JP2004350336A - 交流電圧制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流電圧制御装置において、機器の容積を増加させることなく、簡易な手段により出力電圧の制御を実現すること。
【解決手段】単相３線式の入力端子Ｒ１に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間に接続された二次巻線とを有するトランスＴＲと、入力端子Ｒ１と入力端子Ｎ１との間に接続されて交流入力の電圧をモニタする電圧監視回路ＶＳと、一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチＳＷ１とを備え、電圧監視回路ＶＳは、交流入力のモニタ電圧に基づいてスイッチを入力端子Ｒ１、Ｎ１、Ｔ１のいずれか一つに接続させる。
【選択図】 図１
【解決手段】単相３線式の入力端子Ｒ１に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間に接続された二次巻線とを有するトランスＴＲと、入力端子Ｒ１と入力端子Ｎ１との間に接続されて交流入力の電圧をモニタする電圧監視回路ＶＳと、一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチＳＷ１とを備え、電圧監視回路ＶＳは、交流入力のモニタ電圧に基づいてスイッチを入力端子Ｒ１、Ｎ１、Ｔ１のいずれか一つに接続させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電圧制御装置に関するものであり、特に、出力電圧の切り替えを簡易な構成で実現する交流電圧制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気事業法第２６条は供給電圧の制限を規定しており、この規定を受けた電気事業法施行規則第４４条は、維持すべき標準電圧の幅を１０１Ｖ±６Ｖ、すなわち、９５Ｖ〜１０７Ｖと規定している。したがって、負荷に接続される機器側では、この電圧変動を吸収し、これらの電圧範囲での動作を保証することが求められる。供給電圧がこのような幅を持っているのは、一日のうちでも朝昼夕では電圧変動が生じ、また、地域によっても電力事情の差異により供給電圧の維持が困難であるという理由によるものである。
【０００３】
一方、負荷側に接続される機器は、特殊な機器を除けば９０Ｖ〜９４Ｖ程度の電圧でも十分に動作可能な機器がほとんどであり、また、供給電圧の低下によって省エネ効果が期待できる。したがって、負荷に供給される供給電圧を低下させ、かつ、安定化させる技術が注目されている。
【０００４】
かかる状況において、従来から、トランスの二次巻線にタップを設け、このタップを切り換えることによって出力電圧を制御することがよく行われる（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００５】
また、タップを用いない方法として、変圧器を介して半導体スイッチで構成された電圧振幅調整器の出力を系統に加えて出力電圧を調整する装置の構成例が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−８３３７８号公報（第４−６頁、図１、２）
【非特許文献１】
”電源の基礎知識、４ 交流安定化電源、（ｐ．９、図１４）”、「ＯＮＬＩＮＥ」、キクスイ株式会社ホームページ、「平成１５年２月２８日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｉｋｕｓｕｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｃａｔａｌｏｇ／ｐｄｆ／ｇｅｎｅｒａｌ＿ｃａｔａｌｏｇ２００２／ｄａｔａ＿ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．ｐｄｆ／＞
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トランスの二次巻線にタップを設けようとすると、タップに付随したタップを切り替えるためのタップ切替器（例えば、サイリスタやトライアックなどのスイッチ）が必要となり、機器のコストが増大し、機器の容積が増加するという欠点があった。
【０００８】
また、別な観点から見た場合、例えば、二次巻線の中点にタップを設ける場合には、タップ切替の際の瞬断防止のために、二次側にスパーク・キラー用のコンデンサやバリスタなどの素子を挿入する必要があり、部品点数が増加するという欠点があった。また、これらの素子には大電流が流れ、素子自身の劣化が急速に進行するので、大容量で、かつ、信頼性の高い部品を用いる必要があり、機器のコストが増大するという欠点もあった。
【０００９】
また、上述した特許文献１にあっては、タップ切替を用いずに出力電圧の調整を実現してはいるものの、半導体スイッチでなどのスイッチング素子によって制御されたＰＷＭ制御出力を生成する必要があり、これらのＰＷＭ制御機能を付加することで、装置の容積や規模、あるいは装置の複雑度が増加するとともに、機器の価格が上昇するといった問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＰＷＭ制御などの複雑な制御を行わないことにより、装置の容積、規模および複雑度の増加を抑制し、費用対効果に優れた交流電圧制御装置を提供することを第１の目的とする。また、わが国の既存の電源供給手段を有効活用するとともに、装置自身の信頼性を損なうことのない簡易な手段にて実現される交流電圧制御装置を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、前記一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記スイッチを制御し、前記一次巻線の他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいてトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００１３】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続されて入力電圧をモニタする電圧監視回路と、前記一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記スイッチを制御し、前記一次巻線の他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいてスイッチを制御し、一次巻線の他端の接続先を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００１５】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、トランスの二次巻線と一次巻線との巻数比（ｎ２／ｎ１）を可変することによって交流出力の出力電圧幅を制御することができる。
【００１７】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第１のトランスと、前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第２のトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、前記第１のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第１のスイッチと、前記第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第２のスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第１のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、前記モニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第２のスイッチを制御し、前記第２のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて、第１のスイッチを制御して第１のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、また、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて、第２のスイッチを制御して第２のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００１９】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第１のトランスと、前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第２のトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間に接続されて入力電圧をモニタする第１の電圧監視回路と、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間に接続されて入力電圧をモニタする第２の電圧監視回路と、前記第１のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第１のスイッチと、前記第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第２のスイッチとを備え、前記第１の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第１のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、前記第２の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第２のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、第１の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧交に基づいて第１のスイッチを制御し、第１のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、第２の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて第１のスイッチを制御し、第２のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００２１】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、トランスの二次巻線と一次巻線との巻数比（ｎ２／ｎ１）を可変することによって交流出力の出力電圧幅を制御することができる。
