JP2014511035A - 三相４８パルス整流器用変圧器 - Google Patents

Abstract

三相４８パルス整流器用変圧器は、弁側出力巻線を介して移相された２つの２４パルス整流器用変圧器から構成される。各２４パルス整流器用変圧器は２組の網側入力巻線および４組の弁側出力巻線を含む。２組の網側入力巻線は並列に接続され、軸線方向に離間配置される。４組の弁側出力巻線のうち、２組の弁側出力巻線は１組の網側入力巻線に対応して放射状に離間配置され、他の２組の弁側出力巻線もまた、他の組の網側入力巻線に対応して放射状に離間配置される。放射状に離間された２組の弁側出力巻線および放射状に離間された他の２組の弁側出力巻線は、軸線方向に離間配置される。２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線は互いに対して移相される。このようにして、２つの２４パルス整流器用変圧器の８組の弁側出力巻線の電圧に７．５°の均等な差が生じ、２つの２４パルス整流器用変圧器の８組の弁側出力巻線は整流器に対応して接続され、整流器によって生じる高調波電流を低減するだけでなく、整流器の負荷容量をも改善する、均等な４８パルス整流器用変圧器を形成する。

Description

本発明は整流器用変圧器に関し、特に、可変流に使用するための整流器用変圧器に関する。

整流器用変圧器および整流器は一般的に、ＡＣ電源をＤＣ電源に変換するために、既存の技術において整流回路を形成するのに使用される。図１は、既存の技術の６パルス波ブリッジ整流器回路図である。図１に示す通り、整流器用変圧器および整流器は整流器ユニットを形成する。交流周期または３６０°の位相内で、ＤＣ電圧Ｖｄｃは６つのパルスリップルを含み、各リップルの位相間隔は６０°である。整流中に、整流器は大量の高調波電流を電力網に伝達する。電力網に伝達される高調波電流を低減するために、効果的な方法の１つは、複数の整流器ユニットを並列に接続することであり、そこで、各変圧器の弁側電圧は移相され、並列に接続された整流器間の高調波電流は電力網側で相互に打ち消し合うことができる。２つのユニットで１２パルス整流が形成され、４つのユニットで２４パルス整流が形成され、８つのユニットで４８パルス整流が形成され、等々となる。

図２は、既存の技術における並列に接続された２つの６パルス波ブリッジ整流器ユニットの１２パルス整流器の回路構成図である。図２に示す通り、弁側巻線Ｌ１（０°）の電圧と弁側巻線Ｌ２（３０°）の電圧との間の位相角差は、並列に接続された２つの整流器ユニットから構成された１２パルス整流では３０°である。交流周期内にＤＣ電圧Ｖｄｃは１２のパルスリップルを含み、各リップルの位相間隔は３０°である。整流器ユニットを並列に接続した場合、弁側巻線の位相角電圧差（異なる電圧位相角によって生じる）は、並列接続ユニット間に環状電流（６倍の電力周波数）を発生させる。位相角電圧差によって生じるこの種の環状電流は、整流器の正常な作動に影響を及ぼし、あるいはそれを阻害する。図２のバランスリアクトルＩ‐Ｔは、位相角電圧差によって生じる環状電流を低減させるための効果的な方法の１つである。

別の種類の１２パルス整流モードとして、２つの整流器ユニットの直列接続がある。並列接続整流モードと比較して、直列接続整流モードは整流器間の並列接続環状電流を生じないが、直列接続整流器の抵抗損失は１００％増大するので、直列接続整流モードは実際にはあまり使用されない。

図３は、既存の技術における１つの変圧器（単相、鉄心は図示せず）の軸線方向に離間された２組の弁側出力巻線の概略図である。図３に示す通り、１つの変圧器は２組の弁側出力巻線を含み、ここでＬ１およびＬ２は放射状（半径方向）に離間された２組の弁側出力巻線であり、Ｈは網側入力巻線であり、したがって整流器用変圧器のコストおよび変圧器の床面積は両方とも低減される。しかし、同一鉄心の２組の弁側出力巻線については、Ｌ１およびＬ２がそれぞれ星形および三角形に結線された場合、星形および三角巻線の巻数を整数とみなすことによって生じる変圧比電圧差（星形および三角巻線の電圧偏差１：√３）は、並列接続整流器の間に別の種類の環状電流（直流）を生成する。図３に示す通り、Ｌ１およびＬ２は放射状（半径方向）に離間された巻線であり、放射状に離間された弁側巻線の間の磁気漏れインピーダンス（変圧比電圧差から並列接続環状電流が発生するのを制限するインピーダンス）は小さく、したがって大きい変圧比電圧差環状電流を容易にもたらす。変圧比電圧差環状電流は、並列接続整流器間の電流不均衡（または不等性）を生じる。一方では、電流不均衡は並列接続整流装置の動作能力を低減させ、他方では、網側の５次および７次高調波電流は相互に完全には打ち消し合うことができず、打ち消されない５次および７次高調波電流は依然として電力網に伝達される。したがって、変圧比電圧差環状電流は、並列接続整流器ユニットの設計および製造において低減しかつ制御しなければならない。

