JPH07322685A - 交流電気電動機用の電力供給装置 - Google Patents

交流電気電動機用の電力供給装置

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JPH07322685A
JPH07322685A JP7045567A JP4556795A JPH07322685A JP H07322685 A JPH07322685 A JP H07322685A JP 7045567 A JP7045567 A JP 7045567A JP 4556795 A JP4556795 A JP 4556795A JP H07322685 A JPH07322685 A JP H07322685A
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voltage
power supply
generator
winding
pwm
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JP7045567A
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Orsat Jean Michel
オルサ ジャン−ミシェル
Vanderschaeghe Christian
バンデルセージュ クリスティアン
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Somfy SA
Original Assignee
Somfy SA
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/04—Single phase motors, e.g. capacitor motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/05—Capacitive half bridge, i.e. resonant inverter having two capacitors and two switches

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  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、２巻線形の単相交流電動機に電力
を供給する電力供給装置に関し、交流電動機の動作速度
と動作方向の逆転とを可変的に制御するための比較的低
コストで高性能な電力供給装置を提供することを目的と
する。 【構成】 交流電動機内で準正弦波状の交流電流を発生
させるパルス幅変調によって動作する発電機ＰＷＭが、
交流電気電動機の一方の巻線にのみ接続され、交流電気
電動機の他方の巻線が直接的に単相の交流源にのみ接続
されるように構成される。発電機ＰＷＭは、この発電機
ＰＷＭから送られる電流の基本周波数が交流源の周波数
に等しいように調整される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２巻線形単相の交流電
動機（ＡＣモータ）に電力を供給するための電力供給装
置に関する。さらに詳しくいえば、本発明は、交流モー
タ内で準正弦波状の交流電流を生成するために、パルス
幅変調により動作する発電機（Current Generator ）を
備えた交流電動機用の電力供給装置を主題とするもので
ある。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】上
記のようなタイプの電力供給装置は、１９９３年６月発
行の定期刊行物「インテリジェント モーション プロ
シーディング（Intelligent Motion Proceeding ）」の
２３０頁〜２３６頁に記載されている。この定期刊行物
における電力供給装置は、補助巻線と移相コンデンサと
を備えた単相の誘導電動機に電力を供給するように意図
されている。パルス幅変調器を備えた発電機（“ＰＷ
Ｍ”と称する）によって供給され且つ周波数変調と電圧
変調とを加えられることが可能な交流電圧が、上記電動
機の２つの巻線の端子に、従来どおりの仕方で、即ち、
補助巻線と移相コンデンサとを備える従来の誘導電動機
の端子に電源電圧（MainsVoltage ）が印加されるのと
同一の仕方で印加される。この公知の電力供給装置は、
電動機の速度を制御することを可能にする。
【０００３】電動機の回転子（ロータ）を駆動するのに
必要な回転磁界を得るために移相コンデンサを使用する
ことが、２相電動機によって得られるような、最適効率
の実現を可能にするπ／2 の理想的な位相変移を恒久的
に得ることを可能にはしないという事実は、長い間知ら
れてきた。実際に、電動機の動作曲線の全体に亙って電
動機の効率が変化するので、この効率を上記最適の効率
に近づけることができるのみである。そして、電動機の
効率は、使用状態に応じて変化する可能性があり、即
ち、加えられる負荷に応じて変化する可能性がある。上
記の定期刊行誌で説明されているような発電機（“ＰＷ
Ｍ”）によって電力が供給される電動機の場合には、こ
の電動機の効率の変化は更に大きく、この効率は、供給
電圧の周波数変化に応じて変化し、移相コンデンサは、
予め定められた一つの周波数にだけ適合しているにすぎ
ない。電動機が低速度での動作に適している場合には、
即ち、低周波数電力供給装置を有する場合には、移相コ
ンデンサは高い静電容量（キャパシタンス）を持たなけ
ればならず、従って、大型であり高価である。こうした
場合には、同一の磁束条件を維持するために電圧が周波
数に応じて変化するので、電力供給装置が、供給電圧に
よって生成され且つ電動機から切り替えられる磁束によ
