JP6504766B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は、リアクタンスが可変な多相型静止誘導電器に係り、特にリアクタンスが可変な多相型静止誘導電器の構造簡易化に関するものである。

本技術分野の背景技術として、特開２００２−５０５２４号公報（特許文献１）がある。この公報には、三相リアクトルにおいて、一対の三相三脚磁心の対応する各脚の中央部が交叉するように互いに交叉する一対の三相閉磁路を形成し、一方の三脚磁心の各脚にそれぞれ各相一対の主巻線を巻回し、他方の三脚磁心の各脚にそれぞれ一対の制御巻線を巻回し、前記主巻線は各脚の一対の主巻線の磁束が互いに交叉する磁路の交点に対向するように直列に接続し、前記制御巻線は主巻線による磁束で各脚に巻回された一対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直列に接続し、その開放端子側に制御回路を接続して直流制御電流を供給し、主巻線により生じる磁束と制御巻線により生じる磁束との共通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が開示されている。

特開２００２−５０５２４号公報

特許文献１に記載の従来技術においては三相リアクトルのリアクタンスを可変とするために主巻線を計６個、Ｅ字型の制御用磁路を計２個、制御巻線を計６個を必要とする等、装置の構成が複雑となり大幅なコスト増が必要であった。

そこで本発明の課題は、比較的簡単な装置付加によりリアクタンスを可変とした三相リアクトル等の多相型静止誘導電器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明にかかる多相型静止誘導電器は、Ｎ相Ｎ脚の主磁路（但しＮは３以上）と、各主脚に巻き回した主巻線を有するとともに、主磁路の交点部位でＮ相主磁束の何れとも概略直交する方向に大きさが可変な制御磁束を発生させる発生手段を設け、当該発生手段により制御磁束の大きさを制御することによりＮ相リアクタンスを可変できるように構成した。

本発明によれば、比較的簡単な装置付加によりリアクタンスを可変とした多相型静止誘導電器を実現できる。

本発明の第１の実施形態の構成を示す正面図。 本発明の第１の実施形態の構成を示す側面図。 本発明の第２の実施形態の構成を示す正面図。 本発明の第２の実施形態の構成を示す側面図。 本発明の第２の実施形態における主磁束関係図。 本発明の第２の実施形態の交点部位における磁束密度関係図。 本発明の第３の実施形態の構成を示す側面図。 本発明の第４の実施形態の構成を示す正面図。 本発明の第４の実施形態の構成を示す側面図。 本発明の第５の実施形態の構成を示す正面図。 本発明の第５の実施形態の構成を示す側面図。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

実施例１について図１ないし図２を用いて説明する。図１、図２は夫々、本実施例の三相可変リアクトルの構成を示す正面図、側面図である。

本実施例の三相可変リアクトル１００の構成を以下に説明する。三相三脚の主磁路１の各主脚には主巻線２ｕ、２ｖ、２ｗが各々巻き回されており、夫々の主巻線の一端が中性点において相互に接続され、他端が各々図示しない三相交流電源の各相に接続されることによりＹ結線を構成する。そして、主磁路１の交点部位５に対しては、図２の左右方向から挟み込むようにＣ字型の制御用磁路１０が取り付けられている。この制御用磁路１０には制御用巻線２０が巻き回されており、制御巻線２０の２つの端子は制御用電源３０に接続されている。これら制御用磁路１０、制御用巻線２０、制御用電源３０が一体となって制御磁束発生手段５０を構成している。なお、制御用磁路１０は、図２において交点部位５を挟んで左右対称形状に構成されている。

次に本実施例の三相可変リアクトルの動作を説明する。図示していない三相交流電源により相互に位相が２π／３ずれた正弦波電圧が各々の主巻線２ｕ、２ｖ、２ｗに印加されると、印加される電圧の大きさや位相に応じて各々の主脚には正弦波状に時間変化する主磁束φｕ、φｖ、φｗが発生する。図１に示した矢印の向きを各々正とし、φｕに対してφｖ、φｗが各々２π／３、４π／３位相が遅れているとした場合、ある時刻ｔにおける各主磁束の大きさは各々次式で表される。

