JP2000511347A - 制御可能インダクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御可能インダクタは、少なくとも１つの管状コア、前記コアを取り囲む主巻線（１）及び前記コアをほぼ軸方向に通過する制御巻線（３）を備えている。三相交流電流網に接続するようにされ、かつ各相（１４〜１６）について、前記相に接続するための主巻線（１）、コア及び制御巻線を有し、かつ前記三相の前記制御巻線は、互いに電気的に直列接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 制御可能インダクタ 発明の分野及び従来技術 本発明は、少なくとも１つの管状コア、このコアを取り囲む主巻線及びほぼ軸 方向に前記コアを通る制御巻線を備えた制御可能インダクタに関する。 このような制御可能インダクタは、例えば電力線のような任意の電気回路にそ の回路内で発生する高い高調波電流を消滅させるインダクタンスを得るように、 その主巻線を通って、この回路に接続可能とされる。そこで、前記コアの透磁率 及びこれによってインダクタのインダクタンスは、前記コアを通る軸方向へ前記 制御巻線に流れるようにされた電気的な制御電流を変更することにより制御され る。このような制御可能インダクタをコンデンサに直列接続することにより、い わゆる高調波フィルタが得られ、このことは、例えば本出願人のＷＯ９４／１１ ８９１により既に知られおり、またそのインピーダンスは、インダクタのインダ クタンスを制御することにより、一定の周波数について低くなるように制御して 、例えばネットワークの基本周波数の１１倍である周波数を有する高い高調波電 流を除去するすることが可能とされる。 この形式の制御可能インダクタが十分に高いインダクタンスを提供し得る場合 に、その使用について考えられる他の分野は、このものを、例えばケーブル網に 高い容量が蓄積される交流電力線への開閉がある。そこで、このようなインダク タを相互接続することにより、これに所望の大きさのインダクタンスを接続する ことができ、これによって電力線を通ってより効率的にエネルギを伝送するため に電力線のリアクタンスを減少させることができる。 勿論、これらの制御可能インダクタは、交流電圧に有用な影響を及ぼすだけで あって、主巻線が交流電圧に接続されていることを完全に必要とするものではな いが、交流電圧を重畳させて直流電圧に接続されてもよい。このような既に知ら れている制御可能インダクタの欠点は、主巻線における交流電圧が主巻線におけ る基本周波数の２倍である周波数を有する交流電圧を制御巻線に誘導するという ことにある。この電圧はネットワークに高調波電流をもたらすと共にコアにおけ る損失を発生させる。 発明の概要 本発明の目的は、導入で定義された制御可能インダクタを提供することであっ て、このインダクタでは以上で述べた問題が大幅に解決された。 この目的は、本発明によれば、三相交流電流網に接続のために、このようなイ ンダクタを採用することにより達成され、またこのために、このインダクタは、 各相に対して相に接続する主巻線、コア及び制御巻線を有し、前記三相の制御巻 線は、互いに電気的に直列接続される。 交流電流網の三相全てに制御可能インダクタを接続するために、手段、即ち主 巻線、コア及び制御巻線を有する同一の制御可能インダクタを備え、かつ前記三 相の前記制御巻線が互いに直列接続されるために、直列接続された制御巻線にお ける交流電圧の総和は、互いに１２０゜電気角による交流電圧位相の変位のため に０となるので、それぞれの相のそれぞれの制御巻線における交流電圧により誘 起された電圧が互いに打ち消し合うことになるインダクタが形成される。これに よって、前述した問題及び制御巻線に導入された電圧によりもたらされる問題は 発生せず、また制御巻線における制御電流は、交流電流網により影響されず、例 えば直流電流の場合には直流電流が残留する。 本発明の好ましい一実施例によれば、前記コアのうちの少なくとも１つは、ほ ぼ軸方向に通る第２の制御巻線を有し、前記第２の制御巻線は、直列接続された 第１の制御巻線から切り離されていると共に、前記第２の制御巻線は、それ自体 の電圧源に接続されて直列接続された前記制御巻線における制御電流の調節から 独立して前記制御電流を個別的に調節する。