JPH0550713U - 変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鉄心部に磁路と交わる方向に伸びるスリット
穴を設けることにより、小形で騒音や損失の小さい変圧
器を得る。 【構成】 鉄心脚２ｕ，２ｖ，２ｗあるいはヨーク１
ａ，１ｂに、磁束の流れる方向に対して所定の角度を持
って伸びるように１個なしいは複数個のスリット穴６を
設けたものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は変圧器に係り、特に電力変換装置に用いて有効な変圧器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

直流から交流を得る手法として、ＰＷＭ方式が一般的に用いられている。この ＰＷＭ方式では、交流出力電圧に多少の直流分が含まれている。この直流分は、 半導体素子の順方向電圧降下（ＶＦ特性）のバラツキや、上下アームの短絡を防 止するためのデッドタイムのバラツキ、あるいは直流ラインの電圧変動時に起因 している。ＰＷＭ方式を採用したインバータに於いて、その交流出力ラインに変 圧器（通称インバータ変圧器という）があると、この直流分のために、変圧器鉄 心が飽和し、インバータの交流出力電流が急激に増加したり、あるいは、変圧器 二次側の出力電圧が減少するため、出力電圧が変動したりすることがある。

【０００３】 現在、この直流分によるインバータ変圧器の偏磁を防止するため、交流出力ラ インに直流分が計測可能な電流検出器をとりつけ、交流ラインの直流電流分を検 出し、この量が減少する様にフィードバック制御をかけている。

【０００４】 すなわち、図１０は従来の定電圧定周波数電源装置（ＣＶＣＦ装置）の直流偏 磁防止装置を示す。同図において１は直流電源、２ａ〜２ｄは半導体スイッチ素 子、３は出力変圧器、４はコイル、５はコンデンサでこれらのコイル４とコンデ ンサ５によって交流フィルタ回路６が形成され、直流電源１，半導体スイッチ素 子２ａ〜２ｄ，出力変圧器３および交流フィルタ回路６によって主回路が構成さ れる。 このような主回路構成のＣＶＣＦにおいて、電圧変成器７により出力電 圧を検出し、その検出電圧を整流器８で整流し、この電圧値を突合せ回路９で設 定電圧値Ｖｓｅｔと比較し、増幅回路１０により誤差増幅し、それと基準正弦波 発生器１１の出力を掛算器１２にて掛け合せる。掛算器１２の出力と三角波発生 器１３の出力をコンパレータ１４にて大小比較し、制御信号Ｓａ〜Ｓｄを作って いる。また、出力変圧器３の一次電流を電流変成器１５で検出し、その検出電流 をローパスフィルタ１６を通すことにより、直流成分を検出し、この値を設定電 流値Ｉｓｅｔと比較し、増幅回路１７により誤差増幅し、突合せ回路１８で掛算 器１２の出力をバイアスする事により、出力変圧器３の直流成分を制御している 。なお、図２には単相出力のＣＶＣＦについて示したが、三相出力のＣＶＣＦに も同様に適用可能である。

【０００５】 上記電力変換装置に用いられる変圧器では、装置の小形化、低損失化のため、 鉄心は方向性けい素鋼板を用い、磁束密度も商用変圧器と同等程度近く迄上げて いる。方向性けい素鋼板を用いた変圧器の励磁電流は少なく、かつ、鉄板飽和磁 束密度の２．１Ｔに対し、１．９Ｔ程度から急増する傾向がある。上述した変圧 器を用いる方向にあるが、この様な鉄板特性のため、わずかな直流電流により容 易に鉄心が飽和してしまう。鉄心磁束密度が１．９Ｔを超えると、急激に励磁電 流が増加する非線形特性由に、出力電圧が安定しないという問題や、励磁電流の 急増による過電流現象が発生する（励磁特性を図５に示す）。

【０００６】 従来はこのような現象を避けるために、図６と図７に示すような構造としてい た。すなわち、図６と図７において１ａ，１ｂはヨーク、２ｕ，２ｖ，２ｗはヨ ーク１ａと１ｂ間に形成された脚部で、３ａ〜３ｃは各脚部２ｕ〜２ｗのほぼ中 央部に設けられたギャップ、４ａ〜４ｃはヨーク１ａと脚部２ｕ〜２ｗ間に設け られたギャップ、５ａ〜５ｃは脚部２ｕ〜２ｗとヨーク１ｂ間に設けられたギャ ップで、これらのギャップは適宜に組合せて設けられていた。これにより、励磁 電流を定格電流の１０〜２０％と大きくし、かつ鉄心の磁束密度も１．０ターン （１Ｔ）程度とし、予期される直流電圧成分に対し、直流偏磁しない変圧器構造 としていた。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

