(57)【要約】  負荷に供給される電圧を制御するための装置であって、各相毎に１次および２次巻線を有し、各２次側が入力ラインと負荷に接続された出力との間に直列接続された多相変圧器を備え、２次側の電圧の位相が、それに接続されたラインとは０から１８０度異なる位相となるように、１次側をスイッチによって構成可能である。【選択図】図７，９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に供給される電圧を制御するための装置であって、
各相毎に１次および２次巻線を有し、各２次側が入力ラインと負荷に接続された出力との間に直列接続された多相変圧器
を備え、
２次側の電圧の位相が、それに接続されたラインとは０から１８０度異なる位相となるように、１次側をスイッチによって構成可能である、
装置。
【請求項２】
スイッチは、
種々の１次側が、
（ａ）その２次側が接続された入力位相と別の入力位相との間、
（ｂ）その２次側が接続された入力位相と中性点または仮想中性点との間、
（ｃ）その２次側が接続された入力位相とは異なる２つの位相間、および
（ｄ）その２次側が接続された入力位相とは異なる位相と中性点または仮想中性点との間
に接続されて成る少なくとも１つの構成を含む、複数の構成の２つ以上で１次側が選択的に接続されるように、１次側の各々の入力を切り替えるべく切替え可能な複数のスイッチ
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
複数のスイッチは、（ｅ）１次側を短絡することも可能である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
（ｅ）の場合、それぞれの２次側も短絡される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
１次側および２次側は、出力の電圧が（ａ）から（ｄ）の各々の場合のライン電圧より低くなるように構成される、請求項２〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
複数のスイッチは、１次側が（ａ）から（ｄ）のうちの２つ以上の間で選択的に接続可能であるように、１次側の各々の入力を切り替えるべく切替え可能である、請求項２〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
複数のスイッチは、１次側が（ａ）から（ｄ）のうちの３つ以上の間で選択的に接続可能であるように、１次側の各々の入力を切り替えるべく切替え可能である、請求項２〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
（ａ）から（ｄ）の切替えは、変圧器の１次側に対してのみ行なわれる、請求項２〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
（ａ）から（ｄ）のいずれかの間の切替えのために、入力と負荷との間のラインの切替えが必要ない、請求項２〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
スイッチの少なくとも１つの構成の場合、出力の電圧はライン電圧より高い、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
スイッチは、結線の少なくとも１つの極性を反転させることができる、請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
多相変圧器は３相変圧器であり、入力は３相電圧源である、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
１次巻線はライン入力の両端に直接接続され、２次巻線は、並列接続の負荷側のラインに直列接続される、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
２次巻線はライン入力と直列に接続され、１次巻線は２次巻線の負荷側のラインに並列に接続される、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
２次巻線はライン入力と直列に接続され、各１次側の一端は２次巻線のライン側に接続され、１次巻線の他端は２次巻線の負荷側に接続される、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
負荷への電圧を変動させる方法であって、
請求項１〜１５のいずれかに記載の装置を多相入力と負荷との間に接続するステップと、
