直流直巻電動機の速度―回転力特性測定にシュラーゲ電動機を応用する方法について

直流直巻電動機の速度―回転力特性測定にシュラー

ゲ電動機を応用する方法について

著者

佐藤 信

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

1

ページ

11-20

別言語のタイトル

ON THE APPLICATIONS OF THE SCHRAGE MOTOR TO

THE DETERMINATION OF THE SPEED-TORQUE

CHARACTERESTIC FOR A D.C. SERIES MOTER

直流直巻電動機の速度―回転力特性測定にシュラー

ゲ電動機を応用する方法について

著者

佐藤 信

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

1

ページ

11-20

別言語のタイトル

ON THE APPLICATIONS OF THE SCHRAGE MOTOR TO

THE DETERMINATION OF THE SPEED-TORQUE

CHARACTERESTIC FOR A D.C. SERIES MOTER

直 流 直 巻 電 動 機 の 速 度 一 回 転 力 特 性 測 定 に

シ ュ ラ ー ゲ電 動 機 を 応 用 す る方 法 に つ い て

佐

藤

信*

ON THE APPLICATIONS

OF THE SCHRAGE MOTOR TO THE

TION OF THE SPEED-TORQUE

CHARACTERESTIC

FOR A D.C. SERIES MOTER

Makoto SATO

There are various methods which are acturlly used in conducting load test on D.

C. Series motors. But these methods are accompanied more or less with some difficulties

and dangers.

Moreover they require many equipments.

Author devised the loading back method employing Schrage motor as induction

generator.

And it proved to be very convenient in testing D.C. series motor, having

the following merits.

1. Simplicity of the equipments and treatments, that is to say the only other

requirements is a Schrage motor.

2. Cheapness of the testing cost without dissipation of energy.

In this article, the writer briefly descrives the above method, giving the results of

some experiments in the following order.

(1)

Introduction.(2)

General principles.

(3)

Equipment and treatment.

(4)

Example of experiment.

(5)

Conclusion.

Received May 31, 1961.

1.緒 言 直 流直 巻 電 動 機 の 負荷 特 性 試 験 は,直 流 発電 機 を 駆 動す るか,同 一 定 格 の 機 械2台 あ る場 合 は返 還 負 荷 方 法 が 普通 に採 用 され て い る.し か し,前 者 は発 生 直 流 電力 が 負荷 抵 抗 器 に 於 てジュ ー ル熱 と して 無駄 に消 費 され る,後 者 は 被 試 験 機1台 の場 合 は不 可 能 で あ る. 著者 は直 流 直 巻 電 動 機 の 速 度 一 回 転 力 特性 測定 に 当 た り,シュ ラー ゲ 電 動 機 を使 用 す る,返 還 負荷 方 法 を試 み て,好 結 果 を 得 た の で,実 験 記 録 を 添 え て 簡 単 に記 述 す る. 2.一 般 理 論 直 流 直巻 電 動 機 は 変速 度 電 動 機 に して,速 度 一 回 転 力特 性 は第1図 の 如 く,負 荷 変 化 に対 し速 度 変 化 甚 だ しく,軽 負 荷 に 於 て は逸 走 して 危 険 で あ る. シュ ラーゲ 電 動 機 の原 理 は第2図 の 如 くで,ブ ラ シ *電 気工 学 教 室 開 き角2ρ を 変 え る こと に よ り,二 次 に加 え られ るす べ り周 波 数 電 圧 が 変 り,速 度 の変 化す る加 滅 速 度 電動 機 で あ る. S_0:無 負 荷 の 場合 のす べ り W_2 :二 次 巻 線 の巻 数 W_3 :調 整 巻 線 の 巻 数(ρ=90° の とき の) k_2 :二 次 巻 線 の 巻 線 係 数 k_ 3:調 整 巻 線 の巻 線係 数 とす れ ばS_0=k_3W_3/k_2W_2 sinp ρ>0の ときS_0>0 ρ=0の ときS_0=0 ρ<0の ときS_0〈0 な る関 係 が あ り,無 負 荷 速 度 を 同期 速 度 の上 下 に調 整 で き る. 特 性 曲線 は 第3図 の如 く分 巻 特 性 で あ り,無 負 荷速 度 よ り遅 い速 度 で 回 転 す ると き は電 動機 と して 働 き, 無 負荷 速 度 よ り早 い速 度 で 回 転す る とき は発 電 機 と し て働 く,一 次 巻 線 を交 流 電 源 に接 続 して お い て,直 流

