JP2009268313A - 電圧補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電圧が低下したとき負荷抵抗に応じて適合して直流電圧の低下を補償できる電圧補償装置を提供することである。
【解決手段】単相ダイオード整流回路１１または三相ダイオード整流回路に外付けで接続する際に、直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ容量Ｃを推定し、これらに基づいて交流電圧の低下の際に直流機器１５の耐量を満たす直流電圧Ｖｄを維持するために必要となる昇圧用コンデンサ１７の容量を演算部２３で演算し、演算部２３で演算された昇圧用コンデンサ容量Ｃａを表示部２６に表示出力する。または、スイッチ操作部２７は昇圧用コンデンサ１７の容量が演算部２３で演算された昇圧用コンデンサ容量Ｃａとなるように接続切替スイッチ１８を接続切り替え操作する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給するダイオード整流回路の交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置に関する。

ダイオード整流回路としては、図１８に示すようなコンデンサ入力形の単相ダイオード整流回路１１がある。交流電源１２の交流電圧Ｖｓは、４個のダイオードＤのブリッジ回路で構成された整流器１３に印加され、整流器１３で整流され平滑コンデンサ１４で平滑された直流電圧Ｖｄは直流機器１５に印加される。その際に、直流機器１５の負荷抵抗に応じて交流電源１２から交流電流Ｉｓが供給される。この単相ダイオード整流回路１１は、交流電源１２の交流電圧Ｖｓから直流電圧Ｖｄを得る回路としては非常に簡単便利であるという利点をもち、家電・ＯＡ機器等に大量に使用されているが、交流電圧Ｖｓが変動すると、その変動が直流電圧Ｖｄに直接伝わり、所期の直流電圧が得られないという欠点をもつ。

交流電圧Ｖｓの変動のうち、特に交流電圧Ｖｓの低下においては、直流電圧Ｖｄもあわせて低下し、直流回路に接続された直流機器１５（家電・ＯＡ機器に内蔵されている電子回路や、直流回路の先に接続されている負荷としてのインバータ等）が正常に動作を続けられなくなる。

ダイオード整流回路１１の交流電圧Ｖｓが低下しても、直流電圧Ｖｄを低下させない改良方法としては、（１）直流回路に接続する平滑コンデンサ１４の静電容量を増強したものや、（２）直流回路に昇圧チョッパ回路を接続し、直流電圧Ｖｄが低下した場合には昇圧チョッパ回路を動作させるようにしたものがある。

平滑コンデンサ１４の静電容量を増強したものでは、直流電圧Ｖｄの低下（減衰）にかかる時定数を伸ばしているだけであるので、交流電圧Ｖｓが低下し続ければ、直流電圧Ｖｄは持ちこたえられず、やがてゼロまで低下してしまう。また、平滑コンデンサ１４の静電容量が大きくなると、常時の交流電流Ｉｓのピーク値が増加し、ダイオードＤの電流責務が増加する。また、交流電流Ｉｓの波形の尖鋭度が増加し、静電容量の増強前に比べてますますパルス状の波形になり交流電流Ｉｓの高調波含有量も増加する。

一方、昇圧チョッパ回路を接続し直流電圧Ｖｄを昇圧するものでは、昇圧チョッパ回路を構成するために、自己消弧形スイッチング素子、ダイオード、コンデンサ、リアクトルが必要であり、部品点数が増加する。昇圧チョッパ回路を接続することで、簡素さが利点であったダイオード整流回路が複雑化してしまう。また、交流電圧Ｖｓが低下し続けても、交流電圧Ｖｓがほぼゼロまで低下しなければ、直流電圧Ｖｄを一定に保つことができる点では非常に高性能であるが、スイッチング素子としては、自己消弧形でかつ数ｋＨｚ以上の高速なスイッチング周波数で動作できる性能の良いもの（MOSFETやIGBT）が必要となる。さらに、スイッチング素子のゲート信号を決定するための制御ブロックも複雑である。

そこで、交流電源に対して全波整流回路を接続し、全波整流回路の出力端子間に平滑用コンデンサと、互いに直列に接続された昇圧用コンデンサとを互いに並列接続し、全波整流回路の入力端子と昇圧用コンデンサどうしの接続点との間にスイッチング手段を接続し、スイッチング手段を電源電圧の変動に応じてスイッチングさせて、直流電圧Ｖｄを昇圧させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３４２２２１８号公報

しかし、特許文献１のものでは、新たに接続する素子は昇圧用コンデンサ及びスイッチング手段であるので、簡単便利としながら直流電圧Ｖｄを実用上十分な変動範囲内に保つことができるが、新たな素子である昇圧用コンデンサ及びスイッチング手段は、ダイオード整流回路に組み込まれるので、ダイオード整流回路の平滑コンデンサの大きさやダイオード整流回路に接続される直流機器１５の負荷抵抗の大きさによっては、直流電圧Ｖｄの低下を補償するための昇圧用コンデンサの容量が適合しない場合がある。また、ダイオード整流回路の直流電圧Ｖｄの変動特性は、ダイオード整流回路に接続される直流機器１５の負荷抵抗の大きさや特性に応じて異なる。従って、特許文献１のものでは、昇圧用コンデンサの容量が異なった複数種類のダイオード整流回路を予め用意し、接続する直流機器１５に応じて使い分けをしなればならない。

本発明の目的は、交流電圧が低下したとき負荷抵抗に応じて適合して直流電圧の低下を補償できる電圧補償装置を提供することである。

請求項１の発明に係わる電圧補償装置は、単相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する単相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器のいずれか一方の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間に接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記単相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量を表示出力する表示部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる電圧補償装置は、単相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する単相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器のいずれか一方の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間に接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記単相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記昇圧用コンデンサ容量が前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量となるように前記接続切替スイッチを接続切り替え操作するスイッチ操作部とを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明に係わる電圧補償装置は、三相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する三相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器の三相各相の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間にそれぞれ接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記三相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量を表示出力する表示部とを備えたことを特徴とする。

請求項４の発明に係わる電圧補償装置は、三相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する三相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器の三相各相の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間にそれぞれ接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記三相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記昇圧用コンデンサ容量が前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量となるように前記接続切替スイッチを接続切り替え操作するスイッチ操作部とを備えたことを特徴とする。

請求項５の発明に係わる電圧補償装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明において、前記演算部は、前記単相ダイオード整流回路または前記三相ダイオード整流回路の接続後に、定期的に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定し、これらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算し、演算した昇圧用コンデンサ容量を前記表示部または前記スイッチ操作部に更新出力することを特徴とする。

請求項６の発明に係わる電圧補償装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項の発明において、前記双方向スイッチと前記整流器のいずれか一方の交流端子または三相交流端子との間に交流電流ピークを抑制するためのリアクトルを接続したことを特徴とする。

請求項７の発明に係わる電圧補償装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項の発明において、前記昇圧用コンデンサを形成する直列接続された２個のコンデンサにそれぞれ並列に、直流電圧をバランスさせるためのバンランサ抵抗を接続したことを特徴とする。

請求項８の発明に係わる電圧補償装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項の発明において、前記昇圧用コンデンサを複数個設け、各々の昇圧用コンデンサに対応して複数個の双方向スイッチを設け、各々の双方向スイッチが導通する所定の下限値及び各々の双方向スイッチが非導通となる所定の上限値を異ならせたことを特徴とする。