２次側の異なる電圧に対応する異なる構成の間で１次側を順次切り替えることによって、出力電圧を少なくとも１段変動させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
出力電圧はより低い電圧からより高い電圧に段階的に変動する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
負荷の特性が測定され、特性が所与の規準に達したときに、電圧の上昇は停止される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
負荷は誘導モータである、請求項１６〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
誘導モータへの電圧を変動させる方法であって、
負荷への電力を制御するための装置を入力と誘導モータとの間に接続するステップと、
所与の電圧下で誘導モータの特性を測定するステップと、
特性に基づいて、電圧を上昇させるか低下させるかを決定するステップと、
決定に応答して出力電圧を変動させるステップと、
を含む方法。
【請求項２１】
装置は請求項１〜１５のいずれかに記載の装置である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
入力ライン電圧は２７０ボルトＲＭＳより大きい、請求項１６〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
負荷は３相モータである、請求項１６〜２２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変電圧の供給、例えばモータを始動させかつ負荷を低減してモータを駆動させるのに適した可変電圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導モータは、駆動中に逆起電力電圧を供給する。始動中は逆起電力が無く、モータの入力インピーダンスは比較的低く、サージ電圧は高い。このため不必要な電流が供給（ライン）から引き込まれる。このため、モータをこれらのラインに耐えるように設計することが要求されるだけでなく、ラインはこれらの大きい電流が利用可能でなければならない。
【０００３】
始動中は低い電圧を提供し、モータの速度が増すにつれて、電圧を高めるために、多数の解決策が提案され、使用されている。
【０００４】
１つの方法は、モータが３相変圧器から給電され、モータの速度が増大すると、モータの巻線が電源ラインへのスター結線からデルタ結線に切り替えられる、「スターデルタ」構成である。これは、モータを始動させるために２つの電圧レベルを提供する。この方法は、以下の不利点を免れない。
１．電圧レベルが２つしかなく、１つの構成から別の構成への切替え中に電圧のスパイクを引き起こす転流作用が存在する。
２．電力制御装置とモータとの間に６本のワイヤが必要である。
３．モータのライン電流が、始動中も供給ラインの電流と同一である。
４．２つのモード間で切り替わる接触器は全てのモータ電流を通す。
５．切替え中に連続電流フローを可能にするために、大きい補助抵抗器が必要である。
【０００５】
第２の方法は、タップ付き単巻変圧器を利用して電圧を変動させる。この方法では、モータへの電圧は、複数のタップを有する降圧単巻変圧器を介して供給される。モータは最初に最低タップに接続され、モータの速度が増大するにつれて、電圧を供給するタップを切り替えることによって、モータの入力が連続的に高い電圧に移行する。この方法は多くの様々な欠点を免れない。１つは、電圧が切り替えられるたびに、利用される電力全体を切り替える必要性である。第２の欠点は、変圧器のコイルおよびコアがモータの始動電流を通すように設計しなければならないことである。これは、変圧器を非常に大きくかつ高価にし、モータ自体のサイズと同様のサイズが一般的である。第３の欠点は、タップが切り替わるたびに出力が切断されるので、深刻な転流問題が存在することである。この理由により、この方法論は広範に使用されていない。第４に、接触器は電圧が切り替えられるときに、全電流を通さなければならない。
【０００６】
第３の方法は、位相制御を使用して電圧を変動させる。この方法では、サイリスタを使用して電圧を制御し、サイリスタの点弧の位相を使用して、出力に送られる電圧を変動させる。この方法は正弦波電圧を送出せず、モータの始動におけるその非効率性は周知である。詳しくは、特にモータの始動中、およびサイリスタの点弧時の電力を奪う遷移中に、本質的な位相遅延が存在する。さらに、一般的に、位相制御による力率の改善のために、コンデンサを使用することができない。
