JPH0628486B2 - 瞬時電圧低下補償装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、送電系統への落雷等による電源電圧の瞬時
的な低下が負荷に悪影響を与えるのを防止するための瞬
時電圧低下補償装置に関するものである。

＜従来の技術＞ 送電系統への落雷等による電源電圧の瞬時的低下の対策
として、従来たとえば第５図に示すような瞬時電圧低下
補償装置が用いられている。

この瞬時電圧低下補償装置は、第５図(a)のように交流
電源２１から負荷２７への給電経路中に結合変圧器２２
の２次巻線を直列に介挿し、この２次巻線は、これに並
列接続したスイツチ２４により常時バイパスされてい
る。

電圧検出回路２９には電圧検出用変圧器２８を介して交
流電源２１の電圧がとり込まれており、ここで交流電源
２１の瞬時電圧低下を検出する。

電圧検出回路２９は第５図(b)のような構成で、この例
では電圧検出用変圧器２８より得た電圧ｖを掛算器29ａ
によつて二乗し、得られた二乗電圧ｖ²を積分回路29ｂ
によつて半サイクル毎に積分し、得られた積分電圧の半
サイクル毎の最終値をサンプリングして比較器29ｃで基
準電圧（交流電源21の正常時における積分電圧に一致）
と比較して基準電圧と積分電圧の偏差（電源２１の電圧
低下分に相当）ｅを半サイクル毎に求めてこれを制御回
路３０へ入力するようになつている。すなわち偏差ｅは
実効値として求まるため、電源２１の電圧波形歪の影響
を受けない。

この結果、電源２１の電圧低下が半サイクル遅れて検出
されることになる。

制御回路３０は第５図(c)のように、電圧検出回路２９
によつて半サイクル毎に得られる偏差ｅをレベル弁別器
30ａでレベル弁別し、偏差ｅがあるしきい値（零近傍の
値）より小さいときはスイツチ２４をオンにし、しきい
値を越えるとオフにするようにしている。また、たとえ
ばフエーズロツクループ（ＰＬＬ）回路方式等により交
流電源２１の電圧と同位相の正弦波電圧を発生する回路
（図示せず）により交流電源２１の電圧に位相同期した
変調信号（正弦波）を、前記電圧検出回路２９からの偏
差ｅによつて利得が定まる可変利得増幅器30ｂで増幅
し、可変利得増幅器30ｂの出力とキヤリヤ信号（三角
波）とを比較器30ｃで比較してパルス幅変調波を得、こ
のパルス幅変調波をもとにしてタイミング制御回路30ｄ
がインバータ２３のスイツチング素子（図示しないがた
とえばトランジスタなど）をスイツチングする。

インバータ２３はパルス幅変調形のもので、その直流入
力端子に充電されたコンデンサ２６および必要に応じて
設けられるバツテリー２５からなるバツクアツプ用直流
電源が接続されており、この直流電圧をインバータ２３
内のスイツチング素子がタイミング制御回路30ｄにより
スイツチングされることにより偏差ｅに比例した交流正
弦波電圧に変換し、結合変圧器２２の１次巻線に加える
ようにしている。

第５図の構成で交流電源２１に電圧低下が発生すると電
圧検出回路２９によつて正常電圧との偏差ｅ（実効値）
が検出され制御回路３０によつてスイツチ２４がオフ
し、同時にインバータ２３内のスイツチング素子がスイ
ツチングされ、インバータ２３は交流電源２１の電圧と
同位相で偏差ｅに比例した正弦電圧を発生し、結合変圧
器２２によつて、交流電源２１に加えられるため負荷２
７には電圧低下のない正常な電圧を供給することができ
る。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記のような従来の瞬時電圧低下補償装置は、交流電源
２１の平常時の電圧と電圧低下時の電圧との偏差ｅを検
出するのに交流電源２１の電圧を積分しているので、電
圧低下に対する対応に時間遅れが生じ、ごく短時間の電
圧低下に対し、電圧補償作用が十分追従し得ない。

