(57)【要約】【課題】簡単な構成を付設するのみで、単巻変圧器の分路巻線の中性点開放電圧を効果的に低く抑制して分路巻線の開閉器を小型化できる電動機のコンドルファ始動装置を提供する。【解決手段】単巻変圧器Ｔと、単巻変圧器Ｔの直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに並列接続された第１開閉器ＳＷ１と、単巻変圧器ＴのコアＣに巻回されて直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに直列接続された分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺと、分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺに直列接続された第２開閉器ＳＷ２と、単巻変圧器ＴのコアＣに巻回された調整導体ＲＣ１〜ＲＣ３とを備えて、電動機Ｍをコンドルファ始動方法で始動させる。【選択図】図３
2008043017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機をコンドルファ始動方法で始動する始動装置であって、
単巻変圧器と、
前記単巻変圧器の直列巻線に並列接続された第１開閉器と、
前記単巻変圧器のコアに巻回されて前記直列巻線に直列接続された分路巻線と、
前記分路巻線に直列接続された第２開閉器と、
前記単巻変圧器のコアに巻回された調整導体と、
を備えた始動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記単巻変圧器は三相型であり、
前記単巻変圧器のコアの３つの脚部のそれぞれに前記調整導体が巻回されている始動装置。
【請求項３】
請求項１において、前記単巻変圧器は三相型であり、
前記単巻変圧器は、３つの脚部とこれらの端部同士を連結する２つの連結部とを有し、  前記２つの連結部の少なくとも一方に前記調整導体が巻回されている始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば三相誘導電動機のような電動機をコンドルファ始動方法で始動する始動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前記三相誘導電動機では、始動時（静止時）の内部インピーダンスが小さいことから、電源の全電圧を瞬時に印加して始動させると、大きな始動電流が流れて電源がトリップするおそれがある。そのため、三相誘導電動機の始動に際しては、最初に電源電圧を降圧した低電圧を印加して始動させたのち、回転が或る程度まで加速された時点で電源の全電圧を印加して通常運転に移行するようにしている。このような始動方式として、通常時に電動機の固定子巻線がデルタ結線で運転される電動機を、始動時のみスター結線とするとともに始動完了後にデルタ結線に切り換えるスターデルタ始動法が知られている。ところが、このスターデルタ始動法は、スター結線からデルタ結線への切換時に電動機巻線を回路から一旦切り離すために、電動機の電流が途切れる期間が生じることから、大きなサージ電圧と突入電流が発生するので、大容量電動機や高圧電動機に適用できない。
【０００３】
そこで、大容量三相誘導電動機や高圧三相誘導電動機の始動には、単巻変圧器を用いた低減電圧始動法であるコンドルファ始動法が採用されている（特許文献１参照）。このコンドルファ始動法は、図６に示すように、第１開閉器ＳＷ１が開き、かつ、第２開閉器ＳＷ１が閉じられた状態で電動機Ｍに電源を投入すると、電動機Ｍは、単巻変圧器Ｔの直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷと分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺとの巻数比に応じて電源電圧が分圧された低電圧が印加されて、回転を加速する。この回転が或る程度まで上がった時点で第２開閉器ＳＷ２が開かれると、電動機Ｍには、リアクトルとして作用する直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷのみを介して制限された電流が流れ、そののち、第１開閉器ＳＷ１が閉じられて直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷが短絡されたときに、電動機Ｍは、電源の全電圧が印加されて定格運転に移行する。
【０００４】
