JP6909462B2 - 三相電磁機器 - Google Patents

Description

この発明は、三相形のリアクタンスを可変できる電磁機器に関し、詳しくは、巻装構造が簡単で巻線の占積率が大きく、冷却効率に優れた三相電磁機器に関する。

近年、電力系統において、太陽光発電や風力発電などの分散型電源の導入拡大や負荷の多様化などから、電圧変動などの電力品質へ与える影響が懸念されつつあり、低コストで効果的な電圧調整装置が求められている。電力系統において電圧や力率を調整可能な機器として、可変インダクタが知られており、三相交流電源に対応した三相形のリアクタンスを可変できる技術としては、本出願人が先に提案した三相形電磁機器（特許文献１）や三相電磁機器（特許文献２）がある。

図１３は、特許文献１の三相形電磁機器の一例の説明図である。この三相電磁機器は、６つの主鉄心５３ａａ〜５３ｃｂを、隣接する主鉄心との角度が６０゜となるように配置し、さらに６つの主鉄心の一端を６つの鉄心窓部が形成されるように連結鉄心５３で連結された鉄心構造を有している。

６つの各主鉄心５３ａａ〜５３ｃｂには、三相交流電源に接続される３対の主巻線５１ａａ〜５１ｃｂを巻装し、それぞれの対の主巻線から生じる磁束が同一方向になるように直列または並列に接続している。
主鉄心を連結した６個の連結鉄心５３には、それぞれに制御巻線５２ａ〜５２ｆを巻装し、主巻線５１ａａ〜５１ｃｂによる磁束で制御巻線５２ａ〜５２ｆに生じる誘起電圧が互いに打消されるように制御巻線を直列または並列に接続している。そして、制御回路５４から制御巻線５２ａ〜５２ｆに流す直流電流を変えることによって、主磁束と制御磁束の共通磁路の磁気抵抗を制御し主巻線５１ａａ〜５１ｃｂのリアクタンスを連続的に可変している。

図１４は、特許文献２の三相電磁機器の一例の説明図である。この三相電磁機器は、対称的に等間隔で環状に配設された６個の脚部鉄心４３ａａ〜４３ｃｂの両端部に、それぞれの端部を連結して一対の環状継鉄４３ｄ、４３ｅが形成されて構成された籠状磁心を有している。

６個の脚部鉄心４３ａａ〜４３ｃｂには、三相交流電源に接続される３対の交流主巻線４１ａａ〜４１ｃｂが卷装され、両方の環状継鉄４３ｄ、４３ｅの各脚部鉄心４３ａａ〜４３ｃｂとの連結部間に直流制御巻線４２ａ〜４２Ｌが卷装されている。そして、制御回路４４から直流制御巻線４２ａ〜４２Ｌに流す直流電流を変えることによって、主磁束と制御磁束の共通磁路の磁気抵抗を制御し交流主巻線４１ａａ〜４１ｃｂのリアクタンスを連続的に可変している。

特許４６４６３２７号公報 特許５９４６１７７号公報

特許文献１の三相電磁機器については、三相バランスの優れた三相形電磁機器の必要性から、各相の磁路が対称的になるように三相一体構成されたものであり、制御電流の調整により主巻線のリアクタンスを三相バランス良く、連続的に可変することができる。

しかしながら、この三相電磁機器は、略円形状の磁心により構成される構造であるため、鉄心窓部が扇形の形状となってしまう。この鉄心窓部には一つにつき３個の主巻線乃至制御巻線を巻装することが必要であるが、鉄心窓部が扇形の形状では巻線の占積率が低下してしまい、電磁機器が大型化するという問題がある。さらに、制御巻線を連結鉄心へ巻装する必要があるため、磁心を構成した後に手作業による巻装を強いられていた。

また、特許文献２の三相電磁機器についても、主巻線のリアクタンスを三相バランス良く、連続的に可変することができるが、環状継鉄の各脚部鉄心との連結部間に直流制御巻線を巻装しているため、鉄心窓部には一つにつき４個の主巻線乃至制御巻線を巻装することが必要となる。そして、全体としては１８個の巻線で構成されているため、製造工数が多くなり、また抵抗損失も大きくなる。さらに、底部にも巻線が巻かれるため、設置時の安定性に問題があった。

