(57)【要約】　　　（修正有）【課題】磁束制御による定電圧機能を有する変圧器及び入力巻線と出力巻線各々に遮蔽板を設けると同時に入力巻線と出力巻線間に空間ギャップを設ける事により、従来４台の変圧器が必要であったものを１台で行うことのできる変圧器を提供する。【解決手段】三脚鉄心１の各脚に入力巻線２、出力巻線３制御巻線４を各々巻装し入力電源５には入力巻線２と制御ユニット６の電源を接続し、出力巻線４の出力を制御ユニット６内の制御信号検出駆動回路７の検出回路に印加して一定基準電圧に対して過不足分の変動補償分のみをＰＷＭ制御し、高周波電圧を正又は負に連続制御してその出力を制御巻線４に印加し出力巻線３に鎖交する磁束を常に一定に制御することにより定電圧機能、高調波抑制機能を達成する。同時に入力巻線２、出力巻線３に遮蔽板及び空間ギャップを設けることで、多機能変圧器にサージ、ノイズ抑制機能を持たせる。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三脚鉄心▲１▼の各脚に入力巻線▲２▼出力巻線▲３▼制御巻線▲４▼を巻装し入力電源▲５▼には、入力巻線▲２▼と制御ユニット▲６▼の電源を接続し出力巻線▲３▼の出力を制御ユニット▲６▼内の制御信号検出駆動回路▲７▼の検出回路に印加して一定基準電圧に対して過不足分の変動補償分のみをＰＷＭ制御した高周波電圧を正又は負に連続制御してその出力を制御巻線▲４▼に印加して出力巻線▲３▼に鎖交する磁束を常に一定に制御することにより定電圧機能、高調波抑制機能を達成すると同時に各々入力巻線▲２▼出力巻線▲３▼に遮蔽板▲８▼及び入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼間に空間ギャップを設ける構造としてサージ、ノイズ抑制機能を有するよう構成してなる多機能変圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年、省エネルギー化や電力利用の多様化のための自然エネルギー利用が拡大し太陽光発電や風力発電を始め各種分散電源化が進展してきている。
【０００２】
家庭用、事務所用に利用されている電圧降下式変圧器も節電器、省エネ機器として普及しているが、共通して必要不可欠な機能は安定した定電圧機能である。
【０００３】
一方、情報通信の急激な進歩や半導体回路の低電圧化等によりサージ、ノイズのトラブルが続発しており、又インバータ応用機器の普及によりその高調波トラブルも続発しておりこれらの最適な抑制技術すなわち高効率、小型化の抑制機器の出現が必要不可欠となってきている。
【０００４】
【従来の技術】
従来から電力消費量削減を目的として変圧器で単に電圧降下させる電圧降下式の節電機が普及しているが、入力電圧変動、負荷変動に対しその抑制機能は全く無く配電電圧の高い地区や時間帯に限定されている。又、場合によっては機器の最低電圧以下になる事もあり機器が正常に動作しない等のトラブルが発生していた。
【０００５】
一方、雷サージやインバータ応用機器の普及に比例して高調波ノイズや高周波ノイズによる電話通信の誤動作、雑音問題が発生しその対策として定電圧装置や各々耐雷変圧器やノイズフィルター変圧器、高調波抑制用変圧器、リアクトル等が各々個別に対策用として設置されている。
【０００６】
以上に記述した定電圧機能、高調波抑制機能、サージ抑制機能、ノイズ抑制機能、４機能の対策として、従来は少なくとも各々の単機能の変圧器を４台使用する必要があり、その経済性、効率上多大な欠点を有していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の電圧降下式節電器では入力電圧変動、負荷変動に対する抑制機能が無く、省エネ効果も少ない状況であり、又、高調波抑制機能、サージノイズ抑制機能を各々単体１台で機能する変圧器は存在するが、単体１台で定電圧機能、高調波抑制機能、サージ及びノイズ抑制機能の全ての機能を有する変圧器は存在しなかった。
【０００８】
以上の欠点を全て除去する為、磁束制御による定電圧機能を有する変圧器及び該入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼各々に遮蔽板▲８▼を設けると同時に入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼間に空間ギャップ▲９▼を設ける事により、従来４台の変圧器が必要であったものを１台の変圧器で解決しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は一定の基準電圧に対して過不足分のみをＰＷＭ制御した高周波電圧を制御加減して出力電圧を一定値に制御する磁束制御形定電圧変圧器である為、無効電流の流入が少なくしかも制御が高周波成分なので、高効率化、小型化が可能である。
【００１０】