前記コンドルファ始動法では、単巻変圧器Ｔを使用している状態から、単巻変圧器Ｔを介さずに電源の全電圧を電動機Ｍに印加する状態への移行過程を、第２開閉器ＳＷ２を開いたのちに第１開閉器ＳＷ１を閉じる手順で行うことから、電動機Ｍへの電流が途切れることなく継続して流れるクローズド・トランジッション始動となる。したがって、電動機Ｍは、始動時から定格運転に移行するまでの過程で電源から切り離されることがないから、大きな突入電流が発生しない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１８４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記コンドルファ始動法では、第２開閉器ＳＷ２が開いてから第１開閉器ＳＷ１が閉じるまでの０．１〜２秒程度の短い期間において、分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺに高電圧が発生する。すなわち、第２開閉器ＳＷ２が開かれると、直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷのみに電流が流れて、分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺに電流が流れなくなり、この状態は、変流器の二次巻線をオープンにした場合と同様であって、直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷを流れる電流の全てが励磁電流となることから、図２に１点鎖線で示す分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺの特性曲線Ａのように、単巻変圧器ＴのコアＣに磁気飽和が生じ、この磁気飽和期間ＭＳから次の磁気飽和期間ＭＳが発生するまでの短い期間において、磁束が大きく変化する。そのため、図２に２点鎖線で示す特性曲線Ｂのように、第２開閉器ＳＷ２の開放時に分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺの中性点Ｎに誘起される中性点開放電圧は、大きく変化する磁束の変化量に比例して、鋭く尖った波形を有する高電圧となる。
【０００７】
このように、コンドルファ始動装置では、分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺの中性点Ｎに高電圧が発生するために、分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺや第２開閉器ＳＷ２の電気絶縁が脅かされて、これらが焼損するおそれがあるので、高い電気絶縁性を確保する必要がある。そのため、前記コンドルファ始動装置では、第２開閉器ＳＷ２として、安価な真空開閉器などを用いることができず、電気絶縁性に優れた大型で高価な真空遮断器を使用しなければならないので、装置の大型化およびコスト高を招いている。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成を付設するのみで単巻変圧器の分路巻線の中性点開放電圧を効果的に低く抑制して分路巻線の開閉器を小型化できる電動機のコンドルファ始動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係る電動機のコンドルファ始動装置は、電動機をコンドルファ始動方法で始動するものであって、単巻変圧器と、前記単巻変圧器の直列巻線に並列接続された第１開閉器と、前記単巻変圧器のコアに巻回されて前記直列巻線に直列接続された分路巻線と、前記分路巻線に直列接続された第２開閉器と、前記単巻変圧器のコアに巻回された調整導体とを備えている。
【００１０】
この構成によれば、第１開閉器が開き、かつ、第２開閉器が閉じた状態で電動機に電源を投入して、電動機を、単巻変圧器の直列巻線と分路巻線との巻数比に応じた低電圧を印加して始動させ、電動機の回転が十分に加速された時点で、第２開閉器を開いたときに、直列巻線に流れる電流の全てが励磁電流となって、単巻変圧器のコアが磁気飽和し、分路巻線および調整導体に高電圧が発生しようとする。ところが、調整導体には磁束を打ち消す方向に電流が流れ、その結果、分路巻線に誘起される中性点開放電圧は、調整導体を有しない単巻変圧器を備えた始動装置よりも低く抑制される。これにより、この始動装置は、単巻変圧器に調整巻線を巻回する簡単な構成を付設するだけで、高い電気絶縁性を有する必要がないことから、第２開閉器として、安価な真空開閉器などを用いることができるとともに、単巻変圧器自体に高い絶縁性を有する必要がないので、装置の小型化およびコストの低減を図ることができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記単巻変圧器は三相型であり、前記単巻変圧器のコアの３つの脚部のそれぞれに前記調整導体が巻回されている。この構成によれば、調整導体の各相の巻線部に誘起される電圧は位相が１２０°異なることから、各相の電圧が加算されて短絡されるので、調整導体の各相の巻線部には磁束を打ち消す方向に電流が流れて、分路巻線に誘起する中性点開放電圧を効果的に低く抑制することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、前記単巻変圧器は三相型であり、前記単巻変圧器は、３つの脚部とこれらの端部同士を連結する２つの連結部とを有し、前記２つの連結部の少なくとも一方に前記調整導体が巻回されている。