ってブレーキが解除されるブレーキ付き電動機に給電す
ることは不可能である。実際には、低周波数では供給電
圧が必ず低下するので、この供給電圧によりブレーキを
解除状態に保つことは、低周波数になるに従って急速に
不十分なものとなる。
【０００４】これに加えて、全ての場合において、電動
機の供給電圧の位相に従い、電動機の回転方向を逆転さ
せるための電流インバータを使用することが必要であ
る。
【０００５】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、動作速度と動作方向の逆転とを可変的に制御す
ることを可能にする、より低コストで且つより高性能
の、２巻線形単相電動機用の電力供給装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段、及び、作用】上記の誘導
電動機の場合には、上記目的は、補助巻線だけに給電す
るパルス幅変調形の発電機（通常、ＰＷＭと表す）と、
主巻線だけに給電する交流源（特に電源）とによって実
現される。電源電圧と上記発電機によって供給される電
圧との間の位相変移が、他の何らかの手段を必要とせず
に、π／2 の固定値に維持されることが可能である。従
って、この場合、移相コンデンサが不要である。
【０００７】場合によっては、電動機のトルク／速度特
性を変更するために、位相変移の別の値を使用すること
も可能である。
【０００８】例えば、米国特許第3,038,109 号及び第3,
582,741 号に開示されているような、始動時により大き
いトルクを必要とする遠心解除式の機械式ブレーキを使
用する場合のような特定の使用条件に電動機の動作曲線
を適合させるために、この動作曲線を変化させることが
可能である。更に、他の何らかの手段なしに、上記のよ
うなブレーキ付き電動機を使用することが可能である。
【０００９】本発明による電力供給方法は、巻線形電機
子と界磁巻線とを備えた整流子交流電気電動機に対して
給電するために使用されることも可能である。電機子巻
線と界磁巻線のどちらが発電機の出力に接続されている
かに応じて、異なった動作曲線が得られることが可能で
ある。
【００１０】本発明による方法のこの一般的適用を考慮
に入れるならば、本発明による電力供給装置は、上記交
流発電機が電動機の巻線の一方にだけ接続され、他方の
巻線が単相交流源に排他的に且つ直接的に接続され、上
記発電機が、その発電機から供給される電流の基本周波
数が上記交流源の周波数に等しいように適合させられ
る。
【００１１】従って、本発明による電力供給装置は、直
巻形電動機又は交直両用電動機には関係しない。
【００１２】いずれの場合にも、本発明による電力供給
装置は、単一の制御電流によって、従って、バイポーラ
電力インバータを使用せずに、電動機の回転方向を逆転
させることを可能にする。
【００１３】更に、本発明は、ブラシの物理的な位相変
移を不要にすることが可能な新規タイプの整流子交流電
気電動機を提供する。この種の電動機では、上記の位相
変移が電気的に得られ、電動機の速度に応じて自動的に
調整されることが可能である。
【００１４】上記の電動機の場合には、本発明は、低速
動作のための電動機を設計することを可能にする。また
一方で、上記の電動機の場合、高速度は、発電機によっ
て界磁巻線の端子に供給される交流電圧を低減させるこ
とによって得られる。
【００１５】
【実施例】図１に示されている装置は、直角位相の形に
配置された主巻線PPと補助巻線PSとを装備した単相の誘
導電動機M を備える。主巻線PPは、電源のライブ(live)
端子L （図１中ではP と表すこともある）と中性点(neu
tral) N との間に接続される。主巻線PPの端子と共通で
ある補助巻線PSの一方の端子は、電源の中性点N に接続
される。また一方で、補助巻線PSの他方の端子は、電源
の同じ端子L 、N を経由して給電される回路PWM （即
ち、固定周波数又は可変周波数で幅変調パルスを供給す
る回路）によって構成される補助発電機の中間点である
点S に接続される。
【００１６】ここで、「PWM またはＰＷＭ」という表現
が、パルス幅変調に関係する事項を表すために一般的に
使用される略語であることを、ここで思い出していただ
きたい。発電機ＰＷＭは、公知の仕方でインバータブリ
ッジに組み合わされ、このインバータブリッジは、スイ
ッチとして動作する２つのＭＯＳ型のトランジスタT1、
T2と、発電機ＰＷＭとインバータブリッジとから成る補
助発電機の中間点を形成し且つトランジスタT1のソース
とトランジスタT2のドレインとを接続する共通点S とに
よって構成されている。このような構成の発電機は、１
９９３年６月発行の上記刊行物「インテリジェント モ
ーション プロシーディング」の２３０頁〜２３６頁
と、１９９２年６月にＳＧＳ−トムソン マイクロエレ
クトロニクス(SGS-Thomson Microelectronics)社によっ
て刊行された「電力装置の設計者への指針(Designers'
Guide to Power Products), アプリケーション・マニュ
アル第２版（Application Manual, 2nd edition)」の３
０９頁〜３２２頁と、フィリップス(PHILIPS) 社による
刊行物「パワーセミコンダクタ・アプリケーション(Pow
er Semiconductor Applications)」の３−４頁〜３−１
０頁と、ジーメンス(SIEMENS) 社による刊行物「ＳＡＢ
−８０Ｃ５１５Ａ及びＳＡＢ−８０Ｃ１７Ａを用いた３
相正弦波発電(3-Phase Sine Wave Generation with the
SAB 80C515A and SAB 80C17A)」〔ジーメンス社の半導
