JP3331179B2 - 電源バランサー - Google Patents
電源バランサーInfo
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- Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
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- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
路において、R相電源とT相電源の利用率を均一にする
電源バランサーに関する。
荷平衡をとることが現実的には困難であった。これを解
決する手段としては、図1に示すように、負荷バランサ
ー(BL0 )を負荷群(ZR )(ZT )の末端に設ける
構成が挙げられる。すると、R相電流(IR1)とT相電
流(IT1)が同じ値になり、二つの電源(ER )(ET
)の利用率が均一になることで、電力供給側にも有益
であった。なお、ここで、IR1=IR +IB 、IT1=I
T −IB 、IN1=IT1−IR1=0 より、IB =(IT
−IR )/2、ER =IR ・ZR =IT ・ZT =ET
である。しかし、この種の負荷バランサーは負荷群の末
端に設置せざるを得ないので、施工の立場から見れば工
事が複雑となるために、余り普及していないのが実情で
あった。
その需要の度を高めている。節電器は、その出力端の電
圧を、使用される電気製品の定格電圧下限値近くに下げ
ることで節電を行なうものである。そのため、配電路の
負荷に均衡がとれていないと、過剰に電圧が低下してし
まったりするなど電流の片寄りの悪影響が発生してい
た。
て、特願平7−1804「昇降同圧自律切替装置付き省
電力変圧器」を開示している。これによると、出力電圧
が有効に降下されるので節電効果はあるが、R相電流と
T相電流とのバランスは十分にはとれなかった。
おける上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、単相3線式配電路に設置する施工工事が容易であ
り、2つの電源利用率が均一となる電源バランサーを提
供することである。この電源利用率の均一化により、安
定した負荷対応能力を備え、出力端電圧を適正に降下さ
せられる節電器を提供することも、本発明に伴う目的で
ある。
め、本発明の電源バランサーは、単相3線式の配電路に
おいて、電源の近傍に2体のコアを設け、一方のコアに
は、R相及びT相の線路をそれぞれ巻回し、他方のコア
には、R相線路とT相線路とを結線すると共にN相線路
に結線された線路を、R相線路とN相線路との間、及
び、T相線路とN相線路との間で、それぞれ巻回して、
R相電源とT相電源の利用率を均一にする。
線路が巻回されたコアに、更に、N相線路を巻回して、
変圧を行なうことで、出力端電圧を適正に降下させられ
る節電器として寄与させることを特徴とする。
路が巻回されたコアに、更に、R相及びT相の線路をそ
れぞれ巻回して、変圧を行なうことによっても、同様の
作用が得られる。
づいて説明する。本発明は、種々の単相3線式配電路を
対象とすることができるが、以下では、好適実施例とし
て、典型的な回路構成を挙げて説述する。なお、本発明
の構成は、その主旨から逸脱しない限り適宜設計変更可
能なものである。
3線式配電路の要部回路図である。電源(ER )(ET
)の近傍に、2体のコア(CRA )(CRB )が設け
られる。一方のコア(CRA)には、R相及びT相の線
路(R1 〜1)(T1 〜3)をそれぞれ巻回して、コイ
ル(CLAR)(CLAT)を形成する。他方のコア(CR
B )には、R相線路(1)とT相線路(3)とを結線す
ると共にN相線路(2)に結線された線路を、R相線路
とN相線路との間(1〜2)、及び、T相線路とN相線
路との間(3〜2)で、それぞれ巻回して、コイル(C
LBR)(CLBT)を形成する。
オフの場合(添字0でスイッチオフの状態を示す):図
3は、全ての負荷スイッチ(SWR )(SWT )(SW
N )がオフの場合のコア(CRB )近傍の状態を示す回
路図である。無負荷であり、閉路電流IB0は、閉路N0
→R0 →R1 →1→2→3→T1 →T0 →N0 を流れ
る。一方のコア(CRA )の磁気抵抗をRA 、他方のコ
ア(CRB )の磁気抵抗をRB とおく。コア(CRA )
