JPH0245811A - 交流定電圧装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、試験用電源装置やイオン注入装置用の電′
ｔＡ装置等に用いられる交流定電圧装置に関するもので
ある。

〔従　来　の　技　術〕

従来のこの種の交流定電圧装置は、第５図に示すように
、基準正弦波電圧信号発生器３が交流型ａ１の電源電圧
■、と同相で負荷２の定格電圧■。

に対応する基準正弦波電圧信号ｖｌｌを発生し、負荷電
圧検出器４が負荷２に加わる負荷電圧ｖＬを検出し、比
較器５が基準正弦波電圧信号発生器３から出力される基
準正弦波電圧信号ｖｌと負荷電圧検出器４から出力され
る負荷電圧信号Ｖ、との差を求め、比較器５から出力さ
れる誤差電圧信号Ｖ、を制御増幅器９で増幅することに
なる。また、整流器６の交流端を交流電源ｌの両端間に
接続し、Ｂ線環幅器７の電源入力端を整流器６の直流端
に接続するとともにＢ線環幅器７の出力端を整合用トラ
ンス８を介して交流電源１と負荷２との間に直列に介挿
接続している。

そして、この交流定電圧装置では、電源電圧Ｖ。

が定格電圧Ｖ、より低いときに、制御増幅器９の出力電
圧信号Ｖ、をＢ線環幅器７が増幅し、Ｂ線環幅器７から
出力される補償電圧ｖ、１、すなわち定格電圧Ｖ、と負
荷電圧■、との差に相当する電圧を交流電源１の電源電
圧Ｖ、に加算して負荷２に印加する。

このような動作により、例えば交流電源ｌの電源電圧Ｖ
、に変動が生じたり、または負荷２に変動が生じて、負
荷２に加わる負荷電圧ＶＬに変動が生じると、負荷２に
加わる負荷電圧ｖＬの変動分を補償する補償電圧ｖＨ，
がＢ線環幅器７から出力され、この補償電圧Ｖ□が交流
型Ｈ，１の電源電圧Ｖ、に加算されて負荷２に印加され
ることになる。この結果、負荷２に加わる負荷電圧Ｖ、
は、常に一定の定格電圧ｖＰに制御されることになる。

（発明が解決しようとする課題〕 上記の交流定電圧装置は、負荷電圧ｖＬの変動を補償す
る補償電圧ＶＨ，を出力するのに、Ｂ線環幅器７を用い
ている。ところが、このＢ線環幅器７は、トランジスタ
等の能動素子を能動領域で使用しているので、能動素子
の熱損失が大きく、効率が低いものである。したがって
、交流定電圧装置における負荷電圧ＶＬ′の変動補償の
効率が低かった。

したがって、この発明の目的は、効率良く負荷電圧の変
動を補償することができる交流定電圧装置を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の第１の交流定電圧装置は、基準正弦波電圧信
号発生器と負荷電圧検出器と比較器と整流器と逆変換器
とを備えている。

この交流定電圧装置においては、基準正弦波電圧信号発
生器が交流電源の電源電圧と同相で負荷の定格電圧に対
応する基準正弦波電圧信号を発生し、負荷電圧検出器が
負荷に加わる負荷電圧を検出し、比較器が基準正弦波電
圧信号発生器から出力される基準正弦波電圧信号と負荷
電圧検出器から出力される負荷電圧信号との差を求める
ことになる。また、整流器の交流端を交流電源に接続し
、逆変換器の直流端を整流器の直流端にｔ＃続するとと
もに逆変換器の交流端を交流電源と負荷との間に直列に
介挿接続している。

また、この発明の第２の交流定電圧装置は、基準正弦波
電圧信号発生器と負荷電圧検出器と比較器と第１の順逆
変換器と第２の順逆変換器とを備えている。

また、この交流定電圧装置においては、基準正弦波電圧
信号発生器が交流電源の電源電圧と同相で負荷の定格電
圧に対応する基準正弦波電圧信号を発生し、負荷電圧検
出器が負荷に加わる負荷電圧を検出し、比較器が基準正
弦波電圧信号発生器から出力される基準正弦波電圧信号
と負荷電圧検出器から出力される負荷電圧信号との差を
求めることになる。また、第１の順逆変換器の交流端を
交流電源に接続し、第２の順逆変換器の直流端を第１の
順逆変換器の直流端に接続するとともに第２の順逆変換
器の交流端を交流電源と負荷との間に直列に介挿接続し
ている。

