JP2006081292A - 電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補償電圧を広げても電源回復時あるいは負荷減少時に、高い電圧が負荷に印加されない安価な電圧調整装置を提供するものである。
【解決手段】電源線１に直列的に接続された直列変圧器４の二次巻線４ｂと、電源線１、２間に並列的に接続された調整変圧器１０１のタップ付き二次巻線１０１ｂとを、複数の交流スイッチ１１〜１６を組合せて構成されたタップ選択主回路６を接続した電圧調整装置において、調整変圧器１０の磁心に三次巻線１０１ｃを付加して、これを直流制御巻線とする遅れ無効電力電圧調整主回路部２００ａを形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、直流制御巻線への通電量を調整する遅れ無効電力電圧調整制御部２００ｂを設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、直流制御巻線への通電により遅れ無効電力を発生させる電圧調整とを併用しものである。
【選択図】図１

Description

本発明は電圧の安定化回路を改良した電圧調整装置に関するものである。

一般に、配電線などの電源線には、負荷の増大による電圧降下や、負荷切り離し後接続された状態で残されたコンデンサによる電圧上昇などの電圧変動に対応するために、電源線の途中に電圧調整装置が設けられている。

この従来技術の電圧調整装置の構成は、図１０に示すように電源線１と２の間に電圧調整装置が設けられ、電源線１に直列的に直列変圧器４が接続され、また電源線１、２間に並列的に調整変圧器５が接続されている。この調整変圧器５の二次巻線５ｂにはタップＤ、Ｅ、Ｆが設けられ、これらの端子と前記直列変圧器４の二次巻線４ｂの端子Ａ１とＡ２との間にタップ選択主回路６が設けられている。

このタップ選択主回路６は、交流スイッチ１１、１２、１３、１４、１５、１６を組み合わせて構成した交流スイッチ回路と、バイパス回路７及び限流リアクトル８とから構成されている。前記交流スイッチ１１〜１６は、逆並列接続された逆阻止三端子サイリスタが用いられている。

また交流スイッチ回路の端子Ａ３と、直列変圧器４の二次巻線４ｂの端子Ａ２との間に限流リアクトル８が接続されている。前記バイパス回路７は、交流スイッチ１７と抵抗器１８の直列回路で形成されている。交流スイッチ１７は、同様に逆並列接続された逆阻止三端子サイリスタが用いられている。

また９は電源線１、２間に接続された検出用変圧器で、この二次巻線９ｂはタップ選択制御回路２０に接続されている。このタップ選択制御回路２０は、前記検出用変圧器二次巻線９ｂに接続された整流器２１とフィルタ２２、基準電圧２３、減算器２４、比較器２５、タップ選択器２６およびパルス増幅器２７とから構成されている（特許文献１）。

この電圧調整装置において、電源線１、２間の電圧を６．６ｋＶ、直列変圧器４の一次側と二次側の巻数比を１、調整変圧器５の二次巻線５ｂのタップＤＥ間電圧を１００Ｖ、タップＥＦ間を２００Ｖとする。この状態で交流スイッチ１２、１６をオンにして、残りの交流スイッチ１１、１３〜１５をオフにすると直列変圧器４の二次巻線４ｂには、調整変圧器５の二次巻線５ｂの電圧２００Ｖが印加され、これが６．６ｋＶに加算されて電圧調整装置の二次電圧は６．８ｋＶとなる。

次に二次電圧を６．９ｋＶに上げる場合には、交流スイッチ１１、１６をオンとし、残りの交流スイッチ１２〜１５をオフにすると、直列変圧器４の二次巻線４ｂには、調整変圧器５の二次巻線５ｂのタップＤＦ間電圧３００Ｖが加算されて電圧調整装置の二次電圧は６．９ｋＶに上がる。

電圧調整装置は、交流スイッチ１１〜１６の半導体バルブデバイスとして逆阻止三端子半導体サイリスタを逆並列接続して使用しているので、半導体バルブデバイスの特性としてターンオフ（オンからオフへの切り換え）から完全にオフ能力を回復させるには、半導体バルブデバイスを流れる電流が０になってからある時間（百マイクロ秒〜数百マイクロ秒）逆電圧を印加することが必要である。