本発明によれば、ダイオード整流器に外付けで接続され、単相ダイオード整流回路または三相ダイオード整流回路に接続する際に、ダイオード整流器に接続される直流機器の負荷抵抗及びダイオード整流器の平滑コンデンサ容量を推定し、これらに基づいて交流電圧の低下の際に直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算し、演算された昇圧用コンデンサ容量を表示部に表示するので、負荷抵抗に応じた直流電圧の低下の補償が行えるように、昇圧用コンデンサの容量を手動で接続切り替えできる。また、スイッチ操作部を設けた場合には昇圧用コンデンサの接続切り替えを自動で行うことができる。

また、単相ダイオード整流回路または三相ダイオード整流回路の接続後に、定期的に交流電圧の低下の際に直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算するので、負荷抵抗の特性が変動した場合であっても、交流電圧が低下したとき負荷抵抗に応じて適合して直流電圧の低下を補償できる。

さらに、双方向スイッチと整流器のいずれか一方の交流端子または三相交流端子との間にリアクトルを接続した場合には交流電流ピークを抑制でき、昇圧用コンデンサの２個のコンデンサにそれぞれ並列にバランサ抵抗を接続した場合には、直流電圧をバランスさせることができる。さらに、複数個の昇圧用コンデンサを設け、各々の昇圧用コンデンサに対応して複数個の双方向スイッチを設け、各々の双方向スイッチが導通する直流電圧の下限値及び非導通となる上限値を異ならせた場合には、直流電圧の変動幅を抑制できる。

図１は本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置を単相ダイオード整流回路に外付けした場合の構成図である。交流電源１２の交流電圧Ｖｓは、単相ダイオード整流回路１１の４個のダイオードＤのブリッジ回路で構成された整流器１３に印加され、整流器１３で整流され平滑コンデンサ１４で平滑された直流電圧Ｖｄが直流機器１５に印加される。その際に、直流機器１５の負荷抵抗に応じて単相ダイオード整流回路１１に交流電源１２から交流電流Ｉｓが供給される。

電圧補償装置１６は、既存の単相ダイオード整流回路１１に外付けで接続される。電圧補償装置１６は、昇圧用コンデンサ１７、接続切替スイッチ１８、双方向スイッチ１９を有している。

昇圧用コンデンサ１７は、２個のコンデンサを直列接続して１組とし、これら複数組の直列接続された２個のコンデンサを平滑コンデンサ１４に並列接続して構成される。図１では、４組の直列接続された２個のコンデンサ１７ａ１、１７ａ２〜１７ｄ１、１７ｄ２を平滑コンデンサ１４に並列接続した場合を示している。また、各々のコンデンサ１７ａ１、１７ａ２〜１７ｄ１、１７ｄ２の容量をＣ１１、Ｃ２１〜Ｃ１４、Ｃ２４で示している。

接続切替スイッチ１８は複数組の直列接続された２個のコンデンサの接続を切り替えて、昇圧整流する際の昇圧用コンデンサ１７の合計容量を所望の容量とするものである。接続切替スイッチ１８は直列接続された２個のコンデンサの組数と同じ個数のスイッチＭ１〜Ｍ４を有し、スイッチＭ１〜Ｍ４の開閉により昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とする。いま、同じ組のコンデンサ容量は同じであり、以下の容量であるとする。すなわち、Ｃ１１＝Ｃ２１＝１０μＦ、Ｃ１２＝Ｃ２２＝２０μＦ、Ｃ１３＝Ｃ２３＝４０μＦ、Ｃ１４＝Ｃ２４＝８０μＦであるとする。この場合のスイッチＭ１〜Ｍ４の開閉状態と昇圧用コンデンサ１７の合計容量との関係は表１に示すようになる。

表１では、×はスイッチの開状態を示し、○はスイッチの閉状態を示している。双方向スイッチ１９側から見た昇圧用コンデンサ１７の容量（昇圧整流する際の容量）は、表１から分かるように、すべてのスイッチＭ１〜Ｍ４が開いているときは昇圧用コンデンサ１７の容量は０である。スイッチＭ１のみが閉じているときは昇圧用コンデンサ１７の容量は１０μＦ、スイッチＭ２のみが閉じているときは昇圧用コンデンサ１７の容量は２０μＦ、スイッチＭ１、Ｍ２が閉じているときは昇圧用コンデンサ１７の容量は３０μＦ、スイッチＭ３のみが閉じているときは昇圧用コンデンサ１７の容量は４０μＦ、スイッチＭ１、Ｍ３が閉じているときは昇圧用コンデンサ１７の容量は５００μＦ、以下同様に、スイッチＭ１〜Ｍ４の開閉の組み合わせにより、昇圧整流時の昇圧用コンデンサ１７の容量を０μＦ〜１５０μＦのいずれかに設定できる。接続切替スイッチ１８の開閉により容量が決定された昇圧用コンデンサ１７は組込用スイッチ２０を閉じることにより、単相ダイオード整流回路１１の平滑コンデンサ１４に並列に接続される。

双方向スイッチ１９は単相ダイオード整流回路１１の整流器１３のいずれか一方の交流端子と昇圧用コンデンサ１７の中点との間に接続される。双方向スイッチ１９は２個のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を逆並列に接続して形成されている。なお、トライアックのように一つの双方向スイッチング素子で形成するようにしてもよい。双方向スイッチ１９は、組込用スイッチ２０により昇圧用コンデンサ１７が平滑コンデンサ１４に並列接続され、その後の単相ダイオード整流回路１１の動作中に、直流電圧Ｖｄが所定範囲を逸脱したときに導通し、昇圧用コンデンサ１７による昇圧整流を行う。すなわち、単相ダイオード整流回路１１の動作は、制御部２１は直流電圧検出器２２で検出された直流電圧Ｖｄを入力し、直流電圧Ｖｄが所定範囲にあるかどうかを判定し、所定範囲を逸脱したときに双方向スイッチ１９を導通させる。

次に、演算部２３は、昇圧用コンデンサ１７を単相ダイオード整流回路１１の平滑コンデンサ１４に並列接続する前、すなわち組込用スイッチ２０を閉じる前に、単相ダイオード整流回路１１が必要とする昇圧用コンデンサ１７の容量を演算するものである。演算部２３は、交流電圧検出器２４で検出された交流電圧Ｖｓ及び交流電流検出器２５で検出された交流電流Ｉｓを入力し、交流電圧Ｖｓ及び交流電流Ｉｓに基づいて、直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ１４の容量Ｃを推定する。そして、直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ１４の容量Ｃに基づいて、交流電圧Ｖｓの低下の際に直流機器１５の耐量を満たす直流電圧Ｖｄを維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａを演算する。

演算部２３で演算された昇圧用コンデンサの容量Ｃａは表示部２６に表示出力される。また、スイッチ操作部２７にも出力され、スイッチ操作部２７は昇圧用コンデンサ１７の容量が演算部２３が求めた容量Ｃａとなるように、スイッチＭ１〜Ｍ４を開閉操作する。なお、表示部２６及びスイッチ操作部２７は、いずれか一方を設けるようにしてもよい。例えば、表示部２６のみを設けた場合には、作業員は表示部２６に表示された昇圧用コンデンサの容量Ｃａを見て、手動でスイッチＭ１〜Ｍ４を開閉操作し、昇圧用コンデンサ１７の容量を設定することになる。スイッチ操作部２７のみを設けた場合には、スイッチ操作部２７で昇圧用コンデンサ１７の容量が自動設定される。その場合、作業員はスイッチＭ１〜Ｍ４の開閉状態を判断して昇圧用コンデンサ１７の容量を確認することになる。