直列接続された前記制御巻線におけ る前記制御電流の調節により、３つのコア全てにおける透磁率の調節に対する可 能性は、このようにして達成され、一方、この制御巻線における交流電圧の誘導 を避け、同時にその透磁率又は第２の制御巻線を有するコアを個別的に調節する 可能性が得られる。しかし、これらの問題は、各相用のコアを個別的に調節する 場合よりもかなり低くなるけれども、その結果として、この調節は、その相の電 流における高調波電流によって、その制御巻線に正確に前記形式の誘導電圧及び 前記コアにおける損失を発生させることになる。勿論、共通に直列接続された主 巻線による調節を達成することを目的とし、かつ前記第２の制御巻線による「精 密な調整」のみを実行するので、誘導される電圧の問題が最小化される。ともか く一定の期間において前記第２の制御巻線を通って制御電流を送出するのを抑制 すると共に、これを、単に急に極端な状況になったときに付加的な調節の可能性 として有するのは、好都合と思われる。 本発明の他の好ましい実施例によれば、３つのコアは、全て前記個別的な調節 のために、それぞれ第２の制御巻線及びこれに接続された電圧源を備えている。 このようにして、それぞれ別個のコアの透磁率を個別的に調節する可能性が達成 され、更に、共通した調節及びその結果は、いま説明した実施例において前述し た通りである。 本発明の他の好ましい実施例によれば、それぞれのコアを通すようにされた前 記第１の制御巻線の巻き回数は、前記第２の制御巻線の対応する巻き回数に対し て大である。主制御機能は、直列接続された前記制御巻線により得られることに よるものであり、一方、第２の制御巻線は、制限範囲内で小さな個別的制御機能 を提供し、また前記第２の巻線に誘導され、前述のように前記巻き回数に比例し ている電圧の大きさは、低いレベルに保持され、いわゆるリップル電圧となる。 本発明の更なる好ましい実施例によれば、前記第２の制御巻線に接続された前 記電圧源は、前記第２の制御巻線に制御可能な強度の直流電流を発生するように された直流電圧源であり、一方、本発明の他の好ましい実施例において、直列接 続された前記制御巻線は、前記制御巻線に制御可能な強さの直流電流を発生する ようにされた前記直流電圧源に接続されている。直流電流をこの形式の制御可能 インダクタにおける制御電流として利用するということは、通常的なことであり 、これが簡単な調節を意味することは、真実である。しかし、これは、ここで交 流電流網の電圧により何ら影響されることなく、又は非本質的な影響のみにより 、この直流電流を保持する間に行うことが可能とされる。 本発明の他の好ましい実施例によれば、前記インダクタは、二極性である少な くとも１つの前記直流電圧源及びこの直流電圧源により前記制御巻線に印加され る電圧の符号を反転させるように制御可能な手段とを備えている。これによって 、 制御電流が減少するよりもはるかに急速に増加する単極性の直流電圧源を使用す るときに発生する問題を解決することが可能となる。即ち、前記制御電流を減少 させたいときには電圧の符号を反転させ、これを前記制御電流が所望レベルに到 達するまで保持して反転させることが可能となり、前記制御電流の減少について は、その増加とほぼ同一速度が得られる。 本発明の他の好ましい実施例によれば、前記インダクタは、高透磁率を有する 物質のヨークを備えており、これは全てのコアを通って、それぞれの主巻線によ り発生されるほぼ軸方向の主磁束に共通し、かつ閉じていると共に全てのコア間 に主磁束路を形成する。これによって、蓄積されたほぼ全てのエネルギが制御可 能なコアの脚に存在するので、即ち、低透磁率を有すると同時に、それぞれのコ アを通る磁束を有する物質が他方の２つに配分可能にされ、従って各モーメント において磁束の総和はゼロとなるので、制御可能インダクタのインダクタンスに ついて広い範囲で非常に良好な制御性が得られる。 本発明の更なる効果及び好ましい特徴は、以下の説明及び他の従属請求項から 明らかである。 図面の簡単な説明 添付図面を参照して、以下、例として述べる本発明の好ましい実施例の説明が 続く。 図において、 図１は、本発明の好ましい第１の実施例による制御可能インダクタの簡単な部 分拡大側断面図である。 図２は、本発明の好ましい実施例によるインダクタの制御機能を示す簡単な回 路図である。 図３は、図２による共通した制御及び個別的な制御をするために本発明による インダクタにおけるコアの制御電流と透磁率との間の接続を示す図である。 図４は、本発明による制御可能インダクタにおけるコアの透磁率を個別的に制 御するために複数の制御巻線の一部、即ち一制御巻線を示す簡単な回路図である 。 