JP4609868B2 - 交流電圧調整装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受電した交流電圧の変動を抑えて負荷に安定した交流電圧を供給したり、受電した交流電圧を降圧して出力することで節電を図る交流電圧調整装置に関し、特に停電回復時にそのような交流電圧調整装置の内部短絡や内部過電圧の発生を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源と負荷の間の交流電路に変圧器の二次巻線を挿入し、変圧器の一次巻線に加える電圧を調整することによって負荷に印加させる電圧を調整する従来の交流電圧調整装置を図４に示す。図示するように、出力電圧の制御は電路に挿入された変圧器１２の一次巻線に複数のタップを設け、タップをスイッチＳ１１，Ｓ１２により切り換えて制御している。そして、継電器ＭＣ１１，ＭＣ１２は電源電圧をそのまま負荷に供給する直送状態制定用に設けられ、継電器ＭＣ１３は接点保護用として設けられている。
【０００３】
図４の交流電圧調整装置の停電或いは復電時の動作を中心とした制御手順を具体的に説明すると、次のようになる。
（１）復電（通電開始）或いは直送状態から電圧調整状態に入る場合、
初期状態 ：ＭＣ１１開、ＭＣ１２閉、ＭＣ１３開、Ｓ１１開、Ｓ１２開
ステップ１：ＭＣ１３閉
ステップ２：[ＭＣ１２開]
ステップ３：ＭＣ１１閉
ステップ４：Ｓ１１閉
ステップ５：[ＭＣ１３開]
（２）電圧調整状態から直送状態に入る場合、
初期状態 ：ＭＣ１１閉、ＭＣ１２開、ＭＣ１３開、Ｓ１１閉、Ｓ１２開
ステップ１：[ＭＣ１３閉]
ステップ２：Ｓ１１開
ステップ３：ＭＣ１１開
ステップ４：[ＭＣ１２閉]
ステップ５：ＭＣ１３開
（３）タップ切換の場合、
初期状態 ：ＭＣ１１閉、ＭＣ１２開、ＭＣ１３開、Ｓ１１閉、Ｓ１２開
ステップ１：[ＭＣ１３閉]
ステップ２：Ｓ１１開
ステップ３：Ｓ１２閉
ステップ４：[ＭＣ１３開]
（４）停電発生時
初期状態 ：ＭＣ１１閉、ＭＣ１２開、ＭＣ１３開、Ｓ１１閉
ステップ１：ＭＣ１１開、ＭＣ１２閉、ＭＣ１３開、Ｓ１１開
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記切換動作において、[]で記載したスイッチング動作はアークが発生するため、継電器の接触信頼性を損なっていた。また、大型な継電器を数多く使用しなければならないため、装置の小型化を難しくしていたし、継電器の動作音が大きく騒音を発生していた。更に、動作回数も多く、電気的、機械的寿命を短くしていた。
また、このような変圧器直列型の交流電圧調整装置においては、復電と同時に負荷電流が変圧器の二次巻線に流れることにより、一次巻線にも巻線比に応じた電流が流れようとするため、変圧器の一次巻線間に電流経路が構成されていないと一次巻線両端には過大な電圧が発生し、一次巻線間に接続された電子機器の破壊や、変圧器の絶縁を劣化させ、装置の故障や寿命の短縮を引き起こす問題を有していた。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、継電器動作時のアークの発生を抑制し、継電器の小容量化を可能とすると共に、復電時等に発生する過電圧から装置の破壊を防止することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る交流電圧調整装置の制御方法は、交流電路の電源と負荷間に変圧器の二次巻線を挿入し、交流電路の電源と該変圧器の一次巻線間に設けた交流チョッパの出力電圧調整とにより負荷の電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、前記交流チョッパの入力電路に直列に設けた常開接点と、変圧器一次巻線に並列に設けた常閉接点と、交流電路の停電を検出する停電検出手段と、該停電検出手段からの出力信号に応じて前記交流チョッパ及び前記常開接点，前記常閉接点を制御して、装置の起動，停止動作を行わせる制御手段とを備えた交流電圧調整装置の制御方法であって、
