JP2003092884A

JP2003092884A - 電気回路

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Publication number: JP2003092884A
Application number: JP2001283529A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Maeda; 照彦前田; Hiroshi Shioda; 広塩田; Kotaro Tanaka; 耕太郎田中; Mitsuhiro Nakase; 光博中瀬; Shigeo Nomiya; 成生野宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】三相回路を平衡させた状態で単相回路（単相
三線式回路）に連結でき、三相回路と単相回路の各電圧
を独立して設定できる電気回路を提供する。【解決手段】一次巻線１４ｐと１５ｐおよび二次巻線
１４ｓと１５ｓがそれぞれＶ結線されたＶ結線変圧器１
２に対し、一次巻線１４ｐと並列にコンデンサ１６を接
続し、一次巻線１５ｐと並列にリアクトル１７を接続す
る。端子Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷの三相電源１８を接
続し、端子ｗ、ｕ間に抵抗１９を接続する。コンデンサ
１６とリアクトル１７に流れる電流値を抵抗１９に流れ
る電流値（一次側換算）の１／３^１／２となるように設
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三相回路と単相回
路とを連結する電気回路に関し、特に三相回路に流れる
電流の不平衡を改善可能な電気回路に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば商用周波数単相
交流方式を採用する交流電気鉄道においては、三相電力
系統から大容量の単相電力を受電する際の不平衡を低減
するため、スコット結線変圧器が用いられている。しか
し、スコット結線変圧器は、本質的に三相−二相変換用
の変圧器であるため、そのＭ座変圧器およびＴ座変圧器
の二次電圧は互いに９０°の位相差を有しており、これ
らＭ座、Ｔ座変圧器の二次巻線を直列接続しても単相三
線方式として利用することができない。また、Ｍ座、Ｔ
座両変圧器の各二次側にぞれぞれ負荷容量と力率とが同
一である単相負荷を接続した場合にのみ三相側の電流が
平衡する。

【０００３】一方、三相回路と単相回路とを連結する回
路として、図２２に示すスタインメッツ回路と称される
構成が知られている。このスタインメッツ回路１は、相
順がＵＶＷである三相電源２（三相回路）のＵ相、Ｖ相
間に抵抗３（単相回路）を接続し、Ｖ相、Ｗ相間にコン
デンサ４を接続し、Ｗ相、Ｕ相間にリアクトル５を接続
した回路構成を有している。そして、上記コンデンサ４
およびリアクトル５の各インピーダンスを適切な値に設
定することにより、三相回路に流れる相電流を平衡電流
とすることができる。図２３は、このスタインメッツ回
路１のベクトル図を示したもので、ＥＵ、ＥＶ、ＥＷは
三相回路の相電圧ベクトルを示し、ＩＲ、ＩＣ、ＩＬ、
ＩＵ、ＩＶ、ＩＷはそれぞれ図２２に示す向きを基準の
向きとする電流ベクトルを示している。

【０００４】このスタインメッツ回路１は、本質的に三
相−単相変換用の回路であるため、スコット結線変圧器
とは異なり、単相負荷である抵抗３を２つに分割する必
要はないが、三相回路と単相回路との絶縁がなされてい
ないため、三相、単相両回路の電圧をそれぞれ独立して
設定することができないという不都合があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、三相回路と単相回路とを三相回
路に流れる電流が平衡するように連結可能な電気回路を
提供することであり、第２の目的は、三相回路の電圧と
単相回路の電圧とをそれぞれ独立して設定可能な電気回
路を提供することであり、第３の目的は、単相負荷への
接続形態として単相三線配電方式を採用可能な電気回路
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記各目的を達成するた
め、請求項１記載の電気回路は、端子Ｕ、Ｖ間の一次巻
線と端子ｕ、ｖ間の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次
巻線と端子ｖ、ｗ間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回
されたＶ結線変圧器に対し、前記端子Ｕ、Ｖ間に容量性
インピーダンス回路を接続し、前記端子Ｖ、Ｗ間に誘導
性インピーダンス回路を接続するとともに、前記端子
Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接続し、前
記端子ｗ、ｕ間に単相回路を接続するように構成したこ
とを特徴とする。

【０００７】この構成によれば、単相回路に流れる電流
に対応して三相回路に流れる電流は、容量性インピーダ
ンス回路に流れる電流と誘導性インピーダンス回路に流
れる電流とにより平衡化されるので、三相回路における
不平衡を低減しつつ三相回路と単相回路とを絶縁して連
結することができる。例えば、端子ｗ、ｕ間に単相回路
として抵抗が接続される場合、容量性インピーダンスを
純容量性リアクタンス、誘導性インピーダンスを純誘導
性リアクタンスとし、容量性インピーダンス回路および
誘導性インピーダンス回路に流れる電流値を前記抵抗に
流れる電流値（一次側換算）の１／３^１／２となるよう
に設定することにより、三相回路の力率が１となり、且
つ完全な平衡三相電流とすることができる。

【０００８】また、端子ｗ、ｕ間のみが単相回路に接続
されるので、スコット結線変圧器とは異なり、単相負荷
を２つに分割して接続する必要がなく、単相三線配電方
式への適用（後述する請求項４記載の発明）が可能とな
る。さらに、三相回路と単相回路とはＶ結線変圧器を介
して接続されるので、この変圧比を適宜設定することに
より三相回路の電圧と単相回路の電圧とをそれぞれ独立
して設定することができる。

【０００９】請求項２記載の電気回路は、請求項１記載
の電気回路と類似した回路構成を有し、単相回路側であ
る端子ｕ、ｖ間に容量性インピーダンス回路を接続し、
端子ｖ、ｗ間に誘導性インピーダンス回路を接続したこ
とを特徴とする。この構成によれば、Ｖ結線変圧器の二
次巻線に流れる電流は、単相回路に流れる電流と容量性
インピーダンス回路に流れる電流と誘導性インピーダン
ス回路に流れる電流とが合成された電流となる。この電
流に応じて流れるＶ結線変圧器の一次巻線電流は、三相
回路において平衡した電流となるので、三相回路におけ
る不平衡を低減しつつ三相回路と単相回路とを連結する
ことができ、請求項１記載の電気回路と同様の効果を得
ることができる。

【００１０】また、三相側である端子Ｕ、Ｖ間および単
相側である端子ｕ、ｖ間に容量性インピーダンス回路を
接続し、三相側である端子Ｖ、Ｗ間および単相側である
端子ｖ、ｗ間に誘導性インピーダンス回路を接続しても
良い（請求項３）。

【００１１】これらの場合において、Ｖ結線変圧器にＶ
結線された２組の二次巻線を設け、その２組の二次巻線
を直列に接続し、その直列回路の両側端子および共通接
続端子に単相三線式回路を接続するように構成すること
により、単相三線配電方式への適用が可能となる（請求
項４）。

【００１２】さらに、上記各目的を達成するため、請求
項５記載の電気回路は、端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子
ｕ、ｎ間の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端
子ｖ、ｎ間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回された逆
Ｖ結線変圧器に対し、前記端子Ｕ、Ｖ間に誘導性インピ
ーダンス回路を接続し、前記端子Ｖ、Ｗ間に容量性イン
ピーダンス回路を接続するとともに、前記端子Ｕ、Ｖ、
Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接続し、前記端子
ｕ、ｖ間に単相回路を接続するように構成したことを特
徴とする。

【００１３】この構成によれば、請求項１記載の電気回
路とほぼ同様の作用および効果を得ることができ、しか
も変圧器の利用率を一層高められる。そして、端子ｕ、
ｖ間に単相回路として抵抗が接続される場合、容量性イ
ンピーダンスを純容量性リアクタンス、誘導性インピー
ダンスを純誘導性リアクタンスとし、容量性インピーダ
ンス回路および誘導性インピーダンス回路に流れる電流
値を前記抵抗に流れる電流値（一次側換算）と等しくな
るように設定することにより、三相回路の力率が１とな
り、且つ完全な平衡三相電流とすることができる。