図４は、既存の技術における軸線方向に離間された１つの変圧器の２組の弁側出力巻線の概略図である（単相、鉄心は図示せず）。図４に示す通り、変圧器の２組の弁側出力巻線の構造は、軸線方向に離間された巻線である。図４におけるＬ１およびＬ２は、２組の弁側の軸線（円の中心軸）方向に離間された出力巻線であり、Ｈは並列接続軸線方向に離間された網側の入力巻線である。軸線方向に離間された弁側の巻線間の磁気漏れインピーダンスは大きく、変圧比電圧差および位相角電圧差によって生じる環状電流を効果的に制限することができる。

地下鉄牽引のためのＤＣ１５００Ｖ電源の整流器用変圧器は、軸線方向に二重離間された巻線を使用する。各整流器用変圧器および２つの整流器が１２パルス整流を形成する。全部で２組の１２パルス整流器ユニットが存在する。整流器用変圧器の網側巻線は、移相コイルを含む。それらにより、２組の１２パルス整流装置の弁側電圧の位相角は１５°だけ移相される。２組の１２パルス整流装置は並列に接続されて２４パルス整流を形成する。図５は、既存の技術における並列に接続された２組の１２パルス整流装置で構成された２４パルス整流回路図である。図５に示す通り、交流周期内に、ＤＣ電圧Ｖｄｃは２４のパルスリップルを含み、各リップルの位相間隔は１５°である。整流器用変圧器の軸線方向に離間された弁側巻線間の磁気漏れインピーダンスは大きく、かつ星形および三角巻線の適切な巻数が選択されるため、並列接続整流器間のバランスリアクトルは使用されないおそれがある。しかし、弁側の星形および三角巻線の変圧比電圧差によって生じる整流器間の環状電流（または電流の不等性）は、２４パルス整流器システムが打ち消されない５次および７次高調波電流を依然として電力網に伝達する原因となる。

現在、４組の弁側巻線を持つ並列接続２４パルス整流から構成され、環状電流および電力網に伝達される高調波電流を効果的に制御（または除去）する１つの整流器用変圧器を実現するための実行可能な技術的スキームは存在しない。主な制約要因は次の通りである。４組の弁側巻線間の放射状に離間された巻線の磁気漏れインピーダンスが小さく、かつ星形および三角巻線の巻数を整数とみなすことによって生じる変圧比電圧差が、整流器間に大きい並列接続環状電流を発生させるので、整流器ユニットが正常に働くことができず、大きい高調波電流を電力網に伝達する。

４８パルス整流のために、現存する方法は、４組の１２パルス整流装置の移相および並列接続を介して４８パルス整流を形成するものである。４組の１２パルス整流装置は、２つの弁側出力巻線を持つ４つの整流器用変圧器を含む。整流器用変圧器の床面積および統合エンジニアリングコストの低減は、整流器用変圧器の台数を低減すること、すなわち単一の整流器用変圧器の弁側出力巻線の組数を増大し、かつ同一整流効果を確実にすることによって、行うことができる。

既存の技術の欠点を解消するために、本発明は、整流器によって生じる高調波電流を低減し、かつ整流器の負荷容量を増大するように、２つの並列接続２４パルス整流器用変圧器から構成される１種の三相４８パルス整流器用変圧器を提供することを意図する。

本発明によって提供される三相４８パルス整流器用変圧器は、上記の目的を達成するように、移相した弁側出力巻線を持つ２つの２４パルス整流器用変圧器から構成される。

単一の２４パルス整流器用変圧器は、２組の網側入力巻線および４組の弁側出力巻線を含む。２組の網側入力巻線は並列に接続され、かつ軸線方向に離間されるように配置される。４組の弁側出力巻線のうちの２組の弁側出力巻線は、１組の網側入力巻線と放射状に離間されるように配置され、他の２組の弁側出力巻線もまた、他の１組の網側入力巻線と放射状に離間されるように配置される。相互に放射状に離間された２組の弁側出力巻線は、他の２組の放射状に離間された弁側出力巻線と、軸線方向に離間されるように配置される。

２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線は、２つの２４パルス整流器用変圧器の８組の弁側出力巻線の電圧間の均等な差が７．５°となるように、相互に移相され、２つの２４パルス整流器用変圧器の８組の弁側出力巻線は整流器と対応して接続され、均等な４８パルス整流器用変圧器を形成する。

単一の２４パルス整流器用変圧器の４組の弁側出力巻線は、対称的に移相される。各組の弁側出力巻線は主巻線および移相巻線を含む。放射状に配置された対応する弁側出力巻線間の主巻線の巻数は等しく、移相巻線の巻数は等しい。対称的移相結線方法を用いると、移相角は等しいが、方向は逆である。

