JP2006510088A - 電源線の電圧安定化システム - Google Patents

Abstract

本発明は電源線用の電圧安定化システムに関し、該システムは可変インダクタンス、単巻変圧器、及び可変インダクタンスを制御して電源線の電圧変動を自動的に補償するシステムから成る。このシステムには、処理装置、設定値調節装置、フィードバック装置、整流回路を含む制御システムを含むことができる。

Description

関連出願の相互参照

本出願では、米国特許法第１１９条第（ｅ）項に基づく２００２年１２月１６日に米国に出願された米国仮出願番号６０／４３３，６０１の利益を主張し、２００２年１２月１２日にも出願されたノルウェー特許出願番号２００２ ５９９０に対する優先権を主張するものである。当該２出願の全内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。

本発明は、典型的に電圧安定化に関する。特に、本発明は可変インダクタンスを用いて電源線で生じる可能性のある電圧変動を補償する方法及びシステムに関する。

電力伝送用小型の電線（「弱電線」とも称される）は、負荷要件や比較的高抵抗であるのに対して導体断面積が小さ過ぎる。小型の導体が引き起こす損失により電圧が過度に降下する。そうした過度の電圧降下により、電線に接続される電力の電圧レベルが不適切になってしまう。

変圧器は、１次側及び２次側の巻線数、即ち変圧比により決定される固定電圧を供給する静的装置である。変圧比を固定すると、負荷が高い場合には電圧が低過ぎ（即ち、不足電圧）、負荷が低い場合には電圧が高過ぎ（即ち、過電圧状態）になるかも知れない。負荷は常に個々の電力消費者の極めて多様な要求に左右されるため、固定比の変圧器を動的負荷に用いるのは不適切であることが多い。

低電圧レベルでは、電線に供給している電圧を変圧器で次第に上昇させて補償できる。ある従来技術の方法では、変圧器の負荷時タップ切換器を電圧が許容以下の低レベルに達する場所の各相に連結させて使用し電圧レベルを制御する。

今のところ、弱電線の問題は、既存の電線を、より断面積が大きく相応に抵抗損失が低い新たな電線と取り換えることでたびたび解決されている。

現在、電線性能向上に幾つかの方法が採られている。既存の電柱に余裕がある場合には、電柱の反対側に新たな電線を弱電線と平行に設置できる。一旦新たな電線を設置すると、古い電線を設備から切断し取り除く。この方法だと電力供給を目立って中断することなく電力伝送システムのアップグレードが可能である。別の方法としては、新たな電線を既存の電柱に取付けるためのハードウェアを設置し、弱電線を切断し、即座に新たな電線を設置することを伴うものもある。かかる方法では、先に述べた方法と比較すると電力供給をより長く中断してしまう。第３の方法は、古いルートが使用できない場合に主に利用されるが、新しいルートを構築するものである。そうした構築には、新たな電柱や新たな導体の設置を伴う。注目すべきなのは、構築開始に先立ち、新たなルートについて地方自治体や土地の所有者からの承認が必要かも知れない点である。

別の従来技術の電圧調整方法では、機械的に制御されるバリアック（即ち可変変圧比を使った変圧器）を変圧器に連結して使用する。しかしながら、機械機器は頻繁に点検が必要なため、機械的に制御されるバリアックは、一般的にもはや使用されていない。

現在採用されている別の方法は、ユーザのより近くに電線を移動し、その移動させる電線に新たな変圧器をユーザにより近くなるところで接続することから成る。こうした方法も、電線を移動するのに必要な作業範囲が大きく、かかるプロジェクトに関する費用が高額なため、好ましくない。

Ｗａｎｌａｓｓ氏に付与された米国特許番号３，４０９，８２２（以下「Ｗａｎｌａｓｓ」）では、交流又は負荷巻線及び直流又は制御巻線をフェリ磁性コア上に巻装した装置を含む電圧調整装置について記載されている。コアのある部分において、直流生成磁束成分及び交流生成磁束成分は同じ経路に沿うが、常に反対方向に供給される。その結果、そうした部分で磁束成分が減少し、コアは、限られた程度まで、結果として生じる磁束に応じた透磁率を有するようになる。他の部分では、コア全体ではないが、磁束は互いに対して直角になる。例えば、Ｗａｎｌａｓｓでは、同じ経路（反対符号で同時に発生する磁束）に存在する磁束を増加又は減少させ、コアの脚部で磁束制御を行なうことを基礎とする調整器を示している。しかしながら、Ｗａｎｌａｓｓで記述した調整器はコアの非飽和領域での動作のためのもので、その透磁性範囲がコアの直線領域に限定されるため、装置の電力処理能力には限界がある。

