JP2006109660A - 自動電圧及び力率制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無用な電力ロスや異常発熱などを抑制して省エネルギ化を図ると共に、高調波の発生を防止することができる自動電圧及び力率制御装置を提供する。
【解決手段】 自動電圧及び力率制御装置１を電圧調整手段２と力率調整手段３と制御手段４とで構成する。そして、電圧調整手段２を調整トランス回路２０とスイッチ回路２１と直列トランス回路２２とで構成し、力率調整手段３をコンデンサ回路３０とスイッチ回路３１とで構成する。電圧選択指令Ｖrを制御手段４からスイッチ回路２１に出力することにより、電圧Ｖ１〜Ｖｎのうちのいずれかの電圧を選択して出力する。また、進相選択命令Ｃｒを制御手段４からスイッチ回路３１に出力することにより、入力電流の位相を変化させることで、所望の力率を得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、エアコンなどの負荷に供給する電源の電圧及び力率を自動的に制御する自動電圧及び力率制御装置に関するものである。

交流電源から容量性又は誘導性の負荷へ交流電力を供給している電力系統では、負荷に流れる電流の位相が電圧よりも進み位相又は遅れ位相になるので、この位相の程度に対応して当該電力系統の力率が悪化する。そこで、電流の位相と電圧の位相とを同相にして、力率の向上を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
図９は、従来例に係る自動電圧及び力率制御装置を示すブロック図であり、図１０は、動作時の波形図である。
この装置は、図９に示すように、単相交流電源２００から単相負荷２０１へ単相交流電力を供給する際に、単相電圧変換装置２０４と力率調整単相負荷２０５との直列接続で構成している電子式力率調整装置２０３を単相負荷２０１に並列に接続し、単相電圧変換装置２０４の出力電圧Ｖ５を制御することで電子式力率調整装置２０３へ流れる電流Ｉ４を調整するようになっている。電源電流ＩＲは負荷電流ＩＬと電子式力率調整装置電流Ｉ４とのベクトル和であるから、単相電圧変換装置２０４の出力電圧Ｖ５を制御して、電子式力率調整装置電流Ｉ４を調整することで、電源電流ＩＲを電源電圧ＶＲＳと同相にする構成になっている。

特開平１０−０４２４６８号公報

しかし、上記した従来の自動電圧及び力率制御装置では、次のような問題がある。
すなわち、この技術では、図１０（ａ）に示すような電源電圧ＶＲＳが、単相交流電源２００から出力されると、図１０（ｂ）に示すように、単相電圧変換装置２０４内のスイッチング回路によって、電源電圧ＶＲＳを裁断した波形の出力電圧Ｖ５′を形成する。そして、この出力電圧Ｖ５′を内部フィルタで整形して、図１０（ｃ）に示すような円滑な出力電圧Ｖ５を単相電圧変換装置２０４から力率調整単相負荷２０５に出力するようになっているので、出力電圧Ｖ５′を形成する際に、波形がつぶれ易く、ノイズが発生するおそれがある。かかるノイズの発生は、単相交流電源２００や単相負荷２０１に対するストレスを大きくするので、電力ロス，異常発熱及び高調波発生の原因となる。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、無用な電力ロスや異常発熱などを抑制して省エネルギ化を図ると共に、高調波の発生を防止することができる自動電圧及び力率制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、入力電圧を複数段の出力電圧に変換可能な電圧変換部，及び電圧選択命令に従って、複数段の出力電圧のうちのいずれか１つの出力電圧を選択する電圧選択部を有してなる電圧調整手段と、入力電流の位相を複数段に進相可能な進相部，及び進相選択命令に従って、複数段の進相のうちのいずれか１つの進相を選択する進相選択部を有してなる力率調整手段と、電圧調整手段からの出力電圧に基づいて、電圧選択命令を電圧選択部に送ると共に、電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づいて、進相選択命令を進相選択部に送る制御手段とを備える自動電圧及び力率制御装置であって、制御手段は、各段の出力電圧と所定月日の運転時間とを対応づけた電圧データをメモり内に入力すると共に所望段の出力電圧を運転電圧として設定可能であり、且つ所望の力率を運転力率として設定可能な設定部と、電圧変換部の複数段の出力電圧のうち運転電圧を選択することを示す電圧選択命令を電圧選択部に出力すると共に、当該運転電圧が対応する月日の運転時間だけ当該運転電圧の選択を電圧選択部に継続させる電圧制御部と、電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づく力率と運転力率とを比較し、当該力率が運転力率よりも小さい場合に、進相選択命令を力率調整手段の進相選択部に出力する力率制御部とを具備する構成とした。
かかる構成により、電圧調整手段の電圧変換部によって、入力電圧が複数段の出力電圧に変換され、電圧選択命令が制御手段から電圧選択部に送られることで、複数段の出力電圧のうちのいずれか１つの出力電圧が選択される。また、力率調整手段の進相部によって、入力電流の位相が複数段に進相され、進相選択命令が制御手段から進相選択部に送られることで、複数段の進相のうちのいずれか１つの進相が選択される。そして、制御手段の設定部において、各段の出力電圧と所定月日の運転時間とを対応づけた電圧データをメモり内に入力すると共に所望段の出力電圧を運転電圧として設定し、且つ所望の力率を運転力率として設定しておくことで、電圧変換部の複数段の出力電圧のうち運転電圧を選択することを示す電圧選択命令が電圧制御部から電圧選択部に出力されると共に、電圧制御によって、当該運転電圧が対応する月日の運転時間だけ当該運転電圧の選択を電圧選択部に継続される。また、力率制御部において、電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づく力率と運転力率とが比較され、当該力率が運転力率よりも小さい場合に、進相選択命令が力率調整手段の進相選択部に出力される。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の自動電圧及び力率制御装置において、制御手段の設定部は、設定されている運転電圧の運転時間をタイマで監視し、当該運転時間が経過した場合に、その際のタイマが示す月日の時間に対応する運転時間の出力電圧を電圧データから読み出して運転電圧として設定する構成とした。
かかる構成により、制御手段の設定部によって、設定されている運転電圧の運転時間
間に対応する運転時間の出力電圧が電圧データから読み出され、運転電圧として設定される。