通電開始又は復電した際は、前記交流チョッパの入力遮断及び出力短絡状態を制定して電気的直送状態として、前記常開接点及び前記常閉接点を作動させて装置を起動し、
停電が発生した際は、前記交流チョッパの入力遮断及び出力短絡状態を制定して電気的直送状態として、前記常開接点及び前記常閉接点を復帰させて装置を停止することを特徴とする。
【０００８】
尚、交流チョッパの電気的直送状態とは、交流チョッパへの電源の供給を遮断して変圧器一次側巻線を短絡した状態を言う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を基に詳細に説明する。図１は本発明に係る交流電圧調整装置の回路ブロック図であり、図２はその制御電源装置と電圧比較器の回路図を示している。
【００１０】
図において、１は交流電圧調整装置、２は変圧器、３は交流チョッパ、４は制御装置、５は電圧比較器、６は制御電源装置であり、変圧器２は二次巻線２ｂが電源９と負荷１０の間の交流電路に直列接続され、交流チョッパ３により変圧器２の一次巻線２ａの印加電圧を負荷電圧を一定に保つように調整している。そして、交流チョッパ３の電源ラインには直列に継電器の常開接点ＭＣ１が設けられ、変圧器２の一次巻線２ａには並列に継電器の常閉接点ＭＣ２が設けられ、制御装置４が継電器ＭＣ１，ＭＣ２及び交流チョッパ３のスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を制御している。また、制御電源装置６は、制御装置４や電圧比較器５に、その動作用電源でもある制御電圧を出力している。
【００１１】
制御装置４による各部の動作を図３のタイミングチャートを基に説明する。まず、通電開始或いは復電（Ａ点及びＣ点）時、継電器ＭＣ１は開、継電器ＭＣ２は閉で機械的直送状態に制定されている。そして、通電開始により制御電源装置６の出力電圧である制御電圧Ｖｃが上昇し、制御装置動作可能電圧Ｖ１に達すると、電圧比較器５が停電信号を出力し、交流チョッパは電気的直送状態、即ちスイッチＳ１又はスイッチＳ４がオフ、スイッチＳ２及びスイッチＳ３がオンになる。尚、電圧比較器５と制御電源装置６とで停電検出手段を構成している。
【００１２】
そして、制御電圧Ｖｃが上昇して電圧Ｖ２に達すると、電圧比較器５の停電信号は解除されて、継電器ＭＣ１、ＭＣ２に動作指令が出され、継電器固有の動作時間経過後にＭＣ１及びＭＣ２は反転し、機械的直送状態は解除される。更に、停電信号が解除されてから継電器の動作時間を加味して設定されたｔ時間経過後に、交流チョッパ３は電気的直送状態から電圧調整状態に移行し、本装置を起動する。そのため、継電器動作時は常に交流チョッパは電気的直送状態にある。
【００１３】
次に停電が発生（Ｂ点）して、制御電圧ＶｃがＶ２に低下したら、電圧比較器５から停電信号が出力され、交流チョッパ３は瞬時に電気的直送状態に移行する。これは制御電圧ＶｃがＶ１に低下するまで継続し、同時に継電器ＭＣ１、ＭＣ２に復帰指令が出され、継電器固有の動作時間経過後にＭＣ１，ＭＣ２は反転動作し、機械的直送状態が制定される。但し、機械的直送状態移行以前に、制御電圧ＶｃがＶ１以下にならないように、制御電源装置のコンデンサ容量は選定されている。
【００１４】
また、Ｄ点に示すように停電時間が短い場合、制御電圧ＶｃがＶ２以下に下がる場合には、交流チョッパ３は電気的直送状態に移行し、停電が解除されてからｔ秒後に交流チョッパ３は電気的直送状態から電圧調整状態に移行する。更に、制御電圧ＶｃがＶ２以下に低下する時間が、継電器の動作時間よりも短い場合には継電器ＭＣ１，ＭＣ２は反転せず、機械的直送状態にはならない。
また、Ｅ点に示すように停電が瞬時で、制御電圧ＶｃがＶ２以下に成らない場合には、交流チョッパ３は電気的直送状態に移行すること無く、再通電と同時に以前の動作を継続する。
【００１５】
このようにタップを設けず、交流チョッパと、停電検出手段として制御電源装置及び電圧比較器を設け、２個の継電器と合わせて制御手段である制御装置により制御することで、継電器が動作する機会は、停電発生時と停電回復時のみと、開閉回数を従来の動作に比べて大幅に少なくでき、継電器の消耗を軽減させ、装置の信頼性を高めることができる。また、継電器の開閉回数が削減されるので、動作音の発生回数を削減でき、騒音を低下させることができる。更に、継電器の数が２個と少ないため、装置の小型化を促進できるし、信頼性も向上する。
