JPH03181108A - 障害波防止変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は電源線路に重畳して負荷機器に侵入する障害波
のしゃ断装置に係り、特に電子機器誤動作の原因となる
高周波ノイズを防止すると共に、入力電圧変動による障
害防止に好適な障害波防止変圧器に関する。

［従来の技術］ 近年、障害波等による各種電子機器の誤動作と、これに
伴うシステムダウンは大きな社会問題にまで発展してい
るが、特に大電力需要工場内で使用される電力機器の負
荷の軽重と商用母線の電源電圧変動に起因する負荷機器
の誤動作は、無視し得ない重要な問題である。

従来の障害波防止変圧器は、入力コイル、出力コイルを
一般の変圧器にみられるように同一配置とせず、実公昭
６０−１７８８２号公報に記載のように交互配置または
並列配置とし、両コイル間に隔Ｍ間隙を設けて、入出力
間の洩れリアクタンスを増し、ストレーキャパシティを
極力減じ、高周波成分に対しては、いずれも高インピー
ダンスとなるようにし、入力コイルに侵入する高周波成
分を含んだ有害な障害波は出力側に誘導されないように
構成されている。また高周波であるため、鉄心を磁路と
せず空芯を磁路とする漏洩磁束が、出力コイルと鎖交し
ないように、入出力コイルをそれぞれ銅又はアルミなど
の導電板で被覆した電磁しやへいを施しである。

〔発明が解決しようとする課題ｊ 上記従来技術は、入力コイルに侵入した高周波成分によ
る磁束の内、入出力コイルにそれぞれ電磁じゃへいを施
すことにより、鉄心内部を磁路としない漏洩磁束をしゃ
断し、また鉄心内部を流れる高周波磁束は、高周波実効
透磁率の低い材質の採用により鉄損として消費させてい
るが、たとえ高周波実効透磁率の低い鉄心であっても、
基本周波以外の高周波成分を全て鉄損として消費させて
しまうのは不可能であり、また、従来の障害波防止変圧
器においては、入力電圧の変動に対しては抑）すｊ効果
がなく、そのまま出力電圧の変動となって現われ、当該
機器の停止機能等が作動しシステムダウンに至るという
最悪の事態も起こり得るという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであ
って、入力コイルに侵入する高周波による障害の防止と
、入力電圧の変動に対し出力電圧を安定させる機能を備
えた障害波防止変圧器を提供することを目的としている
。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的は、入力コイルと出力コイルとを別個に巻回し
てなる変圧器に対し、高周波の伝播を防止する如く設け
られた磁気分路と、前記出力コイルに接続された共振コ
ンデンサとを配設した障害波防止変圧器によって達成さ
れる。すなわち、入力コイルと出力コイルとの間、若し
くは入力コイルと前記出力コイルの少なくとも何れか一
方に、非晶質電磁鋼板を装着した磁気分路と、出力コイ
ルに接続された共振コンデンサとを具有する障害波防止
変圧器を構成するものである。

［作用〕 入力コイルに侵入した障害波の高周波成分により鉄心内
に生ずる磁束は、高周波実効透磁率の低い材質の採用に
より鉄損として消費され、高周波磁束は、高周波成分に
対し低インピーダンスとなる非晶質電磁鋼板による磁気
分路に還流され、出力コイルには高周波成分を誘起しな
い。また、この磁気分路は基本波成分に対し直列リアク
トルのように働き、この直列リアクトルに流れる電流は
出力側に接続されたコンデンサと出力側主磁路との間の
鉄共振のベクトル和であり、入力電圧の変動に応じて、
進み電流または遅れ電流となって、直列リアクトルの両
端電圧は電圧上昇又は電圧降下となり、入力端子変動に
対し出力電圧を安定させる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面によって説明する。第１
図は本発明の一実施例の斜視図であって、ｌは入力コイ
ル、２は出力コイルで、各々独立にセンターコア形鉄心
３の中央脚５に交互に配設されている。そして第２図に
示す非晶質電磁鋼板を積層して形成した磁気分路４を前
記入力コイルｌと出力コイル２の間隙に主鉄心３の中央
脚５とサイドヨーク脚６を連結するように嵌着する。さ
らに共振コンデンサ９を出力コイルに並列に接続する。