単一の２４パルス整流器用変圧器の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧は等しく、それらの間の相互移相角は７．５°である。他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧もまた等しく、それらの間の相互移相角は２２．５°である。４組の弁側出力巻線の間の相互移相角はそれぞれ７．５°、１５°、２２．５°、および１５°である。軸線方向に配置された弁側出力巻線間の移相角は、１５°または等価な４５°である。軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差は、対応する放射状弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しく、かつ移相巻線の巻数が等しいことを前提として、１％未満である。２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線間の相互移相は３０°である。

単一の２４パルス整流器用変圧器の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧は等しく、それらの間の相互移相角は１５°である。他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧も等しく、それらの間の相互移相角は１５°である。４組の弁側出力巻線の間の相互移相角はそれぞれ１５°、１５°、１５°、および１５°である。放射状に配置された弁側出力巻線間の移相角は、１５°または等価な４５°である。軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差は、放射状に配置された対応する弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しく、かつ移相巻線の巻数が等しいことを前提として、１％未満である。２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線間の相互移相は７．５°または２２．５°である。

単一の２４パルス整流器用変圧器の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧は等しく、それらの間の相互移相角は２２．５°である。他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧も等しく、それらの間の相互移相角は２２．５°である。４組の弁側出力巻線の間の相互移相角はそれぞれ２２．５°、７．５°、２２．５°、および７．５°である。軸線方向に配置された弁側出力巻線間の移相角は７．５°である。軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差は、放射状に配置された対応する弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しく、かつ移相巻線の巻数が等しいことを前提として、１％未満である。２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線間の相互移相は１５°または４５°である。

単一の２４パルス整流器用変圧器の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧は等しく、それらの間の相互移相角は７．５°である。他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧も等しく、それらの間の相互移相角は７．５°である。４組の弁側出力巻線の間の相互移相角はそれぞれ７．５°、２２．５°、７．５°、および２２．５°である。軸線方向に配置された弁側出力巻線間の移相角は２２．５°である。軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差が、放射状に配置された対応する弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しく、移相巻線の巻数が等しいことを前提として、１％未満である。２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線間の相互移相は１５°または４５°である。

２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線間の相互移相角は３０°である。他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線間の相互移相角も３０°である。軸線方向に離間された巻線間の移相角は１５°または７．５°である。４組の弁側出力巻線の電圧値の差は０．５％未満である。

単一の２４パルス整流器用変圧器の軸線方向に離間された巻線間の移相角が１５°である場合、４組の弁側出力巻線の間の相互移相角はそれぞれ１５°、１５°、１５°、および１５°であり、均等である。２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線間の相互移相は７．５°または２２．５°である。

２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線は、それぞれ移相されて移相結線され、移相後に、２組の弁側出力巻線の位相角差は３０°である。他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線は、それぞれ移相されて移相結線され、移相後に、２組の弁側出力巻線の位相角差は３０°である。

２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線はそれぞれ三角形および星形に結線され、それらの相互位相角差は３０°である。他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線は両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ＋１５°および−１５°だけ移相され、それらの相互位相角差は３０°である。

単一の２４パルス整流器用変圧器の軸線方向に離間された巻線間の移相角が７．５°である場合、４組の弁側出力巻線の間の相互移相角は、それぞれ２２．５°、７．５°、２２．５°および７．５°であり、均等ではない。２つの２４パルス整流器用変圧器の網側入力巻線間の相互移相は１５°である。

２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線は両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ＋１１．２５°および−１８．７５°だけ移相される。他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線は両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ−１１．２５°および＋１８．７５°だけ移相される。

２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線は両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ＋３．７５°および−２６．２５°だけ移相される。他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線は両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ−３．７５°および＋２６．２５°だけ移相される。

本発明の４８パルス整流器用変圧器は、整流器用変圧器の放射状に離間された弁側巻線間の小さい磁気漏れインピーダンス、星形および三角巻線の巻数を整数とみなすことによって生じる変圧比電圧差によって発生する大きい並列接続環状電流、ならびに電力網への大きい高調波電流の伝達についての技術的問題を解決するために使用することができる。４８パルス整流器用変圧器を使用することによって、整流器によって発生する高調波電流を低減することができ、かつ整流器の負荷容量を増大することができる。網側で、２つの整流器用変圧器から構成される並列接続４８パルス整流器システムの５倍、７倍、１１倍、１３倍、１７倍、１９倍、２３倍、および２５倍の高調波電流を相互に打ち消し合うことができるので、整流器用変圧器の床面積および統合エンジニアリングコストが低減され、あるいは電力網の品質が改善される。

本発明の他の特徴および利点については本明細書で後述するが、幾つかの部分が明細書から明らかになり、あるいは本発明を実現することによって分かるであろう。

本発明をさらによく理解してもらい、本明細書の一部を形成するために、図面を使用する。加えて、本発明を説明するために、本発明の実施例と共に図面を使用するが、それは発明に対するいかなる制限を構成するものではない。

