JP2004015043A - 磁気タップ変圧器 - Google Patents

Abstract

【目的】電力用変圧器のタップ切換を磁気回路の切換で可能にする漏れインピーダンスの小さな磁気タップ変圧器を実現する。
【構成】電力用変圧器における１次巻線（１）と２次巻線（２）を有する鉄心（３）が摺動する鉄心（４）で、磁路となる対向面積を機械的位置の変化で変える誘導式電圧調整変圧器において、空隙面上の鉄心磁力線分布を鉄心（４）の位置変化による磁束の偏りを抑えるために独立巻線（８）を挿入した磁気スロット（９）を設け、その巻線（８）を相互に並列接続する構造を有した磁気タップ変圧器。
【効果】磁気回路の切換で電圧比が変えられて、かつ漏れインピーダンスが中間電位で大きくならない。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明が解決しようとする課題】
交流電力系統において、電圧を変える必要がある場合に用いられる電力用変圧器の基本構造は一般にＮ巻の一次巻線とＭ巻の２次巻線を有して、両巻線が、ともに電磁鋼板を積層した鉄心に作る磁力線を極力、漏れの無いように鎖交する構造になっているため、電圧比がＮ対Ｍで固定されており、電圧比を可変できない。本発明は巻線を有する鉄心の相対的位置を摺動させて２次巻線へ取り込む磁力線鎖交数を変えることにより、巻線巻数の切り換え無しに電圧比を可変できる電力用変圧器を提供しようとするものである。
【０００２】
【産業上の利用分野】
ここで提供しようとする電圧可変変圧器は、鉄心の相対位置を移動することにより、タップ切り換えをせずに電圧を変化できるが、変圧比のどの位置でも、一般用変圧器と同様の励磁電流と１次２次間の漏れインピーダンスが低いままの変圧器を提供する。
【０００３】
変圧器の漏れリアクタンスを小さいままに、鉄心の相対位置を連続変化するだけで電圧を連続可変できる本装置は、電力用可変電圧発生装置、電圧位相の可変移相器として、電圧調整、電力潮流制御機器とすることができる。また、本装置を用いて、コンデンサの印加電圧を変化させて進相電流を調整することにより可能となる力率調整器では、ＳＶＣなど半導体スイッチ技術によるものに比べ、制御スピードは遅いが、大容量化が容易で、高調波歪みの無く、効率も高いことが予想されるなど、利点がある。
【０００４】
【従来の技術】
従来の電圧可変変圧器では、必要な段数の電線巻数のタップを機械式もしくは半導体スイッチを用いた切り換え装置で切り換えることで変圧比を変えていたが、電流が流れたままの負荷時切り換えには、電流遮断機が必要であり、電流の断続防止の工夫がなされており、構造が複雑で保守が必要であり、かつ操作に時間がかかる欠点があった。
【０００５】
例えば、電力系統の電圧を制御するには数秒の時定数の変化に追従する必要があるが、従来の機械式のタップ切り換え装置では速度が遅くその変化に追従できないことが最近報告されている。
【０００６】
そこで、磁気回路側での切り換えで変圧比を変えることが出来れば電流断続がないが、耐電圧試験などに使われる従来の小型回転型誘導電圧調整器は、１次２次の空隙が大きく、漏れインピーダンスが大きく、励磁電流も大きい欠点があったが、さらに励磁電流を小さくするために、鉄心間の空隙を小さくすると励磁電流は小さくできるが逆に１次２次巻線を鎖交しない漏れインピーダンスも大きくなってしまうジレンマがあった。
【０００７】
１次２次の磁気漏れが大きくなる理由を図２に示すが、１次巻線（１）と２次巻線（２）を有した鉄心（３）の平滑なスライド面で接触させて移動する鉄心（４）は、磁束の貫通を妨げる空隙または金属などの磁束阻止板（５）を挟んで接触移動したとしても、図２の磁力線（６）が、２次巻線電流による起磁力の磁力線の１部が図のように鉄心（３）を回り込んで伝わり、この磁束が１次巻線に鎖交しないので漏れ磁束になる。このように１次２次間に漏れ磁束があると、これは漏れインピーダンスとなり負荷電流による変圧器としての電圧安定度が悪くなり電力用とは言えない結果となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図２の漏れ磁束（６）が発生しないように摺動面上の磁束分布を無負荷の状態の分布に固定することにより、図２の漏れ磁束を発生させなければ良い。すなわち２次コイル電流の影響が１次巻線につくる磁力線分布に変化しなければもれ磁束は小さくなる。
【０００９】
図４は、鉄心（３）と鉄心（４）の摺動面付近の拡大図であるが、鉄心に磁束分布を固定する目的で、新たに３次巻線（８）を図のように磁極スロット（７）を設けて磁束分布を２次巻線（２）の電流によらず固定できれば、接触するスロット数に応じた２次電圧が発生することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
