JPS63257485A - ３相誘導電動機の制動装置 - 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、３相誘導電ｌ！ｌ１機への給電が停止された
場合に迅速に電気的に３相誘導電動機を停止させる３相
誘導電動機の制動装置に関するものである。

従来、高速回転状態において停電や事故等の非常状態が
発生して、３相続導電ｖＪｇ！の駆動制御装置が電源か
ら切り離された場合に、３相誘導電動機に電気的な制動
トルクを付与して電動機を迅速に停止させる制動装置が
種々提案されている。例えば、３本の一次巻線の任意の
２本の一次巻線間または並列接続した２本の一次巻線と
残りの一本の一次巻線との間に直流電圧を印加して固定
磁界を作り、電動機を発電機として回転子巻線に発生し
た電力を外部に設けた抵抗器に導いて消費することによ
り制動を行う直流１ｔ１１１ｖＪ装置即ちダイナミック
制動装置が提案されている。尚かご形翼導電動機におい
ては、かご形導体において発生した電力が消費される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の制動装置においては、υ１動用の
直流電源装置を別に必要とする上、並列接続した２本の
一次巻線と残りの一本の一次巻線との間に直流電圧を印
加する場合には一次巻線の配線を変えるための配線変更
手段が必要になり、装置の構成が複雑になる上、装置の
価格が高くなるという問題があった。

本発明の目的は、電源からの電力の供給が停止された場
合に、直流電源装置を必要とすることなく簡単な構成で
、制動トルクを発生することができる３相誘導電動機の
制動装置を提供することにある。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の問題点を解決するために、３相誘
導電動機３の一次側回路ｕ、ｖ、ｗ１．：接続されて該
一次側回路との間に直列共振回路を形成する共振要素８
Ｕ〜８Ｗを備えた共振発生回路８と、電源１からの給電
が停止されると共振発生回路８を３相誘導ＩＷＩＩＩ機
３の一次側回路に接続するスイッチ回路６とを設（プだ
。そして共振要素８Ｕ〜８Ｗを共振周波数ｆｒが回転子
３ａの駆動回転周波数よりも低い周波数となるように設
定した。

尚木願明ＩＤｌ！において「駆動回転周波数」とは、回
転子を回転数Ｎ　［ｒｐｍｌで回転させるのに必要とさ
れる電源の周波数であり、スベリをＳ、１ｆＩＪＩ機の
極数をＰとすれば、駆動回転周波数ｆは次式で表される
。

ｆ＝ＮＰ／１２０　（１−８） ［発明の作用］ ３相誘導電動ｖ１３の一次側回路Ｕ、Ｖ、Ｗとの間に直
列共振回路を形成し、共振周波数を回転子３ａの駆動回
転周波数よりも低くすると、直列共振回路の共振によっ
て生じる一次側の磁界の変化速度が回転子３ａの回転速
度よりも小さくなって、言い替えればスベリＳが負にな
って電動機３は発電機となり、制動トルクが発生する。

直列共振回路は、回転子３ａとの間にエネルギの授受を
行いながら回路中の抵抗弁でエネルギを消費する。従っ
て電源１からの給電が停止された後、駆動回転周波数が
共振周波数よりも小さくなるまでは３相誘導電動機３に
制動がかかる。ある程度大きなエネルギの授受を行うこ
とができるように共振周波数を適宜に小さく設定してお
けば、制動トルクの発生期間を長くすることができ制動
用の別電源を用いることなく十分な制動をかけることが
できる。