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、三相間のアンバランスがなく、鉄心の突き合わせ面にギャップを必要とせずに、リアクタンスの可変範囲が広く、さらに、巻線の巻装構造が簡単で巻線の占積率が優れ、小型かつ軽量で冷却効率の優れた三相一体構造のリアクタンスを可変できる三相電磁機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、
対称的に等間隔で環状に配設された６個の脚部鉄心と、各前記脚部鉄心の両端部においてそれぞれの端部が連結された一対の環状継鉄とから構成された籠状磁心と、
６個の前記脚部鉄心それぞれに巻装され、三相交流電源に接続された各相の交流主巻線と、
前記脚部鉄心に巻装され、前記各相の交流主巻線に流れる三相交流電流による主磁束によって誘起する起電力が打ち消されるように直列または並列に接続された直流制御巻線と、を有する三相電磁機器であって、
前記直流制御巻線に直流制御電流を供給して制御磁束を発生させ、前記主磁束と前記制御磁束の共通磁路となる前記籠状磁心の磁気抵抗を制御して前記交流主巻線のリアクタンスを連続的に可変させ、
前記直流制御巻線が６個の前記脚部鉄心の１つおきに巻装され、各前記直流制御巻線によって発生する前記制御磁束が、前記直流制御巻線を巻装した前記脚部鉄心において同方向となるように、各前記直流制御巻線が接続されていることを特徴とするものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記各相の主巻線を巻装した前記脚部鉄心は、前記環状継鉄の中心より対称的に配置された２つの前記脚部鉄心であることを特徴とするものである。

第３の技術手段は、第１又は２の技術手段において、前記各相の主巻線を巻装した前記脚部鉄心は、隣接する２つの前記脚部鉄心であることを特徴とするものである。

第４の技術手段は、第１から３のいずれかの技術手段において、前記各相の交流主巻線を巻装した前記脚部鉄心に、二次巻線が巻装されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、直流制御巻線の数を３個または６個に減少することができ、さらに交流主巻線と直流制御巻線を重ね巻きすることによって全体を６個の巻線構造に簡略化できる。このため、重量の低減、巻線長低下に伴う巻線抵抗低減による損失が低減される。さらに、環状継鉄の各脚部鉄心との連結部間へ直流制御巻線を巻き回す必要がないほか、巻線数の減少によって、製造工数を大幅に低減することができる。

また、交流主巻線を流れる電流による主磁束の磁路と直流制御巻線を流れる電流による制御磁束の磁路とが同じとなるため、飽和する領域の磁路が全体に及ぶので、リアクタンスの可変範囲が広くなる、さらに、籠状磁心に巻装した全ての巻線を縦置きして地面に垂直に配置きるため、油槽の中で冷却する際に冷却油の対流が良好となり、従来の制御巻線のような横置きと比較して冷却効率が向上する。

本発明の三相電磁機器の一構成例を示す図である。 本発明の三相電磁機器の一構成例における磁路の磁束の流れを示す図である。 本発明の三相電磁機器の一構成例の等価回路を示す図である。 本発明の三相電磁機器の一構成例の巻線構成例を示す図である。 本発明の三相電磁機器の一構成例の動作を説明するための図である。 本発明の三相電磁機器の他の構成例を示す図である。 本発明の三相電磁機器の他の構成例における磁路の磁束の流れを示す図である。 本発明の三相電磁機器の他の構成例の等価回路を示す図である。 本発明の三相電磁機器の他の構成例の巻線構成例を示す図である。 本発明の三相電磁機器の制御特性例を示す図である。 本発明による変圧機能を有する三相電磁機器の例を示す図である。 本発明の無効電力補償装置への適用例を示す図である。 従来の三相電磁機器の例を示す図である。 従来の三相電磁機器の他の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の三相電磁機器に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の三相電磁機器の一構成例を示す図、図２は、本発明の三相電磁機器の一構成例における磁路の磁束の流れを示す図、図３は、本発明の三相電磁機器の一構成例の等価回路を示す図、図４は、本発明の三相電磁機器の一構成例の巻線構成例を示す図、および、図５は、本発明の三相電磁機器の一構成例の動作を説明するための図である。なお、本発明では、交流主巻線を流れる電流によって生じる磁束を主磁束、直流制御巻線を流れる電流によって生じる磁束を制御磁束と呼ぶ。