〔作　　　用〕

この発明の第１の交流定電圧装置の構成においては、逆
変換器に比較器から出力される誤差電圧信号に応じて逆
変換動作（インバータ動作）を行わせて定格電圧と負荷
電圧との差に相当する補償電圧を逆変換器の交流端に発
生させることにより、交流電源の電源電圧に補償電圧が
加算されて負荷に印加される。

また、この発明の第２の交流定電圧装置の構成において
は、電源電圧が定格電圧より低いときに第１の順逆変換
器に順変換動作（整流動作）を行わせるとともに第２の
順逆変換器に比較器から出力される誤差電圧信号に応じ
て逆変換動作（インバータ動作）を行わせて定格電圧と
負荷電圧との差に相当する補償電圧を第２の順逆変換器
の交流端に発生させることにより、交流電源の電源電圧
に補償電圧が加算されて負荷に印加される。

一方、電源電圧が定格電圧より高いときに第２の順逆変
換器に順変換動作（整流動作）を行わせるとともに第１
の順逆変換器に比較器から出力される誤差電圧信号に応
じて逆変換動作（インバータ動作）を行わせて定格電圧
と負荷電圧との差に相当する補償電圧を第２の順逆変換
器の交流端で降下させることにより、交流電源の電源電
圧から補償電圧が減算されて負荷に印加される。また、
このときに補償電圧に対応する余剰電力が交流電源に回
生されることになる。

〔実　施　例〕

この発明の第１の実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。この交流定電圧装置は、第１図に示すよう
に、第５図におけるＢ級増幅器７に代えて、逆変換器（
例えばパルス幅変調型の高周波インバータ）１０を用い
たもので、その他の構成は第５図の交流定電圧装置と同
様である。

この交流定電圧装置においては、基準正弦波電圧信号発
生器３が交流電源１の電源電圧Ｖ、と同相で負荷２の定
格電圧■、に対応する基準正弦波電圧信号ｖ５を発生し
、負荷電圧検出器４が負荷２に加わる負荷電圧ｖＬを検
出し、比較器５が基準正弦波電圧信号発生器３から出力
される基準正弦波電圧信号Ｖ□と負荷電圧検出器４から
出力される負荷電圧信号ｖＬとの差を求め、比較器５か
ら出力される誤差電圧信号ＶＥを制御増幅器９で増幅す
ることになる。また、整流器６の交流端を交流電源１の
両端間に接続し、逆変換器１０の直流端を整流器６の直
流端に接続するとともに逆変換器ＩＯの交流端を交流電
Ｓｔと負荷２との間に直列に介挿接続している。

そして、この交流定電圧装置では、電源電圧Ｖ。

が定格電圧Ｖ、より低いときに、逆変換器ｌＯが制御増
幅器９の出力電圧信号Ｖ、に応じて１０〜２０ＫＨｚの
周波数で逆変換動作（インバータ動作）を行うことにな
る。この結果、逆変換器ｌＯから定格電圧Ｖ、と負荷電
圧ｖＬとの差に相当する補償電圧Ｖｌ１１が発生し、こ
の補償電圧Ｖｌｌｔが交流電源ｌの電源電圧Ｖ、に加算
されて負荷２に印加される。なお、負荷電圧ｖＬが定格
電圧Ｖ、より高いときには、逆変換動作は行わない。

このような動作により、例えば交流電ａｌの電源電圧Ｖ
、に変動が生じたり、または負荷２に変動が生じて、負
荷２に加わる負荷電圧ＶＬに変動が生じると、負荷２に
加わる負荷電圧ＶＬの変動分を補償する補償電圧ｖＨ２
が逆変換器１０から出力され、交流電源１の電源電圧Ｖ
、に補償電圧ｖ、ｆｆｉが加算されて負荷２に印加され
ることになる。

