JPH03195336A - 電力系統安定化用超伝導エネルギー貯蔵装置 - 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］ 本発明は超伝導電圧安定器（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔ
ｉｖｅｖｏｌｔａｇｅ　５ｔａｂｉｌｉｚｅｒ）に関す
るものである。

特に、本発明は超伝導エネルギー蓄積コイルに蓄積され
たエネルギーを使用する電圧安定器（ｖｏｌｔａｇｅ　
５ｔａｂｉｌｉｚｅｒ）に関するものである。

本発明に於ける動作に関して言えば、本発明は３相電力
線からエネルギーを引き出してそのエネルギーを超伝導
エネルギー蓄積コイルに蓄積し、その後該エネルギーを
負荷に供給する為に使用しうる形に変換処理を行うもの
である。

係る方法に於いては、該負荷は電力配電線から（６） 分離されており、又従って該負荷は負荷が電力配電シス
テムからエネルギーを引き出す時に良く誘起される電圧
或いは電流の外乱（ｄ　ｉｓ　ｔｕｒｂａｎｃｅ）を誘
起することばない。

［従来の技術］ 商用給電システム（ｕｔｉｌｉｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ　）
により供給される電力の品質は如何に電気的そして電子
的装置を一ト手に動かすかを決定する。

電力供給システムに対するあらゆる外乱は、その装置の
性能に厳しい影響を与えるものである。

該電力の外乱は典型的に、点灯、有効なスイッチング、
及び有効な遮断等によって発生せしめられる。

係る外乱は又負荷のスイッチング、接地ミス、或いは通
常機器の重負荷駆動から発生ずる異常な高消費電力等を
介しても発生ずる。

係る状況のそれぞれに於いて、該配線を介して電力は消
失する事は他の装置の使用者によって使用されている電
気機器の操作にかなりの悪影９を（７） 与えることになる。

一例を挙げるならば、粉末を製造する為の金属網に於け
る大型の溶接器の負荷の変動は、当該製粉工場に電力を
供給する為に使用されている同一の電源線から電力を受
けている約５００軒の消費家庭に於ける照明やテレビに
ちらつきを発生さ′せる事になる。

このようなケースに於ける解決策として、夕方の時間帯
に於いて、ディーゼル発電機によってその機器に電力を
供給するとか、或いは相当の経費を覚悟して当該製粉工
場に特別な電気的有効電線を設置するとかの方法がある
。

前者は、該電線の外乱に関する為の解決は過剰な負荷に
対する電源への有効電線の品質向−Ｌである事を示唆し
ている。

係る品質向上は、然かしながら、費用の係る解決策であ
る。

従って、多くの他の解決策が提案されて来ており又−船
釣にも使用されている。

多くの異なった方式の電力調整（ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｄ
ｉ（８） ｔｉｏｎｉｎｇ）システムが、電気的又は電子的機器が
該電線の外乱を発生させ或いは該電線の外乱によって悪
影響を受けることから防止する為に装置化されている。

コンピュタ−システムは特に係るシステムに供給される
電力に生じる変動に対して敏感である。

該コンピュタ−システムを保護する為に−ｉ的に用いら
れる一つの解決方法は中断されることのない電力供給方
式（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐＬｉｂｌｅ　ｐｏｗｅｒ　５
ｕｐｐｌｙＵＰＳ）である。

係るＵ　Ｐ　Ｓ方式は該コンビラ４ターをあぎ電力配電
線から分離させ、それによって供給電力における如何な
る変動も該コンピュタ−の操作に影響を与えない様にな
っている。

係るシステムは正常の電力供給が許容しうる状態で実行
されえない時は何時でも遅延或いは過渡期を設けること
なく自動的に電力を供給しうる様に設計されている。

然かしながら、該ＵＰＳ方式によって供給されうる電流
の量は制限がある。

（９） したがって、係るシステムは商用給電システム、特にモ
ーターをスタートしなければならないシステムの場合等
には不適なものであった。

モーターをスタートさせる為に必要な流入電流は非常に
大きいので一般的なＵＰＳ方式では供給され得ない。

モーターの場合には、電気モータースタータがモーター
をスタートさせる為に問題無く使用されてきている。

一方、電気モータースタータはスタート開始時に於いて
該モーターに供給される電圧を減少させ、それによって
商用給電システムにより見られる負荷を減少させる。

これが電力配線の外乱を減少させるとしても、それは又
該モーターへ供給される電流を減少させるものである。

駆動されるシステムが大きな負荷をもつ場合には、該モ
ーターはしばしば入力電圧が低下している事からスター
トしえない場合がある。

然かしながら、モータースタータはより軽量な（１０） 負荷を駆動するモーターに少ない電流を供給するために
良く使用される。

電圧安定器に関する最近の進歩の一つとしては、スタテ
ィック−−ＶＡＲコンベンセータ（５ｔａｔｉｃＶＡＲ
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）がある。

