JP3886858B2 - 電圧変動補償装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷に供給される電力系統の電圧が瞬時的に変動した際に、それを検出して電圧変動を補償する電圧変動補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
雷などにより電力系統の電圧が瞬時的に低下し、工場などの精密機器などが誤作動や一時停止することにより、生産ラインで多大な被害を被ることがある。このような被害を防ぐために、電力系統の瞬時的電圧低下などの電圧変動を監視して、電圧低下を補償する電圧変動補償装置が用いられている。
従来の電圧変動補償装置の概略構成図を図７に示す。図に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置は、直流電源４、インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７で構成される。
このような従来の電圧変動補償装置における、系統電圧の瞬時低下時（以下、瞬低時と称す）の電圧補償動作について以下に示す。
図８は、系統電圧の瞬低時の、系統電圧、電圧変動補償装置の補償電圧出力、および需要家３に供給される電圧をそれぞれ示したものである。図に示すように、系統電圧に瞬時的に電圧低下が発生すると、電圧変動を監視している検出部（図示せず）にて電圧低下を検出し、それに基づく給電制御により、電圧変動補償装置では、直流電源４とインバータ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容量のトランス７を介して電力系統に直列に接続することにより、電力系統の電圧低下を補償する。これにより、需要家３には、電圧低下した系統電圧に電圧変動補償装置から出力される補償電圧が加算されてほぼ正常な電圧で電力が供給される。
【０００３】
上記のような電圧変動補償装置は、トランス７を介して電力系統に接続されるものであるが、近年、直列接続された複数個の電圧補償回路で構成される電圧変動補償装置を直接電力系統に直列に接続するものが開発されており、図９に基づいて以下に説明する。
図９に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置１００を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置１００は、図に示すように、複数の電圧補償ユニット１５と制御回路１６とで構成され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が電力系統に直列に接続される。各電圧補償ユニット１５には、ダイオードが逆並列に接続された４個の半導体スイッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４から成るフルブリッジインバータ、およびエネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３で構成される各電圧補償回路ＰＮ（ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３）と、充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）を充電するための充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３とが備えられる。また、充電コンデンサ１０の充電電圧Ｖ１〜Ｖ３は、半導体スイッチング素子９（９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４）のオン／オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続される。また、各電圧補償回路ＰＮの出力端には、各電圧補償回路ＰＮと並列に高速機械式の定常短絡スイッチ８が設けられる。
充電コンデンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３によってそれぞれ異なる電圧が充電され、充電用トランス１次巻線１２は、電力系統と接続される。各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ１０に充電される電圧の比は概ね２のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１
【０００４】
定常短絡スイッチ８および各半導体スイッチング素子９は制御回路１６に接続される。この制御回路１６の構成および動作について、図１０に基づいて以下に説明する。
図１０に示すように、系統電圧は制御回路１６に入力され、設定電圧２０と比較される。このとき設定電圧２０は、正常時の系統電圧とする。両者の差を誤差増幅器２１にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ２２にて３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。系統電圧と設定電圧２０との差が、充電コンデンサ１０ｐｎ１の充電電圧Ｖ１と等しくなったとき、Ａ/Ｄコンバータ２２からの出力信号における最下位ビットＤ１のみが１、即ち゛００１゛となるよう、また、同様に゛０１０゛・・・゛１１１゛の場合も、充電コンデンサ１０の充電電圧の組み合わせと等しくなるように誤差増幅器２１のゲインは予め調整しておく。
Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、ＮＯＲ回路２３を通して、信号ｚ（＝０）により定常短絡スイッチ８をオフする。
一方、電圧瞬低制御回路１６に入力された系統電圧は、極性判定回路２４にも入力され、極性が判定される。２５は、各電圧補償サブ回路ＰＮのインバータの駆動信号を発生する駆動信号発生器で、系統電圧の極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を選択する。
【０００５】
例えば、図９で示す電圧補償回路ＰＮ１においては、最下位ビットＤ１＝１のときに、系統電圧の極性が正の場合、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性で出力する。また系統電圧の極性が負の場合、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を負極性で出力する。またＤ１＝０のとき、スイッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、のうち上アーム側９ｓｗ１２、９ｓｗ１４あるいは下アーム側９ｓｗ１１、９ｓｗ１３のどちらか一方をオン状態とし他方をオフ状態として出力端を短絡し、電圧補償回路ＰＮ１からの出力をほぼゼロとする。
通常時、即ちデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が全て０の時は、定常短絡スイッチ８はオン状態で、電流は定常短絡スイッチ８を流れる。また電力系統の電圧低下時には、誤差電圧に応じて発生されたデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３によって選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３において、補償電圧が出力される。これらの出力は、系統にて組み合わされ、゛０００゛〜゛１１１゛の８階調の電圧出力を発生することができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１となる。
【０００６】
このような従来の電圧変動補償装置１００は、複数の電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３を備えて補償電圧を階調制御により出力するため、系統電圧の瞬低時における高精度な電圧補償が可能であり、また直接系統電圧に接続するため装置全体が安価で小型に構成できるものである。