また、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の自動電圧及び力率制御装置において、制御手段の設定部は、複数段の出力電圧のうち最大出力電圧以上の基準電圧をメモリに設定可能であり、電圧制御部は、タイマを監視し、電圧調整手段からの出力電圧が、基準電圧を所定時間継続的に超えていると判断した場合に、運転電圧よりも１段低い出力電圧を選択することを示す電圧選択命令を電圧選択部に出力する構成とした。
かかる構成により、制御手段の設定部によって、複数段の出力電圧のうち最大出力電圧以上の基準電圧をメモリに設定しておくと、電圧制御部によって、タイマが監視され、電圧調整手段からの出力電圧が、基準電圧を所定時間継続的に超えていると判断された場合に、運転電圧よりも１段低い出力電圧を選択することを示す電圧選択命令が電圧選択部に出力される。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の自動電圧及び力率制御装置において、電圧制御部は、タイマを監視し、電圧調整手段からの出力電圧が、運転電圧よりも１段高い出力電圧以上の電圧範囲で所定時間継続的に変動していると判断した場合に、運転電圧よりも１段低い出力電圧を選択することを示す電圧選択命令を電圧選択部に出力し、また、運転電圧よりも１段低い出力電圧以下の電圧範囲で所定時間継続的に変動していると判断した場合に、運転電圧よりも１段高い出力電圧を選択することを示す電圧選択命令を電圧選択部に出力する構成とした。
かかる構成により、電圧制御部によって、タイマが監視され、電圧調整手段からの出力電圧が、運転電圧よりも１段高い出力電圧以上の電圧範囲で所定時間継続的に変動していると判断された場合に、運転電圧よりも１段低い出力電圧を選択することを示す電圧選択命令が電圧選択部に出力される。また、運転電圧よりも１段低い出力電圧以下の電圧範囲で所定時間継続的に変動していると判断された場合には、運転電圧よりも１段高い出力電圧を選択することを示す電圧選択命令が電圧選択部に出力される。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の自動電圧及び力率制御装置において、制御手段の設定部は、運転力率以上の基準力率をメモリに設定可能であり、力率制御部は、タイマを監視し、電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づく力率が、基準力率を所定時間継続的に超えていると判断した場合に、１段進相させることを示す進相選択命令を力率調整手段の進相選択部に出力する構成とした。
かかる構成により、制御手段の設定部において、運転力率以上の基準力率をメモリに設定しておくと、力率制御部によって、タイマが監視され、電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づく力率が、基準力率を所定時間継続的に超えていると判断された場合に、１段進相させることを示す進相選択命令が力率調整手段の進相選択部に出力される。

