JPS62268345A - 直流機の整流補償装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流機の無火花運転のための整流補償装置に関
する。

〔従来の技術〕

直流機の整流補償は、補極鉄心に巻装した補極補助巻線
に流す電流を、ブラシ電圧検出信号あるいは関数発生器
からの制御信号に基づいて制御することによって行われ
ており、具体的には特開昭５８−２０４７５７号公報や
特開昭５１１−１５９６９０号公報に記載されたものが
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の整流補償装置において、ブラシ電
圧検出信号によるものはブラシの振動によってブラシ電
圧が変化するために信転性の高い整流補償制御を行うこ
とができず、また関数発生器からの制御信号によるもの
は摺動面に形成される皮膜等によって特性が変化したと
きにこの変化に追従できないため長期間に亘って安定し
た整流補償制御を行うことができない欠点があった。

従って本発明は、長期間に亘って安定した高信顛性の整
流補償制御を行うことができる補償装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこの目的を達成するために、直流機の負荷電流
と回転数に対応して予め求められた適正補極補助巻線電
流値を記憶する記憶手段と、直流機の運転時の負荷電流
および回転数を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出
手段による検出結果に基づいて前記記憶手段から前記適
正補極補助巻線電流値を読出ず読出し手段と、前記読出
し手段によって記憶手段から読出された適正補極補助巻
線電流値に基づいて前記補極補助巻線電流を制御する電
流制御手段と、整流火花を検出する火花検出手段と、整
流火花検出結果に基づいて前記記１．１手段に記憶され
た適正補極補助巻線電流値を修正する修正手段を備えた
補極補助巻線電流制御装置を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

読出し手段は負荷検出手段による検出結果に基づいて記
憶手段から適正補極補助巻線電流値を読出す。電流制御
手段は記憶手段から読出された適正補極補助巻線電流値
に基づいて補極補助巻線電流を制御して無火花整流とな
るような整流補償を行う。そして実負荷運転期間中に整
流特性が変化して整流火花が発生すると、火花検出手段
がこの火花発生を検出し、修正手段がこの検出結果に基
づいて記憶手段に記憶されている適正補極補助巻線電流
値を補正し、その後の補助巻線電流を修正して整流火発
の発生を防止する。

〔発明の実施例〕

第１図〜第３図を参照して本発明の一実施例を説明する
。

第１図におい゛Ｃ１電機子１は電機子鉄心と該電機子鉄
心に巻回した電機子巻線と該電機子巻線に接続された整
流子によって構成され、その回転数は回転数検出器２に
よって検出される。整流子に摺動する一対のブラシ３ａ
、３ｂのうち一方のブラシ３ａは一方の電源端子４ａに
接続され、他方のブラシ３ｂは補償巻線５と補極巻線６
を介して他方の電源端子４ｂに接続される。継鉄７に設
けられた主極鉄心８には界磁巻線９が巻装されて主極を
構成すると共に、この主極鉄心８には整流火花検出コイ
ル１０が設けられる。また前記継鉄７には補極鉄心（図
示せず）も設けられ、この補極鉄心に前記補極巻線６と
補極補助巻線１１が巻装される。

電機子１における電機子巻線電流の整流は、整流子片が
ブラシ３ａ、３ｂの下を通過することによってこの整流
子片に接続された巻線（整流コイル）の電流の向きが反
転する現象であって、この整流コイルはインダクタンス
成分を有しているためこの電流の変化に応じたりアクタ
ンス電圧がこの整流コイルに誘起される。そしてこのリ
アクタンス電圧が過大になると整流火花を発生ずる。

補極は整流コイルに整流起電力を誘起させてリアクタン
ス電圧を打消すための補極磁束を前記整流コイルに作用
さゼるためのもので、この補極磁束は補極巻線６の電流
によって作られる。しかし、この補極からの磁束量が多
過ぎると過整流となって整流火花が発生しやすくなり、
磁束量が少な過ぎると不足整流となって整流火花が発生
しやすくなる。過整流になって整流火花発生に至るまで
の限界と不足整流になって整流火花が発生するまでの限
界の間が無火花帯となり、この無火花帯の中心で整流が
行なわれるように補極磁束量（以下整流補償量という）
を設定することによって安定した無火花整流状態となる
。整流補償量は補極補助巻線１１に流す補極補助巻線電
流の大きさを制御することによって変えることができる
。