上記従来の電圧変動補償装置１００の動作は、系統電圧の１相のみについて説明したが、実際には図１１に示すように、３相交流のそれぞれの相について、コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えた電圧変動補償装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃを直列に接続して独立に電圧変動を補償している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧変動補償装置は以上のように構成され、充電コンデンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４によってそれぞれ異なる電圧が充電される。このため、設置場所が必要な充電トランスが必ず必要であり、電圧を出力するための配線、および充電コンデンサ１０に充電をするための引き込み配線も必要となる。このため、装置をさらに小型化、簡略化するのは困難であった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、電力系統の各相に各相電圧補償回路がそれぞれ直列に接続されて、エネルギ蓄積手段に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する電圧変動補償装置において、上記エネルギ蓄積手段への充電に係る構成を簡略にして、装置構成の小型化、簡略化を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電圧変動補償装置は、
多相交流の各相の電力線にそれぞれ接続される各相電圧補償回路と、
上記各相電圧補償回路にそれぞれ接続される各エネルギ蓄積手段と
を備え、
上記各相電圧補償回路が、上記各相電圧補償回路に接続される各エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を出力し、上記各相の電力線の電圧変動を補償する電圧変動補償装置であって、
上記各相電圧補償回路は、上記各相の電力線に対して電圧変動の補償を行う場合に、上記各相の電力線から電力が供給される負荷に対し直列となるように接続され、
上記各エネルギ蓄積手段は、他相の電力線に接続され、
上記各エネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合の電力の経路は、一端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記各相電圧補償回路であり、他端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記他相の電力線であること
としたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１はこの発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の構成図である。
図１に示すように、３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相の電力線２０１、２０２、２０３に各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２をそれぞれ直列に接続し、図示しない制御回路からの指令により、複数の電圧補償回路を直列接続した各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２から各相に補償電圧を出力して、負荷２０４、２０５、２０６に供給する電圧変動を補償する。また各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２の出力端には、並列に高速機械式の定常短絡スイッチ２０７、２０８、２０９が設けられ、電圧低下が発生しない通常時は、電流は定常短絡スイッチ２０７、２０８、２０９を流れる。各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２は、各電圧補償回路にそれぞれエネルギ蓄積手段となるコンデンサを備えて、補償電圧を出力するが、当該相の電力線２０１、２０２、２０３から当該相の電圧補償回路を介して、多相の電力線２０３、２０１、２０２に接続される充電回路によりコンデンサは充電される。
【００１６】
例えば、Ｕ相における各相直列電圧補償回路２１０の詳細な構成を図２に基づいて以下に説明する。
図２（ａ）に示すように、各相直列電圧補償回路２１０は、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３がＵ相電力線２０１に直列に接続される。各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３は、ダイオードが逆並列に接続された４個のＩＧＢＴ２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４から成るフルブリッジインバータ、エネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の負極側に接続された充電抵抗２５１、２５２、２５３およびチョッパスイッチ２３５を備える。各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の負極は、充電抵抗２５１、２５２、２５３およびチョッパスイッチ２３５を介し、さらに充電抵抗２３６、リアクトル２３７を介してＷ相の電力線２０３に接続される。なお、チョッパスイッチ２３５は、例えば、ダイオードが逆並列に接続されたＩＢＧＴ等のスイッチング素子に直列にダイオードを組み合わせたもので、詳細を図２（ｂ）に示す。
【００１７】
また、各相直列電圧補償回路２１０の出力端には、上述したように、並列に高速機械式の定常短絡スイッチ２０７が設けられる。なお、この定常短絡スイッチ２０７は、各電圧補償回路ＰＮと並列に複数個設けても良く、１つあるいは直列接続された複数の電圧補償回路ＰＮの出力端毎に設けられていれば良い。また、フルブリッジインバータはＩＧＢＴ以外の自己消弧型半導体スイッチング素子で構成しても良い。
各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に充電される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）の比は概ね２のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１
通常時、定常短絡スイッチ２０７はオン状態で、電流は定常短絡スイッチ２０７を流れる。また電力系統の電圧低下時（瞬低時）には、定常短絡スイッチ２０７をオフして、瞬低補償動作を開始する。即ち、誤差電圧に応じて選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３において、補償電圧が出力される。これらの出力は、系統にて組み合わされ、゛０００゛〜゛１１１゛の８階調の電圧出力を発生することができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１となる。この瞬低補償動作については、従来の電圧変動補償装置と同様の制御で行われるため、詳細は省略する。
【００１８】
各電圧補償回路ＰＮ内の各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電について、以下に説明する。
各充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）を充電する場合、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内のスイッチング素子２２４、２２８、２３４をオンにして、チョッパスイッチ２３５をオン／オフ動作させる。これにより、第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２は、Ｕ相の電力線２０１からＵ相の各電圧補償回路ＰＮを介して、Ｗ相の電力線２０３に接続される充電回路により、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧にて所定の電圧に充電できる。
充電動作は装置を立ち上げる時に行うとともに、電力系統の瞬低が発生しない通常時に、各ビットの充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の電圧が低下したときにも行う。充電中に瞬低が発生した場合、瞬低を検出した後、直ちにチョッパスイッチ２３５をオフにして、充電動作を停止し、瞬低補償動作を開始する。これにより、コンデンサ充電中に発生する瞬低に対処することが出来る。
【００１９】
この実施の形態では、上述したように、当該相の電力線２０１、２０２、２０３から当該相の電圧補償回路ＰＮを介して、多相の電力線２０３、２０１、２０２に接続される充電回路により、電力系統の線間電力を用いて充電コンデンサ２６０、２６１、２６２を充電するようにしたため、充電トランスを省略することができ、充電回路の配線も簡略化できる。このため、小型で簡略な構成の電圧変動補償装置が得られる。また、チョッパスイッチ２３５のオン／オフ制御により充電動作を行うため、所望の電圧に精度良く充電できる。
