(57)【要約】【課題】新規且つ特殊な高効率化装置の提供。【解決手段】無誘導巻きを構成する一次コイル９を備えるリアクタンス付与手段と、リアクタンス付与手段によるリアクタンスを二次コイル１３側の半導体スイッチ（サイリスタ）１７によるタップ１５間電圧連続制御により連続的に制御するリアクタンス調整手段１１と、電動機の印加電圧・電流を検知する検知手段と、電動機と並列に配置された無効電力補償用コンデンサ１９とを備え、定常運転中は負荷の変化に対応して、力率の低下を規制して損失を減少でき、さらに、始動時は始動電流を低減し、且つ馬力を平滑的に上昇できる始動器としての機能も果たす。【選択図】        図２
2014068503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と電源との間の各相に配置され、無誘導巻きを構成する一次コイルを有するリアクタンス付与手段と、前記リアクタンス付与手段によるリアクタンスを前記二次コイル側の半導体スイッチによるタップ間電圧連続制御により連続的に制御するリアクタンス調整手段と、電動機の印加電圧・電流を検知する検知手段と、電動機と並列に配置された無効電力補償用コンデンサとを備え、運転中は、前記検知手段からの検知信号に基づいて力率のずれが所定範囲を超えると前記リアクタンス調整手段が動作して調整することを特徴とする、三相誘導電動機用高効率化装置。
【請求項２】
請求項１に記載した三相誘導電動機用高効率化装置において、
始動時は、リアクタンス調整手段が動作して、電動機への供給電流がゼロから徐々に増大することを特徴とする三相誘導電動機用高効率化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した三相誘導電動機用高効率化装置において、
さらに、一次コイルと電源との間の各相に直列リアクトルが介挿されていることを特徴とする特徴とする三相誘導電動機用高効率化装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載した三相誘導電動機用高効率化装置において、
リアクタンス調整手段の半導体スイッチはサイリスタで、制御部は検知した印加電圧のゼロクロス点を基準として前記サイリスタのトリガー信号を生成することを特徴とする三相誘導電動機用高効率化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かご形や巻き線形の三相誘導電動機に取り付けて、これら電動機の高効率化を実現できる高効率化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近は、電力を大量に消費する誘導電動機を備える工場では、電動機を高効率化制御することで電気料金を削減しようとの動きが盛んになっている。
而して、既存の高効率化電動機はいずれも高品質な材料を使って損失を減らすことで電動機効率を改善したものであり、これを導入することは機器単価の増大につながり、トータル的に見合わない場合がある。
【０００３】
また、誘導電動機の始動に際しては、電動機定格よりも数倍も大きい起動電流が発生し、そのまま放置すれば、電源の振動（フリッカ）による騒音問題や電圧降下による部品への負担増を招くため、電動機に流れる電流を制限するものとして、スターデルタ始動、リアクトル始動、コンドルファ始動等の各始動方式が提案されているが、いずれも、電流が段階的に切り換わるようになっているので馬力も段階的に切り換わる。そのため、高価な割に、始動は円滑とは言えず、負荷側部品の負担も大きかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それ故、本発明は、上記課題を解決するために、定常運転中に負荷の変化に対応して、力率の低下を規制して損失を減少できる、新規且つ特殊な高効率化装置を提供することを、その目的とする。
また、本発明は、始動時に、馬力を平滑的に上昇できる始動器としての機能も備えた、新規且つ特殊な高効率化装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、電動機と電源との間の各相に配置され、無誘導巻きを構成する一次コイルを有するリアクタンス付与手段と、前記リアクタンス付与手段によるリアクタンスを前記二次コイル側の半導体スイッチによるタップ間電圧連続制御により連続的に制御するリアクタンス調整手段と、電動機の印加電圧・電流を検知する検知手段と、電動機と並列に配置された無効電力補償用コンデンサとを備え、運転中は、前記検知手段からの検知信号に基づいて力率のずれが所定範囲を超えると前記リアクタンス調整手段が動作して調整することを特徴とする、三相誘導電動機用高効率化装置である。