(57)【要約】【課題】本発明の目的は、１２相運転を行うΔＹとΔΔ変圧器間のインピーダンスや巻数によるアンバランスや、ΔＹとΔΔ変圧器の整流装置側交流出力電圧のアンバランスによる直流電流（負荷電流）が増加した場合の大幅な直流電圧の低下を抑制できる１２相ダイオード整流装置を提供する。【解決手段】１２相整流回路において負荷電流増加時の大幅な直流電圧の低下を抑制するために、ΔＹとΔΔ変圧器のインピーダンス間のアンバランスを小さくして１２相整流を行わせるため、インピーダンスの小さい変圧器の整流装置側にリアクタンスを挿入する手段を設ける。また、インピーダンスの大きい変圧器側にはキャパシタンスを挿入する手段を設け、インピーダンスのアンバランスを小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器を介してダイオード整流装置が接続されて構成される１２相ダイオード整流装置において、ΔＹとΔΔ変圧器のインピーダンス間のアンバランスを小さくするためにインピーダンスの小さい方のΔＹまたはΔΔ変圧器の整流装置側に、各相毎にリアクタンスを挿入したことを特徴とする１２相ダイオード整流装置。
【請求項２】
変圧器を介してダイオード整流装置が接続されて構成される１２相ダイオード整流装置において、ΔＹとΔΔ変圧器のインピーダンス間のアンバランスを小さくするためにインピーダンスの大きい方のΔＹまたはΔΔ変圧器の整流装置側に、各相毎にキャパシタンスを挿入したことを特徴とする１２相ダイオード整流装置。
【請求項３】
変圧器を介してダイオード整流装置が接続されて構成される１２相ダイオード整流装置において、ΔＹとΔΔ変圧器の整流装置側交流出力電圧の高い方のΔＹまたはΔΔ変圧器の整流装置側に、各相毎にリアクタンスを挿入して交流出力電圧を合せることを特徴とする１２相ダイオード整流装置。
【請求項４】
変圧器を介してダイオード整流装置が接続されて構成される１２相ダイオード整流装置において、ΔＹとΔΔ変圧器の整流装置側交流出力電圧の低い方のΔＹまたはΔΔ変圧器の整流装置側に、各相毎にキャパシタンスを挿入して交流出力電圧を合せることを特徴とする１２相ダイオード整流装置。
【請求項５】
変圧器を介してダイオード整流装置が接続されて構成される１２相ダイオード整流装置において、負荷電流増加時の大幅な直流電圧の低下を抑制するために、二次及び三次巻線の漏れインピーダンスに比べて一次漏れリアクタンスの小さい構造の変圧器を使用することを特徴とする１２相ダイオード整流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道の直流き電線への電力供給設備等に使われる交流を直流に変換する整流装置に関し、特に負荷電流増加時の大幅な直流電圧の低下を抑制するために好適な１２相ダイオード整流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道の直流き電線への電力供給設備等に使われる交流を直流に変換する整流装置としてコストの安いダイオード整流装置が使用されている。整流装置としては交流系統への高調波の流出を少なくするため、ΔΔＹの３次巻線をもった変圧器を介した１２相整流構成がとられる場合が多い。図２に従来使われてきた１２相ダイオード整流装置の構成を示す。２台のダイオード整流装置は直流側で直列接続で構成されているが、並列でも同様の問題が生じ後述する。図２を図番号に従って説明すると、１は受電系統、２はΔΔＹの３次巻線をもった変圧器、３１，３２は三相ダイオード整流装置、４は負荷を示す。３次巻線をもった変圧器の一次，二次，三次のインピーダンス［ＰＵ］をそれぞれＸ1，Ｘ2，Ｘ3とすると、３次巻線付き変圧器のインピーダンスの等価回路は図３で表され、１２相運転時の直流電圧Ｖｄは次式で表される。
【０００３】
Ｖｄ＝１３５ｅ2Y［１−０５（Ｘ1＋Ｘ2）ＩｄY］＋１３５ｅ2Δ［１−０５（Ｘ1
＋Ｘ3）ＩｄΔ］                                             （数式１）
ここに、ｅ2Y，ｅ2ΔはΔＹとΔΔ変圧器の整流装置側交流出力電圧［Ｖ］、ＩｄY，
