JP7312682B2 - タップ付変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、一次側のタップを切り換えることによって一次側及び二次側の電圧を切り換えるタップ付変圧器に関する。

従来、変圧器の一次側又は二次側で複数の電圧に対応する必要がある場合、高圧の一次側又は低圧の一次側にタップが設けられる。例えば、特許文献１には、低圧巻線に定格タップ以外のタップを設けることが記載されている。但し、低圧の二次側にタップを設ける場合は、高圧の一次側よりも太い巻線からタップを引き出す必要があり、構造的に規模が大きくなるため、一般的には一次側にタップが設けられることが多い。通常、一次側のタップは、特許文献２に記載されているように、主巻線の途中に介装されたタップ巻線に設けられる。

例えば、高圧の一次側で定格電圧に対応する仕様の変圧器にて、低圧の二次側で定格電圧を含む複数の電圧に対応する必要がある場合、二次側にタップを設けずに一次側にタップを設けておく。この構成にて一次側に定格電圧を印加した状態で一次側のタップ位置を切り換えることにより、二次側の電圧を等価的に切り換えることができる。

一方、高圧の一次側で複数の電圧に対応する仕様の変圧器にて、定圧の二次側でも定格電圧を含む複数の電圧に対応する必要がある場合、一次側に複数の電圧に対応するためのタップを設け、二次側にはタップを設けないでおく。見かけ上この構成は上述の場合と同様であり、一次側に例えば定格電圧を印加した状態で一次側のタップを定格電圧用以外のタップに切り換えることにより、切り換えたタップの設計上の電圧と定格電圧との比に応じて、二次側の電圧を変化させることができる。

ここで、高圧の一次側及び低圧の二次側それぞれにて複数の電圧に対応する仕様の変圧器を考案する場合、一次側に複数の電圧に対応するためのタップを設け、二次側にも複数の電圧に対応するためのタップを設けることが考えられる。

特開平３－６８０５号公報 特開昭５４－１８０２６号公報

しかしながら、一次側にＭ個（Ｍは通常３以上の整数）のタップを設け，二次側にＮ個（Ｎは通常２以上の整数）のタップを設ける場合、一次側の複数の電圧及び二次側の複数の電圧に対応するためのタップ位置の組合せ数がＭ×Ｎになって煩雑である。また、一次側よりも電流が大きい二次側でのタップの切り換えを無くすことができない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、一次側のＰ通り（Ｐは３以上の整数）の電圧及び二次側のＳ通り（Ｓは２以上の整数）の電圧に対し、一次側に設けたタップが内包するＰ×Ｓより少ない数のタップ位置によって対応することが可能なタップ付変圧器を提供することにある。

本発明の一態様に係るタップ付変圧器は、一次巻線の途中に複数のタップを備え、一次側のタップ電圧が切り換え可能なタップ付変圧器であって、前記複数のタップは、Ｊ個（Ｊは５以上の整数）のタップ位置を内包し、該Ｊ個のタップ位置のうち、特定の連続するＰ個（Ｐは３以上、Ｊ－２以下の整数）のタップ位置を、一次側のＰ通りのタップ電圧の切り換え用に対応付けてあり、該タップ電圧の切り換え用に対応付ける連続するＰ個のタップ位置を変更することにより、二次側のタップ電圧が等価的に切り換え可能である。

本態様にあっては、一次巻線の途中に複数のタップが設けられており、タップ位置を切り換えることによって、少なくとも一次側のタップ電圧を切り換えることが可能である。タップ位置は全部でＪ個あり、このうちの特定の連続するＰ個のタップ位置におけるタップ電圧が、一次側で切り換え可能なＰ通りのタップ電圧であるように標準的に対応付けてある。このような標準的な対応付けがなされている場合、二次側のタップ電圧が標準的な電圧となるように設計されている。この状態で、一次側のＰ通りのタップ電圧用に対応付けるべきＰ個のタップ位置の全体を、他の連続するＰ個のタップ位置に変更することにより、二次側のタップ電圧を等価的に切り換えることができる。即ち、上記の対応付けの変更前と変更後とでは、一次側の同じタップ電圧に対するタップ位置が異なって巻数比が変わるため、二次側の電圧がタップ電圧として切り換わる。

本発明の一態様に係るタップ付変圧器は、前記Ｐ個のタップ位置のうち、隣り合うタップ位置に係る一次側のタップ間電圧が実質的に一定であり、前記Ｐ個のタップ位置のうち、一のタップ位置における一次側のタップ電圧に対する、前記Ｐ個のタップ位置を変更する方向にＫ段（Ｋは自然数）だけ離隔するタップ位置における一次側のタップ電圧の比をＲとした場合、前記Ｐ個のタップ位置を前記方向にＫ段だけ変更することにより、二次側のタップ電圧が実質的に１／Ｒ倍の大きさに切り換わる。

