JP2004295420A

JP2004295420A - 自動電圧制御装置

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Publication number: JP2004295420A
Application number: JP2003086203A
Authority: JP
Inventors: Isao Takahashi; 高橋　　功
Original assignee: NIPPON ECO SYSTEM KK
Current assignee: NIPPON ECO SYSTEM KK
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP4216627B2

Abstract

【課題】多大なサージ電流の発生を抑制することができる自動電圧制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明では、基準電圧と出力電圧との比較結果に応じて複数種類の出力電圧のうちから選択した一つの出力電圧を出力する自動電圧制御装置において、出力電圧を生成するための出力電圧生成回路は、分路巻線と、同分路巻線と逆方向に向けて励磁する分路調整巻線とを直列接続することにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動電圧制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より商用電源と各種電気機器との間には、商用電源の電圧を低下させることによって電気機器での消費電力を低減させる節電機能や商用電源の電圧を増大させることによって電気機器への供給電圧を補償する電圧補償機能を有する自動電圧制御装置が広く使用されている。
【０００３】
かかる自動電圧制御装置としては、入力端子と共通端子との間に直列巻線と分路巻線とを直列接続するとともに、分路巻線に複数のタップを設け、これら複数のタップのうちから選択された一つのタップから出力電圧を出力することで出力電圧を切り替えるように構成しており、タップの選択は、制御回路で基準電圧と出力電圧とを比較するとともに、各タップに接続されたサイリスタやリレーを選択的に導通させることによって行っていた（たとえば、特許文献１、２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１７８４６２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−１９１５４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の自動電圧制御装置にあっては、電源投入時や出力電圧切替時に多大な突入電流が発生するおそれがあった。
【０００７】
また、従来の自動電圧制御装置にあっては、出力電圧切替時に２０ｍｓ以上もの切替時間を要すると多大なサージ電圧が発生するおそれがあった。
【０００８】
さらに、従来の自動電圧制御装置にあっては、電源切断時や出力電圧切替時に、瞬間的に分路巻線において残留磁気の放出が生じることによって多大なサージ電流が発生してサイリスタやリレーや電気機器に瞬間的に耐圧を超える多大なサージ電圧が印加されてしまうおそれがあった。
【０００９】
そのため、従来の自動電圧制御装置では、上述した欠点に起因してサイリスタやリレーや電気機器が破壊されてしまうおそれがあった。
【００１０】
そこで、本発明では、分路巻線と逆方向に向けて励磁する分路調整巻線を設けることで、分路巻線で突入電流や残留磁気の放出が発生しても、それを分路調整巻線で打ち消して、多大なサージ電流の発生を抑制するようにしたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る本発明では、基準電圧と出力電圧との比較結果に応じて複数種類の出力電圧のうちから選択した一つの出力電圧を出力する自動電圧制御装置において、出力電圧を生成するための出力電圧生成回路は、分路巻線と、同分路巻線と逆方向に向けて励磁する分路調整巻線とを直列接続して構成することにした。
【００１２】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記出力電圧生成回路は、前記分路巻線に複数のタップを設け、これら複数のタップから選択した一つのタップから出力電圧を出力するように構成することにした。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記出力電圧生成回路は、前記分路調整巻線に複数のタップを設け、これら複数のタップから選択した一つのタップから出力電圧を出力するように構成することにした。
