JP2002176774A - 電圧調整装置 - Google Patents

電圧調整装置

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JP2002176774A
JP2002176774A JP2000372505A JP2000372505A JP2002176774A JP 2002176774 A JP2002176774 A JP 2002176774A JP 2000372505 A JP2000372505 A JP 2000372505A JP 2000372505 A JP2000372505 A JP 2000372505A JP 2002176774 A JP2002176774 A JP 2002176774A
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switch
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turned
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JP2000372505A
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Kenichi Nishina
健一 仁科
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧調整装置は降圧される電圧と負荷電流に
対応する電力節減ができるが、装置が稼動している間は
装置自体にも電力消費が発生し、負荷電力が少ない場合
は装置自体の電力消費が電力節減効果を上回まることが
ある。 【解決手段】 交流電源の主回路に直列に挿入したトラ
ンス12に入力交流電源から編成した降圧出力を与える
調整電圧発生装置11への電力供給をオン・オフする電
源スイッチ6と、トランス12の調圧作用を停止させる
短絡スイッチ7とを具備し、負荷の消費電力を検出する
電流検出部4の検出結果により開閉制御部5を介して、
負荷電流の検出結果が所定レベル以下のとき電源スイッ
チ6をオフに短絡スイッチ7をオンにして、電流検出結
果が所定レベル以上のときは電源スイッチ6をオンに短
絡スイッチ7をオフにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、交流電源電圧を
所定電圧に降圧して負荷に供給することで負荷の消費電
力を低減する電圧調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、例えば特開2000−5684
2号に示された従来の電圧調整装置の回路構成ブロック
図である。図において、1は交流電源、2は負荷であ
り、この場合はとくに電灯負荷を想定している。10は
電圧調整装置であり、調整電圧発生装置11、交流電源
1と負荷2の間に設けられた差動トランス12、負荷側
の電圧を検出する電圧検出部13より構成されている。
この電圧調整装置10は交流電源1と負荷2との間に設
置し、負荷側電圧を所定電圧になるように降圧制御する
ことで、負荷(照明回路など)での消費電力を節減する
ものである。差動トランス12は調整電圧発生装置11
の出力を一次側に、負荷2への配電線をニ次側にして電
源電圧を降圧させる極性に接続している。調整電圧発生
装置11は交流電源1の電圧と電圧検出部13の検出電
圧を基に負荷側電圧を所定電圧になるように差動トラン
ス12を制御する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような電圧調整
装置は降圧される電圧と負荷電流に対応する電力節減が
できるが、装置が稼動している間は常に装置自体にも電
力消費が発生している。負荷電流が極端に少ない場合と
かゼロのときは装置自体の電力消費の方が負荷の電力節
減効果を上回ってしまうという課題があった。
【0004】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、装置自体の無駄な消費電力を減
らし、より効率的な電圧調整装置を得ることを目的とし
ている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電圧調整
装置は、入力される交流電源の主回路に2次側巻線を直
列に挿入したトランスの1次側巻線に入力交流電源から