図５ａ及び５ｂは、単極性及び双極性の直流電圧源をそれぞれ使用するときに 、図４による制御巻線に供給される制御電流対制御電圧の展開を示す２つの図で あ る。 発明の好ましい実施例の詳細な説明 図１には、三相交流電流網に接続するために直列接続された各コア用の制御巻 線を有し、本発明によるインダクタがどのように見えるかが概要的に示されてい る。このインダクタは、主巻線１、これとほぼ同軸に配列されたコア２、及び三 相網の各相に対するコアを通って軸方向に伸延する制御巻線３を有する。従って 、このような各主巻線１は、前記交流電流網それ自体の相のうちの一相に接続さ れ、かつ図１において上端が高電位にあり、その電圧は、低電位（接地電位であ ってもよいが、その場合である必要はない）にある反対端方向へ降下する。これ らの制御巻線３は、その間に伸延し、かつ概要的に示されている部分４を通って 相互に直列接続されており、前記部分４及びコアを通って伸延する制御巻線の部 分は、銅板のように高導電性を有する物質の複数のプレートから作成され、かつ このようなプレートの形状にある制御巻線は、制御巻線を所望のパスに案内する ように安定な構造及び良好な可能性を意味する。異なるコア２は、それぞれのコ ア端に配列され、かつ高透磁率を有する物質であるヨーク５を通って互いに磁気 的に結合されており、この物質は、全てのコアを通って、それぞれの主巻線によ り発生されるほぼ軸方向の主磁束に共通し、かつ、これを閉じて全てのコア間に 主磁束路を形成している。 図１において、直列接続された制御巻線を通って直流電流を発生させる直流電 圧源は、好ましくは、その端子６及び７により、それぞれ接続され、勿論、これ らの接続は、相互に絶縁されている異なる相の制御巻線プレートに実行されるの で、電流は、これらの接続のうちの１つから全ての制御巻線を通って直列接続さ れた制御巻線全体に流れ、そして他方の接続に戻る。制御巻線３及び４における 制御電流は、それぞれのコアにおける主巻線により発生される主磁束に対して正 接及び横断方向に磁束を発生させ、このようにして主巻線の縦方向磁束に対する 透磁率を低下させる。従って、制御巻線における電流を増加させることによりコ アの透磁率が減少可能にされ、これによってインダクタのインダクタンスが減少 される。これは、この形式の制御可能インダクタが機能する主要原理である。制 御電流の典型的な強さ及び主巻線における電圧は、それぞれ１００〜５００Ａ及 び１〜４００ｋＶである。 図２には、図１に示す型式のインダクタの制御性が本発明の好ましい実施例に より、どのようにして実現され得るのかが示されており、それぞれのコアの３つ の制御巻線３及びこれによって、それぞれの相における主巻線１は、相互に直列 接続され、かつ共通制御可能な直流電圧源８に接続される。これに加えて、三相 全ての、より正確には複数のコアは、ほぼ軸方向に通る第２の制御巻線９を備え 、かつ直列接続された第１の制御巻線から切り離されると共に、それ自体の制御 可能直流電圧源１０に接続されて、直列接続された複数の制御巻線における制御 電流の制御から独立して、その制御電流を個別的に制御する。通過する制御電流 を変化させることにより調節されるのは、それぞれのコアにおける透磁率である 。図３には、制御電流Ｉを増加させることにより透磁率Ｐがどのように減少する のかが示されており、長い矢印１１により示されている第１の大領域内では、透 磁率が直列接続された制御巻線を通る制御電流を変化させることにより調節され ることを意図しており、ネットワークの電圧により誘起された電圧は、互いに打 ち消され、また透磁率の個別的な調節は、短い矢印１２により示されている小さ な領域内で行うことを意図し、この個別的な調節は、それぞれの第２の制御巻線 にこのように誘導された電圧を発生させる。第１の制御巻線における巻き回数よ りかなり低い第２の制御巻線における巻き回数は、第２の制御巻線におけるネッ トワークの基本周波数の２倍の周波数による低い誘導交流電圧、いわゆるリップ ル電圧を意味する。矢印１２は、実際には、それぞれのコアにおける透磁率を第 ２の制御巻線によるプラス又はマイナスの影響により高速に調節するために、矢 印１１の終端における点線から反対方向の二重矢印により置換されてもよい。し かし、制御巻線において不必要な熱損失を発生させないように、第２の制御巻線 は、通常、透磁率の減少方向における調節にのみ用いられることになる。 