(57)【要約】【課題】高速で連続的制御が可能であり、しかも従来の電磁機器製作技術が適用できる磁束制御型電圧調整変圧器において、鉄心構造が簡明で、局部過熱がなく、出力電圧の制御範囲が広くとれて、波形歪みの小さい、安価、高信頼度で大容量化が可能な電圧調整変圧器を提供する。【解決手段】閉磁路をなす第１、第２の鉄心と、バイパス鉄心と、第１、第２の鉄心とバイパス鉄心とを囲むように巻かれた１次コイルと、第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた２次コイルと、第１、第２の鉄心に直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルとを含み、第１、第２の鉄心が、共通の脚部と分割された上下のヨーク部とからなり、制御コイルがヨーク部に巻かれており、バイパス鉄心が、さらに２つの鉄心からなり、これらに直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉磁路をなす第１、第２の鉄心と、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた１次コイルと、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた２次コイルと、前記第１、第２の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルと、を含むことを特徴とする電圧調整変圧器。
【請求項２】
閉磁路をなす第１、第２の鉄心と、第３の鉄心（以下、バイパス鉄心という）と、前記第１、第２の鉄心とバイパス鉄心とを囲むように巻かれた１次コイルと、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた２次コイルと、前記第１、第２の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルと、を含むことを特徴とする電圧調整変圧器。
【請求項３】
前記バイパス鉄心が開磁路からなることを特徴とする請求項２に記載の電圧調整変圧器。
【請求項４】
前記バイパス鉄心が、さらに２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の電圧調整変圧器。
【請求項５】
前記第１、第２の鉄心が、共通の脚部と、上下のヨーク部のうち一方又は双方が分割されたヨーク部とからなり、前記制御コイルが前記第１、第２の鉄心の前記分割されたヨーク部に巻かれていることを特徴とする請求項１ないし４に記載の電圧調整変圧器。
【請求項６】
前記第１、第２の鉄心が巻鉄心であることを特徴とする請求項１ないし４に記載の電圧調整変圧器。
【請求項７】
前記制御コイルが、前記１次、２次コイルから最も離隔した位置に巻かれていることを特徴とする請求項１ないし６に記載の電圧調整変圧器。
【請求項８】
３相交流電力の各相電圧に対応する３組の電圧調整変圧器からなり、各々の前記電圧調整変圧器は、閉磁路をなす第１、第２の鉄心と、第３の鉄心（以下、バイパス鉄心という）と、前記第１、第２の鉄心とバイパス鉄心とを囲むように巻かれた１次コイルと、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた２次コイルと、前記第１、第２の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルとを含み、前記バイパス鉄心が、３相の各相に対応する別々の脚部と、共通のヨーク部からなる帰路とを有することを特徴とする電圧調整変圧器。
【請求項９】
前記バイパス鉄心の、３相の各相に対応する別々の脚部又は共通ヨーク部の、一方もしくは双方が２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする請求項８に記載の電圧調整変圧器。
【請求項１０】
３相交流電力の各相電圧に対応して三角状に配置した３脚からなる主鉄心と、前記主鉄心を囲むように各々巻かれている１次コイル及び２次コイルと、前記主鉄心の上下の双方又は一方に設けられた、環状（以下、円形、又は「おむすび形」の場合を含む）の２つのヨーク部と、前記２つのヨーク部の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルとを含むことを特徴とする電圧調整変圧器。
【請求項１１】
３相交流電力の各相電圧に対応して三角状に配置した３脚からなる主鉄心と、前記主鉄心の上下の双方又は一方に設けられた、環状の２つのヨーク部と、前記２つのヨーク部の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルと、前記３脚からなる主鉄心に各々並立する３脚からなるバイパス鉄心とを含み、前記主鉄心を囲むように２次コイルが、前記主鉄心と前記並立するバイパス鉄心とを囲むように１次コイルが、各々巻かれていることを特徴とする電圧調整変圧器。
【請求項１２】
前記３脚からなるバイパス鉄心が、さらにその上下の双方又は一方に設けられた、環状の共通のヨーク部を有することを特徴とする請求項１１に記載の電圧調整変圧器。
【請求項１３】
前記バイパス鉄心の環状の共通のヨーク部がさらに２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電圧調整変圧器。
【請求項１４】
