JP2895586B2 - 変圧器 - Google Patents

変圧器

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JP2895586B2
JP2895586B2 JP2193854A JP19385490A JP2895586B2 JP 2895586 B2 JP2895586 B2 JP 2895586B2 JP 2193854 A JP2193854 A JP 2193854A JP 19385490 A JP19385490 A JP 19385490A JP 2895586 B2 JP2895586 B2 JP 2895586B2
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はサイクロコンバータの電源用変圧器として用
いるのに好適する変圧器に関する。
(従来の技術) この種の変圧器を用いる循環電流形サイクロコンバー
タは例えば特開昭63−186563号公報に開示されている
が、これを第6図によって説明するに、この図におい
て、1は三相交流電源、2は電源巻線(一次巻線)3と
正群巻線4および負群巻線5(いずれも二次巻線)から
なる三相変圧器、6はサイリスタ7を三相ブリッジ接続
してなる正群コンバータ、8はサイリスタ9を三相ブリ
ッジ接続してなる負群コンバータ、10および11は両コン
バータ6、8の双方の正負直流出力端子間に接続された
循環電流制限リアクトル、12は両リアクトル10、11の中
性点間に接続された負荷である。このようなサイクロコ
ンバータにおいて、各コンバータのサイリスタ7、9の
ゲートに所定のパターンのゲート信号を与えると、正群
コンバータ6の出力端子間、負群コンバータ8の出力端
子間および負荷12の端子間には、第7図に太線で示す波
形の電圧eop、eonおよびeoが得られる。ここでeoはeop
およびeonの平均値である。なお、細線は三相交流電源
1の出力電圧波形を、点線は各電圧eop、eonおよびeo
基本波成分を示す。このようにしてサイクロコンバータ
は、サイリスタのゲートに与えるゲート信号を制御する
ことにより、電源周波数をそれよりも低い範囲内で任意
の周波数に直接的に変換する周波数変換回路として利用
される。
このようなサイクロコンバータにおいて、第8図に示
すように負荷電流i。のうち正半波電流iopは正群コン
バータ6のサイリスタ7から供給され、負半波電流ion
は負群コンバータ8のサイリスタ9から供給されるが、
このうち、iopを例にするとコンバータ6としてはt2−t
3期間で示すようにサイリスタ7が順方向バイアスされ
ている期間は電流も順方向であって順変換機能を果たし
ており、またt3−t4期間で示すようにサイリスタ7が逆
バイアス状態に移った後も引き続き電流が順方向に流れ
続ける期間では逆変換機能を果たしている。一方のコン
バータ6がこのように順変換および逆変換機能を果たし
ている期間では他方のコンバータ8は電流の通過を阻止
する待機状態にある。但し、このような待機状態が半周
期毎に形成されるも、実際には第7図に示すように電圧
に高調波を含んでいるので両コンバータ6,8間にリアク
トル10、11を介して循環電流が流れる。変圧器2の正群
巻線4および負群巻線5には半波電流しか流れないのに
対して電源巻線3には正負群両巻線4,5のアンペアター
ンが同一になるように全波電流が流れるので、正群また
は負群巻線の電流容量を1とした場合、電源巻線3の電
流容量は略 でよい。
(発明が解決しようとする課題) 従来のこのようなサイクロコンバータに電源用変圧器
として使用される三相変圧器は三相巻線の一相分につい
て言うと、一脚に一個の正群巻線と一個の負群巻線5と
これら両巻線間に介在される一個の電源巻線とを同心配
置に設ける構成にしている。従ってもし負荷が三相なら
ばコンバータを6個に増やすと共に三相変圧器を三個に
しなければならない。三相変圧器を三個に増やすことは
製造コストの上昇および設置スペースの増加を招き、更
にそれだけ鉄心体積が大幅に増すため無負荷損、特に鉄
損が増加する問題がある。このような無負荷損の増加は
誘導電動機の運転方式を可変速制御方式とすることによ
ってエネルギーの消費量を節減しようとするサイクロコ
ンバータの採用趣旨に反することになる。
そこで、本発明の目的は、三相負荷にサイクロコンバ
ータから三相交流電流を供給するためにそのサイクロコ
ンバータに接続される電源用変圧器を一個の鉄心で構成
でき、その結果、無負荷損を低減でき、且つ小形軽量化
が可能になると共に製造コストの低減および設置スペー
スの削減が可能になる変圧器を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 正群コンバータと負群コンバータとで構成された三相
