JPH08124768A - 負荷時タップ切替型交流定電圧装置 - Google Patents

負荷時タップ切替型交流定電圧装置

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JPH08124768A
JPH08124768A JP6287579A JP28757994A JPH08124768A JP H08124768 A JPH08124768 A JP H08124768A JP 6287579 A JP6287579 A JP 6287579A JP 28757994 A JP28757994 A JP 28757994A JP H08124768 A JPH08124768 A JP H08124768A
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tap
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tap switching
output voltage
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JP6287579A
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Yoshiaki Yamashita
義明 山下
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SHIIKU DENSETSU KK
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P13/00—Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P13/06—Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output by tap-changing; by rearranging interconnections of windings
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/14—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices

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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、入力電圧の変動等にきめ細かく対応
して安定した電力供給を行うことができる負荷時タップ
切替型交流定電圧装置を提供する。 【構成】本発明の負荷時タップ切替型交流定電圧装置
は、交流電源２からの入力電圧を主変圧器３で変圧して
負荷に供給し、前記主変圧器３に設けた補助巻線Ｓａの
複数の半導体接点によるタップを切り替えて負荷への出
力電圧を変更する負荷時タップ切替型交流定電圧装置１
で、交流電源２からの入力電圧の変動に伴う負荷への出
力電圧の変動を検出し、補助巻線Ｓａの複数のタップを
出力電圧の変動を補正する適正タップに無瞬断で切り替
えるタップ切替制御手段５と、タップ切替制御手段５に
よる補助巻線Ｓａのタップ切り替えに伴い出力電圧の変
動を補正する電圧を出力電圧に加算又は減算する直列変
圧器４と、補助巻線Ｓａのタップ切り替えに伴つてこの
補助巻線ｓａに流れる循環電流を抑制する限流リアクト
ル６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の技術分野】本発明は、省エネルギ−等に寄与
することができる負荷時タップ切替型交流定電圧装置に
関する。
【従来の技術】従来、負荷を接続したままこの負荷に対
する出力電圧の安定化を図る負荷時タップ切替型交流定
電圧源として、例えば、図９に示すような負荷時タップ
切替変圧器５０が用いられている。この負荷時タップ切
替変圧器５０は、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓ1、タップ付
きの二次巻線Ｓ2を有する主変圧器５１と、この主変圧
器５１の二次巻線Ｓ2に一次巻線Ｐ3を接続し、主変圧器
５１の二次巻線Ｓ1に二次巻線Ｓ3を直列接続した直列変
圧器５２とを具備している。なお、図９においては、一
相分のみ示している。
【発明が解決しようとする課題】上記従来の負荷時タッ
プ切替変圧器５０によれば、前記二次巻線Ｓ2のタップ
切り替えにより負荷への出力電圧を変更できるが、主変
圧器５１の二次巻線Ｓ1と直列変圧器５２の二次巻線Ｓ3
とが直列接続されているために、この負荷時タップ切替
変圧器５０は、常に加算型（又は減算型）としか機能せ
ず、このため、入力電圧の変動や負荷の変化に伴う出力
電圧の変動にきめ細かく対応することができず各種の負
荷へ安定した電力供給を行うことができないという問題
がある。本発明は、上記事情に鑑みて開発されたもので
あり、その目的とするところは、入力電圧の変動や負荷
の変化に伴う出力電圧の変動にきめ細かく対応して安定
した電力供給を行うことができ、且つ、低騒音で省エネ
ルギ−をも図れる負荷時タップ切替型交流定電圧装置を
提供することにある。