該スタティックーＶＡＲコンペンセータはインダクタ、
キャパシタ及び高電力電子部品からなる構成部品を使用
する。

これらの素子はアーク炉、アーク溶接の様な機器に対し
て大量の電力を供給する様に設計されている。

然かしながら、今日では、該スタティック−ＶＡＲコン
ペンセータは、その性能を日常の条件のもとで決定する
ために充分法くは使用されて来ていない。

該電力外乱を制御する為の他の技術としては、消費電力
が低い時にはエネルギーを蓄積し、逆に消費電力が大き
い時には該エネルギーを該電力システムに戻すと言うも
のである。

バッテリシステムは係る目的の為にエネルギー（１１） を蓄積するのに使用されて来たが、該バッテリシステム
は多くの欠点が存在する事から、制限された使用にしか
用いられていない。

効率的なバッテリは非常に高価であり、又、蓄積される
エネルギーの量は使用されるバッテリの数に依存するの
で、大きな容量のバッテリシステムは実用化が困難な程
高価なものとなる。

又、該バッテリは使用中に水素ど発生し、又該水素が高
度に可燃性である為、該バッテリシステムは厳しい安全
性の問題を提起することになる。

より最近のエネルギー蓄積技術は後で該商用給電システ
ムにもどされるエネルギーを蓄積する為超伝導の技術を
採用している。

米国特許筒４，１２２，５１２号（Ｐｅｔｅｒｓｏｎ　
）は超伝導磁石或いはインダクタに交流電力を蓄積する
システムを開示している。

３相交流が直流に変換され超伝導インダクタに蓄積され
る。

エネルギーの消費が大きい期間に於いては、直流は交流
に再は変換されそして３相配線に帰還さ（１２） れる。

係る方法において、該配線電圧に於けるあらゆる突然の
低下は該超伝導システムに蓄積されたエネルギーによっ
て補償される。

又米国特許第４，６９５，９３２号（Ｈｉｇａｓｔ＋１
ｎｏ）は、３相交流を直流に変換するエネルギー蓄積回
路を開示している。

該直流ＤＣは次いで超伝導エネルギー蓄積コイルに蓄積
される。

直流Ｄ　Ｃキャパシタ及びチョッパー回路が該超伝導エ
ネルギー蓄積コイルに蓄積されている直流の量を制御す
るのに使用される。

係る構成は、交流供給線機器及びザイリスタ変換器の電
流容量が該コイルの規格電流によって設定される供給電
力に従って大きさが小さくなることを許容し、又操作損
失を減少させる事も出来る。

公知のシステムは２つの方法によって、電力線の外乱を
減少させて来た。

その一つの方法は、コンピュータ或いはモーターの電気
モータースタータの為のＵＰＳの様な特（１３） 定の負荷の為に特別に設計された装置を作るものである
。

係るシステムはある程度の電力配線の外乱を修正しうる
ちのではあるが、他の問題を有している。

特に、それ等は一般的に負荷が特定され互換性がなく、
且つ、その負荷の作動を正常に維持する為に充分な電流
を供給する事が出来なかった。

他の解決方法は他の電力供給配線を設置する事であり或
いは、ピーク時以外の時に電力配線によって供給される
エネルギーを蓄積しそして上記の米国特許に記載されて
いる様にピーク時に商用給電システムに該エネルギーを
帰還させるものである。

然かしながら、かかる付加的に電力供給配線を設置する
事はこの問題を解決するにはコス１〜の係る解決方法で
あり。

ピータソンとヒガシノの上記米国特許は係る付加的な電
力供給配線によるコスト高をさけるものであるが、それ
らの装置は電力供給システムを維持する為に電流を供給
するものであり、電源に於（１４） ける問題を解決するものではなかった。

つまり、個々の装置が該商用給電配線（ｕｔｉｌｉｔｙ
Ｈｎｅｓ）からの急激な高付加電力消費と言う問題を発
生させるものである。

例えば、アーク溶接、アーク炉、及びモーターのそれぞ
れはその独特の構造に従った特定の電流を必要としてい
る。

モーターはスタート時にのみ大量の電流を必要とする。

一方、アーク溶接機は溶接が行われる時期に間欠的に電
力を必要とする。

このように、電気機器のそれぞれの部材が個別に電力要
求特性をもっているので、商用給電システム（ｕｔｉｌ
ｉｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ　）における電力を維持する試み
は一般的には電力の外乱（ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｔｕｒｂ
ａｎｃｅ）を避けるこのが出来ないが、その外乱が生し
た時に電力配線に於ける全体的な欠点を修正することは
出来る。

（１５） 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は商用給電システム（ｕｔｉｌｉｔｙ　ｓ
ｙｓｔｅｍ）により供給される電力に於？−する外乱が
生じない様に負荷にエネルギーを供給する為の超伝導電
圧安定器を提供するものである。

又、本発明の他の目的は、エネルギーを使用する負荷の
作動を補償することなしに、負荷を駆動するに必要な電
力を供給するものである。

本発明の更に他の目的は、商用給電システムにより供給
される電力の品質を維持するためのコストを低下させる
ものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明に於けるこれ等の目的は３相交流電力を変換する
事により得られる直流電流を蓄積する為の超伝導エネル
ギー蓄積コイルを含む超伝導電圧安定器を用いる事によ
って達成される。

