JPH0496698A - ブラシレス同期機 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はブラシレス同期機に関する。

（従来の技術） 第１５図に従来のブラシレス励磁方式の回路図を示す。

回転部分（１ｏ）に設けられた同期機界磁巻線（１ａ）
と固定側に設けられた同期機電機子巻線（１ｂ）からな
る同期機■の励磁電流は交流励磁機界磁巻線（２ａ）と
交流励磁機電機子巻線（２ｂ）からなる交流励磁機■の
電機子巻線（２ｂ）に誘起する電流を回転整流器■で整
流して供給される。前記交流励磁機界磁巻線（２ａ）に
直流電流を流すことによって生じる直流磁束は、前記交
流励磁機電機子巻線（２ｂ）と鎖交するため、前記交流
励磁機電機子巻線（２ｂ）に誘起する三相交流電圧は、
前記同期機■の回転速度と交流励磁機■の界磁電流に比
例する。

このため前記同期機■の励磁電圧は回転速度−定のもと
て前記交流励磁機■の界磁電流にほぼ比例することから
、前記交流励磁機の界磁電流を制御することにより前記
同期機■の界磁電流を制御することができる。

（発明が解決しようとする課題） 近年、サイリスタ等を利用した交流可変速技術の進歩に
より、可変電圧可変周波数電源装置による同期機の可変
速運転や始動、停止が行なわれる機会が多くなった。一
方保守の簡素化を目的として、ブラシやスリップリング
をなくしたブラシレス励磁手段も多く採用されるように
なってきた。

従来のブラシレス励磁手段では交流励磁機の電機子巻線
に誘起する三相交流電圧は交流励磁機界磁電流と同期機
の回転速度に比例するため、交流励磁機の界磁電流を一
定に保っても前記同期機の回転速度の変化に伴ない前記
同期機の界磁電流も変化する。また前記同期機静止状態
では界磁電流を流すことはできない。

このため、小容量の同期機における制動巻線による誘導
電動機運転により始動を行なう場合が多いが、大容量機
では制動巻線の過熱や、回転整流器の過電圧保護が複雑
または困難になる問題があることから始動用電動機を設
けたり、始動時も同期運転するための始動専用ブラシを
用い、通常運転時は前記ブラシを引き上げる等の対策が
行なわれているものもある。

また停止時も始動時同様回転速度の低下に伴ない、同期
機の界磁電流が減少するため、回転速度が低い領域では
同期をとりながらの回生制動を行なうことは困難となる
。このため制動巻線による誘導電動機運転で回生制動を
かけようとすると、前記始動時の誘導電動機運転と同様
の問題が生しることになる。

本発明は前記課題に対処すべくなされたものであり、同
期機停止時から定格回転速度まで、始動。

停止および通常運転に必要な同期機の界磁電流を供給で
きるブラシレス励磁装置を提供することを第１の目的と
し、ブラシレス励磁装置を利用し、歯車等の機械装置を
使用しないで、信頼性の高いターニング装置を提供する
ことを第２の目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の第１の手段として
は、ブラシレス励磁装置を有するブラシレス同期機にお
いて、ブラシレス励磁装置は巻線形誘導電動機式交流励
磁機としてその二次巻線を前記同期機と同一回転軸上に
配置し、前記交流励磁機の二次巻線に回転整流器を接続
し、回転整流器の直流側を前記同期機の界磁巻線に接続
し。

前記同期機の回転速度または周波数が所定の値以下のと
き前記交流励磁機の一次巻線に交流電圧を印加し、前記
同期機の回転速度または周波数が所定の値を超えたとき
、前記交流励磁機の一次巻線の第一相と短絡した第二相
間および第三相間または第一相と第二相間に直流電圧を
印加することにより前記同期機に励磁電流を供給するこ
とを特徴としたブラシレス同期機を提供する。

そして、第２の手段としては、ブラシレス励磁装置を有
するブラシレス同期機において、ブラシレス励磁装置は
固定子側から直流電源によって励磁する第１の交流励磁
機と、固定子側から三相交流電源によって励磁する巻線
形誘導電動機式第２の交流励磁機として前記同期機と同
一軸上に配置し、前記第１の交流励磁機の電機子巻線に
第１の回転整流器を接続し、前記第２の交流励磁機の二
次巻線に第２の回転整流器を接続し、前記第１の回転整
流器と前記第２の回転整流器の直流側と直列に接続して
前記同期機の界磁巻線に励磁電流を供給することを特徴
としたブラシレス同期機を提供する。

