JPH09330829A - 線形可変リアクトル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲に制御可能で、かつ、高調波歪を改善
した線形可変リアクトルを提供する。 【解決手段】 １１は第１のＵ形カットコアで、主巻線
１２が巻回されている。１３は第２のＵ形カットコア
で、制御巻線１４が巻回されている。これら第１及び第
２のＵ形カットコア１１，１３は、そのカット面同志を
互いに対向させ、かつ、第１のＵ形カットコア１１に対
して第２のＵ形カットコア１３を捩じり方向に９０°回
転させた状態で接触されている。この接触部分の４面
は、第１及び第２のＵ形カットコア１１，１３の共通磁
気回路になる。この共通磁気回路の一部を切削して楔形
の間隙１５を形成する。共通磁気回路に楔形の間隙１５
を形成すると、共通磁路は、第１及び第２のＵ形カット
コア１１，１３同志の接触部分１６と楔形の間隙１５の
並列磁路となり、制御巻線１４の励磁電流を変えること
により、主巻線１２のインダクタンスを線形させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主巻線のインダ
クタンスを制御巻線の励磁電流の値により可変可能とし
た直交磁心形および三脚鉄心形の、高調波電流を低減し
た可変リアクトルに関し、特に、三相で用いることによ
り電流を無歪にすることができるリアクトルに関する。

【０００２】

【従来の技術】直交磁心形可変リアクトルの従来の技術
としては、本願出願人が先に提案した特開昭６−３６４
０３号公報に開示された、線形可変リアクトルがある。
図１４は、本出願人が先に提案した、線形可変リアクト
ルの一例を説明するための斜視図で、このリアクトル
は、図１４に示すように、主巻線１２が巻回された第１
のＵ形カットコア１１と、制御巻線１４が巻回され、か
つ、カット端面中央に内方に向けて略Ｖ字状の間隙１５
が形成された第２のＵ形カットコア１３とを、そのカッ
ト面同志を互いに９０°回転させて対向させたものであ
る。カット面同志の４面の接触面１６は、主巻巻１２、
制御巻線１４の各々に電圧ｅ₁，ｅ₂を印加して発生する
磁束φ₁，φ₂の全てが通る共通磁路となる。そこで、制
御巻線１４の電流ｉ₂で当該共通磁路を磁気飽和させる
ことにより主巻線１２による磁束の磁路を、φ_1-1〜φ
_1-4にて示すように、Ｖ字状間隙に移行させるものであ
る。

【０００３】しかしながら、制御巻線１４の電流で磁気
飽和するのは磁気回路断面積が最小で磁束密度が最大と
なる箇所の、カット面同志の接触面にあたる共通磁路で
あり、この箇所で漏れ磁束が発生する。この磁気飽和が
生じる箇所がＶ字状の間隙より主巻線１２側の共通磁路
になるためＶ字状の間隙に移行する主巻線１２の磁束は
少ない。従って、主巻線磁束φ₁のうち制御巻線電流ｉ₂
で制御できる磁束量が少なく、広範囲な線形のインダク
タンスが得られない。インダクタンスを可変とした場合
の主巻線１２の電流は第３高調波以外にも多くの高調波
を含んだものとなり、三相回路で使用しても電流波形は
図１５に示すような第５高調波を含んだ歪波形となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
線形可変リアクトルでは、磁気飽和特性改善のための間
隙を、主巻線からみて共通磁路の外側にあたる制御巻線
用カットコアのカット端面中央部分の磁気回路上に設け
たため、制御巻線電流により主巻線磁束の通過ルートを
十分に間隙へ移行させる制御ができなかった。

【０００５】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、広範囲に制御を可能とすると共に高調波歪
を改善した三相線形可変リアクトルを提供することを目
的としてなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、主巻
線が巻回された第１のＵ形カットコアと、制御巻線が巻
回された第２のＵ形カットコアとを有し、前記両カット
コアのカット面同志を互いに対向させ、かつ、一方のカ
ットコアに対して他方のカットコアを捩じれ方向に９０
°回転させた状態で接触させ、第１のＵ形カットコアと
第２のＵ形カットコアの接触部の一部を切削して楔形の
間隙を作成し、前記制御巻線の励磁電流の値を変えて、
前記主巻線のインダクタンスを変化させるようにしてな
ることを特徴としたものである。

【０００７】請求項２の発明は、主巻線が巻回された外
側脚と制御巻線が巻回された中央脚とを有する２個の三
脚鉄心を対向接触させ、前記両外側脚の一部を切削して
楔形の間隙を作成し、前記制御巻線の励磁電流の値を変
えて、前記主巻線のインダクタンスを変化させるように
してなることを特徴としたものである。

