(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電圧源である三相電力系統Ａと、他の三相電力系統Ｂとに対し、上記三相電力系統Ａの第１相から第３相までを、Ａ用三相端子部の第１相用端子から第３相用端子にそれぞれ接続し、上記三相電力系統Ｂの第１相から第３相までを、Ｂ用三相端子部の第１相用端子から第３相用端子にそれぞれ接続し、三相の電圧−電流変換を行うことにより、上記三相電力系統Ａ・Ｂ間で電力を伝送するイミタンス変換器において、
上記Ａ用三相端子部の第１相用端子と第２相用端子との間、第２相用端子と第３相用端子との間および第３相用端子と第１相用端子との間に、同一のリアクトルおよびコンデンサを同一順序で直列にそれぞれ接続することで、Ａ用三相端子部の全端子を環状に接続し、
上記コンデンサの容量および上記リアクトルのインダクタンスを、上記三相交流電圧源の電源周波数と共振する値とし、
上記Ａ用三相端子部の全端子とそれらの間の上記コンデンサとリアクトルとの接続点からなる６個の点を考えるとき、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子よりそれぞれ３番目の位置にある上記接続点に上記Ｂ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子をそれぞれ接続することを特徴とするイミタンス変換器。
【請求項２】
上記Ａ用三相端子部の第１相用端子から第２相用端子に向かって、第２相用端子から第３相用端子に向かって、および、第３相用端子から第１相用端子に向かって、同一のリアクトルおよびコンデンサをこの順序で直列にそれぞれ接続することを特徴とする請求項１記載のイミタンス変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相の電圧−電流変換を行うことにより、二つの三相電力系統間で電力を伝送するイミタンス変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二つの三相電力系統間で電力を伝送する例として、図１１は、一定周波数の三相交流電圧↑Ｖa 、↑Ｖb 、↑Ｖc を有する一つの三相電力系統（電圧源）１０１と、同一周波数の三相交流電圧↑Ｖu 、↑Ｖv 、↑Ｖw を有する一つの三相電力系統（電圧源）１０２とを、三個の連系リアクトルＬで連系し、電力を伝送する様子を示している。↑Ｖa 、↑Ｖb 、↑Ｖc はそれぞれ、ａ相、ｂ相、ｃ相の電圧である。なお、ここでは、特に断りのない限り、矢印記号（↑）を付けることでベクトルを表すこととする。例えば↑Ｖa はベクトルＶa を表す。２つの三相電力系統１０１・１０２はどちらも電圧源であるため、直接接続することができない。そのため、このように、連系リアクトルＬを用いて電圧変化を吸収し、電圧位相の進んでいる系統から電圧位相の遅れている系統に電力を伝送する。
【０００３】
このとき、三相交流は平衡であるものとし、ａ相の電流↑Ｉa は、式（１）で表すことができる。ただし、電源角周波数ωは、電源周波数をｆとするとω＝２πｆであり、Ｌは、リアクトルのインダクタンスである。また、ｊは虚数単位である。
【０００４】
【数１】
0003640870.tif 000002
【０００５】
したがって、連系リアクトルＬでの電圧降下ωＬＩa が電圧Ｖa 、Ｖu より十分小さいとき、図１２から明らかなように、電流Ｉa の大きさの調整は、↑Ｖa 、↑Ｖu の位相差θを変化させることによって実現可能である。↑Ｖa 、↑Ｖu のうち、位相の進んでいる系統から電圧位相が遅れている系統に電力を供給する。
【０００６】
図１３は他の従来例であり、高周波電源１１１、４端子回路１１２、負荷１１３により電力供給装置１１０が構成されている。４端子回路１１２はイミタンス変換器を表している。以下、三相イミタンス変換器と区別するするために、図１３の構成を単相イミタンス変換器と称する。同図において、リアクトルＬ１、Ｌ２、コンデンサＣの配置は、単相イミタンス変換器の構成を示すものである。リアクトルＬ１、Ｌ２のインダクタンスＬ１、Ｌ２およびコンデンサＣの静電容量Ｃは、式（２）を満たすように選ばれる。ただし、Ｌ＝Ｌ１＝Ｌ２であり、ωはＶ1 の角周波数である。
【０００７】
【数２】
0003640870.tif 000003
【０００８】
式（２）が満たされるとき、図１３の電圧と電流との関係は、式（３）のような４端子定数の行列で表すことができる。
【０００９】
【数３】
0003640870.tif 000004
【００１０】
式（３）からも分かるように、イミタンス変換器は、４端子定数の行列の１行１列目、２行２列目の値がいずれも０であり、Ｖ1 とＩ2 とが比例関係にあり、Ｉ1 とＶ2 とが比例関係にある。したがって、入力側の電圧Ｖ1 が定電圧源で一定電圧であれば、出力側の電流Ｉ2 は一定、すなわち定電流出力となる。
【００１１】
図１４は他の従来例であり、同図に示すように、三相交流電圧源１２１および三相負荷１２２の間に３つの単相イミタンス変換器１２３・１２４・１２５を挿入して、三相交流電圧源１２１の三相の電圧源（系統）ｕ、ｖ、ｗを三相の電流源に変換し、三相の負荷（系統）ｕ’、ｖ’、ｗ’に供給する。この場合、三相イミタンス変換器１２６は、３個の単相イミタンス変換器１２３・１２４・１２５をＹ接続したものであり、入力・出力間で共通端子を持った単相イミタンス変換器で構成できる。この図の三相負荷１２２の代わりに、三相三端子Ｔu'、Ｔv'、Ｔw'に三相の電圧源ｕ、ｖ、ｗと同一周波数の他の三相交流電圧源を接続することもできる。