ここで主鉄心３は高周波実効透磁率の低い材質を選定し
、非晶質電磁鋼板の磁気分路４は主鉄心３に対して、小
さい断面積を有するように構成する。

本発明における障害波除去及び入力電圧変動に対する出
力電圧の安定機能について以下第３図、第６図、第７図
により説明する。第３図は第１図の縦断面を示す図であ
り、入力コイルｌには電源線路を通じて基本周波の他に
高周波成分を含む障害波が重畳して侵入してくるが、主
鉄心３には高周波実効透磁率の低い鉄心、例えば、Ｔ−
１２０級無方向性珪素鋼板を採用することにより、障害
波の高周波成分による有効な磁束は、主鉄心３内で鉄損
として消費され、出力コイル２に高周波成分は誘起され
ないようにしている。また入力コイル１と出力コイル２
を各々独立に分離して配設し、かつ銅またはアルミ製の
バリアシールド（静電シールド）８を挿入し、両コイル
間の洩れリアクタンスを増加し、ストレーキャパシティ
を少なくして、高周波成分に対してはいずれも高インピ
ーダンスとなるよう配慮されているが、上記の構成は障
害波防ロニ変圧器としては公知のものである。

第３１メ１において主鉄心３の断面積は、磁気分路４の
断面積に比較して十分大きいから、低インピーダンスと
なり、基本周波成分により誘起される磁束は、磁気分路
４側には流れ込まず主鉄心３のみをＬ′↓湾し、出力コ
イル２には基本周波の起電力を、′Ａ起する。一方、高
周波による磁束は、全てが鉄損によって消費されること
はなく、周波数帯によってはｒ＝鉄心３内を貫流し出力
コイルに鎖交しようとする。この時、磁気分路４は、高
周波実効透磁率が：Ｌ鉄心３に比べて高く、高周波成分
に対しては低インピーダンスとなるから、高周波成分に
よる磁束は、磁気分路４に流れ込んで高周波実効透磁率
の低い主鉄心３には貫流せず、出力コイル２には鎖交し
ないから、障害波による起電力は誘起されない。すなわ
ち、磁気分路４は高周波成分に対してはバイパス磁路と
して機能する。

次に入力電圧変動に対する出力電圧の安定機能について
説明する。

第６図は、本発明による障害波防止変圧器の、基本波に
おける巻数比ｌ：１の場合の等価回路を示す。第７図は
、第６図における各部の電圧と電流の関係を示すグラフ
である。第６図において、１４は磁気分路４により入出
力間に形成されるリアクタンス、１５は出力側インダク
タンスによる飽和リアクトル、１３は共振用コンデンサ
９による静電容量を示す。第７図の電圧と電流の関係に
おいて■は出力電圧Ｖ、と飽和リアクトル］５に流れる
電流との関係、■は出力電圧Ｖ。と静電容量１３に流れ
る電流との関係、■は■＋■で飽和リアクトル１５と静
電容量１３に各々流れる電流のベクトル和として得られ
る電流と出力電圧Ｖ。

との関係、■は直列リアクトルに流れる電流とこのリア
クトルの両端電圧の関係、■＝■＋■であり入力電圧を
表わしている。従って同じ電流について見たとき■が入
力電圧、■が出力電圧を示している。ここで入力電圧と
出力電圧が等しい点を基準とし、入力電圧が低下した場
合には直列リアクトル１４に流れる電流は第７図から明
らかなように進み電流となってこの両端電圧は電圧上昇
となって出力電圧は持ち上げられる。逆に入力電圧が上
昇した場合には直列リアクトル１４に流れる電流は遅れ
電流となってリアクトル両端電圧は電圧降下となって出
力電圧は抑えられ、入力電圧が変動しても出力電圧は安
定することになる。このように前記高周波成分に対して
はバイパス用として作用する磁気分路４が基本波におい
ては直列リアクトルとして作用し、出力電圧を安定させ
る役割を果たし二つの機能を有することになる。