【００１６】
また、交流チョッパの直送状態から電圧調整状態に移行する際、継電器の動作時間を加味した待ち時間ｔを設定したので、常開接点ＭＣ１の開閉時には必ず交流チョッパが電気的直送状態、即ち交流チョッパの入力側スイッチング素子が遮断状態となり、開閉時に電流の開閉を伴わずアークが発生することがない。また、常閉接点ＭＣ２の開閉時には並列接続されている交流チョッパは同様に直送状態にあり出力側スイッチング素子が通電状態となるため、電流の開閉を伴うものの接点間に電圧は加わらずアークの発生を防止できる。従って、継電器の接点の消耗を軽減でき、装置の信頼性を高めることができる。
【００１７】
更に、継電器は定格開閉電流値よりも定格通電電流値の方が大きく、従来技術では開閉電流値を適用しなければならないが、本発明では定格通電電流値により継電器を選択できるため、小容量（小型）の継電器とすることができ、装置の小型化を促進できるし、継電器の動作音を小さくでき、装置の低騒音化を図ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、タップが無く、常開接点や常閉接点が動作する機会を停電発生時と停電回復時のみと、開閉回数を従来の動作に比べて大幅に少なくでき、継電器の消耗を軽減させて装置の信頼性を高めることができる。更に開閉回数を削減することで、動作音の発生回数を削減でき、低騒音化にも貢献するものである。
【００１９】
更に、常開接点の開閉時には必ず交流チョッパは電気的直送状態にあるため入力側スイッチング素子は遮断状態にあり、開閉時に電流の開閉を伴わず、アークが発生しないし、常閉接点の開閉時には並列接続されている交流チョッパの出力側スイッチング素子が導通状態にあり、電流の開閉を伴うものの接点間に電圧は加わらずアークの発生を防止できる。従って、継電器接点の消耗を軽減でき、装置の信頼性を高めることができる。更に、このように常開及び常閉接点開閉時の接点負荷を軽減できるので、継電器の小容量化，小型化を図ることができ、装置の小型化、低騒音化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す交流電圧調整装置の回路ブロック図である。
【図２】図１の制御電源装置と電圧比較器の回路図である。
【図３】図１各部の電圧及び接点の状態を示すタイミングチャートである。
【図４】従来の交流電圧調整装置の要部回路図である。
【符号の説明】
２・・変圧器、３・・交流チョッパ、４・・制御装置、５・・電圧比較器、６・・制御電源装置、９・・交流電源、１０・・負荷、ＭＣ１・・継電器（常開接点）、ＭＣ２・・継電器（常閉接点）、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４・・スイッチ。

Claims (1)

1. 交流電路の電源と負荷間に変圧器の二次巻線を挿入し、交流電路の電源と該変圧器の一次巻線間に設けた交流チョッパの出力電圧調整とにより負荷の電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、前記交流チョッパの入力電路に直列に設けた常開接点と、変圧器一次巻線に並列に設けた常閉接点と、交流電路の停電を検出する停電検出手段と、該停電検出手段からの出力信号に応じて前記交流チョッパ及び前記常開接点，前記常閉接点を制御して、装置の起動，停止動作を行わせる制御手段とを備えた交流電圧調整装置の制御方法であって、
   通電開始又は復電した際は、前記交流チョッパの入力遮断及び出力短絡状態を制定して電気的直送状態として、前記常開接点及び前記常閉接点を作動させて装置を起動し、
   停電が発生した際は、前記交流チョッパの入力遮断及び出力短絡状態を制定して電気的直送状態として、前記常開接点及び前記常閉接点を復帰させて装置を停止する交流電圧調整装置の制御方法。

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