JPS6122799A - 誘導機制御装置 - 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】 原動機によつて巻線形誘導機を駆動し、その誘導機の極
数とその一次巻線に流れる三相交流励磁電流の周波数と
に関係して定まる誘導機の回転磁界の回転方向と同一方
向にその回転磁界よりも早く、その誘導機の二次回転子
を上記原動機によつて回転駆動し、その誘導機の二次出
力端子から出た回路に整流器と逆変換装置を接続し、そ
れによつて逆変換装置の交流出力端子から得られる交流
を上記誘導機の一次巻線励磁電流として興えられるよう
にした回路を造り、誘導発電装置の自励化を得る方式は
例えば本出願の発明者の発明した特許第５４０２９３号
、第５５６５５３号、第７２７４１６号などにより公知
である。

このような発明では原動機により駆動される発電機の回
転速度に関係なく負荷へ供給する発電機の出力の周波数
を制御しうる特長を持つ。例えば原動機の回転速度があ
る程度変化しても、負荷に対し一定周波数の電力を供給
しうるとか、又は原動機の回転速度をほぼ一定に保ちな
がらも負荷に対し供給する発電機の出力周波数を或る範
囲内で制御しうるとか云つた特長である。

かゝる特長を持ちながら、前記公知例においては次のよ
うな欠点がある。すなわち誘導機の極数Ｐ個と一次巻線
に流れる三相交流励磁電流の周波数ｆ［ＨＺ］に対応す
る同期回転速度ｎ［ｒｐｍ］は１２０ｆ／Ｐであり、例
えば２極機で６０［ＨＺ］に対応させるためにはその同
期回転速度の３６００［ｒｐｍ］よりも早い速度で回転
させなければならない。然るに原動機か風車や水車のよ
うな場合、その回転速度は１０００［ｒｐｍ］以下の低
速の場合が多い。そのような時には回転機の極数は１０
極或いは１２極と云うように多極となり、構造的に複雑
で高価とならざるを得ない。

この欠点をおぎなうために昭和５８年特許願第８８２５
８号では互いに電磁的に結合された一次巻線と二次巻線
を持つ誘導機の一次巻線端子から電力を供給されるよう
に電気接続された入力端子を持つ周波数変換装置の出力
端子から上記誘導機の二次巻線へ電力を供給しうるよう
電気接続し、更に上記誘導機の回転子を原動機により駆
動してその誘導機の回転速度ｎ［ｒｐｍ］と極数ｐ［個
］の相乗積ｎｐと一次巻線に発生する電力周波数ｆ１［
Ｈｚ］との関係がｐｎ＜１２０ｆ１となるように、且つ
上記周波数変換装置から誘導機の二次巻線へ電力を供給
してその供給電力周波数ｆ２がｐｎ＝１２０ｆ３のｆ３
に加えられてｆ２＋ｆ３＝ｆ１となるように周波数変換
装置の出力端子から誘導機の二次巻線への電気接続相順
を配列している。

このような昭和５８年特許願第８８２５８号において問
題点が三つあると考えられる。第一は自励式インバータ
ーを用いてその発電機の出力を負荷に供給しなければな
らないので、発電機出力波形が正弦波にならない。自励
式インバーターとして正弦波的出力を得るのに最も近い
場合はＰＷＭ形のインバーダーであるが、完全な正弦波
出力ではない。又適当な無効電力を供給することが難し
い。更に自励式インバーターの製作と制御そのものに難
しさがある。

このような先に提出した特許願の発明における欠点を除
き、これらの装置における発電機出力波形を正弦波に近
くさせ、適当な無効電力を供給しうるようにし、更に簡
単な他励式インバーターを用いて昭和５８年特許願第８
８２５８号の目的すなわち比較的低速度の原動機に対応
しながら而もその極数を比較的少ない数におさえ、誘導
機を用いた発電機の出力周波数を制御しうるようにする
ことを目的とする。

このような目的を逹成せしめるために、本発明ではその
具体的な電気接続図例の第１図に示すように、互いに電
磁的に結合された一次巻線と二次巻線を持つ誘導機１の
一次巻線端子から電力を供給されるように電気接続され
た入力端子を持つ周波数変換装置１０の出力端子から上
記誘導機１の二次巻線へ電力を供給しうるよう電気接続
をし、更に上記誘導機１の回転子を原動機２により駆動
してその誘導機の回転速度ｎ［ｒｐｍ］と極数Ｐ［個］
の相乗積ｎｐと一次巻線に発生する電力周波数ｆ１［Ｈ
ｚ］との関係がｐｎ＜１２０ｆ１となるように、且つ上
記周波数変換装置１０から誘導機１の二次巻線へ電力を
供給して、その供給電力周波数ｆ２がｐｎ＝１２０ｆ３
のｆ３に加えられてｆ２＋ｆ３＝ｆ１となるようにした
配列において、上記誘導機１の主回路すなわち一次又は
二次回路に同期機４或いは５を接続してその同期機４或
いは５の励磁電流を制御する装置を設けるのである。