蓄積される直流電流は選択的に電圧制御器及びエネルギ
ー蓄積セルを使用することによって負荷に供給される。

（１６） 該エネルギー蓄積セルは直流電流をそれが負荷により引
き出される迄蓄積しうる。

該負荷が該エネルギー蓄積セルからエネルギーを取り去
ると、エネルギーは既に超伝導エネルギー蓄積コイルに
蓄積されている直流電流により補充される。

電圧制御器は負荷により取り去られたエネルギーの量を
監視する事により、該エネルギー蓄積コイルから選択的
に直流電流を供給する。

該電圧制御器はエネルギー蓄積セルに対してエネルギー
を向＆Ｊるか或いは超伝導エネルギー蓄積コイルに直流
電流を向けるかの何れかの作動を行う。

超伝導電圧安定器はエネルギーを直接負荷に（ｊ（給し
、それによ、って該負荷を商用給電システムから分離す
る。

この構造は負荷が他の装置に悪影響を与える電力システ
ムに於いて外乱を発生することを防止する。

過大な消費電力を要求されている間に、蓄積さ（１７） れたエネルギーを電力システムに帰還させることによっ
て、その装置に供給されている電力の品質を維持するこ
とを試みるよりも、該超伝導電圧安定器は機器が第１に
は電力システムに悪影響を与える事を避けるものである
。

〔実施例〕

第１図を参照すると、本発明んを具体化した超伝導電圧
安定器が符号１０として概括的に示されている。

超伝導電圧安定器１０は交流直流変換器（Ａ、Ｃ／ＤＣ
）２０、超伝導コイル３０、電圧制御器４０、とエネル
ギー蓄積セル５０とを含んでいる。

該超伝導電圧安定器１０は交流を直流に変換する為の交
直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）２０を有している。交流供給
配線により供給される３相交流は、交直流変換器（ＡＣ
／ＤＣ）２０の交流人力２２に接続されている。

該交直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）２０は第１の直流端子２
４と第２の直流端子２６とを有している。

（１８） −旦該交流の入力が直流に変換されてしまうと直流出力
は第１を第２の直流端子の間で利用しうる。

該直流は次いで、該直流によって発生され、該交直流変
換器（ＡＣ／ＤＣ）２０により引き出された（ｄｅｖｅ
ｌｏｐｅｄ）エネルギーを蓄積するのに使用される直流
端子の一つとの接続を介して超伝導エネルギー蓄積コイ
ルに指向される。

エネルギー蓄積コイル３０はエネルギーを該電圧制御器
４０の制御にもとすいて蓄積する。この最も基礎的な具
体例に於いて、電圧制御器４０は電流スイッチ制御器４
２と電流スイッチ４４とから構成されている。

該電圧制御器４０は超伝導エネルギー蓄積コイルを介し
て流れる電流の量を制御する。

当初は、電流スイッチ制御器４２は該電流スイッチ４４
を励起し、それによって、電流路が形成される。

該電流スイッチ４４が励起せしめられた時、直流は該第
１の直流端子２４から流出してエネルギ（１９） −蓄積コイル３０、電流スイッチ４４を通り第２の直流
端子２６へもどる。

一旦、充分な量のエネルギーがコイル３０に蓄積される
と、以下により詳細に説明する外部的に発生ずる使用者
制御信号（ｕｓｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｉｇｎａｌ）
が該電圧制御器４０に対し電流スイッチを介する電流路
を禁止する様に制御し、その結果、該電流をエネルギー
蓄積セル５０に指向させるごとになる。

エネルギー蓄積セル５０は最も基本的な形として、エネ
ルギー蓄積キャパシタ５２を含んでいるものである。

エネルギー蓄積セル５０は該第１の出力線６０と第２の
出力線６２を介して該負荷と並列に接続されている。

該電圧制御器４０は電流スイッチ制御器４２を介して該
電流スイッチ４４を非励起とし、それによって、新しい
電流路が形成される。

直流は次いで該第１の直流端子２４から流出し、該エネ
ルギー蓄積セル３０、該エネルギー蓄積セ（２０） ル５０の第１の出力線６４、該エネルギー蓄積セル５０
、該エネルギー蓄積セル５０の第２の出力線６６を介し
て、該第２の直流端子２６を介して帰還される。

このように、該セル５０の両端に係る電圧が所定のレベ
ルに到達する迄、エネルギーは該エネルギー蓄積セル５
０に蓄積される。

一旦、そのレベルに到達すると該電圧制御器４０は直流
を該エネルギー蓄積セル５０から離す様に制御し、電圧
制御器４０に帰還させる。

該エネルギー蓄積セル５０が完全に充電された場合、該
エネルギー蓄積セル５０に於けるエネルギーの供給は該
エネルギー蓄積セル５０の第１の出力線６０と第２の出
力線６２を介して負荷に電力を与える為に供給される。

該負荷が該エネルギー蓄積セル５０から、エネルギーを
引き出す時、該第１の出力線６４と該第２の出力線６６
との間で測定される該セル５０の両端電圧は、低下しは
じめる。

一旦、該セル５０の両端電圧がある設定された（２１） レベルにまで低下すると、その状態は該電圧制御器４０
によって検出される。

同時に、電流スイッチ制御器４２は該電流スイッチ４４
を非励起の状態とし、それによって、該超伝導コイル３
０に蓄積されているエネルギーは該エネルギー蓄積セル
５０に供給される。

