JPS5832482B2 - 位相制御装置用変圧器巻線 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位相制御装置用変圧器巻線に係り、特にその二
次巻線における位相制御巻線および切換巻線の巻き方に
関する。

本発明の説明に先立ち、まず位相制御用変圧器が多用さ
れている電気車を対象として、その制御方式および誘導
障害について説明する。

電気車に使用される制御方式は各種あるが、ここでは変
圧器の二次巻線を５不等分割する方式について説明する
。

第１図はこの様な５不等分割方式の原理図である。

この図においては、Ｔｒは変圧器で、鉄心１と、−次巻
線２と、位相制御巻線３、切換巻線４および非制御巻線
５，６．７からなる二次巻線とより構成されている。

これら位相制御巻線３、切換巻線４および非制御巻線５
，６．７は、その巻数比、すなわち端子電圧Ｅ２□、Ｅ
２□ｌ Ｅ２３１ Ｅ２４ 。

Ｅ２５の電圧比が１：１：２：２：２であり、それぞれ
サイリスタ８およびダイオード９からなる整流ユニツ）
ＭＲｆ１〜ＭＲｆ５に接続されている。

また、ＭＳＬは平滑用リアクトル、ＭＭは主電動機電機
子、ＭＦは界磁巻線である。

その動作は、第２図に示すように、最初各整流ユニット
ＭＲｆ１〜ＭＲｆ５の位相制御角α１〜α、＝１８０°
で、阻止状態であり、直流電圧ｅｄ＝Ｏである。

全電圧をあげようとする場合、ノツチ１では、位相制御
角α１を１８０°→０°に制御することによりｅ＝ｏ→
ｅｄ１（ｅｄｌはＥ２１に対応する直流電圧で、以下の
ｅｄ２〜ｅｄ、も同様Ｅ２□〜Ｅ２５に対応する直流電
圧である）となる（ステップ１）。

つぎにα１＝１８０°にすると同時にα２を点弧（α２
＝Ｏ°）するとＥ２、＝Ｅ２□であるから、ｅｄはｅｄ
２となるが不変である（ステップ２）。

ノツチ２では、α１−１８００→０°に制御することに
よりｅｄ＝ｅｄ２→ｅｄ２＋ｅｄ１となる（ステップ３
）。

さらに、α１＝α２−１８０゜（阻止状態）にすると同
時にα３を点弧（導通状態）する。

このときは、Ｅ２３＝Ｅ２１＋Ｅ２□であるからｅｄは
ｅｄ３となるが不変である（ステップ４）。

ノツチ３ではα１−１８０°→０°と制御することによ
りｅｄ＝ｅｄｓ→ｅｄ３＋ｅｄ１となる（ステップ５）
。

このようなステップを繰返すことにより最終的にｅｄ＝
ｅｄ１＋ｅｄ２＋ｅｄ３＋ｅｄ４＋ｅｄ５まで制御され
る。

この制御で変圧器側に対し要求される特性は、前述のス
テップ２でα１を１８０’ （阻止状態）にすると同時
にα２を点弧（導通状態）したとき、すなわち変圧器の
制御巻線３が切換巻線４に切換えられたとき、制御巻線
３からみたリアクタンスｘ２、と切換巻線４からみたり
アクタンスＸ２２が等しいことで、この様にＸ２１＝Ｘ
２□であれば、電圧変動もなくスムーズな移行ができる
。

しかし、Ｘ２□＼Ｘ２□であるときには次の様な問題が
生ずる。

すなわち、電気車は現在すべて直流直巻電動機を使用し
ており、この特性から電気車の速度−電流特性を表わす
ことができる。

これを前述のステップ２について示すと、第３図のよう
になる。

この図かられかるように、変圧器の制御巻線３を使用し
ているとき（リアクタンスＸ２１）、曲線Ａで示す特性
であったとすると、Ｘ２２＜Ｘ２□のときは曲線Ｂで示
す特性となり、Ｘ２゜〉Ｘ２１のときは曲線Ｃで示す特
性となる。

いま直流電流Ｉｄ−Ｉｄ’で運転されているとき、変圧
器の制御巻線３から切換巻線４に切換えられたとすると
、曲線Ｂで示す特性のときは瞬時に■ｄ′→Ｉ ａ ／
／に電流増大をきたす。