【００１４】請求項６記載の電気回路は、請求項５記載
の電気回路と類似した回路構成を有し、単相側である端
子ｕ、ｎ間に誘導性インピーダンス回路を接続し、端子
ｖ、ｎ間に容量性インピーダンス回路を接続したことを
特徴とする。この構成によれば、請求項２記載の電気回
路とほぼ同様の作用および効果を得ることができ、しか
も変圧器の利用率を一層高められる。

【００１５】また、三相側である端子Ｕ、Ｖ間および単
相側である端子ｕ、ｎ間に誘導性インピーダンス回路を
接続し、三相側である端子Ｖ、Ｗ間および単相側である
端子ｖ、ｎ間に容量性インピーダンス回路を接続しても
良い（請求項７）。

【００１６】これらの場合において、逆Ｖ結線変圧器に
逆Ｖ結線された２組の二次巻線を設け、その２組の二次
巻線を直列に接続し、その直列回路の両側端子および共
通接続端子に単相三線式回路を接続するように構成する
ことにより、単相三線配電方式への適用が可能となる
（請求項８）。

【００１７】さらに、単相回路を接続した場合に前記三
相回路の不平衡電流がその三相回路に許容される所定の
値以内となるように、前記容量性インピーダンス回路お
よび前記誘導性インピーダンス回路の各インピーダンス
を設定することが好ましい（請求項９）。この構成によ
れば、単相回路のインピーダンスなどに応じて容量性イ
ンピーダンス回路および誘導性インピーダンス回路の各
インピーダンスを設定することにより、三相回路の不平
衡を所定値以内に抑えることができる。

【００１８】また、容量性インピーダンス回路を、コン
デンサまたはコンデンサとリアクトルとの直列回路とし
（請求項１０）、誘導性インピーダンス回路を、リアク
トルまたはリアクトルとコンデンサとの直列回路とする
（請求項１１）ことにより、容量性インピーダンス回路
および誘導性インピーダンス回路のリアクタンス分を調
整可能となる。

【００１９】ところで、上記構成の電気回路は、単相回
路に流れる電流が小さくなるに従って、三相電流の正相
分電流が減少し逆相分電流が増加する特性を持つ。この
逆相分電流は容量性インピーダンス回路または誘導性イ
ンピーダンスに流れ誘電損失や励磁損失などを発生させ
る。そこで、請求項１２記載の電気回路は、端子Ｕ、Ｖ
間（または端子ｕ、ｖ間、端子Ｖ、Ｗ間、端子ｖ、ｎ
間）から容量性インピーダンス回路を切り離す開閉手段
と、端子Ｖ、Ｗ間（または端子ｖ、ｗ間、端子Ｕ、Ｖ
間、端子ｕ、ｎ間）から誘導性インピーダンス回路を切
り離す開閉手段とを備え、請求項１３記載の電気回路
は、三相回路から単相回路に供給される電力が所定値
（例えば、三相回路の出力電流能力を超えない範囲内に
おいて三相回路が出力可能な電力の値）以下である場合
に上記開閉手段をともに開状態とするように構成されて
いる。

【００２０】この構成によれば、供給電力が所定値以下
である場合に、容量性インピーダンス回路および誘導性
インピーダンス回路での損失が零となるので、電気回路
全体としての電力損失が低減し効率を高めることができ
る。また、上記供給電力が所定値を超えた場合には、容
量性インピーダンス回路および誘導性インピーダンスが
接続されることにより、三相回路から単相回路に上記所
定値を超える電力を供給することができる。

【００２１】また、請求項１４記載の電気回路は、開閉
手段の少なくとも一方を開状態としたことを条件とし
て、端子Ｕ、Ｖ、Ｗと三相回路との間を開路することを
特徴とする。この構成によれば、三相回路と端子Ｕ、
Ｖ、Ｗとの間が開路された状態では容量性インピーダン
ス回路と誘導性インピーダンス回路とが切り離されてい
るので、変圧器の二次巻線にモータの速度起電力や連系
された系統の電圧などが印加されている場合であって
も、容量性インピーダンス回路と誘導性インピーダンス
回路との直列共振を防止することができる。

【００２２】さらに、容量性インピーダンス回路および
誘導性インピーダンス回路が接続されている場合、二次
巻線と単相回路との間を開路したことを条件として端子
Ｕ、Ｖ、Ｗと三相回路との間を開路しても良い（請求項
１５）。この構成によれば、端子Ｕ、Ｖ、Ｗと三相回路
との間を開路している時に、上記モータの速度起電力や
連系された系統の電圧が変圧器の二次巻線に印加される
ことがないので、上記直列共振の発生を防止することが
できる。

【００２３】Ｖ結線変圧器または逆Ｖ結線変圧器を用い
る構成において、三脚鉄心のうち一次巻線および二次巻
線が巻回されていない脚に補助巻線を巻回し、この補助
巻線の両端子間を開閉手段により閉状態としたことを条
件として端子Ｕ、Ｖ、Ｗと三相回路との間を開路しても
良い（請求項１６、１７）。

【００２４】この構成によれば、補助巻線の両端子間を
閉状態とすることにより補助巻線が巻回された脚に磁束
が通らなくなる。この状態で変圧器の二次巻線に上記モ
ータの速度起電力や連系された系統の電圧が印加される
と、他の２つの脚を通過する磁束が等しくなり、容量性
インピーダンス回路と誘導性インピーダンス回路の両端
電圧が等しくなる。その結果、直列共振の発生を防止す
ることができる。

【００２５】さらに、容量性インピーダンス回路および
誘導性インピーダンス回路の一部または全体を、インバ
ータ回路などの電流制御手段を用いて構成することによ
り、所定電力供給時に限らず常に三相回路の出力電流を
平衡させることができる（請求項１８、１９）。

【００２６】以上述べた各構成において、三相回路を、
三相交流電圧を出力するインバータ回路を備えた分散型
電源とすることが好ましい（請求項２０）。この構成に
よれば、風力発電機、マイクロガスタービン発電機、燃
料電池などの分散型電源（三相電圧出力）を、店舗の照
明装置などの単相負荷（単相回路）に対する電源として
利用することができる。また、インバータ回路は不平衡
電流を流し出すことができるので、単相回路に流れる電
流に応じて不平衡の三相電流が流れる場合がある本電気
回路（請求項１８、１９の場合には常時平衡可能）に適
した三相回路となる。

【００２７】また、本電気回路における単相回路を単相
負荷回路としたり（請求項２１）、単相回路を連系され
た送配電系統としても良い（請求項２２）。これによ
り、三相回路例えば上記分散型電源を単機運転モードま
たは系統連系モードで運転して三相−単相電力変換を行
うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１実施例について図１ないし図３を参照しながら説
明する。図１は、三相回路に単相回路を接続する際に用
いられる変換回路の電気的構成を示している。この変換
回路１１（本発明でいう電気回路に相当）は、例えば風
力発電機、マイクロガスタービン発電機、燃料電池など
の分散型電源とともに用いられ、これら分散型電源によ
り生成された三相電力を照明装置などの単相負荷に供給
するために用いられる。また、商用周波数単相交流方式
を採用する交流電気鉄道において、三相電力系統から受
電する場合にも用いられる。

【００２９】図２は、変換回路１１に用いられるＶ結線
変圧器１２の巻線構成を示している。この図２におい
て、端子Ｕ、Ｖ、Ｗは一次側の端子で、端子ｕ、ｖ、ｗ
は二次側の端子である。端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線１４ｐ
と端子ｕ、ｖ間の二次巻線１４ｓは三脚鉄心１３の脚１
３ａに図示の結合により巻回され、端子Ｖ、Ｗ間の一次
巻線１５ｐと端子ｖ、ｗ間の二次巻線１５ｓは脚１３ｃ
に図示の結合により巻回されている。これにより、一次
巻線１４ｐと１５ｐおよび二次巻線１４ｓと１５ｓはそ
れぞれＶ結線となっている。