尚一次側回路を構成する３相の各一次巻線Ｕ。

ｖ、Ｗにそれぞれ対応して共振要素８Ｕ、８Ｖ。

８Ｗを設け、各共振要素の一次巻線に接続されない側の
端部をそれぞれ共通接続する共振発生回路８を用いる場
合には、一次側に回転磁界が発生し、３相の一次巻線の
うち１本の一次巻線Ｕと２本の一次巻線■、Ｗとの間に
共振発生回路（Ｒ１０，Ｒ１１、Ｃ）を接続した場合に
は、一次側に交番磁界が発生する。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の一実施例の戦略図であり、同図にお
いて１は３相交流電源、２は３相交流雷源１の出力を整
流する３相整流回路と所定の周波数の３相交流を出力す
る３相インバ一タ回路を備えて構成させる公知の３相イ
ンバータ制御装置である。３は３相誘導電動機であり、
各一次巻線Ｕ。

■、Ｗの内部抵抗と内部リアクタンスをそれぞれＲＯ，
ＬＯとして示しである。４は３相誘導電動礪３の回転子
３ａの回転速度を検出するために回転軸３ｂに接続され
たエンコーダ等から構成される回転速度検出器、５は電
源１を３相インバータ制御装置２に接続する電磁開閉器
又は半導体スイッチ等からなる電源スィッチである。６
はトライアック等の半導体スイッチを用いて構成される
スイッチ回路である。７は電源からの給電の有無を検出
してスイッチ回路６の各接点６０〜６ｗの開閉を制御す
るとともに回転速度検出器４が電動機３の非常状態（例
えば急激な負荷の増加等による速度の急激な低下）を検
出すると電源スィッチ５を開く指令を出力するスイッチ
制御回路である。

またスイッチ制御回路７は、回転子３ａが停止したこと
を検出するとスイッチ回路６の各接点６ｕ〜６Ｗを聞く
ようにスイッチ回路６に指令を与える。例えば半導体ス
イッチを接点６０〜６−として用いる場合には、半導体
スイッチへの制御信号の供給を停止さ「ることにより、
各接点６０〜６Ｗは聞かれる。

また８はスイッチ回路６の接点６ｕ〜６Ｗを介して３相
誘導電１！１１１１３の一次側回路を構成する一次巻線
Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される共振要素８Ｕ〜８−を描えた共
振発生回路である。

正常な運転が行なわれている場合には、電源スィッチ５
が開じられており、３相インバータ制御装置２は所定の
周波数の３相交流を出力し、３相続Ｓ電！７１機３の回
転子３ａは３相インバータ制御装置２の出力周波数ｆと
スベリＳによって定まる下記（１）式の速度Ｎ　（ｒｏ
ｍ　）で回転する。

Ｎ＝　（１−ｓ）１２Ｏｆ／Ｐ　　　　　・・・（１）
スイッチ制御回路７は例えば３相インバータ制御装置２
の図示しない３相整流回路からの直流電圧の有無を検出
してスイッチ回路６の各接点６ｕ〜６Ｗのオン・オフ制
御する。すなわち正常に運転が行われている間は、直流
電圧を検出してスイッチ回路６の各接点６υ〜６Ｗをオ
フ状態（器状Ｎ）とし、停電または事故等の非常状態を
検出して電源スィッチ５が開かれるとスイッチ回路６の
各接点６ｕ〜６Ｗをオン状態（閉状態）とする。尚スイ
ッチ回路６を本実施例のようにトライアックなどの半導
体スイッチを用いて構成する場合には、スイッチ制御回
路７は電動機３が停止するまでまたは電動機３の速度が
所定の値以下に低下するまではスイッチ回路６に制御信
号を出力し続ける必要があるため、バッテリ９を電源と
して作動する。

電源スィッチ５が開かれてスイッチ回路６の接点６ｕ〜
６Ｗが閉じると、共振発生回路８の一端が共通接続され
た共振要素８０〜８−が対応する一次巻線Ｕ、Ｖ、・Ｗ
に接続される。共振要素８０〜８−としては例えば抵抗
器またはりアクドルとコンデンサとの直列回路を用いる
ことができる。