３相交流電力の各相電圧に対応する３組の電圧調整変圧器からなり、各々の前記電圧調整変圧器は、２つの巻鉄心からなる主鉄心と、前記主鉄心の縦辺の一方に並立するバイパス鉄心と、前記２つの巻鉄心と前記バイパス鉄心に巻かれた１次コイルと、前記２つの巻鉄心に巻かれた２次コイルと、前記２つの巻鉄心の、１次、２次コイルからもっとも離隔した位置に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルとを含み、前記バイパス鉄心には、その上下の双方又は一方に設けられた環状の共通のヨーク部が設けられていることを特徴とする電圧調整変圧器。
【請求項１５】
前記バイパス鉄心の共通のヨーク部がさらに２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする請求項１４に記載の電圧調整変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は安価で大容量に適した電圧調整変圧器に係り、より詳しくは、広い範囲の１次入力電力変動及び２次出力電力変動に対して安定な２次電圧（出力電圧）を提供できる磁束制御型電圧調整変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力発電や太陽光発電などの分散性電源が、有害物を殆ど排出しない、環境にやさしい電源として賞用され増加している。しかし、これらの分散性電源は風力や太陽照度により発生する電力が時間的に大きく変動するので、そのまま電力系統の一部として用いた場合、系統への供給電力の変動がもたらす系統周波数、系統電圧波形などの系統電力品質の悪化が懸念される。そこで、このような分散性電源から供給される電力の安定化方策として様々な方式が使われている。
【０００３】
第１に、機械式のタップ切替え型変圧器を利用する方式がある。通常１次巻線又は２次巻線に複数のタップを設け、１次側又は２次側の電圧が変動した場合は、例えば２次側の電圧が増大すると、これを検出して規定の値に戻すようタップを切替えて２次側の電圧を制御する。
【０００４】
しかしながら、この方式では切替えが段階的であり、連続的に行えない。さらに、電力の流れている２次側を活線のままスイッチしなければならない上に切替えに少なくとも５〜６秒の応答時間を要し、その応答時間が遅い分電圧変動が生じ易い、という問題点がある。
【０００５】
第２に、そこで連続的切替えが可能な方式として、変圧器の外部の１次側に可飽和リアクトルを直列に接続し、可飽和リアクトルの制御巻線に流す直流電流を増減して可飽和リアクトルの飽和度を加減し、これにより、変圧器の１次側に印加される電圧を制御することで、２次側の電圧が規定の値になるよう制御する方式もある。
【０００６】
しかしながら、この方式では連続的切替えが可能になるが、十分な可変範囲を確保するためには可飽和リアクトルの容量が大きくなる上に、損失の増大、波形歪率の悪化など電力系統としては望ましくないので一般的には使用できず、前記第１の機械式タップ切替え型などの使用を余儀なくされているという問題点がある。
【０００７】
第３に、連続的かつ高速の電圧制御が可能な方式としてサイリスタなどの半導体素子を使った、ＳＶＣ、ＳＶＧ等の静止型電圧調整器が導入されている。
【０００８】
しかしながら、これらの静止型電圧調整器は、既存の電磁機器と比較した場合、特に制御系の構造が複雑で高価であり、加えて、系統のサージ、過電圧に係る信頼性に欠けるなどの問題点がある。
【０００９】
さらに、これらの静止型電圧調整器では、位相制御により電圧を変えている場合は、高調波が発生し波形歪率が悪化するので、電力系統に悪影響を与えないように、可変調整範囲を小さくしたりフィルターを併用する等の対策が必要とされた。これは、上記可飽和リアクトルを用いる方式にもある程度共通する問題である。
【００１０】
そこで第４に、近年、サイリスタ等の半導体素子を使わず、既存の電磁機器の製作技術が適用できる比較的単純な構造でありながら、連続調整機能を有する、磁束制御型電圧調整器の研究発表が相次いでいる。
磁束制御型調整器の鉄心の形状としては、直交型、積層平行型、田型等、様々なものが提案されている。
【００１１】
しかし、これらの磁束制御型変圧器には、共通して、鉄心構造が複雑であり、かつ局部過熱を生じ易いという問題があり、そのため、１００ｋＶＡ前後の小容量の場合以外は実用化が難しかった。
この内、特に直交型は鉄心構造が複雑で、直交部で鋼板の積層面が交差するので短絡防止用絶縁フィルムを挿入する必要があるなど大型化に不向きで、かつ局部加熱を生じ易い、という問題点があった。
【００１２】
ここで第１図を参照して、従来の磁束制御型変圧器について、積層平行鉄心型の鉄心構造の場合を説明する。
第１図において、閉磁路をなす鉄心１０には、各々巻数Ｎ１、Ｎ２の１次、２次コイルＮ１，Ｎ２が巻かれており、鉄心１０は、同型の薄板部材を図面の奥行き方向に、又は上下方向に重ねて形成される。
【００１３】
１次鉄心部１１は、開口部１１ｃと、開口部１１ｃで隔てられた２脚の鉄心１１ａ、１１ｂを備える。
鉄心１１ａ、１１ｂには同一巻数の制御コイルＮｃ１、Ｎｃ２が巻かれており、両制御コイルは直列に接続され、しかも直流電流Ｉｃを流した場合、鉄心１１ａ、１１ｂが逆方向に励磁され、環状の磁束φｃが生成されるように接続される。
【００１４】
この磁束制御型変圧器の動作について考察すると、先ず、無負荷、制御コイル電流ゼロの状態で１次コイルに交流電圧ｖ１を印加すると、交流電圧ｖ１の積分値に比例した磁束φ１が誘起され、磁束φ１が２次コイルに、磁束φ１の微分値、即ち、１次コイルと２次コイルの巻数比に比例する２次電圧ｖ２を誘起する。
【００１５】
次に、２次側に負荷を接続すると、２次コイルに負荷電流ｉ２が流れ、その起磁力により２次磁束を生じ、この２次磁束が１次コイルに鎖交すると電圧を誘起し印加電圧との均衡が破れ、１次コイルには、もとの磁束φ１に対する励磁電流に加えて、丁度２次磁束の鎖交分を打ち消す起磁力を有する電流が流れる。