体部門に所属のニコラス パパドパウロス著(Nikolaos
Papadopoulos, Siemens Semiconductor Division), 改
訂版（ Rev. ）２．０−ｅ，３／９２〕とに詳細に説明
されている。トランジスタ・インバータブリッジは、上
記のＳＧＳ−トムソンの刊行物の３１０頁に特に記載さ
れている。トランジスタT1のドレインは、正の半波だけ
がこのドレインに印加されるように、ターンオフダイオ
ードD1を経由して電源のライブ端子L に接続され、一
方、トランジスタT2のソースは、負の半波だけがこのソ
ースに印加されるように、ターンオフダイオードD2を経
由してライブ端子L に接続される。更に、従来通りに、
２つの濾波コンデンサ（平滑用コンデンサ）C1、C2が、
上記トランジスタの各々と補助巻線PSとに対して並列
に、且つ、中性点N とトランジスタT1のドレインとの
間、及び中性点N とトランジスタT2のソースとの間とに
それぞれ備えられる。トランジスタT1、T2はスイッチと
して機能し、これらのトランジスタのゲートは、それぞ
れ、発電機ＰＷＭの出力S1と出力S2とに接続され、補助
巻線PSの正の電圧に対応するパルスが出力S1に現れ、補
助巻線PSの負の電圧に対応するパルスが出力S2に現れ
る。従って、トランジスタT1、T2は、概ね正弦波状であ
る交流電流が補助巻線PSを流れるように、交互にオン状
態になる。
【００１７】図２は、図１に示した回路内で使用される
発電機ＰＷＭの回路図を示す。この発電機ＰＷＭは、中
性点N とライブ端子L とを有する電源LNによって給電さ
れる。この発電機ＰＷＭは、電源の周波数の倍数の周波
数を有し且つ一定不変の振幅を有するような、図３に示
すとおりの三角波状又は概ね三角波状の電圧を供給する
発振器１を備える。
【００１８】発電機ＰＷＭは更に、その回路に給電する
直流電源２と、電源の正弦波電圧と同期しており且つ実
際的に電源電圧（主電圧）と正確な直角位相にある正弦
波電圧を抵抗器R1の端子において供給するために、低静
電容量のコンデンサC3と低値の抵抗器R1とにより構成さ
れる移相回路３と、R1の端子における電圧の高周波寄生
成分を濾波するための誘電子L から構成されるフィルタ
回路４と、分圧回路５と、加算器６と、コンパレータ
（比較器）７と、トランジスタT1、T2を制御するための
２つの相補出力S1、S2を有する増幅回路８とを備える。
【００１９】三角波形の発振器１が、移相回路の抵抗器
R1の端子において得られ且つ誘電子L によって濾波され
た位相変移した正弦電圧によって、給電される。従っ
て、この三角発振器１は、π/2の位相変移を伴って電源
電圧と同期させられる。この電圧は、電界コンデンサC
4、C5に対しそれぞれ直列に接続され、且つ、互いに逆
並列接続関係にあるダイオードD3、D4に供給されてお
り、直流電源２を構成する正の直流電圧 U+ と負の直流
電圧 U- とを得ることを可能にする。上記発振器１は、
好ましくは、一般の回路内に２つの演算増幅器AO1 、AO
2 を備える。
【００２０】分圧回路５は、直列の４つの抵抗器R2、R
3、R4およびR5から構成され、抵抗器R5は更に、正の直
流電圧 U+ が供給され且つ直流成分を送り出す加算器と
して機能する分圧器R5、R6の一部を形成する。従って、
分圧回路５は、コンパレータ７の入力に接続するスイッ
チLS/HS の端子に接続された点P1、P2において２つの異
なった電圧を得ることを可能にする。R6は、上記直流成
分を変化させることを可能にする可変抵抗器である。
【００２１】従って、点P3における直流電圧は、分圧回
路５内の正弦波電圧に直接重ねられる。
【００２２】コンパレータ７は、三角波形の発振器１の
出力S3とスイッチLS/HS とに対して互いに反対に接続さ
れた２つの演算増幅器AO3 、AO4 によって構成される。
即ち、上記コンパレータ７においては、発振器１の出力
S3が一方の演算増幅器AO3 の負入力と他方の演算増幅器
AO４の正入力とに接続され、スイッチLS/HS がAO3 の正
入力とAO４の負入力とに接続される。回路AO1 から回路
AO４は全て電圧 U+ 、U- を供給されるが、図面を分か
り易くするために、これらの電圧を供給する回路は、演
算増幅器AO3 を除いて図示されていない。
【００２３】最後に、上記発電機は、相補出力S1、S2を
有する増幅回路８を備え、この増幅回路８は、トランジ
スタT1、T2を駆動するのに十分な強度の電流を送り出す
ことが可能である（ドライバ回路ともよばれる）。上記
の増幅回路８の入力は、増幅回路８が演算増幅器AO3 と
演算増幅器AO4 のどちらかに接続されることを可能にす
るスイッチCMを経由して、コンパレータ７に接続され
る。
【００２４】スイッチLS/HS は、図に示された上記スイ
ッチの位置における低速に対応する供給電圧と、上記ス
イッチの他方の位置における高速に対応する供給電圧と
いう、２つの異なった供給電圧を得ることを可能にす
る。実際には、コンパレータ７は、２つの演算増幅器AO
3 、AO4 によって構成される。従って、加算器の出力S
4、S5は、180 度だけ位相変移している。従って、これ
らの入力（出力S4、S5）のどちらか一方を選択すること
を可能にするスイッチCMが、電動機が両方向のどちらに
も駆動させられることを可能にし、従って、回転方向逆
転装置を構成する。
【００２５】発振器１によって送り出される三角波形の
電圧U1と、分圧回路５から得られる正弦波形の電圧U2と
の比較が、図４に示されている。この場合には、重ね合
わされた直流電圧はゼロに等しい。図５は、P3で得られ
る直流成分を加算した場合の、上記の図４の場合と同じ
比較を行ったものである。
【００２６】出力S1と出力S2とに現れる一連の幅変調パ
ルスWMP が、図３に示されている。これらのパルスの幅
