JPH0737729A - 変圧器鉄心の直流偏磁抑制装置 - Google Patents
変圧器鉄心の直流偏磁抑制装置Info
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- JPH0737729A JPH0737729A JP17869593A JP17869593A JPH0737729A JP H0737729 A JPH0737729 A JP H0737729A JP 17869593 A JP17869593 A JP 17869593A JP 17869593 A JP17869593 A JP 17869593A JP H0737729 A JPH0737729 A JP H0737729A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 変圧器の二次側に取り付けた直流偏磁抑制巻
線により、半波整流電圧波形を変圧器鉄心に誘起するこ
とで変圧器鉄心に生じる直流偏磁を抑制する。 【構成】 変圧器の一次巻線１あるいは二次巻線２に流
れる直流偏磁電流を偏磁検出センサ７により検出し、直
流偏磁電流に等しい大きさの逆極性の半波整流電流を偏
磁抑制巻線３に半波整流電流を流す。半波整流電流の大
きさ及び極性は偏磁抑制巻線３に接続された切替スイッ
チ、整流回路および可変抵抗により制御される。
線により、半波整流電圧波形を変圧器鉄心に誘起するこ
とで変圧器鉄心に生じる直流偏磁を抑制する。 【構成】 変圧器の一次巻線１あるいは二次巻線２に流
れる直流偏磁電流を偏磁検出センサ７により検出し、直
流偏磁電流に等しい大きさの逆極性の半波整流電流を偏
磁抑制巻線３に半波整流電流を流す。半波整流電流の大
きさ及び極性は偏磁抑制巻線３に接続された切替スイッ
チ、整流回路および可変抵抗により制御される。
Description
【産業上の利用分野】変圧器が正常に運転している場
合、励磁電流は正負対称の波形をしている。しかし、何
らかの原因により巻線に直流電流が流れ込むと、励磁電
流波形は正負非対称となり、鉄心において磁束の飽和現
象を起こす。このため、励磁電流および無効電力の増加
現象をおこす。本発明は、電力用変圧器鉄心に生じた励
磁電流の非対称による直流偏磁抑制に関するものであ
る。
合、励磁電流は正負対称の波形をしている。しかし、何
らかの原因により巻線に直流電流が流れ込むと、励磁電
流波形は正負非対称となり、鉄心において磁束の飽和現
象を起こす。このため、励磁電流および無効電力の増加
現象をおこす。本発明は、電力用変圧器鉄心に生じた励
磁電流の非対称による直流偏磁抑制に関するものであ
る。
【従来の技術】一般に、周波数変換装置などの電力変換
装置に用いられる変圧器においては、各相のサイリスタ
制御角のバラツキによって、電流の正負が非対称となり
直流成分電流が巻線内に流れる。このように巻線に直流
電流が流れると、励磁電流は著しく非対称となる。また
変圧器鉄心中に直流偏磁が生じると、過励磁となり変圧
器の過熱、騒音、振動などの原因となる。このような直
流偏磁を低減する方法として、次のような手法がとられ
ている。鉄心の磁路中に空隙部を設け、磁路の磁気抵抗
を高くして直流磁束の影響を低減する方法がとられてい
る。また、直流磁束を打ち消す方向に直流電流を流すこ
とで直流偏磁を抑制している。インバータ等の電力変換
装置の出力に変圧器を接続する場合は、インバータ側に
偏磁抑制用の位相調整回路を設けて偏磁抑制制御を行っ
ている。
装置に用いられる変圧器においては、各相のサイリスタ
制御角のバラツキによって、電流の正負が非対称となり
直流成分電流が巻線内に流れる。このように巻線に直流
電流が流れると、励磁電流は著しく非対称となる。また
変圧器鉄心中に直流偏磁が生じると、過励磁となり変圧
器の過熱、騒音、振動などの原因となる。このような直
流偏磁を低減する方法として、次のような手法がとられ
ている。鉄心の磁路中に空隙部を設け、磁路の磁気抵抗