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載した三相誘導電動機用高効率化装置において、始動時は、リアクタンス調整手段が動作して、電動機への供給電流を制限することを特徴とする三相誘導電動機用高効率化装置。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載した三相誘導電動機用高効率化装置において、さらに、一次コイルと電源との間の各相に直列リアクトルが介挿されていることを特徴とする特徴とする三相誘導電動機用高効率化装置である。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した三相誘導電動機用高効率化装置において、リアクタンス調整手段の半導体スイッチはサイリスタで、制御部は検知した印加電圧のゼロクロス点を基準として前記サイリスタのトリガー信号を生成することを特徴とする三相誘導電動機用高効率化装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高効率化装置によれば、運転中には、力率を低下させずに済み、損失を減少できる。
また、本発明の高効率化装置によれば、始動時には、起動電流を制限すると共に、電動機の馬力を平滑に上昇できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の高効率化装置を組み込んだ電動機駆動の主回路図である。
【図２】図１の主回路の一相分の代表図である。
【図３】図１の主回路を制御する制御構成図である。
【図４】本発明の高効率化装置の外形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る三相誘導電動機用高効率化装置１を、図面にしたがって説明する。
図１は、三相誘導電動機用高効率化装置１を三相誘導電動機に取り付けた状態を示しており、送電ライン３の三相は交流商用電源（ＡＣ）の電圧の入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔとは運転スイッチ５を介して接続され、電動機（ＩＭ）の入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗとは結線されて接続されている。図２は、一相分の詳細な回路図である。
【００１２】
各相には、高圧側から、直列リアクトル（リアクトルコイル）７と、一次コイル（リアクトルコイル）９は、相に直列に介挿されている。調整用リアクタンス付与手段は一次コイル９と上記した運転スイッチ５によって構成されている。
上記した一次コイル９に一対一対応でリアクタンス調整手段１１が設けられている。
このリアクタンス調整手段１１の二次コイル（リアクトルコイル）１３がこの一次コイル９と同じ鉄芯（図示省略）に逆方向に無誘導巻きされて、一次コイル９のインピーダンスを減少させる方向に付勢されている。
【００１３】
二次コイル１３を含む回路には、タップ１５が接続されている。タップ１５には、半導体スイッチであるサイリスタ（ＳＣＲ）１７が接続されており、トリガー信号によるサイリスタ１７の導通・非導通により、タップ１５が入り切りされる。
【００１４】
各相には、電動機（ＩＭ）と並列に、無効電力補償用コンデンサ１９が接続されている。この無効電力補償用コンデンサ１９への接続ラインには共振防止用スイッチ２１が介挿されている。
また、各相には、定格運転ラインが並列に設けられており、この定格運転ラインを択一的に開通するために、定格運転スイッチ２３が介挿されている。
【００１５】
図３は、制御構成図であり、マイコン制御部２５はボタンの押下等による操作を受けると、運転スイッチ５をＯＮにするための始動信号を出力することで、この高効率化装置１を作動させる。
【００１６】
また、マイコン制御部２５は、必要に応じて自動的にサイリスタ１７へのトリガー信号を出力してリアクトル電流や電動機（ＩＭ）への供給電圧を設定する。その際、マイコン制御部２５は、サイリスタ１７へのトリガー信号を、検知した印加電圧のゼロクロス点を基準として生成して、交流電流の波形に合わせてサイリスタ１７の導通の位相を制御しており、平均電圧が連続的に変化するようになっている。また、タップ１５を切換えるときには、バイパスマグネット（図示省略）を導通させて瞬間的な電圧変動が規制されている。
外部の過電流警報部２７も接続されており、マイコン制御部２５は、入力電圧電流信号から過電流を検知すると、ＲＹを介して過電流警報部２７の警報スイッチ２９をＯＮにして警報を発させる。
【００１７】
