JP2557913B2 - 辺延長三角結線変圧器 - Google Patents

辺延長三角結線変圧器

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JP2557913B2
JP2557913B2 JP62282183A JP28218387A JP2557913B2 JP 2557913 B2 JP2557913 B2 JP 2557913B2 JP 62282183 A JP62282183 A JP 62282183A JP 28218387 A JP28218387 A JP 28218387A JP 2557913 B2 JP2557913 B2 JP 2557913B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は辺延長三角結線された巻線を有する変圧器に
関するものである。
[従来の技術] 辺延長三角結線は単巻変圧器用としてよく用いられる
が、整流器等の大電流電源用の2巻線変圧器や3巻線変
圧器の1次側にもしばしば用いられ、その場合、辺延長
三角結線された巻線にタップが設けられる。
従来の辺延長三角結線されたタップ付き1次巻線とし
て、第3図ないし第6図にそれぞれ示すタイプIないし
IVの巻線が知られている。以下に5タップの場合を例に
とって説明する。
(a)タイプI 第3図に示したように、3相の巻線X,Y及びZのそれ
ぞれの一端x1,y1及びz1からv相、w相及びu相の1次
端子V,W及びUを引出し、巻線X,Y及びZにそれぞれタッ
プ1x〜5x、1y〜5y及び1z〜5zを設けて、これらのタップ
の内から選択された1つのタップをそれぞれ隣接相の巻
線の他端に接続することにより、辺延長三角結線された
1次巻線を構成したものである。この場合、2次巻線は
1次巻線X〜Zにそれぞれ磁気結合させて設けられる。
この例では、タップ1x〜1zが最高タップ(2次側の電
圧が最も低くなるタップ)であり、タップ5x〜5zが最低
タップ(2次側の電圧が最も高くなるタップ)である。
第3図に示した変圧器は、最低タップ側にタップを切
換えることにより星形結線に近付け、最高タップ側にタ
ップを切換えることにより三角結線に近付けて電圧調整
を行うものである。この変圧器において仮に各相の巻線
全体に端から端までタップを設けたとすると、最低タッ
プを選択した極限状態で完全な星形結線となり、最高タ
ップを選択した極限状態で完全な三角結線となる。
(b)タイプII 第4図に示したように、3相変圧器の1次巻線を構成
する3相の巻線をそれぞれ互いに直列に接続される三角
結線用線部Xa,Ya及びZaと延長用巻線部Xb,Yb及びZbとに
分けて三角結線用巻線部Xa,Ya及びZa側にタップを設け
たもので、この例では、三角結線用巻線部Xa,Ya及びZa
にそれぞれの一端側から他端側に順次並ぶタップ1x〜5
x,1y〜5y及び1z〜5zを設けてある。そして各相の三角結
線用巻線部の選択したタップを延長用巻線部の一端とと
もに隣接相の三角結線用巻線部の他端に接続して辺延長
三角結線された1次巻線を構成している。この例におい
ては、タップ1x〜1zが最高タップであり、タップ5x〜5z
が最低タップである。
(c)タイプIII 第5図に示したように、1次巻線を構成する3相の巻
線を同じく三角結線用巻線部Xa,Ya及びZaと延長用巻線X
b,Yb及びZbとに分けて延長用巻線部Xb,Yb及びZb側にタ
ップを設けたもので、この例では、延長用巻線部Xb,Yb
及びZbにそれぞれの一端側から他端側に順次並ぶタップ
1x〜5x,1y〜5y及び1z〜5zを設けてある。そして各相の
延長用巻線部の選択したタップを三角結線用巻線部の一
端とともに隣接相の三角結線用巻線部の他端に接続して
辺延長三角結線された1次巻線を構成している。この例
においても、タップ1x〜1zが最高タップであり、タップ
5x〜5zが最低タップである。
(d)タイプIV タイプIVの巻線は、特開昭62−61306号に示されたも
ので、第6図のように、同じく1次巻線を構成する3相
の巻線を三角結線用巻線部Xa,Ya,Zaと延長用巻線部Xb,Y
b,Zbとに分けた上で、三角結線用巻線部Xa,Ya,Za及び延
長用巻線部Xb,Yb,Zbのそれぞれに両端巻線の隣合う一端
