JP4425004B2 - Voltage regulator for AC equipment - Google Patents
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Description
本発明は、交流機器の始動時に印加する電圧を調整する交流機器用電圧調整装置に関するものである。 The present invention relates to a voltage regulator for an AC device that adjusts a voltage applied when the AC device is started.
リアクタンスを主体とする交流機器、たとえば誘導電動機では、図4に示すように回転数が上昇するに連れ始動電流は減少し、その減少割合は回転数が運転時の100%に近づくと大きくなる。一方トルクは図5に示すように回転数が運転時の100%に近づくと急激に増加する始動特性を備えている。この図4および図5に示す始動特性曲線から理解されるように、交流機器の始動に際し当初から定格の100%の電圧を印加すると、過大な電流が流れるとともに過大なトルクを発生し、誘導電動機を駆動源とする機械に悪影響を及ぼす場合がある。 In an AC device whose main component is reactance, for example, an induction motor, as shown in FIG. 4, the starting current decreases as the rotational speed increases, and the reduction rate increases as the rotational speed approaches 100% during operation. On the other hand, the torque has a starting characteristic that rapidly increases as the rotational speed approaches 100% during operation, as shown in FIG. As understood from the starting characteristic curves shown in FIG. 4 and FIG. 5, when a voltage of 100% of the rated voltage is applied from the beginning when the AC device is started, an excessive current flows and an excessive torque is generated. May be adversely affected on machines that use a power source.
このような悪影響を避けるために交流機器の始動に際し、当初定格電圧よりも低い電圧を印加して、その電圧を順に高める始動方法が採用されており、その始動方法を実現する機器としてスターデルタ始動器、起動補償器、リアクトル始動器などが知られている。 In order to avoid such adverse effects, when starting AC equipment, a starting method is adopted in which a voltage lower than the initially rated voltage is applied and the voltage is increased in order. Devices, start compensators, reactor starters and the like are known.
図6は、リアクトル始動器による交流機器用電圧調整装置の一例の構成を示すもので、1は閉磁路を構成する鉄心で、上段、中段および下段の三本のヨークを並設し、その両端のそれぞれに二本の脚鉄を並設して日字型の閉磁路に構成されている。上段ヨークと中段ヨークの間に位置する一方の脚鉄に第1の一次巻線T1が巻回され、他方の脚鉄に第1の二次巻線T11が巻回されている。また、中段ヨークと下段ヨークの間に位置する一方の脚鉄に第2の一次巻線T2が巻回され、他方の脚鉄に第2の二次巻線T22が巻回されている。
FIG. 6 shows an example of the configuration of a voltage regulator for an AC device using a reactor starter.
第1の二次巻線T11は、第1の一次巻線T1と逆向きに巻回され、電磁接触器などのスイッチSW1を介して第1の一次巻線T1と並列に接続されている。同様に第2の二次巻線T22は、第2の一次巻線T2と逆向きに巻回され、電磁接触器などのスイッチング素子SW2を介して第2の一次巻線T2と並列に接続されている。第1の一次巻線T1と第2の一次巻線T2は直列に接続され、直列に接続された一次巻線の直列回路の一端は電磁接触器などのスイッチSWを介して交流電源に接続され、他端は誘導電動機などの交流機器2に接続されている。
First secondary winding T 11 is wound around the first primary winding T 1 and opposite, the first primary winding T 1 and connected in parallel via the switch SW 1 such as an electromagnetic contactor Has been. The second secondary winding T 22 Similarly, wound in a second primary winding T 2 and opposite, a second primary winding T 2 via the switching element SW 2 such as an electromagnetic contactor Connected in parallel. The first primary winding T 1 and the second primary winding T 2 is connected in series, one end of the series circuit of a primary winding connected in series to the AC power source through a switch SW such as an electromagnetic contactor The other end is connected to an
このように構成した電圧調整装置で交流機器2を運転するとき、スイッチSW1、SW2を開放した状態で、スイッチング素子SWが投入される。この投入で交流機器2に一次巻線T1、T2の直列回路を経て電力が供給される。すなわち、電源電圧に対して一次巻線T1、T2の直列回路で降下した定格電圧のたとえば50%の低電圧が交流機器2に印加され、図4に示すように交流機器2に流れる電流および図5に示すように交流機器2が発生するトルクを抑制する。この印加で交流機器2に流れる電流が急減するタイミングでスイッチSW2を投入する。この投入で第2の二次巻線T22に電流が流れ、その電流により発生する磁束により、第2の一次巻線T2で発生している磁束を打ち消し、第2の一次巻線T2および第2の二次巻線T22のリアクタンスを消滅させ、その分電圧降下が低減し、交流機器2に印加する電圧が図4に示すように定格電圧の70%の電圧に上昇させる。
When operating the
この電圧上昇で交流機器2の電流が図4に示すように定格電圧の70%の電圧を印加したときの特性にしたがい大きくなり、トルクも図5に示すように増加する。そして定格電圧の70%の電圧を印加したときの特性にしたがい電流とトルクは減少する。この電流の減少中でトルクの増加中の所定のタイミングでスイッチング素子SW1を投入する。この投入で第1の二次巻線T11に電流が流れ、その電流により発生する磁束により、第1の一次巻線T1で発生している磁束を打ち消し、第1の一次巻線T1および第1の二次巻線T11のリアクタンスを消滅させ、その分電圧降下を更に低減し、交流機器2に印加する電圧を定格電圧の100%の電源電圧に上昇させる。