次に、演算部２３での昇圧用コンデンサ１７の容量Ｃａの演算の仕方について説明する。昇圧用コンデンサ１７の容量Ｃａを演算するにあたっては、まず、単相ダイオード整流回路１１の直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ１４の容量Ｃを推定する。そして、直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ１４の容量Ｃから、単相ダイオード整流回路１１が交流電圧低下時に必要とする昇圧用コンデンサ１７の容量を演算することになる。

まず、直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ１４の容量Ｃの推定の仕方について検討する。この推定は、昇圧用コンデンサ１７が単相ダイオード整流回路１１の平滑コンデンサ１４に並列接続される前の単相ダイオード整流回路１１の動作状態において推定されるので、単相ダイオード整流回路１１の動作状態について検討する。

図２は単相ダイオード整流回路の説明図であり、図２（ａ）は単相ダイオード整流回路の回路図、図２（ｂ）は単相ダイオード整流回路１１の動作波形図である。昇圧用コンデンサ１７が単相ダイオード整流回路１１の平滑コンデンサ１４に並列接続される前の状態においては、単相ダイオード整流回路１１は、図２（ａ）に示すように、交流電源１２の交流電圧Ｖｓが単相ダイオード整流回路１１の４個のダイオードＤのブリッジ回路で構成された整流器１３に印加され、整流器１３で整流され平滑コンデンサ１４で平滑されて直流電圧Ｖｄが直流機器１５に印加されている。また、直流機器１５の負荷抵抗に応じて交流電源１２から交流電流Ｉｓが直流機器１５に供給されている。

この場合、直流機器１５の負荷抵抗Ｒは、交流電源１２から供給した電力Ｐと、負荷抵抗Ｒに電流が流れているときの直流電圧Ｖｄとの関係式（Ｐ＝Ｖｄ^２／Ｒ）から求めることができる。従って、直流機器１５の負荷抵抗Ｒを求めるには、交流電源１２から供給した電力Ｐと、負荷抵抗Ｒに電流が供給されている導通幅、その導通幅での直流電圧Ｖｄの値が必要となる。

ここで、図２（ｂ）に示すように、交流電圧Ｖｓの全波整流電圧が平滑コンデンサ１４の電圧より大きい期間（θ１〜θ２、π＋θ１〜π＋θ２、２π＋θ１〜２π＋θ２、…）において、交流電流Ｉｓが流れることになる。そこで、交流電流Ｉｓが流れる導通幅（θ２−θ１）の導通開始時（ωｔ＝θ１）の直流電圧Ｖ１と、導通終了時（ωｔ＝θ２）の直流電圧Ｖ２を求め、（Ｖ１＋Ｖ２）／２を導通幅（θ２−θ１）での直流電圧Ｖｄの値とする。また、交流電源１２から供給した電力Ｐは交流電圧Ｖｓの１周期における交流電圧Ｖｓと交流電流Ｉｓとの積の積分で求める。

一方、平滑コンデンサ１４の容量Ｃは、以下のようにして推定する。図２（ｂ）において、位相角θの期間（θ２〜π＋θ１）においては、平滑コンデンサ１４の電圧が交流電圧Ｖｓの全波整流電圧より大きいので、平滑コンデンサの容量Ｃと負荷抵抗Ｒとの放電回路が形成される。この放電回路による直流電圧Ｖｄは（１）式で示される。（１）式で、Ｖｄ０は定数、ωは角周波数（ωｔ＝θ）である。

放電期間（θ２≦θ≦π＋θ１）での初期値（θ＝θ２、Ｖｄ＝Ｖ２）を（１）式に代入して定数Ｖｄ０を求めると、定数Ｖｄ０は（２）式で示される。

（２）式で求めた定数Ｖｄ０を（１）式に代入すると、直流電圧Ｖｄは（３）式で示される。

次に、放電期間（θ２≦θ≦π＋θ１）での最終値（θ＝π＋θ１、Ｖｄ＝Ｖ１）を（３）式に代入して整理すると（４）式が得られる。

直流電圧の平滑という目的上、放電回路の時定数ωＣＲは放電期間幅（π＋θ１−θ２）に比べ十分長いので、（π＋θ１−θ２）／（ωＣＲ）≪１が満たされる。一般に、Padeの近似式より、ｘ≪１のときには（５）式が成り立つ。

従って、（４）式において、Padeの近似式を適用すると（６）式が成り立つ。

そして、（６）式を平滑コンデンサの容量Ｃについて整理すると（７）式が得られる。

図３は、演算部２３の詳細ブロック図である。図３において、演算部２３には、交流電圧検出器２４で検出された交流電圧Ｖｓ及び交流電流検出器２５で検出された交流電流Ｉｓが入力される。交流電流Ｉｓは演算部２３の電流絶対値演算器２８に入力され、電流絶対値｜Ｉｓ｜が求められる。電流絶対値演算器２８で求められた電流絶対値｜Ｉｓ｜は、比較器２９及び比較器３０に入力される。

比較器２９は交流電流Ｉｓが導通開始したかどうかを判定するものであり、電流絶対値｜Ｉｓ｜は導通開始判定値Ｉsmin1と比較され、電流絶対値｜Ｉｓ｜が導通開始判定値Ｉsmin1を超えたときは、比較器２９は、積分器３１にリセット信号ｒを出力するとともに、ＲＳフリップフロップ３２のセット端子Ｓに論理値「１」を出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ３２の出力端子Ｑからの論理値「１」の出力信号が積分器３１に積分される。

一方、比較器３０は交流電流Ｉｓが導通終了したかどうかを判定するものであり、電流絶対値｜Ｉｓ｜は導通終了判定値Ｉsmin2と比較され、電流絶対値｜Ｉｓ｜が導通終了判定値Ｉsmin2未満となったときは、比較器３０は、サンプルホールド回路３３にホールド信号ｈを出力するとともに、ＲＳフリップフロップ３２のリセット端子Ｒに論理値「１」を出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ３２の出力端子Ｑからの出力信号が零となり積分器３１への積分も停止する。従って、サンプルホールド回路３３にホールドされた値は、図２（ｂ）で示す導通幅（θ２−θ１）となる。

次に、交流電圧Ｖｓは演算部２３の電圧絶対値演算器３４に入力され、電圧絶対値｜Ｖｓ｜が求められる。電圧絶対値演算器３４で求められた電圧絶対値｜Ｖｓ｜は、サンプルホールド回路３５及びサンプルホールド回路３６に入力される。

サンプルホールド回路３５は交流電流Ｉｓが導通開始時点の直流電圧値Ｖ１を求めるものであり、比較器２９からの論理値「１」信号があったときの電圧絶対値｜Ｖｓ｜を導通開始時点の直流電圧値Ｖ１としてホールドする。サンプルホールド回路３６は交流電流Ｉｓが導通終了時点の直流電圧値Ｖ２を求めるものであり、比較器３０からの論理値「１」信号があったときの電圧絶対値｜Ｖｓ｜を導通終了時点の直流電圧値Ｖ２としてホールドする。従って、サンプルホールド回路３５にホールドされた値は、図２（ｂ）で示す導通開始時点の直流電圧値Ｖ１であり、サンプルホールド回路３６にホールドされた値は、図２（ｂ）で示す導通終了時点の直流電圧値Ｖ２である。

