JP4368051B2

JP4368051B2 - 電磁機器

Info

Publication number: JP4368051B2
Application number: JP2000327352A
Authority: JP
Inventors: 博道佐藤; 満前田; 大日向　　敬; 重昭赤塚
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2002134338A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主磁路及び主巻線に変更を加えることなく、高調波歪みが少なく、突き合わせ面に絶縁フィルムを必要としないでリアクタンスを可変でき、さらに補助鉄心の構造を選択することにより、任意のリアクタンス可変特性及び範囲が選択できる電磁機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リアクタンスを可変する従来の技術としては、本出願人が先に提案した線形可変リアクトル（特開平０９−３３０８２９号公報）がある。
図１０は、本出願人が先に提案した線形可変リアクトルの一実施例を示す斜視図である。この線形可変リアクトルは、図１０に示すように、主巻線３２が巻回された第１のＵ形カットコア３１と、制御巻線３４が巻回された第２のＵ形カットコア３３から構成され、これら第１及び第２のＵ形カットコア３１，３３は、そのカット面同志を互いに対向させ、かつ、第１のＵ形カットコア３１に対して第２のＵ形カットコア３３を捩じり方向に９０°回転させた状態で接触されている。カット面同志の４面の接触面３６は、主巻線３２、制御巻線３４の各々に電圧ｅ１，ｅ２を印加して発生する磁束φ１，φ２の全てが通る共通磁路となる。そこで、制御巻線３４の電流ｉ２で当該共通磁路を磁気飽和させることにより主巻線３２による磁束の磁路を楔形の間隙３５に移行させることができ、制御巻線３４の励磁電流を変えることにより、主巻線３２のリアクタンスを線形に可変させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のリアクタは、直交するＵ形カットコアの鉄心接合面に於いて生ずる渦電流発生の対策として、鉄心接合面における積層鋼板間の短絡を防止するため接合面に絶縁フィルムを挿入しているが、十分な耐久性をもつ絶縁フィルム材料を確保することが困難であり、また、絶縁フィルムを介在させると磁気回路の磁気抵抗が増大し、大きなリアクタンスの変化が困難となるという課題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、主磁路及び主巻線に変更を加えることなく、磁気回路構造及び巻線の巻装構造が簡単で、かつ、絶縁フィルムを必要としないで高調波電流を低減させ、リアクタンスを可変でき、補助鉄心の構造を選択することにより、任意のリアクタンス可変特性及び範囲が選択できる電磁機器を提供することを目的とする。
【０００５】
さらに、従来から用いられている主鉄心構造に適用できるリアクタンス可変の電磁機器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電磁機器は、主磁路を形成する主鉄心に交流主巻線が巻回された電磁機器において、前記主巻線による主磁束が通る主鉄心に、Ｅ形補助鉄心を添設して補助磁路を形成すると共に、該Ｅ形補助鉄心と主鉄心で形成される一対の鉄心窓部の主鉄心に第１制御巻線および第２制御巻線を巻回し、前記主磁束により制御巻線に生じる誘起電圧が互いに打消されるように両制御巻線を直列に接続し、その開放端子側に制御回路を接続したものである。
上記構成に依れば、制御巻線に直流制御電流を流して主磁束に対して逆起磁力を発生させることにより、生じた漏洩磁束を集束し主磁路に加えて側路磁路としての補助鉄心に誘導することにより、主磁束の通過磁路の磁気抵抗を制御して、主磁路及び主巻線に変更を加えることなく、リアクタンスを連続的に可変することができる。また、補助鉄心の構造を選択することにより、任意のリアクタンス可変特性及び範囲が選択できる。
【０００７】
請求項２記載の電磁機器は、請求項１の電磁機器において、前記主鉄心に対し一対のＥ形補助鉄心を対称的に対向させて添設し、制御巻線を設けたことを特徴としたものである。
上記構成に依れば、前述と同様に制御巻線に直流制御電流を流すことにより、主磁路及び主巻線に変更を加えることなく、主磁束の通過磁路の磁気抵抗を制御して、リアクタンスを連続的に可変することができる。