With this voltage rise, the current of the
この電圧上昇で交流機器2の電流が図4に示すように定格電圧の100%の電圧を印加したときの特性にしたがい大きくなり、トルクも図5に示すように増加する。そして定格電圧の100%の電圧を印加したときの特性にしたがい電流とトルクは減少し、運転状態に移行する。なお、以上の説明は交流機器2に印加する電圧を、定格電圧のたとえば50%、70%、100%と3段階で調整する場合であるが、リアクトル始動器を複数設け多段階で調整することもできる。
以上のようなリアクトル始動器による電圧調整では、交流機器への電力供給を遮断することなく適切なタイミングで段階的に昇圧することができるので、その昇圧に際し発生する突入電流やトルクの変動幅が小さく、交流機器に与える衝撃を緩和することができる利点がある。しかし、リアクトルには常時に電流が流れ、この電流によりジュウル発熱(抵抗発熱)し、必要以上にエネルギーを消費する場合があるという問題があった。 In the voltage adjustment by the reactor starter as described above, it is possible to step up the voltage step by step at an appropriate timing without interrupting the power supply to the AC device. There is an advantage that the impact applied to the AC device can be reduced. However, there is a problem that current always flows through the reactor, and this current generates dew heat (resistance heat generation), which may consume more energy than necessary.
本発明が解決しようとする課題は、このようなリアクトル始動器を用いた電圧調整装置において、消費するエネルギーを低減し、斯かる問題を解消する点にある。 The problem to be solved by the present invention is to reduce the energy consumed in such a voltage regulator using a reactor starter and to solve such a problem.
本発明は、交流機器用電圧調整装置を、第1のリアクトルと、一次巻線および前記一次巻線で発生する磁束を第1のスイッチを介して打ち消す二次巻線とを備えてなる第2のリアクトルとを有し、前記第1のリアクトルと前記第2のリアクトルの一次巻線とを直列に接続してリアクトル直列回路を構成し、前記リアクトル直列回路の一端を電源に、他端を交流機器に接続するとともに、前記リアクトル直列回路と並列に第2のスイッチを設け、前記交流機器への電圧印加後の所定のタイミングで前記第1のスイッチを投入して前記一次巻線で発生する磁束を打ち消し、前記打ち消し後の所定のタイミングで前記第2のスイッチを投入して前記リアクトル直列回路を短絡してなることを最も主要な特徴とする。 A second aspect of the present invention is a voltage regulator for an AC device, comprising: a first reactor; a primary winding; and a secondary winding that cancels the magnetic flux generated in the primary winding via the first switch. The first reactor and the primary winding of the second reactor are connected in series to form a reactor series circuit, and one end of the reactor series circuit is used as a power source and the other end is AC. A magnetic flux generated in the primary winding by connecting the device and providing a second switch in parallel with the reactor series circuit and turning on the first switch at a predetermined timing after voltage application to the AC device. And the reactor series circuit is short-circuited by turning on the second switch at a predetermined timing after the cancellation.
本発明に係る交流機器用電圧調整装置は、交流機器の運転に際し、交流機器に第1のリアクトルと第2のリアクトルの一次巻線とを直列に接続したリアクトル直列回路の一端を電源に、他端を交流機器に接続し、第1および第2のスイッチを開放した状態で、交流機器に電源電圧よりも低い、たとえば50%程度の低電圧を印加し、その後、第1のスイッチを投入し、第2のリアクトルのリアクタンスを消滅させて交流機器に印加する電圧を、たとえば定格電圧の70パーセントに高め、ついで第2のスイッチを投入して、リアクトル直列回路を短絡し、交流機器に電源電圧の100%の電圧を印加して交流機器の運転状態へ移行させる。 The voltage regulator for an AC device according to the present invention, when operating the AC device, uses one end of a reactor series circuit in which a first reactor and a primary winding of a second reactor are connected in series to the AC device as a power source, etc. With the end connected to the AC device and the first and second switches open, apply a low voltage, for example, about 50% lower than the power supply voltage to the AC device, and then turn on the first switch. Then, the reactance of the second reactor is extinguished and the voltage applied to the AC device is increased to, for example, 70% of the rated voltage, and then the second switch is turned on to short-circuit the reactor series circuit and supply the AC device with the power supply voltage. The voltage of 100% is applied to shift to the operating state of the AC device.