こうして、１次コイルの鎖交磁束はもとの無負荷時の値φ１に戻って平衡する。
【００１６】
無負荷時の磁束は全て鉄心を通ると見なして良いが、負荷時における磁束は、負荷電流の起磁力により、かなりの量の磁束がコイル間の空隙を通ることになる。この磁束を漏れ磁束といい、その位相は負荷電流と同相であり、２次電圧の変化分は、この漏れ磁束による誘起電圧に等しい。
【００１７】
この漏れ磁束による誘起電圧を漏れリアクタンス電圧といい、負荷電流と位相が９０°ずれる。
【００１８】
また負荷電流と同位相の２次電圧成分を抵抗電圧、両者のベクトル和をインピーダンス電圧といい、漏れリアクタンス電圧のインピーダンス電圧に対する比率を％リアクタンス電圧といい、変圧器の構造が決まると一義的に決まり、例えば通常の同心配置型変圧器の場合、１０％前後になるように設計される。
【００１９】
又、この構造の変圧器では、制御コイルによる直流磁界φｃの存在により、制御コイルの巻かれた鉄心１１ａ、１１ｂの磁束が飽和する現象を利用するものであるが、局部的飽和のため鉄心１１ａ、１１ｂが局部発熱するが、制御コイルが巻かれているので放熱性が悪く、可変制御範囲の小さい、せいぜい１００ｋＶＡ以下の小電力用の場合しか実用化が困難であった。
【００２０】
又、この構造の変圧器では、漏れリアクタンスにより、その分だけ（即ち、上述のように、同心配置型の場合、約１０％程度）２次電圧を低下させる際に、漏れリアクタンスの制御範囲を広くとることが困難であった。
【００２１】
【非特許文献１】電気学会マグネティックス研究会資料ＭＡＧ−０３−１１４
【非特許文献２】電気学会マグネティックス研究会資料ＭＡＧ−０３−１１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、上記の問題点を解消するために、高速で連続的制御が可能であり、しかも従来の電磁機器製作技術が適用できる磁束制御型電圧調整変圧器において、鉄心構造が簡明で、局部過熱がなく、出力電圧の制御範囲が広くとれて、波形歪みの小さい、安価、高信頼度で大容量化が可能な電圧調整変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の目的を達成するためになされた本発明の請求項１に係る電圧調整変圧器は、閉磁路をなす第１、第２の鉄心と、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた１次コイルと、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた２次コイルと、前記第１、第２の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルと、を含むことを特徴とする。
【００２４】
好ましくは請求項２に係り、閉磁路をなす第１、第２の鉄心と、第３の鉄心（以下、バイパス鉄心という）と、前記第１、第２の鉄心とバイパス鉄心とを囲むように巻かれた１次コイルと、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた２次コイルと、前記第１、第２の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルと、を含むことを特徴とする。
【００２５】
好ましくは請求項３に係り、前記バイパス鉄心が開磁路からなることを特徴とする。
【００２６】
好ましくは請求項４に係り、前記バイパス鉄心が、さらに２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする。
【００２７】
好ましくは請求項５に係り、前記第１、第２の鉄心が、共通の脚部と、上下のヨーク部のうち一方又は双方が分割されたヨーク部とからなり、前記制御コイルが前記第１、第２の鉄心の前記分割されたヨーク部に巻かれていることを特徴とする。
【００２８】
好ましくは請求項６に係り、前記第１、第２の鉄心が巻鉄心であることを特徴とする。
【００２９】
好ましくは請求項７に係り、前記制御コイルが、前記１次、２次コイルから最も離隔した位置に巻かれていることを特徴とする。
【００３０】
上記の目的を達成するためになされた本発明の請求項８に係る電圧調整変圧器は、３相交流電力の各相電圧に対応する３組の電圧調整変圧器からなり、各々の前記電圧調整変圧器は、閉磁路をなす第１、第２の鉄心と、第３の鉄心（以下、バイパス鉄心という）と、前記第１、第２の鉄心とバイパス鉄心とを囲むように巻かれた１次コイルと、前記第１、第２の鉄心を囲むように巻かれた２次コイルと、前記第１、第２の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルとを含み、前記バイパス鉄心が、３相の各相に対応する別々の脚部と、共通のヨーク部からなる帰路とを有することを特徴とする。
【００３１】
好ましくは請求項９に係り、前記バイパス鉄心の、３相の各相に対応する別々の脚部又は共通ヨーク部の、一方もしくは双方が２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする。
【００３２】
上記の目的を達成するためになされた本発明の請求項１０に係る電圧調整変圧器は、３相交流電力の各相電圧に対応して三角状に配置した３脚からなる主鉄心と、前記主鉄心を囲むように各々巻かれている１次コイル及び２次コイルと、前記主鉄心の上下の双方又は一方に設けられた、環状（以下、円形、又は「おむすび形」の場合を含む）の２つのヨーク部と、前記２つのヨーク部の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルとを含むことを特徴とする。
