JPH0157485B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、電力用変圧器の冷却器の運転制御回
路、とくに変圧器の総損失を最小とする運転制御
回路に関する。

〔従来技術とその問題点〕

多くの分野で省エネルギー化の推進が強く求め
られており、可変電圧可変周波数（VVVFと略
称）インバータによりポンプあるいはフアン等の
電動機を可変速制御することにより電動機の損失
を低減する方法が知られている。電力用変圧器に
おいても送油循環ポンプや放熱器用冷却フアン等
の冷却器用電動機の損失、すなわち補機損を低減
するためにVVVFインバータによる電動機の可
変速制御が行われている。この種の装置の制御回
路としては、従来マイクロコンピユータ（マイコ
ンと略称）を用いたものが知られている。すなわ
ち、変圧器の運転状態を示す変圧器の負荷電流、
周囲温度、油温等を検出しこれらのデータを逐次
マイコンを用いた制御部に入力し、変圧器の巻線
や絶縁油の最高許容温度限度内で変圧器の総損失
が最小になるような冷却器用電動機の回転数を逐
次演算処理し、その演算結果すなわち回転数制御
信号をVVVFインバータに指令する。VVVFイ
ンバータは回転数制御信号を受けて冷却器用電動
機の電源周波数および入力電圧を制御する。一般
に冷却器の冷却能力はポンプ、フアン等の回転数
（周波数）のほぼ１乗に比例するのに対し、補機
損は回転数（周波数）のほぼ1.5乗〜2.5乗に比例
するという基本特性を持つために、変圧器の負荷
率に比例して電動機の電源周波数を変えることに
より、補機損を低減することができる。

ところが、上述のような制御装置は一般に、変
圧器に近接した屋外に設置される場合が多く、マ
イコンを用いた制御回路を構成する高密度集積回
路たとえばデイジタルIC等の電子部品の耐侯性
や耐熱性等に特に注意をはらう必要がある。また
このような装置では、使用電子部品の点数も多く
なり高価なものになる。また演算部に使用される
記憶用IC（ROM、RAM）は演算に必要な対象変
圧器の諸特性（負荷損、補機損、巻線温度上昇
値、油温度上昇値等）を記憶しているため、万一
外部からのノイズによりこの記憶データがこわれ
てしまつた場合、制御装置が暴走する恐れがあ
る。この場合、再び記憶データを専用の装置で記
憶ICに入力する必要があり、故障の復旧に時間
がかかるために、長時間の停電を余儀なくされる
などの不都合が生ずる。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、
外来サージ電圧や電気的ノイズによつて誤動作せ
ず、耐侯性にすぐれ、変圧器の運転状態に対応し
て変圧器の総損失が最小となるよう冷却器用電動
機の回転数を連続制御できる制御回路を備え、省
エネルギー化された電力用変圧器を提供すること
を目的とする。

〔発明の要点〕

本発明によれば、上述の目的は、変圧器の運転
状態における変圧器本体の損失と補機損からなる
総損失を最小にする冷却器用電動機の運転周波数
は、変圧器の設計データや試験成績を用いて所定
の算式により計算すればあらかじめ求められるこ
とに着目し、変圧器の負荷電流と油温とを外部入
力としこの外部入力と電動機の運転周波数との相
関関係を幾つかの係数を用いて簡単化した特性曲
線に整理し、この曲線規則性に則つてオペアンプ
等の汎用電子回路や抵抗分圧器等を用いたアナロ
グ演算回路からなる制御回路により電動機の運転
周波数指令信号を出力するよう構成することによ
り達成された。すなわち、直流電源部を含む信号
入力回路にはフイルムや絶縁アンプ等を設けてサ
ージ電圧や電気的ノイズの侵入を遮断し、信号入
力回路を介して入力される負荷電流ならびに油温
信号を２乗アンプ、和算回路、温度補正回路なら
びに無負荷損設定器からなるアナログ演算回路に
入力して変圧器の本体損失に比例した信号に変換
し、この本体損失信号ならびに油温信号を本体損
失と本体損失が最小となる電動機の運転周波数と
の関係を直線化するための３種類の係数を設定す
る最適化係数設定器に入力し、設定器によりそれ
ぞれ所定の大きさに変換された３種類の信号を合
成回路で合成することにより、合成回路により電
動機の運転周波数指令信号が出力され、サーボモ
ータにより駆動されるポテンシヨメータからなる
出力回路およびVVVFインバータを介して冷却
器用電動機の電源周波数が制御されるよう構成し
た。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説
明する。