既存の技術における６パルス波ブリッジ整流回路図である。 既存の技術における並列に接続された２つの６パルス波ブリッジ整流器ユニットから構成された１２パルス整流回路図である。 既存の技術における１つの変圧器の２組の放射状に離間された弁側出力巻線の概略図である。 既存の技術における１つの変圧器の２組の軸線方向に離間された弁側出力巻線の概略図である。 既存の技術における２組の１２パルス整流装置から構成され、並列に接続された２４パルス整流回路の図である。 本発明に係る２４パルス整流器用変圧器の４組の弁側出力巻線の概略配置図である。 本発明に係る２４パルス整流器用変圧器の４組の弁側出力巻線の別の概略配置図である。 本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＩの概略図である。 本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＩＩの概略図である。 本発明に係る２４パルス整流器用変圧器の回路図である。 本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＩＩＩの概略図である。 本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＩＶの概略図である。 本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＶの概略図である。 本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＶＩの概略図である。 本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩの概略図である。 本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩＩの概略図である。 本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩＩＩの概略図である。 本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩＶの概略図である。 本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＶの概略図である。 本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＶＩの概略図である。

図面に関連して好適な実施例について記載する。本書に記載する好適な実施例は、本発明を限定するのではなく、単にそれを記載しかつ説明するために使用するだけであることを理解されたい。

本発明の技術的スキームをよりよく理解するために、図２に示す既存の技術における並列接続された１２パルス整流について最初に分析する。図２に示す通り、整流器ユニットを並列に接続した場合、弁側巻線間の異なる移相角によって生じる位相角電圧差が、並列接続整流器の間に環状電流（６倍の電力周波数）を発生させる。一般的に、位相角電圧差によって発生する環状電流を制限するために、バランスリアクトルが使用される。

１つの変圧器（同一鉄心）の２組の弁側巻線はそれぞれ星形および三角形に結線される。星形および三角巻線の巻数を整数とみなすことによって生じる変圧比差（変圧比電圧差）は、２組の整流器の間に別の種類の並列接続環状電流（直流電流）をもたらす。バランスリアクトルはこの種のＤＣ環状電流を制限することができない。一方で、このＤＣ環状電流は、並列接続整流器の不均衡な負荷電流をもたらす。他方で、整流器の電流不均衡のため、網側の５次および７次高調波電流は相互に完全に打ち消し合うことができず、打ち消されなかった５次および７次高調波電流が依然として電力網に伝達される。図３に示す通り、放射状に離間された弁側巻線Ｌ１およびＬ２の磁気結合係数は大きく、したがって環状電流を制限する対応する磁気漏れインピーダンスは小さい。図４に示す通り、軸線方向に離間された弁側巻線Ｌ１およびＬ２の磁気結合係数は小さく、従って環状電流を制限する対応する磁気漏れインピーダンスは大きいので、変圧比電圧差によって生じる環状電流は効果的に制限される。

図６は、本発明に係る２４パルス整流器用変圧器の４組の弁側出力巻線の概略配置図である。図７は、本発明に係る２４パルス整流器用変圧器の４組の弁側出力巻線の別の概略配置図である。図６および７に示す通り、本発明に係る２４パルス整流器用変圧器は、２組の網側入力巻線（Ｈ巻線）および４組の弁側出力巻線（単相、図６および図７に鉄心は図示せず）を含む。２組の網側入力巻線は並列に接続され、軸線方向に離間された状態に配置される。４組の弁側出力巻線のうちの２組の弁側出力巻線は、１組の網側入力巻線と対応して放射状に離間配置され、他の２組の弁側出力巻線もまた、他の１組の網側入力巻線と対応して放射状に離間配置される。各組の弁側出力巻線は、主巻線（Ｌ巻線）および移相巻線（Ｓ巻線）を含む。４組の弁側出力巻線はそれぞれＬ１Ｓ１、Ｌ２Ｓ２、Ｌ３Ｓ３、およびＬ４Ｓ４である。Ｌ１Ｓ１は、Ｌ２Ｓ２と相互に放射状に離間配置される。Ｌ３Ｓ３はＬ４Ｓ４と相互に離間配置される。Ｌ１Ｓ１およびＬ２Ｓ２はＬ３Ｓ３およびＬ４Ｓ４と相互に軸線方向に離間配置される。