即ち三脚鉄心▲１▼の各脚に入力巻線▲２▼出力巻線▲３▼制御巻線▲４▼を巻装し、入力電源▲５▼には入力巻線▲２▼と制御ユニット▲６▼を介して制御巻線▲４▼に接続され出力電圧信号を制御ユニット▲６▼の制御信号検出駆動回路▲７▼各々にＰＷＭ制御された増幅信号を入力して制御コイル脚の磁束を増減して出力巻線▲３▼には常時定電圧出力を得るようにすると同時に各々入力巻線▲２▼出力巻線▲３▼に遮蔽板▲８▼及び空間ギャップ▲９▼を設ける構成としてサージ、ノイズ抑制作用を機能させることを特徴とした多機能変圧器である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は出力巻線▲３▼の有効磁束鎖交数を一定にする為、制御ユニット▲６▼からＰＷＭ制御の加減電力を制御巻線▲４▼に供給して出力巻線▲３▼の誘起電圧を定電圧出力として得ると同時に、各々入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼の構造配置を遮蔽板▲８▼及び空間ギャップ▲９▼を介して対面配置する事により入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼間とのサージ／ノイズ移行率を抑制し得るようにしたものである。
【００１２】
本発明の基本構成は図１に示すように通常の電圧を変圧させる変圧器と全く同一の材料で構成した三脚鉄芯▲１▼の１脚に入力巻線▲２▼を巻装し、もう１脚に出力巻線▲３▼を巻装し、三脚目に制御巻線▲４▼を巻装したものである。
【００１３】
従来、定電圧機能を実現する為の手段として、鉄心の一部に空隙等を設けて漏れリアクタンスを利用する方法が採用されているが、加工作業上困難が伴い、用途によっては漏れ磁束が大きくなり電圧変動の大きい変圧器となる為、不都合が生じるばかりでなく使用出来ない場合もあり得る欠点を有していた。
【００１４】
本発明は三脚鉄心の各脚に巻線を行い、その内の一脚を制御用脚として構成することにより出力電圧に対応した正又は負に出力された制御出力即ち制御磁束を印加する事によって自動制御するように構成したものである。
【００１５】
本発明は最近の高性能ＰＷＭ制御回路を採用することにより電源変動、負荷変動による出力巻線▲３▼の磁束鎖交数を常に一定になるように正または負の交流出力信号を制御巻線▲４▼に供給し定電圧機能を効率的に実現したものである。
【００１６】
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【００１７】
但しｅ２は交流出力電圧、Ｎ２は交流出力巻線数、φ１は入力脚の主磁束、φ２は出力脚の介在磁束、φｃは制御脚の正又は負の磁束である。
【００１８】
原理的に説明すれば、φ２＝φ１−φｃとなる為、φｃを制御することによりφ２を一定に制御し交流出力ｅ２を定電圧化し得る事を示している。
【００１９】
又、制御出力ｅｃに変動補償分の高周波出力のみを利用することにより制御脚の断面積を小さく出来る利点を有し小型化が可能である。
【００２０】
図１により本発明の基本動作を説明すると、鉄心▲１▼に巻装された入力巻線▲２▼に入力電圧例えば商用入力電圧が印加されると主磁束φ１が発生し該磁束と出力巻線▲３▼との鎖交により出力電圧ｅ２が発生する。
【００２１】
入力電圧の変動により主磁束φ１が変動する為、出力電圧ｅ２も変動する。又、負荷電流が流れることで磁束φ２が発生し出力電圧ｅ２が低下する。それ故定電圧特性は得られない。
【００２２】
本発明では制御脚に巻装した制御巻線▲４▼に出力電圧の変動を制御信号検出駆動回路▲７▼で検出して出力脚の出力電圧ｅ２が低下した時は上昇させる方向に制御出力を制御ユニット▲６▼より供給し、出力電圧が上昇した時は即ち出力脚の磁束φ２が上昇した時は出力脚の出力電圧ｅ２を低下させる方向に制御出力を制御ユニット▲６▼より
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出力電圧の定電圧化を可能ならしめるものである。
【００２３】
制御電力も変動分を補償するだけで可能な為制御電力も出力容量の２０％以下である。又、制御ユニット▲６▼内の基準電圧に正弦波形を採用することにより正弦波化の制御機能が発生し高調波制御機能をも達成可能である。
【００２４】
さらに変動補償分のみのＰＷＭ制御回路を採用することにより制御脚の鉄心断面積を著しく小さく出来る為、小型化が達成できる。
【００２５】
連続的に制御可能な為、従来のタップ切替形に見られる段階的調整や機械的切換えによる接点の寿命や切換え時に発生するノイズやサージの発生もない。
【００２６】
更に、従来の可飽和リアクトル形や共振形のように、ギャップや空芯の漏れリアタンスを利用していないので無効電力が少なく、力率が良く漏れ磁束が少ない等の長所を得ることが可能である。
【００２７】