においては、Aターンで右巻き(c・w)のコイル(C
LAR)と、同じくAターンで左巻き(c・c・w)のコ
イル(CLAT)があるから、ノーマルモード電流IB0に
対して、常に、φR10=φT10が成り立ち、磁束が互い
に打ち消す関係にある。よって、合成磁束がφAC0=φ
R10=φT10=0であるから、VR10 =A・dφAC0/
dt=VT10 =0 となり、電圧降下は各コイルでは生
じていない。φR10 =IB0・A/RA 、φT10=IB0・
A/RA であるから、常に、IB0=IB0(IR10 =IB
0、IN10 =0、IT10 =IB0) であるように対抗し
ている。
2つのコイル(CLBR)(CLBT)は同方向に巻かれて
いる。IB0は1→2→3と流れるから、コア(CRB )
中の磁束φBR0及びφBT0は、図示の矢印方向に発生す
る。他のコア(CRA )の存在により、IR10 =IT10
=IB0、IN10 =0と条件づけがされているから1→2
→3以外には流れない。よって、コイル(CLBR)の発
生した磁束φBR0は、コイル(CLBT)に流れる電流I
B0を減少させるように作用し、同様に、コイル(CLB
T)の発生した磁束φBT0は、コイル(CLBR)に流れ
る電流IB0を減少させるように作用する。このように、
両磁束φBR0及びφBT0は互いに、電流にブレーキをか
けるように働く。
等しく、洩れ磁束も等しければ、IB0は小さくなるが、
実際には1〜3間の印加電圧2Eや、コイル巻数qB,
磁気抵抗RBにより定まる状態、すなわちバランス点と
なる状態のIB0(0<IB0≪1)となる。従って、無負
荷の場合は、コア(CRB )において、合成磁束と電圧
降下は、 φBC0=φBR0+φB10=IB0・2qB/RB (0<IB0≪1) VBR0=VBT0=qB・dφBC0/dt=2jωLB IB0=E・・・(1) の関係が成立する(ただし、LB =q2 B2 /RB 、d
/dt≡jω、ω=2πf)。よって、式(1)より、 IB0=E/2jXB ・・・(2) となる(ただし、XB =ωLB )。
オンの場合(ただし負荷はZR≧ZT ): 図4は、全
ての負荷スイッチ(SWR )(SWT )(SWN)がオ
ンの場合のコア(CRB )近傍の状態を示す回路図であ
る。コア(CRA )においては、φR1=φT1と均衡する
ためにφAC =0であるから、コイルには電圧降下は生
じない。よって、R2 −N2 、N2 −T2 間の印加電圧
は共に電源電圧(ER )(ET)とみなせる。ここで、
線路が対称で、ZR ≧ZT であれば、電流の大きさがI
R2≦IT2と指定される。すると、コア(CRA )の働き
により、IR1=IT1が保たれるのであるから、コア(C
RB )の各コイル(CLBR)(CLBT)に流れ込む電流
は、図2に示した方向をもつIBR、IBTでなければなら
ない。もし、IBTが図示の方向と逆方向であれば、IN1
=IT1−IR1=0であるからIBR=−(IBT)となり、
無負荷のIB0の通り方となる。そのため、IBRはIB0に
近づき、IR1<IT1となってコア(CRA)の働きに矛
盾した結果となってしまう。よって、IBTは図2に示し
た方向に発生せざるを得ない。
B )の磁路は互いに他のコイル(CLBR)(CLBT)か
らの磁束を打ち消すように、電流IBR、IBTが流れるよ
うになる。1−2間の印加電圧がやはり同じ値(ER )
(ET )であることから、図3で示した合成磁束φBC0
方向と同方向に、合成磁束φBCも存在して、φBC
は、φBR =IBR・qB/RB 、φBT =IBR・qB/
RB 、φBC =φBR −φBT より、 φBC =(IBR−IBT)・qB/RB ・・・(3) となる。 電源電圧(ER )(ET )との関係より、 φBC =φBC0 ・・・(4) であるから、 IBR−IBT=2IB0 ・・・(5) の関係を得て、φBC ≠0である。
下で、 VBR =qB・dφBC /dt ・・・(6) 3−2間の電圧VBT は、電圧上昇で、 VBT =qB・d(−φBC )/dt ・・・(7) である。 すなわち、 VBR =E ・・・(8) VBT +E=0 ・・・(9) の関係が得られる。
を鑑みると、電源バランサー回路(BL)の作用が明確
となる。コア(CRA )とそのコイル(CLAR)(CL
AT)の働きにより、IR1=IT1、IN1=IT1−IR1=0