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
交流電源からの入力電圧を主変圧器で変圧して負荷に供
給するとともに、前記主変圧器に設けた補助巻線の複数
の半導体接点によるタップを切り替えて負荷への出力電
圧を変更する負荷時タップ切替型交流定電圧装置であっ
て、前記交流電源からの入力電圧の変動に伴う前記負荷
への出力電圧の変動を検出し、前記補助巻線の複数のタ
ップを出力電圧の変動を補正する適正タップに無瞬断で
切り替えるタップ切替制御手段と、前記主変圧器の出力
側に接続され、タップ切替制御手段による前記補助巻線
のタップ切り替えに伴い出力電圧の変動を補正する電圧
を前記出力電圧に加算又は減算する直列変圧器と、前記
補助巻線のタップ切り替えに伴つてこの補助巻線に流れ
る循環電流を抑制する限流リアクトルとを有することを
特徴とするものである。請求項２記載の発明は、前記請
求項１記載の負荷時タップ切替型交流定電圧装置におけ
るタップ切替制御手段が、前記交流電源からの入力電圧
の変動に伴う前記負荷への出力電圧の変動を検出する電
圧検出回路と、この電圧検出回路の検出結果に基づき前
記補助巻線の複数のタップの内の出力電圧の変動を補正
する適正なタップを選択するタップ選択回路と、このタ
ップ選択回路の選択結果を基に前記補助巻線のタップを
無瞬断で且つゼロクロス状態で切り替える点弧回路とを
具備するものである。
【作用】以下に本発明の作用を説明する。請求項１記載
の負荷時タップ切替型交流定電圧装置によれば、タップ
切替制御手段が、交流電源からの入力電圧の変動に伴う
負荷への出力電圧の変動を検出し、前記主変圧器に設け
た補助巻線の半導体接点による複数のタップを出力電圧
の変動を補正する適正タップに無瞬断で切り替える。前
記主変圧器の出力側に接続された直列変圧器は、タップ
切替制御手段による前記補助巻線のタップ切り替えに伴
い出力電圧の変動を補正する電圧を前記出力電圧に加算
又は減算する。この時、限流リアクトルは、前記補助巻
線のタップ切り替えに伴つてこの補助巻線に流れる循環
電流を抑制する。このような負荷時タップ切替型交流定
電圧装置の動作によれば、入力電圧の変動や負荷の変化
に伴う出力電圧の変動を、タップ切替制御手段による前
記補助巻線の無瞬断のタップ切り替え及び直列変圧器に
よる出力電圧の変動を補正する電圧の加算又は減算動作
によりきめ細かく対応して安定した電力供給を行うこと
ができ省エネルギ−をも図れる。また、タップ切り替え
も低騒音で行うことができるとともに、補助巻線の半導
体接点による複数のタップの切り替えであるために、主
回路のタップ切り替えと異なり、タップの接点容量を低
減でき低コスト化をも図れる。請求項２記載に係る負荷
時タップ切替型交流定電圧装置の構成によれば、前記タ
ップ切替制御手段を、前記交流電源からの入力電圧の変
動に伴う前記負荷への出力電圧の変動を検出する電圧検
出回路と、この電圧検出回路の検出結果に基づき前記補
助巻線の複数のタップの内の出力電圧の変動を補正する
適正なタップを選択するタップ選択回路と、このタップ
選択回路の選択結果を基に前記補助巻線のタップを無瞬
断で且つゼロクロス状態で切り替える点弧回路とにより
構成したので、このタップ切替制御手段を迅速動作を行
う簡略な電子回路で構成できる。
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明に係る負荷
時タップ切替型交流定電圧装置の実施例を詳述する。図
１に示す負荷時タップ切替型交流定電圧装置１は、所定
の交流電圧を送り出す交流電源２と、この交流電源から
の入力電圧を変圧して負荷に供給する一次巻線Ｐ、二次
巻線Ｓを備えた主変圧器３と、この主変圧器３の出力回
路に直列に接続した一次巻線Ｐ4、二次巻線Ｓ4を備えた
直列変圧器４と、前記交流電源２からの入力電圧の変動
に伴う前記負荷への出力電圧の変動を検出し、前記主変
圧器３に設けた補助巻線Ｓａの半導体接点によるタップ
切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、タップ切替接点Ｒ1乃至Ｒ5を無瞬
断で切り替えるタップ切替制御手段５と、前記各タップ
切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、タップ切替接点Ｒ1乃至Ｒ5の出力
側及び直列変圧器４の一次巻線Ｐ4の一方の端子に接続
した限流リアクトル６とを有している。前記補助巻線Ｓ
ａの中点は前記直列変圧器４の一次巻線Ｐ4の他方の端
子に接続し、これにより、補助巻線Ｓａから各タップ切
替接点Ｌ1乃至Ｌ5、タップ切替接点Ｒ1乃至Ｒ5、限流リ
アクトル６を介して前記直列変圧器４の一次巻線Ｐ4に
電圧を供給するようになっている。前記タップ切替制御
手段５は、前記交流電源２からの入力電圧の変動に伴う
前記負荷への出力電圧の変動を検出する電圧検出回路７
と、この電圧検出回路７の検出結果に基づき前記補助巻
線Ｓａの複数のタップ切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5
の内の出力電圧の変動を補正するいずれかの適正なタッ
プを選択するタップ選択回路８と、このタップ選択回路
８の選択結果を基に前記補助巻線Ｓａのタップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5を無瞬断で且つゼロクロス状態