係る蓄積されたエネルギーの供給は該エネルギー蓄積セ
ル５０の両端電圧が予め決定された最大値に到達するま
で続けられる。

この時点で、電圧制御器４０は該セル５０が充分に充電
された事を検出し該電流スイッチ制御器４２を介して該
電流スイッチ４４を励起して電流がもう一度該電流スイ
ッチを介して流れる事になる。

該電流スイッチ４４はコレクタリード４５．エミッタリ
ード４６、及びゲートリード４７を有する絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含んでいる。

コレクタリード４５は前記第１の出力線６４と接続され
、且つエミッタリード４６は第２の出力（２２） 線６６と結合されている。

又、ゲートリード４７は絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ（ＩＧＢＴ）　４４と結合され、且つ該電流スイ
ッチ制御器は該デー１−リード４７を介して絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）　４４の導電性
を制御する。

他の多くの装置が該絶縁ゲート型バイポーラ１〜ランジ
スタ（ＩＧＢＴ）　４４の代わりに使用され又ゲート−
ターン−オフ（ｇａｔｅ−ｔｕｒｎ−ｏｆｆ）　ザイリ
スタとシリコン制御整流器を含む事も出来る。

このようにして、エネルギー蓄積セル５０はエネルギー
を負荷に供給する。

該負荷により該エネルギー蓄積セル５０からエネルギー
が引き出されるにつれて、電圧制御器４０は該セル５０
の端子電圧を検出し、該コイル３０からセル５０に供給
されるエネルギーの量を制御する。

該コイル３０に蓄積された直流の一部は従って該負荷の
エネルギー必要量に応じて該エネルギー蓄積セル５０へ
供給される。

（２３） 第２図は超伝導電圧安定器１０の他の具体例を示す回路
ダイアダラムである。

図示された超伝導電圧安定器１０は交直流変換器（ＡＣ
／ＤＣ）２０、超伝導エネルギー蓄積コイル３０、電圧
制御器４０、及びエネルギー蓄積セル５０を含んでおり
、これ筒金てのものは第１図の構造において既に用いら
れているものである。

第２図の回路は又より安定で信頼性のある設計を提供す
る付加的な回路を含んでいる。

第２図に示す様に、エネルギー蓄積セル５０はエネルギ
ー蓄積キャパシタ７０を含んでいる。

該エネルギー蓄積ギヤバシタ７０は第１の端子７２と第
２の端子７４を有している。

第１の入力線６４は該第１の端子７２と第１のダイオー
ド７６を介して結合され、それによって、第１のダイオ
ード７６のカソードは該エネルギー蓄積キャパシタ７０
の第１の端子７２と接続されている。

該第１の端子７２は又第２のダイオード７８を介して第
１の出力線６０と結合されている。

（２４） 該第２のダイオード７８はそのアノードが該第１の端子
７２と接続される様に配列せしめられている。

該第２の端子７４は第２の入力線６６と第２の出力線６
２の両方に接続されている。

第１のダイオード７６と第２のダイオード７８は該エネ
ルギー蓄積セル５０の中に設けられており、エネルギー
の流れを制御し又回路構成部品を保護している。

該第２のダイオード７８は該負荷により発生せしめられ
、又超伝導電圧安定器１０に帰還せしめられるすべての
好ましく無い電流から該キャパシタを保護する為に設け
られている。

第１のダイオード７６は同じ機能を発揮するもので、電
流スイッチ４４を介してエネルギー蓄積キャパシタ７０
が放電することを防止しており、それによって、電圧制
御器４０と交直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）２０を含む残り
の回路を好ましく無い電流から保護している。

該エネルギー蓄積セル５０に含まれる他の安全（２５） 構造は抵抗８０とスイッチ８２である。

抵抗８０とスイッチ８２は直列に接続され該エネルギー
蓄積キャパシタ７０を並列に接続されている。

該抵抗８０はブリーダ抵抗であり、通常オープンである
スイッチ８２と共同して、超伝導電圧安定器が遮断した
時は何時でもキャパシタ７０内のエネルギーを放出させ
る。

該超伝導電圧安定器１０がメンテナンスを必要とする場
合には、スイッチ８２はクローズされ、それによりキャ
パシタ７０内に蓄積されたエネルギーは衝撃の危険を避
ける為に放出される。

第２図は他の電圧制御器４０の回路ダイアダラムを示す
ものである。

電流スイッチコントローラ４２は５個のスイッチ４４ａ
−４４ｅの導電状態を制御する。

電流スイッチ４４の数は使用される電流の量と使用され
る電流スイッチの電流キャパシタの量にもとすいて変化
しうるちのである。

電流スイッチコントローラ４２は第１の入力線（２６） ６４と第２の入力線６６との間の電圧を監視しスイッチ
４４　ａ−４４ｅを通電すべきか否かを決定する。

該回路は、高電力電流スイッチ４４ａ−４４ｅを適切な
作動温度に維持する為の水冷式冷却シンク８４を含んで
いる。

保護ダイオード８６は又該回路に、電流スイッチ群又は
Ｉ　ＧＢＴ群４４を保護する為に設けられている。

保護ダイオード８６は該Ｉ　ＧＢＴ群４４のエミッタと
コレクタとの間に接続されておりかつそのアノードがコ
レクタに接続されている。

スナツパ−８８が該保護ダイオード８６と並列に配設さ
れ、スパイクが回路を破壊することから保護する為に使
用されている。

第２図に示す様に、過剰電圧保護手段１００が該電圧制
御器４０とエネルギー蓄積セル５０との間の電圧を監視
するのに使用され、そして該電圧が許容しえない値にな
った場合に該回路のバイパスするのに使用される。

