単相誘導電動機を使用した電気動力計
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(2) . 第２ ２巻 第１号. １ 部 Ａ） 北海道教育大学紀要 （第１. ６年９月 昭和４. 単相誘導電動機を使用した電気動力計 坂. 高. 寅. 男. 北海道教育大学函館分校機械工学研究室. Ａｎ Ｅ１ｅｃｔｒｉｃ Ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈａｓｅ ｌｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｎ［ｏｔｏｒ Ｔｏｒａｏ ＴＡＫＡＳＡＫＡ Ｄｅｐａｒ ｋ ｉｄｏ Ｕｎ ｉ Ｉ Ｅｎｇ ｉｖｅｒ ｉ ｉｎｅｅｒ ｉｎｇ ｔｍｅｎｔｏｆ Ｎ［ ｔ ｔ ｔ ｏｎ ｅｃｈａｎｉ ｓ ｃａ ｅ Ｂｒａｎｃｈ ｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａ ， Ｈａｋｏｄａ ， Ｈｏｋ ａ. ＳＵＭＭＡＲＹ ｖｖｅ ｍｕｓ ｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ｔ ｕｓｅ ａ ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐ ）ｏｗｅｒ ｏｆ ａｎ ｉｎｔｅｒｎａ１ Ｃｏｍｂｕｓｔ ． Ａｍｏｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｓ， Ｄ Ｃ ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ Ａ Ｃ ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｍｅｒｉ ｄ ｉｄｅｓ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｔ ｔａｒｔｔｈｅ， ｓ ｅｎｇｉｎｅ ． Ｂｅｓ ，ｔｈｅｓｅ ｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｓｃａｎ ｓ ｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ａｓ ａｎ ｅｌｅｃｔ ｉｏｎａｌ ｌｏｓｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｆｒｉ ｃｔ ｒｉ ｃ ｌｎｏｔｏｒ ． ｌｎ ｔ ｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔ ｈｉ ｌ ｌ ｏ昼ｅｒ ａ ｎｅｗ ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｓ ｗｉ ｔｈ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔ ｒｉ ｃ ｍｏｔｏｒ ｓ ｐａｐｅｒ， ｌ ｗｉ ｈｃｈ ｃａｎ ｐｕｔ ｔｈｅ ｉｎｇ ａ ｓ ｉｏｎ ｍｏｔｅｒ ａｓ ａ ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ ｔｅｒｎａｔｏｒ ｕｓ ｉｎｇｌｅ ｐｈａｓｅ ｉｎｄｕｃｔ ａｎｄ ａｎ ａｌ ，ｗ ｉ ｉ ｅｎｇｉｎｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔ ｅｒｉ ｓｔ ｃ ｔｅｓｔ ，. １．. ま. え. が. き. 原動機の出力性能の測定には通例， 動力計が用 いられる， 動力計の種類には各方式があるが， 最 も簡単なプロニーブレーキ動力計は小出力の測定には適しているが， 安定した測定を得るに困難で ある， 水動力計， 電気動力計な どは一般に多く使用されており， 研究施設および生産 現場において 多く見られる． 本報告では電気動力計のもつ広範囲な制御性能に着目 して， 従来使用されている直 流および交流による動力計と 〆そぎ灘霧←÷÷÷『鰯 寵 燕轡響馨 静聴 饗聾頻瞬糠瞬 － － ・ 嚢騨噸 聾 いー … “ ” は方式の リー . 異なる， 単相誘導電動機を使用 した動. く ，ク 一 」 「三↓≠ノネｆ‘ メ ヒｌ ｄｂｌ だ こ 二Ｌ Ｐ Ａ. ２ ．. イ ｊ－′ ハ÷ ７ ≦婁口ハ. ご 塀欄議麗墓幸三； ；犠 鵬麟…遭璽瞥 く墓雛 . ニ滋養き . . . 電 気動 力 計 に つ い て. 直流または交流による制御力を利用 し， 吸収トルクを測定するのが電気動 き 十の 層 訓 で 薫 ｈ 、 ℃ 以堺. 階止 の 誹 験 雄 に 太支 . せ 側 化 テ ～ノ… Ｅ 剥. しては同 じ原理である． 一般に， 被試 験機である原動機の発生トルクを吸収. ； 、 講 . . . ぎ鱗龍 瞳塵饗. 第１図 電気動力計による機関の性能試験 （５５）.