φｕ＝φ０・ｓｉｎ(２πｆ・ｔ) …（１）
φｖ＝φ０・ｓｉｎ(２πｆ・ｔ−２π／３) …（２）
φｗ＝φ０・ｓｉｎ(２πｆ・ｔ−４π／３) …（３）
但し、ｆ：交流周波数、φ０：最大磁束
そして、各主磁束の間には時間によらず、以下の関係式が成り立つ。

φｕ＋φｖ＋φｗ＝０ …（４）
上式は、主磁路１の三脚交点部位５に対して流入する主磁束と流出する主磁束が等しくなること、制御用磁路１０には主磁束が通過しないことを意味している。実際には交点部位５との接続付近において主磁束の漏れ成分が通過することになるが、この主磁束の漏れ成分の、図２において矢印で示した制御磁束φｃの方向成分の和は０となる。なお、各巻線には、主磁路１の磁気抵抗に応じて各主磁束を発生させるのに必要な励磁電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが各々流れることになる。各主磁束の大きさと励磁電流の大きさの比率がリアクタンスに相当し、主磁路１の磁気抵抗が大きい程リアクタンスは小さくなるという関係がある。

次に、制御用電源３０を動作させ、制御用巻線２０に直流の制御電流Ｉｃを流して制御用磁路１０に図２に示した制御磁束φｃを発生させると、制御用磁路１０が図２において交点部位５を挟んで左右対称形状に構成されていることにより、図２において交点部位５の右側から交点部位に流入した制御磁束φｃは、等しい大きさで交点部位５の左側から流出し、交点部位を除く主磁路１を通過しない。正確に言えば交点部位５の近傍で制御磁束φｃの漏れ成分が主磁路１を通過することになるが、この制御磁束の漏れ成分の、図１において矢印で示した主磁束方向成分の和は各々０となる。一般に磁路を構成する磁性材料においては起磁力を増加させた際の磁束密度の増加が飽和するために、磁気抵抗が大きくなる。そして制御磁束φｃの大きさを大きくする程、当該制御磁束により交点部位５に生じる磁束密度とこれに垂直な主磁束方向の磁束密度の合成磁束密度が大きくなることから、交点部位５の磁気抵抗が大きくなる。これにより主磁路１全体の磁気抵抗も大きくなることにより主回路における三相リアクタンスを小さくすることができる。

実施例２について図３ないし図６を用いて説明する。図において符号の番号が同じものは実施例１と基本的に同等なものである。以下の実施例では、それまでに説明した実施例と異なる部分を中心に説明するのであって、説明が省略された部分はそれまでに説明された実施例と技術的に異なっていない限りにおいて同じものである。

図３、図４は夫々、本実施例の三相可変リアクトルの構成を示す正面図、側面図であり、図５は当該三相可変リアクトルの交点部位付近における主磁束関係図、図６は当該交点部位における磁束密度関係図である。

本実施例では、図１及び図２に示した実施例１における主磁路１の形状が交点部位付近において１２０°回転対称に形成されるとともに、制御用磁路１０が制御用磁路矩形形状部１５と制御用磁路円筒形状部１６ａ、１６ｂに変更されたものとなっている。

上記の如く構成されたことにより、図５に示した交点部位５において主磁束は、漏れ成分を無視した場合、大きさがφ０で一定であり、紙面面内で一定速度で回転する回転磁界となる。交点部位５において前記回転磁界に起因する磁束密度成分ベクトルは図６にＢ０として示したものとなる。一方制御磁束φｃは交点部位５において軸対称形状となり、これに起因する図５の紙面垂直方向の磁束密度成分ベクトルは図６にＢｃとして示したものとなる。図６において、これら磁束密度成分ベクトルＢ０とＢｃの合成ベクトルとして、全磁束密度ベクトルＢｔが形成される。そして、全磁束密度ベクトルＢｔの大きさは、制御磁束φｃの大きさを一定とすれば一定となり、時間経過により図６においてθで示した方向に一定速度で回転するものとなる。

上記の如く交点部位５における全磁束密度ベクトルＢｔの大きさが時間経過によらず一定に保持されることにより、交点部位５において蓄積される磁気エネルギーも時間変動が無くなること、また、一定速度で回転する回転磁界を発生させることから、実施例１と比較し、本実施例の三相リアクトルにおいては励磁電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの波形形状が良好な正弦波となる効果がある。