一方、曲線Ｃで示す特性のときは■ｄ′→■ｄ″′に電
流減少をきたす。

曲線Ｃで示す特性のときは、すぐ整流ユニツ）ＭＲｆｌ
の位相制御角α１を制御して電圧を大きくしてやるよう
な制御機能をもたせることにより防止できるが、曲線Ｂ
で示す特性のときは、制御、その他で防止することがで
きない。

したがって、この制御方式の場合、変圧器リアクタンス
はＸ２ｌ−Ｘ２□とするか、あるいはどうしてもＸ２１
＼Ｘ２□のときは、曲線Ｃで示す特性のＸ２□〉Ｘ２、
としなければならない。

つぎに誘導障害について説明する。

電気鉄道の場合、誘導障害は、電車線および負き電線に
流れる電流により通信線に誘導される音声周波数帯の雑
音による電話の通話障害である。

通話障害については、高調波電流の合成されたものを等
価妨害電流と称し、記号Ｊｐで表示しＪｐで評価するこ
とになっている。

このＪｐは次式であられされる。

変圧器−次電流（電車線電流）は第４図で示すように、
その波形変歪が大きく、高調波成分を多く含有すること
になり、どうしてもＪｐが犬となる傾向にある。

（１）式かられかるように、ＪｐはＩｎによりきまるが
、Ｉｎは（２）式により近似される。

ここに、 ｎ ：係数 、ＪＩＬＯ：自然転流による立上がり部 ｕｏ ：自然転流による重なり角 、（ＩＬα：位相制御電流 Ｕα ：位相制御電流の転流型なり角 位相制御巻線の特性と等価妨害電流Ｊｐの関係を注目し
たとき、（２）式かられかるように〔〕内第２項で重な
り角Ｕαを大きくすることにより、Ｊｐを低減できるこ
とがわかる。

重なり角Ｕαは制御巻線３からみたりアクタンスＸ２１
によりきまり、このリアクタンスＸ２１が犬となると重
なり角Ｕαも犬となる。

以上説明したように、変圧器の制御巻線３および切換巻
線４としては、制御面からＸ２□＝Ｘ２２であること、
誘導障害の面からはＸ２□をできるだけ犬とすることが
望ましい。

ところで、従来の巻線構造は、第５図に示すように、下
方より二次切換巻線４、二次位相制御巻線３、−次巻線
２、二次非制御巻線５〜７、−次巻線２の順序で配置さ
れている。

すなわち、制御巻線３および切換巻線４は、制御面から
Ｘ２１＝Ｘ２□かＸ２□〈Ｘ２□が要求されるので、互
に隣接してＸ２１〈Ｘ２□となる様に配置され、第６図
に示すように各別に巻回される。

第６図中、８はリード線を示す。

このような従来の巻線構造におけるリアクタンスＸ２１
は（３）式で計算される（第７図参照）。

に：ロゴスキ係数 Ａ２：巻線３の厚さく＝巻線４の厚さ） δに１次巻線２と巻線３間の寸法 に： 次巻線２の形状による定数 また、切換巻線４のリアクタンスＸ２□は（４）式で計
算される（第７図参照）。

ここに（３）式と共通以外の定数は Ｎ２□：巻線４の巻数（Ｎ２□−Ｎ２１）Ａ２：１次巻
線２と巻線４間の寸法 これら（３） 、 （４）式かられかるようにδ１〈Ａ
２であるから、Ｘ２□〈Ｎ２゜となる。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたもので、その目的
は、位相制御巻線から切換巻線に切換えたとき、出来る
だけリアクタンス値の変動幅を小さくして制御の安定を
計り得るとともに、位相制御巻線のりアクタンスを出来
るだけ大きくして誘導障害を低減することのできる位相
制御装置用変圧器巻線を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、位相制御巻線と切
換巻線を並置して一緒に巻回したことを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を第８図および第９図について
説明する。

これら図中、第５図および第６図と同一符号は同−物又
は均等物を示す。

位相制御巻線３および切換巻線４は、第９図に示すよう
に、巻線の径方向、すなわち主磁束方向と直角な方向に
並置して一緒に巻回されており、その他の巻線構造は前
記従来例と同じである。

