JPH0779063B2 - 位相調整変圧器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電圧及び位相が異なる２つの電力系統を接
続する場合や、ループ状電力系統の送電損失を最小にす
るために電力潮流を制御する場合等に用いられる位相調
整変圧器に関し、特に小形で安価な位相調整変圧器に関
するものである。

［従来の技術］ 第４図は従来より実用化されている一般的な位相調整変
圧器を示す結線図である。

図において、主変圧器（１）及びこれに直列接続された
直列変圧器（11）は、三相の位相調整変圧器を構成して
いる。

主変圧器（１）は、星形結線の一次巻線（２）と、星形
結線の二次巻線（３）と、三角結線の三次巻線（４）と
から構成されており、各巻線（２）〜（４）は、それぞ
れ同相関係にあるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３つの相巻線を
備えている。又、一次巻線（２）は電力系統に接続され
る入力用の３端子Ｕ、Ｖ及びＷを有し、二次巻線（３）
は出力用の３端子ｕ、ｖ及びｗを有している。

直列変圧器（11）は、各切換タップTa〜Tc及び接点Sa〜
Scを介して二次巻線（３）に接続された星形結線の位相
調整巻線（13）と、各端子ａ、ｂ及びｃを介して三次巻
線（４）に接続された星形結線の励磁巻線（14）と、三
角結線の安定巻線（15）とから構成されており、各巻線
（13）〜（15）は、それぞれ同相関係にあるａ相、ｂ相
及びｃ相の３つの相巻線を備えている。

次に、第５図及び第６図のベクトル図を参照しながら、
第４図の位相調整変圧器による位相調整動作について説
明する。

まず、主変圧器（１）の一次巻線（２）の端子Ｕ〜Ｗに
三相の電力系統を接続して電圧E_U、E_V及びE_Wを印加する
と、一次巻線（２）には系統電圧E_U、E_V及びE_Wにつり合
う電圧が誘起される。又、二次巻線（３）及び三次巻線
（４）の各相巻線には、それぞれ一次巻線（２）の各相
巻線と同相の電圧が誘起される。

このとき、二次巻線（３）が星形結線であるのに対し三
次巻線（４）が三角結線となっているので、直列変圧器
（11）の励磁巻線（14）に接続された三次巻線（４）の
各端子ａ、ｂ及びｃの対地電圧は、一次巻線（２）の各
端子Ｕ、Ｖ及びＷに対して位相が30゜遅れる。

一方、直列変圧器（11）内においては、端子ａ〜ｃを介
して主変圧器（１）の三次巻線（４）に接続された励磁
巻線（14）が星形結線となっており、位相調整巻線（1
3）及び安定巻線（15）の各相巻線には、励磁巻線（1
4）の各相巻線と同相の電圧が誘起される。従って、直
列変圧器（11）内の各巻線（13）〜（15）の電圧位相
は、主変圧器（１）の一次巻線（２）からみると30゜遅
れとなる。

ここで、第４図のように、位相調整巻線（13）のａ相、
ｂ相及びｃ相の各相巻線を、主変圧器（１）の二次巻線
（３）のＶ相、Ｗ相及びＵ相の各相巻線にそれぞれ接続
すると、二次巻線（３）の各相巻線の誘起電圧E_U′、
E_V′及びE_W′と、これら相巻線に直列接続された位相調
整巻線（13）の各相巻線の誘起電圧Ec、E_a及びEbとの間
には、結果的に90゜の位相差が生じることになる。

このとき、二次巻線（３）の各端子ｕ、ｖ及びｗの対地
電圧Eu、Ev及びEwは、第５図のように、二次巻線（３）
の誘起電圧E_U′、E_V′及びE_W′と、位相調整巻線（13）
の誘起電圧Ec、Ea及びEbとをベクトル合成したものとな
る。

第５図において、破線で示すE_U、E_V及びE_Wは一次巻線
（２）の各端子Ｕ、Ｖ及びＷにおける電圧ベクトルであ
り、Ea、Eb及びEcは位相調整巻線（13）の各相巻線に誘
起される電圧ベクトルであり、E_U′、E_V′及びE_W′は二
次巻線（３）の各相に誘起される電圧ベクトルであり、
Eu、Ev及びEwは二次巻線（３）の各端子ｕ、ｖ及びｗに
おける対地電圧ベクトルである。