【００２３】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下または増加させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、前記一次巻線の一端および他端の接続先を切り替える第３のスイッチと、前記第３のスイッチの接続先を切り替える第１のスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第３のスイッチを制御し、前記一次巻線の一端または他端を前記正相入力端子に接続するとともに該正相入力端子に接続されていない該一次巻線の他端または一端を前記第１のスイッチに接続し、前記モニタ電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、該第１のスイッチに接続された前記一次巻線の一端または他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて第３のスイッチを制御し、一次巻線の一端または他端を正相入力端子に接続するとともに該正相入力端子に接続されていない該一次巻線の他端または一端を第１のスイッチに接続し、上述のモニタ電圧に基づいて第１のスイッチを制御し、この第１のスイッチに接続された一次巻線の一端または他端の接続先を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００２５】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、トランスの二次巻線と一次巻線との巻数比（ｎ２／ｎ１）を可変することによって交流出力の出力電圧幅を制御することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる交流電圧制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。この交流電圧制御装置は、単相３線式のＡＣ入力が入力される正相入力端子である入力端子Ｒ１と、入力側の中立端子である入力端子Ｎ１と、入力端子Ｒ１に印加されるＡＣ入力と逆相のＡＣ入力が入力される逆相入力端子である入力端子Ｔ１とをそれぞれ入力側に備え、出力電圧を低下させた正相および逆相の単相３線式の出力電圧を出力する正相出力端子である出力端子Ｒ２と、出力側の中立端子である出力端子Ｎ２と、逆相出力端子である出力端子Ｔ２とをそれぞれ出力側に備えている。
【００２９】
単相３線式のＡＣ入力とは、最近の一般家庭でも使用されている１００Ｖの出力と−１００Ｖの出力とを有する商用電源の入力方式である。この入力方式では、入力端子Ｒ１には１００Ｖが入力され、入力端子Ｎ１はグランドに接続される。つまり、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間には１００Ｖの交流入力が印加される。また、入力端子Ｔ１には、入力端子Ｒ１に入力される電圧の逆相交流入力が入力されるので、入力端子Ｎ１−Ｔ１間では−１００Ｖの交流電圧が印加される。したがって、例えば、比較的大型のエアコンなどの機器を利用する場合では、機器を入力端子Ｒ１−Ｔ１間に接続し、これらの接続端子に発生する２００Ｖの電圧を利用することになる。
【００３０】
図１において、電圧監視回路ＶＳの一端が入力端子Ｒ１に接続され、他端は入力端子Ｎ１に接続されている。入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間には、一次巻線と二次巻線とを有するトランスＴＲが挿入されている。具体的には、二次巻線の一端が入力端子Ｒ１に接続され、他端が出力端子Ｒ２に接続されている。この二次巻線と磁気的に結合された一次巻線の一端は、二次巻線の一端側、すなわち入力端子Ｒ１に接続され、他端はスイッチＳＷ１の基点に接続されている。スイッチＳＷ１は、切替接点ｕ１、ｕ２、ｕ３を有し、電圧監視回路ＶＳから出力される制御信号によって切替制御される１回路３接点のスイッチである。このスイッチＳＷ１の切替接点ｕ１は入力端子Ｒ１に接続され、切替接点ｕ２は入力端子Ｎ１（または、出力端子Ｎ２）に接続され、切替接点ｕ３は入力端子Ｔ１（または、出力端子Ｔ２）に接続されている。なお、スイッチＳＷ１は、半導体素子などを用いた電子的スイッチを想定しているが、電圧監視回路ＶＳからの制御信号によって切り替えられる機械的な切替スイッチであってもよい。
【００３１】
トランスＴＲに示されている黒丸印は、相互誘導によってそれぞれの巻線に誘起される誘起電圧の向き（極性）を示している。すなわち、一次巻線の黒丸側に正となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側が正となる向きの電圧が誘起され、一次巻線の黒丸側に負となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側も負となる向きの電圧が誘起されることを示している。
【００３２】
つぎに、この交流電圧制御装置の動作について説明する。まず、図１において、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に接続されている状態（以下「第１の状態」と呼ぶ。）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間にＡＣ入力が印加された場合を考える。このとき、トランスＴＲの一次巻線は短絡状態にあり、一次巻線には起電力が発生しない。したがって、この一次巻線に磁気結合された二次巻線にも起電力は発生せず、入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間はスルー状態となり、入力された電圧値がそのまま出力される。
【００３３】
いま、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間に印加されるＡＣ入力電圧をＶｉとし、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ１１とすると、
Ｖ１１＝Ｖｉ ・・・（１）
で表せる。
【００３４】
また、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間に印加されるＡＣ入力電圧もＶｉとすれば、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ１２は、
Ｖ１２＝２Ｖｉ ・・・（２）
で表せる。
【００３５】
つぎに、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に接続されている状態（以下「第２の状態」と呼ぶ。）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間にＡＣ入力が印加された場合を考える。このとき、トランスＴＲの一次巻線の一端は入力端子Ｒ１に接続され、他端は入力端子Ｎ１に接続される。いま、一次巻線の巻数をｎ１とし、二次巻線の巻数をｎ２とすると、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間に印加されるＡＣ入力電圧Ｖｉが一次巻線の両端に印加され、二次巻線の両端には（ｎ２／ｎ１）Ｖｉの電圧が生ずる。また、トランスＴＲの黒丸の位置に注意すれば、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの一次巻線を経て入力端子Ｎ１に戻る電流の位相と、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの二次巻線を経てＡＣ出力側に向かう電流の位相とは互いに逆相の関係になる。したがって、この第２の状態において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧は減少する。
【００３６】
このとき、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ２１とすると、
Ｖ２１＝Ｖｉ−（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（３）
で表せる。
【００３７】
また、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ２２とすれば、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間にもＶｉの電圧が印加されているので、このＶ２２は、
Ｖ２２＝２Ｖｉ−（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（４）
で表せる。
【００３８】
さらに、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に接続されている状態（以下「第３の状態」と呼ぶ。）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間および入力端子Ｒ１−Ｔ１の間にＡＣ入力が印加された場合を考える。このとき、トランスＴＲの一次巻線の一端は入力端子Ｒ１に接続され、他端は入力端子Ｔ１に接続されるので、入力端子Ｒ１−Ｔ１の間に印加されるＡＣ入力電圧は２Ｖｉであり、一次巻線の両端にはこの２Ｖｉの電圧が印加され、二次巻線の両端には（２ｎ２／ｎ１）Ｖｉの電圧が発生する。この電圧の位相を考えると、第２の状態のときと同様に、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの一次巻線を経て入力端子Ｔ１に戻る電流の位相と、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの二次巻線を経てＡＣ出力側に向かう電流の位相とは互いに逆相の関係になる。したがって、この第３の状態において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧は減少する。
【００３９】
このとき、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ３１とすると、
Ｖ３１＝Ｖｉ−２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（５）
で表せる。
【００４０】
また、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ３２とすれば、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間にもＶｉの電圧が印加されているので、このＶ３２は、
Ｖ３２＝２Ｖｉ−２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（６）
で表せる。
【００４１】