で切り替える点弧回路９とを具備している。前記直列変
圧器４は、タップ切替制御手段５による前記補助巻線Ｓ
ａのタップ切り替えに伴い出力電圧の変動を補正する電
圧を前記出力電圧に加算又は減算するようになってい
る。前記限流リアクトル６は、後に詳述するように、補
助巻線Ｓａのタップ切り替えに伴つてこの補助巻線Ｓａ
に流れる循環電流ＩL、ＩRを抑制するようになってい
る。次に、前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１の
動作を図２をも参照して説明する。図１に示す負荷時タ
ップ切替型交流定電圧装置１において、主変圧器３の入
力電圧が正規の場合、補助巻線Ｓａの各タップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の位置は、タップ切替接点Ｌ
2、Ｒ2のみが閉で他はいずれも開であるとして以下の説
明を行う。前記主変圧器３の入力電圧が下がり出力電圧
も低下した場合、前記電圧検出回路７は、出力電圧の変
動を検出する。タップ選択回路８は電圧検出回路７の検
出結果に基づき前記補助巻線Ｓａの複数のタップ切替接
点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の内の出力電圧の低下を補正
する最も適切なタップ切替接点Ｌ1、Ｒ1を選択するが、
点弧回路９は、タップ切替接点Ｌ1、Ｒ1への切り替えに
際して以下のようなゼロクロス動作を負荷への出力電圧
を無瞬断のまま行う。即ち、図２に示すように、タップ
切替接点Ｌ2、Ｒ2のみが閉の状態からタップ切替接点Ｒ
2を閉じたままタップ切替接点Ｌ2を開き、次に、タップ
切替接点Ｒ2を閉じたままタップ切替接点Ｌ1を閉じ、更
に、タップ切替接点Ｌ1を閉じたたまタップ切替接点Ｒ2
を開き、最後にタップ切替接点Ｌ1を閉じたたまタップ
切替接点Ｒ1を閉じる。これにより、補助巻線Ｓａから
タップ切替接点Ｌ1、Ｒ1、限流リアクトル６を経て直列
変圧器４の一次巻線Ｐ4に出力電圧の低下を補正するた
めの電圧が印加され、二次巻線Ｓ4からの電圧も上昇し
て主変圧器３の出力電圧に加算され、出力電圧の減少分
が補正されて負荷には適正な出力電圧が安定して供給さ
れる。一方、主変圧器３の入力電圧が上がり出力電圧も
上昇した場合、前記電圧検出回路７は、出力電圧の変動
を検出する。タップ選択回路８は電圧検出回路７の検出
結果に基づき前記補助巻線Ｓａの複数のタップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の内の出力電圧の上昇を補正す
る最も適切なタップ切替接点Ｌ3、Ｒ3を選択するが、点
弧回路９は、タップ切替接点Ｌ3、Ｒ3への切り替えに際
して以下のようなゼロクロス動作を負荷への出力電圧を
無瞬断のまま行う。即ち、タップ切替接点Ｌ2、Ｒ2のみ
が閉の状態からタップ切替接点Ｒ2を閉じたままタップ
切替接点Ｌ2を開き、次に、タップ切替接点Ｒ2を閉じた
ままタップ切替接点Ｌ3を閉じ、更に、タップ切替接点
Ｌ3を閉じたたまタップ切替接点Ｒ2を開き、最後にタッ
プ切替接点Ｌ3を閉じたたまタップ切替接点Ｒ3を閉じ
る。これにより、補助巻線Ｓａからタップ切替接点Ｌ
3、Ｒ3、限流リアクトル６を経て直列変圧器４の一次巻
線Ｐ4に出力電圧の上昇を補正するための電圧が印加さ
れ、二次巻線Ｓ4からの電圧も下降して主変圧器３の出
力電圧に減算され、出力電圧の上昇分が補正されて負荷
には適正な出力電圧が安定して供給される。このような
動作に伴って上述した図２に示すタップ切替接点Ｌ1
閉、Ｒ2開の接点状態の時に、図３に示すようなループ
で循環電流Ｉ0が流れようとするが、この循環電流Ｉ0は
前記限流リアクトル６のリアクタンスによりタップ切替
接点Ｌ1、Ｒ2及び補助巻線Ｓａの容量以内に抑制され
る。また、上述した図２に示すタップ切替接点Ｌ2閉、
Ｒ2開の接点状態の時には図４に示すような分流した循
環電流ＩL、ＩRが流れるが、この時、限流リアクトル６
の両側に発生する磁束ＢL、ＢRは互いに打ち消しあい、
この結果、限流リアクトル６はリアクタンスとして作用
せず、電圧降下が生じることは無い。図５は、本発明の
他の実施例である非絶縁型の負荷時タップ切替型交流定
電圧装置２０を示すものである。この負荷時タップ切替
型交流定電圧装置２０において、前記負荷時タップ切替
型交流定電圧装置１と同一の機能を有する要素には同一
の符号を付して示す。この負荷時タップ切替型交流定電
圧装置２０は、基本的には前記負荷時タップ切替型交流
定電圧装置１と同様な構成であるが、主変圧器３Ａの一
次巻線Ｐを負荷と並列接続するとともに、補助巻線Ｓａ
を前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１と同様な構
成としたことが特徴である。このような非絶縁型の負荷
時タップ切替型交流定電圧装置２０によっても上述した
場合と同様な作用効果を発揮させることができる。次
に、前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１の多相回
路への応用について図６乃至図８を参照して説明する。
図６に示す例は、三相入力、三相出力の三相変圧器３０
の二次巻線３１、直列変圧器の一次巻線３２、二次巻線
３３を示すものであり、この場合、三相変圧器３０の二