を高くして直流磁束の影響を低減する方法がとられてい
る。また、直流磁束を打ち消す方向に直流電流を流すこ
とで直流偏磁を抑制している。インバータ等の電力変換
装置の出力に変圧器を接続する場合は、インバータ側に
偏磁抑制用の位相調整回路を設けて偏磁抑制制御を行っ
ている。
【発明が解決しようとする課題】直流偏磁抑制のため変
圧器鉄心に空隙部を設けた場合、磁気抵抗の増大により
空隙の無い鉄心に比べ直流偏磁の影響は相対的に低減さ
れるが、鉄心の磁気特性も低下するため励磁電流が増大
する。このために励磁容量が増大すると鉄心寸法ととも
に鉄損の増大をまねく。一方、直流電流による直流偏磁
を抑制する場合、新たに直流電源を必要とし、また目的
とする電流を流すため巻線側と電源側との整合をとる必
要がある。インバータ等の電力変換装置に変圧器を接続
する場合、図６および図７に示すようにインバータ出力
が非対称となる。すなわち、図７はインバータの出力時
間の波形がｔ1＞ｔ2の関係にある場合であり、図８は出
力電圧波高値がｅ1＞ｅ2の関係にある場合を示す。この
ような場合にはいずれも図中の斜線部が直流分として鉄
心を直流偏磁させる。この問題を解決するために、直流
電源を用いたインバータのサイリスタ位相制御により導
通時間を正負で同じにしたりあるいは電圧調整により正
負の電圧を平衡させることで直流偏磁を抑制する方法が
ある。しかし外部から直流電流が流入した場合、上記の
偏磁抑制制御を行うとインバータの出力波形を正負非対
称としてしまうという問題がある。本発明は以上の欠点
を解消することを目的としたもので、半波整流回路を組
み込んだ巻線を設けることにより、直流電源を用いるこ
となく直流偏磁を抑制するようにしたものである。
圧器鉄心に空隙部を設けた場合、磁気抵抗の増大により
空隙の無い鉄心に比べ直流偏磁の影響は相対的に低減さ
れるが、鉄心の磁気特性も低下するため励磁電流が増大
する。このために励磁容量が増大すると鉄心寸法ととも
に鉄損の増大をまねく。一方、直流電流による直流偏磁
を抑制する場合、新たに直流電源を必要とし、また目的
とする電流を流すため巻線側と電源側との整合をとる必
要がある。インバータ等の電力変換装置に変圧器を接続
する場合、図６および図７に示すようにインバータ出力
が非対称となる。すなわち、図７はインバータの出力時
間の波形がｔ1＞ｔ2の関係にある場合であり、図８は出
力電圧波高値がｅ1＞ｅ2の関係にある場合を示す。この
ような場合にはいずれも図中の斜線部が直流分として鉄
心を直流偏磁させる。この問題を解決するために、直流
電源を用いたインバータのサイリスタ位相制御により導
通時間を正負で同じにしたりあるいは電圧調整により正
負の電圧を平衡させることで直流偏磁を抑制する方法が
ある。しかし外部から直流電流が流入した場合、上記の
偏磁抑制制御を行うとインバータの出力波形を正負非対
称としてしまうという問題がある。本発明は以上の欠点
を解消することを目的としたもので、半波整流回路を組
み込んだ巻線を設けることにより、直流電源を用いるこ
となく直流偏磁を抑制するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】本発明は、変圧器鉄心に
偏磁検出センサおよび変圧器一次巻線および二次巻線に
加え二次側に偏磁抑制巻線を備えた構成からなる。偏磁
抑制巻線には極性方向の切替スイッチを持つ半波整流回
路と整流電流の大きさを調整する可変抵抗を接続する。
直流偏磁が発生した場合、ホール素子等の磁気検出半導
体や空心サーチコイルからなる偏磁検出センサで検出し
た偏磁電流の極性と大きさを測定し偏磁抑制装置に入力
する。偏磁抑制装置では偏磁電流を打ち消すように、偏
磁制御巻線に直流電流を供給し、鉄心に生じる直流偏磁
成分を打ち消す。
偏磁検出センサおよび変圧器一次巻線および二次巻線に
加え二次側に偏磁抑制巻線を備えた構成からなる。偏磁
抑制巻線には極性方向の切替スイッチを持つ半波整流回
路と整流電流の大きさを調整する可変抵抗を接続する。
