JP3184580U - 交流電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の急激な変動に対処できる交流電源回路を得る。
【解決手段】交流電源出力部から２本のラインに出力された交流電源を、負荷装置に供給する場合に、その２本のラインの一方または双方に１個または複数個のコンデンサＣ１またはＣ２を直列に接続する。このコンデンサＣ１またはＣ２を接続したことで、負荷装置が要求する電力に対して交流電源出力部が出力する交流電源の供給能力が一時的に不足したとき、コンデンサが保持している電荷により不足分を補完するようにした。
【選択図】図１

Description

本考案は、交流電源回路に関する。

負荷装置に内蔵される電子回路は、供給される電源が安定していることが、回路動作を安定させる上で重要である。すなわち、電子回路は、電源の供給能力が不足したとき、周波数特性の悪化、発振回路の発振周波数の変動、信号復調時の揺らぎなどが発生する。
ところが、通常の電源回路は、負荷変動に対する応答性に限界があり、急激な負荷変動が発生した際には、負荷装置に対して必要な電源を供給できない場合がある。負荷装置に対して必要な電源を供給できないと、上述した問題が発生してしまう。

特許文献１には、負荷装置に安定して交流電源を供給するために、交流電源と並列に蓄電池を設け、負荷変動を監視して蓄電池の充放電を制御する構成についての記載がある。特許文献１に記載の構成の場合、蓄電池は直流で充放電を行うため、交流電源と接続するために、複雑な構成の回路が必要である。

特開２００３−１１１４２６号公報

従来、急激な負荷変動に対処できる交流電源回路は、特許文献１に記載のように、非常に複雑な回路構成が必要という問題があった。このため従来は、例えば負荷装置が内蔵する電子回路を設計変更して、急激な負荷変動が発生しないように構成するなどの対処が必要であった。
もちろん、負荷装置が要求する電力に対する応答性がよい交流電源回路が簡単に得られれば、ある程度の負荷変動があっても負荷装置が安定して作動するという効果を有するが、従来の技術で簡単な構成とすることは困難であった。

本考案はかかる点に鑑みてなされたものであり、急激な負荷変動に対処できる交流電源回路を簡単に構成することを目的とする。

本考案は、交流電源出力部から２本のラインに出力された交流電源を、負荷装置に供給する交流電源回路に適用される。
本考案の交流電源回路は、２本のラインの一方に直列に１個または複数個のコンデンサを接続する。
このようにコンデンサを接続したことで、負荷装置が要求する電力に対して交流電源出力部が出力する交流電源の供給能力が一時的に不足したとき、コンデンサが保持している電荷により不足分を補完するようになる。

この場合、例えばコンデンサは、等価直列抵抗または等価直列インダクタンスが小さなコンデンサを使用する。等価直列抵抗または等価直列インダクタンスが小さなコンデンサを使用することで、変位電流を高効率で取り出して負荷装置に供給することができる。

本考案によると、受動素子であるコンデンサを接続するだけのシンプルかつ安価な構成で、急激な負荷変動に対処できるようになる。

本考案の一実施の形態の例による交流電源回路を示す構成図である。 本考案の一実施の形態の例による出力交流電源波形（図２Ａ）と、コンデンサ有りのときの負荷変動時の例（図２Ｂ）と、コンデンサ無しのときの負荷変動時の例（図２Ｃ）とを比較した波形図である。

［１．構成例］
以下、本考案の一実施の形態の例（以下、「本例」と称する。）を、図１および図２を参照して説明する。
図１は、本例の構成を示す図である。交流電源装置１０は、例えば単相１００Ｖ６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの商用交流電源を電源ラインＬ１，Ｌ２に出力する。この電源ラインＬ１，Ｌ２に出力された商用交流電源が、負荷装置２０に供給される。負荷装置２０は、交流電源を直流低圧電源に変換する直流変換回路２１を備え、この直流変換回路２１で変換された直流低圧電源が、負荷回路２２に供給される。

交流電源装置１０は、負荷装置２０が定常状態で作動している際に必要な電流値の交流電源を供給する能力を備えるが、一時的な負荷変動に対処するための特別な構成は備えない。すなわち、電源回路として一般的な構成のものを使用する。このため、負荷装置２０内の負荷回路２２の作動状態が変化して、一時的な急激な負荷変動が発生した際には、負荷装置２０が必要な電流値が、交流電源装置１０が供給できる電流値を超える場合がある。
なお、負荷装置２０内で交流電源を直流電源に変換するのは１つの例であり、例えば負荷回路２２として交流モータなどの交流電源で作動するものを用意して、電源ラインＬ１，Ｌ２で供給された交流電源で負荷回路２２を直接駆動してもよい。

ここで本例においては、電源ラインＬ１またはＬ２に、負荷変動を吸収するためのコンデンサＣ１またはＣ２を接続する。
すなわち、例えば図１Ａに示すように、電源ラインＬ１に直列にコンデンサＣ１を接続する。あるいは、図１Ｂに示すように、電源ラインＬ２に直列にコンデンサＣ２を接続する。
あるいはまた、図１Ｃに示すように、電源ラインＬ１に直列にコンデンサＣ１を接続し、電源ラインＬ２に直列にコンデンサＣ２を接続する。
図１では、コンデンサＣ１，Ｃ２は、それぞれの１個のコンデンサとして示すが、複数個のコンデンサを直列または並列に接続してもよい。