第１図は本発明の実施例を示す変圧器用冷却器
の制御回路のブロツク図である。図において、１
は電力用変圧器、１ａは一次巻線、１ｂは二次巻
線で、二次巻線１ｂには負荷電流検出用の変流器
２が、変圧器１のタンク壁には油温検出用の測温
抵抗体等の温度センサ３がそれぞれ設けられてい
る。また４は変圧器用冷却器で、図示しない複数
の放熱器と、放熱器と変圧器を連結する配管の途
中に設けられた循環ポンプ４ａと、放熱器を強制
風冷するフアン４ｂとからなり、ポンプ４ａとフ
アン４ｂとをそれぞれ駆動する複数の電動機の回
転数が本発明の制御回路により変圧器の総損失が
最小になるよう可変速制御されるものである。制
御回路は、信号入力回路１０、アナログ演算部２
０、最適化係数設定回路３０、合成回路４０、出
力回路５０、VVVFインバータ６０とで構成さ
れている。信号入力回路１０には変流器２で検出
された変圧器の負荷電流信号Ｉと温度センサ３の
出力信号Ｔとが外部信号として入力されており、
このうち負荷電流信号Ｉはノイズ吸収用フイルタ
１１ａを有する全波整流回路１１により直流電流
に変換され、変換回路１２により信号処理が容易
な電圧信号V₁に変換され、光結合部を有する絶
縁アンプ１３を介して演算部２０に伝送される。
また油温センサ３の信号Ｔは絶縁アンプ１４を介
して演算部２０および最適化係数設定部３０に伝
送される。また信号入力回路にはフイルタ、絶縁
変圧器等の雑音防止手段を有する直流−直流コン
バータ１５が設けられ、外部回路からのサージ電
圧や電気的ノイズを信号入力回路で阻止すること
により、制御部の誤動作や電子部品の破損等のト
ラブルを防止するよう構成されている。

アナログ演算部２０は、絶縁アンプ１３を介し
て伝送された負荷電流信号V₁を入力とし変圧器
の負荷損に比例した信号V₂を出力する２乗アン
プ２１と、２乗アンプ２１の出力負荷損信号V₂
をレベル調整用分圧器２２を介して一方の入力と
し変圧器の無負荷損に比例した出力無負荷信号
V₃を出力する無負荷損設定器２３の出力をもう
一方の入力とする和算回路２４と、和算回路２４
から出力される変圧器の本体損失に比例した信号
（V₂＋V₃）のうち負荷損信号V₁を絶縁アンプ１
４を介して伝送される油温信号により温度補正す
る温度補正回路２５とからなり、アナログ演算部
からは無負荷損と温度補正された負荷損の和から
なる出力本体損失信号が出力される。

最適化係数設定部３０は、変圧器の許容最高温
度以下の所定の温度範囲内で変圧器の総損失が最
小となる冷却器用電動機の運転周波数Ｆと、アナ
ログ演算部２０で求められた本体損失Ｗおよび油
温Ｔとの関係が油温Ｔによつて平行移動する直
線、たとえばＦ＝Ａ・Ｗ＋Ｂ・Ｔ＋Ｃなる関係式
で表わせるようあらかじめ求められた最適化係数
Ａ，Ｂ，Ｃを設定する抵抗分圧器３１，３２，３
３と、オペアンプ３１ａ，３２ａ，３３ａとで構
成されている。合成回路４０は、最適化係数設定
部３０の出力信号Ａ・Ｗ，HB・ＴおよびＣを合
成して上述のＦ＝Ａ・Ｗ＋Ｂ・Ｔ＋Ｃなる関係式
にもとづいて周波数Ｆに対応した信号を出力す
る。出力回路５０は本実施例においてはサーボア
ンプ５１、サーボモータ５２により駆動される２
連の抵抗分圧器５３とにより構成されており、周
波数指令信号が周波数に比例した電圧信号として
出力され、VVVFインバータ６０を介して冷却
器４の電動機の回転数が可変速制御される。
VVVFインバータによつては電流に変換された
周波数指令信号により冷却器用電動機を可変速制
御するものもあるが、このような場合には出力回
路５０からは電流に変換された周波数指令信号を
出力するようにすればよい。

