図面 (/)

技術 積変圧器鉄損の低減方法および低鉄損積変圧器

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 今村猛岡部誠司石田昌義本田厚人
出願日 1999年8月23日 (21年2ヶ月経過) 出願番号 1999-235275
公開日 2001年3月6日 (19年8ヶ月経過) 公開番号 2001-060521
状態 未査定
技術分野 一般用変成器の鉄心 一般用変成器の容器,取付け 変成器又はリアクトル一般
主要キーワード 三脚構造 重畳比率 高調波振幅 変圧器装置 基本正弦波 素材特性 ラップ幅 奇数次高調波
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年3月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

素材特性劣化させることなしに、変圧器での磁束波形歪を有利に解消して、変圧器鉄損を低減する。

解決手段

鉄心として、 800 A/mにおける磁束密度が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損比率が65%以下の一方向性電磁鋼板を積層した積鉄心変圧器において、該変圧器の入力側に付設した高調波発生装置により、5次または7次の奇数次高調波を、一次電圧との位相差:120°以上、 240°以下でかつ高調波重畳比率:5%以上、25%以下の範囲で一次電圧に重畳させる。

概要

背景

近年、電力需要の増大に伴い変圧器大容量化している。変圧器の鉄心構造としては積鉄心変圧器巻鉄心変圧器に大別されるが、大型の変圧器は専ら積鉄心構造であり、鉄心素材としては一方向性電磁鋼板が使用されている。

ところで、変圧器に要求される重要な特性として変圧器鉄損が挙げられる。この変圧器鉄損は、変圧器鉄心励磁された時に生じるエネルギー損失であり、これが大きいと電力損失が大きくなる。そのため、省エネルギーという観点からも変圧器において低損失化が重要になってきた。そこで、変圧器の損失を低減すべく、素材である一方向性電磁鋼板についてもその鉄損下げ努力がなされている。

しかしながら、巻鉄心変圧器においては、単位質量当たりの素材鉄損と変圧器鉄損がほぼ等しいことから、素材鉄損を小さくすることが変圧器鉄損の低減に非常に有効ではあるが、積鉄心変圧器においては、素材鉄損と変圧器鉄損が一定の対応関係にはないため、低鉄損の素材を用いても必ずしも変圧器鉄損が小さくなるとは限らないのが実情である。

その理由は、素材鉄損の測定法エプスタイン法:JIS C 2550)では、磁束が正弦波であり、その方向もほぼ圧延方向と一致するので、巻鉄心変圧器では素材鉄損測定時とほぼ同様な磁束状態にあるものの、積鉄心変圧器では磁束波形が歪んだり圧延方向以外にも磁束が流れるため、素材鉄損に比較して大幅に鉄損が劣化することによるものとされている。

このように、正弦波を用いて変圧器鉄心を励磁することが、必ずしも鉄損が最も低くなる方法とは限らないのである。特に三相積鉄心変圧器では、T接合部を有するために、この部分で歪んだ回転磁束が発生し、磁束波形が正弦波から大きく歪むことや、脚全体の磁束がゼロになる時点においても磁束の回り込みが発生すること等から、鉄損が増大するという問題があった。

この点、特公平6-63030号公報では、鋼板ストレスポイントを与え、90°磁区の生成を容易にすることによって、変圧器特性を向上させているが、この方法では、鋼板にストレスポイントを与えた後では与える前に比べて鉄損が悪くなるという問題があった。

概要

素材特性を劣化させることなしに、変圧器での磁束波形歪を有利に解消して、変圧器鉄損を低減する。

鉄心として、 800 A/mにおける磁束密度が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損比率が65%以下の一方向性電磁鋼板を積層した積鉄心変圧器において、該変圧器の入力側に付設した高調波発生装置により、5次または7次の奇数次高調波を、一次電圧との位相差:120°以上、 240°以下でかつ高調波重畳比率:5%以上、25%以下の範囲で一次電圧に重畳させる。

目的

本発明は、上記の実情に鑑み開発されたもので、素材特性を劣化させることなしに、変圧器での磁束波形歪を有利に解消することによって、変圧器特性の効果的な向上を可能ならしめた、積変圧器鉄損の低減方法を、低鉄損積変圧器と共に提案することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

積鉄心変圧器において、その入力側に、正弦波を任意の振幅周波数で発生でき、しかも取り込んだ一次電圧に、発生させた高調波を任意の位相角で合成することが可能な高調波発生装置をそなえることを特徴とする低鉄損変圧器

