JPH0944258A - 自動電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡易で、小型化、及び高速応答が可能
で、かつ安定した交流出力電圧を得ることが可能な自動
電圧調整装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の自動電圧調整装置１は、交流電
源２の一出力端には変圧器９の２次側巻線９ｂが直列接
続されており、当該交流電源２から供給される交流入力
電圧Ｖ１に応動して変圧器９の２次側巻線９ｂに発生す
る２次電圧Ｖ２を、スイッチ回路１０、１１のスイッチ
ング動作により選択的に通過させて、パルス列からなる
パルス列電圧を得て、当該交流電源から供給される交流
出力電圧に当該パルス列電圧が加算若しくは減算されて
なる合成電圧Ｖ３の高周波成分を、平滑化回路によって
平滑化して、高周波成分が減衰され、かつ歪み率の少な
い安定した交流電圧Ｖ４を得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源から定電
圧交流出力を得る自動電圧調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば、図３に示すよ
うな交流電圧の自動電圧調整装置が知られている。図３
に示す自動電圧調整回路はラッチ型のパワーデバイスで
あるサイリスタを用いたものである。

【０００３】以下、かかる自動電圧調整回路を図３を参
照しつつ説明する。

【０００４】同図に示す自動電圧調整回路１は、交流電
源２と、交流電源２から供給される交流電圧を平滑化す
るリアクトル３及びコンデンサ４からなる平滑化回路５
と、平滑化回路４によって平滑化された電圧をスイッチ
ングするサイリスタ６及び７が逆並列に接続されてなる
トライアックと、及びかかるトライアックに直列接続さ
れたリアクトル８と、から構成されている。

【０００５】かかる自動電圧調整回路１は、平滑化回路
５の並列リアクトル電流を変化させ、入力電圧と入力電
流との位相差による直列リアクトルの電圧変化で交流出
力を一定電圧とするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のサイリスタを用いた自動電圧調整回路では交
流入力電圧に対しサイリスタが半サイクルに一度の応答
となり、装置の過度応答が悪いという問題がある。

【０００７】また、平滑化回路による電圧調整のため、
平滑化回路が大きくなり、装置形状及び質量が大きくな
ると共に、無負荷時に大きな無効電力が流れるという問
題がある。

【０００８】さらに、交流入力周波数によって平滑化回
路の特性を異ならせる必要があると共に、並列リアクト
ル電流には高調波を含むため、出力電圧波形がひずむと
いう問題点がある。

【０００９】［目的］本発明は、前記した課題を解決す
べくなされたものであり、構成が簡易で、小型化、及び
高速応答が可能で、かつ安定した交流出力電圧を得るこ
とが可能な自動電圧調整装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の自動電圧調整措
置は、交流電源と、前記交流電源の一出力端に２次側巻
線が直列接続された１次側巻線及び当該２次側巻線から
なる変圧器と、前記交流電源から供給される交流出力電
圧に応動して前記変圧器の２次側巻線に発生する２次電
圧を、選択的に加算若しくは減算させてパルス列電圧を
得るスイッチ手段と、前記交流電源の他の出力端から供
給される交流出力電圧に前記パルス列電圧が加算若しく
は減算されてなる合成電圧の高周波成分を平滑化して平
滑化電圧を得る平滑化手段と、からなることを特徴とす
る。

【００１１】即ち、本発明の自動電圧調整装置は、交流
電源の一出力端には変圧器の２次側巻線が直列接続され
ており、当該交流電源から供給される交流入力電圧に応
動して変圧器の２次側巻線に発生する２次電圧を、ＩＧ
ＢＴ（Insulated Gate Bipolor Transistor）等の自己
消弧型パワーデバイスからなるスイッチ手段のスイッチ
ング動作により選択的に通過させて、例えば一定出力電
圧とする為のパルス幅制御されたパルス列からなるパル
ス列電圧を得て、当該交流電源の他の出力端から供給さ
れる交流出力電圧に当該パルス列電圧が加算若しくは減
算されてなる合成電圧の高周波成分を、例えばＬＣ回路
からなる平滑化手段によって平滑化して、高周波成分が
減衰され、かつ歪み率の少ない安定した交流出力電圧を
得るものである。

