(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相順が第一から第三の三相電源と三相誘導電動機の間に接続されるリアクトルコイルであって、該コイルは、
第一相の共通鉄心上に巻回された第１メインコイルと第１電流位相調整用サブコイルと、
第二相の共通鉄心上に巻回された第２メインコイルと第２電流位相調整用サブコイルと、
第三相の共通鉄心上に巻回された第３メインコイルと第３電流位相調整用サブコイルと、からなり、
前記第１メインコイルに対して前記第２電流位相調整用サブコイルが逆相に接続された上で前記三相誘導電動機の第一相端子に接続され、
前記第２メインコイルに対して前記第３電流位相調整用サブコイルが逆相に接続された上で前記三相誘導電動機の第二相端子に接続され、
前記第３メインコイルに対して前記第１電流位相調整用サブコイルが逆相に接続された上で前記三相誘導電動機の第三相端子に接続されることにより、
各相の相電流を所定量進み位相とすることを特徴とするリアクトルコイル。
【請求項２】
相順が第一から第三の三相電源と三相誘導電動機の間に接続されるリアクトルコイルであって、該コイルは、
第一相の共通鉄心上に巻回された第１メインコイルと第１電流位相調整用サブコイルと、
第二相の共通鉄心上に巻回された第２メインコイルと第２電流位相調整用サブコイルと、
第三相の共通鉄心上に巻回された第３メインコイルと第３電流位相調整用サブコイルと、からなり、
前記第１メインコイルに対して前記第３電流位相調整用サブコイルが同相に接続された上で前記三相誘導電動機の第一相端子に接続され、
前記第２メインコイルに対して前記第１電流位相調整用サブコイルが同相に接続された上で前記三相誘導電動機の第二相端子に接続され、
前記第３メインコイルに対して前記第２電流位相調整用サブコイルが同相に接続された上で前記三相誘導電動機の第三相端子に接続されることにより、
各相の相電流を所定量進み位相とすることを特徴とするリアクトルコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相誘導電動機のリアクトルコイルに関し、より詳しくは、各相毎に一組のメインコイルと電流位相調整用のサブコイルとを設け、任意のメインコイルに対して他相のサブコイルを同相又は逆相となるように接続して電動機に流入する電流位相調整を行うとともに電力を供給することにより、力率の改善による省エネルギー効果又は起動特性の改善を図るリアクトルコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導電動機の始動においては、電源投入直後に定格電圧を加えると、始動電流が定格電流の５〜６倍にも達するため、電源投入直後の一定時間のみ低い電圧を加えるような低減電圧始動方式が一般的に採られている。そのための手段として、例えば、リアクトル始動器、コンドルファ始動器がある。
【０００３】
図１ａは、リアクトル始動器を用いたリアクトル始動方式を示す。同図に示す通り、各相毎に一組のリアクトル（コイル）１，２，３を電源と三相誘導電動機１０の入力端子の間に直列に接続して、定格電圧の８０％から６５％程度の減電圧により始動するものである。始動期間中、回転数が上昇して電流が減少するのに従い、電動機端子電圧が上昇してくる。このリアクトル始動方式の場合、電動機巻線に対する直列コイルの比率を高めると、コイルの励磁損失が大きくなるとともに、起動トルクも減衰してしまうという問題がある。
【０００４】
図１ｂは、三相単巻変圧器５を並列に挿入し分圧して始動する始動補償器始動（コンドルファ始動）方式を示す。前記リアクトル始動方式との違いは、始動中の電動機端子電圧が、三相単巻変圧器５の変圧比によって決まる一定電圧である点である。この始動補償器始動方式は、前記リアクトル始動方式に比して、装置全体が大型化となる欠点がある。
【０００５】
上述の従来のリアクトル始動器およびコンドルファ始動器は、電源供給電圧をコイルと電動機のインピーダンス比により分圧することにより、電動機のコイル両端に印加される電圧が低くなるように調整することを目的としたものである。したがって、これらリアクトル始動器およびコンドルファ始動器では、電流位相の調整は行われない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、三相誘導電動機の各相を流れる電流の位相を調整して、軽負荷から中負荷における力率改善による省エネルギー効果の達成と、中負荷におけるトルクの確保による起動特性の改善を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の態様によれば、相順が第一から第三の三相電源と三相誘導電動機の間に接続されるリアクトルコイルであって、該コイルは、第一相の共通鉄心上に巻回された第１メインコイルと第１電流位相調整用サブコイルと、第二相の共通鉄心上に巻回された第２メインコイルと第２電流位相調整用サブコイルと、第三相の共通鉄心上に巻回された第３メインコイルと第３電流位相調整用サブコイルとからなり、前記第１メインコイルに対して前記第２電流位相調整用サブコイルが逆相に接続された状態で前記三相誘導電動機の