本発明は、弱電線により発生する問題の既知の解決方法に関する問題に取り組むものである。既知の方法とは対照的に、直交領域を使用して透磁率制御を行なうもので、増加又は減少される並行領域を使用して透磁率制御を行なうものではない。

ある局面において、本発明は電力線の電圧安定化のためのシステムであり、該システムには直列巻線及び並列巻線を有する単巻変圧器、該単巻変圧器に接続される可変インダクタンス、及び制御システムを含む。可変インダクタンスには、磁気コア、第１軸の周りに巻装された主巻線、第１軸と直交する第２軸の周りに巻装された制御巻線を含む。可変インダクタンスの主巻線及び制御巻線に電圧を印加すると、直交磁束が磁気コアにおいて発生する。この電圧安定化システムは自動的にそれが接続される電源線における電圧変動を補償する。１実施例では、直交磁束は磁気コアのほぼ全体に発生する。別の実施例では、磁気コアは異方性磁性材でできている。

上述した電圧安定化システムの１実施例では、制御システムに制御巻線に供給される制御電流を制御する処理装置、該処理装置との電気通信における設定値調節装置、及びスイッチを含む。該スイッチは調整を接続及び切断し、処理装置との電気通信において存在する。このシステムは出力電圧を感知するフィードバック入力部も含む。 フィードバック入力部は処理装置及び電源線との電気通信において存在する。制御システムは処理装置と制御巻線両方との電気通信において整流回路も含む。

上記の実施例の１バージョンでは、単巻変圧器の直列巻線を第１電源線と直列に接続し、並列巻線を主巻線及び第２電源線の両方と直列に接続している。

上記実施例の別のバージョンでは、直列巻線及び主巻線を第１電源線に直列接続し、主巻線を直列巻線の線側に配置し、並列巻線を第２電源線に直接接続している。

上記実施例のまた別のバージョンでは、直列巻線及び主巻線を第１電源線と直列接続しており、主巻線を直列巻線の負荷側に配置し、並列巻線を第２電源線に直接接続している。

別の局面では、本発明は電圧を安定化する方法を含む。入力電圧を単巻変圧器に供給し、制御可能なインダクタンスを単巻変圧器の少なくとも１巻線と直列接続する。出力電圧は感知される。

制御可能なインダクタンスの磁気コアにおいて直交磁界が発生する。

直交磁界の少なくとも１つを調節して磁気コアの透磁率を制御することにより、感知された出力電圧に応じて電圧を調節する。

本発明の実施例に従うシステムにおいて、２つの磁界がコアの全部分で直交するので実際には主巻線と制御巻線の間で変圧器は動作しない。そのため、装置の動作がコアの飽和領域まで拡大可能になる。こうした拡大動作により、可変インダクタンスの電力処理容量が一桁増える。それは電力処理能力が材料の透磁率の逆に比例するからである（透磁率が半減すると、電力処理が２倍になる）。そのため、本発明を高電力用に使用することができる。

さらに、直交磁束制御を用いて線間電圧を必要に応じて増加させて不足電圧状態を回避したり、線間電圧を調節して所望の値に電圧を維持したりする動的電圧昇圧器又は電圧安定化システムは、弱電線を向上させるのに大変効果的な別の方法である。かかる装置は弱電線に接続でき、動的に負荷による電圧降下を補償することができる。

本発明によるシステムには、電子的に制御される直交磁束インダクタンスを含む。変圧器と共に、このインダクタンスは好ましくない電圧の降下を補償する可変出力電圧を供給する。

電源線用電圧安定化システムは、１実施例において、制御システムを含む。このシステムは制御巻線において、所望及び実際の電線の動作パラメータに応じて電流を制御する。１つのバージョンでは、この動作パラメータは線間電圧である。調整システムは可変インダクタンスにおける制御巻線に電線測定値及び線間電圧の所望値（例えば設定値）に基づいて電力を供給し、その結果出力電圧を所望の値で維持する。