は、トランジスタT1、T2のオン期間を決定する。従っ
て、補助巻線PSを通って流れる交流電流は、主巻線PPの
端子における電圧に対比してπ/2だけ位相変移させられ
た準正弦波形を有する。分圧回路５は、上記電圧を徐々
に変化させるために、即ち、電動機の速度を徐々に変化
させるために、可変抵抗器（例えばR3）を備えることも
可能である。
【００２７】補助巻線PSに印加される電圧の直流成分と
振幅との両方に対して作用を及ぼすことをこうして可能
にすることによって、本発明の電力供給装置は更に、電
動機のトルク／速度特性を所期の動作条件に適合させる
ことを可能にする。
【００２８】この効果が、補助巻線PSに印加される電圧
と主巻線PPに印加される電圧との間の位相変移を変化さ
せることによって得られることも可能であるということ
に留意されたい。
【００２９】図６は、巻線PSに対する印加電圧の振幅を
変化させることだけによって与えられる一連のトルク／
速度特性の一例を示す。従来どおりに、Ｔは電動機のト
ルクを表し、ｎは電動機の速度を表す。曲線A1、A2、A3
は、それぞれ、補助巻線PSに印加される電圧の公称振幅
A1の場合と、電圧A2＜A1の場合と、電圧A3＜A2の場合と
における、トルク／速度特性を示す。このトルク／速度
特性の低速度領域内において駆動トルク特性が概ね水平
であるという特徴の故に、一定不変の対抗トルク負荷(O
pposing Torque Load)は低速度で駆動することが困難で
ある（点M3）が、一方、上記装置は、高速度領域内にお
ける速度制御に関して完全に満足できるものである（点
M2）。
【００３０】図７は、この場合には上記電圧の振幅と直
流成分とに対して複合的に作用を及ぼすことによって、
上記と同一の電動機を使って得られるトルク／速度特性
の一例を示している。曲線A1は、公称振幅電圧であり且
つ直流成分がゼロに等しい場合に得られるトルク／速度
特性を表し、曲線A4は、電圧振幅A4＜A1で且つ直流成分
＞０である場合に得られるトルク／速度特性を表してい
る。非常に急峻なトルク／速度特性が観察され、この特
性は安定した動作条件をもたらす（点M4）。
【００３１】図８〜図１０は、巻線形の電機子ROと界磁
巻線STとを備えた整流子交流電気電動機用の電力供給装
置に対する本発明の適用例を示す。当初は直流電気電動
機として導入されたこうしたタイプの電動機は、巻線を
流れる電流が実質的に同相であるという条件下で、交流
用に使用可能である。この条件は、界磁巻線が電機子巻
線と直列であるような交直両用電動機ともよばれる直巻
電動機において、自然発生的に得られる。こうした電動
機の適正な設計は、転流の問題を最適に解決するために
中性線に対してブラシが大きく偏侈していることを必要
とする。最適の偏侈は、電動機の動作速度に応じて決定
される。実際上は、交直両用電動機は低電力用に使用さ
れ、ブラシの固定した偏侈が採用されるが、この選択
は、平均速度に関する妥協の結果である。動作方向の逆
転には、バイポーラインバータが必要とされる。更に、
ブラシの偏侈は、電動機の単一の動作方向においてだけ
有効であるにすぎない。電動機が両方向に回転しなけれ
ばならない場合には、ブラシを中性線上に位置決めする
か（この場合には、スイッチングが不適切なので、結果
的に磨耗が生じる）、又は２組のブラシを備える（これ
は、電動機の構造を複雑化する）ことが必要である。
【００３２】本発明による電力供給方法は、図８及び図
９に示される２つの構成によって、積層固定子を備えた
並列励磁タイプの電動機に対して適用可能である。
【００３３】この回路は、図１の回路と同じである。図
８に示される方法では、電機子ROが電源によって電力供
給され、界磁巻線STが発電機ＰＷＭによって電力供給さ
れる。
【００３４】図９による電力供給方法では、電源によっ
て電力供給されるのは界磁巻線STであり、発電機ＰＷＭ
によって電力供給されるのは電機子ROである。
【００３５】図２の発電機では、界磁巻線に印加される
電圧と電機子に印加される電圧とが原則的に同相である
ので、移相回路３のユニットが省略される。しかし、発
電機ＰＷＭに、上記電圧を位相変移させるための手段を
備えることが可能であり、この位相変移手段は、必要に
応じて、ブラシの変移によって得られる位相変移に等し
い位相変移を生じさせることが可能であり、従って、ブ
ラシの物理的変移を電子的位相変移によって置き換える
ことが可能である。こうした位相変移手段が図１２に示
されている。この場合には、上記発電機の電力供給電圧
は変圧器TRの二次巻線E1、E2から得られ、変圧器TRの一
次巻線は、中性点N とライブ端子L とを有する電源LNに
接続される。二次巻線は、ゼロレベルを決定する中間点
S6を有する。コンデンサC3と摺触子付きの可変抵抗器R7
とが二次巻線E1、E2の間に直列に接続され、移相回路
３′を形成する。上記変圧器に接続された可変抵抗器R7
の端子と上記摺触子とが、ターンオフダイオードD5を経
由して、ダイオードD3とコンデンサC4との共通端子に接
続され、更にダイオードD ４とコンデンサC5との共通端
子に接続される。この回路図は、更に、ターンオフダイ
オードD3、D4が、誘導子L に接続される代わりに、コン
デンサC3と変圧器TRとの共通点に接続されるという点
で、図２の回路図と異なっている。その他の点では、図
１２に示される回路図は、図２の回路図と同一である。
可変抵抗器R7に対して作用を及ぼすことによって、P4に
おける正弦波電圧の位相変移が、電源電圧を基準にして
変化させられる。可変抵抗器R7の摺触子の位置に応じ
て、正弦波電圧が一方又は他方の方向に位相変移させら
れる。180 度の位相変移が、電動機の回転方向を逆転さ
せることを可能にする。従って、加算器６のユニットを