【００３３】
好ましくは請求項１１に係り、３相交流電力の各相電圧に対応して三角状に配置した３脚からなる主鉄心と、前記主鉄心の上下の双方又は一方に設けられた、環状の２つのヨーク部と、前記２つのヨーク部の鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルと、前記３脚からなる主鉄心に各々並立する３脚からなるバイパス鉄心とを含み、前記主鉄心を囲むように２次コイルが、前記主鉄心と前記並立するバイパス鉄心とを囲むように１次コイルが、各々巻かれていることを特徴とする。
【００３４】
好ましくは請求項１２に係り、前記３脚からなるバイパス鉄心が、さらにその上下の双方又は一方に設けられた、環状の共通のヨーク部を有することを特徴とする。
【００３５】
好ましくは請求項１３に係り、前記バイパス鉄心の環状の共通のヨーク部がさらに２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする。
【００３６】
上記の目的を達成するためになされた本発明の請求項１４に係る電圧調整変圧器は、３相交流電力の各相電圧に対応する３組の電圧調整変圧器からなり、各々の前記電圧調整変圧器は、２つの巻鉄心からなる主鉄心と、前記主鉄心の縦辺の一方に並立するバイパス鉄心と、前記２つの巻鉄心と前記バイパス鉄心に巻かれた１次コイルと、前記２つの巻鉄心に巻かれた２次コイルと、前記２つの巻鉄心の、１次、２次コイルからもっとも離隔した位置に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれた制御コイルとを含み、前記バイパス鉄心には、その上下の双方又は一方に設けられた環状の共通のヨーク部が設けられていることを特徴とする。
【００３７】
好ましくは請求項１５に係り、前記バイパス鉄心の共通のヨーク部がさらに２つの鉄心からなり、前記２つの鉄心に、直列又は並列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
又、本発明においても、制御コイルの巻かれた鉄心の磁束が飽和する現象を利用するものであるが、本発明によれば、鉄心の飽和が局部的ではなく全体的であるので、その放熱性が高い。さらに、調整範囲が大きくとれるので、飽和の深度をあまり大きくせずに要求される制御ができ、小電力用だけではなく大電力用まで実用化できるという効果がある。
【００３９】
又、本発明においても、漏れリアクタンスにより、その分だけ２次電圧を低下させる際に、本発明によれば、漏れリアクタンスの制御範囲を広く取ることができるので、２次電圧の制御範囲を広く取ることができるという効果がある。
【００４０】
また、本発明によれば、主鉄心やバイパス鉄心のヨーク部の構造を活かすことにより、上記の効果を有し、しかもコンパクトで経済的な３相交流変圧器が得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明による電圧調整変圧器の実施例を、添付図を参照して詳細に説明する。
同時に、従来と同一部分についての説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００４２】
第１の実施例に係る電圧調整変圧器を、第２図を参照して説明する。
第２図（Ａ）は等価回路図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は立面図である。簡単のため、図（Ｂ）（Ｃ）において、コイルと鉄心以外の回路部分は省略してある。
【００４３】
（構造）
本実施例では、積層された閉磁路をなす第１、第２の鉄心２１、２２からなる主鉄心と、これらを囲むように巻かれた、１次コイルＮ１、２次コイルＮ２と、第１、第２の鉄心２１、２２に直列に、且つ互いに逆方向に同一巻数に巻かれた制御コイルＮｃ１、Ｎｃ２とを含む。
以下、この形状の鉄心２１、２２の組を、「積層２分割型鉄心」と称する。
【００４４】
（作用効果）
従来の積層平行型鉄心の場合と異なり、積層用の薄板を刳り抜いて精密な寸法の開口部を形成するという、特に大容量の場合に困難な工程を必要とせず、単に２つの積層鉄心を並立するだけでよい。
即ち、構造が簡単で、特に大容量の場合の製造が容易になる。
また、積層平行型鉄心の場合よりも、制御コイル部の局部発熱集中度が低いので、放熱が容易になり、大容量化が可能になる。
【実施例２】
【００４５】
第２の実施例に係る電圧調整変圧器を、第３図を参照して説明する。
第３図（Ａ）は等価回路図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は立面図である。簡単のため、図（Ｂ）（Ｃ）において、コイルと鉄心以外の回路部分は省略してある。
【００４６】
（構造）
本実施例では、積層された閉磁路をなす第１、第２の鉄心２１、２２からなる主鉄心と、バイパス鉄心３０と、これらすべてを囲むように巻かれた１次コイルＮ１と、第１、第２の鉄心２１、２２を囲むように巻かれた２次コイルＮ２と、第１、第２の鉄心２１、２２に、直列に、且つ互いに逆方向に同一巻数に巻かれた制御コイルＮｃ１、Ｎｃ２とを含む。
即ち、実施例１の積層２分割鉄心型の電圧調整変圧器に対して、１次コイルＮ１だけに巻かれるバイパス鉄心３０を追加したものである。
【００４７】
（作用）
最初に、無負荷（負荷Ｌｏａｄが開放状態）、制御コイル電流Ｉｃがゼロの状態とする。１次コイルＮ１に交流電圧ｖ１を印加すると、鉄心２１、２２、３０には磁束φ１、φ２、φ３が誘起され、２次コイルＮ２に２次電圧ｖ２が誘起されるが、１次コイルに誘起された磁束のうち、バイパス鉄心３０によってバイパスされた分φ３だけ、主磁束（φ１＋φ２）が、従って１次・２次コイルの鎖交磁束が減少し、２次電圧もその比率で低下する。
