JPS63157675A - サイクロコンバ−タ用三相変圧器 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、変換周波数が電源周波数より低いサイクロ
コンバータに用いられる三相変圧器に関し、特に出力周
波数を入力周波数の１／２にしても直流励磁を受けない
サイクロコンバータ用三相変圧器に関するものである。

［従来の技術］ ｂ℃来より、電鉄又は誘導電動機等の速度制御には、７
Ｔ、源周波ｐ　５０１１ｚ〜６０１１ｚから数１１ｚ〜
２０Ｈｚの出力周波数に変換できるサイクロコンバータ
が用いられている。

第３図は、例えば「電気工学ハンドブック」（昭和４６
年電気学会発行）の第７１４頁、６．４．３項、１６８
図に記載されたサイクロコンバータを三相に置き換えた
場合の、従来のサイクロコンバータ用三相変圧器を示す
結線図である。

図において、（１）〜（３）は同構成の３つの三相変圧
器であり、それぞれ一次巻線（４）とこれに磁気結合さ
れた二次巻線（５）及び（６）とを備えている。又、第
３図では１つの巻線で示したが、一次巻線（４）及び二
次巻線（５）、（６）は、後述するように、それぞれ各
相Ｕ、■及びＷに対応した３つの巻線から構成されてい
る。

（７）〜（９）は各三相変圧器（１）〜（３）に個々に
接続された同構成の３つのサイクロコンバータ回路であ
り、それぞれサイリスタ回路からなる正群コンバータ（
１０）及び負群コンバータ（１１）と、これら各コンバ
ータ（１０）及び（１１）に直列接続された循Ｎ　Ｔ、
流リアクトル（１２）とを備えている６又、サイクロコ
ンバータ回路（７）〜（９）からの三相出力１ｕ〜ＩＩ
Ｉ＋は三相誘導電動機（図示せず）に供給されている。

第４図は第３図内の１つの三相変圧器（１）の巻線構造
を示す側断面図である。

図において、（１３）は三相三脚構造の鉄心であり、Ｕ
相、Ｖ相及びＷ相に対応する３つの主１１１（１３Ｕ）
〜（１３Ｗ）を有している。　（４０）〜（４１１１）
は主脚（１３Ｕ）〜（１３Ｗ）に個々に巻回された各相
の一次巻線であり、これらは一次巻線（４）を構成して
いる。（５Ｕ）〜（！ＩＪ）及ヒ（６０）〜（６１１）
　ハ各主ｍ　（１３Ｕ）　〜（１３１１）　４．：巻回
された各相の二次巻線であり、これらは二次巻線（５）
及び（６）を構成している。

各相の一次巻線（４Ｕ）〜（１）は、それぞれ２つに分
割されて各組が並列に励磁されるようになっており、一
方が各二次巻線（５Ｕ）〜（５誓）に、他方が各二次巻
線（６ｕ）〜（６りにそれぞれ磁気結合されている。

又、二次巻線（５）及び（６）の各相毎の１つずつはそ
れぞれΔ結線又は星形結線され、三相信号ｕ１〜旧及び
０２〜Ｗ２を出力する各端子を構成している。

即ち、例えば、Ｕ相の二次巻線（５ｔｌ）、■相の二次
巻線（５ｖ）及びＷ相の二次巻線（５Ｗ）はΔ結線され
、各々の接続点から三相出力Ｕ１〜ＩＨを出力するよう
になっている。

−次に、第３図及び第４図に示した従来のサイクロコン
バータ用三相変圧器の動作について説明する。

まず、電源周波数６０Ｈｚの三相電流ＩＵ〜■阿が三相
変圧器〈１）の一次巻線（４）に供給されると、各相の
一次巻線（４Ｕ）〜（４１１１）が励磁されて、対応す
る二次巻線（５Ｕ）〜（５阿）及び（６Ｕ）〜（６−）
からは三相信号Ｕ１〜罰及びＵ２〜阿２が出力される。

そして、一方の二次巻線（５）から得られた三相信号ｕ
１〜ｌ１１１は正群コンバータ（１０）に、他方の二次
巻線（６）から得られた三相信号Ｕ２〜に２は負群コン
バータ（１１）にそれぞれ供給される。

各三相信号Ｕ１〜−１及にＵ２〜１ｌ１２は、各コンバ
ータ（１０）及び（１１）内のサイリスタにより整流且
つ通流制御され、更に、循環電流リアクトル（１２）に
より所望の周波数に変換されてＵ相の単相出力Ｉｕとな
る。

同様に、三相変圧器（２）からの三相信号０３〜に３及
びｕ４〜ｌｌＩ４は、サイクロコンバータ回路（８）に
よりＶ相の単相出力りに変換され、三相変圧器（３）か
らの三相信号ｕ５〜−５及びｕ６〜＆４６は、サイクロ
コンバータ回路（９）によりＷ相の単相出力■―に変換
される。これら単相出力１ｕ〜Ｉｗは互いに１２０°の
位相差を有する三相出力を構成しており、誘導電動機の
速度制御に用いられる。

