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初級講習用指導書(電気機器編)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


2・4・4 三相誘導電動機の始動
 三相誘導電動機は始動電流が大きく大容量のものでは、その配電系統の電圧を著しく低下させるので、発電機容量に比べて小容量のものは、直接全電圧を加えて始動し、容量の大きな電動機に対しては、特別な始動方法が用いられる。
(1)かご形
(a)全電圧始動(直入始動)
 直入始動であって、広く使用されるが、始動電流が大きい反面、大きい加速トルクが得られ、始動時間は短い。
(b)スタデルタ始動接続による方法
 始動時に電磁接触器A及びBを閉として、固定子巻線をスター(Y)接続すると、各相固定子巻線には運転時の1/√3倍の電圧が加わる。速度が上昇した時点で電磁接触器Bを開とし、引き続きCを閉じて各相巻線をデルタ(△)状に接続し運転状態とする。
 この方法によると始動電流は電圧に比例するので全電圧始動時各相巻線電流の1/√3倍、即ち電源から流入する全電圧始動電流の1/3倍となる。
 一方、始動トルクは各相巻線に加わる電圧比の二乗に比例するので、始動電流と同様に、全電圧始動時の1/3となる。
図2.45 スターデルタ始動接続図
 
(c)始動補償器による方法
 三相単巻変圧器を使用する始動器を始動補償器式始動器(俗称コンペン式始動器)というが、これは低電圧から全電圧に切換える際に、電動機端子への印加電圧を一旦零とする方式と、過渡的にリアクトル挿入回路を作って無電圧としない方式の両方がある。後者はコンドルファ始動方式といい、全電圧へ移行の際の突入電流のショックを緩和する効果が大きい。
 コンドルファ式始動補償器では、通常タップ電圧を定格電圧の50〜80%の範囲で選んで、始動時に電磁接触器A及びBを閉として電動機に低電圧を加え、速度が増大して始動電流が低下した時点で、電磁接触器Bを開とし、続いて電磁接触器Cを閉じて全電圧による運転状態とする。
 この方式で電源から流入する始動電流及び始動トルクともに、タップ電圧比の二乗に比例する。
図2.46 コンドルファ式始動補償器の始動接続図
 
(2)巻線形
 図のように回転子回路に始動抵抗器を挿入して始動する。加速するにしたがって抵抗を減じてゆき、規定速度に達したとき抵抗を短絡してかご形と同じ要領で運転状態にする。
図2.47 巻線形回転子電動機の始動抵抗接続図
 
(1)不足電圧保護
(a)不足電圧保護(UVP)
 低電圧又は無電圧になって電動機が停止し以後電源が復旧しても人為的に始動操作を加えない限り電動機が始動しないものをいい一般の電動機に用いられる。
(b)不足電圧開放(UVR)
 UVPと逆に電源が復旧した際に何らの人為的操作を加えなくても自動的に再始動するものをいう。かじ取機その他重要補機に適用し極力台数を制限する。また、電源復旧により多数の電動機が一斉に再始動しては船内電圧の低下は免れない。このような場合、次に述べる限時継電器を用い各電動機の順序始動を行ない同時再始動による過度の電圧降下の影響を軽減する方法が採用される。
(2)順序始動用限時継電器
 UVRの始動器のうち大容量のものは、電圧復帰時の始動電流の重なりによる過度の電圧降下を避けるため、始動器に順序始動用限時継電器(タイマーリレーともいう)を設ける。時間の設定値の例を次に示す。
1号かじ取機 0秒
2号〃 3秒
1号潤滑油ポンプ 6秒
1号冷却水ポンプ 9秒
(3)過負荷継電器
 主回路が過負荷となりある予定以上の電流が流れると、これが動作して主回路をしゃ断し、主回路の損傷を防ぐ継電器。
(4)電流計の装備
 特に重要な補機、始動時間の長い補機、電流を注意する必要のある補機には電流計を装備する。
(例)かじ取機
油清浄機
甲板機械(3.7kW以上の直接電気駆動のもの。ただしウインチ等を除く。)
主機回転機
37〔kW〕号上の補機
(5)遠隔スイッチ
(a)UVPの始動器で重要補機用のものには電源復旧時すみやかに人為的再始動するため遠隔発停スイッチを設ける。
(例)(イ)主機遠隔操縦に必要な補機
(ロ)電源側に自動電源転換器を有する補機
(ハ)重要通風機の一部
(b)火災その他応急時に遠隔操作を必要とするもの。
(例)(i)機関区域の通風機には非常時甲板からの室への出入口に非常停止スイッチを設ける。
(ii)噴燃ポンプ、貨物油ポンプ、燃料移送ポンプ等燃料関係のポンプには非常停止スイッチを設ける。
(iii)居住区、調理室、貨物倉庫の通風機の非常停止スイッチを操舵室に設ける。
(iv)救命艇の降下水面付近に排出口のある水ポンプに対し、その非常停止スイッチを救命艇収納場所付近に設ける。
(6)表示灯
 遠隔スイッチにより操作する場合には、その操作場所に運転表示する運転表示灯を設ける。
(注)JEM1286船用交流電動機用始動器及び制御器を参照のこと。
 