【００４８】
次に、上記無負荷状態で、ある有限の制御コイル電流Ｉｃを印加すると、主磁束を１／２ずつ分担していた２つの鉄心２１、２２がＩｃにより反対方向に直流励磁されるので、半サイクル毎に、１次電圧ｖ１により誘起される交流磁束φ１、φ２の向きが、Ｉｃによる直流磁束と同方向又は逆方向になり、しかもそれは、２つの鉄心で逆位相になる。従って、鉄心２１、２２の一方が飽和に近づくと他方が飽和から遠ざかる関係にある。飽和領域に近づいた方の鉄心の透磁率が低下し、磁気抵抗は増加する。
【００４９】
磁束は磁気抵抗の少ないところ、即ち、鉄心２１、２２のうち飽和から遠ざかっている方と、バイパス鉄心３０を多く通るので、結局この３つの鉄心の並列バランスで各々の鉄心の分担磁束量φ１〜φ３が決まる。
【００５０】
このようにして、全体としての動作は、制御コイル電流Ｉｃを増加していくと、穏やかに鉄心飽和が進行し、２次コイルへの誘起電圧が徐々に低下していく。従って、鉄心飽和は局部的ではなく全体的であるので局部過熱が緩和され、又前記３つの鉄心の並列バランスで飽和が進むので、波形歪みが最小限に近い回路構成になっている。
【００５１】
負荷時の動作は、基本的に無負荷時と同じであるが、負荷電流が流れることによる１次コイルと２次コイル間の漏れ磁束が付加される。即ち、無負荷の場合は、直流磁化を制御して主鉄心の飽和度合いを変えることによりバイパス鉄心の漏れ磁束を変化させ、２次コイルへの鎖交磁束量を変化させたが、負荷時には、これに負荷電流の起磁力によって生ずる漏れ磁束が加わることになる。こうして制御コイル電流の増減によって磁束制御を行い、変圧器のインピーダンス電圧が変化しリニアな電圧調整が短時間応答でなされることになる。
【００５２】
（効果）
バイパス鉄心により、意図的に所定量の漏れ磁束（２次コイルを通らない磁束）を作り吸収するので、実施例１の場合よりもさらに、実効電力の損失が少なく、鉄心飽和による波形歪みや局部過熱が最小限に抑えられ、かつバイパス鉄心のサイズを加減することにより、２次電圧を実施例１の場合よりも広い範囲にわたって所定の値に設定できる。
【実施例３】
【００５３】
（構造）
前記第３図において、実施例２におけるバイパス鉄心３０は、４辺３０ａ〜３０ｄからなる閉磁路を形成していたが、本実施例におけるバイパス鉄心３０は、１次コイルＮ１に囲まれた辺３０ａを含むが、３０ｂ〜ｄの全部又は一部を欠く。
【００５４】
（効果）
２次電圧の調整範囲の上限を、実施例２のようにバイパス鉄心が閉磁路の場合よりも、バイパス鉄心が無い場合の２次電圧に近い値に設定できる。
また、開磁路鉄心の方が閉磁路鉄心よりも製造が容易である。
【実施例４】
【００５５】
第４の実施例に係る電圧調整変圧器を、第４図の等価回路図を参照して説明する。
（構造）
本実施例では、前記実施例２において、バイパス鉄心を２分割して積層２分割鉄心３１、３２とし、これらに直列に、且つ互いに逆方向に巻かれたバイパス鉄心制御コイルＮｃ３、Ｎｃ４を備える。
バイパス鉄心３１、３２は、本実施例では閉磁路であるが、実施例３のように開磁路であってもよい。
【００５６】
（作用効果）
バイパス鉄心制御コイルに流す直流電流Ｉｃ２により、バイパス（漏れ）磁束量を加減できるので、その分だけ主鉄心の磁束、従って２次電圧を、第２、３の実施例の場合よりも広い範囲にわたって高速（例えば、５サイクル＝１００ｍｓｅｃ以内）かつ連続的に可変制御できる。
制御パラメータが２つ（主鉄心の制御電流Ｉｃ１とバイパス鉄心の制御電流Ｉｃ２）となり、調整し易くなる。例えば、一方のパラメータの調節感度が適切になるように、即ち、感度が低くなく、かつ過敏でないように、他方のパラメータを選ぶことができる。
【実施例５】
【００５７】
第５の実施例に係る電圧調整変圧器を、第５図の等価回路図を参照して説明する。
（構造）
本実施例では、主鉄心を脚部と上下のヨーク部からなる主鉄心のうち、上下のヨークの双方を２分割部とする。即ち、脚部２７、２８は第１、第２の鉄心に共通であるが、上部ヨーク部４１と下部ヨーク部４３、上部ヨーク部４２と下部ヨーク部４４は各々、第１、第２の鉄心に属し、上下ヨーク部は脚部に対し、バットジョイントされる。制御コイルＮｃ１１と２１、１２と２２は、各々上部ヨークと下部ヨークに、直列に、且つ互いに逆方向に巻かれる。
重い１次コイル１１、１２、２次コイル２１、２２は、上部ヨーク４１、４２及びバイパス鉄心３０の上部ヨークを装着する前に主鉄心の脚部２７、２８に装着され、軽い制御コイルＮｃ１１、２１、１２、２２は、上下ヨーク部に装着される。
【００５８】
（作用効果）
本実施例では、鉄心構造がさらに簡単で製造が容易になる。
積層鉄心の場合、少なくとも上部ヨークは、脚部にコイルを装着した後で装着しなければならず、特にラップジョイントの場合、薄板を１枚ずつ挿入装着するという困難な工程があったが、本実施例では特に上部ヨークをバットジョイントすることにより、この困難な工程を避けられる。
【００５９】
本実施例の変形として、例えば、バイパス鉄心３０を主鉄心と同じ方法でさらに２分割し、そのヨーク部にバイパス鉄心制御コイルを備えることができる。その場合でも、ヨーク部には軽い制御コイル（主鉄心、バイパス鉄心）、脚部には重い１、２次コイルが装着できるので、製造が容易である。
【実施例６】
【００６０】
第６の実施例に係る電圧調整変圧器を、第６図を参照して説明する。
第６図（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
（構造）
本実施例を実施例２と比較すると、主鉄心を構成する第１、第２の鉄心２１、２２が積層鉄心ではなく巻鉄心で形成される点が異なる。
