JPH0199114A - 自動電圧調整装置 - Google Patents

自動電圧調整装置

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JPH0199114A
JPH0199114A JP25458887A JP25458887A JPH0199114A JP H0199114 A JPH0199114 A JP H0199114A JP 25458887 A JP25458887 A JP 25458887A JP 25458887 A JP25458887 A JP 25458887A JP H0199114 A JPH0199114 A JP H0199114A
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core
voltage regulator
current
shunt
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JP25458887A
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Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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HI TECH LAB Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の対象〕 本発明はフリッカ−防止装置あるいは定電圧装置として
有用な電源制御システムに関し、とくに、入力W源電圧
および負荷の変動に対して出力電圧を安定化させる自動
電圧調整装置に関する。
〔従来技術〕
従来、米国特許第4,339,705号において、サイ
リスタ・スイッチ方式のインダクタ回路の制御により電
源システムのフリッカ−を防止するとともに出力電圧を
安定化する自動電圧調整装置が提案されている。この電
圧調整装置では、サイリスタの位相制御によりインダク
タ回路のりアクドル内を流れる交流電圧を調整するため
、リアクトルを流れる電流が多くの高調波成分を含み、
この高調波電流が電流用コンデンサとリニア・リアクト
ルに流入して、これら素子に異常音、振動の発生及び過
熱損傷等の障害をひき起こしていた。しかも、高調波電
流によって受電電源電圧の波形に歪みが発生する。サイ
リスタは毎サイクルにおいて電圧に同期して点呼する必
要があるが、サイリスタの点弧のための同期信号は電W
X電圧からとっているので、同期信号はこの波形歪みの
ために変動してしまう、このため負荷の状態によって制
御が不安定になったり、場合によっては制御不能つぎに
、交流電源にリニア・リアクトルと共振用コンデンサを
直列接続し、共振用コンデンサに可飽和リアクトルとス
イッチング回路との直列回路を並列接続した鉄共振形定
電圧装置が提案されている。この定電圧装置において、
各素子の寸法重量が比較的大きいために装置の構造が大
形化するとともに、製造コストが高いという欠点があっ
た。
しかも、このタイプの定電圧装置では大形のリニア・リ
アクトルや可飽和リアクトルに鉄損、銅損等の損失が生
じ、また共振用コンデンサに内部損失が発生する結果、
変換時のエネルギー損失が大きく、効率が悪かった。
〔発明の目的〕
そこで1本発明は安全性、信頼性ならびに安定性に優れ
た自動電圧調整装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は大幅な小形軽量化と定価格化が実現
可能な自動電圧調整装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的はエネルギー損失の少ない高効率の自
動電圧調整装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は数ワットの小形機用のものから数1
0,0OOKV八以上の超大形機用のものまで製造可能
な超小形の自動電圧+g*装置を提供することを目的と
する。
本発明の他の目的は電源電圧波形に歪みを与えることの
ない高精度の自動電圧11整装置を提供することを目的
とする。
〔発明の構成〕
本発明による自動電圧調整装置は交流1!l!源と負荷
との間に接続されるように配置され、前記負荷に供給さ
れる出力電圧を調整するための制御巻線を備えた磁気制