次巻線３１の電圧調整用巻線３４として１８０度位相の
異なる巻線を対で使用することにより、前記負荷時タッ
プ切替型交流定電圧装置１のような加算処理、減算処理
が可能となる。また、図７に示す例は、三相入力、単相
２出力のスコットトランスの応用として、主変圧器３５
の二次巻線３６、直列変圧器の一次巻線３７、二次巻線
３８を示すものである。この場合、主変圧器３５の二次
巻線３６の電圧調整用巻線３９における電圧調整を前記
二次巻線３８側と同位相で行うことで、図６に示す例の
場合と同様前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１の
ような加算処理、減算処理が可能となる。なお、図７に
示すＮ1、Ｎ2は、前記二次巻線３６の巻数を示し、Ｎ
1：Ｎ2＝０．８６０：１としている。更に、図８に示す
例は、三相入力、単相１出力のＶトランス４０の二次巻
線４１、直列変圧器の一次巻線４２、二次巻線４３を示
すものである。この場合、Ｖトランス４０の二次巻線４
１の電圧調整用巻線４４における電圧調整を前記二次巻
線４３側と同位相又は逆位相で行うことで、図６に示す
例の場合と同様前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置
１のような加算処理、減算処理が可能となる。次に、本
実施例の負荷時タップ切替型交流定電圧装置１（又は２
０）の特徴及び利用分野について説明する。この負荷時
タップ切替型交流定電圧装置１（又は２０）によれば、
前記タップ切替制御手段５の電圧検出回路７、タップ選
択回路８、点弧回路９の電子回路化及びタップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の半導体化により、４乃至５サ
イクル（４０乃至５０ｍｓｅｃ）での応答が可能とな
る。また、回路構成が主変圧器３のタップ切替を基本と
しているため、波形歪みがほとんど無く、また、タップ
切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5をゼロクロスで切り替
えているので、スイッチングサージも発生しない状態で
出力電圧を無瞬断で切り替える事ができる。更に、補助
巻線Ｓａを用いて全体容量の内、制御幅相当分の容量を
取り出して切り替える構成であり、主回路電流を切り替
える場合と比べ、タップ切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至
Ｒ5の接点容量を著しく小さくできる。これにより、タ
ップ切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5を半導体化した場
合に大幅なコスト低下に結び付く。更に、主変圧器３を
単巻構造とし、補助巻線Ｓａの出力を加算部分、減算部
分と使い分けることで、直列変圧器４の容量を低減で
き、これに伴い、主変圧器３の小型化を図れる。また、
本実施例の負荷時タップ切替型交流定電圧装置１（又は
２０）によれば、主回路構成が主変圧器３を用いたもの
であるため、過負荷耐量を増大できる。更に、タップ切
替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5を半導体化しているの
で、切り替え時の騒音がほとんど生じない。また、通常
の電圧調整器と異なり、入力電圧が異なる場合（３８０
Ｖ／１００Ｖ）、主変圧器３の仕様変更で対応でき、異
電圧対応が極めて容易である。また、図６乃至図８に示
すような多相入出力の場合も同様に比較的容易に異電圧
対応が可能である。本実施例の負荷時タップ切替型交流
定電圧装置１（又は２０）の利用分野としては、照明負
荷を中心とした静止機器（インバータ応用機器を除く）
の消費電力の低減が可能で、大工場から一般家庭に至る
海外を含む全ての需要家に利用できる。また、海外や電
源事情の悪い地区のように電源電圧が安定しない需要家
に用いることで、各種機器への供給電圧を安定化でき、
各種機器の故障、誤動作等を防止し正常運転が可能とな
って省エネルギーに結び付く。この場合、海外の異電圧
（例：４１５Ｖ、３８０Ｖ等）を国内優先（例えば１０
０Ｖ）に変圧し安定化することが可能で、輸出機器の電
源装置として好適である。また、負荷設備が許容する最
低入力電圧（１００Ｖ系で９０乃至９５Ｖ）に安定化し
て電力供給を実行でき、機器の使用電力量を低減して省
エネルギーを図ることも可能である。更に、ゴルフ場や
スキー場等受電設備と負荷設備との距離が長いような場
合配線系統の電圧降下を補正する用途にも適用できる。
また、パチンコ店等の遊戯場の電源電圧の改善も可能で
ある。即ち、パチンコ店等では負荷機器（パチンコ台
等）までの配線系統に小型変圧器を多用しており、本実
施例の負荷時タップ切替型交流定電圧装置１を用いるこ
とで、小型変圧器の電圧変動率を改善できる。
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、入力電圧
の変動や負荷の変化に伴う出力電圧の変動を、きめ細か
く補正して安定した電力供給を行うことができ省エネル
ギ−を図れる。また、タップ切り替えも低騒音で行うこ
とができるとともに、補助巻線の半導体接点による複数
のタップの切り替えであるために、主回路のタップ切り
替えと異なり、タップの接点容量を低減でき低コスト化