【００１２】換言すれば、本発明の自動電圧調整装置
は、交流入力電圧の変化量を変圧器によって補正する構
成である。

【００１３】従って、本発明の自動電圧調整装置によれ
ば、小形のフィルタ回路の付加で高周波成分が減衰さ
れ、かつ歪み率の少ない安定した所望の交流電圧を得る
ことができ、また、装置の小型、軽量化、及び高速応答
が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１及び図２を参照して本
発明の実施例を説明する。

【００１５】図１及び図２は、本発明の自動電圧調整装
置を説明するための図である。図１は、本発明に係る自
動電圧調整装置の一実施例を示す図である。図１におい
て、図３に示された回路と同一機能を有する部分には同
一符号を付してある。図２は、本発明の自動電圧調整回
路の動作を説明するための各部の信号の波形及び動作波
形を示す図である。

【００１６】先ず、構成を説明する。

【００１７】図１において、自動電圧調整回路１は、交
流電源２と、１次側巻線９ｂ及び２次側巻線９ａからな
る変圧器９と、スイッチ回路１０，１１と、並びに、リ
アクトル３及びコンデンサ４からなるフィルタ回路５等
から構成されている。

【００１８】交流電源２は、一定周波数の正弦波の交流
電圧を発生するものであり、例えば、図２（Ａ）の如き
交流入力電圧Ｖ１を発生し、また、２つの出力端（１
Ｕ、１Ｖ）を有している。

【００１９】変圧器９は、２次側９ａが交流電源２の一
端（１Ｕ）に電圧加算の向きに直列接続され、また、１
次側巻線９ｂの一端が交流電源２の一端（１Ｕ）に電圧
減算の向きに接続され、１次側巻線９ｂの他端がスイッ
チ回路１１を介して交流電源２の他の出力端（１Ｖ）に
接続されている。また、変圧器９は、絶縁変圧器や単巻
変圧器等からなる。変圧器９の１次側巻線９ｂと２次側
巻線９ａとの変圧比は、ｎ（ｎは整数）：１に設定され
ており、かかる変圧比は補正する電圧レベル（目標とす
る電圧値）に応じて設定される。

【００２０】尚、変圧器電圧のタップ切り替えによる定
電圧方式では、通常、タップ切替時の遅れ電流による変
圧器の短絡電流が発生するが、本実施例の如く、変圧器
９の２次側巻線９ａを交流電源２と直列接続することに
より、遅れ電流が発生する際にも変圧器９の２次側巻線
９ａには電流が継続するため、変圧器９の短絡電流の発
生を防止することができる。

【００２１】スイッチ回路１０は、変圧器９の１次側巻
線９ｂを短絡させるためのものであり、ＧＴＯ，バイポ
ーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、及びＩＧＢＴ等の自
己消弧型パワー・デバイスからなり、図示しない制御回
路の制御信号に応じてＯＮ・ＯＦＦ（開閉）する。ま
た、スイッチ回路１０は、変圧器９の１次側巻線９ｂに
並列接続されており、図示しない制御回路の制御信号に
応じて、例えば図２（Ｂ）に示す如く、所定時間間隔で
ＯＮ・ＯＦＦする。そして、スイッチ回路１０は、図２
（Ｂ）及び（Ｃ）に示す如く、スイッチ回路１１のＯＮ
（閉成）時にＯＦＦ（開成）する一方、スイッチ回路１
１のＯＦＦ時にＯＮする。

【００２２】スイッチ回路１１は、スイッチ回路１０と
同様に、ＧＴＯ，バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥ
Ｔ、及びＩＧＢＴ等の自己消弧型パワー・デバイスから
なり、図示しない制御回路の制御信号に応じてＯＮ・Ｏ
ＦＦ（開閉）する。また、スイッチ回路１１は、その一
端が、変圧器９の１次側巻線９ｂ及びスイッチ回路１０
からなる並列回路に直列接続され、その他端は、交流電
源２の他端（１Ｖ）に接続されている。そして、スイッ
チ回路１１は、図示しない制御回路の制御信号に応じ
て、例えば図２（Ｃ）に示す如く所定時間間隔でＯＮ・
ＯＦＦされ、変圧器９の２次側巻線９ａに発生する２次
電圧は、図２（Ｄ）に示す如きパルス列からなる電圧と
なる。