第５図は、１つの単相出力を得る過程を説明するための
波形図である。第５図に示すような交流入力電圧を三相
電流１０〜ＩＷとして供給すると、各コンバータ（１０
）及び（１１）からは出力電圧（斜線部）のような信号
が得られる。従って、この出力電圧を循環電流リアクト
ル（１２）を介して取り出すことにより、出力基本波電
圧で示すような単相出力が得られる。この場合、各単相
出力Ｔｕ〜ｒｗの出力周波数ｆｏが三相電流１０〜ＩＨ
の入力周波数ｆ’＋の１／３となっているから、例えば
入力周波数「ｉを６０　ＩＩ　ｚとすれば、出力周波数
ｆｏは２０　Ｉｔ　ｚとなる。

しかし、このような三相出力１ｕ〜Ｉｗを用いた運転制
御方式の場合、出力周波数ｆｏを入力周波数ｆｉの１／
２程度で運転しようとすると、三相信号Ｕ１〜破１、・
・・、ＩＪ６〜−６にそれぞれ直流電流成分が発生する
ので、三相変圧器（１）〜（３）の各一次巻線（４Ｕ）
〜（４ｋ）に供給される三相電流ＩＵ−，−ＩＨにも直
流電流成分が流れる。従って、三相変圧器（１）〜（３
）はそれぞれ直流励磁を受け、鉄心（１３）の主脚（１
３Ｕ）〜（１３Ｗ）が飽和し、これら主脚（１３０）〜
（１３Ｗ　＞に巻回された一次巻線（４ｕ）〜（４１１
１）、二次巻線（５Ｕ）〜（５−）及び（６Ｕ）〜（６
Ｗ）は、鉄心（１３）の過熱及び突流電流等により電磁
機械的悪影響を受けることになる。

これを防ぐため従来は、出力周波数「０を入力周波数ｆ
ｉに対し、 ｒｏ＜ｆｉ／２ となるように運転し、速度制御に用いる出力周波数ｆｏ
をＯ〜２５　ＩＩ　７．程度にしている。そして、負荷
となる誘導電動機等の速度制御範囲を拡大したい場合は
、ギアを用いて変速を行なっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のサイクロコンバータ用三相変圧器は以上のように
、３つの三相変圧器（１）〜（３）を用いて各相毎の単
相出力１ｕ〜１ｗを得ていたので、出力周波数Ｔｏが２
５Ｈｚ以上の三相出力１ｕ〜■−を得ようとすると、直
流励磁により各三相変圧器（１）〜（３）の鉄心（１３
）に磁気飽和が発生して運転が困難になるという問題点
があった。又、制御対象の速度範囲を拡大したいときに
はギアを必要とし、コストアップ及び可動部分の保守労
力増大を招くという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、サイクロコンバータの出力周波数が入力周波
数の１／２となるように運転しても、鉄心内の各主脚に
直流励磁が発生しないサイクロコンバータ用三相変圧器
を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るサイクロコンバータ用三相変圧器は、三
相電流が個々に入力される３つの一次巻線のそれぞれに
、６つの二次巻線を設けたものである。

［作用］ この発明においては、二次巻線から出力される各三相信
号に含まれる直流電流成分を相殺して零とし、各相毎の
主脚に巻回された一次巻線に供給される電流に直流電流
成分を含まないようにする。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す結線図、第２図は第１図
内の三相変圧器の巻線構造を示す側断面図であり、（７
）〜（１３）は前述と同様のものである。

（２０）は７巻線を有する三相変圧器であり、一次巻線
（２１〉とこれに磁気結合された６つの二次巻線（２２
）〜（２７）とを備えている。

一次巻線（２１）及び二次巻線（２２）〜（２７）は、
各相Ｕ、Ｖ及びＷに対応した３つの一次巻線（２１Ｕ）
〜（２１Ｗ）、二次巻線（２２Ｕ）〜（２２Ｗ　）、・
・・、（２７Ｕ）〜（２７Ｗ＞から構成されており、そ
れぞれ第２図のように各相の主脚（１３Ｕ）〜（１３Ｗ
　）に巻回されている。

又、各相の一次巻線（２１ｔｌ）〜（２Ｈ１）は、それ
ぞれ２つに分割されて並列に励磁されるようになってお
り、一方が各二次巻線（２２）〜（２４）に、他方が各
二次巻線（２５）〜（２７）にそれぞれ磁気結合されて
いる。