また、演算部２３の電力算出部３７には、交流電圧Ｖｓ及び交流電流Ｉｓが入力される。交流電圧Ｖｓ及び交流電流Ｉｓは電力算出部３７の乗算器３８に入力されて乗算され乗算値Ｉｓ・Ｖｓが求められる。そして、その乗算値Ｉｓ・Ｖｓは積分器３９で積分され、積分器３９での積分値がサンプルホールド回路４０でホールドされる。積分器３９は電源周波数発振器４１からの交流電源周波数の１周期毎のリセット信号ｒによりリセットされる。従って、交流電源周波数の１周期分の乗算値Ｉｓ・Ｖｓを積分することになる。同様に、サンプルホールド回路４０は電源周波数発振器４１からの交流電源周波数の１周期毎のホールド信号ｈにより、積分器３９の積分値をホールドする。サンプルホールド回路４０でホールドされた交流電源周波数の１周期毎の積分値は、係数器４２で１／Ｔ（Ｔ：交流電源の周期）が乗算されて電力Ｐとして出力される。

前述したように、直流機器１５の負荷抵抗Ｒは、交流電源１２から供給した電力Ｐと、負荷抵抗Ｒに電流が流れているときの直流電圧Ｖｄとの関係式（Ｐ＝Ｖｄ^２／Ｒ）から求める。また、負荷抵抗Ｒに電流が流れているときの直流電圧Ｖｄは、導通開始時（ωｔ＝θ１）の直流電圧の値をＶ１、導通終了時（ωｔ＝θ２）の直流電圧の値をＶ２としたとき、（Ｖ１＋Ｖ２）／２で近似する。

そこで、直流機器１５の負荷抵抗Ｒは、以下のようにして求める。まず、加算器４３で、サンプルホールド回路３５からの交流電流Ｉｓの導通開始時点の直流電圧値Ｖ１と、サンプルホールド回路３６からの交流電流Ｉｓの導通終了時点の直流電圧値Ｖ２とを加算し、係数器４４で係数（１／２）を乗算する。そして、得られた（Ｖ１＋Ｖ２）／２を自乗器４５で自乗し、除算器４６で｛（Ｖ１＋Ｖ２）／２｝^２を電力算出部３７で得られた電力Ｐで除算して直流機器１５の負荷抵抗Ｒを求める。

また、平滑コンデンサ１４の容量Ｃは、（７）式で示されるので、演算部２３では、（７）式の右辺が成り立つように演算を行い平滑コンデンサ１４の容量Ｃを求める。すなわち、加算器４７で｛π−（θ２−θ１）｝＝（π＋θ１−θ２）を求め、加算器４８で（Ｖ２−Ｖ１）を求める。そして、除算器５０で加算器４７で求めた（π＋θ１−θ２）を加算器４８で求めた（Ｖ２−Ｖ１）で除算して、（π＋θ１−θ２）／（Ｖ２−Ｖ１）を求める。また、加算器５１で（Ｖ１＋Ｖ２）を求め、係数器５２で係数（１／２）を乗算して、（Ｖ１＋Ｖ２）／２を求める。そして、乗算器５３で、（π＋θ１−θ２）／（Ｖ２−Ｖ１）と（Ｖ１＋Ｖ２）／２とを乗算し、さらに係数器５４にて１／ωを掛け算して、（Ｖ１＋Ｖ２）・（π＋θ１−θ２）／｛２ω（Ｖ２−Ｖ１）｝を求め、除算器５５でこれを負荷抵抗Ｒで除算して、（７）式に示す平滑コンデンサ１４の容量Ｃを求める。

このようにして求められた直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ１４の容量Ｃは相関関数テーブル５６に入力され、相関関数テーブル５６に基づいて、交流電圧Ｖｓの低下の際に直流機器１５の耐量を満たす直流電圧Ｖｄを維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａを求める。

図４は相関関数テーブル５６の一例の説明図である。図４に示すように、平滑コンデンサ容量Ｃに対して、交流電圧Ｖｓの低下の際に必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａが負荷抵抗Ｒをパラメータとして関数で示されている。例えば、負荷抵抗ＲがＲ２、コンデンサ容量ＣがＣ１であるときは、必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａは（Ｒ＝Ｒ２）の関数曲線からＣａ１として求められ、負荷抵抗ＲがＲ３、コンデンサ容量ＣがＣ２であるときは、必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａは（Ｒ＝Ｒ３）の関数曲線からＣａ２として求められる。

演算部２３で求められた昇圧用コンデンサの容量Ｃａは、表示部２６に出力される。表示部２６では、例えば、４個の発光ダイオードを有し、表２に示す判定基準で２進数表示を行う。

演算部２３で求められた昇圧用コンデンサの容量Ｃａが１０μＦであるときは、出力モード１として１桁目の発光ダイオードのみを点灯する。昇圧用コンデンサの容量Ｃａが２０μＦであるときは、出力モード２として２桁目の発光ダイオードのみを点灯し、３０μＦであるときは出力モード３として１桁目及び２桁目の発光ダイオードを点灯し、以下同様に、４０μＦ〜１５０μＦを表示する。なお、演算部２３で求められた昇圧用コンデンサの容量Ｃａの値が１０μＦ刻みの中間の値であるとき、例えば４３μＦであるときは、１桁目の数値を四捨五入して４０μＦを選択する。

これにより、交流電圧Ｖｓの低下の際に必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａが表示部２６に表示されるので、作業員は昇圧用コンデンサの容量Ｃａを容易に確認できる。また、スイッチ操作部２７を有しない場合には、作業員はスイッチＭ１〜Ｍ４を手動操作して表示部２６に表示された昇圧用コンデンサの容量Ｃａを手動で設定することができる。

一方、スイッチ操作部２７を有する場合には、演算部２３で求められた昇圧用コンデンサの容量Ｃａはスイッチ操作部２７に出力される。スイッチ操作部２７においても表示部２６と同様に、演算部２３で求められた昇圧用コンデンサの容量Ｃａが１０μＦであるときは、出力モード１として１０μＦのコンデンサＣ１１、Ｃ２１のみが双方向スイッチ１９に接続されるようにスイッチＭ１のみを閉じる。昇圧用コンデンサの容量Ｃａが２０μＦであるときは、出力モード２として２０μＦのコンデンサＣ１２、Ｃ２２のみが双方向スイッチ１９に接続されるようにスイッチＭ２のみを閉じ、昇圧用コンデンサの容量Ｃａが３０μＦであるときは出力モード３として１０μＦのコンデンサＣ１１、Ｃ２１及び２０μＦのコンデンサＣ１２、Ｃ２２が双方向スイッチ１９に接続されるようにスイッチＭ１、Ｍ２を閉じる。以下同様に、４０μＦ〜１５０μＦについてスイッチＭ１〜Ｍ４の開閉状態を組み合わせて双方向スイッチ１９に接続する。この場合においても、演算部２３で求められた昇圧用コンデンサの容量Ｃａの値が１０μＦ刻みの中間の値であるとき、例えば４３μＦであるときは、１桁目の数値を四捨五入して４０μＦを選択することになる。

これにより、交流電圧Ｖｓの低下の際に必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａが自動的に設定できるので、負荷抵抗Ｒや平滑コンデンサが未知の単相ダイオード整流回路に対しても容易に適用可能となり、負荷抵抗Ｒに応じた直流電圧の低下の補償が適切に行える。

昇圧用コンデンサ１７の合計容量が演算部２３で求めた昇圧用コンデンサの容量Ｃａとなるように設定されると、組込用スイッチ２０を閉じる。これにより、昇圧用コンデンサ１７が単相ダイオード整流回路１１に組み込まれ、昇圧用コンデンサ１７は平滑用コンデンサ１４に並列に接続される。この状態で、制御部２１は直流電圧検出器２２で検出された直流電圧Ｖｄを入力し、直流電圧Ｖｄが所定範囲にあるかどうかを判定し、所定範囲を逸脱したときに双方向スイッチ１９を導通させ、昇圧整流を行うことになる。

