JPH01310521A - スコット結線変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はスコツト結線変圧器に係り、主座の巻線配置の
改良に関するものである。

（従来の技術） スコツト結線変圧器は、三相から二相に、または、二相
から三相に相数を変換する変圧器として広く採用されて
いる。

スコツト結線変圧器は、三相側主座用巻線、三相側Ｔ座
用巻線および二相側主座巻線、二相側Ｔ座用巻線が鉄心
に巻装されており、三相側巻線にはタップ巻線がありタ
ップ切換器が取付けられている。

三相側主座用巻線Ｕ、Ｗの中間点は三相側Ｔ座用巻線と
接続されそれを中点Ｍとしている。

三相側端子Ｕ、’Ｖ、Ｗに電源を接続し、二相側巻線の
主座用巻線とＴ座用巻線に同一単相負荷を接続した場合
に、′？ｆｌ源に流れる′ｌｉｉ流を三相平衝させるた
めには５次の２つのインピーダンス整合条件を満足させ
る必要がある。

■　二相側巻線から二相側巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）をみたイ
ンピーダンスが主座とＴ座で同一である。

（２）端子Ｕ　−Ｍ間から二相側主座用巻線をみたイン
ピーダンスと端子Ｍ−Ｗ間から二相側主座用巻線をみた
インピーダンスが同一である。

整合条件ωの主座からのインピーダンスは、二相側主座
巻線と三相側主座用巻線との間のインピーダンスである
が、Ｔ座からのインピーダンスは、二相側Ｔ座巻線と三
相側Ｔ座用巻線との間のインピーダンスと、三相側主座
用巻線のＵ−Ｍ間の各巻線間のインピーダンス（交鎖イ
ンピーダンスと呼ばれる）との和である。

整合条件■はスコツト結線変圧器特有の特性であり、こ
れと前述の交鎖インピーダンスを小さくするために主座
巻線の構成が複雑になり、本発明もこの主座巻線につい
て改善を行なうものである。

第３図は主座巻線の構成例を示すが、鉄心脚１に、内側
から三相側主座用巻線のＵ−Ｍ間である巻線２．３．４
を巻装し、その外側に二相側主座用巻線Ｓを巻装し、さ
らにその外側に三相側主座用巻線のＭ−Ｗ間である巻線
６，７．８を巻装したものである。

尚、前述の巻線３，７はタップ巻線である。

この構成例では、整合条件（２）を満足させるため巻線
間寸法Ｇ２を調整し設計されるが、寸法Ｇ２は絶縁と冷
却で決まる寸法より、はるかに大きくする必要があり、
外側にある巻線５，６，７．８の半径方向の寸法を大き
くしている。

寸法Ｇ３は絶縁と冷却で決まる寸法でよい。

そしてさらに、この構成例では、一般に高圧側である二
相側巻線２，３．４を最内側に配置するため、鉄心脚１
との寸法Ｇ１が大きく必要となり、しかもタップ巻線３
のリードを巻線の外側へ引出すことが必要となりタップ
引出しの構成が複雑となる。すなわち第３図の構成では
半径方向の寸法が大きくなるばかりでなく、タップ引出
しリードにはより複雑な保護絶縁を施さなければならな
い欠点がある。

第４図は三相側主座用巻線を外側に、二相側主座用巻線
９，１０を内側に配置したものであり、タップ巻ＩｆＡ
３，７が最外側に配置でき、第３図の場合の欠点をなく
したものであり、一般的に採用されている構成である。

第４図は、二相側主座用巻線を９，１００２つに分割し
て並列に接続し結合巻線の機能を持たせ、前述の交鎖イ
ンピーダンスを小さくし、また、巻線軸方向の中央で上
下対称となっているので、前述の整合条件■を満足して
いる。

（発明が解決しようとする課題） 三相側Ｔ座用巻線に流れた電流工、は中点Ｍにおいて主
座用巻線２，３．４と主座用巻線６，７゜るアンペアタ
ーンを打消するために、二相側巻線９．１０には循環電
流Ｉ８が流れる。この循環電流ＩＸが流れることにより
前述の交鎖インピーダンスを小さくできるが、二相側巻
線９，１０には二相側主座用電流１ｍのほかに、この循
環電流Ｔ×が余分に流れるため、二相側主座用巻線９．
ＩＯの合計巻線容量は、二相側主座出力の２／４３倍と
なる大きな欠点がある。

