説明

電圧調整変圧器

【課題】電圧調整変圧器の構成を簡素にするとともに、出力電圧を無段階で制御することができるようにすること。
【解決手段】閉磁路鉄心Aに入力巻線AN1と出力巻線An1を巻回した変圧器と、閉磁路鉄心Bに入力巻線BN1と出力巻線Bn1を巻回した第2の変圧器と、前記閉磁路鉄心Aと閉磁路鉄心Bとにまたがって巻回した制御巻線Cとを有し、前記入力巻線AN1とBN1を直列に接続し、その接続した一端を交流電源ACの一端に、接続した他端を、リアクトルを介して交流電源ACの他端に接続し、制御巻線Cを、可変抵抗Rを介して直流電源DCに接続し、出力巻線An1とBn1を直列に接続し、その接続した両端間に負荷Zを接続する。交流電源ACの電圧は、リアクトルと変圧器の入力側巻線で分担され、制御巻線Cに流す直流電流量の増加にしたがい入力側巻線で分担する電圧は低下し、出力側端子間の電圧は低下する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、出力電圧を無段階で調整する電圧調整変圧器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、変圧器の出力電圧の調整は、変圧器の巻線に多くのタップを設け、このタップを切り替えることにより行われている。しかし、このようなタップの切替では出力電圧が段階的に変化し、タップ間の微小な電圧の調整ができず、また、タップの切替装置が大掛かりとなり、電圧調整変圧器が大型化するといった欠点がある。
【0003】
この欠点を解消する手段として、変圧兼可飽和リアクトルが考えられている。これは、日字型の閉磁路鉄心の中央の脚に、交流電源によって附勢される入力巻線を巻回し、両側の脚のそれぞれに出力巻線と制御巻線を巻回して構成されている。この構成で制御巻線に直流電流を流すとその直流電流の電流量に応じて閉磁路鉄心内に直流磁束が発生し、閉磁路鉄心の磁気飽和点に至る磁束量の変化が減少する。これにより入力巻線に印加される交流電圧に対して出力巻線に発生する電圧が低減され、制御巻線に流す直流電流量に応じて出力巻線に発生する電圧が変化するとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭47−21623号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上記の変圧兼可飽和リアクトルでは、出力電圧を無段階で調整でき、また、電圧切替のためのタップ切替装置を必要とせず、電圧調整変圧器として小型かつ簡素とすることができるものの、斯かる構成のみでは制御巻線に流す直流電流量に応じて出力巻線に発生する電圧が単純に変化せず、実用上使用することができないという課題がある。
【0006】
発明が解決しようとする課題は、電圧調整変圧器の構成を簡素にするとともに、負荷にかかわらず出力電圧を無段階で制御することができるようにし、斯かる課題を解消する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明は、閉磁路鉄心に入力巻線と出力巻線を巻回した第1の変圧器と、閉磁路鉄心に前記第1の変圧器の巻線と逆極性に巻回した入力巻線と出力巻線を巻回した第2の変圧器と、前記第1の変圧器の閉磁路鉄心と前記第2の変圧器の閉磁路鉄心とにまたがって巻回した制御巻線とを有し、前記第1および第2の変圧器の入力巻線を直列または並列に接続し、その接続した一端を交流電源の一端に、接続した他端を、リアクトルを介して前記交流電源の他端に接続し、前記制御巻線を可変力直流電源に接続し、前記第1および第2の変圧器の出力巻線を直列または並列に接続し、その接続した両端間に負荷を接続してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明は、入力巻線にリアクトルを挿入して交流電源に接続しているので、制御巻線に流れる直流電流を増加させれば、入力巻線に印加する電圧が低下し、出力巻線からの出力電圧も低下し、これにより出力電圧を無段階で制御することができる。また、制御巻線を備えた変圧器とこの変圧器に入力する電圧の一部を分担するリアクトルを設けるだけで電圧を切替えるタップ装置を必要とせず電圧調整変圧器の構成を簡素で小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施例1に係る電圧調整変圧器の結線図である。
