JPH11164559A - 交流電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配電線路の電圧Ｖs が変化した場合、負荷電
圧Ｖo が変化しないようにする変圧器のタップ切り替え
手法でみられる、負荷電圧の値が離散的に変化してしま
うすることを避け、負荷電圧を連続的に制御できるよう
にする。 【解決手段】 単巻変圧器の直列巻線及び分路巻線のう
ちの分路巻線にインバータの電圧出力部を直列に介在さ
せる。これにより［Ｖo ＝（Ｎ２／Ｎ１）×（Ｖs −Ｖ
c ）＋Ｖc ］の関係を構成し、Ｖs の変化に応じてＶc
を制御することによりＶo を一定に維持できる。ここ
で、Ｖc はインバータ出力電圧、（Ｎ２／Ｎ１）は単巻
変圧器の巻数比である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流受電電圧の変動
を抑えて負荷に安定な交流電圧を供給したり、交流受電
電圧と大きさの異なる交流電圧を得るための交流電圧調
整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力会社から配電される交流電圧は、配
電線路や配電用変圧器にインピーダンスが存在するた
め、配電系統の負荷の増減による電流変化により変動す
る。負荷の変動が大きく配電電圧が規定値に収まらない
場合には、変圧器のタップを切り替えるが、変圧器のタ
ップ電圧は離散的な値のため、配電電圧は変圧器のタッ
プ電圧の幅に応じた変動を生ずる。またインバータによ
り交流電圧を出力することで必要とする任意の交流電圧
を得る方法もあるが、インバータは同一容量の変圧器と
比べ、効率が低く、コストが高い。さらに、予め設定さ
れた負荷電圧指令に応じて負荷電圧を調整するため、負
荷の状態や外界の状況に応じた最適な負荷電圧調整がな
されていないのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
方法により電圧の制御を行う場合、変圧器のタップを切
り替える方法では出力電圧がタップの調整電圧幅だけ変
化し、インバータによる方式では効率が低く、コストが
かかるという、欠点があった。本発明の目的は、出力電
圧の設定値を連続的に制御ができ、しかも、その制御さ
れた設定値からの変動が少なく、安価な交流電圧調整装
置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１の手段（請求項１）
による交流電圧調整装置は、直列巻線及び分路巻線から
なる単巻変圧器と、前記分路巻線に直列に介在された可
変交流電源とかなる。この可変交流電源の出力電圧を変
化させることにより、単巻変圧器の一次側の巻線端子間
電圧を変化させ、もって二次側巻線端子電圧を変化させ
るというように、変成電圧を変化させる構成になってい
る。第２の手段（請求項２）では、可変交流電源が単巻
変圧器の入力電圧または出力電圧を入力電源とするイン
バータによって構成されている。

【０００５】第３の手段（請求項３）では、可変交流電
源が単巻変圧器の入力電圧または出力電圧を電源とする
インバータと、互いに絶縁された一次巻線及び二次巻線
を有する補助変圧器とからなり、この補助変圧器の一次
巻線に前記インバータの出力が印加され二次巻線が単巻
変圧器の分路巻線に直列に接続される構成である。

【０００６】第４の手段（請求項４）では、第２の手段
に加え、更に、互いに絶縁された一次巻線及び二次巻線
を有する補助変圧器からなり、この補助変圧器の一次巻
線に単巻変圧器の入力電圧または出力電圧が印加され、
二次巻線の出力がインバータにその入力電圧として印加
される構成である。

【０００７】第５の手段（請求項５）では、巻線の極性
が互いに反対となる第１及び第２の単巻変圧器巻線から
なる変圧器と可変交流電源を備え、これら両単巻変圧器
巻線の両分路巻線が可変交流電源を介して直列に接続さ
れ、更に、各直列巻線の端子と各分路巻線の端子とに対
して共通な中性点端子を有し、前記可変交流電源の電圧
を変化することで、単巻変圧器の変成電圧を変化するよ
うにした単相三線式の交流電圧調整装置として構成され
る。

【０００８】第６、７の手段（請求項６、７）では、第
２、３、または４の手段において、可変交流電源を必要
に応じて分路巻線から実質的に切り離すスイッチ手段を
有する構成である。第８の手段（請求項８）では、スイ
ッチ手段が無励磁状態で閉路している電磁接触器により
構成され、また、第９の手段（請求項９）では、スイッ
チ手段がゲート信号が無の状態でオン状態を呈する半導
体スイッチから構成される。

【０００９】第１０の手段（請求項１０）では、第６、
第７の手段において、インバータの出力端子間に接続さ
れているスイッチ手段に流れる電流の検出手段と、この
スイッチ手段を開路する際にスイッチ手段に流れる電流
が零となるようにインバータを制御するインバータ制御
部を備えた構成である。