また、式（３）が示すように、Ｉ2 はＶ1 より位相が９０度遅れ、Ｉ1 はＶ2 より位相が９０度遅れるので、力率１、すなわちＶ1 とＩ1 が同相であり、Ｖ2 とＩ2 とが同相であるためには、図１４の構成においては、三相の電圧源（系統）ｕ、ｖ、ｗと三相の負荷（系統）ｕ’、ｖ’、ｗ’とで電圧位相が９０度の位相差を持つことが必要である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１４の三相イミタンス変換器１２６は、単相イミタンス変換器３個をＹ接続したものであり、単相イミタンス変換器を三相イミタンス変換器に拡張することができ、三相の電圧−電流変換が可能であり、三相の系統連系を可能にする。しかし、図１４の三相イミタンス変換器１２６は、単に単相イミタンス変換器３個をＹ接続したものであるから、部品点数は単相イミタンス変換器１個分の３倍必要であり、部品点数が多くなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、三相のイミタンス変換器による電力伝送において、部品点数を減少させることができるイミタンス変換器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のイミタンス変換器は、三相交流電圧源である三相電力系統Ａと、他の三相電力系統Ｂとに対し、上記三相電力系統Ａの第１相から第３相までを、Ａ用三相端子部の第１相用端子から第３相用端子にそれぞれ接続し、上記三相電力系統Ｂの第１相から第３相までを、Ｂ用三相端子部の第１相用端子から第３相用端子にそれぞれ接続し、三相の電圧−電流変換を行うことにより、上記三相電力系統Ａ・Ｂ間で電力を伝送するイミタンス変換器において、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子と第２相用端子との間、第２相用端子と第３相用端子との間および第３相用端子と第１相用端子との間に、同一のリアクトルおよびコンデンサを同一順序で直列にそれぞれ接続することで、Ａ用三相端子部の全端子を環状に接続し、上記コンデンサの容量および上記リアクトルのインダクタンスを、上記三相交流電圧源の電源周波数と共振する値とし、上記Ａ用三相端子部の全端子とそれらの間の上記コンデンサとリアクトルとの接続点からなる６個の点を考えるとき、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子よりそれぞれ３番目の位置にある上記接続点に上記Ｂ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子をそれぞれ接続することを特徴としている。
【００１５】
上記の構成により、上記三相交流電圧源等の三相電力系統は、相順に従って、この環上の三相端子部の各端子に接続されることになり、三相の電力系統Ａ・Ｂ同士は、対応する端子が上記環状配置のそれぞれ対称な位置にあるようになる。すなわち、上記Ａ用三相端子部の全端子の相順に並んでいる回転方向と同じ回転方向に、上記各接続点に上記Ｂ用三相端子部の各端子を相順に接続することになる。
【００１６】
その結果、上記各三相端子部について接点方程式から、三相電力系統Ａ・Ｂ間（例えば三相交流電圧源と負荷との間）において、例えば電源電圧と負荷電流、また電源電流と負荷電圧が、それぞれ比例関係にあることになる。そのため、この構成にてイミタンス変換器としての条件が満たされることとなる。イミタンス変換器であるため、各電力系統の電流値が、他方の電力系統の電圧値のみで決まり、２つの電力系統の電圧同士の差に影響されないので、電力系統同士を安定に連系することができる。
【００１７】
したがって、従来のように、単相イミタンス変換器を複数個（三個）用いて電力伝送を行うのと異なり、相の個数にそれぞれ等しいリアクトルおよびコンデンサを備えた簡素な構成のみで、１個の三相用イミタンス変換器を実現でき、三相の電圧−電流変換を行うことができるので、好適に電力伝送を行うことができる。それゆえ、三相のイミタンス変換器による電力伝送において、部品点数を減少させることができる。
【００１８】
また、本発明のイミタンス変換器は、上記の構成に加えて、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子から第２相用端子に向かって、第２相用端子から第３相用端子に向かって、および、第３相用端子から第１相用端子に向かって、同一のリアクトルおよびコンデンサをこの順序で直列にそれぞれ接続することを特徴としている。
【００１９】
上記の構成により、同一のリアクトルおよびコンデンサをこの順序で直列にそれぞれ接続する。したがって、同一のリアクトルおよびコンデンサを、コンデンサ、リアクトルという順序で接続するのに比べて、リアクトルおよびコンデンサにかかる電圧が小さくなる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、それらの耐電圧が小さくて済むようになる。
【００２０】
なお、本発明のイミタンス変換器は、上記の構成に加えて、上記三相電力系統Ｂが、上記三相電力系統Ａと同一周波数の三相交流電圧源であり、上記三相電力系統Ｂの電圧値を、上記三相電力系統Ａの電圧と同相の状態から、上記三相電力系統Ａの電圧と逆相の状態に至るまで、連続的に変化させる電圧変化部を備えている構成とすることができる。
【００２１】
上記の構成により、負荷電圧等の三相電力系統Ｂの電圧値を、三相電力系統Ａの電圧と同相の状態から電源電圧と逆相の状態に至るまで、連続的に変化させる。したがって、例えば同相の状態（または逆相の状態）では上記三相電力系統Ａから上記三相電力系統Ｂへ電力が伝送される場合を考えれば、三相電力系統Ｂの電圧値をａ倍するとして、ａを徐々に減少させれば、上記三相電力系統Ｂへ伝送される電力が減少していき、ａが負になれば、すなわち、逆相の状態（または同相の状態）に変更されれば、電力伝送の方向が逆になり、上記三相電力系統Ｂから上記三相電力系統Ａへ電力が伝送される。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、負荷電圧等の三相電力系統Ｂの電圧値を、三相電力系統Ａの電圧と同相の状態から電源電圧と逆相の状態に至るまで、連続的に変化させるだけで、容易に、電力供給の方向を正反対にまで変化させることができ、より容易に、電力伝送を制御することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態においては、三相電圧源（三相電力系統Ａ）１１と三相負荷（三相電力系統Ｂ）１３との間に三相イミタンス変換器（イミタンス変換器）１２を設けた構成となっている。三相イミタンス変換器１２は、三相の電圧−電流変換を行うことにより、二つの三相電力系統間で電力を伝送する役割を持っている。
