JPS61113219A - 間接式タツプ切換変圧器 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明はタップ切換を行う巻線の電流が比較的大きい場
合あるいは電圧が比較的に高い場合などに採用される間
接式タップ切換変圧器に関するものである。

［発明の技術的胃景とその問題点］ 炉用変圧器や整流器用変圧器などは、その２次側が低電
圧、大電流であるとともに、２次側電圧を広範囲にわた
って調整する必要があるので、直列変圧器を使う間接式
タップ切換変圧器として構成されである。その従来例の
一つとして第５図に示す結線のものがあり、主変圧器ｌ
と直列変圧器２から構成されている。

主変圧器１には、三角結線の１次巻線３．星形結線の２
次三巻線４および三角結線のタップ巻線５が主変圧器用
鉄心（図示しない）上に巻装されている。直列変圧器２
には、三角結線の励磁巻線６と、２次三巻線４と直列に
接続され九２次直列巻線７が直列変圧器用鉄心（図示し
ない）上に巻装されている０またタップ巻線５には、タ
ップ切換器８が取付けられており、そのタップ位置に応
じ比電圧と極性により励磁巻Ｍ６を励磁し、２次直列巻
線７に調整電圧を発生させて２次側電圧を調整するもの
である。

さて、変圧器鉄心には、磁気飽和現象およびヒステリシ
ス現象があるので、誘起電圧を正弦波にする友めに励磁
電流はひずみ波電流となる。ひずみ波電流は各高調波成
分に分解でき、非３倍調波励磁電流分と３倍調波励磁電
流分とに分けて考えるＯ 非３倍調波励磁電流分は３相で、その大きさが等しく、
その位相が１２０度づつずれているので、その３相分の
ベクトル和は零となり、その流れ方は基本波電流と同じ
であるので説明は省略する。

しかし、３倍調波励磁電流分は各３相ともその大きさと
位相が等しくなるので、ベクトル和は零にならず、一般
は三角結線内を環流する。そのためほとんどの変圧器に
は三角結線が取付けられている０ 第５図に示すように主変圧器１では、その３倍調波励磁
電流’ａｍが１次巻線３およびタップ巻線５の三角結線
内を環流し、直列変圧器２では、その３倍調波励磁電流
’８ｓが励磁巻線６の三角結線内を環流する。しかし、
第５図の構成では、タップ切換器８に単相形３台を必要
とするため、そのタップ切換器８が高価であるばかりか
、それらを取付けるために寸法が大きくなり油量、Ｘｆ
も多くなる欠点があった。

この欠点を解消するため第６図に示すように、標準化さ
れており、経済的に入手ができて、小形にできる中性点
切換用３相−指形のタップ切換器を採用した例について
次に説明する。すなわちタップ巻線９を星形結線としタ
ップ切換器ｌＯに中性点切換用３相−指形を採用する。

これに従って励磁巻線１】も位相の関係から星形結線に
している。

この結線方式によると励磁巻線１１が三角結線でなくな
ったため、前述し友ように直列変圧器２における３倍調
波励磁電流’ａｇを環流させる九めに、三角結線の安定
巻線１２ｔ／取付けている。他は第５図に同一であって
その電圧ｍｌ整も全く同様である。

第６図によれば、主変圧器１では、その３倍調波励磁電
流１８つが１次巻線３の三角結線内を環流し、直列変圧
器２では、その３倍調波励磁電流ム８．が安定巻１ｓ１
２の三角結線内を環流する。もし安定巻線１２がなけれ
ば、その３倍調波励磁電流１８ｇが流れ得ないから、直
列変圧器用鉄心にはひずんだ磁束が発生し、誘起する電
圧の波形がひずみ波となる。

ひずみ磁束が鉄心中に流れると、鉄損が増大すると共に
、２次直列巻綴７に発生する電圧がひずみ、たとえ１次
側電圧が正弦波であっても２次側電圧はひずみ波となり
、そして励磁巻線１１の中性点Ｎａ　ｒ：大きな電圧が
発生するなどの好ましくない現象が生じ実用化には問題
がある。

以上説明したように標準化された第６図のものでは、タ
ップ切換器ケ単相３台形のタップ切換器８から３相一括
形中性点切換用タツブ切換器ｌＯに変更することによっ
てコンパクトな構成にすることが可能となったが、安定
巻線１２を新几に取付ける必要が生じ友。その几め直列
変圧器２の全体が大形化となって、機器の価格が高くな
る欠点が６つ几。