図５は、制御部２１の一例を示す構成図である。制御部２１は下限値比較器５７及び上限値比較器５８を有し、下限値比較器５７は直流電圧Ｖｄと下限値ＶｄＬとを比較し、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬ以下のときに論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９のセット端子Ｓに出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ５９の出力端子Ｑから論理値「１」の出力信号が双方向スイッチ１９のゲート信号ｇとして出力され、双方向スイッチ１９が導通する。一方、上限値比較器５８は直流電圧Ｖｄと上限値ＶｄＵとを比較し、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵ以上のときに論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９のリセット端子Ｒに出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ５９の出力端子Ｑからのゲート信号ｇが零となり、双方向スイッチ１９が非導通となる。

図６は単相ダイオード整流回路の直流電圧Ｖｄと制御部２１から出力されるゲート信号ｇとの説明図である。図６に示すように、単相ダイオード整流回路の直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬと上限値ＶｄＵとを逸脱しつつ変動したとする。時点ｔ１において、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬを下回ったとすると、下限値比較器５７が論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９のセット端子Ｓに出力するので、出力端子Ｑからオンのゲート信号ｇが出力される。そして、時点ｔ２において、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵを上回ったとすると、上限値比較器５８が論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９のリセット端子Ｒに出力するので、出力端子Ｑからのオフのゲート信号ｇが出力される。以下同様に、時点ｔ３、ｔ５で、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬを下回ると、出力端子Ｑからオンのゲート信号ｇが出力され、時点ｔ４、ｔ６で、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵを上回ると、出力端子Ｑからオフのゲート信号ｇが出力される。

このように、双方向スイッチ１９は、制御部２１により、直流電圧Ｖｄが所定の下限値ＶｄＬを下回ったとき（電圧低下となったとき）に導通し、所定の上限値ＶｄＵを上回ったとき（電圧が回復したとき）に非導通となるように制御される。

図７は、単相ダイオード整流回路１１に昇圧用コンデンサ１７が組み込まれた状態で直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生していないときの単相ダイオード整流回路１１の説明図であり、図７（ａ）は直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生していないときの単相ダイオード整流回路１１の等価回路図、図７（ｂ）は直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生していないときの単相ダイオード整流回路１１の直流電圧波形図である。

直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生していないときは、双方向スイッチ１９は非導通であるので、そのときの単相ダイオード整流回路１１の等価回路は図７（ａ）で示される。図７（ａ）に示すように、単相ダイオード整流回路１１に昇圧用コンデンサ１７が組み込まれた状態となっており、双方向スイッチ１９は非導通であることから、整流器１３の一方の交流端子と昇圧用コンデンサ１７の中点との間は非接続となっている。なお、図７（ａ）では、接続切替スイッチ１８で接続切り替えされた結果の昇圧用コンデンサ１７の中点を挟んだ一方側のコンデンサＣ１１〜Ｃ１４の合計容量をＣ１、他方側のコンデンサＣ２１〜Ｃ２４の合計容量をＣ２で表している。

また、図７（ｂ）に示すように、直流電圧Ｖｄは、交流電圧Ｖｓの全波整流電圧と、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７の電圧との大きい方の電圧である。交流電圧Ｖｓの１周期においては、交流電圧Ｖｓの全波整流電圧が平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７の電圧と等しい期間（モード１、モード３）と、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７の電圧が交流電圧Ｖｓの全波整流電圧より大きい期間（モード２、モード４）とがある。

図８は、図７（ａ）に示した直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生していないときの単相ダイオード整流回路１１の動作説明図である。図８に示すように、モード１は、正の交流電圧Ｖｓの整流電圧が平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７の電圧と等しいときである。このモード１のときは、正の交流電圧Ｖｓの整流電圧により、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７が充電され、また直流負荷１５の負荷抵抗Ｒには交流電源１２から電力が供給される。従って、直流電圧Ｖｄは上昇する。

モード２は、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７の電圧が正の交流電圧Ｖｓまたは負の交流電圧Ｖｓの整流電圧より大きいときである。このモード２のときは、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７からの放電により、直流負荷１５の負荷抵抗Ｒに電力が供給される。従って、直流電圧Ｖｄは下降する。

モード３は、負の交流電圧Ｖｓの整流電圧が平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７の電圧と等しいときである。このモード３のときは、負の交流電圧Ｖｓの整流電圧により、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７が充電され、また直流負荷１５の負荷抵抗Ｒには交流電源１２から電力が供給される。従って、直流電圧Ｖｄは上昇する。

モード４は、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７の電圧が負の交流電圧Ｖｓまたは正の交流電圧Ｖｓの整流電圧より大きいときである。このモード４のときは、平滑コンデンサ１４及び昇圧用コンデンサ１７からの放電により、直流負荷１５の負荷抵抗Ｒに電力が供給される。従って、直流電圧Ｖｄは下降する。

このように、単相ダイオード整流回路１１は、直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生していないときは、モード１〜モード４を繰り返して直流機器１５に電力を供給する。

次に、図９は、単相ダイオード整流回路１１に昇圧用コンデンサ１７が組み込まれた状態で直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生し双方向スイッチ１９が閉じたときの単相ダイオード整流回路１１の説明図であり、図９（ａ）は直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生し双方向スイッチ１９が閉じたときの単相ダイオード整流回路１１の等価回路図、図９（ｂ）は直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生し双方向スイッチ１９が閉じたときの単相ダイオード整流回路１１の直流電圧波形図である。

直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生し双方向スイッチ１９が閉じたときは、双方向スイッチ１９は導通であるので、そのときの単相ダイオード整流回路１１の等価回路は図９（ａ）で示される。図９（ａ）に示すように、単相ダイオード整流回路１１に昇圧用コンデンサ１７が組み込まれた状態となっており、双方向スイッチ１９は導通であることから、整流器１３の一方の交流端子と昇圧用コンデンサ１７の中点（昇圧用コンデンサＣ１と昇圧用コンデンサＣ２との中点）との間が接続された状態となっている。なお、Ｃ１は、接続切替スイッチ１８で接続切り替えされた結果の昇圧用コンデンサ１７の中点を挟んだ一方側のコンデンサＣ１１〜Ｃ１４の合計容量であり、Ｃ２は、他方側のコンデンサＣ２１〜Ｃ２４の合計容量である。

また、図９（ｂ）に示すように、直流電圧Ｖｄは平滑コンデンサ１７の電圧であり、昇圧用コンデンサＣ１の電圧Ｖｄ１と昇圧用コンデンサＣ２の電圧Ｖｄ２との和である。交流電圧Ｖｓの１周期においては、交流電圧Ｖｓの正の整流電圧が昇圧用コンデンサＣ１と等しい期間（モード１’）、昇圧用コンデンサＣ１の電圧が交流電圧Ｖｓの正の整流電圧及び交流電圧Ｖｓの負の整流電圧より大きい期間（モード２’）、交流電圧Ｖｓの負の整流電圧が昇圧用コンデンサＣ２と等しい期間（モード３’）、昇圧用コンデンサＣ２の電圧が交流電圧Ｖｓの負の整流電圧及び交流電圧Ｖｓの正の整流電圧より大きい期間（モード４’）がある。