この結果、負荷２に加わる負荷電圧■、は、電圧変動、
高調波歪にかかわらず、常に一定の定格電圧ｖＰでかつ
正確な正弦波形に制御されることになる。

上記の基準正弦波電圧信号発生器３は、例えば交流電源
１の電源電圧の波高値をツェナーダイオ−ド等でクリッ
プさせて一定振幅とし、クリップされた電圧をバンドパ
スフィルタに通して基本波成分を取り出すことにより、
交流電源１の電源電圧と同相で負荷２の定格電圧Ｖ、に
対応する基準正弦波電圧信号Ｖ、を発生することになる
。

また、比較器５と逆変換器１０との間に設けた制御増幅
器９は、比例、積分、？ｌＩ分等の回路により、比較器
５から出力される誤差電圧信号Ｖ、を補正増幅して電圧
信号ｖ、を出力する。

また、負荷電圧検出器４は、例えば変圧器で構成されて
いるが、絶縁増幅器で構成することもできる。

なお、整合用トランス８は設けていない場合もある。

第２図は、整流器６および逆変換器１０の具体回路構成
の一例を示している。第２図において、２１〜２４はそ
れぞれ整流器６を構成するダイオードである。２５〜２
８はそれぞれトランジスタ、２９〜３２はそれぞれダイ
オードであり、これらは逆変換回路１０を構成する。３
３はチラークコイル、３４はコンデンサで、これらは整
流器６から出力される電圧を平滑する。３５は変圧器で
ある。３６はコンデンサで、整合用トランス８と合わせ
て逆変換器１０の出力のキャリア成分を除去する機能を
有する。

上記の逆変換器ｌＯは、電源電圧Ｖ、が定格電圧Ｖ、よ
り低いときに、トランジスタ２５〜２８のスイッチング
による逆変換動作（インバータ動作）を行って補償電圧
ｖ０を出力し、電源電圧■。

が定格電圧Ｖ、より高いときに、トランジスタ２５〜２
８のスイッチング動作を停止しトランジスタ２５〜２８
をオフに保持することで逆変換動作を停止するようにな
っている。

この実施例の交流定電圧装置は、逆変換器１０を用いて
負荷電圧ｖＬの変動を補償している。この逆変換器１０
は、トランジスタ等の能動素子にスイッチング動作を行
わせているので、能動素子自体の熱損失が極めて少ない
、したがって、この実施例の交流定電圧装置は、負荷電
圧■、の変動補償の効率が高いものである。

この発明の第２の実施例を第３図および第４図に基づい
て説明する。この交流定電圧装置は、第３図に示すよう
に、第１図の整流器６に代えて第１の順逆変換器１１を
用いるとともに、逆変換器１０に代えて第２の順逆変換
器１２を用いたもので、その他の構成は第１図のものと
同様である。

この交流定電圧装置においては、基準正弦波電圧信号発
生器３が交流量ｓ１の電源電圧■、と同相で負荷２の定
格電圧Ｖ、に対応する基準正弦波電圧信号■、を発生し
、負荷電圧検出器４が負荷２に加わる負荷電圧ＶＬを検
出し、比較器５が基準正弦波電圧信号発生器３から出力
される基準正弦波電圧信号Ｖ、ｌと負荷電圧検出器４か
ら出力される負荷電圧信号ｖＬとの差を求め、比較器５
から出力される誤差電圧信号ｖＰ、を制御増幅器９が制
御することになる。また、第１の順逆変換器１１の交流
端を交流量Ｒ１の両端間に接続し、第２の順逆変換器１
２の直流端を第１の順逆変換器１１の直流端に接続する
とともに第２の順逆変換器１２の交流端を交流電源１と
負荷２との間に直列に介挿接続している。