整流補償量を変えるために、補極補助巻線１１は電流制
御回路１２を介して外部電源１３に接続される。電流制
御回路１２は補極補助巻線１１への電流を制御する半導
体スイッチング素子からなる主回路と半導体スイッチン
グ素子の通流時間を決定するゲート回路等で構成される
。電機子１に流れる電機子電流を検出するために電流検
出器１４が設けられ、この電流検出器１４からの電機子
電流検出信号と回転数検出器２からの回転数検出信号は
乗算器１５に導かれてディジタル信号に変換され、マイ
クロコンピュータ１６に入力される。

主極鉄心Ｂに設けられた整流火花検出コイル１０には過
不足整流における整流火花発生時の急峻な電流変化に感
応して電圧が誘起される。この誘起電圧は整流補償量の
過不足によって極性が反転することから、この誘起電圧
から整流火花の発生有無と整流補償量の過不足を知るこ
とができる。整流火花検出コイル１０の出力電圧は波形
処理回路１７を介してマイクロコンピュータ１６に入力
される。

また補極補助巻線電流も電流検出器１８で検出されてマ
イクロコンピュータ１６に入力される。

マイクロコンピュータ１６は電源１９から電力供給を受
け、前記３つの入力信号をもとに前記電流制御回路１２
のためのゲート信号を発生する。

ところで、直流機の補極巻線６による無火花帯の特性は
、第３図のｉａｌに示すように整流補償量が最適な場合
と、（ｂｌに示すように整流補償量が不足で不足整流の
場合と、（ｅ）に示すように整流補償量が過剰で過整流
の場合とがある。直流機はその無火花帯が第３図＋ａｌ
の特性となるように補極の空隙長が設定されるが、個体
差やその後の特性変化によって（ｂ）あるいはｔＣ）の
ように変化する。

この実施例では、直流機を試運転して各負荷状態におけ
る無火花帯を検出し、この無火花帯における中心の整流
補償量を得るための補極補助巻線電流値を求めて記憶手
段に記憶しておき、その後の実負荷運転時には各負荷状
態に応じてこの補極補助巻線電流値を読出して補極補助
巻線電流を制御する。そしてこのような補極補助巻線電
流制御によっても、その後の直流機の特性変化によって
、整流火花が発生した場合にはこれを検出して記憶値を
修正しながら無火花帯で整流が行われるように補極補助
Ｓ線電流を修正する。

このような補極補助巻線電流制御はマイクロコンピュー
タ１６による制御のもとに実行される。

以下、第２図を参照してマイクロコンピュータ１６によ
る制御動作フローを説明する。

ステップ２１では直流機の運転が試運転か実負荷運転か
を判断する。この判断のための信号はオペレータの指示
によって与えられる。試運転である場合にはステップ２
２に移ってそのときの電機子電流！３　（以下、第３図
における電機子電流が■、である場合を例にとって説明
する）と回転数Ｎとを読込み、ステップ２３に移って波
形処理回路１７からの出力信号をチェックして無火花状
態か否かを判断する。無火花状態である場合にはステッ
プ２４に移ってゲート信号を増加させて補極補助巻線電
流を増加し、整流補償量を増加（補極を増磁）する。そ
してステップ２５に移って波形処理回路１７からの出力
信号をチェックして無火花状態か否かを判断する。無火
花状態であればステップ２４に戻って更に増磁し、整流
火花発生が検出されたらステップ２６に移ってそのとき
の補極補助巻線電流＋■□を無火花帯上限値として所定
のメモリエリアに記憶する。

次にステップ２７に移ってゲート信号を減少させて補極
補助巻線電流を減少し、整流補償量を減少（補極をｍ磁
）する。そしてステップ２Ｂに移って波形処理回路１７
の出力信号をチェックして無火花状態か否かを判断する
。無火花状態であればステップ２７に戻って更に減磁し
、整流火花発生が検出されたらステップ２９に移ってそ
のときの補極補助巻線電流−１，１を無火花帯下限値と
して所定のメモリエリアに記憶する。

ステップ３０では上記処理によって検出した無火花帯の
上下限値を示す補極補助巻線電流＋Ｉ　ｐＩ＋−■、２
をもとに、無火花帯中心となる適正補極補助巻線電流値
１９を次式により求めてメモリに記憶する。

