(57)【要約】      （修正有）【課題】卷線やサイリスタの容量を減少させ全体の損失が少ないリアクトル変圧器を提供する。【解決手段】卷鉄心を用いた単相内鉄形巻鉄心変圧器の鉄心１の上下に空隙３を持つ鉄心２を９０°方向に接着した構造の３脚鉄心を用い、変圧器とリアクトルを一体で作り，サイリスタで２次卷線を制御するリアクトル変圧器とした。【選択図】図１
2016032089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相内鉄形変圧器の鉄心の上下に空隙を持つ鉄心を単相内鉄形鉄心と９０°方向に接着した構造を持つ３脚鉄心を持つ変圧器とリアクトルを一体で作るリアクトル変圧器
【請求項２】
請求項１に記載した構造の３脚鉄心の内、空隙をもつ鉄心には卷線を巻かず、単相内鉄形変圧器の鉄心の片方の脚にはリアクトルの定格容量と同じ容量の卷線を巻きこれを１次コイルと記し、他方の脚には変圧器励磁電流に伴う励磁容量と同じ容量の卷線を巻いたものを２次コイルと記し、１次コイルに電源を接続し、この２次コイルの両端に２次コイルと同じ容量を持つサイリスタを接続したリアクトル変圧器
【請求項３】
リアクトル１２をサイリスタ８と直列に接続し、サイリスタに流れる電流を１次コイル５に流れる電流の位相角（例えば８８°遅れ）に合わせる。
またはリアクトル１２の代わりに三相電源の他相の電源に１次卷線を接続した小型変圧器の２次卷線をサイリスタの直列に接続してサイリスタに流れる電流を（例えば８８°遅れに）調整するリアクトル変圧器とサイリスタ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は配電線または送電線に設置してリアクトルをサイリスタによって制御する装置の内、変圧器とリアクトルを一体に作り、変圧器の２次卷線をサイリスタで制御して変圧器のリアクタンスを変化させる瞬時電圧変動補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の瞬時電圧変動補償装置（以下フリッカ吸収装置と記す。）は変圧器とリアクトルを別々に製造し、変圧器とリアクトルとサイリスタのブッシングを電線で接続していた。
また、変圧器とリアクトルを一体に作るリアクトル変圧器の技術は参考文献６に記載されている。
しかしこれは製品には出来ない多々の欠点を持っており、理論的にも不完全である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】  特開２００８−０１１６２６号広報
【特許文献２】  特開２００９−０３７４６６号広報
【特許文献３】  特開２００９−１９１５７６号広報
【特許文献４】  特開２００９−２９１３８８号広報
【特許文献５】  特開２０１０−３２２９１２号広報
【特許文献６】  特開２００５−３４７５３５号広報
【０００４】  上記文献の内１から５までは変圧器とリアクトルとサイリスタのタンクの上部にあるブッシングを電線で接続して使用するもので、それぞれサイリスタの制御に関する発明であり、変圧器とリアクトルを一体化する特徴が無い。
文献６は変圧器とリアクトルを一体化したものであるが、制御はサイリスタではなくタップを切り替えたりスイッチを開閉したり、鉄心に直流電流を流して飽和させたりしたものである。
リアクトルの容量とサイリスタの容量は同じである。【０００５】  文献６では［００１７］に積層鉄心を用いると記載され図５（Ｂ）に表示されているが、積層鉄心では卷鉄心に比較して励磁電流は約５倍、損失は約１．５倍、体積と重量は１．２倍となり性能が悪い。
また文献６の［００１９］には主鉄心の内側に２次コイルを、外側に１次コイルを巻き、と記載され図５（Ｂ）に表示されているが、この場合１次コイルの長さは２倍となる。【０００６】  また従来の一般的な技術では文献６の図３に示すように漏洩磁束φＣがコイル２０に損失を生じるし、［０００６］に記載されているように図３の磁束φｂは鉄損を発生する。【０００７】  文献６では鉄心の空隙について図面に記載が無く文章では［００１９］に１次コイルの内側で２次コイルの外側に位置する主空隙の位置に前記バイパス鉄心の脚部を設置しとあるが、要するにバイパス鉄心の上下またはバイパス鉄心の中に空隙を設けることになる。【０００８】  これでは発明の原理が違っているし、図にない鉄心があるものと仮定しても、各卷線は鉄心の漏洩磁束による卷線の損失を通常の巻鉄心を用いた変圧器の１０倍以上発生することになる。
