JPH0767254A

JPH0767254A - 節電装置

Info

Publication number: JPH0767254A
Application number: JP5212536A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiro Kawahara; 清宏川原
Original assignee: KAWAHARA DENKI SEISAKUSHO KK
Current assignee: KAWAHARA DENKI SEISAKUSHO KK
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】作動中の電気機械・器具に影響を与えず、供
給電圧に応じて出力電圧をスムーズに切り替えられる節
電装置を提供する。【構成】単相３線式の節電装置で、電圧検出器１は端
子ｕ─端子ｏ間の電圧を測定し、高い設定値以上の電圧
を検出したら検出信号を出力する。検出信号が出力され
たら、接点１２が切れて継電器コイル４０がＯＦＦにな
り、接点４２・４３が切れる。同時に、継電器コイル１
０が通電して接点１１が閉じられ、継電器コイル３０が
通電し、接点３２・３３がつながってトランス２・３の
端子２ａ─端子２ｃ，端子３ａ─端子３ｃに電流が流れ
る。すると端子２ｂ・３ｂには、巻き線比に応じた電圧
が現れて出力電圧が下がる。電圧が下がれば使用電力は
節減される。出力電圧が低い設定値以下になれば節電装
置の各部はもとの状態に戻り、出力電圧は供給電圧にほ
ぼ等しくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は節電装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、節電装置として市販されていたも
のは供給電圧の高低に関わらず、常に一定の割合で変圧
して電圧を低くするだけのものが多かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、常時一定の割
合で電圧を降圧させる節電装置では、商用電源電圧が１
００Ｖより充分高い時はよいが、真夏の昼間など電力需
要が大きくなって１００Ｖ以下になるときも、同じ割合
で電圧を降下させるので電気機械・器具への出力電圧が
９０Ｖ近くにもなって、接続した機械の調子がおかしく
なったり、蛍光灯などが不安定な動作をしたりするとい
う欠点があった。

【０００４】本発明は、上記の問題点にかんがみて提案
されたもので、作動中の電気機械・器具に影響を与え
ず、供給電圧の高さに応じて出力電圧をスムーズに切り
替える節電装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の節電装置においては、電源に接続される第
１端子と、負荷に接続される第２端子と、電源および負
荷に共通する第３端子を設けた節電装置において、第１
端子には単巻のトランスの一端部を接続し、第２端子に
は前記トランスの一端部近くに設けたタップを接続する
と共に、第２端子と第３端子の間の電圧が高い設定値以
上になった時から低い設定値以下になるまで検出信号を
出力する電圧検出手段と、前記検出信号が出力されてい
る時はトランスの他端部と第３端子とを短絡する第１の
開閉手段と、前記検出信号が出力されている時はトラン
スの他端部とタップとを開放する第２の開閉手段と、ト
ランスの他端部とタップ間に接続されたコンデンサと、
を設けるという手段を講じた。

【０００６】

【作用】本発明の節電装置においては、節電状態でない
直送状態の時は、第２端子と第３端子の間に現れる出力
電圧は、第１端子と第３端子にかかる供給電圧にほぼ等
しい。この時はトランスの一端部とタップの間の誘導性
リアクタンスと巻き線の直流抵抗が損失の原因である
が、これは充分に小さい値である。

【０００７】また、第２端子と第３端子間に設けた電圧
検出手段が、高い設定値以上の電圧を検出して検出信号
を出力している状態では、第１の開閉手段はトランスの
他端部と第３端子とを短絡し、同時に第２の開閉手段が
トランスの他端部とタップとを開放するので、負荷にか
かる出力電圧はトランスの両端にかかる供給電圧をタッ
プダウンした電圧になり、節電状態になる。

【０００８】例えばトランスのタップの位置が９５／１
００だとすると、出力電圧も供給電圧の９５／１００の
大きさになる。この場合、供給電圧をそのまま負荷にか
けたときに比べて、電力は（９５／１００）²（＝０．
９０２５）になり、ほぼ１０パーセントの電力が節減さ
れる。次に、節電状態において、出力電圧が低い設定値
以下になったときは電圧検出手段が検出信号の出力を停
止するので、第１の開閉手段はトランスの他端部と第３
端子とを開放し、同時に第２の開閉手段はトランスの他
端部とタップとを短絡する。その結果、本発明の節電装
置は節電の状態から直送状態になって、負荷電流はトラ
ンスの一端部とタップの間だけを流れるだけなので、出
力電圧は供給電圧とほぼ等しくなる。