単純化することと、インバータ（スイッチ）CMを省略す
ることとが可能になる。
【００３６】従って、この可変移相機構が、単相非同期
電動機の速度を変化させるために使用されることが可能
である。
【００３７】図８の構成における電動機のトルク／速度
特性の変化の可能性が、図１０に示されている。A1は、
界磁巻線に印加される公称電圧におけるトルク／速度特
性の挙動を表し、一方、A2は、公称振幅よりも小さい電
圧振幅の場合のトルク／速度特性の挙動を表している。
【００３８】図９による構成における電動機のトルク／
速度特性の変化の可能性が、図１１に示されているが、
この図では、A1とA2は図１０の場合と同一の意味を有す
る。
【００３９】本用途に特に適した交流発電機の具体例が
図１３に示されている。
【００４０】この発電機は、図２に示されている発電機
と同様に、電源LNの電圧を基準として90度位相変移させ
られた VDCの振幅の電圧 VACを得ることを可能にする、
コンデンサC3と抵抗器R1とで構成された移相回路と、電
解コンデンサC4、C5に対しそれぞれ直列に接続され且つ
互いに逆並列接続関係にある２つのダイオードD3、D4で
構成された整流回路とを備える。この回路の素子が理想
的であると仮定する。こうして、２つの互いに反対の直
流電圧＋ VDC、− VDCがコンデンサC4、C5の端子におい
て取り出されることが可能である。位相変移した正弦波
電圧 VACが、抵抗器R7、R8、R9、R10 及びR11 で構成さ
れる分圧回路に加えられる。スイッチLS/HS は、点P5に
おいて２つの異なった電圧を得るように抵抗器R8を必要
に応じて短絡させることを可能にし、これらの２つの電
圧は、低速度での電動機への電力供給（図示したスイッ
チ位置）と、高速度での電動機への電力供給（他方のス
イッチ位置）とに対応する。
【００４１】三角波形の発振器は主として第１の演算増
幅器AO5 によって構成され、この演算増幅器AO5 は、こ
の実施例では、多入力積分器として使用されることによ
って、その立ち上がり部分と立ち下がり部分とで異なっ
たスロープを有する三角波信号を送り出す。言い換えれ
ば、出力電圧のスロープは、任意の瞬間において、３つ
の入力、即ち、抵抗器R10 、R11 の選択によって調節さ
れるヒステリシスを有するコンパレータとして装着され
た第２の演算増幅器AO6 の出力電圧と、抵抗器R12 の両
端で得られた直流電圧＋ VDCと、分圧回路によって分割
された振幅 VDCの正弦波電圧との線形結合である。この
回路の素子が理想的であると仮定すると、演算増幅器AO
6 の出力電圧は、演算増幅器AO5 から送られる三角波電
圧であるような上記演算増幅器AO6 の入力に印加される
電圧の値に応じて、＋ VDC又は−VDCに等しくなる。
【００４２】演算増幅器AO5 の出力信号のスロープにお
ける、演算増幅器AO5 の入力に印加される各電圧の重み
は、対応する抵抗値に反比例し、この抵抗値は、ここで
は、場合に応じて、R 又は2Rに等しいように選択され、
抵抗器R7、R8、R9の抵抗値はR に等しく、抵抗器R12 の
抵抗値は2Rに等しい。
【００４３】従って、演算増幅器AO6 から送り出される
信号は、三角波信号のスロープが減少していくときには
＋ VDCに等しい矩形波信号であり、三角波信号U1のスロ
ープが増大していく時には− VDCに等しい矩形波信号で
ある。それゆえに、上記演算増幅器AO6 からの信号は、
正弦波直流入力成分に割り当てられた重さと正弦成分の
瞬時値とに応じて変化することが可能なデューティサイ
クルを有する。従って、演算増幅器AO6 の出力における
矩形波信号は、必要に応じて幅変調される。この演算増
幅器AO6 の出力における信号は、一方では、コンパレー
タとして実装され、且つ、AO6 の出力において得られる
信号と同一であるが180 度位相変移させられた信号（図
１６）をその出力から送り出す第３の演算増幅器AO7 の
逆転入力に印加される。上記の矩形波信号は、他方で
は、前述の場合のように、電動機の回転方向を逆転させ
るためにコンパレータ７が演算増幅器AO6 の出力又は演
算増幅器AO7 の出力のどちらかに接続されることを可能
にするスイッチCMの一方の端子に印加される。
【００４４】パルス幅変調矩形波信号を送り出す公知の
発電機に関していえば、積分器／加算器によって構成さ
れたこの発電機は、上記の特定の用途の場合に、素子の
数がより少ないこと、振幅と直流成分とに関連した重み
の個別的で特定の調整が可能になること、電源の電圧に
対する非依存性、及び、電源から送り込まれて入力側の
正弦波信号上に現れる高周波寄生成分を積分器によって
除去するような組込み濾波器（Intrinsic Filtering ）
として機能することの利点を有する。
【００４５】単一の電位差計によって速度を連続的に調
整することが望ましい場合には、図１５に示されるよう
に回路を変更することが可能である。ここでは、スイッ
チLS/HS が、抵抗器R7、R12 に接続され且つ演算増幅器
AO5 の反転入力にその摺触子が接続されているような電
位差計R13 によって置き換えられる。
【００４６】標準的な集積パッケージ内での第４の演算
増幅器の使用可能性が考慮される場合には、可能な限り
完全な正弦波を得ることを目的とする追加のアクティブ
濾波器を含むことが可能である。こうした変更の例が図
１４に示されている。この回路は、整流器ブリッジと分
圧器との間に挿入される。さらに、この回路は、選択的
増幅器として動作する第４の演算増幅器AO8 によって構
成される。この演算増幅器AO8 の反転入力は、抵抗器R1
7 を経由して移相回路C3、R1に接続される。演算増幅器
AO8 の出力は、２つの抵抗器R14 、R15 と並列であり且