もし交流スイッチ１５と１６が同時にオン状態となると、タップＥＦ間が短絡されそのときの過電流でサイリスタが破損する恐れがある。このタップ間短絡を防止するためにタップ切り換え時には、一旦、交流スイッチに流れている電流をバイパス回路７に移して交流スイッチがオフするのに十分な時間を経てから次に選択された交流スイッチに電流を移すようにしている。

次に上記電圧調整装置におけるタップ選択制御回路２０の動作を説明する。検出用変圧器９で検出された電源電圧は、整流器２１とフィルタ２２により平滑化された直流信号に変換される。この電圧と基準電圧２３の値を減算器２４で差を取る。次いで、比較器２５で比較する。比較器２５には７５Ｖ程度の閾値ａが設定されており、減算器２４の出力信号が±７５Ｖを超えると、ある時限を経てタップ選択器２６が、次ぎに選択されたタップをオンにするパルスを発生し、これをパルス増幅器２７で増幅し、タップ選択主回路６の該当する交流スイッチ１１〜１６に送られる。

このような従来技術による電圧調整装置を用いて電圧調整を行う際の電圧波形の例を図１１に示す。図１１において、Ｖ１は電圧調整装置の一次電圧、Ｖ２はその二次電圧である。時刻ｔ１においてＶ１が６６００Ｖから３００Ｖ低下すると、Ｖ２は一旦６３００Ｖに低下するが、電圧調整装置の３回のタップ選択動作によって６６００Ｖに調整される。但し数値は説明を簡略化するため丸めてある。また時刻ｔ２においてＶ１が６６００Ｖに回復すると、Ｖ２は６９００Ｖに上昇する。これは、電圧が回復した結果、３００Ｖ分の補償電圧がＶ１に加算されてＶ２に現われるためである。これもその後３回のタップ選択動作により６６００Ｖに戻る。

電圧調整装置を工場の設備として適用する場合を考える。例えば、電動機の始動によって１０００Ｖの電圧降下が生ずる工場において、１０００Ｖの電圧降下分を補償して５６００Ｖの一次電圧を６６００Ｖに改善させることができる電圧調整装置を設置したものとする。図１２はその波形を示しており、時刻ｔ１において１０００Ｖの電圧低下が起こると、Ｖ２は一旦５６００Ｖに落ちるが、タップ選択動作により６６００Ｖまでに回復する。ところが、電動機が所定の速度に達するに従い急激に電流が減少して電源電圧降下がほぼ０になる時刻ｔ２において、それまでの補償電圧が電源電圧に加算されるため、約７８００Ｖという高い電圧が出てしまう恐れがある。

上記２例から分かるように、タップ選択による電圧調整装置は、回路構成が簡単で、コストも安くできるというメリットがあるが、補償電圧が高ければ高いほど、電源電圧の急激な回復の際、あるいは負荷の急激な減少の際に、短時間ではあるが電圧調整装置の二次電圧に定格電圧よりかなり高い電圧が生じてしまう可能性がある。極端な例ではあるが、５０％の電源電圧降下時にその５０％電圧を補償するような電圧調整装置においては、電源回復時に２００％の電圧が発生することがないとはいえない。

しかしこのような大きな補償を行なうと、負荷あるいは電圧調整装置自身を破壊する恐れがあるために、電圧調整装置の補償電圧は高々５％が限界である。そのため、電圧変動を極力少なくしたいという要求に対しては、一般にはインバータを用いた無効電力補償装置、更には蓄電池を介在させた無停電電源装置が使用されているが、これらの装置は非常に高価である。
特開２００３−５０６３８号公報

