JPH0620017B2 - アモルフアス変流器 - Google Patents

アモルフアス変流器

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JPH0620017B2
JPH0620017B2 JP61254757A JP25475786A JPH0620017B2 JP H0620017 B2 JPH0620017 B2 JP H0620017B2 JP 61254757 A JP61254757 A JP 61254757A JP 25475786 A JP25475786 A JP 25475786A JP H0620017 B2 JPH0620017 B2 JP H0620017B2
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三穂司 池田
伊三男 川副
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Osaki Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明は、電力用変圧器の鉄心材料として多量生産が期
待されるFe−B−Si系のアモルファス合金を鉄心材
料に用いた変流器に関するものである。
(発明の背景) 最近開発された新素材のアモルファス(非晶質)合金
は、磁気特性が優秀なので、多くの利用がなされつつあ
るが、用途に応じてアモルファス合金の各種組成及びそ
の加工方法を選択しなければならない。アモルファス磁
性体というと、NiまたはCoを含む合金を最初に思い
浮かべるが、Ni系またはCo系は特性の優れたものが
得られる反面、極めて高価となり、経済上採算のとれる
商品は限定される。他のアモルファス磁性体のうち、使
用量が多く、コストダウンの期待が持たれるFe−B−
Si系組成は、けい素鋼板に比し鉄損が著しく少なく、
配電用変圧器の鉄心材料に好適と言われている。電力用
の変圧器と計器用の変流器とでは磁気特性に対する要求
も相違するのであるが、変流器専用のアモルファス合金
を作製しても、使用量が少ないので、高価となり、使用
に耐えない。したがって、変流器でも、多量生産され、
安価に供給されることの期待できるB−Si系合金をそ
のまま利用することになる。
アモルファス合金と方向性けい素鋼板とを比較すると、
次頁の表1の通りである。
アモルファス合金は方向性ケイ素鋼板とニッケル鉄合金
(例えばパーマロイ)との中間的特性を有している。変
流器にとってはアモルファス合金は鉄損電流の小さいこ
とも好ましいが、最大比透磁率が非常に大きく、磁化電
流が著しく小さい点が一番歓迎されるところである。
以上のように、アモルファス変流器の利点は、鉄損電流
が小さいこと、それ以上に磁化電流が小さいこと、変流
器誤差の小さいことである。アモルファスというと、鉄
損失に気をとられ勝ちであるが、磁化電流の小さいこと
が秀でている。したがって、比誤差より位相角が小さい
傾向にある。
しかし、次の欠点があり、実用化の妨げになっている。
方向性けい素鋼板に比し、著しく高価である。材料
及び加工処理の費用がはるかに下がることが望まれる。
現在の1/10になってほしい。
低磁束密度(0.05テスラー以下)の磁気特性は
方向性けい素鋼板より劣る。
早く飽和し、最大磁束密度が低い。変流器としては
問題にならないケースもあるが、欠点とされている。
第6図は、本願発明者がFe−B−Si系のアモルファ
ス合金を鉄心材料に用いて試作したアモルファス変流器
と、方向性けい素鋼板(G−8H)を鉄心材料として用
いた従来の変流器の、誤差曲線を示す。Sはアモルファ
ス変流器、Gは方向性けい素鋼板変流器で、両者は同一
形状寸法のもので、共に低電圧クラス、100アンペア
ターン(100A/5A)である。2次電流Iが1A
以下になると、アモルファス変流器Sの誤差は大きくな
る。これは初透磁率が劣ることによる。しかし、1A以
上の定常電流域ではアモルファス変流器Sがはるかに優
秀であることがわかる。即ち、アモルファス変流器Sは
2次電流Iが1〜10Aの範囲では極めて誤差が小さ
いが、1A以下(低電流域)では誤差が大きく、欠点と
なっていることが第6図からわかる。
アモルファス変流器Sと方向性けい素鋼板変流器Gと
の、定常電流域での動作を示すベクトル図が第7図であ
り、低電流域での動作を示すベクトル図が第8図であ
る。Φは磁束、Eは誘起電圧、Ims,Ics,Ios,γs
はアモルファス変流器Sの磁化電流、鉄損電流、励磁電
流、励磁電流と鉄損電流の位相差であり、Img,Icg,
Iog,γsは、方向性けい素鋼板変流器Gの磁化電流、
鉄損電流、励磁電流、励磁電流と鉄損電流の位相差であ
る。
第7図の定常電流域では、Icg>Icsである以上にImg
≫Imsであるので、Iog≫Imsとなり、アモルファス変
流器Sが極めて望ましい性能をもつことがわかる。とこ
ろが、第8図の低電流域になると、磁化電流Imsが小さ
くならず、Ims>Img,Ics>Icgのため、Ios>Iog
となり、アモルファス変流器Sの方が誤差が大きく、実
用性に乏しいことを示している。
第9図は、同一寸法、同一巻数のアモルファス変流器S
と方向性けい素鋼板変流器Gの鉄心特性を実測した結果
を示す。最大磁束密度が0.3〜1.2テスラーではI
og/Iosは3以上で、アモルファス変流器Sの励磁電流
Iosが著しく小さいことがわかる。最大磁束密度が低下
して、0.03テスラー以下になると、Iog/Iosが1
を切り、逆に方向性けい素鋼板変流器Gの励磁電流Iog
の方が小さいことを示している。アモルファス変流器S
では低電流域の誤差が大となり、実用上支障を生じるこ
とになる。
また、アモルファス合金のリボン板厚は0.02〜0.