をも図れる。請求項２記載の発明によれば、タップ切替
制御手段を迅速動作を行う簡略な電子回路で構成でき、
入力電圧の変動や負荷の変化に伴う出力電圧の変動に速
やかに対応したタップ切替動作を発揮させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の負荷時タップ切替型交流定電圧装置の
実施例を示すブロック図である。
【図２】本実施例装置のタップ切替接点の切り替え説明
図である。
【図３】本実施例装置の限流リアクトルの動作説明図で
ある。
【図４】本実施例装置の限流リアクトルの別の動作説明
図である。
【図５】本発明の負荷時タップ切替型交流定電圧装置の
他の実施例を示すブロック図である。
【図６】本実施例装置を応用する三相入力、三相出力の
三相変圧器を示す巻線構成図である。
【図７】本実施例装置を応用する三相入力、単相２出力
のスコットトランスを示す巻線構成図である。
【図８】本実施例装置を応用する三相入力、単相１出力
のＶトランスを示す巻線構成図である。
【図９】従来の負荷時タップ切替変圧器の巻線構成図で
ある。
【符号の説明】
１ 負荷時タップ切替型交流定電圧装置 ２ 交流電源 ３ 主変圧器 ４ 直列変圧器 ５ タップ切替制御手段 ６ 限流リアクトル ７ 電圧検出回路 ８ タップ選択回路 ９ 点弧回路 ２０ 負荷時タップ切替型交流定電圧装置 Ｓａ 補助巻線 Ｌ1乃至Ｌ5 タップ切替接点 Ｒ1乃至Ｒ5 タップ切替接点
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１２月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、省エネルギー等に寄与
することができる負荷時タップ切替型交流定電圧装置に
関する。
【従来の技術】従来、負荷を接続したままこの負荷に対
する出力電圧の安定化を図る負荷時タップ切替型交流定
電圧源として、例えば、図９に示すような負荷時タップ
切替変圧器５０が用いられている。この負荷時タップ切
替変圧器５０は、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓ1、タップ付
きの二次巻線Ｓ2を有する主変圧器５１と、この主変圧
器５１の二次巻線Ｓ2に一次巻線Ｐ3を接続し、主変圧器
５１の二次巻線Ｓ1に二次巻線Ｓ3を直列接続した直列変
圧器５２とを具備している。なお、図９においては、一
相分のみ示している。
【発明が解決しようとする課題】上記従来の負荷時タッ
プ切替変圧器５０によれば、前記二次巻線Ｓ2のタップ
切り替えにより負荷への出力電圧を変更できるが、主変
圧器５１の二次巻線Ｓ1と直列変圧器５２の二次巻線Ｓ3
とが直列接続されているために、この負荷時タップ切替
変圧器５０は、常に加算型（又は減算型）としか機能せ
ず、このため、入力電圧の変動や負荷の変化に伴う出力
電圧の変動にきめ細かく対応することができず各種の負
荷へ安定した電力供給を行うことができないという問題
がある。本発明は、上記事情に鑑みて開発されたもので
あり、その目的とするところは、入力電圧の変動や負荷
の変化に伴う出力電圧の変動にきめ細かく対応して安定
した電力供給を行うことができ、且つ、低騒音で省エネ
ルギーをも図れる負荷時タップ切替型交流定電圧装置を
提供することにある。
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
交流電源からの入力電圧を主変圧器で変圧して負荷に供
給するとともに、前記主変圧器に設けた補助巻線の複数
の半導体接点によるタップを切り替えて負荷への出力電
圧を変更する負荷時タップ切替型交流定電圧装置であっ
て、前記交流電源からの入力電圧の変動に伴う前記負荷
への出力電圧の変動を検出し、前記補助巻線の複数のタ
ップを出力電圧の変動を補正する適正タップに無瞬断で
切り替えるタップ切替制御手段と、前記主変圧器の出力
側に接続され、タップ切替制御手段による前記補助巻線
のタップ切り替えに伴い出力電圧の変動を補正する電圧
を前記出力電圧に加算又は減算する直列変圧器と、前記
補助巻線のタップ切り替えに伴つてこの補助巻線に流れ
る循環電流を抑制する限流リアクトルとを有することを
特徴とするものである。請求項２記載の発明は、前記請
求項１記載の負荷時タップ切替型交流定電圧装置におけ
るタップ切替制御手段が、前記交流電源からの入力電圧
の変動に伴う前記負荷への出力電圧の変動を検出する電
圧検出回路と、この電圧検出回路の検出結果に基づき前
記補助巻線の複数のタップの内の出力電圧の変動を補正
する適正なタップを選択するタップ選択回路と、このタ
ップ選択回路の選択結果を基に前記補助巻線のタップを
無瞬断で且つゼロクロス状態で切り替える点弧回路とを
具備するものである。
【作用】以下に本発明の作用を説明する。請求項１記載
の負荷時タップ切替型交流定電圧装置によれば、タップ
切替制御手段が、交流電源からの入力電圧の変動に伴う
負荷への出力電圧の変動を検出し、前記主変圧器に設け
た補助巻線の半導体接点による複数のタップを出力電圧
の変動を補正する適正タップに無瞬断で切り替える。前
記主変圧器の出力側に接続された直列変圧器は、タップ
切替制御手段による前記補助巻線のタップ切り替えに伴
い出力電圧の変動を補正する電圧を前記出力電圧に加算
