(57)【要約】【課題】配電電圧の最短半周期のサイクルでスイッチの切り替えを行うことを可能とする。【解決手段】スイッチ部１のスイッチａがＯＮ状態となっており、交流電源１００からの配電電圧によって、Ｑ点→Ｓ点→Ｒ点方向に正の電流が流れている場合において、Ｑ点とＲ点間に加えられる正の電圧が最大となった時に、スイッチ部１のスイッチａをＯＦＦし、スイッチａをＯＦＦしてから配電電圧の半周期が経過した時点において、スイッチ部２のスイッチｃをＯＮして電流がＳ点→Ｔ点方向に流れるようにする。また、スイッチｃをＯＮした時点から配電電圧の半周期が経過した時点において、電流がＴ点→Ｓ点方向に流れるようにスイッチ部２のスイッチｄをＯＮする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線に接続されたコンデンサスイッチ回路であって、
配電線に並列に接続されたトランスと、
前記トランスの一端を介して前記トランスに接続された第１のスイッチ部と、
前記トランスの他端を介して前記トランスに接続され、かつ、前記第１のスイッチ部に縦列に接続された第２のスイッチ部と、
前記トランスの中性点と前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点との間に設置され、かつ、一方の電極が前記トランスの中性点と接続され、他方の電極が前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点と接続されたコンデンサと、
前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部を制御するスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記配電線の配電電圧の半周期を含むそれ以上の周期で前記第１のスイッチ部または前記第２のスイッチ部を切り替え制御する
ことを特徴とするコンデンサスイッチ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のコンデンサスイッチ回路において、
前記第１のスイッチ部および前記第２のスイッチ部は、単方向のサイリスタを備える
ことを特徴とするコンデンサスイッチ回路。
【請求項３】
請求項１に記載のコンデンサスイッチ回路において、
前記第１のスイッチ部および前記第２のスイッチ部は、双方向のサイリスタを備える
ことを特徴とするコンデンサスイッチ回路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のコンデンサスイッチ回路において、
前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部と、前記トランスの中性点と前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点との間に設置され、かつ、一方の電極が前記トランスの中性点と接続され、他方の電極が前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点と接続されたコンデンサとからなる回路を複数備え、
前記複数の回路中の各コンデンサの容量が異なる
ことを特徴とするコンデンサスイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサスイッチ回路に関し、特に、配電線に接続されたコンデンサスイッチを配電電圧の半周期を含むそれ以上の周期で切り替えることが可能なコンデンサスイッチ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配電電圧のリップルに起因して生じるフリッカを抑制するために、配電線に接続された回路にコンデンサを投入したり開放したりして進相電流の流れを制御することが、従来から行われてきている。
【０００３】
図７は、従来のコンデンサスイッチ回路を示す図である。図７において、１００は交流電源、１０１は配電線、１０２はインピーダンス、１０３は負荷である。また、３はコンデンサ、１０はスイッチ部、１１はスイッチ部１０を制御するスイッチ制御回路である。スイッチ部１０は、スイッチｅとスイッチｆとの逆接続されたサイリスタから構成される。
【０００４】
図７に示す従来のコンデンサスイッチ回路においては、スイッチ制御回路１１が、スイッチｅとスイッチｆとの切り替えを適宜行うことによって進相電流の流れを供給したり開放したりして、配電線の電圧を制御したり、配電線に生じるフリッカを抑制することが行われている。
【０００５】