【００２３】かかる２次電圧Ｖ２は、スイッチ回路１１
のＯＮの区間、交流入力電圧Ｖ１の１／ｎ倍となる。そ
して、かかる２次電圧Ｖ２と交流入力電圧Ｖ１とが加算
して得られる合成電圧Ｖ３は、スイッチ回路１１のＯＮ
区間、図２（Ｅ）に示す如く、交流入力電圧Ｖ１の（１
＋１／ｎ）倍となる。

【００２４】今、平滑化電圧Ｖ４の目標値をＶ0とした
場合、交流入力電圧Ｖ１に対して、｛Ｖ0−（１／ｎ）
Ｖ1｝〜Ｖ0の範囲で電圧を一定とすることができる。

【００２５】尚、スイッチ回路１１のＯＮ・ＯＦＦに関
係なく変圧器９には負荷電流が流れる。即ち、スイッチ
回路１１がＯＦＦされている区間に変圧器９の２次側巻
線９ａに電流が流れると、変圧器９は変流器動作とな
り、変圧器９の１次側巻線９ｂに１次電圧が発生するこ
とになるので、スイッチ回路１１がＯＦＦされている区
間にスイッチ回路１０をＯＮとし、変圧器９の１次側巻
線９ｂを短絡させて１次電圧の発生を防止する。

【００２６】平滑化回路５は、リアクトル３及びコンデ
ンサ４からなる。また、変圧器９及びスイッチ回路１
０、１１の次段に接続されている。そして、平滑化回路
５は、交流電源２の他の出力端（１Ｖ）から供給される
図２（Ａ）の如き交流出力電圧Ｖ１と、変圧器９の２次
側巻線９ａから出力される図２（Ｄ）の如き２次電圧Ｖ
２とが加算されて得られる図２（Ｅ）の如き合成電圧Ｖ
３の高周波成分を、平滑化して、高周波成分が除去され
た歪み率の小さな図２（Ｆ）の如き、平滑化電圧Ｖ４を
得る。そして、かかる平滑化電圧Ｖ４を図示しない後段
の負荷回路に供給する。

【００２７】次に、かかる自動電圧調整回路１の動作を
説明する。

【００２８】先ず、交流電源２からは、図２（Ａ）の如
き交流入力電圧Ｖ１が出力端（１Ｕ、１Ｖ）に供給され
る。次いで、スイッチ１０回路及びスイッチ回路１１は
図示しない制御回路の制御信号に応じて、夫々図２
（Ｂ）、（Ｃ）の如き一定出力電圧とする為のパルス幅
制御されたＯＮ・ＯＦＦ動作を為す。ここで、スイッチ
回路１０とスイッチ回路１１とで、ＯＮ・ＯＦＦ動作は
逆になっている。

【００２９】かかるスイッチ回路１０及び１１のＯＮ・
ＯＦＦ動作により、変圧器９の２次側巻線９ａに発生す
る２次電圧Ｖ２は、図２（Ｄ）に示されるが如き、一定
出力電圧とする為のパルス幅制御されたパルス列電圧と
なり、後段の平滑化回路５に供給される。

【００３０】平滑化回路５では、図２（Ａ）の如き交流
入力電圧Ｖ１と、図２（Ｄ）の如き２次電圧Ｖ２とが加
算されて得られる図２（Ｅ）の如き高周波成分を含んだ
合成電圧Ｖ３が平滑化されて、高周波成分が除去された
歪み率の小さい図２（Ｆ）の如き、平滑化電圧Ｖ４が得
られる。そして、かかる平滑化電圧Ｖ４は図示しない後
段の負荷回路に供給される。