【００２４】
三相電圧源１１は、電圧↑Ｖ1a、↑Ｖ1b、↑Ｖ1cを有する多相（ここでは三相）交流電圧源であり、平衡多相交流電圧源である。平衡多相交流電圧源とは、同一電圧で順次一定の位相だけずれた複数の交流電圧より成り、通常、星形または環状に接続されている。すなわち、相数をＮ（ここでは３）とすると、各電圧の位相は３６０度／Ｎ（＝１２０度）ずつずれており、↑Ｖ1bは↑Ｖ1aより１２０度遅れ、↑Ｖ1cは↑Ｖ1bより１２０度遅れている。なお、矢印記号（↑）はベクトルを表す。
【００２５】
電源側Ａ用三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1c、リアクトルＬ、コンデンサＣ、負荷側Ｂ用三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cによって三相イミタンス変換器１２が構成されている。Ａ用三相端子部の端子としての電源側三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cの三つの端子間にそれぞれコイル等のリアクトルＬ、およびコンデンサＣをこの順序で直列に接続している。すなわち、電源側三相三端子Ｔ1aとＴ1bとの間には、Ｔ1aに近い側にリアクトルＬを、Ｔ1bに近い側にコンデンサＣをそれぞれ設けている。同様に、電源側三相三端子Ｔ1bとＴ1cとの間には、Ｔ1bに近い側にリアクトルＬを、Ｔ1cに近い側にコンデンサＣをそれぞれ設け、電源側三相三端子Ｔ1cとＴ1aとの間には、Ｔ1cに近い側にリアクトルＬを、Ｔ1aに近い側にコンデンサＣをそれぞれ設けている。
【００２６】
そして、各端子間のリアクトルＬとコンデンサＣとの接続点を、Ｂ用三相端子部の端子としての負荷側三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cとし、三相イミタンス変換器１２を構成している。Ｌ、Ｃの値は、三相電圧源１１の電源周波数で共振し、すでに述べた式（２）を満足するものとする。
【００２７】
このように、本実施の形態に係るイミタンス変換器は、Ｎを３以上の整数とするとき、第１相から第Ｎ相まで（ここでは第３相まで）を有し、多相交流電圧源である多相電力系統Ａ（三相電圧源１１）と、第１相から第Ｎ相までを有する他の多相電力系統Ｂ（三相負荷１３）とに対し、上記多相電力系統Ａの第１相から第Ｎ相までを、Ａ用多相端子部（電源側三相三端子）の第１相用端子から第Ｎ相用端子にそれぞれ接続し、上記多相電力系統Ｂの第１相から第Ｎ相までを、Ｂ用多相端子部（負荷側三相三端子）の第１相用端子から第Ｎ相用端子にそれぞれ接続し、多相の電圧−電流変換を行うことにより、上記多相電力系統Ａ・Ｂ間で電力を伝送するようになっている。
【００２８】
そして、この構成では、相数（ここでは３）をＮとすると、ｋを１以上（Ｎ−１）以下の整数とするとき、すべてのｋについて、上記Ａ用多相端子部の第ｋ相用端子と第（ｋ＋１）相用端子との間および第Ｎ（＝３）相用端子と第１相用端子との間に、同一のリアクトルおよびコンデンサを同一順序で直列にそれぞれ接続することで、Ａ用多相端子部の全端子を環状に接続している。すなわち、Ａ用多相端子部としての電源側三相三端子である第１相用端子Ｔ1aと第２相用端子Ｔ1bとの間、第２相用端子Ｔ1bと第３相用端子Ｔ1cとの間、第３相用端子Ｔ1cと第１相用端子Ｔ1aとの間に、同一のリアクトルおよびコンデンサをこの順で直列に接続している。また、上記コンデンサの容量および上記リアクトルのインダクタンスを、上記多相交流電圧源の電源周波数と共振する値としている。
【００２９】
そして、上記Ａ用三相端子部の全端子とそれらの間の上記コンデンサとリアクトルとの接続点からなる６個の点を考えるとき、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子よりそれぞれ相順の方向に数えて３番目の位置にある上記接続点に上記Ｂ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子をそれぞれ接続している。言い換えれば、上記Ａ用多相端子部の全端子とそれらの間の上記コンデンサとリアクトルとの全接続点との環状配置について、各端子と各接続点とを頂点とする正多角形（ここでは正六角形）を考えるとき、その正多角形の中心について上記Ａ用多相端子部の第ｍ相用端子（ｍは１以上Ｎ以下の整数）と対称の位置となる上記接続点に、上記Ｂ用多相端子部としての負荷側三相三端子である第ｍ相用端子を接続している。すなわち、上記Ａ用多相端子部の第１相用端子Ｔ1aと対称の位置となる接続点に、上記Ｂ用多相端子部の第１相用端子Ｔ2aを接続している。第２相用端子Ｔ1bとＴ2b、第３相用端子Ｔ1cとＴ2cについても同様である。すなわち、ｎを１以上Ｎ以下の整数とし、Ｎを相数（奇数）とする。本実施の形態においてはＮ＝３である。そして、Ａ用多相端子部の第ｎ相用端子から相順に沿って数えて、（Ｎ−１）／２番目すなわち第（ｎ＋（Ｎ−１）／２）相（Ｎを超えるときはＮを引く）の端子と、（Ｎ＋１）／２番目すなわち第（ｎ＋（Ｎ＋１）／２）相（Ｎを超えるときはＮを引く）の端子との間の接続点に、Ｂ用多相端子部の第ｎ相用端子を接続している。
