(57)【要約】【課題】より広い調整範囲に亘って位相角を調整することができる位相調整器付単巻変圧器を提供すること。【解決手段】実施形態の位相調整器付単巻変圧器は、直列巻線と、分路巻線と、位相調整タップ巻線と、励磁巻線とを持つ。前記直列巻線は、第１端子に第１電圧の交流が印加され、前記第１電圧の交流を前記第１電圧よりも低い第２電圧の交流に変換する。前記分路巻線は、前記直列巻線の第２端子側に自身の第１端子が接続されると共に、自身の各相の第２端子が互いに接続される。前記位相調整タップ巻線は、自身の第１端子に前記第２電圧の交流が入力され、自身の第２端子が前記直列巻線の第２端子と接続され、前記第１電圧の交流と前記第２電圧の交流とのうち少なくとも１つの位相を調整する。前記励磁巻線は、前記位相調整タップ巻線を励磁する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子に第１電圧の交流が印加され、前記第１電圧の交流を前記第１電圧よりも低い第２電圧の交流に変換する直列巻線と、
前記直列巻線の第２端子側に自身の第１端子が接続されると共に、自身の各相の第２端子が互いに接続された分路巻線と、
自身の第１端子に前記第２電圧の交流が入力され、自身の第２端子が前記直列巻線の第２端子と接続され、前記第１電圧の交流と前記第２電圧の交流とのうち少なくとも１つの位相を調整する位相調整タップ巻線と、
前記位相調整タップ巻線を励磁する励磁巻線と、
を備える位相調整器付単巻変圧器。
【請求項２】
前記位相調整タップ巻線のタップを制御する制御部
を更に備える請求項１に記載の位相調整器付単巻変圧器。
【請求項３】
前記位相調整タップ巻線の第２端子と、前記分路巻線の第１端子とが互いに接続される、
請求項１又は２に記載の位相調整器付単巻変圧器。
【請求項４】
前記直列巻線の第２端子と、前記位相調整タップ巻線の第１端子と、前記分路巻線の第１端子とが互いに接続される、
請求項１又は２に記載の位相調整器付単巻変圧器。
【請求項５】
前記直列巻線および前記分路巻線と逆極性で磁気結合する巻線であり、相間でデルタ結線された三次巻線を更に備え、
前記励磁巻線は、スター結線され、前記三次巻線と磁気結合する、
請求項１から４のいずれかに記載の位相調整器付単巻変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、位相調整器付単巻変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源端と需要端の間を連系する電力系統は、２つ以上の異なるルートを持ち、かつ並列に接続された送電線路で構成されることがある。このとき各送電線に流れる潮流（電流の大きさと方向）は、電圧の位相差を変化させることで、制御することができる。ところで、一次側および二次側が共に有効接地系統に接続される変圧器は、小型軽量化の観点から単巻変圧器が用いられる場合がある。従来、電圧の位相差を調整する位相調整器（例えば、位相調整タップ巻線）と、電圧を変圧する単巻変圧器とが一体に構成された位相調整器付単巻変圧器に関する技術が知られている。
【０００３】
過去に位相調整器付単巻変圧器として発明された構造では、単巻変圧器の分路巻線の中性点側に、直列に位相調整タップ巻線が接続される。このため、過去に位相調整器付単巻変圧器として発明された構造では、単巻変圧器の直列巻線に印加する電圧と、分路巻線に印加する電圧とのうち、一方の電圧について位相調整タップ巻線によって位相を調整すると、他方の電圧の位相も変化してしまう。また、位相の調整に伴い、単巻変圧器の直列巻線に印加する電圧と、分路巻線に印加する電圧の比率（変圧比）が変化するため、変圧比を所定の値にするためには、電圧タップ巻線によって電圧を調整（例えば、増幅、又は減衰）させることが求められる。