JP2010033144A

JP2010033144A - 電圧安定化装置

Info

Publication number: JP2010033144A
Application number: JP2008191997A
Authority: JP
Inventors: Kazuichi Inoue; 和一井上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】この発明は、電力の供給が瞬間的に遮断される瞬断現象が起きるのを防止するとともに、出力側に出力される出力電圧を予め設定された設定電圧に保つことができる電圧安定化装置の提供を目的とする。
【解決手段】電圧安定化装置１に備えられた昇圧トランス８の出力側コイル８Ｅと降圧トランス９の出力側コイル９Ｅとを介して入力側ａ１から出力側ｂ１へ電力が供給されている。昇圧トランス８のタップ切替えスイッチ８ｆ…又は降圧トランス９のタップ切替えスイッチ９ｆ…の切替え時において、電力の供給が瞬間的に停止又は遮断されることがなく、瞬断現象が起きるのを防止することができる。また、入力側ａ１の供給電圧で出力側ｂ１へ電力が直接供給されるので、予め設定された電圧で電力を途切れることなく安定供給することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば電子機器、精密機器、精密機械を備えた工場や施設等の電源部に備えられ、予め設定された電圧で電力を安定供給する際に用いられる電圧安定化装置に関する。

従来、前記電力を供給する装置としては、例えばバッテリ電圧検出回路によって検出された低圧バッテリの出力電圧が基準電圧を下回った際に、接続器によって直流電圧変換回路の出力端をリレーに接続して、直流電圧変換回路を用いてリレーへの電力供給を行う。これにより、低圧バッテリの電圧が低下してもリレーの正常動作を維持することができる。また、直流電圧変換回路の出力端をＥＣＵに接続して、ＥＣＵに電圧低下による動作停止が起きるのを防止する特許文献１の電源装置、自動車用電源装置および瞬断防止回路がある。しかし、接続機によってリレーに切替える際に、電力の供給が瞬間的に遮断されるので、出力側に出力される電力の電圧が安定せず、装置や機器等に機能不全が発生することがある。また、低圧バッテリから出力される出力電圧を、予め設定された基準電圧に昇圧・降圧する電圧補正機能がない。
特開２００７−３１８９６３号公報

この発明は、電力の供給が瞬間的に遮断される瞬断現象が起きるのを防止するとともに、出力側に出力される出力電圧を予め設定された設定電圧に保つことができる電圧安定化装置の提供を目的とする。

この発明は、電圧検知手段により検知される供給電圧と、電圧設定手段により予め設定された設定電圧を電圧比較手段で比較するとともに、その比較結果に応じて入力側から出力側へ出力される出力電圧を電圧可変手段で昇圧・降圧し、該出力電圧が設定電圧に保たれるように制御する電圧安定化装置であって、前記電圧可変手段を、前記出力側へ出力される出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、該出力電圧を降圧する降圧トランスとで構成し、前記昇圧トランスを構成する入力側コイルに、出力側へ出力される出力電圧を段階的に昇圧する電圧切替え部を複数設け、前記降圧トランスを構成する入力側コイルに、出力側へ出力される出力電圧を段階的に降圧する電圧切替え部を複数設け、前記昇圧トランスを構成する出力側コイルと、前記降圧トランスを構成する出力側コイルとを直結して、入力側から出力側へ電力が連続して供給されるように設け、前記電圧比較手段による比較結果に応じて、前記昇降トランス又は降圧トランスの電圧切替え部を切替える際に、前記出力側へ出力される電力の供給を遮断することなく、該出力側へ出力される出力電圧を予め設定された設定電圧に昇圧・降圧する電圧安定化装置であることを特徴とする。

この発明の態様として、前記昇圧トランスを、鉄心の入力側に正巻きの入力側コイルを形成し、該鉄心の出力側に正巻きの出力側コイルを形成して構成し、前記降圧トランスを、鉄心の入力側に正巻きの入力側コイルを形成し、該鉄心の出力側に逆巻きの出力側コイルを形成して構成することができる。