［発明の目的］ 本発明の目的は中性点切換用３相−指形のタップ切換器
を適用し、しかも安定巻線が不要とする安価で特性のよ
い間接式タップ切換変圧器を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明による間接式タップ切換変圧器は、主変圧器のタ
ップ巻線の中性点Ｎｍと直列変圧器の励磁巻線の中性点
Ｎ、を接続すφことにより、安定巻線を必要としない構
成にしたことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下本発明を第１図ないし第４図に示す各実施例につい
て説明する。まず第１図において、第２図と同一部分は
同符号をつけてあり、その構成における相異点は、タッ
プ巻線９の中性点Ｎ！ａと励磁巻線１１の中性点Ｎｓが
中性点接続リード１３で接続されており、安定巻線１２
がないことである。調整電圧の関係および主変圧器１の
３倍調波励磁電流１８ｍについては従来器の１ＩＫ６図
と全く同一である。

安定巻線１２に流れていた直列変圧器２の３倍調波励磁
電流１８６は、励磁巻線１１から中性点接続リード１３
→タツプ切換器ｌＯ→タツプ巻線９→励磁巻線１１に戻
る閉回路を環流する。このように３倍調波励磁電流’ａ
ｇが励磁巻線１１を流れ得るので、その励磁作用によっ
て、磁束波形と誘起電圧波形にはひずみは発生しない。

又別の見方をするとタップ巻線９と励磁巻線１１の電圧
は、それらの中性点ＮｍとＮ、が中性点接続リード１３
で接続されているので、対応する相電圧は同一波形であ
り、タップ巻線９に発生する正弦波の電圧波形になる。

励磁巻線１１の各相の印加電圧波形が正弦波であれば、
２次直列巻＃ｉ！７に誘起する電圧も正弦波であり、電
圧ひずみの問題はなくなるが、励磁電流はひずみ波′１
１！流となり３倍調波励磁電流ｔＱ、が流れることが必
要となり、前述の中性点接続リード１３により形成され
た閉回路に環流することになる。

次に主変圧器１については、主変圧器自身の励磁電流は
第２図の従来器と同一であり、その３倍調波励磁電流１
３．は１次巻線３を環流している０直列変圧器の３倍調
波励磁電流’８ｇがタップ巻線９に流れて起磁力Ｎｔｘ
　ｉ　１４ｇを発生させるが、それを変圧器作用によっ
て打消すように１次巻線３に巻線３の三角結線内を環流
する。但し、ＮｔＵタップ巻線９の有効巻回数でありｓ
　Ｎｌは１次巻線３の巻回数とする。

ゆえに、１次巻線３にｒｉｌｓｍとｉ′８．の両方が環
流する。但し、ｉ−の向きはタップ切換器１０の極性に
よって第１図に示す方向とは逆になることもある０２２
次直巻線７に発生する電圧が丁度零の場合には、励磁巻
線１１がタップ切換器１０によって短絡される場合であ
り、この場合直列変圧器２の励磁電流は零で、従って３
倍調波励磁電流１８ｓと五−も存在しない。

前述した実施例では、１次巻線が三角結線で、２次巻線
を屋形結線とした場合について説明したが、１次巻線を
星形結線に、２次巻線を三角結線にした場合を第２図に
より説明する。第２図は第１図と同一部分は同符号をつ
けてあり、その構成における相異点は、星形結線の１次
巻線１４を星形結線とし、２火玉巻線１５および２次直
列巻線１６で三角結線にし念ことである。この場合の電
圧調整については第１図と同一であるが３倍調波励磁電
流の流れ方は特異となるので次にそれを説明する０第２
図に示すように３倍調波励磁電流には、２火玉巻線１５
と２次直列巻線１６を環流する１３ａと、タップ巻線９
．励磁巻線１１．中性点接続リード１３゜タップ切換器
１０を環流するｔａｂの２種類があり。

その流れる方向は第２図に示すものとする。主変圧器１
における変圧器作用と励磁作用による起磁力の関係、す
なわち変圧器作用の起磁力の差が励磁作用の起磁力に等
しいとする（１）式が得られる０Ｎｓｔａ　Ｘ　ｔ、、
　−Ｎｔｘ　ｉｓｂ　＝　Ｈａ　−−−−−−−−−−
−−−−−−（１）直列変圧器２においても同様に（２
）式が得られる。

