JPS6070982A - プラシレス同期電動機装置 - Google Patents

プラシレス同期電動機装置

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JPS6070982A
JPS6070982A JP58176488A JP17648883A JPS6070982A JP S6070982 A JPS6070982 A JP S6070982A JP 58176488 A JP58176488 A JP 58176488A JP 17648883 A JP17648883 A JP 17648883A JP S6070982 A JPS6070982 A JP S6070982A
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JP
Japan
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circuit
field winding
voltage
thyristor
main machine
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Masanao Nanba
南波 正直
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • H02P25/03Synchronous motors with brushless excitation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)

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〕 本発明は主機同期電動機の界磁回路非対称に起因するト
ルク脈動を抑制できるブラシレス同期電動機装置に関す
る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
最近同期電動機においては、保守点検を軽減する目的で
プランレス化が一般的となって来た。しかしてこのブラ
シレス同期電動機装置の始動は誘導電動機と同様傷二非
同期始動が採用されるが、従来は界磁回路の非対称性の
ため、脈動トルクからなる過渡的トルクが、負荷と連結
されている回転軸に捩り振動を与え、繰返し作用(:よ
る回転軸の彼方破断という大事故に至る恐れがあり、回
転軸は太く高強度のものにしなければならず、非常に高
価なものとなる欠点があった。この捩り振動を発生する
原因を検討の結果、本発明者は原因を突き止めたので第
1図を参照して説明する。
第1図は従来の自動的:;同期引入れが行なわれるいわ
ゆる自動同期投入回路付ブラシレス同期電動機装置の一
例の回路図である。W&1図において、(1)はサイリ
スタ01)とダイオード0りからなる回転整流器、(2
)は励磁用電機子巻線Cυと励磁機界磁巻線(2湯から
なる交流励磁機、(3)はサイリスタOυとダイオード
0″3を逆並列にした短絡制御サイリスタ回路、(4)
は主機電機子巻線(40と主機界磁巻線(4りからなる
主機同期電動機である。主機同期電動機(4)の主機界
磁巻線(4邊を有する図示しない回転子と、交流励磁機
(2)の励磁用電機子巻線Cυを有する図示しない回転
子と、回転整流器(1)と、短絡制御サイリスタ回路(
3)等は図示しない回転軸にて同軸;:設けられている
。始動初期は回転整流器(1)のサイリスタ(II)が
オフ状態で、短絡制御サイリスタ回路(3)が放電抵抗
器(ハ)を介して主機界磁巻線(421を短絡し、誘起
電圧の異常を抑制している。しかし始動終期の同期速度
近くにおいては、主機界磁巻線(431ニー誘起される
電圧の値が小さくなり、一方の端子(J)が負極性の電
圧の時はダイオード翰で短絡されるが、その端子(J)
が正極性の電圧の場合は、その電圧が定電圧ダイオード
0!19を動作させてサイリスタGυをオンさせる電圧
(クリップ電圧とも言う)以下ではオフ状態となる。こ
のような状態はすべりが5%付近以下2%程度の間で起
こる。更:二すべりが小さくなりって2%程度になると
、適位相投入制御回路(51)が回転整流器(1)のサ
イリスタ(11Jをオンさせる信号を発し、主機界磁巻
線(43が直流励磁され、その同期化力により、同期速
度?=引入れされる。しかし5%から2%のすべりの間
は、前記一方の端子(J)が正極性の時は主機界磁巻線
(4つはサイリスタc31)がオフであるため開放であ
り、負極性の時は放電抵抗器(ハ)で短絡されることに
なり、極性による主機界磁巻線(4z(非同期機の2次
側に相当する)側の開放、短絡の非対称性が生じる。こ
の時、主機界磁巻線(4力には一定方向に間けり電流が
流れ、電動機のトルク変動が大きくなり、回転軸に対し
て大きな捩り振動を発生させたり、電機子電流の変動が
大きくなり、電源ζ二対して擾乱を与えること艦=なる
〔発明の目的〕
本発明は始動初期は勿論のこと、同期引入れ前のすべり
が5%程度から2%程度までの間でも主機界磁巻線に流
れる電流の非対称性を無くし、回転軸へのトルク脈動、
電源に対する擾乱を少なくし、滑らかな始動特性を有す
