JPS582041Y2 - 交流電気車用変圧器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、二次巻線を複数個の二次巻線部分に分割し、
その各二次巻線部分をそれぞれ整流器を介して直列に接
続して主電動機に給電する交流電気車用変圧器に関する
ものである。

交流電気車すなわち交流を入力とする電気車の主回路方
式の代表例の１つとして、交流架線電圧を変圧器により
受電して降圧し、さらにサイリスタ等を用いた半導体整
流装置により直流に変換して直流電動機（主電動機）を
駆動する方式がある。

第１図は、このような方式の電気車の主回路例を示すも
のである。

第１図の回路は、交流電力を架線ＦＬからパンタグラフ
ＰＡＮを介して変圧器Ｔで受電して降圧し、整流装置Ｒ
Ｆで直流電力に変換し、平滑リアクトルＭＳＬを介して
主電動機としての直流電動機に給電する。

変圧器Ｔは鉄心ＣＲと、−次巻線ＰＷと、複数個（図示
の例では４個）に分割された二次巻線部分ＳＷ１．ＳＷ
２．ＳＷ３．ＳＷ４がら成る二次巻線ＳＷと、回生制動
用補助巻線ＡＷとから戒っている。

整流装置ＲＦは、変圧器Ｔの二次側巻線の分割数に応じ
た個数の制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４およびＡＲＦがら戒
っている。

各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４はそれぞれ制御整流器Ｒ
Ｆ１〜ＲＦ４の対応するものの交流端子に接続され、ま
た補助巻線ＡＷは制御整流器ＡＲＰの交流端子に接続さ
れる。

制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４は直流側で互いに直列接続さ
れ、平滑リアクトルＭＳＬを介して主電動機に接続され
る。

主電動機は、図示の例では４台の直流電動機から戒って
おり、第１の直流電動機の電機子Ａ□１と界磁巻線Ｆ１
□、ならびに第２の直流電動機の電機子Ａ１□と界磁巻
線Ｆ１□を互いに直列接続した分路と、第３の直流電動
機の電機子Ａ２１と界磁巻線Ｆ２１、ならびに第４の直
流電動機の電機子Ａ２□と界磁巻線Ｆ２２を互いに直列
接続した分路とが並列になっている。

各分路において電機子と界磁巻線は、カ行運転時と回生
制動時とで結線替えを行わせる都合上、電機子どうしお
よび界磁巻線どうしがそれぞれ近接配置されている。

制御整流器ＡＲＰの直流側は、カ行運転時はどこにも接
続されず、回生制動運転時に、図示の電機子回路から切
離された各界磁巻線に他励界磁電流を供給する。

二次巻線ＳＷを複数個に分割し、それぞれに制御整流器
を設ける構成とするのは、各制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４
を順次制御することによって、位相制御角度に対する出
力電圧の変化の割合を小さくして制御をやり易くすると
共に、位相制御期間中の転流による電流の変化量を小さ
くして入力側に発生する高調波を減らすという理由によ
るものであり、従来の交流電気車において既に多用され
ているところである。

このような回路方式に用いられる変圧器Ｔは第２図およ
び第３図に示すように外鉄型の構造を有するものが多い
。

各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４は、補助巻線ＡＷおよび
一次巻線ＰＷと共に、それぞれ第４図に示すような円板
コイルとして構成されている。

この円板コイルは、第５図に模式的に示すように、平角
導線を同心円状に巻いて円板状としたもので、外側およ
び中心部からコイル端が導出される。

ところで第３図は変圧器Ｔの内部での一次巻線ＰＷおよ
び二次巻線ＳＷならびに補助巻線ＡＷの配置例を示すも
のであって、それぞれ円板コイルとして構成された各巻
線のうち、−次巻線ＰＷと二次巻線ＳＷとの関係のみに
着目すれば、−次巻線ＰＷが中心に位置し、その上下に
二次巻線部分ＳＷ２．ＳＷ１ないしＳＷ３．ＳＷ４が順
次積重配置されていることを示している。

