JP2002165454A - 交流電圧調整装置 - Google Patents

交流電圧調整装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】負荷側電路や負荷側設備で短絡が発生した場合
や突入電流が大きい負荷に通電開始した場合に過電流か
ら回路を保護することができる交流電圧調整装置を提供
する。 【解決手段】交流電圧調整装置1の保護装置10は、変
圧器5の一次巻線5aに流れる過電流を変流器CTによ
り検出し、変流器CTが出力する電流を抵抗器R1によ
り電圧に変換し、抵抗器R1の両端電圧が双方向スイッ
チング素子SBSのスイッチング電圧に達すると双方向
スイッチング素子SBSがオンし、双方向スイッチング
素子SBSのオンにより変流器CTの出力電流がトライ
アックTRのゲート回路に通電してトライアックTRが
オンし、トライアックTRのオンにより一次巻線5aの
両端を短絡させると共に、双方向スイッチング素子SB
Sと直列に接続されたフォトカプラPCがオンし、フォ
トカプラPCから交流チョッパ6の制御装置8に信号を
出力し、制御装置8により交流チョッパ6を構成する複
数のスイッチング装置7をオフする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電路の電源と
負荷との間に二次巻線を直列に挿入した変圧器の一次巻
線の一次電圧を交流チョッパにより変化させることで負
荷に供給する電圧を制御する交流電圧調整装置におい
て、負荷側電路や負荷設備に短絡が発生した場合や突入
電流が大きい負荷に通電開始した場合に交流電圧調整装
置の回路を保護するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の交流電圧調整装置21は、図4に
示すように、交流電路22の電源23と負荷24との間
に変圧器25の二次巻線25bを直列に挿入し、入力側
を交流電路22の電源23に、出力側を変圧器25の一
次巻線25aに接続した交流チョッパ26により変圧器
25の一次巻線25aに加える電圧を調整して負荷24
に流れる電圧を一定に保っている。交流チョッパ26
は、ダイオードの両端にIGBT等の半導体スイッチを
逆並列に接続した複数組のスイッチング装置27から成
り、制御装置28によってスイッチング装置27のオン
・オフが制御され、交流電圧を裁断波形に形成した後、
コイルL21,L22とコンデンサC21から成るロー
パスフィルタ29により元の電源波形にしている。スイ
ッチング装置27のオン・オフの時間を制御することに
より交流電路22の電源電圧を0〜100%の範囲で変
圧して変圧器25の一次巻線25aに印加させている。
また、コイルL23,L24は交流電圧調整装置1から
交流電路22に流出するノイズを低減するために設けら
れ、コンデンサC22,C23はスイッチング装置27
に過大な電圧が印加するのを防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の交流電圧調整装
置21の負荷側で短絡が発生した場合や突入電流が大き
い負荷24に通電開始した場合、変圧器25の二次巻線
25bに過大な電流が流れ、変圧器25の巻数比をnと
すると、一次巻線25aにも二次巻線25bに流れる電
流の1/nの電流が流れる。例えば、変圧器25の一次
巻線数n1が100で二次巻線数n2が8の場合、変圧
器巻数比n=n1/n2=100/8=12.5とな
り、交流電圧調整装置21の定格電流が100Aである
と、定格運転では一次巻線25aに8Aの電流が流れる
が、2500Aの短絡が発生すると、一次巻線25aに
200Aの電流が流れる。交流チョッパ26を構成する
スイッチング装置27は耐電流量が低く、従来の交流電
圧調整装置21には短絡発生時にスイッチング装置27
を保護するための手段がないため、交流電圧調整装置2
1の回路が破壊されるという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記従来の交流電圧調整
装置の問題点に鑑み、本発明の目的は、負荷側電路や負
荷設備で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に
通電開始した場合に過電流から回路を保護することがで
きる交流電圧調整装置を提供するもので、その構造は、
交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻線を直列
に挿入し、入力側を交流電路の電源に出力側を変圧器の
一次巻線に接続した交流チョッパにより変圧器の一次巻
線に加える電圧を調整して負荷に加える電圧を一定に保
つ交流電圧調整装置において、変圧器の一次巻線間に接
続したサイリスタと、変圧器の一次巻線に流れる電流を
検出する変流器と、変流器の出力電流を電圧に変換する
抵抗器と、抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達す
るとオンして変流器の出力電流をサイリスタのゲート回