２次電流による磁力線分布の変化を防ぎ、磁力線分布を固定するには、図４に示すように１次鉄心に磁束均一化のための独立並列巻線（８）を付加すればよい。
【００１１】
各巻線の鎖交磁束（９）は、巻き始めと巻き終わりを並列に接続して同一電圧を印加するように強制する。３次巻線の各電圧が同一であれば、それに応じた磁束鎖交数（９）も巻き数に応じた値に強制されることになる。
【００１２】
図５は、スロットに置かれた並列巻線により磁束鎖交数が固定されると、漏れ磁束（１０）が発生できなくなることを示している。図６は、２次巻線の磁束がスロットの一部を通ることになると、並列巻線のために他のスロットの磁束も自動発生することで、１次巻線の鎖交磁束数が増える、すなわち電圧が大きくなることを示している。
【００１３】
【発明実施の形態の例】
図３は本発明の概念説明図であるが、１次巻線（１）と２次巻線（２）を鉄心（３）に固定し、磁気タップとなる摺動面に多数のスロットに３次巻線を巻いた状態で、巻き始めと巻き終わりをすべて並列に結合する。
【００１４】
スロット磁極の磁束量が固定されているため、移動距離Ｌに応じた電圧が２次巻線（２）に誘起される。
【００１５】
図３の変形で、鉄心の摺動面の磁気吸引力を相殺し、鉄心（３）と鉄心（４）の移動を回転運動に変えるために、固定子と回転子の構造にして、且つ磁束分布固定する目的で並列結線巻線とスロットを固定子側に配したもので固定子と回転子の間に空隙が無くても漏れが小さい誘導型磁気誘導も可能である。
【００１６】
この磁気漏れを減少する回転磁気タップ変圧器の変形で、回転変圧器構造を用いて固定子と回転子にそれぞれ１２０度間隔で３極を配置し、それぞれ１２０度位相の異なる３相交流電圧を印加すると３相交流電圧用の電圧調整器になる。この場合、磁束の３相に和が零になることから、磁束のリターン磁路が不要となるので合理的である。
【００１７】
さらに回転磁気タップ変圧器構造を用いて固定子と回転子にそれぞれ６極を配置し各々６０度位相の異なる６相電圧をそれぞれ印加すれば、回転子巻線の誘導電圧は、隣り合う電圧を回転移動角度に応じて誘導電圧がベクトル合成されることにより、１周で３６０度回転する回転型誘導移相調整器となる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による誘導電圧調整器は鉄心摺動面に多数のスロットを設け、３次巻線を巻き、相互に並列接続すると分布する磁力線を巻線に同じ電圧が生じる効果による磁極の磁束分布が固定されるにより、１次鉄心と２次鉄心の接触面積を変化すれば面積に応じた電圧が誘起される。このとき２次巻線電流が逆に１次巻線に与える影響、すなわち逆起磁力が全一次鉄心に一様に戻ることから、２次巻線の漏れ磁束、言い換えると２次の巻線の磁束が全て１次巻線に鎖交する。結局、接触面積が完全接触と完全非接触の中間位置でも１次から見た２次回路への変圧器漏れインピーダンスが小さいことになる。
【００１９】
従来の磁束切り換え型の電圧可変変圧器は切り換え中間位置の漏れインピーダンスが大きく、電力用変圧器として使えないものであり、また従来の誘導電圧調整器も漏れインピーダンスが問題であったがこれを改善を提案するもので、電圧連続変化できる変圧器、移相機が可能になることは、電圧の波形歪や力率の良いことが予想されるため、電力系統の制御上大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
図１は磁気タップ変圧器の概念を説明する図である。
図２は２次コイル（２）の磁力線が１次コイル（１）と鎖交しない磁力線を示す。
図３は本発明の実施例である。
図４は磁気スロットと並列巻線の拡大図。
図５は漏れ磁束を減少させる説明図。
図６は磁力線の分布を均一に強制される様子を示す。
【符号の説明】
１：一次巻線
２：二次巻線
３：鉄心
４：移動する鉄心
５：磁束阻止板
６：磁力線
７：磁極スロット
８：並列巻線
９：鎖交磁束
１０：漏れ磁束

Claims (1)

1. 変圧器における１次巻線（１）と２次巻線（２）を有する磁気鉄心（３）と、中間に空隙もしくは磁気遮蔽板（５）を持つ可動磁気鉄心（４）とが、磁路の一部になる面の機械的位置変化によって２次電圧を変化させる誘導式電圧調整変圧器において、摺動面の少なくとも一方に、１次２次間の磁束漏れを減少させるために、相互に並列接続した巻線（８）を有した磁極スロット（７）を設け、磁極スロットの磁束分布を固定して、鉄心（４）の移動により、２次巻線側の磁気鉄心にかかる磁極スロット（７）の磁束を集めることでスロット数に応じて２次巻線電圧が変化することを特徴とした磁気タップ変圧器。

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