本態様にあっては、連続するＰ個のタップ位置について、タップ位置が１段異なる毎に変化する一次側のタップ電圧の差分、即ちタップ間電圧が実質的に一定となるように、タップ位置毎の巻数が設計されている。一次側のＰ通りのタップ電圧に対応付けられているタップ位置のうち、着目する一のタップ位置におけるタップ電圧に対する、Ｐ個のタップ位置の変更方向にＫ段だけ離隔するタップ位置におけるタップ電圧の比をＲとする。連続するＰ個のタップ位置をＫ段分だけ変更する前と後では、一次側のタップ電圧が同じであっても巻数比が実質的にＲ倍になるようにして、二次側のタップ電圧が実質的に１／Ｒ倍の大きさに切り換わるようにしてある。即ち、Ｋの値を一定にして連続するＰ個のタップ位置を複数通りに変更することにより、二次側のタップ間電圧を実質的に一定にすることができる。

本発明の一態様に係るタップ付変圧器は、前記Ｊは９であり、前記Ｐは５であり、前記Ｋは２である。

本態様にあっては、９個のタップ位置を有する複数のタップを一次巻線に設けてあり、一次側のタップ電圧を５段階に切り換えることが可能であり、一次側の連続する５個のタップ位置を２段ずつ変更することによって二次側のタップ電圧が等価的に切り換わる。ここで、一次側の５個のタップ位置を一定段数Ｋずつ変更することによって二次側のタップ電圧が等価的に切り換わる段階数Ｓは（Ｊ－Ｐ）／Ｋ＋１である。よって、Ｋが２の場合にＳは３となり、二次側のタップ電圧を等価的に３段階に切り換えることができる。

本発明の一態様に係るタップ付変圧器は、前記複数のタップは、１又は複数のタップ巻線に設けてある。

本態様にあっては、一次巻線における主巻線とは異なる位置に１又は複数のタップ巻線を有し、タップ巻線に設けられたタップ間の接続に応じて複数のタップ位置が形成される。タップ巻線を２つ以上有する場合は、一次巻線と二次巻線の間で生じるアンペアターン分布の不平衡を抑制することができる。

本発明によれば、一次側のＰ通り（Ｐは３以上の整数）の電圧及び二次側のＳ通り（Ｓは２以上の整数）の電圧に対し、一次側に設けたタップが内包するＰ×Ｓより少ない数のタップ位置によって対応することが可能となる。

第１比較例としてのタップ付変圧器の巻線間接続を示す接続図である。 第１比較例としてのタップ付変圧器の特性を示す図表である。 第２比較例としてのタップ付変圧器の巻線間接続を示す接続図である。 第２比較例としてのタップ付変圧器の特性を示す図表である。 第３比較例としてのタップ付変圧器の巻線間接続を示す接続図である。 第３比較例としてのタップ付変圧器の特性を示す図表である。 実施形態に係るタップ付変圧器の巻線間接続を示す接続図である。 実施形態に係るタップ付変圧器の特性を示す図表である。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態）
実施形態に係るタップ付変圧器を説明する前に、比較例として、既に実用化されているタップ付き変圧器と、所要の電圧切り換えに対応するものとして考案し得るタップ付変圧器とについて説明する。

図１は、第１比較例としてのタップ付変圧器１０の巻線間接続を示す接続図である。図２は、第１比較例としてのタップ付変圧器１０の特性を示す図表である。タップ付変圧器１０は、デルタ結線された一次巻線１１１，１２１，１３１と、スター結線された二次巻線１１２，１２２，１３２とを備える。一次巻線１１１，１２１，１３１それぞれには、二次巻線１１２，１２２，１３２が対応している。

一次巻線１１１は、主巻線１１ａ，１１ａ及びタップ巻線１１ｂを含み、該タップ巻線１１ｂには、１から４の番号が付された４タップを含む中間タップ１１ｃが設けられている。一次巻線１２１は、主巻線１２ａ，１２ａ及びタップ巻線１２ｂを含み、該タップ巻線１２ｂには、１から４の番号が付された４タップを含む中間タップ１２ｃが設けられている。一次巻線１３１は、主巻線１３ａ，１３ａ及びタップ巻線１３ｂを含み、該タップ巻線１３ｂには、１から４の番号が付された４タップを含む中間タップ１３ｃが設けられている。

一次(高圧)側で定格電圧に対応し、二次（低圧)側で複数の電圧に対応する場合、二次巻線１１２，１２２，１３２の巻数（以下、二次巻数と言う）が固定された状態で、一次側に設けた中間タップ１１ｃ、１２ｃ、１３ｃが内包するタップ位置を切り換えることにより、一次巻線１１１，１２１，１３１の巻数（以下、一次巻数と言う）を変化させて二次側の出力電圧を切り換えることができる。