【００３０】
これにより、上記多相交流電圧源等の多相電力系統は、相順に従って、この環上の多相端子部の各端子に接続されることになり、多相の電力系統Ａ・Ｂ同士は、対応する端子が上記環状接続のそれぞれ対称な位置にあるようになる。言い換えれば、上記Ａ用多相端子部の全端子の相順に並んでいる回転方向と同じ回転方向に、上記各接続点に上記Ｂ用多相端子部の各端子を相順に接続することになる。すなわち、上記電源側三相三端子の相順に並んでいる回転方向（図１では右回り）と同じ回転方向に、上記各接続点に負荷側三相三端子を相順に接続することになる。
【００３１】
また、本実施の形態では、ｋを１以上（Ｎ−１）以下（本実施の形態においてはＮ＝３）の整数とするとき、すべてのｋについて、上記Ａ用多相端子部の第ｋ相用端子と第（ｋ＋１）相用端子との間および第Ｎ相用端子と第１相用端子との間に、同一のリアクトルおよびコンデンサを、この順序で直列にそれぞれ接続している。すなわち、上記Ａ用多相端子部の第ｋ相用端子から第（ｋ＋１）相用端子に向かって、および、第Ｎ相用端子から第１相用端子に向かって、同一のリアクトルおよびコンデンサをこの順序で直列にそれぞれ接続している。つまり、第ｋ相用端子と第（ｋ＋１）相用端子との間では、第ｋ相用端子に近い側にリアクトルを、第（ｋ＋１）相用端子に近い側にコンデンサを設け、第Ｎ相用端子と第１相用端子との間では、第Ｎ相用端子に近い側にリアクトルを、第１相用端子に近い側にコンデンサを設けている。
【００３２】
電源側三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cを流れる入力電流をそれぞれ↑Ｉ1a、↑Ｉ1b、↑Ｉ1cとする。負荷側三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cを流れる出力電流をそれぞれ↑Ｉ2a、↑Ｉ2b、↑Ｉ2cとする。三相電圧源１１は、電圧↑Ｖ1a、↑Ｖ1b、↑Ｖ1cがそれぞれ電源側三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cに印加される。負荷側三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cに接続される、三相負荷１３の電圧を、それぞれ↑Ｖ2a、↑Ｖ2b、↑Ｖ2cとする。以下、平衡三相について考える。
【００３３】
このとき、端子Ｔ1aにおける接点方程式は、式（４）のように表される。ただし、電源角周波数ωは、電源周波数をｆとするとω＝２πｆであり、ｊは虚数単位である。
【００３４】
【数４】
0003640870.tif 000005
【００３５】
また、端子Ｔ2aにおける接点方程式は、式（５）のように表される。
【００３６】
【数５】
0003640870.tif 000006
【００３７】
ここで、１２０°回転子αは１の三乗根である複素数のひとつであって
α＝（√３・ｊ−１）／２
であるため、上記式（４）・式（５）より、入力電圧↑Ｖ1a、入力電流↑Ｉ1aと、出力電圧↑Ｖ2a、出力電流↑Ｉ2aとは、式（６）のような関係となる。なお、式はａ相のみについて示してあるが、ｂ相、ｃ相においても同様の関係が成立する。
【００３８】
【数６】
0003640870.tif 000007
【００３９】
式（６）において、式（７）に示すように電源周波数とＬＣ共振周波数とが一致するとき、式（８）が成り立つ。
【００４０】
【数７】
0003640870.tif 000008
【００４１】
【数８】
0003640870.tif 000009
【００４２】
したがって、４端子定数の行列の１行１列目、２行２列目の値がいずれも０であり、式（９）に示すように、Ｖ1 とＩ2 とが比例関係にあり、Ｉ1 とＶ2 とが比例関係にある。すなわち、図１のような構成でイミタンス変換器を実現できることが分かる。
【００４３】
【数９】
0003640870.tif 000010
【００４４】
式（９）から分かるように、入力電圧↑Ｖ1aと出力電流↑Ｉ2aとが比例し、出力電流↑Ｉ2aは出力電圧↑Ｖ2aとは無関係である。また、同様に、入力電流↑Ｉ1aと出力電圧↑Ｖ2aとが比例し、入力電流↑Ｉ1aは入力電圧↑Ｖ1aとは無関係である。
【００４５】
また、式（９）から分かるように、入力電圧↑Ｖ1aと出力電流↑Ｉ2aとは逆相の関係にある。同様に、入力電流↑Ｉ1aと出力電圧↑Ｖ2aとは逆相の関係にある。ｂ相、ｃ相においても同様の関係がある。図２（ａ）・（ｂ）にはこれらの関係をベクトル図で表している。
【００４６】
このように、三相電圧源１１の電圧↑Ｖ1a、↑Ｖ1b、↑Ｖ1cは、逆相の三相電流源の電流↑Ｉ2a、↑Ｉ2b、↑Ｉ2cへと変換され、一方、電源側三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cには、出力電圧↑Ｖ2a、↑Ｖ2b、↑Ｖ2cに比例した電源電流↑Ｉ1a、↑Ｉ1b、↑Ｉ1cが流れる。
【００４７】
このように、本発明のイミタンス変換器においては、三相の電圧源から、電圧源を含む三相負荷または電力系統に電力を供給する必要がある場合、例えばインバータで交流に変換した電力を三相の配電系統に逆供給する場合に、イミタンス変換器により三相電圧源を三相電流源に変換することで、負荷側の電圧に影響されずに電流を流すことを可能にし、安定に連系することができる。
【００４８】