更に、二次巻線（２２）〜（２７）は、各相毎に１つず
つΔ結線されており、各接続点が三相信号Ｕ１〜１１１
１、・・・、Ｕ６〜１ｌＩ６の出力端子を構成している
。

次に、第１図及び第２図に示したこの発明の一実施例の
動作について説明する。

まず、電源周波数６０　ＩＩ　ｚの三相電流ＩＵ〜Ｉ−
が一次巻線（２１）に供給されると、Ｕ相一次巻線（２
１０）〜Ｗ相一次巻線（２１Ｗ）が励磁され、二次巻線
（２２）〜（２７）からは三相信号Ｕ１〜１１１１、・
・・、ｕ６〜−６が出力される。これら三相信号Ｕ１〜
旧、・・・、Ｕ６〜詞６は、サイクロコンバータ回路（
７）〜（９）に供給され、前述と同様に所望の周波数の
三相出力１ｕ〜■−に変換される。

一般に、三相信号ｕ１〜ｌ１１１、・・、ｕ６〜１ｌ１
６には直流電流成分が含まれているが、これらは三相平
衡電流であるから、その合成電流には直流電流成分を含
まないことが知られている。

この場合、鉄心（１３）の各主脚（１３Ｕ）、（１３Ｖ
）及び（１３Ｗ　Ｈ：　＋ｉ’、各二次各線次巻線０）
　〜（２７Ｕ）、（２２Ｖ）〜（２２Ｗ）及び（２７Ｕ
）〜（２７Ｗ）による合成電流が印加されているので直
流励磁は発生しない。又、これにより、一次巻線（２１
Ｕ）〜（２１１４）に供給される各三相ＴＬ流ＩＵ〜Ｉ
Ｗにも直流電流成分は発生しないので、各主脚（１３Ｕ
）〜（１３Ｗ＞が直流励磁を受けることは全くない、従
って、三相変圧器（２０）は、出力周波数ｔｏが入力周
波数ｆｉの１／２となるように運転しても、前述のよう
な障害は発生しないので、サイクロコンバータの運転に
適した経済的な構成となっている。

尚、上記実施例では鉄心（１３）が三相三胛の場合につ
いて説明したが、側脚を有する三相五脚の鉄心を用いて
も同等の効果を奏する。

又、二次巻線（２２）〜（２７）の各相毎の１つずつを
Δ結線して三相信号０１〜−１、・・・、Ｕ６〜Ｗ６を
得るよウニしタカ、二次Ｓ　線＜２２Ｕ）〜（２２Ｗ）
１．、、、（２７Ｕ）〜（２７Ｗ　）をそれぞれ星形結
線としても良い。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、三相電流が個々に入力
される３つの一次巻線のそれぞれに、６つの二次巻線を
設け、二次巻線から出力される各三相信号に含まれる直
流電流成分を相殺して零とし、各相町の主脚に巻回され
た一次巻線に供給される電流に直流電流成分を含まない
ようにしたので、サイクロコンバータ回路からの出力周
波数によらず直流励磁を受けないサイクロコンバータ用
三相変圧器が経済的に得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す結線図、第２図は第
１図内の三相変圧器の巻線構造を示す側断面図、第３図
は従来のサイクロコンバータ用三相変圧器を示す結線図
、第４図は第３図内の三相変圧器の巻線構造を示す側断
面図、第５図は一般的なサイクロコンバータ回路の動作
を説明するための波形図である。 （７）〜（９）・・・サイクロコンバータ回路（２０）
・・三相変圧器　　　〈２１）・・・一次巻線（２１Ｕ
）・・・Ｕ相一次巻線　（２１Ｖ）・・・Ｖ相一次巻線
（２１Ｗ）・・・Ｗ相一次巻線　（２２）〜（２７）・
・・二次巻線（２２υ）〜（２７０）・・・Ｕ相線次巻
線（２２Ｖ）〜（２７Ｖ）・・・Ｖ相線次巻線（２２Ｗ
）〜（２７１１）・・・Ｗ相線次巻線ＴＵ〜Ｉ阿・・・
三相電流 Ｕｌ、ｖｌ、ｌＩ４１〜Ｕ６、ｖ６．１ｌ１６・・・三
相信号面、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 ＩＬＪ　ＩＶ　ＩＷ ７〜９　；　サイクロコーハ”〜夕０路２〇　　　三相
変圧器 ２１　　　−次港Ｊ漿 ２２〜２７　　　二；に巻線 ■Ｕ〜ＩＷ　　　三和電１ Ｕｌ、Ｖｌ、Ｗ＋〜Ｕ６　、Ｖ６．Ｗ６　　　ミ相４号
Ｉｔ、ｌ　ＩＶ　ＩＷ 手続補正書 昭和６２年　７月１６日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相電流が個々に入力される３
   つの一次巻線と、これら一次巻線のそれぞれに設けられ
   た６つの二次巻線とを備え、前記二次巻線から出力され
   る６組の三相信号に含まれる直流電流成分を、各相毎に
   相殺するように構成したサイクロコンバータ用三相変圧
   器。