以上説明したように、請求項１の発明に係る自動電圧及び力率制御装置によれば、設定部で設定された所望の運転電圧が所望の運転時間だけ出力され、且つ設定された所望の運転力率の電力が供給されるので、高圧積算電力計，受電トランス，分電盤からなる配線システムにおいて、分電盤と負荷との間に、この発明の自動電圧及び力率制御装置を介在させておくことで、消費電力量を低減させることができ、この結果、省エネルギ化を図ることができるという優れた効果がある。また、エアコン等の負荷機器は、インバータ等を多様に使用してコントロールしているため、高調波によって、受電トランス，分電盤や、その間の線路に異常発熱，誤動作，経年変化が早まる等の影響がでるが、この自動電圧及び力率制御装置によって、負荷に加える電力を効率よく利用することができるので、高調波軽減を図ることができる。そして、高圧積算電力計，受電トランス，線路全体からなる配線システムの力率を向上させることができるので、このシステムを流れる電流や無効電力を減少させることができる。この結果、受電トランスにおいては、銅損による電力ロスが低減し、この面からも省エネルギ化が図られる。また、上記線路は比較的長く設定されることが多く、かかる場合には、その間の電力ロスや発熱の原因となる。しかし、この自動電圧及び力率制御装置によって、力率を向上させることができるので、上記線路による電力ロスや発熱を抑制することができ、さらなる省エネルギ化を図ることができる。

また、請求項２の発明によれば、各種運転時間に対応した運転電圧が自動的に設定されるので、電力をさらに効率よく利用することができる。

また、請求項３によれば、電圧調整手段からの出力電圧が、基準電圧を所定時間継続的に超えていると判断された場合に、運転電圧よりも１段低い出力電圧が選択されるので、供給電圧の変動によって、極端に高い電圧が生じた場合に出力電圧が自動的に低くなり、この結果、供給電圧の上昇を抑え、負荷への悪影響を防止することができる。

また、請求項４の発明によれば、不適当な電圧変動に対して、出力電圧を、適切な電圧になるように自動的に制御することができる。

また、請求項５の発明によれば、力率が、基準力率を所定時間継続的に超えていると判断された場合に、１段進相させることを示す進相選択命令が力率調整手段の進相選択部に出力されるので、負荷電流等によって、極端に高い電流が生じた場合に力率が自動的に高くなり、この結果、負荷電流の急激な増減による負荷への悪影響を防止することができる。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る自動電圧及び力率制御装置を示す回路図であり、図２は、制御手段のブロック図であり、図３は、メモリ内のデータ構造を示す表図である。
図１に示すように、この自動電圧及び力率制御装置１は、電圧調整手段２と、力率調整手段３と制御手段４とを備えて、単相三線式電源のＲ相及びＮ相に接続される。

電圧調整手段２は、Ｒ相の入力端子１０から入力された入力電圧Ｖｉｎをｎ数段の電圧に変換する回路であり、電圧変換部としての調整トランス回路２０と電圧選択部としてのスイッチ回路２１と直列トランス回路２２とを有してなる。
調整トランス回路２０は、入力端子１０とＮ相の端子１１との間に分路巻線２０ａを接続し、この分路巻線２０ａにｎ数のタップ２０ｂ−１〜２０ｂ−ｎを設けた構造になっている。
スイッチ回路２１は、後述する電圧選択指令Ｖｒに従って、上記ｎ数のタップ２０ｂ−１〜２０ｂ−ｎの中からいずれか１つを選択する回路である。具体的には、可動端子２１ａをタップ２０ｂ−１〜２０ｂ−ｎのいずれかに接触させて、接触したタップに対応した電圧Ｖ０を得る。
直列トランス回路２２は、入力端子１０に直列に接続された二次側コイル２２ａとスイッチ回路２１の可動端子２１ａに接続された一次側コイル２２ｂとで構成されている。
電圧調整手段２が上記構成をとることにより、入力端子１０から入力された入力電圧Ｖｉｎがスイッチ回路２１の可動端子２１ａによって選択されたタップに対応した電圧Ｖ０に変換され、この電圧Ｖ０に対応した出力電圧Ｖ１〜Ｖｎが直列トランス回路２２から出力端子１２側に送出される。この実施例では、スイッチ回路２１がタップ２０ｂ−１，２０ｂ−２，〜，２０ｂ−ｎに接触しているとき、それぞれＶ１，Ｖ２，〜，Ｖｎの出力電圧Ｖｘ（ｘ＝１〜ｎ）が直列トランス回路２２の二次側コイル２２ａから出力するものとする。

力率調整手段３は、進相部としてのコンデンサ回路３０と進相選択部としてのスイッチ回路３１とを有してなる。
コンデンサ回路３０は、入力端子１０からの入力電流Ｉｉｎの位相を複数段に進相可能な回路である。具体的には、直列トランス回路２２の二次側コイル２２ａの前段で分岐した線路に３つのコンデンサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを並列に接続した構成になっている。
スイッチ回路３１は、後述する進相選択命令Ｃｒに従って、コンデンサ３０ａ〜３０ｃのいずれか又は全てで構成される複数段の進相のうちいずれかの進相を選択する回路である。具体的には、スイッチ回路３１は、コンデンサ３０ａ〜３０ｃの前段とそれぞれ接続された３つのスイッチ３１ａ，３１ｂ，３１ｃでなり、スイッチ３１ａ〜３１ｃのいずれか又は全てを閉じることで、コンデンサ回路３０の合成容量を変えることができる。