【００１０】第１１手段（請求項１１）では、第２、
３、また４の手段において、単巻変圧器の二次側に接続
された負荷の電力を検出する電力検出部と、負荷電力が
大きい場合に負荷に印加する二次側出力電圧を下げるよ
うにインバータ出力電圧を制御するインバータ出力電圧
制御部を備え、また、第１２の手段（請求項１２）で
は、単巻変圧器の二次側に接続された照明負荷の光量を
検出するための光センサと検出された光量が多いほど負
荷に印加する二次側出力電圧を下げるようにインバータ
出力電圧を制御するインバータ出力電圧制御部を備え、
更に、第１３の手段（請求項１３）では、現在時刻を検
知するための時計手段と予め設定された時間帯に応じて
単巻変圧器の二次側に接続された負荷へ印加する電圧を
下げるようにインバータ出力電圧を制御するインバータ
出力電圧制御部を備えた構成になっている。

【００１１】第１４の手段（請求項１４）では、単巻変
圧器が、その一次側に接続される主変圧器と共に筐体に
収納されている。第１５の手段（請求項１５）では、単
巻変圧器と電力用電子回路装置を同一の筐体に配置する
と共に、この配置状態で前記電力用電子回路装置におけ
る電子素子及びその回路基板部分を、この電力用電子回
路装置に有する放熱部と前記単巻変圧器からの対流熱に
対して絶縁する構成になっている。

【００１２】第１６の手段（請求項１６）では電圧低減
による省電力量を算出する機能を有し、第１７の手段
（請求項１７）では省電力量を単巻変圧器に接続された
負荷の状態から算出する構成であり、第１８の手段（請
求項１８）では電圧制御停止時と作動時の電力量を比較
しその差から省電力量を算出する構成であり、第１９の
手段（請求項１９）では電圧調整機能が故障または停止
している状態を知らせる機能を有し、第２０の手段（請
求項２０）ではランプ、ブザーなどの表示装置を設けて
これにより状態を表示し、更に、第２１の手段（請求項
２１）では、状態報知信号を管理制御システムに出力す
ることにより状態を表示する構成になっている。

【００１３】

【発明の実施形態】（イ）第１実施例 以下本発明の第１実施例を図１及び図２を参照しながら
説明する。単巻変圧器１は、一次入力端子ｔ１、ｔ２と
の間に直列接続された直列巻線２及び分路巻線３とから
なる。分路巻線３には、その分路巻線３の接地ライン４
側端と端子ｔ２との間にて可変交流電源５が直列に介在
された構成になっている。一次側である端ｔ１、ｔ２間
には例えば主変圧器である主交流電源６が接続され、直
列巻線２と分路巻線３との共通接続点である端子ｔ３と
接地ライン４、すなわち前記端子ｔ２との間（二次側）
には負荷７が接続される。

【００１４】このような、交流電圧調整装置において、
主交流電源６から端巻変圧器１の一次側端子ｔ１，ｔ２
間に印加される電圧をＶs 、可変交流電源５の出力電圧
をＶc 、直列巻線２の端子間電圧をＶw 、分路巻線３の
端子間電圧をＶd 、二次出力電圧（負荷電圧、つまり端
子ｔ２、ｔ３間電圧）をＶo 、直列巻線２と分路巻線３
の合計巻数（一次巻線）をＮ１、分路巻線の巻数（二次
巻線）をＮ２とすると、次のように電圧調整作用が得ら
れる。

【００１５】可変交流電源５の出力電圧Ｖc が零である
と、負荷電圧Ｖo はＶs に巻数比（Ｎ２／Ｎ１）を乗じ
た値となる。 Ｖo ＝（Ｎ２／Ｎ１）×Ｖs ……………（１） 電圧Ｖc が零以外では、（２）式のように、負荷電圧Ｖ
o はＶs からＶc を減じた値に巻数比（Ｎ２／Ｎ１）を
乗じ、その値にＶc を加えた値になる。 Ｖo ＝（Ｎ２／Ｎ１）×（Ｖs −Ｖc ）＋Ｖc …………（２） すなわち、可変交流電源５の出力電圧が調整操作により
変化されると、単巻変圧器１の一次入力電圧がＶs −Ｖ
c で変化するからＶo が変化する。換言すれば、配電線
路、したがって、主変圧器６の出力電圧Ｖs が変化した
とき、これに応じてＶc を制御することによりＶo が変
化しないように一定値に維持することができる。この様
子を図２を参照しながら詳述する。