【００３０】図１および図２に示すように、端子Ｕ、Ｖ
間には一次巻線１４ｐと並列にコンデンサ１６（容量性
インピーダンス回路に相当）が接続され、端子Ｖ、Ｗ間
には一次巻線１５ｐと並列にリアクトル１７（誘導性イ
ンピーダンス回路に相当）が接続されている。そして、
一次側の端子Ｕ、Ｖ、Ｗには相順がＵＶＷの三相電源１
８（三相回路に相当）が接続され、二次側の端子ｗ、ｕ
間には抵抗１９（単相回路、単相負荷回路に相当）が接
続されている。

【００３１】次に、本実施例の作用について、一次側の
ベクトル図である図３も参照しながら説明する。なお、
以下の説明および図１、図３において用いる主なベクト
ルの記号は以下の通りであって、その正方向（基準方
向）は図１に示す通りである。また、以下の説明におい
ては、便宜上、各記号をベクトルのみならずスカラー量
（すなわち電圧値、電流値）を示すためにも用いてい
る。

【００３２】ＥU …三相電源１８のＵ相の相電圧ベクトルＥV …三相電源１８のＶ相の相電圧ベクトルＥW …三相電源１８のＷ相の相電圧ベクトルＥUV…一次側のＵ相、Ｖ相間の線間電圧ベクトルＥVW…一次側のＶ相、Ｗ相間の線間電圧ベクトルＥWU…一次側のＷ相、Ｕ相間の線間電圧ベクトルＥuv…二次側のｕ相、ｖ相間の線間電圧ベクトルＥvw…二次側のｖ相、ｗ相間の線間電圧ベクトルＥwu…二次側のｗ相、ｕ相間の線間電圧ベクトルＩU …三相電源１８のＵ相の電流ベクトルＩV …三相電源１８のＶ相の電流ベクトルＩW …三相電源１８のＷ相の電流ベクトルＩR1…Ｖ結線変圧器１２の一次巻線１４ｐ、１５ｐの電
流ベクトルＩR2…抵抗１９の電流ベクトルＩC …コンデンサ１６の電流ベクトルＩL …リアクトル１７の電流ベクトル

【００３３】二次巻線１４ｓ、１５ｓには、Ｖ結線変圧
器１２の変圧比（巻数比）に従って変圧された電圧が生
成され、抵抗１９および二次巻線１４ｓ、１５ｓには、
電圧Ｅwuに比例した単相の電流ＩR2が流れる。そして、
電流ＩR2が流れると、Ｖ結線変圧器１２の一次巻線１４
ｐ、１５ｐには、電流ＩR2と上記変圧比とに従って決ま
る電流ＩR1が流れる。これら電流ベクトルＩR1、ＩR2
は、図３に示すように電圧ベクトルＥWU（Ｅwu）と同じ
向きを持つ。

【００３４】さらに、端子Ｕ、Ｖ間に接続されたコンデ
ンサ１６の電流ベクトルＩC は、電圧ベクトルＥUVに対
して９０°進んだベクトルとなり、端子Ｖ、Ｗ間に接続
されたリアクトル１７の電流ベクトルＩL は、電圧ベク
トルＥVWに対して９０°遅れたベクトルとなる。ここ
で、電流ＩR1、ＩC 、ＩL （電流値）の間に以下の
（１）式で示す関係が成立するように、抵抗１９の抵抗
値、電源周波数におけるコンデンサ１６のインピーダン
ス（リアクタンス）およびリアクトル１７のインピーダ
ンス（リアクタンス）が決定されている。ＩC ＝ＩL ＝ＩR1×１／３^１／２ …（１）

【００３５】Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ベクトルＩU 、
ＩV 、ＩW は、それぞれ以下の（２）式、（３）式、
（４）式により定まる。ＩU ＝ＩC −ＩR1 …（２）ＩV ＝ＩL −ＩC …（３）ＩW ＝ＩR1−ＩL …（４）その結果、図３に示すように、電流ベクトルＩU 、ＩV
、ＩW の大きさ（電流値）は全て等しくなり、向きは
それぞれ相電圧ベクトルＥU 、ＥV 、ＥW の向きと一致
する。つまり、三相電源１８の力率は１となり、且つ三
相電源１８の電流は完全な平衡三相電流となる。

【００３６】以上述べたように、変換回路１１は、スコ
ット結線変圧器などとは異なり、三相から単相への変換
回路となる。そして、三相電源１８が接続された三相回
路と抵抗１９が接続された単相回路とを変換回路１１を
介して接続すると、抵抗１９に流れる単相の電流ＩR2に
応じて三相電源１８に流れる三相の電流ＩU 、ＩV 、Ｉ
W は、コンデンサ１６に流れる電流ＩC とリアクトル１
７に流れる電流ＩL との補償作用によって平衡化され
る。

【００３７】これにより、例えば分散型電源（三相電源
１８）により生成された三相電力を平衡した状態で照明
装置などの単相負荷（抵抗１９）に供給したり、商用周
波数単相交流方式を採用する交流電気鉄道において三相
電力系統から平衡した状態で受電したりすることが可能
となる。また、後の第５実施例に示すように、単相三線
配電方式への適用も可能となる。さらに、変換回路１１
は、Ｖ結線変圧器１２、コンデンサ１６およびリアクト
ル１７から構成されているので、電力損失が極めて小さ
く、効率的な三相−単相変換を行うことができる。この
場合、Ｖ結線変圧器１２の一次側に三相電源１８が接続
され、二次側に負荷である抵抗１９が接続されるので、
三相電源１８と抵抗１９とが絶縁されるとともに、変圧
比に応じて三相回路（三相電源１８）と単相回路（抵抗
１９）の電圧を互いに独立して設定することができる。

【００３８】さらに、本実施例では、抵抗１９の抵抗
値、コンデンサ１６のインピーダンスおよびリアクトル
１７のインピーダンスが上記（１）式の関係を満たすよ
うに設定されているので、三相電源１８の力率が１とな
り、且つ三相電源１８には完全な平衡三相電流が流れ得
る。力率が１となることにより、三相電源１８の容量
（例えば、分散型電源に用いられる図示しない三相イン
バータ回路の容量）や配電系統における損失などを低減
することができる。

【００３９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２実
施例について、変換回路の電気的構成を示す図４および
ベクトル図である図５を参照しながら説明する。この図
４に示す変換回路２０は、第１実施例に示す変換回路１
１に対し、コンデンサ１６とリアクトル１７の接続形態
が異なる。すなわち、端子ｕ、ｖ間には二次巻線１４ｓ
と並列にコンデンサ１６が接続され、端子ｖ、ｗ間には
二次巻線１５ｓと並列にリアクトル１７が接続されてい
る。なお、以下の説明および図４、図５において用いる
ベクトルの記号は以下の通りである。

【００４０】ＩUV…Ｖ結線変圧器１２の一次巻線１４ｐの電流ベクト
ルＩVW…Ｖ結線変圧器１２の一次巻線１５ｐの電流ベクト
ルＩuv…Ｖ結線変圧器１２の二次巻線１４ｓの電流ベクト
ルＩvw…Ｖ結線変圧器１２の二次巻線１５ｓの電流ベクト
ル

【００４１】図５において、左側が一次側のベクトルを
示し、右側が二次側のベクトルを示す。二次側におい
て、抵抗１９には電圧Ｅwuに比例した単相の電流ＩR2が
流れる。また、端子ｕ、ｖ間に接続されたコンデンサ１
６の電流ベクトルＩC は、電圧ベクトルＥuvに対して９
０°進んだベクトルとなり、端子ｖ、ｗ間に接続された
リアクトル１７の電流ベクトルＩL は、電圧ベクトルＥ
vwに対して９０°遅れたベクトルとなる。Ｉuv、Ｉvwの
各電流ベクトルは、それぞれ以下の（５）式、（６）式
により定まる。Ｉuv＝ＩC −ＩR2 …（５）Ｉvw＝ＩL −ＩR2 …（６）

【００４２】この場合、電流ＩR2、ＩC 、ＩL （電流
値）の間に以下の（７）式で示す関係が成立するよう
に、抵抗１９の抵抗値、電源周波数におけるコンデンサ
１６のインピーダンスおよびリアクトル１７のインピー
ダンスが決定されている。ＩC ＝ＩL ＝ＩR2×１／３^１／２ …（７）

