JPH038038Y2

JPH038038Y2 -

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Publication number: JPH038038Y2
Application number: JP1984166485U
Authority: JP
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1984-11-05
Publication date: 1991-02-27
Also published as: US4665322A; JPS6181745U

Description

【考案の詳細な説明】（利用分野）本考案は、多相交流無停電電源装置に関し、特
に、出力に不平衡負荷が接続された場合において
も、多相交流電源から取出される電力を平衡させ
ることのできる多相平衡制御装置を備えた、同期
型多相交流無停電電源装置に関するものである。

（従来技術）第２図は、従来より使用されている同期型三相
交流無停電電源装置のブロツク図である。

この図において、蓄電池３は整流／充電器２に
よつて充電される。

単相可変移相器１８は、後で第８図を参照して
説明するように、商用交流電源の一相（図の例で
は、Ａ相）に対して予定位相を有する出力信号を
三相平衡移相器７に同期信号として供給する。

三相平衡移相器７は、単相可変移相器１８の出
力信号位相に常時同期し、この出力信号位相を基
準にして、各相の位相差を各120゜に固定した三相
制御信号ａ〜ｃを、前記インバータ４Ａ〜４Ｃに
送る。

各相インバータ４Ａ〜４Ｃは、三相平衡移相器
７からの前記三相制御信号ａ〜ｃにより駆動さ
れ、単相交流を発生する。

インバータ４Ａ〜４Ｃの出力は、それぞれ対応
する３巻線トランス５Ａ〜５Ｃの入力巻線に供給
される。各３巻線トランス５Ａ〜５Ｃの他の入力
巻線には、商用入力電源１Ａ〜１Ｃからも電力が
供給され、出力巻線は負荷６Ａ〜６Ｃに接続され
る。

なお、この場合、各インバータ４Ａ〜４Ｃの出
力電圧を、各３巻線トランス５Ａ〜５Ｃの出力巻
線に発生する負荷電圧と同位相にする（回路的に
は、各インバータ４Ａ〜４Ｃへの入力電流−すな
わち、直流電流検出器１０の出力が最小になる様
に三相を回転する）ことにより、各インバータ４
Ａ〜４Ｃは待機運転となる。

この状態では、各インバータ４Ａ〜４Ｃから負
荷６Ａ〜６Ｃへの電力の供給はなく、すべての負
荷電力は商用入力電源１Ａ〜１Ｃから供給され
る。

第８図に単相可変移相器１８のブロツク図を示
し、その動作を簡単に説明する。方形波発生回路
８２は、商用電源の１相（例えば、Ａ相とする）
を制御入力として取込み、これと同位相の方形波
を出力する。この方形波は移相回路８４に供給さ
れる。一方、整流回路８６は直流電流検出器１０
の出力を整流して各インバータ４Ａ〜４Ｃへの入
力電流に比例した直流電圧を発生し、これを移相
回路８４に制御信号として供給する。これにより
位相回路８４は、制御信号すなわち各インバータ
４Ａ〜４Ｃへの入力電流に応じて決まる値だけ位
相遅れのある方形波を発生し、これを三相平衡移
相器７に同期信号として供給する。

この場合、各インバータ４Ａ〜４Ｃへの入力電
流が０の時は移相回路８４への入力制御信号も０
となり、位相回路８４はＡ相と同位相の方形波を
出力するが、各インバータ４Ａ〜４Ｃへの入力電
流が大きくなつて移相回路８４への入力制御信号
が増大するにつれて、移相回路８４から出力され
る方形波の位相が遅れる。この結果、三相平衡移
相器７から出力される三相制御信号ａ〜ｃは、相
互間の位相差をそれぞれ120゜に保つたまま、相当
量だけ移相される。

なおこのように、三相平衡移相器７の同期信号
を商用電源の１相から取らず、単相可変移相器１
８を介して取込む理由は、前者の方法ではインバ
ータの待機状態を実現することが困難であるため
である。以下これについて簡単に説明する。

周知のように、三相平衡移相器はある同期信号
を基準として120゜と240゜の位相遅れを持つた２つ
の信号を発生する機能を持つているから、例えば
商用電源のＡ相を基準の同期信号として用いる
と、これに対して120゜と240゜の位相遅れを持つた
２つの信号を発生することができる。またインバ
ータを待機状態にするためには、各相用インバー
タの出力位相をそれぞれ負荷電圧の位相と同位相
になるように制御する必要がある。