また、電圧低下時に負荷２７に印加される電圧は、結合
変圧器２２を介して注入されるインバータ２３の出力電
圧と電源２１の電圧の和になるが、電源２１の電圧低下
に伴つて波形歪が生じた場合、結合変圧器２２を介して
注入されるインバータ23の出力電圧が歪のない正弦波電
圧であるため、負荷２７の電圧はやはり波形歪をもつた
電圧となり、良質な電力を供給することができない。

といつた問題点があつた。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、交流電源
の電圧低下に対する応答時間を短かくして、電圧低下補
償に速応性をもたせるとともに、交流電源の電圧に波形
歪を生じた場合にも負荷の端子電圧の波形歪を改善し
て、良質の電力を負荷に供給するための装置を提供する
ことを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は次のような手段を用いて上記の問題点を解決す
るものである。

すなわち、基準電圧発生回路により交流電源の電圧に位
相同期し、かつ前記交流電源の正常時の電圧に比例した
一定値の基準電圧を発生し、該基準電圧と前記交流電源
の電圧に比例した電圧とを比較回路で比較してこれらの
差電圧を求める。そして求められた差電圧を、充電され
たコンデンサと必要に応じて設けられるバツテリよりな
るバツクアツプ用直流電源を電源とした増幅器により増
幅し、その出力を結合変圧器を介して前記交流電源に直
列に注入するようにしたものであり、また結合変圧器の
巻線間にはスイツチが並列接続されており、前記差電圧
がないときはスイツチをオンし、前記差電圧があるとき
にスイツチをオフするようにしたものである。

＜作 用＞ 上記手段によれば、基準電圧発生回路から得られる基準
電圧は交流電源と同一周波数の歪のない正弦波交流電圧
であり、その値は、交流電源の正常時の電圧に比例した
値である。したがつて前記基準電圧と前記交流電源の電
圧との差電圧を増幅し、結合変圧器を介して前記交流電
源の電圧に加算すれば負荷には常に交流電源の正常時の
電圧が供給されることになり、交流電源電圧に波形歪が
生じても負荷電圧は波形歪のない電圧が印加され、波形
の改善ができる。

また前記差電圧が発生したときのみスイツチをオフする
ので結合変圧器の挿入損失を軽減するとともに交流電源
の電圧低下に速応した電圧補償が可能となる。

＜実施例＞ この発明の１実施例を第１図ないし第５図により説明す
る。この瞬時電圧低下補償装置は、第１図に示すように
交流電源１と負荷７との間に結合変圧器２の２次巻線を
挿入接続し、この結合変圧器２の２次巻線にバイパス用
のスイツチ４を並列に接続している。そして、さらに電
圧検出用変圧器８の１次巻線を電源１と並列に接続して
いる。

また、第１図において充電されたコンデンサ６および必
要に応じて設けられるバツテリ５より構成するバツクア
ツプ用直流電源に、これを供給電源とする増幅器３を接
続し、この増幅器３の出力を結合変圧器２の１次巻線に
接続している。

９は基準電圧発生回路で、電圧検出用変圧器８の２次電
圧ｖ_sを入力として、このｖ_sに位相同期した正弦波の基
準電圧ｖ_ref（電圧検出用変圧器８の電圧比倍すると交
流電源１の正常時の電圧に相当する電圧）を発生する。

１０は比較演算回路で一方の入力には電圧検出用変圧器
８の２次電圧ｖ_sを、他方の入力には基準電圧発生回路
９の出力電圧ｖ_refを供給し、ここでこれらの差△ｖ＝
ｖ_ref−ｖ_sを比較演算し、△ｖを出力する。そしてこの
△ｖは増幅器３の入力に供給されている。