この構成によれば、調整導体は、コアの３つの脚部を連結する連結部に巻回されているから、３つの脚部のそれぞれに巻回する必要がなくなり、構造が簡略化されるとともに、単巻変圧器の形状を小さくして一層の小型化およびコストの低減を図ることができる。また、調整導体は２つの連結部の一方のみに設けるだけでも所期の効果を得ることができ、そのような構成とした場合には、構造が一層簡略化される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動機のコンドルファ始動装置によれば、単巻変圧器に調整巻線を巻回して付設するだけの簡単な構成で、単巻変圧器の分路巻線に誘起する中性点開放電圧を低く抑制することができる。これにより、高い電気絶縁性を備える必要がなくなり、第２開閉器として、安価な真空開閉器などを用いることができるとともに、単巻変圧器自体に高い絶縁性を有する必要がなくなるので、小型化およびコストの低減が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る電動機のコンドルファ始動装置を示す結線図である。このコンドルファ始動装置は、例えば製鉄所の送風機駆動用電動機のように大型で高圧の三相誘導電動機Ｍを始動させる用途に適したものである。電動機Ｍには電源ＰＳから給電線Ｌを介して三相電力が供給される。各給電線Ｌに、これを開閉する第１開閉器ＳＷ１が接続されている。
【００１５】
前記コンドルファ始動装置は、図６の従来装置と同様に、二次巻線を有しない三相型の単巻変圧器Ｔを備えており、そのコアＣが３つの脚部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とその各脚部間同士を連結する２つの連結部Ｃ４，Ｃ５を有している。単巻変圧器Ｔの３つの直列巻線（主巻線）ＴＵ，ＴＶ，ＴＷは、脚部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のそれぞれに巻回されて第１開閉器ＳＷ１に並列接続されている。また、脚部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３には、３つの分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺがそれぞれ巻回されて各直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに直列接続され、各分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺが３つの第２開閉器ＳＷ２のそれぞれに直列接続されている。図６の従来装置と相違するのは、単巻変圧器Ｔに巻回された始動電圧低減用の調整導体ＲＣ１を新たに設けた構成のみである。この実施形態では、調整導体ＲＣ１として、三相型の単巻変圧器ＴのコアＣの３つの脚部Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれに巻回した各巻線部Ｗ１〜Ｗ３をデルタ結線したデルタ巻線を用いる場合を例示している。コアＣは例えば多数の珪素鋼板を重合したものである。
【００１６】
つぎに、前記始動装置の作用について説明する。図１において、第１開閉器ＳＷ１が開き、かつ、第２開閉器ＳＷ２が閉じた状態で、電源スイッチ（図示せず）を閉じることにより、電動機Ｍに電源ＰＳを投入すると、電動機Ｍは、単巻変圧器Ｔの直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷと分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺとの巻数比に応じて電源電圧が分圧された低電圧が印加されて、定格回転数以下の回転数まで加速する。この電動機Ｍの回転が十分に加速された時点で、第１開閉器ＳＷ１が開いたままの状態で、第２開閉器ＳＷ２を開く。この状態は、変流器の２次巻線をオープンにした場合と同様であり、直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷがリアクトルとして作用し、この直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに流れる電流の全てが励磁電流となる。そのため、単巻変圧器ＴではコアＣが磁気飽和して、各相の分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺには、図２に２点鎖線で示したような鋭く尖った波形の高電圧が発生しようとする。
【００１７】
ところが、調整導体ＲＣ１のデルタ結線された各相の巻線部Ｗ１〜Ｗ３には磁束を打ち消す方向に電流が流れるので、分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺの中性点開放電圧は、図２に実線で示す特性曲線のように、調整導体ＲＣ１を有しない単巻変圧器Ｔを備えた図６の従来装置よりも低く抑制されて、鋭く尖った波形の高電圧にならない。調整導体ＲＣ１の巻線部Ｗ１〜Ｗ３に誘起される電圧は、位相が１２０°異なることから、加算されて短絡される。