したがって、全体の巻線構造は第８図の様になる。

この場合における制御巻線３のリアクタンスＸ２（およ
び切換巻線４のリアクタンスＸ２□は（５）式で計算さ
れる（第１０図参照）。

ここに（３）式と共通以外の定数は、 Ａ３：巻線３，４の厚さ く３）〜（５）式かられかるように、Ａ２＜Ａ３および
δ１くＡ２の関係にあることから、Ｘ２１〈Ｎ２（−Ｘ
２６〈Ｘ２□の関係となる。

したがって、実施例のような巻線構造をとれば、従来構
造にくらべつぎのような利点があることがわかる。

（１） 制御の面からＮ２、′＝Ｘ２≦となり、スムー
ズな制御が可能である。

（２）制御巻線のりアクタンスをＮ２；＞Ｘ２１とする
ことができ、等価妨害電流Ｊｐを低減できる。

（３）第６図および第９図から判る様に巻線間をとおる
リード線８のスペースが不要となるので、巻線間の間隙
がＡ２〈ｄｌとなり変圧器が小形軽量化される。

なお、各巻線の配置は、前記実施例の様な配置に限らず
、例えば非制御巻線５〜７を一次巻線２の外側に配置し
たり、制御巻線３および切換巻線４の一緒に巻回された
ものを一次巻線２間に配置したりすることもでき、これ
らの場合においても前記実施例と同様の効果が得られる
。

また、制御巻線３、切換巻線４および非制御巻線５〜７
の各巻数比も、１：１：２：２：２に限らず、１：１：
１：１：１や１：１：２：４：４など、制御巻線３およ
び切換巻線４の巻数比が１：１であれば、その他は任意
に選定することができる。

さらに、前記実施例では、制御巻線３および切換巻線４
を巻線の径方向に並置して一緒に巻回しているが、第１
１図および第１２図に示すように、制御巻線３および切
換巻線４を巻線の軸方向、すなわち主磁束方向と同一の
方向に並置して一緒に巻回することもできる。

これらの場合、制御巻線３および切換巻線４の一次巻線
２に対する離隔距離はほぼ等しくなり、従来のように各
別に巻回したときよりも、制御巻線３から切換巻線４に
切換え移行した際のりアクタンス値の変動幅を小さくす
ることができるので、これらの巻回方式は制御方式であ
る程度カバーできるような場合に有効である。

以上説明したように、本発明によれば、位相制御巻線と
切換巻線を並置して一緒に巻回したので、位相制御巻線
と切換巻線のりアクタンスがほぼ等しくなり、位相制御
巻線から切換巻線に切換えたときのりアクタンス値の変
動幅を小さくでき、安定した制御を行うことが可能とな
る。

また、位相制御巻線のリアクタンスが、位相制御巻線お
よび切換巻線を各別に巻回したときよりも大きくなるの
で、誘導障害を低減することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気車の変圧器二次巻線５不等分割制御方式の
原理図、第２図は各整流ユニットの位相制御による直流
電圧の変化の状態を示す説明図、第３図は電気車の速度
−電流特性図、第４図は位相制御中の一次電流波形図、
第５図は従来における位相制御用変圧器の各巻線配置状
態を示す巻線構成図、第６図は従来における位相制御巻
線と切換巻線の巻回状態を示す断面図、第７図は従来に
おける位相制御用変圧器巻線のりアクタンス計算の参考
用説明図、第８図は本発明の一実施例に係る位相制御用
変圧器の各巻線配置状態を示す巻線構成図、第９図は本
発明における位相制御巻線と切換巻線の巻回状態の一例
を示す断面図、第１０図は本発明の一実施例に係る位相
制御用変圧器巻線の参考用説明図、第１１図および第１
２図はそれぞれ本発明における位相制御巻線と切換巻線
の巻回状態の他側を示す断面図である。 符号の説明、２・・・・・・−次巻線、３・・・・・・
二次位相制御巻線、４・・・・・・二次切換巻線、５〜
７・・・・・・二次非制御巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １−次巻線と、位相制御巻線、切換巻線および非制御巻
   線からなる二次巻線とを備え、前記位相制御巻線と切換
   巻線の巻数比が１＝１である位相制御装置用変圧器巻線
   において、前記位相制御巻線と前記切換巻線を並置して
   一緒に巻回したことを特徴とする位相制御装置用変圧器
   巻線。 ２ 前記位相制御巻線と前記切換巻線を巻線の径方向に
   並置して一緒に巻回したことを特徴とする特許請求の範
   囲１に記載の位相制御装置用変圧器巻線。