JP4697825B2 - 交流電圧調整装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電路の電源と負荷との間に二次巻線を直列に挿入した変圧器の一次巻線の一次電圧を交流チョッパにより変化させることで負荷に供給する電圧を制御する交流電圧調整装置において、負荷側電路や負荷設備に短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に通電開始した場合に交流電圧調整装置の回路を保護するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の交流電圧調整装置21は、図4に示すように、交流電路22の電源23と負荷24との間に変圧器25の二次巻線25bを直列に挿入し、入力側を交流電路22の電源23に、出力側を変圧器25の一次巻線25aに接続した交流チョッパ26により変圧器25の一次巻線25aに加える電圧を調整して負荷24に流れる電圧を一定に保っている。交流チョッパ26は、ダイオードの両端にIGBT等の半導体スイッチを逆並列に接続した複数組のスイッチング装置27から成り、制御装置28によってスイッチング装置27のオン・オフが制御され、交流電圧を裁断波形に形成した後、コイルL21,L22とコンデンサC21から成るローパスフィルタ29により元の電源波形にしている。スイッチング装置27のオン・オフの時間を制御することにより交流電路22の電源電圧を0〜100%の範囲で変圧して変圧器25の一次巻線25aに印加させている。また、コイルL23,L24は交流電圧調整装置1から交流電路22に流出するノイズを低減するために設けられ、コンデンサC22,C23はスイッチング装置27に過大な電圧が印加するのを防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の交流電圧調整装置21の負荷側で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷24に通電開始した場合、変圧器25の二次巻線25bに過大な電流が流れ、変圧器25の巻数比をnとすると、一次巻線25aにも二次巻線25bに流れる電流の1/nの電流が流れる。例えば、変圧器25の一次巻線数n1が100で二次巻線数n2が8の場合、変圧器巻数比n=n1/n2=100/8=12.5となり、交流電圧調整装置21の定格電流が100Aであると、定格運転では一次巻線25aに8Aの電流が流れるが、2500Aの短絡が発生すると、一次巻線25aに200Aの電流が流れる。交流チョッパ26を構成するスイッチング装置27は耐電流量が低く、従来の交流電圧調整装置21には短絡発生時にスイッチング装置27を保護するための手段がないため、交流電圧調整装置21の回路が破壊されるという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記従来の交流電圧調整装置の問題点に鑑み、本発明の目的は、負荷側電路や負荷設備で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に通電開始した場合に過電流から回路を保護することができる交流電圧調整装置を提供するもので、その構造は、交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻線を直列に挿入し、入力側を交流電路の電源に出力側を変圧器の一次巻線に接続した交流チョッパにより変圧器の一次巻線に加える電圧を調整して負荷に加える電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、変圧器の一次巻線間に接続したサイリスタと、変圧器の一次巻線に流れる電流を検出する変流器と、変流器の出力電流を電圧に変換する抵抗器と、抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして変流器の出力電流をサイリスタのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子と、双方向スイッチング素子と直列に接続され交流チョッパを制御するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプラとから成り、変流器の出力電流を電源にして駆動する保護装置により、変圧器の一次巻線に過大な電流が流れたときに双方向スイッチング素子がオンし、スイッチング素子のオンによりサイリスタがオンして一次巻線間を短絡させるとともに、フォトカプラがオンして制御装置の制御により交流チョッパをオフして回路を保護することである。
【0005】
【発明の実施の形態】
交流電圧調整装置の保護装置は、変圧器の一次巻線に流れる過電流を変流器により検出し、変流器が出力する電流を抵抗器により電圧に変換し、抵抗器の両端電圧が双方向スイッチング素子のスイッチング電圧に達すると双方向スイッチング素子がオンし、双方向スイッチング素子のオンにより変流器の出力電流がサイリスタのゲート回路に通電してサイリスタがオンし、サイリスタのオンにより一次巻線の両端を短絡させると共に、双方向スイッチング素子と直列に接続されたフォトカプラがオンし、フォトカプラから交流チョッパの制御装置に信号を出力し、制御装置により交流チョッパを構成する複数のスイッチング装置をオフする。