第５図から明らかなように、二次巻線（３）の各端子電
圧Eu、Ev及びEwは、一次巻線（２）の各端子電圧E_U、E_V
及びE_Wに対して角度θの位相差を有している。この位相
差角度θは、位相調整巻線（13）の各タップTa〜Tcの位
置を負荷時タップ切換器（図示せず）で調整し、誘起電
圧Ea、Eb及びEcの大きさを変化させることにより、任意
に調整することができる。

尚、主変圧器（１）の各巻線（２）〜（４）の電圧と直
列変圧器（11）の各巻線（13）〜（15）の電圧との間に
位相差があるため、主変圧器（１）及び直列変圧器（1
1）の鉄心に発生する各相毎の主磁束φ_Ｕ、φ_Ｖ及びφ
_Ｗと、φｕ、φｖ及びφｗとの間にも位相差が生じる。

これをベクトル図で表わすと第６図のようになり、破線
で示すφ_Ｕ、φ_Ｖ及びφ_Ｗは主変圧器（１）側の三相の
主磁束であり、実線で示すφａ、φｂ及びφｃは直列変
圧器（11）側の三相の主磁束である。第６図から明らか
なように、例えば主磁束φ_Ｕとφａとの位相差は30゜、
又、主磁束φａとφ_Ｖとの位相差は90゜となる。

第７図は主変圧器（１）又は直列変圧器（11）となる従
来の外鉄形普通三相変圧器の内部構造を示す斜視図であ
り、第８図は第７図の変圧器の平面図である。実際に
は、第７図（第８図）と同一構成の変圧器を２台接続し
て位相調整変圧器の主変圧器（１）及び直列変圧器（1
1）を構成するが、ここでは主変圧器（１）側のみを示
す。

鉄心（21）には、各相毎に組合わせられた一次巻線
（２）、二次巻線（３）及び三次巻線（４）が、それぞ
れＵ相巻線（22U）、Ｖ相巻線（22V）及びＷ相巻線（22
W）となって巻かれており、Ｖ相巻線（22V）の巻線方向
のみが逆巻、即ちＵ相巻線（22U）及びＷ相巻線（22W）
とは逆方向となっている。

又、鉄心（21）は、主磁束φ_Ｕ、−φ_Ｖ及びφ_Ｗが通過
する主脚部（23）と、各隣接する主磁束の差磁束φ_UV及
びφ_VWが通過する相間部（24）（斜線部参照）とからな
っている。

次に、第７図及び第８図に示した主変圧器（１）におい
て、主磁束φ_Ｕ、−φ_Ｖ及びφ_Ｗが主脚部（23）を通過
したときに、各相間部（24）を通過する差磁束φ_UV及び
φ_VWの量について説明する。

各相間部（24）を通過する差磁束は隣接する主脚部（2
3）を通過する主磁束の差で表わされ、Ｕ相巻線（22U）
とＶ相巻線（22V）との間の相間部（24）には、主磁束
φ_Ｕ及び−φ_Ｖのベクトル差からなる差磁束φ_UVが通過
し、Ｖ相巻線（22V）とＷ相巻線（22W）との間の相間部
（24）には、主磁束−φ_Ｖ及びφｗのベクトル差からな
る差磁束φ_VWが通過する。

これをベクトル図で表わすと第９図のようになる。この
場合、各主磁束φ_Ｕ、φ_Ｖ及びφ_Ｗは絶対値が等しく且
つ互いに120゜の位相差を有しており、又、逆巻のＶ相
巻線（22V）により発生する主磁束は−φ_Ｖであり、各
主磁束φ_Ｕ及びφ_Ｗに対して60゜の位相差となる。この
ため、図示したように、各差磁束φ_UV及びφ_VWの絶対値
は、主磁束φ_Ｕ、φ_Ｖ及びφ_Ｗの絶対値と等しくなる。

