磁通控制型（MFC）变压器 Development of a magnetic-flux-control-type transformer 1引言 近年，随着负载的多样化和引入太阳光发电、风力分散发电等电源，电力系统，特别是配电系统，用传统的电压控制方法已越来越难以应付。 电力系统的电压控制，以前是通过抽头转换变压器的阶跃式，调压器等机械式接点进行的。但是，由于抽头转换需要时间，电压控制只限于阶跃式变压，最近，引入了快速并能连续控制电压的晶闸管调压器（TVR）、静态无功功率补偿器（SVC），静态无功功率发生器（SVG）等移相设备。 但是，用晶闸管等半导体元件进行控制的静止调压器，虽然可快速和连续控制出电压，但是存在结构和控制复杂，价格也高等缺点。 本文介绍开发的磁通控制型（MFC）变压器，采用新的磁通控制技术，除了有以前的变压器功能外，还有可快速和连续控制输出电压和滞后无功功率的功能。而且，主电路中同用半导体元件，只用铜铁材料，因此结构简单，非常坚实，可靠性高。 本文简要介结磁通控制型（MFC）变压器的工作原理和基本特性，论证三相原理的原型和试制的单相和三相样品的控制特性。 2磁通控制型变压器的结构 图1表示开发的磁通控制型变压器的基本结构：和通常变压器一样的初级线圈N1和次级线圈N2构成的磁路中，将磁路一部分分成两个分路，每个分路上分别绕上串联的控制圈Nc1和Nc2，与控制电路相连。控制线圈串联，使由主磁通产生的感应电压互相抵消，不进行控制时，控制电路中不感生电压。 如果控制线圈中通以直流控制电流，就可使控制磁通在分成两个分路的磁路中形成环流。由于交流主磁通和控制磁通共用分支磁路，主线圈的磁阻因控制磁通环流而产生变化。即交流主磁通受直流控制电流的控制，主线圈电感产生变化，因此，除通常的变压器功能外，还可以高速而且连续的控制输出电压和滞后的无功功率。 图2表示磁通控制型变压器的等效电路。不控制时的磁通控制型变压器的等效电路与通常变压器相同。在通直流控制电流时，励磁电抗和漏电抗受控制电流的控制，随着励磁电流的增大，输出电压受漏电抗的影响而产生变化。 为了论证三相原理和检验基本特性，制作了三相磁通控制型变压器原型，并进行特性评估。 图3表示论证三相原理的磁通控制型变压器的线圈结构。额定容量为2kVA，额定输入、输出电压各为200V。由于初级线圈、次级线圈的控制线圈的位置不同，控制时的磁阻变化而产生的漏磁通，对次级线圈的影响也有所不同。电压控制和无功功率控制特性也会发生变化。因此，按下面设定初次级线圈的配置，以便进行线圈配置的影响评估： A型线圈配置：初次级线圈的磁耦合弱， B型线圈配置：初次级线圈的磁耦合强。 图4表示图3所示的线圈配置的空载电压控制特性，可确认电压控制特性因线圈配置而有差别。 A型线圈配置，初级线圈和次级线圈的位置偏移，漏磁通对次级线圈的影响大，电压变化大。 B型线圈配置，初级线圈和次级线圈重叠绕制，漏磁通对次级线圈的影响小，电压几乎不变。 也就是电压控制幅度大的线圈配置方式，是初次级线圈移位等磁耦合弱的配置方式。但是，磁耦合弱的线圈配置，在不控制时的漏电抗大，阻抗的百分比（一般以额定阻抗为百分之百）也大，因此，在研制原型时，对线圈配置决定的电压控制幅度和阻抗的百分比的设定是很重要的。 4单相试制样品的结构和控制特性 根据论证三相原理磁通控制型变压器原型的基本特性检测结果，试制了单相30kVA磁通控制型变压器，以便对它做详细验证。 试制的单相30kVA磁通控制型变压器的规格，线圈结构和外观分别示于表1、图5和图6。 试制的单相样品的额定初级电压和次级电压各为200V。但其线圈结构可使其变到280V。在两个地方设置分支磁路，分别绕上控制圈，将初级和次级线圈设置在这两个分支磁路之间。 图7表示单相样品在空载和额定负载（30kVA，功率因数1.0）时的电压控制特性。通过调整控制电流，可对电压进行线性控制，即使在负载时也和空载时一样的控制。图8是额定负载（30kVA，功率因数1.0）时的无功功率控制特性。通过调整控制电流，无功功率同样可线性控制。 5三相原型的规格的控制特性 三相原型的规格和外观分别示于表2和图9。一次、二次和三次侧的电压分别为400V、6600V和400V；额定容量为350kVA；电压控制幅度设定为一次侧400V±5%。另外，线圈接法是△-△-△形，使三次谐波分量环流，即使在控制时也可将电流总谐波含量控制在5%以下。 350kVA三相原型的磁心结构和线圈构成是根据单相样品的特性验证结果进行仿真设计的，但与单相样品不同，为了满足三相高压，大容量要求，还重新进行了漏磁通设计和绝缘设计。 原型磁心采用与一般三相变压器一样的三柱磁心，各个柱的一部分一分为二后绕制控制线圈。在各个柱上分别设置初级线圈和次级线圈，但还设置了可以设定电压控制值大小的，改变两线圈重叠部分的线圈抽头，以使两线圈间的磁耦合不同。 图10表示三相原型的无功功率控制特性，图中的线圈类型中，A型为磁耦合最弱的抽头、B型为磁耦合中等的抽头，C型为磁耦合最强的抽头。由图可知，励磁电流的控制量本身几乎不变化，与线圈抽头无关；无功功率可线性控制，与线圈配置无关。 图11表示三相原型的电压控制特性随线圈抽头设定的变化。由于初级线圈和次级线圈的磁耦合随线圈抽头的设定而有差别，电压控制特性也不同。磁耦合最强的C型线圈的情况下，电压无变化，可作为只能调整无功功率的单功能设备工作。 6结语 研制了可快速且连续控制输出电压和滞后无功功率的磁通控制型变压器。用三相原型确认三相磁通控制型变压器的原理，验证基本特性，确认可线性控制电压。用单相样品确认可线性控制电压和无功功率。进而根据单相样品验证结果，制作350kVA三相原型。今后除了在现场进行控制特性的确认试验外，还应进行控制方法的确定和小型化等优化设计的研究。