【００４３】Ｖ結線変圧器１２の一次巻線１４ｐ、１５
ｐには、それぞれ電流Ｉuv、Ｉvwに応じた電流ＩUV、Ｉ
VWが流れ、電流ベクトルＩU 、ＩV 、ＩW は、それぞれ
以下の（８）式、（９）式、（10）式により定まる。ＩU ＝ＩUV …（８）ＩV ＝ＩVW−ＩUV …（９）ＩW ＝−ＩVW …（10）

【００４４】その結果、本実施例の変換回路２０によっ
ても、図５に示すように三相電源１８の力率は１となり
且つ三相電源１８の電流は完全な平衡三相電流となる。
従って、本実施例によっても第１実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００４５】（第３の実施形態）次に、本発明の第３実
施例について図６ないし図８を参照しながら説明する。
図６は変換回路２１の電気的構成を示し、図７は変換回
路２１に用いられる逆Ｖ結線変圧器２２の巻線構成を示
している。図７において、端子Ｕ、Ｖ、Ｗは一次側の端
子で、端子ｕ、ｖ、ｎは二次側の端子である。端子Ｕ、
Ｖ間の一次巻線２４ｐと端子ｕ、ｎ間の二次巻線２４ｓ
は三脚鉄心２３の脚２３ａに図示の結合により巻回さ
れ、端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線２５ｐと端子ｖ、ｎ間の二
次巻線２５ｓは脚２３ｃに図示の結合により巻回されて
いる。これにより、一次巻線２４ｐと２５ｐおよび二次
巻線２４ｓと２５ｓはそれぞれＶ結線および逆Ｖ結線と
なっている。

【００４６】図６および図７に示すように、端子Ｕ、Ｖ
間には一次巻線２４ｐと並列にリアクトル１７が接続さ
れ、端子Ｖ、Ｗ間には一次巻線２５ｐと並列にコンデン
サ１６が接続されている。そして、一次側の端子Ｕ、
Ｖ、Ｗには相順がＵＶＷの三相電源１８が接続され、二
次側の端子ｕ、ｖ間には抵抗１９が接続されている。

【００４７】上記構成において、二次側の端子ｕ、ｎ間
には、一次側の端子Ｕ、Ｖ間の電圧ＥUVに応じた電圧が
生成され、二次側の端子ｖ、ｎ間には、一次側の端子
Ｖ、Ｗ間の電圧ＥVWに対応した電圧が生成される。その
結果、端子ｕ、ｖ間の電圧ベクトルは（Ｅuv−Ｅvw）と
なり、抵抗１９および二次巻線２４ｓ、２５ｓには、こ
の電圧に比例した単相の電流ＩR2が流れる。そして、電
流ＩR2が流れると、逆Ｖ結線変圧器２２の一次巻線２４
ｐ、２５ｐには、電流ＩR2と変圧比とに従って決まる電
流ＩR1が流れる。図８に示すように、電流ベクトルＩR1
は電圧ベクトル（ＥUV−ＥVW）と同じ向きを持つ。

【００４８】さらに、端子Ｕ、Ｖ間に接続されたリアク
トル１７の電流ベクトルＩL は、電圧ベクトルＥUVに対
して９０°遅れたベクトルとなり、端子Ｖ、Ｗ間に接続
されたコンデンサ１６の電流ベクトルＩC は、電圧ベク
トルＥVWに対して９０°進んだベクトルとなる。ここ
で、電流ＩR1、ＩC 、ＩL （電流値）の間に以下の（1
1）式で示す関係が成立するように、抵抗１９の抵抗
値、コンデンサ１６のインピーダンスおよびリアクトル
１７のインピーダンスが決定されている。ＩC ＝ＩL ＝ＩR1 …（11）

【００４９】Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ベクトルＩU 、
ＩV 、ＩW は、それぞれ以下の（12）式、（13）式、
（14）式により定まる。ＩU ＝ＩR1＋ＩL …（12）ＩV ＝−２・ＩR1−ＩL ＋ＩC …（13）ＩW ＝ＩR1−ＩC …（14）その結果、図８に示すように、三相電源１８の力率は１
となり且つ三相電源１８の電流は完全な平衡三相電流と
なる。従って、本実施例によっても第１実施例と同様の
効果を得ることができる。また、逆Ｖ結線変圧器２２を
用いることにより、変圧器の利用率を一層高めることが
できる。

【００５０】（第４の実施形態）次に、本発明の第４実
施例について、変換回路の電気的構成を示す図９および
ベクトル図である図１０を参照しながら説明する。この
図９に示す変換回路２６は、第３実施例に示す変換回路
２１に対し、コンデンサ１６とリアクトル１７の接続形
態が異なる。すなわち、端子ｕ、ｎ間に二次巻線２４ｓ
と並列にリアクトル１７が接続され、端子ｖ、ｎ間に二
次巻線２５ｓと並列にコンデンサ１６が接続されてい
る。

【００５１】図１０において、左側が一次側のベクトル
を示し、右側が二次側のベクトルを示す。二次側におい
て、抵抗１９には電圧ベクトル（ＥUV−ＥVW）の大きさ
に比例した単相の電流ＩR2が流れ、そのベクトルの向き
は当該電圧ベクトル（ＥUV−ＥVW）の向きに一致する。
また、端子ｕ、ｎ間に接続されたリアクトル１７の電流
ベクトルＩL は、電圧ベクトルＥuv（＝Ｅun）に対して
９０°遅れたベクトルとなり、端子ｖ、ｎ間に接続され
たコンデンサ１６の電流ベクトルＩC は、電圧ベクトル
Ｅvw（＝Ｅvn）に対して９０°進んだベクトルとなる。
Ｉuv、Ｉvwの各電流ベクトルは、それぞれ以下の（15）
式、（16）式により定まる。Ｉuv＝ＩR2＋ＩL …（15）Ｉvw＝ＩR2−ＩC …（16）

【００５２】この場合、電流ＩR2、ＩC 、ＩL （電流
値）の間に以下の（17）式で示す関係が成立するよう
に、抵抗１９の抵抗値、電源周波数におけるコンデンサ
１６のインピーダンスおよびリアクトル１７のインピー
ダンスが決定されている。ＩC ＝ＩL ＝ＩR2 …（17）

【００５３】逆Ｖ結線変圧器２２の一次巻線２４ｐ、２
５ｐには、それぞれ電流Ｉuv、Ｉvwに応じた電流ＩUV、
ＩVWが流れ、電流ベクトルＩU 、ＩV 、ＩW は、それぞ
れ以下の（18）式、（19）式、（20）式により定まる。ＩU ＝ＩUV …（18）ＩV ＝−（ＩVW＋ＩUV） …（19）ＩW ＝ＩVW …（20）

【００５４】その結果、本実施例の変換回路２６によっ
ても、図１０に示すように三相電源１８の力率は１とな
り且つ三相電源１８の電流は完全な平衡三相電流とな
る。従って、本実施例によっても第１実施例と同様の効
果を得ることができるとともに、第３実施例と同様に変
圧器の利用率を一層高めることができる。

【００５５】（第５の実施形態）次に、第１実施例に示
した変換回路１１に基づいて単相三線配電方式を実現し
た第５実施例について、その変換回路２７の電気的構成
を示す図１１を参照しながら説明する。この図１１にお
いて、Ｖ結線変圧器１２の脚１３ａ（図２参照）には一
次巻線１４ｐと二次巻線１４s1、１４s2とが巻回され、
脚１３ｃには一次巻線１５ｐと二次巻線１５s1、１５s2
とが巻回されている。二次巻線１５s1と１４s1および１
５s2と１４s2は、それぞれ端子ｗ、ｏ間および端子ｏ、
ｕ間においてＶ結線されており、これら２つのＶ結線は
直列に接続されてＷ字形接続の回路形態となっている。
端子ｗ、ｏ間と端子ｏ、ｕ間には、それぞれ抵抗１９
ａ、１９ｂ（単相回路、単相負荷回路に相当）が接続さ
れている。