本発明は上記問題を改善し、補償電圧を広げても電源回復時あるいは負荷減少時に、高い電圧が負荷に印加されない安価な電圧調整装置を提供するものである。

本発明の請求項１記載の電圧調整装置は、単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、前記調整変圧器の磁心に三次巻線を付加して、これを直流制御巻線とする遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記直流制御巻線への通電量を調整する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、直流制御巻線への通電により遅れ無効電力を発生させる電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の請求項２記載の電圧調整装置は、単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、前記調整変圧器の二次巻線にリアクトルと逆並列接続サイリスタの直列回路を接続して遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記逆並列接続サイリスタを制御する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、リアクトルと逆並列接続サイリスタによる遅れ無効電力電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の請求項３記載の電圧調整装置は、単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、調整変圧器の磁心に三次巻線を付加して、これにリアクトルと逆並列接続サイリスタの直列回路を接続して遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記逆並列接続サイリスタを制御する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、リアクトルと逆並列接続サイリスタによる遅れ無効電力電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の請求項４記載の電圧調整装置は、単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、前記調整変圧器に三次巻線を付加し、これと前記調整変圧器のタップ付二次巻線とを直列に接続して得られる端子間に、リアクトルと逆並列接続サイリスタの直列回路を接続して、遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記逆並列接続サイリスタを制御する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、リアクトルと逆並列接続サイリスタによる遅れ無効電力電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の請求項５記載の電圧調整装置は、請求項１ないし４の何れか１項において電圧調整装置を三相で構成し、直列変圧器は三相星形結線、調整変圧器はＶ結線としたことを特徴とするものである。更に請求項６記載の電圧調整装置は、請求項１ないし４の何れか１項において電圧調整装置を三相で構成し、直列変圧器および調整変圧器を三相星形結線としたことを特徴とものである。

本発明に係る電圧調整装置によれば、調整変圧器の磁心に直流制御巻線を付加して、前記直流制御巻線の直流電流の大きさに応じて前記調整変圧器の励磁電流が変化する機能をもたせることにより、これによる遅れ無効電力電圧調整で、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整だけでは発生する可能性のある過電圧を防止することができ、広い補償電圧範囲をもつ安価な電圧調整装置を得ることができる。

電源電圧が急激に増加した場合に、遅れ無効電力を発生させて、過電圧から機器を保護する電圧調整装置を実現した。

以下本発明の一実施例を、図１の単相回路を参照して詳細に説明する。電源線１と２の間に電圧調整装置が設けられ、この電圧調整装置はタップ電圧調整部１００と遅れ無効電力電圧調整部２００の二つの電圧調整部および、それらに共通する部分から構成されている。

タップ電圧調整部１００は、タップ電圧調整主回路部１００ａと、タップ電圧調整制御部１００ｂとから構成されている。また遅れ無効電力電圧調整部２００は、遅れ無効電力電圧調整主回路部２００ａと、遅れ無効電力電圧調整制御部２００ｂとから構成されている。タップ電圧調整主回路部１００ａは電源線１に直列的に接続された直列変圧器４と、電源線１、２間に並列的に接続された調整変圧器１０１と、この調整変圧器１０１の二次巻線１０１ｂと前記直列変圧器４の二次巻線４ｂとの間に設けられたタップ選択主回路６とから構成されている。

調整変圧器１０１は、例えば特開２００３ー０６８５３９に示すような、可変特開アクタンス機能をもつ電磁機器を利用した変圧器であって三巻線からなり、その一次巻線１０１ａは電源線１と２の両端に接続され、二次巻線１０１ｂにはタップＤ、Ｅ、Ｆが設けられている。また一次巻線１０１ａ、二次巻線１０１ｂ、タップ電圧調整部１００は、図１０に示す従来技術のタップ電圧調整装置と基本的な構成は同一であり、その機能説明は省略する。

調整変圧器１０１の三次巻線１０１ｃは直流制御巻線であって、特開２００３−０６８５３９に開示されているように、直流制御巻線に流す直流電流にほぼ比例して一次巻線１０１ａの励磁電流が変化、即ち遅れ無効電力が変化して、それにより電源線１と２の電圧を低下させる作用をなすものである。

遅れ無効電力電圧調整主回路部２００ａは、この回路に所要の電圧を得るための変圧器２１０と、この二次側に接続されて交流を直流に変換する整流器２１１と、コンデンサ２１２を介して接続され、直流電流を制御するためのＩＧＢＴチョッパ２１３と、ここに接続された調整変圧器１０１の直流制御巻線となる三次巻線１０１ｃとから構成されている。

タップ電圧調整制御部１００ｂは、電圧検出用変圧器９の二次巻線９ｂに接続された整流器２１とフィルタ２２、基準電圧２３、減算器２４、比較器２５、タップ選択器２６およびパルス増幅器２７とから構成されている