（２７） 過剰電圧保護手段１００は該電圧制御器４０とエネルギ
ー蓄積セル５０とに並列に接続されている。

該電圧レベルが増加して、許容しえない値になった場合
、該電圧制御器４０に並列に接続されている電圧センサ
１０２が、そのゲートを介してサイリスタ１０４を励起
する。

該サイリスタ１０４が導通ずると、それによって該電圧
制御器４０とエネルギー蓄積セル５０の回路をバイパス
する電流回路が形成される。

サイリスタスナップ１０６ば第３図に示す様に、サイリ
スタ１０４のアノードとカソードとの間に接続されてい
る。

多くの制御と保護の部分が第２図に示す様にコントロー
ル−インターロックモジュール１１０によって制御され
ている。

上述した通り、エネルギーは当初超伝導エネルギー蓄積
セル３０に蓄積され、そしてその後に駆動されるシステ
ムの要求により決定された時間に該エネルギー蓄積セル
５０に供給される。

（２８） 時々は、該負荷がエネルギーを要求する前に、オペレー
タは電流スイッチコントローラ４２を作動させて電流ス
イッチ４４を介する電流路を禁止するように指示し、そ
れによってエネルギーをエネルギー蓄積セル５０に供給
する。

オペレータは使用者用制御信号モジュールを介してコン
１−ロールー−インターロックモジュール１１０に指示
し、電流スイッチコントローラ４２が電流スイッチ４４
をＯＦＦとする様に指示する。

従って、電流スイッチ４４を介して流れる電流路は該エ
ネルギー蓄積セル５０を介して流れるものである。

エネルギーは該セル５０の両端の電圧が予め決定された
レベルに到達する迄、該エネルギー蓄積セル５０に蓄積
される。

第２図に於けるその他の保護態様は、コントロールーイ
ンターロックモジプ、−ル１１０によって制御される。

該インターロックモジュール１１０は制御配線１１４と
ダンプ回路１１５を介して交直流変換器（２９） （ＡＣ／ＤＣ）２０を制御する。

該回路の動作中において、インターロックモジュール１
１０は電流センサー或いはトランスデユーサ１１６によ
り超伝導コイル３０を介して流れる電流を監視する。

該電圧制御器４０の二つの特性について又監視される。

第１に、電流アンバランス検知器１１８が電流スイッチ
４４を介して流れる電流が予め決定されている範囲のそ
と側に関して変化しているか否かを検出する。

又第２は、温度センサ１２０は水冷式冷却シンク８４の
温度を検出している。

第２図に示す様に、電流検出器１１６はトランスデユー
サ１１６を用いて超伝導コイル３０を介して流れる電流
を検出する。

トランスデユーサ１１６は電流の流れにより形成される
磁界を検出することによって電流値を決定する。

電流値が成るしきい値に到達した時、該インク（３０） −ロックモジュール１１０は■界が到着したと検出し次
いで制御配線１１４を介して交流の変換を終了し、それ
により直流を超伝導蓄積コイル３０に供給する事を停止
する。

電流は電流路は交直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）２０を介し
て供給されているので、該コイル３０を介して流れ続け
る。

電流アンバランス検出器１１８は電流スイッチ４４ａ−
４４ｅを介して流れる電流を、コア］２２ａ−１２２ｅ
によって検出する。

もし、電流スイッチ４４ａ−４４ｅの何れかを介して流
れる電流が電流スイッチ４４ａ−４４ｅの他の何れかを
介して流れる電流の予め設定された値より多いか少ない
場合には、インターロックモジュール１１０がこの差を
検出し、ダンプ回路（ｄｕｍｐ　ｃｉｒｃｕｉｔ）　　
１１５をトリップ（ｔｒｉｐ）する。

該ダンプ回路１１５はダンプ抵抗１２４、通常クローズ
されているダンプスイッチ１２６及びダンプキャパシタ
１２８が並列に接続されて構成されている。

（３１） トリップされた場合、通常クローズされているダンプス
イッチ１２６は開き、それによって並列に配置されたダ
ンプ抵抗１２４とダンプキャパシタ１２８を介して電流
が流れる。

温度検出器１２０が水冷式冷却シンク８４の温度を検出
している。

もし、該温度が高レベルに到達し、該電流スイッチ４４
ａ−４４ｅが適切に作動していないと言う事を指示して
いる時には、該インターロックモジュール１１０が該ダ
ンプ回路１１５をトリップして回路の破損を防止する。