第２図には、共振要素８ｕ〜８賀が接続されたときの１
相分の等価回路を示しである。尚共振要素としては抵抗
器Ｒ１とコンデンサＣ１との直列回路を用いるものとす
る。第２図においてＹは、励磁コンダクタンスＱと励磁
サセプタンスｂとの並列回路からなる励磁アドミッタン
スであり、ｅは誘導電動機３の残留電圧である。尚励磁
アドミッタンスＹの存在は無視しても差し支えないため
、以下においては励磁アドミッタンスＹを除いて考察す
る。

スイッチ回路６がオン状態になって共振要素８Ｕが一次
巻線Ｕに接続されると、抵抗Ｒ１，コンデンサＣＩ、内
部抵抗ＲＯ及び内部リアクタンスＬＯによって直列共振
回路が形成され残留電圧ｅとの間に下記（２）式の関係
が成立する。

ｅ　−（Ｒｏ＋Ｒ１）　　ｉ　＋　Ｌｏ（ｄｉ／ｄｔ）
　＋　（１／Ｃ１）ｆｉ　ｄｔ・・・（２） この式から電流１は、下記（３）式の通り導かれる。

ｉ　　＝ｅ　　−［（Ｒｏ＋Ｒ１）　　２　＋　　（ω
ｈｏ−１／ωＣ１）　　２　］　　％・・・（３） ここで電流がｉ動するためには下記（４）式の条件が満
足されなければならない。

（ｎｏ十旧）　２／４Ｌｏ’　＜　１　／ＬｏＣ１−（
４）そしてこのときの共振周波数ｆｒは下記（５）式の
通りである。

ｆ　ｒ　＝　１／２π−［（ｔ／ＬｏＣ１）　−（Ｒｏ
＋Ｒ１）　’　／４Ｌｏ］　Ｖａ・・・（５） ここで３相インバータ制御装置２によって電源の周波数
ｔｆｏ＞ｆｌ　＞ｆ２　）を変えた場合の３相誘導電動
機の回転数−トルク特性は第３図に示す通りであり、本
実施例では負荷トルクが限界を越えるまでは定速運転が
可能なように制御している。そして３相インバータ制御
装置２から出力される３相交流の周波数がｆＯのときの
電動機３のスベリ−トルク特性は第４図に示す通りであ
る。

スベリの調整は２次抵抗の調整または電源周波数の調整
で行われる。例えば回転子の回転周波数がｆｘであると
すれば、そのときの電源周波数すなわち駆動回転周波数
は、ｆｘ＋Δｆに設定されている。したがってΔｆを変
えることによってスベリが変わる。３相誘導電動機が電
！９］機として運転されている場−合にはスベリが１＞
ｓ＞０の間にあるが、失速を防止するためにトルク曲線
のピークを越えない範囲でスベリが選定される。スベリ
がＱ＞ｓ＞−１の範囲では、電動機が発Ｔｉ機として運
転されてｉ、ＩＩ動１〜ルクが発生する。

そこで本発明では、回転子を回転数Ｎで回転させるのに
必要な一次側の駆動回転周波数（例えば第４図の例では
周波数ｆｏ）よりも低い周波数（第４図の例では周波数
ｆｒ）まで一次側の周波数を低下させて制動トルクを発
生させるべり、一次側回路に共振発生回路８を接続する
ようにした。

本実施例では、共振発生回路８の共振要素８０〜８Ｗを
構成する抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の値を適宜に選定
することにより、上記（５）式で導かれる共振周波数ｆ
ｒを駆動回転周波数よりも低くなるように設定しである
。スベリが角になるとｖ１動トルクが発生するが、直列
共振回路で授受されるエネルギを大きくして効果的に制
動を行うためには、制動トルクがピークに達する前に制
動１ヘルクが掛かるようにするのが好ましい。したがっ
て第４図の例では、共振周波数ｆｒをｆｏ＞ｆｒ＞ｆ（
−ｍ）の範囲内に設定する。