放射状に離間された巻線Ｌ１Ｓ１およびＬ２Ｓ２の間の主巻線の巻数は等しく、かつ移相巻線の巻数は等しい。すなわち、Ｌ１の巻数はＬ２の巻数と等しく、かつＳ１の巻数はＳ２の巻数と等しい。移相結線モードは対称的であり、移相角は等しいが、方向は逆であるので、それらの電圧変圧比は等しく、かつ変圧比電圧差が無い。したがって、図８に示す辺延長三角移相結線巻線のような、変圧比電圧差によって生じる並列接続ＤＣ環状電流が無い。同様に、放射状に離間された巻線Ｌ３Ｓ３およびＬ４Ｓ４の間の主巻線の巻数は等しく、かつ移相巻線の巻数は等しい。移相結線モードは対称的であり、移相角は等しいが方向は逆であるので、変圧比電圧差が無い。

図８は、Ｚ形移相結線巻線を示す。Ｌ１Ｓ１、Ｌ２Ｓ２、Ｌ３Ｓ３、およびＬ４Ｓ４に適切な移相角を得させるように、主巻線および移相巻線の巻数を選択する。

Ｌ１Ｓ１およびＬ２Ｓ２は相互に軸線方向に離間配置される。Ｌ３Ｓ３およびＬ４Ｓ４もまた相互に軸線方向に離間配置される。軸線方向に離間された巻線間の電圧変圧比が近似するように、例えば変圧比差が１％未満になるように、主巻線および移相巻線の巻数を選択する。軸線方向に離間された巻線間の制限された環状電流の磁気漏れインピーダンスは大きいため、変圧比電圧差によって生じる軸線方向に離間された巻線間の並列接続ＤＣ環状電流は小さく、例えば１０％未満である。

図８は、本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線方法の概略図である。図８に示す通り、Ｌ１Ｓ１およびＬ２Ｓ２はそれぞれ＋３．７５°および−３．７５°だけ移相し、Ｌ１Ｓ１とＬ２Ｓ２との間の位相角差は７．５°であり、この７．５°は４８パルス整流の単一パルスの間隔角度である。図８に示す通り、Ｌ３Ｓ３およびＬ４Ｓ４はそれぞれ＋１１．２５°および−１１．２５°だけ移相される。Ｌ３Ｓ３とＬ４Ｓ４との間の位相角差は２２．５°であり、この２２．５°は４８パルス整流の３つのパルスの間隔角度である。４組の弁側巻線の間の位相角差はそれぞれ７．５°、１５°、２２．５°、および１５°である。すなわち、Ｌ１Ｓ１とＬ２Ｓ２との間の位相角差は７．５°であり、Ｌ２Ｓ２とＬ３Ｓ３との間の位相角差は１５°であり、Ｌ３Ｓ３とＬ４Ｓ４との間の位相角差は２２．５°であり、Ｌ４Ｓ４とＬ１Ｓ１との間の位相角差は１５°である。三相ブリッジ整流では、６０°は等価的繰返し周期であり、７．５°および−５５°の位相角差を持つ巻線または２２．５°および−３７．５°の位相角差を持つ巻線は、それぞれ等価な整流効果を有する。不均等に対称的に移相された４組の弁側巻線は、不均等な移相角を持つ２４パルス整流を形成することができる。不均等な移相角を持つ２４パルス整流は、網側の５次および７次高調波電流を完全に打ち消すことができない。加えて、変圧比電圧差のＤＣ環状電流によって生じる５次および７次高調波電流が、網側に伝達される。

図９は、本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の別の結線方法の概略図である。図９に示す通り、Ｌ１Ｓ１とＬ２Ｓ２との間の位相角差は３７．５°であり、それは２２．５°と等しい整流効果を有する。Ｌ３Ｓ３とＬ４Ｓ４との間の位相角差は７．５°であり、４組の弁側巻線の間の位相角差はそれぞれ２２．５°、１５°、７．５°、および１５°である。

図１０は、本発明に係る２４パルス整流器用変圧器の回路図である。図１０に示す通り、２４パルス整流器の回路は、図９に示した不均等な対称的位相角を有する弁側巻線を持つ２４パルス整流器用変圧器を使用し、それを整流器と接続して、不均等な移相角を持つ２４パルス整流を形成する。

図１１は、本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＩＩＩの概略図である。図１２は、本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＩＶの概略図である。本発明に係る各々の単一２４パルス整流器用変圧器の放射状に離間された弁側出力巻線間の移相角は３０°である。すなわち、Ｌ１Ｓ１とＬ２Ｓ２との間の移相角は３０°であり、Ｌ３Ｓ３とＬ４Ｓ４との間の移相角は３０°である。放射状に離間された弁側出力巻線間の移相角は３０°に選択される。これは、２つの巻線の各位相の磁気漏れインダクタンスが等しく、各位相のターンオン時間シーケンスおよび間隔もこのときに同一であるので、放射状に離間された巻線の対応する整流電流が均衡しかつ等しくなるようにである。