従って、鉄心（21）の主脚部（23）及び相間部（24）の
断面積は、主磁束及び差磁束が通過するのに必要な値に
設計されており、主脚部（23）及び相間部（24）の各幅
D₁及びD₂は同一に設計されている。このことは、直列変
圧器（11）についても同様であり、その鉄心の厚さが主
変圧器（１）の鉄心厚さＨと等しければ、主脚部及び相
間部の幅も主変圧器（１）の各幅D₁及びD₂と等しくな
る。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の位相調整変圧器は以上のように、２台の三相変圧
器即ち主変圧器（１）及び直列変圧器（11）を組合わせ
ているので、大形化するうえ、組立て、輸送及び据付け
等に多くの労力を費し、タンク、ブッシング及び保護継
電器等の資材が２台分必要になるという問題点があっ
た。

又、２台の変圧器を１つのタンクに収納しても、主要構
成が削減できないため製作費用はほとんど節減できず、
かえって外形寸度が大きくなり輸送等のコストが増大す
る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、小形で安価な位相調整変圧器を得ることを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る位相調整変圧器は、主変圧器及び直列変
圧器の各相巻線が巻かれて主変圧器と直列変圧器とを一
体的に構成するための六相鉄心を設け、主変圧器及び直
列変圧器のうちの一方の相巻線をＵ相、Ｖ相、Ｗ相と
し、他方の相巻線をａ相、ｂ相、ｃ相としたとき、Ｖ相
及びｂ相の巻線方向を他の相の巻線方向とは逆にすると
共に、各相巻線をａ相、Ｕ相、ｂ相、Ｖ相、ｃ相、Ｗ相
の順に配列することにより、六相鉄心内で互いに隣接す
る主変圧器及び直列変圧器の各主磁束の位相差が30゜と
なるように構成したものである。

［作用］ この発明においては、１台の変圧器で位相調整変圧器を
構成すると共に、隣接する各相巻線の間の鉄心の相間部
を通過する差磁束を約半分にすることにより、相間部の
断面積を小さくして小形化を実現する。

［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平面図であり、（22U）
〜（22W）、φ_Ｕ〜φ_Ｗ、φａ〜φｃ及びD₁は前述と同
様のものである。又、結線図については第４図に示した
通りであり、各電圧E_U〜E_W及びEu〜Ew、並びに各主磁束
φ_Ｕ〜φ_Ｗ及びφａ〜φｃのベクトル図については、そ
れぞれ第５図及び第６図に示した通りである。

主変圧器（１）（第４図参照）の各相巻線（22U）〜（2
2W）と直列変圧器（11）の各相巻線（22a）〜（22c）と
が一緒に巻かれた六相鉄心（31）は、各主磁束φ_Ｕ〜φ
_Ｗ及びφａ〜φｃが通過する主脚部（33）と、各差磁束
φa_U、φ_Ub、φb_V、φ_Vc及びφc_Wが通過する相間部（3
4）とからなっている。

尚、六相鉄心（31）に巻かれる各相巻線は、図面左か
ら、ａ相、Ｕ相、ｂ相、Ｖ相、ｃ相及びＷ相の順に配置
され、Ｖ相巻線（22V）及びｂ相巻線（22b）の巻線方向
は、前述と同様に逆巻即ち他の巻線とは逆方向になって
いる。又、ここでは、各主磁束φ_Ｕ〜φ_Ｗ及びφａ〜φ
ｃの大きさ（絶対値）がそれぞれ等しいものとする。

次に、第２図のベクトル図を参照しながら、第１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。尚、
第２図は、逆巻のｂ相巻線（22b）及びＶ相巻線（22V）
による主磁束φ_Ｖ及びφｂの方向を180゜反転し、−φ
_Ｖ及び−φｂとしたベクトル図である。又、位相調整巻
線（13）（第４図参照）による位相調整動作について
は、前述と同様なのでここでは説明しない。

一般に、２つのベクトルＸ及びＹの差ベクトルの絶対値
|X−Y|は、各ベクトル間の角度をとすれば、 |X−Y|＝（|X|²＋|Y|² −2|X|・|Y|cos）^1/2 …… で与えられる。

