JPS6260497A - 単相誘導電動機速度制御装置 - 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】 誘導電動機の速度制御装置としてはその保守上の観点よ
り篭形回転子の誘導電動機を対象とするものが好ましい
。本発明はそのような篭形誘導電動機の速度制御装置に
関するものである。特に本発明は単相篭形誘導電動機に
ついての発明であるが、小容量篭形誘導電動機にはその
電源の関係により、単相電動機が多い。単相篭形誘導電
動機はその構造が簡単であるが、容量が小さいことでも
あり、低速領域まで速度を制御することは稀である。然
し単相誘導電動機の始動トルクは零であるから、自己始
動させるためには何らかの始動装置が必要で、次のよう
な方法がある。（１）分相始動方式：固定子主巻線と電
気角で直角の位置に補助巻線を設けた始動方式。（２）
コンデンサーモーター：補助巻線に直列にコンデンサー
を接続して、始動または運転をおこなう方式。

今その中のコンデンサーモーター始動方式を簡単に説明
すると、次のようである。第１図は篭形回転子２と固定
子１から成る電気接続図である。

ＷＭ、ＷＡはそれぞれ主巻線及び補助巻線であり、Ｃは
ＷＡに直列に接続されたコンデンサーである。端子に印
加された電圧Ｖにより電流Ｉが流れるが、この電流Ｉは
主巻線の電流ＩＭと補助巻線ＩＡのベクトル和である。

このＶ、ＩＡ、ＩＭのベクトル関係は第２図のようにＩ
ＡはＶより電気角■Ａ進み、ＩＭはＶより電気角■Ｍお
くれる関係となる。

第１図で補助巻線回路を切り、主巻線だけにした時の特
性は第３図の破線Ｊのようである。又主巻線と補助巻線
を合せた特性は第３図の実線Ｚの特性となる。第３図で
横軸ｎは回転速度、縦軸ｔはトルクを表わす。第３図の
特性において実線の特性Ｚはあくまでも始動特性であり
、一定の低回転速度では決して安定運転できない。何故
ならば実線特性Ｚのトルクが負荷の要求するトルク特性
Ａよりも大きいと、静止点よりＴ点まで加速されて、Ｔ
点でおちつくことになるからである。

本発明の目的はこのような単相篭形誘導電動機において
、低速領域から高速領域に到るまで、広範囲に速度を制
御できる装置を簡単に造り出すことにある。

このような目的を達成せしめるため、本発明ではその具
体的な電気接続図の第４図に示すように、固定子巻線３
の外部接続端子４、５と電源６との間に、固定子巻線３
への印化電圧を制御しうる第一の装置７、８を接続し、
又上記外部接続端子４、５とは別の固定子巻線中間端子
９、１０と、これに対し電流を供給しうる何らかの電力
源、本例では固定子溝中に入れられた励磁巻線１１、と
の間に、上記中間端子９、１０に加える電圧を制御しう
る第二の装置１２を接続するのである。

第４図において、固定子巻線と述べたのは１６、１７、
１８、１９から成る電機子巻線のことであり、１６と１
７が直列に接続され、１８と１９も直列に接続される。

更に１６−１７の直列回路と１８−１９の直列回路が並
列接続され、巻線１６と巻線１７の間及び巻線１８と１
９の間を中間端子９及び１０とする。このようにして巻
線１６、１７、１８、１９によりブリッジ回路が造られ
るのである。この電機子巻線１６、１７、１８、１９に
対し補助巻線１３とコンデンサー１４の直列回路を並列
接続する様子は第１図と同様である。