【００１６】図２において、（Ａ）はＶs ／Ｖo ＝（Ｖ
d ＋Ｖw ）／Ｖd ）のときを示すもので、交流電圧調整
装置は単巻変圧器１の出力電圧をそのまま出力すること
になるため、可変交流電源５の電圧Ｖc ＝０である。
（Ｂ）はＶs ／Ｖo ＞（Ｖd ＋Ｖw ）／Ｖd のときを示
すもので、（Ａ）の場合に対しＶw ＝Ｖs −Ｖo を大き
くするため、可変交流電源５の電圧Ｖc を主変圧器６の
出力電圧Ｖs と逆極性（図１の矢印関係）に加えること
により電圧Ｖoの変化を抑制することができる。

【００１７】（Ｃ）は１＜Ｖs ／Ｖo ＜（Ｖd ＋Ｖw ）
／Ｖd のときを示すもので、（Ａ）の場合に対しＶw ＝
Ｖs −Ｖo を小さくするため、可変交流電源５の電圧Ｖ
c を主変圧器６の出力電圧Ｖs と同極性に加えることに
より電圧Ｖo の変化を抑制することができる。（Ｄ）は
Ｖs ＝Ｖo のときを示すもので、Ｖs ＝Ｖo と制御する
ことによってＶd ＝Ｖw ＝０となり、Ｖo を一定に維持
できる。（Ｅ）はＶs ＜Ｖo のときを示すもので、Ｖc
（Ｖc ＞Ｖs ）の電圧をＶs と同極性に加えることによ
りＶd 、Ｖw の極性を（Ａ）の場合と反転させることが
できるため、Ｖo を一定値に維持できる。

【００１８】（ロ）第２実施例 図３は本発明の第２実施例を示すのである。可変交流電
源８は、端子ｔ３、ｔ２間の二次側出力電圧（一次側入
力電圧でもよい）を入力電圧とするインバータ電源９
と、インバータ１０により構成し、そのインバータ出力
電圧Ｖc が分路巻線３に印加されるようにしたもであ
る。インバータ１０のインバータ出力電圧Ｖc を連続的
に変化させることにより、負荷６への印加電圧Ｖo を連
続的に制御することができる。

【００１９】（ニ）第３実施例 図４は図３の構成に、互いに絶縁された一次巻線１１及
び二次巻線１２を有する補助変圧器１３を設け、一次巻
線１１がインバータ１０の出力電圧により印加され、二
次巻線１２の出力電圧を可変交流電圧Ｖc として分路巻
線３に印加するように構成してなる。この第３実施例に
よれば、補助変圧器１３の変成比分、単巻変圧器１の二
次側出力電圧の制御範囲を拡大することができる。

【００２０】（ホ）第４実施例 図５は図３の構成に、互いに絶縁された一次巻線１４及
び二次巻線１５を有する補助変圧器１６を設け、一次巻
線１４が単巻変圧器１の端子ｔ３、ｔ２間電圧により印
加され、二次巻線１５の出力電圧をインバータ用電源９
に入力電圧として供給するように構成したもので、第３
実施例と同様の効果が得られる。

【００２１】（ヘ）第５実施例 図６に示す第５実施例の交流電圧調整装置は第１及び第
２の単巻変圧器巻線１７、１８からなり、これら第１及
び第２の単巻変圧器巻線１７、１８間では、その巻線極
性が互いに反対極性となっており、夫々の分路巻線３、
３は直列巻線２と反対側の端子にて可変交流電源５を介
して直列に接続されている。一次側中性点端子ｔ０１
は、第１及び第２の単巻変圧器巻線１７、１８の夫々の
一次側入力端子ｔ１１，ｔ１２に対して共通の中性点を
なし、また、二次側中性点端子ｔ０２は、第１及び第２
の単巻変圧器巻線１７、１８の夫々の二次側出端子ｔ２
１，ｔ２２に対して共通の中性点をなし、中性点端子ｔ
０１とｔ０２も互いに共通である。こうして、単相３線
式の交流電圧調整装置が得られる。

【００２２】（ト）第６実施例 図７に示す第６実施例の交流電圧調整装置は、図３の構
成に、単巻変圧器１の一次側電圧Ｖs を検出する一次側
電圧検出部１９と負荷７への印加電圧（二次側電圧）を
検出する負荷側電圧検出部２０と出力電圧制御部２１と
を設けてなるものである。この交流電圧調整装置では、
出力電圧制御部２１が一次側電圧検出部１９からの検出
値Ｖs ´と負荷側電圧検出部２０からの検出値Ｖo ´と
に基づき、負荷７への印加電圧Ｖo が負荷電圧指令値
（Ｖo*）に等しくなるように、インバータ１０を制御、
したがってＶc を制御する。このようなＶo の制御が可
能であることは前記（２）式から理解される。