【００３１】尚、本実施例では、図１に示す如く、変圧
器９の２次側巻線９ａが交流電源２の一端（１Ｕ）に電
圧加算の向きに直列接続されているが、変圧器９の２次
側巻線９ａを交流電源２に対して電圧減算の向きに直列
接続しても良い。この場合、スイッチ回路１１がＯＮす
ると、変圧器９の２次側巻線９ａの２次電圧Ｖ２は、交
流入力電圧Ｖ１の（−１／ｎ）倍となる。そして、かか
る２次電圧Ｖ２と交流入力電圧Ｖ１とが減算して得られ
る合成電圧Ｖ３は、スイッチ回路１１のＯＮ時、交流入
力電圧Ｖ１の（１−１／ｎ）倍となる。

【００３２】今、平滑化電圧Ｖ４の目標値をＶ0とした
場合、交流入力電圧Ｖ１に対して、｛Ｖ0＋（１／ｎ）
Ｖ1｝〜Ｖ0の範囲で電圧を一定とすることができる。

【００３３】従って、図１の変圧器９の昇圧動作（加算
動作）と変圧器９の逆接続による降圧動作（減算動作）
を組み合わせると、電圧目標値に対し、交流入力電圧が
低い場合と高い場合の両方で定電圧制御を行うことがで
きる。

【００３４】また、ある電圧目標値に対し、交流入力電
圧が過電圧と不足電圧の両方に変化する場合、交流入力
電圧を一旦、降圧し、その後段に図１の回路を付加して
昇圧することにより制御は可能となる。

【００３５】従って、上記実施例等の自動電圧調整装置
によれば、高周波成分が減衰され、かつ歪み率の少ない
安定した所望の交流電圧を得ることができ、また、装置
の小型・軽量化・高速応答が可能となり、無負荷時の無
効電流も殆ど発生しない。

【００３６】また、交流入力電圧の変化量を変圧器に発
生する２次電圧によって補正する構成である故、目標値
電圧を得ることができる。

【００３７】尚、上記実施例において、交流電源が商用
入力電圧周波数の場合には、変圧器を５０Ｈｚと６０Ｈ
ｚ共用にすれば回路の調整・変更がなく使用できる。

【００３８】また、本実施例では、平滑化回路としてリ
アクトル及びコンデンサからなるＬＣ回路を用いたが、
これに限定されるものではなく、高周波成分を平滑化可
能な他のフィルタ回路を用いても良いことはいうまでも
ない。

【００３９】また、本発明の自動電圧調整回路を３組用
いることにより三相回路への応用も可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明による自動電圧調整回路によれ
ば、高周波成分が減衰され、かつ歪み率の少ない安定し
た所望の交流電圧を得ることができ、また、装置の小
型、軽量化、及び高速応答が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動電圧調整回路の一実施例を示
す図である。

【図２】図１の自動電圧調整回路の動作を説明するため
の自動電圧調整回路の各部の信号の波形及び動作を示す
図である。

【図３】従来の自動電圧調整回路を示す図である。

【符号の説明】

１ 自動電圧調整回路 ２ 交流電源 ２Ｕ 交流電圧Ｕ相 ２Ｖ 交流電圧Ｖ相 ３、８ リアクトル ４ コンデンサ ５ 平滑化回路 ６、７ サイリスタ ９ 変圧器 ９ａ 変圧器の２次側巻線 ９ｂ 変圧器の１次側巻線 １０、１１ スイッチ回路 Ｖ１ 交流入力電圧 Ｖ２ ２次側電圧 Ｖ３ 合成電圧 Ｖ４ 平滑化電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源と、 前記交流電源の一出力端に２次側巻線が直列接続された
   １次側巻線及び当該２次側巻線からなる変圧器と、 前記交流電源から供給される交流入力電圧に応動して前
   記変圧器の２次側巻線に発生する２次電圧を、選択的に
   加算若しくは減算させてパルス列電圧を得るスイッチ手
   段と、 前記交流電源から供給される交流入力電圧に前記パルス
   列電圧が加算若しくは減算されてなる合成電圧の高周波
   成分を平滑化して平滑化電圧を得る平滑化手段と、 からなることを特徴とする自動電圧調整装置。