(57)【要約】【課題】  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こと。【解決手段】  第１のリアクトルＬ１と、一次巻線Ｔ２で発生する磁束を第１のスイッチＳＷ２を投入して打ち消す二次巻線Ｔ２２を備えてなる第２のリアクトルＬ２の前記一次巻線Ｔ２とを直列に接続し、そのリアクトル直列回路と並列に第２のスイッチＳＷ４を接続してなる回路を交流機器２に直列に接続し、前記交流機器２へのリアクトル直列回路を経て低電圧印加後の所定の時期に前記第１のスイッチＳＷ２を投入して前記第１のリアクトルＬ１のリアクタンスを低減して交流機器２に印加する電圧を一段高め、その後、前記第２のスイッチＳＷ４を投入して前記リアクトル直列回路を短絡して全電圧を印加して運転状態へ移行させる。運転状態ではリアクトル直列回路を短絡するので、リアクトル直列回路の省エネが図れる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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特徴とする交流機器用電圧調整装置。
【請求項２】
前記第２のリアクトルの二次巻線は一次巻線とスイッチを介して並列に接続してなり、前記スイッチング素子の投入により前記一次巻線で発生する磁束を打ち消してなることを特徴とする請求項１に記載の交流機器用電圧調整装置。
【請求項３】
前記第２のリアクトルを複数有し、各第２のリアクトルの一次巻線を直列に接続するとともに、所定のタイミングで前記第１のリアクトルの二次巻線を順次投入して前記一次巻線で発生する磁束を順次打ち消してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の交流機器用電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【特許文献１】特公昭４４−２９５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【実施例１】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【実施例２】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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である。（実施例１）
【図２】図１に示す交流機器用電圧調整装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の他の実施例に係る交流機器用電圧調整装置の回路構成図である。（実施例２）
【図４】交流機器の始動電流特性曲線図である。
【図５】交流機器の始動トルク特性曲線図である。
【図６】従来の交流機器用電圧調整装置の回路構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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