るブラシレス同期電動機装置を提供することを目的とす
る。
〔発明の概要〕
本発明?=おいては、主機同期電動機の回転子と交流励
磁機の回転子と回転整流器とを同軸に設け、主機同期電
動機の回転子の主機界磁巻線に交流励磁機の回転子の励
磁機電機子巻線の出力を回転整流器C二て直流ζ二変換
して励磁電流を供給するブラシレス同期電動機装置にお
いて、2個のサイリスタを逆並列にした短絡制御サイリ
スタ回路を主機界磁巻線と並列に設け、この短絡制御サ
イリスタ回路の各々のサイリスタのゲート回路は各々の
7ノードζ二はぼ同じ所定の電圧で動作する定電圧ダイ
オードで接続し、各短絡制御サイリスタに順方向に印加
される所定の電圧値以上で短絡状態となりそのサイリス
タを導通させる構成とし、更に主機界磁巻線と並列に、
抵抗器、コンデンサ、ダイオード等の電子部品で構成さ
れ、界磁誘起電圧を検出し、適切な周波数、位相口より
前記回転整流器の主機界磁巻線への導通信号を発する適
位相投入制御回路を設け、主機同期電動機始動中、主機
界磁巻線に誘起される電圧が低下し、前記短絡制御サイ
リスタが不導通状態になった回転速度以上の範囲で前記
適位相投入制御回路を動作させ、主機界磁巻線ζ二励磁
電流を流すようζ二したことζ二より、主界磁巻線に流
れる電流の非対称性を無くして、始動を滑らかにするも
のである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例(二ついて、第2図を参照して
説明する。第2図において、(1)はサイリスタ00と
ダイオードa3によって構成されるいわゆる三相混合ブ
リッジ回路の回転整流器である。(2)は励磁用電機子
巻線(21)と励磁機界磁巻線(221からなる交流励
磁機である。(3)は2個のサイリスタCl1) 、 
C14)を逆並列にした短絡制御サイリスタ回路である
(4)は主機電機子巻線(41)と主機界磁巻線(42
1からなる主機同期電動機である。主機同期電動機(4
)の主機界磁巻線(4りを有する図示しない回転子と、
交流励磁機(2)の励磁用電機子巻線CI)を有する図
示しない回転子と、回転整流器(1)と、短絡制御サイ
リスタ回路(3)等は図示しない回転軸にて同軸:二設
けられている。励磁用電機子巻線(2υの出力は回転整
流器(1)の交流入力側ζユ接続されている。回転整流
器(1)の直流出力側は主機界磁巻線(421と、短絡
制御サイリスタ回路(3)に放電抵抗器(至)を直列3
二したものとの並列回路に接続されている。その一方の
端子を(J)、他方の端子な億)とする。短絡制御サイ
リスタ回路(3)の各々のサイリスタ(31) 、 C
34)のゲート回路は各々のアノードにはぼ同じ所定の
電圧で動作する定電圧ダイオードO■、 C161で接
続されている。また両端子(J) 、 (K)間C二は
数10にΩ程度の高い値の誘起電圧検出抵抗器(511
→を含む抵抗器、コンデンサ、ダイオード等の電子部品
で構成され、界磁誘起電圧を検出し、適切な周波数、位
相により前記回転整流器a1)の主機界磁巻線(42へ
の導通信号を発する適位相投入制御回路(51)が接続
されている。この適位1相投八制御回路(51)から、
従来公知の方式のように、励磁投入信号保持回路(52
)およびゲート回路(53)を介して、回転整流器(1
)のサイリスタ0υがオンする点弧信号を与えることが
出来る構成になっている。
次1兵作用について説明する。
主機同期電動機(4)は非同期始動(二より停止(すべ
り=1.0)から回転速度が上昇する。この時、主機界
磁巻線(4つには交流電圧が誘起される。端子(J) 
、 (K)が開放状態(誘起電圧検出抵抗器(511)
が接続されているが高抵抗であるから無視できる)であ
れば非常に高い電圧が誘起されるが、短絡すると誘導電
流が流れる。今、一方の端子(J) !=正極性の電圧
が誘起されたとすると、短絡制御サイリスタ回路(3)
の第2図の左側のサイリスタaυは不導通であるため高
電圧を発生しようとする。しかし定電圧ダイオード(ハ
)がその動作電圧(クリップ電圧)を越えるとインピー
ダンスが小さくなり、前記サイリスタGυをオンさせ、
主機界磁巻線0りは放電抵抗器(ハ)によって短絡され
る。従って短絡電流が流れ、主機界磁巻線(6)両端間
の電圧は、この電流と放電抵抗値で決まる電圧に抑制さ
れる。次の半サイクルには前記一方の端子(J)が負極
性C二なるため、前記左側のサイリスタGυはオフとな
り、さきの半サイクルとは逆極性の高電圧が誘起されよ
うとする。しかし今度は、右側のサイリスタ(ロ)の定
電圧ダイオード(至)の動作電圧(:なると、急に七の
インピーダンスが小さくなり、右側のサイリスク(財)
をオンして主機界磁巻線0りは放電抵抗器(至)で短絡
され、短絡電流が流れる。画定電圧ダイオードGツ、(
至)の動作電圧はほぼ同一であるから、以上の動作は主
機界磁巻線(43からみると、いずれの極性でも同等の
短絡状態であって、極性(=よる対称性は守られている
次(二回転速度が上昇し、すべりが5%程度の低い値(
=なると、主機界磁巻線(4邊の誘起電圧が減少してく
る。そしてその値は定電圧ダイオード(3!it 。
(至)の動作電圧(クリップ電圧)以下になると、もは