本発明の実施例によれば、エネルギー使用が増加した場合に既存の弱電線を応用して簡単で安価な方法で適切な電圧を維持することが可能になる。１実施例では、配電変圧器とユーザ間の電線で電圧安定化システムを接続することにより適切な電圧を維持する。この実施例のあるバージョンでは、単巻変圧器が供給電圧と直列に電圧を付加し、それにより線間電圧を安定化可能にしている。可変インダクタンスはインダクタンスの電圧を調整（インダクタンスのコアの透磁率を直交領域により変化させて）、或いはインダクタンスの時間電圧積分を調整し、それにより単巻変圧器における直列巻線の電圧を調整する。

ユーザ側の設備に損傷を与えないようにするために、こうした電圧安定化を迅速に実施する必要がある。それは負荷の急速な変化が過度の過電圧をもたらす場合この種の損傷が発生する可能性があるためである。本発明の実施例に従うシステムでは、電圧の変化を制御巻線の電流を使い制御する。システムの慣性及び反応性を低くすることで、ピーク電圧及び谷電圧の吸収が可能になっている。

単巻変圧器は直列巻線Ｓ及び並列巻線Ｐを有する変圧器である。図１では並列巻線Ｐと直列巻線Ｓを直列に接続している単巻変圧器Ｔ１を示している。直列巻線Ｓは相対的に少数の巻回数、一方並列巻線Ｐは相対的に多数の巻回数を有する。１実施例では、直列巻線では約２０回そして並列巻線では約２３０回である。印加された電圧Ｖ１はＳにおける直列巻線及び並列巻線Ｐにおいて巻回数に比例して分割される。並列巻線Ｐと直列巻線Ｓを含めた巻回数を合わせた総数をＮ１、並列巻線Ｐの巻回数をＮ２とした場合、Ｖ１（Ｎ２/Ｎ１）の値を有する電圧Ｖ２が並列巻線Ｐに発生する。この装置は可逆的でもあり、そのため電圧Ｖ２を並列巻線Ｐに印加すると、並列巻線Ｐと直列巻線Ｓの両方を繋ぐ磁束が形成される。その結果、電位差Ｖ１＝Ｖ２（Ｎ１／Ｎ２）がＮ１巻回数に対し生じる。

図２に示す本発明の第１実施例では、直列巻線Ｓを電線入力部ＬＩから電線出力部ＬＵに延びる第１電源線（例えば、第１相）と直列に接続している。この実施例では、並列巻線を第２電源線（例えば、第２相）Ｌに、直交領域可変インダクタンスＬＲを介して接続している。ここでは可変インダクタンスＬＲを用いて並列巻線Ｐの電圧を変化させることにより、直列巻線Ｓの電圧を変化させることができる。

図３に示す本発明の第２実施例では、可変インダクタンスＬＲと直列巻線Ｓを直列にＬＩからＬＵに延びる第１電源線と接続し、該可変インダクタンスを直列巻線Ｓの線側ＬＩに接続している。並列巻線Ｐを第２電源線に接続している。

図４に示す本発明の第３実施例では、可変インダクタンスＬＲと直列巻線Ｓを直列にＬＩからＬＵに延びる電源線と接続し、該可変インダクタンスを直列巻線Ｓの負荷側ＬＵに接続している。並列巻線を直接第２電源線Ｌに接続している。前述した実施例のバージョンでは、第２相は中性線である。

本発明の第２及び第３実施例では、可変インダクタンスＬＲが単巻変圧器の直列巻線Ｓからの電圧と直列のままである時間電圧積分を吸収するため、第１電源線ＬＩ-ＬＵの電圧が変化する。

可変インダクタンスにより吸収される電圧は無効電圧であり、電圧は電流より９０度進んでいる。その結果、負荷電圧に関して減少又は付加される電圧が負荷により引き出される抵抗電流と９０度位相がずれる。単巻変圧器においては、直列巻線Ｓと並列巻線Ｐとの間でアンペア回数がバランスしている。そのため負荷により引き出された電流は、並列巻線Ｐに反映され、可変インダクタにおける電圧降下の原因になる。電圧降下の大きさは可変インダクタンス値及び電流量によって決まる。