(3) . ＶＯ Ｉ ．２２ ．ｌ ， Ｎｏ. Ｓｅｐ ｔ ｅｍｂｅｒ ｌ９７１. ｌｏｆ Ｈｏｋｋａ ｉｏｎ （Ｓｅｃ ｉ ｉｄｏ Ｕｎｉｖｅｒ ｉ 工 Ａ） ｊｏｕｒｎａ ｔ ｔ ｔ ｓ ｏｎ ｌ ｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａ. するための電気機械の種類によって３つに大別されている すなわち， （ ２ １ ） ） 渦流電気動力計， （ ． 直流電気動力計， （ ３ ） 交流電気動力計， がある． これらはいずれも吸収動力計であり， 被試験機の 全出力を吸収することによってトルク が測定される 吸収動力計による出力の算定は上の各方 式と ， も に 共 通 で あ う て， よ く 知 られ た つ ぎの 式 に よ る ．. トル ク； Ｗ乙 たｇ７ ク ⑦ ⑦ 却 財， 出力： Ｎ“ ＰＳ とすれば ， 回 転 数：７. ＮＦ響器 多 発 を. 電気動力計は吸収動力計のなかで， 操作が簡易で測定が迅速であるな どの利点を有し， また渦流 式を除いては原動機に直結 して， 発電機および電動機の両者の作用 を兼ねることより， 出力測定の. ほか， モータリ ングによる内燃機関の始動操作が可能であり， また摩擦馬力をも測定できる． さら に発電機と して運転する場合は， 機関の発生動力は発電により電力に変換されて電線路に帰還し， 低効率ではあるが他の熱放出などに比して経済性に有利である．. したが って動力計を求めるにあたり， 利点の多い直流または交流の電気動力計を選 ぶことが望まし い， しか し学校の実験用のものは価格に制約をうけるほか， 内燃機関が小形であることが都合よい. ので動力計も小規模， 小容量機となる， これか らの べる動力計は交流電気動力計のもつ機能に類似 してはいるが， 構造は全く異なっていてむ しろ簡易化したものである． 交流電気動力計の機能や作 用に密接な関係が あるので， 交流電気動力計について簡単に触れておこう． この動力計は３ 相交流を直接に使用するところにその特徴がある． 構造の基本は３相分券整流子 ）であり 一般の誘動機が同期回転数をもってその定速度としているに対 し 前者は分券特 電動機ｉ ， ， 性によ って負荷 トルクの変動にかかわ らず 任意の定速度回転を維持するこ と が で き ｒ ＞０ る． 本来は可変速度電動機と して動力機械 の役を果たしているが， 動力計 に 応 用 し て， 駆動および動力吸収の両面に使用する こ と が で き る． トル ク 計 測 の た め 電 動 機 の. ｏ. 固 定 子 枠 を 揺動 軸 受 で 支 持 し， 自 由 に 回 転. ー ０ ・. ０ ５ ０ ． すべり. ５ －ｏ ．. －１ ０ ．. で き る よ う に して あ る こ と は 他 と 同 様 で あ. る． この動力計は構造上大別 してつぎの ２ 種類があり， おのおの重要な特質をもって １ ２ いる． （ ） 回転子給電形， （ ） 固定子給電 ） こ れ らは シ ユ ラ ー ゲ形 整 流 子 電 動 機 形２ ， の 構 造 を も っ て 作 られ， 動 力 計 に 改 良さ れ た も の で あ る．. 占. ６ ５ 。. 由ｏ. 痴。. 脚 鳶Ｍ. ，. 第２図. す べ り トル ク 特 性. このように動力計として必要なことは， 広い速度範囲で定速度特性をもち， 出力に対応する吸収. トル ク を 生 じな け れ ば な らな い ．. ３ ． 単相誘導電動機の動力計 単相誘導電動機を動力計に使用する必要な条件は， （ １ ２ ） 回転速度を任意に調節できる． （ ） トル フ が 吸収 できるように発電機運転を する 以上の要求に対 し単相誘導電動機は定格回転数があ ー って ． 自由な速度制御は困難である． 極数変換および電圧低減の方法があるが， 動力計の応用には適当し ていない． ここでつぎの２つの方法を取りあげ検討を加えてきた． （５６）.