ＩｄΔはΔＹ及びΔΔ変圧器に接続された整流装置に流れる直流電流［ＰＵ］である。この場合、整流装置が直流側で直列接続されているのでＩｄY＝ＩｄΔ（＝Ｉｄ）ある。
【０００４】
今、ｅ2Y＝ｅ2Δ＝ｅ20（無負荷の変圧器整流器側交流出力電圧）とすると、（１）式は
Ｖｄ＝１３５ｅ20［２−０５（２Ｘ1＋Ｘ2＋Ｘ3）Ｉｄ］               （数式２）
と表される。（２）式は直流電圧が直流電流（負荷電流）に対して線形に低下することを示す。しかし、実際にはΔＹとΔΔの三相ブリッジ整流間、即ちΔＹとΔΔ変圧器間のインピーダンスや巻数にアンバランスがありΔＹとΔΔ変圧器の整流器側巻線電圧が異なるため、図４破線に示すように直流電流に対して大きく直流電圧が低下する直流電流・電圧特性となる。これはインピーダンスのアンバランスや、巻線電圧のアンバランスにより
１２相整流となるべき整流装置が６相整流となることによる原因が大である。また（２）式から明らかなように、電流に対してＸ1の電圧降下が２倍で影響し、Ｘ1が大きいと電圧降下も大きくなることによる原因もある。図５に６相運転時と１２相運転時の直流電圧波形を示す。理想的な場合の直流電圧の実効値は、正弦波ピーク値に対してそれぞれ６相運転時が０９５６、１２相運転時が０９８９であり、１２相運転時に比べて６相運転では約３％直流電圧が低下する。直流電流が大きくなるとＸ1 の電圧降下が大きくなるので、
１２相整流装置間のアンバランスによる電圧降下は顕著に現れることになる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１９９５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、１２相運転を行うΔＹとΔΔ変圧器間のインピーダンスや巻数によるアンバランスや、ΔＹとΔΔ変圧器の整流装置側交流出力電圧のアンバランスによる直流電流（負荷電流）が増加した場合の大幅な直流電圧の低下を抑制できる１２相ダイオード整流装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１２相整流回路において負荷電流増加時の大幅な直流電圧の低下を抑制するために、
ΔＹとΔΔ変圧器のインピーダンス間のアンバランスを小さくして１２相整流を行わせるため、インピーダンスの小さい変圧器の整流装置側にリアクタンスを挿入する手段を設ける。また、インピーダンスの大きい変圧器側にはキャパシタンスを挿入する手段を設け、インピーダンスのアンバランスを小さくする。
【０００８】
また、ΔＹとΔΔ変圧器の整流装置側交流出力電圧を合せるため、交流出力電圧の高いほうの変圧器の整流装置側にリアクタンスを挿入する手段を設け、交流出力電圧を合せる。また、電圧の低いほうの変圧器の整流装置側にキャパシタンスを挿入する手段を設け、交流出力電圧に合せる。
【０００９】
さらに、二次及び三次巻線の漏れインピーダンスに比べて一次漏れリアクタンスの小さい構造の変圧器を設け、１２相ダイオード整流を行わせる。
【発明の効果】
【００１０】
負荷電流が大きくなった場合の直流電圧の低下を抑制できる効率のよい１２相ダイオード整流装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ΔＹとΔΔ変圧器の巻線間にアンバランスがあり、インピーダンスの小さい方の変圧器の整流装置側に外部リアクタンスを挿入した場合の本発明の実施例を図１に示す。図１の実施例ではΔΔ変圧器のインピーダンスが大きい場合を示し、ΔＹ変圧器の整流装置側にインピーダンスを合せるためにリアクタンスを挿入している。５ａ，５ｂ，５ｃは各相に挿入されたリアクタンスである。ΔＹとΔΔの変圧器間及び各相毎にインピーダンスのばらつきがあっても挿入する外部リアクタンス値を調整することによりインピーダンスが合せられるので、電圧降下がΔＹとΔΔの整流装置間、及び各相間で同じとなり１２相整流が行える。
【００１２】