上記に示した式（１）〜（６）から明らかなように、スイッチＳＷ１の切替接点の位置を制御し、トランスＴＲの一次巻線の他端の接続を入力端子Ｒ１、Ｎ１、Ｔ１のいずれか一つに切り替えることで、出力電圧を制御（降圧）することができる。なお、この出力電圧の制御は、電圧監視回路ＶＳによって行われる。すなわち、電圧監視回路ＶＳは、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の電圧値をモニタし、このモニタ電圧の大きさによって、スイッチＳＷ１を切り替えていく。定性的な説明をするとすれば、モニタ電圧が大きい場合には、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられ、一次巻線の他端は入力端子Ｔ１に接続される。モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ２に切り替えられ、一次巻線の他端は入力端子Ｎ１に接続される。さらに、モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ１に切り替えられ、一次巻線の他端は入力端子Ｒ１に接続され、入力電圧がそのまま出力される。なお、より定量的な説明は後述する。
【００４２】
図２（ａ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフである。なお、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧は１００Ｖとしている。同図において、Ｋ１は、第１の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形である。同様に、Ｋ２は、第２の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形であり、Ｋ３は、第３の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形である。同図のグラフに示すように、電圧監視回路ＶＳによってモニタされるモニタ電圧の大きさに基づいてスイッチＳＷ１を切替制御することにより、出力電圧を適宜に制御できることが明らかである。
【００４３】
一方、図２（ｂ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０７５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフである。図２（ａ）の場合と同様に、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧は１００Ｖとしている。同図において、Ｌ１は、第１の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形であり、Ｋ２は、第２の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形であり、Ｋ３は、第３の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形である。同図（ａ）のグラフと比較すれば明らかなように、それぞれの波形間の間隔が大きくなっている。つまり、巻数比を大きくすることによって出力電圧の制御幅を可変できることを示している。
【００４４】
例えば、電力事情の差異によって供給電圧の変動幅も変化するが、電圧変動が小さい地域であれば、巻数比を小さく設定すればよく、逆に、電圧変動が大きい地域であれば、巻数比を大きく設定すればよい。
【００４５】
図３は、実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の電圧制御の一例を示した説明図である。なお、同図に示すグラフは、図２（ａ）に示した巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示す波形を再掲したものである。図３において、電圧監視回路ＶＳは、まず、入力電圧が大きい場合には、波形Ｋ３上の太線のように、一次巻線の他端がスイッチＳＷ１の切替接点ｕ３に接続されるようにスイッチＳＷ１を切替制御する。つぎに、入力電圧が所定の電圧よりも低下した場合（図３のグラフ上では約１００Ｖに設定）には、電圧監視回路ＶＳは、波形Ｋ２上の太線に移行するように、一次巻線の他端がスイッチＳＷ１の切替接点ｕ２に接続されるようにスイッチＳＷ１を切替制御する。さらに、入力電圧が所定の電圧よりも低下した場合（図３のグラフ上では、約９５Ｖに設定）には、電圧監視回路ＶＳは、波形Ｋ１上の太線に移行するように、一次巻線の他端がスイッチＳＷ１の切替接点ｕ１に接続されるようにスイッチＳＷ１を切替制御する。このようにして、この交流電圧制御装置は、入力電圧の変動に応じて適正な出力電圧を出力することができる。
【００４６】
なお、この実施の形態では、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｒ１−Ｎ１間に並列に接続し、これらの入力端子間に発生する電圧をモニタする構成としているが、この接続に限られるものではなく、例えば、入力端子Ｒ１−Ｔ１間に並列に接続した場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。また、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と入力端子Ｎ１−Ｔ１間の入力電圧とが連動して変動するようなＡＣ入力の場合には、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｎ１−Ｔ１間に並列に接続してもよく、この場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。
【００４７】
また、出力端子Ｒ２−Ｔ２間の出力電圧（２００Ｖ）の低下幅を大きくさせたい場合には、トランスＴＲと同様な構成の第２のトランスを入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に接続するとともに、この第２のトランスの一次巻線の他端に第２のスイッチを接続し、電圧監視回路ＶＳのモニタ電圧に基づいて第２のスイッチを制御し、第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替えることにより出力電圧を制御するようにしてもよい。また、電圧監視回路ＶＳとは異なる第２の電圧監視回路を入力端子Ｎ１−Ｔ１間に接続し、この第２の電圧監視回路のモニタ電圧に基づいて第２のスイッチを制御するようにしてもよい。
【００４８】
以上説明したように、この実施の形態にかかる交流電圧制御装置によれば、電圧監視回路は、交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧に基づいてトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積、規模および複雑度の増加と、機器の価格の上昇とを抑制することができる。また、わが国の既存の電源供給手段を有効活用することができ、装置自身の信頼性を低下させることもない。さらに、入力電圧が比較的大きい場合には電圧の下げ幅を大きくし、逆に、入力電圧が比較的小さい場合には電圧の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御を実現することができるので、負荷の安定動作と省エネ効果の増大との両立に大きく貢献することができる。
【００４９】
また、この実施の形態にかかる交流電圧制御装置によれば、第１の電圧監視回路は、正相入力端子−入力側中立端子間の入力電圧をモニタし、このモニタ電圧に基づいて、第１のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、第２の電圧監視回路は、逆相入力端子−入力側中立端子間の入力電圧をモニタし、このモニタ電圧に基づいて、第２のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積の増加と、コストの上昇とを抑制することができる。また、簡易な手段で、入力電圧が比較的大きい場合の下げ幅を大きくし、逆に、入力電圧が比較的小さい場合の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御を実現するとともに、２００Ｖの出力に対してもきめ細かな出力電圧の制御を実現できるので、負荷の安定動作と省エネ効果の増大との両立にさらに大きく貢献することができる。
【００５０】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。この交流電圧制御装置は、トランスＴＲの一次巻線と二次巻線との接続極性を切り替えるためのスイッチＳＷ２を付加したものである。なお、その他の構成は図１の実施の形態１に示す交流電圧制御装置と同一であり、同一部分には同一符号を付して示している。
【００５１】
実施の形態１では、省エネ効果を増大させるためにＡＣ入力を降圧させた降圧入力を負荷に供給していた。一方、電力事情のあまりよくないビルなどにおいては、供給電圧の低下によって機器の動作が不安定になることがある。このような場合には、逆に、ＡＣ入力を増加させる必要がある。そこで、ＡＣ入力の降圧および昇圧の両者の機能を備えた装置として実現したものが、図４に示す交流電圧制御装置である。
【００５２】
図４において、スイッチＳＷ２の基点ｂ１が切替接点ｗ１に接続され、基点ｂ２が切替接点ｗ２に接続されている状態は、実施の形態１と同じ状態の接続となる。このときの動作は、実施の形態１の動作と同様なので、ここでの説明は省略する。
【００５３】
つぎに、スイッチＳＷ２の基点ｂ１が切替接点ｗ２に接続され、基点ｂ２が切替接点ｗ１に接続されている状態を考える。この状態では、実施の形態１とは逆接続の状態であり、相互誘導によって一次巻線および二次巻線のそれぞれの巻線に誘起される誘起電圧の向きは実施の形態１の場合の逆極性となる。すなわち、一次巻線の黒丸側に正となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側が負となる向きの電圧が誘起され、一次巻線の黒丸側に負となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側が正となる向きの電圧が誘起される。つまり、二次巻線には、ＡＣ入力を昇圧する向きの電圧を誘起することになる。
【００５４】
また、スイッチＳＷ２が上記の状態であり、このとき、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１、ｕ２、ｕ３のいずれか一つに接続されている状態の動作は、トランスＴＲの二次巻線に誘起される電圧が昇圧電圧である点を除いて実施の形態１と同一である。したがって、詳細な動作の説明は省略し、それぞれの出力端子に生ずる電圧のみについて列挙する。
【００５５】