【０００７】
誘導モータの制御により生じる別の問題は、それらが全負荷時に最も効率的であることである。負荷が低減されるとき、コア損失は高いままであり、効率は低下する。負荷が定格値未満であるときに、誘導モータの電圧が低下すると、より効率的な動作が得られることが知られている。しかし、そのような変化を実現する実用的な方法は知られていない。
【０００８】
１９９＿年１２月５日に出願されたイスラエル特許１３３３０７は、変圧器の１次側が入力の両端に（「ライン」結線と「リターン」結線との間に）配置され、２次側が負荷とラインとの間に直列に配置された、照明制御のためのシステムを記載しており、その開示を参照によって本書に援用する。２次側は、負荷に供給されるライン電圧に対抗する（したがってそれを低減する）ように巻回され取り付けられる。これは負荷側の電圧を低減させる。全電圧が必要なときに、変圧器の入力はリターンから切り離されて短絡され、２次側の電圧を強制的に零にする。２次側は次いで短絡することができる。負荷電圧のバリエーションを高めるように、複数の変圧器ステージに給電することができる。３相の場合、この構成が３回繰り返される。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の一部の実施形態の態様は、負荷に変動電圧を供給し、それによって、能動素子を使用することなく、かつ実質的な転流問題無しに、３つ以上の異なる電圧を負荷に提供することに関する。
【００１０】
本書で使用する場合、用語「能動素子を使用することなく」等は、トランジスタおよびサイリスタのような能動デバイスが入力と負荷との間の電力経路に使用されないことを意味する。
【００１１】
本発明の広い態様では、電源入力は３相電源入力であり、電力経路は、２次側の電圧の位相がそれに接続されるラインとは０から１８０度異なる位相となるように１次側を構成可能である、３相変圧器の２次側を含む。
【００１２】
本発明の実施形態では、１次側は少なくとも２つの位置の間で切替え可能であり、そのうちの少なくとも１つは、（１）１次側が２つの入力位相の間に接続される位置、（２）１次側が第１入力位相と中性点との間に接続される位置、および（３）１次側が第２入力位相と中性点との間に接続される位置である。好ましくは、第４構成（４）では、１次側が切断され、２次側が任意選択的に短絡される。この構成は少なくとも４つの異なる出力電圧を提供することができる。本書で使用する場合、用語「中性点」とは、実または仮想中性点のいずれか、すなわち位相の１端が一緒に接続されたときに形成される零近傍電圧点を意味する。
【００１３】
本発明の実施形態では、モータを始動させるときに、１次側は、２次側と同じ位相と第２位相との間に接続される。特定の位相の出力電圧は、その位相の入力電圧と変圧後の相間電圧の和である。この電圧は入力電圧より大きくするか、または入力電圧より小さくすることができる。モータ始動には、電圧を低下させる巻線構成が使用される。１例として、入力電圧が４００ボルト（線間）であり、かつ変圧比が４００対１１０ボルトであると想定すると、結果的に得られる線間出力電圧は２５３Ｖ（無負荷）である。１次側が第２位相から中性点に切り替わると、線間出力電圧は２８９Ｖ（無負荷）に増大する。なお、２次側は入力と出力の間に接続されたままであるので、切替えによって転流電圧が生じることはない。任意選択的に、スナッバまたは他のスパイク低減回路構成が１次側の両端に配置される。
【００１４】
次に、１次側は第２位相および中性点間に切り替えられる。結果的に得られる線間出力電圧は３５６Ｖ（無負荷）である。次いで、１次側は入力から切断され、２次側が短絡される。出力電圧は今や入力電圧と同じ、すなわち４００Ｖである。
【００１５】
他の変圧比を選択することによって、他の電圧レベルを達成することができる。加えて、１次側の接続の方向を変えることによって、入力電圧より高い追加電圧を達成することができる。記載した事例の場合、４００Ｖに加えて６００、５１５、および４６０Ｖの電圧を達成することができる。他の結線によって他の電圧を達成することもできる。
【００１６】
なお、変圧器は、負荷によって利用される電力のわずかなパーセンテージを変圧するだけである。したがって、変圧器は、スターデルタ方法およびタップ付き単巻変圧器方法のような先行技術の電力変動方法で使用される変圧器より小さくすることができる。
【００１７】
本発明の第２の実施形態では、実行される切替え回数が少なく、かつ達成される入力電圧レベルが低い。
【００１８】