直 巻 電 動 機 で 駆 動 して,無 負 荷 速 度 以上 に回 転 数 を 増 せ ば 誘 導 発 電 機 となつ て,電 源 に 交 流電 力 を 返 還 す る こ と に な る.即 直 流直 巻 電 動 機 に 負 荷 す る こ とに な る. シュラ ーゲ 電 動 機 は無 負荷 速 度 を 超過 す る程,返 還 電 力 が大 即 負 荷 回 転 力 が 大 とな る.一 方 直 流 直 巻 電 動 機 は,電 動 機 回 転 力大 な る程 回 転速 度低 下 す る.し た が つ て,負 荷 回 転 力 と電 動 機 回 転 力 が平 衡 して 安 定 運 転 を行 ふ. 負 荷 の加 誠 は,ブ ラシ開 き角 を加 減 して,無 負 荷速 度 を変 え る こ とに よ り,連 続 的 に 円滑 に行 な わ れ る. 例 え ば 第4図 で,今 ブ ラ シ開 き角 ρ_1,無負 荷 す べ り S_ 01,の と き負 荷 回転 力 と電 動 機回 転 力 がT_1で 平 衡 し て,す べ りS_1で 運 転 して い る場 合,ブ ラ シ開 き角 を ρ2と 大 に して 無 負荷 速 度 をSo_2と 低 下 せ しめれ ば, 負 荷 回 転 力 はT'_1と な り,T'_1>T_1で あ るか ら直 巻 電 動 機 は 減速 して 電 動 機回 転 力を 増 し,S_2速 度 に到 つて 回 転 力T_2に 増 大す る.一 方シュ ラー ゲ 電動 機 の負 荷 回 転 力 はT_2に 減少 す る,斯 くて す べ りS_2回 転 力T_2 に て平 衡 運 転 を 行 う. 3.装 置及 び 取 扱 方法 3.1装 置 装 置 と して は 直 流 直 巻 供試 電 動 機 とシ ユ ラーゲ 電 動 第1図 直 巻 電 動 機 の 速 度 トル ク 曲 線 第2図 シ ュ ラ ー ゲ 電 動 機 の 原 理 第3図 シ ュ ラ ー ゲ 電 動 機 の 速 度 トル ク 曲 線 第4図 回 転 力 の平 衡 説 明 機 を,両 機 の 定 格 に応 じた適 当な 減 速比 で連 結 し,夫 々直 流 電 源 と交 流 電源 に接 続 す る.他 に は何 の 附属 装 置 も必 要 と しな い. 3,2操 作 方 法 先 づ両 機 の 回 転方 向 を一 致 させ る.シュ ラーゲ 電 動 機 側 よ り始 動 す る,こ の場 合 ブ ラ シを 最 低速 度 位 置 に 置 くのみ で,何 の起 動 装 置 も不 要 で あ る.ブ ラ シ開 き 角 を 調 整 して 適 当 な速 度 にす る.こ れ は負 荷 した 場 合 の衝 撃 を 避 け る た め直 巻 電 動 機 の定 格速 度 以 上 にす る こ とが 望 ま しい.然 る後 直 流 直 巻 電 動機 に直 流 定 格 電 圧 を 印 加 す る.以 後 負 荷 の 加 滅 は,把 手 に よ り ブ ラ シ 開 き角 を 変 え る の み にて 連 続 的 に簡 単 に行 う こ とが で き る. 停止 す る場合 は,直 流 電 源 を先 き に開 放 し,然 る後 交 流 電 源 を 開放 す る. 要 す るに,始 動 よ り停 止 ま で常 に直 流 電 圧 だ け が 印 加 され る こと のな い 様 注 意 す れば,直 流 直 巻 電 動 機 の 起 動 装 置 も不 要 且 つ 逸 走 の 心 配 もな い. 4.実 験 例 4.1使 用 機 械

佐 藤:直 流 直巻 電 動 機 の速 度 一 回転 力 特 性 測 定 に シュ ラーゲ 電 動 機 を応 用 す る方 法 につ いて 13 供試 直 流 直 巻 電動 機 の仕 様 定 格 連 続 定 格 容 量2.2〔KW〕 電 圧100〔V〕 電 流29〔A〕 回 転数1500〔r.p.m〕 界 磁 直 巻 シュ ラー ゲ 電動 機 の仕 様 定 格 連 続 定 格 容 量105〔HP〕 電 圧440〔V〕 電 流12.1〔A〕 周 波数60〔c/s〕 極 数4極 回転 数1925∼1595〔r.p.m〕 二 機 の連 結 はVベ ル ト連 結 と し,シ ユ ラ ーゲ 電 動機 の速 度調 整 範 囲 が比 較 的 狭 い の で,誠 速 比 は 二 種類 使 用 して,軽 負 荷 の 場 合 と重 負荷 の場 合 に使 い分 け た.即、減速 比=n=直流電動機速度／シュラーゲ電動機速度=0.87(重) =1.44(軽) ま たシュ ラ ーゲ 電 動機 は設 備 の 都合 で220〔V〕 で使 用 した. 4,2実 験 結 果 第1表 負 荷 試 験 測 定 値 及 び 計 算 値 第5図 直 巻 電 動 機負 荷 特 性 曲 線 第6図 ト ル ク 速 度 曲 線