直流偏磁が発生した場合、ホール素子等の磁気検出半導
体や空心サーチコイルからなる偏磁検出センサで検出し
た偏磁電流の極性と大きさを測定し偏磁抑制装置に入力
する。偏磁抑制装置では偏磁電流を打ち消すように、偏
磁制御巻線に直流電流を供給し、鉄心に生じる直流偏磁
成分を打ち消す。
【作用】本発明において、偏磁抑制巻線に接続された半
波整流回路は直流偏磁と逆極性の直流電流を鉄心に誘起
し、一次巻線あるいは二次巻線に流れる直流偏磁電流を
打ち消すように作用する。
波整流回路は直流偏磁と逆極性の直流電流を鉄心に誘起
し、一次巻線あるいは二次巻線に流れる直流偏磁電流を
打ち消すように作用する。
【実施例】図１は変圧器に励磁抑制装置を接続した本発
明の変圧器巻線の構成を示したものである。図中の１は
交流電源５に接続された変圧器の一次巻線、２は同二次
巻線で負荷６が接続されている。４は鉄心で、この鉄心
４を共通にして偏磁抑制巻線３が設置される。偏磁抑制
巻線３には偏磁抑制装置８および偏磁状態監視装置９が
接続されている。また、鉄心４には偏磁検出センサ７が
設置されている。図２は偏磁抑制装置８の構成を示した
もので同図に示すように、偏磁抑制巻線３にはダイオー
ドまたはサイリスタからなる整流回路２１及び偏磁抑制
巻線３に流れる整流電流の大きさを調整するための電流
調整部２３が接続されている。図２において電流調整部
２３は可変抵抗器で示しているが、実際にはチョッパ等
の電子回路を用いた電流調整手段を用いても同様の効果
が得られる。図２に示す整流回路２１は、偏磁抑制巻線
３の正極側が接続されたダイオードと、同様に負極側に
接続されたダイオードと、これら各ダイオードの接点
Ａ，Ｂを切り換えるための切替スイッチ２２より構成さ
れている。図３は偏磁状態監視装置９の構成図を示した
ものである。偏磁検出センサとしては空心サーチコイル
等が用いられるが、その検出信号を増幅するための増幅
器３１と、増幅器３１の交流出力のうち正側を整流する
正側半波整流回路３２、負側を整流する負側半波整流回
路３３と、各整流器３２、３３の出力波形を比較する波
形比較器３４と、比較結果に応じて切替スイッチ２２の
切り替え指令を出力するスイッチ制御部３５および電流
値を制御する電流制御部３６より構成されている。以上
のように構成された本発明において、その作用を次に説
明する。図３に偏磁検出センサとして空心サーチコイル
を用いた場合の偏磁状態監視装置９のブロック図を示
す。図９〜図１１は図３各部の検出波形を示す。図９は
破線で示した励磁電流波形にに対する空心サーチコイル
による出力波形で正負対称の波形を示す。空心サーチコ
イルの出力は増幅器により図１０の正極性の波形と図１
１の負極性の波形に分離されそれぞれ波形比較器に入力
される。波形比較器は入力された正負二つの波形を比較
し、直流偏磁による非対称性を検出すると共に偏磁抑制
装置のスイッチおよび電流値を制御して直流偏磁による
非対称状態がなくなるように調整を行う。変圧器が正常
運転されているときは、一次巻線に流れる励磁電流は図
４に示すように正負対称の波形となる。一方、一次巻線
または二次巻線に直流電流成分が重畳すると鉄心４に直
流偏磁を生じる。このとき、励磁電流は図５に示すよう
に正負非対称となり励磁電流のゼロ点は見かけ上直流分
だけ上昇した形となる。このような状況を、鉄心４に取
り付けた偏磁検出センサ７により直流磁束方向を検出
し、この直流磁束を打ち消す方向に偏磁抑制巻線３を介
して半波整流電流を流すように図２の切替スイッチ２２
を接点ＡまたはＢに接続する。このとき偏磁抑制巻線３
には図６に示すような波形の電流が流れる。更に詳述す
ると、偏磁検出センサ７の出力は図９の実線で示す交流
電圧波形であり、この電圧波形は増幅器３１によって増
幅された後、半波整流器３２、３３により図１０の正極
性の波形と図１１の負極性の波形に分離される。波形比
較器３４は、入力された正負二つの波形を比較し、直流
偏磁による非対称性が検出された時には、直流偏磁を打