ＮＳａ　Ｘ　ｉＢａ　”　Ｎ＠　Ｘ　’８ｂ　＝　Ｈａ
　　−−−−−−−−−−−−−−−−（２）但しｓ　
ＮＩＩ＋ａ　；　２火玉巻線１５の巻回数Ｎ９ｍ　：　
２次直列巻線１６の巻回数Ｎｔ：タツプ巻線９の有効巻
回数 杢゛Ｎ１：励磁巻ａｌｌの巻回数 Ｈ，、ｌ；主変圧器用鉄心を励磁する之めの起磁力 Ｈ８：直列変圧器用鉄心を励磁する 次めの起磁力 （１）　、　（２＋式は’１ｌｌｌ＋　ｔａｂを未知と
する２元１次方程式であるから、これを解法して（３）
　、　＋４）式を得る。

タップ切換器１０の極性が第２図とは逆に接続され次場
合には（５）、（６１式となる。

２次直列巻＄１６に発生する電圧が丁度零の場合、すな
わち励磁巻線ｌ］がタップ切換器１０によって短絡され
た場合には、直列変圧器用鉄心を励磁するための起磁力
Ｈ，は零であるので、　（３）　、　（４）式にＨ６＝
Ｏ，Ｎｚ＝０を代入すると（力、（８）式が得られる。

もちろん（５）　、　（６）式に）（、＝Ｑ、Ｎｔ＝Ｑ
を代入しても同一効果が得られる。（７）式は主変圧器
用鉄心の励磁作用だけの関係となり、（８）式は直列変
圧器の変圧器作用だけの関係となっている。

次に、第３図において１次巻線３を星形結線にして、三
角結線の３次巻線を取付けて３巻線変圧器とした場合に
も、３倍調波励磁電流’８ｍ＋”Ｑｇが３次巻線に環流
し、同一の作用と効果が得られるのでこれも本発明の実
施例の一つである。セして又、第２図において１次巻１
ｌｊ１４を三角結線にした場合も同一の作用と効果が得
られるので本発明の他の実施例である。このように主変
圧器１には少なくとも一つの巻線が三角結線であればよ
く、又、１次巻線と２次巻線の関係を逆にして、１次王
巻線と１次直列巻線とする構成でも同一の作用と効果が
得られる。

以上は分離巻線形質圧器への適用について説明したが１
本発明は単巻形の変圧器にも適用でき。

次にそれについて説明する◇線路側端子でタップ切換を
行なう必要のある電力用単巻変圧器においては、その電
圧が高いことと、各相ごとにタッグ切換器を取付けるた
め３台の単相形タップ切換器が必要であり、不経済にな
る場合がおる。そこで直列変圧器をもうけ、タップ切換
えが適切な電圧にでき、中性点切換用３相一括形のタッ
プ切換器１台で可能となる方式として第３図、第４図の
他の実施例について説明する。

第３図Ｆｉ２次端子（ｕ、　ｖ、　ｗ）の電圧を調整す
る場合であり、主変圧器用直列巻線１７と分路巻線１８
の接続点に、それらの電圧と同相である直列変圧器用直
列巻線１９の一端を接続し、他方の一端を２次端子とし
ている。タップ巻線９．タップ切換器１０　、励磁巻線
１１および中性点接続リード１３は第１図と同一である
。そして三角結線である３次巻線２０が取付けられてい
る。もし、３次巻線２０の外部端子（ａ、ｂ、ｃ）を不
要とする場合には内蔵三角結線すなわち安定巻線として
もよい。

第４図に１次端子（Ｕ、　Ｖ、　Ｗ）間の電圧を調整す
る場合でオリ、主変圧器用直列巻線１７と直列変圧器用
直列巻線１９を直列に接続し１分路巻線１８と直列変圧
器用直列巻線１９の一端を接続し、それを２次端子（ｕ
、　ｖ、　ｗ）とした場合でアリ、他は第３図に同一で
ある。

第３図および第４図の結線における電圧調整に、タップ
切換器ｌＯを操作することにより、そのタップ位置に応
じた電圧と極性とによって励磁巻線１１を励磁し、直列
変圧器用直列巻線１９に調整電圧を発生せしめ、第３図
では２次側電圧を、第４図では１次側電圧を、各々調整
する。

主変圧器１の３倍調波励磁電流’８ｍｄ３次巻線２０の
三角結線内を環流する。直列変圧器２の３倍調波励磁電
流ｉ９．は励磁巻線１１から中性点接続リード１３→タ
ツプ切換器１０→タツプ巻線９→励磁巻線１１に戻る閉
回路を環流する。このように３倍調波励磁電流１８８が
励磁巻線１１に流れ、その励磁作用によって磁束と電圧
の波形には、ひずみは生じない。３倍調波励磁電流’８
ｇがタップ巻＃ｌ！９に流れ発生する起磁力ＮｔＸｉＢ
ａｕ変圧器作用によっている。但しＮｔはタップ巻線９
の有効巻回数であり、Ｎ８は３次巻線２０の巻回数であ
る。