第４図では励磁巻線１１とコンデンサー１５を直列に接
続し、それから制御素子付き整流器より成る順変換装置
１２を接続し、その直流側端子を電機子巻線の中間端子
９、１０に電気接続して、電機子巻線１６、１７、１８
、１９には二種類の電流が流れるように配列する。元来
、単相篭形誘導電動機は固定子溝の断面積を見た場合、
その２／３の空間だけが巻線配列に利用され、残り、即
ち溝空間の１／３は遊んでいる。この遊び空間に補助巻
線１３及び励磁巻線１１を挿入すれば、装置全体として
コンパクトになる。第５図は第１図の電機子巻線１６、
１７、１８、１９、補助巻線１３、励磁巻線１１の展開
図の一例を示したもので、一層巻の例を示している。第
４図の補助巻線１３の両端子を２０、２１とし、励磁巻
線１１の両端子を２２、２３とすると、第５図に付せら
れた符号はすべて第４図のそれに対応する符号と同一の
ものを示すとする。第４図の実線矢印はある瞬間の負荷
電流を示し、点線矢印はある瞬間の励磁電流を示す。第
５図の三角形印はある瞬間の電流、特に負荷電流を主体
とし、励磁巻線１１の電流も合せて示した。これにより
、この例では２極磁極が造られることが判る。第５図、
第６図は同一の導線配列を示し、１〜３６の溝にコイル
片が配列されている。（１）（２）（３）・・・（３６
）は溝番号を示す。第６図の三角形印は第４図における
電機子巻線１６、１７、１８、１９中の点線矢印で示す
電流を示すものである。第４図の場合、励磁巻線１１を
電力源として中間端子９、１０を通して電機子巻線中を
流す電流である。この電流によって４極の磁界が造られ
ることが判る。このようにして固定子電機子巻線の中を
流す電流が二種類同時にあり、且つ第４図の矢印のよう
な場合、それらニ種類の電流により造られる磁極の極数
は互いに１対２又は２対１の関係となる。第５図と第６
図の例では第５図の場合と第６図の場合とで造られる磁
極の極数の比が２極対４極、つまり１：２となっている
が、逆に２対１とすることも出来ることが容易に判る。

これに対して回転子は篭形回転子であるから、２極とし
ても４極としても動作する。以上のように磁気回路を兼
用した場合、固定子巻線と回転子巻線の間の電磁誘導的
な動作は次のようになる。すなわち、同一極数間の固定
子巻線と回転子巻線の間は電磁的に作用し合い、異なる
極数間の固定子巻線と回転子巻線との間は互いに作用し
合わない。第４図と第５図第６図の組み合わせの例によ
ると、電源６から交流電力を受けた固定子電機子巻線で
は実線矢印の電流により２極磁極が回転し、それにより
回転子巻線に電圧を誘導し、回転子巻線に負荷電流を流
し、２極誘導電動機として働らくように回転トルクを発
生する。一方電力源である励磁巻線１１から第４図の例
ではコンデンサー１５を経て制御素子付き整流器１２を
通し電機子巻線の中間端子９、１０の間に電圧を加えて
、電機子巻線に点線矢印の電流を流して直流による固定
磁界を造り、この４極固定磁界の中を駆動回転する４極
巻線に交流電圧が誘起される。その４極巻線に電流が流
れて、制動力がかゝることになる。第４図において電機
子巻線の外部接続端子４、５と電源６の間に設けられた
第一の電圧制御装置として逆並列接続された制御素子付
き整流器７、８が接続され、その制御素子付き整流器の
制御素子を制御装置２４が設けられる。この制御装置２
４により７、８の制御素子付き整流器の位相が制御され
、それにより外部接続端子４、５に加えられる交流電圧
が制御されることになる。このようにして電機子巻線の
外部接続端子４、５に加えられる電圧が制御されること
により電動機としての速度トルク特性曲線は第１０図に
示すｆよりｌへの変化に見られるように変化制御される
。

第１０図において横軸は回転速度ｎ［ｒｐｍ］を、又縦
軸はトルクｔ［Ｎ−ｍ］を表わす。電機子巻線の中間端
子９、１０の間に接続された第二の電圧制御装置１２は
交直変換装置の直流側回路である。その制御素子付き整
流器はその制御装置２５により位相制御され、それによ
って中間端子９、１０の間に加えられる直流電圧が制御
される。

