We attempted, in this paper, to consider complementally further details about the relation between the degree of flux density and magnetizing ampere-turn in connection with the discussion in part(I), which was reported in the previous issue.departmental bulletin pape

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FUJISO, Hiroharu

MURAMOTO, Hirosi

村本, 浩

藤宗, 寛治

Japanese

University of Fukui Repository

H種絶縁の設計に関する研究(II) :温度上昇と界磁々束密度言語: Japanese出版者: 公開日: 2012-05-15キーワード (Ja): キーワード (En): 作成者: 藤宗, 寛治, 村本, 浩, FUJISO, Hiroharu,MURAMOTO, Hirosiメールアドレス: 所属: メタデータhttp://hdl.handle.net/10098/5484URLl/.Cj H種絶縁の設計に関 す る 研 究 (8)温度上昇と界磁 々 束 密 度藤宗寛治・村本 浩Studies on the Effect of Temperature Rise in the Designing of Silicone Insulated Electric Machinery (8) Hiroharu FU]ISO. Hirosi MURAMOTO. We attempted. in this paper， to consider complementally furthぽ detaiIsabout the relation between the degree of f1ux density and magnetizing ampere-turn in connection with the discussion in part (1)， which was reported il the previous issue. 1 . 緒 品昌筆者等は前号工に沿いてH種絶縁を用いた電気機器C温度上昇と放熱係数，損失分配率，出力，能率たどり関係を解明し.H種絶禄を用いた電気機器む実際的。設計法について論述した1ho しかしそり際解明式中に示した磁束密度。増加割合nは単にA種絶撮り場合lこ比しτn倍に怠るものとして計算した結果であった。実際む電動機にあっては界磁温度上昇，したがって銅損D増加は界磁アンペア回数に比例し，磁束密度。若干白域少，鉄心。磁気飽和値をかえるなど種々な影響があるととが考えられるほか，とくに直流機では整流C点から安定係数なるも([)([)制約をうけるから，本号では以下とれらむ諸点について逐次検討論述するととにする o(a) 界磁銅損(wρと界磁アンペア回数 (AT，)とり関係いま式中に用いる符号をつぎむように定める oAT，:界磁アンペア回数， 1，:界磁電流(Amp)df: :界磁電流密度(Amp/mm3)，1，::界磁巻娘平均長 (m)q:界磁巻線切断面積 (mm3). R，:界磁抵抗 (.Q)ρ:銅む固有抵抗(.Q・cm)， N:界磁巻線回数そうすればρ.N・lf/f - Jq (口) …H ・H ・.… H ・H ・-……H ・H ・-…H ・H ・-…・・…-…… ( 1) dl = 1，/ /q したがって界磁損失 Wf は，Wt=円 t=l，zop.$0. 福井大学工学部研究 報 告 第5巻第 1号Fig.1は職事C宰均長bを示す母Fig.2に示すよろに界磁巻繰切断面積をめとするとQfは一定であるとすれば銅C容積はそむ占積率を ιとして0 I!'.C ようになるoQt' e lt = q・lt'N'.一定・・H ・H ・..( 3) /， とり場合sは巻線回数N<D関数で表わされるが，界磁巻線回数は負荷電流に対しては略一定。関係すなわち分巻型では負荷電流の数%，直巻型では負荷電流によって定まるから Ntに関連する Eもまた略一定と見倣すととができる。そうすれば，Fig.l 界磁巻繰の平均長 lfATt = q . dt • N .・H ・.・H ・...・H ・.… (4)ATt/ f一 /q.N …..