JP2000133533A

JP2000133533A - サイクロコンバータ用変圧器

Info

Publication number: JP2000133533A
Application number: JP10307012A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shioda; 広塩田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-12
Also published as: US6208230B1; CN1118836C; CN1252644A

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄心を常に１２パルス電流励磁でき、口出線
の引き出しができ、一次巻線の合計容量を低減できる変
圧器を提供すること。【解決手段】３台の単相変圧器６２は、二脚鉄心６４
に、並列に接続される６個の一次巻線６５ａ〜６５ｆと
１２個の二次巻線６６ａ〜６７ｂ''とを備えて構成され
る。このうち６個の二次巻線６６ａ〜６７ａ''はそれぞ
れΔ結線されて第１の正群および負群コンバータ２７
ａ、２８ａに接続され、他の６個の二次巻線６６ｂ〜６
７ｂ''はそれぞれＹ結線されて第２の正群および負群コ
ンバータ２７ｂ、２８ｂに接続される。二脚鉄心６４の
２つの脚には、正群および負群の二次巻線が一次巻線を
挟み込むように、それぞれ３個の一次巻線と６個の二次
巻線が巻回される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１２パルスブリッ
ジとして構成された三相出力循環電流形サイクロコンバ
ータの電源用として好適なサイクロコンバータ用変圧器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、単相出力の循環電流形サイクロコ
ンバータの基本構成について図１０ないし図１２を用い
て説明する。図１０は、一般的な単相循環電流形サイク
ロコンバータの電気的構成を示している。この図１０に
おいて、サイクロコンバータ１は、三相交流電源２に接
続された三相の変圧器３、および正群コンバータ４と負
群コンバータ５とを循環電流制限用のリアクトル６、７
を介して逆並列に接続してなるコンバータ部８により構
成されている。ここで、正群コンバータ４はサイリスタ
９〜１４を三相ブリッジ接続して構成され、負群コンバ
ータ５はサイリスタ１５〜２０を三相ブリッジ接続して
構成されている。また、変圧器３は三相結線された一次
巻線２１と例えばΔ結線された２つの二次巻線２２、２
３とを備えており、その一方の二次巻線２２は前記正群
コンバータ４の入力端子に接続され、他方の二次巻線２
３は前記負群コンバータ５の入力端子に接続されてい
る。さらに、リアクトル６の中性点とリアクトル７の中
性点との間には負荷２４が接続されている。

【０００３】このような構成のサイクロコンバータ１に
おいて、正群コンバータ４のサイリスタ９〜１４、およ
び負群コンバータ５のサイリスタ１５〜２０に所定のパ
ターンを有するゲート信号を入力すると、正群コンバー
タ４の出力端子Ｔp1、Ｔp2間、および負群コンバータ５
の出力端子Ｔn1、Ｔn2間には、それぞれ図１１（ａ）、
（ｂ）に太実線で示すようなほぼ正弦波状の電圧ｅop、
ｅonが出力される。そして、負荷２４の両端子間には、
図１１（ｃ）に太実線で示すように電圧ｅopと電圧ｅon
との平均値に等しいほぼ正弦波状となる電圧ｅo が得ら
れる。なお、細実線は三相交流電源２の電圧波形を示
し、破線は各電圧ｅop、ｅon、ｅo の基本波成分を示し
ている。

【０００４】このように、サイクロコンバータ１は、サ
イリスタ９〜２０のゲート信号を制御することにより、
三相交流電源２を入力とし、その電源周波数をそれより
も低い所定範囲内の周波数に直接変換して単相の交流電
圧として出力する周波数変換回路として動作する。

【０００５】上記構成に対し、図１２に示すサイクロコ
ンバータ２５においては、コンバータ部２６は、第１の
正群コンバータ２７ａおよび第２の正群コンバータ２７
ｂをカスケード接続してなる正群コンバータと、第１の
負群コンバータ２８ａおよび第２の負群コンバータ２８
ｂをカスケード接続してなる負群コンバータとから構成
されている。正群コンバータ２７ａ、２７ｂ、および負
群コンバータ２８ａ、２８ｂの各構成は、それぞれ上述
した正群コンバータ４、および負群コンバータ５の構成
と同一である。

【０００６】また、三相の変圧器２９は、一次巻線３０
ａ、３０ｂと、当該一次巻線３０ａに対応した二次巻線
である第１の正群巻線３１ａおよび第１の負群巻線３２
ａと、前記一次巻線３０ｂに対応した二次巻線である第
２の正群巻線３１ｂおよび第２の負群巻線３２ｂとから
構成されている（図１４参照）。そして、第１の正群お
よび負群巻線３１ａ、３２ａは、それぞれ第１の正群お
よび負群コンバータ２７ａ、２８ａに接続され、第２の
正群および負群巻線３１ｂ、３２ｂは、それぞれ第２の
正群および負群コンバータ２７ｂ、２８ｂに接続されて
いる。

