TWI497540B - 單相三倍頻產生裝置、三相三倍頻產生裝置及高頻產生裝置 - Google Patents

單相三倍頻產生裝置、三相三倍頻產生裝置及高頻產生裝置 Download PDF

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Description

單相三倍頻產生裝置、三相三倍頻產生裝置及高頻產生裝置
本發明係關於一種與三相交流電源相連接、輸出頻率為工業電源頻率(50Hz或60Hz)3n倍的單相電壓的高頻產生裝置。
例如，如非專利文獻1、2所示，3倍頻率產生裝置有可飽和電抗器型及變壓器型。可飽和電抗器型3倍頻率產生裝置將3組單相可飽和電抗器進行Y連接，並將在中性點與電源的中性點之間產生的高次諧波輸出施加到負載上，電容器係作為無功補償電容器發揮功能，並且作為高次諧波電流的回路發揮功能。另一方面，變壓器型3倍頻率產生裝置將3組單相變壓器的一次繞組進行Y連接，並且將二次繞組進行Δ連接，並使Δ連接之一端開放，自該開放部取出高次諧波成分。
然而，所述的兩種方式皆使用單相可飽和電抗器或單相變壓器(以下亦稱單相設備)，並非使用由3柱鐵心構成的三相設備。若如上述組合3台單相設備構成3倍頻率產生裝置，則會招致裝置整體大型化等問題，此外還可能使3台單相設備的設置等變得複雜。特別是當使用多組由3台單相設備構成的單相3倍頻率產生裝置來構成三相3倍頻率產生裝置時，該問題會更為顯著。
在此，為解決該問題可以考慮使用3柱鐵心，在使用3柱鐵心時，藉由捲繞在3柱鐵心之各柱上的一次繞組於各柱產生三次諧波磁通，該三次諧波磁通相位相同且往相同的方向流動，且該三次諧波磁通以自一方之軛鐵鐵心通過非磁性通道後返回另一方之軛鐵鐵心的方式流動。此時，因非磁性通道具有高磁阻，故三次諧波磁通被削弱，其結果由3柱鐵心生成的合成磁通形成三次諧波成分小的磁通。因此，3倍頻率之輸出容量相對於工業電源頻率之輸入容量的比率(輸出/輸入比)變小，效率不佳。
因此，可以認為在現有之3倍頻率產生裝置中，使用3台單相設備構成3倍頻率產生裝置係為不使輸出/輸入比降低而必然思及之技術方案，即，在3倍頻率產生裝置中使用3柱鐵心係與提高輸出/輸入比之此一目的相背離。
[習知技術文獻]
[非專利文獻]
非專利文獻1：日本電熱工學委員會編，《工業電氣加熱手冊》，第1版，株式會社電氣書院，昭和43年10月25日，p.293-296
非專利文獻2：新谷等三人，「磁氣式3倍倍頻器的動作模式與穩態特性的解析」，電氣學會論文誌B　電力‧能源部門誌，社團法人電氣學會，1981年9月，第101卷，第9號，p.519-526
本發明係為一舉解決該問題而進行，本發明之主要目的為提供一種3倍頻率產生裝置及高頻產生裝置，其不使用3台單相電抗器或單相變壓器等單相設備而可使裝置結構緊湊，此外可以使佈線簡單，並可解決在高頻產生裝置中使用三相變壓器時產生的問題。
亦即，本發明之單相3倍頻率產生裝置，使用三相變壓器將工業電源的頻率倍增至3倍後輸出；該三相變壓器之一次繞組為Y連接，二次繞組為Δ連接，且使Δ連接之該二次繞組的一端開放並與單相負載相連接；其特徵在於：該三相變壓器使用環形五柱卷鐵心，該五柱卷鐵心係使用連續捲繞薄板狀的電磁鋼板而形成，該五柱卷鐵心的3個柱上捲繞有一次繞組及二次繞組，剩下的2個柱構成三次諧波磁通之回路。