なお、上記コンデンサ３として電解コンデンサを使用した進相無効電力調整装置について、下記の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平７−１０４８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図７に示す従来技術では、例えば、スイッチｅをＯＮして、配電線電圧の正の半波期間にＶ点からＵ点方向に正の電流が流れてコンデンサ３に電荷が蓄えられた状態で、スイッチｅをＯＦＦすると、次にスイッチｅまたはスイッチｆをＯＮできるためには、Ｖ点とＵ点とが同電位となる必要がある。従って、当該次にスイッチｅまたはスイッチｆをＯＮできるようになるまでいわば配電電圧の１周期分待たなければならない。即ち、Ｖ点の電圧が次の正の半波期間のピーク値になるときまで待たなければならない。
【０００７】
すなわち、図７に示す従来のコンデンサスイッチ回路では、例えばフリッカが生じて当該フリッカをなくするために進相電流をＯＮ、ＯＦＦしようとする場合に、スイッチｅやスイッチｆの切り替えを配電電圧の最短１周期を待ってしか行うことができない。このため、生じたフリッカを即座に抑制することができないという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、配電電圧の最短半周期のサイクルでスイッチの切り替えを行うことができるコンデンサスイッチ回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、配電線に接続されたコンデンサスイッチ回路であって、配電線に並列に接続されたトランスと、前記トランスの一端を介して前記トランスに接続された第１のスイッチ部と、前記トランスの他端を介して前記トランスに接続され、かつ、前記第１のスイッチ部に縦列に接続された第２のスイッチ部と、前記トランスの中性点と前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点との間に設置され、かつ、一方の電極が前記トランスの中性点と接続され、他方の電極が前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点と接続されたコンデンサと、前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部を制御するスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、前記配電線の配電電圧の半周期を含むそれ以上の周期で前記第１のスイッチ部または前記第２のスイッチ部を切り替え制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記のコンデンサスイッチ回路において、前記第１のスイッチ部および前記第２のスイッチ部は、単方向のサイリスタを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記のコンデンサスイッチ回路において、前記第１のスイッチ部および前記第２のスイッチ部は、双方向のサイリスタを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記のコンデンサスイッチ回路において、前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部と、前記トランスの中性点と前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点との間に設置され、かつ、一方の電極が前記トランスの中性点と接続され、他方の電極が前記第１のスイッチ部と前記第２のスイッチ部との接続線の中点と接続されたコンデンサとからなる回路を複数備え、前記複数の回路中の各コンデンサの容量が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配電電圧の最短半周期のサイクルで、スイッチを切り替えることができる。従って、本発明によれば、配電電圧のリップルに起因して生じたフリッカを即座に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図を用いて、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。
【００１５】
図１において、１、２はスイッチ部、３はコンデンサ、４はスイッチ制御回路、５はトランスである。１００は交流電源、１０１は配電線、１０２はインピーダンス、１０３は負荷である。
【００１６】
スイッチ部１は、スイッチａとスイッチｂとの逆接続されたサイリスタから構成される。スイッチ部２は、スイッチｃとスイッチｄとの逆接続されたサイリスタから構成される。
【００１７】
また、スイッチａ、スイッチｂ、スイッチｃ、スイッチｄは、それぞれスイッチ制御回路４に接続され、スイッチ制御回路４の制御信号によってＯＮ、ＯＦＦされる。
【００１８】