05mmであり、方向性けい素鋼板の0.35mmに比
して極めて薄い。このことは、例えばアモルファス合金
を用いて変流器の巻鉄心を形成した場合、素材のままで
は形が歪み易く、それが磁気特性に波及する。円筒状の
巻鉄心(焼鈍し済み)を裸のままで直立状態と90度横
転した状態とを比較すると、後者が歪みの影響を生じ
る。B−H特性では0.1テスラーで6%、1テスラー
で40%、鉄損特性では0.1〜1.0テスラーでそれ
ぞれ15%悪くなる。これを防ぐために、従来品では保
護用プラスチックケースに鉄心を収納し、その上に巻線
を施している。
(発明の目的) 本発明の目的は、上述した問題点を解決し、鉄心コスト
を下げることができ、低電流域での誤差を小さくするこ
とができると共に、従来の保護用プラスチックケースを
不要にすることができるアモルファス変流器を提供する
ことである。
(発明の特徴) 上記目的を達成するために、本発明は、主鉄心をFe−
B−Si系のアモルファス合金により形成し、補助鉄心
を方向性ケイ素鋼板により形成し、補助鉄心を、主鉄心
の上下面及び側面を覆うように除震剤を間に介して配置
し、以て、比較的安価なFe−B−Si系のアモルファ
ス合金を用い、Fe−B−Si系のアモルファス合金の
欠点である。低電流域での特性劣化を方向性けい素鋼板
の補助鉄心により補うと共に、該補助鉄心により収納保
護ケースを兼用させるようにしたことを特徴とする。
(発明の実施例) 第1図は本発明の特徴の一部のみを具備した構成の一例
を示す貫通型のアモルファス変流器で、Fe−B−Si
系のアモルファス合金により主鉄心1が形成され、方向
性けい素鋼板により補助鉄心2が形成され、主鉄心1と
補助鉄心2とが同一軸上に並列に組み合わせられて、混
合鉄心3が構成される。主鉄心1と補助鉄心2に共通な
1次巻線4及び2次巻線5が設けられる。K,Lは1次
端子、k,lは2次端子である。
低電流域では補助鉄心2が磁束の発生を多く分担し、定
常電流域では主鉄心1が磁束の発生を主に分担する。こ
れにより、低電流域でも定常電流域でも磁化電流を小さ
く抑えることができ、誤差を小さくすることができる。
第2図及び第3図は、試作された第1図図示構成例(1
00A/5A)などの比誤差特性及び位相角特性を示
す。Mは第1図図示構成例で、主鉄1と補助鉄心2とが
同一寸法であり、巻戻しが約1%行われている。Sは主
鉄心1と補助鉄心2とが共にアモルファス合金のアモル
ファス変流器で、その他は第1図図示構成例と同じであ
る。第1図図示構成例Mの方が低電流域で比誤差も位相
角も小さく、低電流域特性が改善されている。
また、安価な方向性けい素鋼板によって相当量(アモル
ファス合金に対する容積比で30〜70%)のアモルフ
ァス合金を代えられるので、鉄心コストを著しく下げる
ことができる。
方向性けい素鋼板変流器では、低いアンペアターンは3
00程度が限界である。しかし、第1図図示構成例で
は、低電流域特性が改善されるので、50〜100アン
ペアターンまで可能となる。その結果、小形で簡単な構
造の変流器を得ることができる。このような低いアンペ
アターンになると、比誤差を調整するための巻戻しの%
が大きな幅で飛ぶことになり、この点を解決する必要が
ある。100アンペアターンの場合を例示すると、2次
巻数20ターンから1ターン巻き戻した場合、+5%の
比誤差調整になってしまう。+1%程度の比誤差調整が
できるようにしたいのである。
この点を解決した構成例を第4図に示す。第1図と同様
な部分は同一符号にて示す。
2次巻線5は、主部分2次巻線5aと部分2次巻線5b
とからなり、これら部分2次巻線5a,5bは並列接続
された後、2次負担に接続される。定格変流比が100
A/5Aとすると、主部分2次巻線5aは20ターン
で、全2次電流の80%、約4Aを流す。その抵抗は
0.02Ωとする。巻戻し用の部分2次巻線5bは1タ
ーン巻き戻した19ターンで、電線断面積を1/4にす
ることによりその抵抗が0.08Ωに定められ、2次電
流の約20%、約1.05Aを流す。1次電流100A
に対し、2次電流5.05Aとなり、1%の巻戻しを達
成したことになる。これに変流器固有の比誤差を−0.
