JP3136319U - 巻鉄心形線形リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】小形低損失の巻鉄心線形リアクトルを提供する。
【解決手段】本考案で示すように、巻鉄心形リアクトルに主巻線と副巻線の２巻線を施し、主巻線には交流電力回路電流を、副巻線に直流電流を流す構造とする。主巻線電流による磁路中の磁束の方向と逆向きの磁束を副巻線電流によって与えることで、鉄磁路の磁気飽和を防ぐことが可能となる。通常交流回路では正負の電流が流れるので、図１に示すようにダイオ−ドを並列接続して正または負の方向電流成分だけを分流させる２組のリアクトル方式が必要となる。直流回路では主電流の電流方向が一定なので特にダイオ−ドを設ける必要はない。
【選択図】図３

Description

本考案は交流電気回路に使用される交流リアクトルの磁気飽和を生じさせない仕組みと回路構成に関する。

特許公開２００４−２４１４１１

非実用新案文献

尾本義一、宮入庄太共著 現代電気工学講座「電気機器ＩＩＩ」第４章 ４７頁、オーム社、昭和３７年２月２５日発行。

電気回路ではリアクトルと呼ばれる電気回路素子が多方面で使用されている。特性上から分類して線形リアクトルと非線形リアクトルがある。原理的に製作が困難なのは線形リアクトルである。線形リアクトルの形状は電磁鉄板を用いない空心タイプと鉄磁路に僅かな空隙を持たせたタイプがある。用途別では交流リアクトルやフィルタ−として使われるタイプがある。

リアクトルの磁路を形成する電磁鉄板の電磁事象は起磁力ＮＩと磁束Φまたは磁束密度Ｂと電磁鉄板の磁気特性が相互に関係する。ここでＮは巻線巻回数、Ｉは電流で鉄磁路の飽和特性は起磁力でつくられる磁束の大きさとの関係を示す。この巻線に電流Ｉを流すと磁束Φ＝μＮＩが得られるが、この関係式の比例定数が透磁率μと呼ばれる。一般に低い起磁力では発生する磁束との間は線形であるが、起磁力が大きくなると発生する磁束の大きさが比例しなくなる。この現象が磁気飽和と称され、そのような線図を磁気飽和特性グラフと呼ばれる。線形リアクトルとは飽和が生じない磁気特性を持つものである。

巻線巻回数はリアクトルの基本を成すインダクタンス値が直接影響を与える。リアクトルとインダクタンスの関連は脈動する電流がインダクタンスに流れると脈動周波数成分ωとする時リアクトル値＝ω×Ｌと規定されている。即ち、脈動周波数成分が一定ならば大きなリアクトルを造るには大きなインダクタンス値を得なければならず巻回数を大きくする。

電磁鉄板の磁気飽和特性は製造時の混入物質や圧延方向によって各々固有の値となる。

空心リアクトルは電磁鉄板を有しないので本質的に飽和の問題を伴わないが、透磁率が空気のために、鉄磁路に比較して約１／１０００と低いために、大きなインダクタンス値を得るには巻線巻回数を大きくしなければならない。

空心タイプは鉄磁路を持たないので巻線巻回数が膨大になり巻線の抵抗による電力損失が大きいという課題を有する。空隙を持つタイプは透磁率の高い鉄磁路を有することで形状は空新型に比して小さいが、巻線電流が大きい場合には空隙間隔を長く取らなければならないことと空心タイプと同様に巻線回数が増大し、形状も大きくなる課題を有する。

近年透磁率が高く鉄心部の損失も小さな巻鉄心用電磁鉄板が注目され、高性能変圧器などに利用されている。巻鉄心とはシ−ト状の電磁鉄板を薄く且つ巻き取りリボン状に形成して電磁機械の鉄心として使用される。この巻鉄心用電磁鉄板を線形リアクトルとして利用するためには磁路中に空隙を与える必要がある。しかし、巻鉄心構造であることと素材の物質特性が堅いので空隙を設ける裁断加工が非常に困難であるという課題がある。