この種の変圧器においては、従来その設計条件として、
二次巻線に接続される整流器が故障した時の短絡電流の
抑制および入力高調波の低減などの目的から、通常の一
般産業用変圧器よりは二次側換算の洩れリアクタンス分
を意識的に大きくすることがある。

この条件および冷却などの条件から第３図のような巻線
配置構造が行われるのである。

しかるに、このような構造の変圧器では次のような欠点
がある。

すなわち、４つに分割された各二次巻線部分の位置が一
次巻線から異なった距離の所にあるため、各二次巻線部
分の二次換算洩れリアクタンスに差が生じ、交流回生制
御を行う場合に最小制御進み角β而ｎを各二次巻線部分
に接続された制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４で同一に設定し
ても各転流余裕角γが一定とならず、転流失敗限界が設
定しにくい、というのがそれである。

このことを、第６図を参照して説明する。

第６図は、交流回生制動時に各二次巻線部分ＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４に進み電流が流れている状態を示すものである。

各制御整流器ＲＦ、〜ＲＦ４が同一の制御進み角βｍｉ
ｎで点弧されるものとすると、各巻線部分の電流はその
時点から転流を開始し、そこから転流型なり角Ｕを経た
時点で転流が終了し、γ（−一βｍ１ｎ−ｕ）が転流余
裕角となる。

いま、第３図に示すような巻線配置の変圧器を用いると
、二次巻線部分ＳＷ１．ＳＷ４では二次換算洩れリアク
タンスが大きく、二次巻線部分ＳＷ２゜ＳＷ３ではそれ
が小さいため、各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４の転流型
なり角をそれぞれｕ１□、ｕ１□、ｕ３□。

ｕ４□とすると、転流型なり角ｕ１□、ｕ４□は大とな
り、転流型なり角ｕ２□、ｕ３□は小となる。

それに応じて各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４の転流余裕
角γ１．γ２゜γ３．γ４は、γ１．γ４が小となり、
γ２．γ３が大となる。

したがって、画工次巻線部分ＳＷ□、ＳＷ４は転流失敗
に対する余裕が少ないため、これら画工次巻線部分ＳＷ
１．ＳＷ４を基準として制御進み角の最小値β而ｎを設
定すると、他の二次巻線部分ＳＷ２゜ＳＷ３では転流余
裕角が必要以上に大きくなる上に、全体として一次側か
ら見た力率が悪化し、電力回生ブレーキ力も少なくなる
という欠点がある。

本考案は以上の点を考慮してなされたもので、電気車用
変圧器としての条件を欠くことなく、、、かつ電力回生
ブレーキ時に各二次巻線部分について同一の制御進み角
βｍｉｎを設定してもほぼ同一の転流余裕角となり、力
率および電力回生ブレーキ力も向上するような交流電気
車用変圧器を提供することを目的とするもので゛ある。

この目的を達成するために本考案は、少なくとも２個の
二次巻線部分を１組とし、各組内の二次巻線部分は、そ
れぞれのコイル導体を互いに平行配置して全体として円
板コイルとして構成したものである。

第８図は本考案の一実施例を第１図の主回路構成の場合
について第３図に対応させて示すものである。

−次巻線ＰＷおよび補助巻線ＡＷは第３図の場合と全く
変りが無い。

しかし、二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４はＳＷｌとＳＷ２
ないしＳＷ３とＳＷ４という２個１組の２組にグループ
分けし、各組内の２個の巻線部分は２本のコイル導体を
平行に配置して巻込んでなる共通の円板コイルとして構
成されるのであり、概念的に示せば第９図および第１０
図のようになる。

すなわち、たとえば画工次巻線部分ＳＷ１．ＳＷ２はそ
の両コイル導体を互いに絶縁して２本１組として巻き、
それを２段重ねとして各巻線部分に対応する外部結線を
施して１組の円板コイルを作り上げる。