（作用） 上記のように構成することにより１本発明の第１．第２
の手段によれば、いずれも同期機停止状態から定格周波
数まで、始動、停止および通常運転において同期運転に
必要な同期機の、界磁電流を供給することができるため
、始動および停止時の同期機制動巻線の温度上昇９回転
整流器の過電圧の問題がなくなり、始動用電動機を取付
けることなく、大容量同期機のブラシレス化が実現でき
る。

そして、交流電圧を１次巻線に印加する交流励磁機を巻
線形誘導電動機としてターニングに利用できるため、タ
ーニングの必要な軸長の円筒形同期機に対しても、ギヤ
等の機械装置を使用することなく信頼性のあるターニン
グを行なうことができる。

（実施例） 実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について第１図ないし第４
図を参照して説明する。

１・　この実施例１においては、第１図に示すように同
期機■のブラシレス励磁装置は、巻線形誘導電動機を交
流励磁機■として前記同期機（１）と同一回転軸上に配
置し、前記交流励磁機■の二次巻！（２ｂ）に回転整流
器（３）を接続し、前記回転整流器（３）の直流側を前
記同期機（ト）の界磁巻線（１ａ）に接続し、前記同期
機■の回転速度または周波数が所定の値以下のとき交流
遮断器に）を閉じ、直流遮断器■を開して前記交流励磁
機■の一次巻線（２ａ）に交流電圧を印加し、前記同期
機■の回転速度または周波数が所定の値を超えたとき、
交流遮断器（イ）を開し、直流遮断器■を閉して前記交
流励磁機■の一次巻線（２ａ）の第一相（Ｒ）と短絡し
た第二相（Ｓ）および第三相（Ｔ）間（または第一相（
Ｒ）と第二相（Ｓ）間）にサイリスタ励磁装置０から直
流電圧を印加することにより、前記同期機■に励磁電流
を供給することを特徴としたブラシレス同期機を提供し
、そしてさらに■　■において、前記交流励磁機の一次
側に印加する交＆電圧の大きさを前記同期機停止時また
は低速域での前記同期機の界磁電流許容上限以下となる
値としたブラシレス同期機と、■　■において、交流励
磁機の一次側に印加する直流電源をサイリスタ整流器を
用いて電圧調整可能としたブラシレス同期機と、 ■　■において、交流励磁機の一次側に印加する交流電
圧を直列抵抗タップ切替、直列リアクトルタップ切替、
変圧器のタップ切替または静止形電圧調整器等で調整可
能としたブラシレス同期機と、 ■　■において前記交流励磁機に印加する交流電源と直
流電源の切換を行なう回転速度または、周波数を前記交
流励磁機の一次巻線に前記交流電圧を印加したときの前
記同期機の界磁電流と前記交流励磁機の一次巻線に前記
交流励磁機および直流電源供給装置が許容する最大の直
流電流を流したときの前記同期機の界磁電流とが等しく
なる回転速度または周波数の近傍としたブラシレス同期
機と、 Φ　■において、交流励磁機■が巻線形誘導電動機の性
質を持つことから交流励磁機■の一次巻線に低周波電圧
を印加して、ターニング装置として利用できるブラシレ
ス同期機とを提供可能にする。

次に上記実施例１の作用を説明する。

第２図は前記巻線形誘導電動機を交流励磁機として使用
し、三相交流電圧ｅ□　を印加しているときの等価回路
を示す。

第２図においてＲ□は前記交流励磁機の一次巻線抵抗の
二次換算値、Ｒ２は二次巻線抵抗、Ｌｌは一次漏れイン
ダクタンスの二次換算値、Ｌ、は励磁インダクタンス、
Ｌ２は二次漏れリアンタンス。

Ｓは前記交流電圧み２の角速度ω。に対する交流励磁機
の電気角速度ωのすべり、Ｉ２は二次電流、ｅ２は前記
回転整流器の交流側電圧、Ｅｆｄは直流側電圧、Ｉｆｄ
は前記同期機の界磁電流、Ｒｆｄは界磁巻線抵抗を示す
。

第２図においてり。の励磁電流によるＲ□およびＬ□の
電圧降下を無視すると次式が得られる。

み２＝Ｓみ、−（ＳＲよ＋Ｒ２＋ｊＳω（Ｌ工＋Ｌ２）
）ｉ２　　・（ｌｏｔ）ここで （１０６）式に（１，０３）および（１０４）式を代入
し整理することにより次式を得る。