なお、バイパス鉄心３０は、本実施例では単一の棒状の開磁路積層鉄心であるが、例えば、第７図（Ａ）上面図、（Ｂ）立面図に示すように、２分割閉磁路巻鉄心３１、３２にして、実施例４と同じくバイパス鉄心制御コイルＮｃ３，Ｎｃ４を備えてもよい。
【００６１】
（作用効果）
継ぎ目工作が不要で一括機械巻き工作が可能な巻鉄心を２個（第７図のように、バイパス鉄心を２つ加えると計４個）用意するだけでよいので、主鉄心及び／又はバイパス鉄心の２分割構造がさらに簡単で製造が容易になる。
【実施例７】
【００６２】
（構造）
前記の実施例２〜６において、制御コイルは１、２次コイルから最も離れて設けられる。
前記実施例において、１、２次コイルは、両コイル間の漏れ磁束量を最少にするなどの理由から、通常いずれも同心に設けられている。
従って、実施例１〜４、６においては、１、２次コイルの巻かれている辺（脚部）の対向辺（脚部）の中央に、実施例５においては、上下のヨーク部の中央に、制御コイルが巻かれる。
【００６３】
（作用効果）
制御コイルに対する１次、２次コイルのインピーダンスを上げて、波形歪み率を下げることができる。
【００６４】
前記第２〜７の実施例がいずれも単相用の電圧調整変圧器に係るものであるのに対して、以下の第８〜１５の実施例はいずれも３相用の電圧調整変圧器に係るものである。
これらの実施例を説明する図はすべて上面図（Ａ）と立面図（Ｂ）からなり、簡単のため、コイルと鉄心以外の回路部分を省略し、コイルと鉄心についても一部省略してある。
【実施例８】
【００６５】
最初に第８の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第８図を参照して説明する。
【００６６】
（構造）
本実施例では、３相電圧調整変圧器の第１相分は、第１、第２の閉磁路をなす鉄心２１、２２からなる主鉄心に１次、２次コイルＮ１１、Ｎ２１を同心に巻き、鉄心２１，２２の１次、２次コイルと反対側の位置に、制御コイルＮｃ１１、２１を直列に、且つ互いに逆方向に巻き、さらに１次コイルは、第３の鉄心３１をも巻くことで形成される。
同様にして第２、３相分が形成される。
その際、バイパス鉄心３０は、前記各相の鉄心３１、３３、３５を３脚として、これらに共通のヨーク５１、５３を上下に有する。
【００６７】
（作用効果）
動作の原理は、相当する単相電圧調整変圧器、例えば、実施例２に係るものと同様であるが、これを３組並列する場合と異なり、共通のヨーク５１、５３により、各相のバイパス鉄心の個別の帰路が省略できる結果、安価で小型化できる。
【実施例９】
【００６８】
第９の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第９図を参照して説明する。
【００６９】
（構造）
本実施例では、前記実施例８と比較すると、バイパス鉄心が２分割され、各々にバイパス鉄心制御コイルが巻かれている点で異なる。
即ち、例えば、第１相目のバイパス鉄心は３１、３２からなり、両鉄心にはバイパス鉄心制御コイルＮｃ４１、Ｎｃ４２が直列に、且つ互いに逆方向に巻かれる。
本実施例では、全バイパス鉄心３１〜３６は共通の上下ヨーク５１、５３を有する。
【００７０】
（作用効果）
動作の原理は、相当する単相電圧調整変圧器、例えば、実施例４に係るものと同様であるが、これを３組並列する場合と異なり、共通の上下ヨーク５１、５３により、各相の２組のバイパス鉄心の個別の帰路が省略できる結果、安価で小型化できる。
なお本実施例では、バイパス鉄心の、３相の各相に対応する別々の脚部を各々２つにした構成について説明したが、共通ヨーク部（共通ヨーク部の上下双方とも、もしくは上下の一方）を２つのした場合、あるいは前記別々の脚部と前記共通ヨーク部（共通ヨーク部の上下双方とも、もしくは上下の一方）の双方を各々２つにした場合も相応する効果を奏することができる。
【実施例１０】
【００７１】
第１０の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第１０図を参照して説明する。
【００７２】
（構造）
本実施例では、主鉄心の積層鉄心からなる３脚、２１、２３、２５が三角に配置され、各々に、２次コイルＮ２１、Ｎ２２、Ｎ２３が、さらにその外側に１次コイルＮ１１、Ｎ１２、Ｎ１３が巻かれる。（図では簡単のため、第１相分のコイルＮ１１、Ｎ２１だけを示す。）
【００７３】
主鉄心の３脚の上下には、３脚共通の環状のヨーク４１、４２、４３、４４が、４１と４２は上部に、４３と４４は下部に備えられ、各ヨークは巻線鉄心からなり、３脚にバットジョイントされる（締付スタットで圧接）。
【００７４】
さらに、上部ヨーク４１、４２の３箇所に、制御コイルＮｃ１１とＮｃ２１、Ｎｃ１２とＮｃ２２、Ｎｃ１３とＮｃ２３がヨーク４１、４２に、直列に、且つ互いに逆方向に巻かれる。（図では簡単のため、第１組の制御コイルＮｃ１１、Ｎｃ２１だけを示す。）
【００７５】
下部ヨーク４３、４４の３箇所にも同様に制御コイルＮｃ１４とＮｃ２４、Ｎｃ１５とＮｃ２５、Ｎｃ１６とＮｃ２６が巻かれる。（図では簡単のため、下部ヨーク４４と制御コイルＮｃ２４だけを示す。）
【００７６】
（作用効果）
動作の原理は、相当する単相電圧調整変圧器、例えば、前記実施例１に係るものと同様であるが、これを３組並列する場合と異なり、３相分合計で、主鉄心の脚部は３本、主鉄心のヨーク部は上下合せて４本を要するだけであるので、安価で小型化できる。
【実施例１１】
【００７７】
第１１の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第１１図を参照して説明する。
【００７８】
（構造）
本実施例では、前記実施例１０と比較して、１次コイルＮ１１，Ｎ１２、Ｎ１３だけが巻くように、バイパス鉄心３１、３３、３５が追加される。
