(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、前記鉄心を両側から押さえる押さえフレームと、前記鉄心に巻回された巻線とからなる変圧器の直流偏磁状態を検出する直流偏磁検出装置において、
前記鉄心と当接する当接面に溝を設けた磁性材料よりなる前記押さえフレームに、前記当接面側では前記溝に位置するようコイル導体を巻回して形成したサーチコイルと、
前記サーチコイルに誘起される電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器の検出出力に基づき前記サーチコイルに鎖交する漏れ磁束を演算する漏れ磁束演算手段と、
前記漏れ磁束演算手段の演算出力に基づき前記変圧器の偏磁状態を演算し、変圧器の直流偏磁状態の検出信号として出力する偏磁状態演算手段とを備えた
ことを特徴とする変圧器の直流偏磁検出装置。
【請求項２】
鉄心と、前記鉄心を両側から押さえる押さえフレームと、前記鉄心に巻回された巻線とからなる変圧器の直流偏磁状態を検出する直流偏磁検出装置において、
磁性材料よりなる前記押さえフレームをスペーサを介して前記鉄心に当接させ、前記スペーサの前記鉄心と当接する当接面に溝を設け、前記当接面側では前記溝に位置するようコイル導体を前記スペーサおよび前記押さえフレームを含めて巻回して形成されたサーチコイルと、
前記サーチコイルに誘起される電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器の検出出力に基づき前記サーチコイルに鎖交する漏れ磁束を演算する漏れ磁束演算手段と、
前記漏れ磁束演算手段の演算出力に基づき前記変圧器の偏磁状態を演算し、変圧器の直流偏磁状態の検出信号として出力する偏磁状態演算手段とを備えた
ことを特徴とする変圧器の直流偏磁検出装置。
【請求項３】
前記押さえフレームには、スリットが形成された
ことを特徴とする請求項１または２に記載の変圧器の直流偏磁検出装置。
【請求項４】
前記押さえフレームの表面に高透磁率材料よりなる磁気シールドを設けた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の変圧器の直流偏磁検出装置。
【請求項５】
前記コイル導体は前記磁気シールドも含めて巻回した
ことを特徴とする請求項４に記載の変圧器の直流偏磁検出装置。
【請求項６】
鉄心と、前記鉄心に巻回された巻線とからなる変圧器と、この変圧器を励磁するインバータとを備えた電力変換システムにおける変圧器の直流偏磁抑制方法であって、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の変圧器の直流偏磁検出装置により検出された直流偏磁状態における直流偏磁の量及び極性に基づいて前記変圧器の直流偏磁が抑制されるように前記インバータの出力電圧を制御する
ことを特徴とする変圧器の直流偏磁抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器の直流偏磁検出装置および直流偏磁抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力変換システムにおける変圧器に対する交流による励磁では、交流電圧に直流成分が含まれていると、変圧器に直流成分を含んだ励磁電流が流れることになり、変圧器における鉄心の磁束波形が正側と負側とで非対称になる直流偏磁現象が起こる。この直流偏磁現象が生じると、鉄心における正負いずれかの最大磁束密度が飽和領域に達し、過大な励磁電流が発生してしまうことがある。そして、このような過大な励磁電流により、電力変換システムの構成機器に悪影響をもたらす熱が発生すること、鉄心の騒音が発生すること、保護装置が作動して電力変換システムが停止してしまうこと、などの問題がある。
【０００３】
電力変換システムにおける変圧器の直流偏磁現象に起因する上述の問題に関し、インバータにより励磁される変圧器の直流偏磁抑制方法として、変圧器の一次電流と二次電流との差分から励磁電流を出力することで直流偏磁状態を検出するとともに、検出した励磁電流の直流分に応じてインバータの出力電圧を制御することにより、変圧器の直流偏磁を抑制する方法が、例えば特許文献１に示されている。
【０００４】
図１０は、上述のようなインバータにより励磁される変圧器の直流偏磁抑制方法が適用された従来の電力変換システムの構成例を示す図である。