・H ・'"・H ・..・H ・.(5) したがって，Wr-(A'ラいr・ p.q~lI' N=(ATt) lI・ PJ%・N… (5) Fig.2 界磁巻糠の切断面積 Qf磁極巻娘。熱伝導度をk，とすると，損失.t3"よび固有抵抗が温度。関数と考えて巻糠温度上昇。fはつぎりようになる o_ Wf/ ー 11'ρ・(1+α 8t)・ATl/ C・(1+α 8t)AT// ・H ・-… (7) /k，ー /k，・q.Nー /k，ととに c=11'ρ/q.Nで電気機器C幾何学的寸法による定数である。2. 界磁アンピア回数 ATfと誘起々電力との関係誘起々電力は空隙磁束密度 B，導体θ 長さ 1，周辺速度vCD積， B. 1・vに比例するから， 1， vを一定とした場合に Bに比例する o しかるに BとATtとD聞には Fig.3(J)ょう友関係があり，とれを式であらわすとATT - hB/ .H・H ・....・H ・・・ H ・H ・.…..・H ・....…・ …、f /(1 -a2B) .. ........-.-.-..-. -.-...-I ?…… (8) B = AT~( ，_ An"'"¥ ......................................................... J 一 /(al十a2T，) ..._.，..._------...__.._.....__..__..~........_..........， むようにたる。いま誘起々電力がBに比例するとレて E=νBと金〈と， (6)式([)ah aaは無負荷飽和曲根から求められる o (8)式を(7 )式に代入すると，8t = C '; (1+α 8f) '. (ai B~( (1 _ a2B)2 ・………….....(9) となるo(9 )式をめについてとくと，。f={C・(alBX(1-4y)//(1-ω円((1-a2B)2} “・……… αH 種、絶擁 D 設計に関する研控 (1)26∞0C 24∞o 20000 16∞o 12000 8∞o 6000 L! 一」ー10 同日-レ，ド:L-』・-巴Vv '1.1-" / i.-I-" "... ~ J.，...I.-10-'" ~ l.-ぃ~v L〆J --出Z~ レ~:;.- ←ー←ー/ ~ 傾げd ~ト'.-ぃ. '} A-""" I v / -...回'd 中-1日'1ゴ」 U-.lJ 」20 30 I'AH  I l TII寸AI叶I吋A I I 1B IIB IIIB II|C14 IC IIId IVB 回---n 起二 F~ v回'JJJ j SI 40aw T n .l.-J B ro 2∞ 300 400a~ A 1ωo 2∞o 3∞o 40∞aw Fig.3 鉄，むの磁化曲繰 aw=アシベア回数fcmI:i棒鋼 1:電機手鉄叡.:電機子珪素鋼根町:銑鉄また Bについてとくと，Ik， U，/ / B = 'v /C (1十 αfh)/r 、...・ H ・. H ・. H ・- (11)ー〆 L. 4-~ ./1Tc> (j，/ 1 / l Gl.l LGl.2可晶司 /C(1 + 8/)} すなわち (11)式によって界磁温度上昇。fを与えた場合そりめと Bとの関係が得られる。いま誘起 k電力 E1 (または磁束密度B1) にないて界磁温度上昇がめ1であるとすると， (9) 式から%1=引(1+ a fh1)叫 2/ 1 ................. (12) / l . / (1 + a2 B)2 J となり， ah ~は無負荷飽和曲線から B は A種絶縁。場合ο設計値から得られるから 8f1 を測定するととによって C/k'lが得られる o つぎに H種絶縁。場合む巻椋I温度上昇。12としてとのときむ熱伝導度を k'2とすると， (11)式から，/k'2 8/2/ / ト吋 刈(1十α0，ρ向 l 内 /k'28'2/ 1 ........ (日)/ 1 <<1 ... (;1，2 'v /C (1 +α fJf2) J となるから，とれから H種絶縁。 B2 を決定する ζ とができる。すたわち H種絶縁む設計に長いては前号工にむペた B2/B1- nは巻糠温度上昇によって制限をうけるりで，大約的には界硝温度上昇が界磁銅損によって定まり，そD 銅損はアンペア回数にすなわち界磁電流に比例するととから，界磁温度上昇を 2倍にとった場合はアンペア回数0増加は.52 福井大学工学部研究 報 告 第5券第 1号v'2倍となり，したがって B<v増加は ATfに比例するもりとしても ζC場合はとり値が限界となるのであり，温度上昇によって Bが減少するから，n=  1，2 -1.3とするのが至当であろう。