ただし、電圧タップ巻線によって調整できる電圧の範囲は限られるため、過去に位相調整器付単巻変圧器として発明された構造では、直列巻線変圧前の電圧と分路巻線に印加する電圧との変圧比が大きく変わらないような範囲でしか位相角を調整することができない、つまり、位相角の調整範囲を広くとることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１０６０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、より広い調整範囲に亘って位相角を調整することができる位相調整器付単巻変圧器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の位相調整器付単巻変圧器は、直列巻線と、分路巻線と、位相調整タップ巻線と、励磁巻線とを持つ。前記直列巻線は、第１端子に第１電圧の交流が印加され、前記第１電圧の交流を前記第１電圧よりも低い第２電圧の交流に変換する。前記分路巻線は、前記直列巻線の第２端子側に自身の第１端子が接続されると共に、自身の各相の第２端子が互いに接続される。前記位相調整タップ巻線は、自身の第１端子に前記第２電圧の交流が入力され、自身の第２端子が前記直列巻線の第２端子と接続され、前記第１電圧の交流と前記第２電圧の交流との位相差を調整する。前記励磁巻線は、前記位相調整タップ巻線が巻かれた鉄心を励磁する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の位相調整器付単巻変圧器１の構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示される位相調整器付単巻変圧器１の相毎の接続関係の一例を示す図である。
【図３】実施形態の位相調整器２０による位相調整の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の位相調整器付単巻変圧器を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（実施形態）
［位相調整器付単巻変圧器１の構成］
図１は、実施形態の位相調整器付単巻変圧器１の構成の一例を示す図である。図１に示される通り、位相調整器付単巻変圧器１は、単巻変圧器１０と、位相調整器２０とを備える。本実施形態の単巻変圧器１０は、三相の高圧交流電圧を三相の低圧交流電圧に変圧し、或いは三相の低圧交流電圧を三相の高圧交流電圧に変圧する変圧器である。
【００１０】
以降の説明において、高圧交流電圧の第１相をＵ相と称し、第２相をＶ相と称し、第３相をＷ相と記載する。また、低圧交流電圧の第１相をｕ相と称し、第２相をｖ相と称し、第３相をｗ相と称する。また、ｕ相およびＵ相に係る構成には、符号の末尾に「ｕ」を付し、ｖ相およびＶ相に係る構成には、符号の末尾に「ｖ」を付し、ｗ相およびＷ相に係る構成には、符号の末尾に「ｗ」を付し、いずれの相の構成であるかを特に区別しない場合には、「ｕ」、「ｖ」、或いは「ｗ」の符号を省略する。
【００１１】
単巻変圧器１０は、例えば、交流の相毎に同様の構成を有する。具体的には、単巻変圧器１０は、Ｕ相に係る構成として、一次端子ｔｍＨｕと、二次端子ｔｍＬｕと、主巻線１２ｕと、鉄心ＩＲ１ｕ（不図示）とを備える。主巻線１２ｕは、直列巻線１２２ｕと、分路巻線１２４ｕとを含む。単巻変圧器１０は、Ｖ相に係る構成として、一次端子ｔｍＨｖと、二次端子ｔｍＬｖと、主巻線１２ｖと、鉄心ＩＲ１ｖ（不図示）とを備える。主巻線１２ｖは、直列巻線１２２ｖと、分路巻線１２４ｖとを含む。単巻変圧器１０は、Ｗ相に係る構成として、一次端子ｔｍＨｗと、二次端子ｔｍＬｗと、主巻線１２ｗと、主巻線１２ｗが巻き付けられる鉄心ＩＲ１ｗ（不図示）とを備える。主巻線１２ｗは、直列巻線１２２ｗと、分路巻線１２４ｗとを含む。また、単巻変圧器１０は、三次巻線１６を備える。一次端子ｔｍＨの電圧は、二次端子ｔｍＬの電圧よりも高い電圧である。