編成した降圧出力を与える調整電圧発生装置と、この調
整電圧発生装置への電力供給をオン・オフする電源スイ
ッチと、トランスの調圧作用を停止させる短絡スイッチ
と、負荷の消費電力を検出する電流検出部の検出結果に
より電源スイッチ及び短絡スイッチを開閉する開閉制御
部とを備え、電流検出部の検出結果が所定レベル以下の
とき電源スイッチをオフに短絡スイッチをオンにして、
電流検出部の検出結果が所定レベル以上のときは電源ス
イッチをオンに短絡スイッチをオフにするようにしたも
のである。
【0006】そして、電源スイッチと短絡スイッチの可
逆的にオン・オフする際に双方のスイッチともオンとな
る瞬間を持つようにしたものである。
【0007】また、調整電圧発生装置は負荷側電圧の設
定手段と、この負荷側電圧の設定手段は降圧出力を決め
るるための基準電位と負荷側電圧の差を検出する比較器
を有し、この比較器の基準電位側に通常の降圧設定電位
と時定数回路を介する入力側電圧とを並列に入力し、入
力側電圧と時定数回路とを断続する作動スイッチとを備
え、電流検出部の検出結果が所定レベル以下のとき作動
スイッチをオンにした後に所定時間遅延させて短絡スイ
ッチをオンに電源スイッチをオフにして、電流検出部の
検出結果が所定レベル以上のとき作動スイッチをオフ
に、電源スイッチをオンに、短絡スイッチをオフとする
ようにしたものである。
【0008】そしてまた、単相3線式配線におけるの電
圧調整装置の運転または停止の検出を負荷の全消費電力
を検出する電力検出部にしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1の電圧調整装置の回路ブロック図、図2は
実施の形態1における各スイッチ開閉タイミングを説明
する図である。図において、1、2、11〜13は上記
従来装置での説明と同様のものである。20は調整電圧
発生部であり、インバータ21とこのインバータ21を
制御するスイッチング制御部22から構成されている。
スイッチング制御部22は目標設定電圧と電源側電圧お
よび電圧検出部13の検出電圧から負荷側出力電圧が目
標設定電圧になるようにインバータ21のスイッチング
素子の点弧角を制御する。3は負荷電流を検出する変流
器、4は変流器3の電流レベル判定する電流検出部、5
は開閉制御部であり、電流検出部4の電流レベル判定に
より電源スイッチ6及び短絡スイッチ7を開閉する。こ
の説明では負荷電力を簡易に検知する手段として電流検
出としているが、これを電圧入力、電流検出入力から電
力演算検出にしてもよい。
【0010】電源スイッチ6は調整電圧発生部20への
通電をオン・オフし、短絡スイッチ7は差動トランス1
2の一次側をオン・オフする。電源スイッチ6と短絡ス
イッチ7のオン・オフの関係は可逆になっており、電源
スイッチ6がオンのとき短絡スイッチ7はオフとなり、
電源スイッチ6がオフのとき短絡スイッチ7はオンとな
る。短絡スイッチ7は差動トランス12へインバータ2
1の出力が無くなった時に差動トランス12の異常電圧
発生を防止するものである。なお、上記説明では短絡ス
イッチ7を差動トランス12の一次側に設けたが、二次
側を短絡するようにして、差動トランス12の鉄損をも
節減するようにしてもよい。
【0011】次に動作について説明する。該電圧調整装
置が運転状態(電源スイッチ6はオン、短絡スイッチ7
はオフの状態)から電流検出部4の検出する負荷電流が
予め定める第1の所定電流値以下になると、開閉制御部
5はまず短絡スイッチ7をオンにする。ごく僅かの時間
遅れで電源スイッチ6をオフにすることで、スイッチン
グ制御部22とインバータ21での消費電力を無くす
る。電源スイッチ6がオフ、短絡スイッチ7がオンの電
力セーブ状態から負荷電流が予め定める第2の所定電流
値以上になると電源スイッチ6をオンにして、図2に示
すように、僅かの時間遅れで短絡スイッチ7をオフにし
て電圧調整装置を運転状態にする。
【0012】上記第1の所定電流値、第2の所定電流値
はスイッチング制御部22及びインバータ21の消費電
力と該電圧調整装置の降圧による節電効果が等しくなる
値に設定されるが、スイッチのハンチング防止のため第
1の所定電流値≠第2の所定電流値にヒステリシスを持
たせて設定する。
【0013】実施の形態2.上記実施の形態1の回路構
成の電圧調整装置では、電源スイッチ6をオンまたはオ
フにする毎に負荷側の電圧変化が発生する。電源側が商
用電源であり、負荷側の出力設定電圧が例えば95Vで
