技術開発情報

東洋電機技報 第106号

※ 技術論文、開発レポート、製品解説については東洋電機技報本文からの抜粋です。

技術論文

瞬時ひずみ最小化PWM変調法とその応用
A New PWM Modulation Method with Instantaneous Harmonic Distortion Minimized and Its Application

陳 芸峰、藤川 淳、小林 弘和
Yi-feng Chen, Kiyoshi Fujikawa, Hirokazu kobayashi

A new modulation method for three phase PWM converters is proposed which will dynamically minimize the AC current distortion. The switching timing is determined in real time by its optimal solution based on the THD (Total Harmonic Distortion) minimization theorem with instantaneous THD definition as a direct evaluation function.
Experimental investigation confirmed the validity of proposed algorithm.

<概要>
近年、高調波における規制が厳しくなるにつれて、半導体変換器のスイッチング動作に伴う電流ひずみの低減はますます重要になりつつある。一方、マイクロプロセッサの急速な進歩でディジタル化が進み、従来のアナログ回路で実現できない機能も容易に実現可能となり、ディジタル化制御にマッチしたPWMアルゴリズムの開発によりさらなる高性能化が期待されている。
スイッチングひずみを低減するために、筆者らは、従来ヒステリシス比較で実現される追従制御方式に対して、一制御周期に二つのスイッチングベクトルを順次選択し、ベクトルの切換えタイミングを、その制御周期に発生するひずみ(THD)が最小になるような最適解とする瞬時ひずみ最小化制御法を提案した。これで、電流ひずみを十分小さく抑えられるとともに、スイッチング周波数もほぼ一定となった。2),3)
今回の提案は、上記の一制御周期に発生する電流ひずみを評価してスイッチングタイミングを最適に決定するという考え方を三相PWM変調方式に取入れたものである。
周知のとおり、三相スイッチング変換器において、PWM変調方式が提案されている。1)
本研究では、このスイッチングタイミング決定の冗長度を活用するため、各制御周期において、その周期に発生する電流ひずみを評価して最適に決めることで、過度・定常状態によらず最大変調率の確保とともに、ひずみの最小化を図ることを試みた。 提案PWM変調方法の優位性及び有効性はシミュレーション比較、実験結果により確認されたので、報告する。

集電材料の変遷 パンタグラフすり板とトロリ線
A Short History of the Materials for Current Collection -Pantograph Slider and Contact Wire-

松山 晋作
Shinsaku Matsuyama

Since the electric car came onstage in 1850, current collection has been a critical problem to its speedup. From the viewpoint of electric contact, copper base alloys have been applied to contact wires and also to pantograph sliders. However, mating with same materials tribologically induces severe cohesive wear. So, in pantograph sliders which are small size and easy to test frictional properties, various materials; graphite, ferrous alloys, copper base sintered alloys containing solid lubricants, etc. have been tried to reduce wear, while pure or high copper is indispensable to contact wires.
Here, short histories on the materials for current collection in Japan and details of present sliders, contact wires as well as rigid conductor lines are described.

<概要>
鉄道は、走行のための重要な機構がトライボロジカルな要素で構成されている。車輪/レールや軸受・歯車などの転がり接触、ブレーキやトロリ線/パンタグラフすり板などのすべり接触がそれである。転がり接触では疲労が寿命を支配するのに対し、すべり接触は摩擦により寿命が決まる比較的短命な消耗品であり、目的に応じて多様な材料が使用されている。
当社はパンタグラフ製造を長年手がけてきているが、すり板は消耗品であるゆえに顧客が独自に購入使用する場合が多い。しかしすり板とトロリ線のトライボロジカルな特性はパンタグラフの性能を左右する。これは相互の材料の相性によるが、トロリ線は長大使用材であり銅が主体の合金(高銅合金)で、多様な選択肢はない。これに較べて、すり板は小さくても試験も容易なために、実に賑やかに試作・淘汰・実用化されている。
本稿では、集電システムの変遷とともに登場したこれらの摺動材料について概観する。

製品解説

パナマ運河向け曳船用機関車II(ウィンドラス装置)
Towing Locomotives for The PANAMA CANAL (II) (Windlass Unit)

岩崎 正廣、川端 一昭、小野田 博、鈴木 志津雄、小針 正喜、董 定
Masahiro Iwasaki, Kazuaki Kawabata, Hiroshi Onoda, Shizuo Suzuki, Masayoshi Kobari, Dong Ding

The Panama Canal was returned to the Republic of Panama from the United States of America at the end of 1999. In order to take the burden of the new era, it was decided to purchase towing locomotives after an interval of more than 40 years. After a keen competition in international tender, Japanese group consisting of Mitsubishi Corp. Ltd., Toyo Electric Mfg. Co., Ltd., Kawasaki Heavy Industries, Ltd., and Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. was accepted for 24 new proto-locomotives. The group has delivered first 8 locomotives this time. The Japanese group delivered the towing locomotives, which are now working in the Panama Canal thirty-eight years ago. On the basis of the track record, the Japanese group proposed a high-tech towing locomotive which has been developed focusing on resource saving and reduction of maintenance producing new technologies. Among manufacturers, Toyo Electric Mfg. Co., Ltd. was allotted to manufacture the electrical equipment and the windlass, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. the body, and Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. the gear unit.
This report describes windlass units equipped on the towing locomotive. Former PCC (Panama Canal Commission) to which we deliver products is renewed and started as ACP (Autoridad del Canal de Panama) after the return.