(4) . . 第２２巻 第１号. 北海道教育大学紀要 （第 亘 部 Ａ）. ６年９月 昭和４. １ （ ） 周波数変換装置により運転周波数を変換する ． ２ （ ） 電動機を定速度運転 し 機械的無段変速機 を使用 して機関側を可変速度とする． ， １ ） は電気的無段変速であり； その変換装置は最近では ＳＣＲ な ど固体電子装置からなる静止形 （ 電力変換装置があって新らしい分野に応用されている （ ） は機械的無段変速であり， この種の装 ． ２ 置もコ ンパク トな変速機が製作されて きた 今回はこの機械的方法を実施 した ， ， 単相誘導 電動機においてすべりとトルクの関係が重要であって 同期速度を超える運転に おいて ， は マイ ナ ス トル ク と な っ て 制 動 トル ク を 生 じる こ れ を 第 ２ 図 に 示 す 図 に よ り す べ り ０ の 同 期 回 ， ．. 転数を境界と して， すべりの＋側は電動機， －側は発電機として動 作 しその前後の移行段階はきわ め て 円 滑 で あ る．. ４ 。 実 験 の 装 置 １ （ ） 動力計. つぎの反発起動形 誘導電動機を使用 した． 出力， ４ ０ ０Ｗ，１０ ０ ２００Ｖ，８ ２ ４ ／ ＩＡ， ４Ｐ ／ ． ， １４５０Ｒ／Ｍ， 東京芝浦電気製 ， 第 ３ 図 の よ う に， 電 動 機 の 軸 受 外 周 を 機 械 加. Ｓ. 工して球軸 受による揺動軸受 Ａ を製作し， 電 動 機 外 枠 を 支 持 した． 電 動 機 の 重 量 偏 心 を な く. ，. するため基底の脚部を除去 し， リー ド線は可携 撚線を使用 して変形抵抗を減少せ しめた． トル. ク計測の腕を組立てその長さを， Ｌ＝２８６． ５ と した． 秤量計はバネ秤 （最大 ４ｋｇ ） を使用 し. Ｒ. Ａ. て いる， トル ク 指 示 の精 度 を 高 め る よ う セ ツ テ. ィ ン グな ど正 確 を 期 した が， 摩 擦 モ ーメ ン トは ５ ７ｋｇ・ｃｍ に と どま っ た ‘ ．. 第３図 反発起動形誘導電動機の動力計. ２ （ ） 無段変速機. Ｗ 形ハギノ 無段変速機を使用 し Ｖ ベ ル トは Ａ 形 と した ． ３ ） 内燃機関 工ＭＣ オ ー トバ イ 機 関， 空 冷 ２ サイ ク ル， １０００～３４００Ｒ／Ｍ １２０ｃｃ （. ，. 機関部分を取り外 し変速歯車部を含めた単体のものを組立架台に取りつけた 無段変速機に接続 ．. す る よ う に ス プ ロ ケ ッ トホイ ー ル を Ｖ プ ー リ に 交 換 した ． ピュレット ，. 燃 料槽. 。. ｏ. ０塑′～ ２. 切換コック はかり装置. . . 動力計 ０. 電圧コイル 切換スイッチ. ０. 無段変速機. ′ し Ａ ｆ ．. ｉ ＡＡ. 第４図 実験装置の配置. ｌ ダ ハ ダ.