図１０において、１０１は交流線路である交流電力系統、１０２はＧＴＯサイリスタ、ＧＣＴサイリスタ、ＩＧＢＴ、トランジスタ等の自己消弧可能な半導体素子から構成され、ゲート駆動信号に基づいて交直変換可能な自励式変換器、１０３は交流電力系統１０１と自励式変換器１０２とを接続する変圧器、１０４は自励式変換器１０２に直流電圧を供給する直流電圧源、１０５Ａ、１０５Ｂは変圧器１０３の巻線に流れる電流を検出する電流検出器、１０６は電流検出器１０５Ａと１０５Ｂとの出力同士の差分をとる減算器、１０７は減算器１０６の出力から直流成分を検出する直流成分検出器、１０８は交流電力系統１０１の電圧を検出する電圧検出器、１０９は交流電力系統１０１の設定電圧を与える電圧基準、１１０は交流電力系統１０１の電圧と電圧基準１０９との偏差に応じて自励式変換器１０２の電流指令を作成する系統電圧制御手段、１１１は系統電圧制御手段１１０の出力する電流指令と電流検出器１０５Ａからの出力との偏差に応じて自励式変換器１０２の出力電圧指令を作成する電流制御手段、１１２は直流成分検出器１０７の出力と電流制御手段１１１の出力とを加算する加算器、１１３は加算器１１２の出力に従って自励式変換器１０２の自己消弧型素子の点弧タイミングを決めゲートパルス信号を作成するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路、１１４はパルス幅変調制御回路１１３の出力を増幅して自励式変換器１０２にゲート駆動信号を与えるゲートパルス増幅回路、１１５は入力値が一定以上または一定以下の場合のみ出力する不感帯手段である。
【０００５】
そして、図１０の電力変換システムでは、変圧器１０３の一次電流と二次電流との差分から励磁電流の直流成分を検出することにより直流偏磁状態を検出するとともに、検出した励磁電流の直流成分に応じて自励式変換器１０２の出力電圧を制御することによって、変圧器１０３の直流偏磁を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６０１３２号公報
【特許文献２】特開２０００−５０６４２号公報
【特許文献３】特開平２−２２９４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０の電力変換システムに適用されている変圧器の直流偏磁抑制方法では、変圧器の一次電流と二次電流との差分から励磁電流の直流成分を検出することにより直流偏磁状態を検出するものであって、一次電流および二次電流に対応する各電流検出器からの各検出信号を基にして更に減算器によって差分を得ることにより励磁電流を求める方式であることにより、直流偏磁状態を検出する上での誤差要因が多いため、特に励磁電流が小さい場合には電流検出器の精度との関係もあって、直流偏磁状態を精度良く検出できないという精度上の問題がある。また、図１０の電力変換システムにおける直流偏磁検出方式では、変圧器の一次電流および二次電流を検出するための電流検出機器が必要となるため、コストが増大する問題もある。
【０００８】
一方、変圧器の直流偏磁状態を検出する方式としては、例えば特許文献２〜３に示されているような、変圧器の鉄心の近傍にサーチコイルを配設し、鉄心の漏れ磁束によりサーチコイルに誘起される電圧を検出することにより直流偏磁状態を検出する方式も知られている。このようなサーチコイルを用いる方式では、変圧器の直流偏磁時に大きく変化する鉄心の漏れ磁束をサーチコイルという単一の検出手段で直接的に検出するので、変圧器の一次電流と二次電流との差分から励磁電流の直流成分を検出する図１０の方式と比べて直流偏磁状態を検出する上での誤差要因が少ないため、図１０の方式におけるような精度上の問題はなく、また、直流偏磁検出のための構成要素として電流検出機器を設ける必要もない。
【０００９】
しかしながら、サーチコイルを用いる方式では、直流偏磁検出のための構成要素としてサーチコイルを設ける必要があり、サーチコイルのコストが問題となる。
また、サーチコイルを用いる方式では、サーチコイルの配設箇所によっては、変圧器の大形化の要因となる場合もある。
【００１０】
そこで、本発明は、低コストであるとともに変圧器の大形化の要因となることもなく、かつ、直流偏磁状態を精度良く検出できる変圧器の直流偏磁検出装置、及び、この直流偏磁検出装置を用いた変圧器の直流偏磁抑制方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、変圧器の直流偏磁検出装置として、鉄心と、前記鉄心を両側から押さえる押さえフレームと、前記鉄心に巻回された巻線とからなる変圧器の直流偏磁状態を検出する直流偏磁検出装置において、前記鉄心と当接する当接面に溝を設けた磁性材料よりなる前記押さえフレームに、前記当接面側では前記溝に位置するようコイル導体を巻回して形成したサーチコイルと、前記サーチコイルに誘起される電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出出力に基づき前記サーチコイルに鎖交する漏れ磁束を演算する漏れ磁束演算手段と、前記漏れ磁束演算手段の演算出力に基づき前記変圧器の偏磁状態を演算し、変圧器の直流偏磁状態の検出信号として出力する偏磁状態演算手段とを備えた構成とする（請求項１の発明）。
【００１２】
上記請求項１の発明では、サーチコイルを用いて変圧器の直流偏磁時に大きく変化する漏れ磁束を直接的に検出することにより直流偏磁を検出する方式としているので、変圧器の一次電流と二次電流との差分から励磁電流の直流成分を検出することにより直流偏磁状態を検出する方式におけるような精度上の問題がなく、直流偏磁状態を精度良く検出することができる。
【００１３】
