JP2939361B2 - 変圧器用ギャップ付鉄心 - Google Patents
変圧器用ギャップ付鉄心Info
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Description
心、特に半導体電力変換装置に使用される変換器用変圧
器のギャップ付鉄心に関する。
会社の電力系統から商用周波数の三相交流を受電し、一
旦、コンバータにより直流に変換し、平滑コンデンサを
充電し、その平滑コンデンサを直流電源としたインバー
タにより任意の可変電圧・可変周波数の電力を得る変換
装置が用いられる。
置の一相分を示した回路図であり、出力変圧器と呼ばれ
る変換器用変圧器1の直流側巻線2にGTO(ゲートタ
ーンオフサイリスタ)とダイオードからなる複数台の変
換器3を介して、直流電圧EDCを有する平滑コンデンサ
4に接続されている。交流側巻線5は複数台を直列に接
続し負荷6に接続されている。
構成されており、PWM(パルス幅変調)方式と呼ば
れ、変換器3をPWM制御することにより、負荷6に加
わる電圧・周波数を任意に可変できる装置であり、その
動作の速応性、電源側の力率および高調波に関して良好
な特性が得られる。この装置は負荷6であるリニアモー
タからエネルギーを電源側へ回生させる作用も有してい
る。
器1はT1〜TNまでのN台のユニット変圧器7から構
成されているが、それは一つの変換器3の容量には限度
があること、および各ユニット変圧器7毎にパルス幅や
位相を調整し、任意の合成電圧を得るためユニット変圧
器7を多数個直列に接続している。
に示すように、単相二脚鉄心の2つの主脚8に夫々直流
側巻線2と交流側巻線5を同軸状に巻装し、両主脚の各
巻線は各々並列接続されている。また、直流側・交流側
両巻線の間には接地シールド9を取付けるが、その役目
は両巻線の混触防止と交流側巻線5から直流側巻線2へ
の移行電圧を低減し、過電圧に弱い変換器3を保護する
ためである。
接合部のギャップを小さくし、磁気抵抗を小さくして励
磁電流などを小さくするが、このユニット変圧器用の鉄
心は、逆に磁気抵抗をある程度大きくして励磁電流を定
格電流の2〜5%程度にする必要がある。そのため、図
6のユニット変圧器の正面図に示すように、主脚8と上
部ヨーク10、下部ヨーク11の4ヶ箇所の接合部に磁
気的絶縁物を取付けたギャップ12を形成している。
する理由には次の2つがある。変換器3はPWM制御さ
れるので、僅かなオンタイミングのずれや制御上のず
れ、および変圧器を含む回路のインピーダンス特性の差
などにより直流成分の電流が発生する。この直流電流が
巻線に流れると鉄心には直流偏磁が発生して、鉄心は飽
和し、励磁電流が増大し、電力変換装置としての特性を
悪化すると共に変圧器は損失が増加し、振動・騒音も大
きくなる。しかしながら、この直流偏磁現象を完全に防
止することは困難であるので、定格電流の1%程度まで
の直流電流が流れても、前述のギャップ12を設けるこ
とにより、鉄心の磁気抵抗を大きくし、直流偏磁量をよ
り小さく抑え、鉄心飽和にならないようにしているのが
第1の理由である。第2の理由はギャップ12を形成す
ることによりユニット変圧器7間の励磁インピーダンス
のバラツキを数%以内にできることである。すなわち、
鉄心の抜板材質差による磁気特性のバラツキや接合部の
不揃などに起因する励磁インピーダンスのバラツキを、
このギャップ12を正確に、各ユニット変圧器が同一に
なるように製造することにより改善できるからである。
なお、励磁インピーダンスのバラツキを小さくする理由
は、交流側巻線5から直流側巻線2へ電力を回生する場
合に、直列接続されるN台の交流側巻線5に発生する電
圧を各ユニット変圧器間で、ほぼ同一とし電力変換装置
としての動作を良好に維持するためである。
は必要とするユニット変圧器7の容量が小さく、直列に
接続する台数Nも少なかったので、その巻線群を2脚に
巻装し、巻線群数を2倍とする方法でも製造上および使
用上で問題はなかった。しかし、電力変換装置が大容量
となり、ユニット変圧器7の容量も大きく、直列にする
台数Nも多くなり、全体として大規模な機器となれば、
その鉄心も大きくかつ重くなり、ギャップ長の調整など
その工作も困難となってきた。
たもので、その目的は巻線群数を2倍にする必要がな
く、励磁インピーダンスを仕様値に合せるためのギャッ
プ長の調整が容易にでき、より安価な変換器用変圧器を
可能とした変圧器用ギャップ付鉄心を提供することにあ
る。
成するために、変圧器巻線を巻装した主脚と、前記主脚
の両脇に配置された側脚と、前記主脚と前記側脚を接合
