補極および補償巻線を設けて（図示なし）、整流磁
束を発生し、電機子巻線１の整流コイル（太線表示）に
整流電圧Ｅ。を与える。この整流電圧Ｅｃとリアクタン
ス電圧ｅ、の関係がＥ。＞Ｅ，の時は、第２図の整流曲
線が曲線ａのように変化し、（過整流）、この時のブラ
シとこのブラシ下の整流子片間のブラシ接触電圧降下Ｖ
８の変化は第３図の曲線ａのようになる。次にＥｃ＝Ｅ
ｒの時は、整流曲線が第２図の曲線ｂのように（直流整
流）、ブラシ接触電圧降下が第３図の曲線ｂのようにな
る。さらにＥ。＜Ｅｒの時は、整流曲線およびブラシ接
触電圧降下とも曲線ｃのようになる（不足整流）。この
ため、過整流（曲線ａ）および不足整流（曲線ｃ）にお
いて、ブラシ出口側のブラシ接触電圧降下が火花発生限
界電圧、例えは約±３■の範囲を越えて＋３Ｖ以上ある
いは−３Ｖ以下（例えば−４Ｖ）になると、ブラシ摺動
面から火花が発生する。

したがつて、ブラシ接触電圧降下■８を火花発生限界電
圧、例えば±３Ｖ以内となるように整流磁束を調整する
ことにより、整流性能を良好にすることができる。第４
図はブラシ３の出口側に検出ブラシ４を設けた場合の概
略図である。

ここで、検出ブラシ４はブラシ３と若干の間隔δをあけ
て配置されかつその厚さは望ましくは整流子片の幅程度
になされている。この結果、ブラシ３と接触している整
流子片が回転方向に移動して、検出ブラシの下に入ると
検出ブラシ４が触針としてその整流子片に接触するので
、ブラシ３とその整流子片との間の電圧を検出すること
ができる。さらに、その整流子片が回転方向に移動して
、ブラシ３から離脱する瞬時（整流終了時）はその整流
子片のみが検出ブラシ４と接触していることになるので
、ブラシ３と検出ブラシ４との間の電圧を検出すれば、
その整流子片がブラシ３から離脱する整流終了時のスパ
イク状の電圧を検出することができる。すなわち、第３
図に示したブラシ出口のスパイク状電圧（Ａ，ｃ）を各
整流子片について検出することがてきる。第５図は本発
明の一実施例に係る整流補償装置の電気回路図を示す。

第５図において、３はブラシ、４は検出ブラシ、５は電
機子、６は他励界磁巻線、７は補償巻線、８は補極巻線
、９は補助補極巻線、１０は比較器、１１は補極増磁指
令回路、１２は補極減磁指令回路、１３は指令保持回路
、１４は補助補極巻線励減磁装置、１５は直流リアクト
ルである。

なお、補極巻線８と補助補極巻線９は同一鉄心、すなわ
ち補極鉄心上に巻回されている。いま、他励界磁巻線６
の端子Ｙ，Ｙ間に励磁電圧を印加した後、直流機主回路
の端子Ｘ，Ｘ間に主回路電圧を印加すると、ブラシ３か
ら整流子２（図示なし）、電機子５、整流子２、ブラシ
３の順序で主回路電流が電機子５に供給され、さらに補
償巻線７および補極巻線８を通じて主回路電流が流れて
、矢印の方向に電機子５が回転する。

この際、ブラシ３と整流子２との間の接触電圧降下は、
ブラシ３と検出ブラシ４との間の電圧として検出され、
この検出電圧は比較器１０に入力する。比較器１０では
検出電圧が正の火花発生限界電圧、例えば＋３■以上の
場合には補極増磁指令回路１１に出力し、検出電圧が負
の火花発生限界電圧、例えば−３Ｖ以下では補極減磁指
令回路１２に出力する。この補極増磁および減磁指令回
路１１，１２の出力信号は指令保持回路、１３に入力す
る。指令保持回路１３には、指令回路１１，１２の出力
信号の他に、比較器１０から整流状態が良好であること
を知らせる信号、すなわちブラシ接触電圧降下が火花発
生限界電圧（±３Ｖ）以内のときに発生する信号も入力
する。このため、補極励磁あるいは減磁によりブラシ接
触電圧降下が火花発生限界電圧以内になると、指令保持
回路１３が動作して指令回路１１，１２からの信号をロ
ックする。しかし、再び火花発生限界電圧以上になると
、指令保持回路１３のロックは解除される。指令保持回
路１３の出力は補助補極巻線励減磁装置１４に導かれ、
補助補極巻線９に直流リアクトル１５を介し、整流状態
に応じて励磁電流を調整して流す。例えば、整流状態が
不足整流で、第３図の曲線ｃのようなブラシ接触電圧降
下となり、ぞの電圧降下値が＋３Ｖ以上てあると、比較
器１０からは＋３Ｖ以上て発生する信号が発生して、補
極増磁指令回路１１に入力され、さらに指令回路１３を
介して補助補極巻線励磁装置１４を動作させる増磁指令
信号を出し、補極を増磁する。