が保たれる。よって、 IR1=IR2+IBR ・・・(10) IT1=IT2−IBT ・・・(11) より、 IT2−IR2=IBR+IBT ・・・(12) の関係が得られる。(12)式の内容は、電源バランサ
ー回路(BL)の作用により、ZR ≧ZTの時、IR2よ
りも大きな電流IT2を要求する負荷ZTに対して、2つ
の電源(ER)(ET )が協調して働き、IT2に対して
N相線路より上から流れてくるIR2に加えるべき IN2=IBR+IBT ・・・(13) を送り込んでIT2を実現させているということを示して
いる。
電源(ER )(ET )が互いに独立して作用していたの
に対し、電源バランサー回路(BL)を用いることで、
2つの電源(ER )(ET )を同じ利用率で働かせるこ
とができる。例えばIR2=0となる極端な片側負荷の状
態であっても、2つの電源(ER )(ET )は互いに協
調して働くので、実質的に一つの電源として負荷対応を
行なえる。従って、電力供給側にも負担をかけず、か
つ、効率よく電源として機能するため、最大片側負荷対
応性と安全性に優れている。
IN2,IBR,IBTを求めれば次の通りになる。
=0、IBR=−IBT=IB0 となる。
れることによって、IR1=IT1、IT2=0として電源利
用率を均一化し、万一N相線路が断線しても、R相、T
相の負荷端電圧を同一に保つという利点をもっていた。
これに対し、本発明の電源バランサー回路(BL)は、
N相線路の断線には対応しないが、図5に示すように主
電源の近傍で用いることができる。そのため、設置が簡
便であり、種々の負荷端に数多く用いる必要はなく、主
電源に一つ対応させればよく、経費低減にも寄与する。
また、図6及び7の節電回路に組み込めば図8のように
極めて安定した使い方ができる。図6及び7に示した回
路については後に詳述する。なお、ZR<ZTの場合は、
図4における電流IBRとIBTは逆方向に流れるが、上述
と同様に説明される。
単相3線式配電路の要部回路図である。図2に示して上
述した回路のコア(CRB )に、更に、R相線路とT相
線路とを結線する線路(1−R2 )(3−T2 )が巻回
されて、コイル(CLR2)(CLT2)が形成される。一
方のコア(CRA )のコイル(CLAR)(CLAT)によ
って、IR1=IT1となる作用は上に述べてあるので、他
方のコアー(CRB )に新たに設けた電圧降下コイルの
働きについて説明を行なう。なお、これは、巻き方を逆
にすれば電圧を上昇させるコイルとして機能する。
合:図9は、負荷スイッチ(SWR )(SWT )がオフ
の場合のコア(CRB )近傍の状態を示す回路図であ
る。負荷スイッチ(SWR )(SWT )がオフであるか
ら、コア(CRA )を通った電流IB0 は、1→2→3
と流れる。ここで、コイル(CLR2)(CLT2)には電
流は流れない。また、コア(CRA )により、IB10 =
IT10 =IB0 、IN10 =0と条件づけされているか
ら、IB0 は1→2→3以外には流れない。
同じであって、 φBC0=φBR0+φBT =IB0・2qB/RB (0<IB0 ≪1) ・・・(26) VBR0=VBT0=2jXB・IB0=E ・・・(27) IB0=E/2jXB (XB =ωLB、ω=2πf、LB =q2 B2 /RB ) ・・・(28) である。R2 −N2 間の出力電圧VR2と、N2 −T2 間
の出力電圧V2Tは、VR2=VT2=BdφBC0/dt で
あるから、 VR2=VT2=E/q ・・・(29) となり、電流は流れないが電圧降下は発生している。よ
って、この時、出力端子電圧V2R(R2 −N2 間)及び
V2T(N2 −T2 間)は、 V2R=V2T=E−VR2=E−VT2=E・(q−1)/q
・・(30)である。
合(ZR ≧ZT 、IR2≦IT2): 前記1−2の項で説
明したのと同じ理由で、コイル(CLBR)には電流IB
R、コイル(CLBT)には電流IBT、コイル(CLR2)
には電流IR2、コイル(CLT2)には電流IT2が流れ
る。よって、コア(CRA )のコイル(CLAR)(CL
AT)の働きにより、IR1=IT1、IN1=IT1−IR1=
0、 すなわち、 IT2−IR2=IBR+IBT ・・・(31) が成立している。
VBR0はEに等しいので、φBC は 、 φBC =φBC0 ・・・(37) を満たす値である。よって、(26)(36) 式より、 q(IBR−IBT)+(IR2 +IT2 )=2qIB0 ・・・(38) であり、また、コア(CRA )のコイル条件式、(3