【０００８】
請求項３記載の電磁機器は、前記主磁路を形成する主鉄心に交流主巻線が巻回された電磁機器において、前記主巻線による主磁束が通る主鉄心に、中央脚に制御巻線を巻回した一対のＥ形補助鉄心を互いに対向させて対称的に添設し、制御巻線の電流による磁束が主鉄心に向かって互いに対向するように両制御巻線を直列に接続したものである。
上記構成に依れば、前述と同様に制御巻線に直流制御電流を流すことにより、主磁路及び主巻線に変更を加えることなく、主磁束の通過磁路の磁気抵抗を制御して、リアクタンスを連続的に可変することができる。
【０００９】
請求項４記載の電磁機器は、請求項１乃至３の発明を、三相形の電磁機器に適用したものであり、三相主巻線を巻回した三脚の各主鉄心にＥ形補助鉄心および制御巻線を設けたことを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による電磁機器の基本構成例を示す接続図、図２は、図１で示した電磁機器を等価的に回路表示した回路構成図である。本発明の基本構成を以下に説明する。
主巻線１が巻回された二脚鉄心３に、Ｅ形鉄心５ａ及び５ｂを二脚鉄心３に突き合わせて側路磁路としての補助鉄心を形成させる。
なお、補助鉄心と主鉄心の積層面が平行となるように、Ｅ形鉄心５ａ及び５ｂを二脚鉄心３に突き合わせた場合は、突き合わせ面に絶縁フィルムを介在させる必要がない。
【００１１】
巻線が補助鉄心のそれぞれの鉄心窓部を通るように、第１制御巻線２ａ及び第２制御巻線２ｂを二脚鉄心３に巻回し、主磁束φにより各々の制御巻線に生じる誘起電圧が互いに打消されるように制御巻線２ａ及び２ｂを直列に接続し、その開放端子側に制御回路６を接続する。
【００１２】
図１において、主巻線の開放端子に交流電源を接続し、図示矢印方向の電流ＩＬ１が流れていたとする。なお、電流ＩＬ１を正サイクルとした場合、負サイクルでは電流ＩＬ２が流れる。
電流ＩＬ１が流れると、磁路には主巻線１による主磁束φ発生する。逆に、電流ＩＬ２が流れた場合についてはそれぞれ前記と逆向きの主磁束が発生する。
発生した主磁束φは、制御巻線に直流制御電流を流さない場合には主磁路を通過し、主巻線には巻数と鉄心の磁気抵抗に応じたリアクタンスが生ずる。制御巻線を巻回した鉄心部は、制御磁束と主磁束との共通磁路となる。
【００１３】
主巻線に電流ＩＬ１，ＩＬ２を流した状態で制御巻線２ａ，２ｂに直流制御電流Ｉｃを流すと、制御巻線２ａ及び２ｂにおいて、制御巻線の巻数と制御電流Ｉｃの積で表される起磁力φｃ１及びφｃ２が発生する。制御巻線２ａを巻回した共通磁路において、発生した制御巻線による起磁力φｃ１は主磁束φに対して逆起磁力となって透磁率が変化し、主磁束の通過磁路の磁気抵抗が制御され、漏洩磁束φ’が生ずる。ここで生じた漏洩磁束φ’は、Ｅ形鉄心５ａ及び５ｂで構成し付加した両側路磁路に誘導される。このため、Ｅ形鉄心との突き合わせ部の影響により磁路の磁気抵抗が増加するとともに磁路長も変化し、リアクタンスが低下する。
なお、主磁束と同様に制御磁束φｃ１についても両側磁路に誘導され、Ｅ形鉄心５ａ及び５ｂを環流するため、二脚鉄心３内部では環流しない。また、制御磁束φｃ２についても同様である。主磁束の一部が漏洩磁束となってＥ形鉄心を通過するため、制御巻線２ａを通過する主磁束と制御巻線２ｂを通過する主磁束が異なる。このため、直流制御電圧には前記差分の交流成分が発生し、その結果、制御電流に交流成分が重畳される。
【００１４】
図３（Ａ）は、本発明によるリアクタンスの制御特性例を示したものであり、直流制御電流Ｉｃを増加することにより、リアクタンスが可変できることがわかる。更に、補助鉄心の構造を選択することにより、任意のリアクタンス可変特性及び範囲を選択することができる。例えば、補助鉄心の大きさを変えて磁路長を変更したり、補助鉄心であるＥ形鉄心の突き合わせ部にギャップを形成して補助鉄心の磁気回路の磁気抵抗を変化させることにより、リアクタンス可変特性の設定を行うことができ、さらにギャップを形成することにより磁気回路のもつ非線形の改善も行うことができる。
【００１５】
図３（Ｂ）は、ギャップ形成によるリアクタンスの制御特性の可変例を示したものであり、ギャップ幅を変化することにより、リアクタンス制御特性を可変できることがわかる。
【００１６】