御形電圧W4整器と、前記制御巻線に直流励磁電流を供
給する直流励磁1!i!源と、前記制御巻線と前記直流
励磁電源との間に接続され、前記制御巻線に供給される
前記直流励磁電流を制御して前記出力電圧を調整する半
導体スイッチと、前記出力電圧に対応した出力信号を発
生する電圧検出回路と、前記出力信号に応答して、前記
出力電圧が一定レベルになるように前記半導体スイッチ
の通流率を制御して前記直流励磁Wl流を制御する制御
回路とを備えたことを特徴とする。
〔実施例〕
以下5図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図において、本発明の望ましい実施例による自動電
圧調整装置i!10は交流fltWX12に接続される
入力端14.16と、負荷18に接続される出力端20
.22と、負荷18に供給される出力電圧を一定にa1
1整する制御巻線26を備えた磁気制御層電圧調整器2
4と、制御巻線26に直流励磁電流を供給する直流励磁
W源28と、制御巻線2Gと直流励磁電源28との間に
接続され、制御巻線26に供給される直流励磁電流を可
変する半導体スイッチ回路30と、W圧調整@24の出
力電圧に応答して半導体スイッチ回路30の通流率を制
御して出力電圧を一定に調整する制御回路34とを備え
る。
第1〜5図において、磁気制御層電圧調整器24は主磁
束ループ路を構成する第1可飽和鉄心42と、主磁束ル
ープ路の1部をバイパスさせるための磁気分路鉄心44
とを有し、第1可飽和鉄心42は巻鉄心からなる。
第1可飽和鉄心42は第1直列巻線46と、分路巻線4
8と、第2直列巻線50からなる出力巻線を備える0分
路巻線48に対する第1直列巻線46の巻数比は入力電
圧に対して望ましくは出力電圧が10〜15%上昇する
ような値を選択し、第2直列巻線50の巻数は第1直列
巻線46の巻数と同じ値に選択される。第1直列巻線4
6は出力端20に接続された高圧端子と入力端14に接
続された中圧端子との間に接続され、分路巻線48は第
1直列巻線46に同一極性で直列接続される1分路巻線
48の下端部は入力端16に接続された中性点に接続さ
れる。第2直列巻線50は分路巻線48の下端部と出力
端22との間において第1直列巻線46とは逆極性で接
続される。主磁束ループ路の少くとも一部の磁気飽和状
態を変えて、磁気分路鉄心44の磁束密度を制御するた
めに巻鉄心からなる第2可飽和鉄心52が制御巻線26
により後述の如く制御される。
第2〜3図において、第1可飽和鉄心42は主磁束ルー
プ路を構成するセンター・レッグ54とアウター・レッ
グ56,58を備える。センター・レッグ54は磁気分
路鉄心44により区分された第1コア部54aと第2コ
ア部54bを備える。さらに、センター・レッグ54は
アウター・レッグ56,58の外側に延びる延長部、す
なわち、第3コア部54cを備える。センター・レッグ
54は第1可飽和鉄心42の上に配置されて、固定具6
0.62で互いに固定されて一体化される。第2.3.
5図より明らかなように、磁気分路鉄心44は多枚数の
ケイ素鋼板を積層した断面C形状の鉄心からなる。磁気
分路鉄心44の溝44aはセンター・レッグ54と磁気
的に結合するように配置しである。磁気分路鉄心44の
端部44b。
44cは第1直列巻線46および分路巻線48の第1コ
イルブロツクと第2直列1線50の第2コイルブロツク
との間で一定のエアギャップに相当する所要の厚みの間
装物64,66を挾んで第1可飽和鉄心42のアウター
・レッグ56,58上に配置され、固定具68.70に
よってアウター・レッグ56,58に固定されて、各鉄
心は一体化される。磁気分路鉄心64は主磁束ループ路
の磁束の一部を高リラクタンスをなすギャップ(間装物
64,66により形成される)を介してアウター・レッ
グ56,58に分路させて出力電圧を調整するとともに
、高調波を減衰させ、出力電圧の波形歪みを少なくする
ように機能する。第2可飽和鉄心52は磁気分路鉄心5
4の下側において、すなわち、第1直列巻線46および
分路巻線48の第1コイルブロツクと第2直列巻線50
の第2コイルブロツクとの間でセンター・レッグ54の
第2コア部54bの上部と第3コア部54cの下端部の
上に配置されて、固定具72.74によって各鉄心は一
体化されて磁気的に結合される。このように、第2可飽
和鉄心52は第1可飽和鉄心42の下半部とオーバーラ
ツプするように配置され、第1可飽和鉄心の一部を磁気