【００２３】このようにインバータを設けて電圧制御す
る構成では、インバータ１０が停止状態にある場合、イ
ンバータが出力する電圧Ｖc は不定となり、異常な電圧
が負荷に供給される可能性がある。また、インバータ１
０の出力電流がインバータの許容できる電流を超えよう
とした場合、インバータを停止しても出力電流が流れつ
づけるか、あるいはインバータの出力端子間に過大な電
圧が発生してインバータ１０を破損する恐れがある。

【００２４】そこで、インバータの出力端子間にスイッ
チ２２を設置し、インバータ不動作時や過電流発生時に
はスイッチ２２を閉路状態にすることで、前記（１）式
で求められる電圧、従って単巻変圧器単体の変成比で決
まる電圧を負荷７に供給しつつインバータ１０の破損を
回避するように構成している。このスイッチ２２は、無
励磁でオンする電磁接触器からなる。

【００２５】（チ）第７実施例 図８に示す実施例は、図７に示したスイッチ２２を図４
に示す実施例における補助変圧器１３の二次巻線１２の
端子間に接続した構成を示す。 （リ）第８実施例 図９は、図７の構成で使用するスイッチ２２として半導
体スイッチの一種である静電誘導形トランジスタ２３
Ａ、２３Ｂを逆並列に接続することにより構成したもの
であり、制御信号であるゲート信号が無の時に交流電流
を双方向に通電可能となるため、インバータの運転開始
時の無電圧時に制御信号の出力が不要となり、充電池等
のバックアップ電源が不要となる。

【００２６】また、万一インバータ１０が故障の際に
も、出力電圧制御部２１からの信号をオフするだけで、
スイッチ２２によりインバータ出力端子間を短絡でき、
負荷７には入力の交流電源電圧ＶS と変圧器１の巻線比
など変圧器単体特性に応じた電圧を供給することが可能
になる。さらに、半導体スイッチをスイッチ２２に適用
することで、電磁接触器よりも高速に開閉できるととも
にスイッチの寿命をのばすことができる。

【００２７】（ヌ）第９実施例 図１０（Ａ）に示すように、図７の構成にスイッチ２２
と直列に電流検出部２４を設け、その検出信号を出力電
圧制御部２１に与える構成を付加する。この構成におい
て、出力電圧制御部２１は電流検出信号を受けると、ス
イッチ２２を開路する際にインバータ１０を制御し、も
ってインバータ主回路内の実質抵抗がスイッチ２２の接
触抵抗よりも小さい値となるようなスイッチングパター
ンを形成させ、これによりスイッチ２２に流れる電流が
零になるようにする。

【００２８】この結果、スイッチ２２にかかる熱的スト
レスを低減できると共に、アークが生じないため、迅速
な開路動作を期待できる。したがって、スイッチ２２と
して自己消弧能力の無いスイッチ素子で構成することも
可能となる。

【００２９】（ル）第１０実施例 図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の実施例の変形例に相当
し、図７の構成に、単巻変圧器１の一次側及び二次側に
共通な接地ライン４中、スイッチ２２との接続点から一
次側に第１の電流検出部２５を、二次側に第２の電流検
出部２６を夫々設置し、その両検出電流の差を加算部２
７で演算し、この結果を出力電圧制御部２１に与える構
成を加えてなる。この出力電圧制御装置２１は、電流検
出部２５、２６で得られた検出値の差が零、またはそれ
に近い値となるように制御する。

【００３０】（オ）第１１実施例 図１１に示す構成は、図７の構成に負荷電力検出部２８
および負荷電力ー負荷電圧指令変換部２９を設けた構成
のものである。この構成によれば、負荷電力検出部２８
により検出された負荷７で消費される電力ＰL に応じ、
負荷電力ー負荷電圧変換部２９は負荷電力ＰL が大きく
なるほど負荷電圧Ｖo が小さくなるように負荷電圧指令
Ｖo*を変化させる。この負荷電圧指令Ｖo*を受けて出力
電圧制御部２１により負荷電圧Ｖo は負荷電圧指令Ｖo*
に等しくなるように制御される。負荷電圧Ｖo が下がる
と、蛍光燈や電灯などの照明装置や電熱機具などの負荷
装置で消費される電力が小さくなる。これにより、負荷
電力の最大量を減らすことができる。

【００３１】（ワ）第１２実施例 図１２は図７に記載の負荷電圧指令Ｖo*を作成する構成
を示す。負荷７が照明装置である場合、光センサ３０に
より検出された光量Ｖo に応じ、光量ー負荷電圧変換部
３１は光量ＶP が大きくなるほど負荷電圧Ｖo が小さく
なるように負荷電圧指令Ｖo*を変化させる。この負荷電
圧指令Ｖo*を受けて出力電圧制御部２１により負荷電圧
Ｖo は負荷電圧指令Ｖo*に等しくなるように制御され
る。これにより、交流電圧調整装置の負荷である照明装
置が発する光量と、交流電圧調整装置の出力によらない
太陽などから得られる光量との相互作用で決定される室
内等の光量の変動を低減することができるとともに、昼
間等で光量が十分にある場合における照明器具の消費電
力量を減らすことができる。