ち消す方向に偏磁抑制巻線３に電流を流すようにスイッ
チ制御部３５を介して切替スイッチ２２をＡ側もしくは
Ｂ側に切り替える。これと同時に電流制御部３６は、波
形比較器３４からの信号の大きさを判別し、電流調整部
２３を制御することによって偏磁抑制巻線３に流れる電
流値を調整する。ここで、偏磁抑制巻線に流れる半波整
流電流の平均値は、他巻線に外部から流入する直流電流
の値と等しくなるように調整されている。この方法によ
り鉄心に生じる直流磁束が打ち消され直流偏磁が抑制さ
れる。直流電流の調整方法として整流素子にサイリスタ
を用いた場合、サイリスタの導通時間を調整して半波整
流電流の平均値を調整する方法も考えられる。
明の変圧器巻線の構成を示したものである。図中の１は
交流電源５に接続された変圧器の一次巻線、２は同二次
巻線で負荷６が接続されている。４は鉄心で、この鉄心
４を共通にして偏磁抑制巻線３が設置される。偏磁抑制
巻線３には偏磁抑制装置８および偏磁状態監視装置９が
接続されている。また、鉄心４には偏磁検出センサ７が
設置されている。図２は偏磁抑制装置８の構成を示した
もので同図に示すように、偏磁抑制巻線３にはダイオー
ドまたはサイリスタからなる整流回路２１及び偏磁抑制
巻線３に流れる整流電流の大きさを調整するための電流
調整部２３が接続されている。図２において電流調整部
２３は可変抵抗器で示しているが、実際にはチョッパ等
の電子回路を用いた電流調整手段を用いても同様の効果
が得られる。図２に示す整流回路２１は、偏磁抑制巻線
３の正極側が接続されたダイオードと、同様に負極側に
接続されたダイオードと、これら各ダイオードの接点
Ａ，Ｂを切り換えるための切替スイッチ２２より構成さ
れている。図３は偏磁状態監視装置９の構成図を示した
ものである。偏磁検出センサとしては空心サーチコイル
等が用いられるが、その検出信号を増幅するための増幅
器３１と、増幅器３１の交流出力のうち正側を整流する
正側半波整流回路３２、負側を整流する負側半波整流回
路３３と、各整流器３２、３３の出力波形を比較する波
形比較器３４と、比較結果に応じて切替スイッチ２２の
切り替え指令を出力するスイッチ制御部３５および電流
値を制御する電流制御部３６より構成されている。以上
のように構成された本発明において、その作用を次に説
明する。図３に偏磁検出センサとして空心サーチコイル
を用いた場合の偏磁状態監視装置９のブロック図を示
す。図９〜図１１は図３各部の検出波形を示す。図９は
破線で示した励磁電流波形にに対する空心サーチコイル
による出力波形で正負対称の波形を示す。空心サーチコ
イルの出力は増幅器により図１０の正極性の波形と図１
１の負極性の波形に分離されそれぞれ波形比較器に入力
される。波形比較器は入力された正負二つの波形を比較
し、直流偏磁による非対称性を検出すると共に偏磁抑制
装置のスイッチおよび電流値を制御して直流偏磁による
非対称状態がなくなるように調整を行う。変圧器が正常
運転されているときは、一次巻線に流れる励磁電流は図
４に示すように正負対称の波形となる。一方、一次巻線
または二次巻線に直流電流成分が重畳すると鉄心４に直
流偏磁を生じる。このとき、励磁電流は図５に示すよう
に正負非対称となり励磁電流のゼロ点は見かけ上直流分
だけ上昇した形となる。このような状況を、鉄心４に取
り付けた偏磁検出センサ７により直流磁束方向を検出
し、この直流磁束を打ち消す方向に偏磁抑制巻線３を介
して半波整流電流を流すように図２の切替スイッチ２２
を接点ＡまたはＢに接続する。このとき偏磁抑制巻線３
には図６に示すような波形の電流が流れる。更に詳述す
ると、偏磁検出センサ７の出力は図９の実線で示す交流
電圧波形であり、この電圧波形は増幅器３１によって増
幅された後、半波整流器３２、３３により図１０の正極
性の波形と図１１の負極性の波形に分離される。波形比
較器３４は、入力された正負二つの波形を比較し、直流
偏磁による非対称性が検出された時には、直流偏磁を打