【００２０】
なお、チョッパスイッチ２３５は線間電圧に耐えるように、スイッチを複数個、直列に接続して構成しても良く、定格電圧の低いスイッチング素子を用いることができる。
【００２１】
また、この実施の形態では、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に充電される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）の比は概ね２のべき乗比としたが、これに限るものではなく、それぞれ異なる電圧を蓄積し、誤差電圧に応じて選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３にて出力される補償電圧の総和で、電力系統の瞬低を補償する。さらにまた、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３にて出力される補償電圧は、系統電圧と逆極性のものを含んでも良い。
【００２２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図について説明する。
図３は、この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、ここでは便宜上、Ｕ相における各相直列電圧補償回路２１０ａの構成のみを示すが、Ｖ相、Ｗ相についても同様に構成される。
図３において、ＰＮ１〜ＰＮ３、２０１、２０３、２０７、２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４、および２６０〜２６２は、上記実施の形態１と同じもの、２７０、２７１、２７２は各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に並列に接続された並列抵抗、２７５、２７６、２７７は各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に直列に接続された直列抵抗、２７３、２７４はダイオードである。
【００２３】
各電圧補償回路ＰＮ内の各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電について、以下に説明する。
各充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）は、上記実施の形態１と同様に、Ｕ相の電力線２０１からＵ相の各電圧補償回路ＰＮを介して、Ｗ相の電力線２０３に接続される充電回路により、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧にて所定の電圧に充電される。この場合、充電回路内には、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に並列抵抗２７０、２７１、２７２と直列抵抗２７５、２７６、２７７とを接続して備えているため、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２は、これらの抵抗で分圧された所定の充電電圧となるように充電される。即ち、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧を（並列抵抗の抵抗値）／（直列抵抗の抵抗値＋並列抵抗の抵抗値）の値で分圧した一定の充電電圧となる。
【００２４】
この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、充電トランスを必要とすることなく各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２を充電でき、充電回路の配線も簡略化できる。このため、小型で簡略な構成の電圧変動補償装置が得られる。また、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に直列抵抗２７５、２７６、２７７と並列抵抗２７０、２７１、２７２とを備えて、これらの抵抗で分圧された所定の充電電圧に充電するため、容易に一定の電圧に充電できる。
【００２５】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図について説明する。
図４は、この発明の実施の形態３による電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、ここでも便宜上、Ｕ相における各相直列電圧補償回路２１０ｂの構成のみを示すが、Ｖ相、Ｗ相についても同様に構成される。
図４において、ＰＮ１〜ＰＮ３、２０１、２０３、２０７、２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４、および２６０〜２６２、２７３、２７４、および２７５〜２７７は上記実施の形態２と同じもの、２８０はツェナーダイオード、２８１はダイオード、２８２は抵抗である。
【００２６】
図に示すように、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３は、それぞれ４個のスイッチング素子２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４から成るフルブリッジインバータと、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２とを備えているが、この充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間に接続されたスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４のゲート−エミッタ間に抵抗２８２を接続し、コレクタ−ゲート間にダイオード２８１とツェナーダイオード２８０との逆直列接続したものを接続する。また、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２は直列抵抗２７５、２７６、２７７を介してＷ相の電力線２０３に接続される。
【００２７】
各電圧補償回路ＰＮ内の各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電について、以下に説明する。
各充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）は、上記実施の形態１と同様に、Ｕ相の電力線２０１からＵ相の各電圧補償回路ＰＮを介して、Ｗ相の電力線２０３に接続される充電回路により、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧にて所定の電圧に充電される。この場合、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間に接続されたスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４にツェナーダイオード２８０および抵抗２８１を設け、このツェナーダイオード２８０と抵抗２８２とで分圧される電圧をゲートに入力する点弧信号に用いて、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４をオンさせる。即ち、充電回路により充電される各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の電圧が所定の値以上になると、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間に接続されたスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４がオンして放電する。このスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４の動作による、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電および放電は、次のように行われる。
【００２８】