【０００７】この場合、例えば第１の正群および負群巻
線３１ａ、３２ａをΔ結線とし、第２の正群および負群
巻線３１ｂ、３２ｂをＹ結線とすることで、正群、負群
ともに第１および第２のコンバータ間に３０°の位相差
が生成される。このため、サイクロコンバータ２５は、
上述したサイクロコンバータ１よりも出力電圧ｅo の高
調波成分が低減するという特徴を有している。なお、上
述したサイクロコンバータ１のコンバータ部８は６パル
スブリッジ構成と称され、サイクロコンバータ２５のコ
ンバータ部２６は１２パルスブリッジ構成と称されてい
る。

【０００８】さて、以上においては、単相の交流電圧を
出力するサイクロコンバータ１および２５について説明
したが、上記サイクロコンバータ２５を三相結線するこ
とにより、図１３に示すような１２パルスブリッジ構成
を有する三相出力のサイクロコンバータ３３が得られ
る。このサイクロコンバータ３３に対する変圧器の構成
としては、これまで種々のものが用いられてきた。

【０００９】その第１の従来例として、図１３に示すよ
うに、各相のコンバータ部２６毎に上述した変圧器２９
を備えて構成したものがある。図１４は、この変圧器２
９の一つの鉄心脚についての巻線構成図である。すなわ
ち、三脚鉄心３４の一つの脚３４ｐの周囲には、その上
部に位置して内側より第１の正群巻線３１ａ、一次巻線
３０ａ、および第１の負群巻線３２ａが順に巻回され、
その下部に位置して内側より第２の正群巻線３１ｂ、一
次巻線３０ｂ、および第２の負群巻線３２ｂが順に巻回
されている。

【００１０】これら一次巻線３０ａ、３０ｂは、並列接
続された上で他の２つの脚（図示せず）に巻回された一
次巻線との間で三相結線され、三相交流電源２に接続さ
れる。さらに、第１の正群および負群巻線３１ａ、３２
ａは、それぞれ他の２つの脚に巻回された巻線との間で
Δ結線され、第２の正群および負群巻線３１ｂ、３２ｂ
は、それぞれ他の２つの脚に巻回された巻線との間でＹ
結線されている。

【００１１】次に、第２の従来例であるサイクロコンバ
ータ３５の電気的構成を図１５に示す。この図１５にお
いて、各相のコンバータ部２６には、２台の三相変圧器
３６ａ、３６ｂにより所定の交流電圧が印加されるよう
になっている。図１６は、この変圧器３６ａの一つの鉄
心脚についての巻線構成図である。すなわち、三脚鉄心
３７の一つの脚３７ｐの周囲には、その上部に位置して
内側より第１の正群巻線３１ａ、一次巻線３０ａ、およ
び第１の負群巻線３２ａが順に巻回され、その中央部に
位置して内側より第１の正群巻線３１ａ' 、一次巻線３
０ａ' 、および第１の負群巻線３２ａ' が順に巻回さ
れ、さらにその下部に位置して内側より第１の正群巻線
３１ａ''、一次巻線３０ａ''、および第１の負群巻線３
２ａ''が順に巻回されている。

【００１２】このうち、一次巻線３０ａ、３０ａ' 、３
０ａ''は、並列接続された上で他の２つの脚（図示せ
ず）に巻回された一次巻線との間で三相結線されてい
る。また、二次巻線３１ａ、３１ａ' 、３１ａ''は、そ
れぞれ他の２つの脚に巻回された巻線との間でΔ結線さ
れた上で各相の第１の正群コンバータ２７ａに接続さ
れ、二次巻線３２ａ、３２ａ' 、３２ａ''は、同様にし
てΔ結線された上で各相の第１の負群コンバータ２８ａ
に接続されている。なお、変圧器３６ｂについても、二
次巻線３１ｂ、３１ｂ' 、３１ｂ''、３２ｂ、３２ｂ'
、３２ｂ''がそれぞれＹ結線されていることを除いて
変圧器３６ａと同様の構成を有している。

【００１３】さらに、第３の従来例であるサイクロコン
バータ３８の電気的構成を図１７に示す。この図１７に
おいて、各相のコンバータ部２６には、１台の三相変圧
器３９により所定の交流電圧が印加されるようになって
いる。図１８は、この変圧器３９の一つの鉄心脚につい
ての巻線構成図である。すなわち、三脚鉄心４０の一つ
の脚４０ｐの周囲には、その上部に位置して前述の変圧
器３６ａの脚３７に設けられる巻線（図１６参照）が巻
回されるとともに、その下部に位置して前述の変圧器３
６ｂの脚に設けられる巻線が巻回されることにより構成
されている。