【０００８】請求項３の発明は、三相電力系統に適用す
るためにコンパクトなコア構成としたものであり、三相
の主巻線が巻回された第１のＥ形カットコアと、制御巻
線が巻回された第２のＵ形カットコアとを有し、前記両
カットコアのカット面同志を互いに対向させ、かつ、一
方のカットコアに対して他方のカットコアを捩れ方向に
９０゜回転させた状態で接触させ、前記第１のＥ形カッ
トコアと、第２のＵ形カットコアとの接触部の一部を切
削して楔形の間隙を作成し、前記制御巻線の励磁電流値
を変えて、前記主巻線のインダクタンスを変化させるよ
うにしてなることを特徴としたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】

（請求項１の発明）本発明は、磁気飽和特性改善のため
の間隙を、主巻線と制御巻線の磁束の共通磁路であり、
かつ、主巻線から最も近く、磁路断面積が最も小さく、
磁束密度が最大となる箇所である第１と第２のカットコ
アのカット面同志の接触面に形成するもので、具体的に
は、主巻線が巻回された第１のＵ形カットコアと、制御
巻線が巻回された第２のＵ形カットコアとを、そのカッ
ト面同志を互いに対向させ、かつ、一方のカットコアに
対して他方のカットコアを捩じれ方向に９０°回転させ
た状態で接触させ、この第１のＵ形カットコアと第２の
Ｕ形カットコアとの対向接触部を主巻線の磁束と制御巻
線の磁束の共通磁路とし、この共通磁路を形成する接触
部の一部を切削して楔形の間隙を作成し、もって、第１
のＵ形カットコアと第２のＵ形カットコアの磁心同志の
対向接触部に磁心接触面と楔形間隙との複合磁路を形成
したものである。

【００１０】上記のような構成によれば、まず、主巻線
に電圧を印加することにより、第１及び第２のＵ形カッ
トコアの共通磁路を介して磁気回路が構成され、同様に
制御巻線に電圧を印加することにより、第１及び第２の
Ｕ形カットコアの共通磁路を介しても、磁気回路が構成
される。従って、制御巻線電流が無い場合、主巻線のイ
ンダクタンスは、主巻線磁束が共通磁路部分の磁気抵抗
の小さい磁心接触面を通り大きな値を示す。一方、制御
巻線に電流が流れると、共通磁路部分の磁心接触部分の
透磁率が低下し、主巻線のインダクタンスは小さくな
る。制御巻線電流を更に増加させて磁心接触部分に磁位
の差が生ずると、主巻線磁束の一部は共通磁路部分の切
削した楔形間隙を通過し、主巻線の磁気回路は共通磁路
部分で、磁心接触部分と楔形間隙部分との並列回路とな
る。この並列回路の磁束制御によって、磁気回路の非線
形特性が改良され、主巻線インダクタンスは、線形変化
されることになる。このため、制御巻線の励磁電流の値
を外部制御によって変えることにより、主巻線のインダ
クタンスを線形変化させることができる。

【００１１】図１は、本発明による線形可変リアクトル
の一実施例を説明するための斜視図で、図中、１１は第
１のＵ形カットコアで、主巻線１２が巻回されている。
また、１３は第２のＵ形カットコアで、制御巻線１４が
巻回されている。これら第１及び第２のＵ形カットコア
１１，１３は、そのカット面同志を互いに対向させ、か
つ、第１のＵ形カットコア１１に対して第２のＵ形カッ
トコア１３を捩じり方向に９０°回転させた状態で接触
されている。この接触部分の４面は、第１及び第２のＵ
形カットコア１１，１３の共通磁気回路になる。この共
通磁気回路の一部を切削して三角形楔形の間隙１５を形
成する。このように、共通磁気回路に三角形楔形の間隙
１５を形成すると、共通磁路は、第１及び第２のＵ形カ
ットコア１１，１３同志の接触部分１６と三角形楔形の
間隙１５の並列磁路となる。

【００１２】図２は、図１に示した構造における磁心回
路素子を等価的に回路表示したもので、×印は２個の磁
心が９０°回転させた状態で接触され、巻線１２，１４
が相互に相手側の巻線が発生する磁束と交わらないこと
を示す記号である。図３は、三相接続した三相リアクト
ルの接続回路例を示す。

