JPH0755052B2 - 相数変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は相数変換装置に係り、特に、単相交流を三相交
流に変換する回転電機形の相数変換装置に関する。

〔従来の技術〕

交流電気車では電気車駆動用の主電動機の他に、主電動
機冷却用の送風電動機、変圧器冷却油用電動機、抵抗器
用送風電動機等数個の低圧補助電動機を使用している。
しかし、架線電圧が単相交流であるため、前述の電動機
を保守の容易な三相誘導電動機とするためには単相から
三相を得る相数変換機が必要となる。

従来の装置は、特開昭59−25582号公報に記載のよう
に、逆相電圧を小さくし出力電圧の不平衡率を小さくす
るために三次巻線に複数の中間端子を設け、負荷に合せ
て接続変更を行なうものであつた。

第４図に従来技術の例を示す。

第４図で10は変圧器で、架線に接触されたパンタグラフ
11から給電を受ける一次巻線12と二次巻線13、三次巻線
14の出力巻線をもつている。二次巻線13は主整流装置15
を介して車両駆動用の主直流電動機（図示せず）に接続
されている。三次巻線は二つの中間タツプ（複数でも
可）を持ち、相数変換機16に給電する。相数変換機16は
単相の誘導電動機として抵抗分相起動方式を用いて起動
する。即ち、主巻線16aと補助巻線16bをもつており、補
助巻線16bに直列に起動抵抗17を起動スイツチ18を介し
て挿入し、主巻線16aの作る磁束と補助巻線16bの作る磁
束の位相をずらして回転磁界を作り、起動回転力を発生
させて起動し、回転数が上昇した後に起動抵抗17を起動
スイツチ18により切り離し、負荷スイツチ19を投入して
三相誘導電動機等の負荷群20に三相交流を供給する。相
数変換機16は主巻線16aと補助巻線16bの二巻線の組合せ
により三相交流電圧を出力しているため、架線電圧、即
ち、変圧器10の三次巻線14よりの入力電圧の変動、およ
び、負荷変動により、三相出力電圧は平衡電圧とはなら
ず、不平衡電圧となる。即ち、第５図に示した相数変換
機の出力電圧のベクトル図のように、相数変換機16の補
助巻線16bの作る無負荷時の電圧ベクトルW₀−Ｚは平衡
状態の場合（通常定格負荷時）の電圧ベクトルW₁−Ｚに
比べて大きく、また、主巻線16aのＵ−Ｖ相の電圧ベク
トルＵ−Ｖに対する位相差も大きい。一方、過負荷時に
作る補助巻線16bの電圧ベクトルW₂−Ｚは平衡状態の場
合の電圧ベクトルW₁−Ｚに比べて小さく、また、主巻線
16aのＵ−Ｖ相の電圧ベクトルＵ−Ｖに対する位相差も
小さい。そこで、変圧器10の三次巻線14に複数の中間端
子を設け、負荷電流の変化に伴つて変動する補助巻線16
bの出力電圧に見合うよう中間端子の接続変更を行なう
ようにしたものである。第６図に接続変更した場合の電
圧ベクトルを示す。W₂−Ｚが変更前でW₂′−Ｚ′が変更
後である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は保守と変圧器出力端子の設置スペースの
点について考慮されておらず、艤装スペースの確保及び
保守性について問題があつた。

本発明の目的は、艤装が容易で保守の簡便な相数変換装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は変圧器三次巻線出力電圧を不等分する一つの
中間端子を設け、多巻数側の電圧変動率を小巻数側の電
圧変動率より大きくすることにより達成される。

〔作用〕

本発明の作用を図面を参照しながら説明する。

第７図に相数変換装置の各電流電圧のベクトル図を示
す。図中添字の0,1,2は０が無負荷時を１が定格負荷時
を２が過負荷時を示す。出力電圧V_uv,V_vw,V_wuは定格負
荷時のみ示した。

第７図に示すように、三次巻線の出力電流I_u0,I_v0は負
荷電動機の力率が0.8〜0.9で相数変換機の力率が0.5程
度であるため、常に、I_u0＞I_v0となつている。このこと
は第８図に示すように、負荷電流の増加は補助巻線16b
の出力電圧を小さくし、Ｕ−Ｖ相の電圧との位相差を小
さくすると同時にＵ−Ｖ相の見かけ上の中点からみた位
相差をより小さくし電圧不平衡率を大きくしている。第
５図でＺはＵ−Ｖ相の電圧の中点を示し、Ｚ′は電流差
により移動した点を示す。