これらのコンデンサＣ１，Ｃ２の容量値は、負荷に供給する電流に応じたものとする。
また、コンデンサＣ１，Ｃ２は、等価直列抵抗（Equivalent Series Resistance：ＥＳＲ）が低い、いわゆる低ＥＳＲコンデンサであるのが好ましい。さらに、コンデンサＣ１，Ｃ２は、等価直列インダクタンス（Equivalent Series Inductance：ＥＳＩ）が低い、いわゆる低ＥＳＩコンデンサであるのが好ましい。なお、等価直列抵抗と等価直列インダクタンスの双方が低いコンデンサを使用することが、より好ましい。

［２．動作例］
図２は、交流電源装置１０から負荷装置２０に供給される交流電源の波形の例を示す図である。図２Ａに示すように、交流電源装置１０が出力する交流電源波形Ｖａは、規定の電圧で周波数も一定である。
この図２Ａに示す交流電源波形Ｖａが負荷装置２０に供給されることで、負荷装置２０が作動する。ここで、例えば負荷装置２０内の負荷回路２２の作動状態が変化して、負荷変動があった場合を想定する。

図２Ｂは、コンデンサＣ１またはＣ２が接続された図１の構成での、負荷変動時の交流電源波形Ｖｂを示す。この負荷変動時の交流電源波形Ｖｂは、コンデンサＣ１またはＣ２の作用で、図２Ａに示す定常時の交流電源波形Ｖａとほぼ同じであり、電源電圧の低下がない。

図２Ｃは、比較のために、コンデンサＣ１，Ｃ２をラインＬ１，Ｌ２に接続しない構成で、図２Ｂの例と同じ負荷変動があった場合の交流電源波形Ｖｃを示す。
このコンデンサＣ１，Ｃ２を接続しない場合には、負荷装置２０が要求する電力に対して、交流電源装置１０から供給できる電力が一時的に不足し、交流電源波形Ｖｃが定常時の交流電源波形Ｖａから低下した状態が発生する。負荷変動時の交流電源波形Ｖｃが、定常時の交流電源波形Ｖａから低下する程度は、負荷変動の発生状態によっては、１０％を越える電圧低下が発生することがある。

このように、図１に示す構成とすることで、交流電源装置１０として、瞬間的な負荷変動に対処できない一般的な構成の電源装置を使用した場合でも、コンデンサＣ１またはＣ２の作用で、負荷変動に対処できるようになる。

ここで、図１の構成により負荷変動に対処できることについて、詳しく説明する。
図１に示したように、ラインＬ１またはＬ２に、コンデンサＣ１またはＣ２を接続したことで、コンデンサＣ１またはＣ２の出力端から負荷装置２０に、交流電流が変位電流により供給される。この変位電流による交流電流で、負荷回路２２に回路電流が流れるようになる。
ここで、負荷変動が発生して負荷回路２２が必要とする電流が瞬間的に増加したとき、コンデンサＣ１またはＣ２の出力端から負荷装置２０に、コンデンサＣ１またはＣ２に蓄積された電荷による電流が供給されるようになる。
ここでの瞬間的な増加は、例えば６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの交流電源波形の１周期よりも短い期間に生じる増加のような、非常に短い期間での急激な増加である。
このコンデンサＣ１またはＣ２に蓄積された電荷による電流供給があることで、負荷回路２２は、負荷変動時に必要な電流が得られ、安定して作動するようになる。例えば、負荷回路２２が、何らかの高周波信号を発生させる回路である場合、その高周波信号処理を行うための発振回路の安定性を確保することができる。また、電源が安定することで、発生した高周波信号の周波数特性の電源変動による劣化を防ぐことができる。さらに、負荷回路２２が信号を復調する機能を有する場合、信号復調時の揺らぎを減少できる効果を有する。
なお、コンデンサＣ１またはＣ２が放出した電気エネルギーは、負荷の状態が安定した後に、交流電源装置１０から供給される交流電源で直ちに充電される。

以上説明したように、本実施の形態の例によると、一時的な負荷変動に対処するための特別な構成を備えない交流電源装置を使用して、簡単かつ安価に、負荷変動時の安定した交流電源供給が可能になる。また、交流電源の供給能力が負荷変動に対処できるようになることで、負荷回路が常に安定して作動するようになり、周波数特性の拡大や発振周波数の安定性向上、復調信号の揺らぎ防止などの様々な効果が得られるようになる。

１０…交流電源装置、２０…負荷装置、２１…直流変換回路、２２…負荷回路、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２…電源ライン、Ｖａ…出力交流電源、Ｖｂ…負荷変動時（コンデンサ有り）の交流波形、Ｖｃ…負荷変動時（コンデンサ無し）の交流波形

Claims (3)

1. 交流電源出力部から２本のラインに出力された交流電源を、負荷装置に供給する交流電源回路において、
   前記２本のラインの一方または双方に、１個または複数個のコンデンサを直列に接続し、
   前記負荷装置が要求する電力に対して前記交流電源出力部が出力する交流電源の供給能力が一時的に不足したとき、前記コンデンサが保持している電荷により不足分を補完するようにした交流電源回路。
2. 前記コンデンサは、等価直列抵抗が小さなコンデンサである
   請求項１に記載の交流電源回路。
3. 前記コンデンサは、等価直列インダクタンスが小さなコンデンサである
   請求項１または２に記載の交流電源回路。
   

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