【００１２】
各電圧調整タップ巻線１４は、一端が互いに接続され、接地される。以降の説明において、電圧調整タップ巻線１４の一端が接続される箇所を、中性点Ｃ１と称する。
【００１３】
位相調整器２０は、例えば、単巻変圧器１０が変圧する交流の相毎に同様の構成を有する。具体的には、位相調整器２０は、Ｕ相に係る構成として、位相調整タップ巻線２２ｕと、位相調整タップ巻線２２ｕを励磁する励磁巻線２４ｕと、位相調整タップ巻線２２ｕと励磁巻線２４ｕとが巻き付けられる鉄心ＩＲ２ｕ（不図示）とを備える。位相調整器２０は、Ｖ相に係る構成として、位相調整タップ巻線２２ｖと、位相調整タップ巻線２２ｖを励磁する励磁巻線２４ｖと、位相調整タップ巻線２２ｖと励磁巻線２４ｖとが巻き付けられる鉄心ＩＲ２ｖ（不図示）とを備える。位相調整器２０は、Ｗ相に係る構成として、位相調整タップ巻線２２ｗと、位相調整タップ巻線２２ｗを励磁する励磁巻線２４ｗと、位相調整タップ巻線２２ｗと励磁巻線２４ｗとが巻き付けられる鉄心ＩＲ２ｗ（不図示）とを備える。また、位相調整器２０は、安定巻線２６を備える。
【００１４】
各励磁巻線２４は、一端が互いに接続される。以降の説明において、励磁巻線２４の一端が接続される箇所を、中性点Ｃ２と称する。
【００１５】
［位相調整器付単巻変圧器１の接続関係］
以下、図２を参照し、相毎の接続関係について説明する。図２は、図１に示される位相調整器付単巻変圧器１の相毎の接続関係の一例を示す図である。図２に示される通り、位相調整器付単巻変圧器１は、直列巻線１２２と、分路巻線１２４と、電圧調整タップ巻線１４と、三次巻線１６と、位相調整タップ巻線２２と、励磁巻線２４と、安定巻線２６とは、第１端子ｔｍ１と、第２端子ｔｍ２とを相ごとに備える。なお、電圧調整タップ巻線１４の第１端子ｔｍ１および第２端子ｔｍ２は、電圧調整タップ巻線１４が備えるタップ切換器の接点であり、位相調整タップ巻線２２の第１端子ｔｍ１および第２端子ｔｍ２は、位相調整タップ巻線２２が備えるタップ切換器の接点である。
【００１６】
単巻変圧器１０の各相の巻線は、鉄心ＩＲ１を軸とし、鉄心ＩＲ１の径方向に、鉄心ＩＲ１に近い順から、電圧調整タップ巻線１４、三次巻線１６、分路巻線１２４、直列巻線１２２の順に巻き付けられる。位相調整器２０の各相の巻線は、鉄心ＩＲ２を軸とし、鉄心ＩＲ２の径方向に、鉄心ＩＲ２に近い順から、安定巻線２６、励磁巻線２４、位相調整タップ巻線２２の順に巻き付けられる。なお、これらの鉄心と巻線との構成は、一例であって、これに限られない。
【００１７】
上述した順序によって各巻線が鉄心ＩＲに巻き付けられることにより、対応する相の主巻線１２と位相調整タップ巻線２２とが、それぞれ一次側、二次側として機能する。
【００１８】
直列巻線１２２の第１端子ｔｍ１には一次端子ｔｍＨが接続され、第２端子ｔｍ２には位相調整タップ巻線２２の第１端子ｔｍ１が接続される。位相調整タップ巻線２２の第２端子ｔｍ２には、二次端子ｔｍＬと、分路巻線１２４の第１端子ｔｍ１とが接続される。分路巻線１２４の第２端子ｔｍ２には、電圧調整タップ巻線１４の第１端子ｔｍ１が接続される。上述したように、電圧調整タップ巻線１４の一端（図示する第２端子ｔｍ２）は、中性点Ｃ１に接続される。
【００１９】
三次巻線１６の第１端子ｔｍ１は、励磁巻線２４の第１端子ｔｍ１にそれぞれ接続され、第２端子ｔｍ２は、他の相の三次巻線１６の第２端子ｔｍ２に接続される。図１に示される通り、各三次巻線１６は、第１端子ｔｍ１が他の相の三次巻線１６の第２端子ｔｍ２にそれぞれ接続され、デルタ結線される。また、図１に示される通り、各励磁巻線２４の第２端子ｔｍ２は、中性点Ｃ２において互いに接続されることにより、スター結線される。また、デルタ結線される三次巻線１６と、スター結線される励磁巻線２４とは、デルタ・スター（Δ・Ｙ）接続される。