ゆえに、３次巻Ｍ２０には’８ｍとｉ′８．の両方が環
流することになり、３次巻線２０が第１図における１次
巻線３と同等な作用をしていることになる０以上のよう
じ単巻変圧器における場合でも、直列変圧器には安定巻
線がなくても、３倍調波励磁電流が環流し、前述の分離
巻線形の変圧器と同様な作用と効果が得られる。

このように構成した本発明の間接式タップ切換変圧器で
は、中性点接続リード１３が追加になるが、そのリード
に流れる電流は３倍調波励磁電流ｉ口の３倍および一線
地絡などの事故時に発生する零相電流であるから、その
リードはさほど太くする必要がなく、かつ一般には接地
されるので電気的な絶縁も少なくてすむから、中性点接
続リード１３の費用はほとんど問題にならない程度であ
る。

励磁巻線１１やタップ巻線９などには３倍調波励磁電流
が負荷電流に重畳して流れるが、３倍調波励磁電流は負
荷電流に比べ非常に小さいので、それらの巻線を太くす
る必要はなく、負荷損の増大も無視できる。

一方、タップ切換器には経済的に入手ができ、小形にで
きる中性点切換用３相−指形のものを採用し、直列変圧
器には安定巻線がないので、安定巻線自身の材料費とそ
の加工費が全く不要となりかつ、その安定巻線の取付場
所がいらなくなるために、コンパクト化となり価格が安
くなると共に、発生する損失も低減できるので、より高
効率の間接式タップ切換変圧器を提供することができる
。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、主変圧器のタップ巻線と
直列変圧器の励磁巻線とを接続する中性点接続リードが
付加されるが、励磁電流に含まれる３倍調波電流分の環
流方式が作られ、ま念安定巻線の省略によってその製作
費および取付場所を節約することができて安価で効率の
よい間接式タップ切換変圧器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は従来の間接式タップ切換変圧器の結線
図、第１図は本発明による間接式タップ切換変圧器の一
実施例を示す結線図、第２図、第３図および第４図は本
発明による間接式タップ切換変圧器のそれぞれ異なる他
の実施例を示す結線図、第５図および第６図は従来の間
接式タップ切換変圧器を示す結線図である。 １・・・主変圧器　　　　２・・・直列変圧器３．１４
・・・１次巻線　　４，１５・・・２次三巻線５・・・
タップ巻線（三角結線） ６・・・励磁巻線（三角結線） ７．１６・・・２次直列巻線 ８・・・タップ切換器（単相３台形） ９・・・タップ巻線（星形結線） １０・・・タップ切換器（３相−指形）１１・・・励磁
巻線（星形結線）１２・・・安定巻線１３・・・中性点
接続リード １７・・・主変圧器用直列巻線　　１８・・・分路巻線
１９・・・直列変圧器用直列巻線　２０・・・３次巻線
代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか１名）第　　１
　　図 第２図 第３図 第　　５　　図 第　　６　図 手続補正書（自発）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１次巻線、２次三巻線およびタップ巻
   線を備えた主変圧器と、２次直列巻線と励磁巻線を備え
   た直列変圧器とを具備し、その直列変圧器の２次直列巻
   線は自相と同相成分の電圧を有する主変圧器の２次三巻
   線と直列に接続してそれらを星形結線あるいは三角結線
   に接続すると共に、その主変圧器のタップ巻線と直列変
   圧器の励磁巻線とを各々星形結線とし、かつそのタップ
   巻線と励磁巻線との各線路端を相互に接続するとともに
   、その中性点間を中性点切換用３相一括形のタップ切換
   器を介して接続したことを特徴とする間接式タップ切換
   変圧器。
2. （２）主変圧器用直列巻線、分路巻線、タップ巻線およ
   び三角結線の３次巻線を備えた主変圧器と、直列変圧器
   用直列巻線と励磁巻線を備えた直列変圧器とを具備し、
   その直列変圧器用直列巻線は自相と同相成分の電圧を有
   する主変圧器の分路巻線あるいは主変圧器用直列巻線と
   直列に接続すると共に、主変圧器のタップ巻線と直列変
   圧器の励磁巻線を各々星形結線とし、かつそのタップ巻
   線と励磁巻線の各線路端を相互に接続するとともに、そ
   の中性点間を中性点切換用３相一括形のタップ切換器を
   介して接続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の間接式タップ切換変圧器。