する上部ヨークおよび下部ヨークを有し、前記上部ヨー
クの前記主脚と前記側脚の間に設けられ前記上部ヨーク
の中央部分を前記主脚の軸線と平行の方向に相対的に移
動可能とするラップ接合の継ぎ目と、前記主脚の上部と
前記上部ヨークの中央部分との間に設けられた磁気的絶
縁物のギャップとを備えたことを特徴とする。
で、巻線群を1群だけにでき、主脚部に磁気的絶縁物の
ギャップが形成してあるので、鉄心の磁気抵抗を大き
く、励磁インピーダンスをより小さくでき、しかもギャ
ップの取付位置が巻線群より上部であるから、上部ヨー
クの取り外しだけで励磁インピーダンスを仕様値に合せ
るためのギャップ長の調整を容易に行なうことができ
る。また、上部ヨークにその中央部分を主脚の軸線と平
行の方向に相対的に移動することのできるラップ接合の
継ぎ目を設けたので、ギャップ長を調整するにあたって
鉄心に機械的歪みを与えることがなく、磁気損失を増大
させることがない。
る。図1は本発明の一実施例の正面図である。同図に示
すように、本実施例の鉄心は直流側巻線2、接地シール
ド9および交流側巻線5を巻装した主脚13とその両脇
に側脚14が設けられている。これら主脚13と側脚1
4は上部ヨーク15と下部ヨーク16とで接合され、主
脚13と上部ヨーク15との間には寸法Gの磁気的絶縁
物のギャップ17が形成されている。また、上部ヨーク
15の主脚13と側脚14間には、ラップ接合の継ぎ目
18が設けられている。そして図示されていないが、主
脚13および側脚14を構成する抜板の表面には各々当
て板が取付けられ、また上部ヨーク15および下部ヨー
ク16を構成する抜板の表面には各々クランプが取付け
られ、ボルト締付けあるいはガラステープなどによりバ
インド締付けされている。なお、ギャップ付鉄心では、
ギャップ部を通過する磁束によりギャップ面間に磁気吸
引力が働き振動・騒音が発生するので、ギャップ部は締
付スタッドなどにより強固に締付けられている。
部ヨーク15はケイ素鋼板の抜板を積層して構成されて
おり、その継ぎ目18は寸法Aでラップジョイントさ
れ、左右の上部ヨーク15は磁気的には接合されている
が、図1に示す寸法Bの部分は上下方向には相対的に移
動が可能となるように構成されている。
の作用について説明する。仮に上部ヨーク15が継ぎ目
18がない一枚もので構成していると、下部ヨーク16
と上部ヨーク15を上下に締付けることによって主脚1
3、ギャップ17および側脚14には圧縮力が加わる
が、製作上の寸法公差、組立上の誤差により接合部には
隙間が生じたり上部ヨーク15が突っ張ったりする恐れ
がある。また主脚13と側脚14の上下方向の寸法にバ
ラツキがあると、ギャップ17が適切な圧力で締付けら
れず振動・騒音が増加する恐れがある。
継ぎ目18があり、寸法Bの部分は上下方向に移動が可
能なので、前記の各誤差を吸収して締付力が均一に加わ
るようにできるので、振動・騒音の増加を抑制すること
ができる。
温度が高くなると、主脚と側脚間に熱膨脹による伸びの
差が生じ、上部ヨーク15を押し曲げたりして無理な曲
げ応力や圧縮応力が発生し磁気歪が大きくなり、磁気歪
による振動・騒音が増加するが、本実施例では継ぎ目1
8の作用によって無理な力は発生しないので、磁気歪に
よる振動・騒音の増加を抑制することができる。
法について説明する。まず、主脚13と側脚14を下部
ヨーク16で接合し、主脚13に巻線群を挿入し、主脚
13の上部にギャップ17を取付けた後、上部ヨーク1
5を組込み、クランプと上下締付スタッドを取付け締付
ける。そして、交流側巻線5に交流電源を接続し、励磁
インピーダンスを測定する。測定された励磁インピーダ
ンスが仕様値を満足しない場合には一旦組立てた上部ヨ
ーク15を取外し、ギャップ17の寸法Gを調整し、再
度上部ヨーク15を組立て、励磁インピーダンスが仕様
値を満足するように調整する。
ることにより主脚13とギャップ17の合計高さが側脚
14と異なっても継ぎ目18があるので、その分上部ヨ
ーク15の寸法Bの部分を上下方向に移動すればよい。
で、従来形では巻線が2群必要であったが半分の1群に
できる。また、巻線群数を半分にしても1群当りの容量
は2倍となるため容量的には同じであるが容量が半分の
ものを2群製作する従来のものより、容量は2倍である
が1群製作する本実施例の方が、必要とする資材は減少
し、発生する損失も低減できるので、小形軽量化が可能
であり、工作上のメリットが大きい。
る。同図に示すようにギャップ17の上に三角形の抜板
20を圧延方向19が上下方向になるように取付ける。
図の矢印19で示す圧延方向は方向性珪素鋼板の圧延方