高効率化装置１は、上記したように構成されており、そのうち、リアクタンス調整手段１１は、上記した二次コイル１３、タップ１５、サイリスタ１７、マイコン制御部２５とによって構成されている。
【００１８】
以下、高効率化装置１の運転中と、始動時の動作について、それぞれ、以下で説明する。
運転中は、電動機（ＩＭ）側で消費される無効電力を無効電力補償用コンデンサ１９で発生する無効電力で補償し、電動機（ＩＭ）側に必要な無効電力は、電動機（ＩＭ）とこの無効電力補償用コンデンサ１９との間でやりとりされることになり、力率が定格から遅れ側に低下するのが規制されている。
しかしながら、負荷側の変動等により、力率が定格から進み側に低下するときがある。マイコン制御部２５は、上記したように、力率を常時監視しており、その場合には、リアクタンス付与手段の一次コイル９を誘導性リアクトル分として機能させてその過剰な無効電力を吸収させることで力率を改善する。具体的には、一次コイル９における無効電力の吸収量を、タップ１５の入り切りによってリアクトル電流を調整することにより制御する。なお、タップ１５が入っているときには、共振防止用スイッチ２１がＯＦＦになって、共振の発生が阻止される。
なお、一次コイル９からの無効電流は、直列リアクトル７により、逆の電流と打ち消し合わせており、電源側からみると有効成分のみになるようにしている。
【００１９】
上記の動作により、定格１００％運転中に、力率が進み側にも遅れ側にも低下せず、運転電流を減らして損失を減少できる仕組みになっている。また、電圧は連続的に変化するので、フリッカ等は起こらない。
なお、電動機電流が大きいときには、運転スイッチ５がＯＦＦで、その代わりに定格運転スイッチ２３がＯＮになって、電動機電流がバイパスの定格運転ラインを流れるようになっており、送電ライン３での損失が阻止されるようになっている。
【００２０】
始動時には、リアクトル付与手段を始動器として利用する。
先ず、マイコン制御部２５が、始動信号を出力して運転スイッチ５を閉じると共に、適当なタップ１５の入りによってそのタップ端子電圧まで電源電圧を下げて電動機（ＩＭ）側に供給することで始動電流を定格値と略同じ程度まで減らすことができる。また、既存の始動器と異なり、サイリスタ１７の導通位相角を変化させることで、始動電流を無段階に調整できる。
従って、始動ショック無く、電動機（ＩＭ）の馬力を平滑に上昇できる。
【００２１】
高効率化装置１は、図４に示すようなコンパクトな外形をしており、三相誘導電動機（ＩＭ）に取付けることで、一体化できる。  
【００２２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。
【実施例】
【００２３】
定常運転中に、高効率化装置１を取り付けの有無で、回転数と電流を比較したところ、回転数は取付け無かった場合で１７６４ｒｐｍで、取付けた場合で１７６１ｒｐｍと殆ど変らなかったが、電流は取付け無かった場合で２８．８アンペアで、取付けた場合で２３．０アンペアと運転電流が低下していた。
上記から、電動機の運転電流を落としても高効率で運転できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
三相誘導電動機は工場・公共設備・船舶等において広く使用されており、この高効率化により、現在諸般の電気的課題が解決する。
また、電動機の馬力が平滑に上昇するため、電動機に接続される様々な負荷設備の損傷が著しく軽減され、その設備の保守や部品交換の周期を大幅に延長できる。更に、電動機から発生する騒音や振動等の環境問題も解決する。
【符号の説明】
【００２５】
１‥‥三相誘導電動機用高効率化装置
３‥‥送電ライン（入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）
５‥‥運転スイッチ                  ７‥‥直列リアクトル
９‥‥一次コイル                  １１‥‥リアクタンス調整手段
１３‥‥二次コイル                  １５‥‥タップ
１７‥‥サイリスタ                  １９‥‥無効電力補償用コンデンサ
２１‥‥共振防止用スイッチ          ２３‥‥定格運転スイッチ
２５‥‥マイコン制御部              ２７‥‥過電流警報部
２９‥‥警報スイッチ
ＩＭ‥‥三相誘導電動機              ＡＣ‥‥商用三相交流電源
【図１】
2014068503.tif 000003
【図２】
2014068503.tif 000004
【図３】
2014068503.tif 000005
【図４】
2014068503.tif 000006