なお、図４（Ａ）はギャップ７の形状を平行ギャップとした例、図４（Ｂ）はギャップ７の形状を一部平行ギャップとした例、図４（Ｃ）はギャップ７の形状を楔形ギャップとした例であるが、ギャップ形状は、図示例以外にも目的にあわせて様々な形態を取ることができることは明らかである。
【００１７】
上述のように、本発明によると、主磁路及び主巻線に変更を加えることなく、添設した補助鉄心の制御巻線電流を調整することにより、主磁束の通過磁路の磁気抵抗を制御して、リアクタンスを高速かつ連続的に可変することができ、更に、補助鉄心の構造を選択することにより、任意のリアクタンス可変特性及び範囲が選択できる。
【００１８】
図１において、添設した補助鉄心は主鉄心に対し対向する一対のＥ形鉄心により構成した電磁機器について説明を行ったが、添設する補助鉄心は一個所であっても複数であっても適用可能であることは明らかである。
【００１９】
図５は、主巻線１を巻回した二脚鉄心３に、中央脚に制御巻線２ａを巻回したＥ形鉄心５ａと、中央脚に制御巻線２ｂを巻回したＥ形鉄心５ｂで構成した側路磁路としての補助鉄心を添設したもので、制御巻線電流Ｉｃより発生する制御巻線２ａによる制御磁束φｃ１及び制御巻線２ｂによる制御磁束φｃ２が二脚鉄心３に向かって同方向になるように制御巻線２ａ及び２ｂを直列に接続し、その開放端子側に制御回路６を接続した構成である。
【００２０】
図５に示した構成によっても、二脚鉄心３からの漏洩磁束φ’がＥ形鉄心５ａ及び５ｂで構成した側路磁路に誘導されるため、図１と同様にリアクタンスを制御することができる。
【００２１】
図６は、本発明による三相形電磁機器の基本構成例を示す接続図である。
基本構成は、主巻線１ａ，１ｂ，１ｃが巻回された三脚鉄心４の各脚に、三脚鉄心４に対して積層面が平行となるようにＥ形鉄心を突き合わせて側路磁路としての補助鉄心を形成させる。
【００２２】
主巻線１ａを巻回した脚では、巻線がＥ形鉄心５ａ１及び５ａ２のそれぞれの鉄心窓部を通るように、第１制御巻線２ａ１及び第２制御巻線２ａ２を三脚鉄心４に巻回し、同様に主巻線１ｂを巻回した脚に制御巻線２ｂ１及び２ｂ２、主巻線１ｃを巻回した脚に制御巻線２ｃ１及び２ｃ２を巻回す。
【００２３】
主巻線１ａを巻回した脚では、主磁束φａにより生じる誘起電圧が互いに打消されるように制御巻線２ａ１及び２ａ２を直列に接続し、主巻線１ｂ、主巻線１ｃを巻回した脚も同様に接続する。
【００２４】
前述と同様、制御電流を調整して主磁束を制御することにより、漏洩磁束がＥ形鉄心で構成した側路磁路に誘導されるため、各相毎にリアクタンスを高速かつ連続的に可変することができる。
このことは、同様に他の相についても成り立つことから、リアクタンスを可変可能な三相形の電磁機器として機能することは明らかである。
【００２５】
図６において、添設した補助鉄心は主鉄心に対し対向する一対のＥ形鉄心で構成した三相形の電磁機器について説明を行ったが、添設する補助鉄心は一個所であっても複数であっても適用可能である。
【００２６】
図７は、主巻線１ａ，１ｂ，１ｃが巻回された三脚鉄心４の各脚に、中央脚に制御巻線を巻回した２つのＥ形鉄心で構成した側路磁路としての補助鉄心を添設して構成した三相形の電磁機器である。
主巻線１ａを巻回した脚では、Ｅ形鉄心５ａ１の中央脚に巻回した制御巻線２ａ１に制御巻線電流Ｉｃａを流したときに発生する制御磁束φｃａ１とＥ形鉄心５ａ２の中央脚に巻回した制御巻線２ａ２に制御巻線電流Ｉｃａを流したときに発生する制御磁束φｃａ２が三脚鉄心４に向かって同方向になるように制御巻線２ａ１及び２ａ２を直列に接続し、その開放端子側に制御回路６を接続し、主巻線１ｂ、主巻線１ｃを巻回した脚も同様に接続して構成する。
【００２７】
前述と同様、制御電流を調整して主磁束を制御することにより、漏洩磁束がＥ形鉄心で構成した側路磁路に誘導されるため、各相毎にリアクタンスを高速かつ連続的に可変することができる。
このことは、同様に他の相についても成り立つことから、リアクタンスを可変可能な三相形の電磁機器として機能することは明らかである。
【００２８】
（適用例）
図８は、本発明の電磁機器の無効電力補償装置への適用例を説明した図である。図８において、電磁機器８と電力用コンデンサ９を並列に接続し、送電線路に並列に挿入し、電磁機器の制御により、系統に生じる遅相から進相の無効電力を連続的に補償するようにしたものである。
本適用例は、単相形三台で構成した電磁機器で示したが、これを三相形の電磁機器に置き換えることができるのは明らかである。
【００２９】
（応用例）