【０００９】またコンデンサは、２つの開閉手段が開閉
するとき発生するノイズを吸収し、節電状態の時に力率
を改善する役割を持っている。

【００１０】

【実施例】以下に本発明を、実施例を示した図面に基づ
いて、詳細に説明する。図１は本発明にかかる節電装置
の実施例の回路図，図２は本装置の動作を示すフローチ
ャート，図３は端子ｕ─端子ｏ間の出力電圧を表すグラ
フ，図４は直送状態の説明図，図５は節電状態の説明
図，図６は強制的に直送にしている状態の説明図であ
る。

【００１１】本発明の節電装置は単相３線式配電用のも
ので、図１では端子Ｏ─ｏ線が中性線，端子Ｕ─ｕ線，
端子Ｖ─ｖ線が電力線で、端子Ｏ─Ｕ間，端子Ｏ─Ｖ間
が１００Ｖ，端子Ｕ─Ｖ間が２００Ｖである。図１にお
いて、１は端子ｕ─ｏ間の電圧を測定し、高い設定値以
上の電圧を検出したら検出信号を出力し、低い設定値以
下の電圧を検出するまで出力し続けるヒステリシス特性
を持つ電圧検出器，２・３は鉄心の入ったタップ付きト
ランス，４はコンデンサ，５・６は２本の電力線の電流
をそれぞれ測る電流計，１０は電圧検出器１の出力によ
って制御される継電器コイルで１１・１２はその接点で
ある。２０は出力電圧に応じて直送と節電を切り換える
自動モードと常に強制的に直送状態にしておく手動モー
ドとを切り替える連動スイッチで、２１・２２はその接
点である。３０・４０は継電器コイルで３１〜３３・４
１〜４３はそれぞれの接点である。

【００１２】図１は１次側（端子Ｕ─端子Ｏ─端子Ｖ）
に電気は供給されていないので、３つの継電器はすべて
動作していない状態で、連動スイッチ２０は自動モード
になっている。ここで、端子Ｕ（端子Ｖ）が第１端子
に，端子ｕ（端子ｖ）が第２端子に，端子Ｏまたは端子
ｏが第３端子に、継電器コイル３０と接点３２，３３が
第１の開閉手段に、継電器コイル４０と接点４２，４３
が第２の開閉手段に対応している。

【００１３】トランス２・３は単巻交差巻きトランス
で、低ロスコアーを使用し、かつ低磁束密度なので、無
負荷損失が小さい。端子２ａ─２ｂと端子２ｂ─２ｃの
巻き線比は８：９７で、そのタップ位置は９７Ｖ／１０
５Ｖである。また、巻き線の太さは電流４００Ａ用のも
のを一例にすると、端子２ａ─２ｂは０．２５mm×１７
５mmの銅板７枚の積層巻きで、端子２ｂ─２ｃは平角銅
線２．５mm×８mmのもので巻かれている。端子３ａ─３
ｂ，端子３ｂ─３ｃについても、同様である。

【００１４】なお、実施例１の節電装置においては、巻
き線を太くすることにより１０００アンペア程度の電流
を制御することも可能である。

【００１５】電圧検出器１はその内部にタイマー制御機
能を持ち、その両端電圧が設定時間以上連続して高い設
定値を越える状態を続けた時に、継電器コイル１０に通
電してその接点１１・１２を動作させる。そして、いっ
たんＯＮすると電圧が低い設定値以下になるまではＯＦ
Ｆにならないよう調整されている。本実施例では２つの
設定値は、低い設定値は９０〜９６Ｖ，高い設定値は１
００〜１０６Ｖの範囲で変更可能である。現在は低い設
定値が９４Ｖ、高い設定値が１０３Ｖに設定されてい
る。

【００１６】ここで、電圧検出器１と継電器１０，その
接点１１・１２が電圧検出手段に対応している。

【００１７】次に図２から図５に基づいて、それぞれの
動作を説明する。接点１２と接点３１は通常閉じている
ので、１次側に電気が供給された時に、ステップＳ１で
継電器コイル４０に電流が流れて、接点４１〜４３は図
４の状態になる。これがすなわち、自動モードの直送状
態である。この状態では接点４２・４３によって、トラ
ンス２の端子２ｂ−２ｃとトランス３の端子３ｂ−３ｃ
がショートされており、電流はトランス２の端子２ａ−
２ｂとトランス３の端子３ａ−３ｂを流れる。この時の
インピーダンス降下は計算上は０．５パーセント以下
で、実際には定格電流（１φ−１００ＫＶＡ−２１０Ｖ
／４７６Ａ）では、０．２２パーセントとなっている。
そしてこの時、電圧検出器１に電圧がかかり、ステップ
Ｓ２で、その内部のタイマー制御機能の変数Ｃの初期値
が０にセットされる。