【００１３】図１において、主巻線１２に交番電圧ｅ１
を印加し、電流ｉ１が図示矢印方向に流れたとすると、
第１のＵ形カットコア１１の両端部及び第２のＵ形カッ
トコア１３の両端部共通磁路によって、図１に点線矢印
で示すように磁束φ１が発生する。この場合、磁束φ１
の一部は制御巻線１４の巻回された第２のＵ形カットコ
ア１３にかかるが、第２のＵ形カットコア１３は第１の
Ｕ形カットコア１１に対して捩じり方向に９０°回転さ
れているので、制御巻線１４に誘起電圧は発生されな
い。そして、主巻線１２に交番電圧ｅ１を印加すること
により、主巻線１２には交番電圧ｅ１に９０°遅れた無
効分交番電流が流れる。また、制御巻線１４に一定電圧
ｅ２を印加し、電流ｉ２が図示矢印方向に流れたとする
と、第２のＵ形カットコア１３の両端部及び第１のＵ形
カットコア１１の両端部共通磁路によって、図１に点線
矢印で示すように磁束φ２が発生する。この場合にも、
φ２の一部は主巻線１２が巻回された第１のＵ形カット
コア１１にかかるが、第２のＵ形カットコア１３が第１
のＵ形カットコア１１に対して捩じり方向に９０°回転
されているので、主巻線１２に誘起電圧は発生されな
い。

【００１４】主巻線１２に交番電圧ｅ１を印加すること
により形成される磁束φ１の磁気回路は共通磁路を通じ
て構成され、また、制御巻線１４に一定電圧ｅ２を印加
することにより形成される磁束φ２の磁気回路も共通磁
路を通じて構成される。この時、共通磁路ではφ１とφ
２が混在して通り、互いに影響しあい、第１及び第２の
Ｕ形カットコア１１，１３同志の接触部分１６の透磁率
が変化する。従って、制御巻線１４に流れる励磁電流の
値によって、磁束φ２を変え、第１及び第２のＵ形カッ
トコア１１，１３同志の接触部分１６の透磁率を変え、
磁位の差を生じさせることにより三角形楔形の間隙を含
めた共通磁路の磁束制御を行うことにより、磁気飽和特
性の改善と、主巻線１２のインダクタンスの可変制御が
可能となる。

【００１５】このため、図４に示すように、制御巻線１
４の励磁電流を外部制御によって変化させることによ
り、主巻線１２のインダクタンスを変化させることがで
きる。

【００１６】上述のように、本発明によれば、第１及び
第２のＵ形カットコア１１，１３のカット面の接触部分
の一部を切削することにより、共通磁路が第１及び第２
のＵ形カットコア１１，１３のカット面の接触部分１６
と三角形楔形間隙１５との並列磁路で構成されるので、
磁気特性が改善され、主巻線電流は基本波電流と第３高
調波成分のみの電流歪となる。従って、本可変インダク
タンスを三相接続した三相リアクタンスでは、三相回路
に伴う第３高調波成分のカットにより、三相線電流は、
極めて歪の少い、線形の三相可変リアクトルとして動作
することができる。三相回路で使用した電流波形は、図
１０に示すような高調波を含まない正弦波交流波形とな
る。

【００１７】図５，図６は、それぞれ本発明の他の実施
例を示す図で、いずれも第１のＵ形カットコア１１と第
２のＵ形カットコア１３のカット面の接触部における楔
形間隙１５の形状を変えてカットコア１１と１３との接
触面１６を変えるようにしたものである。その動作は、
図１に関して説明した動作と同じであるので、図１に示
した実施例と同様の作用をする部分には、図１の場合と
同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００１８】（請求項２の発明）図７は、請求項２の発
明の一実施例を説明するための全体斜視図で、この発明
は、２個の三脚鉄心を用いて可変リアクトルを構成した
もので、主巻線１２が巻回された外側脚と制御巻線１４
が巻回された中央脚とを有する三脚鉄心１１，１３を対
向接触させ、その両外側脚の一部を切削して楔形の間隙
１５を作成し、制御巻線１４の励磁電流の値を変えて、
主巻線１２のインダクタンスを変化させるようにしたも
のである。このように、主巻線磁束φ₁と制御巻線磁束
φ₂の複数磁気回路の共通磁路における最小断面部分、
即ち、磁束密度が最大となる部分の一部に、楔形間隙を
作り、コア同志の接触部分と楔形間隙とを並列合成した
共通磁路を構成するようにしてもよい。なお、この発明
においても、楔形間隙１５の形状は図示例のものに限定
されるものではなく、前述のように種々変えてもよいこ
とは容易に理解できよう。