05%とすれば、この変流器の比誤差は+0.05%と
なり、期待通りの比誤差の小さいアモルファス変流器を
安価、小形に実現することができる。
第1図及び第4図に図示の構成例を前提とした上で、従
来の保護用プラスチックケースを不要にするための本発
明の一実施例を第5図に示す。第1図と同様な部分は同
一符号にて示す。
方向性けい素鋼板の補助鉄心2は、アモルファス合金の
主鉄心1の内側を覆う内側部分2a、主鉄心1の外側を
覆う外側部分2b及び主鉄心1の側面を覆う側面部分2
cにより構成され、主鉄心1の収納保護ケースを兼用す
るものになっている。主鉄心1の周囲には耐振性の向上
のために除震剤6がつめ込まれる。この混合鉄心3によ
るリングコアに2次巻線が施され、更に絶縁された1次
巻線が設けられる。
第5図の実施例では、方向性けい素鋼板の補助鉄心2を
そのまま主鉄心1の収納保護ケースとしているので、ハ
ンドリングによる主鉄心1に対する衝撃振動の悪影響を
防止することができる。
アモルファス合金は、鉄心に成形後、応力除去の焼鈍し
が必要である。第5図実施例によれば、主鉄心1を補助
鉄心2の収納保護ケースに収納した最終状態で焼鈍しが
できるので、磁気特性は焼鈍し後の最良値をそのまま保
持することができる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、主鉄心をFe−
B−Si系のアモルファス合金により形成し、補助鉄心
を方向性けい素鋼板により形成し、補助鉄心を、主鉄心
の上下面及び側面を覆うように除震剤を間に介して配置
し、以て、比較的安価なFe−B−Si系のアモルファ
ス合金を用い、Fe−B−Si系のアモルファス合金の
欠点である、低電流域での特性劣化を方向けい素鋼板の
補助鉄心により補うと共に、該補助鉄心により収納保護
ケースを兼用させるようにしたから、鉄心コストを下げ
ることができ、低電流域での誤差を小さくすることがで
きると共に、従来の保護用プラスチックケースを不要に
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の特徴の一部のみを具備した構成の一例
を示す構成図、第2図は第1図図示構成例などの比誤差
特性を示す特性図、第3図は第1図図示構成例などの位
相角特性を示す特性図、第4図は本発明の特徴の一部の
みを具備した構成の他の例を示す構成図、第5図(A)(B)
は本発明の一実施例を示す一部断面正面図及び一部断面
側面図、第6図は従来の変流器の鉄心にアモルファス合
金を使用した場合などの比誤差特性を示す特性図、第7
図は従来の変流器の鉄心にアモルファス合金を使用した
場合などの定常電流域での動作を示すベクトル図、第8
図は同じく低電流域での動作を示すベクトル図、第9図
は同じく励磁電流の比を示す特性図である。 1……主鉄心、、2……補助鉄心、2a……内側部分、
2b……外側部分、2c……側面部分、3……混合鉄
心、4……1次巻線、5……2次巻線、5a……主部分
2次巻線、5b……部分2次巻線、6……除震剤。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主鉄心と補助鉄心を組み合わせて混合鉄心
    を形成し、前記主鉄心と前記補助鉄心に共通な1次巻線
    及び2次巻線を設けた変流器であって、前記主鉄心をF
    e−B−Si系のアモルファス合金により形成し、前記
    補助鉄心を方向性けい素鋼板により形成し、前記補助鉄
    心を、前記主鉄心の上下面及び側面を覆うように除震剤
    を間に介して配置したことを特徴とするアモルファス変
    流器。
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