図１１または図１２に示す移相結線方法およびおよび移相角を使用することによって、軸線方向に離間された巻線（Ｌ１Ｓ１およびＬ２Ｓ２）ならびに（Ｌ３Ｓ３およびＬ４Ｓ４）は相互に１５°だけ移相される。このとき、Ｌ１Ｓ１とＬ３Ｓ３との間の位相角差は１５°であり、Ｌ３Ｓ３とＬ２Ｓ２との間の位相角差は１５°であり、Ｌ２Ｓ２とＬ４Ｓ４との間の位相角差は１５°であり、かつＬ４Ｓ４とＬ１Ｓ１との間の位相角差は４５°である（６０°は整流等価的繰返し周期であり、４５°の位相角は１５°の位相角と同じ効果を有する）。４組の弁側巻線の間の位相角差は均等である。次の表は、図３に対応する４組の弁側巻線の巻数、移相角等を含むパラメータを示す。４組の巻線の等価巻数の偏差は０．０３％未満である。また、表における移相角と図に規定された移相角との間にも特定の偏差が存在する。

図１３は、本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＶの概略図である。図１４は、本発明に係る弁側主巻線および移相巻線の結線モードＶＩの概略図である。図１３および図１４に示す通り、対応する放射状に離間された弁側巻線の間の移相角は全て３０°である。すなわち、Ｌ１Ｓ１とＬ２Ｓ２との間の位相角差は３０°であり、Ｌ３Ｓ３とＬ４Ｓ４との間の位相角差は３０°である。対応する軸線方向に離間された巻線（Ｌ１Ｓ１およびＬ２Ｓ２）ならびに（Ｌ３Ｓ３およびＬ４Ｓ４）は相互に７．５°だけ移相される。例えば、図１３に示す通り、Ｌ１Ｓ１とＬ３Ｓ３との間の位相角差は２２．５°であり、Ｌ３Ｓ３とＬ２Ｓ２との間の位相角差は７．５°であり、Ｌ２Ｓ２とＬ４Ｓ４との間の位相角差は３７．５°であり（３７．５°は２２．５°と同じ効果を有する）、かつＬ４Ｓ４とＬ１Ｓ１との間の位相角差は７．５°である。４組の弁側巻線の間の位相角差は均等ではない。４組の弁側巻線の間で不均等な移相角が使用されることで、主巻線および移相巻線の巻数の選択についてより多くのスキームがもたらされ、かつ同様に均等な４８パルス整流器用変圧器を形成することができる。次の表は、図１７に対応する４組の弁側巻線の巻数、移相角等を含むパラメータを示す。４組の巻線の等価巻数の偏差は０．２１％未満である。また、表における移相角と図に規定する移相角との間にも特定の偏差が存在する。

図１５は、本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩの概略図である。図１５は、不均等な対称的移相角を有する弁側巻線を持つ２つの２４パルス整流器用変圧器を示す。変圧器の網側巻線はそれぞれ移相され、それらの間の移相角は３０°である。このとき、８組の弁側巻線の間の均等な位相角間隔は７．５°である。すなわち、４８パルス整流の単一リップルの位相間隔は７．５°である。図１５に示す通り、巻線は整流器と並列に接続されて、均等に対称な４８パルス整流器システムを形成する。各変圧器の網側は、打ち消すことのできない５次および７次高調波電流を含むが、２つの変圧器の網側巻線は相互に３０°だけ移相されるので、２つの変圧器の間の５次および７次高調波電流は相互に完全に打ち消し合うことができ、４８パルス整流器システムは５次または７次高調波電流を電力網に伝達しない。本発明に係る整流器用変圧器から構成される４８パルス整流器システムは、電力網に伝達される５倍、７倍、１１倍、１３倍、１７倍、１９倍、２３倍、および２５倍の高調波電流を除去することができる。

本発明の２４パルス整流器用変圧器によって採用される正および負の移相角、すなわち＋３．７５°および−３．７５°、または等価な＋２６．２５°および−２６．２５°、＋７．５°および−７．５°または等価な＋２２．５°および−２２．５°、＋１１．２５°および−１１．２５°または等価な＋１８．７５°および−１８．７５°は、Ｚ形移相結線方法、辺延長三角移相結線方法、および六角移相結線方法または同方法のうちの任意の２つを用いることによって得ることができる。移相結線方法の異なる組合せを使用して、主巻線および移相巻線の異なる巻数を得ることができる。

図９は、辺延長三角移相結線方法を用いて±１８．７５°だけ移相し、かつ六角巻線移相結線方法を用いて±３．７５°だけ移相した後の部分巻数を示す。実際の移相角および変圧比差を次の表に示す。

表に示す通り、軸線方向に離間された弁側巻線の間の巻数の変圧比差は全て１％未満であり、変圧比電圧差によって生じるＤＣ環状電流は低い値に制御することができるので、整流器ユニットの負荷容量に対する影響は小さい。