本発明の一部の実施形態では、上述の通り、１次側は入力ラインの両端に直接接続され、２次巻線は、１次側の並列接続の負荷側に直列接続される。本発明の代替的実施形態では、２次側はライン側に直列接続され、１次側の並列接続は２次巻線後の負荷側である。本発明のさらに別の代替的実施形態では、各１次側の一端は２次巻線のライン側に接続され、１次巻線の他端は、２次巻線の負荷側に接続される。
【００１９】
本発明の一部の実施形態の態様は、負荷が変化するにつれてより効率的な動作が行なわれるように、モータへの電圧を調整することに関する。モータによって供給される機械的動力が定格電力より低い場合、誘導モータはその定格電圧より低い電圧で動作することができることが知られている。この低電圧で動作する場合、モータの力率は増大し、結果的にモータおよび変圧器の損失は低下し、動力システムの破損は減少する。
【００２０】
本発明の実施形態では、電源によって給電されるモータに供給される電力を測定する。次いで電圧は、任意選択的に上述の方法論を用いて、依然としてモータおよび変圧器の定格電流より低い電流で電力を供給しながら、力率の改善をもたらす電圧に低減される。
【００２１】
本発明を３相システムの文脈で説明したが、本発明の一部の要素は、（より少ない電圧レベルで）２相システムにも適用可能であり、かつ１相システムにおける電力の電圧変化にも適用可能である。
【００２２】
したがって、本発明の実施形態では、負荷に供給される電圧を制御するための装置であって、
各相毎に１次および２次巻線を有し、各２次側が入力ラインと負荷に接続された出力との間に直列接続された多相変圧器
を備え、
２次側の電圧の位相が、それに接続されたラインとは０から１８０度異なる位相となるように、１次側をスイッチによって構成可能である、
装置を提供する。
【００２３】
本発明の実施形態では、スイッチは、
種々の１次側が、
（ａ）その２次側が接続された入力位相と別の入力位相との間、
（ｂ）その２次側が接続された入力位相と中性点または仮想中性点との間、
（ｃ）その２次側が接続された入力位相とは異なる２つの位相間、および
（ｄ）その２次側が接続された入力位相とは異なる位相と中性点または仮想中性点との間
に接続されて成る少なくとも１つの構成を含め、複数の構成の２つ以上で１次側が選択的に接続されるように、１次側の各々の入力を切り替えるべく切替え可能な複数のスイッチ
を含む。
【００２４】
本発明の実施形態では、複数のスイッチは、（ｅ）１次側を短絡することも可能である。任意選択的に、（ｅ）の場合、それぞれの２次側も短絡される。
【００２５】
本発明の実施形態では、１次側および２次側は、出力の電圧が（ａ）から（ｄ）の各々の場合のライン電圧より低くなるように構成される。
【００２６】
本発明の実施形態では、複数のスイッチは、１次側が（ａ）から（ｄ）のうちの２つ、３つ、または全部の間で選択的に接続可能であるように、１次側の各々の入力を切り替えるべく切替え可能である。
【００２７】
本発明の実施形態では、（ａ）から（ｄ）の切替えは、変圧器の１次側に対してのみ行なわれる。
【００２８】
本発明の実施形態では、（ａ）から（ｄ）のいずれかの間の切替えのために、入力と負荷との間のラインの切替えが必要ない。
【００２９】
本発明の実施形態では、スイッチの少なくとも１つの構成の場合、出力の電圧はライン電圧より高い。
【００３０】
本発明の実施形態では、スイッチは、結線の少なくとも１つの極性を反転させることができる。
【００３１】
本発明の実施形態では、多相変圧器は３相変圧器であり、入力は３相電圧源である。
【００３２】
本発明の実施形態では、１次巻線はライン入力の両端に直接接続され、２次巻線は、並列接続の負荷側のラインに直列接続される。
【００３３】
本発明の代替的実施形態では、２次巻線はライン入力と直列に接続され、１次巻線は２次巻線の負荷側のラインに並列に接続される。
【００３４】
本発明のさらに別の代替的実施形態では、各１次側の一端は２次巻線のライン側に接続され、１次巻線の他端は２次巻線の負荷側に接続される。
【００３５】
本発明の実施形態では、負荷への電圧を変動させる方法であって、
本発明に係る装置を多相入力と負荷との間に接続するステップと、
２次側の異なる電圧に対応する異なる構成の間で１次側を順次切り替えることによって、出力電圧を少なくとも１段変動させるステップと、
を含む方法をさらに提供する。
【００３６】
任意選択的に、出力電圧はより低い電圧からより高い電圧に段階的に変動する。
【００３７】
任意選択的に、負荷の特性が測定され、特性が所与の規準に達したときに、電圧の上昇は停止される。
【００３８】
任意選択的に、負荷は誘導モータである。
【００３９】