あるとすれば、商用電源電圧は105〜110Vのた
め、10V以上の電圧変化が瞬時に発生する。このた
め、生き残っている負荷はこの電圧変化の影響を受け
る。負荷が灯器の場合は照度の変化となり使用者に不快
感を与える。該実施の形態2の発明はこの点を改良する
ものである。
【0014】図3はこの発明の実施の形態2の電圧調整
装置の回路構成ブロック図、図4はこの発明の電圧制御
部の回路ブロック図、図5は負荷側電圧変化の制御と推
移の関係を示す図である。図3において、1〜7、1
2、13、20〜22は上記実施の形態1の説明と同様
のものである。23は電圧制御部であり、負荷側への出
力電圧を制御する。図4において、22a〜22dはス
イッチング制御部22の構成要素を示すもので、22a
は位相検出部、22bは位相制御部、22cはインバー
タ21のゲートドライバーである。22dは比較器であ
り、負荷側目標電圧と負荷側実電圧とを比較して差分に
応じてインバータ21の波形寸断幅を変えて負荷側実電
圧を負荷側目標電圧に制御する。
【0015】23a〜23cは電圧制御部23の構成要
素を示すもので、23aは負荷側目標電圧設定の可変電
位設定器、23bは開閉制御部5により開閉制御される
作動スイッチ、23cは入力側電圧を直流電圧化する整
流器である。D1、D2は逆流防止のダイオード、Cはコ
ンデンサ、R1は抵抗、R2は放電抵抗であり、コンデン
サCとで時定数回路を形成する。可変電位設定器23a
の負荷側目標電圧設定電位とのコンデンサCの電位は並
列に比較器22dの基準側に入力され、電位の高い方が
比較器22dに採用されるようになっている。
【0016】次に動作を図5により説明する。負荷電流
の電流検出部3での電流レベル判定結果が予め定める所
定電流値以下になると、開閉制御部5を介して作動スイ
ッチ23bがオンされる。これによりコンデンサCと抵
抗R1の時定数回路に入力側電圧に対応した電圧が加わ
りコンデンサCは所定時定数でもって充電され電位上昇
する。この時点では電源スイッチ6がオン、短絡スイッ
チ7はオフのままである。やがて比較器22dの基準側
である可変電位設定器23aで設定している負荷側目標
電圧設定電位を超えるので、比較器22dの基準電位は
可変電位設定器23aに代わってコンデンサCの電位と
なり、インバータ21はコンデンサCの電位に従って負
荷側電圧を入力側電圧に近づけるように制御される。そ
して、開閉制御部5は作動スイッチ23bがオンされて
から負荷側電圧が入力側電圧にほぼ等しくなるスイッチ
制御遅延時間だけ遅らせて電源スイッチ6をオフ、短絡
スイッチ7をオンにして該電圧調整装置の電力セーブ状
態にする。このスイッチ制御遅延時間は開閉制御部5内
に設けられたタイマーにより設定され、時定数回路の抵
抗、コンデンサ容量値から定められる充電電位上昇速度
からして2〜5秒間が適当である。
【0017】次に、電圧調整装置が電力セーブ状態から
運転状態に戻るときの電圧変化について説明する。負荷
電流が判定レベルより多くなると、開閉制御部5を通じ
て、ほとんど同時に電源スイッチ6をオン、短絡スイッ
チ7をオフ、そして作動スイッチ23bをオフにする。
これにより電圧調整装置は運転状態に入る。このとき、
比較器22dの基準電位は電源側電圧相当のコンデンサ
Cの電位であるが、作動スイッチ23bのオフにより充
電が絶たれ、コンデンサCの電荷は放電抵抗R2を通じ
て放電を始め、その電位は低下する。この電位低下に応
じて、負荷側出力電圧は低下する。そして、コンデンサ
Cの電位が可変電位設定器23aで設定する負荷側の目
標電圧設定電位以下になれば、比較器22dの基準電位
は可変電位設定器23aの設定電位が採用されるので、
以降の負荷側電圧は目標電圧設定となる。
【0018】以上の説明のように、電圧調整装置の運転
停止あるいは運転再開の際に発生する目標負荷側電圧と
電源側電圧との移行が瞬時でなく、漸減・漸増となるの
で、電圧変化に伴う照明等のちらつきをなくすることが
できる。また、上記実施の形態1で説明のものではスイ
ッチのハンチング防止のため電流判定レベルにヒステリ
シスを持たせているが、該実施の形態2のものはスイッ
チ制御遅延時間及びコンデンサCの放電時間により、ス
イッチのハンチング防止がなされ、電流判定レベルは単
一であってもよい。
【0019】実施の形態3.図6はこの発明の実施の形
態3の単相3線配電回路に適応した電圧調整装置を示す
回路構成ブロック図である。図において、1〜3、5〜