図５にツェナーダイオード２８０の特性を示す。ツェナーダイオート２８０の正極には負電圧が印加され、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電電圧が所定値に満たないとき、ツェナーダイオード２８０はオンしない。この状態では、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４はオンせず、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２は充電されて電圧は上昇する。各充電コンデンサの電圧が上昇し、所定値以上になると、ツェナーダイオート２８０には、ブレークダウン電圧を超える負電圧が印加されてオンし、ゲート−エミッタ間に電圧がかかる。この場合、ゲート−エミッタ間電圧はツェナーダイオード２８０と抵抗２８２とで分圧される電圧となり、これが点弧信号となり、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４はオンする。
【００２９】
一般に、コレクタ−エミッタ間電圧が増加しても、ゲート−エミッタ間電圧、またはベース電流が小さいとコレクタ電流は小さいものであるため、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間は短絡状態にはならないで、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４のオンにより放電する。こうして、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電電圧が低くなり、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４のゲートにかかるゲート−エッミッタ間電圧が所定の電圧よりも低くなると、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４はオフする。そして、再び、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２はＷ相の電力線２０３に接続される充電回路により充電されて電圧が上昇する。
このように充電と放電とを繰り返して、充電電圧を制御する。なお、瞬低発生時には、これらの動作を停止して瞬低補償動作を行う。
【００３０】
この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、充電トランスを必要とすることなく各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２を充電でき、充電回路の配線も簡略化できる。このため、小型で簡略な構成の電圧変動補償装置が得られる。また、チョッパスイッチなど、制御用のスイッチを設けることなく、各電圧補償回路ＰＮ内に備えられたスイッチング素子を利用して、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電電圧を所定の範囲内に保つことができる。
【００３１】
なお、図６に示すように、上記実施の形態１で示したチョッパスイッチ２３５を併設することもでき、その場合、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電、放電の回数を減らすことができ、充電に要する電力消費を低減できる。
【００３２】
上記実施の形態１〜３では、各相の電力線２０１、２０２、２０３のそれぞれに、複数の電圧補償回路ＰＮを直列の接続して電圧変動補償装置を構成したが、各相電圧補償装置ＰＮは、相毎に１つとしても良く、同様に充電コンデンサは多相との線間電圧で充電でき、同様の効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る電圧変動補償装置は、多相交流の各相の電力線にそれぞれ接続される各相電圧補償回路と、上記各相電圧補償回路にそれぞれ接続される各エネルギ蓄積手段とを備え、上記各相電圧補償回路が、上記各相電圧補償回路に接続される各エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を出力し、上記各相の電力線の電圧変動を補償する電圧変動補償装置であって、上記各相電圧補償回路は、上記各相の電力線に対して電圧変動の補償を行う場合に、上記各相の電力線から電力が供給される負荷に対し直列となるように接続され、上記各エネルギ蓄積手段は、他相の電力線に接続され、上記各エネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合の電力の経路は、一端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記各相電圧補償回路であり、他端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記他相の電力線であることとしたので、装置構成が小型化、簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による各相直列電圧補償回路の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置（各相直列電圧補償回路）の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態３による電圧変動補償装置（各相直列電圧補償回路）の構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態３によるツェナーダイオードの特性を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の別例による電圧変動補償装置（各相直列電圧補償回路）の構成図である。
【図７】 従来の電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図８】 従来の電圧変動補償装置の動作を説明する図である。
【図９】 従来の別例による電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図１０】 図９における電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。
【図１１】 従来の電圧変動補償装置による３相交流電圧補償を示す図である。
【符号の説明】
２０１〜２０３ 各相電力線、２０４〜２０６ 負荷、
２１０〜２１２ 各相直列電圧補償装置、
２２１〜２２４，２２５〜２２８，２３１〜２３４ スイッチング素子、
２３５ チョッパスイッチ、
２６０〜２６２ 充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ，第二ビットコンデンサ，第三ビットコンデンサ）、
２７０〜２７２ 並列抵抗、２７５〜２７７ 直列抵抗、
２８０ ツェナーダイオード、２８２ 抵抗、
ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３ 各相電圧補償回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷に供給される電力系統の電圧が瞬時的に変動した際に、それを検出して電圧変動を補償する電圧変動補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
雷などにより電力系統の電圧が瞬時的に低下し、工場などの精密機器などが誤作動や一時停止することにより、生産ラインで多大な被害を被ることがある。このような被害を防ぐために、電力系統の瞬時的電圧低下などの電圧変動を監視して、電圧低下を補償する電圧変動補償装置が用いられている。
従来の電圧変動補償装置の概略構成図を図７に示す。図に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置は、直流電源４、インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７で構成される。
このような従来の電圧変動補償装置における、系統電圧の瞬時低下時（以下、瞬低時と称す）の電圧補償動作について以下に示す。
図８は、系統電圧の瞬低時の、系統電圧、電圧変動補償装置の補償電圧出力、および需要家３に供給される電圧をそれぞれ示したものである。図に示すように、系統電圧に瞬時的に電圧低下が発生すると、電圧変動を監視している検出部（図示せず）にて電圧低下を検出し、それに基づく給電制御により、電圧変動補償装置では、直流電源４とインバータ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容量のトランス７を介して電力系統に直列に接続することにより、電力系統の電圧低下を補償する。これにより、需要家３には、電圧低下した系統電圧に電圧変動補償装置から出力される補償電圧が加算されてほぼ正常な電圧で電力が供給される。