また、この発明の態様として、前記昇圧トランスの出力側コイルの始端を入力側に接続し、前記降圧トランスの出力側コイルの終端を出力側に接続し、前記昇圧トランスの出力側コイルの終端と、前記降圧トランスの出力側コイルの始端とを接続し、前記昇降トランス又は降圧トランスの電圧切替え部の切替え時において、入力側から出力側へ電力が連続して供給されるように設けることができる。

また、この発明の態様として、前記昇圧トランスの電圧切替え部を、入力側コイルを構成する金属線の所定巻数毎に出力側へ出力される出力電圧を段階的に昇圧するタップ切替えスイッチを設けて構成し、前記降圧トランスの電圧切替え部を、入力側コイルを構成する金属線の所定巻数毎に出力側へ出力される出力電圧を段階的に降圧するタップ切替えスイッチを設けて構成することができる。

前記電圧検知手段は、例えば電圧検知器、電圧検知センサ、電圧検知スイッチ等で構成することができる。また、電圧設定手段は、例えば押し釦式、ダイヤル式、レバー式の電圧設定スイッチ等で構成することができる。また、電圧比較手段は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えた制御回路等で構成することができる。また、電圧可変手段は、例えば単巻き型或いは複巻き型の昇圧トランスと、降圧トランス等で構成することができる。

この発明によれば、出力側に出力される出力電圧を昇圧トランスで昇圧或いは降圧トランスで降圧する際に、電力の供給が瞬間的に停止又は遮断される瞬断現象が起きる心配がなく、連続して供給されるので、出力側に接続された装置や機器等に故障や機能不全が起きるのを確実に防止することができる。また、出力側に出力される出力電圧を予め設定された設定電圧に保つことができるので、設定電圧以上の高電圧又は低電圧で電力が出力されることがなく、消費電力を少なくする節電効果が得られる。

本発明の電圧安定化装置１は、負荷設備へ出力される電力の出力電圧を予め設定された設定電圧に保つ際に用いられる３相用の回路図である。図１〜図３に示すように、図示しない負荷設備に接続された出力側ｂ１に出力される出力電圧を設定する電圧設定スイッチ２と、図示しない電源に接続された入力側ａ１に供給される電力の供給電圧を昇圧・降圧するトランス３と、電圧を手動で切替えるための手動切替えスイッチ６と、出力側ｂ１に出力される出力電圧を検知する電圧検知器７と、トランス３に内蔵された出力側ｂ１に出力される出力電圧を昇圧する昇圧トランス８（アップトランス）及びその出力電圧を降圧する降圧トランス９（ダウントランス）の切替え動作を制御する電圧比較装置１０とで構成されている。入力側ａ１は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相で構成され、出力側ｂ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成されている。

トランス３は、図２、図３に示すように、図示しない電源等に接続された入力側ａ１から出力側ｂ１へ出力される出力電圧を予め設定された基準電圧に昇圧する単巻き型の昇圧トランス８と、出力側ｂ１へ出力される出力電圧を予め設定された基準電圧に降圧する単巻き型の降圧トランス９とで構成される。また、トランス３は、漏電遮断器１１を介して入力側ａ１の電源に接続されている。なお、昇圧トランス８及び降圧トランス９は、複巻き型のトランスで構成してもよい。

また、トランス３には、出力側ｂ１へ出力される出力電圧を手動で設定するための電圧設定スイッチ２と、出力側ｂ１に出力される出力電圧を検知する電圧検知器７と、出力側ｂ１へ出力される最低電圧を手動で設定するための電圧設定スイッチ１２とを接続している。