そして、この交流定電圧装置では、電源電圧■。

が定格電圧Ｖ、より低いときに第１の順逆変換器１１が
順変換動作（整流動作）を行うとともに第２の順逆変換
器１２が逆変換動作（インバータ動作）を行い、交流量
ａ！ＸＩから第１および第２の順逆変換器１１．１２を
通して負荷２へ電力供給することになる。この際、第２
の順逆変換器１２は、制御増幅器９の出力電圧信号Ｖ、
を１０〜２０ＫＨｚの周波数でパルス幅変調してなる方
形波信号に応してスイッチング動作を行うことになる。

この結果、定格電圧■、と負荷電圧ｖＬとの差に相当す
る補償電圧■イ、が第２の順逆変換器１２から発生し、
交流電源１の電源電圧Ｖ、に補償電圧ｖ、、ｌが加算さ
れて負＠２に印加される。

一方、電源電圧ｖ３が定格電圧Ｖ、より高いときに第２
の順逆変換器１２が順変換動作（整流動作）を行うとと
もに第１の順逆変換器１１が逆変換動作（インバータ動
作）を行い、負荷２の両端から第２および第１の順逆変
換器１２．１１を通して交流電源１へ余剰電力が回生さ
れることになる。この際、第１の順逆変換器１１は、制
御増幅器９の出力電圧信号Ｖ、に応じて５０Ｈｚまたは
６０Ｈｚの周波数でスイッチング動作を行うことになる
。この結果、定格電圧Ｖ、と負荷電圧ｖＬとの差に相当
する補償電圧ｖ１が第２の順逆変換器１２で降下し、電
源電圧■、から補償電圧■。が減算されて負荷２に印加
され、補償電圧ｖ０に相当する余剰電力が交流電源１に
回生される。

第４圀は、第１の順変換器１１および第２の順逆変換器
１２の具体回路構成の一例を示している。

第２図において、２１〜２４はそれぞれダイオード、３
７〜４０はそれぞれサイリスタであり、これらは第１の
順逆変換器１１を構成する。２５〜２８はそれぞれトラ
ンジスタ、２９〜３２はそれぞれダイオードであり、こ
れらは第２の順逆変換回路１２を構成する（構成的には
、逆変換器１０と同様である）、その他の構成は第２図
と同様である。

上記の第１の逆変換器１１は、電源電圧ｖ３が定格電圧
Ｖ、より低いときにサイリスタ３７〜４０のスイッチン
グ動作を行わず、ダイオード２１〜２４による順変換動
作（整流動作）を行って第２の順逆変換器１２へ直流電
力を供給し、電源電圧Ｖ、が定格電圧Ｖ、より高いとき
にサイリスク３７〜４０のスイッチングによる５０Ｈｚ
または６０１１ｚの周波数で逆変換動作（インバータ動
作）を行って余剰の交流電力を交流電源１に回生ずる。

一方、第２の逆変換器１２は、電源電圧Ｖ、が定格電圧
Ｖ、より低いときに、第１の逆変換器１１から供給され
る直流電力によって１０〜２０ＫＨｚの周波数でトラン
ジスタ２５〜２８のスイッチングによる逆変換動作（イ
ンバータ動作）を行って補償電圧ＶＭ３を発生し、電源
電圧■、が定格電圧ｖＰより高いときに、トランジスタ
２５〜２８をオフに保持することで逆変換動作を停止し
てダイオード２９〜３２で順変換動作（整流動作）を行
って補償電圧ｖ、１３の電圧降下を生じるようになって
いる。この際の電圧降下は、第１の逆変換器１１が交流
電源１へ回生する交流電力によって決まる。

この実施例の交流定電圧装置は、電源電圧Ｖｓが定格電
圧ｖ７より高いときには第２の順逆変換器１２に順変換
動作を行わせるとともに第１の順逆変換器１１に逆変換
”動作を行わせることにより、定格電圧■、と負荷電圧
Ｖ、との差に相当する補償電圧Ｖ。を電゛源電圧Ｖ、か
ら減算して負荷２に印加する構成であるので、電源電圧
Ｖ、が定格電圧■、より高いときの余剰エネルギを棄て
ずに交流’を源ｔに回生して再利用することができ、第
１の実施例の交流定電圧装置より一層効率を高めること
ができる。

