JP2010003715A - 風冷式トランス - Google Patents

Abstract

【課題】風冷式トランスにおいて、種々の構成の装置において風冷ファンの稼働時間を短縮することを可能とし、風冷ファンを長寿命化させると共に、風冷ファンの稼動に伴う騒音や電力消費を抑制させることが要求される。
【解決手段】トランス１に対して冷却風を送風するための風冷ファン２を備え、トランス１における巻線３の温度上昇を抑制することにより、巻線３の上昇温度が許容上昇温度を超えても、その状態が長時間持続しないように抑制する風冷式トランスにおいて、前記トランス１に印加される電流値を積分することによりトランス１における巻線３の推定上昇温度を算出し、前記推定上昇温度に基づいて風冷ファン２を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、大容量トランスを冷却するために風冷ファンを備えた風冷式トランスに関する。

大容量トランス（例えば、容量が１００ｋＶＡ以上のトランス）は、トランスの特性上、巻線の抵抗による熱が発生する。トランスの温度が上昇すると内部の絶縁物の劣化が進むため、高い温度で長期間使用するとその間の熱劣化によって機械的強度が低下し、ついには使用できなくなる。したがって、トランスを長期間安全に稼動するには、適当な冷却方法（例えば、自冷方式や風冷方式）を講じて、発生した熱を拡散させ、トランス各部の温度を定められた温度以下に抑えるようにしなければならない。

図４（（Ａ）正面図，（Ｂ）側面図）は、従来の一般的な風冷式トランスの一例を示す概略図である。図４において、符号１はトランス、符号２は前記トランス１の底部に設けられた風冷ファン、符号３はトランス１の鉄心（図示せず）に巻き付けられた巻線を示す。この風冷方式は、風冷ファン２によってトランス１の底部から上方に向けて冷却風を流すことによりトランス１内部に冷却風を送り込み、トランス１の巻線３を強制冷却する方式である。

前記風冷方式は、自冷方式と比べてトランス１を小型化できることや、トランス１のコストを下げることができる等の利点があるため、近年多用されている。

この風冷式トランスにおいては、例えば、トランスが重負荷の時に接点が投入されるタイムスイッチおよびトランスが高温になった時に接点が投入されるダイアル温度計を備え、トランスが重負荷となることが予め予測された時間帯およびトランスが高温になった時に、風冷ファンが稼動する構成（例えば、特許文献１）等が知られている。
実公平４−６１７３号公報（図１）

風冷式トランスは、付属する風冷ファンの寿命が通常２〜３年と短く頻繁にメンテナンスを必要とすると共に、風冷ファンの回転に伴う騒音や電力消費の増大が課題となっているため、その改善が望まれていた。

しかしながら、特許文献１のような構成は、トランスの負荷の状態が予め予測できる装置にしか適用できないものであった。このため、風冷ファンを長寿命化させることや風冷ファンの回転による騒音や電力消費の低減には限界があった。

以上示したようなことから、風冷式トランスにおいては、風冷ファンの稼働時間を短縮することを可能とし、風冷ファンを長寿命化させると共に、風冷ファンの稼動に伴う騒音や電力消費を抑制させることが要求される。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、請求項１記載の発明は、トランスに対して冷却風を送風するための風冷ファンを備え、前記冷却風でトランスの巻線における温度上昇を抑制することにより、巻線の上昇温度が許容上昇温度よりも高温になることを抑制する風冷式トランスであって、前記トランスに印加される電流値を積分することにより巻線の推定上昇温度を算出し、前記推定上昇温度に基づいて風冷ファンを制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記推定上昇温度と許容上昇温度とを比較して風冷ファンを制御することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記風冷ファンを制御する際に、前記推定上昇温度と許容上昇温度とを比較し、推定上昇温度のほうが高い場合は風冷ファンを稼動し、推定上昇温度のほうが低い場合は風冷ファンを停止させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の発明において、トランスに印加される電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器により検出された検出電流値から自冷バイアス電圧を減算して出力し、風冷ファンが運転されている場合は更に風冷バイアス電圧を減算して出力する第一減算回路と、前記第一減算回路から出力された値を時間で積分し、トランスの巻線における推定上昇温度を算出する積分回路と、前記推定上昇温度から巻線の許容上昇温度を減算する第二減算回路と、前記第二減算回路から出力された値と０とを比較するコンパレータと、前記コンパレータからの出力により制御される風冷ファンと、を備えたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜３記載の発明において、トランスに印加される電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器により検出された検出電流値から自冷バイアス電圧を減算して出力し、風冷ファンが運転されている場合はさらに風冷バイアス電圧を減算して出力する第一減算回路と、前記第一減算回路から出力された値を時間で積分し、トランスの巻線における推定上昇温度を算出する積分回路と、前記推定上昇温度と巻線の許容上昇温度とを比較するコンパレータと、前記コンパレータからの出力により制御される風冷ファンと、を備えたことを特徴とする。

