JPH0466091B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はタツ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ツプ切換変圧器に関するも
のである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 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
を広範囲にわたつて調整する必要があるので、直
列変圧器を使う間接式タツプ切換変圧器として構
成されてある。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１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次主巻線４および三角結線のタツプ巻線
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次主巻線４と直列に接続された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。またタツプ巻線５には、タツプ切
換器８が取付けられており、そのタツプ位置に応
じた電圧と極性により励磁巻線６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
するた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。

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。

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i_3nが１次巻線３およびタツプ巻線
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i_3s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、タツ
プ切換器８に単相形３台を必要とするため、その
タツプ切換器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、重量も多
くなる欠点があつた。

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相一括形のタツプ切換器
を採用した例について次に説明する。すなわちタ
ツプ巻線９を星形結線としタツプ切換器１０に中
性点切換用３相一括形を採用する。これに従つて
励磁巻線１１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
線でなくなつたため、前述したように直列変圧器
２における３倍調波励磁電流i_3sを環流させるた
めに、三角結線の安定巻線１２を取付けている。
他は第５図に同一であつてその電圧調整も全く同
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i_3n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
i_3sが安定巻線１２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i_3s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次直列巻線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つても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N_sに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、タツプ切換器を単相３台形のタツプ切換器
８から３相一括形中性点切換用タツプ切換器１０
に変更することによつてコンパクトな構成にする
ことが可能となつたが、安定巻線１２を新たに取
付ける必要が生じた。そのため直列変圧器２の全
体が大形化となつて、機器の価格が高くなる欠点
があつた。

［発明の目的］ 本発明の目的は中性点切換用３相一括形のタツ
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ツ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ツプ切換変圧器は、主変
圧器のタツプ巻線の中性点N_nと直列変圧器の励
磁巻線の中性点N_sを接続することにより、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、タツプ巻線９の中性点N_nと励
磁巻線１１の中性点N_s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i_3nについては従来器の第６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i_3s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i_3sが励磁巻線１１を流れ
得るので、その励磁作用によつて、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ツプ巻線９と励磁巻線１
１の電圧は、それらの中性点N_nとN_s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、タツプ巻線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次直列巻線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電流となり
３倍調波励磁電流i_3s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i_3nは１次巻線３を環流している。
直列変圧器の３倍調波励磁電流i_3sがタツプ巻線
９に流れて起磁力N_t×i_3sを発生させるが、それ
を変圧器作用によつて打消すように１次巻線３に
は３倍調波励磁電流i′_3s＝N_t／N₁×i_3sが流れ、１次 巻線３の三角結線内を環流する。但し、N_tはタ
ツプ巻線９の有効巻回数であり、N₁は１次巻線
３の巻回数とする。

ゆえに、１次巻線３にはi_3nとi′_3sの両方が環流
する。但し、i′_3sの向きはタツプ切換器１０の極
性によつて第１図に示す方向とは逆になることも
ある。２次直列巻線７に発生する電圧が丁度零の
場合には、励磁巻線１１がタツプ切換器１０によ
つ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、従つて３倍調波励磁電流
i_3sとi′_3s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次巻線を星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次主巻線１５および２次直列巻線
１６で三角結線にしたことである。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。

第２図に示すように３倍調波励磁電流には、２
次主巻線１５と２次直列巻線１６を環流するi_3a
と、タツプ巻線９、励磁巻線１１、中性点接続リ
ード１３、タツプ切換器１０を環流するi_3b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。

N_2n×i_3a−N_t×i_3b＝H_n ……(1) 直列変圧器２においても同様に(2)式が得られ
る。

N_2s×i_3a＋N_e×i_3b＝H_s ……(2) 但し、N_2n；２次主巻線１５の巻回数 N_2s；２次直列巻線１６の巻回数 N_t；タツプ巻線９の有効巻回数 N_e；励磁巻線１１の巻回数 H_n；主変圧器用鉄心を励磁するための
起磁力 H_s；直列変圧器用鉄心を励磁するため
の起磁力 (1)、(2)式はi_3a，i_3b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。

i_3a＝N_t×H_s＋N_e×H_n／N_2n×N_e＋N_2s×N_t ……(3) i_3b＝N_2n×H_s−N_2s×H_n／N_2n×N_e＋N_2s×N_t ……(4) タツプ切換器１０の極性が第２図とは逆に接続
された場合には(5)、(6)式となる。

i_3a＝N_t×H_s＋N_e×H_n／N_2n×N_e−N_2s×N_t ……(5) i_3b＝−N_2n×H_s−N_2s×H_n／N_2n×N_e−N_2s×N_t……(6) ２次直列巻線１６に発生する電圧が丁度零の場
合、すなわち励磁巻線１１がタツプ切換器１０に
よつ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_sは零であるので、(3)、
(4)式にH_s＝０、N_t＝０を代入すると(7)、(8)式が
得られる。

i_3a＝H_n／N_2n ……(7) i_3b＝−N_2s×H_n／N_2n×H_e＝N_2s／N_e×（−i_3a）……(
8) もちろん(5)、(6)式にH_s＝０、N_t＝０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つている。

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i_3n，i′_3s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。そして
又、第２図において１次巻線１４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
主巻線と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。

以上は分離巻線形変圧器への適用について説明
したが、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。線路側端子でタツプ
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、各相ごとにタツプ
切換器を取付けるため３台の単相形タツプ切換器
が必要であり、不経済になる場合がある。そこで
直列変圧器をもうけ、タツプ切換えが適切な電圧
にでき、中性点切換用３相一括形のタツプ切換器
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図は２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。タツプ巻線９、タツプ
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図は１次端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間の電圧を調整す
る場合であり、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、分路巻線１
８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とした場合であり、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
は、タツプ切換器１０を操作することにより、そ
のタツプ位置に応じた電圧と極性とによつて励磁
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i_3nは３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i_3s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i_3sが励磁巻線１１に流れ、
その励磁作用によつ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i_3sがタツプ
巻線９に流れ発生する起磁力N_t×i_3sは変圧器作
用によつて３次巻線２０にはi′_3s＝N_t／N₃×i_3sが流 れ打消されている。但しN_tはタツプ巻線９の有
効巻回数であり、N₃は３次巻線２０の巻回数で
ある。

ゆえに、３次巻線２０にはi_3nとi′_3s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。

以上のように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ツプ切換
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_3s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やタツプ巻線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、タツ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相一括形のものを採
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
の間接式タツプ切換変圧器を提供することができ
る。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、主変圧器のタツ
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、また安定
巻線の省略によつ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
ツ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図は本発明による間接式タツプ切換変圧器
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ツプ切換変圧器の
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ツプ切換変圧器を
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次主巻線、５……
タツプ巻線（三角結線）、６……励磁巻線（三角
結線）、７，１６……２次直列巻線、８……タツ
プ切換器（単相３台形）、９……タツプ巻線（星
形結線）、１０……タツプ切換器（３相一括形）、
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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１次巻線、２次主巻線およびタツ
   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次主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、その主変圧器のタツプ巻線と直列変圧器の励
   磁巻線とを各々星形結線とし、かつそのタツプ巻
   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
   タツプ切換器を介して接続したことを特徴とする
   間接式タツプ切換変圧器。 ２ 主変圧器用直列巻線、分路巻線、タツプ巻線
   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、主変圧器のタツプ巻線と直列変圧器の励磁
   巻線を各々星形結線とし、かつそのタツプ巻線と
   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相一括形のタツプ
   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項記載の間接式タツプ切換変圧器。