向であり、その圧延方向に磁束が流れるようにして発生
損失を少なくしている。しかし図1の実施例のような鉄
心構成では主脚13よりギャップ17を通って上部ヨー
ク15へ流れる磁束については、上部ヨーク15の部分
ではその圧延方向と直角方向に流れる成分があるため、
その部分の発生損失が大きくなり、局部過熱の原因にな
る。そこで、適用される装置がより大きくなり、その鉄
心寸法が大形になる場合や発生損失を特に少なくする必
要がある場合がある。ところが、本実施例ではギャップ
17の上に三角形の抜板20を圧延方向19が上下方向
になるように設けているので、磁束は圧延方向のみに流
れ、前述の圧延方向と直角な方向に流れる磁束による発
生損失の増加がなくなり、局部過熱の防止に効果があ
る。
である。本実施例では主脚13の上部を山形に出張ら
し、上部ヨーク15をその分切り欠き、その間に逆V字
形のギャップ21を取付けるように構成したものであ
る。したがって、本実施例によると、主脚13よりギャ
ップ21を通って上部ヨーク15へ流れる磁束は圧延方
向のみに流れるようになり、前記のような発生損失の増
加がなくなり局部過熱の防止に役立つ。
1群当りの巻線容量は従来例に比べ2倍となるが巻線群
数を半分にすることができるので、製品としての外形寸
法・重量を小形化・軽量化でき、かつギャップ長の調整
が容易に行えるので、より安価な変換器用変圧器を可能
とする変圧器用ギャップ付鉄心を提供できる。
のインバータの結線図。
器の正面図。
…平滑コンデンサ、5…交流側巻線、6…負荷、7…ユ
ニット変圧器、8…主脚、9…接地シールド、10…上
部ヨーク、11…下部ヨーク、12…ギャップ、13…
主脚、14…側脚、15…上部ヨーク、16…下部ヨー
ク、17…ギャップ、18…継ぎ目、19…圧延方向、
20…三角形抜板、21…逆V字形ギャップ。
Claims (1)
- 【請求項1】 変圧器巻線を巻装した主脚と、前記主脚
の両脇に配置された側脚と、前記主脚と前記側脚を接合
する上部ヨークおよび下部ヨークを有し、前記上部ヨー
クの前記主脚と前記側脚の間に設けられ前記上部ヨーク
の中央部分を前記主脚の軸線と平行の方向に相対的に移
動可能とするラップ接合の継ぎ目と、前記主脚の上部と
前記上部ヨークの中央部分との間に設けられた磁気的絶
縁物のギャップとを備えたことを特徴とする変圧器用ギ
ャップ付鉄心。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14752891A JP2939361B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 変圧器用ギャップ付鉄心 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14752891A JP2939361B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 変圧器用ギャップ付鉄心 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04370912A JPH04370912A (ja) | 1992-12-24 |
JP2939361B2 true JP2939361B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=15432356
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14752891A Expired - Fee Related JP2939361B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 変圧器用ギャップ付鉄心 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2939361B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3776748B2 (ja) * | 2001-05-30 | 2006-05-17 | 株式会社東芝 | 積層鉄心及びその製造方法並びに変圧器 |
-
1991
- 1991-06-19 JP JP14752891A patent/JP2939361B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04370912A (ja) | 1992-12-24 |
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