以上の説明で明らかなように、請求項１〜５記載の発明によれば、風冷ファンの稼働時間を短縮することが可能となり、風冷ファンを長寿命化させると共に、風冷ファンの稼動に伴う騒音や消費電力を抑制することが可能となる。

以下本発明の実施形態に係る電動機制御装置およびエレベータ装置を実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図４と同様なものについては同一符号等を用い、その詳細な説明を適宜省略する。

本実施形態における風冷式トランスは、トランスに対して冷却風を送風するための風冷ファンを備え、トランスの巻線における温度上昇を抑制することにより、巻線の上昇温度が許容上昇温度（巻線の上昇温度が長時間持続した場合にトランスの寿命に影響を与え得る温度）を超えても、その状態が長時間持続しないように抑制するものである。

ここで、一般的な風冷式トランスにおいて、巻線の温度特性例を基に詳細に説明する。図１は、風冷ファン稼動時および停止時における巻線の温度特性の一例を示すグラフである。図１に示すように、巻線において電流が印加されてから温度上昇が飽和状態になるまでは、数時間かかることが読み取れる。風冷ファンが稼動している状態でトランスに電流が印加された場合、巻線の上昇温度は、温度上昇が飽和状態になっても許容上昇温度を超えることはない。それに対し、風冷ファンが停止している状態でトランスに電流が印加された場合は、トランスに電流が印加されてから、数時間（例えば、図２のように約２時間）経過後に巻線の上昇温度が許容上昇温度を超える。換言すると、トランスに電流が印加されてから数時間の間は、巻線の上昇温度が許容上昇温度よりも低い値となる。

このような巻線の温度特性を踏まえて、本実施形態における風冷式トランスは、トランスに印加される電流値を積分することにより巻線の推定上昇温度を算出し、その推定上昇温度に基づいて風冷ファンを制御する。

例えば、トランスに印加される電流を電流検出器により検出した場合、その検出された検出電流値を時間で積分した値は、巻線の推定上昇温度に相当する。すなわち、本実施形態では、前記積分値と巻線における許容上昇温度とを比較して、巻線の推定上昇温度が前記許容上昇温度よりも高い場合のみ風冷ファンを稼動し、巻線の推定上昇温度が前記許容上昇温度よりも低い場合は風冷ファンを停止できる風冷式トランスが適用される。

［実施例］
図２は、本実施例に係る風冷式トランスの構成図である。図２において、符号４は交流電源、符号５はこの交流電源４から出力される電流を必要に応じて遮断する遮断器（例えば、電磁接触器）を示すものである。

前記交流電源４から出力された電流は、遮断器（例えば、電磁接触器）５および後述する電流検出器ＣＴを介してトランス１に印加され、このトランス１によって電圧が変圧されて負荷６に入力される。前記トランス１は、電源４から出力された電流が巻線３に印加されて温度が上昇するものの、風冷ファン２から冷却風が供給されることにより温度上昇が抑制される。

風冷ファン制御回路７は、図２に示すように、トランス１に印加される電流値を検出する電流検出器ＣＴと、前記電流検出器ＣＴにより検出された検出電流値に係る第一減算回路８と、この第一減算回路８で算出された値を時間で積分する積分回路９と、この積分回路９で算出された値に係る第二減算回路１０と、この第二減算回路１０で算出された値に係るコンパレータ１１と、を主として構成される。

前記第一減算回路８においては、電流検出器ＣＴにより検出された検出電流値から、時間経過に伴う巻線３の温度降下を電圧値に換算したバイアス電圧（以下、自冷バイアス電圧と称する）ＶＢ１、および風冷ファン２から冷却風を供給することによる巻線３の温度降下を電圧値に換算したバイアス電圧（以下、風冷バイアス電圧と称する）ＶＢ２が減算される。なお、風冷ファン２停止時に風冷バイアス電圧ＶＢ２を遮断するための開閉器１２が備えられる。これにより、風冷ファン２停止時には、第一減算回路８において、前記検出電流値から自冷バイアス電圧ＶＢ１のみが減算される。

前記第一減算回路８で算出された値は、積分回路９において時間で積分され、その積分値が第二減算回路１０に出力される。前記の積分値は巻線３の推定上昇温度に相当する。

次に、第二減算回路１０において、前記積分回路９で算出された推定上昇温度から、許容上昇温度を電圧値に換算したバイアス電圧（以下、許容上昇温度バイアス電圧）ＶＢ３が減算され、その減算された値がコンパレータ１１に出力される。コンパレータ１１の一方の入力端子には前記第二減算回路１０で算出された値が入力され、他方の入力端子には０が入力される。その結果、第二減算回路１０で算出された値が０よりも大きい場合に、風冷ファン２に対して稼動指令が出力され、第二減算回路１０で算出された値が０よりも小さい場合には、風冷ファン２に対して停止指令が出力される。なお、上記の第二減算回路１０およびコンパレータ１１においては、推定上昇温度と許容上昇温度とが比較できればよいため、第二減算回路１０を省略し、コンパレータ１２の一方の入力端子に推定上昇温度を入力し、他方の入力端子に許容上昇温度を入力する構成でもよい。