なお、本発明の実施形態では、出力側ｂ１に出力される出力電圧を２Ｖずつ昇圧・降圧するための回路構成を説明する。

昇圧トランス８は、側方から見てロ字状に形成された鉄心８ａの入力側ａ１に、導電性を有する金属線８ｂを螺旋状に正巻きしてなる入力側コイル８Ｃを形成している。また、鉄心８ａの出力側ｂ１には、導電性を有する金属線８ｄを螺旋状に正巻きしてなる出力側コイル８Ｅを形成している。金属線８ｂ，８ｄの始端は、入力側ａ１と出力側ｂ１とを結ぶラインｃ１に接続され、金属線８ｄの終端は、後述する金属線９ｄの始端に接続されている。

降圧トランス９は、側方から見てロ字状に形成された鉄心９ａの入力側ａ１に、導電性を有する金属線９ｂを螺旋状に正巻きしてなる入力側コイル９Ｃを形成している。また、鉄心９ａの出力側ｂ１には、導電性を有する金属線９ｄを螺旋状に逆巻きしてなる出力側コイル９Ｅを形成している。また、金属線９ｂの始端は、金属線８ｂ，８ｄの始端間に位置する入力側ａ１のラインｃ１に接続され、金属線９ｄの始端は、前記金属線８ｄの終端に接続されている。金属線９ｄの終端は、出力側ｂ１のラインｄ１に接続されている。

なお、金属線８ｄ，９ｄは、電気抵抗値が異なる軟銅、硬銅、硬アルミニウムの３種類の金属で形成してもよい。また、各金属を長さ方向に対して電気抵抗値が順に大きくなるように配置するとともに、各金属を一組として長さ方向に複数組配列してもよい。また、各金属を層状に積層するか、前記金属以外の金属で形成する等してもよい。

また、昇圧トランス８の入力側コイル８Ｃには、後述する電圧比較装置１０の比較結果に応じて、出力側ｂ１へ出力される出力電圧を２Ｖずつ段階的に昇圧するためのタップ切替えスイッチ８ｆ…を所定巻数毎に設けている。

つまり、電圧比較装置１０の比較結果に応じて、入力側コイル８Ｃのタップ切替えスイッチ８ｆ…を、＋１Ｖ〜＋１７Ｖの間で２Ｖずつ段階的に切替える。金属線８ｂの通電許容巻数が徐々に多くなるか少なくなるように可変調整して、金属線８ｂの通電が許容される部分の巻数を増減させる。

これにより、金属線８ｂの通電許容巻数に応じた多数の磁束が正巻きの出力側コイル８Ｅに発生し、その磁束数に比例した電力が出力側コイル８Ｅの金属線８ｄに流れる。上記比較結果と対応する電圧差だけ出力側ｂ１へ出力される出力電圧が２Ｖずつ昇圧される。

また、降圧トランス９の入力側コイル９Ｃには、後述する電圧比較装置１０の比較結果に応じて、出力側ｂ１へ出力される出力電圧を２Ｖずつ段階的に降圧するためのタップ切替えスイッチ９ｆ…を所定巻数毎に設けている。

つまり、電圧比較装置１０の比較結果に応じて、入力側コイル９Ｃのタップ切替えスイッチ９ｆ…を、−１Ｖ〜−１７Ｖの間で２Ｖずつ段階的に切替える。金属線９ｂの通電許容巻数が徐々に多くなるか少なくなるように可変調整して、金属線９ｂの通電が許容される部分の巻数を増減させる。

これにより、通電許容巻数に応じた少数の磁束が逆巻きの出力側コイル９Ｅに発生し、その磁束の数（磁束鎖交数）に比例した電流が出力側コイル９Ｅの金属線９ｄに流れる。上記比較結果と対応する電圧差だけ、出力側ｂ１へ出力される出力電圧が−１Ｖ〜−１７Ｖの間で２Ｖずつ降圧される。