やいずれのサイリスタG1)、(財)もオンしなくなる
即ち、主機界磁巻線(42は一転して常に開路状態にな
る。しかし第1図に示した従来の場合と異なり、極性に
よる非対称性状態にはならない。そしてこのとき、適位
相投入制御回路(51)の誘起電圧検出抵抗器(511
) −二は主機界磁巻線(43の電圧が印加されており
、従来公知の機構の通り、すべり周波数、位相を検出す
る機能が発揮し、抵抗器、コンデンサ、ダイオード等の
電子部品の組合せで決定される約2%程度のすべり周波
数と位相タイミングにおいて励磁投入信号を発し、励磁
投入信号保持回路(52)およびゲート回路(53)を
通じて、回転整流器(1)のサイリスタ(111がオン
されることになる。この時すでに交流励磁機(2)の励
磁機界磁巻線(財):=は励磁が掛けられており、励磁
用電機子巻線り29には電力が確立しているので、直ち
に主機界磁巻線(4りを直流励磁できることになるのも
従来公知の通りである。この励磁電流が同期化力を発生
し、主機同期電動機(4)を非同期状態から同期状態へ
と引入れが行なわれ始動が完了する。
本実施例の効果を述べると次のようになる。
非同期状態のあらゆる状態、即ち、短絡制御サイリスタ
回路(3)の各サイリスタ61)、(ロ)がオンする5
%以上のすべりC二おける主機界磁巻線の短絡状態、お
よび5%以下のすべりにおける主機界磁巻線(43の開
路状態のいずれにおいても、主機界磁巻線(43の誘起
電圧の極性による非対称性は全くない。
従って、第1図に示した従来の構成に比べ、トルクや電
機子電流の変動は著しく改善される。このことは負荷と
連結する回転軸(=発生する捩り振動が減少することに
なり、機械系としての安定性が増し、信頼性が向上する
ことになる。特に同期速度付近の5〜2%程度のすべり
では、主機同期電動機(4)の発生トルクが最も大きく
なる領域であり(第3図参照)、また負荷反抗トルクも
増大する領域であるので、トルク変動を少なくすること
はスムーズに加速でき、ひいては加速時間も短縮できる
ことになる。例えば第3図は非同期始動中の発生トルク
とすべりの関係を示すが、すべりが5〜2%の領域で第
1図の従来例のものは、主機界磁巻線(44の誘起電圧
および短絡電流の非対称性(二基く脈動トルク幅が破線
で示すTpminおよびTpmaxの幅で変動し、負荷
反抗トルクの曲線との交点A′で交叉し、2%のすべり
までは回転速度が上昇しない場合がある。これに対し、
本実施例のものは第3図中、電動機発生トルクとして示
した曲線のように、トルクに脈動がないから、負荷反抗
トルクの曲線とA点で交叉し、すべりが2%より小さい
速度まで加速でき、同期引入れは確実に可能となる。
第4図に示す実施例は第2図の放電抵抗器03を除去し
たものである。第は第2図の通りである。
このようにした効果としては次の点が挙げられる。
(1)回転軸に装着される部品の一つ(放電抵抗器)が
なくなるので、回転子の構造が単純5二なり、軸方向長
さが短縮される等の小形化の利点がある。
このことは機械構造的な信頼性が向上することになり、
特に高速機においては有利である。
(2)放電抵抗器(至)内での損失、発熱がなくなるの
で比較的耐熱性に欠ける半導体等を備えて構成される適
位相投入制御回路(51)等への影響もなくなり、寸法
的C二手形で、配置場所の選定自由度の高い制御回路装
置を構成できる。
その他の作用効果は第2図の実施例と同様である。
第5図に示す実施例は、第4図の回転整流器(1)の構
成をダイオードa邊が6個の完全ブリッジ構成とし、直
流励磁回路に励磁投入サイリスタ(6)を設け、非同期
始動時はオフ、同期引入れ時はゲート回路(53)の信
号によってオンされ、励磁される機能を有する構成であ
る。
このようにしても第4図に示した実施例と同様の作用効
果が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、主機同期電動機
が停止状態から始動完了同期引入れに至るまでの非同期
始動中、主機界磁巻線に誘起される電圧およびその電圧
によって流される電流に対して、極性による対称性が保
たれるので、特にスベリが小さく、電動機発生トルクが
最も大きい領域でのトルク変動抑制に大きな効果があり
、回転軸に加わる捩り振動疲労に対して寿命を長くし、
長期に亘る信頼性の高いブラシレス同期型11機装置を
提供することができる。
【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装置を示す回路図
、第2図は本発明のブラシレス同期電動機装置の一実施
例を示す回路図、第3図は第1図と第2図の装置の始動
トルク特性を比較して示す曲線図、!J4図および!J
5図はそれぞれ異なる他の実施例を示す回路図である。 1・・・回転整流器 2・・・交流励磁機21・・・励
磁用電機子巻線 3・・・短絡制御サイリスタ回路 31.34・・・2個のサイリスタ 35 、36・・・定電圧ダイオード 4・・・主機鰍同期電動機 41・・・主機電機子巻線 42・・・主機界磁巻線 51・・・適位相投入制御回路 52・・・励磁投入信号保持回路 53・・・ゲート回路 代理人 弁理士 井 上 −男