〔発　明　の　効　果〕

この発明の第１の交流定電圧装置によれば、逆変換器を
用いて負荷電圧の変動を補償しており、逆変換器自体が
低損失であるので、負荷電圧の変動補償の効率を高める
ことができる。

また、この発明の第２の交流定電圧装置によれば、１ｉ
ｔｓ電圧が定格電圧より高いときには第２の順逆変換器
に順変換動作を行わせるとともに第１の順逆変換器に逆
変換動作を行わせることにより、定格電圧と負荷電圧と
の差に相当する補償電圧を電源電圧から減算して負荷に
印加する構成であるので、電源電圧が定格電圧より高い
ときの余剰エネルギを棄てずに交流電源に回生して再利
用することができ、第１の交流定電圧装置より一層効率
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の構成を示すブロック
図、第２図は第１図の要部の具体構成を示す回路図、第
３図はこの発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
、第４図は第３図の要部の具体構成を示す回路図、第５
図は従来の交流定電圧装置の構成の一例を示すブロック
図である。 ■・・・交流電源、２・・・負荷、３・・・基準正弦波
電圧信号発生器、４・・・負荷電圧検出器、５・・・比
較器、６・・・整流器、ｌＯ・・・逆変換器、１１・・
・第１の順逆変換器、１２・・・第２の順逆変換器 −Ｍ　　４Ｌｎ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源の電源電圧と同相で負荷の定格電圧に対
   応する基準正弦波電圧信号を発生する基準正弦波電圧信
   号発生器と、前記負荷に加わる負荷電圧を検出する負荷
   電圧検出器と、前記基準正弦波電圧信号発生器から出力
   される基準正弦波電圧信号と前記負荷電圧検出器から出
   力される負荷電圧信号との差を求める比較器と、交流端
   を前記交流電源に接続した整流器と、直流端を前記整流
   器の直流端に接続するとともに交流端を前記交流電源と
   負荷との間に直列に介挿接続した逆変換器とを備え、 前記逆変換器に前記比較器から出力される誤差電圧信号
   に応じて逆変換動作を行わせて前記定格電圧と前記負荷
   電圧との差に相当する補償電圧を前記逆変換器の交流端
   に発生させることにより、前記交流電源の電源電圧に前
   記補償電圧を加算して前記負荷に印加するようにした交
   流定電圧装置。
2. （２）交流電源の電源電圧と同相で負荷の定格電圧に対
   応する基準正弦波電圧信号を発生する基準正弦波電圧信
   号発生器と、前記負荷に加わる負荷電圧を検出する負荷
   電圧検出器と、前記基準正弦波電圧信号発生器から出力
   される基準正弦波電圧信号と前記負荷電圧検出器から出
   力される負荷電圧信号との差を求める比較器と、交流端
   を前記交流電源に接続した第１の順逆変換器と、直流端
   を前記第１の順逆変換器の直流端に接続するとともに交
   流端を前記交流電源と負荷との間に直列に介挿接続した
   第２の順逆変換器とを備え、 前記電源電圧が前記定格電圧より低いときに前記第１の
   順逆変換器に順変換動作を行わせるとともに前記第２の
   順逆変換器に前記比較器から出力される誤差電圧信号に
   応じて逆変換動作を行わせて前記定格電圧と前記負荷電
   圧との差に相当する補償電圧を前記第２の順逆変換器の
   交流端に発生させることにより、前記交流電源の電源電
   圧に前記補償電圧を加算して前記負荷に印加し、 前記電源電圧が前記定格電圧より高いときに前記第２の
   順逆変換器に順変換動作を行わせるとともに前記第１の
   順逆変換器に前記比較器から出力される誤差電圧信号に
   応じて逆変換動作を行わせて前記定格電圧と前記負荷電
   圧との差に相当する補償電圧を前記第２の順逆変換器の
   交流端で降下させることにより、前記交流電源の電源電
   圧から減算して前記負荷に印加するようにした交流定電
   圧装置。