ここで、本実施例に係る風冷式トランスの動作例において、巻線３の温度特性例に基づいて説明する。図３は、電圧印加時における巻線３の温度特性を示すグラフである。

図３に示すように、トランス１に電流が印加されると時間経過と共に巻線３の温度が上昇し始め、数時間経過後（例えば、図示のように約２時間経過後）に巻線３の上昇温度が許容上昇温度に達する。巻線３の上昇温度が許容上昇温度に達した時点で風冷ファン２に稼動指令が出力され、風冷ファン２からトランス１に対して冷却風が供給されることにより、巻線３の上昇温度が低下し始める。そして、さらに冷却風が供給されてから数時間経過後（例えば、図示のように約６時間経過後）に、巻線３の上昇温度が許容上昇温度よりも低くなる。巻線３の上昇温度が許容上昇温度よりも低くなった時点で、風冷ファン２に停止指令を出力して停止させる。

このように制御することによって、風冷ファン２における稼働時間を短縮し風冷ファン２における寿命の長期化が可能となり、風冷ファン２の回転に伴う電力消費および騒音を抑制することも可能となる。また、本実施例のように構成することにより、発熱する部位が複数ある装置の場合においても、トランス１のみの上昇温度を算出することが可能となり、細かな温度制御を実現できる。さらに、本実施例においては、トランスに対する負荷の状態が予測できない装置や負荷を停止することができない装置においても、適用することが可能となる。また、温度センサが不要になるため、風冷式トランスの低コスト化を実現することができる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、本実施例においては、巻線３の推定上昇温度が許容上昇温度以下の場合は、風冷ファン２の稼動を停止する構成について詳細に説明したが、巻線３の推定上昇温度に基づき風冷ファン２の回転数を制御することも可能である。

風冷式トランスにおける巻線３の温度特性を示すグラフ。 本実施例における風冷式トランスおよびその風冷式トランスを適用した系統図。 本実施例の風冷式トランスにおける巻線３の温度特性を示すグラフ。 一般的な風冷式トランスの構成図。

符号の説明

１…トランス
２…風冷ファン
３…巻線
８…第一減算回路
１０…積分回路
１１…第二積分回路
１２…コンパレータ
ＣＴ…電流検出器
ＶＢ１…自冷バイアス電圧
ＶＢ２…空冷バイアス電圧
ＶＢ３…許容上昇温度バイアス電圧

Claims (5)

1. トランスに対して冷却風を送風するための風冷ファンを備え、
   前記冷却風でトランスの巻線における温度上昇を抑制することにより、巻線の上昇温度が許容上昇温度よりも高温になることを抑制する風冷式トランスであって、
   前記トランスに印加される電流値を積分することにより巻線の推定上昇温度を算出し、前記推定上昇温度に基づいて風冷ファンを制御することを特徴とする風冷式トランス。
2. 前記推定上昇温度と許容上昇温度とを比較して風冷ファンを制御することを特徴とする請求項１記載の風冷式トランス。
3. 前記風冷ファンを制御する際に、前記推定上昇温度と許容上昇温度とを比較し、推定上昇温度のほうが高い場合は風冷ファンを稼動し、推定上昇温度のほうが低い場合は風冷ファンを停止させることを特徴とする請求項１または２記載の風冷式トランス。
4. トランスに印加される電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器により検出された検出電流値から自冷バイアス電圧を減算して出力し、風冷ファンが運転されている場合は更に風冷バイアス電圧を減算して出力する第一減算回路と、
   前記第一減算回路から出力された値を時間で積分し、トランスの巻線における推定上昇温度を算出する積分回路と、
   前記推定上昇温度から巻線の許容上昇温度を減算する第二減算回路と、
   前記第二減算回路から出力された値と０とを比較するコンパレータと
   前記コンパレータからの出力により制御される風冷ファンと、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載の風冷式トランス。
5. トランスに印加される電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器により検出された検出電流値から自冷バイアス電圧を減算して出力し、風冷ファンが運転されている場合は更に風冷バイアス電圧を減算して出力する第一減算回路と、
   前記第一減算回路から出力された値を時間で積分し、トランスの巻線における推定上昇温度を算出する積分回路と、
   前記推定上昇温度と巻線の許容上昇温度とを比較するコンパレータと、
   前記コンパレータからの出力により制御される風冷ファンと、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載の風冷式トランス。

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