飽和させて第2直列巻線50の磁束が第1直列巻線46
と分路巻線48の磁束に作用しないようにするとともに
、第1直列巻線46と分路巻線48の磁束を磁気分路鉄
心44にシフトさせるように機能する。
第1直列巻I@46および分路巻線48.第2直列巻s
5oならびに制御巻線26はそれぞれセンター・レッグ
54の第1〜第3コア部54a、54b、54c上に巻
かれて、はぼ同一平面内に配置される。さらに、各巻線
の上面と下面は第2可飽和鉄心52の上面と第1可飽和
鉄心42の下面とにそれぞれ整列するように配置される
。すなわち、第1直列巻線46と分路巻線48のコイル
・ブロックと第2直列巻線50からなる第2コイル・ブ
ロックと、制御巻線26の第3コイル・ブロックはセン
ター・レッグ54、第1、第2可飽和鉄心42.52の
厚み内にほぼ配置される。センター・レッグ54の第3
コア部54cは第1可飽和鉄心42の外側に延びていて
、制御巻線26はセンター・レッグ54の下端部54c
上に巻かれている。第2可飽和鉄心52は第2直列巻線
50の第2コイル・ブロックと制御巻線26の第3コイ
ル・ブロックを囲んでいる。第2,3図において第2可
飽和鉄心52の」二部と下部はそれぞれ固定具72.7
4によりセンター・レッグ54とともに補助磁束ループ
路を構成し、制御巻線26に直流励磁電流が供給された
ときに制御巻線26の磁束の通路として機能する。すな
わち、制御巻線26の磁束はセンター・レッグ54の第
2コア部54bを部分的に磁気飽和させ、もって第1直
列巻線46および分路巻線48の磁束を主磁束ループか
ら磁気分路鉄心44を介してアウター・レッグ56,5
8にシフトさせる。
第1直列巻線46と分路巻線48はセンター・レッグ5
4の第1コア部54a上に巻かれて単巻変圧器を構成し
、第2直列巻線50が第2コア54b上に第1直列巻線
46とは逆極性で巻かれて、いわゆる、差動結合される
上記構成において、入力端14.16が交流電源12に
接続されて、出力端20.22が負荷18に接続される
と、第1、第2直列巻線46゜50に大電流が流れ、分
路巻線48には入力電流と出力電流との差電流が流れる
第1,2図において、制御巻線26に直流励磁電流が供
給されないときは、第1直列巻線46と分路巻線48お
よびこの分路巻線48に差動結合された第2直列巻線5
0により生じた磁束がセンター・レッグ54からアウタ
ー・レッグ56,58を通過して、センター・レッグ5
4に循還する。
このとき、第1直列巻線46と分路巻線48の生ずる磁
束と第2直列巻線50の生ずる磁束とは逆方向になって
いるから、相互磁束全体としては、差になって作用する
。したがって、このときの出力電圧は最少となる。
つぎに、制御巻線26に直流励磁電流が供給されると、
第2可飽和鉄心52はセンター・レッグ54の第2、第
3コア部54b、54cとともに磁気飽和されるため、
第1直列巻線46と分路巻線48の生ずる磁束は磁気分
路鉄心44にシフトされる。このとき、磁束は第1コア
部54a、アウター・レッグ56,58および磁気分路
鉄心44を介して循還し、出力端20.22の出力電圧
は最大となる。制御巻線26に供給される直流励磁電流
を少なくすると、それに応じて出力巻線の出力端出力電
圧は低下する。このように、センター・レッグ54の第
2.第3モア部54b、54Cの磁気飽和状態を可変制
御することにより、第1直列巻線46と分路巻線48か
らなる出力巻線に対する第2直列:@線50の差動結合
状態を変化させて磁気分路鉄心44にシフトされる第1
直列巻線46および分路巻線48の磁束を制御し、出力
端の出力電圧を可変制御できる。
第1図にもどって、直流励磁1![28は磁気制御形電
圧調整器24の出力側に接続された変流器80と、変圧
器81を介して接続された交流リアクトル82とを備え
る。変流器80は負荷18の電流に依存した成分をとり
出すための電流成分回路として機能する。交流リアクト
ル82は変圧器81を介して高圧から低圧に変圧された
電圧を電圧調整器24の出力電圧に依存した成分をとり
出すための電圧成分回路として機能する0画成分は整流
器84の交流入力側でベクトル合成される。整流器84
の直流出力電流は画成分の合成電流を整流したものに相
当し、コンデンサ86によって平滑され、制御巻線26
の直流出力電流工として用いられる。整流器84の直流
出力電流に含まれる電流依存成分と電圧依存成分とによ
り、負荷の投入、遮断、あるいは負荷の急激な変動時に