すなわち、従来は第７図に示すように１枚の円板コイル
ごとにそれぞれ各二次巻線部分を構成していたものを、
本考案においては第１１図に示すように２枚の円板コイ
ルにわたってはじめて互いに入り組んだ２個の二次巻線
部分か゛構成されるようにする。

第９図および第１０図は１枚の円板コイルを表わすもの
である。

以上の説明においては第４図ないしくよ第９図に示すよ
うに一つのコイルの層が単一である場合を想定している
が、一つのコイルが複数層から戊る場合もあり得る。

第１２図はそのような場合の実施例を示すものである。

第１２図は、一つの円板コイルが２層に巻かれており、
コイルの中心部で一つの層から他の層へと渡っている構
造の例である。

以上のような巻線構造とすることにより、変圧器Ｔの各
二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４の洩れリアクタンスの値は
ほぼ均等化され、転流時の転流型なり角もほぼ均等化す
る。

第１３図は、本考案の変圧器を用いた場合の回生制動状
態における変圧器二次巻線電流を示すものである。

制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４は同一の制御進み角β而ｎで
点弧されてその時点から転流を開始するが、各巻線部分
の転流型なり角ｕｌｌ、 ｕ２１． ｕ３１゜ｕ４□は
ほぼ等しくなり、したがって各巻線部分の転流余裕角γ
１．γ２．γ３．γ４もほぼ等しくなる。

すなわち、転流失敗限界に対する余裕が全巻線部分でほ
ぼ等しくなるため、この余裕を含めたβｍｉｎの設定が
行い易く、また無駄の無い設定が可能になるため、効率
の良い回生制動動作を行うことができ、力率も成る程度
向上する。

さらに、整流器故障時の短絡電流の抑制および転流時の
電流変化の割合を成る程度抑えて入力側高調波を減らす
ために、洩れリアクタンス分を一般の変圧器よりも大き
くするという電気車用変圧器として必要な条件も満足す
ることができる。

上記実施例においては分割された各二次巻線部分を２個
ずつ組にして巻込む場合について説明したが、場合によ
っては３個以上の巻線部分を組にして巻込むことも可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用する交流電気車の主回路の一例を
示す結線図、第２図は第１図の主回路における変圧器の
概略内部構造を示す斜視図、第３図は第２図の変圧器に
おける従来の巻線配置構成を示す断面図、第４図は第３
図における変圧器の単位コイルの斜視図、第５図は第４
図のコ、イルの簡略概念図、第６図は従来の変圧器を用
いた場合の回生制動時の変圧器電圧および電流の波形図
、第７図は従来の変圧器における巻線配置に関する説明
図、第８図は本考案による変圧器の巻線配置構成の一実
施例を示す断面図、第９図は第８図の変圧器における単
位コイルの斜視図、第１０図は第９図のコイルの簡略概
念図、第１１図は本考案の変圧器における巻線配置に関
する説明図、第１２図は本考案の変圧器における単位コ
イルの他の実施例を示す斜視図、第１３図は本考案の変
圧器を用いた場合の回生制動時の変圧器電圧および電流
の波形図である。 Ｔ・・・・・・変圧器、ＳＷ・・・・・・二次巻線、Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ４・・・・・・二次巻線部分、ＲＦ・・・・
・・整流装置、ＲＦ１〜ＲＦ４・・・・・・制動整流器
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 二次巻線を複数個の二次巻線部分に分割し、その各二次
   巻線部分をそれぞれ整流器を介して直列に接続して主電
   動機に給電する交流電気車用変圧器において、少なくと
   も２個の二次巻線部分を１組とし、各組内の二次巻線部
   分は、それぞれのコイル導体を互いに平行配置して全体
   として円板コイルとして構成したことを特徴とする交流
   電気車用変圧器。