【００１８】図２，図３において、先ず接続する機械器
具のスイッチを入れた時点（タイミングＴ０）で、供給
電圧が１０２Ｖであるとすれば、ステップＳ３で９４Ｖ
以上と判断されてステップＳ８へ進む。そこで１０３ボ
ルト以下なので再びステップＳ３にもどる。この時の動
作は、図３のタイミングＴ０からタイミングＴ１までで
ある。この時は図４の直送モードである。

【００１９】ところが、タイミングＴ１の時点で１０３
Ｖ以上になった場合は、ステップＳ８からステップＳ９
へ進む。ステップＳ９では、電圧検出器１に内蔵された
タイマー制御機能の変数Ｃに１が加算された後、ステッ
プＳ１０に進み、そこで予め設定された時間Ｔと大小比
較をされる。設定時間の基準は３０秒としているが、３
０秒から２分まで可能である。

【００２０】この時のクロックタイム（測定時間間隔）
は、充分小さく設定しておく。

【００２１】ステップＳ１０で変数Ｃと設定時間Ｔ（＝
３０秒）が比較されて、その値が３０秒より少ない時
は、ステップＳ３にもどり、再び電圧検出器１で電圧を
測る。まだ、１０３Ｖ以上の時はステップＳ８・Ｓ９と
進んでタイマー制御機能に１をカウントさせ、ステップ
Ｓ１０でその変数の数値を設定値と比較する。１０３Ｖ
以上の値が続く限り、この動作を繰り返す。これが、図
３のタイミングＴ１からタイミングＴ２までの動作であ
る。

【００２２】以上の動作を繰り返した後、ステップＳ１
０で設定時間の３０秒が経過したと判断された時は、ス
テップＳ１１に進んで、電圧検出器１が継電器コイル１
０に通電する。すると、接点１２が切れ、ステップＳ１
２で継電器コイル４０に電流は流れなくなる。その結果
接点４２・４３が切れ、接点４１が復帰してつながり先
につながっている接点１１と共に、ステップＳ１３で継
電器コイル３０に通電する。その結果、接点３２・３３
がつながり、接点３１は切れる。これが図３のタイミン
グＴ２の時点で、この時の回路は図５の自動モードの節
電状態になっている。

【００２３】この状態で、接点４２・４３は切れ、接点
３２・３３がつながって、端子２ｂ・３ｂには供給電圧
Ｖ_INの（９７／１０５）倍の出力電圧Ｖ_OUTが現れる。
例えば、供給電圧が１０４Ｖなら９６Ｖが出力される。
この時の節電率（Ｋ）は、Ｋ＝｛１−（Ｖ_OUT／Ｖ_IN）²｝×１００よりＫ＝｛１−（９６／１０４）²｝×１００＝１４．８（％）となって、１４．８パーセントの電力を節減できる。

【００２４】ステップＳ１３から、ステップＳ３に戻
る。現在は節電状態で出力電圧は、図３のタイミングＴ
２で９６Ｖにダウンしたので、ステップＳ３からステッ
プＳ８に行き、９４Ｖ以下になるまではステップＳ３と
ステップＳ８を繰り返す。図３のタイミングＴ３で９４
Ｖになった瞬間、ステップＳ３からステップＳ４に進ん
で継電器１０がＯＦＦになり、その結果、接点１２がつ
ながる。同時に接点１１が切れて、ステップＳ３で継電
器３０がＯＦＦになる。そのため接点３１がつながっ
て、先につながっている接点１２と共にステップＳ６で
継電器４０がＯＮになる。接点３２・３３が切れると、
端子２ｂ−２ｃ，端子３ｂ−３ｃ間が高電圧を発生する
ので、それを接点４２・４３でショートして防止する。
その結果、出力電圧は９４Ｖから１０１．７Ｖになる。
その時の回路は図４の直送状態である。直送モードに切
り替わった後、ステップＳ７でタイマー制御機能の変数
Ｃの数値がリセットされて０になる。