このため、補極が徐々に強められて不足整流から直線整
流に除々に移行し、ブラシ接触電圧降下はＩ±３１Ｖ以
内となる。このとき、比較器１０からはブラシ接触電圧
降下がＩ±３１Ｖ以内てあることを知らせる信号が出さ
れ、指令保持回路１３は補極増磁回路１１からの信号を
一定に保持する。したがつて、補助補極巻線励減磁装置
１４は一定に調整される結果、補助補極巻線９には一定
電流が流れ、火花の発生しない良好な整流状態に保持さ
れる。なお、直流リアクトル１５は励減磁装置１４の急
峻な変化および電動機主回路電流の急峻な変化に対して
磁気的に結合されている補極巻線８と補助補極巻線９に
生じる電圧を抑制する作用を行なう。検出ブラシは、周
方向の各位置に配置されたブラシ毎に設けることが望ま
しいが、ブラシ火花の最も発生しやすい位置のブラシ保
持アームに１個だけ設けてもよい。

また、第６図は本発明の他の実施例を示す。

第６図において、第５図と同一符号は同一物又は均等物
を示し、さらに１６は補極および補償巻線励減磁装置で
ある。すなわち、第５図の補助補極巻線９が省略され、
補償巻線７と補極巻線８の直列回路の両端に補極および
補償巻線励減磁装置１６の出力が直流リアクトル１５を
介して印加するように構成されている。

したがつて、ブラシ３と整流子片間の電圧をブラシ３と
検出ブラシ４との間の電圧として検出し、その検出電圧
を比較器１０に入力し、その検出電圧が例えは＋３■以
上の場合には比較器１０から補極増磁指令回路１１に入
力信号が入り、逆に検出電圧が−３Ｖ以下（例えば−４
Ｖ，−５Ｖというように）ては補極減磁指令回路１２に
入力信号が入る。

この増磁および減磁指令回路１１，１２の出力信号は指
令保持回路１３に入力する。指令保持回路１３には、指
令回路１１，１２の出力信号の他に、比較器１０から整
流状態が良好であることを知らせる信号、すなわち、ブ
ラシ接触電圧降下が火花発生限界電圧（±３Ｖ）以内の
ときに発生する信号も入力される。このため、指令保持
回路１３は指令回路１１，１２および比較器１０の出力
信号により、ブラシ３と検出ブラシ４との間の検出電圧
が例えば＋３■を越えていると補極増磁指令回路１１が
動作し、その出力信号が指令保持回路１３に入力され、
指令保持回路１３には比較器１０からの信号が入つてい
るが、＋３Ｖを越えているため、補極増磁指令回路１１
からの信号を保持しない。このため、補極および補極巻
線励減磁装置には増磁指令信号が入り、補償および補極
巻線７，８に励磁電流を流す。この励磁電流て補極磁束
と補償巻線による磁束が増加して整流起電力が大きくな
り、ブラシ検出電圧が＋３Ｖ以内になると指令保持回路
１３からの信号でその状態に保持される。このようにブ
ラシ３と検出ブラシ４との間で検出した電圧に基づいて
、補極および補償巻線の起磁力を調整することができ、
整流を良好に保持することができる。なお、この実施例
では、検出電圧に基づいて補極および補償巻線の起磁力
を調整するようにしているが、励減磁装置の出力を補極
巻線８のみ、あるいは補償巻線７のみに印加して、これ
らのいずれか一方のみの起磁力を調整するようにするこ
ともできる。以上説明したように、本発明によれば、ブ
ラシから火花が発生する限界電圧、例えば約±３Ｖの範
囲を越えて＋３■以上あるいは−３■以下（例えば−４
Ｖ）になると、整流磁束を増加あるいは減少させて、ブ
ラシ出口側のブラシと整流子間の電圧を火花発生限界電
圧以内に調整てきるのて、負荷状態の大小および回転速
度の相違による無火花帯移動現象を補償することができ
、しかも、限界電圧以内のときには、整流磁束を一定に
保持するので、整流状態の良、不良が頻繁に繰返される
ことなく、常に整流状態を良好に維持することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は整流の原理説明図、第２図は整流曲線図、第３
図は整流曲線に対応したブラシ接触電圧降下を示す特性
図、第４図は本発明に係るブラシ出口におけるブラシと
整流子間のスパイク電圧の検出手段を示す概略図、第５
図は本発明の一実施例を示す整流補償装置の電気回路図
、第６図は本発明の他の実施例を示す整流補償装置の電
気回路図である。２・・・整流子、３・・・ブラシ、４・・・検出ブラシ
、７・・・補償巻線、８・・・補極巻線、９・・・補助
補極巻線、１０・・・比較器、１１・・・補極増磁指令
回路、１２・・補極減磁指令回路、１３・・・指令保持
回路、１４・・補助補極巻線励減磁装置、１６・・・補
極および補償巻線励減磁装置。