図１０は、図９（ａ）に示した直流電圧Ｖｄに電圧低下が発生し双方向スイッチ１９が閉じたときの単相ダイオード整流回路１１の動作説明図である。図１０に示すように、モード１’は、正の交流電圧Ｖｓの整流電圧が昇圧用コンデンサＣ１の電圧と等しいときである。このモード１’のときは、昇圧用コンデンサＣ１には、正の交流電圧Ｖｓの整流電圧が直接的に印加されて電荷が充電され、負荷抵抗Ｒには交流電源１２から電力が供給される。従って、電圧Ｖｄ１は上昇する。この場合、昇圧用コンデンサＣ２には、正の交流電圧Ｖｓの整流電圧は直接的には印加されず、平滑コンデンサＣと負荷抵抗Ｒとの並列回路に直列接続された状態で正の交流電圧Ｖｓの整流電圧が印加される。従って、昇圧用コンデンサＣ２の電荷が放電されるので電圧Ｖｄ２は下降する。

ここで、昇圧用コンデンサＣ２はモード１’の２つ前のモードであるモード３’で予め充電されているため、電圧Ｖｄ２は下降するものの、Ｖｄ２＞０からＶｄ２＜０にまで下降することはない。また、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｄは、昇圧用コンデンサＣ１、Ｃ２それぞれの電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の和に等しい（Ｖｄ＝Ｖｄ１＋Ｖｄ２）。正の交流電圧Ｖｓの整流電圧による直接的な充電による昇圧用コンデンサＣ１の電圧Ｖｄ１の上昇のほうが、放電による昇圧用コンデンサＣ２の電圧Ｖｄ２の下降に比べて大きいので、結果として、電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の和である平滑コンデンサＣの直流電圧Ｖｄは、モード１’では上昇する。

モード２’は昇圧用コンデンサＣ１の電圧Ｖｄ１が正の交流電圧Ｖｓの整流電圧より大きく、また、昇圧用コンデンサＣ２の電圧Ｖｄ２が負の交流電圧Ｖｓの整流電圧より大きいときである。このモード２’のときは、昇圧用コンデンサＣ１及び昇圧用コンデンサＣ２には、交流電圧Ｖｓを整流した電圧は印加されない。従って、昇圧用コンデンサＣ１と昇圧用コンデンサＣ２とが直列接続された状態で電荷が放電されて負荷抵抗Ｒに電力が供給される。これにより、それぞれの電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２は下降する。平滑用コンデンサＣの電圧Ｖｄは、このモード２’でも昇圧用コンデンサＣ１、Ｃ２それぞれの電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の和に等しい（Ｖｄ＝Ｖｄ１＋Ｖｄ２）。電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２とも下降することから、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｄはモード２’では下降する。

モード３’は、負の交流電圧Ｖｓの整流電圧が昇圧用コンデンサＣ２の電圧と等しいときである。このモード３’のときは、昇圧用コンデンサＣ２には、負の交流電圧Ｖｓの整流電圧が直接的に印加されて電荷が充電され、負荷抵抗Ｒには交流電源１２から電力が供給される。従って、電圧Ｖｄ２は上昇する。この場合、昇圧用コンデンサＣ１には、負の交流電圧Ｖｓの整流電圧は直接的には印加されず、平滑コンデンサＣと負荷抵抗Ｒとの並列回路に直列接続された状態で負の交流電圧Ｖｓの整流電圧が印加される。従って、昇圧用コンデンサＣ１の電荷が放電されるので電圧Ｖｄ１は下降する。

ここで、昇圧用コンデンサＣ１はモード３’の２つ前のモードであるモード１’で予め充電されているため、電圧Ｖｄ１は下降するものの、Ｖｄ１＞０からＶｄ１＜０にまで下降することはない。また、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｄは、昇圧用コンデンサＣ１、Ｃ２それぞれの電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の和に等しい（Ｖｄ＝Ｖｄ１＋Ｖｄ２）。負の交流電圧Ｖｓの整流電圧による直接的な充電による昇圧用コンデンサＣ２の電圧Ｖｄ２の上昇のほうが、放電による昇圧用コンデンサＣ１の電圧Ｖｄ１の下降に比べて大きいので、結果として、電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の和である平滑コンデンサＣの電圧Ｖｄはモード３’では上昇する。

モード４’は、昇圧用コンデンサＣ２の電圧Ｖｄ２が負の交流電圧Ｖｓの整流電圧より大きく、また、昇圧用コンデンサＣ１の電圧Ｖｄ１が正の交流電圧Ｖｓの整流電圧より大きいときである。このモード４’のときは、昇圧用コンデンサＣ１及び昇圧用コンデンサＣ２には、交流電圧Ｖｓを整流した電圧は印加されない。従って、昇圧用コンデンサＣ１と昇圧用コンデンサＣ２とが直列接続された状態で電荷が放電されて負荷抵抗Ｒに電力が供給される。これにより、それぞれの電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２は下降する。平滑用コンデンサＣの電圧Ｖｄは、このモード４’でも昇圧用コンデンサＣ１、Ｃ２それぞれの電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の和に等しい（Ｖｄ＝Ｖｄ１＋Ｖｄ２）。電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２とも下降することから、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｄはモード４’では下降する。

図１１は本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置を単相ダイオード整流回路１１に接続した場合の単相ダイオード整流回路１１の動作波形図である。いま、時点ｔａで交流電圧Ｖｓが低下し、時点ｔｂで電圧低下が回復したとする。時点ｔａで交流電圧Ｖｓの低下に伴い直流電圧Ｖｄも低下するので、制御部２１は双方向スイッチ１９にゲート信号ｇを出力する。これに伴い、双方向スイッチ１９が導通し、昇圧用コンデンサＣ１、Ｃ２に交互に、整流器１３で整流された交流電圧Ｖｓが直接的に印加される。直流電圧Ｖｄは、昇圧用コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の和となるので、双方向スイッチ１９が導通により昇圧整流となる。従って、直流電圧Ｖｄの低下を抑制することができる。そして、時点ｔｂで交流電圧Ｖｓが回復すると、制御部２１は双方向スイッチ１９を非導通にする。これにより、昇圧整流が停止され、単相ダイオード整流回路１１は通常の整流となり通常の動作に復帰する。

以上の説明では、昇圧用コンデンサ１７の合計容量が演算部２３で求めた昇圧用コンデンサの容量Ｃａとなるように設定されると、組込用スイッチ２０を閉じて、昇圧用コンデンサ１７を単相ダイオード整流回路１１の平滑コンデンサに並列接続して単相ダイオード整流回路１１を動作させるようにしたが、単相ダイオード整流回路１１の動作中に、定期的に直流機器１５の負荷抵抗Ｒ及び平滑コンデンサ容量Ｃを推定し、さらに、昇圧用コンデンサ容量Ｃａを演算するようにしてもよい。そして、単相ダイオード整流回路１１の動作中に演算した昇圧用コンデンサ容量を表示部２６またはスイッチ操作部２７に更新出力するようにすると、負荷抵抗Ｒの変化に追従して直流電圧Ｖｄの低下を補償できる。

また、図１２に示すように、図１に示した実施の形態に係わる電圧補償装置１６に対し、双方向スイッチ１９と整流器１３の一方の交流端子との間に交流電流ピークを抑制するためのリアクトル６０を接続するようにしてもよい。これにより、交流電流Ｉｓのピーク値を抑制できるので、整流器１３のダイオードＤの電流責務を緩和でき、また、交流電流Ｉｓの波形の尖鋭度を緩和できるので、交流電流Ｉｓの高調波含有量を減少できる。

また、図１３に示すように、図１に示した実施の形態に係わる電圧補償装置１６に対し、昇圧用コンデンサ１７を形成する直列接続された２個のコンデンサＣ１１〜Ｃ１４、Ｃ２１〜Ｃ２４にそれぞれ並列に、直流電圧をバランスさせるためのバランサ抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４を接続するようにしてもよい。バランサ抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４を接続することによって、昇圧用コンデンサＣ１１〜Ｃ１４〜Ｃ２１〜Ｃ２４の電圧を初期状態に戻すことができ、繰り返し行う昇圧整流動作を安定させることができる。