制御手段４は、上記電圧調整手段２及び力率調整手段３を制御するための手段であり、電圧調整手段２からの出力電圧Ｖｘに基づいて電圧選択指令Ｖｒをスイッチ回路２１に送ると共に、出力電圧Ｖｘと出力電流Ｉｘとに基づいて、進相選択命令Ｃｒをスイッチ回路３１に送る機能を有する。
具体的には、制御手段４は、マイクロコンピューター等であり、図２に示すように、設定部４０と電圧制御部４１と力率制御部４２とメモリ４３とタイマ４４とを機能ブロックとして備える。

設定部４０は、電圧調整手段２の各段の出力電圧Ｖ１〜Ｖｎと所定月日の運転時間Ｔ１〜Ｔｍとを対応づけた電圧データをメモリ４３内に入力することができる部分である。具体的には、図３に示すように、運転時間と各段の出力電圧との組（Ｔ１，Ｖ１），（Ｔ２，Ｖ２），…，（Ｔｍ，Ｖｎ）をメモリ４３に記録する。また、この設定部４０は、これらの組のうちから現時点で希望する組（Ｔｊ，Ｖｊ）を運転電圧として設定することができる。さらに、設定部４０は、運転電圧（Ｔｊ，Ｖｊ）の運転時間Ｔｊをタイマ４４で監視し、運転時間Ｔｊが経過したと判断した場合に、その際のタイマ４４が示す月日の時間に対応する運転時間Ｔｋを有する組（Ｔｋ，Ｖｋ）を運転電圧として自動的に設定する機能も有する。
さらに、この設定部４０は、希望する力率Ｐを運転力率として、メモリ４３に設定することができる。

電圧制御部４１は、メモリ４３から運転電圧（Ｔｊ，Ｖｊ）を読み出し、調整トランス回路２０の複数の出力段のうち、直列トランス回路２２からの出力電圧Ｖｘが運転電圧Ｖｊになるように制御するための電圧選択指令Ｖｒをスイッチ回路２１に出力する。そして、運転電圧（Ｔｊ，Ｖｊ）の運転時間Ｔｊだけこの接触状態を維持するように、スイッチ回路２１を制御する機能を有する。すなわち、可動端子２１ａをタップ２０ｂ−１〜２０ｂ−ｎのうちから、運転電圧Ｖｊに対応するタップに接続させる。

力率制御部４２は、電圧調整手段２からの出力電圧Ｖｘと出力電流Ｉｘとに基づいて実際の力率Ｐｘを演算すると共に、運転力率Ｐをメモリ４３から読み出し、この運転力率Ｐと力率Ｐｘとを比較する機能を有している。そして、力率制御部４２は、力率Ｐｘが運転力率Ｐよりも小さいと判断した場合に、進相選択命令Ｃｒを力率調整手段３のスイッチ回路３１に出力する。具体的には、スイッチ３１ａ〜３１ｃのいずれかを機能させて、コンデンサ３０ａ〜３０ｃの合成容量値を増減させることにより、電圧調整手段２からの出力電流Ｉｘの位相を変化させるようになっている。

次にこの実施例に係る自動電圧及び力率制御装置１が示す動作について説明する。
図４は、自動電圧及び力率制御装置１が使用される商用電源の配線システムを示すブロック図である。
図４に示す高圧積算電力計１００と受電トランス１０１と分電盤１０２とが直列に接続された配線システムにおいて、自動電圧及び力率制御装置１を分電盤１０２と負荷１１０との間に接続する。すなわち、自動電圧及び力率制御装置１の入力端子１０を分電盤１０２の出力端に接続し、自動電圧及び力率制御装置１の出力端子１２を負荷１１０の入力端に接続する。なお、ここでは、負荷１１０としていわゆるエアコンを適用するものとする。