請求項2

積鉄心変圧器の鉄心が、800 A/m における磁束密度が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損比率が65%以下である一方向性電磁鋼板を積層したものから成ることを特徴とする請求項1記載の低鉄損積変圧器。

請求項3

800 A/m における磁束密度が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損の比率が65%以下である一方向性電磁鋼板を積層した鉄心をそなえる積鉄心変圧器において、該変圧器の入力側に付設した高調波発生装置により、5次または7次の奇数次高調波を、一次電圧との位相差: 120°以上、 240°以下でかつ高調波重畳比率:5%以上、25%以下の範囲で一次電圧に重畳させることを特徴とする積変圧器鉄損低減方法

技術分野

0001

本発明は、積変圧器鉄損低減方法および低鉄損変圧器に関するものである。

背景技術

0002

近年、電力需要の増大に伴い変圧器も大容量化している。変圧器の鉄心構造としては積鉄心変圧器巻鉄心変圧器に大別されるが、大型の変圧器は専ら積鉄心構造であり、鉄心素材としては一方向性電磁鋼板が使用されている。

0003

ところで、変圧器に要求される重要な特性として変圧器鉄損が挙げられる。この変圧器鉄損は、変圧器鉄心励磁された時に生じるエネルギー損失であり、これが大きいと電力損失が大きくなる。そのため、省エネルギーという観点からも変圧器において低損失化が重要になってきた。そこで、変圧器の損失を低減すべく、素材である一方向性電磁鋼板についてもその鉄損を下げ努力がなされている。

0004

しかしながら、巻鉄心変圧器においては、単位質量当たりの素材鉄損と変圧器鉄損がほぼ等しいことから、素材鉄損を小さくすることが変圧器鉄損の低減に非常に有効ではあるが、積鉄心変圧器においては、素材鉄損と変圧器鉄損が一定の対応関係にはないため、低鉄損の素材を用いても必ずしも変圧器鉄損が小さくなるとは限らないのが実情である。

0005

その理由は、素材鉄損の測定法エプスタイン法:JIS C 2550)では、磁束が正弦波であり、その方向もほぼ圧延方向と一致するので、巻鉄心変圧器では素材鉄損測定時とほぼ同様な磁束状態にあるものの、積鉄心変圧器では磁束波形が歪んだり圧延方向以外にも磁束が流れるため、素材鉄損に比較して大幅に鉄損が劣化することによるものとされている。

0006

このように、正弦波を用いて変圧器鉄心を励磁することが、必ずしも鉄損が最も低くなる方法とは限らないのである。特に三相積鉄心変圧器では、T接合部を有するために、この部分で歪んだ回転磁束が発生し、磁束波形が正弦波から大きく歪むことや、脚全体の磁束がゼロになる時点においても磁束の回り込みが発生すること等から、鉄損が増大するという問題があった。

0007

この点、特公平6-63030号公報では、鋼板ストレスポイントを与え、90°磁区の生成を容易にすることによって、変圧器特性を向上させているが、この方法では、鋼板にストレスポイントを与えた後では与える前に比べて鉄損が悪くなるという問題があった。

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は、上記の実情に鑑み開発されたもので、素材特性を劣化させることなしに、変圧器での磁束波形歪を有利に解消することによって、変圧器特性の効果的な向上を可能ならしめた、積変圧器鉄損の低減方法を、低鉄損積変圧器と共に提案することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

従来から、高調波重畳した歪波で励磁すると、基本正弦波で励磁した時に比べて鉄損が減少する場合があることが判っていた。そこで、発明者らは、この点について鋭意実験・研究を重ねた結果、この高調波重畳による鉄損の低減には、電磁鋼板の 800 A/mにおける磁束密度(B8 )および変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損比率が関連していることの知見を得た。

0010

以下、この発明を由来するに至った実験結果について説明する。図1は、素材特性の異なる一方向性電磁鋼板を用いて三相三脚積変圧器鉄心を作製し、高調波が重畳した電圧で励磁した場合の鉄損変化を示したものである。ここで、脚部における励磁磁束密度は 1.7Tとした。同図の結果から、高調波重畳比率が5〜25%の場合において、高調波を重畳しない場合よりも鉄損が低減することが明らかとなった。また、鉄心作製に用いる素材の違いによって鉄損の低減程度が変わってくることも判明した。

0011

そこで次に、高調波重畳比率が5〜25%の場合において、素材の磁束密度B8および励磁磁束密度:1.7 Tにおける渦電流損比率が、鉄損の減少率に及ぼす影響について調べた。得られた結果を図2に示す。同図より、B8 が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損比率が65%以下の場合に、鉄損減少率が 1.5%以上という高い鉄損低減効果が得られることが判明した。