第８図は従来の障害波防止変圧器の等価回路、第９図は
同電圧と電流の関係を示すグラフである。

第８図の１４’　は従来構造のように入力コイルと出力
コイル間に隔離間隙を設けることにより生ずるリアクタ
ンス分であり、第９図■′はこのリアクタンスに生ずる
電圧降下を示している。第９図■′は入力端子、■′は
出力電圧を示し、■ｒ　＝、＜２ｒ−■′の関係がある
。第９図から明らかなように、入力電圧の変動はそのま
ま出力電圧にも変動となって現われ、従来の障害波防止
変圧器は入力電圧の変動に対しては無力である。

以上に述べた実施例による障害波防止変圧器のノイズ除
去効果の一例（ノーマルモードノイズリダクション）を
、周波数と減衰率の関係特性図として第１０図に示す。

ここで第１図の実施例の共振用コンデンサ９は高周波成
分に対してはパスコンの効果があり、非晶質電磁鋼板に
よる磁気分路４の効能を確認するため、第１０図に示す
特性図では、共振用コンデンサは手付状態にて行い、同
図（ａ）は磁気分路４を嵌着した時のノイズ除去特性、
同図（ｂ）は磁気分路を嵌着しない従来形障害波防止変
圧器におけるノイズ除去特性について示している。供試
機に用いた主鉄心は、無方向性珪素鋼板（Ｔ−１２０級
）で第１１図（ｂ）にその周波数と透磁率の関係特性を
示す。同様に磁気分路の形成材料として用いた非晶質電
磁鋼板の周波数と透磁率の関係特性を同図（ａ）に示し
ている。

主鉄心の基本周波における磁束密度は １０，０００ガウス〜１３，０００ガウス（１，Ｏテス
ラー１，３テスラ）程度となり、また非晶質電磁鋼板の
飽和磁束密度は １５．０００ガウス〜１６，０００ガウスであるから、
基本周波に対する磁気分路の磁束密度は約２０．０００
ガウス以上に設定すれば磁気インピーダンスは無限大と
なり、基本周波による磁束は磁気分路には分流せず、全
て出力コイルに鎖交し出力電圧の低下を招くことはない
。

従って磁気分路断面積は主鉄心断面積の】／２以下に設
定するのが望ましい。本実施例においては主鉄心断面積
２８ｃｎｔに対して磁気分路断面積は２．８ｃｎ！とじ
、主鉄心断面積のｌ／１０に設定してデータを採取した
。

ところでＩ　ＥＥＥのリポートによれば電源ノイズの多
くは１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚのスパイクノイズと４０
０Ｈｚ〜５０００Ｈｚのトランジェントノイズに分類さ
れると報告があり、米国ＩＢＭの報告でもコンピュータ
におけるノイズ障害の４９％がトランジェントノイズ、
４０％がスパイクノイズに起因するとの報告がある。ま
た、ノイズ実測例においても、電磁開閉器の接点開閉サ
ージは、５ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ、回路遮断器の開閉サ
ージは１ｏｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数成分を有する
ことが確認されており、−股間なＡＣラインノイズフィ
ルタではその効力が発揮できるのは１ｏｏｋＨｚ以上の
周波数帯であることから、１００ｋＨｚ以下の領域でも
減衰効果が得られる障害波防止変圧器は、電源ノイズに
対して有効である。

従来の障害波防止変圧器ではｌ　０ＯｋＨｚ以下におけ
るノイズ減衰効果はフィルタに比べると大きいが、本発
明によれば、第１０図かられかるように従来品に比べ１
ＯｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの範囲において約１０ｄＢの
大きな減衰効果が得られており、バイパス磁路の効果が
あられれている。