側から他端側に順次並ぶタップ1xa〜3xa及び1xb〜3
xb等を設けたものである。この例では、各相の三角結線
用巻線部のタップと延長用巻線部のタップとを交互に千
鳥状に切換せ、両巻線部の選択されたタップを隣接の三
角結線用巻線部の他端に接続することにより辺延長三角
結線された1次巻線を構成している。この場合は、タッ
プ1xa〜1za及び1xb〜1zbが最高タップであり、タッ
プ3xa〜3za及び3xb〜3zbが最低タップである。
尚第4図ないし第6図の例では、各相の2次巻線が各
相の三角結線用巻線部及び延長用巻線部に磁気結合され
ている。
従来の辺延長三角結線変圧器においては1次側と2次
側の電圧比を変えるために辺延長三角結線された1次巻
線のタップを切換えると2次側の電圧位相も変化した。
今2次端子間電圧が辺延長三角結線の三角結線部及び
辺延長部の誘起電圧と同相であるとし、1次端子間電圧
に対する三角結線部電圧(三角結線された部分の各相の
電圧)及び辺延長部電圧(各相の辺延長部の電圧)の位
相差(1次端子間電圧に対する2次端子間電圧の位相
差)をθで表す。
前述のタイプ(I)〜(IV)の構成を有する変圧器に
関してタップ切換による電圧位相差の変化をまとめたも
のを次頁の第1表に示す。
なお第1表において位相差θの「進み方向」及び「遅
れ方向」はタップ切換前の位相差θに対する変化の方向
を意味するものであり、1次端子間電圧に対する2次端
子間電圧の位相差θ自身は必ず進み位相である。
上記の表においてA,A′,B及びB′はそれぞれ次のケ
ースを示している。
A :三角結線部でタップが入る場合(電流が流れない
巻線部分を減らす側または無くす側にタップが切換えら
れる場合) A′:三角結線部でタップが抜ける場合(電流が流れな
い巻線部分を生じさせる側または増やす側にタップが切
換えられ場合) B :辺延長部側でタップが入る場合 B′:辺延長部側でタップが抜ける場合 また第7図及び第8図は1次端子間電圧(入力電圧)
Eを一定としてタップ切換を行った場合の電圧ベクトル
図である。尚これらのベクル図においては、繁雑になる
のを避けるため、ベクトルの矢印を略してある。
第7図はタップ切換により電圧位相避が進み方向に変
化する場合を示したもので、実線はタップ切換前の電圧
ベクトルを示し、波線はタップ切換後の電圧ベクトルを
示す。Ea及びEbはそれぞれタップ切換前の三角結線部及
び辺延長部の電圧を示し、Ea′及びEb′はそれぞれタッ
プ切換後の三角結線部及び辺延長部の電圧を示す。各相
の2次端子間電圧は各相の三角結線部電圧及び辺延長部
電圧と同相である。1次端子間電圧に対する2次端子間
電圧の位相差はタップ切換によりθからθ′へと変化す
る。
第8図はタップ切換により電圧位相差が遅れ方向に変
化する場合を示したもので、実線はタップ切換前の電圧
ベクトルを示し、波線はタップ切換後の電圧ベクルを示
す。電圧位相差はタップ切換によりθからθ″へと変化
する。
[発明が解決しようとする課題] 第1表から明らかなように、1次端子間電圧に対する
2次端子間電圧の位相差θのタップ切換による変化はタ
イプIの巻線を用いた場合が最も大きく、タイプIVの巻
線を用いた場合が最も小さいが、いずれにしても従来の
辺延長三角結線変圧器では、タップ切換を行うと1次端
末間電圧に対する2次端子間電圧の位相差が変化するの
を避けられなかった。
そのため変圧器が2次側を共通の負荷に接続して並列
運転されているとき、並列運転している変圧器のタップ
位置が異なると出力電圧が等しいときでも変圧器相互間
で循環電流が流れ、変圧器の利用率が低下したり過熱を
生じたりするという問題があった。
本発明の目的はタップ切換により負荷側の電圧位相が
変化しない辺延長三角結線変圧器を提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明は、3相変圧器の1次側または2次側を構成す
る各相の巻線を三角結線用巻線部と延長用巻線部とに分
けて該三角結線用巻線部及び延長用巻線部のそれぞれに
1ないしn(nは2以上の整数)の番号を有する第1な
いし第nのタップをそれぞれの巻線部の一端側から他端
側に順次並べた状態で設け、各相の三角結線用巻線部及
び延長用巻線部にそれぞれ設けられた第1ないし第nの
タップの中から選択した同じ番号のタップを隣接相の三