さらに、上記請求項１の発明では、磁性材料よりなる押さえフレームにコイル導体を巻回してサーチコイルを形成しているので、サーチコイルの磁心透磁率は大きく、これによりサーチコイルの検出感度は高くなるため、より高い精度で直流偏磁状態を検出できるようになる。
【００１４】
さらに、上記請求項１の発明では、変圧器における鉄心の押さえのために設けられている押さえフレームにコイル導体を巻回するだけでサーチコイルが形成されるので、漏れ磁束検出のために必要な部品はコイル導体のみであるため、直流偏磁検出装置のコストを抑えることができる。
【００１５】
さらに、上記請求項１の発明では、変圧器における鉄心の押さえのために設けられている押さえフレーム自体にサーチコイルが巻装されるので、鉄心および巻線からなる変圧器本体部分に対する別の構造物の付加が不要であるため、変圧器の大形化の要因となることはなく、この点でも好適である。また、押さえフレームの鉄心と当接する側の面に前記コイル導体用の溝を設けることで、押さえフレームで鉄心を締め付けた状態においてサーチコイルを形成するコイル導体の絶縁被覆が損傷しないようにすることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、変圧器の直流偏磁検出装置として、磁性材料よりなる前記押さえフレームをスペーサを介して前記鉄心に当接させ、前記スペーサの前記鉄心と当接する当接面に溝を設け、前記当接面側では前記溝に位置するようコイル導体を前記スペーサおよび前記押さえフレームを含めて巻回して形成されたサーチコイルと、前記サーチコイルに誘起される電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出出力に基づき前記サーチコイルに鎖交する漏れ磁束を演算する漏れ磁束演算手段と、前記漏れ磁束演算手段の演算出力に基づき前記変圧器の偏磁状態を演算し、変圧器の直流偏磁状態の検出信号として出力する偏磁状態演算手段とを備えたことを特徴とする（請求項２の発明）。
【００１７】
上記請求項２の発明でも、押さえフレームで鉄心を締め付けた状態においてサーチコイルを形成するコイル導体の絶縁被覆が損傷しないようにすることができる。さらに、押さえフレーム自体にはコイル導体用の溝を設ける必要がないため、変圧器における既存の押さえフレームをそのまま用いてサーチコイルを形成することができる。
【００１８】
また、上記請求項１または２に記載の変圧器の直流偏磁検出装置において、前記押さえフレームには、スリットが形成された構成とすることができる（請求項３の発明）。
上記請求項３の発明では、押さえフレームがスリットにより分割された構造となるので、巻線から押さえフレームに入り込む漏れ磁束による漂遊損（漏れ磁束による渦電流によ
って発生するジュール熱損失）を小さく抑えることができる。

【００１９】
また、上記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の変圧器の直流偏磁検出装置において、前記押さえフレームの表面に高透磁率材料よりなる磁気シールドを設けた構成とすることができる（請求項４の発明）。
【００２０】
上記請求項４の発明では、高透磁率材料よりなる磁気シールドによって、巻線から押さえフレームに入り込む漏れ磁束の量が抑制され、漏れ磁束による漂遊損（漏れ磁束による渦電流によって発生するジュール熱損失）を小さく抑えることができる。
【００２１】
また、上記請求項４に記載の変圧器の直流偏磁検出装置において、前記コイル導体は前記磁気シールドも含めて巻回した構成とすることができる（請求項５の発明）。
【００２２】
上記請求項５の発明では、サーチコイルのコイル導体を磁気シールドも含めて巻回しているので、磁気シールドにより損失低減を行うとともに、磁気シールドによって偏磁検出量（漏れ磁束の検出量）が変わらないようにして直流偏磁状態を精度良く検出することができる。
【００２３】
次に、変圧器の直流偏磁抑制方法として、鉄心と、前記鉄心に巻回された巻線とからなる変圧器と、この変圧器を励磁するインバータとを備えた電力変換システムにおける変圧器の直流偏磁抑制方法であって、上記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の変圧器の直流偏磁検出装置により検出された直流偏磁状態における直流偏磁の量及び極性に基づいて前記変圧器の直流偏磁が抑制されるように前記インバータの出力電圧を制御する構成とする（請求項６の発明）。
【００２４】
上記請求項６の発明では、上記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の変圧器の直流
偏磁検出装置により精度良く検出された直流偏磁状態に基づいてインバータの出力電圧を
制御するので、変圧器の直流偏磁を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、磁性材料よりなる押さえフレームにコイル導体を巻回した構成であって磁心透磁率が大きく検出感度の高いサーチコイルを用いて、変圧器の直流偏磁時に大きく変化する漏れ磁束の検出により直流偏磁を検出するので、直流偏磁状態を精度良く検出することができる。
【００２６】