実 験 結 果 は,第1表,第5図,及 び 第6図 の 様 な も の が 得 られ た. 4.3負 荷 回 転 力 と電 動 機 回 転 力 の 平 衡 シュ ラ ー ゲ 電 動 機 の 速 度 一 回 転 力 特 性 曲 線 を,円 線 図 よ り 求 め,直 流 直 巻 電 動 機 の 速 度 一 回 転 力 曲 線(こ れ は 計 算 値)と 対 応 さ せ て 見 る と 以 下 の 様 で あ る. ρ=0に 於 け るシュ ラ ー ゲ 電 動 機 の 無 負 荷 試 験,拘 束 試 験,定 数 測 定 の 結 果 を 基 に して,シュ ラ ー ゲ 電 動 機 の 各 種 ρ に 対 す る 円 線 図 を 描 き,こ れ よ りシュ ラ ー ゲ 電 動 機 の 速 度 一 回 転 力 山 線 を 描 く. 無 負 荷 試 験 拘 速 試 験 V_o =127〔V〕 E_s'=100〔V〕 I_o =1.57〔A〕 I_s'=12.20〔A〕 P_o=294.0〔W〕 P_s'=680.0〔W〕 定 数 測 定 一 次 巻 線 抵 抗 γ1=0.450〔Ω 〕 γ1'=0.568〔Ω 〕(75℃に 換 算) 二 次 巻 線 抵 抗 γ2=0.43〔Ω 〕(ブ ラ シ を 含 む) (γ2)=0.2〔Ω 〕(巻 線 の み) 調 整 巻 線 抵 抗 γα=0.07〔Ω 〕(ρ=90° に て) 一 次 印加 電 圧 e_1=121〔V〕(ブ ラ シ揚 げて) 一 次 電 流 i_1=1 _{.20〔A〕(ブ ラ シ揚 げて)} 二 次 巻 線 誘 起 電 圧 e'_21=81〔V〕 調 整 巻 線 誘 起 電 圧 e_a1=6.25〔V〕(星 状 電 圧) 二 次巻 線 印加 電 圧 e_2=47〔V〕(ブ ラシ揚 げ) 二 次電 流 i_2=1〔A〕(ブ ラシ揚 げ) 以 上 の デ ー タよ り次 の 計 算値 を得 る 一次自己 リア ク タ ンス =101〔Ω 〕 無 負 荷 電 流 有 効 分 I_001=0.74〔A〕 無 負 荷 電 流 無 効 分 I_002=1.45〔A〕 短 絡 電 流 I_s=26.84〔A〕 〃 有 効 分 I_s1=8.63〔A〕 〃 無 効 分 I_s2=25.42〔A〕 h =I_s2-I_002=23.97〔A〕k =I_21-I_0011=7.89〔A〕 一 相 の 等 価 抵 抗 γ_t=1 _{.56〔Ω 〕} 以 上 によって 円 線 図 を 描 けば 第7図 を 得 る(ρ=0) 第7図  ρ=0° に 於 け る シ ュ ラ ー ゲ 電 動 機 の 円 線 図