(b) 界磁アンベア回数と安定係数直流機にあっτは以上C外整流に対して安定係数なるもむか定められる2〕すなわち空際アンペア回数 ATg，歯D磁束密度 ATt，毎極当り電気装荷とり聞には次θ関係がある。ATg 十 ATt当 1.25ATg・H ・H ・H ・H ・...・H ・...・H ・H ・H ・.…..・H ・...・H ・. (14) (ATg + ATt)/ /ψ ・AC/Z= 1.15 .・H ・-……補極なし・H ・H ・...・H ・-1}…… (15) = 1.2 -2.0 ……補極あり・H ・H ・..I!I・H ・."ζ とに ψ:極弧/極節。H種絶縁む場合にもとの関係が保持せられるためには (15)式に告ける分母D増加に対応して骨子も増加するととを必要とする。しかるに直流機は;儲東密度として普通飽和に近い値をとるから，界磁アンペア回数を増すと，直ちに歯部が飽和されて ATtが急増し (14)の式。関係主保つことが困難になる D ょっτ空際磁束密度をますために界磁アンペア回数を増加する場合には ATt<v増加よりも主としτATg<v増加によって (14)式， (15)式。関係を保持するようになる DATct， ATt を増すと無負荷飽和曲椋はこれに伴って傾斜が緩になり空隙磁束密度 BtD増加は界磁アンペア回数に比例しないことになる。t.Q)ようにして歯頭部む磁束密度が飽和値に達すると，磁極端金よび溝内漏涜磁束が増加し，前者は整流帯を乱し，後者はリアクタンス電圧，渦流損の増加を来して，ともに良好なる整流を陣害するととになる。したがって安定係数を考慮すると磁気回数。飽和む影響を考える要があり，乙む点からも現状では磁束密度 n=1.2.-1.3とすることが至当であろう o3. 磁極巻線の熱伝導度と磁束密 度以上温度上昇と界磁アンペア回数について考察したけれども (7)式に示すように界磁温度上昇は界磁巻糠白熱伝導度Lに関係しているか1∞ 回ら，電動機電圧が上昇して k，が相当小になると，(}=W/AxSlJjkとなって(}Q)上昇に対し磁束の増加割合は低くなるととが考えられるoFig.4は定格電圧に対する k/a(Wjm20C) を示し， H種絶縁。場合は，耐電圧KV=25o告として sを計算し，とれを KV=2E+ 1∞OV の E に換算したもりで， 回転子む周辺速度は1白n/secとした。同図にみるように電圧が相当高くなると放熱割合は大した差がえEいが 5KV以下では H 種絶縁む放熱割合は相当高い価となっている Dしたがって大休日∞V程度D直流機に対しsC MA叫や)60 20 1ぽ泊 2ぽ泊 却00 40∞ 原油o 6αlO似拘 叡lOO 叡泊。Fig. 4 定格電圧作〉ては H種絶撮り設計値としての磁束密度は n=1.2-1.3にとっても極端な温度上昇は来さたいから磁東密度も大体t.tD程度では界磁アンペア回数 ATfに比例するとみて差支えない。2 3 4 5 6 7 識化iJ H (Oe) Fig.5 磁率は 190∞0，拡張力2∞okg/cm3 と報告されているヘとれでもわれわれが期待するととるの磁束密度倍化。点ではた沿道遠い感といわねばならないしかし Fig.6にみるように 50%Fe-50% Co では職場 5，....;1500エルステツ fCD範囲では真。磁気感応度は鉄心より高( 19∞0，.23∞0ガウスを示しているもぺ 純鉄といっている電解鉄でも炭素，珪素，マンガン，燐，硫黄むような不純物D最大許容量は 0.046%であるからそり純度は99.854であるロゲルマι ューム，シリヨンなどの精練に10-9， 9-9が喧しく論議されているとき鉄C純度が 99.99迄上ったとしても 4-9，5-9の鉄または珪素鋼板が如何なる磁性特性をあらわすかは将来に対する大いなる興味である。鉄D単結晶D 磁気的性質とし τEig.7に示すようた値も今後は鉄や珪素の純度とともに変ってくるととが予想せられるo また Fig.8，9，10 に示すように温度上昇によって磁束密度は減少するが250C士50CtD値に対し 100OCで96%であり，また電気抵抗は100ロCで15%増とたるへ したがって現状に4. 鉄心の磁束密度現在電気機器に用いられている珪素鋼板は逐年モD性質が改善されている。その改善む方向は鉄中に存在する不純物を除くために鉄結晶格子点に存在する鉄原子〈α鉄Jに置換し得る所謂置換原素(:::.