角結線用巻線部の他端に共通に接続することにより辺延
長三角結線された3相の巻線を構成する。そして、各相
の三角結線用巻線部及び延長用巻線部のそれぞれの同じ
番号の隣接タップ間にあるタップ間巻線の巻数比を、両
巻線部のそれぞれ第nのタップと他端との間の巻線の巻
数比に等しく設定する。
[作用] 上記のように構成すると、いずれのタップにおいても
2次端子間電圧の位相を等しくすることができる。従っ
て異なるタップ位置で複数の変圧器の並列運転を行って
も出力電圧を等しくしておけば循環電流が流れることが
なく、変圧器の利用率が低下したり過熱を生じたりする
のを防ぐことができる。
[実施例] 以下添附図面を参照して本発明の実施例の5タップの
場合について説明する。
第1図は1次巻線が辺延長三角結線される変圧器に本
発明を適用した実施例の1次側の構成を示したものであ
る。本発明においては3相変圧器の1次側を構成する各
相の巻線XないしZがそれぞれ互いに直列に接続される
三角結線用巻線部Xa,Ya,Zaと延長用巻線部Xb,Yb,Zbとに
分けられ、三角結線用巻線部XaないしZaにより三角結線
部が、また延長用巻線部XbないしZbにより辺延長部がそ
れぞれ構成される。
三角結線用巻線部Xa,Ya及びZaには、それぞれの一端
xa1,ya1及びza1から多端xa2,ya2及びza2側に順に並
ぶようにして1ないし5の番号を有する第1ないし第5
のタップ1xa〜5xa,1ya〜5ya及び1za〜5zaが設けら
れている。また延長用巻線部Xb,Yb,Zbにはそれぞれの一
端(三角結線用巻線部と隣合う端部)xb1,yb1及びzb1
から多端xb2,yb2及びzb2側に順に並ぶようにして1な
いし5の番号を有する第1ないし第5のタップ1xb〜5
xb,1yb〜5yb及び1zb〜5zbが設けられている。
そして本発明においては、必ず三角結線用巻線部Xa,Y
a,Za及び延長用巻線部Xb,Yb,Zbの同じ番号のタップを選
択するようにし、三角結線用巻線部Xa,Ya,Za及び延長用
巻線部Xb,Yb,Zbのそれぞれに設けられた第1ないし第5
のタップの中から選択された同じ番号のタップ(図示の
例では第2のタップ2xa〜2za及び2xb〜2zb)を隣接
相の三角結線用巻線部の他端ya2,za2及びxa2に共通に
接続することにより、辺延長三角結線された1次巻線を
構成している。第1図においてU,V及びWは1次端子を
示し、これらの1次端子はそれぞれ延長用巻線部Zb,Xb
及びYbの他端から引出されている。
この例では、第1のタップ1xa〜1za及び1xb〜1zb
が最高タップとなり、第5のタップ5xa〜5zaが及び5
xb〜5zbが最低タップとなる。
本発明においては、各相の三角結線用巻線部及び延長
用巻線部のそれぞれの同じ番号の隣接タップ間にあるタ
ップ間巻線の巻数比を、両巻線部のそれぞれの番号が最
も大きいタップ(本実施例では第5のタップ)と他端と
の間の巻線の巻数比に等しく設定する。すなわち第1図
において、三角結線用巻線部の隣接タップ1xa−2xa
間、2xa−3xa間、…4xa−5xa間にそれぞれ存在する
タップ間巻線の巻数をそれぞれN12、N23,…N45とし、延
長用巻線部の隣接タップ1xb−2xb間、2xb−3xb間、
…4xb−5xb間にそれぞれ存在するタップ間巻線の巻数
をそれぞれn12、n23,…n45、三角結線用巻線部Xaの他端
xa2と第5のタップ5xaとの間の巻線の巻数をNoa、延
長用巻線部Xbの他端xb2と第5のタップ5xbとの間の巻
線の巻数をNobとしたときに、次式が成立するように各
タップ間に巻数を配分する。
Noa/Nob=N12/n12=N23/n23 =N34/n34=N45/n45 一例として、三角結線用巻線部Xaの他端xa2から最低
タップ5xaとの間の巻線部分のターン数Noaと延長用巻
線部Xbの他端xb2から最低タップ5xbとの間の巻線部分
のターン数nobとの比Noa/Nob=2とし、最低タップと
次のタップとの間の1タップ間ターン数を30ターンとす
る。この場合は三角結線用巻線部Xaの隣接タップ5xa,4
xa間に20ターンを配分し、延長用巻線部Xbの同じ番号の
隣接タップ5xb,4xb間に10ターンを配分して、合計30タ
ーンの1タップ間ターン数を得る。