又は減算する。この時、限流リアクトルは、前記補助巻
線のタップ切り替えに伴つてこの補助巻線に流れる循環
電流を抑制する。このような負荷時タップ切替型交流定
電圧装置の動作によれば、入力電圧の変動や負荷の変化
に伴う出力電圧の変動を、タップ切替制御手段による前
記補助巻線の無瞬断のタップ切り替え及び直列変圧器に
よる出力電圧の変動を補正する電圧の加算又は減算動作
によりきめ細かく対応して安定した電力供給を行うこと
ができ省エネルギーをも図れる。また、タップ切り替え
も低騒音で行うことができるとともに、補助巻線の半導
体接点による複数のタップの切り替えであるために、主
回路のタップ切り替えと異なり、タップの接点容量を低
減でき低コスト化をも図れる。請求項２記載に係る負荷
時タップ切替型交流定電圧装置の構成によれば、前記タ
ップ切替制御手段を、前記交流電源からの入力電圧の変
動に伴う前記負荷への出力電圧の変動を検出する電圧検
出回路と、この電圧検出回路の検出結果に基づき前記補
助巻線の複数のタップの内の出力電圧の変動を補正する
適正なタップを選択するタップ選択回路と、このタップ
選択回路の選択結果を基に前記補助巻線のタップを無瞬
断で且つゼロクロス状態で切り替える点弧回路とにより
構成したので、このタップ切替制御手段を迅速動作を行
う簡略な電子回路で構成できる。
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明に係る負荷
時タップ切替型交流定電圧装置の実施例を詳述する。図
１に示す負荷時タップ切替型交流定電圧装置１は、所定
の交流電圧を送り出す交流電源２と、この交流電源から
の入力電圧を変圧して負荷に供給する一次巻線Ｐ、二次
巻線Ｓを備えた主変圧器３と、この主変圧器３の出力回
路に直列に接続した一次巻線Ｐ4、二次巻線Ｓ4を備えた
直列変圧器４と、前記交流電源２からの入力電圧の変動
に伴う前記負荷への出力電圧の変動を検出し、前記主変
圧器３に設けた補助巻線Ｓａの半導体接点によるタップ
切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、タップ切替接点Ｒ1乃至Ｒ5を無瞬
断で切り替えるタップ切替制御手段５と、前記各タップ
切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、タップ切替接点Ｒ1乃至Ｒ5の出力
側及び直列変圧器４の一次巻線Ｐ4の一方の端子に接続
した限流リアクトル６とを有している。前記補助巻線Ｓ
ａの中点は前記直列変圧器４の一次巻線Ｐ4の他方の端
子に接続し、これにより、補助巻線Ｓａから各タップ切
替接点Ｌ1乃至Ｌ5、タップ切替接点Ｒ1乃至Ｒ5、限流リ
アクトル６を介して前記直列変圧器４の一次巻線Ｐ4に
電圧を供給するようになっている。前記タップ切替制御
手段５は、前記交流電源２からの入力電圧の変動に伴う
前記負荷への出力電圧の変動を検出する電圧検出回路７
と、この電圧検出回路７の検出結果に基づき前記補助巻
線Ｓａの複数のタップ切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5
の内の出力電圧の変動を補正するいずれかの適正なタッ
プを選択するタップ選択回路８と、このタップ選択回路
８の選択結果を基に前記補助巻線Ｓａのタップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5を無瞬断で且つゼロクロス状態
で切り替える点弧回路９とを具備している。前記直列変
圧器４は、タップ切替制御手段５による前記補助巻線Ｓ
ａのタップ切り替えに伴い出力電圧の変動を補正する電
圧を前記出力電圧に加算又は減算するようになってい
る。前記限流リアクトル６は、後に詳述するように、補
助巻線Ｓａのタップ切り替えに伴つてこの補助巻線Ｓａ
に流れる循環電流ＩL、ＩRを抑制するようになってい
る。次に、前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１の
動作を図２をも参照して説明する。図１に示す負荷時タ
ップ切替型交流定電圧装置１において、主変圧器３の入
力電圧が正規の場合、補助巻線Ｓａの各タップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の位置は、タップ切替接点Ｌ
2、Ｒ2のみが閉で他はいずれも開であるとして以下の説
明を行う。前記主変圧器３の入力電圧が下がり出力電圧
も低下した場合、前記電圧検出回路７は、出力電圧の変
動を検出する。タップ選択回路８は電圧検出回路７の検
出結果に基づき前記補助巻線Ｓａの複数のタップ切替接
点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の内の出力電圧の低下を補正
する最も適切なタップ切替接点Ｌ1、Ｒ1を選択するが、
点弧回路９は、タップ切替接点Ｌ1、Ｒ1への切り替えに
際して以下のようなゼロクロス動作を負荷への出力電圧
を無瞬断のまま行う。即ち、図２に示すように、タップ
切替接点Ｌ2、Ｒ2のみが閉の状態からタップ切替接点Ｒ
2を閉じたままタップ切替接点Ｌ2を開き、次に、タップ
切替接点Ｒ2を閉じたままタップ切替接点Ｌ1を閉じ、更
に、タップ切替接点Ｌ1を閉じたたまタップ切替接点Ｒ2
を開き、最後にタップ切替接点Ｌ1を閉じたたまタップ
切替接点Ｒ1を閉じる。これにより、補助巻線Ｓａから