図１６は、本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩＩの概略図である。図１５は、不均等な対称的移相角を有する弁側巻線を持つ２つの２４パルス整流器用変圧器を示す。変圧器の網側巻線はそれぞれ移相され、それらの間の移相角は２２．５°である。このとき、８組の弁側巻線の間の均等な位相角間隔は１５°である。すなわち、４８パルス整流の単一リップルの位相間隔は１５°である。図１６に示す通り、巻線は整流器と並列に接続されて、均等に対称な４８パルス整流を形成する。

図１７は、本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩＩＩの概略図である。図１５は、不均等な対称的移相角を有する弁側巻線を持つ２つの２４パルス整流器用変圧器を示す。変圧器の網側巻線はそれぞれ移相され、それらの間の移相角は１５°である。このとき、８組の弁側巻線の間の均等な位相角間隔は２２．５°である。すなわち、４８パルス整流の単一リップルの位相間隔は２２．５°である。図１７に示す通り、巻線は整流器と並列に接続されて、均等に対称な４８パルス整流を形成する。

図１８は、本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＩＶの概略図である。図１５は、不均等な対称的移相角を有する弁側巻線を持つ２つの２４パルス整流器用変圧器を示す。変圧器の網側巻線はそれぞれ移相され、それらの間の移相角は１５°である。このとき、８組の弁側巻線の間の均等な位相角間隔は７．５°である。すなわち、４８パルス整流の単一リップルの位相間隔は７．５°である。図１８に示す通り、巻線は整流器と並列に接続されて、均等に対称な４８パルス整流を形成する。

図１９は、本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＶの概略図である。図１９は、図１１に示す結線方法に従って均等に移相された２つの整流器用変圧器から構成された三相４８パルス整流器用変圧器を示す。２つの整流器用変圧器の網側巻線は辺延長三角移相結線方法を使用し、それぞれ＋３．７５°および−３．７５°だけ移相され、網側巻線は相互に７．５°だけ移相される。２つの整流器用変圧器の８組の弁側巻線の間の相互に均等な位相角間隔は７．５°である。すなわち、４８パルス整流電圧の単一リップルの位相間隔は７．５°である。さらに、網側巻線が相互に２２．５°だけ移相された場合、２つの整流器用変圧器の８組の弁側巻線の間の相互に均等な位相角間隔も７．５°である。しかし、整流電流の不均衡によって生じる５次および７次高調波電流は、網側でよりよく打ち消すことができる。

図２０は、本発明に係る４８パルス整流器用変圧器の巻線の結線モードＶＩの概略図である。図２０は、図１３に示した結線方法に従って不均等に移相された２つの整流器用変圧器から構成された三相４８パルス整流器用変圧器を示す。２つの整流器用変圧器の網側巻線は辺延長三角移相結線方法を使用し、それぞれ＋７．５°および−７．５°だけ移相され、網側巻線は相互に１５°だけ移相される。２つの整流器用変圧器の８組の弁側巻線の間の相互に均等な位相角間隔は７．５°である。すなわち、４８パルス整流電圧の単一リップルの位相間隔は７．５°である。

上記の実施例は単なる本発明の好適な実施例であって、本発明を制限するために使用したものではないことを、通常の当業熟練者は理解されるであろう。前述した実施例を参照することによって本発明について詳述したが、当業者は依然として、上述した各実施例で記録した技術的スキームを変更し、あるいは技術的特徴の一部を均等に代替することができる。本発明の精神および原理の範囲内のいかなる変更、均等物、改善等も、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

Claims (13)