タップ切替えスイッチ８ｆ…及びタップ切替えスイッチ９ｆ…の出力端は、入力側ａ１と出力側ｂ１とを直結するラインｅ１に接続されている。

出力側ｂ１に出力される出力電圧が変動した際に、昇圧トランス８のタップ切替えスイッチ８ｆ…又は降圧トランス９のタップ切替えスイッチ９ｆ…の切替え動作によって予め設定された出力電圧に可変調整する。

タップ切替え時において、タップ切替えスイッチ８ｆ，９ｆがＯＦＦ状態に開成され、出力側ｂ１へ出力される電力が一瞬遮断されるが、昇圧トランス８の出力側コイル８Ｅと降圧トランス９の出力側コイル９Ｅとを介して、入力側ａ１から出力側ｂ１へ電力が供給されているので、タップ切替えスイッチ８ｆ，９ｆの切替え時において電力の供給が瞬間的に停止又は遮断されることがなく、連続して供給することができる。

入力側金属線８ｂ，９ｂより出力側金属線９ｄ，９ｄの巻回数が少なくても、所望する出力電圧に昇圧・降圧するのに必要な磁束数に可変調整することができる。これにより、鉄心８ａ，９ａの金属線８ｄ，９ｄが巻回される部分を短くするか、鉄心８ａ，９ａ自体を小さくする等して、電圧安定化装置１及びトランス３の小型化を図ることができる。また、金属線８ｄ，９ｄの巻回数が少なくて済むため、金属線８ｄ，９ｄを巻回する作業の能率アップ及び製造コストの低減を図ることができる。

電圧比較装置１０は、入力側ａ１の各相に設けられた電圧検知器７によって検知される出力側ｂ１の出力電圧と、電圧設定スイッチ２によって予め設定された設定電圧とを比較して、昇圧トランス８及び降圧トランス９から出力側ｂ１の負荷設備へ出力される出力電圧が設定電圧に保たれるように制御するものである。

漏電遮断器１１は、漏電を検知すると瞬時に回路を遮断するものである。漏電遮断器１１を介して、トランス３を入力側ａ１の電源に接続しておけば、電圧安定化装置１に漏電が発生した際に、電力の供給が瞬時に遮断されるので、漏電による故障等が発生するのを防止することができる。

図示実施例は上記の如く構成するものにして、以下、電圧安定化装置１によって出力側ｂ１に出力される出力電圧を予め設定された設定電圧（２２０Ｖ）に保つための制御方法を説明する。

先ず、図示しない電気回路をＯＮ・ＯＦＦするための制御回路スイッチをＯＮ操作して、図１に示す各相に設けた電圧検知器７…を動作可能な状態に待機させる。電源から入力される入力側ａ１の定格電圧が１００Ｖで供給されている場合、負荷設備へ出力される出力側ｂ１への出力電圧を予め設定された設定電圧に保つため、電圧設定スイッチ２によって２２０Ｖの設定電圧を手動で設定する。

降圧トランス９から出力される出力電圧を電圧検知器７によって検知するとともに、その検知情報を電圧比較装置１０へ出力する。

電圧検知器７によって検知される出力電圧と、電圧設定スイッチ２によって予め設定された設定電圧とを電圧比較装置１０で比較する。その比較結果に応じて、昇圧トランス８のタップ切替えスイッチ８ｆ…又は降圧トランス９のタップ切替えスイッチ９ｆ…を切替え、出力側ｂ１へ出力される出力電圧を所望する電圧に昇圧・降圧する。

つまり、出力電圧が設定電圧よりも高電圧であると判定された場合、図２に示すように、降圧トランス９のタップ切替えスイッチ９ｆ…を２Ｖずつ段階的に切替えて、入力側コイル９Ｃの金属線９ｂの通電許容巻数が少なくなるように可変調整する。これにより、上記比較結果と対応する電圧差だけ出力電圧を降圧する。この時、昇圧トランス８のタップ切替えスイッチ８ｆ…はＯＦＦ状態に開成される。