【００３２】（カ）第１３実施例 図１３は図７の構成中の負荷電圧指令Ｖo*を作成する構
成部分の他の例を示す。時計手段３２により刻まれる現
在時刻Ｔに対して、時刻ー負荷電圧指令変換部３３によ
り予め設定された時間帯と現在時刻Ｔを比較し、現在時
間帯に応じた負荷電圧指令Ｖo*を出力する。この負荷電
圧指令Ｖo*を受けて出力電圧制御部２１により負荷電圧
Ｖo は負荷電圧指令Ｖo*に等しくなるように制御され
る。これにより、時間帯に応じて適切な電圧を負荷に供
給でき、負荷で消費される不必要な電力を低減すること
などが可能になる。

【００３３】（ヨ）第１４実施例 本発明の全体的な配置構成の例を第１４実施例として図
１４（Ａ）を参照して説明する。受電の際には、高い電
圧から低い電圧に電圧変成するのに変圧器を使用する。
単巻変圧器１の一次側電源をなす主変圧器は、安価な理
由から油入変圧器が広く使用されている。主変圧器は通
常キュービクルに収納されるが、収納される機器はコン
パクト性が要求される。鉄心と巻線で構成される主変圧
器中身３４と交流電圧調整装置の単巻変圧器中身３５を
同一筐体３６に収納し、絶縁油などの絶縁、冷却媒体３
７により含侵させる。これらは図１４（Ｂ）のように単
巻変圧器中身３５にはブッシングなど外部端子ｔa を介
してインバータ用などの電力用電子回路装置３８が接続
され、前述のような電圧調整機能を果たす。

【００３４】一般に単巻変圧器は主変圧器の数％の容量
と小さいため、乾式タイプが使用され、大きなスペース
を占める。この実施例のように、単巻変圧器に主変圧器
と同じ絶縁及び冷却媒体を使用し、同一筐体内に収納す
ることにより、絶縁と冷却性能が向上でき、交流電圧調
整装置全体をコンパクトにできる。また、変圧器を一体
構造にすることにより、設置が容易に行なえる。さら
に、単巻変圧器は中身を露出させていないので、別置き
の乾式変圧器と比べて、騒音を低減できる。上記は油入
変圧器に適応する場合について述べたが、ＳＦ_６ ガス
絶縁変圧器など、他の絶縁、冷却媒体を用いた変圧器に
適応しても同様な効果が得られる。

【００３５】（タ）第１５実施例 電力用電子回路装置は近年各分野で適応されている。モ
ータドライブを行なうインバータはその代表的な存在で
ある。インバータはモータドライブを行なう観点から、
モータの寿命に合わせて基本設計されており、通常の寿
命は10年未満である。一方変圧器など受電システムに使
用される機器には数十年の寿命が期待されている。この
ように、本発明が適応される分野は受電システム分野で
あるので、本発明の交流電圧調整装置は市販されている
インバータと比べて、長い寿命が要求される。寿命は電
力用電子回路装置の部品の使用時の温度により大きく影
響を受ける。

【００３６】したがって、この種の電源装置では電力用
電子回路装置には極力他からの熱の侵入を抑制する必要
がある。本実施例では、図１５に示すように、電圧制御
用の単巻変圧器３５と電力用電子回路装置３９を同一の
筐体３６に収納し、電力用電子回路装置３９の素子及び
制御基板部分３７を筐体３６の外部で囲い、電力用電子
回路装置３９の放熱部３８と単巻変圧器３５からの熱放
射と熱対流を制御基板部分３７が受けないようにする。
これにより、主な熱の放出場所であるヒートシンクと単
巻変圧器３５からの熱の侵入による電力用電子回路装置
３９の素子及び制御基板部分３７の温度上昇を防ぎ、電
力用電子回路装置３９の寿命を延ばすことができる。

【００３７】（レ）第１６実施例 本発明の交流電圧調整装置の表示例について、以下説明
する。近年環境問題による省エネルギーの要求は全世
界、全人類の要求で有り、様々な取り組みが行われてお
り、世界中で、エネルギールギーの消費量を管理する動
きにある。このような時代の中で、各電力需要家が省エ
ネルギー量を、言い換えれば節電量を把握することは重
要なことである。節電量を把握していれば、季節、電源
電圧、天候などと節電量の関連性、設備を稼動するのに
必要な最低電力量、また照明、エアコンなど快適に過す
に必要な電力量から、節電の目標値をキープしつつ快適
で、最適な電力運用を図ることができる。