【0006】
【実施例】
本発明に係る交流電圧調整装置の一実施例を図1〜図3の添付図面に基づいて説明する。
【0007】
交流電圧調整装置1は、交流電路2の電源3と負荷4との間に変圧器5の二次巻線5bを直列に挿入し、入力側を交流電路2の電源3に、出力側を変圧器5の一次巻線5aに接続した交流チョッパ6により変圧器5の一次巻線5aに加える電圧を調整して負荷4に加える電圧を一定に保っている。
【0008】
交流チョッパ6は、ダイオードの両端にIGBT等の半導体スイッチを逆並列に接続した複数組のスイッチング装置7から成り、制御装置8によってスイッチング装置7のオン・オフが制御され、交流電圧を裁断波形に形成した後、コイルL1,L2とコンデンサC1から成るローパスフィルタ9により元の電源波形にしている。スイッチング装置7のオン・オフの時間を制御することにより交流電路2の電源電圧を0〜100%の範囲で変圧して変圧器5の一次巻線5aに印加させている。また、コイルL3,L4は交流電圧調整装置1から交流電路2に流出するノイズを低減するために設けられ、コンデンサC2,C3はスイッチング装置7に過大な電圧が印加するのを防止している。
【0009】
交流電圧調整装置1の負荷側で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷4に通電開始した場合に回路を保護する保護装置10は、変圧器5の一次巻線5aの両端に接続したサイリスタの一種であるトライアックTRと、変圧器5の一次巻線5aに流れる電流を検出する変流器CTと、変流器CTの出力電流を電圧に変換する抵抗器R1と、抵抗器R1の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして変流器CTの出力電流をトライアックTRのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子SBSと、双方向スイッチング素子SBSと直列に接続され交流チョッパ6を制御するための制御装置8に制御信号を出力するフォトカプラPCとから成っている。
【0010】
交流電圧調整装置1の負荷側で短絡が発生した場合の保護装置10の動作について説明する。短絡が発生すると変圧器5の二次巻線5bに電流が流れることにより図2(a)に示すように一次巻線5aにも過大な電流が流れる。この一次巻線電流は変流器CTにより検出され、変流器CTは電流を出力する。変流器CTが出力する電流は抵抗器R1により電圧に変換される。尚、この抵抗器R1により保護装置10の感度電流を設定している。
【0011】
次に図2(b)に示すように抵抗器R1の両端電圧が双方向スイッチング素子SBSのスイッチング電圧に達すると双方向スイッチング素子SBSがオンし、図2(c)に示すようにトライアックTRのゲートに変流器CTの出力電流が流れ、トライアックTRがオンする。これによりスイッチング装置7に流れていた一次巻線電流はトライアックTRにより短絡され、スイッチング装置7は保護される。尚、図3(c)に示すように交流電圧調整装置1の定格電流の2倍程度の小電流でも確実にトライアックTRをオンするためにコンデンサC4が設けられている。
【0012】
また、同時にフォトカプラPCがオンして制御装置8に信号が出力される。制御装置8はこの信号を受けて交流チョッパ6のスイッチング装置7を全てオフし、スイッチング装置7は保護される。更に交流電源側からトライアックTRに流入する電流によるスイッチング装置7の破壊も防止している。
【0013】
ここで図2(d)に示すように一次巻線電流の極性が反転するとトライアックTRはオフするが、過大電流が流れている間はトライアックTRをオンする動作が繰り返される。過大電流が流れる時間は、短絡電流の場合は配線用遮断器(図示せず)が交流電路2を遮断するため1サイクル程度であり、突入電流の場合は数サイクルである。
【0014】
一般に交流電圧調整装置1は、分電盤の主幹ブレーカ(図示せず)と分岐ブレーカ(図示せず)との間に設けられている。分岐ブレーカの負荷側で短絡すると分岐ブレーカが1サイクル程度でオフするが、主幹ブレーカはオンしたままなので交流電圧調整装置1には電源が供給され続ける。そこで、交流電圧調整装置1の制御装置7は、フォトカプラPCから最初の信号を受けて数秒間はスイッチング装置7をオフの状態に保持し、それからフォトカプラPCからの信号が無い場合、スイッチング装置7の状態を通常運転に移行する。尚、スイッチング装置7をオフにする時間は適宜変更可能である。
【0015】
また、抵抗器R2はコンデンサC4と積分回路を構成しノイズによる双方向スイッチング素子SBSの誤動作防止用に設けられ、抵抗器R3はトライアックTRのゲートへの過大電流の流入を抑制するために設けられ、抵抗器R4及びコンデンサC5はトライアックTRの誤動作防止用に設けられている。