また、リアクタンスを挿入することによって電圧降下を発生するので、ΔＹとΔΔの変圧器の交流出力電圧が高いほうに外部リアクタンスを挿入することにより電圧を下げ、高い交流出力電圧を持った変圧器を低い交流出力電圧をもった変圧器に合せることができる。したがって、整流装置間、及び各相間で同じ交流出力電圧となり１２相整流が行える。但し、リアクタンスによる電圧降下は電流に比例するので、負荷電流に関わらず一定な交流出力電圧（無負荷交流出力電圧）のアンバランスを負荷電流の全般に亘って合せることはできないので、定格運転時を合せる等、ある負荷電流におけるときのみを合せることとなる。
【００１３】
図６にインピーダンスの大きい変圧器の整流装置側に外部キャパシタンスを挿入した場合の本発明の実施例を図６に示す。キャパシタンスはリアクタンスを打消す働きをするので、大きい変圧器のリアクタンスを小さい変圧器に合せることができる。６ａ，６ｂ，
６ｃは各相に挿入されたキャパシタンスである。ΔＹとΔΔの変圧器間及び各相毎にインピーダンスにばらつきがあっても挿入する外部キャパシタンス値を調整することによりインピーダンスが合せられるので、電圧降下がΔＹとΔΔの整流装置間、及び各相間で同じとなり１２相整流が行える。
【００１４】
また、キャパシタンスを挿入することによってリアクタンス分を打消すことができるので電圧降下を補償できる。即ち、ΔＹとΔΔの変圧器の交流出力電圧（無負荷交流出力電圧）の低い変圧器の交流出力電圧に、外部にキャパシタンスを挿入することにより電圧を持ち上げ、高い変圧器に合せることができ、整流装置間、及び各相間で同じ交流出力電圧となり１２相整流が行える。但し、補償される電圧は電流に比例するので、負荷電流に関わらず一定の交流出力電圧のアンバランスを負荷電流の全般に亘って合せることはできないので、定格運転時を合せる等、ある負荷電流のときのみの補償が行えることとなる。
【００１５】
なお、キャパシタンス適用時は変圧器のリアクタンスと外部に挿入したキャパシタンスが電気的に共振することが考えられるので、適用時には注意が必要である。
【００１６】
図７に本発明の他の構成例を示す。図では１２相整流を、三次巻線付き変圧器を介して行わず、ΔＹとΔΔの２台の変圧器で１２相の整流回路を構成している。したがって、
（２）式で説明したΔＹとΔΔの電流によってＸ1による２倍の電圧降下の影響は発生しないが、ΔＹとΔΔ２台の変圧器のインピーダンスの違いや、交流出力電圧の違いはハード製作上生じる。図７ではΔＹとΔΔ２台の変圧器のインピーダンスに違いがあり、この違いをΔΔ変圧器に比べてインピーダンスの小さいΔＹ変圧器の整流装置側に外部リアクトルを挿入して１２相間でインピーダンスを合せている。５はリアクタンスを示す。図では三相を単線結線図で示しているが、三相への外部リアクタンスの挿入は図１と同様である。外部リアクタンス値を調整することによりΔＹとΔΔ２台の変圧器間及び各相間でインピーダンスが合せられるので、電圧降下がΔＹとΔΔの整流装置間、及び各相間で同じとなり１２相運転が行える。
【００１７】
図７において三次巻線付き変圧器を介して１２相運転を行うものにおいて、負荷電流増加時の大幅な直流電圧の低下を抑制するために、二次及び三次巻線の漏れインピーダンスに比べて一次漏れリアクタンスの小さい構造の変圧器を使用するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００１８】
また、リアクタンスを挿入することによって電圧降下を発生できるので、ΔＹとΔΔの変圧器の交流出力電圧が高いほうに外部リアクタンスを挿入して電圧を下げ、高い交流出力電圧を持った変圧器を低い交流出力電圧をもった変圧器に合せることができる。整流装置間、及び各相間で同じ交流出力電圧となり１２相運転が行える。但し、リアクタンスによる電圧降下は電流に比例するので、負荷電流に関わらず一定の交流出力電圧のアンバランスを負荷電流の全般に亘って合せることはできないので、定格運転時を合せる等、ある負荷電流におけるときのみを合せることとなる。
【００１９】