（作用効果）
動作の原理は、相当する単相電圧調整変圧器、例えば、前記実施例３に係るもの、特に実施例３において、バイパス鉄心が３０ａだけからなる場合と同様であるが、これを３組並列する場合と異なり、３相分合計で、主鉄心の脚部は３本、ヨーク部は上下合せて４本を要するだけであるので、やはり安価で小型化できる。
【実施例１２】
【００７９】
第１２の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第１２図を参照して説明する。
【００８０】
（構造）
本実施例では、前記実施例１１における積層バイパス鉄心３１、３３、３５と比較して、その上下に、さらに巻線鉄心からなる環状の共通のヨーク５１、５３が装着（バットジョイント）される。
【００８１】
（作用効果）
動作の原理は、前記実施例８に係るものと同様であるが、実施例８（第８図）の場合よりも３相の配置の対称性がよく、バランスのとれた歪みの少ない特性を提供できる。
さらに、３相分合計で、主鉄心の脚部は３本、主鉄心のヨーク部は上下合せて４本を要するだけであるので、やはり安価で小型化できる。
【実施例１３】
【００８２】
第１３の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第１３図を参照して説明する。
【００８３】
（構造）
本実施例では、前記実施例１０における積層バイパス鉄心３１、３３、３５と比較して、その上下各々に、２本ずつの巻線鉄心からなる環状の共通のヨーク５１、５２、と５３、５４（５４のみ図示せず）が装着（バットジョイント）される。
さらに、バイパス鉄心の上部ヨーク５１、５２の３箇所に、バイパス鉄心制御コイルＮｃ４１とＮｃ４２、Ｎｃ４３とＮｃ４４、Ｎｃ４５とＮｃ４６がヨーク５１、５２に、直列に、且つ互いに逆方向に巻かれる。
【００８４】
簡単のため、バイパス鉄心制御コイルについては、Ｎｃ４１とＮｃ４２だけを図示してある。
又、下部ヨーク５３、５４にも同様にバイパス鉄心制御コイルが巻かれる。
【００８５】
（作用効果）
動作の原理は、前記実施例９に係るものと同様であるが、実施例９（第９図）の場合よりも３相の配置の対称性がよく、バランスのとれた歪みの少ない特性を提供できる。
さらに、３相分合計で、主鉄心の脚部は３本、主鉄心のヨーク部は上下合せて４本を要するだけであるので、やはり安価で小型化できる。
【実施例１４】
【００８６】
第１４の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第１４図を参照して説明する。
【００８７】
（構造）
本実施例では、即ち、実施例６に係る単相電圧調整変圧器が３組、三角形状に配置されており、積層鉄心からなるバイパス鉄心３１、３３、３５の上下に、巻線鉄心からなる環状のヨーク５１、５３がバットジョイントされる。
簡単のため図中には、主として第１相分の部材だけを示し、第２、第３相分については、上面図（Ａ）だけに、第１主鉄心２３、２５とバイパス鉄心３３、３５を示した。
【００８８】
ヨーク５１、５３の平面方向の輪郭は全体として環状であるが、長方形輪郭のバイパス鉄心に接する部分は平行直線を、バイパス鉄心の間の部分は円弧を描いているので、これを「おむすび」型とも称する。
【００８９】
（作用効果）
動作の原理は、相当する単相電圧調整変圧器、例えば、前記実施例６においてバイパス鉄心に帰路がある場合と同等であるが、これを３組並立する場合と異なり、バイパス鉄心の個別の帰路が省けるので、安価で小型化できる。
又、動作の原理は、前記実施例１２に係るものと同様であるが、実施例１２の場合と異なり、継ぎ目工作が不要で一括機械巻き工作が可能な巻鉄心を６個（バイパス鉄心の共通ヨークを２つ加えると計８個）とバイパス鉄心を３脚用意するだけでよいので、主鉄心の２分割構造がさらに簡単になり、製造が容易になる。
【実施例１５】
【００９０】
第１５の実施例に係る３相電圧調整変圧器を、第１５図を参照して説明する。
【００９１】
（構造）
前記実施例１４における積層バイパス鉄心３１、３３、３５に対して、その上下各々に、２本ずつ巻線鉄心からなる環状の共通のヨーク５１、５２、と５３、５４（図示せず）が装着（バットジョイント）される。さらに、バイパス鉄心の上部ヨーク５１、５２の３箇所に、バイパス鉄心制御コイルＮｃ４１とＮｃ４２、Ｎｃ４３とＮｃ４４、Ｎｃ４５とＮｃ４６（図示せず）がヨーク５１、５２に、直列に、且つ互いに逆方向に巻かれる。
【００９２】
簡単のため、バイパス鉄心制御コイルについては、Ｎｃ４１とＮｃ４２だけを図示してある。
又、下部ヨーク５３、５４にも同様にバイパス鉄心制御コイルが巻かれる。
【００９３】
（作用効果）
動作の原理は、相当する単相電圧調整変圧器、例えば、前記実施例７（第７図）と同等であるが、これを３組並立する場合と異なり、バイパス鉄心の個別の帰路が省けるので、安価で小型化できる。
又、動作の原理は、前記実施例１３に係るものと同様であるが、実施例１３の場合と異なり、継ぎ目工作が不要で一括機械巻き工作が可能な巻鉄心を６個（バイパス鉄心の共通ヨークを４つ加えると計１０個）とバイパス鉄心を６脚用意するだけでよいので、主鉄心及びバイパス鉄心の２分割構造がさらに簡単になり、製造が容易になる。
【００９４】
上記の実施例１０〜１５において、主鉄心及び／又はバイパス鉄心には「環状」のヨークが備えられており、「環状」とは具体的には、各上面図に示したように、全て、脚部との接合部分では平行線形状であり、脚部間部分では同心の円形状からなるものとした。