0012

次に、図3に、高調波を重畳比率:15%、位相差:180 °で一次電圧に重畳した場合の、変圧器鉄損の変化と高調波次数との関係について調べた結果を示す。同図から明らかなように、高調波次数が5次または7次の場合に特に良好な結果が得られ、鉄損が2%以上減少した。

0013

次に、図4に、5次高調波を重畳比率:15%で一次電圧に重畳した場合の、変圧器鉄損の変化と高調波の一次電圧に対する位相差との関係について調べた結果を示す。同図に示したとおり、鉄損は位相差が約 100〜250 °で減少し、とくに 120〜240 °の場合にその減少が大きかった。

0014

上記の実験結果から、鉄心素材として、 800 A/mにおける磁束密度および変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損が所定の範囲を満足する一方向性電磁鋼板を使用し、さらに基本正弦波に重畳させる高調波を適正に制御することによって、積変圧器の鉄損を効果的に低減し得ることを見出し、本発明を完成させるに至ったのである。

0015

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.積鉄心変圧器において、その入力側に、正弦波を任意の振幅周波数で発生でき、しかも取り込んだ一次電圧に、発生させた高調波を任意の位相角で合成することが可能な高調波発生装置をそなえることを特徴とする低鉄損積変圧器。

0016

2.上記1において、積鉄心変圧器の鉄心が、800 A/m における磁束密度が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損比率が65%以下である一方向性電磁鋼板を積層したものから成ることを特徴とする低鉄損積変圧器。

0017

3.800 A/m における磁束密度が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損の比率が65%以下である一方向性電磁鋼板を積層した鉄心をそなえる積鉄心変圧器において、該変圧器の入力側に付設した高調波発生装置により、5次または7次の奇数次高調波を、一次電圧との位相差:120°以上、 240°以下でかつ高調波重畳比率:5%以上、25%以下の範囲で一次電圧に重畳させることを特徴とする積変圧器鉄損の低減方法。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、本発明を具体的に説明する。前掲図2にも示したとおり、一方向性電磁鋼板の 800 A/mにおける磁束密度B8 が1.88T以上、変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損比率が65%以下において、高調波の重畳による鉄損の減少率が 1.5%以上となる。

0019

この理由については、必ずしも明らかではないが、次のように考えられる。一次電圧に高調波を重畳させると、波形が変化すると共に波高値が減少する。波形の変化によって鉄損は増加するが、一方で波高値が減少することによって鉄損が低減する。波高値は磁束密度に依存するため、磁束密度が高い材料ほど、波高値の減少による鉄損の低減効果が高まるものと考えられる。また、発明者らの研究により、渦電流損比率の小さい材料ほど波形変化による鉄損増加が抑えられ、波高値の減少による鉄損減少が大きくなることが解明されたが、この機構により、変圧器脚部の励磁磁束密度における鉄損に占める渦電流損の比率が小さい材料ほど、鉄損の低減に有利であると考えられる。

0020

高調波重畳比率とは、一次電圧の振幅に対する高調波振幅の割合である。本発明において、高調波重畳比率の上限を25%としたのは、これ以上の重畳は磁束波形を大きく歪ませることになり、かえって鉄損の増加を招くことになるからである。また下限を5%としたのは、5%未満の高調波重畳では鉄損の大幅な低減が望めないからである。

0021

また、本発明において、重畳させる高調波を、5次または7次高調波で、一次電圧との位相差を 120°以上 240°以下の範囲としたのは、変圧器の磁束波形歪が主に低次の奇数次高調波がほぼ一次電圧と同位相で重畳していることから、かような高調波を相殺するためである。

0022

本発明で規定した特性をそなえる電磁鋼板の場合、一次電圧に高調波を重畳すると、例えばエプスタイン試験のような他から高調波が重畳しない場合においても鉄損の低減効果は得られるが、変圧器においては、変圧器自体からも高調波が発生するため、これとほぼ逆位相の高調波を予め重畳させることによって、一層効果的に鉄損を低減させることができる。三相三脚積鉄心の場合、高調波次数を5次、位相差を 180°とした場合が最も鉄損低減効果が大きい。