また第２図における三相全波整流回路の電圧および電流
の交直変換係数をそれぞれα、βとすると次式となる。

αｅ　２　＝　Ｅ　ｆｄ ・・　（１０３） β１ｚ＝Ｉｆｄ ・・・（１０４） また第４図の等価回路から Ｅ　ｆｄ”　Ｒｆｄ　Ｉ　ｆｄ ・・・　（１０５） 前記（１０１）式において、回転整流器■の転流リアク
タンス降下を無視しｅ２と１２の基本波が同相とみなす
と次式が得られる。

（ｅ２＋（ＳＲ１＋Ｒ）　１２）２＋（Ｓ　ω。（Ｌｘ
　＋　Ｌ２）　１２）２＝（Ｓ　ｅｌ）２・・・（１０
６） ・・（１０７） （１０７）式に（１０５）式を代入し整理することによ
り次式を得る。

・・（１０８） （１０８）式から前記交流励磁機の一次側に交流電圧二
、を加えたとき、前記同期機の界磁電流は交流励磁機の
すべりＳの減少、すなわち前記同期機の回転数増加に伴
ない減少し、すベリＳが零、すなわち、交流励磁機の回
転数が交流電源と同期したとき零となる。この特性を第
４図に示す。

よって、交流励磁機に適当な大きさの三相交流電圧ｅユ
　を印加することにより前記同期機の停止中および低速
度領域で同期運転に必要な界磁電流Ｉｆｄを得ることが
できる。

第３図は前記交流励磁機の一次巻線の２相を短絡し、短
絡相と他の相の間に直流電圧を印加し、−次巻線にＩＤ
Ｃを流したときの等価回路を示す。

第３図における記号は第２図と同じである。

第３図の等価回路から次式が得られる。

机＝ωＬｏＩＤＣ−（Ｒ２＋ｊω（Ｌａ＋Ｌｚ））Ｌ　
　　”’（１０９）また第３図においても第２図に関す
る（１０３）〜（１０５）式が成り立ち、回転整流器の
転流リアクタンス降下を無視し、二２と１□の基本波が
同相とみなすと次式が得られる。

（ｅｚ　十Ｒ２１２）２＋（（１１（ＬＤ　＋　Ｌ２）
　１２）２＝（ωＬＯＩＤＣ）２−　（１１０）（１１
０）式に（１０３）および（１０４）式を代入し整理す
ることにより次式を得る。

・・・（１１１） （１１，１）式に（１０５）式を代入し整理することに
より次式を得る。

（１１２）式から前記交流励磁機の一次側に直流電流Ｉ
ＤＣを流したとき前記同期機の界磁電流は交流励磁機の
電気角速度ωの減少、すなわち前記同期機の回転速度の
減少に伴ない減少し、電気角速度ωが零のとき零となる
。この特性を第４図に示す。

よって交流励磁機に適当な大きさの直流電流ＩＤＣを流
すことにより、前記同期機の中速度域から定格回転速度
まで同期運転に必要な界磁電流Ｉｆｄを得ることができ
る。

従って、前記交流励磁機の一次側に前記同期機が停止中
または低速域では交流電圧を印加し、中速域から定格運
転数まで直流電流を流すことにより、前記同期機の始動
または停止に必要な界磁電流を供給することができる。

前記交流励磁機の一次側に印加する交流電源は。

商用交流電源に変圧器を接続することで比較的容易に任
意の電圧を選択できる。始動または停止時の低速域では
前記同期機のファンによる冷却効果が低下するため、前
記同期機の回転子温度上昇が許容限度を超えないように
、界磁電流Ｉｆｄが制限を受けるため、低速域での界磁
電流許容上限を工ｆｄｍａｘとすると、　（１０８）式
から印加する交流電圧ｅ１は次式を満足する必要がある
。

・・・（１１３） なお前記同期機の回転上昇が早い場合は、回転子の蓄熱
が少なく　Ｉ　ｆｄ＋ａａｘは小さくなり、遅い場合は
Ｉ　ｆｄ＋ｉａＸは大きくなる。Ｉ　ｆｄｍａヶを低速
域で一率に規定するならば、すベリＳ＝１のとき、すな
わち同期機停止時において（１１３）式を満足すれば。

低速域において前記同期機の界磁電流が許容限界を超え
ることはない。

一方（＋０８）式からすへりＳの増加に伴ない前記同期
機の界磁電流が減少するため、前記交流励磁機の一次巻
線に交流励磁機または直流電源供給装置が許容する最大
の直流電流を流すことで得られる前記同期機の界磁電流
の大きさまで界磁電流が減少するとき、前記交流励磁機
の一次巻線に印加する電圧を交流から直流に切替えるこ
とにより前記同期機の界磁電流の変動を最小限に抑える
ことができる。