三相電磁機器の磁心は、６個の直線状の脚部鉄心３ａａ、３ａｂ、３ｂａ、３ｂｂ、３ｃａ、３ｃｂが、等間隔かつ対称的となるように環状に配設されて、その各脚部鉄心の上下の端部が２個の環状継鉄３ｄ、３ｅによって連結された籠状磁心３で構成され、三相の各相に対称的な磁路が形成される。

６個の脚部鉄心３ａａ、３ａｂ、３ｂａ、３ｂｂ、３ｃａ、３ｃｂと、環状継鉄３ｄ、３ｅの接合部は、磁気的ギャップを必要としないので、磁心を構成する各々の積層鋼板を平行になるように突き合わせて、或いは積層鋼板の端部を噛み合わせて連結するように構成される。

６個の脚部鉄心３ａａ、３ａｂ、３ｂａ、３ｂｂ、３ｃａ、３ｃｂには、それぞれ三相交流電源に接続される交流主巻線１ａａ、１ａｂ、１ｂａ、１ｂｂ、１ｃａ、１ｃｂ（以下、「主巻線」という。）が巻装される。

第１の脚部鉄心３ａａには主巻線１ａａを、第１の脚部鉄心３ａａと環状継鉄の中心より対称的に配置された第２の脚部鉄心３ａｂには主巻線１ａｂを巻装する。主巻線１ａａおよび１ａｂは、両主巻線を流れる電流から生じる主磁束φａ１およびφａ２が対称的に籠状磁心の磁路を還流するように直列または並列に接続される。

同様に、第３の脚部鉄心３ｂａには主巻線１ｂａを、脚部鉄心３ｂａと対称的に配置された第４の脚部鉄心３ｂｂには主巻線１ｂｂを巻装し、第５の脚部鉄心３ｃａには主巻線１ｃａを、脚部鉄心３ｃａと対称的に配置された第６の脚部鉄心３ｃｂには主巻線１ｃｂを巻装する。

主巻線１ｂａおよび１ｂｂ並びに主巻線１ｃａおよび１ｃｂも、それぞれ両主巻線を流れる電流から生じる主磁束φｂ１およびφｂ２並びに主磁束φｃ１およびφｃ２が対称的に還流するように直列または並列に接続される。

そして、主巻線１ａａ、１ｂｂ、および、１ｃａを巻装した第１の脚部鉄心３ａａ、第４の脚部鉄心３ｂｂ、および、第５の脚部鉄心３ｃａに、それぞれ、直流制御巻線（以下、「制御巻線」という。）２ａ、２ｂ、および、２ｃを巻装する。なお、制御巻線２ａ、２ｂ、および、２ｃは、第１の脚部鉄心３ａａ、第４の脚部鉄心３ｂｂ、および、第５の脚部鉄心３ｃａに巻装する代わりに、第２の脚部鉄心３ａｂ、第３の脚部鉄心３ｂａ、および、第６の脚部鉄心３ｃｂに巻装してもよい。すなわち、本実施形態では、制御巻線２ａ、２ｂ、および、２ｃは、６個の脚部鉄心の１つおきに巻装されている。

制御巻線２ａ、２ｂ、および、２ｃは、図４で示すように、それぞれ主巻線１ａａ、１ｂｂ、および、１ｃａと重ね巻きされ、一つの巻線体９として構成されることが望ましい。一方、主巻線１ａｂ、１ｂａ、および、１ｃｂは、主巻線のみの巻線体８として構成される。これにより、三相電磁機器は、３個の巻線体８と重ね巻した３個の巻線体９とからなる６個の巻線体から構成することができる。

そして、主巻線１ａａおよび１ａｂ、主巻線１ｂａおよび１ｂｂ、並びに主巻線１ｃａおよび１ｃｂによる磁束で制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃに生じる誘起電圧が互いに打ち消されるように各制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃを直列または直並列に接続し、その開放端子側に制御回路４を接続する。