第１図の実施例において、停電または非常時に電源スィ
ッチ５が開かれて電源１からの給電が停止されると、ス
イッチ回路６の各接点６０〜６賀が閏じ、各一次巻線Ｕ
−Ｗに接続された各共振要素８ｕ〜８賛との間に形成さ
れる各直列共振回路では予め定めた共振周波数ｆｒで共
振が発生する。

尚各一次巻線Ｕ−Ｗに発生する残留電圧は３相電源と同
じ位相差を有しているため、各直列共振回路における共
振によって周波数ｆｒの回転磁界が発生する。したがっ
て、スイッチ回路６が共振発生回路８を３相誘導電動機
の一次側回路に接続すると、ただちに一次側の回転磁界
は共振周波数ｆｒで定まる回転数となって制動トルクが
回転子３ａに掛かることになる。このとき３相誘導電動
機３は、発電機として機能していることになるが、発電
された電力は直列共振回路の抵抗弁ＲＯ及びＲ１によっ
て熱として消費される。

υ１動トルクによって回転子３ａの駆動回転数が共振周
波数よりも小さくなると制動トルクが掛からなくなるた
め、以後は惰性を利用して電！１ｌｔｌｓの速度を低下
させる。初期に大きな制動トルクを発生させれば、十分
な制動を掛けて迅速に停止させることが可能である。

尚上記実施例では共振周波数を一定としているが、回転
子の回転速度に応じて有効な制動トルクを得るために共
振周波数を段階的に変えるようにしてもよい。第５図に
は、段階的に共振周波数を変えることのできる共振要素
可変回路の一例が示しである。この回路例では、コンデ
ンサＣ１の両端にスイッチ１０ａを介してコンデンサＣ
２が並列接続され、またスイッチ１０８及び１０ｂを介
してコンデンサＣ３がコンデンサＣ１及びＣ２に並列接
続されている。例えばスイッチ１０ａ及び１０ｂの開開
は、第１図の実施例のスイッチ制御回路７に更に回転子
３ａの回転数が予め定めた所定の回転数になると順次制
御信号を出力する制御回路を追加して制御する。コンデ
ンサＣ１のみが接続されている時の共振周波数ｆｒｌと
、コンデンサＣ２が接続された時の共振周波数ｆｒ２と
コンデンサＣ３が接続された時の共振周波数ｆｒ３とは
、ｆ　ｒｌ＞　ｆ　Ｒ２＞　ｆ　Ｒ３の関係になる。

尚各共振周波数は、第４図を用いて先に説明した通り、
効率のよい制動トルクを得られる値に設定される。例え
ば、回転子３ａの駆動回転周波数がコンデンサＣ１が接
続されている時の共振周波数ｆｒ１よりも小さくなると
、ただちにスイッチ１Ｑａが閏じられて共振周波数がｆ
ｒ２に下げられる。

したがって共振周波数ｆｒ２は、周波数ｆｒ１を駆動回
転周波数と考えて効率のよい制動トルクを得られる値に
定められる。同様にして共振周波数ｆｒ３は、周波数ｆ
　ｒ２を駆動回転周波数と考えて適宜に定められる。

このように共振周波数を段階的に下げることができるよ
うにしておけば、より迅速に電動機を停止させることが
できる。尚この例ではスイッチを用いてコンデンサの容
量を変えているが、可変コンデンサを用いてもよいのは
勿論で−ある。

また上記実施例では、無接点の半導体スイッチを用いて
スイッチ回路６を構成したが、有接点の例えばＷｌａス
イッチを用いてスイッチ回路を構成してもよいのは勿論
である。

上記実施例においては、３相誘導？￥！　ｆＪ＋機３の
一次側回路を構成する３相の一次巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのすべ
てに共振要素を接続して回転磁界を作って制動トルクを
得ているが、第゛６図に示すように２相の一次巻線を共
通接続してこの共通接続した巻線と残りの１相の一次巻
線との間にスイッチ回路６０を介して共振要素を接続し
て直列共振回路を形成することにより制動トルクを得る
こともできる。