第２図は増幅器３の一例で、主要部にパルス幅変調形の
インバータを用いた例を示したものである。

第３図はスイツチ４の一構成例を示したもので、相補形
のトランジスタ４a，４bのコレクタ、エミツタをそれぞ
れ並列に接続した例である。

次にこの実施例の動作を説明すると、この瞬時電圧低下
補償装置は、交流電源（商用周波）１の電圧Ｖ_Sを電圧
比ｋの電圧検出用変圧器８で検出し、この２次電圧ｖ_s
（＝Ｖ_S／k）を基準電圧発生回路９に導く。

基準電圧発生回路９では、たとえば周知のフエーズロツ
クループ（ＰＬＬ）回路を使用することにより２次電圧
ｖ_sつまり交流電源１の電圧に位相同期した正弦波の基
準電圧ｖ_ref（電圧検出用変圧器８の電圧比倍すると正
常時の交流電源１の電圧に相当するもの）を発生させ
る。

基準電圧ｖ_refは比較演算回路１０で、２次電圧ｖ_sと比
較され、差電圧△ｖ＝ｖ_ref−ｖ_sを演算し出力する。

差電圧△ｖは増幅器３の入力端子に供給され、比較器３
aにより、キヤリア発生回路３bで発生した三角波キヤリ
ア（第４図(ロ)のａ参照）と比較して△ｖが三角波キヤ
リアａより低いときにハイレベル(H)、高いときにロウ
レベル(L)となるようなパルス（第４図(ハ)参照）を出力
する。差電圧△ｖは絶対値レベル弁別器３cにも入力さ
れ、ここで△ｖの絶対値が一定の値（零近傍のきわめて
低い電圧値）を超過したときハイレベルとなる信号を
得、これをドライブ回路３dに与えるとともに否定回路
３eにも与えられる。

ドライブ回路３dは絶対値レベル弁別器３cの出力がハイ
レベルのとき（すなわち△ｖが発生しているとき）比較
器３cの出力パルスを通過させ、これをインバータ３gの
制御端子に供給する。

３gはパルス変調形のインバータでトランジスタ３hない
し３kとダイオード３l〜３pにより第２図のように構成
されていて、充電されたコンデンサ６および必要に応じ
て設けられるバツテリ５で構成されるバツクアツプ用直
流電源の電圧をトランジスタ３hないし３kのスイツチ作
用により交流に変換する機能を有する。

このようなインバータ３gにドライブ回路３dからのドラ
イブ信号が与えられると、ドライブ信号がハイレベルの
ときトランジスタ３hと３kが、またロウレベルのときト
ランジスタ３iと３jが導通しインバータ３gの出力には
交流のパルス出力（第４図(ニ)のｃ参照）が得られ、こ
れを低域フイルタ３qに入力するとその出力に差電圧△
ｖ（第４図(ニ)の（△ｖ）参照）が再現する。

再現した△ｖを結合変圧器２の１次巻線に供給し、２次
巻線にｋ（変圧器８の電圧比）倍された△Ｖを発生させ
る。

一方、否定回路３eの出力は絶対値レベル弁別器３cの出
力が有るときロウレベルとなり、この信号をトランジス
タ（ＮＰＮ形）４bのベースに加えてこれ（４b）を逆バ
イアスしオフ状態にする。

また否定回路３eの出力は更に否定回路３fに加えられて
いるのでこの３fの出力は絶対値レベル弁別器３cの出力
が有るときハイレベルとなり、この信号をトランジスタ
（ＰＮＰ形）４aのベースに加えてこれ（４a）を逆バイ
アスしオフ状態にする。すなわち△ｖが発生していると
きのみトランジスタ４a，４bはいずれもオフ状態とな
り、低域フイルタ３qの出力が結合変圧器２を介して交
流電源１の電圧に加算されるようになる。△ｖが発生し
ていないときはトランジスタ４a，４bはオン状態になつ
ていることはいうまでもない。

第４図は、この実施例の動作を説明するための主要部の
波形図を示したもので、図面を簡略化するため電圧検出
用変圧器８の電圧比ｋをｋ＝１としＶ_S＝ｖ_s，Ｖref＝
ｖ_ref，△Ｖ＝△ｖとして表わしたものであり、以下
Ｖ_S，Ｖref，△Ｖ，Ｖ_Lを用いて説明する。