１実施例では、固定インダクタを単巻変圧器の並列巻線と並列に実装する。これによりシステムが生成する高調波を減少させ、システムの制御を安定させる。また、可変インダクタンスを使用してもよい。

第２の実施例では、可変インダクタンスを経た電流は、直列巻線を経た負荷電流と並列巻線を経た電流との和であり、一方第３の実施例では、可変インダクタンスを経た電流は負荷電流である。第１の実施例では、可変インダクタンスを経た電流は並列巻線における電流である。これら電流は大きさが異なるため、実施例を特定の用途に基づいて選択することが可能である。

図５は電圧安定装置及び関連制御システム（例えば、調整システム）両方を示すブロック図である。第１電源線ＬＩは制御システムが制御する電圧安定装置を経由している。Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は電圧安定装置をネットワークに接続する、或いはネットワークから切断することを可能にするスイッチである。図５では、Ｋ１を閉じた状態で、Ｋ２及びＫ３を開いた状態で示しており、電圧安定装置が使用中でない状態に対応している。電圧安定装置が使用中の場合には、Ｋ１およびＫ２は開き、Ｋ３が閉じられる。

図６及び図７は、より詳細に単相の電圧安定装置を示している。Ｔ１は端子１−２と３の間に位置する直列巻線Ｓ、及び端子１−２と４の間に位置する並列巻線Ｐを有する単巻変圧器である。これは図２で概略的に示した本発明の第１実施例と対応している。

図６では、Ｔ４は端子１と２の間に位置する動作巻線又は主巻線Ｈ、及び端子３と４の間に位置する制御巻線ＳＴを有する直交領域可変インダクタンスＬＲである。制御可能なインダクタンスＬＲを変圧器Ｔ１の並列巻線Ｐに接続しており、Ｔ４の端子２をＴ１の端子４に接続している。端子１Ｌ１及び１Ｌ２は図７に示す整流回路Ｕ９に電圧を供給する。

図７は可変インダクタンスＴ４において電流を調整する制御システムを示す。制御システムには設定値調節装置、調整を接続・切断するためのスイッチＳ３、単巻変圧器Ｔ１の出力電圧を感知するためのフィードバック回路、処理装置Ｕ８、インダクタンスの制御巻線に接続するための整流回路Ｕ９を含む。１実施例では、設定値調節装置は電位差計Ｒ８であり、フィードバック回路には変圧器Ｔ７を含む。また別の実施例では、処理装置Ｕ８にはマイクロプロセッサを含む。さらに別の実施例では、システムは過電圧保護回路Ｕ１０も含む。

より詳細には、１実施例では、図７の設定値調節装置には処理装置Ｕ８の端子７、１１、１０に其々接続される第１端子、第２端子、第３端子を含む。スイッチＳ３には処理装置Ｕ８の端子４及び６其々に接続されている第１端子及び第２端子を含む。変圧器Ｔ７の一次端子１、２がＳ１及びＲＩに接続されＬＵに現れる出力電圧を感知する。この実施例のあるバージョンでは、変圧器Ｔ７の一次巻線をヒューズで保護している。変圧器Ｔ７の二次巻線の第１端子及び第２端子を、処理装置Ｕ８の端子５及び９に其々接続している。

１実施例では、Ｒ１及びＳ１に対応する、端子１Ｌ１及び１Ｌ２を、処理装置Ｕ８の電線入力部に接続している。この実施例のあるバージョンでは、絶縁変圧器を使用して１Ｌ１及び１Ｌ２に現れる電圧を減少させてから処理装置Ｕ８に供給する。過電圧保護回路装置Ｕ１０には、１Ｌ１、整流器正極性出力端子、及び１Ｌ２に其々接続される第１端子、第２端子及び第３端子を含む。この実施例のあるバージョンでは、過電圧保護回路には第１端子と第２端子の間を接続する第１電位差計Ｒ１、及び第２端子と第３端子を接続する第２電位差計Ｒ２を含む。過電圧保護回路には固定抵抗器Ｒ３及びＲ４も含む。