つ互いに直列である２つのコンデンサC7、C8によって構
成されるフィードバックループを経由して上記演算増幅
器の反転入力に接続される。さらに、コンデンサC7、C8
の共通点が抵抗器R16 を経由して電源の中性点N に接続
され、抵抗器R14 、R15 の共通点がコンデンサC19 を経
由して上記中性点N に接続される。
【００４７】コンデンサC7、C8は同一のキャパシタンス
を有し、このキャパシタンスの値はコンデンサC9の値の
半分である。抵抗器R14 、R15 は同一の抵抗値を有し、
この抵抗値はR16 の値の２倍である。R14 、R15 の抵抗
値をR とよび、C7、C8のキャパシタンス値をC とよぶな
らば、この回路によって構成される低域アクティブフィ
ルタ（低域アクティブ濾波器）の遮断周波数fcは次式で
表される。 fc = 1 / ( 2πRC）
【００４８】電源周波数が50Hz（ヘルツ）である場合に
は、R の値とC の値は、fc = 50Hzであるように選択さ
れる。従って、演算増幅器AO8 の出力における電圧は、
理想的な場合には、50Hzに等しい周波数の完全な正弦波
である。
【００４９】図１、図８又は図９による電力供給方法
は、トランジスタとその制御回路とが電源の交流電圧の
振幅の２倍に等しい直流電圧に適合するように設計され
なければならないので、高コストであることが明らかで
ある。しかし、電源電圧から全波整流電圧を送り出すグ
レッツブリッジを使用することによって、その装置のコ
ストを大きく低減させることが可能であり、この整流電
圧は上記インバータブリッジに印加される。
【００５０】図１７に示される装置は、直角位相の形に
配置された主巻線PPと補助巻線PSを装備した単相の誘導
電動機M を備える。主巻線PPは、電源のライブ端子L と
中性点N との間に直接接続される。従って、巻線PP、PS
は共通点を持たない。ライブ端子L と中性点N は、４つ
のダイオードD7、D8、D9、D10 によって構成されるグレ
ッツブリッジ整流器における一方の対角線の２つの端子
の間にそれぞれ接続される。更に、２つの濾波コンデン
サC1′、C2′が、このグレッツブリッジにおける他方の
対角線の２つの端子の間にそれぞれ接続される。補助巻
線PSの端子の一方がコンデンサC1′、C2′の共通点N ′
に接続され、補助巻線PSの他方の端子が補助発電機の中
間点に接続され、この補助発電機は、電源LNによって電
力供給される回路PWM によって構成されると共に電源と
同期させられ、この発電機により生成される電流の周波
数が電源の周波数に等しいように作られる。この発電機
ＰＷＭは、上記の実施例の場合と同様に、２つのＭＯＳ
形のトランジスタT1′、T2′によって構成され且つスイ
ッチとして動作するインバータブリッジと組み合わされ
る。このインバータブリッジの共通点S は、トランジス
タT1′のソースとトランジスタT2′のドレインとを接続
し、発電機ＰＷＭとインバータブリッジとによって構成
される補助発電機の中間点を構成する。
【００５１】トランジスタT1′のドレインはグレッツブ
リッジの一方の出力端子に接続され、トランジスタT2′
のソースはこのブリッジの他方の出力端子に接続され
る。トランジスタT1′、T2′はスイッチとして働き、こ
れらのゲートは発電機ＰＷＭの出力S1と出力S2とにそれ
ぞれ接続され、補助巻線PSの正の電圧に対応するパルス
が出力S1に現れ、補助巻線PSの負の電圧に対応するパル
スが出力S2に現れる。従って、トランジスタT1′、T2′
は、上記のとおりに、近似的に正弦波形である交流電流
が補助巻線PSを流れるように交互にオンされる。
【００５２】従って、点N ′は、トランジスタT1′、T
2′に印加される最大電圧が、上記のように電源の最大
電圧の２倍ではなく、電源の最大電圧に等しいように、
人工的な中性点として作用する。濾波コンデンサの供給
電圧も1/2 にされる。素子のコストをより一層高いもの
にする原因が、電流ではなく、最大電圧である限り、上
記装置によってもたらされる変更は、これらの素子のコ
ストを約1/2 に低減させ、装置の総コストを大きく低減
させることを可能にする。
【００５３】図１８に示される電力供給装置は、インバ
ータブリッジがトランジスタT1′、T2′と同一である２
つの追加のトランジスタT3′、T4′を備えるという点で
上記の装置とは異なっている。トランジスタT1′、T
2′、T3′およびT4′は、グレッツブリッジの場合のよ
うに正方形の形に実装される。更に、単一のコンデンサ
C10 によって濾波された整流電圧がそのブリッジの一方
の対角線の両端部に加えられ、補助巻線PSがそのブリッ
ジの他方の対角線を構成する。トランジスタT3′がトラ
ンジスタT1′と導通し且つトランジスタT4′がトランジ
スタT2′と導通するように、トランジスタT3′、T4′の
ゲートが、発電機ＰＷＭの２つの付加的な出力S3、S4に
それぞれ接続される。上記のトランジスタT3′及びトラ
ンジスタT1′間の導通と、トランジスタT4′及びトラン
ジスタT2′間の導通とは、可変的なデューティサイクル
を伴って交互に行われる。このデューティサイクルの変
化が、交流成分と直流成分とを変化させることを可能に
する。４トランジスタ形インバータブリッジ(Four-Tran
sistor Inverter Bridge) が、直流成分をより強力に発
生させることを可能にする。
【００５４】当然のことながら、上記の電力供給方法
は、巻線形電機子と界磁巻線とを備えた整流子交流電気
電動機にも適用可能である。この場合、発電機に接続さ
れる巻線は、界磁巻線と電機子巻線とのどちらか一方で
あり、他方の巻線だけが電源LNに直接接続される。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、補助