このことは、主鉄心において、高周波になればなるほど
透磁率が低下し、高周波成分は出力コイルには誘起しな
くなるが、基本波以外の周波数成分が全て鉄損として消
費されるのではなく、とくに電源ノイズ障害として問題
となる周波数範囲数ｋ　ｌ（ｚ〜１ｏｏｋＨｚにおいて
は、電磁結合の低下による減衰効果のみならず、本発明
の如く高周波バイパス磁路が存在すれば、透磁率が十分
低下しない周波数領域でも、高周波成分はバイパス磁路
に流れ込んで出力コイルには鎖交せず高周波成分を誘起
しない。このことは第１０図においてもｌ　Ｏｋ　Ｈｚ
〜数１００ｋ）（ｚの範囲で明確にあられれている。

第４図は本発明の別の実施例を示す斜視図、第５図は第
４図の縦断面図であり、第１図実施例と同等の作用効果
をもたらすものである。

本実施例は、主鉄心３の相対する側辺部に入力コイル１
と出力コイル２を配置する障害波防止変圧器に、非晶質
電磁鋼板を積層し巻鉄心形状とした磁気分路１０を入力
コイルｌの外側に設けたもので、入力側から侵入してく
るノイズに対し高周波成分による磁束が、入力側に設け
た磁気分路ｌＯを貴流し、主鉄心３には高周波成分によ
る磁束は流れず出力側には高周波分は誘起されない。

［発明の効果］ 本発明は従来の障害波防止変圧器に対し、以上説明した
ように高周波実効透磁率の大きな非晶質電磁鋼板により
形成した磁気分路を嵌着しているので、高周波でかつ広
範囲に分布した障害波による高周波磁束は、この磁気分
路にバイパスすることにより、ノイズじゃへい効果を高
めることができるので大きな減衰効果が得られる。

また、この磁気分路は、基本波においては直列リアクト
ルとなり、出力コイルに挿入した共振コンデンサと出力
コイルによるリアクタンスとの間の鉄共振現象により、
直列リアクトルに流れる電流が入力電圧の大小で進み又
は遅れ電流となり、直列リアクトルの両端電圧は電圧上
昇、電圧降下となり、入力電圧の変動に対し出力電圧を
安定させる機能が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は非晶買電
磁率鋼板を積層した磁気分路の斜視図、第３図は第１図
の縦断面図、第４図は本発明の他の実施例の斜視図、第
５図は第４図の縦断面図、図 第６図は本発明の障害波防止変圧器の等価回路、八 第７図は第６図における各部の電圧と電流の関係を示す
特性図、第８図は従来の障害波防止変圧器の等価回路図
、第９図は第８図における各部の電圧と電流の関係を示
す特性図、第１０図は本発明及び従来形の障害波防止変
圧器における周波数とノイス滅哀率の関係を示す特性図
、第１１図は本発明の実施例に供した主鉄心、及び非晶
質電磁鋼板の周波数と実効透磁率の関係を示す特性図で
ある。 ■・・・入力コイル ３・・・主鉄心 ５・・・中央脚 ７・・・電磁シールド ９・・・共振コンデンサ ＩＩ、ＩＩ’　・・・入力端子 １２．１２′・・・出力端子 １３・・・静電容量 ２・・・出力コイル ４・・・磁気分路 ６・・・サイドヨーク脚 ８・・・バリアシールド １０・・・磁気分路 １４． １４’ ・・・入出力間リアク トル ５・・・出力側飽和リアクトル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．入力コイルと出力コイルとを別個に巻回してなる障
   害波防止変圧器において、高周波の伝播を防止する如く
   設けられた磁気分路と、前記出力コイルに接続された共
   振コンデンサとを具有することを特徴とする障害波防止
   変圧器。
2. ２．前記磁気分路は、入力コイルと前記出力コイルの間
   に装着された積層非晶質電磁鋼板からなることを特徴と
   する請求項１に記載の障害波防止変圧器。
3. ３．前記磁気分路は、入力コイルと前記出力コイルの少
   なくとも何れか一方に装着された積層非晶質電磁鋼板か
   らなることを特徴とする請求項１に記載の障害波防止変
   圧器。