【００５６】この変換回路２７は、スコット結線変圧器
や変形ウッドブリッジ回路とは異なり、三相回路から単
相三線式回路への変換回路となる。従って、三相回路と
単相回路との間に変換回路２７を介在させることによ
り、例えば店舗などで用いられる複数の単相負荷に対し
て、三相の分散型電源などにより生成された電力を平衡
した状態で且つ効率良く供給することが可能となる。

【００５７】（第６の実施形態）図１２は、本発明の第
６実施例を示す変換回路２８の電気的構成図である。こ
の変換回路２８は、第３実施例に示した変換回路２１に
基づいて単相三線配電方式を実現したものである。この
図１２において、逆Ｖ結線変圧器２２の脚２３ａ（図７
参照）には一次巻線２４ｐと二次巻線２４s1、２４s2と
が巻回され、脚２３ｃには一次巻線２５ｐと二次巻線２
５s1、２５s2とが巻回されている。二次巻線２４s1と２
５s1および２４s2と２５s2は、それぞれ端子ｕ、ｏ間お
よび端子ｏ、ｖ間において逆Ｖ結線されており、これら
２つのＶ結線は直列に接続されてＷ字形接続の回路形態
となっている。端子ｕ、ｏ間と端子ｏ、ｖ間には、それ
ぞれ抵抗１９ａ、１９ｂが接続されている。

【００５８】この変換回路２８を用いて三相回路と単相
回路とを接続することにより、上述の第５実施例と同様
に三相電源１８の電力を平衡した状態で且つ効率良く抵
抗１９ａ、１９ｂに供給することができ、しかも変圧器
の利用率を高められる。

【００５９】（第７の実施形態）次に、本発明の第７実
施例について図１３を参照しながら説明する。図１３
は、第１実施例と同様の電気的構成を有する変換回路１
１（図１参照）についてのベクトル図である。ただし、
本実施例においては、第１実施例と異なり、電流ＩR1、
ＩC 、ＩL （電流値）の間に（１）式の関係が成立して
いない。しかし、（１）式の関係が成立していなくと
も、三相電源１８と抵抗１９との間に変換回路１１が介
在することにより、三相電源１８と抵抗１９とを直接接
続する場合に比べその不平衡率は改善される。

【００６０】一般に、三相回路は平衡した状態とするの
が好ましいが、各設備ではある程度の不平衡が許容され
ている。例えば、内線規定（JEAC 8001 ）の不平衡負荷
の制限によれば、三相３線式２００Ｖ受電の場合、設備
不平衡率を３０％以下とするのを原則としている。つま
り、ある程度（例えば３０％以下）の不平衡を有した状
態であっても、三相回路から単相回路に対して給電可能
なような規定となっている。

【００６１】図１３は、コンデンサ１６とリアクトル１
７のインピーダンスを平衡時（（１）式の成立時）にお
ける値よりも大きく設定した場合の一次側のベクトル図
を示している。この図１３において、二点鎖線（ａ）で
示す円の半径は、平衡時における電流ベクトルＩU 、Ｉ
V 、ＩW の大きさを示しており、二点鎖線（ｂ）で示す
円の半径は、三相電源１８が出力可能な最大電流の大き
さを示している。この場合、（１）式の関係が成立して
いないため完全な平衡三相電流とはならないが、電流Ｉ
U 、ＩV 、ＩW の大きさが三相電源１８の出力可能な電
流値以内である場合（つまり、電流ベクトルＩU 、ＩV
、ＩW が二点鎖線（ｂ）で示す円内に位置する場
合）、三相電源１８は抵抗１９に対して電力供給が可能
となる。なお、以上の説明は、第２ないし第６実施例に
示した変換回路２０ないし２８に対しても同様となり、
また、例えば負荷の大きさ（抵抗１９の抵抗値）が変化
する場合であっても同様となる。

【００６２】この図１３に示されるように、上述した各
実施例に示す変換回路１１、２０〜２８を用いることに
より、完全な三相平衡状態が得られない場合であって
も、三相電源１８と抵抗１９とを直接接続する場合に比
べて不平衡率が大きく改善され、三相電源１８から抵抗
１９に対して給電可能な電力範囲が大きくなる。

【００６３】（第８の実施形態）次に、本発明の第８実
施例について、変換回路の電気的構成を示す図１４およ
び電流ベクトルを示す図１５を参照しながら説明する。
この図１４に示す変換回路２９は、端子ｗ、ｕ間に接続
される単相負荷３０（単相回路、単相負荷回路に相当）
が照明装置などの抵抗負荷である場合はもとより、単相
負荷３０がモータを具備している場合、あるいはＶ結線
変圧器１２の二次側が系統連系されている場合などに好
適となるものである。

【００６４】この変換回路２９は、図１に示す変換回路
１１に対し、端子Ｕとコンデンサ１６との間および端子
Ｗとリアクトル１７との間にそれぞれ開閉器３１および
３２（開閉手段に相当）を接続した点、および三相電源
１８と変換回路２９の端子Ｕ、Ｖ、Ｗとの間に互いに連
動して開閉動作する開閉器３３、３４、３５を設けた点
を異にしている。その他の構成およびコンデンサ１６と
リアクトル１７の各インピーダンスの設定は、第１実施
例と同様となっている。

【００６５】上記開閉器３１、３２は、図示しない制御
回路によって以下に示す２つの場合に開放状態とされ
る。（１）開閉器３３、３４、３５が開放状態とされる場合単相負荷３０が速度起電力を持っている場合またはＶ結
線変圧器１２の二次側の端子ｗ、ｕ間に系統の電圧が印
加されている場合において開閉器３３、３４、３５が開
放されると、上記二次側の電圧に応じた電圧がＶ結線変
圧器１２の一次側の端子Ｗ、Ｕ間に現れ、コンデンサ１
６とリアクトル１７との間で直列共振が発生する。従っ
て、端子ｗ、ｕ間に電圧が印加される虞のある回路形態
においては、開閉器３３、３４、３５を開放するのに先
立って開閉器３１および３２を開放し、コンデンサ１６
およびリアクトル１７をそれぞれ端子Ｕ、Ｖ間および端
子Ｖ、Ｗ間から切り離す。これにより、直列共振による
過大電流の発生を防止することができる。

【００６６】（２）三相電源１８から単相負荷３０への
供給電力が所定値以下の場合コンデンサ１６およびリアクトル１７がそれぞれ端子
Ｕ、Ｖ間および端子Ｖ、Ｗ間に接続されている場合、単
相負荷３０への供給電力（以下、単相負荷容量と称す）
が小さくなっても、コンデンサ１６とリアクトル１７と
に一定の無効電流が流れることにより、三相電源１８は
無効電流を出力し続ける。その結果、コンデンサ１６、
リアクトル１７、三相電源１８内のインバータ回路など
において無効電流に起因する誘電損失、励磁損失、銅損
などが発生し、変換回路２９の効率が低下する。

【００６７】一方、三相電源１８のインバータ回路の出
力電流が定格電流を超えないように保護制御した状態の
下で、上記インバータ回路が出力できる電力は、三相電
源１８が出力可能な定格三相電力（以下、三相電源容量
と称す）の１／３^１／２である。

【００６８】そこで、単相負荷容量が三相電源容量の１
／３^１／２以下である場合には、開閉器３１および３２
を開放し、コンデンサ１６およびリアクトル１７をそれ
ぞれ端子Ｕ、Ｖ間および端子Ｖ、Ｗ間から切り離すよう
に制御する。この開放状態では、コンデンサ１６とリア
クトル１７での損失が零となるので、変換回路２９全体
としての電力損失を低減でき効率を高めることができ
る。