本発明の実施形態では、誘導モータへの電圧を変動させる方法であって、
負荷への電力を制御するための装置を入力と誘導モータとの間に接続するステップと、
所与の電圧下で誘導モータの特性を測定するステップと、
特性に基づいて、電圧を上昇させるか低下させるかを決定するステップと、
決定に応答して出力電圧を変動させるステップと、
を含む方法をさらに提供する。
【００４０】
任意選択的に、装置は本発明に係る装置である。
【００４１】
任意選択的に、入力ライン電圧は２７０ボルトＲＭＳより大きい。
【００４２】
任意選択的に、負荷は３相モータである。
【００４３】
本発明の特定の非限定的実施形態についての以下の詳細な説明は、本発明をさらに明確にすると共に、本発明を実施するために発明者が知る最良の形態を提示するために提供するものである。
【００４４】
詳細な説明は下に列挙する図面と併せて読んでいただきたい。該当する場合、種々の図中に用いられる同一参照符合は、同一または類似の要素を指し示す。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の例示的実施形態に係る、モータに電力を供給する駆動システムの略回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る駆動システムの変圧器および関連スイッチの回路図である。
【図３Ａ】最低電圧が達成される第１構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図３Ｂ】最低電圧が達成される第１構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図４Ａ】第１のより高い電圧が達成される第２構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図４Ｂ】第１のより高い電圧が達成される第２構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図５Ａ】第２のより高い電圧が達成される第３構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図５Ｂ】第２のより高い電圧が達成される第３構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図６Ａ】ライン電圧がモータに送出される第４構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図６Ｂ】ライン電圧がモータに送出される第４構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【図７】本発明の実施形態に係る駆動システムの変圧器および関連スイッチの回路図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態に係る駆動システムの変圧器および関連スイッチの回路図である。
【図９】電圧をモータの負荷に一致させるように誘導モータの電圧を制御する方法論のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
詳細な説明
図１は、本発明の例示的実施形態に係る、モータ１０２に電力を供給する電力制御装置（駆動システム）１００の略回路図である。図示する通り、電力制御装置１００は、第１電圧で位相Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３の３相電力を受け取り、位相Ｕ、Ｖ、およびＷで可変出力電圧の電力をモータ１００に送出する。モータは負荷１０４を駆動する。モータに中性点Ｎを設けてもよい。制御装置１０６は電力制御装置の動作を制御し、後述する通り、随意の測定モジュール１０８からの入力に応答することができる。
【００４７】
図２は、本発明の例示的実施形態に係る電力制御装置１００の回路構成の詳細を示す。その最も単純な形態では、電力制御装置は、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３と指定された第１巻線ならびに２次巻線Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を有する３相変圧器を備える。２次巻線は、ライン入力と負荷との間に直列に接続される。加えて、電力制御装置は複数の３相スイッチＫ１、Ｋ２、Ｋ３、およびＫ４を含み、それらは１次巻線をライン入力の両端に様々な方法で接続するのに有効である。
【００４８】
さらに、特定の状況下で２次巻線を短絡するために、随意の３相スイッチＫ６が使用される。