佐 藤:直 流 直 巻 電 動 機 の速 度 一 回転 力 特 性測 定 に シュ ラー ゲ電 動 機 を応 用す る方 法 に つ い て15 但 し,1〔A〕=5〔mm〕 と して 描 い た(以 下 同 様) 次 に各 種 ρ に対 す る円 線 図 を描 いて み る u:調整 巻 線の巻回数（星状電圧に対する）／二次巻線の巻回数 σ:一 次 巻 線 二 次 巻 線 間 の漏 洩係 数 Xα1:一 次 巻 線 と,調 整 巻 線 との相 互 リア ク タン ス X 21:一 次 巻 線 と,二 次 巻 線 との相 互 リア ク タン ス とす れば 第7図 よ り こ れ を 上 式 に 代 入 し て u=0.077×/1_0.052=0.075 無負荷 す べ り ρ=90° に 於 け る す べ り =0.154 任 意 ρ に 於 け る す べ り S_00ρ=0.154sinρ に で第7図 よ り これを 上 式 に代 入 =4.84 任 意 ρ の と き の 値 は と して 求 め られ る こ こ に γ_αρ=γα×ρ/90に して,以 下 の計 算 に於 て は二 次 回 路 全 抵 抗 と して は γ2'=γ2十γαρ を用 い,二 次 自己 リ ア クタソス と して  を用 ・・る・ 各種ρ に対 す る  の計算値 を 第2表 に示 す. 以 上 の デ ー タを 以 つ て各 種 ρに対 す る円線 図 を描 く の で あ るが,まづ ρが変 化 す る とき のS=1即 ち,静 止 時 の電 流I_1sの 軌 跡 は,ブ ラ シ偏 角 δに 無 関係 にて α_s:原点 よ り円 の 中心 ま で の距 離 β_s:円中 心 が縦 軸 よ り反 時 計式 に回 る角 度 γ_ s:円 の半 径 とす れば,近 似 的 に 次 の 関係 が あ る. ...β_s=-11°40' 次 にS=∞ に 於 け る 電 流I_∞ の 軌 跡 は, α_∞:原 点 よ り 円 の 中 心 ま で の 距 離 β_∞:円 中 心 が 原 点 縦 軸 と な す 角 γ_∞:円 の 半 径 とす れば ブ ラ シ偏 角 δ=30° で あ るか ら(以 下 同様) 第2表 各 種 ρ に 対 す る 定 数

第8図  ρ=20° の 円 線 図

以 上 に よつ て ρ=+20° の 円線 図 第8図 が得 られ る この 円線 図 よ り回 転 力 を算 定 す れ ぽ

佐 藤:直 流 直 巻 電動 機 の 速 度 一 回転 力 特 性 測 定 に シ ュ ラ ーゲ 電動 機 を 応 用 す る方 法 に つ い て 第3表  ρ=+20° の 特 性 同 期 速 度 よ り の す べ り は(M'・S'・Q'は 第8図 参 照) 斯 く して第8図 の各 動 作 点 に於 け る回転 力 とす べ り を 求 め た もの を 第3表 に示 す 同様 に して 各 種 ρ に対 す る 円 線 図 作 図及 び 特 性 算 定 用 デ ー タを 計 算 した もの が 第4表 で あ り,円 線 図 及 び こ れ よ り 求 め た特 性 曲線 が 第9図 と第10図 で あ る.こ の第10図 に直 流 直巻 電 動 機 の 速 度一 回 転 力 曲 線 を プ ロッ トして,負 荷 回転 力 と電 動 機 回 転力 を 対 応 させ て 見 た.

第4表  各 種 ρ に 対す る 円線 図 及 び特 性 計 算 数値

5.結 言 本 方 法 で はシュ ラー ゲ電 動 機 の把 手 を 進 退操 作 す る の み にて,極 め て 円滑 に 負荷 加 減 が行 え るの で,装 置 も取 扱 い も簡 単容 易 で あ る.発 生 交 流 電 力 は 交 流電 源 に返 還 され るの で経 済 的 で あ る.ブ ラ シ開 き角 に相 応 す る速 度 以上 に逸 走 す る心 配 が な い.な どの 特 長 を 持 つ て お りは な は だ便 利 な方 法 で あ る こ とが 判 か つ た. 本 実 験 例 で は,シュ ラー ゲ 電 動機 の速 度 調 整 範 囲 が 比 較 的狭 い た め,誠 速 比 を 二 段 に 切 り 変 え たの で あ る が,二 次 巻線 に外 部 抵 抗 を挿 入 し,こ れを 加 減 す る こ とに よつ て も,速 度 調 整 範 囲 を広 くす る こ とが で き る. シュラ ーゲ 電 動機 に於 て は,ブ ラ シ偏 角 δが あ る と き は,無 鮪 す べ りは の 値 よ り小 さ く なつ て,速 度 制御 の効 果 が鈍 る こ とに な る ので あ るが, 特 性 算定 には ・の影 響 礁 視 して, の 値 を使 用 した.又 シユ ラーゲ 電 動 機 を 使 用す る に 当た つ て は,ρ の 変 化 に よ つて,無 負 荷す べ りが変 化 す る の み な らず,最 大 回 転 力 も変 化 す る もの で あ る こ とに 留 意 せ ねば な らな い. 本 方 法 を 試 み た 動 機 は,限 られ た 実 験 設 備 を 以 つ て,同 時 に,多 種類 の実 験 を実 施 す る方 策 の案 出 にあ つ た ので,現 在 学生 実 験 に この 方 法 を 用 い て い る.