【００１９】（請求項３の発明）図８は、請求項３の発
明の一実施例を説明するための全体斜視図、図中、１１
は第１のＥ形カットコアで、三相主巻線１２が巻回され
ている。また、同図中、１３は第２のＵ形カットコア
で、制御巻線１４が巻回されている。これら第１のＥ形
カットコア１１と第２のＵ形カットコア１３は、そのカ
ット面同志を互いに対向させ、かつ、第１のＥ形カット
コア１１に対して第２のＵ形カットコア１３を捩じり方
向に９０゜回転させた状態で接触させている。この接触
部分の６面は、第１のＥ形カットコア１１と第２のＵ形
カットコア１３との共通磁気回路となる。この共通磁気
回路の一部を切削して三角形楔形の間隙１５を形成す
る。共通磁気回路に三角形楔形の間隙１５を形成する
と、共通磁路は、第１のＥ形カットコア１１と第２のＵ
形カットコア１３同志の接触部分１６と三角形楔形の間
隙１５の並列合成した磁路となる。ここで、カット面の
接触部分１６は、三相共，同値の接触面積とする。

【００２０】図９は、図８に示した構造における磁心回
路素子を等価的に回路表示したものであり、×印は２個
の磁心が９０゜回転された状態で接触されていることを
示す記号である。図８において、第１のＥ形カットコア
１１の三脚部に巻回された三相△接続した三相主巻線１
２に三相交番電圧ｅ１を印加し、電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃ
が、図示矢印方向に流れたとすると、第１のＥ形カット
コア１１の各脚部には点線矢印で示すように、磁束φ
ａ，φｂ，φｃが発生する。各磁束の通過ルートは、第
１のＥ形カットコア１１の端部を抜け、第２のＵ形カッ
トコア１３の脚部を通る磁気回路となる。

【００２１】ここで、磁束φａ，φｂ，φｃの一部は、
制御巻線１４が巻回された第２のＵ形カットコア１３の
脚部にかかるが、第２のＵ形カットコア１３は第１のＥ
形カットコア１１に対して捩じり方向に９０゜回転され
ているので、制御巻線１４に誘起電圧は発生されない。
そして、三相主巻線１２に三相交番電圧ｅ１を印加する
ことにより、三相主巻線１２には交番電圧ｅ１に９０°
遅れた無効分交番電流が流れる。また、制御巻線１４に
一定電圧ｅ２を印加し、電流ｉ₂が図示矢印方向に流れ
たとすると、第２のＵ形カットコア１３の脚部から第１
のＥ形カットコア１１の三脚端部の共通磁路によって、
図８に点線矢印で示すように磁束φ₂が発生する。この
場合にも、磁束φ₂の一部は、三相主巻線１２の巻回さ
れた第１のＥ形カットコア１１にかかるが第２のＵ形カ
ットコア１３が第１のＥ形カットコア１１に対して捩じ
り方向９０°回転されているので、三相主巻線１２に誘
起電圧は発生されない。

【００２２】三相主巻線１２に三相交番電圧ｅ１を印加
することにより形成される磁束φａ，φｂ，φｃの磁気
回路は、共通磁路を通じて構成され、また、制御巻線１
４に一定電圧ｅ２を印加することにより形成される磁束
φ₂の磁気回路も共通磁路を通じて構成される。この
時、共通磁路ではφａ，φｂ，φｃとφ₂が混在して通
り、互いに影響しあい、第１のＥ形カットコア１１と第
２のＵ形カットコア１３のカット面同志の接触部分１６
の透磁率が変化する。従って、制御巻線１４に流れる励
磁電流ｉ₂の値によって、磁束φ₂を変え、第１のＥ形カ
ットコア１１と第２のＵ形カットコア１３のカット面同
志の接触部分１６の透磁率を変え、磁位の差を生じさせ
ることにより三角形楔形間隙を含めた共通磁路の磁束制
御を行い、磁気飽和特性の改善と、三相主巻線１２のイ
ンダクタンスの可変制御ができることになる。三相の各
相を平衡に保つためには、各相のカット面の接触面積及
び間隙部を均等に形成すれば良い。