<概要>(105号と重複)
パナマ運河は 1914年に、米国により建設、開通された20世紀最大の建造物の一つであり、開通後は世界海運の要衝として機能している。パナマ運河はその建設時の背景から、米国が運河地帯の租借権を有していたが、カーター政権時代に締結した2国間の条約により1999年末をもってパナマ共和国に管理運営権が全面的に返還された。
この新時代を担うべく約40年ぶりに新曳船用機関車の導入が決定され、激しい国際入札の結果三菱商事(株)、東洋電機製造(株)、川崎重工業(株)、三菱重工業(株)の日本グループがプロト車両24両の受注に成功し、今回先行の8両を納入した。日本グループは、現在稼動中の曳船用機関車を納入しており、今回受注したものはこの実績をベースに新しい技術を導入した省資源、メンテナンス低減を重視したハイテク機関車である。製造メーカは、東洋電機製造(株)が走行用電機品及びウィンドラス装置、川崎重工業(株)が車体、三菱重工業(株)がギア装置を分担した。
前回は走行用システム、電機品について報告したが、今回はウィンドラス装置(ウインチの一種)について報告する。
なお、納入先であるPCC(Panama Canal Commission)は返還後ACP(Autoridad del Canal de Panama)として新しく発足した。

東日本旅客鉄道(株)455系交直流電車用静止型補助電源装置
Static Inverter for Auxiliary Power Supply for Series 455 AC/DC EMU of East Japan Railway Co.

佐野 尚、平井 宏、鈴木 修一、中島 則夫、長内 政樹、木原 直彦
Hisashi Sano, Hiroshi Hirai, Shuichi Suzuki, Norio Nakashima, Masaki Osanai, Naohiko Kihara

Vehicles, which have been used over 20 years after their production, are being renewed in order to improve car interior environments (reduction of noises and vibration) in these years.
As a substitute for the motor generator (MG) which has long been used as the auxiliary power supply for vehicles, a static inverter for auxiliary power supply (SIV) has been adopted to achieve the improvement of performance, noise reduction, vibration, and maintenance cost reduction. And, three-level inverter type static power supply configured of IGBT was mounted on Series 455 AC/DC EMU of East Japan Railway Co. This system will be described on its outline and performance.

<概要>
近年、車両新製後20年以上経過した車両について客室内環境の向上(騒音、振動の低減等)を目的としたリニューアルが行われている。
補助電源装置については、長年車両用補助電源装置として使用してきた電動発電機(MG)の置き換え用として、性能向上、低騒音化、メンテナンスコスト低減を達成するために静止形補助電源装置(SIV)が採用されている。
このたび、降圧チョッパ回路と3レベルインバータ回路により構成した静止形補助電源装置(SIV)が東日本旅客鉄道(株)の455系交直流電車に搭載された。
以下、このSIVシステムの概略、性能について紹介する。

永久磁石形同期電動機 “EDMシリーズ”

本池 稔
Minoru Motoike

ED motor named from the initial letters of "Eco Drive" is a permanent magnet type synchronous motor in which permanent magnets rotor is installed. As no electrical loss is generated fundamentally in the rotor, total motor loss is reduced and efficiency is improved. The structure of rotor with Interior Permanent Magnet (IPM) has torque increasing effect as well. Moreover, the lifetime of sealed bearings which is decided by the life time of grease is greatly extended, because of the low temperature of the bearings results from loss less rotor. Thus, great reduction of dimension and weight is achieved comparing to conventional induction motor. (Approximate twice-larger capacity can be installed in the same frame as for an induction motor exclusive use for inverter drive.) Therefore, ED motor efficiency is improved 5% higher than that of the induction motor. Maintainability is also improved by 1.5~2 times extension of bearings life. These properties will surely meet the needs on general industrial applications.
Models of 6-pole 5.5kW~110kW(190/380V,1800rpm)are now on sale from June 2000. Other larger capacity models up to 500kW will be put on sale at the beginning of 2001.