図６，７に示すような変圧器では、図８と図９に示すよう鉄心励磁特性となり 、幾分その特性が改良される。しかしながら、このような変圧器では、寸法，損 失が大きく、またヨークと脚部間のギャップにより騒音が大きくなる等の欠点が あった。

【０００８】 本考案は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は鉄心部に磁路と交 わる方向に伸びるスリット穴を設けることにより、小形で騒音や損失の小さい変 圧器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するために、ヨークと脚部からなる鉄心を備えた変 圧器において、前記鉄心に該鉄心に形成される磁路に対して所定角度を持つスリ ット穴を設けて構成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

鉄心磁束密度が増加するにつれて、等価的にギャップに相当するものが大きく なることになり、急激な励磁電流の増加が防止される。

【００１１】

【実施例】

以下に本考案の実施例を図１〜図５を参照しながら説明する。

【００１２】 図１は本考案の第１実施例による変圧器の正面図、図２は側面図であって、図 ６，図７のものと同一又は相当部分には同一符号が付されている。本実施例にお いては、図１と図２に示すように脚部２ｕ〜２ｗに、それぞれ、変圧器の励磁時 に形成される磁路に対してほぼ直交する方向に伸びるスリット状の穴６が設けら れている。

【００１３】 上記構成の変圧器においては穴６を設けたことにより、鉄心磁束密度が増加す るにつれ、等価的に鉄心のギャップが大きくなることになる。

【００１４】 具体的には断面Ｐ−Ｑの平均磁束密度は１．６Ｔ程度としておき、この時の断 面Ｐ′−Ｑ′の平均磁束密度を１．９Ｔ程度としておく。直流分がなければ鉄心 の励磁電流は小さい。直流分が発生し、０．２Ｔ程度鉄心が偏磁したとすると、 断面Ｐ−Ｑの平均磁束密度は最大１．８Ｔ程度であるが断面Ｐ′−Ｑ′の平均磁 束密度は２．１Ｔとなり飽和する。これは鉄心に等価的にギャップが出来たのと 同じで励磁電流は増加する。さらに偏磁するとスリット部分の飽和領域が増加し 、ギャップ長が増加したのと等価となる。

【００１５】 スリットがない変圧器では、直流偏磁すると鉄心全体が飽和してしまうため、 急激な励磁電流の増加が生じるが、スリットがある変圧器ではスリット部のみが 飽和し、スリットのないものは未飽和なため、急激な励磁電流の増加は発生しな い。図５にスリットありのインバータ変圧器の励磁特性を示す。これにより、安 定な制御が実現可能である。

【００１６】 以上のように本実施例によれば、インバータ変圧器鉄心脚にスリットを入れる ことにより、（１）インバータ変圧器の鉄心磁束密度を上げることができるため 、インバータ変圧器の小形化、低損失化が達成できる。（２）従来のヨーク、脚 間にギャップを設ける必要がなく、そのため騒音を低減することが可能である。 （３）直流偏磁の制御が安定に行え、従来発生していたインバータ交流ラインの 過電流や、出力電圧の変動をなくすことが可能である。

【００１７】 図３と図４は本考案の第２実施例による変圧器を示すもので、本実施例におい てはヨーク１ａと１ｂの磁路が形成される部位に、該磁路に対してほぼ直交する 方向に伸びるスリット穴７が形成されており、図１，図２のものと同様な作用， 効果が得られる。

【００１８】

【考案の効果】

本考案は、以上の如くであって、鉄心脚あるいはヨークに、磁束の流れる方向 に対して所定の角度を持って伸びるように１個なしいは複数個のスリット穴を設 けたものであるから、インバータの出力変圧器として用いると、その励磁特性を 、インバータが発生する直流分に対して、鉄心の飽和による励磁電流の急激な増 加を抑制するようにでき、小形にして騒音と損失を低減した変圧器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例による変圧器の正面図。

【図２】図１の変圧器の側面図。

【図３】本考案の第２実施例による変圧器の正面図。

【図４】図３の変圧器の側面図。

【図５】本考案の実施例による変圧器の鉄心励磁特性
図。

【図６】従来の変圧器の正面図。

【図７】図６の変圧器の側面図。

【図８】従来の変圧器の鉄心励磁特性図。

【図９】従来の変圧器の鉄心励磁特性図。

【図１０】電力変換装置の制御装置のブロック図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…ヨーク、２ｕ，２ｖ，２ｗ…鉄心脚、６，
７…スリット穴。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヨークと脚部からなる鉄心を備えた変圧
   器において、前記鉄心に該鉄心に形成される磁路に対し
   て所定角度を持つスリット穴を設けて構成したことを特
   徴とする変圧器。