又、二相側巻線９，１０を上下に分割した並列に接続す
るために、リードを巻線の外側へ引出すことになり、そ
のスペースと保護絶縁が必要となる欠点もある。

尚、この方式は循環電流Ｉ８が第４図に示すように上下
半分づつで逆方向に流れるため半径方向の洩れ磁束が増
加し、外部短絡時の機械的強度と局部過熱がつらくなる
ため大容量器に採用する場合には充分な対策が必要とな
り、その分、変圧器の価格が高くなる欠点がある。

第３図・第４図は主座巻線を１つの鉄心脚に巻装する代
表的な構成法であるが、２つ以上の鉄心脚に分けて、巻
装する方式もある。しかし、それらは２つ以上に分割さ
れるため鉄心脚数と巻線数が多くなり、その分だけ寸法
・重量が増加し製作工数が多くなり、結局変圧器の価格
が高かくなる欠点がある。

本発明の目的は主座巻線を１つの鉄心脚に巻装した構成
において二相側巻線のタップ巻線の引出しを容易にし、
半径方向寸法の増加を少なくし、しかも二相側巻線には
循環電流工、が流れなく、巻線増加を必要としないスコ
ツト結線変圧器を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 主座用巻線を第１図に示すように、１つの鉄心脚１上に
巻装する。すなわち、内側から順に、三相側主座用巻線
の一部である巻線１１．二相側主座用巻線のＵ端子側巻
線１２．二相側主座用タップ巻線１３．１４．二相側主
座用巻線のＷ端子側巻線１５゜最外側に、二相側主座用
巻線の残りの巻線１６を巻装する。

二相側主座用巻線である巻線１１と巻線１６は直列に接
続され、三相側主座用タップ巻線１３．１４については
、Ｕ端子側巻線１２に接続される方をタップ巻線１３．
Ｗ端子側巻線１５に接続される方をタップ巻線１４とす
る。

第２図は、第１図に示す主座用巻線のほかに、三相側Ｔ
座用巻線１７とそのタップ巻線１８．二相側Ｔ床用巻線
１９および切換器２０をも追加したスコツト結線変圧器
の全体結線図である。

尚、二相側主座用の巻線１１と巻線１６の各巻回数につ
いては、巻線】１の方を巻線１６より多くする。

（作　用） 主座側の負荷電流■□は、三相側主座用巻線１２゜１３
、１４．１５が全部直列に接続された三相側巻線群と二
相側主座用巻線１１．１６が直列に接続された二相側巻
線群との間で負荷電流アンペアターンを打消し合う条件
となり、一般に、この構成をサンドインチ巻線配置と呼
ばれている。

もし、タップ位置が最低であれば、当然タップ巻線１３
．１４には電流が流れない。

次に、三相側Ｔ座用巻線１７．１８に流れる負荷電流■
、は中点Ｍで分流するがその作用を説明する。

まず、中点Ｍが最低タップ位置に接続される場合には、
二相側主座用巻線１２と１５に負荷電施工、の半分づつ
が分流し、それらの流れの向きが反対となりアンペアタ
ーンを打消し合い交鎖インピーダンスを小さくしている
。

次に中点Ｍがタップ巻線１３．１４．１８にも負荷電施
工、が流れる接続の場合には、三相側主座用巻線１２と
１５に、タップ巻線１３と１４に、各々負荷電流■。

の半分づつが分流し、巻線１２と１３に流れる電流と巻
線１４と１５に流れる電流との向きが反対となりアンペ
アターンを打消し合い、交鎖インピーダンスを小さくし
ている。

このような状態では、二相側巻線１１と１６には、電流
が流れず、交鎖インピーダンスには関係しない。

（実施例） 本発明の実施例を前述したように、その結線を第２図の
ようにし、その巻線配置を第１図としたものである。本
発明の特徴は二相側主座用巻線を２分割し、その間に、
二相側主座用巻線を配置し、２分割された二相側主座用
巻線の最内側配置される巻線１１の方を最外側配置され
た巻線１６より、その巻回数をより多くしたことであり
、そして二相側主座用巻線はそのタップ巻線１３．１４
を中央に置き、その内側、外側にＵ端子側巻線１２．Ｗ
端子側巻線１５を配列したことである。