図２は、例えば一次側のＵ－Ｖ線間及び二次側のｕ－ｖ線間について示すものであるが、他の線間についても同様である。タップ付変圧器１０は、例えば中間タップ１１ｃが３個のタップ位置を内包している。具体的には、番号が２と３，３と１，１と４のタップをそれぞれ接続した場合、一次巻数が２５０４，２３９０，２２８６となる。二次巻数は９２である。一次側で対応する電圧（以下、一次電圧という）は定格の６６００Ｖである。３個のタップ位置それぞれによる二次側の線間の出力電圧が、二次側で対応する電圧（以下、二次電圧という）４２０Ｖ，４４０Ｖ，４６０Ｖにできるだけ近づくように、各番号のタップ位置における一次巻数が設計されている。

図１に示すように、Ｕ－Ｖ線間に定格の６６００Ｖを印加した状態でタップ位置を切り換えた場合、二次側の実際の出力電圧が等価的に切り換わって、４２０．０Ｖ，４４０．０Ｖ，４６０．１Ｖとなる。この場合、二次電圧に対する誤差、即ち変圧比の誤差は、それぞれ０．００２０％，０．００９６％，０．０１３４％であり、実用上の問題はない。タップ付変圧器１０は、このようなタップ位置の切り換えが行われた場合であっても、過励磁の状態にならないように設計されている。但し、一次側に定格電圧以外の電圧を印加した状態で、二次電圧を３通りに切り換えることはできない。

図３は、第２比較例としてのタップ付変圧器２０の巻線間接続を示す接続図である。図４は、第２比較例としてのタップ付変圧器２０の特性を示す図表である。タップ付変圧器２０は、デルタ結線された一次巻線２１１，２２１，２３１と、スター結線された二次巻線２１２，２２２，２３２とを備える。一次巻線２１１，２２１，２３１それぞれには、二次巻線２１２，２２２，２３２が対応している。

一次巻線２１１は、主巻線２１ａ，２１ａ及びタップ巻線２１ｂを含み、該タップ巻線２１ｂには、１から６の番号が付された６タップを含む中間タップ２１ｃが設けられている。一次巻線２２１は、主巻線２２ａ，２２ａ及びタップ巻線２２ｂを含み、該タップ巻線２２ｂには、１から６の番号が付された６タップを含む中間タップ２２ｃが設けられている。一次巻線２３１は、主巻線２３ａ，２３ａ及びタップ巻線２３ｂを含み、該タップ巻線２３ｂには、１から６の番号が付された６タップを含む中間タップ２３ｃが設けられている。

一次側で複数のタップ位置によって複数の電圧に対応し（以下、対応するそれぞれの一次電圧をタップ電圧とも言う）、二次側で定格電圧に対応する場合、一次側にタップ電圧とは異なる電圧を印加することにより、タップ電圧と印加した電圧との比に応じて二次側の出力電圧を切り換えることができる。

図４は、例えば一次側のＵ－Ｖ線間及び二次側のｕ－ｖ線間について示すものであるが、他の線間についても同様である。タップ付変圧器２０は、中間タップ２１ｃが５個のタップ位置を内包している。具体的には、番号が３と４，４と２，２と５，５と１，１と６のタップをそれぞれ接続した場合、一次電圧（即ちタップ電圧）が６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖとなる。定格の二次電圧は４２０Ｖである。

図３に示すように、Ｕ－Ｖ線間に定格の６６００Ｖを印加した状態で、タップ電圧が６６００Ｖとは異なるタップ位置に切り換えた場合、二次側の実際の出力電圧が切り換わって、４１０．７Ｖ，４２０．７Ｖ，４２９．８Ｖ，４４０．０Ｖ，４５０．７Ｖとなる。なお、タップ付変圧器２０は、タップ電圧とは異なる電圧を一次側に印加することは想定されていないため、タップ電圧より高い電圧を一次側に印加した場合は、過励磁の状態になる。

次に、第３比較例について説明する。一次側で複数の電圧に対応し、二次側でも複数の電圧に対応する場合、一次側に複数のタップを設けてタップ位置に応じたタップ電圧を印加し、二次側にも複数のタップを設けてタップ位置に応じた二次電圧（以下、一次側と同様に、タップ電圧とも言う）に切り換えることが考えられる。

図５は、第３比較例としてのタップ付変圧器３０の巻線間接続を示す接続図である。図６は、第３比較例としてのタップ付変圧器３０の特性を示す図表である。タップ付変圧器３０は、デルタ結線された一次巻線３１１，３２１，３３１と、スター結線された二次巻線３１２，３２２，３３２とを備える。一次巻線３１１，３２１，３３１それぞれには、二次巻線３１２，３２２，３３２が対応している。

一次巻線３１１は、主巻線３１ａ，３１ａ及びタップ巻線３１ｂを含み、該タップ巻線３１ｂには、１から６の番号が付された６タップを含む中間タップ３１ｃが設けられている。一次巻線３２１は、主巻線３２ａ，３２ａ及びタップ巻線３２ｂを含み、該タップ巻線３２ｂには、１から６の番号が付された６タップを含む中間タップ３２ｃが設けられている。一次巻線３３１は、主巻線３３ａ，３３ａ及びタップ巻線３３ｂを含み、該タップ巻線３３ｂには、１から６の番号が付された６タップを含む中間タップ３３ｃが設けられている。