また、変圧器における鉄心の押さえのために設けられている押さえフレームにコイル導体を巻回するだけでサーチコイルが形成されるので、漏れ磁束検出のために必要な部品はコイル導体のみであるため、直流偏磁検出装置のコストを抑えることができる。
【００２７】
また、変圧器における鉄心の押さえのために設けられている押さえフレーム自体にサーチコイルが巻装されるので、鉄心および巻線からなる変圧器本体部分に対する別の構造物の付加が不要であるため、変圧器の大形化の要因となることもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁検出装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における押さえフレーム部の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における押さえフレーム部の異なる構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における押さえフレーム部のさらに異なる構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における押さえフレーム部のさらに異なる構成例を示す図である。
【図６】直流偏磁の無い状態での漏れ磁束およびサーチコイル電圧の各波形を例示する図である。
【図７】直流偏磁の有る状態での漏れ磁束およびサーチコイル電圧の各波形を例示する図である。
【図８】本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁抑制方法の基本構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁抑制方法を適用した電力変換システムの構成例を示す図である。
【図１０】従来の電力変換システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図１〜図８に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
（変圧器の直流偏磁検出装置の構成例）
図１は、本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁検出装置の構成例（直流偏磁検出装置３１）を示すものである。図１において、鉄心３と、鉄心３に巻回された巻線２とから変圧器１が構成されている。なお、鉄心３は鉄心脚部４と鉄心継鉄部５とからなり、鉄心脚部４に巻線２が巻回されている。図１の変圧器１は２脚鉄心の単相変圧器となっている。巻線２としては、具体的には、各鉄心脚部４ごとにそれぞれ外側巻線（例えば１次巻線）と内側巻線（例えば２次巻線）とが同軸に巻回された構成などがあるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
鉄心３は、渦電流損を小さくするために、珪素鋼板を一枚一枚絶縁被膜して積み重ねて構成されており、このように珪素鋼板が積層されてなる鉄心については、その積層方向の両側から、例えば鉄材よりなる押さえフレーム（以下「鉄心締付金具」とも称する）によって押さえる構造が一般的に採用されている。この点に対応して、図１の構成例では、鉄心継鉄部５に、その長手方向に沿って押さえフレーム７、７Ａが配設されている。
【００３１】
そして、上段側の鉄心継鉄部５に配設された押さえフレーム７Ａにサーチコイル２１が巻装されており、サーチコイル２１に誘起される電圧を検出する電圧検出器２３と、電圧検出器２３の検出出力２６（サーチコイル電圧検出信号）に基づきサーチコイル２１に鎖交する漏れ磁束を演算する漏れ磁束演算部２４と、漏れ磁束演算部２４の演算出力２７（漏れ磁束演算信号）に基づき変圧器１の偏磁状態を演算し、変圧器の直流偏磁状態の検出信号２８（直流偏磁状態検出信号）として出力する偏磁状態演算部２５とを備えた直流偏磁検出装置３１が設けられている。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態における押さえフレーム部の構成例を示す図である。図２（ａ）は、図１におけるＰ１方向から視た断面図であって、上述の押さえフレームによる押さえ構造を模式的に例示するものである。図２（ａ）において、珪素鋼板６が積層されてなる鉄心継鉄部５の積層方向の両側に、それぞれ、鉄材からなるとともに厚さ寸法Ｔを有する平板状の押さえフレーム７、７Ａが配設されている。そして、一方側（図における左側）の押さえフレーム７Ａには絶縁被覆付きのコイル導体２２が巻回されている。なお、図２（ａ）において各珪素鋼板６には図示されない絶縁被膜が施されている。また、図２（ａ）に示すように、鉄心脚部４も珪素鋼板６が積層されたものである。また、図２（ａ）では、押さえフレーム７Ａ、７に対して珪素鋼板６の積層方向の両側から締付力を与えるための部材の図示は略している。
【００３３】