いま、各相毎の主磁束の絶対値を、 ｜φ_U|＝｜φ_V|＝｜φ_W|＝φ_Ｍ ｜φa|＝｜φb|＝｜φc|＝φ_Ｓ とし、又、 φ_Ｍ＝φ_Ｓ＝1.0［_{Ｐ ． Ｕ}］ とする。但し、［_{Ｐ ． Ｕ}］は磁束量を単位化した値を示
す。

ここで、主変圧器（１）のＵ相巻線（22U）による主磁
束φ_Ｕと、直列変圧器（11）のａ相巻線（22a）による
主磁束φａとの関係について考慮すると、両者の位相差
は30゜であるから、式より差磁束φa_Uの絶対値は、 ｜φa_U| ＝｜φ_Ｕ−φa| ＝（｜φ_U|²＋｜φa|² −2|φ_U|・｜φa|cos30゜）^1/2 ＝（φ_M ²＋φ_S ²−２φ_Ｍφ_Scos30゜）^1/2 ＝（２−2cos30゜）^1/2［_{Ｐ ． Ｕ}］ ＝（２−３^1/2）^1/2［_{Ｐ ． Ｕ}］ ≒0.52［_{Ｐ ． Ｕ}］ となる。従って、ａ相巻線（22a）とＵ相巻線（22U）と
の間の相間部（34）を通過する差磁束φa_Uは、主脚部
（33）を通過する主磁束φａ（又はφ_Ｕ）の0.52倍とな
り、六相鉄心（31）の厚さが前述のＨと等しければ、相
間部（34）の幅D₂′は、前述の幅D₂の約半分で済むこと
が分かる。

又、逆巻のｂ相巻線（22b）の主脚部（33）には主磁束
−φｂが通過するため、第２図のように、各主磁束φ_Ｕ
及び−φｂの間の位相差も同様に30゜となる。従って、
Ｕ相巻線（22U）とｂ相巻線（22b）との間の相間部（3
4）を通過する差磁束φ_Ubの絶対値も、上述と同様に0.5
2［_{Ｐ ． Ｕ}］となる。

以下、第２図のように、隣接する各主磁束の関係が等し
いため、差磁束φb_V、φ_Vc及びφc_Wの大きさ（絶対値）
は全て0.52［_{Ｐ ． Ｕ}］となる。従って、六相鉄心（31）
の全ての相間部（34）の幅D₂′は主脚部（33）の幅D₁の
0.52倍でよいことになる。

このように、各主磁束の大きさφ_Ｍ及びφ_Ｓを適切に設
定すれば、各相間部（34）を通過する差磁束は、両側の
主脚部（33）を通過する主磁束のどちらよりも少ない磁
束量となる。従って、相間部（34）の断面積を主脚部
（33）より小さくでき、六相鉄心（31）は小形となり所
要重量も小さくなる。

尚、上記実施例では、主変圧器（１）側の各主磁束の大
きさφ_Ｍと、直列変圧器（11）側の各主磁束の大きさφ
_Ｓとが等しい場合について説明したが、両者が異なる場
合でも同等の効果を奏することは言うまでもない。この
場合、例えば、 φ_Ｍ＝φ_Ｓ・cos30゜ 又は、 φ_Ｓ＝φ_Ｍ・cos30゜ とすれば、各差磁束の大きさは、φ_Ｍ又はφ_Ｓのうちの
大きい方の0.5［_{Ｐ ． Ｕ}］倍となる。第３図は、 φ_Ｍ＝1.0［_{Ｐ ． Ｕ}］ φ_Ｓ＝φ_Ｍ・cos30゜ ＝３^1/2/2［_{Ｐ ． Ｕ}］ とした場合を示すベクトル図であり、各差磁束の大きさ
が0.5［_{Ｐ ． Ｕ}］となることが分かる。即ち、式よ
り、 ｜φa_U|＝｜φ_Ub|＝｜φb_V|＝｜φ_Vc|＝｜φc_W| ＝（φ_M ²＋φ_S ²−２φ_Ｍφ_Scos30゜）^1/2 ＝｛１＋3/4−２（３^1/2/2）^２｝^1/2［_{Ｐ ． Ｕ}］ ＝0.5［_{Ｐ ． Ｕ}］ となる。