二次巻線３１２は、主巻線３１ｄ及びタップ巻線３１ｅを含み、該タップ巻線３１ｅには、ｕ１からｕ３の番号が付された３タップを含む中間タップ３１ｆが設けられている。二次巻線３２２は、主巻線３２ｄ及びタップ巻線３２ｅを含み、該タップ巻線３２ｅには、ｖ１からｖ３の番号が付された３タップを含む中間タップ３２ｆが設けられている。二次巻線３３２は、主巻線３３ｄ及びタップ巻線３３ｅを含み、該タップ巻線３３ｅには、ｗ１からｗ３の番号が付された３タップを含む中間タップ３３ｆが設けられている。

図６は、一次側のＵ－Ｖ線間及び二次側のｕ－ｖ線間について示すものであるが、他の線間についても同様である。タップ付変圧器３０は、例えば中間タップ３１ｃが５個のタップ位置を内包している。具体的には、番号が３と４，４と２，２と５，５と１，１と６のタップをそれぞれ接続した場合、一次巻数が２３３８，２２８６，２２３４，２１８２，２１３０となり、一次電圧（タップ電圧）が６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖとなる。

二次側では、ｕ１，ｕ２，ｕ３の番号が付されたタップのそれぞれがタップ位置に対応している。例えば、ｕ３（ｖ３），ｕ２（ｖ２），ｕ１（ｖ１）のタップ位置に切り換えた場合、二次巻数はそれぞれ８４，８８，９２となり、ｕ３－ｖ３間，ｕ２－ｖ２間，ｕ１－ｖ１間の線間の二次電圧（タップ電圧）はそれぞれ４２０Ｖ，４４０Ｖ，４６０Ｖとなる。二次側の実際の出力電圧は、図６に示すようにタップ電圧に対する誤差、即ち変圧比の誤差が０．０２％以内に収まっている。

上述の第３比較例によれば、一次側で５通り、二次側で３通りのタップ電圧の切り換えが可能である。しかしながら、図６に示されるように、タップ位置の組合せ数が１５通りになって煩雑である上に、二次側でのタップ位置の切り換えに外部配線の繋ぎ替えが必要となり、構造的に規模が大きくなるのが難点である。以下では、第１比較例から第３比較例に係るタップ付変圧器１０，２０，３０の欠点を解消することが可能なタップ付変圧器について説明する。

図７は、実施形態に係るタップ付変圧器４０の巻線間接続を示す接続図である。図８は、実施形態に係るタップ付変圧器４０の特性を示す図表である。タップ付変圧器４０は、デルタ結線された一次巻線４１１，４２１，４３１と、スター結線された二次巻線４１２，４２２，４３２とを備える。一次巻線２１１，２２１，２３１それぞれには、二次巻線４１２，４２２，４３２が対応している。

一次巻線４１１は、主巻線４１ａ，４１ａ，４１ａ及びタップ巻線４１ｂ，４１ｂを含み、該タップ巻線４１ｂ，４１ｂそれぞれには、１から６，７から１２の番号が付された６タップを含む中間タップ４１ｃ，４１ｄが設けられている。一次巻線４２１は、主巻線４２ａ，４２ａ，４２ａ及びタップ巻線４２ｂ，４２ｂを含み、該タップ巻線４２ｂ，４２ｂそれぞれには、１から６，７から１２の番号が付された６タップを含む中間タップ４２ｃ，４２ｄが設けられている。一次巻線４３１は、主巻線４３ａ，４３ａ，４３ａ及びタップ巻線４３ｂ，４３ｂを含み、該タップ巻線４３ｂ，４３ｂには、１から６，７から１２の番号が付された６タップを含む中間タップ４３ｃ，４３ｄが設けられている。

中間タップ４１ｃ，４１ｄが、タップ巻線４１ｂ，４１ｂに分けて設けられているのは、アンペアターン分布の不平衡を抑制して、局所的な過熱、損失の増大及び内部機械力の増大を防止するためである。１つの中間タップを１つのタップ巻線に設けてもよいし、３つ以上の中間タップを３つ以上のタップ巻線に分散するようにしてもよい。他の中間タップ４２ｃ，４２ｄ及び４３ｃ，４３ｄについても同様である。

図８は、例えば一次側のＵ－Ｖ線間及び二次側のｕ－ｖ線間について示すものであるが、他の線間についても同様である。タップ付変圧器４０は、例えば中間タップ４１ｃ，４１ｄそれぞれが５個のタップ位置を内包している。具体的には、中間タップ４１ｄで番号が９と１０のタップを接続しておき、中間タップ４１ｃで番号が３と４，４と２，２と５，５と１，１と６のタップをそれぞれ接続した場合、一次巻数が２５６１，２５０４，２４４６，２３９０，２３３６となる。また、中間タップ４１ｃで番号が１と６のタップを接続しておき、中間タップ４１ｄで番号が９と１０，１０と８，８と１１，１１と７，７と１２のタップをそれぞれ接続した場合、一次巻数が２３３６，２２８４，２２３１，２１８２，２１３０となる。このようにして決まる９個のタップ位置を、図８の最上段から順にｔ１からｔ９までの位置とする。二次巻数は９２である。