一方、前述したところから明らかなように、例
えば第２図において、負荷電圧の位相は負荷の大
きさに応じて変化するから、インバータを待機状
態にするためには、三相平衡移相器に入力される
基準の同期信号の位相を制御し、各相用インバー
タの出力位相を負荷の大きさに応じて変化させる
ことが必要である。

ところが、第２図において、単相可変移相器１
８がないと仮定すると、三相平衡移相器に入力さ
れる同期信号（商用電源のＡ相）の位相を制御す
る手段が無いことになるので、インバータの待機
状態を実現することができない。単相可変移相器
１８は、負荷に応じて三相平衡移相器に入力され
る同期信号の位相を制御する機能を果たすもので
ある。

商用入力電源が停止すると、三相平衡移相器７
は、同期信号が供給されなくなるため、内部発振
器（図示せず）で独立発振を行ない、引続いて各
インバータ４Ａ〜４Ｃの駆動制御を行なう。

これにより、蓄電池３−インバータ４Ａ〜４Ｃ
−３巻線トランス５Ａ〜５Ｃを経て、それらの出
力巻線から負荷６Ａ〜６Ｃへの電力供給が継続し
て行なわれる。

第３図は第２図を単純化した等価回路を示し、
第４図Ａ，Ｂは、第３図の各部に流れる電流によ
る各相の電圧をベクトルで示したものである。

なお、第４図Ａは負荷６Ａ〜６Ｃが平衡である
場合であり、出力（負荷）電圧va、vb、vcの各
位相はインバータの出力電圧ＶＡ、ＶＢ、Ｖ
Ｃと一致するとともに、対応する商用入力電源
の各位相に対して同じ位相差を有し、全体として
は平均している。また、第４図ＢはＡ相の負荷６
Ａが100％で、ＢおよびＣ相の負荷は０である場
合を示している。

例えば無負荷状態から、Ａ相のみに負荷Ｐを掛
けると、その後短時間の間は、負荷電力が商用入
力とＡ相インバータから供給されるから、Ａ相の
負荷電圧vaの位相のみが遅れる。この時、直流
電流検出器１０は電流を検出するから、その電流
が最小（零）になるように、単相可変移相器１８
が三相平衡移相器７を介してインバータ４Ａ〜４
Ｃの各出力電圧位相を遅らせる。

その結果、Ａ〜Ｃ相インバータの各出力電圧の
位相は対応の商用入力位相に対して同じ遅れとな
り、第３図に例記したようにＡ相のインバータか
らは（１−α）Ｐの電力がＡ相負荷に供給される
が、ＢおよびＣ相のインバータには商用電源から
それぞれ（１−α）P/2だけの電力が流入する。
結果的に、商用電源のＡ相はαP、ＢおよびＣ相
はそれぞれ（１−α）P/2ずつの電力を負担する
ことになる。

第３図の等価回路から分かるように、商用電源
およびインバータと負荷との間には、それぞれイ
ンダクタンスがあり、またＢ、Ｃ相では負荷電流
は流れず、逆に商用電源からインバータに電流が
流入するから、第４図Ｂに示すように、負荷電圧
vb、vcがそれぞれ対応の商用入力電圧位相VB、
VCとインバータの出力電圧位相ＶＢ、ＶＣ
との中間に位置するようになる。

第３図および第４図から分るように、不平衡負
荷が接続されると、各相の電流が不平衡となるた
め、３巻線トランス５Ａ〜５Ｃの等価リアクタン
スによる位相差が生じ、その結果、三相出力電圧
va〜vcの各相間位相差がそれぞれ120゜にならず、
不平衡を生じる。

また、第２図〜第４図から容易に分るように、
前述の不平衡負荷電流は、そのほとんど全部が商
用入力電源から供給されるため、商用電源に悪影
響を与えるという問題がある。

（考案の目的）本考案は、前述の欠点を除去するためになされ
たもので、その第１の目的は、不平衡負荷によつ
て商用電源に与えられる悪影響を除去するととも
に、三相出力電圧の位相の平衡化を可能とした直
列型交流無停電電源装置を提供することにある。

また、本考案の他の目的は、三相平衡移相器ま
たは相別移相器に可飽和リアクトルを使用するこ
とにより、部品点数を低減して製造コストの低下
と信頼度の向上を実現できる、三相平衡移相器を
備えた交流無停電電源装置を提供することにあ
る。

（考案の概要）前記の目的を達成するために、本考案は、単相
可変移相器で制御される三相平衡移相器の出力
に、相別移相器ならびに位相比較器を組合せて接
続した点に特徴がある。更に本考案は、これらを
可飽和トランスを用いて構成した点に特徴があ
る。