また、図１４に示すように、複数個の昇圧用コンデンサ１７を多段に設けるようにしてもよい。図１４では２個の昇圧用コンデンサ１７Ａ、１７Ｂを２段に設けた場合を示している。演算部２３で、交流電圧Ｖｓの低下の際に直流機器１５の耐量を満たす直流電圧Ｖｄを維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量Ｃａが演算されたときは、昇圧用コンデンサ１７Ａ、１７Ｂの合計容量が昇圧用コンデンサの容量Ｃａとなるように、接続切替スイッチ１８ＡでコンデンサＣ１１〜Ｃ１４、Ｃ２１〜Ｃ２４を接続切り替えするとともに、接続切替スイッチ１８ＢでコンデンサＣ３１〜Ｃ３４、Ｃ４１〜Ｃ４４を接続切り替えする。そして、各々の昇圧用コンデンサ１７Ａ、１７Ｂに対応して双方向スイッチ１９Ａ、１９Ｂを設け、制御部２１は各々の双方向スイッチ１９Ａ、１９Ｂに対して異なるゲート信号ｇ１、ｇ２を出力する。すなわち、各々の双方向スイッチ１９Ａ、１９Ｂが導通する所定の下限値や、各々の双方向スイッチ１９Ａ、１９Ｂが非導通となる所定の上限値を異ならせる。

図１５は、図１４に示した２段の昇圧用コンデンサ１７Ａ、１７Ｂを設けた一例の場合の制御装置２１の構成図である。制御部２１は、昇圧用コンデンサ１７Ａに接続される双方向スイッチ１９Ａを開閉制御するための下限値比較器５７Ａ、上限値比較器５８Ａ、ＲＳフリップフロップ５９Ａと、昇圧用コンデンサ１７Ｂに接続される双方向スイッチ１９Ｂを開閉制御するための下限値比較器５７Ｂ、上限値比較器５８Ｂ、ＲＳフリップフロップ５９Ｂとを有する。

下限値比較器５７Ａは直流電圧Ｖｄと下限値ＶｄＬＡとを比較し、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬＡ以下のときに論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのセット端子Ｓに出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ５９Ａの出力端子Ｑから論理値「１」の出力信号が双方向スイッチ１９Ａのゲート信号ｇ１（Ｓ１、Ｓ２）として出力され、双方向スイッチ１９Ａが導通する。一方、上限値比較器５８Ａは直流電圧Ｖｄと上限値ＶｄＵＡとを比較し、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵＡ以上のときに論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのリセット端子Ｒに出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ５９Ａの出力端子Ｑからのゲート信号ｇ１（Ｓ１、Ｓ２）が零となり、双方向スイッチ１９Ａが非導通となる。

同様に、下限値比較器５７Ｂは直流電圧Ｖｄと下限値ＶｄＬＢとを比較し、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬＢ以下のときに論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ｂのセット端子Ｓに出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ５９Ｂの出力端子Ｑから論理値「１」の出力信号が双方向スイッチ１９Ｂのゲート信号ｇ２（Ｓ３、Ｓ４）として出力され、双方向スイッチ１９Ｂが導通する。一方、上限値比較器５８Ｂは直流電圧Ｖｄと上限値ＶｄＵＢとを比較し、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵＢ以上のときに論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ｂのリセット端子Ｒに出力する。これにより、ＲＳフリップフロップ５９Ｂの出力端子Ｑからのゲート信号ｇ２（Ｓ３、Ｓ４）が零となり、双方向スイッチ１９Ｂが非導通となる。

図１６は２段の昇圧用コンデンサ１７Ａ、１７Ｂを設けた場合の単相ダイオード整流回路の直流電圧Ｖｄと制御部２１から出力されるゲート信号ｇ１、ｇ２との説明図である。

図１６では、ＶｄＬＡ＞ＶｄＬＢ、ＶｄＵＡ＜ＶｄＵＢである場合を示している。図１６に示すように、単相ダイオード整流回路の直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬＡ、ＶｄＬＢと、上限値ＶｄＵＡ、ＶｄＵＢとを逸脱しつつ変動したとする。

時点ｔ１において、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬＡを下回ったとすると、下限値比較器５７Ａが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのセット端子Ｓに出力するので、出力端子Ｑからオンのゲート信号ｇ１が出力される。この状態ではゲート信号ｇ１がオンでゲート信号ｇ２はオフである。

時点ｔ２において、直流電圧Ｖｄがさらに下限値ＶｄＬＢを下回ったとすると、下限値比較器５７Ｂが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ｂのセット端子Ｓに出力するので、出力端子Ｑからオンのゲート信号ｇ２が出力される。従って、ゲート信号ｇ１、ｇ２ともにオンである。

そして、時点ｔ３において、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵＡを上回ったとすると、上限値比較器５８Ａが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのリセット端子Ｒに出力するので、出力端子Ｑからのオフのゲート信号ｇ１が出力される。従って、ゲート信号ｇ１はオフで、ゲート信号ｇ２はオンである。

時点ｔ４において、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬＡを下回ったとすると、下限値比較器５７Ａが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのセット端子Ｓに出力するので、出力端子Ｑからオンのゲート信号ｇ１が出力される。従って、ゲート信号ｇ１、ｇ２ともにオンである。

時点ｔ５において、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵＡを上回ったとすると、上限値比較器５８Ａが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのリセット端子Ｒに出力するので、出力端子Ｑからのオフのゲート信号ｇ１が出力される。従って、ゲート信号ｇ１はオフで、ゲート信号ｇ２はオンである。

次に、時点ｔ６において、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵＢを上回ったとすると、上限値比較器５８Ｂが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ｂのリセット端子Ｒに出力するので、出力端子Ｑからのオフのゲート信号ｇ２が出力される。従って、ゲート信号ｇ１、ｇ２ともにオフである。

以下同様に、時点ｔ７において、直流電圧Ｖｄが下限値ＶｄＬＡを下回ったとすると、下限値比較器５７Ａが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのセット端子Ｓに出力するので、出力端子Ｑからオンのゲート信号ｇ１が出力される。この状態ではゲート信号ｇ１がオンでゲート信号ｇ２はオフである。

時点ｔ８において、直流電圧Ｖｄがさらに下限値ＶｄＬＢを下回ったとすると、下限値比較器５７Ｂが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ｂのセット端子Ｓに出力するので、出力端子Ｑからオンのゲート信号ｇ２が出力される。従って、ゲート信号ｇ１、ｇ２ともにオンである。

時点ｔ９において、直流電圧Ｖｄが上限値ＶｄＵＡを上回ったとすると、上限値比較器５８Ａが論理値「１」をＲＳフリップフロップ５９Ａのリセット端子Ｒに出力するので、出力端子Ｑからのオフのゲート信号ｇ１が出力される。従って、ゲート信号ｇ１はオフで、ゲート信号ｇ２はオンである。

このように、双方向スイッチ１９Ａ、１９Ｂは、制御部２１により、直流電圧Ｖｄが所定の下限値ＶｄＬＡ、ＶｄＬＢを下回ったとき（電圧低下となったとき）に導通し、所定の上限値ＶｄＵＡ、ＶｄＵＢを上回ったとき（電圧が回復したとき）に非導通となるように制御される。これにより、２段階で追加する昇圧用コンデンサを変化させることができる。つまり、直流電圧の昇圧幅を小刻みに変化させることができるので直流電圧の変動幅を抑制できる。