図３に、別の構成例を示す。これは、図１の例と比べて、三相イミタンス変換器１２の代わりに、コンデンサＣとリアクトルＬとの順序を入れ替えた三相イミタンス変換器（イミタンス変換器）２２を用いたものである。Ａ用三相端子部の端子としての電源側三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cの三つの端子間にそれぞれコンデンサＣ、およびコイル等のインダクタによるリアクトルＬをこの順序で直列に接続している。すなわち、電源側三相三端子Ｔ1aとＴ1bとの間には、Ｔ1aに近い側にコンデンサＣを、Ｔ1bに近い側にリアクトルＬをそれぞれ設けている。同様に、電源側三相三端子Ｔ1bとＴ1cとの間には、Ｔ1bに近い側にコンデンサＣを、Ｔ1cに近い側にリアクトルＬをそれぞれ設け、電源側三相三端子Ｔ1cとＴ1aとの間には、Ｔ1cに近い側にコンデンサＣを、Ｔ1aに近い側にリアクトルＬをそれぞれ設けている。これは、電圧源の相順序を入れ替えたものと考えることもできる。その作用は、上述の式（４）・式（５）において↑Ｖ1bと↑Ｖ1c、↑Ｖ2bと↑Ｖ2cをそれぞれ入れ替えたこととなり、その結果、式（１０）のようになり、式（１０）より式（１１）が得られる。
【００４９】
【数１０】
0003640870.tif 000011
【００５０】
【数１１】
0003640870.tif 000012
【００５１】
式（１１）から分かるように、電圧と電流とは、図１の場合と同様の比例関係を有している。ただし、入力電圧と出力電流、入力電流と出力電圧とがそれぞれ同相となることが分かる。三相ベクトル図で表すと図４（ａ）・（ｂ）となる。本実施の形態では、このように、同相や逆相でも力率１の電力伝送が可能である。
【００５２】
なお、同じ電源電圧、同じ負荷電圧の大きさに対して、図３の三相イミタンス変換器２２では、コンデンサＣおよびリアクトルＬに掛かる電圧は、図１の三相イミタンス変換器１２よりも大きくなる。すなわち、図１の構成についての電圧の三相ベクトル図である図２（ａ）と、図３の構成についての電圧の三相ベクトル図である図４（ａ）とを比較する。このとき、例えば、図１における端子Ｔ1a・Ｔ2c間のリアクトルＬにかかる電圧は↑Ｖ1a−↑Ｖ2cであり、端子Ｔ1a・Ｔ2b間のコンデンサＣにかかる電圧は↑Ｖ1a−↑Ｖ2bである。一方、図３における端子Ｔ1a・Ｔ2b間のリアクトルＬにかかる電圧は↑Ｖ1a−↑Ｖ2bであり、端子Ｔ1a・Ｔ2c間のコンデンサＣにかかる電圧は↑Ｖ1a−↑Ｖ2cである。これらはすべてベクトル計算であり、図２（ａ）と図４（ａ）とでそれぞれこれら電圧ベクトルの差を求めて比較すると、すでに述べたように図２（ａ）では電源側と負荷側とで電圧の極性が逆であり、そのため↑Ｖ1aと↑Ｖ2bや↑Ｖ2cとのなす角が６０度であるのに対し、図４（ａ）では電源側と負荷側とで電圧の極性が同一であり、そのため↑Ｖ1aと↑Ｖ2bや↑Ｖ2cとのなす角が１２０度であるため、図２（ａ）のほうが図４（ａ）よりも計算結果が小さくなることがわかる。他の素子についても同様である。そのため、同じ電源電圧、同じ負荷電圧の大きさに対して、図１の構成では、図３の構成と比べて、コンデンサＣおよびリアクトルＬに掛かる電圧が小さいので、それらの耐電圧が小さくて済むようになる。
【００５３】
このように、本実施の形態においては、上記各三相端子部について接点方程式から、三相電力系統Ａ・Ｂ間（例えば三相交流電圧源と負荷との間）に式（８）・（９）、あるいは後述の式（１０）・（１１）が成立し、例えば電源電圧と負荷電流、また電源電流と負荷電圧が、それぞれ比例関係にあることになる。そのため、この構成にてイミタンス変換器としての条件が満たされることとなる。イミタンス変換器であるため、各電力系統の電流値が、他方の電力系統の電圧値のみで決まり、２つの電力系統の電圧同士の差に影響されないので、電力系統同士を安定に連系することができる。
【００５４】
したがって、従来のように、単相イミタンス変換器を複数個用いて電力伝送を行うのと異なり、相の個数にそれぞれ等しいリアクトルおよびコンデンサを備えた簡素な構成のみで、１個の三相用イミタンス変換器を実現でき、三相の電圧−電流変換を行うことができるので、好適に電力伝送を行うことができる。それゆえ、三相のイミタンス変換器による電力伝送において、部品点数を減少させることができる。
【００５５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図５ないし図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態の図面に示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態においては、三相負荷１３の代わりに三相電圧源（三相電力系統Ｂ）３３を接続した点が図１の構成と異なる。すなわち、三相電圧源１１と三相イミタンス変換器１２とは図１の構成と同じである。三相電圧源３３は、三相電圧源１１と同一周波数の三相起電力を発生させている。ここで、三相起電力とは、系統電圧、三相交流電動機、三相正弦波インバータ等を代表している。
【００５７】
三相電圧源３３は、三相電圧源１１同様、電圧↑Ｖ2a、↑Ｖ2b、↑Ｖ2cを有する多相（ここでは三相）交流電圧源である。すなわち、相数をＮ（ここでは３）とすると、各電源部の電圧の位相は３６０度／Ｎ（＝１２０度）ずつずれており、↑Ｖ2bは↑Ｖ2aより１２０度遅れ、↑Ｖ2cは↑Ｖ2bより１２０度遅れている。また、本実施の形態においては、三相電圧源３３の第１相である↑Ｖ2aの位相は、あらかじめ、三相電圧源１１の第１相である↑Ｖ1aの位相とのずれが１８０度（逆相）となるように設定されている。また、後述のように調整した場合においては、０（一致、同相）となるように設定される。
【００５８】
ここで、負荷電流は、出力電流、すなわち三相電圧源３３の電流↑Ｉ2a、↑Ｉ2b、↑Ｉ2cである。電源電圧は、入力電圧、すなわち三相電圧源１１の電圧↑Ｖ1a、↑Ｖ1b、↑Ｖ1cである。電源電流は、入力電流、すなわち三相電圧源１１の電流↑Ｉ1a、↑Ｉ1b、↑Ｉ1cである。負荷起電力である負荷電圧は、出力電圧、すなわち三相電圧源３３の電圧↑Ｖ2a、↑Ｖ2b、↑Ｖ2cである。
【００５９】