ツケル，コバルト，珪素〉を用いてこれを鉄格子中に置換するととと，同時に α鉄格子D中間に位する炭素，酸素，窒素などむいわゆる間際原素を除去しτそむ磁性特性を改善することに集中せられている。ところで珪素は炭素D溶解度を減少し強力な脱酸剤として作用して鉄中D酸素を除去するCで優秀な確性特性を有する鉄材が得られる。この方法によって得られた4%桂素鋼白磁化曲続は Fig.5CDょうである。とり場合。磁束密度は 150ω ガウスを示しているロさらに鉄c磁性特性を改善するために真空溶解，水素溶解などが工夫せられている。水素化鉄D磁』性は著しく向上し，とくにそり透B 26 x 103 24 22 ハ 201:'~ 18 ニ16014 12 10 8 6 4 2 sa アームコ鉄~ n-4 ~ 片〆4%珪素鋼10 9 8 (1) H 種絶犠の設計に 関する研費1 。16x 10J 10 12 14 6 4 2 8 B 〈ガウス〉L.I_-' J ー-"1 x 50%Fe':'"50?GCo ，.1 ， アー...'"銚 ， lIJ ...-/ レードーr-40 60 80 100 1500 磁イ七力 H(Oe) コバルト 50弘 鉄 50%およびアームコ鉄白鶴化曲楳20 。，H=10.α加oe Fe 『、九円、匹、l¥ 同' 20 r- |、凡日同ず¥ V'I 出=】 V戸ν 24 86 21 B /目、ガ 12ウス¥J  8 4 Fig.6 5 -200 0 200 400 600 800 温度。CFig.8磁鉄の各磁界における磁化の温度盛1¥:j800 400 磁化力 H(Oe) Fig.7 鉄θ単結晶白磁気特性(1∞〕磁化容易(111)磁化困難。5/1. 福井大学工学部研究報告l第 5券第1号16 ヰきいては鉄C磁化特性として Fig.ll，D値を用い引， H種絶騒の設計では A種。場合に比し n=1.2--1，3位とと右ととがとれ等D点からも妥当である。 B 10 /"¥ 8 キガウス〉回線4曲1ムV』ほの制ιo-剖げか吟44レいふ4，na防団ι磁即4温2各Oの86420鉄(キロガウス〉μF 468102040600 Fig. 10磁東密度ー磁化力及び透磁率一磁化力特性の温度による主主化く，TI05)2.4 L}o~ Iガ.ワ1ス f / t :./ 〆/ 〆~ ，.-" .，.' ν' ノJ凶，-' ， ，/ 〆 / / ， ~ 凶 ~ 同' J 〆/ J / :"，. ， 』戸 〆 / .-/ 1，'" ，-J ， / ， • ぱ~" / ， ノ' v ， " ， ， / / / ， y .1 . ~J . -・圃監， 』 同 一一. 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 o 1.4 2 3 4-57  10 14 20 304.()るo70 100 200 300 500 1000 2低地 3000アンペア回数/糎 CA/cm)Fig 11 鉄心白磁化曲線 一一普通の電機子鉄板，鋳鋼一-ー高珪素鋼板'一目鋳鉄s 7 nuRd 4 3 2 1 5，S (1) H種 絶 縁 の 設 計 に関する研究論以上。検討考察に基けぽ現状に語いては温度上昇と磁束密度，安定係数，磁気飽和，電気抵抗などを綜合してH種絶楊0設計に3きいては n=1.2-1.3倍ととる0が至当であるo近い将来珪素鋼板。特性は著しく改善せられるととが期待されるからそむ場合にはとの値もさらに大きくとるととができるものと考えるo とり稿を終るに当り終始熱心な御指導を賜つτいる京大名誉教授阿部清，京大教授林干博両先生に対し厚く感謝。意を表する次第であるo結5. 献藤宗寛治:福井式学研究報告.Vo1. 4， No. 2昭和初年12月Richl町:Elekt. maschinen Bd. 1.， P. 568 P. P. Cioffi. Physical Rev. ，泊 (19担〉山本達治:磁性合金 P.l白電 学 誌:珪素鋼板磁性の温度特性， Vol. 74， No. 790， P. 822 (1954) Richter : Elekt. Maschin阻 Bd.1.， P. 147 主考事、ノ、J、ノ、ノ、ノヘノ1234551 

Studies on the Effect of Temperature Rise in the Designing of Silicone Insulated Electric Machinery(II)

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