しかしながら、「環状」のヨークは他の形状をとる場合を含み、例えばヨークの鉄心材料を節約するために、脚部間部分も略、平行線形状にして全体として「おむすび形」とすること、あるいは例えばヨークの加工を簡単にするために、ヨーク全体を同心の「円形」にすることもできる。
【００９５】
なお、以上の、本発明による電圧調整変圧器は、全て、バイパス鉄心を除去し２次コイルを除去するならば、可変リアクトルとして使うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
近年、風力発電や太陽光発電等の分散電源が増加し、それらの系統連携電力の変動がもたらす系統周波数や系統電圧の電力品質の悪化が懸念されている。このような電力品質の安定化方策の一つとして、電力変動を補償するために高速で連続的電圧制御が出来る、変圧器が必須である。この要求性能を大電力用で高信頼性を確保しつつ、しかも安価に供給することは、従来の機械式タップによるステップ電圧切換え方式や、半導体を使った静止型変圧器では困難であった。本発明による磁束制御型変圧器は実用的に初めてこの要求に応えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】従来の技術による電圧調整変圧器を説明する等価回路図である。
【図２】本発明による第１の実施例に係る（単相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は等価回路図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は立面図である。
【図３】本発明による第２、第３の実施例に係る（単相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は回路図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は立面図である。
【図４】本発明による第４の実施例に係る（単相の）電圧調整変圧器を説明する等価回路図である。
【図５】本発明による第５の実施例に係る（単相の）電圧調整変圧器を説明する等価回路図である。
【図６】本発明による第６の実施例に係る（単相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図７】本発明による第７の実施例に係る（単相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図８】本発明による第８の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図９】本発明による第９の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図１０】本発明による第１０の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図１１】本発明による第１１の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図１２】本発明による第１２の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図１３】本発明による第１３の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図１４】本発明による第１４の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【図１５】本発明による第１５の実施例に係る（３相の）電圧調整変圧器を説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は立面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０    閉磁路をなす鉄心
１１ａ    開口部
１１ｂ、１１ｃ    ２脚の鉄心
２１、２３、２５    第１の鉄心（主鉄心）
２２、２４、２６    第２の鉄心（主鉄心）
３０    第３の鉄心（バイパス鉄心）
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ    バイパス鉄心の４辺
３１、３２、３３、３４、３５、３６    バイパス鉄心
４１、４２    上部ヨーク
４３、４４    下部ヨーク
５１、５２    バイパス鉄心の上部ヨーク
５３、５４    バイパス鉄心の下部ヨーク
Ｎ１、Ｎ２    １次コイル、２次コイルの組
Ｎ１１、Ｎ２１；Ｎ１２、Ｎ２２；Ｎ１３、Ｎ２３    １次コイル、２次コイルの組
Ｎｃ１、Ｎｃ２    制御コイルの組
Ｎｃ１１、Ｎｃ２１；Ｎｃ１２、Ｎｃ２２；Ｎｃ１３、Ｎｃ２３    制御コイルの組
Ｎｃ１４、Ｎｃ２４；Ｎｃ１５、Ｎｃ２５；Ｎｃ１６、Ｎｃ２６    制御コイルの組
Ｎｃ３、Ｎｃ４    バイパス鉄心制御コイルの組
Ｎｃ４１、Ｎｃ４２；Ｎｃ４３、Ｎｃ４４；Ｎｃ４５、Ｎｃ４６    バイパス鉄心制御コイルの組
【図１】
2005252113.tif 000003
【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】
2005252113.tif 000009
【図８】
2005252113.tif 000010
【図９】
2005252113.tif 000011
【図１０】
2005252113.tif 000012
【図１１】
2005252113.tif 000013
【図１２】
2005252113.tif 000014
【図１３】
2005252113.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005252113.tif 000017