第１の状態（スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に接続）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間に印加されるＡＣ入力電圧と、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間に印加される電圧とが、ともにＶｉであり、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ１１とし、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ１２とすると、
Ｖ１１＝Ｖｉ ・・・（７）
Ｖ１２＝２Ｖｉ ・・・（８）
で表せる。
【００５６】
同様に、第２の状態（スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に接続）において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ２１とし、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ２２とすると、
Ｖ２１＝Ｖｉ＋（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（９）
Ｖ２２＝２Ｖｉ＋（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（１０）
で表せる。
【００５７】
さらに、第３の状態（スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に接続）において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ３１とし、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ３２とすると、
Ｖ３１＝Ｖｉ＋２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（１１）
Ｖ２２＝２Ｖｉ＋２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（１２）
で表せる。
【００５８】
上記の式（７）〜（１２）に示されるように、スイッチＳＷ１の切替接点の位置を制御し、トランスＴＲの一次巻線の他端の接続を入力端子Ｒ１、Ｎ１、Ｔ１のいずれか一つに切り替えることで、出力電圧を制御（昇圧）することができる。なお、この出力電圧の制御は、電圧監視回路ＶＳによって行われる。
【００５９】
すなわち、電圧監視回路ＶＳは、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の電圧値をモニタし、このモニタ電圧の大きさによって、スイッチＳＷ１を切り替えていく。モニタ電圧が大きい場合には、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に切り替えられる。モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ２に切り替えられ、さらに、モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ３に切り替えられる。
【００６０】
上記の説明は、交流電圧制御装置を電圧昇圧装置として機能させる場合の動作についての説明である。また、この交流電圧制御装置を電圧降圧装置として機能させる場合の動作については、つぎのとおりである。なお、この場合には、スイッチＳＷ２の基点ｂ１が切替接点ｗ１に接続され、基点ｂ２が切替接点ｗ２に接続される。すなわち、電圧監視回路ＶＳは、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の電圧値をモニタし、このモニタ電圧の大きさによって、スイッチＳＷ１を切り替えていく。モニタ電圧が大きい場合には、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられる。モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ２に切り替えられ、さらに、モニタ電圧が低下すると、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ１に切り替えられる。
【００６１】
なお、この実施の形態では、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｒ１−Ｎ１間に並列に接続し、これらの入力端子間に発生する電圧をモニタする構成としているが、この接続に限られるものではなく、例えば、入力端子Ｒ１−Ｔ１間に並列に接続した場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。また、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と入力端子Ｎ１−Ｔ１間の入力電圧とが連動して変動するようなＡＣ入力の場合には、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｎ１−Ｔ１間に並列に接続してもよく、この場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。
【００６２】
以上説明したように、この実施の形態にかかる交流電圧制御装置によれば、電圧監視回路は、交流入力のモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて第３のスイッチ（上記でいうところのスイッチＳＷ２）を制御し、一次巻線の一端または他端を正相入力端子に接続するとともに正相入力端子に接続されていない一次巻線の他端または一端を第１のスイッチ（上記でいうところのスイッチＳＷ１）に接続し、交流入力のモニタ電圧に基づいて第１のスイッチを制御し、第１のスイッチに接続された一次巻線の一端または他端の接続先を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御（昇圧／降圧）を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積、規模および複雑度の増加と、機器の価格の上昇とを抑制することができる。また、簡易な手段で、降圧の場合には、入力電圧が比較的大きい場合の下げ幅を大きくし、入力電圧が比較的小さい場合の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御と、昇圧の場合には、入力電圧が比較的大きい場合の上げ幅を小さくし、入力電圧が比較的小さい場合の上げ幅を大きくするような２段階の切替制御とを実現することができるので、電力事情に応じて柔軟に対応できる交流電圧制御装置を実現することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる交流電圧制御装置によれば、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧のいずれか一つをモニタし、このモニタ電圧に基づいてトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積の増加と、コストの上昇とを抑制することができるという効果を奏する。
【００６４】
また、この発明にかかる交流電圧制御装置によれば、簡易な手段で、入力電圧が比較的大きい場合の下げ幅を大きくし、逆に、入力電圧が比較的小さい場合の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御を実現することができるので、機器の安定動作と省エネ効果の増大との両立に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０７５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３】実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の出力電圧の電圧制御の一例を示した説明図である。
【図４】実施の形態２にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｒ１，Ｎ１，Ｔ１ 入力端子
Ｒ２，Ｎ２，Ｔ２ 出力端子
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
ＴＲ トランス
ｂ１，ｂ２ 基点
ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｗ１，ｗ２ 切替接点
ＶＳ 電圧監視回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電圧制御装置に関するものであり、特に、出力電圧の切り替えを簡易な構成で実現する交流電圧制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気事業法第２６条は供給電圧の制限を規定しており、この規定を受けた電気事業法施行規則第４４条は、維持すべき標準電圧の幅を１０１Ｖ±６Ｖ、すなわち、９５Ｖ〜１０７Ｖと規定している。したがって、負荷に接続される機器側では、この電圧変動を吸収し、これらの電圧範囲での動作を保証することが求められる。供給電圧がこのような幅を持っているのは、一日のうちでも朝昼夕では電圧変動が生じ、また、地域によっても電力事情の差異により供給電圧の維持が困難であるという理由によるものである。
【０００３】
一方、負荷側に接続される機器は、特殊な機器を除けば９０Ｖ〜９４Ｖ程度の電圧でも十分に動作可能な機器がほとんどであり、また、供給電圧の低下によって省エネ効果が期待できる。したがって、負荷に供給される供給電圧を低下させ、かつ、安定化させる技術が注目されている。
【０００４】
かかる状況において、従来から、トランスの二次巻線にタップを設け、このタップを切り換えることによって出力電圧を制御することがよく行われる（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００５】
また、タップを用いない方法として、変圧器を介して半導体スイッチで構成された電圧振幅調整器の出力を系統に加えて出力電圧を調整する装置の構成例が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−８３３７８号公報（第４−６頁、図１、２）
【非特許文献１】
”電源の基礎知識、４ 交流安定化電源、（ｐ．９、図１４）”、「ＯＮＬＩＮＥ」、キクスイ株式会社ホームページ、「平成１５年２月２８日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｉｋｕｓｕｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｃａｔａｌｏｇ／ｐｄｆ／ｇｅｎｅｒａｌ＿ｃａｔａｌｏｇ２００２／ｄａｔａ＿ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．ｐｄｆ／＞