按照所述的單相3倍頻率產生裝置，三相變壓器為五柱卷鐵心，其中的3個柱上纏繞有繞組，剩下的2個柱構成三次諧波磁通之回路，故在纏繞有繞組的各柱上產生之相位相同且往相同方向流動的三次諧波磁通，可以藉剩下的2個柱循環，可防止三相變壓器中產生的三次諧波成分發生損失。藉此，可使3倍頻之輸出容量相對於工業電源頻率之輸入容量的比率(輸出/輸入比)增大。此外，五柱卷鐵心為藉由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成之環形，故得以盡可能地減小三次諧波磁通之磁路上的磁阻，可防止三次諧波磁通經過各柱時的磁通降低，盡可能地使輸出/輸入比增大。更因可使用三相變壓器，與習知之使用3台單相變壓器的情況相比，可使裝置的結構緊湊，另外亦可使佈線簡單。
此外，本發明之單相3倍頻率產生裝置，使用三相可飽和電抗器將工業電源的頻率倍增至3倍後輸出；在將該三相可飽和電抗器之繞組以Y連接方式連接所構成的中性點與三相電源的中性點之間，連接單相負載；其特徵在於：該三相可飽和電抗器使用環形五柱卷鐵心，該五柱卷鐵心係由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成；該五柱卷鐵心的3個柱上捲繞有該繞組，剩下的2個柱構成三次諧波磁通之回路。該使用三相可飽和電抗器的單相3倍頻率產生裝置，亦具有與該使用三相變壓器的單相3倍頻率產生裝置相同的效果。
作為環形五柱卷鐵心的具體結構，宜使該五柱卷鐵心由組合開口尺寸不同的環形鐵心單元而構成，該五柱卷鐵心包含：1個外鐵心單元；2個中鐵心單元，於該外鐵心單元內相互接觸而設置；以及4個小鐵心單元，該4個小鐵心單元中的2個小鐵心單元在該中鐵心單元內相互接觸而設置。
由電磁鋼板構成的變壓器中產生之三次諧波，以相對於基本波約為25%的比率方式產生，故為將安全率設為約2倍以防止變壓器故障，宜使構成該三次諧波磁通之回路的每個柱之截面積，為捲繞有該一次繞組及該二次繞組的每個柱之截面積的1/2。
宜使該五柱卷鐵心的5個柱在前視圖中沿左右排列，中央的柱及左右兩端的柱上捲繞有該一次繞組及該二次繞組；與該中央的柱之兩側相鄰的柱構成該三次諧波磁通之回路。按照該結構，三次諧波磁通之回路設置在纏繞有繞組的柱之間，可使由各柱產生的三次諧波磁通容易循環。
此外，本發明之三相3倍頻率產生裝置，其特徵在於：使用3組該單相3倍頻率產生裝置而構成；1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組為Y連接；另1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組為採用相位繞組之Y連接，使其該另1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組的輸出在輸入頻率座標中相位延滯或相位超前40°；剩下1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組為採用相位繞組之Y連接，使該剩下1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組的輸出在輸入頻率座標中相位延滯或相位超前80°。
此外，本發明之單相3N 倍頻率產生裝置，其特徵在於，該單相3N 倍頻率產生裝置藉著以多級的方式級聯連接該單相3倍頻率產生裝置，輸出單相的3N 倍頻率，其中，N為自然數。
此外，本發明尚提供一種三相3N 倍頻率產生裝置，其特徵在於，該三相3N 倍頻率產生裝置藉著以多級的方式級聯連接該三相3倍頻率產生裝置，輸出三相的3N 倍頻率，其中，N為自然數。