したがって、交流機器への電力供給を遮断することなく適切なタイミングで段階的に昇圧することができるので、その昇圧に際し発生する突入電流やトルクの変動幅が小さく、交流機器に与える衝撃を緩和することができるとともに、運転状態では、巻線直列回は短絡されており、リアクトル直列回路で発生するジュウル発熱(抵抗発熱)がなく、省エネルギーを図ることができる。 Therefore, the voltage can be boosted step by step at an appropriate timing without interrupting the power supply to the AC device, so that the fluctuation range of the inrush current and torque generated at the time of the voltage boost is small, and the impact on the AC device is reduced. In addition, in the operating state, the winding series is short-circuited, and there is no dew heat (resistance heat generation) generated in the reactor series circuit, so that energy saving can be achieved.
リアクタンスを段階的に減少して交流機器に印加する電圧を調整する電圧調整装置において、消費するエネルギーを低減する目的を、交流機器の運転状態への移行に際し、交流機器に接続したリアクトルを短絡することにより実現した。 In a voltage regulator that adjusts the voltage applied to the AC device by reducing the reactance step by step, the reactor connected to the AC device is short-circuited when the AC device is moved to the operating state for the purpose of reducing energy consumption. It was realized.
図1は本発明の実施例に係る交流機器用電圧調整装置の回路構成図、図2は図1に示す交流機器用電圧調整装置のタイミングチャートである。なお、この実施例で示す交流機器は図4および図5で示す特性曲線に沿う特性を備えた誘導電動機であり、図6に示す従来の交流機器用電圧調整装置と同様に、定格電圧の50%(又は60%)、70%、100%と3段階で調整する場合である。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an AC device voltage regulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing chart of the AC device voltage regulator shown in FIG. The AC device shown in this embodiment is an induction motor having characteristics along the characteristic curves shown in FIGS. 4 and 5, and has a rated voltage of 50 as in the conventional voltage regulator for AC devices shown in FIG. 6. It is a case where it adjusts in 3 steps,% (or 60%), 70%, and 100%.
図1において、L1は第1のリアクトルで、本実施例では図6に示す第1の二次巻線T11を省略し、第1の一次巻線T1のみで構成されている。L2は第2のリアクトルで、一次巻線T2と二次巻線T22を有し、図6に示す第2の一次巻線T2と第2の二次巻線T22と同様に閉磁路鉄心に巻回され、二次巻線T22は、一次巻線T2と逆向きに巻回され、電磁接触器などのスイッチSW2を介して一次巻線T2と並列に接続されている。SWは電源投入用の電磁接触器などのスイッチ、SW3は切換スイッチ、SW4は電磁接触器などのスイッチ、2は交流機器(この例ではかご形誘導電動機)である。 In Figure 1, L 1 is constituted by a first reactor, in the present embodiment is omitted first secondary winding T 11 shown in FIG. 6, only the first of the primary winding T 1. L 2 is a second reactor, which has a primary winding T 2 and a secondary winding T 22, and is similar to the second primary winding T 2 and the second secondary winding T 22 shown in FIG. wound around the closed magnetic circuit iron core, the secondary winding T 22 is wound around the primary winding T 2 and opposite, are connected in parallel with the primary winding T 2 via the switch SW 2 such as an electromagnetic contactor ing. SW is a switch such as an electromagnetic contactor for power-on, SW 3 is changeover switch, SW4 is a switch such as an electromagnetic contactor, 2 AC devices (squirrel-cage induction motor in this example).