【０００３】
上記のような電圧変動補償装置は、トランス７を介して電力系統に接続されるものであるが、近年、直列接続された複数個の電圧補償回路で構成される電圧変動補償装置を直接電力系統に直列に接続するものが開発されており、図９に基づいて以下に説明する。
図９に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置１００を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置１００は、図に示すように、複数の電圧補償ユニット１５と制御回路１６とで構成され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が電力系統に直列に接続される。各電圧補償ユニット１５には、ダイオードが逆並列に接続された４個の半導体スイッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４から成るフルブリッジインバータ、およびエネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３で構成される各電圧補償回路ＰＮ（ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３）と、充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）を充電するための充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３とが備えられる。また、充電コンデンサ１０の充電電圧Ｖ１〜Ｖ３は、半導体スイッチング素子９（９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４）のオン／オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続される。また、各電圧補償回路ＰＮの出力端には、各電圧補償回路ＰＮと並列に高速機械式の定常短絡スイッチ８が設けられる。
充電コンデンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３によってそれぞれ異なる電圧が充電され、充電用トランス１次巻線１２は、電力系統と接続される。各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ１０に充電される電圧の比は概ね２のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１
【０００４】
定常短絡スイッチ８および各半導体スイッチング素子９は制御回路１６に接続される。この制御回路１６の構成および動作について、図１０に基づいて以下に説明する。
図１０に示すように、系統電圧は制御回路１６に入力され、設定電圧２０と比較される。このとき設定電圧２０は、正常時の系統電圧とする。両者の差を誤差増幅器２１にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ２２にて３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。系統電圧と設定電圧２０との差が、充電コンデンサ１０ｐｎ１の充電電圧Ｖ１と等しくなったとき、Ａ/Ｄコンバータ２２からの出力信号における最下位ビットＤ１のみが１、即ち゛００１゛となるよう、また、同様に゛０１０゛・・・゛１１１゛の場合も、充電コンデンサ１０の充電電圧の組み合わせと等しくなるように誤差増幅器２１のゲインは予め調整しておく。
Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、ＮＯＲ回路２３を通して、信号ｚ（＝０）により定常短絡スイッチ８をオフする。
一方、電圧瞬低制御回路１６に入力された系統電圧は、極性判定回路２４にも入力され、極性が判定される。２５は、各電圧補償サブ回路ＰＮのインバータの駆動信号を発生する駆動信号発生器で、系統電圧の極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を選択する。
【０００５】
例えば、図９で示す電圧補償回路ＰＮ１においては、最下位ビットＤ１＝１のときに、系統電圧の極性が正の場合、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性で出力する。また系統電圧の極性が負の場合、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を負極性で出力する。またＤ１＝０のとき、スイッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、のうち上アーム側９ｓｗ１２、９ｓｗ１４あるいは下アーム側９ｓｗ１１、９ｓｗ１３のどちらか一方をオン状態とし他方をオフ状態として出力端を短絡し、電圧補償回路ＰＮ１からの出力をほぼゼロとする。
通常時、即ちデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が全て０の時は、定常短絡スイッチ８はオン状態で、電流は定常短絡スイッチ８を流れる。また電力系統の電圧低下時には、誤差電圧に応じて発生されたデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３によって選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３において、補償電圧が出力される。これらの出力は、系統にて組み合わされ、゛０００゛〜゛１１１゛の８階調の電圧出力を発生することができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１となる。
【０００６】
このような従来の電圧変動補償装置１００は、複数の電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３を備えて補償電圧を階調制御により出力するため、系統電圧の瞬低時における高精度な電圧補償が可能であり、また直接系統電圧に接続するため装置全体が安価で小型に構成できるものである。
上記従来の電圧変動補償装置１００の動作は、系統電圧の１相のみについて説明したが、実際には図１１に示すように、３相交流のそれぞれの相について、コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えた電圧変動補償装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃを直列に接続して独立に電圧変動を補償している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧変動補償装置は以上のように構成され、充電コンデンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４によってそれぞれ異なる電圧が充電される。このため、設置場所が必要な充電トランスが必ず必要であり、電圧を出力するための配線、および充電コンデンサ１０に充電をするための引き込み配線も必要となる。このため、装置をさらに小型化、簡略化するのは困難であった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、電力系統の各相に各相電圧補償回路がそれぞれ直列に接続されて、エネルギ蓄積手段に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する電圧変動補償装置において、上記エネルギ蓄積手段への充電に係る構成を簡略にして、装置構成の小型化、簡略化を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電圧変動補償装置は、
多相交流の各相の電力線にそれぞれ接続される各相電圧補償回路と、
上記各相電圧補償回路にそれぞれ接続される各エネルギ蓄積手段と
を備え、
上記各相電圧補償回路が、上記各相電圧補償回路に接続される各エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を出力し、上記各相の電力線の電圧変動を補償する電圧変動補償装置であって、
上記各相電圧補償回路は、上記各相の電力線に対して電圧変動の補償を行う場合に、上記各相の電力線から電力が供給される負荷に対し直列となるように接続され、
上記各エネルギ蓄積手段は、他相の電力線に接続され、