巻線だけに給電するパルス幅変調形の発電機と、主巻線
だけに給電する交流源、例えば電源とを設けているの
で、発電機から供給される電流の基本周波数を電源の周
波数に等しいように調整することが容易に可能になる。
さらに、電源から供給される電圧と発電機から供給され
る電圧との間の位相変移が、他の何らかの手段を必要と
せずに、π／2 の固定値に維持され得る。従って、移相
コンデンサが不要になり、動作速度と動作方向の逆転と
を可変的に制御することが可能になると共に、より低コ
ストで高性能の２巻線形単相電動機用の電力供給装置を
実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】補助巻線形単相の誘導電動機用の電力供給回路
を示す回路図である。
【図２】パルス幅変調形の交流発電機の実施例を示す回
路図である。
【図３】パルス幅変調の公知の原理を示すグラフであ
る。
【図４】図３の準正弦波電圧の振幅の約1/2 の振幅を有
する準正弦波電圧である電圧の、図３と同じ方法による
発生の様子を示すグラフである。
【図５】図２の発電機によって得られることが可能な直
流成分を伴う、図４の場合と同じ準正弦波電圧を示すグ
ラフである。
【図６】補助巻線に印加される電圧の振幅の変化だけに
より、図１による装置によって得られるような誘導電動
機の場合のトルク／速度特性の幾つかの例を示すグラフ
である。
【図７】交流電圧の振幅と直流成分との結合変化によっ
て、上記電動機の場合に得られるトルク／速度特性の幾
つかの例を示すグラフである。
【図８】第１の接続方法による、巻線形電機子と界磁巻
線とを備えた整流子電動機用の電力供給装置を示す回路
図である。
【図９】第２の接続方法による、図８と同じ電動機のた
めの電力供給装置を示す回路図である。
【図１０】界磁巻線に印加される電圧の振幅が変化させ
られるときの、図８の形に接続された装置によって得ら
れる電動機のトルク／速度特性の変化を示すグラフであ
る。
【図１１】電機子に印加される電圧の振幅が変化させら
れるときの、図９の形に接続された装置によって得られ
る電動機のトルク／速度特性の変化を示すグラフであ
る。
【図１２】位相変移を変化させるための手段を備えるよ
うな、図２に示された発電機の別の実施例を示す回路図
である。
【図１３】図２に示された発電機の変形例である、単純
化され且つ改良された発電機を示す回路図である。
【図１４】図１３の回路図の第１の変更例を示す回路図
である。
【図１５】電動機の速度の連続的調整を可能にする、図
１３の回路図の第２の変更例を示す図である。
【図１６】図１３による装置の動作を示すグラフであ
る。
【図１７】２トランジスタ形インバータブリッジを経由
して電力供給される補助巻線形単相の誘導電動機用の電
力供給回路を示す回路図である。
【図１８】４トランジスタ形インバータブリッジを経由
して電力供給される補助巻線形単相の誘導電動機用の電
力供給回路を示す回路図である。
【符号の説明】 １…発振器 ２…直流電源 ３…移相回路 ４…フィルタ回路 ５…分圧回路 ６…加算器 ７…コンパレータ ８…増幅回路 AO1 、AO2 、AO3 、AO4 、AO5 、AO6 、AO7 およびAO8
…演算増幅器 M …誘導電動機 PP…主巻線 PS…補助巻線 ＰＷＭ…発電機 RO…電機子 ST…界磁巻線

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電動機内で準正弦波状の交流電流を発生
    させるようにパルス幅変調によって動作する交流の発電
    機（ＰＷＭ）を備え、２巻線形単相の交流電気電動機に
    電力を供給するための電力供給装置であって、 前記発電機（ＰＷＭ）が前記交流電気電動機の一方の巻
    線にのみ接続され、該電気電動機の他方の巻線が直接的
    に単相の交流源にのみ接続されており、前記発電機（Ｐ
    ＷＭ）は、該発電機（ＰＷＭ）から送られる電流の基本
    周波数が前記交流源の周波数に等しいように調整される
    ことを特徴とする交流電気電動機用の電力供給装置。
  2. 【請求項２】 非同期誘導電動機の固定子が、ほぼ直角
    位相にある主巻線(PP)と補助巻線(PS)とを有しており、 該主巻線(PP)が前記交流源、特に電源に接続され、前記
    補助巻線(PS)が移相コンデンサなしに前記交流の発電機
    （ＰＷＭ）に直接接続される、前記非同期誘導電動機の
    電力供給のための請求項１に記載の電力供給装置。
  3. 【請求項３】 前記発電機（ＰＷＭ）が前記電源と同期
    させられ、前記電源を基準としてπ/2だけ位相変移した
    電流を前記補助巻線(PS)に送り出す請求項２に記載の電
    力供給装置。
  4. 【請求項４】 前記発電機（ＰＷＭ）が三角波形の発振
    器を備える請求項２に記載の電力供給装置。
  5. 【請求項５】 電機子(RO)と界磁巻線(ST)とを備え、前
    記発電機（ＰＷＭ）に接続される巻線が前記界磁巻線(S
    T)の巻線である、並列励磁又は独立励磁を有するタイプ
    の整流子交流電気電動機の電力供給のための請求項１に
    記載の電力供給装置。
  6. 【請求項６】 電機子(RO)と界磁巻線(ST)とを備え、前
    記発電機（ＰＷＭ）に接続される巻線が前記電機子(RO)
    の巻線である、並列励磁又は独立励磁を有するタイプの
    整流子交流電気電動機の電力供給のための請求項１に記
    載の電力供給装置。
  7. 【請求項７】 前記発電機（ＰＷＭ）が、出力電圧の振
    幅を変化させるための手段を備えており、該手段が、幾
    つかの固定抵抗器を有する分圧回路、又は、可変抵抗器