【0016】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る交流電圧調整装置は、交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻線を直列に挿入し、入力側を交流電路の電源に出力側を変圧器の一次巻線に接続した交流チョッパにより変圧器の一次巻線に加える電圧を調整して負荷に加える電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、変圧器の一次巻線間に接続したサイリスタと、変圧器の一次巻線に流れる電流を検出する変流器と、変流器の出力電流を電圧に変換する抵抗器と、抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして変流器の出力電流をサイリスタのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子と、双方向スイッチング素子と直列に接続され交流チョッパを制御するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプラとから成り、変流器の出力電流を電源にして駆動する保護装置により、変圧器の一次巻線に過大な電流が流れたときに双方向スイッチング素子がオンし、スイッチング素子のオンによりサイリスタがオンして一次巻線間を短絡させるとともに、フォトカプラがオンして制御装置の制御により交流チョッパをオフして回路を保護することにより、負荷側で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に通電開始した場合に交流電圧調整装置を過電流破壊から保護することができる。また、サイリスタやフォトカプラを動作させるための電源は変流器が出力する電流を使用するので必要なく、抵抗器と双方向スイッチング素子により保護装置の感度電流を決定するのでスイッチング電圧の精度が高い双方向スイッチング素子を使用することにより感度電流のバラツキを小さくできるため、特別な調整を必要としないので低コストにすることができ、サイリスタの短時間電流耐量は、同一定格電流のIGBT等に比べて数倍大きいために比較的小容量のものが使用できるので交流電圧調整装置を小型、低コストに構成できる。また、フォトカプラから出力される信号で制御装置が交流チョッパを構成するスイッチング装置をオフにするのでスイッチング装置を過電流から確実に保護することができるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る交流電圧調整装置の回路図である。
【図2】本発明に係る交流電圧調整装置の一次巻線電流が大電流の場合の各部の波形であり、(a)は変圧器の負荷電流、(b)は抵抗器の両端電圧、(c)はトライアックのゲート電流、(d)はトライアックの通電電流である。
【図3】本発明に係る交流電圧調整装置の一次巻線電流が小電流の場合の各部の波形であり、(a)は変圧器の負荷電流、(b)は抵抗器の両端電圧、(c)はトライアックのゲート電流、(d)はトライアックの通電電流である。
【図4】従来の交流電圧調整装置の回路図である。
【符号の説明】
1 交流電圧調整装置
2 交流電路
3 交流電源
4 負荷
5 変圧器
5a 一次巻線
5b 二次巻線
6 交流チョッパ
7 スイッチング装置
8 制御装置
9 ローパスフィルタ
10 保護装置
C4 コンデンサ
CT 変流器
PC フォトカプラ
R1 抵抗器
SBS 双方向スイッチング素子
TR トライアック
Claims (1)
- 交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻線を直列に挿入し、入力側を前記交流電路の電源に出力側を前記変圧器の一次巻線に接続した交流チョッパにより前記変圧器の一次巻線に加える電圧を調整して前記負荷に加える電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、前記変圧器の一次巻線間に接続したサイリスタと、前記変圧器の一次巻線に流れる電流を検出する変流器と、該変流器の出力電流を電圧に変換する抵抗器と、該抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして前記変流器の出力電流を前記サイリスタのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子と、該双方向スイッチング素子と直列に接続され前記交流チョッパを制御するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプラとから成り、前記変流器の出力電流を電源にして駆動する保護装置により、前記変圧器の一次巻線に過大な電流が流れたときに前記双方向スイッチング素子がオンし、該スイッチング素子のオンにより前記サイリスタがオンして一次巻線間を短絡させるとともに、前記フォトカプラがオンして前記制御装置の制御により前記交流チョッパをオフして回路を保護することを特徴とする交流電圧調整装置。
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