【００２３】次に、本発明による可変リアクトルの電力
系統への適用例について説明する。図１１は、本三相形
線形可変リアクトルと電力用コンデンサＣとを並列に接
続して、制御巻線１４の電流ｉ₂によって三相形線形可
変リアクトルを可変し、遅相から進相までの無効電力
を、連続的に高速で制御して交流系統の電圧の安定化に
寄与する無効電力補償装置への適用回路例を示す図、図
１２は、本三相形線形可変リアクトルの各相と電力用コ
ンデンサＣを並列に接続して各相分離し、交流系統に直
列に挿入する移相器への適用回路例を示す図である。移
相制御は、制御巻線の電流ｉ₂によって各相のリアクト
ルを可変し、交流系統に直列に挿入する移相器のインピ
ーダンスを調整して移相制御を行い、交流系統の安定化
をはかる。

【００２４】図１３は、本三相形線形可変リアクトルを
各相分離し、交流系統に直列に挿入する限流器への適用
回路例を示す図で、限流制御は、常時制御巻線に電流ｉ
₂を流しておいて、各相に分離したリアクトルのインダ
クタンスを低減し、負荷電流の流れを容易にする。短絡
事故時は、負荷電流の微分回路で検出して制御巻線の電
流ｉ₂を遮断する。すると、リアクトルのインダクタン
スが増加して短絡電流は抑制される。

【００２５】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、リアクトルとなる主巻線のインダクタンスを、制御
巻線の励磁電流の値によって変化させることができる、
極めて低歪の良好な三相線形可変リアクトルを構成する
ことが可能であり、交流系統の安定化機器の分野に有効
活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１の発明による線形可変リアクトルの
一実施例を説明するための斜視図である。

【図２】 図１に示した可変リアクトルの電気的等価回
路を示す回路構成図である。

【図３】 図１に示した可変リアクトルを用いて三相結
線した時の回路例を示す図である。

【図４】 図１に示した可変リアクトルの制御巻線電流
に対する主巻線のインダクタンスを示す図である。

【図５】 図１に示した可変リアクトルの変形例を示す
斜視図である。

【図６】 図１に示した可変リアクトルの他の変形例を
示す斜視図である。

【図７】 請求項２の発明の一実施例を説明するための
斜視図である。

【図８】 請求項３の発明による三相可変線形リアクト
ルの一実施例を説明するための斜視図である。

【図９】 図８の三相可変線形リアクトルの等価回路を
示す回路構成図である。

【図１０】 本発明による可変リアクトルを用いた場合
の主巻線の電流波形図である。

【図１１】 本発明の無効電力補償，装置への適用例を
示す回路構成図である。

【図１２】 本発明の移相器への適用例を示す回路構成
図である。

【図１３】 本発明の限流器への適用例を示す回路構成
図である。

【図１４】 本出願人が先に提案した可変リアクトルの
一例を説明するための斜視図である。

【図１５】 従来の可変リアクトルを用いた場合の主巻
線の電流波形図である。

【符号の説明】

１１…第１のカットコア、１２…主巻線、１３…第２の
カットコア、１４…制御巻線、１５…楔形間隙、１６…
カットコア面同志の接触面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主巻線が巻回された第１のＵ形カットコ
   アと、制御巻線が巻回された第２のＵ形カットコアとを
   有し、前記両カットコアのカット面同志を互いに対向さ
   せ、かつ、一方のカットコアに対して他方のカットコア
   を捩じれ方向に９０°回転させた状態で接触させ、第１
   のＵ形カットコアと第２のＵ形カットコアの接触部の一
   部を切削して楔形の間隙を作成し、前記制御巻線の励磁
   電流の値を変えて、前記主巻線のインダクタンスを変化
   させるようにしてなることを特徴とする線形可変リアク
   トル。
2. 【請求項２】 主巻線が巻回された外側脚と制御巻線が
   巻回された中央脚とを有する２個の三脚鉄心を対向接触
   させ、前記両外側脚の一部を切削して楔形の間隙を作成
   し、前記制御巻線の励磁電流の値を変えて、前記主巻線
   のインダクタンスを変化させるようにしてなることを特
   徴とする線形可変リアクトル。
3. 【請求項３】 三相の主巻線が巻回された第１のＥ形カ
   ットコアと、制御巻線が巻回された第２のＵ形カットコ
   アとを有し、前記両カットコアのカット面同志を互いに
   対向させ、かつ、一方のカットコアに対して他方のカッ
   トコアを捩れ方向に９０゜回転させた状態で接触させ、
   前記第１のＥ形カットコアと、第２のＵ形カットコアと
   の接触部の一部を切削して楔形の間隙を作成し、前記制
   御巻線の励磁電流の値を変えて、前記主巻線のインダク
   タンスを変化させるようにしてなることを特徴とする三
   相線形可変リアクトル。