タップ切替接点Ｌ1、Ｒ1、限流リアクトル６を経て直列
変圧器４の一次巻線Ｐ4に出力電圧の低下を補正するた
めの電圧が印加され、二次巻線Ｓ4からの電圧も上昇し
て主変圧器３の出力電圧に加算され、出力電圧の減少分
が補正されて負荷には適正な出力電圧が安定して供給さ
れる。一方、主変圧器３の入力電圧が上がり出力電圧も
上昇した場合、前記電圧検出回路７は、出力電圧の変動
を検出する。タップ選択回路８は電圧検出回路７の検出
結果に基づき前記補助巻線Ｓａの複数のタップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の内の出力電圧の上昇を補正す
る最も適切なタップ切替接点Ｌ3、Ｒ3を選択するが、点
弧回路９は、タップ切替接点Ｌ3、Ｒ3への切り替えに際
して以下のようなゼロクロス動作を負荷への出力電圧を
無瞬断のまま行う。即ち、タップ切替接点Ｌ2、Ｒ2のみ
が閉の状態からタップ切替接点Ｒ2を閉じたままタップ
切替接点Ｌ2を開き、次に、タップ切替接点Ｒ2を閉じた
ままタップ切替接点Ｌ3を閉じ、更に、タップ切替接点
Ｌ3を閉じたたまタップ切替接点Ｒ2を開き、最後にタッ
プ切替接点Ｌ3を閉じたたまタップ切替接点Ｒ3を閉じ
る。これにより、補助巻線Ｓａからタップ切替接点Ｌ
3、Ｒ3、限流リアクトル６を経て直列変圧器４の一次巻
線Ｐ4に出力電圧の上昇を補正するための電圧が印加さ
れ、二次巻線Ｓ4からの電圧も下降して主変圧器３の出
力電圧に減算され、出力電圧の上昇分が補正されて負荷
には適正な出力電圧が安定して供給される。このような
動作に伴って上述した図２に示すタップ切替接点Ｌ1
閉、Ｒ2開の接点状態の時に、図３に示すようなループ
で循環電流Ｉ0が流れようとするが、この循環電流Ｉ0は
前記限流リアクトル６のリアクタンスによりタップ切替
接点Ｌ1、Ｒ2及び補助巻線Ｓａの容量以内に抑制され
る。また、上述した図２に示すタップ切替接点Ｌ2閉、
Ｒ2開の接点状態の時には図４に示すような分流した循
環電流ＩL、ＩRが流れるが、この時、限流リアクトル６
の両側に発生する磁束ＢL、ＢRは互いに打ち消しあい、
この結果、限流リアクトル６はリアクタンスとして作用
せず、電圧降下が生じることは無い。図５は、本発明の
他の実施例である非絶縁型の負荷時タップ切替型交流定
電圧装置２０を示すものである。この負荷時タップ切替
型交流定電圧装置２０において、前記負荷時タップ切替
型交流定電圧装置１と同一の機能を有する要素には同一
の符号を付して示す。この負荷時タップ切替型交流定電
圧装置２０は、基本的には前記負荷時タップ切替型交流
定電圧装置１と同様な構成であるが、主変圧器３Ａの一
次巻線Ｐを負荷と並列接続するとともに、補助巻線Ｓａ
を前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１と同様な構
成としたことが特徴である。このような非絶縁型の負荷
時タップ切替型交流定電圧装置２０によっても上述した
場合と同様な作用効果を発揮させることができる。次
に、前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１の多相回
路への応用について図６乃至図８を参照して説明する。
図６に示す例は、三相入力、三相出力の三相変圧器３０
の二次巻線３１、直列変圧器の一次巻線３２、二次巻線
３３を示すものであり、この場合、三相変圧器３０の二
次巻線３１の電圧調整用巻線３４として１８０度位相の
異なる巻線を対で使用することにより、前記負荷時タッ
プ切替型交流定電圧装置１のような加算処理、減算処理
が可能となる。また、図７に示す例は、三相入力、単相
２出力のスコットトランスの応用として、主変圧器３５
の二次巻線３６、直列変圧器の一次巻線３７、二次巻線
３８を示すものである。この場合、主変圧器３５の二次
巻線３６の電圧調整用巻線３９における電圧調整を前記
二次巻線３８側と同位相で行うことで、図６に示す例の
場合と同様前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置１の
ような加算処理、減算処理が可能となる。なお、図７に
示すＮ1、Ｎ2は、前記二次巻線３６の巻数を示し、Ｎ
1：Ｎ2＝０．８６６：１としている。更に、図８に示す
例は、三相入力、単相１出力のＶトランス４０の二次巻
線４１、直列変圧器の一次巻線４２、二次巻線４３を示
すものである。この場合、Ｖトランス４０の二次巻線４
１の電圧調整用巻線４４における電圧調整を前記二次巻
線４３側と同位相又は逆位相で行うことで、図６に示す
例の場合と同様前記負荷時タップ切替型交流定電圧装置
１のような加算処理、減算処理が可能となる。次に、本
実施例の負荷時タップ切替型交流定電圧装置１（又は２
０）の特徴及び利用分野について説明する。この負荷時
タップ切替型交流定電圧装置１（又は２０）によれば、
前記タップ切替制御手段５の電圧検出回路７、タップ選
択回路８、点弧回路９の電子回路化及びタップ切替接点
Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5の半導体化により、４乃至５サ
イクル（４０乃至５０ｍｓｅｃ）での応答が可能とな
る。また、回路構成が主変圧器３のタップ切替を基本と
しているため、波形歪みがほとんど無く、また、タップ