具体的には、各制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃに制御回路４から直流電流を流した際に、各制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃによって発生する制御磁束φｄｃ１、φｄｃ５、φｄｃ３が、各制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃを巻装した脚部鉄心３ａａ、３ｂｂ、３ｃａにおいて、各脚部鉄心の長手方向に対して同方向となるように、各制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃが接続されている。

このため、各制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃにはそれぞれ主巻線１ａａ〜１ｃｂに流れる三相の各相の主電流により生じる主磁束φａ１〜φｃ２によって誘起電圧が生じるが、三相各相の主磁束φａ１〜φｃ２に対応して生じる誘起電圧は、対応する制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃを直列に接続することにより打ち消されることになる。それ故、制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃを全て直列に接続することも可能であるし、直並列に接続することもできる。

図５において、脚部鉄心に巻装して接続した主巻線の開放端子に三相交流電源を接続し、それぞれの主巻線に図示矢印方向の三相交流電流ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗが流れているとする。なお、図示の電流矢印方向を正サイクルとした場合、負サイクルでは逆方向の電流が流れる。

本実施形態の三相電磁機器は、主巻線１ａａおよび１ａｂ、主巻線１ｂａおよび１ｂｂ、主巻線１ｃａおよび１ｃｂより発生する各相各々の交流磁束は、脚部鉄心３ａａ〜３ｃｂを連結した２個の環状継鉄３ｄ、３ｅを介して還流することになる。

以下、主巻線１ａａを巻装した第１の脚部鉄心３ａａに着目して説明する。
主巻線電流ＩＬｕが流れると、磁路となる脚部鉄心３ａａには主巻線１ａａにより主磁束φａ１が発生する。発生した主磁束φａ１は、制御巻線２ａに直流制御電流（以下、「制御電流」という。）を流さない場合には、主に、環状継鉄３ｅ、脚部鉄心３ａａに隣接する脚部鉄心３ｂａおよび３ｃｂ、環状継鉄３ｄを通過し、主巻線１ａａには巻数と磁心の磁気抵抗に応じたリアクタンスが生ずる。

同様に、主巻線１ａｂによる主磁束φａ２も、脚部鉄心３ａｂ、環状継鉄３ｅ、脚部鉄心３ｂｂおよび３ｃａ、環状継鉄３ｄを通過し、主巻線１ａｂにも巻数と磁心の磁気抵抗に応じたリアクタンスが生ずる。

一方、制御回路４から制御巻線２ａに制御電流Ｉｃを供給した場合、磁路となる脚部鉄心３ａａには制御巻線２ａにより制御磁束φｄｃ１が発生する。発生した制御磁束φｄｃ１は、主に、環状継鉄３ｅ、脚部鉄心３ａａに隣接する脚部鉄心３ｂａおよび３ｃｂ、環状継鉄３ｄを通過する。すなわち、制御巻線２ａによる制御磁束φｄｃ１と主巻線１ａａによる主磁束φａ１とは同じ共通磁路を有することになる。

以上のことは、主巻線１ｂｂと制御巻線２ｂを巻装した脚部鉄心３ｂｂ、主巻線１ｃａと制御巻線２ｃを巻装した脚部鉄心３ｃａに着目した場合も同様である。すなわち、主巻線１ｂｂと制御巻線２ｂに流れる電流によって生じる主磁束φｂ２と制御磁束φｄｃ５の磁路は、脚部鉄心３ｂｂ、環状継鉄３ｅ、脚部鉄心３ａｂおよび３ｃｂ、環状継鉄３ｄの同一磁路となり、主巻線１ｃａと制御巻線２ｃに流れる電流によって生じる主磁束φｃ１と制御磁束φｄｃ３の磁路は、脚部鉄心３ｃａ、環状継鉄３ｅ、脚部鉄心３ａｂおよび３ｂａ、環状継鉄３ｄの同じ共通磁路となる。

そして、主巻線電流ＩＬｕを流した状態で制御巻線２ａに制御電流Ｉｃを流すと、制御巻線２ａ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が発生する。この起磁力によって、制御磁束φｄｃ１と主磁束φａ１が同方向となる共通磁路部分の磁束密度が大となって透磁率が変化し、主磁束が制御されリアクタンスが低下する。