第２図は前述の実施例における負荷率対本体損
失曲線で、変圧器の設計データ、試験データ等を
用いてあらかじめ求められたものである。図にお
いて、横軸は変圧器で負荷率Ｋで例えば絶縁アン
プの出力負荷電流信号V₁（第１図参照）に比例す
る。また図の縦軸は変圧器の本体損失Ｗで、負荷
率Ｋに無関係な無負荷損失W₀と変圧器の負荷率
Ｋ（負荷電流）の２乗に比例する負荷損Wlとの和
からなり、負荷損Wltは負荷損Wlの温度変化分
を示しており、変圧器の本体損失Ｗは図の二つの
２乗曲線イおよびロの間に存在する。第１図のア
ナログ演算部２０においては、第２図右側の縦軸
のように、２乗アンプ２１で負荷損Wlを計算し
て出力負荷損信号V₂を出力し、設定器２３によ
り無負荷損W₀を設定して出力無負荷損信号V₃を
出力し、和算回路２４で両者の和V₂＋V₃を出力
するとともに、温度補正回路２５で温度補正±
ΔV₂を行うよう構成されている。

第３図は変圧器の本体損失と冷却器の運転周波
数との関係を示すグラフで、変圧器の総損失が最
小になるようあらかじめ設定された係数Ａ、Ｂ、
Ｃによつて直線化されたものである。図におい
て、直線ハおよびニは前述の関係式Ｆ＝Ａ・Ｗ＋
Ｂ・Ｔ＋Ｃによつて決まる範囲を示しており、直
線ホは後述するように冷却器用電動機の最低運転
周波数Vminを規制するもので、第１図の接続図
において、出力回路５０の分圧抵抗器５３に直列
に接続された可変抵抗器５４によつて設定され
る。。その結果、合成回路からは第３図の直線ハ，
ニ，およびホで囲まれた範囲の信号が出力され、
サーボモータにより駆動される分圧抵抗器５３に
より図の右側縦軸のように電圧に変換された周波
数指令信号ＶがVVVFインバータ６０に出力さ
れ冷却器用電動機が可変速制御される。分圧抵抗
器５３には変圧器の定格負荷状態を最大値Vmax
とする制御電圧が直流電源１５から供給されてお
り、冷却器用電動機にはVminからVmaxの範囲
で変圧器の本体損失に比例した周波数の電圧が供
給されることになる。