図１に示すように、スイッチ部１とスイッチ部２とは、トランス５に対して接続されている。トランス５のＱ点は配電線１０１のＸ点と接続され、トランス５のＴ点は配電線１０１のＹ点と接続されている。スイッチ部１は、Ｑ点においてトランス５と接続され、スイッチ部２は、Ｔ点においてトランス５と接続されている。
【００１９】
コンデンサ３は、トランス５の中性点であるＲ点と、スイッチ部１とスイッチ部２との間の接続線の中点であるＳ点との間に設置される。
【００２０】
ｉL は配電線１０１を流れる電流、ｉc はコンデンサ３を流れる電流、ｖA はトランス５のＲ点とＱ点間の電圧、ｖB はトランス５のＲ点とＴ点間の電圧である。
【００２１】
以下に、図１および図２を用いて、本発明の第１の実施の形態におけるスイッチ切り替え処理を説明する。
【００２２】
図２は、図１に示すコンデンサスイッチ回路中の各部における電圧または電流の値を示す図である。例えば、図１のＲ点を基準点として、ｖA 、ｖB を表す。
【００２３】
例えば、図２のＴ１の期間においてスイッチａをＯＮしておき、Ｔ２の期間においてスイッチａをＯＦＦ、Ｔ３の期間においてスイッチｃ、Ｔ４の期間にスイッチｄをＯＮにする場合を説明する。
【００２４】
まず、スイッチ制御回路４は、時刻０〜ｔ１の間において、スイッチ部１のスイッチａがＯＮしていたものとすると、Ｒ点とＱ点間には電圧ｖA がかかり、Ｑ点→Ｓ点→Ｒ点の方向に電流が流れる。コンデンサ３には、図２に示すように、電圧ｖA より位相がπ／２進んだ進相電流ｉc が流れる。また、配電線１０１にも、電圧ｖA より位相がπ／２進んだ電流ｉL が流れる。従って、時刻０〜ｔ１の間において、コンデンサ３のＳ点側がプラスとなる電荷が蓄積される。
【００２５】
スイッチ制御回路４が、時刻ｔ１でスイッチａをＯＦＦすると、コンデンサ３には電流が流れなくなるが、コンデンサ３には、時刻０〜時刻ｔ１までの間に蓄積された電荷が保持される。すなわち、コンデンサ３を挟んで、図１のＳ点の方がＲ点より電圧ｖA の正のピーク値分だけ高い状態となっている。
【００２６】
図２に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の間において、ｖA は正のピーク値から負のピーク値まで減少する。逆に、ｖB は負のピーク値から正のピーク値まで増加する。時刻ｔ２においては、図１のＴ点は、正のピーク値の電位となっている。従って、図１のＴ点とＳ点は、ともに正のピーク値の電位となっている。
【００２７】
そこで、スイッチ制御回路４は、時刻ｔ２において、スイッチｃをＯＮすることができる。Ｔ点とＳ点とは同電位であるため、スイッチｃをＯＮしても問題は生じない。
【００２８】
スイッチｃをＯＮした状態において、時刻ｔ２〜ｔ３の間では、図２に示すように、ｖA は負のピーク値から正のピーク値まで増加する。逆に、ｖB は正のピーク値から負のピーク値まで減少する。コンデンサ３には、図２に示すように、ｖA より位相がπ／２進んだ電流ｉc がＲ点→Ｓ点方向に流れる。
【００２９】
従って、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間において、コンデンサ３のＲ点側がプラスとなる電荷が蓄積される。その結果、時刻ｔ３において、コンデンサ３を挟んで、Ｒ点の方がＳ点より電圧ｖB の正のピーク値分だけ高い状態となっている。
【００３０】
従って、時刻ｔ３において、Ｔ点とＳ点は共に同電位となっている。そこで、スイッチ制御回路４は、時刻ｔ３において、スイッチｄをＯＮすることができ、進相電流を流し続けることができる。
【００３１】
上記のように、本発明の第１の実施の形態によれば、時刻ｔ１においてスイッチａをＯＦＦし、時刻ｔ２においてスイッチｃをＯＮし、時刻ｔ３においてスイッチｄをＯＮすることができる。従って、本発明の第１の実施の形態によれば、配電電圧の最短半周期のサイクルで、スイッチを切り替えることができる。
【００３２】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るコンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。図３において、コンデンサ３、スイッチ制御回路４、トランス５、交流電源１００、配電線１０１、インピーダンス１０２、負荷１０３は、図１に示すコンデンサスイッチ回路中の同符号の回路要素に対応している。
【００３３】
図３に示すコンデンサスイッチ回路は、図１に示すコンデンサスイッチ回路が備えるスイッチ部１、スイッチ部２に代えて、スイッチ部６、スイッチ部７を備える。スイッチ部６とスイッチ部７は、双方向のサイリスタから構成される。
【００３４】
スイッチ部６、スイッチ部７は、それぞれスイッチ制御回路４に接続され、スイッチ制御回路４の制御信号によって切り替えられる。
【００３５】
図３に示すように、スイッチ部６とスイッチ部７とは、トランス５に対して接続されている。スイッチ部６は、Ｑ点においてトランス５と接続され、スイッチ部７は、Ｔ点においてトランス５と接続されている。