又、各相巻線の配列及び巻線方向は、互いに隣接する主
磁束の位相差が30゜となれば、第１図に限らず他の配列
であってもよい。

例えば、30゜の位相差が得られる星形及び三角結線の任
意の組み合わせに対して適用可能である。又、上述した
ようにａ相がＵ相よりも30゜だけ遅れている場合はａ
相、Ｕ相、…の巻線配列となるが、逆にａ相がＵ相より
も30゜だけ進んでいる場合は、Ｕ相、ａ相、…の巻線配
列となることは言うまでもない。

更に、主変圧器（１）の二次巻線（３）にタップを設
け、主変圧器（１）側を負荷時電圧調整器付き変圧器と
してもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、主変圧器及び直列変圧
器の各相巻線が巻かれて主変圧器と直列変圧器とを一体
的に構成するための六相鉄心を設け、主変圧器及び直列
変圧器のうちの一方の相巻線をＵ相、Ｖ相、Ｗ相とし、
他方の相巻線をａ相、ｂ相、ｃ相としたとき、Ｖ相及び
ｂ相の巻線方向を他の相の巻線方向とは逆にすると共
に、各相巻線をａ相、Ｕ相、ｂ相、Ｖ相、ｃ相、Ｗ相の
順に配列することにより、六相鉄心内で互いに隣接する
主変圧器及び直列変圧器の各主磁束の位相差が30゜とな
るように構成したので、１台の変圧器で構成できると共
に、隣接する各相巻線の間の鉄心の相間部を通過する差
磁束を約半分にすることができ、小形且つ軽量で安価な
位相調整変圧器が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平面図、第２図は第
１図内の主磁束及び差磁束を示すベクトル図、第３図は
この発明の他の実施例による主磁束及び差磁束を示すベ
クトル図、第４図は一般的な位相調整変圧器を示す結線
図、第５図は第４図の位相調節変圧器の位相調整動作を
説明するためのベクトル図、第６図は第４図の位相調整
変圧器による各相毎の主磁束を示すベクトル図、第７図
は従来の位相調整変圧器の主変圧器を示す斜視図、第８
図は第７図の主変圧器の平面図、第９図は従来の位相調
整変圧器による主磁束及び差磁束を示すベクトル図であ
る。 （１）……主変圧器、（２）……一次巻線 （３）……二次巻線、（４）……三次巻線 （11）……直列変圧器、（13）……位相調整巻線 （14）……励磁巻線 （22a）〜（22c）、（22U）〜（22W）……各相巻線 （31）……六相鉄心、（33）……主脚部 （34）……相間部 φａ〜φｃ、φ_Ｕ〜φ_Ｗ……主磁束 φa_U、φ_Ub、φb_V、φ_Vc、φc_W……差磁束 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに120゜の位相差を有する三相の主磁
   束を発生する主変圧器と、 互いに120゜の位相差を有する三相の主磁束を発生する
   直列変圧器と を備え、 前記直列変圧器は前記主変圧器に直列接続され、 前記直列変圧器の主磁束は前記主変圧器の主磁束に対し
   それぞれ30゜の位相差を有し、 三相の電力系統から前記主変圧器に印加される電圧の位
   相を調整する位相調整変圧器において、 前記主変圧器及び前記直列変圧器の各相巻線が巻かれて
   前記主変圧器と前記直列変圧器とを一体的に構成するた
   めの六相鉄心を設け、 前記主変圧器及び前記直列変圧器のうちの一方の相巻線
   をＵ相、Ｖ相、Ｗ相とし、他方の相巻線をａ相、ｂ相、
   ｃ相としたとき、 前記Ｖ相及び前記ｂ相の巻線方向を他の相の巻線方向と
   は逆にすると共に、前記各相巻線をａ相、Ｕ相、ｂ相、
   Ｖ相、ｃ相、Ｗ相の順に配列することにより、前記六相
   鉄心内で互いに隣接する前記主変圧器及び前記直列変圧
   器の各主磁束の位相差が30゜となるように構成したこと
   を特徴とする位相調整変圧器。