出力サイクロコンバータの電源として用いられる変圧器
において、コイルが装着される三脚を有する鉄心と、正
群巻線、負群巻線、および電源巻線とからなり、前記鉄
心の各脚に対して三相各相の前記正群コンバータに接続
される三個の前記正群巻線、三相各相の前記負群コンバ
ータに接続される三個の前記負群巻線および三個の前記
電源巻線を設け、各脚に設けた前記三個の電源巻線を各
々互いに並列接続した上で三相接続し、各脚に設けた前
記三個の正群巻線を各々三個の脚にわたって三相結線し
て三個の三相巻線を形成し、各脚に設けた前記三個の負
群巻線を各々三個の脚にわたって三相結線して三個の三
相巻線を形成してなることを特徴とする。
(作用) この変圧器は三相負荷に三相交流電力を供給するサイ
クロコンバータの電源用変圧器として使用するために、
三個のサイクロコンバータにそれぞれ三相交流電圧を印
加するのに一個のサイクロコンバータ当たり三個の正群
及び負群巻線が割り当てられ、且つ電源巻線は巻線回路
インピーダンスを正,負群間で同一にするため一対の正
群および負群巻線に対して一個割り当てられ、そしてこ
れらの巻線は一個の三脚鉄心によって相互に磁気的に結
合された単独の変圧器としての構造を持つ。このような
構造の変圧器は三相変圧器を三個備えたと同様の機能を
有するにもかかわらず、鉄心が一個で済み、その結果鉄
心継鉄部は三脚鉄心の場合一個当たり二個所に有するか
ら三個では計6個所必要になるところ、本発明では二個
所のみでよく、それだけ鉄心体積が削減される。
(実施例) 以下、本発明の一実施例について第1図〜第4図を参
照しながら説明する。第4図に示すように、この実施例
において変圧器20を構成する三脚形の鉄心21は三個の脚
22〜24とこれら脚22〜24の相互間をその上下端で磁気的
に結合するための二個の継鉄部25とからなる。第2図に
その一脚22についての巻線構造が示されているが、この
図に示すように一つの脚22の外周には先ず最内層に三個
の正群巻線Xpu,Ypu,Zpuを軸方向に並ぶように設け、そ
の外周に同様に三個の電源巻線Ua,Ub,Ucを配置し、その
最外層に三個の負群巻線Xnu,Ynu,Znuを配置し、以て各
三個の巻線が同心配置になるようにする。これと同一の
巻線配置を他の二個の脚23,24に対しても行う。この場
合の各脚とそれに配置された巻線との関係を第1図に示
す。この第1図において、Xpv〜Zpv,Xpw〜Zpwは夫々脚2
3,24に設けられた正群巻線、Xnv〜Znv,Xnw〜Znwは夫々
脚23,24に設けられた負群巻線、Va〜Vc,Wa〜Wcは夫々脚
23,24に設けられた電源巻線である。第3図にこの変圧
器20を電源とする三相構成のサイクロコンバータを示
す。この第3図において、26は三相負荷例えばスター結
線された三相の各相X,Y,Zに対応する固定子巻線26X,26
Y,26Zからなる三相誘導電動機で、その各相の固定子巻
線には一組が一相に対応する三組のサイクロコンバータ
27X,27Y,27Zの各組から交流電圧が印加されるように結
線してある。各組のサイクロコンバータは第6図に示す
正群サイクロコンバータ6および負群サイクロコンバー
タ8と同一に構成されている。即ち、6X,6Y,6Zは電動機
26側の三相即ちX,Y,Z相に夫々対応する固定子巻線26X,2
6Y,26Zに夫々対応された正群コンバータ、8X,8Y,8Zは固
定子巻線26X,26Y,26Zに夫々対応された負群コンバータ
である。このような各コンバータと変圧器20の巻線との
接続関係は次のようになる。先ず、同一の脚22に設けら
れた三個の電源巻線Ua,Ub,Ucは並列接続して三相交流電
源1の三相U,V,W相のうちのU相に接続し、脚23に設け
られた三個の電源巻線Va,Vb,Vcは並列接続して三相交流
電源1のV相に接続し、脚24に設けられた三個の電源巻
線Wa,Wb,Wcは並列接続して三相交流電源1のW相に接続
すると共に、その三組の並列巻線を全体として三相結線
例えばスター結線する。一方、三個の脚22〜24に分散し
て配置されたU,V,W相対応の3個の正群巻線Xpu〜Xpwお
よび3個の負群巻線Xnu〜Xnwは夫々三相結線、例えばス
ター結線して夫々X相に対応する正群コンバータ6Xおよ
び負群コンバータ8Xに接続し、同じく三個の脚22〜24に
分散して配置されたY相対応の正群巻線Ypu〜Ypwおよび
負群巻線Ynu〜Ynwは夫々スター結線してY相対応の正群
コンバータ6Yおよび負群コンバータ8Yに接続し、さらに
同じく三個の脚22〜24に分散して配置されたZ相対応の
正群巻線Zpu〜Zpwおよび負群巻線Znu〜Znwは夫々スター