【００２０】
安定巻線２６は、第１端子ｔｍ１が他の相の安定巻線２６の第２端子ｔｍ２にそれぞれ接続され、デルタ結線される。デルタ結線された安定巻線２６は、例えば、接地されてもよい。
【００２１】
［位相調整器付単巻変圧器１が備える各部の機能］
以下、上述したように接続される場合の各部の機能について説明する。主巻線１２は、直列巻線１２２と、分路巻線１２４との巻線比によって、主巻線１２に印加される電圧を変圧する。具体的には、単巻変圧器１０の一次端子ｔｍＨに印加される電圧は、直列巻線１２２と、分路巻線１２４との巻線比に応じて変圧され、変圧された電圧が二次端子ｔｍＬに生じる。また、単巻変圧器１０の二次端子ｔｍＬに印加される電圧は、直列巻線１２２と、直列巻線１２２との巻線比に応じて変圧され、変圧された電圧が一次端子ｔｍＨに生じる。以降の説明において、一次端子ｔｍＨに印加される電圧（つまり、直列巻線１２２の第１端子ｔｍ１と、中性点Ｃ１との間に生じる電圧）を「第１電圧Ｖ１」と称する。また、二次端子ｔｍＬに印加される電圧（つまり、位相調整タップ巻線２２の第２端子ｔｍ２および分路巻線１２４の第１端子ｔｍ１と、中性点Ｃ１との間に生じる電圧）を「第２電圧Ｖ２」と称する。
【００２２】
電圧調整タップ巻線１４は、位相調整器２０によって位相が調整された後の当該電圧を調整（例えば、増幅、又は減衰）する。
【００２３】
三次巻線１６は、上述したように、デルタ結線されており、スター結線される励磁巻線２４と、デルタ・スター接続される。また、位相調整タップ巻線２２と、励磁巻線２４とが有する巻線の中で、巻線２２ｕおよび巻線２４ｗと、巻線２２ｖおよび巻線２４ｕと、巻線２２ｗおよび巻線２４ｖとが、鉄心ＩＲ２が有する脚の中で同一の脚に巻かれる（つまり、巻線２２ｕおよび巻線２４ｗと、巻線２２ｖおよび巻線２４ｕと、巻線２２ｗおよび巻線２４ｖとの位相は、等しくなる）。この接続により、位相調整タップ巻線２２は、単巻変圧器１０に対し、電圧波形の位相を９０［度］異ならせることができる。
【００２４】
位相調整タップ巻線２２は、励磁巻線２４によって励磁されることにより、位相調整タップ巻線２２自身の第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に電圧を生じさせる。位相調整タップ巻線２２は、例えば、不図示の制御装置によってタップ位置を調整（変更）されることにより、第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間の電圧の大きさが調整される。位相調整タップ巻線２２と単巻変圧器１０の電圧波形の位相は９０［度］異なるため、第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間の電圧の大きさを調整することで、単巻変圧器１０の電圧位相を調整することができる。以降の説明において、位相調整タップ巻線２２の第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に生じる電圧を、「第３電圧Ｖ３」と称する。
【００２５】
安定巻線２６は、位相調整器付単巻変圧器１の励磁巻線２４の励磁特性の非線形性に起因する高調波が、位相調整器付単巻変圧器１に印加される三相交流電圧に影響するのを抑制する。
【００２６】
制御装置は、調整すべき電圧波形の位相角を算出する。制御装置は、算出した位相角に基づいて位相調整タップ巻線２２のタップ位置を調整し、位相調整タップ巻線２２自身の第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に９０［度］進み、または９０［度］遅れの電圧を生じさせる。
【００２７】
［位相調整器付単巻変圧器１の位相調整］