また、タップ切替えスイッチ９ｆ…の切替え時において、タップ切替えスイッチ９ｆがＯＦＦ状態に開成された際に、タップ切替えスイッチ９ｆに通電される電力が一瞬遮断される。しかし、昇圧トランス８の出力側コイル８Ｅと降圧トランス９の出力側コイル９Ｅとを介して、入力側ａ１から出力側ｂ１へ電力が供給されているので、タップ切替えスイッチ９ｆの切替え時において電力の供給が瞬間的に停止又は遮断されることがない。

出力電圧が設定電圧よりも低電圧であると判定された場合、昇圧トランス８のタップ切替えスイッチ８ｆ…を２Ｖずつ段階的に切替えて、入力側コイル８Ｃの金属線８ｂの通電許容巻数が多くなるように可変調整する。これにより、上記比較結果と対応する電圧差だけ出力電圧を昇圧する。この時、降圧トランス９のタップ切替えスイッチ９ｆ…はＯＦＦ状態に開成される。

また、タップ切替えスイッチ８ｆ…の切替え時において、タップ切替えスイッチ８ｆがＯＦＦ状態に開成された際に、タップ切替えスイッチ８ｆに通電される電力が一瞬遮断される。しかし、昇圧トランス８の出力側コイル８Ｅと降圧トランス９の出力側コイル９Ｅとを介して、入力側ａ１から出力側ｂ１へ電力が供給されているので、タップ切替えスイッチ８ｆの切替え時において電力の供給が瞬間的に停止又は遮断されることがない。

この結果、出力側ｂ１へ出力される出力電圧を、電圧設定スイッチ２により予め設定された設定電圧の２２０Ｖに保つことができ、設定電圧以上の高電圧又は以下の低電圧で電力が出力されることがない。

トランス３から出力される出力電圧を例えば２２０Ｖに設定した場合、出力電圧が２２５Ｖで出力される際には、入力側コイル９Ｃは−５Ｖのタップ切替えスイッチ９ｆに切替えられるので、トランス３から負荷設備等の出力側ｂ１へ出力される電圧を、２２０Ｖの設定電圧に保つことができる。

また、出力電圧が２１５Ｖで出力される際には、昇圧トランス８は＋５Ｖのタップ切替えスイッチ８ｆに切替えられるので、トランス３から負荷設備等の出力側ｂ１へ出力される電圧を、常に２２０Ｖの設定電圧に保つことができる。

入力側ａ１の供給電圧で出力側ｂ１へ電力が直接供給されるので、電圧設定スイッチ２によって予め設定された電圧で電力を途切れることなく安定供給することができる。また、予め設定された電圧で電力を直接供給するので、精密機器や精密機械に与える影響を克服することができる。

以上のように、昇圧トランス８のタップ切替えスイッチ８ｆ…又は降圧トランス９のタップ切替えスイッチ９ｆ…の切替え時において、電力の供給が瞬間的に遮断されるという瞬断現象が起きる心配がなく、装置や機器等に故障や機能不全が発生するのを防止することができる。また、出力側ｂ１に出力される出力電圧を予め設定された設定電圧に保つことができるので、設定電圧以上の高電圧又は低電圧で電力が出力されることがなく、節電効果が得られる。

また、出力電圧が変動した際において、タップ切替えに用いられるリレー等の切替え器の動作遅れ時間を１ｍｓ以下に制御することができ、適正電圧へ瞬時に切替えることができる。また、切替え器の動作時間は、パーソナルコンピュータに記憶されたソフト等で所望する時間（０．５ｍｓ〜１５ｓ）に設定することができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の電圧設定手段は、実施例の電圧設定スイッチ２に対応し、
以下同様に、
電圧検知手段は、電圧検知器７に対応し、
電圧可変手段は、トランス３を構成する昇圧トランス８と降圧トランス９に対応し、
電圧切替え部は、タップ切替えスイッチ８ｆ，９ｆに対応し、
電圧比較手段は、電圧比較装置１０に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。