そこで、三次巻線の無負荷電圧をV_uz＜V_zvとなるよう中
間端子を設け、かつ、Ｖ−Ｚ側（多数巻側）の電圧変動
率をＵ−Ｚ側（小数巻側）の電圧変動率より大きくする
ことにより、三次巻線の中間端子電圧は、負荷電流の増
加に伴なつて、相数変換機の補助巻線の電圧をＶ端子側
に引きよせるように動作する。それによつて補助巻線出
力電圧は、三次巻線出力電圧の中点を通る垂線上を移動
するようになるので、相数変換装置の出力電圧は、ほぼ
V_vw＝V_wuとなり、電圧不平衡率を小さくすることができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の相数変換装置の一実施例を示した主回
路図である。

第１図で変圧器10の三次巻線14にはＵ端子側の巻数がＶ
端子側の巻数より小さくなるように一個の中間端子Ｚを
設け、この中間端子Ｚと相数変換機16の補助巻線16bの
端子とを、直接、永久接続とする。

三次巻線の電圧変動率は、 ε_ｕ＜ε_ｖとなるようにする。

ここで、ε_u:三次巻線のＵ−Ｚ相の電圧変動率 ε_v:三次巻線のＶ−Ｚ相の電圧変動率 この関係を得る方法として、例えば、三次巻線を二つの
独立した巻線で構成し、互いの空間的位置あるいは一次
巻線との空間的位置を選定することにより得ることがで
きる。

電圧変動率ε_ｕとε_ｖの最適値は相数変換機、及び、負
荷特性との組合せで決定されるが、少なくともε_ｕ＜ε
_ｖであれば目的は達せられる。

また、相数変換機の補助巻線が発生する電圧のベクトル
Ｗ−Ｚ相はＵ−Ｖ相の電圧ベクトルに対し90度（電気
角）以上進みとする。

以下、第２図のベクトルにより本発明の特性を説明す
る。

第２図でＵ−Ｖは第１図に示したＵ−Ｖ端子間の電圧で
あり、Ｗ−Ｚは第１図に示した相数変換機の補助巻線16
bの出力電圧を示し、W₀−Z₀は軽負荷の場合でW₁−Z₁は
定格負荷、W₂−Z₂は過負荷の場合を示す。

第２図から明らかなように、負荷電流の増加につれて、
三次巻線内部インピーダンスの降下と相数変換機内部イ
ンピーダンス降下の二者がＶ−Ｗ相とＷ−Ｕ相の電圧を
ほぼ等しくするため、相数変換機16の出力電圧は極端な
増加をすることはない。

第３図は以上の状態を負荷容量に対する電圧不平衡率の
関係で示したもので、（ａ）は従来技術で第４図に示す
中間端子を二つもつ例を示したもので（ｂ）は本発明の
場合を示す。

以上の説明では変圧器の三次巻線の電圧変動率を不等に
する場合について説明したが、三次巻線と相数変換機の
接続を適当なインピーダンスを介して行なつても同様な
効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の相数変換装置によれば、主巻線及
び補助巻線を有し、単相電源を三相電源に変換する回転
形の相数変換機と、架線に接触したパンタグラフから給
電を受ける一次巻線、整流装置を介して主直流電動機に
接続されている二次巻線、前記相数変換機に電力を供給
する三次巻線からなり、該三次巻線には、前記相数変換
機の補助巻線に接続される一つの中間端子を有している
変圧器とを備え、前記中間端子を前記三次巻線の不等分
点に設け、かつ、該三次巻線の多巻数側の電圧変動率を
小巻数側の電圧変動率よりも大きくしたものであるか
ら、負荷電動機の不平衡電圧による不用な発熱やトルク
の減少を小さくすることができ、負荷電動機の小型、軽
量化が可能となることは勿論、艤装スペースの確保が容
易で、かつ、保守も簡単になると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の相数変換装置の一実施例を示す系統
図、第２図は第１図の実施例の特性を示すベクトル図、
第３図は第１図の実施例における負荷容量に対する電圧
不平衡率の関係を示す特性図、第４図は従来の相数変換
装置を示す系統図、第５図、及び第６図は第４図の特性
を示すベクトル図、第７図、及び第８図は本発明の作用
を説明するためのベクトル図である。 10……変圧器、11……パンタグラフ、12……一次巻線、
13……二次巻線、14……三次巻線、15……主整流装置、
16……相数変換機、16a……主巻線、16b……補助巻線、
20……負荷群。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主巻線及び補助巻線を有し、単相電源を三
   相電源に変換する回転形の相数変換機と、架線に接触し
   たパンタグラフから給電を受ける一次巻線、整流装置を
   介して主直流電動機に接続されている二次巻線、前記相
   数変換機に電力を供給する三次巻線からなり、該三次巻
   線には、前記相数変換機の補助巻線に接続される一つの
   中間端子を有している変圧器とを備え、 前記中間端子を前記三次巻線の不等分点に設け、かつ、
   該三次巻線の多巻数側の電圧変動率を小巻数側の電圧変
   動率よりも大きくしたことを特徴とする相数変換装置。