また遅れ無効電力電圧調整制御部２００ｂは、前記整流器２１に接続されたフィルタ２２１と、基準電圧２３の出力と閾値ｂ２２２を加算する加算器２２３と、この加算器２２３の信号と前記フィルタ２２１からの出力との差をとる減算器２２４と、減算器に現われる誤差を増幅する誤差増幅器２２５と、誤差増幅器２２５の信号が、のこぎり波発生器２２６からの、のこぎり波信号を超える範囲でパルスＥｐを発生する比較器２２７と、このパルスＥｐを増幅して前記遅れ無効電力電圧調整主回路部２００ａのＩＧＢＴチョッパ２１３に出力するパルス増幅器２２８とから構成されている。

次に上記構成の電圧調整装置の動作について、図１および図２を参照して説明する。初めに時刻ｔ１で電圧調整装置の一次電圧Ｖ１が６６００Ｖから６３００Ｖに低下した場合を説明する。通常は、タップ電圧調整部１００により、前記図１０の従来例で説明したものと同様に３回のタップ選択により二次電圧Ｖ２は６６００Ｖに調整される。遅れ無効電力電圧調整部２００は通常働かないが、過渡的に遅れ無効電力電圧調整部２００ｂの誤差増幅器２２５が正で、直流制御巻線となる三次巻線１０１ｃに電流が流れている状態で電源電圧が低下したときには、直ちに誤差増幅器２２５が負になり、一次巻線１０１ｃの電流は０になる。その結果、調整変圧器１０１の一次巻線１０１ａの励磁電流は極小になり、これによる電圧降下分は０になる。

次いで、時刻ｔ２でＶ１が６６００Ｖに回復した場合について説明する。ここで、タップ電圧調整制御部１００ｂの基準電圧２３は６６００Ｖ（制御回路内の電圧を電源線の電圧に換算した値、以下同じ）、比較器２５内の閾値ａを７５Ｖ、閾値ｂ ２２２を１５０Ｖとする。もし遅れ無効電力電圧調整部２００がなければ回復の瞬間に、Ｖ２は６９００Ｖに達するが、本発明の電圧調整装置では、遅れ無効電力電圧調整部によって電圧の上昇が抑制される。

即ち、Ｖ１が６３００Ｖから６６００Ｖに回復する過程で、Ｖ２はが基準電圧２３の６６００Ｖに、閾値ｂの１５０Ｖを加算器２２３で加算した６７５０Ｖを超えると同時に、減算器２２４でその差を比較して、誤差増幅器２２５の出力は正になる。比較器２２７で，誤差増幅器２２５の信号Ｅｃを、のこぎり波信号と比較し、これを超える範囲でパルスＥｐが発生する。

したがって誤差増幅器２２５の信号Ｅｃが高くなるほどパルス幅は大となり、パルス増幅器２２８で増幅されたゲート信号は遅れ無効電力電圧調整主回路部２００ａのＩＧＢＴチョッパ２１３に入力され、直流制御巻線となる三次巻線１０１ｃに電流が流れることで、一次巻線１０１ａの励磁電流が増加し、それによる遅れ無効電力で二次電圧が６７５０Ｖに抑制される。つまりパルス幅が大なるほどＩＧＢＴチョッパ２１３の直流電圧が増加し、遅れ無効電力が増加する。なお、応答を速めるために、通常は遅れ無効電力電圧調整主回路部２００ａの整流器２１１の直流電圧を高くしている。パルス幅が大なるほどＩＧＢＴチョッパ２１３の直流電圧が増加し、したがって直流電流が増加する。

またタップ電圧調整制御部１００ｂでは、基準電圧２３の６６００Ｖと６７５０Ｖとを比較し、その差が閾値ａの７５Ｖを超えているため、タップを１００Ｖ下げる動作を1 秒前後遅れて行う。その結果、遅れ無効電力は減少するものの６７５０Ｖが維持され、その差が引き続き閾値ａの７５Ｖを超えているため、更に１００Ｖ下げるようにタップ選択が行われ６７００Ｖになる。その結果、遅れ無効電力電圧調整制御部２００ｂでは、閾値ｂの１５０Ｖ以下となり、誤差増幅器２２５の出力が０となって遅れ無効電力による電圧調整は行なわれなくなる。その後、更に１タップ分電圧を下げる動作が行われ、最終的にはＶ２は６６００Ｖに戻る。