このような処理は無火花帯の上限値＋１１と下限値−■
、ｔが第３図ｔａｌに示すような場合に実行され、該直
流機の使用範囲内において電機子電流Ｉと回転数Ｎを変
化させて上記処理をくり返してそれぞれの負荷状態にお
ける適正補極補助巻線電流値ｉ　ｐをメモリに記憶する
。

ところで、直流機の補極巻線６による整流補償量が不足
または過剰で第３図の（ｂ）または（ｃ）のような無火
花帯特性である場合には、電機子電流が１３であるとき
には補極補助巻線電流がＯのときに整流火花が発生ずる
。この整流火花発生がステップ２３で検出されるとステ
ップ３１に移り、波形処理回路１７から入力される信号
の極性をチェックして不足整流か否かを判断する。第３
図の（ｂｌにおけるように不足整流である場合はステッ
プ３２に移ってゲート信号を増加させて補極補助巻線電
流を増加し、整流補償量を増加（補極を増磁）する。

そしてステップ３３に移って無火花状態になったか否か
を判断し、整流火花発生状態であればステップ３２に戻
って更に増磁し、無火花状態が検出されたらステップ３
４に移ってそのときの補極補助巻線電流＋Ｉｐ□′を無
火花帯下限値として所定のメモリエリアに記憶する。

次にステップ３５に移って更に増磁した後にステップ３
６で整流火花が発生しているが否かを判断し、整流火花
が検出されればステップ３７に移ってこのときの補極補
助巻線電流＋Ｌｌ′を無火花帯の上限値として所定のメ
モリエリアに記↑ａする。その後、ステップ３８に移っ
て上記処理で検出した無火花帯のト下限値”’　Ｉｐｌ
　′＋　　”　Ｉｐ２′をもとに無火花帯の中心となる
適正補極補助巻線電流値ｉ、、′を次式により求めてメ
モリに記ｊｌする。

一方、第３図のｆｃｌに示すように過整流である場合に
はステップ３１からステップ３９に移り補極を減磁する
。このときは補極補助巻線電流の方向を反転させる。そ
してステップ４ｏで整流火花を検出し、無火花状態にな
るまで減磁する。無火花状態が検出されるとステップ４
１に移ってこのときの補極補助巻線電流−１ｐ１″を無
火花帯の１−限値として所定のメモリエリアに記憶する
。その後、ステップ４２で更に減磁し、ステップ４３で
整流火花が発生しているか否かを判断し、整流火花が発
生ずるまで減磁をくり返す。そして整流火花の発生が検
出されるとステップ４４に移ってこのときの補極補助巻
線電流−１ｐ□″を無火花帯の下限値として所定のメモ
リエリアに記憶する。ステップ４５では前記−ト下限値
−ＩＰ１″＋　　　Ｔｐ□′をもとに無火花帯の中心と
なる適正補極補助巻線電流値ｉｐ　＃を次式により求め
てメモリに記憶する。

なおステップ３０ａ、３８ａおよび４５ａは前述した処
理において記憶した適正補極補助巻重流値ｉｐ、ｉｐＮ
を読出して実負荷運転時の補極補助巻線電流制御を実行
しているときの整流火花検出時に、メモリに記憶した前
記補正補極補助巻線電流値ｉ　ｐ〜１ｐＩＩを修正する
処理である。

このようにして各負荷状態において望ましい適正補助巻
線電流値１ｐｘｉｐ”が記憶され、その後の実負荷運転
時にはステップ４６において電機子電流Ｉと回転数Ｎを
取込んでステップ４７に移り、この電機子電流■と回転
数Ｎに応じた適正補極補助巻線電流値１ｐｘｉｐ″をメ
モリから読出す。そしてステップ４８に移り、この値に
応じた適正補極補助巻線電流を補極補助巻線１１に流す
ように電流制御回路１２へのゲート信号を制御する。そ
の後、ステップ４９において整流火花が発生しているか
否かを判断し、無火花状態であればステップ５０でその
まま運転を継続する。