図９は、本発明の電磁機器を多機能変圧器へ適用した応用例を説明するための図である。
図１で示した本発明の電磁機器において、主巻線を一次巻線１０とし、更に二次巻線１１を巻回して構成した多機能変圧器である。
【００３０】
図９において、一次巻線１０に交流電源を接続し、二次巻線１１には負荷を接続し、二次巻線１１に図示矢印方向の二次電流ＩＬ２が流れたとする。
制御電流を流さない場合には、一次巻線１０には、上記二次電流で発生した磁束を打消すように一次電流ＩＬ１が流れ、全体として変圧器動作を示す。
【００３１】
制御巻線に直流制御電流Ｉｃを流すと、制御巻線の巻数と制御電流Ｉｃの積で表される起磁力が発生し、主磁束による起磁力に対して逆起磁力となって磁路を通過する主磁束を制御することができ、その結果、一次巻線１０と鎖交する主磁束が減少する。
【００３２】
このため、一次巻線１０には制御電流の制御に伴う主磁束の減少に応じて、一次巻線の端子間電圧を維持するために必要な主磁束を発生させるために励磁電流が増加する。
即ち、変圧器としての機能に加えて、制御電流を調整することで一次側に流入する無効電流の調整が可能な多機能変圧器を実現することができる。
なお、多機能変圧器を請求項１の電磁機器に適用して説明したが、本発明で記載した他の電磁機器についても適用可能なことは明らかである。
更に、以上の説明の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、タップを設けることなく、主磁路及び主巻線に変更を加えないで、広範囲にリアクタンスを可変する電磁機器を実現することができ、近年の電力需要の増大や負荷の多様化により、系統電圧の変動等負荷の多様化に対応できるフレキシブルな電力設備の提供がはかられ、電力系統の電圧の安定化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単相形電磁機器の基本構成の一例を示す接続図である。
【図２】図１に示した電磁機器の等価回路を示す回路構成図である。
【図３】電磁機器の制御特性例を示す図である。
【図４】図１に示した電磁機器のギャップ構成を示す図である。
【図５】単相形電磁機器の基本構成の他の例を示す接続図である。
【図６】三相形電磁機器の基本構成の一例を示す接続図である。
【図７】三相形電磁機器の基本構成の他の例を示す接続図である。
【図８】本発明の無効電力補償装置への適用例を示す回路構成図である。
【図９】本発明の多機能変圧器への適用例を示す接続図である。
【図１０】本出願人が先に提案した線形可変リアクトルの一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…主巻線、２…制御巻線、３…二脚鉄心、４…三脚鉄心、５…Ｅ形鉄心、６…制御回路、７…ギャップ、８…電磁機器、９…電力用コンデンサ、１０…一次巻線、１１…二次巻線、３１…第１のＵ形カットコア、３２…主巻線、３３…第２のＵ形カットコア、３４…制御巻線、３５…楔形間隙、３６…カット面同士の接触面。

Claims

主磁路を形成する主鉄心に交流主巻線が巻回された電磁機器において、前記主巻線による主磁束が通る主鉄心に、Ｅ形補助鉄心を添設して補助磁路を形成すると共に、該Ｅ形補助鉄心と主鉄心で形成される一対の鉄心窓部の主鉄心に第１制御巻線および第２制御巻線を巻回し、前記主磁束により制御巻線に生じる誘起電圧が互いに打消されるように両制御巻線を直列に接続し、その開放端子側に制御回路を接続し制御巻線に直流制御電流を流し、主磁束の通過磁路の磁気抵抗を制御して、主巻線のリアクタンスを連続的に可変することを特徴とする電磁機器。
前記主鉄心に対し一対のＥ形補助鉄心を対称的に対向させて添設し、制御巻線を設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁機器。
前記主磁路を形成する主鉄心に交流主巻線が巻回された電磁機器において、前記主巻線による主磁束が通る主鉄心に、中央脚に制御巻線を巻回した一対のＥ形補助鉄心を互いに対向させて対称的に添設し、制御巻線の電流による磁束が主鉄心に向かって互いに対向するように両制御巻線を直列に接続し、制御巻線に直流制御電流を流し、主磁束の通過磁路の磁気抵抗を制御して、主巻線のリアクタンスを連続的に可変することを特徴とする電磁機器。
三相主巻線を巻回した三脚の各主鉄心にＥ形補助鉄心および制御巻線を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の電磁機器。