<概要>
近年、地球環境問題が注目される中、省エネルギーへの取り組みがますます広がってきており、産業分野で使用されているモータにおいても高効率化の果たす役割がますます重要になってきている。また、小形・軽量化への要求も大きい。
当社はこれらの要求に対応すべく、アメリカの NEMA高効率モータ規格値を上回る高効率で、小形・軽量化を実現した永久磁石形同期電動機、EDMシリーズの開発(6P 5.5~110kW 190/380V 1800rpm)を行ったので、ここにその概要を紹介する。なお、110kWを超える容量については、500kWまでを2001年初の販売開始に向けに開発している。
EDモータ専用インバータED64(高機能ベクトルインバータ)と組み合せて、高効率・高速応答運転のモータドライブシステムとして市場に提供する。

水需要予測応用配水システム
Municipal Water Distribution System Applied with Water Demand Prediction

澤田 幸雄、竹下 直樹、小河 敏幸
Yukio Sawada, Naoki Takeshita, Toshiyuki Ogawa

Every municipal waterworks has several water purification and distribution plants to supply piped water to the administrative district. These waterworks are not able to meet the demands by the independent supply system, and it has become necessary to take the synthetic measures
which cover the wide area. Moreover, as the appointed tasks of the municipal water system, it is also necessary to deliver safe water steadily and at a low cost. Most of the municipal water system we have delivered in the past were independent water supply systems. A new system will be required to secure for the total operation of water intake, purification and supply by the information network among waterworks.
Recently, as the first step to these request, we have developed a new water distribution system by connecting each water works with an information network which realizes prediction of water demand, planning of a water supply plan and optimal daily operation.
As the result our expected performance has been successfully achieved, the outline of the water distribution system applied with water demand prediction system will be introduced here.

<概要>
各自治体の上水道は、図1に示すような複数の浄配水場を持ち、行政区域内に上水を供給している。これら浄配水場はもはや単独システムでは対応できず、広域に及んだ総合的な対応が必要となっている。また、上水システムの使命として、需要家に対して安全な水を・安価なコストで・安定に供給する必要もある。しかるに、当社の上水システムの納入実績は従来、単独システムがほとんどであり、各自治体の今後の要求に対応する為には、複数の浄配水場を情報ネットで結び、取水・水処理・配水の総合的運用を可能にする必要がある。
今回、当社はその第一歩として、各浄配水場を情報ネットで結び、水需要量の予測と、配水計画の立案から運用支援までを実現する水需要量予測応用配水システムを開発した。それにより、所期の目的機能を充分達成できたので、ここにその水需要量予測応用配水システムの概要を紹介する。

drupa2000国際総合印刷機材展向け シャフトレス新聞輪転機駆動用電気品
The Electrical Equipment for Shaft-less Drive of Newspaper Printing Press Exhibited at the International Comprehensive Printing Machine Exhibition drupa2000

秋山 亨
Toru Akiyama

Last year, a shaft-less newspaper printing machine which was removed the common drive shaft from four-color printing part, was favorably exhibited in JANPS' 99. The machine was equipped with a high accuracy position controller SDS97 and a high function vector controlled inverter VF61V.
This year, a newly developed “ED64SDS Inverter” and interior permanent magnet type synchronous motor “ED Motor” were delivered to TOKYO KIKAI SEISAKUSHO LTD. with more improvement in the function and performance of shaft-less printing machine. After this, an opportunity for entry to the “drupa2000” printing machine exhibition was offered. This paper introduces the shaft-less drive system for newspaper rotary press exhibited at “drupa2000” which is the largest general printing technology exhibition of the world, and the items exhibited there widely covers the materials, plate-forming, printing, folding, cutting, labeling, packing, etc.
・Site Dusseldorf
・Date May 18 2000 ~May 31
・Number of Exhibitors 1,897firms from 46 countries
・Visitors 500,000

<概要>
昨年、4色カラー印刷部の共通駆動軸を取り去ったシャフトレス新聞輪転機に高精度同期位置制御装置「SDS97」と高機能ベクトル制御インバータ「VF61V」を適用、新聞製作技術展(JANPS' 99)に出展し好評を得た。
今回は、新開発の「ED64SDSインバータ」及び埋込磁石形同期電動機「EDモータ」を採用、本システムをさらに高機能化・高性能化し、東京機械製作所へ納入後、ドイツ・デュッセルドルフで開催されたdrupa2000に出展する機会を得たので、その概要を紹介する。
drupa2000は、世界最大規模の国際総合印刷機材展であり、展示対象は印刷材料、製版、印刷、印刷加工、ラベル、パッケージなど広範囲に及んでいる。その概要は次のとおりである。
・見本市名 drupa2000国際総合印刷機材展
・会場 ドイツ デュッセルドルフ市見本市会場
・会期 2000年5月18日~5月31日
・展示総面積 232,400m²
・出展社数 世界46カ国 1,897社
・来場者数 50万人
・製品分野 各分野の機械、装置、システム、関連機械
(1)印刷前工程とプリメディア
(2)印刷
(3)後加工とパッケージ製造
(4)資材
(5)サービス
図1にdrupa2000の会場を示す。

※ 第1号~第104号は目次のみの掲載です。


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