なお、図５及び図６に示した通り、本発明の本質は交点部位５において主磁束が回転磁界を形成することにあり、Ｎ相Ｎ脚の主磁路（但しＮは３以上）に適用できることは明らかである。

実施例３について図７を用いて説明する。図７は本実施例の三相可変リアクトルの構成を示す側面図である。

図２に示した実施例１においては制御磁束発生手段５０がＣ字型の制御用磁路１０、制御用巻線２０、制御用電源３０で構成され、交点部位５に対して制御磁束φｃを発生させるように構成されているのに対し、本実施例においては図７に示した主磁路１の２ヵ所の交点部位５ａと５ｂの各々に対して制御磁束φｃを発生させるため、２つのコの字型の制御用磁路１１、１２が２ヵ所の交点部位５ａと５ｂに対し接続され、制御用磁路１１、１２には制御用巻線２１、２２が各々巻き回され、図に示した方向に制御電流Ｉｃが流れるように制御用巻線２１と制御用巻線２２とが直列に結線されて制御電源３０に接続されることにより、制御磁束発生手段５０を構成している。

上記の如く構成されたことにより、本実施例の三相可変リアクトルは実施例１と比較して高さ方向寸法を小さくできる。

実施例４について図８ないし図９を用いて説明する。図８、図９は夫々、本実施例のリアクタンス可変三相変圧器の構成を示す正面図、側面図である。

本実施例では、図１及び図２に示した実施例１に対し、２次巻線３ｒ、３ｓ、３ｔを付加することにより変圧器として構成したものである。１次巻線２ｕ、２ｖ、２ｗにおけるリアクタンスを可変できる効果は実施例１と同様である。なお、各々の１次巻線に流れる電流Ｉｕ’、Ｉｖ’、Ｉｗ’にはリアクタンスを変えることにより変化する励磁電流成分と負荷電流成分とが含まれている。

実施例５について図１０ないし図１１を用いて説明する。図１０、図１１は夫々、本実施例の三相可変リアクトルの構成を示す正面図、側面図である。

本実施例では、図１及び図２に示した実施例１に対し、制御用磁路１０に巻き回された補償巻線４０ａ、４０ｂを付加した構成となっている。各々の補償巻線は巻線の両端が短絡されている。

実施例１においては主磁路１の形状が、実施例２の如く交点部位付近において１２０°回転対称に形成されていないことにより、主磁束による磁束密度の大きさと回転速度が一定とならず、これに起因して交点部位５の磁気抵抗が時間変動する。磁気抵抗が時間変動する中で制御磁束φｃを一定に保つためには制御電流Ｉｃの大きさを変化させる必要があり、制御電源３０として当該機能を有するものを選定する必要がある。それに対して補償巻線４０ａ、４０ｂを付加した本実施例においては、制御磁束φｃが時間変動しようとすると、その変動を打ち消す方向に補償巻線に電流が流れることにより制御磁束φｃの時間変動が抑制されるので、制御電源３０における制御電流Ｉｃの時間変化機能を削減または低減することができる。

１…主磁路、２ｕ，２ｖ，２ｗ，３ｒ，３ｓ，３ｔ…主巻線、５…交点部位、１０，１１，１２，１５，１６ａ，１６ｂ…制御用磁路、２０，２１，２２…制御用巻線、３０…制御用電源、４０ａ，４０ｂ…補償巻線、５０…制御磁束発生手段、１００…静止誘導電器。

Claims (3)

1. 同一面内で構成されたＮ相Ｎ脚の主磁路（但しＮは３以上）の各主脚と、各主脚に巻き回した主巻線を有するとともに、Ｎ個の主脚の交点部位でＮ相の主磁束の何れとも概略直交する方向に大きさが可変な制御磁束を発生させる制御磁束発生手段を設け、当該制御磁束発生手段により制御磁束の大きさを制御することによりＮ相リアクタンスを可変し、前記交点部位が３６０／Ｎ°回転対称形状に形成され、前記主巻線が巻き回された各主脚と前記交点部位は前記同一面内に構成されたことを特徴とする多相型静止誘導電器。
2. 請求項１に記載の前記交点部位において軸対称形状の制御磁束を発生させることを特徴とする多相型静止誘導電器。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の前記制御磁束発生手段において、制御磁束の大きさの時間変動を抑制する補償巻線を有することを特徴とする多相型静止誘導電器。