従来のブラシレス励磁装置では、従来の交流励磁の界磁
電圧調整用に一般にサイリスタ整流器を用いて、同期機
に要求される電圧応答性能に応じた巾広い直流電圧調整
範囲をもち、サイリスタ整流器の許容電流上限を超えな
い範囲で任意の値に直流電流を制御する能力を有してい
る。本実施例１による第３図の交流励磁機の一次巻線に
直流電流ＩＤＣを流すため直流電源として前記サイリス
タ整流器を使用することができる。前記サイリスタ整流
器および前記交流励磁機が許容する直流電流の上限をＩ
　ｏｃｍａｘとすると、前記交流励磁機の一次巻線に交
流電圧ｅ、を印加したときの前記同期機の界磁電流と、
前記交流励磁機の一次巻線に直流電流より。、、ａ、を
流したときの前記同期機の界磁電流が等しくなる電気角
速度ω１は（１０２）、　（１０８）。

（１１２）式から下記（１１４）式を満足するすへりＳ
□を求め下￥ｇ（１１，５）式に代入することで得られ
る。

ω□＝１−ω。Ｓエ　　　　　　　　　　　　　・・（
１１５）上記関係を第４図に示している。第４図に示す
前記ω、近傍で前記交流励磁機の一次巻線に印加する電
圧を始動時には交流から直流へ切換、停止時には直流か
ら交流に切替ることで、低速領域での前記同期機の界磁
電流変化を小さくすることができる。

第４図において、前記直流電流の上限　Ｉ　ＤＣｍａＸ
を大きくすることにより交流と直流の切替電気角速度ω
、を小さくし、低速領域での前記同期機の界磁電流変化
をさらに小さくすることができるが、前記交流励磁機に
印加する交流電圧を前記交流励磁機と直列に接続した抵
抗またはりアクドルのタップ切替、または変圧器のタッ
プ切替等により回転数上昇に応じて増加させることによ
り、交流と直流の切替電気角速度ω１を大きくし、前記
直流電流の許容値Ｉ　ＤＣ＋＋ａＸを小さくすることが
可能になる。タップ切替により交流電圧を切替える場合
、界磁電流はノコギリ波状に変化するが、静止形電圧調
整器で交流電圧を調整すれば低速領域でも連続的に前記
同期機の界磁電流を調整することが可能となる。

次に実施例１によるブラシレス同期機の第１の使用例の
動作について第５図を参照して説明する。

第５図は実施例１のブラシレス同期機を同期調相機に適
用したものである。

同期調相機■停止中は遮断器（ハ）、（イ）、　（１１
）。

（１２）を開とし、同期調相機■始動時、交流遮断器（
イ）を閉として交流励磁機■に交流電圧を印加して、同
期調和機■に励磁電流を供給すると共に遮断器（１２）
を閉とし、可変電圧可変周波数電源装Ｗ（ハ）により同
期調相機■に低周波交流電圧を印加して同期調相機■と
同期をとりながら徐々に周波数を上昇して始動する。

同期調相機■が所定の速度に達したとき遮断器に）を開
とし遮断器■を閉とし交流励磁機■の印加電圧を交流か
ら直流に切換える。以後サイリスタ励磁装！！■により
交流励磁機■の印加直流電圧を諷整することにより同期
調相機ωの界磁電流を制御し、系統電圧と同期調相機■
が同期したとき遮断器（１２）を開とし遮断器（１１）
を閉として始動完了し以後調相運転に入る。

同期調相機■停止時は遮断器（１１）を開とし、可変電
圧可変周波数電源装置（ハ）の電圧および周波数を同期
調相機■に合わせて遮断器（１２）を閉とした後、同期
調相機■と同期をとりながら可変電圧可変周波数電源装
置（８）の周波数を徐々に下げることにより、同期調和
機（０の回転エネルギを可変電圧可変周波数電源装置（
８）を介して電力系統に回生ずる。

同期調相機■が所定の速度まで減速したとき遮断器■を
開とし遮断器（イ）を閉として交流励磁機（２）の印加
電圧を直流から交流に切換える。同期調相機ωがほぼ停
止したとき遮断器（４）、　（１２）を開とする。