つぎに最低運転周波数設定用抵抗５４の作用に
ついて説明する。変圧器の送油配管系統には、油
流指示器と、送油ポンプ故障時の断油をとらえる
断油リレーとが備えられている。冷却器の送油ポ
ンプを可変速制御する場合、変圧器の負荷が軽い
場合は送油ポンプの運転周波数が定格周波数（50
Hzまたは60Hz）に対し相当低い周波数（たとえば
10Hz）になる。この場合、送油量は周波数に比例
して少なくなり油流指示器が「STOP」を指示
し、断油リレーが動作することになる。したがつ
て、断油リレーをロツクするか、あるいは低流速
でも「STOP」指示しない油流指示器を用いても
よいが、断油リレーをロツクしてしまうと、送油
ポンプの故障時には断油を検知できない。ことに
既設変圧器に本制御装置を適用する場合には上述
の問題点が想定され、たとえば油流指示器を低流
速形に取り換えるために変圧器油の抜き取りおよ
び再注油等の据付け場所における油処理作業が必
要となり、油処理のための時間と費用がかかるの
みでなく、変圧器の絶縁の信頼性に影響する可能
性があるために、既設器への本制御装置の適用が
制約されるという欠点がある。前述の実施例のよ
うな出力回路５０に最低運転周波数設定用の可変
抵抗器５４を設け、前記断油リレーが動作しない
範囲で冷却器用電動機を可変速制御することによ
り、前述の問題が排除され、かつ最低運転周波数
領域では補機損失が非常に小さいので、省エネル
ギー効果にはほとんど支障を出じない。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、変圧器の総損失を最小
にする冷却器用電動機の運転周波数と変圧器の本
体損失および平均温度との関係を、変圧器の設計
データや試験成績を用いてあらかじめ簡単化され
た関係式にまとめておくことにより、変流器およ
び温度センサからの外部信号から変圧器の本体損
失を求めるアナログ演算部と、上記関係式により
あらかじめ求められた係数を設定する抵抗分圧器
からなる最適化係数設定器および汎用ICからな
る合成回路とにより冷却器用電動機の運転周波数
指令信号を出力し、サーボモータにより駆動され
る分圧抵抗器およびVVVFインバータにより冷
却器用電動機を可変速運転するよう構成した。そ
の結果電力装置の自動制御等に一般に使用される
オペアンプ等の汎用ICや抵抗分圧器、サーボ機
構などを用いた簡単化された制御回路を構成する
ことができ、高密度集積回路や記憶ICを用いた
従来装置に比べて部品点数が少なく、かつ屋外使
用におけるきびしい環境条件に強い可変速制御回
路を備えた変圧器を提供できた。また外部信号の
信号入力回路や直流電源部には電気ノイズ阻止用
フイルタや光結合部を有する絶縁アンプを配し、
制御回路への異常電圧やノイズの侵入を防止する
よう構成した。その結果異常電圧による回路部品
の破損やノイズによる制御回路の誤動作等を排除
した冷却器用電動機の制御回路を提供できた。ま
た出力回路に最低運転周波数を規制する可変抵抗
器を設けるよう構成したことにより、断油リレー
等の動作を阻害することが防止され、既設の変圧
器にも容易に適用できる制御回路を提供できた。
さらにまた、各設定器や出力回路に抵抗分圧器を
用い、定数の設定変更や出力電圧の調整および変
更を容易にできるよう構成した。その結果異なる
定格の変圧器への適用または互換性にすぐれ、か
つ変圧器の総損失を最小にする最適化係数などの
微調整が容易な変圧器用冷却器の可変速制御装置
を提供することに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す制御回路の接続
図、第２図は第１図の実施例における負荷率対本
体損失特性図、第３図は第１図の実施例における
本体損失対運転周波数特性図である。 図において、１…変圧器、２…変流器、３…温
度センサ、４…冷却器、１０…信号入力回路、１
１…交直変換器、１２…電流電圧変換器、１３，
１４…絶縁アンプ、２０…アナログ式演算部、２
１…２乗アンプ、２３…無負荷損設定器、２４…
和算回路、２５…温度補正回路、３０…最適化係
数設定回路、４０…合成回路、３１，３２，，３
３…最適化係数設定器、５０…出力回路、６０…
VVVFインバータ、５４…最低運転周波数設定
抵抗器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変圧器の負荷電流ならびに油温をそれぞれ検
   出する変流器および温度センサの出力信号を外部
   入力とし可変電圧可変周波数インバータにより冷
   却器用電動機の運転周波数を制御するものにおい
   て、前記外部入力と定数設定用の直流電圧とを絶
   縁増幅器を介して出力する信号入力回路、この信
   号入力回路の負荷電流信号を入力とする２乗アン
   プならびにこの２乗アンプから出力される出力負
   荷損信号と無負荷損設定器から出力される出力無
   負荷損信号とを入力とする和算回路と、この和算
   回路から出力される出力本体損失信号と信号入力
   回路の前記温度センサの油温信号とを入力とする
   温度補正回路からなる負荷率対本体損失のアナロ
   グ式演算部と、この演算部の出力信号と油温信号
   と定数設定用の直流電圧とをそれぞれ入力とし、
   変圧器の総損失を最小とする前記冷却器用電動機
   の運転周波数が前記出力本体損失と油温との変数
   と前記定数設定用の直流電圧を係数とする関係式
   で表わされるように前記それぞれの変数の係数と
   定数設定用の直流電圧の係数を設定できる３組の
   最適化係数設定器と、この３組の最適化係数設定
   器の出力信号を入力とし前記関係式の運転周波数
   に対応する冷却器用電動機の周波数指令信号を出
   力する合成回路と、周波数指令信号を前記可変電
   圧可変周波数インバータに伝送する出力回路とを
   備えたことを特徴とする変圧器用冷却器の制御回
   路。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の回路において、
   信号入力回路が、変流器からの負荷電流信号を入
   力とし高域濾波器を有する整流回路と整流回路の
   出力電流を電圧に変換する変換器とを備えたこと
   を特徴とする変圧器用冷却器の制御回路。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の回路において、
   絶縁増幅器が光結合部を有することを特徴とする
   変圧器用冷却器の制御回路。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の回路において、
   無負荷損設定器および最適化係数設定器が抵抗分
   圧器を含むことを特徴とする変圧器用冷却器の制
   御回路。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の回路において、
   出力回路がサーボ反転回路により駆動される抵抗
   分圧器により運転周波数を連続制御する周波数指
   令信号が出力され、かつ可変抵抗器に直列に下限
   周波数設定抵抗器が接続されたことを特徴とする
   変圧器用冷却器の制御回路。