（実施例）以下、図面を参照して本考案を詳細に説明す
る。

第１図は、本考案の一実施例の構成を示すブロ
ツク図、第５図はその要部の詳細ブロツク図であ
る。これらの図において第２図と同一の符号は、
同一または同等部分をあらわしている。

また、第６図は第１図を単純化した等価回路
図、第７図は第１図の実施例装置における入出力
電圧ならびに各インバータの出力電圧の関係を示
すベクトル図である。

第１図において、三相平衡移相器７の出力であ
る三相制御信号ａ〜ｃは、位相比較器８および相
別移相器９Ａ〜９Ｃにそれぞれ供給される。位相
比較器８には、各相の出力電圧（３巻線トランス
５Ａ〜５Ｃの負荷出力電圧）va〜vcの位相信号
も供給されている。

位相比較器８は、前記三相制御信号ａ〜ｃと各
相の出力電圧位相とを比較し、これらの相差角が
最小となるような補正信号α，β，γを、相別移
相器９Ａ〜９Ｃに供給する。相別移相器９Ａ〜９
Ｃは、前記三相制御信号ａ〜ｃおよび補正信号α
〜γに基づいて、それぞれの相毎のインバータ制
御信号Ua〜Ucを発生し、制御信号ａ〜ｃと対応
する各出力（負荷）電圧va〜vcとの各位相差が
互いに等しくなるように、位相差の大きい相のイ
ンバータ出力電圧位相を進める。

このような位相比較器８による各インバータ出
力位相の制御と、直流電流検出器１０の検出出力
を最小にするような単相可変移相器１８による制
御信号ａ〜ｃの一括位相制御によつて、後で詳細
に述べるように、第１図の各部電圧は第７図に示
すベクトル関係で安定する。

第５図に可飽和トランスを使用した場合の、本
実施例に好適な三相平衡移相器７および各相別移
相器９Ａ〜９Ｃの具体的構成例を示す。

この図において、第１の入力端子１１Ｐには、
単相可変移相器１８からの同期信号すなわち、商
用交流電源の周波数に同期した発振周波数（50Hz
または60Hz）で、商用入力電源の三相のうちの一
相（例えば、Ａ相）と予定の位相関係にある第１
のトリガ信号が供給される。

また、第２の入力端子１１Ｎには、前記第１の
トリガ信号とは逆相の第２のトリガ信号が供給さ
れる。

これによつて、三相平衡移相器７のトランス１
２の各第２巻線には、前記の一相（例えば、Ａ
相）に同期した交流が発生される。この交流出力
は、そのまま三相制御信号ａとして相別移相器９
Ａに供給される。

また、前記交流出力は、可飽和トランス１３，
１４ならびに可飽和トランス１５，１６によつ
て、それぞれ構成される第１および第２の移相器
２０，３０にも供給される。

その際、各可飽和トランス１３〜１６の飽和時
間を適当に設定しておくことにより、三相制御信
号ａに対する位相差がそれぞれ120゜になるように
位相制御された、三相制御信号ｂ，ｃが可飽和ト
ランス１４および１６から発生される。そして、
この三相制御信号ｂ，ｃは、それぞれ相別移相器
９Ｂ，９Ｃに供給される。

なお、第５図中の１７はフイードバツク用の積
分器である。積分器１７の出力に応じてトランス
１２の一次側巻線の中性点の電圧が変化する。

前記中性点の電圧が上昇すると、トランスのコ
アに印加される電圧の時間積の関係から各可飽和
トランス１３，１４の鉄心の飽和時間が短くな
り、積分器１７の出力が変化して一次側巻線の中
性点の電圧が低下する。

このようにして中性点電圧が一定に保たれ、前
記制御信号ａおよび各位相器２０，３０の出力で
ある制御信号ｂ，ｃの間の位相差がそれぞれ120゜
に保たれる。

なお、このような三相（一般には、多相）平衡
移相器は、例えば、昭和52年12月発行の「電気学
会論文誌８」第773〜779頁の「単相により制御さ
れるサイリスタゲート用多相平衡移相器の解析」
論文に記載されるように公知のものである。

また一方、三相負荷６Ａ〜６Ｃの電圧va〜vc
の位相は、位相比較器８において、三相平衡移相
器７の出力電圧（三相制御信号）ａ〜ｃの位相と
常時比較され、その差に応じた電圧（補正信号）
α〜γを位相比較器８で発生する。この電圧α〜
γは、補正信号として、それぞれの相別移相器９
Ａ〜９Ｃに入力される。