【００１４】上述した各変圧器２９、３６ａ、３６ｂ、
３９によれば、一次巻線がそれぞれ正群巻線と負群巻線
とに挟まれて互いに密に磁気結合した状態となるので、
特開昭６３−１８６５６４号公報に示されているよう
に、正群巻線が運転中においても負群巻線が運転中にお
いても一次巻線に負荷電流が流れるようになり一次巻線
の利用率が向上する。その結果、一次巻線の合計容量
を、二次巻線の合計容量のほぼ１／２^１／２倍にするこ
とができる。さらに、変圧器２９および３９について
は、鉄心３４および４０が全期間を通じて１２パルス電
流励磁されるので、６パルス電流励磁の場合よりも高調
波が低減し鉄損が小さくなる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上述べた
第１ないし第３の従来例であるサイクロコンバータ３
３、３５、３８において、変圧器２９、３６ａ（３６
ｂ）、３９の脚３４ｐ、３７ｐ、４０ｐに巻回する正群
巻線、一次巻線、負群巻線の組（巻線対）を同一寸法で
製作した場合、鉄心材料の使用量は変圧器の構成台数が
少ない程減少し、それに伴い無負荷損が低減する。この
点において、図１７に示すサイクロコンバータ３８の構
成が優れている。

【００１６】また、サイクロコンバータ３８の変圧器３
９は、全ての二次巻線３１ａ、３１ａ' 、３１ａ''、３
２ａ、３２ａ' 、３２ａ''、３１ｂ、３１ｂ' 、３１
ｂ''、３２ｂ、３２ｂ' 、３２ｂ''が同一磁気回路とな
る一つの三脚鉄心４０に巻回されているので、正群コン
バータ２７ａ、２７ｂが正の半サイクルの電圧を出力し
ている期間も、負群コンバータ２８ａ、２８ｂが負の半
サイクルの電圧を出力している期間も、全期間を通じて
三脚鉄心４０が１２パルス電流で励磁される。このた
め、当該変圧器３９は鉄損が小さくなるという利点を有
している。この事情は、第１および第２の正群巻線３１
ａ、３１ｂと第１および第２の負群巻線３２ａ、３２ｂ
とを有するサイクロコンバータ３３の各変圧器２９にお
いても同様となる。

【００１７】しかしながら、上記変圧器３９は１脚あた
りの二次巻線の数が１２個もあり、変圧器３９の上面図
である図１９に示すように、口出線を引き出すスペース
が２方向に限られる中央脚４０ｑについては１２個もの
口出線を引き出すことは困難である。このため、変圧器
３９はこれまで採用されることがなかった。

【００１８】一方、図１５に示すサイクロコンバータ３
５においては、変圧器３６ａは第１の正群および負群コ
ンバータ２７ａ、２８ａに接続される二次巻線のみを有
し、さらにこれら二次巻線が全てΔ結線されている。こ
のため、当該変圧器３６ａは全期間を通じて６パルス電
流励磁となり、鉄損が増大するという欠点を有してい
る。この事情は変圧器３６ｂについても同様となる。

【００１９】そこで、変圧器３６ａ、３６ｂの二次巻線
の構成を図２０に示すように変更したサイクロコンバー
タ４１の構成が考えられる。この場合の変圧器４２ａ
は、上記変圧器３６ａの巻線構成における負群巻線をΔ
結線からＹ結線に変更した巻線構成、すなわち並列接続
される一次巻線３０ａ、３０ａ' 、３０ａ''、Δ結線さ
れた第１の正群巻線３１ａ、３１ａ' 、３１ａ''、およ
びＹ結線された第１の負群巻線４３ａ、４３ａ' 、４３
ａ''を備えた構成となっている。また、変圧器４２ｂも
同様に、上記変圧器３６ｂの巻線構成における負群巻線
をＹ結線からΔ結線に変更した第２の負群巻線４３ｂ、
４３ｂ' 、４３ｂ''を備えている。この構成によれば、
サイクロコンバータ４１に流れる循環電流成分は１２パ
ルス電流となる。しかし、この循環電流成分は小さいの
で、変圧器４２ａ、４２ｂは依然として６パルス相当電
流の励磁を受け鉄損を低減することはできない。