1. 移相した弁側出力巻線を持つ２つの２４パルス整流器用変圧器から構成された三相４８パルス整流器用変圧器であって、
   単一の２４パルス整流器用変圧器が２組の網側入力巻線および４組の弁側出力巻線を含み、前記２組の網側入力巻線が並列に接続されかつ軸線方向に離間されて配置され、前記４組の弁側出力巻線のうちの２組の弁側出力巻線が１組の網側入力巻線と対応して放射状に離間配置され、かつ他の２組の弁側出力巻線もまた他の組の網側入力巻線と対応して放射状に離間配置され、相互に放射状に離間された前記２組の弁側出力巻線が、相互に放射状に離間された前記他の２組の弁側出力巻線と軸線方向に離間配置され、
   前記２つの２４パルス整流器用変圧器の８組の弁側出力巻線の電圧間の均等な差が７．５°となるように、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の前記網側入力巻線が相互に移相され、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の８組の弁側出力巻線が整流器と対応して接続されて均等な４８パルス整流器用変圧器を形成する、
   ことを特徴とする三相４８パルス整流器用変圧器。
2. 前記単一の２４パルス整流器用変圧器の４組の弁側出力巻線が対称的に移相され、各組の弁側出力巻線が主巻線および移相巻線を含み、前記放射状に配置された対応する弁側出力巻線の間の前記主巻線の巻数が等しく、前記移相巻線の巻数が等しく、対称的移相結線方法を使用して、前記移相角は等しいが、方向は逆であることを特徴とする、請求項１に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
3. 前記単一の２４パルス整流器用変圧器の前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧が等しく、かつそれらの間の相互移相角が７．５°であり、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧もまた等しく、かつそれらの間の相互移相角が２２．５°であり、前記４組の弁側出力巻線の間の相互移相角がそれぞれ７．５°、１５°、２２．５°、および１５°であり、前記軸線方向に配置された弁側出力巻線間の移相角が１５°または等価な４５°であり、対応する放射状弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しくかつ移相巻線の巻数が等しいことを前提として、前記軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差が１％未満であり、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の前記網側入力巻線間の相互移相角が３０°であることを特徴とする、請求項２に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
4. 前記単一の２４パルス整流器用変圧器の前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧が等しく、かつそれらの間の相互移相角が１５°であり、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧もまた等しく、かつそれらの間の相互移相角が１５°であり、前記４組の弁側出力巻線の間の相互移相角がそれぞれ１５°、１５°、１５°、および１５°であり、前記軸線方向に配置された弁側出力巻線間の移相角が１５°または等価な４５°であり、前記放射状に対応する弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しくかつ移相巻線の巻数が等しいことを前提として、前記軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差が１％未満であり、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の前記網側入力巻線間の相互移相が７．５°または２２．５°であることを特徴とする、請求項２に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
5. 前記単一の２４パルス整流器用変圧器の前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧が等しく、かつそれらの間の相互移相角が２２．５°であり、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧もまた等しく、かつそれらの間の相互移相角が２２．５°であり、前記４組の弁側出力巻線の間の相互移相角がそれぞれ２２．５°、７．５°、２２．５°、および７．５°であり、前記軸線方向に配置された弁側出力巻線間の移相角が７．５°であり、前記放射状に対応する弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しくかつ移相巻線の巻数が等しいことを前提として、前記軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差が１％未満であり、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の前記網側入力巻線間の相互移相が１５°または４５°であることを特徴とする、請求項２に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
6. 前記単一の２４パルス整流器用変圧器の前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線の電圧が等しく、かつそれらの間の相互移相角が７．５°であり、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線の電圧もまた等しく、かつそれらの間の相互移相角が７．５°であり、前記４組の弁側出力巻線の間の相互移相角がそれぞれ７．５°、２２．５°、７．５°、および２２．５°であり、前記軸線方向に配置された弁側出力巻線間の移相角が２２．５°であり、前記放射状に対応する弁側出力巻線間の主巻線の巻数が等しくかつ移相巻線の巻数が等しいことを前提として、前記軸線方向に離間された弁側出力巻線の巻数の変圧比差が１％未満であり、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の前記網側入力巻線間の相互移相が１５°または４５°であることを特徴とする、請求項２に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
7. 前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線間の移相角が３０°であり、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側巻線間の移相角もまた３０°であり、前記軸線方向に離間された巻線間の移相角が１５°または７．５°であり、前記４組の弁側出力巻線の電圧値の差が０．５％未満であることを特徴とする、請求項１に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
8. 前記単一の２４パルス整流器用変圧器の前記軸線方向に離間された巻線の相互移相角が１５°であるときに、前記４組の弁側出力巻線の間の相互移相角がそれぞれ１５°、１５°、１５°、および１５°であって均等であり、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の前記網側入力巻線間の相互移相が７．５°または２２．５°であることを特徴とする、請求項７に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
9. 前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線が両方ともそれぞれ移相されて移相結線され、移相後に、前記２組の弁側出力巻線の位相角差が３０°であり、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線が両方ともそれぞれ移相されて移相結線され、移相後に、前記２組の弁側出力巻線の位相角差が３０°であることを特徴とする、請求項８に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
10. 前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線がそれぞれ三角形および星形に結線され、かつそれらの相互位相角差が３０°であり、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線が両方とも辺延長三角結線され、かつそれぞれ＋１５°および−１５°だけ移相され、それらの相互位相角差が３０°であることを特徴とする、請求項８に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
11. 前記単一の２４パルス整流器用変圧器の前記軸線方向に離間された巻線の相互移相角が７．５°であるときに、前記４組の弁側出力巻線の間の相互移相角がそれぞれ２２．５°、７．５°、２２．５°、および７．５°であって均等ではなく、前記２つの２４パルス整流器用変圧器の前記網側入力巻線間の相互移相が１５°であることを特徴とする、請求項７に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
12. 前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線が両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ＋１１．２５°および−１８．７５°だけ移相され、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線が両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ−１１．２５°および＋１８．７５°だけ移相されることを特徴とする、請求項１１に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
13. 前記２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線が両方とも辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ＋３．７５°および−２６．２５°だけ移相され、前記他の２組の対応する放射状に離間された弁側出力巻線が辺延長三角形に結線され、かつそれぞれ−３．７５°および＋２６．２５°だけ移相されることを特徴とする、請求項１１に記載の三相４８パルス整流器用変圧器。
    

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