【００２５】直送状態に戻った後は、以上に述べた手順
に従って電圧検出器１が電圧の監視をし、節電状態と直
送状態を自動的に切り替える。

【００２６】最後に、強制直送モードについて簡単に説
明する。このモードは電圧の低下が機械の不調を招くと
きや、本装置の電圧検出器１やトランス２・３にトラブ
ルが起こった時に使用するもので、図１のスイッチ２０
を押して切り替える。強制直送モードは図６の回路図に
示すように、常に接点２１は切れ、接点２２はつながっ
ている。そのため電圧の高低、言い換えれば電圧検出器
１に接続された継電器１０の動作に関わらず、常に継電
器３０はＯＦＦ，継電器４０はＯＮになり、図４の自動
モードの直送状態と同じ動作をする。

【００２７】本実施例においては、動作が分かりやすい
ようリレーを使用したが、これは大電流用のトライアッ
ク等の半導体素子を利用してもよいことはもちろんで、
その場合はより短い時間で節電と直送の切り換えを行う
ことができ、機械器具に与える影響がさらに少なくな
る。本発明の節電装置は３相交流電源でも、単相２線式
電源でも実現できる。

【００２８】本考案の節電装置のトランスを交差巻きに
することにより、単相３線式配電においてはバランサー
機能を得ることができる。実施例１において、電圧検出
器１は出力電圧を測るためのものなので、端子ｕ─ｖ間
か、端子ｏ─ｖ間の電圧を検出してもよい。また継電器
３０と継電器４０は入力（供給）電源側に有ればよいの
で、端子Ｕ─Ｏ間か、端子Ｖ─Ｏ間に接続してもよい。

【００２９】

【発明の効果】本考案の節電装置は電圧検出手段を設け
たので、電圧の変動を検出して予め設定した高い設定値
と低い設定値で、節電状態とそうでない状態を的確に切
り換えることができる。また、節電時の出力電流の大部
分は単巻のトランスの一端部とその近くに設けたタップ
間を流れるので、第１の開閉手段が制御しているタップ
と他端部間を流れる電流は小さくて済み、開閉手段の電
流容量も小さくできる。また、流れる電流が少ないの
で、開閉した時に出力電圧および電流に与える影響も小
さく、しかも、トランスのタップと他端子間にコンデン
サを接続したので、直送時と節電時の切り換え波形の乱
れが少なくてノイズも少ない。さらに、節電時にはコン
デンサが力率の改善をするので無効電力を小さくでき
る。

【００３０】また、単巻のトランスは複巻きのトランス
に比べ巻き線が１つなので、節電装置が小型にできる。
さらに、節電状態にない時、第２の開閉手段によってト
ランスのタップと他端部間が短絡されているので、トラ
ンス巻き線の誘導性リアクタンスは小さく、電力損失が
小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる節電装置の実施例の回路図であ
る。

【図２】図１の節電装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図３】図１の端子ｕ−端子ｏ間の出力電圧を表すグラ
フである。

【図４】図１の節電装置の直送状態の説明図である。

【図５】図１の節電装置の節電状態の説明図である。

【図６】図１の節電装置を強制直送にしている状態の説
明図である。

【符号の説明】

１電圧検出器（電圧検出手段）２，３トランス２ａ，３ａ端子（一端部）２ｂ，３ｂ端子（タップ）２ｃ，３ｃ端子（他端部）４コンデンサ５，６電流計１０継電器コイル（電圧検出手段）１１，１２接点（電圧検出手段）２０スイッチ２１，２２，３１，４１接点３０継電器コイル（第１の開閉手段）３２，３３接点（第１の開閉手段）４０継電器コイル（第２の開閉手段）４２，４３接点（第２の開閉手段）Ｕ，Ｖ端子（第１端子）ｕ，ｖ端子（第２端子）Ｏ，ｏ端子（第３端子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源に接続される第１端子と、負荷に接続
される第２端子と、電源および負荷に共通する第３端子
を設けた節電装置において、第１端子には単巻のトランスの一端部を接続し、第２端
子には前記トランスの一端部近くに設けたタップを接続
すると共に、第２端子と第３端子の間の電圧が高い設定値以上になっ
た時から低い設定値以下になるまで検出信号を出力する
電圧検出手段と、前記検出信号が出力されている時はトランスの他端部と
第３端子とを短絡する第１の開閉手段と、前記検出信号が出力されている時はトランスの他端部と
タップとを開放する第２の開閉手段と、トランスの他端部とタップ間に接続されたコンデンサ
と、を設けたことを特徴とする節電装置。