電圧と電流との関係は、上述の式（８）や式（９）で表される。すなわち、負荷電流は電源電圧で決まり、電源電流は負荷電圧で決まり、電圧と電流とは、図１の場合と同様の比例関係を有している。そして、上述の式（８）や式（９）で表されるように、電源電圧と負荷電流、電源電流と負荷電圧とがそれぞれ逆相となる。また、電源電圧と負荷電圧とが逆相の関係にあるときは、ベクトルは電力供給となり、電力は電源（三相電圧源１１）から負荷（三相電圧源３３）へ供給される。
【００６０】
つまり、電源電圧が一定の場合を考えると、負荷電流は、負荷電圧とは無関係に、電源電圧の大きさに比例した一定値となり、負荷に供給される電力は負荷起電力（負荷電圧）の大きさに比例する。また、電源電流は、負荷電圧に比例する。また、式（９）から
−Ｚ0 ＝↑Ｖ1a／↑Ｉ2a＝↑Ｖ2a／↑Ｉ1a
より
↑Ｖ1a・↑Ｉ1a＝↑Ｖ2a・↑Ｉ2a（＝Ｐとする）
となり、電源の供給電力は負荷電力に等しいことがわかる。このように、イミタンス変換器の電流は、従来の連系リアクトルにて式（１）のように電圧差で決まるのではなく、他の三相端子の電圧のみで決まるので、系統は安定に連系できる。三相電圧源３３として、三相誘導電動機をこの三相イミタンス変換器１２を介して三相電圧源１１に接続すれば、三相誘導電動機は定電流駆動され、トルクとスリップとの関係が線形化される。
【００６１】
また、上述の式（８）や式（９）において、上述のように、電源電圧と負荷電圧とが逆相の関係にあるときは、ベクトルは電力供給となり、電力は電源（三相電圧源１１）から負荷（三相電圧源３３）へ供給される。三相ベクトル図で表すと図６（ａ）（ｂ）となる。すなわち、負荷電圧（例えば↑Ｖ2a）の極性が電源電圧（例えば↑Ｖ1a）と逆相であると、式（９）からわかるように、↑Ｖ1aと↑Ｉ1aとが互いに同相で、↑Ｖ2aと↑Ｉ2aとがそれらと逆相となる。したがって、上記Ｐ、すなわち電源の供給電力や負荷電力が正となる。このように、負荷電圧が電源電圧と逆相であると、電源電流の方向は負荷電圧の極性で決まる（逆相）ので電源電流は電源電圧とは同相になる。負荷電流の方向は変わらないので負荷電流は負荷電圧とは同相となる。したがって、電源（三相電圧源１１）は、供給電力が正であり、電力を供給し、負荷（三相電圧源３３）は電力が正であるため電力を消費する。すなわち、電力は電源側から負荷側へ供給される。
【００６２】
ここで、負荷電圧を変化させる手段を設けることで、三相イミタンス変換器１２を通じて伝達される電力を変化させることができる。このような電圧の大きさを変化させる手段は、従来の連系リアクトルのように位相を変化させる手段と比べて、より容易に実現できる。
【００６３】
このような手段により、電源電圧と負荷電圧とが同相の関係になると、ベクトルは電力回生となり、電力は負荷（三相電圧源３３）から電源（三相電圧源１１）へ回生される。三相ベクトル図で表すと図７（ａ）（ｂ）となる。すなわち、負荷電圧（例えば↑Ｖ2a）の極性が電源電圧（例えば↑Ｖ1a）と同相になると、式（９）からわかるように、↑Ｖ1aと↑Ｖ2aとが互いに同相で、↑Ｉ1aと↑Ｉ2aとがそれらと逆相となる。したがって、上記Ｐ、すなわち電源の供給電力や負荷電力が負となる。このように、図５の構成において、負荷電圧の極性が反転して電源電圧と同相となると、電源電流の方向は負荷電圧の極性で決まる（逆相）ので電源電流は電源電圧とは逆相になる。負荷電流の方向は変わらないので負荷電流は負荷電圧とは逆相となる。したがって、電源（三相電圧源１１）は、供給電力が負であり、電力を吸収し、負荷（三相電圧源３３）は電力が負になるため電力を放出する。すなわち、電力は負荷側から電源側へ回生される。
【００６４】
このように、負荷電圧の値、すなわち振幅を、正から負まで、そして電源電圧と同相の状態から電源電圧と逆相の状態に至るまで、連続的に変化させることにより、それだけで、容易に、三相イミタンス変換器１２を通過する電力の方向、すなわち電力供給の方向を連続的に正反対にまで変化させることができ、より容易に、電力伝送を制御することができる。
【００６５】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図８ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態の図面に示した部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付記してその説明を省略する。
【００６６】
図８に示すように、本実施の形態においては、図１の三相イミタンス変換器１２の代わりに図３と同様の三相イミタンス変換器２２を用い、三相負荷１３の代わりに図５と同様の三相電圧源（三相電力系統Ｂ）３３を接続した点が図１の構成と異なる。三相電圧源３３は、三相電圧源１１と同一周波数の三相起電力を発生させている。
【００６７】
三相電圧源３３は、三相電圧源１１同様、電圧↑Ｖ2a、↑Ｖ2b、↑Ｖ2cを有する多相（ここでは三相）交流電圧源である。すなわち、相数をＮ（ここでは３）とすると、各電源部の電圧の位相は３６０度／Ｎ（＝１２０度）ずつずれており、↑Ｖ2bは↑Ｖ2aより１２０度遅れ、↑Ｖ2cは↑Ｖ2bより１２０度遅れている。また、本実施の形態においては、三相電圧源３３の第１相である↑Ｖ2aの位相は、あらかじめ、三相電圧源１１の第１相である↑Ｖ1aの位相とのずれが０（一致、同相）となるように設定されている。また、後述のように調整した場合においては、１８０度（逆相）となるように設定される。
【００６８】
電圧と電流との関係は、上述の式（１０）や式（１１）で表される。すなわち、負荷電流は電源電圧で決まり、電源電流は負荷電圧で決まり、電圧と電流とは、図３の場合と同様の比例関係を有している。そして、上述の式（１０）や式（１１）で表されるように、電源電圧と負荷電流、電源電流と負荷電圧とがそれぞれ同相となる。また、電源電圧と負荷電圧とが同相の関係にあるときは、ベクトルは電力供給となり、電力は電源（三相電圧源１１）から負荷（三相電圧源３３）へ供給される。