インターロックモジュール１　］、　Ｏは又サーヴイス
モジュール１３０が設けられており、該サーヴイスモジ
ュール１３０は使用者が使用しろる２極双投スイツチ（
Ｄ　Ｐ　Ｄ　Ｔ　　ｄｏｕｂｌｅ−ｐｏｌｅ　ｄｏｕｂ
ｌｅｔｈｒｏｗ　５ｗ１ｔｃｈ）　１３２から構成され
ている。

該スイッチ１３２はスイッチ８２を閉鎖（ｃｌ、ｏｓｅ
）する為に励起され、それによってエネルギーのエネル
ギー蓄積キャパシタ７０への流出を止め（ｂｌｅｅｄｉ
ｎｇ　ｏｆｆ　）それによって試験或いは補修が（３２
） 安全に実行される。

第３図はエネルギー蓄積セル５０の具体例をしめす回路
ダイアグラムである。

第３図は、負荷に供給される為にエネルギーを蓄積る為
の１０個のエネルギー蓄積キャパシタ７０ａ−７０ｊを
含んでいる。

負荷は第１の出力線６０と第２の出力線６２とに接続さ
れている。

第２図のエネルギー蓄積セル５０に於いて上記で説明し
た通り、各エネルギー蓄積キャパシタ７０　ａ−７０ｊ
のそれぞれはそれぞれに対応する第２のダイオード７８
ａ−７８ｊによって保護されている。

係る方法に於いて、各キャパシタは負荷から該エネルギ
ー蓄積セル５０に反射してもどる（ｒｅｆｌｅｃｔｂａ
ｃｋ）あらゆるエネルギーから保護されている。

各キャパシタ７０ａ−７０ｊは又、それぞれに対応して
いる第１のダイオード７６ａ−７６ｊと組み合わされて
いる。

該ダイオード７６ａ−７６ｊは電圧制御器４０（３３） と交直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）２０を含む回路のその他
の部品を該エネルギー蓄積セル５０に於ける故障から発
生するとおもわれる破損から保護している。

各ダイオード７６ａ−７６ｊは又それぞれに対応してい
るブリーダ抵抗８０ａ−８０Ｊと組み合わされている。

該ブリーダ抵抗８０ａ−８０ｊは該ブリーダスイッチ８
２が閉鎖された場合に、エネルギーをキャパシタ７０ａ
−７０ｊから流出させる。

ここで説明された超伝導電圧安定器は多くの異なった型
の負荷にエネルギーを供給する為に使用されうるが特に
は極めて短時間に大量の電力を必要とする負荷に使用す
る事ができる。

係る要求を持っている装置としては、アーク溶接機、ア
ーク炉、そしてスタート時に余計な電力を必要とする３
相又は単相モータを含んでいる。

ここで説明した超伝導電圧安定器は特にモータを始動さ
せるのに適している。

単相モータをスタートさせる為の本発明に係る（３４） 一つの特別な応用例が第４図に示されている。

係る構成に於いて、ＭＯＳＦＥＴ　　或いはＩＢＧＴコ
ントローラ１４０は交流配線（ＡＣ１ｉｎｅ　）周波数
で作動し、第１の制御線１４１、第２の制御線１４２、
第３の制御線１４３及び第４の制御線１４４を有してい
る。

各制御線はそれぞれの制御ＭＯＳＦＥＴ或いは制御ＩＢ
ＧＴのゲートと結合されており、該制１Ｍ０３ＦＥＴば
第１の制御ＭＯ８ＦＥＴ　１５１　、第２の制御ＭＯ３
Ｉ’ＥＴ　１５２、第３の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５３、
第４の制御ＭＯＳＦＥＴ１５４を含んでいる。

該第１の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５１のドレインと第３の
制御ＭＯＳＦＥＴ　１５３のドレインとが第１の出力線
６０と接続されている。

又第１の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５１のソースは第４の制
御１Ｍ０５ＦＥＴ　１５４のドレインと接続され、又第
３の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５３のソースは第２の制御Ｍ
ＯＳＦＥＴ　１５２のドレインと接続されている。

該第４の制１１１１’１Ｏ３ｌ’ＥＴ　１５４のドレイ
ンと第２の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５２のドレインとが第
２の出力線（３５） ６２と接続されている。

単相モーター１６０は第１のモータ一端子１６２を介し
て第１の制御）ＩＯ３ＦＥＴ　１５１と第４の制御ＭＯ
ＳＦＥＴ　１５４のドレイン・ソース接続部と結合して
おり、又第２のモータ一端子１６４を介して第３の制御
ＭＯＳＦＥＴ　１５３と第２の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５
２のドレイン・ソース接続部と結合している。

該単相モーター１６０をスタートする為、ＭＯＳＦＥＴ
コントローラ１４０は選択的に該第１の制御ＭＯＳＦＥ
Ｔ１５１と第２の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５２とを同時に
導通スル力、該第３の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５３と第４
の制御ＭＯＳＦＥＴ　１５４とを同時に導通するもので
あって、第１と第２のＭＯＳＦＥＴが導通された場合に
は、第３と第４のＭＯＳＦＥＴは非導通となり、第３と
第４のＭＯＳＦＥＴが導通された場合には、第１と第２
のＭＯＳＦＥＴは非導通となる。