その結果、電機子巻線中を流れる点線矢印の電流が調整
又は制御され、変化する。

第４図に示す第一の電圧制御装置７、８の制御だけで変
化させうる特性の変化領域は第１０図で示すと、ｆとｌ
の曲線で囲まれる領域である。又第二の電圧制御装置１
２の制御でかけられるトルクは制動トルクとしてｈ、ｇ
のようであり、これを正のトルクとして表わすとｈ１、
ｇ１のようになる。従って第一の電圧制御装置７、８を
制御せずに単に第二の電圧制御装置１２の制御で得られ
るトルク特性はｋ、ｐのようになり、ｆとｐの曲線で囲
まれた領域がその制御範囲となる。このように第一の電
圧制御装置や第二の電圧制御装置の単独の制御ではその
制御範囲が狭い。これに対し、第一の電圧制御装置で第
１０図のｆからｌまで制御し、更に第二の電圧制御装置
で第１０図のＯＭからｇまで制御したとすると、制御範
囲は全体でｆとｑの曲線で囲まれた非常に広範囲の領域
となり、負荷特性が大きく変化しても、これに対応する
ことが出来る。

第４図の装置で次のような速度制御をすることも出来る
。電動機の回転速度を回転軸で検出し、これを回転軸速
度変換機構により速度変換装置に信号を與えることにな
る。一方制御装置２４により電動機に加える電圧を制御
すると共に、速度設定値制御機構が制御されて速度設定
装置の設定点が制御されることになる。このようにして
速度設定装置において速度設定点が適当に設定されて、
設定された速度と実際の速度が比較装置において比較さ
れ、その比較誤差の信号が制御装置２５に與えられ、そ
れによって制御素子付き整流器を制御し、中間端子９、
１０の間に加えられる電圧が制御されることにより、上
記の比較誤差の値が小さくなるように働らき、結局電動
機の回転速度は各速度設定点に近づくことになる。第４
図において第二の電圧制御装置１２と電力源１１との間
に接続されたコンデンサー１５は損失なく而も中間端子
９、１０に加えられる電圧を減じる目的で装備されるも
のであって、必らずしも本発明に必須の装置ではない。

既に述べたように第４図で第一の電圧制御装置７、８と
第二の電圧制御装置１２との出力制御部を同時関連的に
制御する配列を示したが、必らずしもそのような制御の
みに限定するものではなく、種々の制御方式が考えられ
る。

第７図は第４図の場合と比較して次のような点で相異が
ある。すなわち第７図では第二の電圧制御装置１２が逆
並列接続された制御素子付き整流器２６と２７より成る
。第７図の場合、逆並列接続された制御素子付き整流器
２６、２７は単相回路に直列に二組設けられているが、
これは何れか一組だけで良いと考えられる。第１１図は
そのような簡略化した回路が示され、第７図の場合と比
較して電圧制御装置が８及び２６を省略したものを示し
ている。第１２図は第４図の一方の第一の電圧制御装置
８が削除され、簡略化されたものである。第１３図は電
力源として第４図や第７図などに設けられた励磁巻線１
１の代りに変成器２８が設けられた場合が示される。変
成器２８の一次巻線２９は電源６と接続され、二次巻線
３０は第二の電圧制御装置である順変換装置１２の交流
側端子と接続する。第一の電圧制御装置７と第二の電圧
制御装置１２の間を制御装置２４と２５との間で結ぶ一
点鎖線３１で示したのは前記のように同時関連的に制御
されることを意味している。

今まで述べてきた第４図、第７図、第１１図乃至第１３
図における電機子巻線１６〜１９の接続は第８図や第９
図のような巻線接続により造られることが判る。第８図
や第９図の符号は第４図などにつけられた同符号と同一
のものを示す。このようにして第８図や第９図では第４
図の実線矢印に対応する電流つまり電機子巻線の外部接
続端子４、５より入る電流と、点線矢印に対応する電流
つまり電機子巻線の中間端子より入る電機子巻線電流が
示される。第８図の接続では実線矢印の電流により４極
磁界が造られる一方、点線矢印の電流により２極磁界が
造られることが判る。又第９図の接続では実線矢印の電
流により２極磁界が造られ、点線矢印の電流により４極
磁界が造られることが判る。このようにして、実線矢印
の電流によって造られる磁界の磁極数と点線矢印の電流
によって造られる磁界の磁極数との比を１対２又は２対
１とすることができることが判る。このような磁極数の
比が１対２又は２対１の関係にある巻線間は電磁的に作
用がなされず、同一磁極数の巻線間のみ相互に電磁的作
用が働らく。