Claims

【特許請求の範囲】１電機子ならびに整流子を有する回転子と、主極、補
極巻線および補償巻線の少なくともいずれか一方からな
る整流磁束を発生する巻線、ならびにブラシを有する固
定子とを備え、前記電機子への電力の授受を前記ブラシ
ならびに整流子を介して行なうものにおいて、前記ブラ
シの近傍に前記整流子と摺接する検出ブラシを設けて、
前記ブラシから整流子片が離れるときの、前記ブラシと
当該整流子片間の電圧を、前記ブラシと前記検出ブラシ
との間の電圧として検出するように構成し、前記検出電
圧が正の所定値より大になつたときには、前記整流磁束
を発生する巻線にその整流磁束が増大するように電流を
流し、前記検出電圧が負の所定値より小になつたときに
は、前記整流磁束を発生する巻線にその整流磁束が減少
する如く電流を流すように構成し、かつ前記検出電圧の
絶対値が前記所定値以内のときには前記整流磁束を発生
する巻線に流れる電流の値を一定に保つ手段を設けたこ
とを特徴とする直流機の整流補償装置。２特許請求の範囲第１項において、前記検出電圧を基
準電圧と比較し、検出電圧が正の所定値より大になつた
ときには第１の信号を、検出電圧が負の所定値より小に
なつたときには第２の信号を、検出電圧の絶対値が前記
所定値以内のときには第３の信号をそれぞれ出力する比
較器と、前記第１の信号を入力して増磁指令を発生する
回路と、前記第２の信号を入力して減磁指令を発生する
回路と、前記第３の信号により前記増磁指令あるいは減
磁指令を保持する回路と、前記増磁指令あるいは減磁指
令に応じて前記整流磁束を発生する巻線に流れる電流を
制御し、前記指令保持回路で前記増磁指令あるいは減磁
指令が保持されたときには前記整流磁束を発生する巻線
に流れる電流の値を一定に保つ装置とを設けたことを特
徴とする直流機の整流補償装置。３電機子ならびに整流子を有する回転子と、主極、補
極巻線および補償巻線のうち少なくとも補極巻線からな
る整流磁束を発生する巻線、ならびにブラシを有する固
定子とを備え、前記電機子への電力の授受を前記ブラシ
ならびに整流子を介して行なうものにおいて、前記ブラ
シの近傍に前記整流子と摺接する検出ブラシを設けて、
前記ブラシから整流子片が離れるときの、前記ブラシと
当該整流子片間の電圧を、前記ブラシと前記検出ブラシ
との間の電圧として検出するように構成するとともに、
前記補極巻線が巻回された鉄心上に補助補極巻線を巻回
し、前記検出電圧が正の所定値より大になつたときには
、前記補助補極巻線に、前記補極巻線で発生する整流磁
束と同一方向の磁束を発生するように電流を流し、前記
検出電圧が負の所定値より小になつたときには、前記補
助補極巻線に、前記補極巻線で発生する整流磁束と逆方
向の磁束を発生する如く電流を流すように構成し、かつ
前記検出電圧の絶対値が前記所定値以内のときには前記
整流磁束を発生する巻線に流れる電流の値を一定に保つ
手段を設けたことを特徴とする直流機の整流補償装置。４特許請求の範囲第３項において、前記検出電圧を基
準電圧と比較し、検出電圧が正の所定値より大になつた
ときには第１の信号を、検出電圧が負の所定値より小に
なつたときには第２の信号を、検出電圧の絶対値が前記
所定値以内のときには第３の信号をそれぞれ出力する比
較器と、前記第１の信号を入力して増磁指令を発生する
回路と、前記第２の信号を入力して減磁指令を発生する
回路と、前記第３の信号により前記増磁指令あるいは減
磁指令を保持する回路と、前記増磁指令あるいは減磁指
令に応じて前記補助補極巻線に流れる電流を制御し、前
記指令保持回路で前記増磁指令あるいは減磁指令が保持
されたときには前記整流磁束を発生する巻線に流れる電
流の値を一定に保つ装置とを設けたことを特徴とする直
流機の整流補償装置。