かかる状態で、自動電圧及び力率制御装置１において制御手段４の設定部４０を用いて、電圧データ，運転電圧，運転力率を設定する。
例えば、ここでは、電圧データ（Ｔ１，Ｖ１），（Ｔ２，Ｖ２），（Ｔ３，Ｖ３），（Ｔ４，Ｖ４），（Ｔ５，Ｖ５）をそれぞれ（７月１５日〜８月１５日，２１０ボルト），（６月１日〜７月１４日及び８月１６日〜８月３１日，２０８ボルト），（５月１日〜５月３１日及び９月１日〜９月３０日，２０７ボルト），（４月１日〜４月３０日及び１０月１日〜１０月３１日，２０５ボルト），（１月１日〜３月３１日及び１１月１日〜１２月３１日，２００ボルト）に設定し、現月日の運転電圧（Ｔｊ，Ｖｊ）を（Ｔ２，Ｖ２）＝（６月１日〜７月１４日，２０８ボルト）と設定すると共に、力率Ｐを「９３％」に設定するものとする。
これにより、図４に示す高圧積算電力計１００，受電トランス１０１，分電盤１０２を通じて、図１に示す自動電圧及び力率制御装置１の入力端子１０に入力されたＲ相の入力電圧Ｖinは、電圧調整手段２によって出力電圧Ｖｘに変換されて、出力端子１２側に出力される。
このとき、制御手段４の電圧制御部４１は、メモリ４３の運転電圧（Ｔｊ，Ｖｊ）を読み出し、電圧選択指令Ｖrをスイッチ回路２１に出力しているが、現在の運転電圧（Ｔｊ，Ｖｊ）は（６月１日〜７月１４日，２０８ボルト）であるので、可動端子２１ａとスイッチ回路２１ｂ−２との接触を維持する電圧選択指令Ｖrが電圧制御部４１からスイッチ回路２１に出力される。この結果、２０８ボルトの出力電圧Ｖ２が運転時間６月１日〜７月１４日の間、直列トランス回路２２から出力端子１２側に出力され、図４に示すエアコン１１０は、この２０８ボルトの電源電圧で駆動されることとなる。

そして、７月１５日に至ると、設定部４０がタイマ４４に基づき、７月１５日に対応する運転時間Ｔ１（７月１５日〜８月１５日）を有する組（Ｔ１，Ｖ１）をメモリ４３の電圧データから読み出して、この（Ｔ１，Ｖ１）＝（７月１５日〜８月１５日，２０９ボルト）を運転電圧としてメモリ４３内に設定する。
すると、この運転電圧（Ｔ１，Ｖ１）が電圧制御部４１になってメモリ４３から読み出され可動端子２１ａとタップ２０ｂ−１との接触に切り換える電圧選択指令Ｖrが電圧制御部４１からスイッチ回路２１に出力される。この結果、２１０ボルトの出力電圧Ｖ１が直列トランス回路２２から出力端子１２側に出力され、エアコン１１０が２１０ボルトの電源電圧で駆動されることとなる。
以後、同様にして、自動電圧及び力率制御装置１の出力端子１２から出力される電圧がメモリ４３の電圧データに基づいて切り換わり、エアコン１１０は、所定運転時間だけ所定の運転電圧で駆動されることとなる。

一般にエアコン１１０等の誘導負荷は、周囲の温度が設定温度に至ると、駆動を停止し、周囲の温度が基準温度以上又は以下になると、再駆動するようになっている。
図５は、エアコン１１０の駆動時間と周囲の温度との関係を示す線図である。例えば、エアコン１１０を７月１５日〜８月１５日の真夏に２００ボルトの電圧で駆動すると、図５の直線Ｓ１で示すように、基準温度３０℃から設定温度２６℃に至るまでに、ｔ１分という長い時間２００ボルトの電圧をエアコン１１０に供給し続けなければならない。しかし、この自動電圧及び力率制御装置１のように、２１０ボルトの電圧をエアコン１１０に供給すると、直線Ｓ２で示すように、ｔ２分という短時間で設定温度２６℃に至らしめることができるので、図４の高圧積算電力計１００が示す消費電力量が少なくなり、省エネルギ化を図ることができる。
また、エアコン１１０等の負荷機器は、インバータ等を多様に使用してコントロールしているため、高調波によって、受電トランス１０１，分電盤１０２や、その間の線路１０３に異常発熱，誤動作，経年変化が早まる等の影響がでるが、この自動電圧及び力率制御装置１のように、エアコン１１０の電力を効率よく利用することで、高調波軽減を図ることができる。