図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＰ２矢視図であって、押さえフレーム７Ａの部分のみを示している。図２（ｂ）に示されるように、押さえフレーム７Ａの外周にコイル導体２２を複数ターン（図では７ターン）巻回してサーチコイル２１を形成している。なお、図２（ｂ）ではコイル導体２２を太い実線で示している。
【００３４】
なお、サーチコイル２１の構成としては、図２（ａ）〜図２（ｂ）に示すように、押さえフレーム７Ａの鉄心継鉄部５と当接する側の面に、コイル導体２２用の溝９、すなわち、コイル導体２２の外径寸法よりも大きい深さ寸法ｄ（図２（ａ））及び幅寸法ｗ（図２（ｂ））を有する溝９を設けておくようにするとよく、これによって、押さえフレーム７Ａ、７でもって鉄心継鉄部５を締め付けた状態において、押さえフレーム７Ａと鉄心継鉄部５との間に挟まれる部分のコイル導体２２の絶縁被覆が損傷しないようにすることができる。
【００３５】
また、図２（ｃ）には、押さえフレームの変形例として、押さえフレーム７Ａと同様な溝９を備えるとともに、更に図の右側領域および左側領域にそれぞれ２本のスリット１０を長手方向に沿って形成してなる押さえフレーム７Ｂを、図２（ａ）におけるＰ２矢視方向から見た構造として、図示している。この押さえフレーム７Ｂは、その幅方向においてスリット１０により分割された構造となっており、これにより、巻線２から押さえフレーム７Ｂに入り込む漏れ磁束による漂遊損（漏れ磁束による渦電流によって発生するジュール熱損失）を小さく抑えることができる。なお、図２（ｃ）には図の右側領域および左側領域にそれぞれ２本のスリット１０を形成した構成を示したが、スリット１０の本数はこれに限定されるものではない。また、サーチコイル２１を巻装しない方の押さえフレームにも図２（ｃ）と同様なスリットを設けることができる。また、上述の巻線２からの漏れ磁束は、巻線２を構成する内側巻線および外側巻線と共通に鎖交しない磁束として生じるものである。
【００３６】
また、図２（ｃ）において、スリット１０はそれぞれの一方端側が開放端（完全に切り欠かれた構造）となるように形成されている。このため、スリット１０の長手方向にわたたってスリット１０の隙間間隔を確保する上で、図示されない間隔保持部材をスリット１０に嵌合させた構成とするとよい。
【００３７】
図３は、本発明の実施形態における押さえフレーム部の異なる構成例を示す図である。図３（ａ）は、図１におけるＰ１方向から視た断面図であって、押さえフレームによる押さえ構造を模式的に例示するものであり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＰ３矢視図であって、押さえフレーム７Ａの部分のみを示している。
【００３８】
図３（ａ）〜図３（ｂ）の構成は、図２（ａ）〜図２（ｂ）の構成に対し、押さえフレーム７Ａの表面に高透磁率材料よりなる平板状の磁気シールド１１を設けた点が異なっており、それ以外の点は同様である。なお、図３（ａ）〜図３（ｂ）の構成においてサーチコイル２１Ａとして巻回するコイル導体２２は、磁気シールド１１も含めて巻回すること、すなわち、押さえフレーム７Ａおよび磁気シールド１１の全体の外周に巻回することが好適である。また、磁気シールド１１を形成する高透磁率材料としては例えば珪素鋼板などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００３９】
そして、図３（ａ）〜図３（ｂ）の構成では、高透磁率材料よりなる磁気シールド１１により、巻線２から押さえフレーム７Ａに入り込む漏れ磁束の量が抑制され、漏れ磁束による漂遊損（漏れ磁束による渦電流によって発生するジュール熱損失）を小さく抑えることができる。
【００４０】
そして、上述のように、サーチコイル２１Ａとして巻回するコイル導体２２を磁気シールド１１も含めて巻回した構成とすれば、磁気シールド１１により損失低減を行うとともに、磁気シールド１１によって偏磁検出量（漏れ磁束の検出量）が変わらないようにして直流偏磁状態を精度良く検出することができる。
【００４１】
また、図３（ａ）〜図３（ｂ）の構成において、押さえフレーム７Ａを、図２（ｃ）のようなスリット１０を有する押さえフレーム７Ｂに置き換えることもできる。
図４は、本発明の実施形態における押さえフレーム部のさらに異なる構成例を示す図である。図４の構成例は、図４（ａ）（図１におけるＰ１方向から視た断面図）〜図４（ｂ）（図４（ａ）におけるＰ４矢視図）に示すように、一方側（図における左側）の押さえフレーム７と鉄心継鉄部５との間に厚さ寸法Ｔ１を有する平板状のスペーサ８を介装しているとともに、スペーサ８の鉄心継鉄部５と当接する側の面に、コイル導体２２用の溝９Ａ、すなわち、コイル導体２２の外径寸法よりも大きい深さ寸法ｄ１（図４（ａ））及び幅寸法ｗ１（図４（ｂ））を有する溝９Ａを設けている点以外は、図２の構成例と基本的に同様である。そして、図４の構成例では、押さえフレーム７およびスペーサ８の全体の外周にコイル導体２２を複数ターン（図では７ターン）巻回してサーチコイル２１Ｂを形成している。なお、スペーサ８の構成材料としては、例えば鉄材などを用いることができるが、押さえフレーム７による締付力に耐える材料であればよい。また、図４（ａ）では、押さえフレーム７、７に対して珪素鋼板６の積層方向の両側から締付力を与えるための部材の図示は略している。