【００４９】
スイッチの主な構成を以下の図に示す。
【００５０】
図３Ａおよび３Ｂはそれぞれ、最低電圧が負荷に送出される第１構成の場合の図２の回路の結線図およびベクトル図である。
【００５１】
図３Ａは、スイッチＫ１およびＫ３が閉じ、他のスイッチが開いているときの図２の回路を示す。この構成では、Ｐ１はライン位相１および２の間に接続され、Ｐ２はライン位相２および３の間に接続され、Ｐ３はライン位相３および１の間に接続される。
【００５２】
１次側に印加される電圧の位相は、２次側が接続されるラインに対し３０°ずれるので、結果的に図３Ｂに示す位相図が得られる。例証として、本発明を限定することなく、４００／１００の１次２次比を想定し、入力電圧を４００ボルトと想定する。
【００５３】
図示する巻回方向の場合、結果的に得られる相間出力電圧Ｕ、Ｖ、Ｗは２５３ボルトである。
【００５４】
図４Ａおよび４Ｂはそれぞれ、次に高い電圧が負荷に送出される第２構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【００５５】
図４Ａは、スイッチＫ１およびＫ４が閉じ、他のスイッチが開いているときの図２の回路を示す。この構成では、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３は各々、それ自体の位相と中性点との間に接続される。任意選択的に、実中性点、または変圧器の１端を同じ点に接続することによって形成される仮想中性点Ｎ′に接続を行なうことができる。
【００５６】
１次側に印加される電圧の位相は、２次側に接続されるラインと同相であるので、結果的に図４Ｂに示す位相図が得られる。例証として、本発明を限定することなく、４００／１００の１次２次比を想定し、入力電圧を４００ボルトと想定する。Ｐ巻線の各々における電圧は２５３ボルトであるので、２次側電圧は６３ボルトであり、入力ライン電圧と位相がずれる。そうすると相間電圧Ｕ、Ｖ、Ｗは２８９Ｖである。
【００５７】
図３Ａおよび図４Ａの構成の間で切替えが行なわれるときに（閉路前の開路が望ましい）、モータへの電流は中断されないが、１次側は開路するので、２次巻線は瞬間的に高いインピーダンスをもたらすことが注目される。任意選択的に、スナッバまたは他のスパイク低減回路構成が１次側の両端に配置される。
【００５８】
図５Ａおよび５Ｂはそれぞれ、次に高い電圧が負荷に送出される第３構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【００５９】
図５Ａは、スイッチＫ２およびＫ３が閉じ、他のスイッチが開いているときの図２の回路を示す。この構成では、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３の各々が別の位相および中性点間に接続される。
【００６０】
それぞれの１次側に印加される電圧の位相は、２次側に接続されるラインに対し６０°ずれるので、結果的に図５Ｂに示す位相図が得られる。例証として、本発明を限定することなく、４００／１００の１次２次比を想定し、入力電圧を４００ボルトと想定する。Ｐ巻線の各々における電圧は２５３ボルトであるので、２次側電圧は６３ボルトである。そうすると相間電圧Ｕ、Ｖ、Ｗは３５６Ｖである。
【００６１】
図６Ａおよび６Ｂはそれぞれ、入力ライン電圧が負荷に送出される第４構成の場合の図２の回路の結線図およびフェーザ図である。
【００６２】
図６Ａは、スイッチＫ２およびＫ４が閉じ、Ｋ６が任意選択的に閉じられることを除いては他のスイッチが開いているときの図２の回路を示す。この構成では、Ｐ１、Ｐ２、およびＰｓの各々がラインから切断され、短絡し、任意選択的に２次側も短絡する。したがって、入力ライン電圧に対抗する実質的な電圧が無く、その電圧、すなわち４００ボルトが直接モータに印加される。
【００６３】
２次側を短絡することが絶対的に必要なわけではないことを理解されたい。しかし、変圧器のコア損失および／または伝導損失を回避するために、２次側を短絡することが好ましい。
【００６４】
より少ない電圧段数が要求される場合には、１次側のスイッチ数を低減することができる。例えばＫ３およびＫ４を短絡回路に置き換えた場合、Ｋ２およびＫ６を開いた状態に維持しながらＫ１を閉じると、結果的に図３Ａの構成が得られ、２５３ボルトの電圧が負荷に供給される。Ｋ１を開き、Ｋ２および任意選択的にＫ６を短絡すると、結果的に図６Ａの構成が得られ、入力ライン電圧が負荷に送出される。
【００６５】