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 主機同期電動機の回転子と交流励磁機の回転子と回転整
    流器とを同軸に設け、主機同期電動機の回転子の主機界
    磁巻線に交流励磁機の回転子の励磁機電機子巻線の出力
    を回転整流器にて直流に変換して励磁電流を供給するブ
    ラシレス同期電動機装置において、2個のサイリスタを
    逆並列にした短絡制御サイリスタ回路を主機界磁巻線と
    並列に設け、この短絡制御サイリスタ回路の各々のサイ
    リスタのゲート回路は各々のアノードにほぼ同じ所定の
    電圧で動作する定電圧ダイオードで接続し、各短絡制御
    サイリスタに順方向に印加される所定の電圧値以上で短
    絡状態となりそのサイリスタを導通させる構成とし、更
    に主機界磁巻線と並列に、抵抗器、コンデンサ、ダイオ
    ード等の電子部品で構成され、界磁誘起電圧を検出し、
    適切な周波数、位相により前記回転整流器の主機界磁巻
    線への導通信号を発する適位相投入制御回路を設け、主
    機同期電動機始動中、主機界磁巻線C二誘起される電圧
    が低下し、前記短絡制卸サイリスタが不導通状態(二な
    った回転速度以上の範囲で前記適位相投入制御回路を動
    作させ、主機界磁巻線に励磁電流を流すようC二したこ
    とを特徴とするブラシレス同期電動機装置。
JP58176488A 1983-09-26 1983-09-26 プラシレス同期電動機装置 Granted JPS6070982A (ja)

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JP58176488A JPS6070982A (ja) 1983-09-26 1983-09-26 プラシレス同期電動機装置

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JPS6070982A true JPS6070982A (ja) 1985-04-22
JPH0474955B2 JPH0474955B2 (ja) 1992-11-27

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JP (1) JPS6070982A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2321095B (en) * 1997-01-10 2001-03-07 Smiths Industries Plc Reinforced tubes
CN111245310A (zh) * 2020-02-28 2020-06-05 郑州轻工业大学 一种基于转矩特性的异步起动永磁同步电机快速起动方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2321095B (en) * 1997-01-10 2001-03-07 Smiths Industries Plc Reinforced tubes
CN111245310A (zh) * 2020-02-28 2020-06-05 郑州轻工业大学 一种基于转矩特性的异步起动永磁同步电机快速起动方法
CN111245310B (zh) * 2020-02-28 2021-08-06 郑州轻工业大学 一种基于转矩特性的异步起动永磁同步电机快速起动方法

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JPH0474955B2 (ja) 1992-11-27

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