    を備える分圧回路によって構成される請求項１から６の
    いずれか一項に記載の電力供給装置。
  8. 【請求項８】 前記発電機（ＰＷＭ）が、交流電圧に直
    流電圧成分を加えるための手段を備える請求項１から７
    のいずれか一項に記載の電力供給装置。
  9. 【請求項９】 前記発電機（ＰＷＭ）が前記電源に接続
    され、該発電機（ＰＷＭ）は、前記電源の電圧を基準と
    してπ/2の位相変移を生じさせる移相回路（３）と、三
    角波形の発振器（１）と、移相電圧が印加される分圧回
    路（５）と、前記発振器（１）によって供給される三角
    波電圧と前記分圧回路（５）から得られる正弦波電圧と
    が加算器（６）の各々に対して互いに逆極性になるよう
    に印加され且つその２つの出力の間で180 度だけ位相変
    移した幅変調パルスを送り出す２つの演算増幅器(AO3,
    AO4)と、該２つの演算増幅器(AO3, AO4)を含み且つパル
    ス幅変調矩形波電圧がその上に現れる２つの相補出力を
    有するコンパレータ（７）と、該２つの相補出力が与え
    られるインバータブリッジとによって構成される請求項
    １から８のいずれか一項に記載の電力供給装置。
  10. 【請求項１０】 電機子(RO)の電流と界磁巻線(ST)の電
    流との間の位相変移を電子的に変化させるように、前記
    発電機（ＰＷＭ）が変圧器(TR)を経由して前記電源に接
    続され、該変圧器(TR)の２次巻線が対称性のゼロレベル
    を決定する中間点を有し、前記変圧器(TR)の端子の間に
    コンデンサと可変抵抗器とが直列に接続され、前記コン
    デンサと前記可変抵抗器との共通端子が、前記電源の電
    圧に対する位相変移が前記可変抵抗器によって変化する
    電圧を送り出し、該送り出された電圧は加算器（６）に
    印加され、三角波形の発振器（１）の電圧が前記加算器
    （６）に更に印加される、特に整流子電動機のための請
    求項１から８のいずれか一項に記載の電力供給装置。
  11. 【請求項１１】 前記発電機（ＰＷＭ）が前記電源に接
    続され、前記発電機（ＰＷＭ）が、前記電源の電圧を基
    準としてπ/2の位相変移を生じさせる移相回路と、該移
    相回路からの移相電圧が印加される分圧回路と、互いに
    反対の符号の２つの直流電圧を送り出す整流回路と、多
    入力積分器として実装され且つ三角波信号を送り出す第
    １の演算増幅器によって構成される三角波形の発振器
    と、ヒステリシスを伴うコンパレータとして装着され、
    該コンパレータの第２の演算増幅器の入力に前記第１の
    演算増幅器の前記三角波信号が印加され、且つ前記第１
    の演算増幅器の入力に印加される電圧がその第２の演算
    増幅器の出力電圧である正直流電圧と移相正弦波電圧と
    である第２の演算増幅器と、インバータ比較器として実
    装され、且つその180 度位相変移のためにその逆転入力
    に幅変調矩形波信号が印加される第３の演算増幅器と、
    幅変調矩形波電圧がその上に現れる２つの出力を有する
    増幅回路と、前記コンパレータが前記第２の演算増幅器
    の出力および前記第３の演算増幅器の出力のいずれか一
    方に直接的に接続されることを可能にするスイッチと、
    前記コンパレータの出力が印加されるインバータブリッ
    ジとによって構成される請求項１から８のいずれか一項
    に記載の電力供給装置。
  12. 【請求項１２】 第４の演算増幅器を備え且つ前記電源
    の周波数に等しい遮断周波数を有する選択的増幅器を構
    成するアクティブ濾波器が、前記移相回路と前記分圧回
    路との間に配置される請求項１１に記載の電力供給装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記主巻線(PP)および前記補助巻線(P
    S)の２種の巻線が、前記交流源に接続された共通端子を
    有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の電力供
    給装置。
  14. 【請求項１４】 前記電力供給装置が、前記電源の電圧
    からの全波整流電圧を送り出すグレッツ（Graetz ）ブ
    リッジを備え、少なくとも１つの濾波コンデンサが前記
    グレッツブリッジと組み合わされ、前記全波整流電圧
    が、前記発電機（ＰＷＭ）の前記インバータブリッジに
    印加される請求項１から１２のいずれか一項に記載の電
    力供給装置。
  15. 【請求項１５】 前記グレッツブリッジが２つの濾波コ
    ンデンサと組み合わされ、前記インバータブリッジが１
    対のトランジスタによって構成され、前記交流源に接続
    された前記補助巻線(PS)の２つの端子の一方が、前記１
    対のトランジスタの共通点に接続され、前記補助巻線(P
    S)の前記端子の他方が、前記２つの濾波コンデンサの共
    通点に接続される請求項１４に記載の電力供給装置。
  16. 【請求項１６】 前記グレッツブリッジが単一の濾波コ
    ンデンサと組み合わされ、前記インバータブリッジが、
    正方形の形に実装された２対のトランジスタを備え、前
    記インバータブリッジの一方の対角線に前記全波整流電
    圧が印加され、前記交流源に接続された前記補助巻線(P
    S)が、前記インバータブリッジの他方の対角線を構成す
    る請求項１４に記載の電力供給装置。
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