技術テーマVol.85〜Vol.88

スコットトランスは、主座コイルとＴ座コイルの2群より成り、
1次側は、2コイルが接続され、2次側は2コイルが
独立（非導通）しています。
鉄心は主座部、Ｔ座部が一体となった構成です。
　(図１，２，３,参照)

１） 片側負荷時の2次電流

スコットトランス2次側は、一般に2回路の電圧・容量とも同じです。
スコットトランスの容量は2回路容量の和で表示されています。
2回路は独立しているので相互間で負荷の融通をしあうことはできません。

例えば、定格電流100Aの時、一方が負荷ゼロでも、
他方は100Aを超えて出力することはできません。

２）片側負荷時の1次電流

一方が全負荷、他方がゼロ負荷とします。トランス全体としては1/2負荷となります。

この場合の1次電流は下記のようになります。
電流平衡度はＴ座使用の方が良いですが、負荷損は主座使用の方が小さくなります。

３) 2次直列接続

１．2次直列接続
直列電圧を使用するのは実用上、不適です。ただし、直列接続点とライン端子間で負荷することは差し支えありません。(図４参照)

２．2次電圧
直列接続すると、端子間に表れる電圧は、（定格電圧×√2）となります。定格電圧が105Ｖの時、直列接続すると、（105×√2）＝ 148.5Ｖ 　となり、大抵の負荷に対し、不適合な電圧となります。

３．1次電流
2 次直列接続すると2次2回路の電流の大きさは当然、等しくなります。
しかし、1次電流は著しく不平衡となります。
1次電流が平衡するのは2次2回路の電流の大きさが等しく、かつ、それぞれの2次電圧に対する2次電流の位相が等しい時です。
　ところが、抵抗負荷の場合を例に考えると 　主座コイルでは主座電圧に対し、45°の進み電流、 　Ｔ座コイルではＴ座電圧に対し、45°の遅れ電流となります。（図５参照）

結論のみ述べますと、この時の1次電流の比率はＶ相を１とすると下記のようです。
　(注)参照。

　　　Ｕ：Ｖ：Ｗ ＝ 1.366：1：0.366
　　　Ｕ/Ｗ ＝ 3.73

　この電流比は、抵抗負荷以外でも同じです。

　(注) 　　2次直列使用すると、2次側定格電流通電にもかかわらず、 1次側Ｕ相は定格電流の1.366倍の電流となります。これは主座コイルが損傷を受ける状態です。

　　1次側が三相とも定格電流以内に収まるためには2次電流を 　　定格電流の1/1.366すなわち、約73％に抑えなくてはなりません。

　既に述べたように電圧は直列接続しても、2倍ではなく、√2倍であることと併せ考えますと、次のことが分かります。 　以下でいう『銘板容量』とは銘板に表示されている容量です。


　　Ｋ＝2次直列接続時の容量／銘板容量とします。
　　Ｋ＝（1/1.366）（1/√2）＝0.518≒0.5

　すなわち、銘板容量の50％しか出力できないことになります。

　ただし、直列接続点とライン端子間で負荷する場合(図４でu-0間、 　v-0間で使用)はこのようなことは起こらず、2回路分離の場合と同じ 　容量・電流条件となります。

４). 2次並列接続

決して行ってはいけません。 2次短絡状態となり、1次回路の遮断器がトリップします。
もし、遮断器が動作しなければトランスは焼損に至ります。
2次並列接続は図４でu,v端子を接続することに相当します。
u,v間には定格2次電圧×√2の電圧が発生しているので、この電圧で 2次2回路が短絡されることになります。

５).中性点どうしの接続

2次低圧のスコットトランスの多くは単三2回路となっていることが多いです。
（図６参照）
　この場合、2つの中性点どうしを接続して、中性線1本として使用することについて述べます。
　このような使用は変圧器として不都合は生じません。
　電気的には単相2回路を１本の中性線とライン4線、全5線の電路で構成することは可能です。


　2回路における1/2電圧どうしの負荷がそれぞれの回路において平衡しているときは、中性線電流はゼロとなります。90°位相の異なる2回路の中性点どうしを結ぶこの方式を電圧ベクトルの形状にちなんで、クロス結線 　（十字結線）と呼ぶことにします。
　（図７参照）

　なお、広く使用されている単三出力のスコットトランスでは、2回路の中性点は大地で共有されるので、電圧ベクトル上はクロス結線と見なせます。
　クロス結線では以下に述べる長短、課題がありますが、検討に値するものと考えます。

　 (１）資材節減ができる
　（２）三相電圧を復元することが可能
　（３）2回路間のノイズ相互伝搬が大きくなる
　（４）クロス結線は電気設備基準等で想定されていない
　（５）中性線の扱いについて公的な基準がない(注)

　(注)これは（１）項にも関係する
　　　中性線サイズは1回路単三方式にならって考えると
　　　ライン電線×√2の芯線サイズが想定される。

６)単相運転

スコットトランスの1次側は三相ですが、単相入力で主座コイルのみに印加し、主座2次コイルのみの単相出力が可能です。定格容量の50％が出力できます。
　　これについては下記の過去メルマガVol.62をご参照ください。
　『三相トランスの単相運転（スコット結線編）』

７)利用率

スコットトランスは一般のトランス(単相器、三相器ではスター・デルタの組合わせ)より利用率が低く、92.8％であるといった説明が技術書等でなされています。 しかし、これには一考を要します。
ここでは利用率を銘板定格容量に対する、出力可能な容量の割合と定義します。
　

　　利用率 ＝ （出力可能容量／銘板容量）×100％

　
　　過去メールマガジンVol.32
　　で利用率をトランスの本来有している容量に対する出力可能容量の割合と記していました。
　　しかし、本来有している容量とは分かりにくいものなので今回上記のように定義しました。
　
　
スコットトランスの構成が2台の独立した単相トランス(主座用トランス、Ｔ座用トランス)の場合は、2台でスコット結線をすると、全体としての利用率は低下します。

これは、主座用トランスでは、単相使用時の容量(主座用トランスの銘板容量)よりも、スコット結線時に出せる容量が低下(単相時の86.6％)するためです。
なお、Ｔ座用トランスでは、このようなことはなく、スコット結線時も単相時と同容量となります。


一方、はじめからスコットトランスとして製作された製品においては、主座コイル(厳密には主座1次コイル)は主座単独使用時よりも電流容量を大きくしなければならないことを折り込み済みで製作されています。

そしてスコットトランスとして出力できる容量が銘板表示されています。
したがって、現実のスコットトランスのほとんどは、利用率１００％と言えます。