【００６９】また、単相負荷容量が三相電源容量の１／
３^１／２を超えた場合には、開閉器３１および３２を閉
じることにより三相電源１８から単相負荷３０に対し三
相電源容量に相当する電力を供給可能となる。図１５
は、単相負荷３０が照明装置などの抵抗負荷であって且
つ単相負荷容量が三相電源容量の１／３^１／２（５７．
７％負荷）である場合に開閉器３１、３２を閉じた時の
電流ベクトルを示している。この時、電流ＩC 、ＩL 、
ＩR1（電流値）の間に以下の（21）式で示す関係が成立
する。ＩC ＝ＩL ＝ＩR1＝ＩV …（21）

【００７０】以上説明したように、本実施例によれば開
閉器３１、３２の開閉制御を実行することにより、開閉
器３３、３４、３５を開放して三相電源１８を切り離し
た状態での直列共振の発生を防止でき、変換回路２９全
体としての効率を高めることができ、さらに三相電源１
８から単相負荷３０に対し最大で三相電源容量に等しい
電力を供給可能となる。

【００７１】（第９の実施形態）次に、本発明の第９実
施例について、変換回路の電気的構成を示す図１６およ
び電流ベクトルを示す図１７を参照しながら説明する。
この図１６に示す変換回路３６は、第８実施例で説明し
た変換回路２９と同様に、図６に示す変換回路２１に対
し開閉器３１〜３５を設けた構成となっている。コンデ
ンサ１６とリアクトル１７の各インピーダンスは、変換
回路２１と同様に設定されている。

【００７２】開閉器３１、３２が開放状態とされる条件
は第８実施例で説明した（１）および（２）と同様であ
る。ただし、三相電源１８のインバータ回路の出力電流
が定格電流を超えないように保護制御した状態の下で、
上記インバータ回路が出力できる電力は、三相電源１８
が出力可能な定格三相電力（三相電源容量）の１／２で
ある。従って、上述した（２）において、単相負荷容量
が三相電源容量の１／２以下である場合に開閉器３１お
よび３２を開放し、コンデンサ１６およびリアクトル１
７をそれぞれ端子Ｕ、Ｖ間および端子Ｖ、Ｗ間から切り
離すように制御する。

【００７３】そして、単相負荷容量が三相電源容量の１
／２を超えた場合には、開閉器３１および３２を閉じる
ことにより三相電源１８から単相負荷３０に対し三相電
源容量に相当する電力を供給可能となる。図１７は、単
相負荷３０が照明装置などの抵抗負荷であって且つ単相
負荷容量が三相電源容量の１／２（５０％負荷）である
場合に開閉器３１、３２を閉じた時の電流ベクトルを示
している。この時、電流ＩC 、ＩL 、ＩR1（電流値）の
間に以下の（22）式、（23）式で示す関係が成立する。ＩU ＝ＩW ＝３^１／２・ＩR1＝３^１／２／２・ＩL …（22）ＩV ＝０ …（23）本実施例によっても、開閉器３１、３２の開閉制御を実
行することにより、第８実施例と同様の作用および効果
を得ることができる。

【００７４】（第１０の実施形態）次に、本発明の第１
０実施例について、変換回路の電気的構成を示す図１８
を参照しながら説明する。三相電源１８と変換回路３７
（電気回路に相当）との間には開閉器３３、３４、３５
が設けられ、端子ｖと単相負荷３０との間には開閉器３
８が設けられている。開閉器３３、３４、３５と開閉器
３８とは連動して開閉動作するようになっている。この
構成によれば、三相電源１８と変換回路３７との間を開
路する場合には、これに連動して逆Ｖ結線変圧器２２の
二次側と単相負荷３０との間も開路されるので、上述し
た直列共振の発生を防止することができる。

【００７５】（第１１の実施形態）次に、第３実施例を
変形した第１１実施例について、変換回路の電気的構成
を示す図１９を参照しながら説明する。この図１９に示
す変換回路３９（電気回路に相当）は、端子Ｕとリアク
トル１７（誘導性受動回路に相当）との間および端子Ｗ
とコンデンサ１６（容量性受動回路に相当）との間にそ
れぞれ自励式のインバータ回路４０および４１（電流制
御手段に相当）を接続した構成となっている。このイン
バータ回路４０および４１は、それぞれリアクトル１７
およびコンデンサ１６に流れる電流を制御するようにな
っている。

【００７６】端子ｕ、ｖ間に接続された単相負荷３０が
照明装置などの抵抗負荷である場合、電流ＩC 、ＩL 、
ＩR1（電流値）の間に常に上述した（11）式で示す関係
が成立するように、リアクトル１７とインバータ回路４
０との直列回路４２（誘導性インピーダンス回路に相
当）の等価インピーダンス（等価リアクタンス）と、コ
ンデンサ１６とインバータ回路４１との直列回路４３
（容量性インピーダンス回路に相当）の等価インピーダ
ンス（等価リアクタンス）とが制御されている。この場
合、インバータ回路４０は誘導性の状態で運転され、イ
ンバータ回路４１は容量性の状態で運転される。これに
より、単相負荷３０の大きさにかかわらず、三相電源１
８の出力電流を常に平衡させることが可能となる。

【００７７】また、単相負荷３０の力率が１でない場合
であっても、その力率に応じて上記直列回路４２、４３
の等価インピーダンスを容量性または誘導性に制御する
ことにより、三相電源１８の出力電流を常に平衡させる
ことが可能となる。このように、本実施例の変換回路３
９は不平衡電流を流すことができない三相電源１８に対
しても適用可能となる。

【００７８】（第１２の実施形態）次に、本発明の第１
２実施例について、変換回路の電気的構成を示す図２０
を参照しながら説明する。この図２０に示す変換回路４
４（電気回路に相当）の端子Ｕ、Ｖ間、端子Ｖ、Ｗ間に
は、それぞれ自励式のインバータ回路４５（誘導性イン
ピーダンス回路、電流制御手段に相当）、自励式のイン
バータ回路４６（容量性インピーダンス回路、電流制御
手段に相当）が接続されている。逆Ｖ結線変圧器２２の
一次側の端子Ｕ、Ｖ、Ｗには相順がＵＶＷの三相電源１
８が接続され、二次側の端子ｕ、ｖ間には単相負荷３０
が接続されている。

【００７９】単相負荷３０が照明装置などの抵抗負荷で
ある場合、インバータ回路４５は三相電源１８の電圧Ｅ
UVに対し遅れ電流を供給するように誘導性の状態で運転
され、インバータ回路４６は三相電源１８の電圧ＥVWに
対し進み電流を供給するように容量性の状態で運転され
る。さらに、インバータ回路４５、４６に流れる電流を
それぞれ図２０に示す向きを基準方向としてＩL 、ＩC
とすれば、電流ＩL 、ＩC 、ＩR1（電流値）の間に常に
上述した（11）式で示す関係が成立するようにインバー
タ回路４５、４６が制御される。これにより、単相負荷
３０の大きさにかかわらず、三相電源１８の出力電流を
常に平衡させることが可能となる。

【００８０】また、単相負荷３０の力率が１でない場合
であっても、インバータ回路４５が出力する誘導性電流
の位相およびインバータ回路４６が出力する容量性電流
の位相を単相負荷３０の力率角に応じてそれぞれ９０°
遅れおよび９０°進みの状態から変化させることによ
り、三相電源１８の出力電流を常に平衡させることが可
能となる。

【００８１】（第１３の実施形態）次に、本発明の第１
３実施例について、変換回路の電気的構成を示す図２１
を参照しながら説明する。本実施例は、第１実施例の変
換回路１１に対しＶ結線変圧器１２に替えてＶ結線変圧
器４７を用いた構成となっている。図２１は、巻線構成
を模式的に示したＶ結線変圧器４７の斜視図である。こ
の図２１において、端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線４９ｐと端
子ｕ、ｖ間の二次巻線４９ｓは三脚鉄心４８の脚４８ａ
に巻回され、端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線５０ｐと端子ｖ、
ｗ間の二次巻線５０ｓは脚４８ｃに巻回されている。一
次巻線４９ｐと５０ｐおよび二次巻線４９ｓと５０ｓは
それぞれＶ結線となっている。