上記各エネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合の電力の経路は、一端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記各相電圧補償回路であり、他端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記他相の電力線であること
としたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１はこの発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の構成図である。
図１に示すように、３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相の電力線２０１、２０２、２０３に各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２をそれぞれ直列に接続し、図示しない制御回路からの指令により、複数の電圧補償回路を直列接続した各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２から各相に補償電圧を出力して、負荷２０４、２０５、２０６に供給する電圧変動を補償する。また各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２の出力端には、並列に高速機械式の定常短絡スイッチ２０７、２０８、２０９が設けられ、電圧低下が発生しない通常時は、電流は定常短絡スイッチ２０７、２０８、２０９を流れる。各相直列電圧補償回路２１０、２１１、２１２は、各電圧補償回路にそれぞれエネルギ蓄積手段となるコンデンサを備えて、補償電圧を出力するが、当該相の電力線２０１、２０２、２０３から当該相の電圧補償回路を介して、多相の電力線２０３、２０１、２０２に接続される充電回路によりコンデンサは充電される。
【００１６】
例えば、Ｕ相における各相直列電圧補償回路２１０の詳細な構成を図２に基づいて以下に説明する。
図２（ａ）に示すように、各相直列電圧補償回路２１０は、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３がＵ相電力線２０１に直列に接続される。各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３は、ダイオードが逆並列に接続された４個のＩＧＢＴ２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４から成るフルブリッジインバータ、エネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の負極側に接続された充電抵抗２５１、２５２、２５３およびチョッパスイッチ２３５を備える。各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の負極は、充電抵抗２５１、２５２、２５３およびチョッパスイッチ２３５を介し、さらに充電抵抗２３６、リアクトル２３７を介してＷ相の電力線２０３に接続される。なお、チョッパスイッチ２３５は、例えば、ダイオードが逆並列に接続されたＩＢＧＴ等のスイッチング素子に直列にダイオードを組み合わせたもので、詳細を図２（ｂ）に示す。
【００１７】
また、各相直列電圧補償回路２１０の出力端には、上述したように、並列に高速機械式の定常短絡スイッチ２０７が設けられる。なお、この定常短絡スイッチ２０７は、各電圧補償回路ＰＮと並列に複数個設けても良く、１つあるいは直列接続された複数の電圧補償回路ＰＮの出力端毎に設けられていれば良い。また、フルブリッジインバータはＩＧＢＴ以外の自己消弧型半導体スイッチング素子で構成しても良い。
各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に充電される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）の比は概ね２のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１
通常時、定常短絡スイッチ２０７はオン状態で、電流は定常短絡スイッチ２０７を流れる。また電力系統の電圧低下時（瞬低時）には、定常短絡スイッチ２０７をオフして、瞬低補償動作を開始する。即ち、誤差電圧に応じて選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３において、補償電圧が出力される。これらの出力は、系統にて組み合わされ、゛０００゛〜゛１１１゛の８階調の電圧出力を発生することができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１となる。この瞬低補償動作については、従来の電圧変動補償装置と同様の制御で行われるため、詳細は省略する。
【００１８】
各電圧補償回路ＰＮ内の各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電について、以下に説明する。
各充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）を充電する場合、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内のスイッチング素子２２４、２２８、２３４をオンにして、チョッパスイッチ２３５をオン／オフ動作させる。これにより、第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２は、Ｕ相の電力線２０１からＵ相の各電圧補償回路ＰＮを介して、Ｗ相の電力線２０３に接続される充電回路により、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧にて所定の電圧に充電できる。
充電動作は装置を立ち上げる時に行うとともに、電力系統の瞬低が発生しない通常時に、各ビットの充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の電圧が低下したときにも行う。充電中に瞬低が発生した場合、瞬低を検出した後、直ちにチョッパスイッチ２３５をオフにして、充電動作を停止し、瞬低補償動作を開始する。これにより、コンデンサ充電中に発生する瞬低に対処することが出来る。
【００１９】
この実施の形態では、上述したように、当該相の電力線２０１、２０２、２０３から当該相の電圧補償回路ＰＮを介して、多相の電力線２０３、２０１、２０２に接続される充電回路により、電力系統の線間電力を用いて充電コンデンサ２６０、２６１、２６２を充電するようにしたため、充電トランスを省略することができ、充電回路の配線も簡略化できる。このため、小型で簡略な構成の電圧変動補償装置が得られる。また、チョッパスイッチ２３５のオン／オフ制御により充電動作を行うため、所望の電圧に精度良く充電できる。
【００２０】
なお、チョッパスイッチ２３５は線間電圧に耐えるように、スイッチを複数個、直列に接続して構成しても良く、定格電圧の低いスイッチング素子を用いることができる。
【００２１】
また、この実施の形態では、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に充電される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）の比は概ね２のべき乗比としたが、これに限るものではなく、それぞれ異なる電圧を蓄積し、誤差電圧に応じて選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３にて出力される補償電圧の総和で、電力系統の瞬低を補償する。さらにまた、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３にて出力される補償電圧は、系統電圧と逆極性のものを含んでも良い。
【００２２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図について説明する。
図３は、この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、ここでは便宜上、Ｕ相における各相直列電圧補償回路２１０ａの構成のみを示すが、Ｖ相、Ｗ相についても同様に構成される。