以上の説明では、単相ダイオード整流回路１１に本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置１６を外付けした場合について説明したが、三相ダイオード整流回路に適用することも可能である。図１７は、本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置を三相ダイオード整流回路に外付けした場合の構成図である。図１に示した単相ダイオード整流回路１１に外付けされる電圧補償回路１６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

三相交流電源６１の三相交流線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒは、三相ダイオード整流回路６２の６個のダイオードＤで構成された整流器６３に印加され、整流器６３で整流され平滑コンデンサ１４で平滑された直流電圧Ｖｄが直流機器１５に印加される。その際に、直流機器１５の負荷抵抗に応じて三相交流電源６１から三相ダイオード整流回路６２に交流電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔが供給される。

電圧補償装置１６Ａは、このような６個のダイオードＤで構成された整流器６３及び平滑コンデンサ１４を有した既存の三相ダイオード整流回路６２に外付けで接続される。電圧補償装置１６Ａは、図１に示した電圧補償装置１６に対して、単相交流電圧Ｖｓを検出する交流検出器２４に代えて、三相交流線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒをそれぞれ検出する交流電圧検出器２４ｒ、２４ｓ、２４ｔを有し、同様に、単相交流電流Ｉｓを検出する交流電流検出器２５に代えて、三相交流電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔをそれぞれ検出する交流電流検出器２５ｒ、２５ｓ、２５ｔを有している。また、三相各相に対応して双方向スイッチ１９ｒ、１９ｓ、１９ｔを有している。その他の構成は、図１に示した単相ダイオード整流回路１１に外付けされる電圧補償回路１６と同一である。このように、図１７に示す電圧補償回路１６Ａにより、三相ダイオード整流回路６２にも適用可能となる。

本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置を単相ダイオード整流回路に外付けした場合の構成図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置が適用される単相ダイオード整流回路の説明図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置の演算部の詳細ブロック図。 本発明の実施の形態における相関関数テーブルの一例の説明図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置の制御部の一例を示す構成図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置が適用される単相ダイオード整流回路の直流電圧と本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置の制御部から出力されるゲート信号との説明図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置が適用される単相ダイオード整流回路に昇圧用コンデンサが組み込まれた状態で直流電圧に電圧低下が発生していないときの単相ダイオード整流回路の説明図。 図７（ａ）に示した直流電圧に電圧低下が発生していないときの単相ダイオード整流回路の動作説明図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置が適用される単相ダイオード整流回路に昇圧用コンデンサが組み込まれた状態で直流電圧に電圧低下が発生し双方向スイッチが閉じたときの単相ダイオード整流回路の説明図。 図９（ａ）に示した直流電圧に電圧低下が発生し双方向スイッチが閉じたときの単相ダイオード整流回路の動作説明図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置を単相ダイオード整流回路に接続した場合の単相ダイオード整流回路の動作波形図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置の他の一例の構成図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置の別の他の一例の構成図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置のさらに別の他の一例の構成図。 図１４に示した２段の昇圧用コンデンサを設けた一例の場合の制御装置の構成図。 図１４に示した２段の昇圧用コンデンサを設けた一例の場合の単相ダイオード整流回路の直流電圧と制御部から出力されるゲート信号との説明図。 本発明の実施の形態に係わる電圧補償装置を三相ダイオード整流回路に外付けした場合の構成図。 コンデンサ入力形の単相ダイオード整流回路の回路図。

符号の説明

１１…単相ダイオード整流回路、１２…交流電源、１３…整流器、１４…平滑コンデンサ、１５…直流機器、１６…電圧補償装置、１７…昇圧用コンデンサ、１８…接続切替スイッチ、１９…双方向スイッチ、２０…組込用スイッチ、２１…制御部、２２…直流電圧検出器、２３…演算部、２４…交流電圧検出器、２５…交流電流検出器、２６…表示部、２７…スイッチ操作部、２８…電流絶対値演算器、２９…比較器、３０…比較器、３１…積分器、３２…ＲＳフリップフロップ、３３…サンプルホールド回路、３４…電圧絶対値演算器、３５…サンプルホールド回路、３６…サンプルホールド回路、３７…電力算出部、３８…乗算器、３９…積分器、４０…サンプルホールド回路、４１…電源周波数発振器、４２…係数器、４３…加算器、４４…係数器、４５…自乗器、４６…除算器、４７…加算器、４８…加算器、５０…除算器、５１…加算器、５２…係数器、５３…乗算器、５４…係数器、５５…除算器、５６…相関関数テーブル、５７…下限値比較器、５８…上限値比較器、５９…ＲＳフリップフロップ、６０…リアクトル、６１…三相交流電源、６２…三相ダイオード整流回路、６３…整流器

Claims (8)

1. 単相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する単相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器のいずれか一方の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間に接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記単相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量を表示出力する表示部とを備えたことを特徴とする電圧補償装置。
2. 単相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する単相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器のいずれか一方の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間に接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記単相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記昇圧用コンデンサ容量が前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量となるように前記接続切替スイッチを接続切り替え操作するスイッチ操作部とを備えたことを特徴とする電圧補償装置。
3. 三相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する三相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器の三相各相の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間にそれぞれ接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記三相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量を表示出力する表示部とを備えたことを特徴とする電圧補償装置。
4. 三相交流を整流器で直流に変換し平滑コンデンサを介して直流電圧を直流機器に供給する三相ダイオード整流回路に外付けで接続され、交流電圧の低下の際に直流電圧の低下を補償する電圧補償装置において、直列接続された２個のコンデンサの複数組を前記平滑コンデンサに並列接続して形成され交流電圧が低下したとき昇圧整流を行う昇圧用コンデンサと、複数組の昇圧用コンデンサを組み合わせて接続切り替えし昇圧整流する際の前記昇圧用コンデンサの合計容量を所望の容量とするための接続切替スイッチと、前記整流器の三相各相の交流端子と前記昇圧用コンデンサの中点との間にそれぞれ接続され前記直流電圧が所定の下限値を下回ったときに導通し所定の上限値を上回ったときに非導通となる双方向スイッチと、前記三相ダイオード整流回路に接続する際に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定しこれらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算する演算部と、前記昇圧用コンデンサ容量が前記演算部で演算された昇圧用コンデンサ容量となるように前記接続切替スイッチを接続切り替え操作するスイッチ操作部とを備えたことを特徴とする電圧補償装置。
5. 前記演算部は、前記単相ダイオード整流回路または前記三相ダイオード整流回路の接続後に、定期的に前記直流機器の負荷抵抗及び前記平滑コンデンサ容量を推定し、これらに基づいて交流電圧の低下の際に前記直流機器の耐量を満たす直流電圧を維持するために必要となる昇圧用コンデンサの容量を演算し、演算した昇圧用コンデンサ容量を前記表示部または前記スイッチ操作部に更新出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電圧補償装置。
6. 前記双方向スイッチと前記整流器のいずれか一方の交流端子または三相交流端子との間に交流電流ピークを抑制するためのリアクトルを接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電圧補償装置。
7. 前記昇圧用コンデンサを形成する直列接続された２個のコンデンサにそれぞれ並列に、直流電圧をバランスさせるためのバンランサ抵抗を接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電圧補償装置。
8. 前記昇圧用コンデンサを複数個設け、各々の昇圧用コンデンサに対応して複数個の双方向スイッチを設け、各々の双方向スイッチが導通する所定の下限値及び各々の双方向スイッチが非導通となる所定の上限値を異ならせたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電圧補償装置。

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