路に通電する双方向スイッチング素子と、双方向スイッ
チング素子と直列に接続され交流チョッパを制御するた
めの制御装置に制御信号を出力するフォトカプラとから
成る保護装置を具備したことである。
【0005】
【発明の実施の形態】交流電圧調整装置の保護装置は、
変圧器の一次巻線に流れる過電流を変流器により検出
し、変流器が出力する電流を抵抗器により電圧に変換
し、抵抗器の両端電圧が双方向スイッチング素子のスイ
ッチング電圧に達すると双方向スイッチング素子がオン
し、双方向スイッチング素子のオンにより変流器の出力
電流がサイリスタのゲート回路に通電してサイリスタが
オンし、サイリスタのオンにより一次巻線の両端を短絡
させると共に、双方向スイッチング素子と直列に接続さ
れたフォトカプラがオンし、フォトカプラから交流チョ
ッパの制御装置に信号を出力し、制御装置により交流チ
ョッパを構成する複数のスイッチング装置をオフする。
【0006】
【実施例】本発明に係る交流電圧調整装置の一実施例を
図1〜図3の添付図面に基づいて説明する。
【0007】交流電圧調整装置1は、交流電路2の電源
3と負荷4との間に変圧器5の二次巻線5bを直列に挿
入し、入力側を交流電路2の電源3に、出力側を変圧器
5の一次巻線5aに接続した交流チョッパ6により変圧
器5の一次巻線5aに加える電圧を調整して負荷4に加
える電圧を一定に保っている。
【0008】交流チョッパ6は、ダイオードの両端にI
GBT等の半導体スイッチを逆並列に接続した複数組の
スイッチング装置7から成り、制御装置8によってスイ
ッチング装置7のオン・オフが制御され、交流電圧を裁
断波形に形成した後、コイルL1,L2とコンデンサC
1から成るローパスフィルタ9により元の電源波形にし
ている。スイッチング装置7のオン・オフの時間を制御
することにより交流電路2の電源電圧を0〜100%の
範囲で変圧して変圧器5の一次巻線5aに印加させてい
る。また、コイルL3,L4は交流電圧調整装置1から
交流電路2に流出するノイズを低減するために設けら
れ、コンデンサC2,C3はスイッチング装置7に過大
な電圧が印加するのを防止している。
【0009】交流電圧調整装置1の負荷側で短絡が発生
した場合や突入電流が大きい負荷4に通電開始した場合
に回路を保護する保護装置10は、変圧器5の一次巻線
5aの両端に接続したサイリスタの一種であるトライア
ックTRと、変圧器5の一次巻線5aに流れる電流を検
出する変流器CTと、変流器CTの出力電流を電圧に変
換する抵抗器R1と、抵抗器R1の両端電圧がスイッチ
ング電圧に達するとオンして変流器CTの出力電流をト
ライアックTRのゲート回路に通電する双方向スイッチ
ング素子SBSと、双方向スイッチング素子SBSと直
列に接続され交流チョッパ6を制御するための制御装置
8に制御信号を出力するフォトカプラPCとから成って
いる。
【0010】交流電圧調整装置1の負荷側で短絡が発生
した場合の保護装置10の動作について説明する。短絡
が発生すると変圧器5の二次巻線5bに電流が流れるこ
とにより図2(a)に示すように一次巻線5aにも過大
な電流が流れる。この一次巻線電流は変流器CTにより
検出され、変流器CTは電流を出力する。変流器CTが
出力する電流は抵抗器R1により電圧に変換される。
尚、この抵抗器R1により保護装置10の感度電流を設
定している。
【0011】次に図2(b)に示すように抵抗器R1の
両端電圧が双方向スイッチング素子SBSのスイッチン
グ電圧に達すると双方向スイッチング素子SBSがオン
し、図2(c)に示すようにトライアックTRのゲート
に変流器CTの出力電流が流れ、トライアックTRがオ
ンする。これによりスイッチング装置7に流れていた一
次巻線電流はトライアックTRにより短絡され、スイッ
チング装置7は保護される。尚、図3(c)に示すよう
に交流電圧調整装置1の定格電流の2倍程度の小電流で
も確実にトライアックTRをオンするためにコンデンサ
C4が設けられている。
【0012】また、同時にフォトカプラPCがオンして
制御装置8に信号が出力される。制御装置8はこの信号
を受けて交流チョッパ6のスイッチング装置7を全てオ
フし、スイッチング装置7は保護される。更に交流電源
側からトライアックTRに流入する電流によるスイッチ
ング装置7の破壊も防止している。
【0013】ここで図2(d)に示すように一次巻線電
流の極性が反転するとトライアックTRはオフするが、
過大電流が流れている間はトライアックTRをオンする
動作が繰り返される。過大電流が流れる時間は、短絡電
流の場合は配線用遮断器(図示せず)が交流電路2を遮
断するため1サイクル程度であり、突入電流の場合は数
サイクルである。
【0014】一般に交流電圧調整装置1は、分電盤の主
幹ブレーカ(図示せず)と分岐ブレーカ(図示せず)と
の間に設けられている。分岐ブレーカの負荷側で短絡す
ると分岐ブレーカが1サイクル程度でオフするが、主幹
ブレーカはオンしたままなので交流電圧調整装置1には
電源が供給され続ける。そこで、交流電圧調整装置1の
制御装置7は、フォトカプラPCから最初の信号を受け