ｔ１からｔ９までの９個のタップ位置のうち、例えばｔ１からｔ５まで連続する５個のタップ位置における一次電圧（タップ電圧）のそれぞれが、６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖであるように、標準的な対応付けがなされている。この場合の一次側の各タップ電圧に対し、線間の二次電圧、即ち等価的なタップ電圧が５０Ｈｚにおける定格の４２０Ｖにできるだけ近づくように、各タップ位置における一次巻数が設定されている。この４２０Ｖが定格タップ電圧となる。上記の標準的な対応付けがなされる５個のタップ位置は、最上段のタップ位置ｔ１以外から連続する他の５個のタップ位置であってもよい。

例えば、ｔ３からｔ７までのタップ位置における一次側のタップ電圧のそれぞれが、６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖであるように、標準的な対応付けがなされていてもよい。この場合の図８は、二次側の出力電圧が６０Ｈｚにおける定格の二次電圧４４０Ｖにできるだけ近づくように、各タップ位置における一次巻数が設定されていると見ることができる。この４４０Ｖが定格タップ電圧となる。

上記５個のタップ電圧（６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖ）と、特定の５個のタップ位置との標準的な対応付けがなされている状態から、この５個のタップ電圧に対応付けるべき５個のタップ位置の全体を、連続する他の５個のタップ位置に変更した場合、二次巻数に対する一次巻数の巻数比が変わるため、二次電圧（タップ電圧）が等価的に切り換わる。即ち、５個のタップ電圧と５個のタップ位置との対応付けの変更前後で、二次巻数が一定であるのに対し、一次側の同じタップ電圧に対応する一次巻数が変わることに伴って巻数比も変わるため、二次側のタップ電圧が切り換わる。

具体的に、６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖそれぞれのタップ電圧が、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５のタップ位置に対応付けられる状態からｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７のタップ位置に対応付けられる状態に変更された場合について説明する。先ず、６７５０Ｖのタップ電圧がｔ１のタップ位置に対応付けられる状態からｔ３のタップ位置に対応付けられる状態に変更された場合、一次巻数が２５６１ターンから２４４６ターンに減少する。このため、６７５０Ｖの電圧が一次巻線４１１，４２１，４３１のＵ－Ｖ間，Ｖ－Ｗ間，Ｗ－Ｕ間それぞれに印加される設定でタップ位置をｔ１からｔ３に切り換えた場合、巻数比が２４４６／２５６１倍に減少して、二次巻線４１２，４２２，４３２のｕ－ｖ線間，ｖ－ｗ線間，ｗ－ｕ線間の二次電圧が４２０Ｖから４４０Ｖに切り換わる。なお、上記巻数比の倍率である２４４６／２５６１（＝０．９５５１）は、ｔ１のタップ位置における６７５０Ｖのタップ電圧に対する、タップ位置の対応付けの変更方向に２段だけ離隔するｔ３のタップ位置における６４５０Ｖのタップ電圧の比（＝０．９５５６）と実質的に一致する。

同様に、６６００Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ２からｔ４に切り換えた場合、一次巻数が２５０４ターンから２３９０ターンに減少し、巻数比が２３９０／２５０４倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４４０Ｖに切り換わる。６４５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ３からｔ５に切り換えた場合、一次巻数が２４４６ターンから２３３６ターンに減少し、巻数比が２３３６／２４４６倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４４０Ｖに切り換わる。６３００Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ４からｔ６に切り換えた場合、一次巻数が２３９０ターンから２２８４ターンに減少し、巻数比が２２８４／２３９０倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４４０Ｖに切り換わる。６１５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ５からｔ７に切り換えた場合、一次巻数が２３３６ターンから２２３１ターンに減少し、巻数比が２２３１／２３３６倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４４０Ｖに切り換わる。このように切り換えた二次側の４４０Ｖのタップ電圧は、定格容量で使用できる全容量タップ電圧とする。

６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖそれぞれのタップ電圧が、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５のタップ位置に対応付けられる状態からｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８，ｔ９のタップ位置に対応付けられる状態に変更された場合についても同様である。具体的には、６７５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ１からｔ５に切り換えた場合、一次巻数が２５６１ターンから２３３６ターンに減少し、巻数比が２３３６／２５６１倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４６０Ｖに切り換わる。６６００Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ２からｔ６に切り換えた場合、一次巻数が２５０４ターンから２２８４ターンに減少し、巻数比が２２８４／２５０４倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４６０Ｖに切り換わる。６４５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ３からｔ７に切り換えた場合、一次巻数が２４４６ターンから２２３１ターンに減少し、巻数比が２２３１／２４４６倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４６０Ｖに切り換わる。６３００Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ４からｔ８に切り換えた場合、一次巻数が２３９０ターンから２１８２ターンに減少し、巻数比が２１８２／２３９０倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４６０Ｖに切り換わる。６１５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ５からｔ９に切り換えた場合、一次巻数が２３３６ターンから２１３０ターンに減少し、巻数比が２１３０／２３３６倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４２０Ｖから４６０Ｖに切り換わる。このように切り換えた二次側の４６０Ｖのタップ電圧は、全容量タップ電圧とする。