前記実施形態では、昇圧トランス８のタップ切替えスイッチ８ｆ…を＋１Ｖ〜＋１７Ｖの間で２Ｖずつ段階的に切替え、降圧トランス９のタップ切替えスイッチ９ｆ…を−１Ｖ〜−１７Ｖの間で２Ｖずつ段階的に切替えるように設定しているが、例えばタップ切替えスイッチ８ｆ…を＋１Ｖ〜＋１７Ｖ又は＋２Ｖ〜＋９Ｖの間で１Ｖずつ段階的に切替え、タップ切替えスイッチ９ｆ…を−１Ｖ〜−１７Ｖ又は−２Ｖ〜−９Ｖの間で１Ｖずつ段階的に切替えるように設定してもよい。また、３Ｖずつ段階的に切替えるように設定してもよい。

電圧安定化装置の全体構成を示す説明図。昇圧トランス及び降圧トランスの回路構成を示す説明図。昇圧トランス及び降圧トランスを備えたトランス全体を示す説明図。

符号の説明

１…電圧安定化装置
２…電圧設定スイッチ
３…トランス
７…電圧検知器
８…昇圧トランス
９…降圧トランス
８Ｃ，９Ｃ…入力側コイル
８Ｅ，９Ｅ…出力側コイル
８ｆ，９ｆ…タップ切替えスイッチ
１０…電圧比較装置

Claims

電圧検知手段により検知される供給電圧と、電圧設定手段により予め設定された設定電圧を電圧比較手段で比較するとともに、その比較結果に応じて入力側から出力側へ出力される出力電圧を電圧可変手段で昇圧・降圧し、該出力電圧が設定電圧に保たれるように制御する電圧安定化装置であって、
前記電圧可変手段を、前記出力側へ出力される出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、該出力電圧を降圧する降圧トランスとで構成し、
前記昇圧トランスを構成する入力側コイルに、出力側へ出力される出力電圧を段階的に昇圧する電圧切替え部を複数設け、
前記降圧トランスを構成する入力側コイルに、出力側へ出力される出力電圧を段階的に降圧する電圧切替え部を複数設け、
前記昇圧トランスを構成する出力側コイルと、前記降圧トランスを構成する出力側コイルとを直結して、入力側から出力側へ電力が連続して供給されるように設け、
前記電圧比較手段による比較結果に応じて、前記昇降トランス又は降圧トランスの電圧切替え部を切替える際に、前記出力側へ出力される電力の供給を遮断することなく、該出力側へ出力される出力電圧を予め設定された設定電圧に昇圧・降圧する
電圧安定化装置。
前記昇圧トランスを、鉄心の入力側に正巻きの入力側コイルを形成し、該鉄心の出力側に正巻きの出力側コイルを形成して構成し、
前記降圧トランスを、鉄心の入力側に正巻きの入力側コイルを形成し、該鉄心の出力側に逆巻きの出力側コイルを形成して構成した
請求項１に記載の電圧安定化装置。
前記昇圧トランスの出力側コイルの始端を入力側に接続し、前記降圧トランスの出力側コイルの終端を出力側に接続し、
前記昇圧トランスの出力側コイルの終端と、前記降圧トランスの出力側コイルの始端とを接続し、
前記昇降トランス又は降圧トランスの電圧切替え部の切替え時において、入力側から出力側へ電力が連続して供給されるように設けた
請求項１又は２に記載の電圧安定化装置。
前記昇圧トランスの電圧切替え部を、入力側コイルを構成する金属線の所定巻数毎に出力側へ出力される出力電圧を段階的に昇圧するタップ切替えスイッチを設けて構成し、
前記降圧トランスの電圧切替え部を、入力側コイルを構成する金属線の所定巻数毎に出力側へ出力される出力電圧を段階的に降圧するタップ切替えスイッチを設けて構成した
請求項１〜３のいずれか一つに記載の電圧安定化装置。