【００３８】図１６に示す回路構成では本発明による交
流電圧調整装置４０に開閉器を介して負荷７が接続され
る。この場合の消費電力は、例えば照明負荷であれば大
略電圧の２乗に比例する。本発明の交流電圧調整装置４
０を使用することにより節電される電力Ｐは以下の式で
表すことができる。

【００３９】Ｐ＝Ｐ0 ×（Ｖ0 ^２ ／Ｖ1 ^２ ）−１ Ｐ0 ：使用時の消費電力 Ｖ0 ：電源電圧 Ｖ1 ：負荷電圧、 Ｐ0 、Ｖ0 、Ｖ1 は交流電圧調整装置で容易に測定がで
きるので、節電量は計算回路を組むことにより求められ
る。上記の式は負荷の消費電力が２乗で比例する場合の
式であるが、ｎ乗で比例する負荷の場合には、（Ｖ0
^２ ／Ｖ1 ^２ ）を（Ｖ0 ^ｎ ／Ｖ1 ^ｎ ）に変更すれ
ば計算できる。この節電量を自装置、及び外部に出力
し、さらにはコンピュータ制御の入力として用いること
により、節電の目標値をキープしつつ、快適で最適な電
力運用を図ることができる。

【００４０】さて、負荷には様々なものが有り、モータ
負荷では電源電圧を少し変えても消費電力は余り変化し
ない。このように、負荷の種類により節電量は違ってく
る。図１６において、負荷７は開閉器４１により選択的
に接続される。この選択はコントローラ４２により行な
われており、コントローラ４２の信号情報を交流電圧調
整装置４０に取込み、稼動している負荷の情報を入力す
る。交流電圧調整装置４０は各負荷７の消費電力が何乗
で増加するかの情報を持っており、負荷情報と対比する
ことにより、全体としての節電量を算出できる。このよ
うに、異なる負荷を合わせて運転する場合に置いても、
容易に節電量が算出できる。

【００４１】（ソ）第１７実施例 他の節電量を算出する方法を図１７により説明する。図
１７において、負荷７は交流電圧調整装置４０により電
源が供給される。通常の使用状態に於いて負荷の変動が
ほとんどないことを確認後、負荷電圧を制御し、制御前
後の電力量の差から節電量を算出する。電圧の変更は照
明の明るさが急激に変化することにより人に悪影響を与
えないように、緩やかに変化させる。これらの算出には
わずかの時間しか必要とせず、一定時間毎に算出を行
い、算出した間の節電量は運転電圧、負荷電力及び前後
の算出した節電量より推定する。このように節電量は容
易に算定できる。

【００４２】本発明の交流電圧調整装置の状態表示につ
いて説明する。本装置を節電機能として使用する場合
は、前述のように電圧調整機能が故障しても、電源電圧
ＶS を負荷７に出力できる機能を有する。したがって、
電圧調整機能が故障した場合は節電はできないが負荷の
運転は故障前と全く変わらず続けることができる。一
方、電圧を制御する目的で本発明の交流電圧調整装置を
使用する場合は、不足電圧及び過電圧が負荷７に加わら
ないように、短時間に負荷の運転を中止する必要があ
る。

【００４３】本装置の電源電圧、電源電流、負荷電圧、
負荷電流及び、制御信号などの入力信号を基に、電圧調
整機能が故障している状態か、停止している状態を判別
し、装置または装置の周辺に取り付けたランプ、ブザー
などにより状態を報知する。これにより、本装置を節電
機能として使用する場合は、本装置が故障状態であって
も、元電源を切ることなく、交流電圧調整装置が故障し
ているのか又は停止しているのかを管理人が認知し、適
切に対処ができる。

【００４４】次に、制御機能が故障している状態か、停
止している状態を判別し、その判別結果信号を出力する
ことによりコンピュータなどの様々な管理制御システム
に情報を伝達する。本装置を過電圧、不足電圧の対策と
しての電圧制御機能に使用する場合、電力用電子回路装
置の短時間過負荷耐量からしばらくの間の過電圧及び不
足電圧の運転が可能である。本装置はこの過負荷耐量に
従って運転されるが、過負荷で運転しているので、決め
られた時間内に負荷を少なくし、本装置を保護する必要
がある。本装置の状態信号を外部出力し、管理制御シス
テムに情報を伝達することにより、管理制御システムが
負荷を少なくするなどの制御を行ない、効率よく本装置
と負荷を運用することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を得ることが
でいる。 ・出力電圧を連続的に制御できると共に、その電圧制御
のための可変交流電源がインバータにより構成されて
も、これが小容量でよいので安価となる交流電圧調整装
置を提供できる（請求項１，２，３，４）。 ・出力電圧を連続的に制御でき、且つ安価な単相三線式
交流電圧調整装置を提供できる（請求項５）。