第一相端子に接続され、前記第２メインコイルに対して前記第３電流位相調整用サブコイルが逆相に接続された状態で前記三相誘導電動機の第二相端子に接続され、前記第３メインコイルに対して前記第１電流位相調整用サブコイルが逆相に接続された状態で前記三相誘導電動機の第三相端子に接続されることにより、各相の相電流を所定量進み位相とすることを特徴とするリアクトルコイルが提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、相順が第一から第三の三相電源と三相誘導電動機の間に接続されるリアクトルコイルであって、該コイルは、第一相の共通鉄心上に巻回された第１メインコイルと第１電流位相調整用サブコイルと、第二相の共通鉄心上に巻回された第２メインコイルと第２電流位相調整用サブコイルと、第三相の共通鉄心上に巻回された第３メインコイルと第３電流位相調整用サブコイルとからなり、前記第１メインコイルに対して前記第３電流位相調整用サブコイルが同相に接続された状態で前記三相誘導電動機の第一相端子に接続され、前記第２メインコイルに対して前記第１電流位相調整用サブコイルが同相に接続された状態で前記三相誘導電動機の第二相端子に接続され、前記第３メインコイルに対して前記第２電流位相調整用サブコイルが同相に接続された状態で前記三相誘導電動機の第三相端子に接続されることにより、各相の相電流を所定量進み位相とすることを特徴とするリアクトルコイルが提供される。
【０００９】
つまり、本発明は、三相負荷に接続する各相に、メインコイルと電流調整用サブコイルからなる二組のコイル、従って三相では全６組のコイルから構成されるリアクトルコイルであって、メインコイルとサブコイル間の接続方法を各相間で同相又は逆相に接続されるように変えることにより、各相を流れる電流そのものの位相を調整するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。図２は、本発明による第１実施例のリアクトルコイルを三相誘導電動機に接続した形態を示す。Ｕ相には、メインコイル１ａと電流位相調整用サブコイル（以下、単に「サブコイル」と云う）１ｂが同一鉄心上に巻回されている。Ｖ相には、メインコイル２ａとサブコイル２ｂが同一鉄心上に巻回されている。また、Ｗ相には、同様に、メインコイル３ａとサブコイル３ｂが同一鉄心上に巻回されている。第１実施例では、Ｕ相のメインコイル１ａには他相であるＶ相のサブコイル２ｂが逆相で接続されてから三相誘導電動機１０の電動機端子９ａに接続される。また、Ｖ相のメインコイル２ａには他相であるＷ相のサブコイル３ｂが逆相で接続されてから電動機端子９ｂに接続される。さらに、Ｗ相のメインコイルには他相であるＵ相のサブコイル１ｂが逆相で接続されてから電動機端子９ｃに接続される。この実施例では、任意相のメインコイルを流れる電流に対して、相順における次の相のサブコイルを流れる電流が逆相に加えられることになるので、説明上、“順回転方向接続”と言う。なお、図示実施例では、誘導電動機１０の固定子の結線方法がＹ結線であるが、これはΔ結線であっても構わない。
【００１１】
上記順回転方向接続の実施例における電圧・電流ベクトル図を図３ａ，３ｂに示す。図３ａは本発明によるリアクトルを用いたときの理想無負荷時の電流ベクトル合成図を、図３ｂは図３ａの理想的無負荷から軽負荷に３０度位相が進んだ状態のベクトル合成図を示す。各相を流れる電流は、メインコイルの電流を相順で次の相のサブコイルに逆相の電流を加えることになり、次式で表わすことができる。
0004117642.tif 000002
【００１２】
次に、本発明による第２実施例のリアクトルコイルを三相誘導電動機に接続した形態を図４により説明する。この実施例でも、リアクトルコイルのＵ相には、メインコイル１ａとサブコイル１ｂが同一鉄心上に巻回されている。Ｖ相には、メインコイル２ａとサブコイル２ｂが同一鉄心上に巻回されている。また、Ｗ相には、同様に、メインコイル３ａとサブコイル３ｂが同一鉄心上に巻回されている。本第２実施例では、Ｕ相のメインコイル１ａには他相であるＷ相のサブコイル３ｂが、前述第１実施例とは異なり同相で接続されてから三相誘導電動機１０の電動機端子９ａに接続される。Ｖ相のメインコイル２ａには他相であるＵ相のサブコイル１ｂが同様に同相で接続されてから電動機端子９ｂに接続される。さらに、Ｗ相のメインコイルには他相であるＶ相のサブコイル２ｂが同じく同相で接続されてから電動機端子９ｃに接続される。この実施例では、任意相のメインコイルの電流に対して、相順における前の相のサブコイルに電流を同相に加えられることになるので、説明上、“逆回転方向接続”として、第１実施例の“順回転方向接続”と区別する。
【００１３】
上記逆回転方向接続の実施例における電圧・電流ベクトル図を図５ａ，５ｂに示す。図５ａは本発明によるリアクトルを用いたときの理想無負荷時の電流ベクトル合成図を、図５ｂは、前記順回転方向接続と同様に、図５ａの理想的無負荷から軽負荷に３０度位相が進んだ状態のベクトル合成図を示す。無負荷時には、図５ａから分かる通り、６０度の電流位相調整が行われることにより、Ｗ相を例
0004117642.tif 000003
【００１４】