切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5をゼロクロスで切り替
えているので、スイッチングサージも発生しない状態で
出力電圧を無瞬断で切り替える事ができる。更に、補助
巻線Ｓａを用いて全体容量の内、制御幅相当分の容量を
取り出して切り替える構成であり、主回路電流を切り替
える場合と比べ、タップ切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至
Ｒ5の接点容量を著しく小さくできる。これにより、タ
ップ切替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5を半導体化した場
合に大幅なコスト低下に結び付く。更に、主変圧器３を
単巻構造とし、補助巻線Ｓａの出力を加算部分、減算部
分と使い分けることで、直列変圧器４の容量を低減で
き、これに伴い、主変圧器３の小型化を図れる。また、
本実施例の負荷時タップ切替型交流定電圧装置１（又は
２０）によれば、主回路構成が主変圧器３を用いたもの
であるため、過負荷耐量を増大できる。更に、タップ切
替接点Ｌ1乃至Ｌ5、Ｒ1乃至Ｒ5を半導体化しているの
で、切り替え時の騒音がほとんど生じない。また、通常
の電圧調整器と異なり、入力電圧が異なる場合（３８０
Ｖ／１００Ｖ）、主変圧器３の仕様変更で対応でき、異
電圧対応が極めて容易である。また、図６乃至図８に示
すような多相入出力の場合も同様に比較的容易に異電圧
対応が可能である。本実施例の負荷時タップ切替型交流
定電圧装置１（又は２０）の利用分野としては、照明負
荷を中心とした静止機器（インバータ応用機器を除く）
の消費電力の低減が可能で、大工場から一般家庭に至る
海外を含む全ての需要家に利用できる。また、海外や電
源事情の悪い地区のように電源電圧が安定しない需要家
に用いることで、各種機器への供給電圧を安定化でき、
各種機器の故障、誤動作等を防止し正常運転が可能とな
って省エネルギーに結び付く。この場合、海外の異電圧
（例：４１５Ｖ、３８０Ｖ等）を国内優先（例えば１０
０Ｖ）に変圧し安定化することが可能で、輸出機器の電
源装置として好適である。また、負荷設備が許容する最
低入力電圧（１００Ｖ系で９０乃至９５Ｖ）に安定化し
て電力供給を実行でき、機器の使用電力量を低減して省
エネルギーを図ることも可能である。更に、ゴルフ場や
スキー場等受電設備と負荷設備との距離が長いような場
合配線系統の電圧降下を補正する用途にも適用できる。
また、パチンコ店等の遊戯場の電源電圧の改善も可能で
ある。即ち、パチンコ店等では負荷機器（パチンコ台
等）までの配線系統に小型変圧器を多用しており、本実
施例の負荷時タップ切替型交流定電圧装置１を用いるこ
とで、小型変圧器の電圧変動率を改善できる。
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、入力電圧
の変動や負荷の変化に伴う出力電圧の変動を、きめ細か
く補正して安定した電力供給を行うことができ省エネル
ギーを図れる。また、タップ切り替えも低騒音で行うこ
とができるとともに、補助巻線の半導体接点による複数
のタップの切り替えであるために、主回路のタップ切り
替えと異なり、タップの接点容量を低減でき低コスト化
をも図れる。請求項２記載の発明によれば、タップ切替
制御手段を迅速動作を行う簡略な電子回路で構成でき、
入力電圧の変動や負荷の変化に伴う出力電圧の変動に速
やかに対応したタップ切替動作を発揮させることができ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交流電源からの入力電圧を主変圧器で変圧
    して負荷に供給するとともに、前記主変圧器に設けた補
    助巻線の複数の半導体接点によるタップを切り替えて負
    荷への出力電圧を変更する負荷時タップ切替型交流定電
    圧装置であって、前記交流電源からの入力電圧の変動に
    伴う前記負荷への出力電圧の変動を検出し、前記補助巻
    線の複数のタップを出力電圧の変動を補正する適正タッ
    プに無瞬断で切り替えるタップ切替制御手段と、前記主
    変圧器の出力側に接続され、タップ切替制御手段による
    前記補助巻線のタップ切り替えに伴い出力電圧の変動を
    補正する電圧を前記出力電圧に加算又は減算する直列変
    圧器と、前記補助巻線のタップ切り替えに伴つてこの補
    助巻線に流れる循環電流を抑制する限流リアクトルとを
    有することを特徴とする負荷時タップ切替型交流定電圧
    装置。
  2. 【請求項２】前記タップ切替制御手段は、前記交流電源
    からの入力電圧の変動に伴う前記負荷への出力電圧の変
    動を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出
    結果に基づき前記補助巻線の複数のタップの内の出力電
    圧の変動を補正する適正なタップを選択するタップ選択
    回路と、このタップ選択回路の選択結果を基に前記補助
    巻線のタップを無瞬断で且つゼロクロス状態で切り替え
    る点弧回路とを具備するものである請求項１記載の負荷
    時タップ切替型交流定電圧装置。
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