JPH0582031U - 疎結合変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力線搬送監視制御システムを高速化するた
めのＦＳＫ信号注入装置に必要な広い信号通過帯域を有
する疎結合変圧器を、漏洩磁束が少なく、騒音が小さ
く、小型・軽量で、安価に製造できるようにする。 【構成】 １つの外側鉄心脚部12に一次巻線17を、他の
外側鉄心脚部14に二次巻線18をそれぞれ巻き、中央鉄心
脚部13を磁気分路とした三脚構造のＥ形鉄心と、Ｉ形鉄
心11とを、空隙16を介して組み合わせる。すると、一次
巻線17に発生した磁束の大部分は中央鉄心脚部13を通
り、その磁束の一部は二次巻線18と鎖交する。このた
め、一次巻線17と二次巻線18との間の相互インダクタン
スが小さくなって、結合度の小さな疎結合変圧器が実現
する。又、一次巻線17と二次巻線18との自己インダクタ
ンスの値も大きくなって、使用導体量も少なくなり、小
型になる。

Description

【考案の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本考案は、電力線を信号伝送媒体として使用して、負荷制御，開閉器制御等の 監視制御システムにおける制御信号伝送や，自動検針システム等におけるデータ 伝送を行うための周波数偏移変調(以下「ＦＳＫ」という）信号の発生と電力線 への注入とを行う装置に使用する疎結合変圧器に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】 電力線を信号伝送媒体として利用する電力系統の監視制御若しくは情報伝送シ ステムにおいては、伝送すべき信号の発生装置と、発生した信号を電力線へ注入 する結合装置とが必要である。 【０００３】 従来の配電線監視制御システムの１つであるリップルコントロール装置では、 単一の周波数を断続させて、パルスコード化したものを、制御信号或いは情報信 号として使用している。 【０００４】 図８は、従来の電力線搬送監視制御システムの１つであるリップルコントロー ル装置に使用されている結合装置の結合変圧器の構造を示すもので、分離された 一次鉄心11と二次鉄心12とにそれぞれ一次巻線Ｌ₁21と二次巻線Ｌ₂22とを巻いて 、これらを一体化した特殊構造となっている。 【０００５】 【考案が解決しようとする課題】 しかしながら、従来の単一周波を断続させる(以下「ＡＳＫ」という)信号方式 では、信号伝送上の制約から伝送速度を低くせざるを得ない(例えば２ビット/秒 程度)ので、多数の開閉器の監視制御，自動検針等の伝送すべき情報量が多量で ある場合には長時間を要し、実用上の問題を生ずる。 【０００６】 又、図８に示すような空心或いは一部に鉄心を有する特殊構造の結合変圧器が 信号注入用として使用されているが、これ等の結合変圧器は、製造コストが高く ，大型で，騒音対策や磁束漏洩対策等を必要とする問題があった。 【０００７】 本考案は、このような問題に鑑みてなされたもので、信号伝送速度が早くて、 多量の情報の伝送，多数の開閉器の監視制御ができる上、漏洩磁束が少なく、騒 音が小さく、軽量小型で、安価に製造できる、ＦＳＫ信号注入に必要となる信号 通過帯域の広い結合装置に使用する疎結合変圧器を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】 本考案は、電力線搬送監視制御システムを高速化するためのＦＳＫ信号注入装 置に使用する疎結合変圧器を、左右の外側鉄心脚部に巻線を巻いて、中央鉄心脚 部を漏洩磁束の通路とした、薄鋼板を成層してなるＥ形三脚構造の鉄心と、薄鋼 板を成層してなるＩ形構造の鉄心とを、空隙を介して組み合せて、巻線相互間を 疎結合した空隙付き閉磁路鉄心構造とすることにより、注入信号の広帯域通過特 性を実現して、信号伝送速度を早くすると共に、Ｅ形鉄心とＩ形鉄心との間の空 隙の長さを調整して、巻線間の結合度を変えられるようにしたものである。 【０００９】 本考案は、従来のＡＳＫ信号方式の代りに、ＦＳＫ信号方式を採用することに よって、信号伝送速度の高速化を図ることにより、50ビット／秒(50Ｈz地域)或 いは60ビット／秒(60Ｈz域)の信号伝送ができるようになる。 