此外，本發明之高頻產生裝置，其特徵在於，使用n台三相變壓器，產生頻率為電源頻率之3n倍的單相電壓；該三相變壓器使用環形五柱卷鐵心，該五柱卷鐵心係由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成；該五柱卷鐵心的3個柱上捲繞有一次繞組及二次繞組，剩下的2個柱構成單相高頻磁通磁路；其中，n為1以上的奇數。
依此一高頻產生裝置，三相變壓器為五柱卷鐵心，其中的3個柱上纏繞有繞組，剩下的2個柱構成單相高頻磁通磁路，故在纏繞有繞組的各柱上產生之相位相同且往相同方向流動的單相高頻磁通，可以藉剩下的2個柱循環，可防止三相變壓器中產生之單相高頻磁通發生損失。藉此，可以使3n倍頻率之輸出容量相對於工業電源頻率之輸入容量的比率(輸出/輸入比)增大。此外，因五柱卷鐵心為藉由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成之環形，故得以盡可能地減小單相高頻磁通之磁路上的磁阻，可防止單相高頻磁通經過各柱時的磁通降低，盡可能使輸出/輸入比增大。更因可使用三相變壓器，與習知之使用3台單相變壓器的情況相比，可使裝置的結構緊湊，另外亦可使佈線簡單。
按照此一結構之本發明，可以提供一種產生3n倍頻率的單相電壓之高頻產生裝置，該高頻產生裝置不使用3台單相電抗器或單相變壓器，因而可使結構緊湊，並解決使用三相變壓器時產生之問題。
 [實施本發明之最佳形態] <第一實施形態>
以下參照附圖對本發明的單相3倍頻率產生裝置之變壓器方式的實施形態進行說明。
本實施形態之單相3倍頻率產生裝置100，與工業電源(三相交流電源)相連接，將從該工業電源接收的三相交流電壓(50Hz或60Hz)轉換為3倍頻率(150Hz或180Hz)之單相交流電壓並輸出至單相負載200。
具體而言，如圖1所示，使用三相變壓器2將工業電源頻率倍增至3倍後輸出，將三相變壓器2的一次繞組21u、21v、21w進行Y連接，將二次繞組22u、22v、22w進行△連接，並且使該△連接的二次繞組22u、22v、22w之一端開放而與單相負載200相連接。
如圖2所示，三相變壓器2使用由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成之環形五柱卷鐵心23。此一環形五柱卷鐵心23係指，鐵心柱和連接鐵心(軛鐵鐵心)成為一體而未分開的鐵心，其中的3個柱23a、23b、23c上分別捲繞有一次繞組21v、21w、21u及二次繞組22v、22w、22u，剩下的2個柱23d、23e構成三次諧波磁通之回路。
三相變壓器2的五柱卷鐵心23，藉由組合開口尺寸不同的環形卷鐵心單元而構成前視圖中呈大致矩形的形狀，該五柱卷鐵心23包括：1個外鐵心單元231，開口尺寸最大；2個中鐵心單元232， 設置成與外鐵心單元231的內側周面接觸，且2個中鐵心單元232相互接觸；以及4個小鐵心單元233a、233a、233b、233b，設置成與中鐵心單元232的內側周面接觸，且2個小鐵心單元233a、233b相互接觸。
2個中鐵心單元232為相同形狀，其厚度與該外鐵心單元231的厚度相同。此外，4個小鐵心單元中設置在左右外側的小鐵心單元233a的厚度，與外鐵心單元231及中鐵心單元232的厚度相同。另一方面，小鐵心單元中設置在中央側的小鐵心單元233b的厚度，為設置在外側的小鐵心單元233a的厚度的1/2。如上述結構的五柱卷鐵心23之5個柱23a~23e在前視圖中沿左右排列，該5個柱23a~23e中，中央的柱23a及左右兩端的柱23b、23c之截面積相同，與中央的柱23a之兩側相鄰的柱23d、23e之截面積，為中央的柱23a及左右兩端的柱23b、23c之截面積的1/2。