【００４２】
スペーサ８を介装する図４の構成例によっても、押さえフレーム７、７でもって鉄心継鉄部５を締め付けた状態において、コイル導体２２の絶縁被覆が損傷しないようにすることができる。また、図４の構成例では、押さえフレーム自体にはコイル導体２２用の溝を設ける必要がないため、変圧器における既存の押さえフレームをそのまま用いてサーチコイルを形成することができる。
【００４３】
また、図４（ｃ）には、押さえフレームの変形例として、押さえフレーム７と同様な平板状の押さえフレームに、図の右側領域および左側領域にそれぞれ２本のスリット１０を長手方向に沿って形成してなる押さえフレーム７Ｃを示している。この押さえフレーム７Ｃは、図２（ｃ）に示した押さえフレーム７Ｂと同様に、その幅方向においてスリット１０により分割された構造となっており、これにより、巻線２から押さえフレーム７Ｃに入り込む漏れ磁束による漂遊損（漏れ磁束による渦電流によって発生するジュール熱損失）を小さく抑えることができる。なお、図４（ｃ）には図の右側領域および左側領域にそれぞれ２本のスリット１０を形成した構成を示したが、スリット１０の本数はこれに限定されるものではない。また、サーチコイル２１Ｂを巻装しない方の押さえフレームにも図４（ｃ）と同様なスリットを設けることができる。
【００４４】
また、図４（ｃ）において、スリット１０はそれぞれの一方端側が開放端（完全に切り欠かれた構造）となるように形成されている。このため、スリット１０の長手方向にわたたってスリット１０の隙間間隔を確保する上で、図示されない間隔保持部材をスリット１０に嵌合させた構成とするとよい。
【００４５】
図５は、本発明の実施形態における押さえフレーム部のさらに異なる構成例を示す図である。図５（ａ）は、図１におけるＰ１方向から視た断面図であって、押さえフレームによる押さえ構造を模式的に例示するものであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＰ５矢視図であって、押さえフレーム７の部分のみを示している。
【００４６】
図５（ａ）〜図５（ｂ）の構成は、図４（ａ）〜図４（ｂ）の構成に対し、押さえフレーム７の表面に高透磁率材料よりなる平板状の磁気シールド１１を設けた点が異なっており、それ以外の点は同様である。なお、図５（ａ）〜図５（ｂ）の構成においてサーチコイル２１Ｃとして巻回するコイル導体２２は、磁気シールド１１も含めて巻回すること、すなわち、スペーサ８、押さえフレーム７および磁気シールド１１の全体の外周に巻回することが好適である。また、磁気シールド１１を形成する高透磁率材料としては例えば珪素鋼板などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
そして、図５（ａ）〜図５（ｂ）の構成では、高透磁率材料よりなる磁気シールド１１により、巻線２から押さえフレーム７に入り込む漏れ磁束の量が抑制され、漏れ磁束による漂遊損（漏れ磁束による渦電流によって発生するジュール熱損失）を小さく抑えることができる。
【００４８】
そして、上述のように、サーチコイル２１Ｃとして巻回するコイル導体２２を磁気シールド１１も含めて巻回した構成とすれば、磁気シールド１１により損失低減を行うとともに、磁気シールド１１によって偏磁検出量（漏れ磁束の検出量）が変わらないようにして直流偏磁状態を精度良く検出することができる。
【００４９】
また、図５（ａ）〜図５（ｂ）の構成において、押さえフレーム７を、図４（ｃ）のようなスリット１０を有する押さえフレーム７Ｃに置き換えることもできる。
次に、図６〜７により、本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁検出装置の検出動作を説明する。図１に示される変圧器の直流偏磁検出装置において、サーチコイル２１には鉄心３からの漏れ磁束によって誘起電圧が発生する。図６（ａ）、図６（ｂ）に、それぞれ、直流偏磁の無い状態でのサーチコイル２１付近の漏れ磁束の波形およびサーチコイル２１に誘起される電圧の波形を例示している。また、図７（ａ）、図７（ｂ）に、それぞれ、直流偏磁の有る状態でのサーチコイル２１付近の漏れ磁束の波形およびサーチコイル２１に誘起される電圧の波形を例示している。なお、図６、図７において、横軸は時間である。
【００５０】
図６〜７に示されるように、漏れ磁束波形の微分波形がサーチコイル２１における誘起電圧として検出される。そして、図６（直流偏磁の無い状態）と図７（直流偏磁の有る状態）とで対比して示しているように、直流偏磁の有る状態では、漏れ磁束の急激な増加により、サーチコイル２１に誘起される電圧が増加するので、この電圧増加を検出することで直流偏磁状態を検知することができる。
【００５１】
なお、直流偏磁時に漏れ磁束が急激に増えるのは鉄心が飽和し比透磁率が１となるためである。鉄心の比透磁率が１になると周囲の空気と磁気抵抗が同じになるので、磁束は鉄心に集まらなくなり、このため、鉄心からの漏れ磁束が急激に増えることになる。本発明では、このような直流偏磁時における鉄心からの漏れ磁束の急激な変化をサーチコイルにより検出するようにしているので、直流偏磁状態を精度良く検出することができる。