従って、単相モーター１６０は、該第１のモータ一端子
１６２と第２のモータ一端子１６４に於いて、該モータ
ーに供給された方形波によりスター１へされる。

（３６） 一旦、モーター１６０が増速されると第１のコンタクタ
−１７２は外部のコントロール１７１によって駆動され
３相線を、その出力が、第１の端子７２に接続されてい
るカソードを有するモーターダイオード１７４を介して
第１の端子と結合されている第２の交直流変換器（ＡＣ
／ＤＣ）１７２に接続されている。

係る構成は、−旦該モーターがスタートを開始したら、
電力が該３相線により供給されることを可能とする。

かくして、モーター１６０がスター１−時に該商用給電
システムから分離され、その結果政商用給電システムと
その他の機器に対し悪影響を与えることが無い。

他の応用例に於いては、第５図に示す様に、超伝導電圧
安定器ば３相モーター１６０をスタートされるのに使用
されうる。

係る具体例に於いて、可変周波数インバータ１７６が第
１の出力線６０と第２の出力線６２との間に接続されて
いる。

（３７） 該可変周波数インバータ１７６は該エネルギー蓄積セル
５０に蓄積されているエネルギーを取り出し、それを３
相の交流で周波数が変化するものに変換する。

可変周波数コントローラ１７６の出力に於いて見られる
該３相交流は３相交流モーター１７８と可変周波数イン
バータ１７６の出力をモーターに接続する為に励起され
るコンタクタ−１８０を介して接続されている。

一旦、モーター１７８が増速すると、第１のコンタクタ
−１７２は外部のコントロール１７１によって駆動され
３相線を、その出力が、第１の端子７２に接続されてい
るカソードを有するモーターダイオード１７４を介して
第１の端子と結合されている第２の交直流変換器（ＡＣ
／ＤＣ）１７２に接続される。

従って、−旦、モーター１７８がスタートすると、電力
は該３相線によって供給されそして安定した状態の操作
速度を得ることが出来る。

その為、その動作は安定である。

（３８） 更に他の具体例に於いては、第２図の超伝導電圧安定器
に対して可変速度駆動手段が付加されたものがモーター
のスタートに使用される。

可変速度駆動手段の直流ＤＣリンク（ｌｉｎｋ）が該第
１の出力線６０と第２の出力線６２に接続されている。

該直流ＤＣリンクはモーターをスタートされる為にエネ
ルギーをエネルギー蓄積セル５０から弓き出す。

一旦、該モーターがスタートすると、可変速度駆動手段
は、−旦スタートしたモーターを駆動し続ける為に使用
される。

初期のスタートアップ電流は該超伝導エネルギー蓄積コ
イル３０に蓄積された後に該モーターに供給される。

該コイル３０の採用は該モーターが該交流ＡＣ供給線に
過剰な負荷を与えるを防止し、それによって、モーター
に急激に流れる電流が該商用給電システムに好ましくな
い影響を与えることを防止している。