而在如上述結構之五柱卷鐵心23中，中央的柱23a及左右兩端的柱23b、23c為捲繞有一次繞組21u、21v、21w及二次繞組22u、22v、22w的捲繞鐵心部；與中央的柱23a之兩側相鄰的柱23d、23e為構成三次諧波磁通之回路的回路鐵心部。亦即，構成三次諧波磁通回路的回路鐵心部之截面積，為捲繞有一次繞組21u、21v、21w及二次繞組22u、22v、22w的捲繞鐵心部之截面積的1/2。依此一五柱卷鐵心23，三次諧波磁通之回路，設置在捲繞有一次繞組21u、21v、21w、二次繞組22u、22v、22w的柱23a~23c之間，可使自各柱23a~23c產生的三次諧波磁通容易循環。
其次，對本實施形態的單相3倍頻率產生裝置100之輸入容量(VA)及輸出容量(VA)的輸出/輸入比，與使用環形三柱卷鐵心的裝置、使用3台環形單相鐵心的裝置、以及使用3台半環形(cut core)單相鐵心的裝置加以比較，並參照表1及圖3進行說明。此外，表1為本實施形態的單相3倍頻率產生裝置100之特性資料，圖3之橫軸表示磁通密度(G)，縱軸為輸出容量(VA)相對於輸入容量(VA)的比。
從表1及圖3可知，本實施形態的單相3倍頻率產生裝置100，與習知之使用3台環形單相鐵心的裝置顯示具有相同的特性，其輸出/輸入比基本上亦相同。另一方面，使用環形三柱卷鐵心的裝置及使用3台半環形單相鐵心的裝置之輸出/輸入比非常低。對於使用環形三柱卷鐵心的裝置而言，於鐵心柱部產生之相位相同且往相同方向流動的三次諧波，自一方的軛鐵鐵心部經過非磁性通道往另一方的軛鐵鐵心部流動，因此造成三次諧波成分降低，而導致輸出/輸入比變小。此外，對於使用3台半環形單相鐵心的裝置而言，在半環形部分處的磁阻變大，三次諧波成分降低，而造成輸出/輸入比變小。
依上述結構之第1實施形態的單相3倍頻率產生裝置100，三相變壓器2為五柱卷鐵心，其中的3個柱23a~23c上纏繞有一次繞組21u、21v、21w、二次繞組22u、22v、22w，剩下的2個柱23d、23e構成三次諧波磁通之回路，故於纏繞有一次繞組21u、21v、21w、二次繞組22u、22v、22w的各柱23a~23c上產生之相位相同且往相同方向流動的三次諧波磁通，可以藉剩下的2個柱 23d、23e循環，可防止三相變壓器2中產生之合成磁通的三次諧波成分降低。藉此，可使3倍頻之輸出容量(輸出電壓)相對於工業電源頻率之輸入容量(輸入電壓)的比率增大。此外，五柱卷鐵心23為藉由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成之環形，故得以盡可能地減小三次諧波磁通的磁路中之磁阻，可防止三次諧波磁通經過各柱23a~23e時的磁通降低，盡可能地使輸出/輸入比增大。更因可使用三相變壓器2，與習知之使用3台單相變壓器的情況相比，可使裝置的結構緊湊，另外亦可使佈線也簡單。
另外，本發明不限於該第1實施形態的裝置。例如，如圖4所示，藉著於三相變壓器2之一次側設置無功補償電容器3，如圖5所示，可將輸出/輸入比改善至約為54%。
另外，雖已於該實施形態中對變壓器型的單相3倍頻率產生裝置進行說明，但亦可為電抗器型的裝置。此時的單相3倍頻率產生裝置如圖6所示，使用三相可飽和電抗器4將工業電源頻率倍增至3倍後輸出，在將三相可飽和電抗器4的繞組4u、4v、4w以Y連接方式連接所構成的中性點與三相電源的中性點之間，連接有單相負載200。而三相可飽和電抗器4係為，使用該實施形態中所說明之由薄板狀的電磁鋼板連續捲繞而構成的環形五柱卷鐵心，中央的柱23a及左右兩端的柱23b、23c上捲繞有電抗器的繞組4u、4v、4w；中央的柱23a之兩側相鄰的柱23d、23e構成三次諧波磁通之回路。另外，在圖6中，將以Y連接所連接的電容器5u、5v、5w連接在三相電源側，形成人為的中性點，並在該三相電源的中性點與該中性點之間連接單相負載200。此一電容器5u、5v、5w發揮高次諧波電流回路的功能，並具有無功補償電容器的功能。