結線してZ相対応の正群コンバータ6Zおよび負群コンバ
ータ8Zに接続する。
このような接続構成の結果、誘導電動機26の固定子巻
線26X,26Y,26Zにはサイクロコンバータから三相交流電
圧が印加されると共に、その周波数が各コンバータを構
成しているサイリスタ7,9へのゲート信号の制御によっ
て可変される。
三相負荷に三相交流電圧を印加するためのサイクロコ
ンバータに使用されるこの実施例の変圧器20は、三相負
荷の場合従来は第5図に示すように三台の変圧器即ち独
立した三個の鉄心28を必要とするのに対して一個の鉄心
21でよい。そこで第4図と第5図とによって図示の寸法
(尚、この場合鉄心の厚さを便宜上1とする)を用いて
鉄心の体積について従来とこの実施例とを比較する。
従来の鉄心の体積(三台合わせた体積)Vは次式で表
される。
V=3{W(2A+h)−2wh} =6WA+3Wh−6wh これに対してこの実施例の鉄心21の体積V′は次式で
表される。
V′=W(2A+3h)−2wh =2WA+3Wh−6wh このVとV′との差から明らかなように4WAだけ体積
がこの実施例の鉄心21の方が小さいことがわかる。即
ち、鉄心の継鉄部は三脚鉄心の場合一個当たり二個所有
するから三個では計6個所有することになるところ、本
発明では二個所のみでよく、それだけ鉄心体積が削減さ
れる。鉄心の材質および磁束密度を同一とすれば、鉄心
中の無負荷損は鉄心の体積に比例することから、本実施
例では従来に比ベ4WA相当分の無負荷損が減少する。ま
たこの無負荷損は鉄心の継鉄部の図中斜線の部分で多く
発生するため、継鉄部の数が従来に比べ減少している本
実施例ではその分さらに無負荷損が減少する。また鉄心
体積の減少に伴いその分材料費を削減でき、しかも鉄心
の組立工数が約1/3に減少するので製造コストを大幅に
削減でき、また鉄心の設置スペースも約1/3に減少す
る。
尚、上記実施例の巻線配置は、電源巻線を正群巻線お
よび負群巻線間に脚の半径方向において介在させる同心
配置としているが、本発明はこれに限定されず、電源巻
線を正群巻線および負群巻線間に脚の軸方向において介
在させる同軸配置にしてもよい。また上記実施例では、
各巻線と各コンバータとの接続関係は同一の脚に設けら
れたすべての巻線が電源側三相のいずれか一相のみに対
応するようにしているが、三個の脚が相互に磁気的に結
合しているので、斯る接続関係にとらわれる必要はな
い。
[発明の効果] 本発明は以上のべたように、三相負荷にサイクロコン
バータから三相交流電流を供給するためにそのサイクロ
コンバータに接続される電源用変圧器として使用される
場合に適し、且つこれを一個の鉄心で構成でき、その結
果、無負荷損を低減でき、且つ小形軽量化が可能になる
と共に製造コストの低減および設置スペースの削減が可
能になる変圧器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明の一実施例に関し、その第1図
は変圧器の巻線の相互の全体的な対応関係を示す図、第
2図は変圧器の一脚についての巻線の配置状態を示す概
略的縦断面図、第3図はサイクロコンバータの結線図、
第4図は鉄心の正面図、第5図は従来の鉄心の正面図、
第6図は単相負荷の場合のサイクロコンバータの結線
図、第7図は第6図の各部の電圧波形図、第8図は電圧
および電流波形と共に示すタイムチャートである。 図中、21は鉄心、22〜24は脚、26は誘導電動機、6X〜
6Zは正群コンバータ、8X〜8Zは負群コンバータ、Xpu〜Z
pwは正群巻線、Xnu〜Znwは負群巻線、Ua〜Wcは電源巻線
である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正群コンバータと負群コンバータとで構成
    された三相出力サイクロコンバータの電源として用いら
    れる変圧器において、コイルが装着される三脚を有する
    鉄心と、正群巻線、負群巻線、および電源巻線とからな
    り、前記鉄心の各脚に対して三相各相の前記正群コンバ
    ータに接続される三個の前記正群巻線、三相各相の前記
    負群コンバータに接続される三個の前記負群巻線および
    三個の前記電源巻線を設け、各脚に設けた前記三個の電
    源巻線を各々互いに並列接続した上で三相接続し、各脚
    に設けた前記三個の正群巻線を各々三個の脚にわたって
    三相結線して三個の三相巻線を形成し、各脚に設けた前
    記三個の負群巻線を各々三個の脚にわたって三相結線し
    て三個の三相巻線を形成してなることを特徴とする変圧
    器。
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