各相別移相器９Ａ〜９Ｃは、前記補正信号およ
び三相制御信号に応じたインバータ制御信号Ua
〜Ucを発生し、それぞれ対応するインバータ４
Ａ〜４Ｃの出力電圧位相を制御する。

いま、各相の負荷６Ａ〜６Ｃが平衡していると
仮定すると、第４図Ａに示したように、負荷電圧
の各相（va，vb，vc）と、商用入力電源電圧の
各相（VA，VB，VC）の各対応する相間（例え
ばVAおよびVa間）の位相差は、三相とも等し
い。

したがつて、単相可変移相器１８が三相平衡移
相器７を介して、三相各相間の位相差をそれぞれ
120゜に保つたまま、各相に接続されたインバータ
４Ａ〜４Ｃの出力電圧位相が負荷電圧位相と合致
するまで回転（遅相、または進相）させる。

この状態では、各インバータ４Ａ〜４Ｃの出力
は零なわち、待機運転状態となり、負荷電力はす
べて商用入力電源１Ａ〜１Ｃから供給されること
になる。

なお、実用上は、各インバータの出力電圧位相
を負荷電圧位相に合わせる代りに、各インバータ
４Ａ〜４Ｃへの直流入力電流の和、すなわち直流
電流検出器１０の出力が最小になるように、単相
可変移相器１８で三相平衡移相器７からの三相制
御信号ａ〜ｃの位相を回転させることによつて、
待機状態を実現するのが普通である。

次に、各相の負荷が夫々異なり、不平衡負荷と
なつた場合には、従来例に関して前述したよう
に、商用入力電圧VA〜VCの位相と、これに対
応する負荷電圧の各相va〜vcとのの位相差は、
負荷電流の大きさによつて変化する。すなわち、
負荷電流が大きい相ほど、前記の位相差が大きく
なる（第４図のＢ参照）。

したがつて、負荷電力電圧の三相間の位相差
は、各120゜にはならず、前記位相差の間には、か
なりの差が生ずる。その結果、相間電圧にも不平
衡が生じるようになる。

この時、単相可変移相器１８は、各インバータ
４Ａ〜４Ｃの入力電流の和、すなわち直流電流検
出器１０の出力が最低になるような位相位置に、
三相制御信号ａ〜ｃおよび各インバータ４Ａ〜４
Ｃの出力電圧位相を移すように作動する。

これにより、それぞれのインバータ４Ａ〜４Ｃ
からは、負荷不平衡の大きさに応じた（言いかえ
れば等価リアクタンスによる位相差の大きさに応
じた）負荷電流が供給される。さらに具体的にい
えば、あるインバータは負荷に電力を供給する
が、別のインバータは、逆に商用入力電源から電
力の供給を受けるなどの状態となる。

その結果、前述の従来例と同様に、商用入力電
源に対して、ある程度の負荷の平衡化が実現され
る。しかし、これだけでは、商用入力電源に対す
る負荷の平衡化を完全に実施することはできな
い。

その対策として、この考案では、更に相別移相
器９Ａ〜９Ｃならびに位相比較器８を、図示のよ
うに組合わせることにより、商用入力電源に対す
る負荷の完全平衡化を行なうようにしている。

すなわち、負荷出力電圧va〜vcの位相と、三
相平衡移相器７の出力（三相制御信号ａ〜ｃ）の
位相を、常に位相比較器８で比較する。

そして、前述のように、この位相角が最小にな
るように、インバータ４Ａ〜４Ｃの駆動位相を、
さらに各相ごとに個々に制御する。

これにより、不平衡負荷の場合でも、商用入力
電源から供給される電力を各相で等しくし、した
がつてまた、負荷出力電圧va〜vcの各相差角を
120゜に保つことができる。

第６図に、不平衡負荷の場合の電力の流れの一
例を示す。

ここでは１つの負荷６Ａの消費電力がＰであ
り、他の負荷６Ｂ，６Ｃの消費電力は０である。
インバータ４Ａは2P／３の電力を負荷６Ａに供
給するが、他のインバータ４Ｂおよび４Ｃは、逆
にＰ／３の電力を商用入力電源のＢ，Ｃ相から受
電する。