【００２０】これを避けるためには、上記変圧器４２
ａ、４２ｂの二次巻線の構成をさらに図２１に示すよう
に変更したサイクロコンバータ４４を構成すれば良い。
この場合、変圧器４５ａは、正群コンバータ２７ａおよ
び２７ｂに接続される二次巻線を備えた巻線構成、すな
わち並列接続される一次巻線３０ａ、３０ａ' 、３０
ａ''、Δ結線された第１の正群巻線３１ａ、３１ａ' 、
３１ａ''、およびＹ結線された第２の正群巻線３１ｂ、
３１ｂ' 、３１ｂ''を備えた構成となっている。また、
変圧器４８ｂはＹ結線された第１負群巻線４３ａ、４３
ａ' 、４３ａ''およびΔ結線された第２負群巻線４３
ｂ、４３ｂ' 、４３ｂ''を備えた構成となっている。そ
の結果、変圧器４５ａ、４５ｂは全期間を通じて１２パ
ルス電流で励磁される。しかし、このような巻線構成に
すると、変圧器４５ａ、４５ｂの一次巻線の合計容量は
二次巻線の合計容量に等しい容量だけ必要となり、上述
した変圧器３６ａ、３６ｂ、４２ａ、４２ｂに比べ大形
化し製造コストが上昇するという不具合が新たに生じ
る。

【００２１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、変圧器鉄心が全期間を通じて１２パル
ス電流励磁されるとともに、口出線の引き出しが可能と
なる構造を有し、さらに一次巻線の合計容量を低減する
ことができるサイクロコンバータ用変圧器を提供するこ
とにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のサイクロコンバータ用変圧器は、正群コン
バータと負群コンバータとが１２パルスブリッジとして
構成された三相出力循環電流形サイクロコンバータの電
源として用いられるサイクロコンバータ用変圧器におい
て、一次巻線と１２個の二次巻線とを二脚鉄心に巻回し
てなる単相変圧器３台を三相結線することにより構成さ
れ、前記３台の単相変圧器のそれぞれ対応する６個の二
次巻線同士をΔ結線し、それぞれ対応する他の６個の二
次巻線同士をＹ結線したことを特徴とする（請求項１の
発明）。

【００２３】この構成によれば、単相変圧器として二脚
鉄心の使用が可能となり、この二脚鉄心の何れの脚にお
いても、一次巻線および二次巻線の口出線を他方の脚に
向かう方向を除いた３方向へ引き出すことができる。ま
た、各単相変圧器には、１２パルスブリッジとして構成
された各正群コンバータおよび各負群コンバータに接続
される１２個の二次巻線が全て巻回されているので、各
単相変圧器は１２パルス電流で励磁され鉄損が減少す
る。

【００２４】本構成では、従来の技術において第１の従
来例として説明したサイクロコンバータ用変圧器と同様
に３台の変圧器が必要となる。しかし、前記第１の従来
例では三相変圧器を使用しているのに対し、本構成では
単相変圧器を使用することができるので、変圧器に用い
る鉄心材料の使用量が減少し、無負荷損を低減すること
ができる。

【００２５】この場合、単相変圧器を、二脚鉄心の第１
の脚に二次巻線のうち６巻線を巻回し、第２の脚に前記
二次巻線のうち他の６巻線を巻回することにより構成す
ることが好ましい（請求項２の発明）。この構成によれ
ば、単相変圧器の１脚あたりの巻線構成を簡単化するこ
とができる。また、１脚のみに１２巻線を巻回する場合
に比べ、単相変圧器の高さ寸法を低く抑えることができ
るので、変圧器に用いる鉄心材料の使用量を一層減らす
ことができ、無負荷損を抑えて変圧器効率を一層高める
ことができる。

【００２６】さらに、単相変圧器を、一次巻線が正群コ
ンバータに接続される二次巻線と負群コンバータに接続
される二次巻線との間に介在した状態となるように構成
するのがより好ましい構成となる（請求項３の発明）。
この構成によれば、一次巻線と正群コンバータに接続さ
れる二次巻線、および一次巻線と負群コンバータに接続
される二次巻線が密に磁気結合した状態となり、正群巻
線が運転中においても負群巻線が運転中においても一次
巻線に負荷電流が流れるようになる。その結果、単相変
圧器の一次巻線の合計容量は、その二次巻線の合計容量
のほぼ１／２^１／２倍でよく、一次巻線の利用率が向上
する。

【００２７】以上の場合において、一次巻線を互いに並
列接続となる複数の一次巻線から構成し、当該複数の各
一次巻線に流れる過電流を検出する過電流検出手段を具
備する構成とすることができる（請求項４の発明）。こ
の構成によれば、二次巻線側で生じた短絡事故などによ
り二次巻線に過電流が流れると、その過電流に応じた電
流が当該二次巻線と磁気結合した状態に巻回された一次
巻線に集中して流れる。その結果、過電流検出手段によ
る事故電流の検出感度が向上する。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について、図１ないし図６を参照しな
がら説明する。なお、図１において、図１２と同一構成
部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分に
ついて説明する。図１は、サイクロコンバータの電気的
構成図である。この図１において、三相出力循環電流形
のサイクロコンバータ６１は、１２パルスブリッジ構成
を有する三相結線（例えばＹ結線）された３つのコンバ
ータ部２６と、３台の単相変圧器６２を三相結線してな
るサイクロコンバータ用変圧器（以下、変圧器と称す）
６３とから構成されている。