図３は、実施形態の位相調整器２０による位相調整の一例を模式的に示す図である。図３に示されるベクトルＶｔ１は、第１電圧Ｖ１の大きさと位相とを示し、ベクトルＶｔ２は、第２電圧Ｖ２の大きさと位相とを示し、ベクトルＶｔ３は、第３電圧Ｖ３の大きさと位相を示し、変換ベクトルＶｔｔ１は、位相調整タップ巻線２２による位相調整後の第１電圧Ｖ１の大きさと位相とを示す。
【００２８】
図３に示される通り、第１電圧Ｖ１は、３０３．１［ｋＶ］（つまり、線間電圧５２５［ｋＶ］）であり、第２電圧Ｖ２は、１５８．８［ｋＶ］（つまり、線間電圧２７５［ｋＶ］）である。また、上述したように、直列巻線１２２と分路巻線１２４とは、主巻線１２として鉄心ＩＲ１に巻き付けられているため、位相調整タップ巻線２２によって位相調整を行われていない場合、その位相差は０［度］である。したがって、ベクトルＶｔ１とベクトルＶｔ２との向きは、一致する。
【００２９】
本実施形態における位相調整器付単巻変圧器１の接続関係では、位相調整タップ巻線２２の第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に電圧が生じることによって、位相調整タップ巻線２２の第２端子ｔｍ２側に対して第１端子ｔｍ１側の電位が変化する。したがって、位相調整タップ巻線２２の第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に電圧が生じることによって、第１電圧Ｖ１の位相が変化し、第２電圧Ｖ２の位相が変化しない。
【００３０】
図３に示される一例において、制御装置は、第１電圧Ｖ１の位相を１０［度］調整することに伴い、位相調整タップ巻線２２の第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に９０［度］進み位相の９２．６／√３［ｋＶ］の電圧を生じさせる。位相調整タップ巻線２２によって位相が調整された後の第１電圧Ｖ１（つまり、変換ベクトルＶｔｔ１）の大きさは、ベクトルＶｔ１とベクトルＶｔ３とを合成した５３３．１／√３［ｋＶ］であり、変換ベクトルＶｔｔ１と、ベクトルＶｔ１との位相差は、１０［度］である。なお、これら電圧値および位相差は一例であって、これに限られない。
【００３１】
上述したように、第１電圧Ｖ１の位相が調整された場合、ベクトルＶｔ１の大きさ（つまり、第１電圧Ｖ１の大きさ）が変換ベクトルＶｔｔ１の大きさに変化する。電圧調整タップ巻線１４は、例えば、制御装置によってタップ位置が調整（変更）されることにより、第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に挿入される巻線の巻回数が調整される。これにより、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との変圧比が直列巻線１２２と分路巻線１２４との巻線比に応じた変圧比と一致するように、第１電圧Ｖ１、および第２電圧Ｖ２が調整（この一例では、減衰）される。制御装置は、電圧調整タップ巻線１４のタップ位置を調整し、挿入する巻回数を調整することで、電圧調整タップ巻線１４自身の第１端子ｔｍ１と第２端子ｔｍ２との間に電位差を生じさせる。
【００３２】
なお、電圧調整タップ巻線１４のタップ位置の調整は、位相調整タップ巻線２２のタップ位置を調整する制御装置が行ってもよく、他の制御装置が行ってもよい。