次に第２の使用例の動作について第６図を参照して説明
する。第６図は実施例１によるブラシレス同期機を可変
速同期電動機に適用したものである。同期電動機停止中
は遮断器（４）、（ハ）を開とし、同期電動機（１３）
始動時遮断器（４）を閉として交流励磁機■に励磁電流
を供給し、可変電圧可変周波数電源装置（８）により同
期電動機（１３）に低周波交流電圧を印加して、同期電
動機（１３）と同期をとりながら徐々に周波数を上昇し
て始動する。

同期電動機が所定の速度に達したとき、遮断器（４）を
開とし遮断器■を閉とし、交流励磁機■の印加電圧を交
流から直流に切換える。以後サイリスタ励磁装置０によ
り交流励磁機■の印加直流電圧を調整することにより、
同期電動機（１３）の界磁電流を制御する。

同期電動機停止時は可変電圧可変周波数電源装置（８）
の周波数を同期電動機（１３）と同期をとりながら徐々
に下げることにより同期電動機（１３）および被駆動機
（１４）の回転エネルギを可変電圧可変周波数電源装置
（８）を介して電源側に回生ずる。

同期電動機（１３）が所定の回転速度まで減速したとき
遮断器５を開とし遮断器（イ）を閉として交流励磁機■
の印加電圧を直流から交流に切換える。同期電動機（１
３）がほぼ停止したとき遮断器（イ）を開とする。

本実施例１によるブラシレス同期機を前記構成で使用す
ることにより同期調和機においても、同期電動機におい
ても、停止時から定格回転速度まで同期運転に必要な同
期機の界磁電流を供給することができる。

そして、交流励磁機として巻線形誘導電動機を用いたか
ら、−次巻線に低周波電圧を印加することにより信頼性
の高いターニング装置として使用できる。

実施例２ 次に第２の実施例について第７図ないし第１２図を参照
して説明する。この実施例２においては、■　第７図に
示すように、同期機ωのブラシレス励磁装置は、固定子
側から直流電流によって励磁する第１の交流励磁機（２
２）と、固定子側から三相交流電源によって励磁する巻
線形誘導電動機を第２の交流励磁機■（実施例１の交流
励磁機と同じ）として前記同期機（ト）と同一回転軸に
配置し、前記第１の交流励磁機（２２）の電機予巻ｌｉ
！（２２ｂ）に第１の回転整流器（２３）を接続し、前
記第２の交流励磁機■の二次巻線（２ｂ）に第２の回転
整流器（３）を接続し、前記第１の回転整流器（２３）
と前記第２の回転整流器■の直流側を直列に接続して、
前記同期機■の界磁巻線（１ａ）に励磁電流を供給する
ことを特徴としたブラシレス励磁装置を提供し、さらに
、 ■　前記第２の交流励磁機■が巻線形誘導電動機の性質
を持つことから、前記第２の交流励磁機■の一次巻線に
低周波電圧を印加しターニング装置として利用するブラ
シレス同期機とを提供する。

次に上記実施例２の作用を説明する。

第８図は前記第１の交流励磁機の等価回路を示す。

第８図においてＲ８は電機子巻線抵抗、Ｌａは界磁巻線
と電機子巻線の相互インダクタンス、　Ｌｅは電機子漏
れインダクタンス、ωは前記同期機の電気角速度、Ｉｄ
ｃは界磁電流、■、は電機子電流、み、は前記第１の回
転整流器の交流側電圧を示す。

第８図の等価回路から次式が得られる。

６、＝ωＬａＩ閃　（Ｒａ＋ｊω（Ｌａ＋Ｌｅ））ｉ、
　　　　−＝　（２０１）第９図は前記第２の交流励磁
機の等価回路を示す。

第９図において、Ｒ１は一次巻線抵抗二次換算値、Ｒ２
は二次巻線抵抗、Ｌｌは一次漏れインダクタンスの二次
換算値、Ｒ２は二次漏れインダクタンス、Ｌｏ　は励磁
インダクタンス、Ｓは前記同期機の電気角速度ωの一火
工源周波数ω。に対するすべり、ｅＡＣは一次電圧の二
次換算値、１２は二次電流、ｅ２は前記第２の回転整流
器の交流側電圧を示す。

第９図の等価回路においてり。の励路電流によるＲ１お
よびＬｌの電圧降下を無視すると次式が得られる。

ｅ２＝：Ｓ　ｅＡｃ−（ＳＲ１＋Ｒ２＋ｊ　Ｓ　ω（Ｌ
ｘ＋Ｌｚ））　＋２　・＝　（２０２）ここで である。

第１０図は前記第１の交流励磁機（２２）と前記第２の
交流励磁機■を、それぞれ前記第１の回転整流器（２３
）と前記第２の回転整流器■に接続し、前記２つの回転
整流器（２３）、（３）の直流側を直列に接続し前記同
期機の界磁巻線に電流を供給しているときの等価回路で
ある。