この自動電圧及び力率制御装置１では、上記のように、エアコン１１０に適切な出力電圧Ｖｘを供給して効率を上げることにより、エアコン１１０の消費電力の削減を図ることができるが、さらに、力率調整手段３によって力率調整も図ることができる。
すなわち、直列トランス回路２２から出力された出力電圧Ｖｘと出力電流Ｉｘとは図２に示す制御手段４の力率制御部４２に入力される。すると、力率制御部４２において、これら出力電圧Ｖｘと出力電流Ｉｘとに基づいて、現実の力率Ｐｘが演算される。そして、この力率Ｐｘがメモリ４３から読み出された運転力率Ｐ（９３％）と比較される。具体的には、算出された力率Ｐｘが「８０％」等、運転力率「９３％」よりも低い場合には、例えばスイッチ３１ａを閉じさせるための進相選択命令Ｃｒが力率制御部４２からスイッチ回路３１に出力され、直列トランス回路２２から出力される出力電流Ｉｘが進相される。この進相された出力電流Ｉｘが力率制御部４２に入力されると同時に力率制御部４２に入力されている出力電圧Ｖｘと共に力率Ｐｘの演算対象となる。そして、上記と同様に、この力率Ｐｘと運転力率Ｐとが比較され、力率Ｐｘが運転力率９３％よりも低い場合には、上記と同様にして、進相選択命令Ｃｒがスイッチ回路３１に出力され、スイッチ３１ｂ，３１ｃのいずれかが閉じられる。かかる動作によって、実際の力率Ｐｘが力率Ｐと略等しくなった時点で、出力電流Ｉｘに対する進相作用が停止される。この結果、以後は、略運転力率９３％の電力が図４に示す高圧積算電力計１００，受電トランス１０１，分電盤１０２，自動電圧及び力率制御装置１を通じて、エアコン１１０に供給されることとなる。

このように、高圧積算電力計１００，受電トランス１０１，線路１０３全体からなる配線システムの力率を向上させることができるので、このシステムを流れる電流や無効電力を減少させることができる。この結果、受電トランス１０１においては、銅損による電力ロスが低減し、この面からも省エネルギ化が図られる。また、線路１０３は比較的長く設定されることが多く、かかる場合には、その間の電力ロスや発熱の原因となる。しかし、自動電圧及び力率制御装置１において、力率を向上させることで線路１０３による電力ロスや発熱を抑制することができ、さらなる省エネルギ化を図ることができる。

次に、この発明の第２実施例に係る自動電圧及び力率制御装置について説明する。
図６は、この実施例の要部である制御手段４のブロック図であり、図７は、第２実施例におけるメモリ４３のデータ構造を示す表図である。
この実施例は、電圧制御部４１に電圧比較部４１ａを設け、力率制御部４２に力率比較部４２ａを設けた点が上記１実施例の自動電圧及び力率制御装置１と異なる。

具体的には、設定部４０は、５段の電圧データＶ１〜Ｖ５のうち最大の出力電圧Ｖ１（２１０ボルト）以上の基準電圧Ｖｒｅｆをメモリ４３に設定することができる。この実施例では、基準電圧Ｖｒｅｆを出力電圧Ｖ１（２１０ボルト）と設定した。また、この設定部４０は、力率Ｐ以上の基準力率Ｐｒｅｆも設定可能であり、この実施例では、基準力率Ｐｒｅｆを力率Ｐ（９３％）に設定した。
電圧制御部４１の電圧比較部４１ａは、電圧調整手段２からの出力電圧Ｖｘとメモリ４３から読み出した基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、出力電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｒｅｆを超えていると判断した場合に、その結果を電圧制御部４１に通知する。電圧制御部４１は、タイマ４４を監視し、電圧比較部４１ａからの通知が、所定時間例えば５秒間継続的に行われた場合に、電圧選択指令Ｖrをスイッチ回路２１に出力する機能を有する。このとき、電圧選択指令Ｖrは、運転電圧Ｖｊよりも、１段低い出力電圧を選択することを示す。

力率制御部４２の力率比較部４２ａは、電圧調整手段２からの出力電圧Ｖｘと出力電流Ｉｘとに基づく力率Ｐｘが基準力率Ｐｒｅｆを超えていると判断した場合に、その結果を力率制御部４２に通知する。力率制御部４２は、タイマ４４を監視し、力率比較部４２ａからの通知が所定時間例えば５秒間継続的に行われた場合に、進相選択命令Ｃｒをスイッチ回路３１に出力する機能を有する。このとき、進相選択命令Ｃｒは、力率Ｐｘが力率Ｐよりも１段低い力率になるように、出力電流Ｉｘを進相させることを示す。

かかる構成により、図４に示した配線システムに急激な負荷電流等が入り込み、電圧調整手段２からの出力電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｒｅｆである２１０ボルトを超えた場合には、その通知が電圧比較部４１ａから電圧制御部４１に継続的に行われる。そして、この通知が５秒間以上続いた場合には、電圧選択指令Ｖrが電圧制御部４１からスイッチ回路２１に出力される。現時点での運転電圧がＶ１（２１０ボルト）であり、スイッチ回路２１の可動端子２１ａがタップ２０ｂ−１に接触しているとすると、この電圧選択指令Ｖrによって可動端子２１ａがタップ２０ｂ−２との接触に切り換わり、直列トランス回路２２からの出力電圧Ｖｘを下げるように働く。
また、上記負荷電流等の影響によって、力率制御部４２に入力される力率Ｐｘが基準力率Ｐｒｅｆ９３％を超えた場合には、その通知が力率比較部４２ａから力率制御部４２に行われ、この通知が５秒間以上継続した場合には、進相選択命令Ｃｒが力率制御部４２からスイッチ回路３１に出力される。現時点での力率Ｐが９３％であり、スイッチ回路３１のスイッチ３１ａ，３１ｂが閉じているとすると、この進相選択命令Ｃｒによって、スイッチ３１ａ，３１ｂのいずれかが開いて、力率Ｐｘを下げるように働く。