【００６９】
つまり、電源電圧が一定の場合を考えると、負荷電流は、負荷電圧とは無関係に、電源電圧の大きさに比例した一定値となり、負荷に供給される電力は負荷起電力（負荷電圧）の大きさに比例する。また、電源電流は、負荷電圧に比例する。また、式（１１）から
Ｚ0 ＝↑Ｖ1a／↑Ｉ2a＝↑Ｖ2a／↑Ｉ1a
より
↑Ｖ1a・↑Ｉ1a＝↑Ｖ2a・↑Ｉ2a（＝Ｐとする）
となり、電源の供給電力は負荷電力に等しいことがわかる。このように、イミタンス変換器の電流は、従来の連系リアクトルにて式（１）のように電圧差で決まるのではなく、他の三相端子の電圧のみで決まるので、系統は安定に連系できる。
【００７０】
なお、同じ電源電圧、同じ負荷電圧の大きさに対して、図８の三相イミタンス変換器２２では、コンデンサＣおよびリアクトルＬに掛かる電圧は、図１や図５の三相イミタンス変換器１２よりも大きくなる。
【００７１】
また、上述の式（１０）や式（１１）において、上述のように、電源電圧と負荷電圧とが同相の関係にあるときは、ベクトルは電力供給となり、電力は電源（三相電圧源１１）から負荷（三相電圧源３３）へ供給される。三相ベクトル図で表すと図９（ａ）（ｂ）となる。
【００７２】
ここで、図５の場合同様、負荷電圧を変化させる手段を設けることで、三相イミタンス変換器２２を通じて伝達される電力を変化させることができる。このような電圧の大きさを変化させる手段は、従来の連系リアクトルのように位相を変化させる手段と比べて、より容易に実現できる。
【００７３】
このような手段により、電源電圧と負荷電圧とが逆相の関係になると、ベクトルは電力回生となり、電力は負荷（三相電圧源３３）から電源（三相電圧源１１）へ回生される。三相ベクトル図で表すと図１０（ａ）（ｂ）となる。すなわち、負荷電圧（例えば↑Ｖ2a）の極性が電源電圧（例えば↑Ｖ1a）と逆相になると、式（１１）からわかるように、↑Ｖ1aと↑Ｉ2aとが互いに同相で、↑Ｖ2aと↑Ｉ1aとがそれらと逆相となる。したがって、上記Ｐ、すなわち電源の供給電力や負荷電力が負となる。このように、図８の構成において、負荷電圧の極性が反転して電源電圧と逆相となると、電源電流の方向は負荷電圧の極性で決まる（同相）ので電源電流は電源電圧とは逆相になる。負荷電流の方向は変わらないので負荷電流は負荷電圧とは逆相となる。したがって、電源（三相電圧源１１）は、供給電力が負であり、電力を吸収し、負荷（三相電圧源３３）は電力が負になるため電力を放出する。すなわち、電力は負荷側から電源側へ回生される。
【００７４】
このように、負荷電圧の値、すなわち振幅を、正から負まで、そして電源電圧と同相の状態から電源電圧と逆相の状態に至るまで、連続的に変化させることにより、それだけで、容易に、三相イミタンス変換器２２を通過する電力の方向、すなわち電力供給の方向を連続的に正反対にまで変化させることができ、より容易に、電力伝送を制御することができる。
【００７５】
なお、２つの電力系統を三相イミタンス変換器で連系する際、一方の端子に接続された系統を電源と称し、他方の端子に接続された系統を負荷と称しているが、図５の構成、および図８の構成において、電力回生の状態は、電源と負荷とが入れ替わった状態である。
【００７６】
三相イミタンス変換器の電力伝送の流れを逆にする他の方法として、電源側三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cと負荷側三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cとを交換することでも実現できる。つまり、Ｔ1aに接続している電源をＴ2aに接続し、Ｔ2aに接続している電源をＴ1aに接続し、Ｔ1b、Ｔ1c、Ｔ2b、Ｔ2cも同様に交換するということである。
【００７７】
さらに、三相イミタンス変換器の電力伝送の流れを逆にする他の方法として、相順序を逆にすること、すなわち、Ｔ1bとＴ1cとを互いに交換し、同時にＴ2bとＴ2cとを互いに交換することでも実現できる。つまり、三相イミタンス変換器２２の全端子を頂点とする正多角形（ここでは正六角形）を考えたとき、電源側三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cは、右回りに並んでおり、負荷側三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cもそれに合わせて右回りに並んでいる。そこで、三相イミタンス変換器の電力伝送の流れを逆にするには、これらをいずれも左回りにすればよい。
【００７８】
なお、本発明に係る三相イミタンス変換器は、一方の三相三端子の３つの相間にそれぞれ同一のリアクトルおよびコンデンサを直列に接続し、各相間のコンデンサとリアクトルとの接続点を他方の三相三端子とし、一方の三相三端子に三相交流電源を接続し、他方の三相三端子に三相負荷を接続し、リアクトルおよびコンデンサを電源周波数と共振する値とし、電源電圧と負荷電流、また、電源電流と負荷電圧が、それぞれ比例関係にあるように構成してもよい。
【００７９】
また、本発明に係る三相イミタンス変換器は、一方の三相三端子の３つの相間にそれぞれ同一のリアクトルおよびコンデンサを直列に接続し、各相間のコンデンサとリアクトルとの接続点を他方の三相三端子とし、一方の三相三端子に三相交流電源Ａを接続し、他方の三相三端子に同一周波数の他の三相交流電源Ｂを接続し、リアクトルおよびコンデンサを電源周波数と共振する値とし、三相交流電源Ａの電圧と三相交流電源Ｂに流れる電流、また、三相交流電源Ａに流れる電流と三相交流電源Ｂの電圧が、それぞれ比例関係にあるように構成してもよい。
【００８０】