１実施例では、図６の端子１Ｌ１及び１Ｌ２を整流回路Ｕ９の第１端子及び第２端子にも接続している。整流回路Ｕ９の出力には、端子３Ｔ４及び４Ｔ４で其々制御巻線ＳＴに接続する正極端子及び負極端子を含む。この実施例のあるバージョンでは、１つ又は複数の抵抗器（例えば、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７）を含む抵抗網を、負極端子及び制御巻線ＳＴの間で直列に接続している。

１実施例では、整流回路Ｕ９は４つのダイオードＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を含む全波ブリッジ回路である。この実施例のあるバージョンでは、ダイオードＶ１及びＶ２は、制御された整流ダイオード、例えばサイリスタである。整流回路Ｕ９をダイオードＶ１用制御端子及びダイオードＶ２用制御端子を経由して処理装置Ｕ８に接続している。この実施例のさらなるバージョンでは、ダイオードＶ５を整流回路Ｕ９の正極端子と負極端子の間に接続している。

概して、図７の制御システムは、制御可能なインダクタＴ４の主巻線Ｈの電圧降下を、制御巻線ＳＴに供給する電力を単巻変圧器Ｔ１の出力電圧の変化に応じて調節することにより自動的に調節する。所望の出力電圧を表す設定値は、設定値調節装置Ｒ８を経由して成立する。フィードバック回路で単巻変圧器Ｔ１の出力電圧の表示を処理装置Ｕ８に提供する。処理装置Ｕ８は設定値をフィードバック電圧と比較し、整流回路Ｕ９の動作を制御して整流出力端子で供給電力を調節する。１実施例では整流回路Ｕ９の出力は直流電流である。

図６で示した本発明のこの第１の実施例では、インダクタンスＬＲを単巻変圧器Ｔ１の並列巻線Ｐと直列接続しており、この実施例はＴ１の並列巻線Ｐに電圧を印加することにより実行される。この電圧はインダクタンスＴ４で調整されており、Ｔ４は変圧器により、入力端子Ｘ１と出力端子Ｘ１：７間の線間電圧ＬＩ-ＬＵと直列に接続している。その結果、Ｘ１：７及びＸ１：１０上のＲ及びＳから負荷に供給する電圧を増加できる。 フィードバック信号と設定値との違いが大きい場合は、調整器によりインダクタンスＴ４への制御電流を増加させ、それにより電圧降下を補償する付加電圧を増加させる。逆に、付加電圧が高すぎる場合には、線間電圧に付加する電圧を低下させるよう調節して電力を減少させる。それにより、負荷に供給される出力電圧が設定値電圧にほぼ等しいレベルで維持される。

図８では初め図４を参照して大まかに記載された本発明の第３実施例についてより詳細に説明している。図８において、Ｔ１は端子１‐２と３の間に位置する直列巻線Ｓと、端子１‐２と４の間に位置する並列巻線Ｐを有する単巻変圧器である。この回路に関する制御システムは図７に示されている。

Ｔ４は、端子１と２の間に位置する主巻線Ｈ、及び端子３と４の間の制御巻線ＳＴを有する直交領域可変インダクタンスである。インダクタンスＴ４の端子１を端子Ｔ３で直列巻線Ｓの出力端子に結合している。制御電流を図７の制御される整流回路Ｕ９の正極及び負極端子から図８の制御巻線ＳＴ上の端子３及び４に供給する。図８の電圧安定装置の端子Ｒ及びＳからの出力電圧フィードバックを図７の変圧器Ｔ７端子２及び１に接続している。こうした接続により、図７の整流調整器Ｕ８にフィードバック信号を提供する。１実施例では、設定値を電位差計Ｒ８を介して調節してもよい。 図８の整流回路Ｕ９へ入力される電圧は図７の端子Ｘ１：２及びＸ１：４から供給される。

この電圧システムではインダクタンスＬＲが単巻変圧器Ｔ１の直列巻線Ｓ出力の負荷側に直列接続されており、電線において直列に存在するインダクタンスＴ４の制御可能な誘導電圧降下を経て、Ｔ１（外に向かう線間電圧）から昇圧された出力電圧を調整することにより安定化を実施する。

フィードバック信号と設定値の違いが大きい（例えば大幅な不足電圧）場合は、調整器がインダクタンスＴ４への制御電流を増加させ、それによりインダクタンスの電圧降下を減少させて電圧を上げ、電圧降下の補償を行なう。逆に、付加電圧が高すぎる（例えば、過電圧）場合、インダクタンスＴ４に供給する電力を減少させる。その結果、インダクタンスＴ４の電圧降下が増え、負荷に供給される電圧が減少し、出力電圧が設定値電圧で維持される。