第５図と第６図で示した電機子巻線配列は一層巻であっ
たが、二層巻の配列をする場合でも本発明は成り立つこ
と当然であり、第１４図と第１５図にそれを示す。第１
６図はそのような巻線接続であり、外部接続端子Ｕ、Ｖ
の間に中性点ｎが接続され、中間端子ｕ１、ｕ２、及び
ｖ１、ｖ２の間が何れも第７図の中間端子９、１０に対
応せしめうる。

第１５図は第１６図の巻線接続に対応し、その電機子巻
線展開図を示す。第１４図はａ、ｂなる端子間に第４図
の励磁巻線１１が接続され、ｃ、ｄなる端子間に第４図
の補助巻線１３が接続されることを示す。第１４図と第
１５図において、コイル片が示されるが、実線で示した
コイル片は上口のコイル片であり、点線で示したコイル
片は下口のコイル片である。第１４図と第１５図で示さ
れた三角印はある瞬間の電流を示したものであるが、第
１５図は負荷電流だけを示し、中間端子ｕ１ｕ２及びｖ
１ｖ２から入る電流は示されていない。

今まで述べてきた本発明の装置において、低速領域で大
きいトルクを出し、安定なトルク−速度特性を確保する
ため、深溝篭形や二重篭形の構造とすることが好ましい
。

以上説明してきた本発明の作用効果をまとめると、次の
ようになる。

（１）単相篭形誘導電動機の簡単な速度制御を可能なら
しめうる。

（２）特に低速領域における速度制御を簡単に可能なら
しめ、結局広範囲速度を簡単、確実、安価で実施可能な
らしめうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の篭形単相誘導電動機速度制御接続図
。第２図は第１図の電気接続図における電圧、電流のベ
クトル図。第３図は第１図の電気接続図によって得られ
るトルク対速度の特性図。 第４図は本発明の具体的な電気接続図例。第５図は本発
明の固定子電機子巻線の展開図において負荷電流を流し
た図例。第６図は本発明の固定子電機子巻線の展開図に
おいて励磁電流を流した図例である。 第７図は本発明の具体的な電気接続図例。第８図は本発
明の電機子巻線接続配列とその中を通る二種類の電流。 第９図は本発明の電機子巻線接続配列例とその中を同時
に通る二種類の電流。第１０図は本発明の装置によって
得られるトルク−速度特性図例である。 第１１図、第１２図及び第１３図はそれぞれ本発明の具
体的な電気接続図例である。第１４図は本発明の巻線接
続中、補助巻線と励磁巻線の展開図例を示したもの。第
１５図は本発明の巻線接続中、電機子巻線の展開図例を
示したものである。 第１６図は本発明の接続図例中、電機子巻線の接続を示
したものである。 つぎに図の主要な部分をあらわす符号として、以下に示
すものがある。 １：固定子、２：篭形回転子、３：固定子巻線、４：電
機子巻線の外部接続端子、５：電機子巻線の外部接続端
子、６：電源、７、８：第一の電圧制御装置、９、１０
：電機子巻線中間端子、１１：励磁電源巻線、１２：第
二の電圧制御巻線装置、１３：補助巻線、１４：コンデ
ンサー、１５：コンデンサー、１６、１７、１８、１９
：電機子巻線を構成するブリッジ形の各巻線接続、２０
、２１：補助巻線１３の両端子、２２、２３：励磁電源
巻線１１の両端子、２４：第一の電圧制御装置７、８の
制御装置、２５：第二の電圧制御装置１２の制御装置、
２６、２７：第二の電圧制御装置１２を構成する逆並列
制御素子付き整流器、２８：変成器、２９：変成器２８
の一次巻線、３０：変成器２８の二次巻線、３１：制御
装置２４と２５の間の同時関連的な制御を表わすもの。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定子巻線の外部接続端子と電源との間に巻線への印化
   電圧を制御しうる第一の装置を接続し、又上記外部接続
   端子とは別の固定子巻線中間端子と、これに対し電流と
   供給しうる何らかの電力源との間に上記中間端子に加え
   る電圧を制御しうる第二の装置を接続した単相誘導電動
   機速度制御装置