これまで、例えば誘導モータを始動する場合のように、ライン電圧以下の電圧を負荷に提供する文脈で本発明を説明した。しかし、例えば１次側の結線を反転することによって、変圧器の巻線（または１次側もしくは２次側結線）を逆転すると、同様の構成を使用して、ライン電圧より高い電圧を負荷に提供することができる。そのような構成は、駆動電圧より高い電圧が始動のために要求される場合、またはより多くの電圧段数が望ましいと考えられる場合に、有用であろう。中間の段階を設けると、より多くのスイッチが必要になるかもしれない。
【００６６】
同様に、１次側を異なる方法で切り替えることによって、例えば１次側を２次側とは異なる位相の間に接続することによって、さらなる中間電圧を達成することができる。しかし、図示した好適な実施形態では、全ての切替えが低電流側で行なわれ、主電流経路にはスイッチが無いことが注目される。
【００６７】
上述し、図２〜６に示した実施形態（１００）では、１次側は入力ラインの両端に直接接続され、２次巻線は１次側の並列接続の負荷側に直列接続される。本発明の代替的実施形態では、２次巻線はライン側に直列接続され、１次側の並列接続は２次巻線の後で負荷側に行なわれる。
【００６８】
図７は、電力制御装置２００の場合のそのような接続を示し、ここで巻線およびスイッチの各符号は図２の場合と同一である。電力制御装置２００の動作は電力制御装置１００のそれと同様であり、同じ切替えにより結果的に上述と同じ電圧が得られる。本発明の一部の実施形態では、制御装置２００が図１の制御装置１００にとって代わる。
【００６９】
本発明の一部の実施形態では、目的は、誘導モータの電圧または他の負荷を、負荷が低下したときに、整合させることである。誘導モータの場合、所与の機械的負荷に対し、回転速度および引込み電流が機械的負荷に整合するように自動的に順応する。負荷が低下すると、同期速度に近づくように速度は上昇し、電流は降下し、力率および効率も低下する。本発明の実施形態では、印加電圧は、モータがその入力電圧の全定格電流および電力近傍で動作するように調整される。
【００７０】
本発明のさらに別の代替的実施形態では、各１次側の１端は２次巻線のライン側に接続され、１次巻線の他端は２次巻線の負荷側に接続される。
【００７１】
図８は、電力制御装置３００の場合のそのような接続を示し、ここで巻線およびスイッチの各符号は図２の場合と同一である。電力制御装置３００の動作は電力制御装置１００のそれと同様であり、同じ切替えにより結果的に上述と同じ電圧が得られる。本発明の一部の実施形態では、制御装置３００が図１の制御装置１００にとって代わる。
【００７２】
図７および８の実施形態の動作は一般的に図２のそれと同様であるが、電圧（および好適な変圧比）は、本発明の利用に応じて多少異なるかもしれない。例えば、図７の実施形態の場合、１次側定格を２３０Ｖ、２次側定格を１１０Ｖとして、Ｋ１、Ｋ３；Ｋ１、Ｋ４；Ｋ２、Ｋ３；ならびにＫ２、Ｋ４、およびＫ６をそれぞれ短絡する場合、出力電圧は２２０Ｖ、２５０Ｖ、３００Ｖ、および４００Ｖである。例えば、図８の実施形態では、１次側定格を２８０Ｖ、２次側定格を１２０Ｖとして、Ｋ１、Ｋ３；Ｋ１、Ｋ４；Ｋ２、Ｋ３；ならびにＫ２、Ｋ４、およびＫ６をそれぞれ短絡する場合、出力電圧は２３０Ｖ、２６０Ｖ、３２０Ｖ、および４００Ｖである。３つの実施形態の全てにおいて、１次／２次比の広い選択肢が利用可能であり、種々の段階で多種多様な電圧値をもたらすように調整することができることを強調しておく。
【００７３】
電圧の調整は、モータのＲＰＭの測定、または引込み電流もしくは電流の位相に応答して、自動的に行なうことができる。
【００７４】
図１に戻って、測定モジュール１０８は、モータ１０２の負荷の１つまたはそれ以上の指標を測定するために使用される。そのような指標として、モータへの電力、モータへの電源入力の電流の位相（電圧に対する）、モータの回転速度、および電流が挙げられる。代替的に、電力制御装置の上流でモータの電気特性を測定することができる。
【００７５】
これらの指標は各々、モータが機械的負荷に対して適切な電圧で動作しているか否か、またはモータに送出される電圧が最も効率的な動作に対して高すぎるか否かを評価するために、使用することができる。
【００７６】
特に、モータへの電源入力が所与の入力電圧に対する所与の閾値より低い場合には、同じ機械的負荷を供給するように電圧を安全に低減することができる（同時に電流の増加を伴う）と推定される。電流の位相が所与の値以上に電圧の位相より遅れる場合、同じ推定に達することができる。同様に、ある値よりモータの同期速度に近い回転速度は、モータの負荷がモータへの入力電圧に対して過少であることを示唆している。
【００７７】