直流出力電流の変化によって高速応答でその負荷変動を
補償させることができる。
半導体スイッチ回路30は半導体スイッチ88を備え、
この半導体装置ッチ88は整流器84の直流出力端子間
に直流励磁電流工を制御するために接続される。半導体
スイッチ88としてはトランジスタやサイリスタを使用
することができる。
第1図において、半導体スイッチ88はインバーテツド
ダーリントン回路を形成する第1と第2の制御用トラン
ジスタ88a、88bを備える。
ここで、インバーテツドダーリントン回路とは、PNP
型トランジスタとNPN型1−ランジスタを相補的に接
続した回路を云う。すなわち、第1の制御用トランジス
タ88aのベース電流を制御するために第2の制御用ト
ランジスタ88bがインバーテンドダーリントン接続さ
れ、インバーテツドダーリントン回路を形成している。
直流励磁電流工を供給される制御巻線26には電流吸収
回路90が並列接続されている。電流吸収回路90とし
てはコンデンサが用いられる。この電流吸収回路90は
半導体スイッチ88がオフ時に整流器84の直流出力電
流と直流励磁電流との左型流分を吸収する作用をする。
電流吸収回路88と並列に電圧制限素子92が接続され
る。この電圧制御素子92は励磁電圧が電圧制限素子9
2により制限される電圧に達すると導通し、半導体スイ
ッチ88と電流吸収回路90に過電圧が加わらないよう
にするために設けられる。電圧制限素子92として定電
圧ダイオードを用いた場合の実施例が第1図に示されて
いる。第1図において、電流吸収回路90としてのコン
デンサと半導体スイッチ88との間に逆流防止用ダイオ
ード94が挿入されている。ダイオード94は半導体ス
イッチ88のオン時にコンデンサ90からの放i!を電
流がこの半導体スイッチ88を介して流れるのを阻止す
る。これにより半導体スイッチ88として用いられる例
えば図示の如きトランジスタなどの素子の破壊の危険性
を防止する。半導体スイッチ88はドライブ・トランジ
スタ102によりオンオフ制御される。ドライブ・トラ
ンジスタ102のコレクタは抵抗104,106を介し
てトランジスタ88aのコレクタ側に接続されており、
トランジスタ102のエミッタは抵抗108を介して零
電位に接続されている。トランジスタ102のベースは
分圧抵抗96.88からなる電圧検出回路100に接続
され、電圧検出回路100の検出電圧が一部レベルに達
するとオンするように構成される。電圧検出回路100
は整流器84の直流出力端86a、86bに接続されて
電圧調整器24の出力電圧を検出する。
つぎに、第1図の自動電圧調整装置の作用を説明する。
整流器84の直流出力電流工はいかなる場合でも制御巻
線26の励磁電流■′の所要値よりも大きくなるように
回路定数が選ばれる。半導体スイッチ88がオンのとき
には整流器84の直流出力電流工はこの半導体スイッチ
88によって分路され、励磁電流I′は減少してゆく、
つぎに、半導体スイッチ88がオフすると、整流器出力
電流Iは増加してゆきながら制御巻線26に流入する。
制御巻線26のインダクタンスのために励磁電流工′は
徐々にしか増大できないため、左型流分I−I’は電流
吸収コンデンサ90に流入する。このようにして、励磁
電流1′は半導体スイッチ88のベース信号によって目
標値に保たれるように瞬時値制御される。
ある瞬時での半導体スイッチ88の通流率αはオン時間
をT o n 、周期をTとすると。
on α=  □ と表わすことができ、励磁電流I′の平均値I’  a
vは、整流器出力Iの平均値Iavとすると 1’  av=a”Iav なる関係にある。すなわち、平均値としてみると、整流
器出力電流工のうち励磁にはαIavだけ流れ、半導体
スイッチ88には残りの(1−α)Iavが分流してい
ることが分かる。このように半導体スイッチ88は電圧
検出回路100により検出された出力電圧に応答してオ
ン・オフされて。
出力電圧が一定値に近づくように制御回路34により制
御される。すなわち、負荷18が急増して出力電圧が低
下したときは半導体スイッチ88の通流率が小さくなっ
て励磁電流の分流量が小さくなる。したがって、制御巻
線26に供給される制御!1Iffi流T′が多くなっ
て、磁気制御形電圧調整器24のセンター・レッグ54
の第2コア部54bの磁気飽和度が高くなる。
このとき、第2図における第1直列巻線46および分路
巻1s48の磁束に対する第2直列巻線5oによる逆極