第６図において、第１図の実施例と同じ部分には第１図
に示した符号と同じ符号を付しである。尚第６図の実施
例においては、スイッチ制御回路及び回転速度検出器を
除いて示しである。

第６図の実施例では、直列共振回路を形成して単相の交
番磁界を得て３相誘導電動機を単相誘導′Ｗｉ動機とす
ることにより、制動トルクを得ている。

単相ｌｌ！導電動機においても、直列共振回路の共振周
波数を電動機の駆動回転周波数よりも低くすると、電動
機は発ｒｉ機として機能して制動トルクが発生する。し
たがって一つの直列共振回路を、電動ｌ１１３の一次側
回路との間に形成するようにしても、第１図の実施例と
同様に別電源を用いることなく、停電または非常時に電
源１からの給電が停止された場合に十分な制動を掛ける
ことができる。

尚第６図の実施例では、３相インバータ制御装置２内で
用いる平滑用コンデンサＣを共振要素の一部を構成する
コンデンサとして兼用している。

したがって共振要素は抵抗Ｒ１０及びＲ１１とコンデン
サＣとによって構成される。共振要素で用いられる共振
用コンデンサは、３相誘導電動機３が制動トルクを発生
している時に電動機３で発電される電力を貯えることが
できるだけの容量を必要とされるから、比較的容量が大
きな高価なコンデンサが必要となる。そしてコンデンサ
の容量が大きくなると、装置全体に占めるコンデンサの
割合いが大きくなるため、装置を小形化する場合にはで
きる限り容量の大きなコンデンサを使いたくないという
要請がある。

３相インバータ制御装置２は、３相整流回路２ａで整流
された直流電圧を平滑化するために容量が大きな平滑用
コンデンサＣをもともと備えている。そこで本実施例で
は、この平滑用コンデンサＣを共振用コンデンサに兼用
できるように構成して装置の価格の低減化と装置の小形
化を図っている。

尚第６図において、３相整流回路２ａは６個のダイオー
ドＤ１〜Ｄ６をブリッジ接続して構成される。同図にお
いて２ｂは６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をブリッ
ジ接続した３相トランジスタ・インバータ回路である。

尚トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の導通ｔｉｌｌｔｉ１１
回路は省略しである。スイッチ回路６０は、電動機３の
一次巻線Ｕ、Ｖ、Ｗと３相トランジスタ・インバータ回
路２ｂとの間に接続されて、電源スイッチ５と連動して
開開するスイッチ６０ｕ、６０ｖ及び６０ｃと、直列共
振回路を形成するために一次巻ａＵ及びＷに抵抗Ｒ１０
及びＲ１１の一端を接続するスイッチ６０ａ及び６０ｔ
）と、スイッチ６０ａ及び６０ｂと連動してｎ　ＩＩ　
シて抵抗Ｒ１０及びＲ１１の他端をコンデンサＣの一端
に接続するスイッチ６０ｃと、コンデンサＣの他端を一
次巻線Ｕに接続するスイッチ６０ｄとから構成される。

各スイッチは、第１図の実施例と同様に半導体スイッチ
により構成してもよく、また電磁スイッチにより構成し
てもよい。スイッチ６０ｕ〜６０ｗが、停電または非常
時に間かれると、同時にスイッチ６０ａ〜６０ｄは閉じ
、またスイッチ６０ｕ〜６０ｗが閉じているときには、
スイッチ６０ａ〜６０ｄは開いている。スイッチ６０Ｕ
〜６０ｗは、インバータｉｌＪ　ｉｌｌ装置２内の部品
のうらコンデンサＣのみを直列共振回路の共振要素とし
て利用するために設けられている。尚これらのスイッチ
は第１図の実施例と同様に、図示しないスイッチ制御回
路によって制御される。

上記実施例では、２つの抵抗ＲＩＯ及びＲ１１を用いて
いるが、抵抗弁は直列共振回路を構成する回路中のいず
れの場所にあってもよく、本実施例の位冒に限定される
ものではない。また整流回路２ａとしては、サイリスタ
を用いた制御整流回路を用いることもでき、インバータ
回路２ｂをサイリスタで構成してもよいのは勿論である
。