また、本発明に係る三相イミタンス変換器は、一方の三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cの３つの相間にそれぞれ同一のリアクトルおよびコンデンサを直列に接続し、各相間bc、ca、abのコンデンサとリアクトルとの接続点を他方の三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cとし、一方の三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cに一定周波数の三相交流電源Ａを接続し、他方の三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cに同一周波数の他の三相交流電源Ｂを接続し、リアクトルおよびコンデンサを電源周波数と共振する値とし、三相交流電源Ａの電圧と三相交流電源Ｂに流れる電流、また、三相交流電源Ａに流れる電流と三相交流電源Ｂの電圧が、それぞれ比例関係にあるようにし、さらに、一方の三相三端子Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1cの相電圧の極性と他方の三相三端子Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2cの相電圧の極性と同相または逆相とすることで、電力の流れを順方向または逆方向とするように構成してもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のイミタンス変換器は、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子と第２相用端子との間、第２相用端子と第３相用端子との間および第３相用端子と第１相用端子との間に、同一のリアクトルおよびコンデンサを同一順序で直列にそれぞれ接続することで、Ａ用三相端子部の全端子を環状に接続し、上記コンデンサの容量および上記リアクトルのインダクタンスを、上記三相交流電圧源の電源周波数と共振する値とし、上記Ａ用三相端子部の全端子とそれらの間の上記コンデンサとリアクトルとの接続点からなる６個の点を考えるとき、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子よりそれぞれ３番目の位置にある上記接続点に上記Ｂ用三相端子部の第１相用端子、第２相用端子、第３相用端子をそれぞれ接続する構成である。
【００８２】
これにより、従来のように、単相イミタンス変換器を複数個用いて電力伝送を行うのと異なり、相の個数にそれぞれ等しいリアクトルおよびコンデンサを備えた簡素な構成のみで、１個の三相用イミタンス変換器を実現でき、三相の電圧−電流変換を行うことができるので、好適に電力伝送を行うことができる。それゆえ、三相のイミタンス変換器による電力伝送において、部品点数を減少させることができるという効果を奏する。
【００８３】
また、本発明のイミタンス変換器は、上記の構成に加えて、上記Ａ用三相端子部の第１相用端子から第２相用端子に向かって、第２相用端子から第３相用端子に向かって、および、第３相用端子から第１相用端子に向かって、同一のリアクトルおよびコンデンサをこの順序で直列にそれぞれ接続する構成である。
【００８４】
これにより、同一のリアクトルおよびコンデンサをこの順序で直列にそれぞれ接続する。したがって、同一のリアクトルおよびコンデンサを、コンデンサ、リアクトルという順序で接続するのに比べて、リアクトルおよびコンデンサにかかる電圧が小さくなる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、それらの耐電圧が小さくて済むようになるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイミタンス変換器の一構成例を示す回路図である。
【図２】（ａ）は、図１の回路における各電圧ベクトルの関係を示す説明図、（ｂ）は、図１の回路における各電流ベクトルの関係を示す説明図である。
【図３】本発明に係るイミタンス変換器の他の構成例を示す回路図である。
【図４】（ａ）は、図３の回路における各電圧ベクトルの関係を示す説明図、（ｂ）は、図３の回路における各電流ベクトルの関係を示す説明図である。
【図５】本発明に係るイミタンス変換器の他の構成例を示す回路図である。
【図６】（ａ）は、図５の回路の電力供給時における電圧のベクトル図、（ｂ）は、図５の回路の電力供給時における電流のベクトル図である。
【図７】（ａ）は、図５の回路の電力回生時における電圧のベクトル図、（ｂ）は、図５の回路の電力回生時における電流のベクトル図である。
【図８】本発明に係るイミタンス変換器の他の構成例を示す回路図である。
【図９】（ａ）は、図８の回路の電力供給時における電圧のベクトル図、（ｂ）は、図８の回路の電力供給時における電流のベクトル図である。
【図１０】（ａ）は、図８の回路の電力回生時における電圧のベクトル図、（ｂ）は、図８の回路の電力回生時における電流のベクトル図である。
【図１１】従来の連系リアクトルを用いた系統連系例を示す回路図である。
【図１２】従来の系統連系における電圧と電流との関係をベクトルで表した説明図である。
【図１３】従来の単相イミタンス変換器の構成例を示す回路図である。
【図１４】従来の単相イミタンス変換器３個を用いた系統連系例を示す回路図である。
【符号の説明】
１１    三相電圧源（三相電力系統Ａ）
１２    三相イミタンス変換器（イミタンス変換器）
１３    三相負荷（三相電力系統Ｂ）
２２    三相イミタンス変換器（イミタンス変換器）
３３    三相電圧源（三相電力系統Ｂ）
Ｔ1a、Ｔ1b、Ｔ1c    電源側三相三端子（Ａ用三相端子部）
Ｔ2a、Ｔ2b、Ｔ2c    負荷側三相三端子（Ｂ用三相端子部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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