他の相の巻線Y及びZについても全く同様である。
上記のように構成すると、すべてのタップ電圧の位相
差が等しくなるので、2次側を共通の負荷に接続して複
数台の変圧器を並列運転する場合でも出力電圧さえ等し
ければタップ位置が異なっていても循環電流は流れず、
装置の利用率の低下や過熱を防ぐことができる。
以下、本発明において1次端子間電圧に対する2次端
子間電圧の位相差がタップ切換により変化しないことを
理論的に証明する。
第2図は、第1図の実施例における1次側電圧のベク
トル図であり、Eは1次端子間電圧、Eaは三角結線用巻
線部の両端電圧(三角結線部電圧)、Ebは延長用巻線部
の両端電圧(辺延長部電圧)である。第2図において、 E2=(Ea+Eb)+Eb2−2Eb(Ea+Eb)cos120…(1) Eb2=(Ea+Eb2)+E2−2E(Ea+Eb)cosθ …(2) (1)式より E2=Ea2+3Ea Eb+3Eb2 …(3) (3)式を(2)式に代入し、θについて解くと、 θ=cos-1(2Ea+3Eb)/α …(4) 本発明の特徴としてEaとEbとは比例関係にあるから、 Eb=c Ea …(6) とおく(c:定数)と、(4)ないし(5)式から、 (7)式によればcの0から∽までの変化に対しθが
0゜から30゜(進み)変化するが、本発明ではcはタッ
プ切換により変化しないから、θも変化しないことが分
る。
また(6)式を(3)式に代入すると、 E2=Ea2(1+3c+3c2) =Eb2(3+3/c+1/c2) …(3)′ となる。これよりEはEa及びEbに比例するから、1次端
子間電圧E,三角結線部電圧Ea及び辺延長部電圧Ebはいず
れのタップにおいても一定の比例関係を有する。従って
本発明によれば、タップ間ターン数を容易に決定できる
という利点もある。
[発明の効果] 本発明によれば、いずれのタップにおいても1次端子
間電圧に対する2次端子間電圧の位相差を等しくするこ
とができるので、並列運転されている変圧器のタップ位
置が異なっている場合でも出力電圧され等しくしておけ
ば循環電流は流れない。また1次端子間電圧,三角結線
部電圧及び辺延長部電圧はどのタップにおいても一定の
比例関係を有するので、タップ間ターン数の決定を容易
に行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の1次側の構成を示す結線図、
第2図は第1図の実施例の1次側の電圧ベクトル図、第
3図ないし第6図はそれぞれ従来技術による変圧器の1
次側の結線図、第7図及び第8図は従来技術による変圧
器の1次側電圧ベクトル図である。 U,V,W……1次端子、Xa〜Za……三角結線用巻線部、Xb
〜Zb……延長用巻線部、xa1〜za1……三角結線用巻線
部の一端、xa2〜za2……三角結線用巻線部の他端、x
b1〜zb1……延長用巻線部の一端、xb2〜zb2……延長
用巻線部の他端、1xa〜5xa,1ya〜5ya,1za〜5za……
三角結線用巻線部のタップ、1xb〜5xb,1yb〜5yb,1zb
〜5zb……延長用巻線部のタップ、θ……2次端子間電
圧の1次端子間電圧に対する位相差。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3相変圧器の1次側または2次側を構成す
    る各相の巻線を三角結線用巻線部と延長用巻線部とに分
    けて該三角結線用巻線部及び延長用巻線部のそれぞれに
    1ないしn(nは2以上の整数)の番号を有する第1な
    いし第nのタップをそれぞれの巻線部の一端側から他端
    側に順次並べた状態で設け、 各相の三角結線用巻線部及び延長用巻線部にそれぞれ設
    けられた第1ないし第nのタップの中から選択した同じ
    番号のタップを隣接相の三角結線用巻線部の他端に共通
    に接続することにより辺延長三角結線された3相の巻線
    を構成し、 各相の三角結線用巻線部及び延長用巻線部のそれぞれの
    同じ番号の隣接タップ間にあるタップ間巻線の巻数比
    を、両巻線部のそれぞれの第nのタップと他端との間の
    巻線の巻数比に等しく設定したことを特徴とする辺延長
    三角結線変圧器。
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