【００１４】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記出力電圧生成回路は、前記分路巻線に複数のタップを設け、各タップに前記分路調整巻線を直列接続し、これらの分路調整巻線から選択した一つの分路調整巻線と前記分路巻線とから出力電圧を出力するように構成することにした。
【００１５】
また、請求項５に係る本発明では、前記請求項１〜請求項４のいずれかに係る本発明において、前記出力電圧生成回路は、単相３線方式、三相３線方式、または三相４線方式のいずれかの電源供給方式で構成することにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る自動電圧制御装置は、商用電源と各種電気機器との間に介設されて使用されるものであり、基準電圧と出力電圧とを比較して、出力電圧が基準電圧よりも高い場合には、出力電圧を低下させることによって電気機器での消費電力を低減させる節電機能を発揮し、一方、出力電圧が基準電圧よりも低い場合には、出力電圧を増大させることによって電気機器への供給電圧を補償する電圧補償機能を発揮するものである。
【００１７】
かかる自動電圧制御装置は、基準電圧と出力電圧との比較結果に応じて複数種類の出力電圧のうちから選択した一つの出力電圧を出力するように構成している。
【００１８】
しかも、出力電圧を生成するための出力電圧生成回路は、分路巻線と、同分路巻線と逆方向に向けて励磁する分路調整巻線とを直列接続して構成している。
【００１９】
このように、分路巻線と分路調整巻線とを直列接続するとともに、複数種類の出力電圧を生成することができる出力電圧生成回路としては、各種の形態のものが考えられるが、たとえば、分路巻線と分路調整巻線とを直列接続するとともに、分路巻線に複数のタップを設け、これら複数のタップから選択した一つのタップから出力電圧を出力するように構成したものがある。
【００２０】
また、出力電圧生成回路としては、分路巻線と分路調整巻線とを直列接続するとともに、分路調整巻線に複数のタップを設け、これら複数のタップから選択した一つのタップから出力電圧を出力するように構成したものでもよい。
【００２１】
さらに、出力電圧生成回路としては、分路巻線に複数のタップを設け、各タップに分路調整巻線を直列接続し、これらの分路調整巻線から選択した一つの分路調整巻線と前記分路巻線とから出力電圧を出力するように構成したものでもよい。
【００２２】
そして、本発明に係る自動電圧制御装置の出力電圧生成回路では、分路巻線とは逆方向に向けて励磁する分路調整巻線を分路巻線に直列接続しているため、分路巻線で残留磁気の放出が発生しても、それを分路巻線とは逆方向に励磁する分路調整巻線で打ち消すことができるので、多大なサージ電流の発生を抑制することができる。
【００２３】
そのため、本発明に係る自動電圧制御装置では、サイリスタやリレーや電気機器に瞬間的に耐圧を超える多大なサージ電圧が印加されてしまうのを防止することができ、これらのサイリスタやリレーや電気機器の破壊を未然に防止することができる。
【００２４】
特に、出力電圧生成回路として単巻変圧器を使用することにより、負荷電流が大電流であっても回路規模を小さくすることができ、装置の小型化、軽量化、低廉化を図ることができるとともに、電圧変換時の電圧変動が小さいことから動作を安定化させることができ、変換効率を向上させることができ、さらには、タップを任意に設定することができるので、最適な出力電圧に安定して制御することができる。
【００２５】
本発明に係る自動電圧制御装置の出力電圧生成回路は、単相３線方式、三相３線方式、または三相４線方式のいずれの電源供給方式でも構成することができる。
【００２６】
以下に、本発明の具体的な実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（第１実施例）
図１は、第１実施例に係る自動電圧制御装置１を示した図である。
【００２８】
自動電圧制御装置１は、入力端子２と共通端子３との間に商業電源４を接続する一方、出力端子５と共通端子３との間に負荷６を接続している。
【００２９】
かかる自動電圧制御装置１は、入力端子２に直列巻線７の始端を接続し、同直列巻線７の終端に出力端子５と分路巻線８の始端を接続し、この分路巻線８の中途及び終端に３個のタップ９，１０，１１を形成し、各タップ９，１０，１１に分路調整巻線１２，１３，１４の始端をそれぞれ接続し、各分路調整巻線１２，１３，１４の終端に制御回路１５で断続制御されるスイッチとしてのサイリスタ１６，１７，１８をそれぞれ接続し、これらのサイリスタ１６，１７，１８に共通端子３を接続している。