【００５２】
そして、本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁検出装置（直流偏磁検出装置３１）は、上述の図１に示されるように、変圧器１の鉄心３に設けた磁性材料よりなる押さえフレーム７Ａにコイル導体２２を巻回して形成されたサーチコイル２１と、サーチコイル２１に誘起される電圧を検出する電圧検出器２３と、電圧検出器２３の検出出力２６（サーチコイル電圧検出信号）に基づきサーチコイル２１に鎖交する漏れ磁束を演算する漏れ磁束演算部２４と、漏れ磁束演算部２４の演算出力２７（漏れ磁束演算信号）に基づき変圧器１の偏磁状態を演算し、変圧器の直流偏磁状態の検出信号２８（直流偏磁状態検出信号）として出力する偏磁状態演算部２５とを備えており、これにより変圧器１の直流偏磁状態を検出することができる。
【００５３】
ここで、漏れ磁束演算部２４は、サーチコイル電圧波形の積分処理により漏れ磁束の量を求めるとともに漏れ磁束の極性も求め、漏れ磁束演算信号２７として出力する。また、偏磁状態演算部２５は、漏れ磁束演算信号２７に基づき、直流偏磁の量及び極性を演算し、直流偏磁状態検出信号２８として出力する。
【００５４】
上述のように、本発明による変圧器の直流偏磁検出装置は、鉄心および巻線からなる変圧器本体部分に付加する部材としては、通常の変圧器の鉄心に設けられている押さえフレームにサーチコイルを巻装するだけで、変圧器の直流偏磁状態を検出することができるので、直流偏磁検出装置としてのコストを抑えることができるとともに、変圧器本体部分に対する別の構造物の付加が不要であるため、変圧器の大形化の要因となることもなく、好適な構成となっている。
【００５５】
なお、サーチコイル２１に誘起される出力電圧Ｖは、上述のようにサーチコイル２１に鎖交する漏れ磁束の時間微分であり、下記（１）式で表わされる。
Ｖ＝（Ｎ×Ｓ×μ）ｄＨ／ｄｔ  ・・・・・・（１）
ここで、Ｎはサーチコイル２１の巻数、Ｓはサーチコイル２１の断面積、Ｈはサーチコイル２１が設置される空間の磁界である。また、μはサーチコイル２１における磁心透磁率であって、例えば図２の構成例ではコイル導体２２が巻回される押さえフレーム７Ａの透磁率である。
【００５６】
押さえフレームとして、例えば上述の鉄材などの磁性材料により形成されたものを適用すれば、サーチコイル２１の磁心透磁率μは大きなものとなるので、上記（１）式より、サーチコイル２１の検出感度を大きくすることができる。
【００５７】
一方、巻線から押さえフレームに漏れ磁束が入り込むと、漏れ磁束に起因する漂遊損（漏れ磁束による渦電流によって発生するジュール熱損失）が発生し、押さえフレームにおける局部的な温度上昇を引き起こす。
【００５８】
この点において、上述の図２（ｃ）および図４（ｃ）で説明したように、押さえフレームにスリットを形成することにより、押さえフレームを幅方向において分割された構造とし、これにより、巻線からの漏れ磁束による漂遊損を小さく抑えるようにしておくことが好適である。
【００５９】
また、さらに、上述の図３および図５で説明したように、押さえフレームの表面に高透磁率材料よりなる磁気シールドを設けることにより、高透磁率材料よりなる磁気シールドによって巻線から押さえフレームに入り込む漏れ磁束の量が抑制され、漏れ磁束による漂遊損（漏れ磁束による渦電流によって発生するジュール熱損失）を小さく抑えることができる。
（変圧器の直流偏磁抑制方法の基本構成）
図８は、本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁抑制方法の基本構成を示す図である。図８において、インバータ４１により励磁される変圧器１の直流偏磁を抑制するための手段として、図１で説明した直流偏磁検出装置３１を設けている。なお、図８では、変圧器１と接続される他の機器の図示は略している。
【００６０】
上述の図１で説明したように、直流偏磁検出装置３１において、変圧器１の押さえフレーム７Ａに巻回されたサーチコイル２１には鉄心３からの漏れ磁束が鎖交しており、この漏れ磁束の変化による誘起電圧がサーチコイル２１に発生する。この誘起電圧を電圧検出器２３で検出し、サーチコイル電圧検出信号２６として出力する。このサーチコイル電圧検出信号２６に基づき、漏れ磁束演算部２４では、サーチコイル電圧波形の積分処理により漏れ磁束の量を求めるとともに漏れ磁束の極性も求め、漏れ磁束演算信号２７として出力する。この漏れ磁束演算信号２７に基づき、偏磁状態演算部２５では、直流偏磁の量及び極性を演算し、直流偏磁状態検出信号２８として出力する。
【００６１】
図８では、更に、直流偏磁検出装置３１の出力側に電圧指令演算部３２を設け、電圧指令演算部３２からの電圧指令をインバータ４１に与えるようにしている。すなわち、電圧指令演算部３２は、直流偏磁検出装置３１（偏磁状態演算部２５）から受けた直流偏磁の量及び極性に基づき、直流偏磁を抑制するための電圧指令を出力し、この電圧指令に基づき、インバータ４１は変圧器１の直流偏磁が抑制されるような励磁電圧を変圧器１に出力する。
