JP2829508B2 - 単相三線式単巻変圧器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明に属する技術分野】この発明は、単相三線式単巻
変圧器を製作する場合の工数の削減と原価の低減に関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より単相三線式単巻変圧器を製作す
る場合、普通は内鉄型鉄心（図５）使用しますが、図６
の様に単純にＴ相、Ｒ相の必要な線輪を其々Ａ，Ｂ鉄心
脚に配置させただけではリーケージインダクタンスが多
くなってしまいます。その理由はＲ相線輪とＴ相線輪の
距離が長く（図６中でδで示される距離）リーケージイ
ンダクタンスはほぼ、その両線輪の距離に比例して大き
くなるためです。変圧器の主な特性の一つとして、電圧
変動率がありますがそれはリーケージインダクタンスが
大きくなればなる程大きくなってしまいます。それは回
時に効率も極端に悪くなることと同じであり実際には使
えない変圧器であります。その為、Ｒ相、Ｔ相の必要な
巻線を面倒でも図７の様に分割し内鉄型鉄心の両脚に半
分づつ巻線し交互に接続する方法が一般的であります。
この様にすればＲ相、Ｔ相の線輪の距離は極端に小さく
なり結果として電圧変動率の小さな効率の良い変圧器が
できます。図９は図８で示す外鉄型鉄心を使用し変圧器
を作る場合で、変圧器を上から見た時の断面図である。
希望としては図９左図でｈ線輪からａ線輪に向け整列密
着巻線をして線輪を完成したいところですが、各線輪間
の距離が大きく又、巻線抵抗もバランスがくずれてしま
い正常な動作は致しません。そのためリーケージインダ
クタンスを少なくする事と抵抗のバランスをとるため各
線輪を半分に分割（図９左）しています。その線輪配置
の組合せを図９右に示します。この様にすれば各線輪間
の距離δは図９の場合は実線の太さであり大変小さくな
ります。更に線輪の配置を考慮することはＲ相とＴ相の
電気抵抗のバランスをとることになります。線輪の電気
抵抗はリーケージインダクタンスが電圧変動率に影響を
与えるのと同じように抵抗も変動率に影響を与えます。
巻線作業の最初の時は線輪の径は小さく、一巻き当たり
の巻線電線の長さは短いため、抵抗も小さい。線輪の巻
終部分は線輪径は大きく一巻き当たりの電線長は長く抵
抗も大きい。そのため図９の様に各線輪を分割し、Ｒ
相、Ｔ相の抵抗が結果的にほぼ等しくなるように接続し
なければならない。ただしこの方法は、巻線作業にも線
輪接続作業にもも多くの労力を要し、困難な作業であ
る。更に分割された線輪を組み合わせるため、電位の異
なる線輪が隣接してしまうため変圧器の絶縁性能も弱め
る事になってしまう。 【０００３】 【発明を解決しようとする課題】 イ． 内鉄型鉄心を使用し単相三線式単巻変圧器を作る
場合、直列巻線及び分路巻線共、必要とする巻線の半分
ずつを両鉄心脚に巻き更にそれら線輪を直列又は並列に
接続する為、変圧器製作に対し多くの労力を必要として
いた。 ロ． 変圧器の巻線を交互に組み合わせる事は、変圧器
のリーケージインダクタンスを少なくし、結果的に電圧
変動率及び効率を高めるために採用される方法である
が、電位の違う線輪を結果として隣接する位置におくた
め変圧器の絶縁性能及び耐電圧性能に不適切である。 ハ． 変圧器に焼損事故等発生した場合、事故が大きく
なりやすい。。 本発明は、以上の欠点を解決するためになされたもので
ある。 【０００４】 【課題を解決するための手段】外鉄型鉄心（２）の中心
脚（３）にＲ相線輪（４）及びＴ相線輪（５）を施す。
同一形状であるが巻線の回転方向は組み立て後、電気的
に磁束が加わる方向とする。図８に示す通り外鉄型鉄心
窓高さ（有効巻線幅）の半分にＲ相の直列線輪及び分路
線輪を残り半分にＴ相の直列線輪及び分路線輪をまく。
その線輪を絶縁性能を損なわない範囲で密着させた位置
に配置して変圧器の組み立てを行なう。この場合、図９
の様に其々の線輪を半分づつに分割するとか、線輪の位
置関係を交互に配置する等の煩わしい作業は一切含まな
い。Ｒ相、Ｔ相の巻線抵抗は完全にバランスがとれ、Ｒ
相及びＴ相が隣接しているためリーケージインダクタン
スは少ない。各線輪の接続箇所も必要最少であり作業能
率も優れている。リーケージインダクタンスを計算する
場合は概略下の式により計算する。 ここで注目しなければならないのは δ である。これ
はＲ相とＴ相の線輪同士の距離である。図６で示すＲ
相、Ｔ相の線輪同士の距離は長いため、リーケージイン
ダクタンスＬの値は大きい。これを防ぐため図７に於い