このように、電源電圧が急激に増加したときには、遅れ無効電力電圧調整部２００によって数１０ミリ秒のオーダーで、電圧を（基準電圧＋閾値ｂ）の値に抑制し、その後、秒オーダーの遅れでタップ電圧調整部１００によって電圧を下げる動作が行われて、遅れ無効電力電圧調整部２００の直流制御電流は元の０の状態に戻る。なお二つのフィルタ２２および２２１、および比較器２５と誤差増幅器２２５によって、タップ電圧調整部１００と遅れ無効電力電圧調整部間２００の応答性を調節する。

以上の機能を要約すると、電源電圧が増加した場合に、タップ電圧調整部１００ではカバーできない数１０ミリ秒から１秒までの範囲を、遅れ無効電力電圧調整部２００でカバーすることにより、全体的に滑らかな電圧調整を可能にすると共に、過電圧から機器を保護することができる。なお、電源電流の低下に対しては、遅れ無効電力電圧調整部２００は機能しないが、電圧低下では機器が破損することはないので問題は少ない。

図３は本発明の他の実施例を示すもので、図１の電圧調整装置では調整変圧器１０１を電源線１、２側に設けたが、電源線１’、２’側に設けたものである。また上記実施例では電源線１、２（Ａ、Ｂ相）間に設けた単相の装置の場合について説明したが、図４に示すように、電源線１、２、３はそれぞれＡ相、Ｂ相、Ｃ相に対応するものとし、Ａ、Ｂ相間とＢ、Ｃ相間、およびＣ、Ａ相間に設けた三相構成の場合に適用したものである。また図５は、Ａ、Ｂ、Ｃ各相と仮想中点３０の間にそれぞれの調整変圧器１０１を接続したものである。

図６は本発明を三相の電圧調整装置に適用した場合の、他の実施例を示すものである。Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に、直列変圧器４０、４１および４２の二次巻線４０ｂ、４１ｂ、４２ｂは星形接続されており、その出力端子をＡ１、Ｂ１およびＣ１とする。ＡＢ用調整変圧器５０はＡ相とＢ相に接続された調整変圧器で、ＢＣ用調整変圧器５１はＢ相とＣ相に接続された調整変圧器である。動作は単相が三相になる違いを除けば図１と同様であり、機能説明は省略する。

上記各実施例では何れも、磁心に三次巻線１０１ｃを設けた調整変圧器５により可変遅れ無効電力を消費する構成を示したが、図７から図９に示す実施例は、可変遅れ無効電力を消費する回路としてリアクトルと逆並列接続サイリスタを設けたものである。

図７の電圧調整装置に用いる調整変圧器３０１は、通常の磁心をもつ調整変圧器であって、タップ選択による電圧調整機能は図１と同等であるのでその説明を省略する。遅れ無効電力電圧調整部４００は、調整変圧器３０１の二次巻線３０１ｂに直列に逆並列接続サイリスタ４０２と、交流リアクトル４０３とを接続して構成された遅れ無効電力電圧調整主回路部４００ａ、および遅れ無効電力電圧調整制御部４００ｂとから構成されている。

タップ電圧調整制御部１００ｂは図１と同一であるので同一符号を付してその説明を省略する。また遅れ無効電力電圧調整制御部４００ｂのフィルタ２２１から誤差増幅器２２５までの構成は図１と同一である。４２６はのこぎり波発生器で、電源の線間電圧位相に同期した正弦波信号を方形波に変換した波形を積分しそれを更に加工して得られる。

つまり波形図に示すようにａ点は正弦波の波高値に対応し、ｂ点はその０点に一致する。４２７はレベル検出器で、のこぎり波のａ点とｂ点の間の、誤差増幅器２２５の出力Ｅｃとの交点でパルスを発生させる。誤差増幅器２２５の信号が高くなるほどパルスの発生する位相が進み、Ｅｃがａ点を超えると交点が出来なくなるが、それを超えてもａ点でパルスを発生させる機能を有している。４２８はレベル検出器４２７に接続されたパルス増幅器で、ここで増幅されたパルスは、遅れ無効電力電圧調整主回路部４００ａのサイリスタ４０２のゲートに与えられる。