商用電源にリアクトルコイルを用いず電動機を直接接続した場合、従来形式のリアクトル接続方法であるＵＸ接続方式とした場合、第１実施例の順回転方法接続であるＹＶ接続とした場合、第２実施例の逆回転方向接続であるＷＺ接続とした場合において実測したデータに基づく電源電圧に対する各特性図を図６ａ，図６ｂ，図６ｃ，図６ｄに、電動機端子電圧に対する各特性図を図７ａ，図７ｂ，図７ｃ，図７ｄにそれぞれ同時に示し、比較しながら説明する。なお、従来のＵＸ接続方式とは、図１ａに示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各メインコイルに対して、対応するＵ，Ｖ，Ｗ相の各サブコイルが同相となるようにそれぞれを直列に接続し、電動機各端子に接続する形式のものである。ＹＶ接続は、図２に示す通り、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各メインコイルに流れる電流を、相順となる次の相であるＶ，Ｗ，Ｕ相の各サブコイルにそれぞれが逆相となるように流し、電動機各端子に接続する形式のものである。ＷＺ接続は、図４に示す通り、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各メインコイルに流れる電流を、相順で前の相であるＷ，Ｕ，Ｖ相の各サブコイルにそれぞれが同相となるように流し、電動機各端子に接続する形式のものである。
【００１５】
ＷＺ接続では、従来形式に比べて横軸電流Ｉq（励磁電流成分）が少なく、負荷電流に直軸電流Ｉd（トルク電流成分）が多く含まれており、減電圧始動を行っても直接駆動特性に似た特性のまま、トルク電流を大きく取れる。（図６ｂ）
また、本発明によるＹＶ接続及びＷＺ接続では、負荷電流Ｉおよび回転数Ｎが電源供給電圧Ｅin の低い状態においてピークとなるように比例推移した曲線で描ける。これに対して、従来形式では、減電圧により負荷電流Ｉが減少するとともに始動トルクおよび始動時の到達回転数も低くなってしまう。（図６ｃ）
さらに、ＷＺ接続およびＹＶ接続では、定格供給電圧以下であれば、同じ電源電圧でも従来形式に比べて力率が数パーセントから十数パーセント改善されているが、（図６ｄ）電源電圧が高い場合にＷＺ接続では、従来形式およびＹＶ接続に比べて消費電力が大きくなってしまう。
【００１６】
電動機端子電圧Ｅが等しければ、負荷電流Ｉ，回転数Ｎおよび有効電力Ｐi はほぼ等しく同じ曲線を示しており、電動機端子電圧Ｅの低い状態で力率cosθがピークとなる比例推移した曲線で描ける。また、従来形式および直接接続に比べて、ＷＺ接続およびＹＶ接続では力率が数パーセントから十数パーセント改善される。（図７ｃおよび図７d）
【００１７】
商用電源で誘導電圧調整器により誘導電動機を直接駆動したときの負荷特性等を示した図８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄでは、供給電圧の変化とともに、各相電流、負荷電流、電力が変化している。ただ、供給電圧を低く設定した場合には、励磁分電流が増加することにより不足する励磁エネルギーの確保がなされる。図８ａの電源供給電圧が低い状態で、各相の電流が反時計方向に推移して相電流との位相角が小さくなるように変化する。電源電圧を減少させることにより、励磁電流Ｉq が減少し（図８ｂ）、同じ風速（負荷）でも供給電力が減少しており（図８ｄ）、力率特性の改善がなされる。
【００１８】
図９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに従来形式における負荷特性を、図１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにＹＶ接続における負荷特性を、図１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄにＷＺ接続における負荷特性を示す。
【００１９】
商用電源直接駆動特性（図８の２００Ｖ供給状態☆★）に対して、従来形式における正相分・逆相分電流特性では、図９ｂのように供給電圧が低い状態でも負荷に対して励磁分電流（横軸電流Ｉq）が殆ど変化せず、図９ｄに示すように軽負荷状態では必要以上の余分な励磁エネルギー（無効電力）を供給するために、励磁電流が流れてしてしまう。
【００２０】
商用電源直接駆動特性（図８の２００Ｖ供給状態☆★）に対して、図10ｂに示すＹＶ接続における正相分・逆相分電流特性では、供給電圧を低く設定できれば、トルク分電流（直軸電流Ｉd）と励磁分電流（横軸電流Ｉq）が負荷に比例する変化となる。その結果、余分な励磁エネルギーを供給することがなく、図10ｄに示す無効分電力を減少して、力率を改善するとともに効率の改善が望める。ただ、コイルの巻数を過多に設定するとリアクトルでの励磁損失が大きくなるため、減圧比率については調整が必要となる。
【００２１】
商用電源直接駆動特性（図８の２００Ｖ供給状態☆★）に対して、図１１ａに示すＷＺ接続における各相の電流特性では、電流位相調整角が大きく取れるので、供給電圧が低い範囲でも良好な特性となる。その結果、メインコイルとサブコイルの比率を変えることにより運転状態でも利用可能となる。