図３において、ＰＮ１〜ＰＮ３、２０１、２０３、２０７、２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４、および２６０〜２６２は、上記実施の形態１と同じもの、２７０、２７１、２７２は各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に並列に接続された並列抵抗、２７５、２７６、２７７は各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に直列に接続された直列抵抗、２７３、２７４はダイオードである。
【００２３】
各電圧補償回路ＰＮ内の各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電について、以下に説明する。
各充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）は、上記実施の形態１と同様に、Ｕ相の電力線２０１からＵ相の各電圧補償回路ＰＮを介して、Ｗ相の電力線２０３に接続される充電回路により、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧にて所定の電圧に充電される。この場合、充電回路内には、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に並列抵抗２７０、２７１、２７２と直列抵抗２７５、２７６、２７７とを接続して備えているため、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２は、これらの抵抗で分圧された所定の充電電圧となるように充電される。即ち、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧を（並列抵抗の抵抗値）／（直列抵抗の抵抗値＋並列抵抗の抵抗値）の値で分圧した一定の充電電圧となる。
【００２４】
この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、充電トランスを必要とすることなく各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２を充電でき、充電回路の配線も簡略化できる。このため、小型で簡略な構成の電圧変動補償装置が得られる。また、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２に直列抵抗２７５、２７６、２７７と並列抵抗２７０、２７１、２７２とを備えて、これらの抵抗で分圧された所定の充電電圧に充電するため、容易に一定の電圧に充電できる。
【００２５】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図について説明する。
図４は、この発明の実施の形態３による電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、ここでも便宜上、Ｕ相における各相直列電圧補償回路２１０ｂの構成のみを示すが、Ｖ相、Ｗ相についても同様に構成される。
図４において、ＰＮ１〜ＰＮ３、２０１、２０３、２０７、２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４、および２６０〜２６２、２７３、２７４、および２７５〜２７７は上記実施の形態２と同じもの、２８０はツェナーダイオード、２８１はダイオード、２８２は抵抗である。
【００２６】
図に示すように、各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３は、それぞれ４個のスイッチング素子２２１〜２２４、２２５〜２２８、２３１〜２３４から成るフルブリッジインバータと、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２とを備えているが、この充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間に接続されたスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４のゲート−エミッタ間に抵抗２８２を接続し、コレクタ−ゲート間にダイオード２８１とツェナーダイオード２８０との逆直列接続したものを接続する。また、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２は直列抵抗２７５、２７６、２７７を介してＷ相の電力線２０３に接続される。
【００２７】
各電圧補償回路ＰＮ内の各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電について、以下に説明する。
各充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ２６０、第二ビットコンデンサ２６１、第三ビットコンデンサ２６２）は、上記実施の形態１と同様に、Ｕ相の電力線２０１からＵ相の各電圧補償回路ＰＮを介して、Ｗ相の電力線２０３に接続される充電回路により、Ｕ相−Ｗ相の線間電圧にて所定の電圧に充電される。この場合、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間に接続されたスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４にツェナーダイオード２８０および抵抗２８１を設け、このツェナーダイオード２８０と抵抗２８２とで分圧される電圧をゲートに入力する点弧信号に用いて、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４をオンさせる。即ち、充電回路により充電される各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の電圧が所定の値以上になると、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間に接続されたスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４がオンして放電する。このスイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４の動作による、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電および放電は、次のように行われる。
【００２８】
図５にツェナーダイオード２８０の特性を示す。ツェナーダイオート２８０の正極には負電圧が印加され、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電電圧が所定値に満たないとき、ツェナーダイオード２８０はオンしない。この状態では、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４はオンせず、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２は充電されて電圧は上昇する。各充電コンデンサの電圧が上昇し、所定値以上になると、ツェナーダイオート２８０には、ブレークダウン電圧を超える負電圧が印加されてオンし、ゲート−エミッタ間に電圧がかかる。この場合、ゲート−エミッタ間電圧はツェナーダイオード２８０と抵抗２８２とで分圧される電圧となり、これが点弧信号となり、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４はオンする。
【００２９】
一般に、コレクタ−エミッタ間電圧が増加しても、ゲート−エミッタ間電圧、またはベース電流が小さいとコレクタ電流は小さいものであるため、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の両極間は短絡状態にはならないで、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４のオンにより放電する。こうして、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電電圧が低くなり、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４のゲートにかかるゲート−エッミッタ間電圧が所定の電圧よりも低くなると、スイッチング素子２２３・２２４、２２７・２２８、２３３・２３４はオフする。そして、再び、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２はＷ相の電力線２０３に接続される充電回路により充電されて電圧が上昇する。
このように充電と放電とを繰り返して、充電電圧を制御する。なお、瞬低発生時には、これらの動作を停止して瞬低補償動作を行う。