図９では本発明の第２実施例をより詳細に説明している。ここで、Ｔ１は端子１‐２と３の間に位置する直列巻線Ｓを有する単巻変圧器である。並列巻線Ｐは端子１‐２と４の間に位置する。この実施例は図３で概略的に示した実施例と対応している。関連する制御システムが図１０に示されている。

Ｔ４は端子１と２の間に位置する主巻線Ｈ、及び端子３と４の間に位置する制御巻線ＳＴを有する可変インダクタンスである。制御可能なインダクタンスの端子Ｔ４：２は端子Ｔ１：１‐２で直列巻線Ｓに接続している。並列巻線Ｐもまた端子Ｔ１：２に接続している。図１０では制御電流が制御された整流回路Ｕ９の正極及び負極端子から図９の制御巻線ＳＴの端子３及び４にどのよう供給されるかを示している。電圧安定装置の端子Ｒ及びＳからの出力電圧フィードバックを変圧器Ｔ７の端子２及び１に接続している。この接続により、フィードバック信号が整流調整器Ｕ８に供給される。１実施例では、設定値を電位差計Ｒ８を介して調節してもよい。整流回路Ｕ９に入力される電圧は図９の端子Ｘ１：２及びＸ１：４から供給される。

この電圧調整装置の接続には、直列巻線Ｓの線側で直列接続しているインダクタンスＬＲを含む。この実施例では、電線において直列に存在するインダクタンスＴ４の電圧降下を調節して単巻変圧器の入力電圧を調整して安定化を実現する。

設定値の値がフィードバック信号の値（例えば、不足電圧）よりかなり高い場合、調整器によりインダクタンスＴ４への制御電流を増加させて、インダクタンスの電圧降下を減少させ、電圧降下を補償する。逆に、過電圧状態が存在する場合は、制御巻線に供給する電力を減少させることにより、インダクタンスの電圧降下を増大させ、負荷に供給される出力電圧をほぼ設定値電圧に等しくなるよう維持する。

これまで記述した単相の解決方法を用いた３相の実施例では、出力電圧と基準値（例えば、設定値）との比較を基に行なう電圧調整と同じ技術的方法に基づいてもよい。

図１１及び図１２では図３で示した本発明の第２実施例による単相の解決方法を用いた３相の実施例を説明する。図１１では、インダクタンスＴ４、Ｔ５、Ｔ６の制御巻線ＳＴは直列に接続されて示されており、それにより図１２の制御回路を介して等しく調整されている。図１２は先に記述したものに対応する調整システムを示している。調整システムには設定値調節抵抗器Ｒ８、調節器を接続及び切断するスイッチＳ３、位相ＲＳからのフィードバック電圧用変圧器Ｔ７、処理装置Ｕ８（例えば、リアクトルレギュレータ）、ダイオード整流器Ｕ９、過電圧保護回路Ｕ１０を含む。調整システムの出力から（ポイント３Ｔ４及び４Ｔ４）、電流信号が可変リアクタンスＴ４に送られる。この実施例のあるバージョンでは、各相で別々に調整を行うことも可能である。

図１３及び図１４では図８における単相の解決方法を用いた３相の実施例を示すが、そこではインダクタンスＴ４、Ｔ５及びＴ６（図１３）の制御巻線を直列に接続しており、それにより等しく調整している。前と同様に、この実施例のあるバージョンでは各相で別々に調整することも可能である。図１４では、負荷に供給される電圧を調整するのに用いる対応する制御回路を示している。