性の磁束により打ち消される量が少なくなって、電圧調
整器24の出力電圧が上昇する。つぎに負荷18が急減
すると、出力端20.22の出力電圧が上昇し5電圧検
出回路100の検出電圧は高くなる。このとき、ドライ
ブ・トランジスタ102はオンとなり、半導体スイッチ
88の通流率が大きくなって励磁電流1′が減少してセ
ンタ・レッグ54bの磁気飽和度が小さくなる。このと
き、第1直列巻線46および分路巻@4Bの磁束に対す
る第2直列巻線50による逆極性の磁束の作用量が大き
くなって電圧調整器24の出力電圧が減少する。
このように、制御回路34は電圧検出回路100の出力
信号に応答して。
半導体スイッチ88の通流率を制御することにより励磁
電流工′を制御し。
もって、電圧調整器24から負荷18に供給される出力
電圧を一定になるように調整する。
以上、本発明について単相用の実施例を説明したが、上
述の磁気制御層電圧調整器を3相結線して3相交流電源
に接続することもできる。また。
本発明の自動電圧調整装置は出力端子20.22と負荷
18との間に整流器を設けて直流安定化電源として用い
ることもできる。
(1)本発明ではオートトランス構造の磁気制御層電圧
調整器によって電圧調整をしているため、自動電圧調整
装置を著しく小形軽量、低価格化することができる。
(2)大きな負荷容量の自動電圧調整装置が極めて小さ
な自己容量の磁気制御層電圧調整器で制御できるため、
電圧調整器の制御巻線に低電圧で小電力の励磁電流を供
給することにより、出力電圧の調整が可能となり、回路
構成が非常に簡単となり、大幅な低価格化と小形化が図
れる。
(3)低電圧、小容量の半導体スイッチを磁気制御層電
圧調整器の制御巻線と組み合わせて高電圧(たとえば1
万ボルト以上)、大容量の電圧調整が可能なため、安全
で信頼性が高く、シかも、極めて安価な電子部品で従来
不可能であった高電圧の交流電源から安定化した大容量
の交流電源が得られるため、実用上の効果が大きい。
(4)本発明の自動電圧調整装置では電源ラインにおい
て位相制御をしないため、受f!1?!!源電圧波形に
歪みを発生させたり、ノイズを発生させない。
(5)大きな負荷容量に対して小さな自己容量の電圧調
整器と小電力の制御回路の採用を可能として、エネルギ
ー損失を最少としたため、定電圧装置の大幅な高効率化
が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による自動電圧調整装置の望ましい実施
例の結線図、第2図は第1図の電圧調整器の平面図、第
3図は第2図の電圧調整器の側面図、第4図は第2図の
電圧調整器の底面図、第5図は第2図のV−V線の断面
図をそれぞれ示す。 24・・・・・・・・・磁気制御層電圧調整器28・・
・・・・・・・直流励磁電源 30・・・・・・・・・半導体スイッチ回路34・・・
・・・・・・制御回路 100・・・・・・・・・電圧検出回路特許出願人 株
式会社ハイテク研究所

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)交流電源と負荷との間に接続されるように配
    置され、前記負荷に供給される出力電圧を調整するため
    の制御巻線を備えた磁気制御形電圧調整器と、(b)前
    記制御巻線に直流励磁電流を供給する直流励磁電源と、
    (c)前記制御巻線と前記直流励磁電源との間に接続さ
    れ、前記制御巻線に供給される前記直流励磁電流を制御
    して前記出力電圧を調整する半導体スイッチと、(d)
    前記出力電圧に対応した出力信号を発生する電圧検出回
    路と、(e)前記出力信号に応答して、前記出力電圧が
    一定レベルになるように前記半導体スイッチの通流率を
    制御して前記直流励磁電流を制御する制御回路と、を備
    えた自動電圧調整装置。 2、前記直流励磁電源が前記負荷の入力側に接続されて
    前記負荷の電流に依存した成分を取り出す変流器と、前
    記変流器に接続された整流器を備えたことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の自動電圧調整装置。 3、前記直流励磁電源が前記負荷の入力側に接続されて
    前記出力電圧に依存した成分を取り出す交流リアクトル
    と、前記負荷の電流に依存した成分を取り出す変流器と
    、両成分をベクトル合成した電流を整流して前記直流励