【００３０】
ここで、直列巻線７と分路巻線８とは、同一の鉄心１９に同一方向に向けて巻回形成されており、したがって、同一の方向に向けて励磁するようにしている。
【００３１】
一方、分路巻線８と分路調整巻線１２，１３，１４とは、同一の鉄心１９に逆方向に向けて巻回形成されており、したがって、逆方向に向けて励磁するようにしている。
【００３２】
なお、分路巻線６は、便宜的に、出力端子５に接続した始端から中間のタップ９との間を第１の分路巻線部２０と呼び、中間のタップ９，１０の間を第２の分路巻線部２１と呼び、中間のタップ１０と終端のタップ１１の間を第３の分路巻線部２２と呼ぶことにする。
【００３３】
制御回路１５には、出力端子５と共通端子３との間の電位差である出力電圧と、基準電源２３によって生成した基準となる電圧（基準電圧）とが入力されている。
【００３４】
そして、自動電圧制御装置１は、制御回路１５によって、第１のサイリスタ１６のみを導通状態とし、第２及び第３のサイリスタ１７，１８を切断状態（非導通状態）とした場合には、第１の分路巻線部２０及び第１の分路調整巻線１２で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００３５】
また、自動電圧制御装置１は、制御回路１５によって、第２のサイリスタ１７のみを導通状態とし、第１及び第３のサイリスタ１６，１８を切断状態（非導通状態）とした場合には、第１の分路巻線部２０、第２の分路巻線部２１、及び第２の分路調整巻線１３で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００３６】
また、自動電圧制御装置１は、制御回路１５によって、第３のサイリスタ１８のみを導通状態とし、第１及び第２のサイリスタ１６，１７を切断状態（非導通状態）とした場合には、第１の分路巻線部２０、第２の分路巻線部２１、第３の分路巻線部２２、及び第３の分路調整巻線１４で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００３７】
したがって、自動電圧制御装置１は、初期状態では中間の出力電圧を出力するように制御回路１５によって、第２のサイリスタ１７のみを導通状態とし、第１及び第３のサイリスタ１６，１８を切断状態（非導通状態）として、第１の分路巻線部２０、第２の分路巻線部２１、及び第２の分路調整巻線１３で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００３８】
そして、制御回路１５において、基準電圧と出力電圧とを比較し、出力電圧が基準電圧よりも高い場合には、出力電圧を低くするために、制御回路１５によって、第１のサイリスタ１６のみを導通状態とし、第２及び第３のサイリスタ１７，１８を切断状態（非導通状態）として、第１の分路巻線部２０及び第１の分路調整巻線１２で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００３９】
一方、制御回路１５において、基準電圧と出力電圧とを比較し、出力電圧が基準電圧よりも低い場合には、出力電圧を高くするために、制御回路１５によって、第３のサイリスタ１８のみを導通状態とし、第１及び第２のサイリスタ１６，１７を切断状態（非導通状態）として、第１の分路巻線部２０、第２の分路巻線部２１、第３の分路巻線部２２、及び第３の分路調整巻線１４で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００４０】
このように、自動電圧制御装置１は、制御回路１５によって基準電圧と出力電圧との比較結果に応じてサイリスタ１６，１７，１８を選択制御することで、出力電圧を制御するようにしている。なお、本説明では、３種類の出力電圧を出力する場合について説明しているが、出力可能な出力電圧の種類を増やすことで出力電圧を細かく制御することができる。また、サイリスタ１６，１７，１８の切替は、全てのサイリスタ１６，１７，１８を完全に非導通状態とした後に、早期に（２〜３ｍｓ程度の時間をあけて）切り替えており、これにより、開放時に高電圧サージが発生しないようにしている。
【００４１】
そして、本自動電圧制御装置１では、分路巻線８と分路調整巻線１２，１３，１４とを同一の鉄心１９に逆方向に向けて巻回形成することで互いに逆方向に向けて励磁するようにしているため、制御回路１５によってサイリスタ１６，１７，１８を切り替えた際に、分路調整巻線１２，１３，１４が分路巻線８とは逆方向に励磁されることになる。
【００４２】