二相側主座用巻線の構成には、いろいろ考えられるが、
第１図に示した例ではタップ巻線１３．１４を並べ巻き
円筒コイルにし、Ｕ端子側巻線１２とＷ端子側巻線１５
を多層の円筒コイルにした場合であり、絶縁強度的に有
利であると同時に、そのコイルの製造工数の低減が可能
である。他の方法としては、Ｕ端子側巻線１２とＷ端子
側巻線１５を円板コイルにする場合がある。

第１図の配置では前述したように二相側主座用巻線１１
．１６に流れる負荷電施工、は、二相側主座用巻線１２
．１３．１４．１５に電流が流れアンペアターンは打消
され、変圧器作用としては矛盾がなく、前述のインピー
ダンス整合条件（１）を満足する上で支障はない。

次にインピーダンス整合条件■について説明するが、こ
の場合の端子Ｕ−Ｍ間から二相側主座用巻線１１．１６
（ｕ−Ｑｕ）をみたインピーダンスは、Ｕ端子側巻線１
２とタップ巻線１３を直列にしたものから、巻線１１．
１６を直列にしたものをみたインピーダンスＺＵであり
、端子Ｍ−Ｗ間から二相側主座用巻線１１、１６（ｕ−
Ｑｕ）をもだインピーダンスはＷ端子側巻線１５とタッ
プ巻線１４を直列にしたものから、巻線１１、１６を直
列にしたものをみたインピーダンスＺｗである。

２つのインピーダンス２υとＺＷを同一にするためには
、第３図の場合と同じように第１図において、巻線同寸
法Ｇ５を６６より、より大きくし、調整すれば可能であ
るが、寸法Ｇ５を大きくすることはコイルの半径方向の
寸法が大きくなる欠点を生じる。

しかし１本発明の構成においては１巻線１１と巻線１６
の巻回数を変えて任意の比率にすることが可能であり１
本発明では巻線１１の巻回数の方をより多くすることに
より巻線同寸法Ｇ５を絶縁と冷却のために必要とする値
におさえ、コイルの半径方向寸法の増大をなくすること
ができる。

インピーダンスは巻線抵抗と巻線間の洩れリアクタンス
とからなるが洩れリアクタンスの方がはるかに大きい値
となるため２つのインピーダンスＺυとＺｗを同一にす
るためにはそれぞれの洩れリアクタンスＸυとＸＶを同
一にすればよい。

一方、洩れリアクタンスＸは近似的に（１）式で求めら
れる。

　Ｎ２ＧＤ Ｘ＝に□　　　　・・・・・・・・・・・■但し　Ｋ＝
定　数　　　　　ｆ＝周波数Ｎ＝巻線の巻回数　　Ｇ＝
巻線間寸法 Ｄり寸法Ｇの平均直径 Ｈ＝巻線の軸方向寸法 α）式より洩れリアクタンスＸを同一にするためには、
Ｋ、ｆ、Ｈは不変なのでＮ”、Ｇ、Ｄの３者の積の値が
同じになるようにすればよい。

第３図の場合には巻回数Ｎは、Ｕ−Ｍ間とＭ−Ｗ間で同
一のため不変となり、　Ｇ２・Ｄ２とＧ３・Ｄ３を等し
くする必要があり、平均直径の小さいＤ２の方の６２を
より大きくしているわけである。

それに比べ本発明の第１図の場合には、巻線１１゜１６
の巻回数Ｎを任意に選定できるので平均直径の小さいＤ
５の方の巻線１１の巻回数をより多くし、平均直径の大
きいＤ６の方の巻線１６の巻回数をより少なくすること
により、Ｏ）式におけるＮ”、Ｇ、Ｄの３者の積の値を
同じにすることができ、巻線同寸法Ｇ５．　Ｇ６は絶縁
と冷却から決まる値でよく、洩れリアクタンスを同一に
するために巻線同寸法Ｇ５をより大きくする必要がない
。

タップ切換器２０を切換えて、タップ巻線１３．１４に
流れる電流が変化した場合における２つのインピーダン
スＺυとＺＷの関係については第１図に示すようにタッ
プ巻線１３．１４を中心にしてその内側と外側への巻線
配置がほぼ対称となっているので、タップ巻線１３．１
４の影響はあまりなく、タップ切換を行ってもインピー
ダンス２υとＺｗが等しいとするインピーダンス整合条
件■を満足できる。

実施例の効果としては次のことがいえる。

■　主座用巻線を１つの鉄心脚に巻装できるので、最小
である１つの鉄心脚ですみ、二相側主座用巻線は最低の
巻線１組ですむから、２脚以上に分割した場合に比較す
れば寸法・重量・発生損失および製作工数的にも優れて
いる。