第１図において電池１５とその開閉器１４の回路は誘導
機１の電圧を始めに発生させるための所謂始動装置を示
す。又誘導機１の一次巻線は交流母線３に接続され、負
荷へ電力を供給するように配列される。制御装置１６は
周波数変換装置１０を構成する逆変換装置６の半導体整
流器の制御素子に接続され、周波数変換装置１０の出力
周波数を制御しうる装置である。第１図では周波数変換
装置１０は順変換装置８とリアクトル７及び逆変換装置
６から成る。従つて周波数変換装置１０の出力周波数を
制御するのは上記逆変換装置６の制御装置１６とし、周
波数変換装置１０の出力電圧は順変換装置８の半導体整
流器の制御装置１７によつて制御されうる。交流母線３
の周波数及び電圧を検出し、制御検出機構１８により設
定周波数及び設定電圧と比較して、その誤差により制御
装置１６、１７を働らかせて自動的に交流母線３の電圧
と周波数を一定に保つように制御される。

一般に誘導機において種々の損失を無視すると次の等式
が成り立つ。すなわち、 Ｐ１：Ｐ２：Ｐ３＝１：Ｓ：（１−Ｓ）‥‥（１）たゞ
し、Ｐ１：二次入力、Ｐ２：二次電気出力、Ｐ３：機械
出力、Ｓ：滑りである。誘導機１を原動機により駆動す
るとき、（１）式のＰ３は負になる。

又二次端子から二次巻線へ電力を加えると、Ｐ２も負に
なる。Ｐ２もＰ３も負で同符号であるのに対し、Ｓの符
号も１−Ｓの符号も負であることはあり得ない。従つて
Ｓも１−Ｓも正で同符号、すなわちＳの値は１＞Ｓ＞Ｏ
でなければならぬ。つまり、（１）式において右辺は１
もＳも１−Ｓもすべで正符号の数であるから、左辺はす
べて負とならねばならない。そこでＰ１も負で、一次巻
線から外部へ電力を出すことになる。原動機から誘導機
軸への機械入力は｜Ｐ３｜＝（１−Ｓ）｜Ｐ１｜となる
。

このような機械入力｜Ｐ３｜と二次端子から二次巻線へ
の電気入力｜Ｐ２｜＝Ｓ｜Ｐ１｜とが誘導機に加えられ
て一次巻線から｜Ｐ１｜か出力として出ることになる。

これは前述のように種々の損失を無視してこのような結
論となる。この場合、外部から二次巻線への電気入力の
周波数ｆ２はＳｆ１に等しい。つまりｆ２＝Ｓｆ１なる
周波数の電力を外部から二次巻線へ加えると、一次巻線
から外部へｆ１なる周波数の電気出力を出すことになる
。この場合、検出機構において前述のように母線３の周
波数と電圧を検出し、ある設定周波数と電圧とを比較し
て、交流母線３の電圧周波数を設定値に近づけるように
制御する。設定期待の値は一定値であつても、変化値で
あつても良い。制御装置１６と制御検出機構１８の組合
せになる制御機構については既に昭和５８年特許願第８
８２５８号にも述べられており、こゝでは再述しない。

第１図において周波数変換装置１０を構成する逆変換装
置６の出力周波数を制御するのはその整流器の制御素子
に加えられる点弧信号の周波数を制御装置１６の中の装
置で制御しておこなう。すなわち、この逆変換装置６は
それ自体転流装置を持つ自励式で、且つ出力周波数を交
流出力側とは独立的に決定しうる他制式と云える。また
、この逆変換装置６の出力電圧の制御は順変換装置８の
制御素子付き整流器の制御角の位相制御でおこなう。コ
ンデンサー９が励磁電力供給の補助をする。