磁気飽和を用いてリアクタンスを調整すると変圧器は短絡状態になり波形が極端に歪むし、発熱して使用に耐えない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  鉄や銅を節約してサイリスタの容量を減少させ安価な装置でありながら、鉄心の飽和、損失、騒音、設置面積、等で従来製品より有利であり、卷線やサイリスタの容量を減少させ全体の損失が少ないリアクトル変圧器を製作することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  卷鉄心を用いた単相変圧器の鉄心の上下に空隙を持つ鉄心を付けた３脚鉄心の内、変圧器の鉄心の、右脚は１次卷線を巻き左脚に１次卷線の容量の２〜５パーセントの容量を持つ２次卷線を巻き、２次卷線と同じ容量のサイリスタを接続する。【００１１】  ３脚鉄心の断面積をほぼ等しくし、サイリスタの通電電流を９０°にして１次卷線の波形を改善するためにサイリスタに直列にコイルまたは三相電源の他相電圧を加える。
ただし、空隙を持つ鉄心の断面積を半分にして両側に取り付けても同じ動作及び作用が得られる。
【発明の効果】
【００１２】  変圧器とリアクトルを個別に製造した場合に比較して鉄心重量は３割減少し、変圧器の２次コイルの容量は９割減少し、サイリスタの容量も９割減少する。
サイリスタに加える電圧は電源電圧に関係なく、自由に選択できる。
空隙を持つ鉄心を取り巻くコイルが無いため漏れ磁束による銅損が通常のコイルに比較して５〜１０パーセントになる。【００１３】  卷鉄心を用いて磁路を合理化し鉄損は３割減少し、銅損は４割減少する。
鉄や銅の漏れ磁束による過流損は５割減少し、サイリスタの容量が３〜５パーセントになることを利用して変圧器とリアクトルを一体に作ったものと同じ油タンクに入れれば設置面積が小さくなり、磁気回路が合理化され騒音の少ない装置を作ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】  本発明の一部である変圧器とリアクトルを一体にしたリアクトル変圧器の外形図
【図２】  本発明の原理を説明するための回路図
【図３】  本発明の回路のサイリスタをフル点弧した時の各部波形
【図４】  本発明の回路のサイリスタを点弧しない時の原理を示す回路図
【図５】  本発明の回路のサイリスタを点弧しない時の各部波形
【図６】  本発明の回路のサイリスタに流れる電流の位相を調整する回路図
【図７】  本発明のサイリスタを６０°点弧させた時の各部波形
【図８】  サイリスタに流れる電流の位相角を調整しない時の１次コイル５に流れる電流波形
【図９】  サイリスタに流れる電流の位相角を調整した後の１次コイル５に流れる電流波形
【図１０】  珪素鋼板の損失や最高磁束密度が磁束の流れによって変化することを説明するための原理図
【発明を実施するための形態】
【００１５】  以下本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００１６】  図１は本発明の変圧器とリアクトルを一体にしたものの外形図で、卷鉄心を用いた単相内鉄形巻鉄心変圧器の鉄心１の上下に空隙３を持つ鉄心２を９０°方向に接着した構造の３脚鉄心の内、変圧器の鉄心１の、右脚は１次卷線５を巻き左脚に１次卷線の容量の２〜５パーセントの容量を持つ２次卷線６を巻く。
ただし上記の右左については判り易くするために仮に用いたもので左右はどちらでも良い。
３脚鉄心の通過磁束の量は同じなので断面積もほぼ同じにする。
【００１７】  鉄心１と鉄心２の接触面４には空隙３に比較して１〜１０パーセントの空隙を持たせて接触面の磁束の偏りを防ぐ。
空隙３については従来通り空隙の数を多くし放射状に鉄心を積んで鉄損を減少する。
【００１８】  図２によって本発明の変圧器とリアクトルを一体にしてこれを制御する原理について説明する。
図２に示す回路図でサイリスタを１８０度°点弧（フル点弧）させて脚１０に流れる磁束を遮断して無負荷時の励磁磁束程度にすると、脚１１の磁束はほとんど脚９に流れるようになり、１次コイル５に定格電流（リアクトル電流）が流れる。
【００１１９】この状態を相対的な数値で説明すると、図２及び図３の１次コイル５と２次コイル６の電圧を１００Ｖとし、１次コイル５の電流を１００Ａとすると、２次コイル６の電圧はサイリスタの端子電圧１．８Ｖとなり、２次コイル６の電流は無負荷時の励磁電流２〜５Ａとなる。
脚９の磁束は脚１１と同じ程度になる。
【００２０】  次にサイリスタ８を無点弧（導通させない）状態にすると、サイリスタ８は無いのと同じ状態になるので、これを書かなければ図２は図４の状態になる。この場合は２次コイル６も無いのと同じになり、脚９の磁気抵抗は脚１０の１０００倍以上であるため、脚１１の磁束はほとんど全て脚１０に流れる。
【００２１】  この時１次コイルに５流れる電流は励磁電流の２〜５Ａである。
したがってサイリスタの点弧位相を変えれば１次コイル５に流れるリアクトル電流は２〜５Ａから１００Ａまで変化する。