(5) . ＶＯＩ ．２２ ．ｌ ， Ｎｏ. ｌｏｆ Ｈｏｋｋａ ｉ ｉｏｎ ｌ 工 Ａ） ｉｄｏ Ｕｎｉｖｅｒ ｉ ｊｏｕｒｎａ ｔ ｔ ｔ ｓ ｏｎ （Ｓｅｃ ｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａ. （４） 燃 料 消 費量 測 定 装 置. ５ ） 計測装置 （. Ｓｅｐ ｔ ｅｍｂｅｒ ｌ９７１. ２５ｃｃ ビ ュ レッ トに よ る．. 動力計により行なうほか第３ 図のように電気計測器を接続 した， 電力計には極性. 切換えのため電圧切換えスイ ッチを設けてある． 以上の状況を第１図の写真に示す．. ５ ． 実 験 と 考 察 １ （ ） 低速運転. 機関を始動 して回転を低速に絞り動力計に通 電する． このとき変圧器を使用 し電 が， 必ずしも変 圧を漸増しながら運転すれば， トルク伝達は滑 らかに行なわれて操作に便利である らかに行なわれて操作. ｂ （ ） 発電機運転の場合. （ ） 電動機運転の場合 ａ. 第５図 動力計トルクの作用方向. 圧器を使用 しなくてもよい． 動力計の軸回. ５ ０，. ー 転数が同期速度以下の範囲では電動機運転 の であり， そのとき固定子は第 ５ 図 （ ）の ａ ． 弓 ように， 反作用 トルクにより回転子と反対. ２ ） 同期速度の運転 （. 無段変速機により. 回転速度を上げてゆき動力計の軸が同期速 度に達すると動力計はトルク ０の状態とな る． 腕は自由の角度の位置となって秤量計 お よ び電 力 計 は 指 示 ０ で あ る． こ の と き の. 機関出力は０であるが， 厳密には伝達系の 摩擦損失分の出力があるがここには表示さ れない， ３ ） 同期速度を超える運転 （. ここで動力 計は発電機運転となり， 固定子 は 第 ５ 図 ｂ ） のように回転子と同方向に回転しよう （ とするので秤量計は逆方向のトルクを計測 する． 電力計の電圧切換スイ ッ チを反対に. ，. ”. ９ ６ 』．. 測定すれば駆動 トルクとなる． また電流計. る．. 。. ｏ ４ ． . 方 向 に 回 転 しよ う と す る の でそ の トル ク を. と電力計の指示値は電気入力を示す． この 場合機関はエ ンジ ンブレーキの 状 態 で あ. 山 淵. 露 Ｓ Ｒ 闘 洲蹴 蹴. ０ ４ ，９. ｏ ９ ０ ２ ．. ０ 々 ０ 誘＆ ６ ０ 耐冊 長ｏ 冊 ９ ０ 狐０ ， 通 弁 ０ ※ 聾 ４ ０ ０ ： に ０ ０』 ８ ８ ８ ０ ００ ，. 繋. ０ ０ ０ ０７ ０． ２０ ０ ０ｏ ０ ６ ６ ００ ０ ，８. △△. 』. ０ ０ ０ ３ ０ ０ ０. ０ ２ ０ ０ 機関回転数 尺／渥. 第６図 全負荷性能曲線. 。.
(6) . 第２ ２巻 第１号. 北海道教育大学紀要 （第 １ １ 部 Ａ）. ６年９月 昭和４. 切換えると発電力が指示される 機関の出力測定はここか ら始めることになる こう して行なった ． ． 全負荷の性能曲線を第６図に示す ，. 試験は ｊＩＳ にもとづきトルク一定と し回転数を変化して計測 したものである 最高出力は ３２００ ， Ｒ／Ｍ において ＩＰＳ で あ る こ の と き の 回 生 電 力 は ５６０ Ｗ を示す また燃料消費率は５７０ ／Ｐｓｈ ， ｇ ， で あ っ た が， ２ サイ ク ル 機 関 で あ る の で ４ サイ ク ル 機 関 の も の よ り デ 【 夕 が 大 き い の は や む を 得 な. し・ ．. つぎにこの装置 に使用 した無段変速機は Ｗ 形 ディ スク ブ ーリ に よ る Ｖ ベ ル トの ２ 段 掛 け 構 造 であるので， 動力計にいたる伝達摩擦損失があるが， 性能曲線では動力計のデータだけで算出 して いる， したがって機関本体の 性能は摩擦損失分を加える べきである その推定値として ． ， Ｖ ベル トの １ 段 に つ い て の 機 械 効 率 を ０ ２＝０８１ した が っ て 機 関 性 能 と ９ と す れ ば， 伝 達 効 率 は ９ ， ． ． ， ガ＝０. して図のデータより約２０％出力は高く， 燃料消費率は低いもの と考える ． ６ ．. あ ・と. が. き. 機関の性能試験をた びたび行なう機会が多いが， 電気動力計の新しい方式を試験した結果以上の ようによい効果を収め得た， 試作試験であるため動力計容量が ４００÷Ｗ の小形機を使用 したが 一 ， 般用として大容量機にすることも困難ではない または じめにあげた周波数変換装置 を用いる無段 ． 変速によることがさ らに理想的である 以上をもって報告を終る ， ． 文. 献. １ １ ９６８ ） 小山夏生 （ ） 動力の測定 （ １ ） ０‐ ６ ２頁， ， 内燃機関９月号増刊， 山海堂， ６ ２ 曾田範宗 ） １ ９ ６４ ） 電気動力計， 内燃機関ハンドブック， 養賢堂， ６８８ ９ ０頁， ‐６ ， 熊谷清一郎 （. （５９）.
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