図１５から図１８では、図６における単相の解決方法を用いた３相の実施例を示している。図１５では、インダクタンスＴ４、Ｔ５及びＴ６を示している。これらインダクタンスＴ４、Ｔ５及びＴ６の各々は、別々の調整回路により調整される。この３相の実施例では、直列巻線Ｓの電圧がベクトル的に給電変圧器から電線（図示しない）への位相電圧に付加されるため、相順が重要となる。直列巻線をポイント１と３の間に配置し、一方並列巻線はポイント２と４の間に配置する。各位相Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の単巻変圧器も図１５では示している。可変インダクタンスＴ４は電圧を位相Ｒ‐Ｓ（Ｘ１：７及びＸ１：１０）から供給されるフィードバック信号に応じてＴ１に調整する。可変インダクタンスＴ５は電圧を位相Ｓ‐Ｔ（Ｘ１：１２及びＸ１：１４）から供給されるフィードバック信号に応じてＴ２に調整する。可変インダクタンスＴ６は電圧を位相Ｔ‐Ｒ（Ｘ１：１４及びＸ１：１０）から供給されるフィードバック信号に応じてＴ３に調整する。このように、各位相に関する線間電圧は互いに別々に調整が可能である。

図１６では、設定値調節装置Ｒ８が設定した設定ポイントにより表される所望の電圧に応じてＴ４を使ってＴ１での電圧調整を説明している。出力信号（図１６右下参照）をＴ４上のポイント３及び４へ供給している。設定値調節装置Ｒ１０に応じてＴ５を使ってＴ２の対応する調整を図１７で説明している。Ｔ３でのＴ６を使った電圧調整を図１８に説明している。

上述した３相システムは並列巻線のデルタ結線を示している。しかしながら、他の結線も採用してもよい。例えば、１実施例では、並列巻線は、３相システムの接続形態として良く知られる星形（即ち、Ｙ形）形状で接続される。

図１９は制御可能なインダクタＴ４の実施例を示している。制御可能なインダクタＴ４には、第１パイプ要素１０１、第１パイプ要素１０１の周囲に巻装した主巻線Ｈを含む。制御可能なインダクタには、磁性端部カプラ１０５、１０６を１実施例に含む。１実施例では、制御可能なインダクタＴ４は異方性材料で製造される。この実施例のあるバージョンでは、異方性材料は粒子配向型異方性材料である。粒子配向材料を使用する場合、粒子配向方向（ＧＯ）及び横断方向（ＴＤ）を画定できる。

図２０に示すように、制御可能なインダクタＴ４は第２パイプ要素１０２も含む。制御巻線ＳＴは第２パイプ要素と主巻線Ｈを巻装する第１軸に対して直角な第２軸の周りに巻装されている。この実施例のあるバージョンでは、第２パイプ要素１０２は第１パイプ要素１０１内に同心で配置される。端部カプラ１０５及び１０６は其々第１パイプ要素１０１の一端部を対応する第２パイプ要素１０２の端部に接続している。この実施例のあるバージョンでは、磁気コアが第１パイプ要素１０１、第２パイプ要素１０２、端部カプラ１０５、１０６により形成される。

図２０で示された実施例では、第１軸Ｍは第２軸Ｌに関して環状の軸である。この実施例では、第２軸Ｌは第２パイプ要素１０２の中心に位置する直線軸である。

動作時には、図１９及び図２０の制御可能なインダクタＴ４は２つの直交する磁束を発生する。第１磁界Ｈｆ及び第１磁束Ｂｆは、主巻線Ｈに電圧を印加すると発生する。第２磁界Ｈｓ及び第２磁束Ｂｓは、制御巻線ＳＴに電圧を印加すると発生する。この実施例のあるバージョンでは、磁界Ｈｆ、Ｈｓが磁気コアのほぼ全てにおいて互いに直交しており、磁束Ｂｆ、Ｂｓは、磁気コアのほぼ全てにおいて互いに直交している。

変形例、修正例、及びここで説明されるその他の実施は、請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、その技術分野における通常の熟練者が考えうる。したがって、本発明は、先行する例示的な記述によってではなく、以下のクレームの精神及び範囲によって定義されるものである。

前述した本発明の他の目的、特徴、効果については、添付図面と共に読むと以下の記述から、より十分に理解されるだろう。
単巻変圧器を示す。 本発明の第１実施例を示す。 本発明の第２実施例を示す。 本発明の第３実施例を示す。 本発明による実施例の全体ブロック図である。 図２の実施例をより詳細に示す。 図６及び８に示した実施例を制御する制御システムを示す。 図４の実施例をより詳細に示す。 図３の実施例をより詳細に示す。 図９の実施例を制御する制御システムを示す。 本発明の３相の実施例を示す。 図1の実施例を制御する制御システムを示す。 本発明の第２の３相の実施例を示す。 図１３の実施例を制御する制御システムを示す。 本発明の第３の３相の実施例を示す。 図１５の実施例を制御する制御システムを示す。 図１５の実施例を制御する制御システムを示す。 図１５の実施例を制御する制御システムを示す。 本発明の実施例による制御可能なインダクタンスを示す。 本発明の実施例による制御可能なインダクタンスを示す。