第１図の場合重要なことは誘導機１の主回路である一次
回路つまり交流母線３に同期機４を接続することである
。これは二次回路に５で示されるように接続しても良い
。何れの場合であつても、同期機４又は５はその電気接
続された個所から電力を受けて無負荷運転駆動せしめら
れ、且つその励磁電流を調整して、その電気接続された
誘導機１の主回路つまりその一次回路又は二次回路へ無
効電流を供給することになる。

第２図の例では同期機４を誘導機１の二次回路に接続し
、その同期機４を電動機１１により回転駆動せしめる。

この例では電動機１１は巻線形誘導電動機１１とし、そ
の一次回路には交流母線３から電力を供給され、その二
次回路には順変換装置１２が接続され、その順変換装置
１２の出力側は周波数変換装置１０のリアクトル７の入
力側に接続され、逆変換装置６の入力端へ電力を供給す
るように順変換装置１２を誘導機１の順変換装置８と並
列的に接続する。

第２図の接続によると、同期機４は電動機１１によつて
駆動されるが、同期機４は逆変換装置６の出力側回路つ
まり誘導機１の二次入力端子回路に無効電力を供給する
だけで、有効電力を供給する必要がないから電動機１１
は同期機４が供給する無効電力と損失だけを負つておれ
ばよく、従つて電動機１１は小容量で小形の電動機で良
いことになる。誘導機１の二次入力端子を通して誘導機
へ供給する電力は逆変換装置と順変換装置を結合した周
波数変換装置１０から供給されるので、周波数変換装置
１０はそれ相応の容量を持たねばならないけれども、こ
の場合の逆変換装置６はその出力側端子に同期機４の出
力周波数の励磁電力が興えられるので、逆変換装置６は
複雑な自励式の装置とする必要はなく、簡単で動作確実
な他励式の逆変換装置でよいことになる。このように考
えると、誘導機１の二次入力端子を経て誘導機１へ入つ
てゆく電力の周波数ｆ２は同期機４の無効出力周波数に
より決定されることになる。従つて第２図の場合、交流
母線３の周波数を検出して、その検出値を制御装置１３
において設定周波数と比較してその誤差により順変換装
置１２の制御素子付き整流器を働らかせて電動機１１の
回転速度を制御し、交流母線３の周波数を設定値に等し
からしめる。

以上に述べた本発明の装置の作用効果の特長をまとめる
と次のようになる。

（１）発電機を駆動する原動機の回転速度に関係なく、
設定周波数の電力を出しうるような装置を原動機回転速
度の比較的低い領域のものを使い簡単に実施しうる。そ
のような場合にあつて特に簡単に発電機出力波形を正弦
波に近からしめる。

（２）そのような装置にあつて、系統に適当な無効電力
を簡単に供給しうる。

（３）特に逆変換装置を簡単で動作確実な他励式として
、装置全体を簡単且つ動作確実なものとなしうる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の具体的な電気接続図例であり、第２図
は本発明の他の具体的な電気接続図例である。また図面
の主要部分をあらわす符号の説明は次の通りである。 １：誘導機、　２：原動機、　３：交流母線、４：同期
機、　５：同期機、　６：逆変換装置、　７：リアクト
ル、　８：順変換装置、　９：コンデンサー、　１０：
周波数変換装置、　１１：電動機（本例では巻線形誘導
電動機）、　１２：巻線形誘導電動機１１を制御する順
変換装置、１３：順変換装置１２の制御装置、　１４：
開閉器、　１５：電池、　１６：逆変換装置６の制御装
置、　１７：順変換装置８の制御装置、　１８：制御検
出機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに電磁的に結合された一次巻線と二次巻線を持つ誘
   導機の一次巻線端子から電力を供給されるよう電気接続
   された入力端子を持つ周波数変換装置の出力端子から上
   記誘導機の二次巻線へ電力を供給しうるよう電気接続を
   し、更に上記誘導機の回転子を原動機により駆動してそ
   の誘導機の回転速度ｎ［ｒｐｍ］と極数ｐ［個］の相乗
   積ｎｐと一次巻線に発生する電力周波数ｆ＿１［Ｈｚ］
   との関係がｐｎ＜１２０ｆ＿１となるように、且つ上記
   周波数変換装置から誘導機二次巻線へ電力を供給して、
   その供給電力周波数ｆ＿２がｐｎ＝１２０ｆ＿３のｆ＿
   ３に加えられてｆ＿２→ｆ＿３＝ｆ＿１となるようにし
   た配列において上記誘導機の主回路すなわち一次又は二
   次回路に同期機を接続してその同期機励磁電流を制御す
   る装置を設けた誘導機制御装置