このことは、主巻線１ｂｂと制御巻線２ｂを巻装した脚部鉄心３ｂｂ、および、主巻線１ｃａと制御巻線２ｃを巻装した脚部鉄心３ｃａについても同様に成り立つことから、リアクタンスを可変できる三相電磁機器として動作することができる。

以上のように本実施形態の磁気回路構成は、磁心の構成、主巻線、制御巻線の巻装構成が三相各相について対称的であり、三相各相での可変リアクタンスの特性のバランスが優れた三相電磁機器が実現できる。また、従来の制御巻線配置では、制御巻線を環状継鉄に巻装しているため、制御磁束は環状継鉄のみを還流し、磁束密度が大となる領域は環状継鉄のみに限られていたが、本発明の制御巻線配置にすることで、各脚部鉄心および環状継鉄全体に制御磁束が還流し、磁束密度が大となる領域が脚部鉄心および環状継鉄の全てとなることから、従来の構造に比し、磁気抵抗を広範囲に変化させることによりリアクタンスを広範囲に可変することができる。そして、制御巻線の数の減少によって、製造工数を大幅に低減することができる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の三相電磁機器の他の構成例を示す図、図７は、本発明の三相電磁機器の他の構成例おける磁路の磁束の流れを示す図、図８は、本発明の三相電磁機器の他の構成例の等価回路を示す図、および、図９は、本発明の三相電磁機器の他の構成例の巻線構成例を示す図である。

本実施形態は、第１の実施形態の三相電磁機器に比べ、主巻線１ａａ〜１ｃｂの巻線配置については同じであるが、制御巻線２ａ〜２ｆを全ての脚部鉄心３ａａ〜３ｃｂに設けた点が異なっており、図９に示すように、各主巻線１ａａ〜１ｃｂのそれぞれに制御巻線２ａ〜２ｆを重ね巻きした巻線体９を６個備えている。以下、第１の実施形態と異なっている点について主に説明する。

制御巻線２ａ、２ｂおよび２ｃは、制御電流Ｉｃと同方向に流れる電流が流れると、脚部鉄心の下方に向かう磁束を発生するように、また、制御巻線２ｄ、２ｅおよび２ｆは、直流制御電流Ｉｃと同方向に流れる電流が流れると、脚部鉄心の上方に向かう磁束を発生するように、直列接続されている。すなわち、制御巻線が６個の脚部鉄心のそれぞれに巻装され、各制御巻線によって発生する制御磁束が、制御巻線を巻装した隣り合う脚部鉄心において脚部鉄心の長手方向に対して反対方向となるように、各制御巻線が接続されている。

これにより、第１の脚部鉄心３ａａの主巻線１ａａに流れる電流によって生じる主磁束φａ１の変化によって同じ脚部鉄心３ａａに巻回した制御巻線２ａに誘起される電圧と、第２の脚部鉄心３ａｂの主巻線１ａｂに流れる電流によって生じる主磁束φａ２の変化によって制御巻線２ｄに誘起される電圧とが互いに打ち消されるように、制御巻線２ａと２ｄとが直列接続されている。同様に、制御巻線２ｂと２ｅ、および制御巻線２ｃと２ｆとに誘起される電圧がそれぞれ互いに打ち消されるように直列接続されている。そして、主巻線１ａａ〜１ｃｂには平衡三相交流電流が流れるので、制御巻線２ａ〜２ｆの誘起電圧は互いに打ち消される。

それ故、図６に示すように、制御巻線を全て直列に接続することも可能であるし、制御巻線２ａと２ｄ、２ｂと２ｅ、２ｃと２ｆとをそれぞれ直列接続し、これらの直列接続したものを並列に直並列に接続することもできる。

図６において、脚部鉄心に巻装して接続した主巻線の開放端子に三相交流電源を接続し、それぞれの主巻線に図示矢印方向の三相交流電流ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗが流れているとする。なお、図示の電流矢印方向を正サイクルとした場合、負サイクルでは逆方向の電流が流れる。

本実施形態の三相電磁機器は、第１の実施形態の三相電磁機器と同様に、主巻線１ａａおよび１ａｂ、主巻線１ｂａおよび１ｂｂ、主巻線１ｃａおよび１ｃｂより発生する各相各々の交流磁束は、脚部鉄心３ａａ〜３ｃｂを連結した２個の環状継鉄３ｄ、３ｅを介して還流することになる。