符号の説明

１０１ 第１パイプ要素
１０２ 第２パイプ要素
１０５、１０６ 端部カプラ
Ｈ 主巻線
ＬＲ 可変インダクタンス
ＬＩ 電線入力部
ＬＵ 電線出力部
Ｐ 並列巻線
Ｒ１ 第１電位差計
Ｒ２ 第２電位差計
Ｒ３ 固定抵抗器
Ｒ８ 設定値調節装置
Ｓ 直列巻線
Ｓ３ スイッチ
ＳＴ 制御巻線
Ｔ１ 単巻変圧器
Ｔ４ インダクタ
Ｔ７ 変圧器
Ｕ８ 処理装置 または 整流調整器
Ｕ９ 整流回路
Ｕ１０ 過電圧保護装置
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４ ダイオード

Claims (14)

1. 電源線の電圧安定化システムであって、該システムは：直列巻線及び並列巻線から成る単巻変圧器と；前記単巻変圧器と接続された可変インダクタンスであって、磁気コアと、第１軸の周りに巻装された一次巻線と、第２軸の周りに巻装された制御巻線とを備える前記可変インダクタンスと；及び、前記磁気コアの透磁率を制御する制御システムとを備え、電源線における電圧変動を自動的に補償し、第１軸と第２軸は直交軸であり、前記主巻線と制御巻線に電圧を印加すると、直交磁束が磁気コアにおいて発生すること、を特徴とする電源線の電圧安定化システム。
2. 前記制御システムは：処理装置と；前記処理装置との電気通信における設定値調節装置と；前記処理装置との電気通信におけるスイッチと；前記処理装置と前記電源線両方との電気通信におけるフィードバック入力部と；前記処理装置と前記制御巻線両方との電気通信における整流回路とをさらに備え、前記スイッチは調整を接続および切断するよう動作し、前記フィードバック入力部は出力電圧を感知し、前記処理装置が制御巻線に供給される制御電流を制御すること、を特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記単巻変圧器の前記直列巻線は第１電源線と直列接続され、前記並列巻線は前記主巻線と第２電源線の両方と直列接続されること、を特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記直列巻線と前記主巻線は第１電源線と直列に接続され、前記主巻線は前記直列巻線の線側に配置され、前記並列巻線は第２電源線と直接接続されること、を特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記直列巻線と前記主巻線は第１電源線と直列に接続され、前記主巻線は前記直列巻線の線側に配置され、前記並列巻線は第２電源線に直接接続されること、を特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 請求項２、３、又は４いずれかに記載の各相の電圧安定化のためのシステムを含むことを特徴とする電圧安定化のための３相システム。
7. ３相に対する制御巻線を直列に接続し、纏めて調整すること、を特徴とする請求項５に記載の３相システム。
8. 前記３相に対する制御巻線は互いに独立して制御されること、を特徴とする請求項５に記載の３相システム。
9. 磁気コアが異方性材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 直交磁束がほとんど全ての磁気コアにおいて発生することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
11. 電圧を安定化する方法であって、前記方法が：単巻変圧器に入力電圧を供給するステップと；前記単巻変圧器の少なくとも１つの巻線と制御可能なインダクタンスを直列に接続するステップと；出力電圧を感知するステップと；前記制御可能なインダクタンスの磁気コアにおいて直交磁界を発生させるステップと；前記直交磁界の少なくとも１つを調節して、前記磁気コアの透磁率を制御して、前記感知された出力電圧に応じて前記電圧を調節するステップとを含むこと、を特徴とする方法。
12. 前記制御可能なインダクタンスは回路の第１相において直列巻線と直列接続されること、を特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記制御可能なインダクタンスは直列巻線の負荷側に接続されること、を特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 透磁率を制御する前記ステップが、前記制御可能なインダクタンスの制御巻線に供給される制御電流を調節するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
    
    

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