ち消す方向に偏磁抑制巻線３に電流を流すようにスイッ
チ制御部３５を介して切替スイッチ２２をＡ側もしくは
Ｂ側に切り替える。これと同時に電流制御部３６は、波
形比較器３４からの信号の大きさを判別し、電流調整部
２３を制御することによって偏磁抑制巻線３に流れる電
流値を調整する。ここで、偏磁抑制巻線に流れる半波整
流電流の平均値は、他巻線に外部から流入する直流電流
の値と等しくなるように調整されている。この方法によ
り鉄心に生じる直流磁束が打ち消され直流偏磁が抑制さ
れる。直流電流の調整方法として整流素子にサイリスタ
を用いた場合、サイリスタの導通時間を調整して半波整
流電流の平均値を調整する方法も考えられる。
【発明の効果】本発明は、以上に説明したように偏磁抑
制巻線に半波整流電流を流すことで変圧器一次巻線およ
び二次巻線に生じる直流偏磁電流を打ち消す。この結
果、直流偏磁に係わる変圧器巻線の過熱、変圧器鉄心の
騒音・振動を防止することが出来る。また本発明は、従
来行われているような鉄心に空隙部を設けることがない
ので、磁気抵抗増大による励磁電流の増大をもたらすこ
とがない。また、直流電源を必要としないため直流偏磁
抑制回路の回路構成が簡単になる。
制巻線に半波整流電流を流すことで変圧器一次巻線およ
び二次巻線に生じる直流偏磁電流を打ち消す。この結
果、直流偏磁に係わる変圧器巻線の過熱、変圧器鉄心の
騒音・振動を防止することが出来る。また本発明は、従
来行われているような鉄心に空隙部を設けることがない
ので、磁気抵抗増大による励磁電流の増大をもたらすこ
とがない。また、直流電源を必要としないため直流偏磁
抑制回路の回路構成が簡単になる。
【図１】本発明の実施例を示す変圧器偏磁抑制の構成
【図２】本発明の実施例を示す偏磁抑制装置の構成
【図３】偏磁状態監視装置の構成図
【図４】正常時の励磁電流波形
【図５】直流偏磁時の励磁電流波形
【図６】偏磁抑制巻線に流れる半波整流電流波形
【図７】インバータ出力波形の例１
【図８】インバータ出力波形の例２
【図９】図３のａ点での偏磁検出センサ出力波形
【図１０】図３のｂ点での正側半波整流器出力波形
【図１１】図３のｃ点での負側半波整流器出力波形
１ 一次巻線 ２ 二次巻線 ３ 偏磁抑制巻線 ４ 鉄心 ５ 交流電源 ６ 負荷 ７ 偏磁検出センサ ８ 偏磁抑制装置 ９ 偏磁状態監視装置 ２１ 整流回路 ２２ 切替スイッチ ２３ 電流調整部 ３１ 増幅器 ３２ 正側半波整流回路 ３３ 負側半波整流回路 ３４ 波形比較器 ３５ スイッチ制御 ３６ 電流制御
Claims (3)
- 【請求項１】変圧器鉄心に一次巻線および二次巻線を巻
装した電力用変圧器において、前記変圧器鉄心に偏磁抑
制巻線を設け、この偏磁抑制巻線に偏磁抑制装置を接続
すると共に、前記変圧器鉄心に偏磁検出センサを設け、
この偏磁検出センサの検出信号を入力信号とし、偏磁発
生時には当該偏磁を打ち消す方向に前記偏磁抑制巻線に
電流を流すように偏磁抑制装置に信号を出力する偏磁状
態監視装置を設けたことを特徴とする変圧器鉄心の直流
偏磁抑制装置。 - 【請求項２】偏磁抑制装置は、正負の半波整流素子とこ
の各素子を切り換えるための切替スイッチを有する整流
回路と、電流調整部とで構成されたことを特徴とする特
許請求範囲第一項記載の変圧器鉄心の直流偏磁抑制装
置。 - 【請求項３】偏磁状態監視装置は、偏磁検出センサの交
流出力信号を正負に分離する半波整流器と、各半波整流
器よりの波形を導入して比較する波形比較器の信号を導
入し、前記偏磁抑制巻線を流れる電流方向を切り換える
スイッチ制御部とで構成したことを特徴とする特許請求