進一步，可使用3組該實施形態的單相3倍頻率產生裝置100組成三相3倍頻率產生裝置Z。在此一情況下，如圖7所示，使三相3倍頻率產生裝置Z之1組的三相變壓器之一次繞組為Y連接；另1組的三相變壓器之一次繞組為採用相位繞組之Y連接，使其另1組的三相變壓器之一次繞組的輸出在輸入頻率座標中相 位延滯40°；剩下1組的三相變壓器之一次繞組為採用相位繞組之Y連接，使該剩下1組的三相變壓器之一次繞組之輸出在輸入頻率座標中相位延滯80°。依此一結構，3組單相3倍頻率產生裝置100的輸出在3倍頻率座標中成為分別具有120°相位差的三相3倍頻。另外，除了相位延滯繞組以外，亦可採用相位超前40°或相位超前80°的相位超前繞組。在圖7中，3組的輸出側上設置有輸入繞組為開角連接、輸出繞組為Z形連接的輸出變壓器，而具有確定三相向量並使其穩定的功能。
另外，亦可使用3組電抗器方式的單相3倍頻率產生裝置組成三相3倍頻率產生裝置。此一情況下，使三相3倍頻率產生裝置的1組可飽和電抗器之繞組為Y連接；另1組可飽和電抗器之繞組為採用相位繞組之Y連接，使該另1組可飽和電抗器之繞組的輸出在輸入頻率座標中相位延滯或相位超前40°；剩下1組的三相變壓器之一次繞組為採用相位繞組之Y連接，使該剩下1組的三相變壓器之一次繞組的輸出在輸入頻率座標中相位延滯或相位超前80°。
此外，藉著以多級的方式級聯連接該實施形態之單相3倍頻率產生裝置，可獲得單相3N 倍頻率(N為自然數)。此外，藉著以多級的方式級聯連接三相3倍頻率產生裝置，可獲得三相3N 倍頻率(N為自然數)。
<第2實施形態>
以下，參照附圖對本發明之高頻產生裝置加以說明。
本實施形態之高頻產生裝置係與工業電源(三相交流電源)相連接，將由該工業電源接收的三相交流電壓(電源頻率50〔Hz〕或60〔Hz〕)轉換為3n倍頻率(50×3n〔Hz〕或60×3n〔Hz〕)之單相交流電壓並輸出至單相負載。
具體而言，此一高頻產生裝置係使用n台(n為1以上之奇數)的三相變壓器2所構成。使各台三相變壓器的一次繞組(R相/S相/T相)依次具有360度/3n之相位差，並串聯連接此n台三相變壓器之一次繞組，將n台三相變壓器的整體進行Y連接(星形連 接)，使此一n台三相變壓器成為：相對於作為基準之捲繞有一次繞組R相/S相/T相的第1三相變壓器，使第2三相變壓器採用的一次繞組的對應之各相相位差為360度/3n；此外，相對於第2三相變壓器，使第3三相變壓器採用的一次繞組的對應之各相相位差為360度/3n，依次類推。此外，將n台三相變壓器之各相的二次繞組按照相位以依次錯開360度/3n的順序串聯連接。藉由此一連接方式，自串聯連接之二次繞組的兩端可輸出電源頻率的單相3n倍頻率電壓。另外，對於使用3台三相變壓器2之情況，參照圖11於後述說明。
如圖8所示，各三相變壓器使用由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成之環形五柱卷鐵心23。此一環形五柱卷鐵心23係指，鐵心柱與連接鐵心(軛鐵鐵心)成為一體而未分開的鐵心，其中的3個柱23a、23b、23c上分別捲繞有一次繞組21v、21w、21u及二次繞組22v、22w、22u，剩下的2個柱23d、23e構成單相高頻磁通的回路(以下以單相高頻磁通磁路稱之)。