【００２９】上記単相変圧器６２は、二脚鉄心６４に、
６個の一次巻線６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５
ｅ、６５ｆと、１２個の二次巻線６６ａ、６７ａ、６６
ａ'、６７ａ' 、６６ａ''、６７ａ''、６６ｂ、６７
ｂ、６６ｂ' 、６７ｂ' 、６６ｂ''、６７ｂ''とを備え
て構成されている。図１において単相変圧器６２の二次
巻線の結線は簡略化して示してある。すなわち、例えば
Ｕ相のコンバータ部２６に対しては、３台の単相変圧器
６２の各二次巻線６６ａ同士はΔ結線された上で第１の
正群巻線として第１の正群コンバータ２７ａに接続さ
れ、各二次巻線６７ａ同士はΔ結線された上で第１の負
群巻線として第１の負群コンバータ２８ａに接続されて
いる。また、各二次巻線６６ｂ同士はＹ結線された上で
第２の正群巻線として第２の正群コンバータ２７ｂに接
続され、各二次巻線６７ｂ同士はＹ結線された上で第２
の負群巻線として第２の負群コンバータ２８ｂに接続さ
れている。Ｖ相およびＷ相のコンバータ部２６について
も同様にして結線されている。なお、単相変圧器６２の
一次巻線６５ａ〜６５ｆは並列接続された上で２つの口
出線として引き出され、他の２台の単相変圧器６２の口
出線とともに三相結線（例えばＹ結線）されて三相交流
電源２に接続されている。

【００３０】図２および図３は、それぞれ、図１におい
て簡略化して示した単相変圧器６２の二次巻線６６ａ、
６７ａ、６６ａ' 、６７ａ' 、６６ａ''、６７ａ''に対
するΔ結線部分、および二次巻線６６ｂ、６７ｂ、６６
ｂ' 、６７ｂ' 、６６ｂ''、６７ｂ''に対するＹ結線部
分を詳細に示した結線図である。

【００３１】上記単相変圧器６２は、その上面図である
図４に示すように、二脚鉄心６４の脚６４ｐ、６４ｑの
各外周部に、それぞれ、一次巻線６５ａ〜６５ｆのうち
３巻線と二次巻線６６ａ〜６７ｂ''のうち６巻線とを巻
回して構成されている。図５は、脚６４ｐに対する具体
的な巻線構成を示したものである。すなわち、脚６４ｐ
の周囲には、その上部に位置して内側より第１の正群巻
線６６ａ、一次巻線６５ａ、および第１の負群巻線６７
ａが順に巻回され、その中央部に位置して内側より第１
の正群巻線６６ａ' 、一次巻線６５ｂ、および第１の負
群巻線６７ａ'が順に巻回され、さらにその下部に位置
して内側より第１の正群巻線６６ａ''、一次巻線６５
ｃ、および第１の負群巻線６７ａ''が順に巻回されてい
る。

【００３２】また、脚６４ｑについては図示しないが、
脚６４ｐと同様の巻線構成、すなわち、脚６４ｑの周囲
には、その上部に位置して内側より第２の正群巻線６６
ｂ、一次巻線６５ｄ、および第２の負群巻線６７ｂが順
に巻回され、その中央部に位置して内側より第２の正群
巻線６６ｂ' 、一次巻線６５ｅ、および第２の負群巻線
６７ｂ' が順に巻回され、さらにその下部に位置して内
側より第２の正群巻線６６ｂ''、一次巻線６５ｆ、およ
び第２の負群巻線６７ｂ''が順に巻回された巻線構成を
有している。なお、脚６４ｐ、６４ｑの周囲には、内側
より負群巻線、一次巻線、および正群巻線の順で巻回し
ても良い。

【００３３】次に、本実施形態の作用および効果につい
て説明する。変圧器６３を構成する３台の単相変圧器６
２は、二脚鉄心６４の脚６４ｐ、６４ｑに一次巻線６５
ａ〜６５ｆおよび二次巻線６６ａ〜６７ｂ''を巻回して
構成されるので、何れの脚６４ｐ、６４ｑにおいても口
出線を引き出すために図４に示す３方向を利用すること
が可能となる。特に、単相変圧器６２は、一次巻線６５
ａ〜６５ｆおよび二次巻線６６ａ〜６７ｂ''を２つの脚
６４ｐ、６４ｑに半分ずつ分けて巻回した巻線構成を有
しているので、口出線の引き出し部分の構造を簡単化で
き製造コストの低減を図ることができる。