なお、６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖそれぞれのタップ電圧が、ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７のタップ位置に対応付けられる状態からｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８，ｔ９のタップ位置に対応付けられる状態に変更された場合についても同様である。例えば、６７５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ３からｔ５に切り換えた場合、一次巻数が２４４６ターンから２３３６ターンに減少し、巻数比が２３３６／２４４６倍に減少して、各二次巻線の線間の二次電圧が４４０Ｖから４６０Ｖに切り換わる。この場合の巻数比の倍率である２３３６／２４４６（＝０．９５５０）は、ｔ３のタップ位置における６７５０Ｖのタップ電圧に対する、タップ位置の対応付けの変更方向に２段だけ離隔するｔ５のタップ位置における６４５０Ｖのタップ電圧の比（＝０．９５５６）と実質的に一致する。

更に、６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖそれぞれのタップ電圧が、ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７のタップ位置に対応付けられる状態からｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５のタップ位置に対応付けられる状態に変更された場合についての説明も同様である。例えば、６１５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ７からｔ５に切り換えた場合、一次巻数が２２３１ターンから２３３６ターンに増加し、巻数比が２３３６／２２３１倍に増大して、各二次巻線の線間の二次電圧が４４０Ｖから４２０Ｖに切り換わる。この場合の巻数比の倍率である２３３６／２２３１（＝１．０４７１）は、ｔ７のタップ位置における６１５０Ｖのタップ電圧に対する、タップ位置の対応付けの変更方向に２段だけ離隔するｔ５のタップ位置における６４５０Ｖのタップ電圧の比（＝１．０４８８）と実質的に一致する。

同様に、６３００Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ６からｔ４に切り換えた場合、一次巻数が２２８４ターンから２３９０ターンに増加し、巻数比が２３９０／２２８４倍に増大して、各二次巻線の線間の二次電圧が４４０Ｖから４２０Ｖに切り換わる。６４５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ５からｔ３に切り換えた場合、一次巻数が２３３６ターンから２４４６ターンに増加し、巻数比が２４４６／２３３６倍に増大して、各二次巻線の線間の二次電圧が４４０Ｖから４２０Ｖに切り換わる。６６００Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ４からｔ２に切り換えた場合、一次巻数が２３９０ターンから２５０４ターンに増加し、巻数比が２５０４／２３９０倍に増大して、各二次巻線の線間の二次電圧が４４０Ｖから４２０Ｖに切り換わる。６７５０Ｖの電圧が各一次巻線に印加される設定でタップ位置をｔ３からｔ１に切り換えた場合、一次巻数が２４４６ターンから２５６１ターンに増加し、巻数比が２５６１／２４４６倍に増大して、各二次巻線の線間の二次電圧が４４０Ｖから４２０Ｖに切り換わる。このように切り換えた二次側の４２０Ｖのタップ電圧は、全容量タップ電圧とする。

図８に示す５個のタップ電圧（６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖ）と連続する５個のタップ位置との対応付けを、９個のタップ位置（ｔ１からｔ９）の中で２段ずつ変更する場合についての説明は、上述の通りである。なお、図８には連続する５個のタップ位置が３通り示されているが、各５個のタップ位置にて一次側のタップ電圧を実際に６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖとし、二次電圧（タップ電圧）をそれぞれ丁度４２０Ｖ，４４０Ｖ，４６０Ｖとするには、計算上の一次巻数を図８に示す値とは異なる非整数値にする必要がある。

そこで、図８では、計算上の巻数値が１つであるタップ位置ｔ１，ｔ２，ｔ８，ｔ９については、巻数値の小数以下を四捨五入し、計算上の巻数値が２つ又は３つあるタップ位置ｔ３からｔ７については、巻数値の平均値の小数以下を四捨五入した値を採用した。従って、実際の二次側の出力電圧は、図８に示すように、４２０Ｖ，４４０Ｖ，４６０の二次電圧（タップ電圧）から若干ずれた値になっている。それでも、二次電圧に対する誤差、即ち変圧比の誤差が±０．１７％以内に収まっている。

上述の例では、５個のタップ電圧に対応付けられた連続する５個のタップ位置を２段ずつ変更して、二次側のタップ電圧を２０Ｖずつ異なる電圧に切り換える例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、連続する５個のタップ位置を１段ずつ変更して、二次側のタップ電圧を１０Ｖずつ異なる電圧に切り換えることが可能である。この場合、二次側のタップ電圧は、４２０Ｖ，４３０Ｖ，４４０Ｖ，４５０Ｖ，４６０Ｖに切り換え可能である。また、例えば全タップ位置の数を１１にし、連続する５個のタップ位置を２段ずつ変更して二次側のタップ電圧を２０Ｖずつ異なる電圧に切り換える場合は、二次側のタップ電圧を、例えば４００Ｖ，４２０Ｖ，４４０Ｖ，４６０Ｖ，４８０Ｖの５通りに切り換えることも可能である。