【００４６】・出力電圧の設定値に対する変動が少ない
と共に、負荷が過電流状態になっても負荷電流を供給し
つつインバータの破損を回避することができる交流電圧
調整装置を提供できる（請求項６および請求項７）。 ・電源投入時にも出力が得られ、また回路の一部の故障
時にも最低限の出力が可能な交流電圧調節装置を提供で
きる（請求項８および請求項９）。 ・スイッチ手段にかかる熱的ストレスを低減できると共
にスイッチ手段を迅速に開路状態にでき、したがって、
自己消弧能力の無いスイッチ素子で構成することもでき
る（請求項１０）。

【００４７】・負荷で消費される電力が大きいほど負荷
電圧を下げるために、負荷で消費される電力の最大量を
減らすことができる（請求項１１）。 ・照明装置が負荷として接続された場合において、室内
などの光量に応じて負荷電圧を下げるために光量の変動
を低減できるとともに、照明装置での必要以上の電力の
消費を低減できる（請求項１２）。

【００４８】・時間帯に応じて適切な電圧を負荷に供給
でき、時間に応じて必要な電力量が変動する負荷では、
不必要な消費電力を低減できる（請求項１３）。 ・設置スペースを小さく、設置が簡単で、騒音の少ない
交流電圧調整装置を提供できる（請求項１４）。

【００４９】・電力用電子回路装置の寿命の長い交流電
圧調節装置の提供が可能とする（請求項１５）。 ・節電の目標値をキープしつつ、快適で最適な電力運用
が可能な交流電圧調節装置を提供できる（請求項１６，
１７，１８）。 ・故障状態を容易に表示することで適切な処置を取るこ
とを可能とし、効率よく本装置と負荷を運用することが
できるようになる（請求項１９，２０，２１）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例を示す回路図