その結果、負荷６Ａは商用入力電源のＡ相から
Ｐ／３の電力を、またインバータ４Ａから2P／
３の電力をそれぞれ供給され、全体としてＰの電
力を消費することができる。一方、商用入力電源
についてみると、商用電源からインダクタンス
（第６図）を介して負荷（およびインバータ）に
供給される電力は周知のように、商用電源の電
圧、負荷（出力）電圧、および両電圧間の位相差
の正弦の積に比例するが、これらは三相のすべて
において等しいから、この場合はＡ〜Ｃの各相が
Ｐ／３ずつ等しい電力を供給することになり、完
全な平衡化が達成される。

なお、以上では、本考案を三相の交流無停電電
源装置に適用した場合について説明したが、本考
案が一般的に多相の交流無停電電源装置に適用で
きることは明らかであろう。

（考案の効果）以上の説明から明らかなように、本考案によれ
ば、つぎのような効果が達成される。

(1) 無停電電源装置に三相不平衡負荷が接続され
た場合でも、三相出力負荷電圧が不平衡になる
ことがなく、常に安定した平衡三相電圧を維持
することができる。

(2) 前記(1)の結果、不平衡負荷の場合でも、商用
入力電源からは、各相平衡した負荷電流が流れ
ることとなり、経済的な受電設備が実現される
とともに、自由な負荷配分が実現できる。

(3) 平衡移相器や相別移相器などの移相器を、従
来のようにトランジスタや論理素子などで構成
せず、半導体素子に比べて、サージや誘導、温
度変化などに対して高い安定性をもち、しかも
積分、加算、比較、絶縁などの諸機能を複合的
に備えた可飽和トランスで構成すれば、 (イ) 回路構成が簡単になり、必要部品点数も少
なくなり、 (ロ) 信頼度が格段に向上し、コスト低減が実現
され、さらに (ハ) 温度変化や、雑音・誘導・機械的衝撃等の
外部騒乱に対する安定性が改善される。

(4) 可飽和トランスで構成した移相器は、従来の
半導体で構成されたものに比べて、そのインダ
クタンス成分が桁違いに大きいため、帰還ルー
プの速度が非常に遅く、また、位相偏移幅も大
きいが、レスポンスが鋭敏でないために、50〜
60Hzの大電力の制御には却つて適している。

もつとも、これに関連して、インバータを構
成するトランジスタやサイリスタなど−−例え
ば、ブリツジ接続された−−の導通制御用矩形
波の停止時間（いずれの矩形波も生じない時
間）を、従来の半導体構成の場合の約10μ秒に
比較して、約10倍の100μ秒程度に設定する必
要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す概略ブロツク
図、第２図は３巻線トランス５Ａ〜５Ｃを使用し
た従来の同期型多相交流無停電電源装置の一例を
示すブロツク図、第３図は第２図の単純化された
等価回路図、第４図ＡおよびＢは第３図の等価回
路に流れる各電流による各部各相の電圧の相関係
を示すベクトル図、第５図は本考案の一実施例の
要部を示す詳細ブロツク図、第６図は第５図の単
純化された等価回路図、第７図は第５図における
各部各相の電圧の相関係を示すベクトル図、第８
図は単相可変移相器のブロツク図である。１，１Ａ〜１Ｃ……商用入力電源、２……整
流／充電器、３……蓄電池、４Ａ〜４Ｃ……イン
バータ、５Ａ〜５Ｃ……３巻線トランス、６Ａ〜
６Ｃ……負荷、７……三相平衡移相器、８……位
相比較器、９Ａ〜９Ｃ……相別移相器、１０……
直流電流検出器、１３〜１６……可飽和トラン
ス、１７……積分器、２０，３０……移相器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) それぞれが交流電源の一相に接続される第１
巻線、インバータに接続される第２巻線および
負荷の一相に接続される第３巻線を有する、複
数の３巻線トランスと、前記交流電源の任意の
一相に同期した少くとも１つの制御信号、およ
びこれに対して所定の位相差を有する複数の制
御信号を発生する平衡移相器と、前記制御信号
の位相を、これに対応する相の前記第３巻線の
出力電圧の位相と比較し、その位相差に応じ
て、前記位相差を最少とするような補正信号を
出力する位相比較器と、それぞれが対応する相
の前記制御信号および補正信号を供給され、対
応する相のインバータ制御信号を発生する複数
の相別移相器と、前記各相別移相器の出力であ
るインバータ制御信号を、対応する相のインバ
ータに供給する手段とを具備したことを特徴と
する多相交流無停電電源装置。 (2) 前記平衡移相器および相別移相器の少なくと
も一方は、可飽和トランスによつて構成された
ことを特徴とする前記実用新案登録請求の範囲
第１項記載の多相交流無停電電源装置。