JPS63228924A - 瞬時電圧低下補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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２
２の２次巻線を直列に介挿し、この２次巻線は、これに
並列接続したスイッチ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２
９ａによって二乗し、得られた二乗電圧ｖ１を積分回路
２９ｂによっ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２
９ｃ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っている。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６０は第５図（Ｃ）のように、電圧検出回路２
９によっ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ッチ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
とえばフェーズロックループ（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によっ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の出力とキャリヤ信号（
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のスイッチング素子（図示し
ないがたとえばトランジスタなど）をスイッチングする
。

インバータ２６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
設けられるバッテリー２５からなるバックアップ用直流
電源が接続されており、この直流電圧をインバータ２６
内のスイッチング素子がタイミング制御回路３０ｄによ
りスイッ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によって正常電圧との偏差ｅ（実効値）
が検出され制御回路３０によってスイッチ２４がオフし
、同時にインバータ２６内のスイッチング素子がスイッ
チングされ、インバータ２６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によって、交流電源２１に加えられるため負荷２７
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
圧低下に対する応答に時間遅れが生じ、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２６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
に伴っ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っ
た電圧となり、良質な電力を供給することができない。

といった問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、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
補償に連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ッテリよりな
るバックアッ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
巻線間にはスイッチが並列接続されており、前記差電圧
がないときはスイッチをオンし、前記差電圧があるとき
にスイッ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。したがっ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ッチをオフする
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
の電圧低下に遠志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
のスイッチ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ッテリ５より構成するバックア
ップ用直流電源に、これを供給電源とする増幅器６を接
続し、この増幅器６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Ｖｓを入力として、このＶｌｌに位相同期した正弦波
の基準電圧ｙｒｓｆ（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Ｖｓを、他方の入力には基準電圧発生回路
９の出力電圧Ｖｒａｆを供給し、ここでこれらの差ΔＶ
　＝＝　ｖｒａｆ　−Ｖｓを比較演算し、△Ｖを出力す
る。そしてこの△Ｖは増幅器６の入力に供給されている
。

第２図は増幅器６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６図はスイッチ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、エミッタをそ
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Ｖｓを電圧
比にの電圧検出用変圧器８で検出し、この２次電圧Ｖ８
（−ＶＳ／′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、たとえば周知のフェーズロッ
クループ（ＰＬＬ）回路を使用することにより２次電圧
ｖ８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Ｖｒ６ｔ　Ｃｆ、！、電圧検出用変圧器の電圧比
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　ｘ　ｅ　ｆは比較演算回路１０で、２次電
圧ｖ８と比較され、差電圧△Ｖ＝＝　’１ｒｅｆ　　Ｖ
ｓを演算し出力する。

差電圧△Ｖは増幅器乙の入力端子に供給され、比較器６
ａにより、キャリア発生回路６ｂで発生した三角波キャ
リア（第４図（ロ）のａ参照）と比較して△Ｖが三角波
キャリアａより低いときにハイレベル０、高いときにロ
ウレベル０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６Ｃ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６ｄに与えるとともに否定回
路６ｅにも与えられる。

ドライブ回路６ｄは絶対値レベル弁別器６Ｃ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６
ｇの制御端子に供給する。

６ｇはパルス変調形のインバータでトランジスタ６ｈな
いし６にとダイオード６２〜６ｐ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ッテリ５で構成されるバックアップ
用直流電源の電圧をトランジスタ６ｈないし６にのスイ
ッ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６ｇにドライブ回路６ｄ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６ｈと６ｋが、またロウレベルのと
きトランジスタ６１と６ｊが導通しインバータ６ｇの出
力には交流のパルス出力（第４図に）のＣ参照）が得ら
れ、これを低域フィルタ６ｑに入力するとその出力に差
電圧△Ｖ（第４図に）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６ｅの出力は絶対値レベル弁別器６Ｃ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のペースに加えてこれ（４ｂ）を
逆バイアスしオフ状態にする。

また否定回路６ｅの出力は更に否定回路６ｆに加えられ
ているのでこの６ｆの出力は絶対値レベル弁別器６Ｃ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、低域フィルタ６ｑ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
ン状態になっ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をに＝１としＶｓ＝ｖｓ、　Ｖｒ
ｅｆ＝＝ｖｒｓｒ、　ΔＶ−△Ｖ　として表わしたもの
であり、以下Ｖｓ、　Ｖｒｅｆ、△Ｖ、ＶＬ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（６）の２点鎖線
Ｖｓ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（ｆ）の実線部参照）との差
電圧は同図（ロ）の△Ｖのようになる。またキャリア発
生回路６ｂの出力は同図（ロ）のａに示す三角波で、イ
ンバータ６ｇの出力からΔＶ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ΔＶとキャ
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６ｄによって△Ｖが有ると
きのみインバータ６ｇにドライブ信号が得られるのでイ
ンバータ６ｇの出力は同図に）のＣのようになる。この
波形を低域フィルタ６ｑを通して得られる波形は同図に
）の△Ｖのようになり基準電圧Ｖｒｅｆと電源１の電圧
Ｖｓ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Ｖｓに加算するため負荷電圧ＶＬは ＶＬ　＝　Ｖｓ十△Ｖ＝Ｖｓ十（Ｖｒｅｆ　−Ｖｓ　）
＝Ｖｒｅｆ となり基準電圧Ｖｒｅ　ｆ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
下の場合であったが交流電源の電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒ
ｅｆより上昇した場合は、その差電圧へ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Ｖｒ、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、が
っ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６にパルス幅変
調形インバータを使用した例、第６図はスイッチ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、６・・・増幅
器、４・・・スイッチ、５・・・バッテリ（バックアッ
プ用電源）、６・・・コンデンサ（バックアップ用電源
）、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)

1. 【特許請求の範囲】 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、 バックアップ用直流電源と、 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、前記バックアッ
   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ッチとよ
   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ッ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。