7、12、13、20〜23は上記実施の形態2の説明
と同様のものである。40は電力検出部である。単相3
線回路では配電線の電流を夫々検出しても負荷2全体の
消費電力の正確な検出が困難である。従って、電力検出
部40により負荷2全体の消費電力を検出して、電圧調
整装置の節電効果の無い低負荷レベルを正確に判定して
電圧調整装置の運転可否をきめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の電圧調整装置の回
路ブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1における各スイッチ
開閉タイミングを説明する図である。
【図3】 この発明の実施の形態2の電圧調整装置の回
路ブロック図である。
【図4】 この発明の電圧制御部の回路ブロック図であ
る。
【図5】 この発明の実施の形態2の負荷側電圧変化の
制御と推移の関係を示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態3の単相3線配電回路
に適応した電圧調整装置を示す回路ブロック図である。
【図7】 従来の電圧調整装置の回路構成ブロック図で
ある。
【符号の説明】
1 交流電源、 2 負荷、 3 変流器、 4
電流検出部、5 開閉制御部、 6 電源スイッ
チ、 7 短絡スイッチ 11 調整電圧発生装置、 12 差動トランス、
13 電圧検出部 20 調整電圧発生部、 21 インバータ、 2
2 スイッチング制御部 22a 位相検出部、 22b 位相制御部、 2
2c ゲートドライバー 22d 比較器、 23 電圧制御部、 23a
可変電位設定器 23b 作動スイッチ、 D1、D2 ダイオード、
R1、R2 抵抗 40 電力検出部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力される交流電源の主回路に2次側巻
    線を直列に挿入したトランスの1次側巻線に調整電圧発
    生装置からの降圧出力を与えて負荷側電圧を任意の値に
    降圧供給する電圧調整装置において、上記調整電圧発生
    装置は上記降圧出力を上記入力交流電源から編成し、こ
    の調整電圧発生装置への電力供給をオン・オフする電源
    スイッチと、上記トランスの調圧作用を停止させる短絡
    スイッチと、負荷の消費電力を検出する電流検出部と、
    この電流検出部の検出結果により上記電源スイッチ及び
    短絡スイッチを開閉する開閉制御部とを備え、上記電流
    検出部の検出結果が所定レベル以下のとき上記電源スイ
    ッチをオフに上記短絡スイッチをオンにして、そして上
    記電流検出部の検出結果が所定レベル以上のときは上記
    電源スイッチをオンに上記短絡スイッチをオフにするこ
    とを特徴とする電圧調整装置。
  2. 【請求項2】 上記電源スイッチと短絡スイッチの可逆
    的にオン・オフする際に双方のスイッチともオンとなる
    瞬間を持つようにしたことを特徴とする請求項1記載の
    電圧調整装置。
  3. 【請求項3】 上記調整電圧発生装置は負荷側電圧の設
    定手段と、この負荷側電圧の設定手段は降圧出力を決め
    るるための基準電位と負荷側電圧の差を検出する比較器
    を有し、上記比較器の基準電位側に通常の降圧設定電位
    と時定数回路を介する入力側電圧とを並列に接続入力
    し、上記入力側電圧と時定数回路とを断続する作動スイ
    ッチとを備え、電流検出部の検出結果が所定レベル以下
    のとき上記作動スイッチをオンにした後に所定時間遅延
    させて上記短絡スイッチをオンに上記電源スイッチをオ
    フにし、電流検出部の検出結果が所定レベル以上のとき
    上記作動スイッチをオフに、上記電源スイッチをオン
    に、上記短絡スイッチをオフにすることを特徴とする請
    求項1または2記載の電圧調整装置。
  4. 【請求項4】 単相3線の交流電源の中性線を除く主回
    路に2次側巻線を直列に挿入したトランスに、電流検出
    部を負荷の全消費電力を検出する電力検出部にしたこと
    を特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の電圧
    調整装置。
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