【００３３】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の位相調整器付単巻変圧器１は、直列巻線１２２と、分路巻線１２４と、位相調整タップ巻線２２と、励磁巻線２４とを持つ。直列巻線１２２は、第１端子ｔｍ１に第１電圧Ｖ１の交流が印加され、第１電圧Ｖ１の交流を第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２の交流に変換する。直列巻線１２２の第１端子ｔｍ１には、一次端子ｔｍＨが接続され、第２端子ｔｍ２には、位相調整タップ巻線２２の第１端子ｔｍ１が接続される。位相調整タップ巻線２２の第２端子ｔｍ２には、二次端子ｔｍＬと、分路巻線１２４の第１端子ｔｍ１とが接続される。分路巻線１２４の第２端子ｔｍ２には、電圧調整タップ巻線１４の第１端子ｔｍ１が接続される。電圧調整タップ巻線１４の一端は、中性点Ｃ１に接続される。位相調整タップ巻線２２は、自身の第１端子ｔｍ１に第２電圧Ｖ２の交流が入力され、自身の第２端子ｔｍ２が直列巻線１２２の第２端子ｔｍ２と接続され、第１電圧Ｖ１の交流と第２電圧Ｖ２の交流とのうち少なくとも１つの位相を調整し、励磁巻線２４は、位相調整タップ巻線２２を励磁する。また、本実施形態の位相調整器付単巻変圧器１は、位相調整タップ巻線２２の第２端子ｔｍ２と、分路巻線１２４の第１端子ｔｍ１とが接続される。また、本実施形態の位相調整器付単巻変圧器１は、三次巻線１６を更に備える。三次巻線１６は、直列巻線１２２と、分路巻線１２４と磁気結合する巻線であり、デルタ結線される。この場合、励磁巻線２４は、スター結線され、三次巻線１６と相毎に接続する。
【００３４】
これにより、本実施形態の位相調整器付単巻変圧器１は、位相調整タップ巻線２２によって第１電圧Ｖ１の位相のみが調整され、第２電圧Ｖ２の位相に影響を及ぼさないため、過去に位相調整器付単巻変圧器として発明された構造より広い調整範囲に亘って位相角を調整することができる。また、本実施形態の位相調整器付単巻変圧器１において、位相調整タップ巻線２２には、直列巻線１２２に流れる電流のみが流れるため、位相調整タップ巻線２２が備えるタップの電流容量を小さくすることができる。
【００３５】
また、本実施形態の位相調整器付単巻変圧器１は、三次巻線１６を位相調整器２０の電源として使用することで、別途励磁用巻線を備える必要がなく、且つ三次巻線１６と励磁巻線２４とをデルタ・スター接続することにより、簡易な構成によって第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２と、第３電圧Ｖ３との位相差を９０度にすることができる。また、本実施形態の位相調整器付単巻変圧器１の接続関係において、電圧調整タップ巻線１４を中性点Ｃ１と分路巻線１２４との間に備えることにより、電圧調整タップ巻線１４のタップに印加される電圧を低圧にすることができるため、タップの絶縁構成を簡易にすることができる。
【００３６】
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１、１ａ…位相調整器付単巻変圧器、１０…単巻変圧器、１２、１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ…主巻線、１４…電圧調整タップ巻線、１６…三次巻線、２０…位相調整器、２２、２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ…位相調整タップ巻線、２４、２４ｕ、２４ｖ、２４ｗ…励磁巻線、２６…安定巻線、１２２、１２２ｕ、１２２ｖ、１２２ｗ…直列巻線、１２４、１２４ｕ、１２４ｖ、１２４ｗ…分路巻線、Ｃ１、Ｃ２…中性点、ＩＲ、ＩＲ１、ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｖ、ＩＲ１ｗ、ＩＲ２、ＩＲ２ｕ、ＩＲ２ｖ、ＩＲ２ｗ…鉄心、ｔｍＨ、ｔｍＨｕ、ｔｍＨｖ、ｔｍＨｗ…一次端子、ｔｍＬ、ｔｍＬｕ、ｔｍＬｖ、ｔｍＬｗ…二次端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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