0023

次に、図5に、装置の説明図を示す。図5において、入り側および出側のフィルターは波形を正弦波に補償する装置である。1次電圧は、入り側フィルターを通った後、高調波発生装置により高調波が重畳され歪波となって変圧器に至る。変圧器から発生する2次電圧は、重畳した高調波のために歪んでいるため、出側のフィルターを通り正弦波に補正される。ここで、高調波発生装置は、正弦波を任意の振幅、周波数で発生でき、しかも一次電圧を取り込んで、発生させた高調波と任意の位相角で合成できる装置であれば良い。

0024

実施例1
鋼種A〜Dで示す4種類の方向性電磁鋼板を、幅:150 mmにスリットし、所定の寸法に斜角切断して、三相三脚積変圧器鉄心を作製した。鉄心の構造は、三相三脚構造で交互積み、ラップ幅は10mm、同時積枚数は2枚、鉄心総重量は約100kgである。これらの積変圧器において、一次電圧励磁による磁束密度:1.7 T、一次電圧の周波数:50Hz、重畳させる高調波は5次高調波(250Hz)で、一次電圧に対する高調波の位相差:180 °とし、高調波重畳比率を種々に変化させた時の鉄損について調べた結果を表1に示す。

0025

0026

同表から明らかなように、鉄心として、 800 A/mにおける磁束密度が1.88T以上で、かつ変圧器脚部の励磁磁束密度(すなわち 1.7T)における鉄損に占める渦電流損の比率が65%以下である一方向性電磁鋼板を積層したものを用い、高調波重畳比率を5%以上25%以下で一次電圧に重畳させた場合に、変圧器鉄損を大幅に低減することができた。

0027

実施例2
実施例1で作製した鋼種Cの三相三脚積変圧器鉄心を用いて、一次電圧励磁による磁束密度:1.7 T、一次電圧の周波数:50Hz、重畳させる高調波の一次電圧に対する位相差:180 °とし、高調波重畳比率を5%および15%の電圧で励磁した場合に、高調波の次数を変えた時の鉄損について調べた結果を表2に示す。

0028

0029

同図から明らかなように、高調波の次数が5次または7次の場合に鉄損が大幅に低減している。

0030

実施例3
実施例1で作製した鋼種Cの三相三脚積変圧器鉄心を用いて、一次電圧励磁による磁束密度:1.7 T、一次電圧の周波数:50Hz、重畳させる高調波の次数:5次、高調波重畳比率:15%とし、一次電圧に対する高調波の位相差を種々に変化させた時の鉄損について調べた結果を表3に示す。

0031

0032

同表から明らかなように、高調波の一次電圧との位相差を 120°以上 240°以下とした場合に、良好な鉄損の低減が達成された。

発明の効果

0033

かくして、本発明によれば、素材特性を劣化させることなしに、変圧器の損失を大幅に低減することができ、損失による損害の発生を未然に防ぐと共に、省エネルギーにも貢献する。

図面の簡単な説明

0034

図1一次電圧に高調波を0〜40%の範囲で重畳した時の変圧器鉄損の増加率を示したグラフである。
図2高調波重畳比率が5〜25%の場合において、素材の磁束密度B8 および励磁磁束密度:1.7 Tにおける渦電流損比率が、鉄損の減少率に及ぼす影響を示したグラフである。
図3高調波を重畳比率:15%、位相差:180 °で一次電圧に重畳した場合における、変圧器鉄損の変化と高調波次数との関係を示したグラフである。
図45次高調波を重畳比率:15%で一次電圧に重畳した場合における、変圧器鉄損の変化と高調波の一次電圧に対する位相差との関係を示したグラフである。
図5本発明に従う変圧器装置の説明図である。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社日立製作所の「 静止誘導電器」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】鉄心や巻線が搭載されるタンクの底面の振動を抑制し、空間に放射される騒音を低減すると共に、鉄心や巻線の振動(横ずれ)を抑制し、絶縁破壊のリスクを抑制する静止誘導電器を提供する。【解決手段】静止誘... 詳細

  • NTN株式会社の「 インダクタ装置」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】放熱性の低下を抑制しつつ、ケースの渦電流損失を少なくしたインダクタ装置を提供する。【解決手段】インダクタ装置1は、コア21および巻線22を有するインダクタ2と、インダクタ2を内部に収容し、板状... 詳細

  • DOWAエレクトロニクス株式会社の「 軟磁性粉末、軟磁性粉末の熱処理方法、軟磁性材料、圧粉磁心及び圧粉磁心の製造方法」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】耐湿性に優れたFeSi(P)合金系の軟磁性粉末を提供すること。【解決手段】Feを89.5〜99.6質量%、Siを0.2〜9.0質量%、Pを0〜1.0質量%含む軟磁性粉末であって、(111)面に... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