【００３０】
この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、充電トランスを必要とすることなく各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２を充電でき、充電回路の配線も簡略化できる。このため、小型で簡略な構成の電圧変動補償装置が得られる。また、チョッパスイッチなど、制御用のスイッチを設けることなく、各電圧補償回路ＰＮ内に備えられたスイッチング素子を利用して、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電電圧を所定の範囲内に保つことができる。
【００３１】
なお、図６に示すように、上記実施の形態１で示したチョッパスイッチ２３５を併設することもでき、その場合、各充電コンデンサ２６０、２６１、２６２の充電、放電の回数を減らすことができ、充電に要する電力消費を低減できる。
【００３２】
上記実施の形態１〜３では、各相の電力線２０１、２０２、２０３のそれぞれに、複数の電圧補償回路ＰＮを直列の接続して電圧変動補償装置を構成したが、各相電圧補償装置ＰＮは、相毎に１つとしても良く、同様に充電コンデンサは多相との線間電圧で充電でき、同様の効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る電圧変動補償装置は、多相交流の各相の電力線にそれぞれ接続される各相電圧補償回路と、上記各相電圧補償回路にそれぞれ接続される各エネルギ蓄積手段とを備え、上記各相電圧補償回路が、上記各相電圧補償回路に接続される各エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を出力し、上記各相の電力線の電圧変動を補償する電圧変動補償装置であって、上記各相電圧補償回路は、上記各相の電力線に対して電圧変動の補償を行う場合に、上記各相の電力線から電力が供給される負荷に対し直列となるように接続され、上記各エネルギ蓄積手段は、他相の電力線に接続され、上記各エネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合の電力の経路は、一端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記各相電圧補償回路であり、他端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記他相の電力線であることとしたので、装置構成が小型化、簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による各相直列電圧補償回路の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置（各相直列電圧補償回路）の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態３による電圧変動補償装置（各相直列電圧補償回路）の構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態３によるツェナーダイオードの特性を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の別例による電圧変動補償装置（各相直列電圧補償回路）の構成図である。
【図７】 従来の電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図８】 従来の電圧変動補償装置の動作を説明する図である。
【図９】 従来の別例による電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図１０】 図９における電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。
【図１１】 従来の電圧変動補償装置による３相交流電圧補償を示す図である。
【符号の説明】
２０１〜２０３ 各相電力線、２０４〜２０６ 負荷、
２１０〜２１２ 各相直列電圧補償装置、
２２１〜２２４，２２５〜２２８，２３１〜２３４ スイッチング素子、
２３５ チョッパスイッチ、
２６０〜２６２ 充電コンデンサ（第一ビットコンデンサ，第二ビットコンデンサ，第三ビットコンデンサ）、
２７０〜２７２ 並列抵抗、２７５〜２７７ 直列抵抗、
２８０ ツェナーダイオード、２８２ 抵抗、
ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３ 各相電圧補償回路。
Claims (7)
- 多相交流の各相の電力線にそれぞれ接続される各相電圧補償回路と、
上記各相電圧補償回路にそれぞれ接続される各エネルギ蓄積手段と
を備え、
上記各相電圧補償回路が、上記各相電圧補償回路に接続される各エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を出力し、上記各相の電力線の電圧変動を補償する電圧変動補償装置であって、
上記各相電圧補償回路は、上記各相の電力線に対して電圧変動の補償を行う場合に、上記各相の電力線から電力が供給される負荷に対し直列となるように接続され、
上記各エネルギ蓄積手段は、他相の電力線に接続され、
上記各エネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合の電力の経路は、一端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記各相電圧補償回路であり、他端が上記各エネルギ蓄積手段に接続される上記他相の電力線であること
を特徴とする電圧変動補償装置。 - 上記多相交流は三相交流であり、
第１のエネルギ蓄積手段は、第１相の電力線に接続される第１相の電圧補償回路と、第３相の電力線とにそれぞれ接続され、
第２のエネルギ蓄積手段は、第２相の電力線に接続される第２相の電圧補償回路と、上記第１相の電力線とにそれぞれ接続され、
第３のエネルギ蓄積手段は、上記第３相の電力線に接続される第３相の電圧補償回路と、上記第２相の電力線とにそれぞれ接続されること
を特徴とする請求項１に記載の電圧補償装置。 - 上記各相電圧補償回路は、１つ以上の電圧補償回路を直列に接続して構成され、
上記各エネルギ蓄積手段は、上記１つ以上の電圧補償回路にそれぞれ接続され、
上記各エネルギ蓄積手段に蓄積される電力値は、上記エネルギ蓄積手段毎に設定され、
上記複数の電圧補償回路を制御する制御回路を備え、
上記制御回路は、上記各相の電力線に対して電圧変動の補償を行う場合、上記１つ以上の電圧補償回路のそれぞれに接続された各エネルギ蓄積手段から出力される電力値の総和が所定値となるよう、上記１つ以上の電圧補償回路を制御すること
を特徴とする請求項１または２に記載の電圧変動補償装置。 - 上記電圧補償回路は、スイッチング素子を複数備え、
上記制御回路は、上記複数のスイッチング素子のうち、上記エネルギ蓄積手段の両極にそれぞれ接続される上記スイッチング素子を制御して、上記エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を出力させること
を特徴とする請求項３に記載の電圧変動補償装置。 - 上記各エネルギ蓄積手段は、スイッチを介して上記他相の電力線に接続されること
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置。 - 各エネルギ蓄積手段に対し並列に接続される並列抵抗と、
上記各エネルギ蓄積手段に対し直列に接続される直列抵抗と
を備え、
上記各エネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合、上記各エネルギ蓄積手段に加わる電圧は、上記並列抵抗と上記直列抵抗とにより分圧された値であること
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電圧補償装置。 - 上記電圧補償回路は、スイッチング素子を複数備え、
上記複数のスイッチング素子のうち、上記エネルギ蓄積手段の両極にそれぞれ接続される上記スイッチング素子にツェナーダイオードと抵抗とが接続され、
上記スイッチング素子のゲートに印加される点弧信号は、上記ツェナーダイオードと上記抵抗とにより分圧された電圧であること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電圧補償装置。
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