試運転時に求めた適正補極補助巻線電流値ｉ。

〜ｉｐｓに従って補極補助巻線電流を制御している場合
であっても、無火花帯が狭く、しがもその後に整流子に
形成される皮膜等の影響によって整流特性が変化すると
、整流火花が発生することがある。この場合にはステッ
プ４９がらステップ５１に移り、波形処理回路１７から
の出力信号をチェックして過整流か否かを判断し、過整
流の場合にはステップ５２に移って補極補助巻線電流修
正値−ΔＩｐを求める。補極補助巻線電流修正値−Δ■
ｐは波形処理回路１７からの出力信号の大きさに対応し
て予め定められており、この修正値−ΔＩｐを取得した
後にステップ３Ｑａ、３８ａまたは４５ａに戻って適正
補極補助巻線電流値ｉｐ〜１９″の記憶値を修正する。

一方、ステップ５１で不足整流と判断された場合にはス
テップ５３に移り、前述の場合と同様に予め定められた
補極補助巻線電流修正値＋ΔＩｐを取得してステップ３
０ａ、３８ａまたは４５ａに戻って補極補助巻線電流値
１９〜ｉｐ′の記憶値を修正する。

その後はこの修正された適正補極補助巻線電流値１９〜
１９″を読出しての補極補助巻線電流制御が実行され、
このときに整流火花が発生すれば再び適正補極補助巻線
電流値１ｐｘｉ、”の記憶値が修正される。

以上に述べた実施例は、適正補極補助巻線電流値１９〜
ｉ、、＃を直流機の試運転による実測結果で求めたが、
設計値から求めて設定してもよく、また、無火花帯の中
心位置以外の値を適正値としてもよい。更に、整流火花
の検出は、検出ブラシをブラシ後端に設けるスタッド形
火花検出法、ブラシ間電圧に重畳される火花ノイズを検
出する電機子電圧検出法等を採用してもよい。更に、電
機子電流Ｉや回転数Ｎはそのままマイクロコンピュータ
１６内に取込んで処理してもよいことは明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、整流補償量制御のための適正補
極補助巻線電流値を記憶手段に記ｔａさせておき、実負
荷運転時にこの適正補極補助巻線電流値を読出して補極
補助巻線電流を制御するので整流補償量が適正になり、
またその後の整流特性の変化によってこの記憶値では整
流火花が発生するようになった場合にはこの記憶値を修
正するようにしたので、長期間に亘って安定した整流補
償制御を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は電気的
ブロック図、第２図は整流補償制御を実行するマイクロ
コンピュータの動作フローチャート、第３図１ａ）〜（
Ｃ）は無火花特性図である。 １・・・・・・電機子、２・・・・・・回転数検出機、
３ａ。 ３ｂ・・・・・・ブラシ、６・・・・・・補極巻線、８
・・・・・・主極鉄心、９・・・・・・界磁巻線、１０
・・・・・・整流火花検出コイル、１１・・・・・・補
極補助巻線、１２・・・・・・電流制御回路、１４・・
・・・・電流検出器、１６・・・・・・マイクロコンピ
ュータ。 第１図 ２−一一一口転叡積出に １０−−−一艶流丸糺検出コイル １１−−−一補掻補Ｉ１７ＪＭＬ １２−−−−を乏制ｇ口距 １４−−−一電滴Ｊ命出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、主極鉄心と界磁巻線とを有する主極と、補極鉄心と
   補極巻線および補極補助巻線を有する補極と、電機子鉄
   心と該電機子鉄心に巻回した電機子巻線と該電機子巻線
   に接続された整流子を有する電機子と、前記整流子に摺
   動するブラシとを備えた直流機と、前記補極補助巻線に
   電流を流して整流補償を行う補極補助巻線電流制御装置
   とを備えた直流機の整流補償装置において、前記補極補
   助巻線電流制御装置は、前記直流機の負荷電流と回転数
   に対応して予め求められた適正補極補助巻線電流値を記
   憶する記憶手段と、前記直流機の運転時の負荷電流およ
   び回転数を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段
   による検出結果に基づいて前記記憶手段から前記適正補
   極補助巻線電流値を読出す読出し手段と、前記読出し手
   段によつて記憶手段から読出された適正補極補助巻線電
   流値に基づいて前記補極補助巻線電流を制御する電流制
   御手段と、整流火花を検出する火花検出手段と、整流火
   花検出結果に基づいて前記記憶手段に記憶された適正補
   極補助巻線電流値を修正する修正手段とを備えることを
   特徴とする直流機の整流補償装置。