【００２２】
図１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに従来形式における始動特性を、図１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにＹＶ接続における始動特性を、図１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにＷＺ接続における始動特性を示す。
【００２３】
図１２ｃの従来形式における電圧・電流、回転数特性、図１２ｄの入力特性において、負荷電流Ｉ、有効電力Ｐiおよび力率cosθは電源電圧を低くすることに伴い、ピーク点が移動して起動時間が長くなるとともに始動トルクが弱くなることが分かる。ＹＶ接続における図１３ｃの電圧・電流、回転数特性、図１３ｄの入力特性においても、この傾向は見られるが、図１２の従来形式に比べＹＶ接続では、ピーク点の移動が少なく始動時の改善が得られる。
【００２４】
これに対して、ＷＺ接続における図１４ｃの電圧・電流、回転数特性、図１４ｄの入力特性では、他形式に比べて電源電圧を低く設定してもピーク点の移動が少なく、入力電力の確保と力率改善により始動トルクの確保が可能となる。
【００２５】
以上の通り、本発明のリアクトルの順回転方向接続（ＹＶ接続）によれば、運転特性改善の省エネルギー用として利用が可能であり、逆回転方向接続（ＷＺ接続）では、図１５に示す単巻変圧器によるコンドルファ始動器と組み合わせることにより、減電圧始動を行うとともに高トルクでの始動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａは従来のリアクトル始動器を用いたリアクトル始動方式を示す図、図１ｂは単巻変圧器を用いた始動補償器始動方式を示す図である。
【図２】図２は本発明によるリアクトルを順回転方向接続（ＹＶ接続）とした第１実施例の図である。
【図３】図３ａは図２に示す接続における理想無負荷時の電流ベクトル合成図、図３ｂは理想無負荷時から軽負荷に３０度位相が進んだ状態のベクトル合成図である。
【図４】図４は本発明によるリアクトルを逆回転方向接続（ＷＺ接続）とした第２実施例の図である。
【図５】図５ａは図４に示す接続における理想無負荷時の電流ベクトル合成図、図５ｂは理想無負荷時から軽負荷に３０度位相が進んだ状態のベクトル合成図である。
【図６】図６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、直接接続、従来形式のリアクトル接続、第１実施例、第２実施例の電源電圧に対する各特性図である。
【図７】図７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、直接接続、従来形式のリアクトル接続、第１実施例、第２実施例の電動機端子電圧に対する各特性図である。
【図８】図８は商用電源で誘導電圧調整器により誘導電動機を直接駆動したときの各特性図である。
【図９】図９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、従来形式（ＵＸ接続）における負荷特性図である。
【図１０】図１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、本発明によるリアクトルの順回転方向接続（ＹＶ接続）における負荷特性図である。
【図１１】図１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、本発明によるリアクトルの逆回転方向接続（ＷＺ接続）における負荷特性図である。
【図１２】図１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、従来形式（ＵＸ接続）における始動特性図である。
【図１３】図１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、本発明によるリアクトルの順回転方向接続（ＹＶ接続）における始動特性図である。
【図１４】図１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、本発明によるリアクトルの逆回転方向接続（ＷＺ接続）における始動特性図である。
【図１５】図１５は本発明によるリアクトルとコンドルファ始動器とを組み合わせた場合の接続図である。
【符号の説明】
１，２，３・・・リアクトルコイル
１ａ，２ａ，３ａ・・・メインコイル
１ｂ，２ｂ，３ｂ・・・電流位相調整用サブコイル
５・・・三相単巻変圧器
９ａ，９ｂ，９ｃ・・・電動機端子
１０・・・誘導電動機
【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】
0004117642.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004117642.tif 000013
【図１１】
0004117642.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004117642.tif 000018