更に、全タップ位置の数を５にし、連続する３個のタップ位置を１段ずつ又は２段だけ変更して、一次側のタップ電圧を３通りに切り換え、二次側のタップ電圧を３通り又は２通りに切り換え可能としてもよい。全タップ位置の数を６にし、連続する４個のタップ位置を１段ずつ又は２段だけ変更して、一次側のタップ電圧を４通りに切り換え、二次側のタップ電圧を３通り又は２通りに切り換え可能としてもよい。その他、全タップ位置の数が５以上である前提で、一次側のタップ電圧を３通り以上に切り換え可能とし、且つ、二次側のタップ電圧を２通り以上に切り換え可能とする任意の組合せに対応することができる。

最後にタップ数を集約する式について説明する。先ず以下の文字数を定義する。
全タップ位置の数 ：Ｊ
一次側タップ電圧数：Ｐ
二次側タップ電圧数：Ｓ

Ｊ個のタップ位置のうち、Ｐ個のタップ電圧に対応付けられた連続するＰ個のタップ位置を、他のＰ個のタップ位置に変更できる場合の数に１を加えた数が、二次側タップ電圧数Ｓの最大数｜Ｓ｜ｍａｘになるから、以下の式（１）が成立する。
｜Ｓ｜ｍａｘ＝Ｊ－Ｐ＋１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

Ｐ個のタップ位置を、他のＰ個のタップ位置に変更する際に、Ｋ段（Ｋは自然数）ずつ変更するときは、一般的にＳが以下の式（２）で表される。但し（Ｊ－Ｐ）がＫで割り切れることが条件である。式（２）は式（３）のように変形される。
Ｓ＝（Ｊ－Ｐ）／Ｋ＋１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
Ｊ＝Ｐ＋Ｋ（Ｓ－１）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）

ここで、図７に示す中間タップ４１ｃ，４１ｄのような同一構成の中間タップを２組備える場合、全タップ位置の数Ｊは奇数となる。従って、一次側タップ電圧数Ｐを奇数にすれば、（Ｊ－Ｐ）は少なくとも２で割り切れる。本実施形態では、Ｊ＝９、Ｐ＝５であるから、（Ｊ－Ｐ）は１，２，４で割り切れるところを、Ｋ＝２とすることにより、二次側タップ電圧数Ｓを３にした。即ち、９個のタップ位置を内包するタップにより、一次側と二次側とで５×３通りのタップ電圧の組合せが切り換え可能となる。

以上のように本実施形態によれば、タップ付変圧器４０の一次巻線４１１，４２１，４３１それぞれの途中に複数のタップを含む中間タップ４１ｃと４１ｄ，４２ｃと４２ｄ，４３ｃと４３ｄが設けられており、タップ位置ｔ１～ｔ９を切り換えることによって、少なくとも一次側のタップ電圧を切り換えることが可能である。タップ位置は全部で９個あり、このうちの特定の連続する５個のタップ位置ｔ１～ｔ５におけるタップ電圧が、一次側で切り換え可能な５通りのタップ電圧６７５０Ｖ，６６００Ｖ，６４５０Ｖ，６３００Ｖ，６１５０Ｖであるように標準的に対応付けてある。このような標準的な対応付けがなされている場合、例えば二次側のタップ電圧４２０Ｖが定格電圧となるように設計されている。この状態で、一次側の５通りのタップ電圧用に対応付けるべき５個のタップ位置ｔ１～ｔ５の全体を、他の連続する５個のタップ位置ｔ３～ｔ５に変更することにより、二次側のタップ電圧を４２０Ｖから４４０Ｖに等価的に切り換えることができる。また、一次側の５通りのタップ電圧用に対応付けるべき５個のタップ位置ｔ１～ｔ５の全体を、他の連続する５個のタップ位置ｔ５～ｔ９に変更することにより、二次側のタップ電圧を４２０Ｖから４６０Ｖに等価的に切り換えることができる。即ち、上記の対応付けの変更前と変更後とでは、一次側の同じタップ電圧に対するタップ位置が異なって巻数比が変わるため、二次側の電圧がタップ電圧として切り換わる。従って、一次側の５通りのタップ電圧及び二次側の３通りのタップ電圧に対し、一次側に設けた中間タップ４１ｃと４１ｄ，４２ｃと４２ｄ，４３ｃと４３ｄが内包する（５×３より少ない）９個のタップ位置によって対応することが可能となる。