図８に図７と同様の構成で、ΔＹとΔΔ２台の変圧器のインピーダンスに違いがあり、違いをΔＹ変圧器に比べてインピーダンスの大きいΔΔ変圧器に外部キャパシタを挿入して１２相間でインピーダンスを合せている。６はキャパシタンスを示す。図では三相を単線結線図で示しているが、三相への外部リアクタンスの挿入は図６と同様である。外部リアクタンス値を調整することによりΔＹとΔΔ２台の変圧器間及び各相間でインピーダンスが合せられるので、電圧降下がΔＹとΔΔの整流装置間、及び各相間で同じとなり１２相整流が行える。
【００２０】
また、キャパシタンスを挿入することによってリアクタンス分を打消すことができるので電圧降下を補償できる。即ち、ΔＹとΔΔの変圧器の交流出力電圧が低い方に外部にキャパシタンスを挿入することにより電圧を持ち上げ、高い方の値に合せることができ、整流装置間、及び各相間で同じ交流出力電圧となり１２相整流が行える。但し、補償される電圧は電流に比例するので、負荷電流に関わらず一定の交流出力電圧のアンバランスを負荷電流の全般に亘って合せることはできないので、定格運転時を合せる等、ある負荷電流のときのみの補償となる。
【００２１】
図９に本発明の他の構成例を示す。図９では１２相整流装置が直流回路で並列に接続されて構成されている。この場合も直列に接続された場合と同様に負荷電流に対して直流出力電圧が低下すると電流が流れなくなり、並列な整流装置間で電流のアンバランスが生じる。電流をバランスさせるためには１２相整流をする、即ちΔＹとΔΔ変圧器に接続された直流出力電圧を合せることが重要となる。
【００２２】
図９ではΔＹとΔΔ２台の変圧器のインピーダンスに違いがあり、この違いをΔＹ変圧器に比べてインピーダンスの大きいΔΔ変圧器に外部キャパシタを挿入して１２相間でインピーダンスを合せている。図では三相を単線結線図で示しているが、三相への外部リアクタンスの挿入は図６と同様である。外部リアクタンス値を調整することによりΔＹと
ΔΔ２台の変圧器間及び各相間でインピーダンスが合せられるので、電圧降下がΔＹと
ΔΔの整流装置間、及び各相間で同じとなり１２相整流が行える。
【００２３】
また図８に示したと同様にキャパシタでインピーダンスを合せることも可能であり、さらにΔＹとΔΔ２台の変圧器の整流装置側交流出力電圧の違いを前述同様にインピーダンスを挿入することによって合せることも前述同様に可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
１２相ダイオード整流を行う変圧器のΔＹとΔΔ巻線間にばらつきがあった場合にも簡単な構成で１２相ダイオード整流が行えるので、電鉄用の１２相ダイオード整流装置のみならず、一般産業用の１２相ダイオード整流装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の１２相ダイオード整流装置を示す回路構成図。
【図２】従来の１２相ダイオード整流装置を示す回路構成図。
【図３】三次巻線付き変圧器の等価回路図。
【図４】１２相ダイオード整流回路の電流・電圧特性図。
【図５】６相と１２相整流電圧波形図。
【図６】本発明の他の１２相ダイオード整流装置を示す回路構成図。
【図７】本発明の他の１２相ダイオード整流装置を示す回路構成図。
【図８】本発明の他の１２相ダイオード整流装置を示す回路構成図。
【図９】本発明の並列形の１２相ダイオード整流装置を示す回路構成図。
【符号の説明】
【００２６】
１：受電系統、２…ΔΔＹの３次巻線をもった変圧器、４…電車負荷、Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3…３次巻線をもった変圧器の一次、二次、三次のインピーダンス（ＰＵ）、Ｖｄ…１２相運転時の直流電圧「Ｖ」、ｅ2Y，ｅ2Δ…ΔＹとΔΔ変圧器の整流装置側交流出力電圧
［Ｖ］、ＩｄY，ＩｄΔ…ΔＹ及びΔΔ変圧器に接続された整流装置に流れる直流電流
［ＰＵ］、５…リアクタンス、５ａ，５ｂ，５ｃ…各相に挿入されたリアクタンス、６…キャパシタンス、６ａ，６ｂ，６ｃ…各相に挿入されたキャパシタンス、３１，３２…三相ダイオード整流装置。
【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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