範囲第一、二項記載の変圧器鉄心の直流偏磁抑制装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17869593A JPH0737729A (ja) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | 変圧器鉄心の直流偏磁抑制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17869593A JPH0737729A (ja) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | 変圧器鉄心の直流偏磁抑制装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0737729A true JPH0737729A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=16052940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17869593A Pending JPH0737729A (ja) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | 変圧器鉄心の直流偏磁抑制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0737729A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102522190A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-27 | 沈阳工业大学 | 具有直流偏磁补偿能力的电力变压器及工作方法 |
| US9145042B2 (en) | 2010-04-26 | 2015-09-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Air conditioning apparatus for a vehicle |
| US20180218820A1 (en) * | 2012-07-19 | 2018-08-02 | The Boeing Company | Magnetic core signal modulation |
| CN113447734A (zh) * | 2020-03-25 | 2021-09-28 | 许继集团有限公司 | 一种直流偏磁注流试验装置 |
-
1993
- 1993-07-20 JP JP17869593A patent/JPH0737729A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9145042B2 (en) | 2010-04-26 | 2015-09-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Air conditioning apparatus for a vehicle |
| CN102522190A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-27 | 沈阳工业大学 | 具有直流偏磁补偿能力的电力变压器及工作方法 |
| US20180218820A1 (en) * | 2012-07-19 | 2018-08-02 | The Boeing Company | Magnetic core signal modulation |
| US10593463B2 (en) * | 2012-07-19 | 2020-03-17 | The Boeing Company | Magnetic core signal modulation |
| CN113447734A (zh) * | 2020-03-25 | 2021-09-28 | 许继集团有限公司 | 一种直流偏磁注流试验装置 |
| CN113447734B (zh) * | 2020-03-25 | 2024-04-12 | 许继集团有限公司 | 一种直流偏磁注流试验装置 |
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