【００１０】 又、ＦＳＫ信号を電力線側に注入する結合装置では、本考案の疎結合変圧器を 使用したＦＳＫ信号注入装置のように、ＦＳＫ搬送周波数としてマーク570Ｈz， スペース630Ｈzを使用すると、所要の周波数帯域(600Ｈz±30Ｈz以上)において 平坦帯域通過(バンドパス)特性を有し、それ以外の周波数帯域において高インピ ーダンスを有することが要求される。 【００１１】 ところが、本考案は、一般の電力用変圧器とほぼ同様な三脚鉄心構造を有する 空隙付き疎結合変圧器によって所要の特性を得ている。又、ＦＳＫ信号のための マーク，スペース信号は、図１で示す疎結合変圧器の一次側及び二次側にそれぞ れ接続した２個のコンデンサＣ₁，Ｃ₂と、疎結合変圧器のインダクタンスとによ って形成される回路を、２組の制御トランジスタで開閉して、コンデンサの充放 電を繰り返すことにより、発生している。 【００１２】 【作用】 本考案によれば、60ビット／秒(60Ｈz域)という高速のＦＳＫ信号が注入でき る広帯域通過特性を持った結合回路が実現できる上、空隙の長さを調整して、そ の帯域を容易に変化させることができる。又、一般の電力変圧器用のＥＩ鉄心を 使用しているため、軽量，小型で、安価に製造できる。 【００１３】 【実施例】 以下、図面を参照しながら、本考案の実施例を詳細に説明する。 【００１４】 図１は本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注入装置の全体図で、図に 示すように、ＦＳＫ信号注入装置は、直流電源１，制御ロジック回路２，スイッ チング回路３及び結合回路４から構成される。 【００１５】 図２は本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注入装置の動作を説明する ための概念図、図３は図１のＦＳＫ信号注入装置の詳細な構成を示す回路図で、 以下考案の一実施例の動作について説明する。 【００１６】 直流電源１で得られた直流電圧は、スイッチング回路３に導かれる。スイッチ ング回路３は２個の制御トランジスタＴ₁，Ｔ₂からなり、これ等の２個の制御ト ランジスタＴ₁，Ｔ₂は、１つが閉の状態ときは、他が開の状態になるように、制 御ロジック回路２からの互いに180°位相の異なる制御信号Φ₁，Φ₂によって制 御される。今、図２において、制御トランジスタＴ₁をＯＮとすれば、コンデン サＣ₁は直流電源から充電される。次に、制御トランジスタＴ₁を制御トランジス タＴ₂に切り換えると、コンデンサＣ₁に充電された電荷は、インダクタンスＬ₁ ，コンデンサＣ₁及び疎結合変圧器を介して接続されるインダクタンスＬ₂，コン デンサＣ₂，負荷Ｚ_Lからなる回路を通して放電される。従って、制御トランジス タＴ₁と制御トランジスタＴ₂との開閉周波数によって決まる交流を負荷Ｚ_Lに流 すことができる。 【００１７】 制御ロジック回路２は送信すべきＦＳ変調時系列におけるマークとスペースと の符号を判別して、それぞれの符号に対応する周波数(本実施例では、マーク570 Ｈz、スペース630Ｈz)の制御信号Φ₁，Φ₂を、各符号の継続している期間中発生 し、スイッチング回路３に送出して、制御トランジスタＴ₁，Ｔ₂の開閉を行う。 スイッチング回路３の出力に接続された結合回路４は、２組のコンデンサＣ₁， Ｃ₂と疎結合変圧器とからなり、ＦＳ変調した信号を発生する部分である。結合 回路４は、図２に示すように、コンデンサＣ₁，Ｃ₂と疎結合変圧器のインダクタ ンスＬ₁，Ｌ₂によって決まる２組の共振回路を相互インダクタンスＭで結合した 形をもっており、これ等の２組の共振周波数は、それぞれ、マーク周波数とスペ ース周波数とにほぼ一致するように、コンデンサＣ₁，Ｃ₂と疎結合変圧器の結合 係数によって調整される。結合回路４の出力は、直接或いは変圧器を介して電力 線に接続されており、マーク周波数とスペース周波数から形成されるＦＳＫ信号 を電力線へ送出する。 【００１８】 次に、本考案の疎結合変圧器の機能と構造とについて述べる。 