 誘導電動機の速度Nは電動機の極数をP、すべりs、加える電圧の周波数をfと
すると一般に  であたえられる。したがって、P、s及びfのいずれかを変化させることによって速度制御は可能である。
 一般にかご形誘導電動機には極数、周波数による速度制御が、巻線形誘導電動機には二次抵抗制御と二次励磁制御等が用いられる。下記に速度制御法について述べるが、(1)、(2)、(3)の方法がよく用いられる。
(1)極数変換による速度制御
 極数の変換方法には電動機の同一鉄心に二つ以上の極数の異なる独立した巻線を施したものと、同一巻線の接続を変えることにより異った極数を得る方式のものと2種類がある。
 速度の変化は2〜3段で不連続で階段的に速度が変わる。
(2)周波数変換による速度制御
 電動機端子にかかる周波数を変えて速度を制御する方法で円滑に速度制御が行われるが可変周波数の電源を必要とする。
 この方式は例えば電気推進誘導電動機の速度制御を発電機の周波数を変化することによって行う場合等に使用され、また、静止形インバータにより可変周波数が容易に得られるようになったので、電動機の速度制御を行うのに用いられる。
2・7・5参照)
(3)抵抗による速度制御
 巻線形誘導電動機の二次回路に抵抗を挿入して4速度制御を行う方法で操作も簡単であるので最も普遍的に用いられる。ただし、二次抵抗損が大きくなるため、効率が悪く、また、長時間使用するものに用いられず、負荷の変化により速度が変化する欠点がある。
(4)二次励磁制御
 巻線形誘導電動機の二次抵抗制御法は低速度になるほど速度変動率が大きく、かつ、二次損失が大きくなるため効率が悪くなる。この欠点を補うため二次抵抗の代りに外部から二次電圧と平衡する電圧を与え、その大きさ、位相等を変化させて速度制御を行う方法である。
 この方式は巻線形回転子に対してスリップリングを通じて行われるが電動機速度を同期速度の上下に相当広い範囲に制御できる。
(5)可飽和リアクトルによる速度制御
 誘導電動機の一次側又は二次側に可飽和リアクトル、変圧器、可飽和変圧器を特殊な組合せで接続し、それぞれのリアクタンスを関連的に変化させて電動機のトルクを制御し速度を変化させる方法である。
 
 三相電源に接続されている誘導電動機の配線に一相切断の状態が生じると、零速度からでは、始動巻線の無い単相誘導電動機と同様に始動トルクが全く無いので、自己始動加速は不可能であるが、ある程度の回転状態にある場合は、図2.48に示すように上昇トルク特性のため自己加速し、ほぼ定格速度に達する特性を持っている。したがって、正常運転中に欠相が生じてもそのままの速度で運転を続けるが、流入電流は単相給電に変わるために、励磁電流分及び負荷電流分ともに三相給電の場合のほぼ√3倍に増加する。若し欠相運転状態を放置すると、電動機は過電流による事故を生じる恐れが多分にあるので、欠相を起こす配電回路条件の場合及び用途条件が特別に重要な場合には、欠相運転持続の防止又は欠相による過電流保護につき対策の必要がある。
 単相運転保護用として過電流継電器形式のものを使用する場合は、いずれの1相の欠相にても有効に保護動作をするものでなければならない。
図2.48 三相誘導電動機の単相励磁時のトルク特性







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