【００１８】
これにより、図１の始動装置は、単巻変圧器ＴのコアＣにデルタ巻線からなる調整巻線ＲＣ１を巻装する簡単な構成を付設するだけで高い絶縁性を有する構造とする必要がなくなるので、第２開閉器ＳＷ２として、例えば安価な真空開閉器を用いることができる。また、単巻変圧器１Ｔ自体に高い絶縁性を付与する必要がないので、装置の小型化およびコストの低減を図ることができる。
【００１９】
図３は本発明の第２実施形態に係る電動機のコンドルファ始動装置を示す結線図であり。この始動装置が図１の第１実施形態の始動装置と相違するのは、図１のデルタ巻線からなる調整導体ＲＣ１に代えて、図３に示す三相型の単巻変圧器ＴのコアＣの２つの連結部Ｃ４，Ｃ５にそれぞれ１ターンのみ巻回されてなる調整導体ＲＣ２，ＲＣ３を設けた構成のみである。
【００２０】
図４は前記調整導体ＲＣ２，ＲＣ３を備えた単巻変圧器Ｔの分解斜視図、図５は組立完了後の単巻変圧器Ｔの斜視図をそれぞれ示す。図４において、単巻変圧器Ｔは、コアＣの３つの脚部Ｃ１〜Ｃ３にそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線ＵＷ，ＶＷ、ＷＷが巻回されている。各巻線ＵＷ，ＶＷ、ＷＷは、３つのうちから選択された中間タップＩＴ１〜ＩＴ３（図５）によって、図３の直列巻線ＴＵ，ＴＶ，ＴＷと分路巻線ＴＸ，ＴＹ，ＴＺとに分けられる。３つの中間タップＩＴ１〜ＩＴ３は、電動機Ｍに印加する電圧値を設定するものであり、設定タップ電圧に対応する何れか一つが電動機Ｍに接続される。
【００２１】
コアＣの両端部の２つの連結部Ｃ４，Ｃ５の各々の外周面には、閉回路を構成する調整導体ＲＣ２，ＲＣ３がそれぞれ装着されている。各調整導体ＲＣ２，ＲＣ３は帯状の２つの導体半部ＣＨからなり、各導体半部ＣＨの両端部が相手方に向かう方向に屈曲され、これら２つの導体半部ＣＨの両端部が連結ピン１０（図５）で互いに連結されることにより、２つの導体半部ＣＨによって矩形の環状形状を持つ調整導体ＲＣ２，ＲＣ３が形成されている。導体半部ＣＨは例えば銅板で造られる。調整導体ＲＣ２，ＲＣ３は、各２つの上部クランパＵＣおよび下部クランパＬＣが外面に当てがわれた状態で、上部クランパＵＣ、調整導体ＲＣ２および連結部Ｃ４、ならびに下部クランパＬＣ、調整導体ＲＣ３および連結部Ｃ５にそれぞれ挿通された各３本のボルトＢＴとナットＮＴからなる固定具１２により締め付けられて、コアＣに強固に固定される。また、調整導体ＲＣ２，ＲＣ３は、２つ設けるので、１つ設ける場合に比べて各調整導体ＲＣ２，ＲＣ３に発生する電流が小さくなるから、厚みや幅の小さい銅板を用いて構成することができる。
【００２２】
前記調整導体ＲＣ２，ＲＣ３は、コアＣの３つの脚部Ｃ１〜Ｃ３を連結する連結部Ｃ４，Ｃ５に巻回されているから、各巻線ＵＷ，ＶＷ、ＷＷに対して１ターンの巻数を有する調整導体として作用するので、第１実施形態のデルタ巻線からなる調整導体ＲＣ１と同様の機能を得ることができ、第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、調整導体ＲＣ２，ＲＣ３が第１実施形態の調整導体ＲＣ１よりも簡素化されているので、単巻変圧器Ｔの構造が簡略化されるとともに、単巻変圧器Ｔの形状を小さくして一層の小型化およびコスト低減を図ることができる。なお、調整導体ＲＣ２，ＲＣ３は何れか一方のみを設けるだけでも所期の効果を得ることができ、そのような構成とした場合には、単一の調整導体として、第２実施形態よりも厚みや幅が若干大きな銅板を用いる必要はあるが、部品点数が減少するので、構造がさらに簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電動機のコンドルファ始動装置を示す結線図である。
【図２】同上の始動装置における分路巻線に誘起される中性点開放電圧の波形図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電動機のコンドルファ始動装置を示す結線図である。
【図４】同上の始動装置を示す分解斜視図である。
【図５】同上の始動装置を示す組立後の斜視図である。
【図６】従来の電動機のコンドルファ始動装置を示す結線図である。
【符号の説明】
【００２４】
Ｍ  電動機
Ｔ  単巻変圧器
ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ  直列巻線
ＳＷ１  第１開閉器
ＴＸ，ＴＹ，ＴＺ  分路巻線
ＳＷ２  第２開閉器
ＲＣ１〜ＲＣ３  調整導体
Ｃ  コア
Ｃ１〜Ｃ３  脚部
Ｃ４，Ｃ５  連結部
【図１】
2008043017.tif 000003
【図２】
2008043017.tif 000004
【図３】
2008043017.tif 000005
【図４】
2008043017.tif 000006
【図５】
2008043017.tif 000007
【図６】
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