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トランスの二次巻線にタップを設けようとすると、タップに付随したタップを切り替えるためのタップ切替器（例えば、サイリスタやトライアックなどのスイッチ）が必要となり、機器のコストが増大し、機器の容積が増加するという欠点があった。
【０００８】
また、別な観点から見た場合、例えば、二次巻線の中点にタップを設ける場合には、タップ切替の際の瞬断防止のために、二次側にスパーク・キラー用のコンデンサやバリスタなどの素子を挿入する必要があり、部品点数が増加するという欠点があった。また、これらの素子には大電流が流れ、素子自身の劣化が急速に進行するので、大容量で、かつ、信頼性の高い部品を用いる必要があり、機器のコストが増大するという欠点もあった。
【０００９】
また、上述した特許文献１にあっては、タップ切替を用いずに出力電圧の調整を実現してはいるものの、半導体スイッチでなどのスイッチング素子によって制御されたＰＷＭ制御出力を生成する必要があり、これらのＰＷＭ制御機能を付加することで、装置の容積や規模、あるいは装置の複雑度が増加するとともに、機器の価格が上昇するといった問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＰＷＭ制御などの複雑な制御を行わないことにより、装置の容積、規模および複雑度の増加を抑制し、費用対効果に優れた交流電圧制御装置を提供することを第１の目的とする。また、わが国の既存の電源供給手段を有効活用するとともに、装置自身の信頼性を損なうことのない簡易な手段にて実現される交流電圧制御装置を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、前記一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記スイッチを制御し、前記一次巻線の他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいてトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００１３】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続されて入力電圧をモニタする電圧監視回路と、前記一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記スイッチを制御し、前記一次巻線の他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいてスイッチを制御し、一次巻線の他端の接続先を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００１５】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、トランスの二次巻線と一次巻線との巻数比（ｎ２／ｎ１）を可変することによって交流出力の出力電圧幅を制御することができる。
【００１７】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第１のトランスと、前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第２のトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、前記第１のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第１のスイッチと、前記第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第２のスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第１のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、前記モニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第２のスイッチを制御し、前記第２のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて、第１のスイッチを制御して第１のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、また、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて、第２のスイッチを制御して第２のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００１９】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第１のトランスと、前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第２のトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間に接続されて入力電圧をモニタする第１の電圧監視回路と、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間に接続されて入力電圧をモニタする第２の電圧監視回路と、前記第１のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第１のスイッチと、前記第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第２のスイッチとを備え、前記第１の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第１のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、前記第２の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第２のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、第１の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧交に基づいて第１のスイッチを制御し、第１のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、第２の電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて第１のスイッチを制御し、第２のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００２１】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、トランスの二次巻線と一次巻線との巻数比（ｎ２／ｎ１）を可変することによって交流出力の出力電圧幅を制御することができる。
【００２３】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下または増加させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、前記一次巻線の一端および他端の接続先を切り替える第３のスイッチと、前記第３のスイッチの接続先を切り替える第１のスイッチとを備え、前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第３のスイッチを制御し、前記一次巻線の一端または他端を前記正相入力端子に接続するとともに該正相入力端子に接続されていない該一次巻線の他端または一端を前記第１のスイッチに接続し、前記モニタ電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、該第１のスイッチに接続された前記一次巻線の一端または他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、電圧監視回路は、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて第３のスイッチを制御し、一次巻線の一端または他端を正相入力端子に接続するとともに該正相入力端子に接続されていない該一次巻線の他端または一端を第１のスイッチに接続し、上述のモニタ電圧に基づいて第１のスイッチを制御し、この第１のスイッチに接続された一次巻線の一端または他端の接続先を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させる。
【００２５】
つぎの発明にかかる交流電圧制御装置にあっては、前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、トランスの二次巻線と一次巻線との巻数比（ｎ２／ｎ１）を可変することによって交流出力の出力電圧幅を制御することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる交流電圧制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。この交流電圧制御装置は、単相３線式のＡＣ入力が入力される正相入力端子である入力端子Ｒ１と、入力側の中立端子である入力端子Ｎ１と、入力端子Ｒ１に印加されるＡＣ入力と逆相のＡＣ入力が入力される逆相入力端子である入力端子Ｔ１とをそれぞれ入力側に備え、出力電圧を低下させた正相および逆相の単相３線式の出力電圧を出力する正相出力端子である出力端子Ｒ２と、出力側の中立端子である出力端子Ｎ２と、逆相出力端子である出力端子Ｔ２とをそれぞれ出力側に備えている。
【００２９】
単相３線式のＡＣ入力とは、最近の一般家庭でも使用されている１００Ｖの出力と−１００Ｖの出力とを有する商用電源の入力方式である。この入力方式では、入力端子Ｒ１には１００Ｖが入力され、入力端子Ｎ１はグランドに接続される。つまり、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間には１００Ｖの交流入力が印加される。また、入力端子Ｔ１には、入力端子Ｒ１に入力される電圧の逆相交流入力が入力されるので、入力端子Ｎ１−Ｔ１間では−１００Ｖの交流電圧が印加される。したがって、例えば、比較的大型のエアコンなどの機器を利用する場合では、機器を入力端子Ｒ１−Ｔ１間に接続し、これらの接続端子に発生する２００Ｖの電圧を利用することになる。
【００３０】
