JP2018159604A - 鉄損予測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2では、中央脚において磁束波形歪みが大きいことが指摘されており、中央脚部の鉄損を他の部分よりも小さくすることで変圧器鉄損が効果的に低減することが示されている。
磁束波形歪みは、脚部およびヨーク部の幅方向端部で大きかった。さらに詳細に見ると、図1に示すように、歪んだ波形は正弦波に対し台形状となっていることが知見された。
なお、上記式(1)における(dB/dt)は局所磁束密度B(T)を時間t(秒)で微分した値、(dB/dt)rmsは(dB/dt)の二乗平均の値、(dB/dt)aveは(dB/dt)の単純平均の値を指す。
1.複数枚の方向性電磁鋼板を積層してなる三相三脚型の変圧器用鉄心の鉄損予測方法であって、
鉄心内で局所的に生じる、鉄心非接合部における磁束波形歪みによる鉄損増分、鉄心非接合部における回転磁束による鉄損増分および鉄心接合部における鉄損増分を予測し、
予測された前記鉄損増分と、前記鉄心を構成する方向性電磁鋼板を圧延方向に正弦波励磁した場合の鉄損とから、前記鉄心非接合部における予測局所鉄損値および前記鉄心接合部における予測局所鉄損値を算定することにより鉄心全体の鉄損値を予測する、鉄損予測方法。
前記鉄心非接合部のうち脚部およびヨーク部の幅Wに対する幅方向両端のそれぞれから1/10〜1/4Wまでの範囲においては、前記磁束波形歪みによる鉄損増分と鉄心を構成する方向性電磁鋼板を圧延方向に正弦波励磁した場合の鉄損とを足し合わせることで予測し、かつ、
その残部である前記脚部およびヨーク部の幅方向中央部の2/4〜8/10Wの範囲においては、前記回転磁束による鉄損増分と鉄心を構成する方向性電磁鋼板を圧延方向に正弦波励磁した場合の鉄損とを足し合わせることにより予測する、
上記1に記載の鉄損予測方法。
前記鉄心非接合部の局所磁束波形を実測または予測することにより、下記式(1)に示す波形率を算定し、
前記波形率を有する磁束密度波形が発生するように励磁電圧波形に高調波を重畳した磁束波形下で、鉄心を構成する方向性電磁鋼板の鉄損を測定することにより、予測する、上記1に記載の鉄損予測方法。
記
波形率={(dB/dt)rms/(dB/dt)ave}/1.11 … (1)
ここで、
(dB/dt)rmsは局所磁束密度B(T)を時間(s)で微分した値の二乗平均値、
(dB/dt)aveは局所磁束密度B(T)を時間(s)で微分した値の単純平均値である。
前記鉄心非接合部の局所磁束波形を実測または予測することにより、鉄心を構成する方向性電磁鋼板の圧延直交方向の最大磁束密度を算定し、
圧延直交方向に前記最大磁束密度となるような二次元の楕円磁化を発生した状態で、鉄心を構成する方向性電磁鋼板の鉄損を測定することにより、予測する、上記1に記載の鉄損予測方法。
[磁束波形歪みによる鉄損増分]
磁束波形歪みによる鉄損増分の予測に使用される、変圧器鉄心内での局所の磁束密度波形(局所磁束波形)を得る方法について述べる。局所磁束波形は、励磁中の鉄心について、上述の探針法や、探りコイル法など、既知の方法で実測することができる。局所磁束波形の測定の際には、鉄心幅や鉄心長さに対して十分に狭い領域を測定する(探針法では探針間隔、探りコイルではコイル大きさ)。具体的には、鉄心幅方向の1/10以下程度の大きさが好ましい。鉄心内で磁束波形は様々に変化しており、大きい領域で測定すると、磁束波形が平均化されてしまい、正確な磁束波形が把握できない。また、局所磁束波形を把握するのに、材料磁化特性、鉄心形状、および設計を考慮した電磁界解析などによる計算予測も使用することができる。
波形率={(dB/dt)rms/(dB/dt)ave}/1.11 … (1)
ここで、(dB/dt)は局所磁束密度B(T)を時間t(s)で微分した値、(dB/dt)rmsは(dB/dt)の二乗平均の値、(dB/dt)aveは(dB/dt)の単純平均の値を指す。
主として励磁される方向と直交する方向(方向性電磁鋼板を用いた変圧器鉄心では圧延直交方向)における磁束密度最大値を、鉄心内の各場所において算定する。
磁束波形歪みは、鉄心非接合部のうち脚部およびヨーク部の幅方向端部において主に発生する。よって、鉄心非接合部のうち脚部およびヨーク部の幅方向Wに対する幅方向両端のそれぞれから1/10〜1/4Wまでの範囲においては、磁束波形歪みによる鉄損増分と鉄心を構成する方向性電磁鋼板を圧延方向に正弦波励磁した場合の鉄損を足し合わせることにより、脚部およびヨーク部の幅方向端部の予測局所鉄損値Xを求めることとしてもよい。