以下、主巻線１ａａを巻装した第１の脚部鉄心３ａａと主巻線１ａｂを巻装した第２の脚部鉄心３ａｂに着目して説明する。
主巻線電流ＩＬｕが流れると、磁路には主巻線１ａａにより主磁束φａ１、並びに主巻線１ａｂにより主磁束φａ２がそれぞれ発生する。発生した主磁束は、制御巻線に直流制御電流を流さない場合には、環状継鉄と他の脚部鉄心を通過し、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。ここで、脚部鉄心および上下の環状継鉄は、制御磁束φｄｃと主磁束φａ１、φａ２との共通磁路となる。

以上のことは、主巻線１ｂａを巻装した第３の脚部鉄心３ｂａと主巻線１ｂｂを巻装した第４の脚部鉄心３ｂｂとに着目した場合、および、主巻線１ｃａを巻装した第５の脚部鉄心３ｃａと主巻線１ｃｂを巻装した第６の脚部鉄心３ｃｂとに着目した場合も同様である。

主巻線電流ＩＬｕを流した状態で制御巻線に制御電流Ｉｃを流すと、制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆ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が発生する。そして、制御磁束φｄｃと主磁束φａ１およびφａ２が同方向となる共通磁路部分の磁束密度が大となって透磁率が変化し、主磁束が制御されリアクタンスが低下する。

このことは、他の直線磁心についても同様に成り立つことから、制御電流Ｉｃを調整することによって、リアクタンスを可変できる三相電磁機器として動作することができる。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、磁束密度が大となる領域が脚部鉄心および環状継鉄の全てとなることから、従来の構造に比し、磁気抵抗を広範囲に変化させることによりリアクタンスを広範囲に可変することができる。

図１０は、三相電磁機器の制御特性例を示す図であり、第２の実施形態の三相電磁機器に三相交流電圧を印加し、制御電流Ｉｃを増加させた場合の制御特性例を示したものである。図１０（ａ）は、主巻線電流の制御特性例を示したものであり、制御電流Ｉｃを増加させることにより、リアクタンスが変化し、主巻線電流を線形に可変できることがわかる。図１０（ｂ）は、主巻線電流の高調波電流歪み特性例を示したものであり、制御電流Ｉｃの値によらず低歪みの良好な主巻線電流特性であることがわかる。

以上のように、本発明による三相電磁機器は、制御電流を調整することにより三相各相のリアクタンスをバランス良く、低歪みで、広範囲に高速且つ連続的に可変することができる。

（第３の実施形態）.
図１１は、本発明による変圧機能を有する三相電磁機器の例を示す図である。図１１に示す三相電磁機器は、第１の実施形態で示した図１の磁心巻線構成において、電磁機器を構成する主巻線部を一次巻線とし、一次巻線５ａａを巻装した脚部鉄心に二次巻線６ａａ、一次巻線５ａｂを巻装した脚部鉄心に二次巻線６ａｂ、一次巻線５ｂａを巻装した脚部鉄心に二次巻線６ｂａ、一次巻線５ｂｂを巻装した脚部鉄心に二次巻線６ｂｂ、一次巻線５ｃａを巻装した脚部鉄心に二次巻線６ｃａ、一次巻線５ｃｂを巻装した脚部鉄心に二次巻線６ｃｂをそれぞれ巻装して二次巻線とし、二次巻線を一次巻線と同様に接続して構成した変圧器機能を有する三相電磁機器である。

図１１において、一次巻線に三相交流電源を接続し二次巻線には三相負荷を接続し、それぞれの二次巻線に図示矢印方向の電流ＩＬｕ２、ＩＬｖ２、ＩＬｗ２が流れていたとする。以下、一次巻線５ａａを巻装した脚部鉄心と一次巻線５ａｂを巻装した脚部鉄心について説明する。

制御電流を流さない場合には、一次巻線５ａａおよび５ａｂ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ＩＬｕ１が流れ、全体として変圧器動作を示す。
制御巻線に制御電流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することで共通磁路の透磁率が変化し、主磁束が制御される。このため、一次巻線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、変圧器としての変圧機能に加えて、制御電流を調整することで主巻線のリアクタンスを連続的に可変して一次側に流入する無効電流の調整が可能となる。このことは、同様に他の脚部鉄心についても成り立つことから、変圧器としての機能に加えて、リアクタンスを可変できる三相電磁機器として構成することができる。