て数秒間はスイッチング装置7をオフの状態に保持し、
それからフォトカプラPCからの信号が無い場合、スイ
ッチング装置7の状態を通常運転に移行する。尚、スイ
ッチング装置7をオフにする時間は適宜変更可能であ
る。
【0015】また、抵抗器R2はコンデンサC4と積分
回路を構成しノイズによる双方向スイッチング素子SB
Sの誤動作防止用に設けられ、抵抗器R3はトライアッ
クTRのゲートへの過大電流の流入を抑制するために設
けられ、抵抗器R4及びコンデンサC5はトライアック
TRの誤動作防止用に設けられている。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明に係る交流電圧調整
装置は、交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻
線を直列に挿入し、入力側を交流電路の電源に出力側を
変圧器の一次巻線に接続した交流チョッパにより変圧器
の一次巻線に加える電圧を調整して負荷に加える電圧を
一定に保つ交流電圧調整装置において、変圧器の一次巻
線間に接続したサイリスタと、変圧器の一次巻線に流れ
る電流を検出する変流器と、変流器の出力電流を電圧に
変換する抵抗器と、抵抗器の両端電圧がスイッチング電
圧に達するとオンして変流器の出力電流をサイリスタの
ゲート回路に通電する双方向スイッチング素子と、双方
向スイッチング素子と直列に接続され交流チョッパを制
御するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプ
ラとから成る保護装置を具備したことにより、負荷側で
短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に通電開始
した場合に交流電圧調整装置を過電流破壊から保護する
ことができる。また、サイリスタやフォトカプラを動作
させるための電源は変流器が出力する電流を使用するの
で必要なく、抵抗器と双方向スイッチング素子により保
護装置の感度電流を決定するのでスイッチング電圧の精
度が高い双方向スイッチング素子を使用することにより
感度電流のバラツキを小さくできるため、特別な調整を
必要としないので低コストにすることができ、サイリス
タの短時間電流耐量は、同一定格電流のIGBT等に比
べて数倍大きいために比較的小容量のものが使用できる
ので交流電圧調整装置を小型、低コストに構成できる。
また、フォトカプラから出力される信号で制御装置が交
流チョッパを構成するスイッチング装置をオフにするの
でスイッチング装置を過電流から確実に保護することが
できるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る交流電圧調整装置の回路図であ
る。
【図2】本発明に係る交流電圧調整装置の一次巻線電流
が大電流の場合の各部の波形であり、(a)は変圧器の
負荷電流、(b)は抵抗器の両端電圧、(c)はトライ
アックのゲート電流、(d)はトライアックの通電電流
である。
【図3】本発明に係る交流電圧調整装置の一次巻線電流
が小電流の場合の各部の波形であり、(a)は変圧器の
負荷電流、(b)は抵抗器の両端電圧、(c)はトライ
アックのゲート電流、(d)はトライアックの通電電流
である。
【図4】従来の交流電圧調整装置の回路図である。
【符号の説明】
1 交流電圧調整装置 2 交流電路 3 交流電源 4 負荷 5 変圧器 5a 一次巻線 5b 二次巻線 6 交流チョッパ 7 スイッチング装置 8 制御装置 9 ローパスフィルタ 10 保護装置 C4 コンデンサ CT 変流器 PC フォトカプラ R1 抵抗器 SBS 双方向スイッチング素子 TR トライアック

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電路の電源と負荷との間に変圧器の
    二次巻線を直列に挿入し、入力側を前記交流電路の電源
    に出力側を前記変圧器の一次巻線に接続した交流チョッ
    パにより前記変圧器の一次巻線に加える電圧を調整して
    前記負荷に加える電圧を一定に保つ交流電圧調整装置に
    おいて、前記変圧器の一次巻線間に接続したサイリスタ
    と、前記変圧器の一次巻線に流れる電流を検出する変流
    器と、該変流器の出力電流を電圧に変換する抵抗器と、
    該抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオン
    して前記変流器の出力電流を前記サイリスタのゲート回
    路に通電する双方向スイッチング素子と、該双方向スイ
    ッチング素子と直列に接続され前記交流チョッパを制御
    するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプラ
    とから成る保護装置を具備したことを特徴とする交流電
    圧調整装置。
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