このように、この実施例の自動電圧及び力率制御装置によれば、負荷電流等によって、極端に高い電圧や電流変動が生じた場合に出力電圧Ｖｘや力率Ｐｘを自動的に低くするので、高い電圧や電流変動によるエアコン１１０への悪影響を防止することができる。
その他の構成，作用及び効果は上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

最後に、この発明の第３実施例に係る自動電圧及び力率制御装置について説明する。
図８は、この実施例の要部である制御手段４のブロック図である。
この実施例は、電圧制御部４１にさらに変動検知部４１ｂを設けた点が、上記第２実施例と異なる。

電圧制御部４１の変動検知部４１ｂは、メモリ４３の電圧データと運転電圧とに基づいて、電圧調整手段２からの出力電圧Ｖｘが運転電圧よりも１段高い電圧以上の範囲で変動しているか否かを検知し、当該範囲で変動している場合に制御手段４に通知する機能を有している。また、この変動検知部４１ｂは、出力電圧Ｖｘが運転電圧よりも１段低い電圧以下の範囲で変動しているか否かを検知し、当該範囲で変動している場合に、制御手段４にその通知をする機能も有する。
電圧制御部４１は、変動検知部４１ｂからの通知が所定時間例えば５秒間継続的に行われた場合に、電圧選択指令Ｖrをスイッチ回路２１に出力する機能を有する。

具体的には、運転電圧Ｖｊが例えばＶ３（２０７ボルト）に設定されている場合において、出力電圧Ｖｘが運転電圧Ｖ３よりも１段高いＶ２（２０８ボルト）以上の範囲で、５秒間継続的に変動した場合には、その通知が変動検知部４１ｂから電圧制御部４１になされ、可動端子２１ａとタップ２０ｂ−３との接触を可動端子２１ａとタップ２０ｂ−４との接触に切り換えて、出力電圧Ｖｘを低減させる電圧選択指令Ｖrがスイッチ回路２１に出力される。また、出力電圧Ｖｘが運転電圧Ｖ３よりも１段低いＶ４（２０５ボルト）以下の範囲で５秒間継続的に変動している場合には、可動端子２１ａとタップ２０ｂ−２との接触に切り換わる電圧選択指令Ｖrがスイッチ回路２１に出力される。
このように、この実施例では、不適当な電圧変動に対して、出力電圧Ｖｘが適切な電圧になるように自動的に制御することができる。
その他の構成，作用及び効果は上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記実施例では、電圧選択部としてのスイッチ回路２１をｎ数のタップ２０ｂ−１〜２０ｂ−ｎと可動端子２１ａとで構成したが、サイリスタなどの素子を用い、これらの素子を選択的にオン，オフすることで、タップ２０ｂ−１〜２０ｂ−ｎのいずれかの出力電圧を選択するようにもできる。
また、上記実施例では、単相三線式の商用電源に用いる自動電圧及び力率制御装置について説明したが、これに限定されるものでなく、単相二線式，三相三線式や三相四線式などの電源にも利用することができる。
さらに、上記実施例では、エアコン１１０に適用した例を示したが、エアコン１１０などの空調機だけでなく、冷凍装置や冷蔵庫などの誘導負荷に適用することができることは勿論である。

この発明の第１実施例に係る自動電圧及び力率制御装置を示す回路図である。 制御手段のブロック図である。 メモリ内のデータ構造を示す表図である。 自動電圧及び力率制御装置が使用される商用電源の配線システムを示すブロック図である。 エアコンの駆動時間と周囲の温度との関係を示す線図である。 この実施例の要部である制御手段のブロック図である。 第２実施例におけるメモリのデータ構造を示す表図である。 この実施例の要部である制御手段のブロック図である。 従来例に係る自動電圧及び力率制御装置を示すブロック図である。 図９の装置における動作時の波形図である。