三相變壓器2的五柱卷鐵心23，藉由組合開口尺寸不同的環形的卷鐵心單元而構成前視圖中呈大致矩形的形狀，該五柱卷鐵心23包括：1個外鐵心單元231，開口尺寸最大；2個中鐵心單元232，設置成與外鐵心單元231的內側周面接觸，且2個中鐵心單元232相互接觸；以及4個小鐵心單元233a、233a、233b、233b，設置成與中鐵心單元232的內側周面接觸，且2個小鐵心單元233a、233b相互接觸。
2個中鐵心單元232為相同形狀，其厚度與該外鐵心單元231的厚度相同。此外，4個小鐵心單元中設置在左右外側的小鐵心單元233a的厚度，與外鐵心單元231及中鐵心單元232的厚度相同。另一方面，小鐵心單元中設置在中央側的小鐵心單元233b的厚度，為設置在外側的小鐵心單元233a的厚度的1/2。如上述結構的五柱卷鐵心23之5個柱23a~23e在前視圖中沿左右排列，該5個柱23a~23e中，中央的柱23a及左右兩端的柱23b、23c之截面積相同，與中央的柱23a之兩側相鄰的柱23d、23e之截面積，為 中央的柱23a及左右兩端的柱23b、23c之截面積的1/2。
而在如上述結構之五柱卷鐵心23中，中央的柱23a及左右兩端的柱23b、23c為捲繞有一次繞組21u、21v、21w及二次繞組22u、22v、22w的捲繞鐵心部；與中央的柱23a之兩側相鄰的柱23d、23e為構成單相高頻磁通磁路的回路鐵心部。亦即，構成單相高頻磁通磁路的回路鐵心部之截面積，為捲繞有一次繞組21u、21v、21w及二次繞組22u、22v、22w的捲繞鐵心部之截面積的1/2。依此一五柱卷鐵心23，單相高頻磁通磁路，設置在捲繞有一次繞組21u、21v、21w、二次繞組22u、22v、22w的柱23a~23c之間，可使各柱23a~23c產生的單相高頻磁通容易循環。
在此，將習知之單相9倍頻率產生用單相變壓器的一次繞組向量圖展示於圖9中；將習知之單相9倍頻率產生用單相變壓器的接線圖展示於圖10中。如圖所示，作為習知之產生單相9倍頻率(n為3時)的裝置，對9台單相變壓器之一次繞組實施使相位依次錯開40度的相位變換繞組並使其為Y連接，並將二次繞組的相位依次錯開40度地串聯連接，自串聯連接的二次繞組之兩端取出9倍頻率的單相電壓。此外，本實施形態的高頻產生裝置之一次繞組向量圖，亦與圖9所示之一次繞組向量圖相同。
另一方面，圖11顯示使用本實施形態之高頻產生裝置以產生單相9倍頻率之情況的接線圖。此一高頻產生裝置具有：作為基準之捲繞有一次繞組R相/S相/T相的第1三相變壓器2A；採用相對於該第1三相變壓器2A，相位差為40度之一次繞組的第2三相變壓器2B；以及採用相對於該第2三相變壓器2B，相位差為40度之一次繞組的第3三相變壓器2C。而第1~第3三相變壓器2A~2C之一次繞組被串聯連接，且將第1~第3三相變壓器2A~2C作為整體進行Y連接。另外，第1~第3三相變壓器2A~2C之各相的二次繞組，係以相位依次錯開40度的順序串聯連接。如此，自串聯連接之二次繞組的兩端輸出單相9倍頻率的單相電壓(參照圖12)。
表2顯示三相輸入電壓/單相9倍頻輸出電壓之特性；圖13顯示輸出電壓/輸出電壓計算值-鐵心磁通密度之特性圖表。其中，輸出電壓計算值係依據繞組匝數比計算出之電壓。3n倍頻率電壓為相對於輸入電壓之匝數比計算值的約30%，因輸出繞組為 串聯連接且頻率為3n倍，故3n倍頻率磁通通道上之磁通量為捲繞有繞組的柱上之磁通量的約30%。亦即，因3n倍頻率磁通通道係於2個柱上，故平均1個柱上之磁通與其他3個柱相比約為15%，但若考慮頻率達到3n倍且鐵損增加，則得知該未纏繞繞組的柱之截面積應為纏繞有繞組的柱之截面積的50%。