第1のリアクトルL1と第2のリアクトルL2の一次巻線T1は直列に接続され、この直列回路の一端は切換スイッチSW3および電源投入用のスイッチSWを介して交流電源に接続され、他端は交流機器2に接続されている。スイッチSW4はこのリアクトルの直列回路と切換スイッチSW3からなる回路と並列に接続されている。第1のリアクトルL1には交流機器2に当初に印加する電圧を、電源電圧の50%または60%の電圧に設定するタップを備え、切換スイッチSW3はこのタップを切換えて電源に接続するものである。
The first reactor L 1 and the primary winding T 1 of the second reactor L 2 are connected in series, one end of the series circuit is connected to an AC power supply via the switch SW 3 and switch SW of the power supply is turned on The other end is connected to the
このように構成した電圧調整装置で切換スイッチSW3を第1のリアクトルL1の50%のタップに接続して交流機器2を電源電圧の50%の印加から運転するとき、スイッチSW2、SW4を開放した状態で、図2のt1で示すようにスイッチSWが投入される。この投入で交流機器2に第1のリアクトルL1と第2のリアクトルL2の一次巻線T2のリアクトル直列回路を経て電力が供給される。すなわち、電源電圧に対してリアクトル直列回路で降下した電源電圧の50%の低電圧が交流機器2に印加され、図4に示すように交流機器2に流れる電流および図5に示すように交流機器2が発生するトルクを抑制する。
When operating thus constituted a voltage
その後、交流機器2に流れる電流が急減する手前のタイミングで、図2のt2で示すようにスイッチSW2を投入する。この投入で第2のリアクトルの二次巻線T22に電流が流れ、その電流により発生する磁束により、一次巻線T2で発生している磁束を打ち消し、第2のリアクトルのリアクタンスを消滅させ、その分電圧降下を低減させ、交流機器2に印加する電圧が図4に示すように定格電圧の70%の電圧に上昇させる。
Thereafter, before the timing when the current flowing through the
この電圧上昇で交流機器2の電流が図4に示すように定格電圧の70%の電圧を印加したときの特性にしたがい大きくなり、トルクも図5に示すように増加する。そして定格電圧の70%の電圧を印加したときの特性にしたがい電流とトルクは減少する。この電流の減少中でトルクの増加中の所定のタイミングで、図2のt3で示すようにスイッチSW4を投入する。この投入でリアクトル直列回路と切換スイッチSW3からなる回路は短絡し、交流機器2に100%の電源電圧が印加され、運転状態へ移行する。運転を停止するときには、図2のt4で示すようにスイッチング素子SW、SW2、SW4を開放し、この状態で次の運転開始まで待機する。なお、切換スイッチSW3を第1のリアクトルL1の60%のタップに接続して交流機器2を電源電圧の60%の印加から運転するときも基本的動作は同様である。また、図6に示すリアクトルを付加し、交流機器2に印加する電圧をさらに多段に調整することもできる。
With this voltage rise, the current of the
図3は高圧で運転する交流機器に適する交流機器用電圧調整装置の回路構成図で、図1に示す電圧調整装置の回路構成と異なる点は、第2のリアクトルL2の二次巻線T22を第2のリアクトルL2の一次巻線T2に接続せず、二次巻線T22の中間を接地し、その両端間を短絡するスイッチSW5を設け、このスイッチSW5を図1に示す電圧調整装置の回路構成のスイッチSW2と同様のタイミングで投入する点で、巻線間の絶縁性を高めたものである。このように構成してもスイッチSW5の投入により、一次巻線T2で発生している磁束を打ち消し、第2のリアクトルL2のリアクタンスを消滅させることができる。なお、この実施例の全体の動作は、図1に示す電圧調整装置と同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an AC device voltage regulator suitable for an AC device operating at a high voltage. The difference from the circuit configuration of the voltage regulator shown in FIG. 1 is that the secondary winding T of the second reactor L 2 is different. 22 not connected to the primary winding T 2 of the second reactor L 2, grounding the intermediate secondary winding T 22, the provided switch SW 5 for short-circuiting between both ends, Fig. 1 the switch SW 5 in that power up in the same timing as the switch SW 2 of the circuit configuration of the voltage regulator shown in, but with enhanced insulation between the windings. Thus the introduction of the switch SW 5 be constituted, cancel the magnetic flux that is generated in the primary winding T 2, it is possible to eliminate the second reactance of the reactor L 2. The overall operation of this embodiment is the same as that of the voltage regulator shown in FIG. 1, and therefore detailed description thereof is omitted here.
以上は、誘導電動機を例にして説明するものであるが、交流機器は誘導電動機に限らずたとえば電気誘導炉の誘導コイルなど各種交流機器のリアクタンス調整手段として適用できる。 The above is described by taking an induction motor as an example, but an AC device is not limited to an induction motor, and can be applied as reactance adjustment means for various AC devices such as an induction coil of an electric induction furnace.
1 鉄心
2 交流機器
L1 第1のリアクトル
L2 第2のリアクトル
T2 第2のリアクトルの一次巻線
T22 第2のリアクトルの二次巻線
SW 運転用スイッチ
SW2、SW4、SW5 スイッチ
SW3 切換スイッチ
1
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