交流電源１に瞬時電圧低下が生じ同図(イ)の２点鎖線Ｖ_S
のように電圧が減少し、かつ波形歪を生じた場合、基準
電圧Ｖref（同図(イ)の実線部参照）との差電圧は同図
(ロ)の△Ｖのようになる。またキヤリア発生回路３bの出
力は同図(ロ)のａに示す三角波で、インバータ３gの出力
から△ｖを容易に再現させるため通常交流電源１の周波
数（商用周波数）の数十倍（１０〜１００倍程度）の周
波数にしている。そして△Ｖとキヤリアを比較器３aで
比較して得られるパルスは同図(ハ)のｂとなり、ドライ
ブ回路３dによつて△Ｖが有るときのみインバータ３gに
ドライブ信号が得られるのでインバータ３gの出力は同
図(ニ)のｃのようになる。この波形を低域フイルタ３qを
通して得られる波形は同図(ニ)の△Ｖのようになり基準
電圧Ｖrefと電源１の電圧Ｖ_Sとの差電圧が再現する。

このようにして再現された電圧を前述のように結合変圧
器２を介して、差電圧△Ｖが発生しているときのみ電源
１の電圧Ｖ_Sに加算するため負荷電圧Ｖ_Lは Ｖ_L＝Ｖ_S＋△Ｖ＝Ｖ_S＋（Ｖref−Ｖ_S ＝Ｖref となり基準電圧Ｖrefのｋ（電圧検出用変圧器８の電圧
比）倍した、無歪の正常な電圧Ｖref を負荷に与えるこ
とができる。なお前述の説明は交流電源の電圧低下の場
合であつたが交流電源の電圧Ｖ_Sが基準電圧Ｖrefより上
昇した場合は、その差電圧△Ｖは負となり第４図(ロ)の
△Ｖの波形と逆位相になるので、この場合も負荷の電圧
Ｖ_Lは基準電圧Ｖrefとなることは勿論である。

＜発明の効果＞ この発明の瞬時電圧低下補償装置は、交流電源１の電圧
の低下または波形歪を、交流電源１の電圧に位相同期し
た電圧で、交流電源１の正常時の電圧に相当する基準電
圧と比較してこれら相互間の差電圧を検出し、この差電
圧を増幅して交流電源１の電圧に加算するようにしたの
で、従来の装置のように時間遅れを生ずることなく、か
つ波形歪を生ずることなく電圧低下を補償し、負荷電圧
を正常な値に保つことができるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の実施例、第２図は増幅器３にパルス幅変
調形インバータを使用した例、第３図はスイツチ４に相
補形のトランジスタ素子を使用した例、第４図は第１
図、第２図の各部の波形図、第５図は従来の実施例を示
したものである。 １……交流電源、２……結合変圧器、３……増幅器、４
……スイツチ、５……バツテリ（バツクアツプ用電
源）、６……コンデンサ（バツクアツプ用電源）、７…
…負荷、８……電圧検出用変圧器、９……基準電圧発生
回路、１０……比較演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源から負荷への給電経路中に２次巻
   線を直列に介挿した結合変圧器と、 バツクアツプ用直流電源と、 前記交流電源の電圧と同位相の交流電圧を出力する基準
   電圧発生回路と、 前記基準電圧発生回路の交流電圧と前記交流電源の電圧
   との差電圧を出力する比較演算回路と、 前記バツクアツプ用直流電源を供給源とし前記差電圧を
   増幅して前記結合変圧器の１次巻線に加えるようにした
   増幅器と、 前記結合変圧器の端子間に並列接続されたスイツチとよ
   りなり、 前記差電圧を前記増幅器に入力するとともに、前記差電
   圧によつて前記スイツチを開放するように構成したこと
   を特徴とする瞬時電圧低下補償装置。