そのため、本自動電圧制御装置１では、分路巻線８で残留磁気の放出が発生しても、それを分路巻線８とは逆方向に励磁する分路調整巻線１２，１３，１４で打ち消すことができるので、多大なサージ電流の発生を抑制することができ、これにより、サイリスタ１６，１７，１８や負荷６に瞬間的に耐圧を超える多大なサージ電圧が印加されてしまうのを防止することができ、これらのサイリスタ１６，１７，１８や負荷６の破壊を未然に防止することができる。
【００４３】
（第２実施例）
図２は、第２実施例に係る自動電圧制御装置３１を示した図である。
【００４４】
かかる自動電圧制御装置３１の入力側の回路は、商業電源３２を接続する入力端子３３，３４の間に、同一の鉄心３５に形成した直列巻線３６と分路巻線３７と分路調整巻線３８とを直列に接続している。
【００４５】
ここで、直列巻線３６と分路巻線３７とは、鉄心３５に同一方向に向けて巻回形成されており、したがって、同一の方向に向けて励磁するようにしている。
【００４６】
一方、分路巻線３７と分路調整巻線３８とは、鉄心３５に逆方向に向けて巻回形成されており、したがって、逆方向に向けて励磁するようにしている。
【００４７】
また、自動電圧制御装置３１の出力側の回路は、直列巻線３６と分路巻線３７との間に出力端子３９を接続するとともに、分路調整巻線３８に３個の中間タップ４０，４１，４２を形成し、各中間タップ４０，４１，４２に制御回路４３で断続制御されるスイッチとしてのサイリスタ４４，４５，４６を接続し、これらのサイリスタ４４，４５，４６を出力端子４７に接続し、出力端子３９，４７の間に負荷４８を接続している。
【００４８】
なお、分路調整巻線３８は、便宜的に、始端から第１の中間タップ４０との間を第１の分路調整巻線部４９と呼び、第１及び第２の中間タップ４０，４１の間を第２の分路調整巻線部５０と呼び、第２及び第３の中間タップ４１，４２の間を第３の分路調整巻線部５１と呼ぶことにする。
【００４９】
制御回路４３には、出力端子３９，４７の間の電位差である出力電圧と、基準電源５２によって生成した基準となる電圧（基準電圧）とが入力されている。
【００５０】
本実施例に係る自動電圧制御装置４１においても、前記第１実施例と同様に、制御回路４３によって基準電圧と出力電圧との比較結果に応じてサイリスタ４４，４５，４６を選択制御することで、出力電圧を制御するようにしている。
【００５１】
すなわち、自動電圧制御装置４１は、制御回路４３によって、第１のサイリスタ４４のみを導通状態とし、第２及び第３のサイリスタ４５，４６を切断状態（非導通状態）とすることによって、分路巻線３７及び第１の分路調整巻線部４９で生成される電圧を出力電圧として出力し、また、制御回路４３によって、第２のサイリスタ４５のみを導通状態とし、第１及び第３のサイリスタ４４，４６を切断状態（非導通状態）とすることによって、分路巻線３７、第１の分路調整巻線部４９、及び第２の分路調整巻線部５０で生成される電圧を出力電圧として出力し、さらには、制御回路４３によって、第３のサイリスタ４６のみを導通状態とし、第１及び第２のサイリスタ４４，４５を切断状態（非導通状態）とすることによって、分路巻線３７、第１の分路調整巻線部４９、第２の分路調整巻線部５０、及び第３の分路調整巻線部５１で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００５２】
そして、本実施例に係る自動電圧制御装置４１でも、分路巻線３７と分路調整巻線３８とが互いに逆方向に向けて励磁するようにしているため、制御回路４３によってサイリスタ４４，４５，４６を切り替えた際に、分路調整巻線３８が分路巻線３７とは逆方向に励磁されることになり、分路巻線３７で残留磁気の放出が発生しても、それを分路巻線３７とは逆方向に励磁する分路調整巻線３８で打ち消すことができる。
【００５３】
（第３実施例）
図３は、第３実施例に係る自動電圧制御装置６１を示した図である。
【００５４】
かかる自動電圧制御装置６１の入力側の回路は、商業電源６２を接続する入力端子６３と共通端子６４との間に、同一の鉄心６５に形成した直列巻線６６と分路巻線６７と分路調整巻線６８とを直列に接続している。
【００５５】
ここで、直列巻線６６と分路巻線６７とは、鉄心６５に同一方向に向けて巻回形成されており、したがって、同一の方向に向けて励磁するようにしている。
【００５６】
一方、分路巻線６７と分路調整巻線６８とは、鉄心６５に逆方向に向けて巻回形成されており、したがって、逆方向に向けて励磁するようにしている。
【００５７】
また、自動電圧制御装置６１の出力側の回路は、分路巻線６７に３個の中間タップ６９，７０，７１を形成し、各中間タップ６９，７０，７１に制御回路７２で断続制御されるスイッチとしてのサイリスタ７３，７４，７５を接続し、これらのサイリスタ７３，７４，７５を出力端子７６に接続し、この出力端子７６と共通端子６４との間に負荷７７を接続している。