次に上記構成の電圧調整器の動作について説明する。タップ電圧調整部１００の動作は、図１のものと同一であり、図２のように電源電圧Ｖ１が６６００Ｖから６３００Ｖに低下する過程で、タップ電圧調整部１００による働きで二次電圧Ｖ２は６３００Ｖから６６００Ｖに回復していく。時刻ｔ２においてＶ１が６６００Ｖに回復する過程で、遅れ無効電力電圧調整部４００による電圧調整の動きは、二次電圧Ｖ２が６７５０Ｖを超えると同時に、誤差増幅器２２５の出力は正になる。

誤差増幅器２２５の出力はレベル検出器４２７で、のこぎり波のａ点とｂ点の間の、誤差増幅器２２５の出力Ｅｃとの交点でパルスを発生させ、発生したゲートパルスが逆並列接続サイリスタ４０２に加えられて交流リアクトル４０３に電流が流れ、その無効電力電流によって電源線の電圧上昇が６７５０Ｖに抑制される。ゲートパルスの位相角αはａ点を基準の０度とすると、ｂ点が９０度になる。αは０に近いほど逆並列接続サイリスタ４０２に流れる電流が増加し、遅れ無効電力が増加することになる。またαが９０度のとき電流は０になる。

次いで、先に説明した通りタップ電圧調整部１００ｂによってタップを下げる動作が３回行われて、元の６６００Ｖになる。また遅れ無効電力電圧調整制御部４００ｂのゲートパルスもなくなる。

逆並列接続サイリスタ４０２は図１の交流スイッチ１１などとは構造的には同一のものであるが、交流スイッチはある期間連続的にオンかオフかを選択しているが、逆並列接続サイリスタ４０２では電源周波数の半周期ごとに点弧位相を定め、それにより遅れ無効電流を可変する機能をもたせている。

このように図７の回路と図１の回路では、遅れ無効電力の発生方法こそ異なるものの、その機能はほとんど同じである。強いて違いを記すと、図１の回路では遅れ無効電流に含まれる高調波成分が非常に低く正弦波に近い波形となるのに対し、図７ではサイリスタの点弧位相を変えて電流の大きさを変えているため、その電流には高調波を多く含むことである。しかし、遅れ無効電力電圧調整部４００は電源電圧急上昇時に１秒以下の短時間だけ使用するものなので、他への影響はない。

図８は他の実施例を示すもので、図７では調整変圧器３０１の二次巻線３０１ｂに逆並列接続サイリスタ４０２とリアクトル４０３の直列回路を接続したが、図８では調整変圧器３０１の磁心に三次巻線３０１ｃを設け、ここに逆並列接続サイリスタ４０２とリアクトル４０３の直列回路を接続したものである。

図９は更に異なる実施例を示すもので、二次巻線３０１ｂと三次巻線３０１ｃを直列に接続し、この両端子間に、逆並列接続サイリスタ４０２とリアクトル４０３の直列回路を接続したものである。図７から図９までの回路は本質的な差はなく、得られるサイリスタの種類に応じて、電圧を高く電流を減らしたいとき、あるいはその逆というように、必要に応じて選択される。また図７から図９までの電圧調整装置は、図４〜図６と同様に各種三相回路への適用が可能である。

なお図１の実施例では、サイリスタを使用した電圧調整装置として説明したが、半導体バルブデバイスとしてはサイリスタに限定されず、例えばＩＧＢＴを使用してもよい。また電圧調整装置を三相で構成し、直列変圧器は三相星形結線、調整変圧器はＶ結線とした構成でもよい。更に電圧調整装置を三相で構成し、直列変圧器および調整変圧器を三相星形結線とした構成でもよい。また電圧調整装置としては上記実施例に示すものに限定されず、直列変圧器と調整変圧器を組み合わせる形の電圧調整装置であれば、本発明を適用することができる。

本発明の実施例による単相回路で示した電圧調整装置の回路図である。 図１の回路におけるタップ切り換え時の各部波形図である。 本発明の他の実施例による電圧調整装置の回路図である。 本発明の他の実施例による三相回路で示した電圧調整装置の回路図である。 本発明の他の実施例による三相回路で示した電圧調整装置の回路図である。 本発明の他の実施例による三相回路で示した電圧調整装置の回路図である。 本発明の異なる実施例による単相回路で示した電圧調整装置の回路図である。 本発明の他の実施例による単相回路で示した電圧調整装置の回路図である。 本発明の他の実施例による単相回路で示した電圧調整装置の回路図である。 単相回路で示した従来の電圧調整装置を示す回路図である。 図１０の回路におけるタップ切り換え時の各部波形図である。 図１０の回路におけるタップ切り換え時の各部波形図である。