【００３４】また、３台の単相変圧器６２を用いると、
第１の従来例として説明した３台の三相変圧器２９を用
いたサイクロコンバータ用変圧器（図１３参照）と比較
して、変圧器に用いる鉄心材料の使用量を減らすことが
できる。図６（ａ）は変圧器６３を構成する３台の単相
変圧器６２の二脚鉄心６４を示し、（ｃ）は上記従来例
における３台の三相変圧器２９の三脚鉄心３４を示した
ものである。ここで、脚６４ｐに巻回される巻線対、例
えば第１の正群巻線６５ａ、一次巻線６４ａ、および第
１の負群巻線６６ａからなる巻線対（図５参照）をほぼ
正方形状となるように構成し、脚３４ｐに巻回される巻
線対、例えば第１の正群巻線３１ａ、一次巻線３０ａ、
および第１の負群巻線３２ａからなる巻線対（図１４参
照）を上記巻線対と同じ形状および寸法を有して構成し
た場合を考える。この場合、変圧器６２と２９とで鉄心
６４と３４との積層厚が同じと仮定すれば、鉄心重量の
差はこれら鉄心６４、３４を正面から見たときの面積差
に比例することになる。

【００３５】いま、図６（ｃ）に示す三脚鉄心３４の脚
およびヨークの幅をＲとし、窓部の幅をＷ、高さをＨ
（＝Ｗ）とすれば、（ａ）に示す二脚鉄心６４の窓部の
寸法は、巻線対が３段にわたって巻回されることから幅
がＷ、高さがほぼ１．５Ｈ（＝１．５Ｗ）となる。その
結果、本実施形態の変圧器６３の方が正面から見た面積
が６Ｒ（Ｒ＋Ｗ）だけ小さくなり、その面積差に比例し
た分だけ少ない鉄心材料で構成することができる。従っ
て、上記従来構成（図１３参照）の変圧器に比べ、変圧
器６３の無負荷損が減少し変圧器効率が向上する。

【００３６】単相変圧器６２における上述の巻線対をな
す構成、すなわち各一次巻線６５ａ〜６５ｆを正群巻線
と負群巻線とで挟み込んだ構成とすると、一次巻線６５
ａ〜６５ｆの利用率を向上できるという効果も生ずる。
この場合、一次巻線と正群巻線、および一次巻線と負群
巻線が密に磁気結合した状態となり、正群巻線が運転中
においても負群巻線が運転中においても一次巻線に負荷
電流が流れるようになる。その結果、単相変圧器６２の
一次巻線６５ａ〜６５ｆの合計容量は、その二次巻線６
６ａ〜６７ｂ''の合計容量のほぼ１／２^１／２倍で十分
となり、単相変圧器６２を小型軽量化することができ
る。

【００３７】さらに、単相変圧器６２には、第１の正群
巻線６６ａ、６６ａ' 、６６ａ''と第２の正群巻線６６
ｂ、６６ｂ' 、６６ｂ''、および第１の負群巻線６７
ａ、６７ａ' 、６７ａ''と第２の負群巻線６７ｂ、６７
ｂ' 、６７ｂ''が一つの二脚鉄心６４に同一磁気回路と
して巻回されている。これにより、正群コンバータ２７
ａ、２７ｂが正の半サイクルの電圧を出力している期間
も、負群コンバータ２８ａ、２８ｂが負の半サイクルの
電圧を出力している期間も、全期間を通じて二脚鉄心６
４が１２パルス電流で励磁され、６パルス電流で励磁さ
れる場合に比べ高調波成分が減少し鉄損を減らすことが
できる。

【００３８】（第２の実施形態）次に、第１の実施形態
における単相変圧器６２の巻線構成に変形を加えた本発
明の第２の実施形態について、図７および図８を参照し
ながら説明する。サイクロコンバータ用変圧器（図示せ
ず）は、第１の実施形態において述べた変圧器６３と同
様に、３台の単相変圧器６８を三相結線することにより
構成されている。また、単相変圧器６８は、その上面図
である図７に示すように、二脚鉄心６９の一方の脚６９
ｐの外周に、一次巻線６５ａ〜６５ｆと１２個の二次巻
線６６ａ〜６７ｂ''とを巻回して構成されている。

【００３９】図８は、脚６９ｐに対する具体的な巻線構
成を示したものである。すなわち、脚６９ｐの周囲に
は、その上部に位置して内側より順に第１の正群巻線６
６ａ、一次巻線６５ａ、および第１の負群巻線６７ａが
一つの巻線対をなした状態に巻回され、その下部には同
様にして一次巻線を正群巻線と負群巻線とで挟み込んだ
状態で５個の巻線対が設けられている。その結果、脚６
９ｐには６段の巻線対が形成される。