第１０図において、Ｅｌは前記第１の回転整流器（２２
）の直流側電圧、Ｒ２は前記第２の回転整流器（３）の
直流側電圧、Ｉｆｄは前記同期機の界磁電流。

Ｅｆｄは前記同期機の励磁電圧、Ｒｆｄは前記同期機の
界磁巻線抵抗を示す。第１０図における他の記号は第８
図および第９図と同様である。

第１０図において三相余波整流回路の電圧および電流の
交直変換係数をそれぞれα、βとすると次式となる。

αｅ、＝Ｅ１ αｅ２＝Ｅ２ βｉ工＝β１ｚ＝Ｉｆｄ ・・・（２０４） ・・・（２０５） ・・・　（２０６） また第１０図の等価回路から Ｅ□十Ｅ　ｚ　”　Ｒｆｄ　Ｉ　ｆｄ ・・・　（２０７） となり、前記（２０１）式および（２０２）式において
、回転整流器の転流リアクタンス降下を無視し、　み。

および（、およびみ２と１□をそれぞれ同相とみなすと
次式が得られる。

（ｅ２＋（ＳＲＬ＋Ｒ２）＋２）２＋（Ｓω０（Ｌｌ＋
Ｌ２）＋２）２＝（ＳｅＡＣ）２・・（２０９） 前記（２０８）、　（２０９）式に（２０４）〜（２０
６）式を代入し整理することにより次式を得る。

・・　（２１１） 前記（２１０）　、　（２１１）式を前記（２０７）式
に代入し整理することにより次式を得る。

前記（２１２）式に（２０３）式を代入し整理すること
により次式を得る。

（ｅ　ｘ　＋　Ｒａ　ｘ　ｘ　）２＋　（＋１）化ａ　
＋　Ｌｅ）　ｉ　Ｌ）”　＝　（ωＬａＩ　ｏｃ）２−
　（２０８）係は次式となる。

ただしく２１０）式のＥ工が負となる前記同期機の電気
角速度ωが小さい領域、すなわち ・・　（２１６） また（２１１）式のＥ２が負となる前記第２の交流励磁
機のすべりＳが小さい領域すなわち ・・・（２１４） の領域では前記回転整流器（２３）の直流側電圧Ｅ□は
零となるため前記同期機の界磁電流は前記第２の交流励
磁機の一火工圧ｅＡｃのみで決定され（２１２）および
（２１３）式は成り立たず次式となる。

・・・（２１７） の領域では前記回転整流器２の直流側電圧Ｅ２は零とな
るため前記同期機の界磁電流は前記第１の交流励磁機の
界磁電流ＩＤＣのみで決定され、（２１２）式および（
２１３）式は成りたたず次式となる。

・・・（２１５） （２１５）式から（２１４）式の領域、すなわち第２の
交流励磁機のみが作用する領域でのｅＡＣとＩｆｄの関
・・・（２１８） （２１８）式から（２１７）式の領域、すなわち第１の
交流励磁機のみが作用する領域でのＩＤＣとＩｆｄの関
係は次式となる。

（２１４）式および（２１７）穴以外の領域すなわちω
１〈ω〈ω２の領域では（２１３）式が成りたち、この
領域での前記同期機の電気角速度ωと界磁電流Ｉｆｄの
関係は（２１３）式の（）内の値で決定されることにな
る。（）内の値が小さいとき、すなわち後述の（２２０
）式が成りたっときには、前記同期機の界磁電流Ｉｆｄ
は電気角速度ωが変化してもほぼ一定の値を保つことが
できる。

このとき前記同期機の界磁電流Ｉｆｄはω□くωくω２
の領域で次式の値でほぼ一定となる。

・・　（２２１） 第１１図の実線は、第１の交流励磁機の界磁電流ＩＤＣ
と第２の交流励磁機の一火工圧ｅＡＣを前記（２２０）
式を満たすよう調整した場合の前記同期機の電気角速度
ωと界磁電流Ｉｆｄの関係を示したものであり、ω１〈
ωくω。の領域においては、前記同期機の界磁電流はほ
ぼ一定となる。