1)式も満たしている。従って、各電流は、(31)
(38)式を満たす関係で定まる。(31)(38)式
をIBR、IBTについて解けば、 IBR={(q−1)IT2−(q+1)IR2}/2q+IB0 ・・・(39) IBT={(q+1)IT2−(q−1)IR2}/2q−IB0 ・・・(40) となる。特に、IR2 =IT2 =Iとなる場合(ZR =
ZT )は、IBR=IB0−1/q、IBT=1/q−IB0
となる。
Eであるから、コイル(CLR2)(CLT2)における電
圧降下VR2 、VT2 は、 VR2=BdφBC /dt=VT2 VBR =qB・dφBC /dt=E の関係から、 VR2=VT2=E/q ・・・(41) と常に一定となる。よって、この時、機器の出力端電圧
V2R、V2Tは、 V2R=E−VR2 V2T=E−VT2 より、 V2R=E(q−1)/q=V2T ・・・(42) と保持されていることがわかる。
LT2)を設けたコア(CRB )によって、その出力を電
源Eの(q−1)/q倍として出力することができ、こ
の電圧降下分だけ負荷の消費エネルギーが節約される。
なお、コイル(CLR2)(CLT2)の巻き方を、図では
C・C・W巻としたが、逆にC・ω巻とすれば、VR2、
VT2は電圧上昇となり、V2R=V2T=(q+1)/qE
とすることができる。
2、IR2は共に(q−1)/q倍となることがわかる。
よって、皮相電力は、{(q−1)/q}2 倍となり、
節電器を用いない場合よりも低下する。 また、負荷の
力率は変化しないから、有効電力も{(q−1)/q}
2 倍となり減少する。
ものであるが、上述と同様にして、 IT1=IR1 ・・・(47) V2R=E・q/(q+1)=V2T ・・・(48) となる。
電圧)、V2T(N2 −T2 間の出力電圧)は、負荷変動
があっても、一定値V2R=V2T=E(q−1)/qに保
たれ、その電圧降下分E/qに見合った分だけ負荷側の
消費電力が低下する。すなわち、単相三線式の配電路に
おいて、2つの電源の利用率を均一化すると同時に、適
正な電圧降下分に基づいて節電を行なうという省エネ機
器が得られた。従来の電圧降下分だけ節電のみを行なう
機器では、負荷側のバランスが取れていない場合には、
2つの電源の利用率も異なってしまう。例えば、IR2=
0などの極端な非平衡負荷の状態でIT2が最大定格近辺
では、電源の一つしか利用できないために、電源電圧の
降下などの不都合を生じた。すると、2次側に電源を供
給する1次側電源にも悪影響を及ぼし、送電系統全体と
しては好ましいものではない状態に落ち入る場合もあっ
た。そこで、本発明の電源バランサー機能をもった節電
器を用いれば、電源利用率が2つの電源において常に等
しく保たれるので、総合的な負荷対応力が最大限まで
(電源最大容量×2倍)増加するから、従来の節電器に
比べて、安全性が高まると同時に、1次側電源への悪影
響をなくすこともできる。
・W巻とC・C・W巻の組み合わせであるから、通常の
ノーマルモード電流に対しては抵抗を示さず通過させる
が、1次側電流のコモンモード変動やノイズ等のコモン
モード電流は極めて強力に阻止する。従って、本発明の
節電器を用いることで、半導体回路をもつ様々な電子機
器に悪影響を及ぼすコモンモード電圧、電流をカットす
ることができる点でも実用性の高い有意義な特徴であ
る。
る単相3線式配電路の要部回路図である図7の一部分で
あり、コア(CRB )近傍を示す。図2に示して上述し
た回路のコア(CRB )に、更に、N相線路(2−N2
)が巻回されて、コイル(CLN )が形成される。一
方のコア(CRA )のコイル(CLAR)(CLAT)によ
って、IR1 =IT1となる作用は既に述べてあるので、
他方のコアー(CRB )に新たに設けた電圧降下コイル
の働きについて説明を行なう。
合:負荷スイッチ(SWR )(SWT )がオフであるか
ら、コア(CRA )を通った電流は、電源電圧(ER +
ET )の印加方向に従って1→2→3と流れる。Nコイ
ルには電流は流れないが、磁束の誘導により電圧は発生
する。コア(CRA)では既述したように、電圧降下は
生じない。