上記予測局所鉄損値Xと予測局所鉄損値Yとを足し合わせることにより鉄心非接合部における予測局所鉄損値を算出することができる。
接合部における鉄損増分を予測する指標となる、鉄心におけるヨーク中央部の磁束波形とは、図4の図中に示すように、ヨーク部の脚間の中央部の磁束波形を指す。ヨーク中央部の圧延直交方向の最大磁束密度から、接合部全箇所の平均の鉄損増分を予測することができる。
さらに、このようにして得られた所定の箇所における予測局所鉄損値のそれぞれを用いて、各箇所の重量に基づいて加重平均することにより、変圧器鉄心全体の鉄損を予測することができる。
表1に示す異なる素材鉄損W17/50を有する板厚0.23mm厚の方向性電磁鋼板を、図4に示す鉄心形状A、B、およびCを構成するように、スリット・斜角剪断加工を行い、その斜角材を積層すると共に、巻線を施し、三相積構造の変圧器鉄心を作製した。
鉄心接合部については、上記の接合部において発生する鉄損増分予測値に素材鉄損を足し合わせることにより予測局所鉄損値を求めた。
このように各要因での鉄損増分予測値に素材鉄損を足し合わせ、各箇所の重量に基づいて加重平均し、変圧器鉄心全体での予測変圧器鉄損を求めた。
実施例1に記載の種々の変圧器鉄心について、鉄心非接合部における鉄損増分予測値を求めるにあたり、素材鉄損に磁束波形歪みによる鉄損増分を足し合わせる範囲(図10における局所領域B)と、素材鉄損に磁化回転による鉄損増分を足し合わせる範囲(図10における局所領域A)との境界位置を、0〜1/2Wで変化させて、予測変圧器鉄損を求めた。パワーメータを用いて測定した実測変圧器鉄損と予測変圧器鉄損の値を比較し、最大誤差を評価した。その結果を図13に示す。境界位置を1/10〜1/4Wとした時に、最大誤差が小さくなり、変圧器鉄損を予測するのに好適であった。
Claims (5)
- 複数枚の方向性電磁鋼板を積層してなる三相三脚型の変圧器用鉄心の鉄損予測方法であって、
鉄心内で局所的に生じる、鉄心非接合部における磁束波形歪みによる鉄損増分、鉄心非接合部における回転磁束による鉄損増分および鉄心接合部における鉄損増分を予測し、
予測された前記鉄損増分と、前記鉄心を構成する方向性電磁鋼板を圧延方向に正弦波励磁した場合の鉄損とから、前記鉄心非接合部における予測局所鉄損値および前記鉄心接合部における予測局所鉄損値を算定することにより鉄心全体の鉄損値を予測する、鉄損予測方法。 - 前記鉄心非接合部における予測局所鉄損値を求めるにあたり、
前記鉄心非接合部のうち脚部およびヨーク部の幅Wに対する幅方向両端のそれぞれから1/10〜1/4Wまでの範囲においては、前記磁束波形歪みによる鉄損増分と鉄心を構成する方向性電磁鋼板を圧延方向に正弦波励磁した場合の鉄損とを足し合わせることで予測し、かつ、
その残部である前記脚部およびヨーク部の幅方向中央部の2/4〜8/10Wの範囲においては、前記回転磁束による鉄損増分と鉄心を構成する方向性電磁鋼板を圧延方向に正弦波励磁した場合の鉄損とを足し合わせることにより予測する、
請求項1に記載の鉄損予測方法。 - 前記磁束波形歪みによる鉄損増分は、
前記鉄心非接合部の局所磁束波形を実測または予測することにより、下記式(1)に示す波形率を算定し、
前記波形率を有する磁束密度波形が発生するように励磁電圧波形に高調波を重畳した磁束波形下で、鉄心を構成する方向性電磁鋼板の鉄損を測定することにより、予測する、請求項1に記載の鉄損予測方法。
記
波形率={(dB/dt)rms/(dB/dt)ave}/1.11 … (1)
ここで、
(dB/dt)rmsは局所磁束密度B(T)を時間(s)で微分した値の二乗平均値、
(dB/dt)aveは局所磁束密度B(T)を時間(s)で微分した値の単純平均値である。 - 前記回転磁束による鉄損増分は、
前記鉄心非接合部の局所磁束波形を実測または予測することにより、鉄心を構成する方向性電磁鋼板の圧延直交方向の最大磁束密度を算定し、
圧延直交方向に前記最大磁束密度となるような二次元の楕円磁化を発生した状態で、鉄心を構成する方向性電磁鋼板の鉄損を測定することにより、予測する、請求項1に記載の鉄損予測方法。 - 前記鉄心接合部における鉄損増分は、鉄心のヨーク中央部における圧延直交方向の最大磁束密度に基づいて予測する、請求項1に記載の鉄損予測方法。
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