【００４０】上記構成によっても、第１の実施形態とほ
ぼ同様の作用および効果を得ることができる。この場
合、単相変圧器６８は一つの鉄心脚６９ｐに全巻線を巻
回して構成されるので、単相変圧器６２に比べ鉄心脚６
９ｐの口出線の数は増加するが、図７に矢印で示す３方
向を利用すればその引き出しが可能となる。また、第１
の実施形態で説明した仮定のもとに、３台の変圧器６８
に用いる鉄心材料の使用量を図１３に示す従来構成にお
ける鉄心材料の使用量と比較すれば、図６（ｂ）および
（ｃ）に示すように、本実施形態における３台の二脚鉄
心６９の方が正面から見た面積が２Ｒ^２だけ小さくな
り、その面積差に比例した分だけ鉄心材料を少なく構成
できる。

【００４１】（第３の実施形態）次に、第１の実施形態
における単相変圧器６２の一次側巻線側に変形を加えた
本発明の第３の実施形態について図９を参照しながら説
明する。サイクロコンバータ用変圧器は、第１の実施形
態において述べた変圧器６３と同様に、３台の単相変圧
器７０を三相結線することにより構成されている。ま
た、単相変圧器７０は、二脚鉄心７１の２つの脚に、そ
れぞれ６個の一次巻線７２ａ〜７２ｆと１２個の二次巻
線６６ａ〜６７ｂ''とを半分ずつ巻回して構成されてい
る。

【００４２】図９は、単相変圧器７０の一次巻線側の電
気的構成を示している。一次巻線７２ａ〜７２ｆの各一
端子は共通に接続され一つの口出線７３ｎとして引き出
されている。これに対して、一次巻線７２ａ〜７２ｆの
各他端子は、それぞれ独立して６つの口出線７３ａ〜７
３ｆとして引き出されている。これら口出線７３ａ〜７
３ｆは、それぞれ変流器７４ａ〜７４ｆ（本発明でいう
過電流検出手段に相当）が設けられた上で共通に接続さ
れ三相交流電源２に接続されている。また、３台の単相
変圧器７０の口出線７３ｎも共通に接続されている。

【００４３】変流器７４ａ〜７４ｆにはそれぞれ過電流
継電器７５ａ〜７５ｆ（本発明でいう過電流検出手段に
相当）が接続されており、これら過電流継電器７５ａ〜
７５ｆは、それぞれ変流器７４ａ〜７４ｆによる口出線
７３ａ〜７３ｆの検出電流が所定の設定電流値以上とな
ることにより継電動作、例えば接点の開閉動作を行うよ
うになっている。なお、図９には１台の単相変圧器７０
に係る過電流継電器７５ａのみが示されている。

【００４４】上記構成においては、一次巻線７２ａ〜７
２ｆが６並列に接続され、且つ一次巻線７２ａ〜７２ｆ
は正群巻線と負群巻線とに挟まれて互いに密に磁気結合
した状態として配置されている。このため、二次巻線側
に短絡事故などが生じて二次巻線に過大な電流が流れる
と、その過大な電流に応じた一次電流が当該二次巻線と
磁気結合した状態にある一次巻線に集中して流れ、事故
電流の検出感度を高めることができる。

【００４５】（その他の実施形態）なお、本発明は上記
し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではな
く、以下のような拡張または変更が可能である。第１の
実施形態において単相変圧器６２の一次巻線は並列に接
続される６分割された一次巻線６５ａ〜６５ｆから構成
したが、２並列あるいは３並列となる一次巻線から構成
しても良い。また、第２の実施形態において単相変圧器
６８の一次巻線は２並列となる一次巻線から構成しても
良い。

【００４６】第３の実施形態において、単相変圧器７０
の一次側に設けられる変流器は、２個の一次巻線（例え
ば７２ａと７２ｂ）を１つにまとめた上で設けるように
しても良く、また、３台の単相変圧器７０を三相結線し
た上で設けるようにしても良い。このように、変流器の
配設形態を適宜選択することにより、変流器の数を必要
最小限に抑えつつ所望の検出感度を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明のサイクロコンバータ用変圧器によれば以下の効果
を奏する。請求項１のものによれば、一次巻線と１２個
の二次巻線とを二脚鉄心に巻回してなる単相変圧器を三
相結線して構成したので、口出線の引き出しスペースを
確保でき、三相変圧器を使用したものよりも鉄心材料の
減少分だけ無負荷損を低減できる。また、単相変圧器に
は、正群コンバータおよび負群コンバータに接続される
１２個の二次巻線が全て巻回されているので、二脚鉄心
が１２パルス電流励磁され鉄損が減少し変圧器効率が向
上する。

【００４８】請求項２のものによれば、単相変圧器の二
脚鉄心の各脚に二次巻線を６巻線ずつ巻回したので、１
脚のみに１２巻線を巻回する場合に比べ、単相変圧器の
高さ寸法を低く抑えることができ、変圧器をより小形化
できるとともに、変圧器効率を一層高めることができ
る。