【００１９】 本考案の疎結合変圧器に要求される機能としては、その一次側と二次側に直列 に接続されるコンデンサＣ₁，Ｃ₂と協調して、所要の共振周波数を有する共振回 路が容易に得られること、即ち一次、二次のインダクタンスＬ₁，Ｌ₂の調整が容 易であることが先ず必要である。 【００２０】 又、疎結合変圧器と２組のコンデンサＣ₁，Ｃ₂からなる結合回路４について言 えば、信号伝送効率を上げて、所要のＳ／Ｎ比を得るために、信号伝送に必要な 周波数帯域で低インピーダンス、それ以外の周波数帯域で高インピーダンスとな る、いわゆる帯域通過(バンドパス)特性を有することが必要である。 【００２１】 更に、所要の信号伝送速度を確保して、符号誤りを避けるためには、マーク周 波数からスペース周波数への移行及びその逆の移行時における過渡現象の時間を 極力短縮することが要求されることから、通過周波数帯域においてできるだけ平 坦な周波数特性をもたせることが望ましい。 【００２２】 そこで、結合回路４に対するこのような要求を満たすために、本考案の疎結合 変圧器では、以下に説明するような構造を有する。 【００２３】 図４(Ａ)又は(Ｂ)は、本考案の疎結合変圧器の構造を示すもので、(Ａ)は基本 構成を示す図、(Ｂ)は(Ａ)の中央鉄心脚部に調整用鉄心と空隙とを付加して、変 圧器の一次と二次の結合係数の調整を更に容易にした本考案の疎結合変圧器の構 造を示すものである。 【００２４】 図４(Ａ)において、本考案の疎結合変圧器は、磁束の通路に空隙16を有する３ 個のＥ形構造の鉄心脚部12，13，14と、継鉄部11，15よりなる成層鉄心と、中央 鉄心脚部13の左右外側の鉄心脚部12，14に配置された巻線17，18とから構成され る。１つの外側鉄心脚部12の一次巻線17と、他の外側鉄心脚部14の二次巻線18と は、空隙16を通じて磁気的に結合され、中央鉄心脚部13は、両外側鉄心脚部12， 14の巻線17，18で発生した磁束の分路を形成する。従って、空隙16の空隙長を調 整することによって、一次，二次間の結合度を変化させることができる。 【００２５】 図４において、例えば一次巻線17で発生した磁束は、空隙16を通って中央鉄心 脚部13と二次巻線18側の鉄心脚部14の双方に分れることになるが、中央鉄心脚部 13が磁束の分路を形成するため、その磁気抵抗値を他の鉄心脚部の磁気抵抗値よ りも小さくすれば、磁束の多くは中央鉄心脚部13を通って、二次巻線18と鎖交す る磁束は減少する。従って、一次巻線17と二次巻線18との間の相互インダクタン スＭは、通常の２脚鉄心変圧器に比べて小さくなるので、一次巻線17と二次巻線 18との結合度も小さくなる。 【００２６】 ところで、巻線間の磁気結合度を示す数値としては、一般に、次式で表わされ る結合係数Ｋが用いられる。 【００２７】 【数１】 【００２８】 ここで、Ｌ₁，Ｌ₂は、図２における各巻線の自己インダクタンスである。 【００２９】 以上説明したように、本考案の疎結合変圧器を用いれば、巻線間の疎結合が得 易く、且つ、結合度の調整も行い易いため、前述のＦＳＫ信号注入装置の結合回 路に要求される機能を容易に実現することができる。 【００３０】 又、鉄心を使用しているため、各巻線のインダクタンスの値を大きくとること ができるようになると共に、空心形或いは図５で設計した場合に比べて、使用導 体量も少なくなって、製造原価を低減することができる。 【００３１】 更に、本考案の疎結合変圧器は、従来のＡＳＫ信号方式における信号の注入用 として使用することもできる。 【００３２】 ところで、図４(Ａ)に示すＥ形鉄心12〜15とＩ形鉄心11との空隙16を変化させ て、巻線間の結合度を調整することができ、図５に空隙16の空隙長と結合度とイ ンダクタンスとの関係についての実験例を示す。 【００３３】 空隙長さを変化させると、結合度と共に、巻線の自己インダクタンスＬ₁，Ｌ₂ も変化するため、巻線のタップ位置とコンデンサＣ₁，Ｃ₂の値を調整することに よって、所望の特性を実現することができる。 【００３４】 図６は、ＦＳＫ信号注入装置に用いる本考案の疎結合変圧器の中心周波数ｆ₀ 付近における巻線間の結合度と帯域通過特性との関係を示すもので、図中に太線 で示す Ｋ＝ｋ₁ の特性がもっとも望ましい特性ではあるが、それ以外の中心周 波数に対しても、鉄心寸法，巻線の巻数及びコンデンサの容量を調整することに より、又、図４(Ｂ)の構造の本考案の疎結合変圧器においては、鉄心寸法Ｃと空 隙長Ａ及びＢを調整することにより、通過周波数帯域を変えることができる。 