（３９） 本発明に係る」−記の説明は本発明の開示と図の説明の
目的の為に提供されたものである。

係る説明は本発明を開示された詳細な形式に制限する事
を意図するものではなく、又あきらかな通り、多くの変
更や修正が上記の記載の見地から可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本特許に係る超伝導電圧安定器の一具体例の構
成を示す概略ダイアグラムであり、第２図は本発明に係
る他の具体例を示す概略ダイアグラムである。 第３図はエネルギー蓄積セルのダイアグラムである。 第４図は本発明を単相モーターをスタートさせる為に応
用した概略ダイアグラムであり、又第５図は本発明を３
相モーターのスタートに応用した例を示す概略ダイアグ
ラムである。 １０・・・超伝導電圧安定器、 ２０・・・交直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）、３０・・・超
伝導エネルギー蓄積コイル、（４０） ０・・・電圧制御器、 ０・・・エネルギー蓄積セル、 ０．６２・・・出力線、 ２・・・電流スイッチコントローラ、 ４・・・電流スイッチ、 ０・・・エネルギー蓄積キャパシタ、 ０・・・スナップ抵抗、 ８・・・スナツパ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の入力線、第２の入力線、第１の出力線及び第
   ２の出力線とを有し且つ該出力線は負荷に接続され該負
   荷に対する出力電流路を提供する様に構成された負荷に
   エネルギーを供給する為のエネルギー蓄積セル、 該第１の入力線と第２の入力線と並列に設けられた電圧
   制御器、 交流供給線と接続された交流入力を有し、直流電流出力
   を発生させると共に、第１の直流端子と第２の直流端子
   で該第１の直流端子は該第１の入力線と接続され又該第
   ２の直流端子は該直流電流出力を蓄積んうる超伝導エネ
   ルギー蓄積コイルを介して第２の入力線接続された交直
   流変換器（ＡＣ／ＤＣ）とを含み、それによって、該負
   荷の作動を安定させる為に、該負荷に対し供給されたエ
   ネルギーは該エネルギー蓄積セル間の電圧を検知する電
   圧制御器により該エネルギー蓄積セルに復元され、そし
   て該超伝導エネルギー蓄積コイルに蓄積された直流電流
   出力の一部は該負荷のエネルギー要求特性にしたがって
   該エネルギー蓄積セルに対して供給されるものである事
   を特徴とする超伝導電圧安定器。 ２、該エネルギー蓄積セルは第１の端子と第２の端子を
   有したエネルギー蓄積キャパシタを含んでおり、該第１
   の入力線は第１の端子と接続され、該第２の入力線は該
   第２の端子と接続され、更に、該第１の端子は第１の出
   力端子と接続され、該第２の端子は該第２の出力端子と
   接続されている事を特徴とする請求項１記載の超伝導電
   圧安定器。 ３、該第１の入力線は第１のダイオードを介して該第１
   の端子と接続され、又該第１のダイオードのカソードは
   該第１の端子に接続され、又該第１の端子は第２のダイ
   オードを介して該第１の出力線と接続されており、更に
   該第２のダイオードのアノードが該第１の端子と接続さ
   れている事を特徴とする請求項２記載の超伝導電圧安定
   器。 ４、直列に配列された抵抗とスイッチは該エネルギー蓄
   積キャパシタと並列の関係をなしている事を特徴とする
   請求項３記載の超伝導電圧安定器。 ５、該電圧制御器は電流スイッチコントローラと電流ス
   イッチとを含んでおり、且つ該電流スイッチコントロー
   ラは該電流スイッチを該エネルギー蓄積セルに係る電圧
   に従って制御する事を特徴とする請求項１記載の超伝導
   電圧安定器。 ６、コントロール−インターロックモジュールを含んで
   おり、又該電圧制御器は電流スイッチコントローラと電
   流スイッチを含んでおり、且つ該コントロールインター
   ロックモジュールは該電流スイッチの導電性を該電流ス
   イッチコントローラを介して制御する事を特徴とする請
   求項１記載の超伝導電圧安定器。 ７、該電流スイッチは該第１の入力線と接続されたコレ
   クタリード、該第２の入力線と接続されたエッミタリー
   ド該電流スイッチコントローラ４と接続されているゲー
   トリードとを有するＩＧＢＴである事を特徴とする請求
   項４記載の超伝導電圧安定器。 ８、該電圧制御器と該エネルギー蓄積セルとに並列に接
   続された過剰電圧保護手段を含み、且つ該過剰電圧保護
   手段は該電圧制御器と該エネルギー蓄積セルとに係る電
   圧を監視して該電圧が許容しえないレベルになった場合
   にそれぞれをバイパスさせる事を特徴とする請求項１記
   載の超伝導電圧安定器。 ９、該過剰電圧保護手段は電圧検出器、サイリスタ及び
   サイリスタスナッバーとを含み、それによって、該サイ
   リスタスナッバーは該サイリスタのアノードとカソード
   間に接続され、且つ該電圧検出器は該サイリスタのゲー
   トとの接続を介して該サイリスタの導通を制御する事を
   特徴とする請求項６記載の超伝導電圧安定器。 １０、電流検知器、電流アンバランス検出器、及び温度
   検出器とを監視するコントロール−インターロックモジ
   ュールを含んでおり、それによって、ダンプ回路を制御
   し且つ限界的な電流値或いは限界的な温度が検出された
   場合には何時でも交流の変換を中止する事を特徴とする
   請求項１記載の超伝導電圧安定器。 １１、第１の制御ＭＯＳＦＥＴと第３の制御ＭＯＳＦＥ
   Ｔを含み、且つ該第１の出力線と接続された該第１の制
   御ＭＯＳＦＥＴと第３の制御ＭＯＳＦＥＴのドレイン、
   第４の制御ＭＯＳＦＥＴのドレインと接続されている該
   第１の制御ＭＯＳＦＥＴのソース、第２の制御ＭＯＳＦ
   ＥＴのドレインと接続されている第３の制御ＭＯＳＦＥ
   Ｔのソース及び該第２の入力線と接続されている該第４
   の制御ＭＯＳＦＥＴと該第２の制御ＭＯＳＦＥＴのソー
   スとを含んでおり、且つ、該第１と第２の制御ＭＯＳＦ
   ＥＴは同時に導通するように適合せしめられており、又
   該第３と第４の制御ＭＯＳＦＥＴは同時に導通するよう
   に適合せしめられており、それによって、該第１と第２
   の制御ＭＯＳＦＥＴが同時に導通した時には、該第３と
   第４の制御ＭＯＳＦＥＴは導通せず、又該第３と第４の
   制御ＭＯＳＦＥＴが同時に導通した時には、該第１と第
   ２の制御ＭＯＳＦＥＴは導通せず、それによって単相交
   流モーターがスタートする事を特徴とする請求項１記載
   の超伝導電圧安定器。 １２、該エネルギー蓄積セルに蓄積されたエネルギーを
   変換して該負荷に適用する為の交流に変換する為の手段
   を含み、且つ、一旦該負荷が安定した状態での作動が達
   成されると電力供給システムの交流を変換して得られた
   直流を該エネルギー蓄積セルに供給する為の手段を含ん
   でいる事を特徴とする請求項１記載の超伝導電圧安定器
   。