図４には、前述の形式の制御可能インダクタにおけるコアの透磁率を調節する ために、制御可能直流電圧源１０が第２の制御巻線９に対して、どのように接続 されるのかが示されている。更に、図５ａには、単極性直流電圧源の場合に直流 電圧源１０により制御巻線上に印加された電圧Ｕに従い、制御電流Ｉが時間ｔ上 でどのように変化しているのかが示されている。制御電流の増加は、減少よりも かなり速いので、所望の制御電流レベル１３への適応能力が、これを増加させよ うとするときよりも優勢な制御電流を減少させたいときに劣ったものとなること は、明らかである。 しかしながら、図５ｂには、必要ならば、制御巻線に印加される電圧の符号を 反転させることができるように、本発明の好ましい実施例のような双極性の直流 電圧源１０の場合に何が発生しているのかが示されており、また制御電流が所望 のレベル１３に減少されるまで制御巻線上の電圧を反転させる可能性は、制御電 流に対する調節速度が下方向と同じように上方向で高くなることがこの図から分 かる。このような双極性の直流電圧源は、直列接続された第２の制御巻線９に及 び／又は制御巻線３に接続されてもよい。 本発明は、勿論、前述した好ましい実施例にいずれにしても限定されないが、 当該技術分野に習熟する者にとっては、本発明の基本的な概念から逸脱すること なく、その変形に対する多くの可能性が明らかとなる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの管状コア（２）、前記コアを取り囲む主巻線（１）及び 前記コアをほぼ軸方向に通過する制御巻線（３）を備えている制御可能インダク タにおいて、三相交流電流網に接続するようにされ、かつ各相について前記相に 接続するための主巻線（１）、コア（２）及び制御巻線（３）を有し、かつ前記 三相の前記制御巻線は、互いに電気的に直列接続されていることを特徴とする制 御可能インダクタ。 ２．少なくとも１つの前記コアは（２）は、ほぼ軸方向に通過する第２の制御 巻線（９）を有し、前記第２の制御巻線は、直列接続された第１の前記制御巻線 （３）から切り離されていると共に、前記第２の制御巻線は、それ自体の電圧源 （１０）に接続されて直列接続された前記複数の制御巻線における前記制御電流 の調節から独立して前記電圧源（１０）に接続されることを特徴とする請求項１ 記載のインダクタ。 ３．前記三相のコア（２）の全ては、前記個別的な調節のために第２の制御巻 線（９）及びこれに接続された直流電圧源（１０）をそれぞれ備えていることを 特徴とする請求項２記載のインダクタ。 ４．直列接続され、それぞれの前記コア（２）を通って設けられた前記第１の 制御巻線（３）の巻き回数は、前記第２の制御巻線（９）の対応する巻き回数に 関して大きいことを特徴とする請求項２又は３記載のインダクタ。 ５．前記第２の制御巻線（９）に接続された前記電圧源（１０）は、前記第２ の制御巻線において調整可能な強さの直流電流を発生するようにされた直流電圧 源であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のインダクタ。 ６．直列接続された前記制御巻線（３）は、この制御巻線において調整可能な 強さの直流電流を発生するようにされた直流電流源（８）に接続されていること を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインダクタ。 ７．双極性である少なくとも１つの前記直流電流源（８、１０）及び前記制御 巻線上に前記直流電圧源により印加された電圧の符号を反転させるように制御可 能な手段を備えていることを特徴とする請求項５又は６記載のインダクタ。 ８．前記双極性の電圧源（１０）は、前記第２の制御巻線（９）に接続された ものであることを特徴とする請求項５及び６記載のインダクタ。 ９．前記双極性の電圧源（１０）は、直列接続された前記制御巻線（３）に接 続されたものであることを特徴とする請求項６及び７記載のインダクタ。 １０．高透磁率を有し、それぞれの主巻線（１）により全てのコア（２）に発 生されるほぼ軸方向の主磁束に共通し、かつ、これを閉じる物質のヨーク（５） を備えると共に、全てのコア間に前記主磁束路を形成することを特徴とする請求 項１〜９のいずれかに記載のインダクタ。 １１．直列接続された少なくとも１つの前記制御巻線（３）は、良好な導電性 を有する物質の複数のプレートにより形成されていることを特徴とする請求項１ 〜１０のいずれかに記載のインダクタ。