符号の説明

１ １’ 電源線
２ ２’ 電源線
３ ３’ 電源線
４ 直列変圧器
４ｂ 二次巻線
５ 調整変圧器
５ｂ 二次巻線
６ タップ選択主回路
７ バイパス回路
８ 限流リアクトル
９ 電圧検出用変圧器
１１〜１７交流スイッチ
１８ 抵抗器
２０ タップ選択制御回路
２１ 整流器
２２ フィルタ
２３ 基準電圧
２４ 減算器
２５ 電圧比較器
２６ タップ選択器
２７ パルス増幅器
３０ 仮想中間点
４０〜４２ 直列変圧器
４０ｂ、４１ｂ、４２ｂ 二次巻線
５０ ＡＢ用調整変圧器
５１ ＢＣ用調整変圧器
１００ タップ電圧調整部
１００ａ タップ電圧調整主回路部
１００ｂ タップ電圧調整制御部
１０１ 調整変圧器
１０１ 調整変圧器
１０１ａ 一次巻線
１０１ｂ 二次巻線
１０１ｃ 三次巻線
２００ 遅れ無効電力電圧調整部
２００ａ 遅れ無効電力電圧調整主回路部
２００ｂ 遅れ無効電力電圧調整制御部
２１０ 変圧器
２１１ 整流器
２１２ コンデンサ
２１３ ＩＧＢＴチョッパ
２２１ フィルタ
２２２ 閾値ｂ
２２３ 加算器
２２４ 減算器
２２５ 誤差増幅器
２２６ のこぎり波発生器
３０１ 調整変圧器
３０１ｂ 二次巻線
４００ 遅れ無効電力電圧調整部
４００ａ 遅れ無効電力電圧調整主回路部
４００ｂ 遅れ無効電力電圧調整制御部
４０２ 逆並列接続サイリスタ
４０３ 交流リアクトル
４２６ のこぎり波発生器
４２７ レベル検出器
４２８ パルス増幅器

Claims (6)

1. 単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、前記調整変圧器の磁心に三次巻線を付加して、これを直流制御巻線とする遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記直流制御巻線への通電量を調整する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、直流制御巻線への通電により遅れ無効電力を発生させる電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とする電圧調整装置。
2. 単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、前記調整変圧器の二次巻線にリアクトルと逆並列接続サイリスタの直列回路を接続して遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記逆並列接続サイリスタを制御する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、リアクトルと逆並列接続サイリスタによる遅れ無効電力電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とする電圧調整装置。
3. 単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、前記調整変圧器の磁心に三次巻線を付加して、これにリアクトルと逆並列接続サイリスタの直列回路を接続して遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記逆並列接続サイリスタを制御する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、リアクトルと逆並列接続サイリスタによる遅れ無効電力電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とする電圧調整装置。
4. 単相または三相の電源線相間に配置された電圧調整装置であって、電源線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された調整変圧器のタップ付き二次巻線とを、半導体バルブデバイスで形成された複数の交流スイッチを組合せて構成されたタップ選択主回路を接続し、前記電源線の電圧に応じてタップ電圧調整制御部で、前記交流スイッチを適宜選択的にオンすることにより前記電圧調整装置の二次または一次電圧の調整を行う電圧調整装置において、前記調整変圧器に三次巻線を付加し、これと前記調整変圧器のタップ付二次巻線とを直列に接続して得られる端子間に、リアクトルと逆並列接続サイリスタの直列回路を接続して、遅れ無効電力電圧調整主回路部を形成し、電源電圧を検出して所定の電圧を超える電圧増加により、前記逆並列接続サイリスタを制御する遅れ無効電力電圧調整制御部を設けて、電源の急峻な電圧増加に対して、タップ選択による電圧調整と、リアクトルと逆並列接続サイリスタによる遅れ無効電力電圧調整とを併用して、過電圧の発生を抑制するようにしたことを特徴とする電圧調整装置。
5. 電圧調整装置を三相で構成し、直列変圧器は三相星形結線、調整変圧器はＶ結線としたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の電圧調整装置。
6. 電圧調整装置を三相で構成し、直列変圧器および調整変圧器を三相星形結線としたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の電圧調整装置。