図１において、電圧監視回路ＶＳの一端が入力端子Ｒ１に接続され、他端は入力端子Ｎ１に接続されている。入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間には、一次巻線と二次巻線とを有するトランスＴＲが挿入されている。具体的には、二次巻線の一端が入力端子Ｒ１に接続され、他端が出力端子Ｒ２に接続されている。この二次巻線と磁気的に結合された一次巻線の一端は、二次巻線の一端側、すなわち入力端子Ｒ１に接続され、他端はスイッチＳＷ１の基点に接続されている。スイッチＳＷ１は、切替接点ｕ１、ｕ２、ｕ３を有し、電圧監視回路ＶＳから出力される制御信号によって切替制御される１回路３接点のスイッチである。このスイッチＳＷ１の切替接点ｕ１は入力端子Ｒ１に接続され、切替接点ｕ２は入力端子Ｎ１（または、出力端子Ｎ２）に接続され、切替接点ｕ３は入力端子Ｔ１（または、出力端子Ｔ２）に接続されている。なお、スイッチＳＷ１は、半導体素子などを用いた電子的スイッチを想定しているが、電圧監視回路ＶＳからの制御信号によって切り替えられる機械的な切替スイッチであってもよい。
【００３１】
トランスＴＲに示されている黒丸印は、相互誘導によってそれぞれの巻線に誘起される誘起電圧の向き（極性）を示している。すなわち、一次巻線の黒丸側に正となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側が正となる向きの電圧が誘起され、一次巻線の黒丸側に負となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側も負となる向きの電圧が誘起されることを示している。
【００３２】
つぎに、この交流電圧制御装置の動作について説明する。まず、図１において、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に接続されている状態（以下「第１の状態」と呼ぶ。）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間にＡＣ入力が印加された場合を考える。このとき、トランスＴＲの一次巻線は短絡状態にあり、一次巻線には起電力が発生しない。したがって、この一次巻線に磁気結合された二次巻線にも起電力は発生せず、入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間はスルー状態となり、入力された電圧値がそのまま出力される。
【００３３】
いま、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間に印加されるＡＣ入力電圧をＶｉとし、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ１１とすると、
Ｖ１１＝Ｖｉ ・・・（１）
で表せる。
【００３４】
また、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間に印加されるＡＣ入力電圧もＶｉとすれば、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ１２は、
Ｖ１２＝２Ｖｉ ・・・（２）
で表せる。
【００３５】
つぎに、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に接続されている状態（以下「第２の状態」と呼ぶ。）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間にＡＣ入力が印加された場合を考える。このとき、トランスＴＲの一次巻線の一端は入力端子Ｒ１に接続され、他端は入力端子Ｎ１に接続される。いま、一次巻線の巻数をｎ１とし、二次巻線の巻数をｎ２とすると、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間に印加されるＡＣ入力電圧Ｖｉが一次巻線の両端に印加され、二次巻線の両端には（ｎ２／ｎ１）Ｖｉの電圧が生ずる。また、トランスＴＲの黒丸の位置に注意すれば、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの一次巻線を経て入力端子Ｎ１に戻る電流の位相と、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの二次巻線を経てＡＣ出力側に向かう電流の位相とは互いに逆相の関係になる。したがって、この第２の状態において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧は減少する。
【００３６】
このとき、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ２１とすると、
Ｖ２１＝Ｖｉ−（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（３）
で表せる。
【００３７】
また、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ２２とすれば、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間にもＶｉの電圧が印加されているので、このＶ２２は、
Ｖ２２＝２Ｖｉ−（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（４）
で表せる。
【００３８】
さらに、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に接続されている状態（以下「第３の状態」と呼ぶ。）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間および入力端子Ｒ１−Ｔ１の間にＡＣ入力が印加された場合を考える。このとき、トランスＴＲの一次巻線の一端は入力端子Ｒ１に接続され、他端は入力端子Ｔ１に接続されるので、入力端子Ｒ１−Ｔ１の間に印加されるＡＣ入力電圧は２Ｖｉであり、一次巻線の両端にはこの２Ｖｉの電圧が印加され、二次巻線の両端には（２ｎ２／ｎ１）Ｖｉの電圧が発生する。この電圧の位相を考えると、第２の状態のときと同様に、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの一次巻線を経て入力端子Ｔ１に戻る電流の位相と、入力端子Ｒ１からトランスＴＲの二次巻線を経てＡＣ出力側に向かう電流の位相とは互いに逆相の関係になる。したがって、この第３の状態において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧は減少する。
【００３９】
このとき、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ３１とすると、
Ｖ３１＝Ｖｉ−２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（５）
で表せる。
【００４０】
また、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ３２とすれば、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間にもＶｉの電圧が印加されているので、このＶ３２は、
Ｖ３２＝２Ｖｉ−２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・・・（６）
で表せる。
【００４１】
上記に示した式（１）〜（６）から明らかなように、スイッチＳＷ１の切替接点の位置を制御し、トランスＴＲの一次巻線の他端の接続を入力端子Ｒ１、Ｎ１、Ｔ１のいずれか一つに切り替えることで、出力電圧を制御（降圧）することができる。なお、この出力電圧の制御は、電圧監視回路ＶＳによって行われる。すなわち、電圧監視回路ＶＳは、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の電圧値をモニタし、このモニタ電圧の大きさによって、スイッチＳＷ１を切り替えていく。定性的な説明をするとすれば、モニタ電圧が大きい場合には、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられ、一次巻線の他端は入力端子Ｔ１に接続される。モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ２に切り替えられ、一次巻線の他端は入力端子Ｎ１に接続される。さらに、モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ１に切り替えられ、一次巻線の他端は入力端子Ｒ１に接続され、入力電圧がそのまま出力される。なお、より定量的な説明は後述する。
【００４２】
図２（ａ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフである。なお、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧は１００Ｖとしている。同図において、Ｋ１は、第１の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形である。同様に、Ｋ２は、第２の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形であり、Ｋ３は、第３の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形である。同図のグラフに示すように、電圧監視回路ＶＳによってモニタされるモニタ電圧の大きさに基づいてスイッチＳＷ１を切替制御することにより、出力電圧を適宜に制御できることが明らかである。
【００４３】
一方、図２（ｂ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０７５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフである。図２（ａ）の場合と同様に、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧は１００Ｖとしている。同図において、Ｌ１は、第１の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形であり、Ｋ２は、第２の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形であり、Ｋ３は、第３の状態、すなわち、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられている状態での入力電圧と出力電圧の関係を示す波形である。同図（ａ）のグラフと比較すれば明らかなように、それぞれの波形間の間隔が大きくなっている。つまり、巻数比を大きくすることによって出力電圧の制御幅を可変できることを示している。
【００４４】
例えば、電力事情の差異によって供給電圧の変動幅も変化するが、電圧変動が小さい地域であれば、巻数比を小さく設定すればよく、逆に、電圧変動が大きい地域であれば、巻数比を大きく設定すればよい。
【００４５】