巻鉄心に空隙を与えることが不可能ではあるが優れた磁気特性材料を活用するためには鉄磁路を飽和させない技術方策が必要である。リアクトルとして製作・使用するには図１に示すようにこれに銅線などのコイルを巻き、このコイルに電流を流して使用される。電流が流れると鉄磁路に磁束を発生し、電流が大きい場合は磁気飽和が発生する。磁気飽和が生ずると磁束変化がないことで自己電磁誘導現象が失われてリアクトルとしての機能が消滅する。この磁気飽和を防ぐために何かの方法でこの磁束の向きと逆向きの磁束を与えることが原理的に有効な方策である。

逆向きの磁束を与える方法として［特許文献］には永久磁石を設けて実現する方法があるが巻鉄心には構造上応用は出来ない上に逆向きの磁束の大きさを調節することが出来ない。［非実用新案文献］によれば、通常の巻線とは別に直流巻線を設けて逆向きの起磁力を与える方法が提案されているが磁路形状は平板電磁鉄板にのみ対応可能である。

本考案の特長を実施するために通常の巻線（主巻線）に加えて直流電流を流す巻線（直流制御励磁巻線）を同一鉄磁路部に装置し２個の巻線を持つリアクトルを構成する。主巻線を流れる電流による磁束の方向に対して逆向きの磁束を発生するように直流制御励磁巻線に直流電流を流す。例えば図２の（３）に示す直流回路の整流回路において電流脈動を押さえるチョ−クコイルとして用いられる場合は電流の向きが一定であるためこの形態のままで実用可能である。

交流回路では電流が正負に電流が切り替わるのでこのままでは使用できない。そのため本考案では２組のリアクトルを装置し図３に示すように電流の正負の切り替わりに互いに半周期だけリアクトルとして機能させる回路構成とする。それぞれのリアクトルの制御巻線には磁束の発生が逆となるように直流電流を流しておく。

考案の効果

図２または図３ではそれぞれ従来の形状を小型化したリアクトルであっても磁気飽和が生じない。

考案の実施するための最良の形態

直流回路では図２が最良の形態である。

交流回路では図３が最良の形態である。

図２の直流整流回路で巻数比が同一のリアクトルのフィルタ−効果を測定した。評価項目は脈動電圧（リップル含有率）測定し、その値が低くなれば平滑効果が高い即ちリアクトルの値が大きいことを示すものである。回路例は３種類あり、（１）１巻線単独接続（２）２巻線直列接続（３）直流制御励磁の場合である。低い交流電圧を印加し、純抵抗から成る電気負荷に直流平均電流２Ａ流した場合について脈動電圧値を測定した。（１）では９．７４Ｖ（２）では９．０２Ｖ（３）７．６Ｖであった。これより本考案の回路方式が一番低い脈動率でありフィルタ−平滑効果が十分発揮されていることが示されている。

本考案による線形リアクトルは大電力用では送電系統の中性点限流リアクトル、受電システムでは電力系統に含まれる高調波成分の除去装置や直流平滑回路のリアクトルとして等広い利用が考えられる

図１は本考案で論じている巻鉄心の概念図を（１）に、巻鉄心を２個使ったリアクトルの外形図を（２）に示す。 図２は直流整流回路と平滑回路を示している。ＣＨは平滑回路でリアクトルである。脈流電圧はオッシロスコ−プで測定する。Ｔ１およびＴ２は平滑回路の入出力端子である。本考案で提案する２巻線リアクトルの巻線接続を３種類考えて平滑効果を比較するための回路を（１）、（２）、（３）に示す。（３）で適切な直流制御電流は脈動電流平均値の約１／２を逆向きの磁束が発生するように流せばよい。 図３は交流回路で本考案の提案する２個のリアクトルを有する回路である。ＣＨ１およびＣＨ２はリアクトルを示し、Ｌ１，Ｌ２は交流電流が流れるリアクトル主巻線でＬｄ１，Ｌｄ２は直流制御電流を流す副巻線である。Ｄ１，Ｄ２はダイオ−ドでＥｄは直流電源である。交流電圧が正の場合は電流はＬ１，電気負荷、Ｄ２の回路で流れ、負の場合はＬ２、電気負荷、Ｄ１の回路で流れる。

Claims (1)

1. 交流および直流電気回路で用いられる巻鉄心形リアクトルに直流励磁制御巻線を用い磁路飽和を生じさせないことを特徴とする線形リアクトル。

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