【００４９】請求項３のものによれば、一次巻線が正群
コンバータに接続される二次巻線と負群コンバータに接
続される二次巻線との間に介在した状態となるように構
成したので、単相変圧器の一次巻線の合計容量を、その
二次巻線の合計容量のほぼ１／２^１／２倍とすることが
でき、変圧器を一層小形化することができる。

【００５０】請求項４のものによれば、一次巻線を互い
に並列接続となる複数の一次巻線から構成し、各一次巻
線毎に過電流検出手段を備えたので、二次巻線側の短絡
事故などにより発生する過電流の検出感度が上がり、よ
り確実な変圧器の保護が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す三相出力循環電
流形サイクロコンバータの電気的構成図

【図２】単相変圧器の二次巻線に係る結線図（その１）

【図３】単相変圧器の二次巻線に係る結線図（その２）

【図４】単相変圧器の上面図

【図５】単相変圧器の１脚あたりの巻線構成図

【図６】鉄心材料の使用量を比較するための変圧器の正
面図

【図７】本発明の第２の実施形態を示す単相変圧器の上
面図

【図８】単相変圧器の１脚あたりの巻線構成図

【図９】本発明の第３の実施形態を示す単相変圧器の一
次巻線側の結線図

【図１０】６パルスブリッジ構成の一般的な単相出力循
環電流形サイクロコンバータの電気的構成図

【図１１】図１０に示すサイクロコンバータの各部の電
圧波形

【図１２】１２パルスブリッジ構成の一般的な単相出力
循環電流形サイクロコンバータの電気的構成図

【図１３】図１２に示すサイクロコンバータを３台用い
た第１の従来例を示す三相出力サイクロコンバータの電
気的構成図

【図１４】図１３に示すサイクロコンバータに用いられ
る変圧器の１脚あたりの巻線構成図

【図１５】図１３と異なる変圧器構成を有する第２の従
来例を示す三相出力サイクロコンバータの電気的構成図

【図１６】図１５に示すサイクロコンバータに用いられ
る変圧器の１脚あたりの巻線構成図

【図１７】図１３および図１５と異なる変圧器構成を有
する第３の従来例を示す三相出力サイクロコンバータの
電気的構成図

【図１８】図１７に示すサイクロコンバータに用いられ
る変圧器の１脚あたりの巻線構成図

【図１９】図１７に示すサイクロコンバータに用いられ
る変圧器の上面図

【図２０】図１５と異なる変圧器構成を有する三相出力
サイクロコンバータの電気的構成図（その１）

【図２１】図１５と異なる変圧器構成を有する三相出力
サイクロコンバータの電気的構成図（その２）

【符号の説明】

図中、２７ａ、２７ｂは正群コンバータ、２８ａ、２８
ｂは負群コンバータ、６１は三相出力循環電流形サイク
ロコンバータ、６２、６８、７０は単相変圧器、６３は
サイクロコンバータ用変圧器、６４、６９、７１は二脚
鉄心、６４ｐは第１の脚、６４ｑは第２の脚、６５ａ、
６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅ、６５ｆ、７２ａ、７
２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ、７２ｆは一次巻線、６
６ａ、６７ａ、６６ａ' 、６７ａ' 、６６ａ''、６７
ａ''、６６ｂ、６７ｂ、６６ｂ' 、６７ｂ' 、６６
ｂ''、６７ｂ''は二次巻線、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、
７４ｄ、７４ｅ、７４ｆは変流器（過電流検出手段）、
７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅ、７５ｆは過
電流継電器（過電流検出手段）である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正群コンバータと負群コンバータとが１
２パルスブリッジとして構成された三相出力循環電流形
サイクロコンバータの電源として用いられるサイクロコ
ンバータ用変圧器において、一次巻線と１２個の二次巻線とを二脚鉄心に巻回してな
る単相変圧器３台を三相結線することにより構成され、前記３台の単相変圧器のそれぞれ対応する６個の二次巻
線同士をΔ結線し、それぞれ対応する他の６個の二次巻
線同士をＹ結線したことを特徴とするサイクロコンバー
タ用変圧器。
【請求項２】単相変圧器は、二脚鉄心の第１の脚に二
次巻線のうち６巻線を巻回し、第２の脚に前記二次巻線
のうち他の６巻線を巻回することにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のサイクロコンバータ用
変圧器。
【請求項３】単相変圧器は、一次巻線が正群コンバー
タに接続される二次巻線と負群コンバータに接続される
二次巻線との間に介在した状態となるように構成されて
いることを特徴とする請求項１または２記載のサイクロ
コンバータ用変圧器。
【請求項４】一次巻線は互いに並列接続となる複数の
一次巻線から構成され、当該複数の各一次巻線に流れる
過電流を検出する過電流検出手段を具備したことを特徴
とする請求項１ないし３の何れかに記載のサイクロコン
バータ用変圧器。