符号の説明

１…自動電圧及び力率制御装置、 ２…電圧調整手段、 ３…力率調整手段、 ４…制御手段、 １０…入力端子、 １２…出力端子、 ２０…調整トランス回路、 ２０ａ…分路巻線、 ２０ｂ−１〜２０ｂ−ｎ…タップ、 ２１…スイッチ回路、２１ａ…可動端子、 ２２…直列トランス回路、 ２２ａ…二次側コイル、 ２２ｂ…一次側コイル、 ３０…コンデンサ回路、 ３０ａ〜３０ｃ…コンデンサ、 ３１…スイッチ回路、 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…スイッチ、 ４０…設定部、 ４１…電圧制御部、 ４１ａ…電圧比較部、 ４１ｂ… 変動検知部、 ４２…力率制御部、 ４２ａ…力率比較部、 ４３…メモリ、 ４４…タイマ、 １００…高圧積算電力計、１０１…受電トランス、 １０２…分電盤、 １１０…エアコン（負荷）、 Ｃｒ…進相選択命令、 Ｉｉｎ…入力電流、Ｉｘ… 出力電流、 Ｐ…運転力率、 Ｐｒｅｆ…基準力率、 Ｐｘ…力率、 Ｔ１〜Ｔｍ…運転時間、 Ｖｉｎ…入力電圧、 Ｖｊ…運転電圧、 Ｖｒ…電圧選択指令、 Ｖｒｅｆ…基準電圧、 Ｖｘ…出力電圧。

Claims (5)

1. 入力電圧を複数段の出力電圧に変換可能な電圧変換部，及び電圧選択命令に従って、上記複数段の出力電圧のうちのいずれか１つの出力電圧を選択する電圧選択部を有してなる電圧調整手段と、
   上記入力電流の位相を複数段に進相可能な進相部，及び進相選択命令に従って、上記複数段の進相のうちのいずれか１つの進相を選択する進相選択部を有してなる力率調整手段と、
   上記電圧調整手段からの出力電圧に基づいて、上記電圧選択命令を電圧選択部に送ると共に、上記電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づいて、上記進相選択命令を進相選択部に送る制御手段と
   を備える自動電圧及び力率制御装置であって、
   上記制御手段は、
   上記各段の出力電圧と所定月日の運転時間とを対応づけた電圧データをメモり内に入力すると共に所望段の出力電圧を運転電圧として設定可能であり、且つ所望の力率を運転力率として設定可能な設定部と、
   上記電圧変換部の複数段の出力電圧のうち上記運転電圧を選択することを示す上記電圧選択命令を上記電圧選択部に出力すると共に、当該運転電圧が対応する月日の運転時間だけ当該運転電圧の選択を電圧選択部に継続させる電圧制御部と、
   上記電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づく力率と上記運転力率とを比較し、当該力率が運転力率よりも小さい場合に、上記進相選択命令を上記力率調整手段の進相選択部に出力する力率制御部と
   を具備することを特徴とする自動電圧及び力率制御装置。
2. 請求項１に記載の自動電圧及び力率制御装置において、
   上記制御手段の設定部は、設定されている運転電圧の運転時間をタイマで監視し、当該運転時間が経過した場合に、その際のタイマが示す月日の時間に対応する運転時間の出力電圧を上記電圧データから読み出して運転電圧として設定する、
   ことを特徴とする自動電圧及び力率制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の自動電圧及び力率制御装置において、
   上記制御手段の設定部は、上記複数段の出力電圧のうち最大出力電圧以上の基準電圧を上記メモリに設定可能であり、
   上記電圧制御部は、タイマを監視し、上記電圧調整手段からの出力電圧が、上記基準電圧を所定時間継続的に超えていると判断した場合に、上記運転電圧よりも１段低い出力電圧を選択することを示す上記電圧選択命令を上記電圧選択部に出力する、
   ことを特徴とする自動電圧及び力率制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の自動電圧及び力率制御装置において、
   上記電圧制御部は、タイマを監視し、上記電圧調整手段からの出力電圧が、上記運転電圧よりも１段高い出力電圧以上の電圧範囲で所定時間継続的に変動していると判断した場合に、上記運転電圧よりも１段低い出力電圧を選択することを示す上記電圧選択命令を上記電圧選択部に出力し、また、上記運転電圧よりも１段低い出力電圧以下の電圧範囲で所定時間継続的に変動していると判断した場合に、上記運転電圧よりも１段高い出力電圧を選択することを示す上記電圧選択命令を上記電圧選択部に出力する、
   ことを特徴とする自動電圧及び力率制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の自動電圧及び力率制御装置において、
   上記制御手段の設定部は、上記運転力率以上の基準力率を上記メモリに設定可能であり、
   上記力率制御部は、タイマを監視し、上記電圧調整手段からの出力電圧と出力電流とに基づく力率が、上記基準力率を所定時間継続的に超えていると判断した場合に、１段進相させることを示す進相選択命令を上記力率調整手段の進相選択部に出力する、
   ことを特徴とする自動電圧及び力率制御装置。

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