第１２図の実線は、第１の交流励磁機の界磁電流ＩＤＣ
と第２の交流励磁機の一火工圧ｅＡＣを前記（２２０）
式の左辺の値が右辺の値より小さくなるように調整した
場合の前記同期機の電気角速度ωと界磁電流Ｉｆｄの関
係を示したものであり、　ω、〈ω〈ω。の領域におい
ては、ωの上昇によりＩｆｄが減少する特性となる。逆
に前記（２２０）式の右辺の値が右辺の値より大きくな
るよう調整した場合には、ωの上昇に伴ないＩｆｄが増
加する特性となる。

第１１図および第１２図に示すように前記第１の交流励
磁機（２２）の界磁電流と前記第２の交流励磁機■の一
次電圧を調整することにより、前記同期機の静止時から
定格回転数まで前記同期機の界磁電流を調整できる。

次に第２の交流励磁機を利用した同期機のターニングに
ついて説明する。前記第２の交流励磁機■を単独運転し
ている前記第（２０７）式のＥ２は零となることから、
前記（２０５）〜（２０７）式により次式が得られる。

前記（２２２）式および第９図の前記第２の交流励磁機
の等何回路から、前記第２の交流励磁機単独運転時の出
力特性Ｐ、は第２の交流励磁機の二次抵抗をＲ２＋ＬＲ
ｆｄとみなしたときの誘導電動機の特性となり、次式と
なる。

（以下余白） ・・　（２２３） この（２２３）式に前記（２０３）式を代入することに
より次式となる。

・・（２２４） 従って前記同期機ターニング用低周波電源の周波数をω
Ｌ、電圧をｅＬとし、ターニング電気角速度ωＴにおけ
るターニング損失をＰ丁とすると、前記（２２４）式か
ら次式を満足するωＬと８Ｌを適当に選択することによ
り前記同期機のターニング電気角速度を０７以上とする
ことができる。

・（２２５） 次に実施例２によるブラシレス同期機の第１の使用例の
動作について第１３図を参照して説明する。

第１３図は、実施例２のブラシレス同期機を同期調和機
ωに適用したものである。同期調相機■停止中は遮断器
（３３）、　（３４）、　（３５）、　（３６）、　（
３９）は開とし遮断器（３７）、　（３８）を閉として
ターニング用低周波電源（２９）により同期調相機■を
ターニングする。同期調相機■始動時は、遮断器（３７
）、　（３８）を開とし、遮断器（３５）、　（３６Ｌ
　（３９）を閉とし、サイリスタ励磁装置（２８）によ
り同期調相機■始動中の回転速度に対する同期調相機■
の界磁電流上昇率または下降率を決定する第１の交流励
磁機（２２）の界磁電流とする、次に遮断器（３４）を
閉とし、可変電圧可変周波数電源装置ｔ　（８）により
低周波交流電圧を印加し、同期調和機■と同期をとりな
がら徐々に周波数を上昇して始動する。

同期調相機ωが所定の速度に達した後、サイリスタ励磁
装置（２８）により第１の交流励磁機（２２）の界磁電
流を調整し同期調相機■の電圧と系統電圧を合わせ、系
統電圧と同期調相機■が同期したとき遮断器（３４）を
開とし遮断器（３３）を閉とする。以後、第１の交流励
磁機（２２）の界磁電流をサイリスタ励磁装置（２８）
で制御し１通常の調相運転を行なう。

同期調相機■を停止する時は遮断器（３３）を開とし、
サイリスタ励磁装置（２８）の出力電流を同期調相機■
の低い回転速度に対する同期調相機■の励磁電流上昇率
または下降率を決定する第１の交流励磁機（２２）の界
磁電流とする。

次に可変電圧可変周波数電源装置（８）の電圧および周
波数を同期調相機■の電圧および周波数に合わせ、同期
した後遮断器（３４）を投入し可変電圧可変周波数電源
装置！　（８）の出力と同期調相機■と同期をとりなが
ら周波数を徐々に下げることにより同期調和機ωの回転
エネルギを電源側に回生じ停止する。

次に実施例２の第２の使用例について第１４図を参照し
て説明する。

第１４図は実施例２によるブラシレス同期機を可変速同
期電動機に適用したものである。同期電動機（１３）始
動時、遮断器（４１）、　（４２）を閉としてターニン
グ用低周波シリコン整流器（３１）により第１の交流励
磁機（２２）に励磁電圧を印加する。第１の交流励磁機
（２２）の界磁電流は変圧器（４０）の変圧比を適当に
選択し同期電動機（１３）の回転速度に対する同期電動
機界磁電流の関係が所定の値となるように設定される。