【図2】図1に示す電圧調整変圧器の変圧部分の構成を示す側面図である。
【図3】本発明の実施例2に係る電圧調整変圧器の結線図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明においては、閉磁路鉄心に入力巻線と出力巻線を巻回した変圧器を、複数を用意し、各変圧器の閉磁路鉄心にまたがって制御巻線を巻回する。そして、各変圧器の巻線を適宜結線し、各変圧器の入力巻線を、リアクトルを介して電源に接続する。出力電圧の制御は、制御巻線に流す直流電流を変更することにより行うが、この直流電流をたとえば増加すると、リアクトルの電圧降下の働きにより入力巻線に印加する電圧が降下し、これにより出力電圧が降下する。すなわち、制御巻線に流す直流電流量に応じて出力電圧を変化させることができる。
【実施例1】
【0011】
本発明の実施例1に係る電圧調整変圧器について、図1および図2を参照して説明する。図1は、結線図、図2は変圧部分の側面図である。図2において、AおよびBは閉磁路鉄心、AN1は鉄心AにN回巻回された入力巻線、An1は鉄心Aにn回巻回された出力巻線、BN1は鉄心BにN回巻回された入力巻線、Bn1は鉄心Bにn回巻回された出力巻線、Cは制御巻線である。閉磁路鉄心Aに入力巻線AN1が巻回され、入力巻線AN1に重ねて出力巻線An1が巻回されて一つの変圧器が構成されている。また、閉磁路鉄心Bに入力巻線AN1とは逆極性とした入力巻線BN1が巻回され、入力巻線BN1に重ねて出力巻線An1とは逆極性とした出力巻線Bn1が巻回されて一つの変圧器が構成されている。そして、各変圧器を並列し閉磁路鉄心AとBとにまたがって制御巻線Cが巻回されている。具体的には、制御巻線Cは出力巻線An1と出力巻線Bn1に重ねて巻回されている。
【0012】
そして、図1に示すように、入力巻線AN1と入力巻線BN1を直列に接続し、その接続した一端Uを交流電源ACの一端に、接続した他端Vを、鉄心入りリアクトルL(空心リアクトルでもよい。)を介して交流電源ACの他端に接続し、制御巻線Cの一端c1を、可変抵抗R(サイリスタなどの電流制御素子でもよい。)を接続した直流電源DC、すなわち可変直流電源の一端に接続し、制御巻線Cの可変直流電源の他端に接続する。また、出力巻線An1と出力巻線Bn1を直列に接続し、その接続した一端vを負荷Zの一端に、接続した他端uを負荷Zの他端に接続する。なお、点は極性を示し、制御巻線Cには、入力巻線AN1と入力巻線BN1に印加した交流電圧に基づく誘導電圧は発生しない。
【0013】
以上のように構成した電圧調整変圧器は、U、V入力端子に交流電圧が印加されると巻数に応じた出力電圧が出力端子u、vに誘起され、変圧器として機能する。ここで交流電源ACの電圧をE(V)とすると、変圧器の入力側巻線に印加される電圧とリアクトルの端子間電圧のベクトル和はEに等しい。制御巻線Cの電流がゼロのときは、負荷電流Irとするとリアクトルに(n/N)Irの電流が流れる。そして、リアクトルのインダクタンスL(H)、周波数fとするとリアクトルの端子間電圧は、(2πfLIr)n/Nとなる。すなわち、変圧器の入力側端子電圧は、E−(2πfLn/N)Irとなる。したがって、出力電圧は{E−(2πfLn/N)Ir)}n/Nとなる。なお、E、Irはベクトルである。
【0014】
ここで、可変抵抗Rを操作して制御巻線Cに直流電流を流すと、アンペアターンに等しい電流Iが変圧器の入力側およびリアクトルLに流れる。(n/N)Ir+I=Iとすると、リアクトルLの端子間電圧は2πfLIとなり、変圧器の入力側端子間電圧はE−2πfLとなる。したがって出力電圧は(E−2πfLI)n/Nとなる。つまり、制御巻線Cに流す直流電流を増大すると変圧器の入力電圧が低下し、出力電圧も低下することとなる。
【0015】
いま、交流電源の電圧を120.0V(ボルト)、変圧器入力巻線を88T(ターン)、変圧器の出力巻線を22T(ターン)、制御巻線を44T(ターン)、リアクトル10mH(ヘンリ)、負荷(抵抗負荷)を0.4Ωとして制御巻線に流す電流を変化すると、次の表に示す結果が得られた。
【0016】
【表1】