以上、単相回路について説明したが、単相回路を△結線、Ｙ結線、Ｖ結線等の３相接続することで３相回路に応用し３相変圧器として使用できることは明らかであり、又各巻線を分布巻とし各脚に分散して幾何学的に配置することも明らかに可能である。
【００２８】
一方鉄心▲１▼に巻装された入力巻線▲２▼と空間ギャップ▲９▼を設けた構成において、入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼の間の結合容量は概して各巻線の対向面積に比例し且つ空間ギャップ▲９▼の値に反比例して大きな値を示す。従ってこの空間ギャップ▲９▼を適度に設ける事により入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼の間の結合容量は小さく構成することが可能である。
【００２９】
又、入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼に近接して各々遮蔽板▲８▼にて巻線部全体を周回し、該入力巻線部と出力巻線部に適度な空間ギャップ▲９▼を設ける構造とすることにより、サージ／ノイズ抑制作用を効率良く達成し得る様にしたものである。
【００３０】
即ち入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼との入出力巻線間の結合容量は概して各巻数の対向面積に比例し空間ギャップ▲９▼の値に反比例して大きな値を示すが、各巻線に配置された遮蔽板▲８▼は各々の巻線との結合容量に比して格段に大きな値となる。
【００３１】
従って、この空間ギャップ▲９▼を適度に設けることで入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼の間の結合容量は小さく構成することが可能となり、空間ギャップ▲９▼の無い場合に比して入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼の間のインピーダンスは結合容量に反比例する為、格段に高くなり雷サージ、ノイズが入力巻線▲２▼から出力巻線▲３▼に或いは出力巻線▲３▼から入力巻線▲２▼に伝達し難くすることが可能である。
【００３２】
この効果は雷サージやノイズに含まれる高調波成分に対して顕著に効果がある。
【００３３】
又、遮蔽板▲８▼を各巻線の近傍に設けることにより、上記の入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼の間の結合容量に比例して遮蔽板▲８▼と各コイル間の結合容量の方がはるかに大きな値を示すように構成できるため、雷サージ、ノイズは入力巻線▲２▼から接地された入力巻線▲２▼に近接した遮蔽板▲８▼に電流として流れ減電圧され、さらに入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼の間の高いインピーダンスに遮られた後、出力巻線▲３▼に近接した遮蔽板▲８▼で最後に接地に電流として流れ減電圧され、出力巻線▲３▼に移行された雷サージ、ノイズは極小となる。
【００３４】
【発明の実施の効果】
以上記述したように、本発明による多機能変圧器は、連続可変、高効率での定電圧化が可能であり、同時に高調波の抑制、サージノイズを発生しない抑制効果を有し、制御電力としてＰＷＭ制御された高周波電力を変動補償分のみに利用することによって小型化が可能となり、風力発電や太陽光発電等の分散電源の安定化として、又従来の可飽和リアクトル形や共振形のように動作原理として鉄心の飽和特性を利用していないので周辺の漏れ磁束が殆どなく周辺の機器への影響も殆ど無く、又入力巻線▲２▼と出力巻線▲３▼を独立分離して巻装され、遮蔽板▲８▼と空間ギャップ▲９▼を適正に配置した巻線構造の採用により漏れ電流が少なく外来ノイズに強く耐雷性能の高い安全な多機能変圧器で、電磁環境としては良好な状況を実現することが可能となり、あらゆる用途の安定化用としてその利用価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の多機能変圧器の原理を示す基本構成図である。
【図２】は本発明における多機能変圧器の構造図の１例である。
【符号の説】
▲１▼　三脚鉄心
▲２▼　入力巻線
▲３▼　出力巻線
▲４▼　制御巻線
▲５▼　入力電源
▲６▼　制御ユニット
▲７▼　制御信号検出駆動回路
▲８▼　遮蔽板
▲９▼　空間ギャップ
ｅ１：入力電圧
φ１：入力脚の磁束
Ｎ１：入力巻線数
ｅ２：出力電圧
φ２：出力脚の磁束
Ｎ２：出力巻線数
ｅＣ：制御電圧
φＣ：制御脚の磁束
ＮＣ：制御巻線数
【図１】
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【図２】
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