依上述結構之本實施形態的高頻產生裝置，三相變壓器2為五柱卷鐵心，其中的3個柱23a~23c上纏繞有一次繞組21u、21v、21w、二次繞組22u、22v、22w，剩下的2個柱23d、23e構成單相高頻磁通磁路，故於纏繞有一次繞組21u、21v、21w、二次繞組22u、22v、22w的各柱23a~23e上產生之相位相同且往相同方向流動的高頻磁通，可以藉剩下的2個柱23d、23e循環，可防止三相變壓器2產生的高頻磁通降低。藉此，可使3n倍頻率之輸出容量(輸出電壓)相對於工業電源頻率之輸入容量(輸入電壓)的比率增大。此外，五柱卷鐵心23為藉由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成之環形，故得以盡可能地減小高頻磁通之磁路上的磁阻，可防止高頻磁通經過各柱23a~23e時的磁通降低，盡可能地使輸出/輸入比增大。更因可使用三相變壓器2，與習知之使用3台單相變壓器的情況相比，可使裝置的結構緊湊，另外亦可使佈線簡單。
另外，本發明不限於該實施形態，在不脫離本發明技術思想之範圍內可進行各種變形。例如，在該實施形態中，雖對使用3台三相變壓器輸出9倍頻率的單相電壓之裝置進行說明以作為具體的例子，其他亦可使用5台三相變壓器輸出15倍頻率的單相電壓之裝置，還可使用比該台數更多之奇數台的三相變壓器輸出3n倍頻率的單相電壓之裝置。
另外，本發明不限於該各實施形態，在不脫離本發明技術思想的範圍內可進行各種變形。
2、2A、2B、2C‧‧‧三相變壓器
3‧‧‧無功補償電容器
4‧‧‧三相可飽和電抗器
4u、4v、4w‧‧‧繞組
5u、5v、5w‧‧‧電容器
21u、21v、21w‧‧‧一次繞組
22u、22v、22w‧‧‧二次繞組
23‧‧‧柱卷鐵心
23a、23b、23c、23d、23e‧‧‧柱
100‧‧‧單相3倍頻率產生裝置
200‧‧‧單相負載
231‧‧‧外鐵心單元
232‧‧‧中鐵心單元
233a、233b‧‧‧小鐵心單元
圖1 本發明變壓器的實施形態之單相3倍頻率產生裝置的 電路接線圖。
圖2 與圖1為同一實施形態的五柱卷鐵心之前視圖。
圖3 顯示使用各種變壓器時的磁通密度-輸出/輸入比之特性的圖。
圖4 變形實施形態之單相3倍頻率產生裝置的電路圖。
圖5 顯示變形實施形態的電容器容量/3倍頻率產生裝置其輸入容量-輸出/輸入比之特性的圖。
圖6 變形實施形態的電抗器方式之單相3倍頻率產生裝置的電路接線圖。
圖7 變形實施形態的三相3倍頻率產生裝置之電路圖。
圖8 顯示第2實施形態的環形五柱卷鐵心型三相變壓器的圖。
圖9 單相9倍頻率產生用單相變壓器的一次繞組向量圖。
圖10 單相9倍頻率產生用單相變壓器的接線圖。
圖11 單相9倍頻率產生用三相變壓器的接線圖。
圖12 顯示輸入輸出電壓波形的圖。
圖13 輸出電壓/輸出電壓計算值-鐵心磁通密度特性圖表。
2‧‧‧三相變壓器
21u、21v、21w‧‧‧一次繞組
22u、22v、22w‧‧‧二次繞組
100‧‧‧單相3倍頻率產生裝置
200‧‧‧單相負載

Claims (9)