【００８２】三脚鉄心４８の中央の脚４８ｂには、巻線
５１（補助巻線に相当）が巻回されており、その巻線５
１の両端子間には開閉器５２（開閉手段に相当）が接続
されている。端子Ｕ、Ｖ間にはコンデンサ１６が接続さ
れ、端子Ｖ、Ｗ間にはリアクトル１７が接続されてい
る。

【００８３】この構成において、端子Ｕ、Ｖ、Ｗと三相
電源１８との間を開路している期間において開閉器５２
を閉じるように制御する。開閉器５２により巻線５１の
両端子間が短絡されると、巻線５１が巻回された脚４８
ｂに磁束が通らなくなる。この状態でＶ結線変圧器４７
の端子ｗ、ｕ間にモータの速度起電力や連系された系統
の電圧が印加されると、他の２つの脚４８ａ、４８ｃを
通過する磁束が等しくなり、コンデンサ１６の両端電圧
とリアクトル１７の両端電圧とが等しくなる。その結
果、コンデンサ１６とリアクトル１７との直列共振の発
生を防止することができる。

【００８４】（その他の実施形態）なお、本発明は上記
し且つ図面に示す各実施例に限定されるものではなく、
例えば以下のように変形または拡張が可能である。第１
実施例において、さらに端子ｕ、ｖ間にコンデンサを接
続するとともに端子ｖ、ｗ間にリアクトルを接続しても
良い。また、第３実施例において、さらに端子ｕ、ｎ間
にリアクトルを接続するとともに端子ｖ、ｎ間にコンデ
ンサを接続しても良い。第５、第６、第１３実施例にお
いても同様である。これらの場合、各コンデンサおよび
リアクトルに開閉器を接続し、第８、第９実施例で説明
した開閉制御を実行するようにしても良い。

【００８５】第８、第９実施例で説明した開放条件
（１）において、開閉器３３、３４、３５を開放するの
に先立って開閉器３１および３２の何れか一方のみを開
放すれば直列共振の発生を防止できる。

【００８６】第２、第４、第５、第６実施例に示す変換
回路２０、２６、２７、２８においても、コンデンサ１
６およびリアクトル１７を切り離すための開閉器３１、
３２と三相電源１８を切り離すための開閉器３３、３
４、３５とを備え、これら開閉器３１〜３５を第８、第
９実施例と同様に制御しても良い。この場合、第８、第
９実施例で説明した開放条件（２）について、第２、第
５実施例にあっては単相負荷容量が三相電源容量の１／
３^１／２以下の場合に開閉器３１、３２を開放するよう
に制御し、第４、第６実施例にあっては単相負荷容量が
三相電源容量の１／２以下の場合に開閉器３１、３２を
開放するように制御すれば良い。

【００８７】第１、第２、第４、第５、第６実施例に示
す変換回路１１、２０、２６、２７、２８においても、
第１０実施例と同様に、連動して開閉動作する開閉器３
３、３４、３５と開閉器３８とを備えても良い。また、
第１１実施例と同様に、リアクトル１７およびコンデン
サ１６にそれぞれインバータ回路４０および４１を接続
しても良い。さらに、第１２実施例と同様に、インバー
タ回路４５、４６を設けても良い。電流制御手段はイン
バータ回路に限られず、無効電力補償が可能な回路例え
ばＴＣＲ（Thyristor Controlled Reactor）やＴＳＲ
（Thyristor Switched Capacitor）などを用いても良
い。

【００８８】第２、第５実施例に示す変換回路２０、２
７においてＶ結線変圧器１２に替えてＶ結線変圧器４７
を用いても良い。また、第３、第４、第６実施例に示す
変換回路２１、２６、２８においても、逆Ｖ結線変圧器
２２に替えて中央脚に補助巻線を巻回しその両端子間に
開閉手段を備えた逆Ｖ結線変圧器を用いても良い。この
場合、第１３実施例と同様に、端子Ｕ、Ｖ、Ｗと三相電
源１８との間を開路している期間において開閉手段を閉
じるように制御する。

【００８９】上述した各実施例において、コンデンサ１
６に替えて、電源周波数でのインピーダンスが容量性と
なるようなコンデンサとリアクトルとの直列回路を用い
ても良い。これにより、電源投入時にコンデンサに流れ
る突入電流を抑制することができる。また、リアクトル
１７に替えて、電源周波数でのインピーダンスが誘導性
となるようなリアクトルとコンデンサとの直列回路を用
いても良い。

【００９０】三相電源１８は分散型電源に限られず三相
電力系統であっても良い。また、単相負荷１６は照明装
置に限られず、その他の抵抗負荷、誘導性負荷、容量性
負荷、例えば商用周波数単相交流方式を採用する交流電
気鉄道などであっても良い。さらに、Ｖ結線変圧器１
２、４７、逆Ｖ結線変圧器２２の二次側は系統連系され
ていても良い。この場合には、三相回路例えば上記分散
型電源を単機運転モードまたは系統連系モードで運転し
て三相−単相電力変換を行うことができる。

【００９１】Ｖ結線変圧器１２、４７および逆Ｖ結線変
圧器２２の一次側をΔ結線としても良い。この場合、端
子Ｗ、Ｕ間の一次巻線は電力変成には寄与しない。ま
た、変圧器鉄心は、第１３実施例を除き四脚鉄心や五脚
鉄心としても良い。第１実施例において、一次巻線１４
ｐと二次巻線１４ｓ、一次巻線１５ｐと二次巻線１５ｓ
は、互いに磁路長が等しくなるように三脚鉄心の両側脚
１３ａ、１３ｃに巻回するのが好ましいが、何れか一方
を中央脚に巻回しても良い。他の実施例についても同様
である。

【００９２】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明の電気回路は、端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子ｕ、
ｖ間の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端子
ｖ、ｗ間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回されたＶ結
線変圧器に対し、端子Ｕ、Ｖ間に容量性インピーダンス
回路を接続し、端子Ｖ、Ｗ間に誘導性インピーダンス回
路を接続するとともに、一次側に三相回路を接続し、二
次側に単相回路を接続した構成を備えているので、三相
回路における不平衡を低減しつつ三相回路と単相回路と
を絶縁して連結することができ、さらに三相回路と単相
三線式回路との接続も可能となる。また、三相回路と単
相回路とはＶ結線変圧器を介して接続されるので、変圧
比を適宜設定することにより三相回路の電圧と単相回路
の電圧とをそれぞれ独立して設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す変換回路の電気的構
成図

【図２】Ｖ結線変圧器の巻線構成を示す図

【図３】一次側（三相回路側）のベクトル図

【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図５】一次側（三相回路側）および二次側（単相回路
側）のベクトル図