【００６２】
そして、図８で基本構成を説明した本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁抑制方法は、例えば、上述の図９のような電力変換システムにも適用することができる。
（電力変換システムへの適用例）
図９は、本発明の実施形態による変圧器の直流偏磁抑制方法を適用した電力変換システムの構成例を示す図であり、図１０の従来の電力変換システムの構成例と対応する構成要素には同じ符号を付している。図９において、３１は直流偏磁検出装置、１０１は交流線路である交流電力系統、１０２は自励式変換器、１０３は交流電力系統１０１と自励式変換器１０２とを接続する変圧器、１０４は自励式変換器１０２に直流電圧を供給する直流電圧源、１０５Ａは変圧器１０３の巻線に流れる電流を検出する電流検出器、１０８は交流電力系統１０１の電圧を検出する電圧検出器、１０９は交流電力系統１０１の設定電圧を与える電圧基準、１１０は交流電力系統１０１の電圧と電圧基準１０９との偏差に応じて自励式変換器１０２の電流指令を作成する系統電圧制御手段、１１１は系統電圧制御手段１１０の出力する電流指令と電流検出器１０５Ａからの出力との偏差に応じて自励式変換器１０２の出力電圧指令を作成する電流制御手段、１１２は直流偏磁検出装置３１の出力と電流制御手段１１１の出力とを加算する加算器、１１３は加算器１１２の出力に従って自励式変換器１０２の自己消弧型素子の点弧タイミングを決めゲートパルス信号を作成するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路、１１４はパルス幅変調制御回路１１３の出力を増幅して自励式変換器１０２にゲート駆動信号を与えるゲートパルス増幅回路である。
【００６３】
図９の電力変換システムは、変圧器の直流偏磁状態の検出手段として、図１で説明した直流偏磁検出装置３１を適用している点で、図１０の従来の電力変換システムと異なっている。
【００６４】
そして、図９の電力変換システムでは、変圧器１０３の押さえフレーム７Ａに巻装されたサーチコイル２１と、サーチコイル２１に誘起される電圧を検出する電圧検出器２３と、電圧検出器２３の検出出力２６（サーチコイル電圧検出信号）に基づき変圧器１０３（鉄心）からの漏れ磁束を演算する漏れ磁束演算部２４と、漏れ磁束演算部２４の演算出力２７（漏れ磁束演算信号）に基づき変圧器１０３の偏磁状態を演算して、変圧器の直流偏磁状態の検出信号２８（直流偏磁状態検出信号）として出力する偏磁状態演算部２５とを備えた直流偏磁検出装置３１により変圧器１０３の直流偏磁状態を検出するとともに、検出した直流偏磁状態（直流偏磁の量及び極性）に応じて自励式変換器１０２の出力電圧を制御することによって、変圧器１０３の直流偏磁を抑制することができる。
（変形例）
なお、上述の図２〜５では、本発明の実施形態における押さえフレーム部として、サーチコイルが巻装される押さえフレームが平板状の部材である場合の構成例を示したが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、押さえフレームが例えば断面コの字状またはＬ字状の部材などであっても適用可能である。
（本発明の適用対象）
また、上述の実施形態では、２脚鉄心の単相変圧器を対象とした構成例について説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば３脚鉄心などの３相変圧器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１：変圧器
２：巻線
３：鉄心
４：鉄心脚部
５：鉄心継鉄部
６：珪素鋼板
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ：押さえフレーム
８：スペーサ
９、９Ａ：溝
１０：スリット
１１：磁気シールド
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ：サーチコイル
２２：コイル導体
２３：電圧検出器
２４：漏れ磁束演算部
２５：偏磁状態演算部
２６：サーチコイル電圧検出信号
２７：漏れ磁束演算信号
２８：直流偏磁状態検出信号
３１：直流偏磁検出装置 
３２：電圧指令演算部
４１：インバータ
１０１：交流電力系統
１０２：自励式変換器
１０３：変圧器
１０４：直流電圧源
１０５Ａ、１０５Ｂ：電流検出器
１０６：減算器
１０７：直流成分検出器
１０８：電圧検出器
１０９：電圧基準
１１０：系統電圧制御手段
１１１：電流制御手段
１１２：加算器
１１３：パルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路
１１４：ゲートパルス増幅回路
１１５：不感帯手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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