ては線輪を半分に分け組合せ配置を行い線輪間同士の距
離の短縮をはかったものである。 内鉄型鉄心を使用し
た場合はこの方法は基本的方法であり常に採用されてい
る。外鉄型鉄心を用いこのδの値を最少にし、その上、
実用性も考慮し変圧器製作工程数も少なくする方法の考
案が今回の発明である。ここで変圧器として前述のリー
ケージインダクタンスＬと電圧変動率の関係を考える。
近似的に で計算され、第１項は抵抗降下である。第２項はリーケ
ージリアクタンス降下である。２乗になっているためリ
アクタンス降下はある値以上になると急激に電圧変動率
を悪化させることになる。したがって電圧変動率と変圧
器製作の容易性を考慮し双方を満足させる方法を発明し
た。本発明は、このような方法よりなる外鉄型鉄心を使
用した単相三線式単巻変圧器である。 【０００５】 【発明の実施の形態】本発明による変圧器は外鉄型鉄心
を使う。Ｒ相、Ｔ相の線輪は分割する必要はない。図１
に示す通りＲ相（４）、Ｔ相（５）の線輪を鉄心中心脚
に縦列に並べて配置をするだけでよい。線輪を分割、配
置組合せを考える必要がないため煩雑な線輪接続作業も
要しない。完成時の変圧器総重量も特に変わることはな
い。線輪の数が少なく、接続箇所が少ない程、変圧器は
製作しやすく、故障の発生率も少なくなる。本発明によ
る外鉄型鉄心使用の変圧器は製作は簡単で性能も優れて
いる。 【０００６】 【実施例】外鉄型鉄心脚にＲ相、Ｔ相に対応する巻線を
する。本発明による巻線方法は内鉄型鉄心を使う場合と
異なりＲ相とＴ相に対応する巻線を施し、線輪は全て直
列接続されその巻線の極性は図２による。（電気的に磁
束が加わる方向）Ｒ相、Ｔ相の線輪は図９のようには同
心円上に巻くのではなく鉄心中心脚の長さ方向を半分と
し、其々にＲ相、Ｔ相の線輪を縦列に並べて配置する。
巻線の巻回数、電線の太さ等は基本的な交流理論によ
る。即ち必要巻回数は Ｅ＝４．４４ｆＮＢＡｘ１０^−８ （Ｖ） でありる。 ここに Ｅ：電圧 Ｖ ｆ：周波数 Ｈｚ Ｎ：
巻回数 Ｂ：磁束密度 ガウス Ａ：鉄心断面積 ｃｍ^２ 磁束密度は鉄心材質により変わり１１０００〜１５００
を選ぶ。又、電線の太さは流れる電流の大きさにより変
わり、電線断面積１ｍｍ当たり２〜２．５Ａを選べば良
い。巻線は共通巻線を下巻としその上に直列巻線を巻き
それぞれを直列結線するだけでよい。 【０００７】 【発明の効果】本発明による製作方法を採用した変圧器
は基本の動作特性の全てを損なわないものである変圧器
製作にあたって、巻線作業が簡単で、更にその結線作業
も最小の労力で済ませる事が出来る。内鉄型鉄心を使用
する場合に比較して線輪の数は同一変圧条件において半
分で済ませる事ができる。それと同時に線輪の結線も半
分以となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明品の斜視図 【図２】単相三線式単巻変圧器回路図の一例 【図３】本発明変圧器の線輪と配置の関係図 【図４】単相三線式単巻変圧基本回路図 入力側電圧
を２００Ｖとする。出力側電圧は９４Ｖに降圧するもの
と仮定する。各極の端子記号を回路図の様にＲ相、Ｔ
相、負荷側として ｒ、ｔと決めた。単巻変圧器の線輪
の呼び方を図の様に直列巻線、分路巻線ときめた。 【図５】内鉄型鉄心 【図６】内鉄型鉄心を使い変圧器を製作する場合、この
図面の様に巻線し接続すれば良い様に思われるが変圧器
の性能は出ない。 【図７】この図面の様に各線輪を半分ずつに分けて交互
に配置し接続する必要があるこの作業は大変複雑である
が実際に行なわれている。 【図８】外鉄型鉄心 【図９】外鉄型鉄心を使い普通の巻線方法を示す。線輪
分割と交互配置 【符号の説明】 １ 内鉄型鉄心 ２ 外鉄型鉄心 ３ 中心脚 線輪が配置されるところ ４ Ｒ相線輪 直列線輪と分路線輪が巻線されている ５ Ｔ相線輪 直列線輪と分路線輪が巻線されている ６ Ｒ相 ７ Ｔ相 ８ 直列線輪 回路に直列にはいる線輪 ９ 分路線輪 回路に並列にはいる線輪であり共通巻
線、又は打ち消し巻線と呼ぶこともある。 １０ 窓高さ 線輪が通過する鉄心部分で長い部分 １１ ｎ１ Ｒ相分路線輪巻始 １２ ｎ２ Ｔ相分路線輪巻始 １３ ｎ ｎ１とｎ２の接続点 出力側の中性点
となる

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求事項１】 外鉄型鉄心の鉄心窓高さ方向に同一
   に巻線されたＲ相及びＴ相用の線輪を縦列に並べて配置
   させ中性点を接続された単相三線式単巻変圧器。