【００２２】  以上はサイリスタが完全導通（フル点弧）した場合の説明であるが、サイリスタは点弧位相によって通電電流を変化させるものであり、仮に点弧位相を６０°とすると、各部の電圧電流は原理説明のため細部を省略して考えると図７のようになる。
しかし実際には図２のような回路で６０°通電させるとサイリスタに流れる電流は９０°遅れることは無く、有効分を多く含んでいるのでサイリスタの電流が早く終わり、脚９に流れる磁束は最後に急に脚１０に流れ、１次コイルに５に流れる電流の波形が図８にように歪む。
【００２３】  この歪みを無くするために図６に示すようにリアクトル１２をサイリスタ８と直列に接続し、サイリスタに流れる電流を１次コイル５に流れる電流の位相角（例えば８８°遅れ）に合わせる。
またリアクトル１２の代わりに三相電源の他相の電源に１次卷線を接続した小型変圧器の２次卷線をサイリスタの直列に接続してサイリスタに流れる電流を（例えば８８°遅れに）調整する。
【００２４】  このリアクトルや小型変圧器の２次電圧は数Ｖ程度であり、電流は励磁電流程度である。
その結果図９に示すような電流が１次コイル５に流れる。
【符号の説明】
【００２５】１    空隙のない内鉄形変圧器の巻鉄心
２    空隙のある巻鉄心を用いた鉄心
３    空隙
５    １次コイル
６    ２次コイル
７    交流電源
８    サイリスタ
１２  リアクトルまたは他相の電源に１次コイルを接続した変圧器の２次コイル
【図１】
2016032089.tif 000003
【図２】
2016032089.tif 000004
【図３】
2016032089.tif 000005
【図４】
2016032089.tif 000006
【図５】
2016032089.tif 000007
【図６】
2016032089.tif 000008
【図７】
2016032089.tif 000009
【図８】
2016032089.tif 000010
【図９】
2016032089.tif 000011
【図１０】
2016032089.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月25日(2014.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１に示すように単相内鉄形変圧器の鉄心の上下に空隙を持つ鉄心を単相内鉄形鉄心と９０°方向にＴ字形またはＸ字形に接着した構造を持つ変圧器とリアクトルを一体で作るリアクトル変圧器
【請求項２】
図２に示すように３脚鉄心の内、１番目の脚は空隙のある鉄心とし、他の脚は空隙のない鉄心とし、２番目の脚に２次コイルを巻き、３番目の脚に１次コイルを巻くこと、及び１次コイルの電流容量を定格リアクトル電流容量とし、２次コイルの電流容量は定格リアクトル電流容量の３〜１０％にすること、２次コイルの両端に２次コイルと同じ容量のサイリスタを接続することを特徴とした、サイリスタ付きリアクトル変圧器。
ただし３脚鉄心はその内の１脚を２分割して４脚にしても動作原理が同じものは本発明の特許請求範囲とする。
また１番目の脚、２番目の脚、３番目の脚、は理解を容易にするために仮に付けた番号であり、それぞれの脚の位置は前後、左右、中央、９０°いずれの位置に取り付けても本発明の特許請求範囲とする。
【請求項３】
図６に示すようにリアクトル１２をサイリスタ８と直列に接続し、サイリスタに流れる電流を１次コイル５に流れる電流の位相角（例えば８８°遅れ）に合わせる回路を持つサイリスタ付きリアクトル変圧器の制御回路。
【請求項４】
図６に示すようにリアクトル１２の代わりに三相電源の他相の電源に１次卷線を接続した小型変圧器の２次卷線をサイリスタと直列に接続してサイリスタに流れる電流を（例えば８８°遅れに）調整する回路を持つサイリスタ付リアクトル変圧器の制御回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】  本発明は配電線または送電線に設置してリアクトルをサイリスタによって制御する装置、商品名フリッカ吸収装置の内、変圧器とリアクトルを一体に作り、変圧器の２次卷線をサイリスタで制御して変圧器のリアクタンスを変化させる瞬時電圧変動補償装置、商品名フリッカ吸収装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来の瞬時電圧変動補償装置、商品名フリッカ吸収装置は変圧器とリアクトルを別々に製造し、変圧器とリアクトルとサイリスタのタンクのブッシングを電線で接続していた。