第６図の実施例では、３相インバータ制御装置内の平滑
用コンデンサＣを共振要素の一部として利用しているが
、第１図の実施例と同様に共振要素を別に設けて一つの
直列共振回路により単相の交番磁界を発生さけて３相誘
導電動機を単相誘導電動機として制動トルクを得るよう
にしてもよい。

尚別に共振要素を設ける場合には、第５図に示した共振
周波数を段階的に変えることができる共振要素可変回路
を用いることができるのは勿論である。

上記各実施例においては、共振要素を抵抗とコンデンサ
によって構成したが、これに変えてリアクトルを共振要
素として用いてもよいのは勿論である。リアクトルを用
いる場合でも、段階的に共振周波数を変えることができ
るように共振要素可変回路を用いることができる。尚こ
の場合には、リアクトルを順次直列に接続して共振周波
数を変えることになる。

［発明の効！ｌ！！］ 本発明によれば、３相誘導電動機の一次側回路に接続さ
れて該一次側回路との間に直列共振回路を形成する共振
要素を備えた共振発生回路と、電源からの給電が停止さ
れると共振発生回路を３相誘導電８機の一次側回路に接
続するスイッチ回路とを設け、共振要素を共振周波数が
回転子の駆動回転周波数よりも低い周波数となるように
設定したので、簡単な構成で別電源を用いることなく電
源からの給電が停止された後に３相誘導電動機に制動ト
ルクを掛けることができ、迅速に電動機を停止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す概略構成図、第
２図は１相分の直列共振回路の等価回路を示す回路図、
第３図は第１図で用いる３相誘導電動灘のトルクと回転
数の関係を示す図、第４図は３相誘導電動機のスベリと
トルクとの関係を示す図、第５図は本発明で用いる共振
要素の異なる実施例を示す図、第６図は本発明の他の実
施例を示す回路図である。 １・・・３相交流電源、２・・・３相インバータ制御装
置、３・・・３相誘導電動機、４・・・回転数検出器、
５・・・電源スィッチ、６．６０・・・スイッチ回路、
７・・・スイッチ制御回路、８・・・共振発生回路、８
Ｕ〜８第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）停電や非常時等に電源から３相誘導電動機への給
   電が停止されたときに該３相誘導電動機に制動力を付与
   して該電動機を停止させる３相誘導電動機の制動装置に
   おいて、 前記３相誘導電動機の一次側回路に接続されて該一次側
   回路との間に直列共振回路を形成する共振要素を備えた
   共振発生回路と、 前記電源からの給電が停止されると前記共振発生回路を
   前記３相誘導電動機の前記一次側回路に接続するスイッ
   チ回路とを設け、 前記共振要素を前記直列共振回路の共振周波数が回転子
   の駆動回転周波数よりも低い周波数となるように設定し
   たことを特徴とする３相誘導電動機の制動装置。
2. （２）前記共振発生回路は、前記回転子の駆動回転周波
   数が予め定めた値に低下する毎に前記共振要素の電気的
   な値を変更する共振要素可変回路を備える特許請求の範
   囲第１項に記載の３相誘導電動機の制動装置。
3. （３）前記共振発生回路は前記一次側回路を構成する３
   相の各一次巻線にそれぞれ対応して設けられた３個の共
   振要素を備え、該３個の共振要素は一端が共通接続され
   他端が前記スイッチ回路を介して前記一次巻線にそれぞ
   れ接続される特許請求の範囲第１項に記載の３相誘導電
   動機の制動装置。
4. （４）前記共振発生回路は、３相の一次巻線のうち１本
   の一次巻線と２本の一次巻線との間に前記共振要素を接
   続し得るように構成されている特許請求の範囲第１項に
   記載の３相誘導電動機の制動装置。