状態は、図3の場合と同様であるから、 φBC0=φBR0+φBT0=IB0・2qB/RB (0<IB0≪1) ・・・(49) VBR0=VBT0=qB・dφBC0/dt=2jωLB IB0 =2jXB IB0 (LB =q2 B2 /RB ) ・・・(50) VN0=B・dφBC0/dt=VBR0/q ・・・(51) VBR0=VBT0=E ・・・(52) の関係があり、機器の出力端電圧V2R0、V2T0は、 VZR0=VZT0=VBR0−VN0 =VBR0−VBR0/q=E・(q−1)/ q ・・・(53) と定まり、電流IB0は、 IB0=E/2jXB ・・・(54) となる。
合(ZR ≧ZT 、IR2≦IT2): 既述のように、コイ
ル(CLBR)には電流IBR、コイル(CLBT)には電流
IBT、コイル(CLN )には電流IN2が流れる。コア
(CRA )のコイル(CLAR)(CLAT)の働きによ
り、IR1=IT1、IN1=IT1−IR1=0、 すなわち、 IT2−IR2=IBR+IBT ・・・(55) が成立している。
等しいために、 φBC =φBC0 ・・・(60) でなければならない。よって、(49)(59)式より (q+1)IBR −(q−1)IBT=2qIB0 ・・・(61) となる。(55)(61)式よりIBR、IBTを求めれば、 IBR=IB0−(IT2−IR2)(q−1)/2q ・・・(62) IBT=(IT2−IR2)(q+1)/2q−IB0 ・・・(63) を得るから、 IBR−IBT=2IB0−(IT2−IR2) ・・・(64) である。特に、IR2=IT2=Iとなる場合(ZR =ZT
)は、IBR=IB0=−IBT となる。
R、V2Tは、V2R=V2T=E−VN より V2R=V2T=E(q−1)/q ・・・(68) となる。以上より、N相線路に電圧降下コイル(CL
N)を設けたコアー(CLB)では、その出力を、電源電
圧Eの(q−1)/q倍とするので、前述と同じく、負
荷の有効電力も(q−1)2 /q2 倍とすることができ
る。
をしているために次の効果を奏する。すなわち、その回
路構成により、R相電源とT相電源の利用率が均一とな
ると共に、単相3線式配電路に設置する施工工事が容易
である。そして、R相線路とT相線路とを結線する線路
が巻回されたコアに、N相線路を巻回して変圧を行なう
ことによって、出力端電圧を適正に降下させて節電に寄
与する。
路の要部回路図
電路の要部回路図
傍の状態を示す回路図
傍の状態を示す回路図
を備える単相3線式配電路の要部回路図
による電源バランサーを備える単相3線式配電路の要部
回路図
合のコア(CRB)近傍の状態を示す回路図
近傍の状態を示す回路図
Claims (1)
- 【請求項1】単相3線式の配電路において、 電源の近傍に2体のコアを設け、 一方のコアには、R相及びT相の線路をそれぞれ巻回
し、 他方のコアには、 R相線路とT相線路とを結線すると共にN相線路に結線
された線路を、 R相線路とN相線路との間、及び、T相線路とN相線路
との間で、それぞれ巻回して、R相電源とT相電源の利
用率を均一にし、 R相線路とT相線路とを結線する線路が巻回されたコア
に、 更に、N相線路を巻回して、 変圧を行なう ことを特徴とする電源バランサー。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP25849798A JP3331179B2 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | 電源バランサー |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25849798A JP3331179B2 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | 電源バランサー |
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JP25849798A Expired - Lifetime JP3331179B2 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | 電源バランサー |
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- 1998-09-11 JP JP25849798A patent/JP3331179B2/ja not_active Expired - Lifetime
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