これらの事例の各々において、制御装置１０６は、モータが要求される電力を次に利用可能な電圧で送出することができるか否か、かつそれが依然としてモータに特徴的な電流制限内にあるか否かを決定する。それができる場合には、電力制御装置１００によって供給される電圧は、利用可能な次に低い電圧に調整される。同様に、制御装置１０６は、測定モジュール１０８によって供給される動作特性に基づき、モータが供給される電圧で達成することのできる最高の電力近傍であるか否かを決定することができる。この場合、制御装置１０６は、より高い電圧をモータに供給するように、電力制御装置１００、２００、または３００のスイッチパターンを変更することができる。
【００７８】
図９は、電圧をモータの負荷に整合させるように、誘導モータの電圧を制御する方法論７００のフローチャートである。７０２でモータ特性が決定される。７０４で、モータ特性は、上述の通り電圧を上昇または低下させることができるか否かを決定するための規準と比較される。電圧が負荷に対して「正しい」電圧である場合、モジュール１０８および制御装置１０６は、電圧の変化が望ましいか否かを監視し続ける。電圧が低減可能であると決定されると、電圧は低減される７０６。増大させるべきであると決定された場合には、電圧は増大される７０８。それぞれの場合に、電圧が適切であるか否かを決定するために、特性が監視される。
【００７９】
任意選択的に、制御装置１０６はモータの動作特性に関する情報を取り込み、これらの特性を使用して、モータを次に高い電圧または次に低い電圧に切り替えるべきか否かを決定する。
【００８０】
モータの始動時に、モータの動作特性の測定から、モータに必要な電力を供給するためにモータが利用可能な最高電圧を必要としないことが示されることがあることを理解されたい。これらの状況下で、より高い電圧への１回以上の切替え操作は、任意選択的に実行されない。
【００８１】
モータの動作特性に基づいて、モータに供給される電圧を低減または制御するための電力制御装置の使用について、上記の電力制御装置１００、２００、または３００を利用して説明したが、当業界で公知の他の電力制御装置をこの目的のために使用することができる。
【００８２】
また、電圧をいつ切り替えるかを決定するためにモータの特性を監視することが望ましいが、本発明の一部の実施形態では、切替えはモータの始動時に自動的に実行され、前回の切替えから所与の時間後に、または入力電流がある値未満もしくはその初期値のあるパーセンテージ未満に低下した後に、切替えが行なわれることも理解されたい。この場合、制御装置はタイマまたは簡単な電流測定装置から構成されると考えることができる。
【００８３】
上記に記載される方法は、工程の順序を変えること、および／または複数の工程を同時に実施することを含む、様々なやり方で変化しうることが理解されるだろう。上記に記載される方法および装置の説明は、その方法を実行するための装置、およびその装置を使用する方法を含むものとして解釈されるべきこともまた理解されるべきである。本発明は、例示として提供されるその実施形態の限定されない詳細な説明を使用して説明されており、本発明の範囲を限定しようとするものではない。１つの実施形態に関して記載された特徴および／または工程は、他の実施形態で使用されることができること、および本発明の全ての実施形態が、特定の図面において示されたか、または実施形態のうちの１つに関して記載された特徴および／または工程の全てを有するわけではないことが理解されるべきである。記載された実施形態の変形は、当業者が思いつくであろう。さらに、用語「含む又は備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」およびそれらの活用形は、明細書および特許請求の範囲において使用されるとき、「含むが必ずしも限定されない」ということを意味するだろう。
【００８４】
上記に記載された実施形態のうちいくつかは、発明者によって企図される最良の形態を記載し、それゆえ本発明に必須ではない、例として記載される構造、行為、または構造および行為の詳細を含むことができるということに注意されたい。本明細書中に記載される構造および行為は、構造または行為が異なっていても同じ機能を実行する、当該分野において公知の均等物によって置き換えられる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲において使用される要素および限定によってのみ制限される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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