    磁電流となす整流器とを備えたことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の自動電圧調整装置。 4、前記半導体スイッチが前記直流励磁電源の直流出力
    端子に接続されて、前記直流励磁電流の一部を前記半導
    体スイッチに分流させたことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項または第2項記載の自動電圧調整装置。 5、前記半導体スイッチに並列に電流吸収回路が接続さ
    れたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の自動
    電圧調整装置。 6、前記半導体スイッチに並列に電圧制限素子が接続さ
    れたことを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の自動
    電圧調整装置。 7、前記電圧検出回路が前記整流器の直流出力端子に接
    続されたことを特徴とする特許請求の範囲第2項または
    第3項記載の自動電圧調整装置。 8、前記制御回路が前記出力信号に応答して前記半導体
    スイッチの通流率を制御するドライブ・トランジスタと
    を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の自動電圧調整装置。 9、前記磁気制御形電圧調整器が第1直列巻線と、この
    第1直列巻線に直列接続された分路巻線と、この分路巻
    線とは異なる極性で前記分路巻線に直列接続された第2
    直列巻線とを有する第1可飽和鉄心を備えた主磁束ルー
    プ路と、前記分路巻線と前記第2直列巻線との間に配置
    されて前記主磁束ループ路の一部をバイパスさせるため
    のエアギャップを備えた少くとも1つの磁気分路鉄心と
    、前記磁気分路鉄心と前記第2直列巻線との間の前記第
    1可飽和鉄心の一部に磁気的に結合された第2可飽和鉄
    心を備えた補助磁束ループ路とを備え、前記制御巻線が
    前記第1可飽和鉄心の前記延長部に巻装され、前記第2
    可飽和鉄心を介して前記第1可飽和鉄心の前記一部を磁
    気飽和させて前記第1直列巻線と前記分路巻線の磁束を
    前記分路鉄心にシフトさせることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項または第2項記載の自動電圧調整装置。 10、前記第1可飽和鉄心がセンター・レッグとアウタ
    ー・レッグを有する第1巻鉄心を備え、前記補助磁束ル
    ープ路が前記センター・レッグ上に前記第2直列巻線と
    前記制御巻線を囲むように配置された第2巻鉄心とを備
    え、前記センター・レッグが前記第1巻鉄心の外方に延
    びる前記延長部を備えたことを特徴とする特許請求の範
    囲第9項記載の自動電圧調整装置。 11、前記第1巻鉄心と前記センター・レッグとを固定
    する第1の固定具と、前記第2巻鉄心と前記センター・
    レッグとを固定する第2の固定具とをさらに備えたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第10項記載の自動電圧調
    整装置。 12、前記センター・レッグの一方の側に前記第1巻鉄
    心が配置され、前記センター・レッグの他方側に前記第
    2巻鉄心が配置されたことを特徴とする特許請求の範囲
    第10項ないし第11項記載の自動電圧調整装置。 13、前記第1直列巻線および前記分路巻線と、前記第
    2直列巻線と、前記制御巻線とがほぼ同一平面内に配置
    されたことを特徴とする特許請求の範囲第12項記載の
    自動電圧調整装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS471942U (ja) * 1971-01-19 1972-08-22
JPS62254589A (ja) * 1986-04-28 1987-11-06 Seiko Epson Corp 投写型カラ−表示装置
JPS62254590A (ja) * 1986-04-28 1987-11-06 Hitachi Ltd テレビ受信機の信号処理回路

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