（第４の実施形態）
図１２は、本発明の三相電磁機器の無効電力補償装置への適用例を示す等価回路である。図１２において、本発明による三相電磁機器と電力用コンデンサ７を並列に接続したものを、送電線路に並列に挿入し、三相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ている。

以上詳述したように、本発明によれば、タップを設けることなく、組立が簡単で、鉄心の突き合わせ面にギャップを必要とせずに、広範囲にリアクタンスを可変する三相電磁機器を実現することができる。巻線数の減少によって、製造工数を大幅に低減することができる。また、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図られ、電力系統の電圧安定化や力率および潮流のより適切な制御に寄与できる。

なお、上記実施形態では、１対の主巻線、例えば１ａａ、１ａｂを巻回した脚部鉄心が、環状継鉄の中心より対称的に配置された２つの脚部鉄心３ａａ、３ａｂである場合について説明したが、これ以外に、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。

例えば、１対の主巻線が隣接する２つの脚部鉄心に巻回されていてもよく、この場合、１対の主巻線の各主巻線から生じる磁束の方向は、上下の環状継鉄に向かって同方向となるように直列または並列に接続させておけばよい。そして、１対の主巻線と同じ直線磁心に巻装された１または２つの制御巻線は、主巻線を流れる三相交流電流の変化によって生じる主磁束の変化による誘起電圧を打消すように接続しておけばよい。

１（１ａａ，１ａｂ，１ｂａ，１ｂｂ，１ｃａ，１ｃｂ）…主巻線、２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）…制御巻線、３（３ａａ，３ａｂ，３ｂａ，３ｂｂ，３ｃａ，３ｃｂ，３ｄ，３ｅ）…籠状磁心、φａ１，φａ２，φｂ１，φｂ２，φｃ１，φｃ２…主磁束、φｄｃ１，φｄｃ２，φｄｃ３，φｄｃ４，φｄｃ５，φｄｃ６…制御磁束、４…制御回路、５（５ａａ，５ａｂ，５ｂａ，５ｂｂ，５ｃａ，５ｃｂ）…一次巻線、６（６ａａ，６ａｂ，６ｂａ，６ｂｂ，６ｃａ，６ｃｂ）…二次巻線、７…電力用コンデンサ、
８、９…巻線体、ｅ…交流電圧。

Claims (4)

1. 対称的に等間隔で環状に配設された６個の脚部鉄心と、各前記脚部鉄心の両端部においてそれぞれの端部が連結された一対の環状継鉄とから構成された籠状磁心と、
   ６個の前記脚部鉄心それぞれに巻装され、三相交流電源に接続された各相の交流主巻線と、
   前記脚部鉄心に巻装され、前記各相の交流主巻線に流れる三相交流電流による主磁束によって誘起する起電力が打ち消されるように直列または並列に接続された直流制御巻線と、を有する三相電磁機器であって、
   前記直流制御巻線に直流制御電流を供給して制御磁束を発生させ、前記主磁束と前記制御磁束の共通磁路となる前記籠状磁心の磁気抵抗を制御して前記交流主巻線のリアクタンスを連続的に可変させ、
   前記直流制御巻線が６個の前記脚部鉄心の１つおきに巻装され、各前記直流制御巻線によって発生する前記制御磁束が、前記直流制御巻線を巻装した前記脚部鉄心において同方向となるように、各前記直流制御巻線が接続されていることを特徴とする三相電磁機器。
2. 前記各相の主巻線を巻装した前記脚部鉄心は、前記環状継鉄の中心より対称的に配置された２つの前記脚部鉄心であることを特徴とする請求項１に記載の三相電磁機器。
3. 前記各相の主巻線を巻装した前記脚部鉄心は、隣接する２つの前記脚部鉄心であることを特徴とする請求項１又は２に記載の三相電磁機器。
4. 前記各相の交流主巻線を巻装した前記脚部鉄心に、二次巻線が巻装されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の三相電磁機器。
   

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