【００３５】 図７は、本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注入装置によって６kＶ 配電線に、中心周波数600Ｈzで、マーク，スペースの比〔デューテイ比（Duty ratio)〕１：１のＦＳＫ信号を注入したときの６kＶ配電線の電圧波形と、振幅 スペクトルの分布を示すもので、信号波のスペクトルは、60Ｈz商用周波成分の スペクトルより約30dＢ(振幅にして約 1/30)低く、且つ、ＦＳＫ信号周波数帯域 で所要のスペクトル分布を有することが分かる。 【００３６】 【考案の効果】 以上説明したように、本考案によれば、電力線を信号伝送媒体として使用する 電力線搬送監視制御システムにＦＳＫ変調方式を導入することにより、本考案の 疎結合変圧器によって効率のよい信号注入を実現することができるので、信号伝 送速度が早く、多量の情報が伝送できるので、多数の開閉器等の監視制御を行う ことができるという効果を奏する。 【００３７】 又、本考案の疎結合変圧器は、鉄心を用いた閉磁路構成であるので、漏洩磁束 が少なく、騒音が小さく、小型・軽量で、安価に製造できるという効果を奏する 。 【００３８】 更に、漏洩磁束が少ないという効果により、近接する通信回路や制御回路への 影響が小さくなって、本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注入装置の設 置場所の制限が少なくなる上、騒音が少なく、小型・軽量にすることができると いう効果により、騒音公害に対する配慮や、設置面積の確保等の制限が少なくな るので、本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注入装置が必要な場所に容 易に設置することができるという更なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注
入装置の全体図である。 【図２】本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注
入装置の動作を説明するための概念図である。 【図３】図１のＦＳＫ信号注入装置の詳細な構成を示す
回路図である。 【図４】本考案の疎結合変圧器の構造を示すもので、
(Ａ)は基本構成を示す図、(Ｂ)は(Ａ)の中央鉄心脚部に
調整用鉄心と空隙とを付加した疎結合変圧器の構成を示
す図である。 【図５】本考案の一実施例として用いた疎結合変圧器に
おける空隙長と結合度との関係を示す図である。 【図６】ＦＳＫ信号注入装置に用いる本考案の疎結合変
圧器の中心周波数ｆ₀付近における巻線間の結合度と帯
域通過特性との関係を示す図である。 【図７】本考案の疎結合変圧器を使用したＦＳＫ信号注
入装置によってＦＳＫ信号を注入したときの電圧波形及
び振幅スペクトルの分布を示す図である。 【図８】従来の結合変圧器の構造を示すものである。 【符号の説明】 １…直流電源、 ２…制御ロジック回路、 ３…スイッ
チング回路、 ４…結合回路、 11…継鉄部(Ｉ形鉄
心)、 12，13，14…Ｅ形鉄心脚部、15…継鉄部(Ｅ形鉄
心)、 16…空隙、 17…一次巻線、 18…二次巻線。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (１) １つの外側鉄心脚部に一次巻線を、他の外側鉄心
   脚部に二次巻線をそれぞれ巻き、中央鉄心脚部を磁気分
   路としたＥ形鉄心と、 空隙を介して前記Ｅ形鉄心と組み合わせるＩ形鉄心とか
   らなり、 周波数偏移変調信号を電力線に注入する電力線信号注入
   装置の結合回路に双峰特性を持たせて、広帯域の注入信
   号が通過できるようにしたことを特徴とする疎結合変圧
   器。 (２) 前記空隙の長さを変化させて、一次巻線と二次巻
   線との間の結合度を変化させると共に、帯域特性も変化
   させることを特徴とする実用新案登録請求の範囲(１)記
   載の疎結合変圧器。