図３は、実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の電圧制御の一例を示した説明図である。なお、同図に示すグラフは、図２（ａ）に示した巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示す波形を再掲したものである。図３において、電圧監視回路ＶＳは、まず、入力電圧が大きい場合には、波形Ｋ３上の太線のように、一次巻線の他端がスイッチＳＷ１の切替接点ｕ３に接続されるようにスイッチＳＷ１を切替制御する。つぎに、入力電圧が所定の電圧よりも低下した場合（図３のグラフ上では約１００Ｖに設定）には、電圧監視回路ＶＳは、波形Ｋ２上の太線に移行するように、一次巻線の他端がスイッチＳＷ１の切替接点ｕ２に接続されるようにスイッチＳＷ１を切替制御する。さらに、入力電圧が所定の電圧よりも低下した場合（図３のグラフ上では、約９５Ｖに設定）には、電圧監視回路ＶＳは、波形Ｋ１上の太線に移行するように、一次巻線の他端がスイッチＳＷ１の切替接点ｕ１に接続されるようにスイッチＳＷ１を切替制御する。このようにして、この交流電圧制御装置は、入力電圧の変動に応じて適正な出力電圧を出力することができる。
【００４６】
なお、この実施の形態では、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｒ１−Ｎ１間に並列に接続し、これらの入力端子間に発生する電圧をモニタする構成としているが、この接続に限られるものではなく、例えば、入力端子Ｒ１−Ｔ１間に並列に接続した場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。また、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と入力端子Ｎ１−Ｔ１間の入力電圧とが連動して変動するようなＡＣ入力の場合には、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｎ１−Ｔ１間に並列に接続してもよく、この場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。
【００４７】
また、出力端子Ｒ２−Ｔ２間の出力電圧（２００Ｖ）の低下幅を大きくさせたい場合には、トランスＴＲと同様な構成の第２のトランスを入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に接続するとともに、この第２のトランスの一次巻線の他端に第２のスイッチを接続し、電圧監視回路ＶＳのモニタ電圧に基づいて第２のスイッチを制御し、第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替えることにより出力電圧を制御するようにしてもよい。また、電圧監視回路ＶＳとは異なる第２の電圧監視回路を入力端子Ｎ１−Ｔ１間に接続し、この第２の電圧監視回路のモニタ電圧に基づいて第２のスイッチを制御するようにしてもよい。
【００４８】
以上説明したように、この実施の形態にかかる交流電圧制御装置によれば、電圧監視回路は、交流入力の３つの入力端の入力電圧、すなわち、正相入力端子−入力側中立端子間、入力側中立端子−逆相入力端子間および正相入力端子−逆相入力端子間のいずれか一つの入力電圧をモニタし、このモニタ電圧に基づいてトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積、規模および複雑度の増加と、機器の価格の上昇とを抑制することができる。また、わが国の既存の電源供給手段を有効活用することができ、装置自身の信頼性を低下させることもない。さらに、入力電圧が比較的大きい場合には電圧の下げ幅を大きくし、逆に、入力電圧が比較的小さい場合には電圧の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御を実現することができるので、負荷の安定動作と省エネ効果の増大との両立に大きく貢献することができる。
【００４９】
また、この実施の形態にかかる交流電圧制御装置によれば、第１の電圧監視回路は、正相入力端子−入力側中立端子間の入力電圧をモニタし、このモニタ電圧に基づいて、第１のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、第２の電圧監視回路は、逆相入力端子−入力側中立端子間の入力電圧をモニタし、このモニタ電圧に基づいて、第２のトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積の増加と、コストの上昇とを抑制することができる。また、簡易な手段で、入力電圧が比較的大きい場合の下げ幅を大きくし、逆に、入力電圧が比較的小さい場合の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御を実現するとともに、２００Ｖの出力に対してもきめ細かな出力電圧の制御を実現できるので、負荷の安定動作と省エネ効果の増大との両立にさらに大きく貢献することができる。
【００５０】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。この交流電圧制御装置は、トランスＴＲの一次巻線と二次巻線との接続極性を切り替えるためのスイッチＳＷ２を付加したものである。なお、その他の構成は図１の実施の形態１に示す交流電圧制御装置と同一であり、同一部分には同一符号を付して示している。
【００５１】
実施の形態１では、省エネ効果を増大させるためにＡＣ入力を降圧させた降圧入力を負荷に供給していた。一方、電力事情のあまりよくないビルなどにおいては、供給電圧の低下によって機器の動作が不安定になることがある。このような場合には、逆に、ＡＣ入力を増加させる必要がある。そこで、ＡＣ入力の降圧および昇圧の両者の機能を備えた装置として実現したものが、図４に示す交流電圧制御装置である。
【００５２】
図４において、スイッチＳＷ２の基点ｂ１が切替接点ｗ１に接続され、基点ｂ２が切替接点ｗ２に接続されている状態は、実施の形態１と同じ状態の接続となる。このときの動作は、実施の形態１の動作と同様なので、ここでの説明は省略する。
【００５３】
つぎに、スイッチＳＷ２の基点ｂ１が切替接点ｗ２に接続され、基点ｂ２が切替接点ｗ１に接続されている状態を考える。この状態では、実施の形態１とは逆接続の状態であり、相互誘導によって一次巻線および二次巻線のそれぞれの巻線に誘起される誘起電圧の向きは実施の形態１の場合の逆極性となる。すなわち、一次巻線の黒丸側に正となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側が負となる向きの電圧が誘起され、一次巻線の黒丸側に負となる向きの電圧が誘起された場合には、二次巻線の黒丸側が正となる向きの電圧が誘起される。つまり、二次巻線には、ＡＣ入力を昇圧する向きの電圧を誘起することになる。
【００５４】
また、スイッチＳＷ２が上記の状態であり、このとき、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１、ｕ２、ｕ３のいずれか一つに接続されている状態の動作は、トランスＴＲの二次巻線に誘起される電圧が昇圧電圧である点を除いて実施の形態１と同一である。したがって、詳細な動作の説明は省略し、それぞれの出力端子に生ずる電圧のみについて列挙する。
【００５５】
第１の状態（スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に接続）において、入力端子Ｒ１−Ｎ１の間に印加されるＡＣ入力電圧と、入力端子Ｎ１−Ｔ１の間に印加される電圧とが、ともにＶｉであり、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ１１とし、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ１２とすると、
Ｖ１１＝Ｖｉ ・・・（７）
Ｖ１２＝２Ｖｉ ・・・（８）
で表せる。
【００５６】
同様に、第２の状態（スイッチＳＷ１が切替接点ｕ２に接続）において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ２１とし、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ２２とすると、
Ｖ２１＝Ｖｉ＋（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（９）
Ｖ２２＝２Ｖｉ＋（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（１０）
で表せる。
【００５７】
さらに、第３の状態（スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に接続）において、出力端子Ｒ２−Ｎ２に生ずる電圧をＶ３１とし、出力端子Ｒ２−Ｔ２に生ずる電圧をＶ３２とすると、
Ｖ３１＝Ｖｉ＋２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（１１）
Ｖ２２＝２Ｖｉ＋２（ｎ２／ｎ１）Ｖｉ ・・・（１２）
で表せる。
【００５８】
上記の式（７）〜（１２）に示されるように、スイッチＳＷ１の切替接点の位置を制御し、トランスＴＲの一次巻線の他端の接続を入力端子Ｒ１、Ｎ１、Ｔ１のいずれか一つに切り替えることで、出力電圧を制御（昇圧）することができる。なお、この出力電圧の制御は、電圧監視回路ＶＳによって行われる。
【００５９】
すなわち、電圧監視回路ＶＳは、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の電圧値をモニタし、このモニタ電圧の大きさによって、スイッチＳＷ１を切り替えていく。モニタ電圧が大きい場合には、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ１に切り替えられる。モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ２に切り替えられ、さらに、モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ３に切り替えられる。
【００６０】
上記の説明は、交流電圧制御装置を電圧昇圧装置として機能させる場合の動作についての説明である。また、この交流電圧制御装置を電圧降圧装置として機能させる場合の動作については、つぎのとおりである。なお、この場合には、スイッチＳＷ２の基点ｂ１が切替接点ｗ１に接続され、基点ｂ２が切替接点ｗ２に接続される。すなわち、電圧監視回路ＶＳは、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の電圧値をモニタし、このモニタ電圧の大きさによって、スイッチＳＷ１を切り替えていく。モニタ電圧が大きい場合には、スイッチＳＷ１が切替接点ｕ３に切り替えられる。モニタ電圧が低下するにつれて、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ２に切り替えられ、さらに、モニタ電圧が低下すると、スイッチＳＷ１は切替接点ｕ１に切り替えられる。
【００６１】