また、変圧器とリアクトルを一体に作るリアクトル変圧器の技術は参考文献６に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】  上記の内文献１から文献５までは変圧器とリアクトルとサイリスタのタンクの上部にあるブッシングを電線で接続して使用するもので、それぞれサイリスタの制御に関する発明であり、本発明の変圧器とリアクトルを一体化する特徴が無い。
本発明は文献６の図５（Ａ）の一部を使用している。
文献６は変圧器とリアクトルを一体化したものであるが、３脚鉄心の内１つの脚には卷線を巻かず、他の２つの脚にはそれぞれ１次コイルと２次コイルを巻いたもので、文献６の２次コイルを短絡した時に、卷線が無い鉄心が飽和する前は１次コイルに励磁電流が流れ、卷線が無い鉄心が飽和するとハイインピーダンストランスを短絡した状態になり、リアクトル電流が流れる原理を使用したものである。
制御はサイリスタによる制御ではなく飽和させる鉄心の断面積によって飽和点変わることを使用したり、タップを切り替えたりスイッチを開閉したり、鉄心に直流電流を流して飽和点を制御するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】  本発明では文献６の図（Ａ）に示す回路図を一部使用している。
文献６の［発明の効果］の項の［００２８］によればブロック鉄心を用いないので（空隙がある鉄心を用いないので）性能的に振動、騒音が小さく、フリンジングによる損失が小さく、局部加熱が少ないリアクトルが得られる、と記してある。
この様に、文献６の図（Ａ）および［００２８］に示すように３脚鉄心の内どの脚にも空隙がなく、本発明では卷線が無い脚に空隙を持たせる点が異なる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】  文献６の［００２８］にあるブロック鉄心を用いない、の意味は３脚鉄心の内どの鉄心も空隙を持つ脚を用いないという意味であり、フリンジングによる損失が小さく、とあるのはどの脚にも空隙がないので空隙部分に発生する損失が無いという意味である。
本発明では脚の一つに空隙を持たせる点が文献６と異なる。
また文献６の［００１９］には主鉄心の内側に２次コイルを、外側に１次コイルを巻き、と記載され図５（Ｂ）に表示されているが、この場合１次コイルの長さは本発明のリアクトル変圧器に比較して約２倍となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】  文献６の［００４１］にはバイパス鉄心と主鉄心の断面積の比により、２次コイルの容量が変化する。と記され、［００４２］では１次２次コイル間の鎖交磁束が少なくなっており、（漏洩磁束が多い）その分、２次容量が減少しているので、短絡電流の量は定格電流程度に抑えられ、と記してある。
これは従来のハイインピーダンストランスの原理であり、漏洩磁束の通り道を従来の空間を通過するもの、のほかにバイパス鉄心を通過するようにして漏洩磁束を増し、ハイインピーダンスを容易に作ることを目的にしたもので本発明とは全く異なる。
本発明では１番目の脚に空隙のある鉄心を用い他の脚に空隙のない鉄心を用い、２番目の脚に２次コイルを巻き、３番目の脚に１次コイルを巻くことにより２次コイルを短絡した時の１次コイルに流れる電流は定格リアクトル電流となり、２次コイルに流れる電流は励磁電流（定格電流の５％）程度になる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】  文献６の図Ｂによれば、最も容量の大きな１次コイルを２０に示すように主鉄心とバイパス鉄心の外に巻いているので１次コイルの長さが長くなり、重量が増す。
文献６の［００４１］にはバイパス鉄心と主鉄心の断面積の比により、２次コイル容量が変化すると記してあるが、文献６の場合バイパス鉄心を他の鉄心の断面積より小さくして、２次コイルを短絡した場合ある点でバイパス鉄心に磁気飽和を発生させ、１次コイルと２次コイルにハイインピーダンストランスの短絡電流を流す事が発明の原理である。
この様に磁気飽和を用いると変圧器は短絡状態になり飽和した鉄心の発熱も大きく、１次コイルの電流波形が極端に歪むし、２次コイルの定格容量は１次コイルとほぼ同じになる。
本発明では２次コイルの定格容量は１次コイルの５％程度で、磁気飽和を使用しないので電流波形も極端な歪みが無い。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】  卷線や鉄心を減少させ、さらにサイリスタの容量を従来の５％程度にして安価な装置でありながら、鉄心の飽和、損失、騒音、設置面積、等で文献１〜６より有利なサイリスタ付のリアクトル変圧器を製作することを目的とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2016032089.tif 000013