【００５８】
なお、分路巻線６７は、便宜的に、第１及び第２の中間タップ６９，７０の間を第１の分路巻線部７８と呼び、第２及び第３の中間タップ７０，７１の間を第２の分路巻線部７９と呼び、第３の中間タップ７１と終端との間を第３の分路巻線部８０と呼ぶことにする。
【００５９】
制御回路７２には、出力端子７６と共通端子６４の間の電位差である出力電圧と、基準電源８１によって生成した基準となる電圧（基準電圧）とが入力されている。
【００６０】
本実施例に係る自動電圧制御装置６１においても、前記第１実施例と同様に、制御回路７２によって基準電圧と出力電圧との比較結果に応じてサイリスタ７３，７４，７５を選択制御することで、出力電圧を制御するようにしている。
【００６１】
すなわち、自動電圧制御装置６１は、制御回路７２によって、第１のサイリスタ７３のみを導通状態とし、第２及び第３のサイリスタ７４，７５を切断状態（非導通状態）とすることによって、第１の分路巻線部７８及び分路調整巻線６８で生成される電圧を出力電圧として出力し、また、制御回路７２によって、第２のサイリスタ７４のみを導通状態とし、第１及び第３のサイリスタ７３，７５を切断状態（非導通状態）とすることによって、第１の分路巻線部７８、第２の分路巻線部７９、及び分路調整巻線６８で生成される電圧を出力電圧として出力し、さらには、制御回路７２によって、第３のサイリスタ７５のみを導通状態とし、第１及び第２のサイリスタ７３，７４を切断状態（非導通状態）とすることによって、第１の分路巻線部７８、第２の分路巻線部７９、第３の分路巻線部８０、及び分路調整巻線６８で生成される電圧を出力電圧として出力する。
【００６２】
そして、本実施例に係る自動電圧制御装置６１でも、分路巻線６７と分路調整巻線６８とが互いに逆方向に向けて励磁するようにしているため、制御回路７２によってサイリスタ７３，７４，７５を切り替えた際に、分路調整巻線６８が分路巻線６７とは逆方向に励磁されることになり、分路巻線６７で残留磁気の放出が発生しても、それを分路巻線６７とは逆方向に励磁する分路調整巻線６８で打ち消すことができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６４】
すなわち、本発明では、出力電圧を生成するための出力電圧生成回路を、分路巻線と同分路巻線とは逆方向に向けて励磁する分路調整巻線とを直列接続した構成としているため、分路巻線で残留磁気の放出が発生しても、それを分路巻線とは逆方向に励磁する分路調整巻線で打ち消すことができるので、多大なサージ電流の発生を抑制することができ、これにより、サイリスタやリレーや電気機器に瞬間的に耐圧を超える多大なサージ電圧が印加されてしまうのを防止することができ、これらのサイリスタやリレーや電気機器の破壊を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動電圧制御装置を示す回路図。
【図２】第２実施例に係る自動電圧制御装置を示す回路図。
【図３】第３実施例に係る自動電圧制御装置を示す回路図。
【符号の説明】
１自動電圧制御装置
２入力端子
３共通端子
４商業電源
５出力端子
６負荷
７直列巻線
８分路巻線
９，１０，１１タップ
１２，１３，１４分路調整巻線
１５制御回路
１６，１７，１８サイリスタ
１９鉄心
２３基準電源

Claims

基準電圧と出力電圧との比較結果に応じて複数種類の出力電圧のうちから選択した一つの出力電圧を出力する自動電圧制御装置において、
出力電圧を生成するための出力電圧生成回路は、分路巻線と、同分路巻線と逆方向に向けて励磁する分路調整巻線とを直列接続してなることを特徴とする自動電圧制御装置。
前記出力電圧生成回路は、前記分路巻線に複数のタップを設け、これら複数のタップから選択した一つのタップから出力電圧を出力すべく構成したことを特徴とする請求項１記載の自動電圧制御装置。
前記出力電圧生成回路は、前記分路調整巻線に複数のタップを設け、これら複数のタップから選択した一つのタップから出力電圧を出力すべく構成したことを特徴とする請求項１記載の自動電圧制御装置。
前記出力電圧生成回路は、前記分路巻線に複数のタップを設け、各タップに前記分路調整巻線を直列接続し、これらの分路調整巻線から選択した一つの分路調整巻線と前記分路巻線とから出力電圧を出力すべく構成したことを特徴とする請求項１記載の自動電圧制御装置。
前記出力電圧生成回路は、単相３線方式、三相３線方式、または三相４線方式のいずれかの電源供給方式で構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の自動電圧制御装置。