また、実施形態によれば、連続する５個のタップ位置について、タップ位置が１段異なる毎に変化する一次側のタップ電圧の差分、即ちタップ間電圧が実質的に一定の１５０Ｖとなるように、タップ位置毎の巻数が設計されている。一次側の５通りのタップ電圧に対応付けられているタップ位置ｔ１～ｔ５のうち、着目するタップ位置ｔ１におけるタップ電圧６７５０Ｖに対する、５個のタップ位置の変更方向に２段だけ離隔するタップ位置ｔ３におけるタップ電圧６４５０Ｖの比（＝６４５０／６７５０）をＲとする。連続する５個のタップ位置を２段分だけ変更する前と後では、一次側のタップ電圧６７５０Ｖが同じであっても巻数比の倍率（＝２４４６／２５６１）が実質的にＲ（＝６４５０／６７５０）倍になるようにして、二次側のタップ電圧が実質的に１／Ｒ（＝６７５０／６４５０）倍の大きさに切り換わるようにしてある。即ち、Ｋの値を２にして連続する５個のタップ位置を３通りに変更することにより、二次側のタップ間電圧を実質的に一定の２０Ｖにすることができる。

更に、実施形態によれば、９個のタップ位置を有する複数のタップを含む中間タップ４１ｃと４１ｄ，４２ｃと４２ｄ，４３ｃと４３ｄのそれぞれを一次巻線４１１，４２１，４３１に設けてあり、一次側のタップ電圧を５段階に切り換えることが可能であり、一次側の連続する５個のタップ位置ｔ１～ｔ５を２段ずつ変更することによって二次側のタップ電圧が等価的に切り換わる。ここで、一次側の５個のタップ位置ｔ１～ｔ５を一定段数Ｋずつ変更することによって二次側のタップ電圧が等価的に切り換わる段階数Ｓは、式（２）より（Ｊ－Ｐ）／Ｋ＋１である。よって、Ｋが２の場合にＳは３となり、二次側のタップ電圧を等価的に３段階に切り換えることができる。

更に、実施形態によれば、一次巻線４１１，４２１，４３１それぞれにおける主巻線４１ａ，４２ａ，４３ａとは異なる位置に複数のタップ巻線４１ｂと４１ｂ，４２ｂと４２ｂ，４３ｂと４３ｂを有し、タップ巻線４１ｂと４１ｂ，４２ｂと４２ｂ，４３ｂと４３ｂそれぞれに設けられた中間タップ４１ｃと４１ｄ，４２ｃと４２ｄ，４３ｃと４３ｄに含まれるタップ間の接続に応じて、９個のタップ位置が形成される。タップ巻線４１ｂと４１ｂ，４２ｂと４２ｂ，４３ｂと４３ｂのそれぞれを一次巻線４１１，４２１，４３１に２つ以上有することにより、一次巻線４１１，４２１，４３１それぞれと二次巻線４１２，４２２，４３２の間で生じるアンペアターン分布の不平衡を抑制することができる。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。

１０、２０、３０、４０ タップ付変圧器
１１１、１２１、１３１、２１１、２２１、２３１、３１１、３２１、３３１ 一次巻線
１１２、１２２、１３２、２１２、２２２、２３２、３１２、３２２、３３２ 二次巻線
１１ａ、１２ａ、１３ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、３１ａ、３１ｄ、３２ａ、３２ｄ、３３ａ、３３ｄ 主巻線
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、３１ｂ、３１ｅ、３２ｂ、３２ｅ３３ｂ、３３ｅ タップ巻線
１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、３１ｃ、３１ｆ、３２ｃ、３２ｆ、３３ｃ、３３ｆ 中間タップ
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ９ タップ位置

Claims (4)

1. 一次巻線の途中に複数のタップを備え、一次側のタップ電圧が切り換え可能なタップ付変圧器であって、
   前記複数のタップは、Ｊ個（Ｊは５以上の整数）のタップ位置を内包し、
   該Ｊ個のタップ位置のうち、特定の連続するＰ個（Ｐは３以上、Ｊ－２以下の整数）のタップ位置を、一次側のＰ通りのタップ電圧の切り換え用に対応付けてあり、
   該タップ電圧の切り換え用に対応付ける連続するＰ個のタップ位置を変更することにより、二次側のタップ電圧が等価的に切り換え可能であるタップ付変圧器。
2. 前記Ｐ個のタップ位置のうち、隣り合うタップ位置に係る一次側のタップ間電圧が実質的に一定であり、
   前記Ｐ個のタップ位置のうち、一のタップ位置における一次側のタップ電圧に対する、前記Ｐ個のタップ位置を変更する方向にＫ段（Ｋは自然数）だけ離隔するタップ位置における一次側のタップ電圧の比をＲとした場合、前記Ｐ個のタップ位置を前記方向にＫ段だけ変更することにより、二次側のタップ電圧が実質的に１／Ｒ倍の大きさに切り換わる
   請求項１に記載のタップ付変圧器。
3. 前記Ｊは９であり、
   前記Ｐは５であり、
   前記Ｋは２である
   請求項２に記載のタップ付変圧器。
4. 前記複数のタップは、１又は複数のタップ巻線に設けてある請求項１から請求項３の何れか１項に記載のタップ付変圧器。

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