なお、この実施の形態では、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｒ１−Ｎ１間に並列に接続し、これらの入力端子間に発生する電圧をモニタする構成としているが、この接続に限られるものではなく、例えば、入力端子Ｒ１−Ｔ１間に並列に接続した場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。また、入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と入力端子Ｎ１−Ｔ１間の入力電圧とが連動して変動するようなＡＣ入力の場合には、電圧監視回路ＶＳを入力端子Ｎ１−Ｔ１間に並列に接続してもよく、この場合であっても、出力電圧の制御を実現することができる。
【００６２】
以上説明したように、この実施の形態にかかる交流電圧制御装置によれば、電圧監視回路は、交流入力のモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて第３のスイッチ（上記でいうところのスイッチＳＷ２）を制御し、一次巻線の一端または他端を正相入力端子に接続するとともに正相入力端子に接続されていない一次巻線の他端または一端を第１のスイッチ（上記でいうところのスイッチＳＷ１）に接続し、交流入力のモニタ電圧に基づいて第１のスイッチを制御し、第１のスイッチに接続された一次巻線の一端または他端の接続先を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御（昇圧／降圧）を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積、規模および複雑度の増加と、機器の価格の上昇とを抑制することができる。また、簡易な手段で、降圧の場合には、入力電圧が比較的大きい場合の下げ幅を大きくし、入力電圧が比較的小さい場合の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御と、昇圧の場合には、入力電圧が比較的大きい場合の上げ幅を小さくし、入力電圧が比較的小さい場合の上げ幅を大きくするような２段階の切替制御とを実現することができるので、電力事情に応じて柔軟に対応できる交流電圧制御装置を実現することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる交流電圧制御装置によれば、単相３線式の交流入力の３つの入力端の入力電圧のいずれか一つをモニタし、このモニタ電圧に基づいてトランスの一次巻線の他端を正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子のいずれか一つに接続させるようにしているので、簡易な手段により出力電圧の制御を実現することができ、交流電圧制御装置自身の容積の増加と、コストの上昇とを抑制することができるという効果を奏する。
【００６４】
また、この発明にかかる交流電圧制御装置によれば、簡易な手段で、入力電圧が比較的大きい場合の下げ幅を大きくし、逆に、入力電圧が比較的小さい場合の下げ幅を小さくするような２段階の切替制御を実現することができるので、機器の安定動作と省エネ効果の増大との両立に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、巻数比（ｎ２／ｎ１）が０．０７５のときの入力端子Ｒ１−Ｎ１間の入力電圧と出力端子Ｒ２−Ｎ２間の出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３】実施の形態１にかかる交流電圧制御装置の出力電圧の電圧制御の一例を示した説明図である。
【図４】実施の形態２にかかる交流電圧制御装置の模式的構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｒ１，Ｎ１，Ｔ１ 入力端子
Ｒ２，Ｎ２，Ｔ２ 出力端子
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
ＴＲ トランス
ｂ１，ｂ２ 基点
ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｗ１，ｗ２ 切替接点
ＶＳ 電圧監視回路
Claims (8)
- 単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、
前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、
前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、
前記一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチと、
を備え、
前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記スイッチを制御し、前記一次巻線の他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする交流電圧制御装置。 - 単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、
前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、
前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、
前記一次巻線の他端の接続先を切り替えるスイッチと、
を備え、
前記電圧監視回路は、自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記スイッチを制御し、前記一次巻線の他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする交流電圧制御装置。 - 前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする請求項１または２に記載の交流電圧制御装置。
- 単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、
前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第１のトランスと、
前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第２のトランスと、
前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、
前記第１のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第１のスイッチと、
前記第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第２のスイッチと、
を備え、
前記電圧監視回路は、
自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第１のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、
前記モニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第２のスイッチを制御し、前記第２のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする交流電圧制御装置。 - 単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、
前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第１のトランスと、
前記逆相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該逆相入力端子と前記逆相出力端子との間に接続された二次巻線とを有する第２のトランスと、
前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間に接続され、これらの端子間の電圧をモニタする第１の電圧監視回路と、
前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間に接続され、これらの端子間の電圧をモニタする第２の電圧監視回路と、
前記第１のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第１のスイッチと、
前記第２のトランスの一次巻線の他端の接続先を切り替える第２のスイッチと、
を備え、
前記第１の電圧監視回路は、
自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、前記第１のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させ、
前記第２の電圧監視回路は、
自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第２のスイッチを制御し、前記第２のトランスの一次巻線の他端を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする交流電圧制御装置。 - 前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする請求項４または５に記載の交流電圧制御装置。
- 単相３線式の交流入力が入力される正相入力端子、入力側中立端子および逆相入力端子と、該交流入力の電圧を低下または増加させた単相３線式の交流出力が出力される正相出力端子、出力側中立端子および逆相出力端子とを備えた交流電圧制御装置であって、
前記正相入力端子に一端が接続された一次巻線と、該一次巻線に磁気結合されて該正相入力端子と前記正相出力端子との間に接続された二次巻線とを有するトランスと、
前記正相入力端子と前記入力側中立端子との間、前記逆相入力端子と前記入力側中立端子との間および前記正相入力端子と前記逆相入力端子との間のいずれかに接続され、これらの端子間の電圧をモニタする電圧監視回路と、
前記一次巻線の一端および他端の接続先を切り替える第３のスイッチと、
前記第３のスイッチの接続先を切り替える第１のスイッチと、
を備え、
前記電圧監視回路は、
自己がモニタしたモニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第３のスイッチを制御し、前記一次巻線の一端または他端を前記正相入力端子に接続するとともに該正相入力端子に接続されていない該一次巻線の他端または一端を前記第１のスイッチに接続し、
前記モニタ電圧と所定の基準電圧との差電圧に基づいて前記第１のスイッチを制御し、該第１のスイッチに接続された前記一次巻線の一端または他端の接続先を前記正相入力端子、前記入力側中立端子および前記逆相入力端子のいずれか一つに接続させることを特徴とする交流電圧制御装置。 - 前記二次巻線と前記一次巻線との巻数比によって前記交流出力の出力電圧の制御幅を可変することを特徴とする請求項７に記載の交流電圧制御装置。
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