次に遮断器（４３）を閉とし可変電圧可変周波数電源袋
Ｗ（８）により低周波交流電圧を印加し、同期電動機（
１３）と同期をとりながら徐々に周波数を上昇して所定
の回転数まで上昇する。

同期電動機を停止する時は可変電圧可変周波数電源装置
（８）と同期をとりながら徐々に周波数を下げることに
より、同期電動機（１３）および被駆動機（１４）の回
転エネルギを電源側に回生ずる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、同期機停止状態
から定格周波数まで、始動、停止および通常運転におい
て同期運転に必要な同期機の界磁電流を供給することが
できるため、始動および停止時の同期機制動巻線の温度
上昇、回転整流器の過電圧の問題はなくなり、始動用電
動機を取付けることなく、大容量同期機のブラシレス化
が実現できる。

また、交流電圧を１次巻線に印加する実施例１の交流励
磁機又は実施例２の第２の交流励磁機を巻線形誘導電動
機としてターニングに利用できるため、ターニングの必
要な軸長の長い円筒形同期機に対してもギヤ等の機械装
置を使用することなく、信頼性のあるターニング装置と
して利用できるブラシレス同期機を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブラシレス同期機の第１の実施例を示
す回路図、第２図は第１図において交流励磁機−次巻線
に交流電圧を印加しているときの等価回路図、第３図は
第１図において交流励磁機−次巻線に直流電圧を印加し
ているときの等価回路図、第４図は第１図の交流励磁機
−次巻線に交流電圧または直流電圧を印加したときの同
期機電気角速度に対する界磁電流の特性曲線図、第５図
および第６図は前記第１の実施例のそれぞれ異なる使用
例を示す単線結線図、第７図は第２の実施例を示す回路
図、第８図は第７図の第１の交流励磁機の等価回路図、
第９図は第７図の第２の交流励磁機の等価回路図、第１
０図は第７図の等価回路図、第１１図および第１２図は
実施例２のそれぞれ異なる界磁電流調整における特性曲
線図、第１３図および第１４図は前記第２の実施例のそ
れぞれ異なる使用例を示す単線結線図、第１５図は従来
のブラシレス同期機の回路図である。 １・・・同期機、　　　　１゜・・・回転部分、１ａ・
・・同期機界磁巻線、 ２・・・巻線形誘導電動機式（第２の）交流励磁機、２
ｂ・・・（第２の）交流励磁機の二次巻線、３・・・（
第２の）回転整流器、 ２２・・・第１の交流励磁機、 ２３・・・第１の回転整流器。 交乏Ｖ虎 ＳＴ ９門４７原 代理人　弁理士　大　胡　典　夫 交；縣ｎ漬ム磯゛ 同一１’ｌｌ、ｔ＾ 第 図 第 第 図 図 ｆｄ ｆｄ 目紺■代 Ｒａ ｊｗ（Ｌａ＋Ｌｚ） 第 図 第 図 第 図 １１力蒐ど己 第 図 第 図 第 図 ｔｄ 第 図 固 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブラシレス励磁装置を有するブラシレス同期機に
   おいて、ブラシレス励磁装置は巻線形誘導電動機式交流
   励磁機としてその二次巻線を前記同期機と同一回転軸上
   に配置し、前記交流励磁機の二次巻線に回転整流器を接
   続し、回転整流器の直流側を前記同期機の界磁巻線に接
   続し、前記同期機の回転速度または周波数が所定の値以
   下のとき前記交流励磁機の一次巻線に交流電圧を印加し
   、前記同期機の回転速度または周波数が所定の値を超え
   たとき、前記交流励磁機の一次巻線の第一相と短絡した
   第二相間および第三相間または第一相と第二相間に直流
   電圧を印加することにより前記同期機に励磁電流を供給
   することを特徴としたブラシレス同期機。
2. （２）ブラシレス励磁装置を有するブラシレス同期機に
   おいて、ブラシレス励磁装置は固定子側から直流電流に
   よって励磁する第１の交流励磁機と、固定子側から三相
   交流電流によって励磁する巻線形誘導電動機式第２の交
   流励磁機として前記同期機と同一軸上に配置し、前記第
   １の交流励磁機の電機子巻線に第１の回転整流器を接続
   し、前記第２の交流励磁機の二次巻線に第２の回転整流
   器を接続し、前記第１の回転整流器と前記第２の回転整
   流器の直流側と直列に接続して前記同期機の界磁巻線に
   励磁電流を供給することを特徴としたブラシレス同期機
   。