■　二相側主座用巻線には循環電流工えが流れなので、
その分発生負荷損を低減でき、しいては冷却器の大きさ
を小形にすることができる。

■　従来の第４図のように、二相側主座用巻線９．１０
の口出しリードを巻線内部より引出す必要がなく、又循
環電流Ｉつにより発生する半径方向の洩れ磁束がなくな
るので、それに起因した機械的強度や局部過熱の問題が
なくなる。大容量器の場合にはこの事が大切な採用理由
となる。

■　従来の第３図のように、インピーダンスを合わせる
ため巻線同寸法Ｇ２をより太きくシ、半径方向寸法を増
加させることは不要となる。又最内側巻線と鉄心脚１と
の半径方向寸法については、第３図においては二相側主
座用巻線２，３．４でありその電圧は一般には二相側巻
線に比入高いので寸法Ｇ１は大きくなるが、第１図のお
いては二相側主座用巻線１１であり、その電圧は一般に
は二相側巻線に比べ低いので、寸法Ｇ４は小さくなる。

このように、第１図の場合には、半径方向寸法Ｇ４．Ｇ
５が第３図の場合の半径方向寸法Ｇｌ、Ｇ２に比べ小さ
くできるので変圧器の小形化が可能となる。

（■　従来の第３図のようにタップ巻線３のタッブリー
ドを巻線内部より外部へ引出す必要がないし、又タップ
巻線３，７に電流が流れない場合にはタップ巻線３，７
の部分には半径方向の洩れ磁束が発生しそれに起因した
機械的強度や局部過熱が問題になるが、第１図の場合に
は、タップ巻線３．７のような構造がないので上述の問
題は発生しないので大容量器の場合には、大切な採用理
由となる。

変形例としては、第１図において、三相側主座用巻線の
端子ＵとＷを逆にしても良く、又二相側主座用巻線の端
子ＵとＱ、を逆にしても同様な作用・効果に得られる。

尚、Ｔ座州巻線については記述を省略したが、Ｔ座側は
通常の２巻線変圧器であり、その構成は任意でよく特に
制約はない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、主座用巻線を１つ
の鉄心脚に巻装でき、タップリード引出しを容易にし、
半径方向寸法を縮少でき、かつ、二相側巻線には循環電
流が流れなく、その巻線容量増加を必要としないことが
可能となり、そして半径方向の洩れ磁束の発生が少なく
それに起因した諸問題がなくなり、変圧器の寸法・重量
を低減でき、さらに製作上の工数も少なくでき、結局価
格の安いスコツト結線変圧器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスコツト結線変圧器の主座部分を示す
断面図、第２図は第１図のスコツト結線変圧器の結線図
、第３図と第４図は従来のスコツト結線変圧器の主座部
分を示す断面図である。 １・・・鉄心脚 ２．４，６．８・・・三相側主座用主巻線３．７・・・
三相側主座用タップ巻線 ５・・・二相側主座用巻線 ９．１０，１１．１６・・・分割された二相側主座用巻
線１２．１５・・・三相側主座用巻線 １３．１４・・・三相側主座用タップ巻線１７．１８・
・・三相側Ｔ座用主巻線、タップ巻線１９・・・二相側
Ｔ座州巻線　２０・・・タップ切換器第１図 第３図 第２図 レー ６区 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三相側巻線にタップ切換器を取付け、主座用巻線を鉄心
   の１脚に巻装するスコット結線変圧器において、両端子
   をＵ，Ｗとする三相側主座用巻線をタップ部以外の半分
   であるＵ端子側巻線とタップ巻線および残りの半分であ
   るＷ端子側巻線の３つに分け、二相側主座用巻線を半分
   より巻回数の多い巻線Ａと残りの半分より巻回数の少な
   い巻線Ｂの２つに分け、鉄心脚に内側から前記二相側主
   座用巻線Ａ・前記三相側Ｕ端子側巻線・前記三相側タッ
   プ巻線・前記三相側Ｗ端子側巻線・前記二相側主座用巻
   線Ｂの順に巻装し、前記二相側主座用巻線Ａ，Ｂを直列
   に接続し、かつ三相側Ｔ座用巻線の端子Ｖと反対側にな
   る端子と前記三相側主座用タップ部とを接続し、中点Ｍ
   としたことを特徴とするスコット結線変圧器。