  1. 一種單相3倍頻率產生裝置，使用三相變壓器將工業電源的頻率倍增至3倍後輸出；該三相變壓器之一次繞組為Y連接，二次繞組為△連接，且使△連接之該二次繞組的一端開放並與單相負載相連接；該三相變壓器使用環形五柱卷鐵心，該五柱卷鐵心係由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成；該五柱卷鐵心的3個柱上捲繞有一次繞組及二次繞組，剩下的2個柱構成三次諧波磁通之回路；該五柱卷鐵心的5個柱在前視圖中沿左右排列；中央的柱及左右兩端的柱上捲繞有該一次繞組及該二次繞組；與該中央的柱之兩側相鄰的柱構成該三次諧波磁通之回路。
  2. 如申請專利範圍第1項之單相3倍頻率產生裝置，其中，該五柱卷鐵心由組合開口尺寸不同的環形鐵心單元而構成；該五柱卷鐵心包含：1個外鐵心單元；2個中鐵心單元，於該外鐵心單元內相互接觸而設置；以及2種小鐵心單元，在該2個中鐵心單元各者的內側相互接觸而設置。
  3. 如申請專利範圍第1項之單相3倍頻率產生裝置，其中，構成該三次諧波磁通之回路的每個柱之截面積，為捲繞有該一次繞組及該二次繞組的每個柱之截面積的1/2。
  4. 一種單相3倍頻率產生裝置，使用三相可飽和電抗器將工業電源的頻率倍增至3倍後輸出，在將該三相可飽和電抗器之繞組以Y連接方式連接所構成的中性點與三相電源的中性點之間，連接單相負載；該三相可飽和電抗器使用環形五柱卷鐵心，該五柱卷鐵心係由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成，該五柱卷鐵心的3個柱上捲繞有該繞組，剩下的2個柱構成三次諧波磁通之回路；該五柱卷鐵心的5個柱在前視圖中沿左右排列；中央的柱及左右兩端的柱上捲繞有該繞組；與該中央的柱之兩側相鄰的柱構成該三次諧波磁通之回路。
  5. 一種三相3倍頻率產生裝置，使用3組如申請專利範圍第1至4項中之任一項之單相3倍頻率產生裝置而構成；其中，1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組為Y連接；另1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組為採用相位繞組之Y連接，使該另1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組的輸出在輸入頻率座標中相位延滯或相位超前40°；剩下1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組為採用相位繞組之Y連接，使該剩下1組的三相變壓器之一次繞組或可飽和電抗器之繞組的輸出在輸入頻率座標中相位延滯或相位超前80°。
  6. 一種單相3N 倍頻率產生裝置，藉著以N級的方式級聯連接如申請專利範圍第1至4項中任一項之單相3倍頻率產生裝置，輸出單相的3N 倍頻率；其中，N為2以上之整數。
  7. 一種三相3N 倍頻率產生裝置，藉著以N級的方式級聯連接如申請專利範圍第5項之三相3倍頻率產生裝置，輸出三相的3N 倍頻率；其中，N為2以上之整數。
  8. 一種高頻產生裝置，使用n台三相變壓器產生頻率為電源頻率之3n倍的單相電壓；該三相變壓器使用環形五柱卷鐵心，該五柱卷鐵心係由連續捲繞薄板狀的電磁鋼板所形成；該五柱卷鐵心的3個柱上捲繞有一次繞組及二次繞組，剩下的2個柱構成單相高頻磁通磁路；該五柱卷鐵心的5個柱在前視圖中沿左右排列；中央的柱及左右兩端的柱上捲繞有該一次繞組及該二次繞組；與該中央的柱之兩側相鄰的柱構成該單相高頻磁通之回路。
  9. 如申請專利範圍第8項之高頻產生裝置，其中， 構成該單相高頻磁通磁路的每個柱之截面積，為捲繞有該一次繞組及該二次繞組的每個柱之截面積的1/2。
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