【図２】 第１実施例を説明するための電圧表示グラフ

【図３】 第２実施例を示す回路図

【図４】 第３実施例を示す回路図

【図５】 第４実施例を示す回路図

【図６】 第５実施例を示す回路図

【図７】 第６実施例を示す回路図

【図８】 第７実施例を示す回路図

【図９】 第８実施例を示す回路図

【図１０】 （Ａ）は第９実施例を示す回路図、（Ｂ）
は第１０実施例を示す回路図

【図１１】 第１１実施例を示す回路図

【図１２】 第１２実施例を示すブロック図

【図１３】 第１３実施例を示すブロック図

【図１４】 （Ａ）は第１４実施例を示す配置図、
（Ｂ）は第１４実施例の配置説明図

【図１５】第１５実施例を示す配置図

【図１６】第１６実施例を示すブロック図

【図１７】第１７実施例を示すブロック図

【符号の説明】

１，１７，１８…単巻変圧器、２…分路巻線、３…直列
巻線、５…可変交流電源、６…主交流電源、７…負荷、
８…可変交流電源、９…インバ…タ電源、１０…インバ
…タ、１３，１６…補助変圧器、１７，１８…第１，第
２の単巻変圧器巻線、２０…負荷側電圧検出部、２１…
出力電圧制御部、２２…スイッチ（スイッチ手段）、２
４…電流検出部、２３Ａ，２３Ｂ…静電誘導形トランジ
スタ、２５…第１の電流検出部、２６…第２の電流検出
部、２８…負荷電力検出部、２９…負荷電力ー負荷電圧
指令変換部、３０…光センサ、３１…光量ー負荷電圧変
換部、３２…時計手段、３３…時刻ー負荷電圧指令変換
部、３４…主変圧器中身、３５…単巻変圧器中身、３６
…筐体、３７…制御基板部分、３８…放熱部、３９…電
力用電子回路装置、４０…交流電圧調整装置、４１…開
閉器、４２…コントロ…ラ。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列巻線及び分路巻線からなる単巻変圧
   器と、前記分路巻線に直列に介在された可変交流電源と
   からなり、この可変交流電源の出力電圧を変化させるこ
   とにより、単巻変圧器の変成電圧を変化させることを特
   徴とする交流電圧調整装置。
2. 【請求項２】 可変交流電源が単巻変圧器の入力電圧ま
   たは出力電圧を入力電源とするインバータによって構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の交流電圧
   調整装置。
3. 【請求項３】 可変交流電源が単巻変圧器の入力電圧
   または出力電圧を電源とするインバータと、互いに絶縁
   された一次巻線及び二次巻線を有する補助変圧器とから
   なり、この補助変圧器の一次巻線に前記インバータの出
   力が印加され二次巻線が単巻変圧器の分路巻線に直列に
   接続されてなる請求項１に記載の交流電圧調整装置。
4. 【請求項４】 互いに絶縁された一次巻線及び二次巻線
   を有する補助変圧器からなり、この補助変圧器の一次巻
   線に単巻変圧器の入力電圧または出力電圧が印加され、
   二次巻線の出力がインバータにその入力電圧として印加
   されることを特徴とする請求項２に記載の交流電圧調整
   装置。
5. 【請求項５】 巻線の極性が互いに反対となる第１及び
   第２の単巻変圧器巻線からなる変圧器と可変交流電源と
   からなものであって、前記各単巻変圧器巻線が直列巻線
   及び分路巻線からなり、両分路巻線が前記可変交流電源
   を介して直列に接続され、更に、各直列巻線の端子と各
   分路巻線の端子とに対して共通な中性点端子を有し、前
   記可変交流電源の電圧を変化することで、単巻変圧器の
   変成電圧を変化することを特徴とする単相三線式交流電
   圧調整装置。
6. 【請求項６】 インバータ出力端子間に可変交流電源を
   必要に応じて分路巻線から実質的に切り離すスイッチ手
   段を有することを特徴とする請求項２、３、または４の
   いずれかに記載の交流電圧調整装置。
7. 【請求項７】 補助変圧器の二次巻線の端子間に可変交
   流電源を必要に応じて分路巻線から実質的に切り離すス
   イッチ手段を有することを特徴とする請求項３に記載の
   交流電圧調整装置。
8. 【請求項８】 スイッチ手段が無励磁状態で閉路してい
   る電磁接触器であることを特徴とする請求項６または７
   に記載の交流電圧調整装置。
9. 【請求項９】 スイッチ手段がゲート信号が無の状態で
   オン状態を呈する半導体スイッチからなることを特徴と
   する請求項６または７に記載の交流電圧調整装置。
10. 【請求項１０】 前記インバータの出力端子間に接続さ
    れているスイッチに流れる電流の検出手段と、前記スイ
    ッチを開路する際にこの検出手段から検出信号を受けて
    前記スイッチに流れる電流がほぼ零となるようにインバ
    ータを制御するインバータ出力電圧制御部を備えたこと
    を特徴とする請求項６または７に記載の交流電圧調整装
    置。
11. 【請求項１１】 単巻変圧器の二次側に接続された負荷
    の電力を検出する電力検出部と、負荷電力が大きい場合
    に負荷に印加する二次側出力電圧を下げるようにインバ
    ータ出力電圧を制御するインバータ出力電圧制御部を備
    えたことを特徴とする請求項２、３、または４のいずれ
    かに記載の交流電圧調整装置。
12. 【請求項１２】 単巻変圧器の二次側に接続された照明
    負荷の光量を検出するための光センサと、検出された光
    量が多いほど負荷に印加する二次側出力電圧を下げるよ
    うにインバータ出力電圧を制御するインバータ出力電圧
    制御部を備えたことを特徴とする請求項２、３、また４
    のいずれかに記載の交流電圧調整装置。
13. 【請求項１３】 現在時刻を検知するための時計手段
    と、予め設定された時間帯に応じて単巻変圧器の二次側
    に接続された負荷へ印加する電圧を下げるようにインバ
    ータ出力電圧を制御するインバータ出力電圧制御部とを
    備えたことを特徴とする請求項２、３、または４のいず
    れかに記載の交流電圧調整装置。
14. 【請求項１４】 単巻変圧器が、その一次側に接続され
    る主変圧器と共に筐体に収納されていることを特徴とす
    請求項１に記載の交流電圧調整装置。
15. 【請求項１５】 単巻変圧器と電力用電子回路装置を同
    一の筐体に配置すると共に、この配置状態で前記電力用
    電子回路装置における電子素子及びその回路基板部分
    を、この電力用電子回路装置に有する放熱部と前記単巻
    変圧器からの対流熱に対して絶縁することを特徴とする
    請求項１に記載の交流電圧調整装置。
16. 【請求項１６】 電圧低減による省電力量を算出する機
    能を有していることを特徴とする請求項１に記載の交流
    電圧調整装置
17. 【請求項１７】 省電力量を単巻変圧器に接続された負
    荷の状態から算出ことを特徴とする請求項１６に記載の
    交流電圧調整装置。
18. 【請求項１８】 電圧制御停止時と作動時との電力量を
    比較し、その差から省電力量を算出ことを特徴とする請
    求項１６に記載の交流電圧調整装置。
19. 【請求項１９】 電圧調整機能が故障または停止してい
    る状態を報知する機能を有することを特徴とする請求項
    １に記載の交流電圧調整装置。
20. 【請求項２０】 状態の報知をランプ、ブザーなどの表
    示装置により行うことを特徴とする請求項１９に記載の
    交流電圧調整装置。
21. 【請求項２１】 状態報知信号を管理制御システムに出
    力することにより状態を表示することを特徴とする請求
    項１９に記載の交流電圧調整装置。