【図６】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図７】逆Ｖ結線変圧器の巻線構成を示す図

【図８】図３相当図

【図９】本発明の第４実施例を示す図１相当図

【図１０】図５相当図

【図１１】本発明の第５実施例を示す図１相当図

【図１２】本発明の第６実施例を示す図１相当図

【図１３】本発明の第７実施例を示す図３相当図

【図１４】本発明の第８実施例を示す図１相当図

【図１５】一次側（三相回路側）の電流ベクトル図

【図１６】本発明の第９実施例を示す図１相当図

【図１７】図１５相当図

【図１８】本発明の第１０実施例を示す図１相当図

【図１９】本発明の第１１実施例を示す図１相当図

【図２０】本発明の第１２実施例を示す図１相当図

【図２１】本発明の第１３実施例を示すもので巻線構成
を模式的に示したＶ結線変圧器の斜視図

【図２２】従来技術であるスタインメッツ回路の電気的
構成図

【図２３】スタインメッツ回路のベクトル図

【符号の説明】

１１、２０、２１、２６、２７、２８、２９、３６、３
７、３９、４４は変換回路（電気回路）、１２、４７は
Ｖ結線変圧器、１４ｐ、１５ｐ、２４ｐ、２５ｐ、４９
ｐ、５０ｐは一次巻線、１４ｓ、１４s1、１４s2、１５
ｓ、１５s1、１５s2、２４ｓ、２４s1、２４s2、２５
ｓ、２５s1、２５s2、４９ｓ、５０ｓは二次巻線、１６
はコンデンサ（容量性インピーダンス回路）、１７はリ
アクトル（誘導性インピーダンス回路）、１８は三相電
源（三相回路）、１９、１９ａ、１９ｂは抵抗（単相回
路、単相負荷回路）、２２は逆Ｖ結線変圧器、３０は単
相負荷（単相回路、単相負荷回路）、３１、３２、５２
は開閉器（開閉手段）、４０、４１はインバータ回路
（電流制御手段）、４２は直列回路（誘導性インピーダ
ンス回路）、４３は直列回路（容量性インピーダンス回
路）、４５はインバータ回路（誘導性インピーダンス回
路、電流制御手段）、４６はインバータ回路（容量性イ
ンピーダンス回路、電流制御手段）、５１は巻線（補助
巻線）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中耕太郎東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者中瀬光博東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者野宮成生東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内Ｆターム(参考） 5G066 GA01 GC01 5H750 BA01 BB22 CC11 CC14 CC16 DD14 DD17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子ｕ、ｖ間
の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端子ｖ、ｗ
間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回されたＶ結線変圧
器に対し、前記端子Ｕ、Ｖ間に容量性インピーダンス回
路を接続し、前記端子Ｖ、Ｗ間に誘導性インピーダンス
回路を接続するとともに、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接
続し、前記端子ｗ、ｕ間に単相回路を接続するように構
成したことを特徴とする電気回路。
【請求項２】端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子ｕ、ｖ間
の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端子ｖ、ｗ
間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回されたＶ結線変圧
器に対し、前記端子ｕ、ｖ間に容量性インピーダンス回
路を接続し、前記端子ｖ、ｗ間に誘導性インピーダンス
回路を接続するとともに、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接
続し、前記端子ｗ、ｕ間に単相回路を接続するように構
成したことを特徴とする電気回路。
【請求項３】端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子ｕ、ｖ間
の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端子ｖ、ｗ
間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回されたＶ結線変圧
器に対し、前記端子Ｕ、Ｖ間および前記端子ｕ、ｖ間に
それぞれ容量性インピーダンス回路を接続し、前記端子
Ｖ、Ｗ間および前記端子ｖ、ｗ間にそれぞれ誘導性イン
ピーダンス回路を接続するとともに、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接
続し、前記端子ｗ、ｕ間に単相回路を接続するように構
成したことを特徴とする電気回路。
【請求項４】前記Ｖ結線変圧器はＶ結線された２組の
二次巻線を備え、その２組の二次巻線を直列に接続する
とともに、その直列回路の両側端子および共通接続端子
に単相三線式回路を接続するように構成したことを特徴
とする請求項１ないし３の何れかに記載の電気回路。
【請求項５】端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子ｕ、ｎ間
の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端子ｖ、ｎ
間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回された逆Ｖ結線変
圧器に対し、前記端子Ｕ、Ｖ間に誘導性インピーダンス
回路を接続し、前記端子Ｖ、Ｗ間に容量性インピーダン
ス回路を接続するとともに、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接
続し、前記端子ｕ、ｖ間に単相回路を接続するように構
成したことを特徴とする電気回路。
【請求項６】端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子ｕ、ｎ間
の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端子ｖ、ｎ
間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回された逆Ｖ結線変
圧器に対し、前記端子ｕ、ｎ間に誘導性インピーダンス
回路を接続し、前記端子ｖ、ｎ間に容量性インピーダン
ス回路を接続するとともに、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接
続し、前記端子ｕ、ｖ間に単相回路を接続するように構
成したことを特徴とする電気回路。
【請求項７】端子Ｕ、Ｖ間の一次巻線と端子ｕ、ｎ間
の二次巻線および端子Ｖ、Ｗ間の一次巻線と端子ｖ、ｎ
間の二次巻線がそれぞれ同一脚に巻回された逆Ｖ結線変
圧器に対し、前記端子Ｕ、Ｖ間および前記端子ｕ、ｎ間
にそれぞれ誘導性インピーダンス回路を接続し、前記端
子Ｖ、Ｗ間および前記端子ｖ、ｎ間にそれぞれ容量性イ
ンピーダンス回路を接続するとともに、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗに相順がＵＶＷである三相回路を接
続し、前記端子ｕ、ｖ間に単相回路を接続するように構
成したことを特徴とする電気回路。
【請求項８】前記逆Ｖ結線変圧器は逆Ｖ結線された２
組の二次巻線を備え、その２組の二次巻線を直列に接続
するとともに、その直列回路の両側端子および共通接続
端子に単相三線式回路を接続するように構成したことを
特徴とする請求項５ないし７の何れかに記載の電気回
路。
【請求項９】前記単相回路を接続した場合に前記三相
回路の不平衡電流が当該三相回路に許容される所定の値
以内となるように、前記容量性インピーダンス回路およ
び前記誘導性インピーダンス回路の各インピーダンスが
設定されていることを特徴とする請求項１ないし８の何
れかに記載の電気回路。
【請求項１０】前記容量性インピーダンス回路は、コ
ンデンサまたはコンデンサとリアクトルとの直列回路で
あることを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載
の電気回路。
【請求項１１】前記誘導性インピーダンス回路は、リ
アクトルまたはリアクトルとコンデンサとの直列回路で
あることを特徴とする請求項１ないし１０の何れかに記
載の電気回路。
【請求項１２】前記容量性インピーダンス回路を切り
離す開閉手段と、前記誘導性インピーダンス回路を切り
離す開閉手段とを備えたことを特徴とする請求項１ない
し１１の何れかに記載の電気回路。
【請求項１３】前記三相回路から前記単相回路に供給
される電力が所定値以下である場合、前記開閉手段をと
もに開状態とすることを特徴とする請求項１２記載の電
気回路。
【請求項１４】前記開閉手段の少なくとも一方を開状
態としたことを条件として、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗと前記
三相回路との間を開路することを特徴とする請求項１２
または１３記載の電気回路。
【請求項１５】前記容量性インピーダンス回路および
前記誘導性インピーダンス回路が接続されている場合、
前記二次巻線と前記単相回路との間を開路したことを条
件として、前記端子Ｕ、Ｖ、Ｗと前記三相回路との間を
開路することを特徴とする請求項１ないし１３の何れか
に記載の電気回路。
【請求項１６】前記Ｖ結線変圧器の三脚鉄心について
前記一次巻線および前記二次巻線が巻回されていない脚
に補助巻線が巻回されているとともにこの補助巻線の両
端子間に開閉手段を備え、この開閉手段を閉状態としたことを条件として、前記端
子Ｕ、Ｖ、Ｗと前記三相回路との間を開路することを特
徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の電気回路。
【請求項１７】前記逆Ｖ結線変圧器の三脚鉄心につい
て前記一次巻線および二次巻線が巻回されていない脚に
補助巻線が巻回されているとともに、この補助巻線の両
端子間に開閉手段を備え、この開閉手段を閉状態としたことを条件として、前記端
子Ｕ、Ｖ、Ｗと前記三相回路との間を開路することを特
徴とする請求項５ないし８の何れかに記載の電気回路。
【請求項１８】前記容量性インピーダンス回路は、容
量性受動回路と電流制御手段とから構成され、前記誘導
性インピーダンス回路は、誘導性受動回路と電流制御手
段とから構成されていることを特徴とする請求項１ない
し９の何れかに記載の電気回路。
【請求項１９】前記容量性インピーダンス回路および
前記誘導性インピーダンス回路は、それぞれ電流制御手
段から構成されていることを特徴とする請求項１ないし
９の何れかに記載の電気回路。
【請求項２０】前記三相回路は、三相交流電圧を出力
するインバータ回路を備えた分散型電源であることを特
徴とする請求項１ないし１９の何れかに記載の電気回
路。
【請求項２１】前記単相回路は、単相負荷回路である
ことを特徴とする請求項１ないし２０の何れかに記載の
電気回路。
【請求項２２】前記単相回路は、連系された送配電系
統であることを特徴とする請求項１ないし２１の何れか
に記載の電気回路。