【0017】
この表1から制御巻線に流す直流電流を10A(アンペア)以上に増加すると、その増加にしたがいリアクトルの端子間電圧は増加し、変圧器の入力側端子間電圧は減少し、変圧器の出側端子間電圧も減少することが分かる。すなわち、制御巻線に流す直流電流を変更することによって、その変更にしたがい出力電圧を無段階で変更することができる。
【実施例2】
【0018】
図1に示す実施例1では、入力巻線と出力巻線とを分離したいわゆる二巻変圧器を2個使用した場合であるが、図3に示す実施例2は、この変圧器として直列巻線と分路巻線を備えた単巻変圧器を2個使用した電圧調整変圧器の例である。図3において、AおよびBは閉磁路鉄心、AN2は直列巻線(入出力共通)N2と分路巻線(入力)n2とからなる鉄心Aに巻回された巻線、BN2は直列巻線(入出力共通)N2と分路巻線n2とからなり、巻線AN2とは逆極性として鉄心Bに巻回された巻線、Cは制御巻線で、鉄心AとBにまたがって巻回されている。この例では、巻線AN2および巻線BN2が入力巻線に相当し、各分路巻線n2が出力巻線に相当する。
【0019】
そして、図3に示すように、巻線AN2と巻線BN2を並列に接続し、その接続した一端Uを交流電源ACの一端に、接続した他端Vを、鉄心入りリアクトルL(空心リアクトルでもよい。)を介して交流電源ACの他端に接続し、制御巻線Cの一端c1を、可変抵抗R(サイリスタなどの電流制御素子でもよい。)を接続した直流電源DC、すなわち可変直流電源の一端に接続し、制御巻線Cの可変直流電源の他端に接続する。また、巻線AN2の直列巻線N2の端部と巻線BN2の直列巻線N2の端部とを接続し、その接続点と巻線AN2と巻線BN2を並列に接続した他端Vとの間に負荷Zが接続されている。電圧切替変圧器をこのように構成しても、実施例1と同様に、制御巻線に流す直流電流を変更することによって、その変更にしたがい出力電圧を無段階で変更することができる。
【符号の説明】
【0020】
AC 交流電源
A、B 閉磁路鉄心
AN1、BN1 入力巻線
An1、Bn1 出力巻線
C 制御巻線
DC 直流電源
L リアクトル
R 可変抵抗

【特許請求の範囲】
【請求項1】
閉磁路鉄心に入力巻線と出力巻線を巻回した第1の変圧器と、閉磁路鉄心に前記第1の変圧器の巻線と逆極性に巻回した入力巻線と出力巻線を巻回した第2の変圧器と、前記第1の変圧器の閉磁路鉄心と前記第2の変圧器の閉磁路鉄心とにまたがって巻回した制御巻線とを有し、前記第1および第2の変圧器の入力巻線を直列または並列に接続し、その接続した一端を交流電源の一端に、接続した他端を、リアクタンスを介して前記交流電源の他端に接続し、前記制御巻線を可変直流電源に接続し、前記第1および第2の変圧器の出力巻線を直列または並列に接続し、その接続した両端間に負荷を接続してなることを特徴とする電圧調整変圧器。
【請求項2】
前記第1の変圧器と第2の変圧器が直列巻線と分路巻線を備えた単巻変圧器であることを特徴とする請求項1に記載の電圧調整変圧器。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate


【公開番号】特開2010−182905(P2010−182905A)
【公開日】平成22年8月19日(2010.8.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−25588(P2009−25588)
【出願日】平成21年2月6日(2009.2.6)
【出願人】(000110158)トクデン株式会社 (91)