【００３６】
また、コンデンサ３は、トランス５の中性点であるＲ点と、スイッチ部６とスイッチ部７との間の接続線の中点であるＳ点との間に設置される。
【００３７】
以下に、第２の実施の形態に係る図３の回路中のスイッチ切り替え処理について、前述した図２を参照しながら説明する。第２の実施の形態においても、例えば、図３のＲ点を基準点として、ｖA 、ｖB を表す。
【００３８】
まず、スイッチ制御回路４は、時刻０〜ｔ１の間において、スイッチ部６がＯＮして図３のＱ点→Ｓ点→Ｒ点の方向に電流が流れているとする。Ｒ点とＱ点間には電圧ｖA が加えられ、Ｒ点とＳ点間にも同一の電圧ｖA が加えられる。
【００３９】
コンデンサ３には、電圧ｖA より位相がπ／２進んだ進相電流ｉc が流れる。また、配電線１０１にも、電圧ｖA より位相がπ／２進んだ電流ｉL が流れる。従って、時刻０〜ｔ１の間において、コンデンサ３のＳ点側がプラスとなる電荷が蓄積される。
【００４０】
スイッチ制御回路４が、時刻ｔ１でスイッチ部６をＯＦＦすると、コンデンサ３には電流が流れなくなるが、コンデンサ３には、時刻０〜時刻ｔ１までの間に蓄積された電荷が保持される。すなわち、コンデンサ３を挟んで、図３のＳ点の方がＲ点より電圧ｖA の正のピーク値分だけ高い状態となっている。
【００４１】
図２に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の間において、ｖA は正のピーク値から負のピーク値まで減少する。逆に、ｖB は負のピーク値から正のピーク値まで増加する。時刻ｔ２においては、図３のＴ点は、Ｒ点より正のピーク値だけ電位が高い状態となっている。従って、図３のＴ点とＳ点は、ともに正のピーク値の電位となっている。
【００４２】
そこで、スイッチ制御回路４は、時刻ｔ２において、スイッチ部７をＯＮして、Ｓ点→Ｔ点方向に電流が流れるようにすることができる。Ｔ点とＳ点とは同電位となっているため、スイッチ部７をＯＮしても問題は生じない。
【００４３】
スイッチ部７をＯＮした状態において、時刻ｔ２〜ｔ３の間では、図２に示すように、ｖA は負のピーク値から正のピーク値まで増加する。逆に、ｖB は正のピーク値から負のピーク値まで減少する。コンデンサ３には、ｖA より位相がπ／２進んだ電流ｉc がＲ点→Ｓ点方向に流れる。
【００４４】
従って、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間において、コンデンサ３のＲ点側がプラスとなる電荷が蓄積される。その結果、時刻ｔ３において、コンデンサ３を挟んで、Ｒ点の方がＳ点より電圧ｖA の正のピーク値分だけ高い状態となっている。
【００４５】
従って、時刻ｔ３において、Ｔ点とＳ点は共に同電位となっている。そこで、スイッチ制御回路４は、時刻ｔ３において、スイッチ部７を切り替えてＴ点→Ｓ点方向に電流を流し続けることができる。
【００４６】
上記のように、本発明の第２の実施の形態によれば、時刻ｔ１においてスイッチ部６をＯＦＦし、時刻ｔ２においてスイッチ部７をＯＮし、時刻ｔ３においてスイッチ部７の切り替えをすることができる。従って、本発明の第２の実施の形態によれば、配電電圧の最短半周期のサイクルで、スイッチ部を切り替えることができる。
【００４７】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るコンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。図４において、コンデンサ３、スイッチ制御回路４、トランス５、交流電源１００、配電線１０１、インピーダンス１０２、負荷１０３は、図１に示すコンデンサスイッチ回路中の同符号の回路要素に対応している。
【００４８】
図４に示すコンデンサスイッチ回路は、図１に示すコンデンサスイッチ回路が備えるスイッチ部１、スイッチ部２に代えて、スイッチ部８、スイッチ部９を備える。スイッチ部８とスイッチ部９は、スイッチ機能を有するトランジスタから構成される。
【００４９】
スイッチ部８、スイッチ部９は、それぞれスイッチ制御回路４に接続され、スイッチ制御回路４の制御信号によって切り替えられる。
【００５０】
図４に示すように、スイッチ部８とスイッチ部９とは、トランス５に対して接続されている。スイッチ部８は、Ｑ点においてトランス５と接続され、スイッチ部９は、Ｔ点においてトランス５と接続されている。
【００５１】
また、コンデンサ３は、トランス５の中性点であるＲ点と、スイッチ部８とスイッチ部９との間の接続線の中点であるＳ点との間に設置される。
【００５２】
第３の実施の形態においても、上述した第２の実施の形態と同様に、図２の時刻ｔ１においてスイッチ部８をＯＦＦし、時刻ｔ２においてスイッチ部９をＯＮしてＳ点→Ｔ点方向に電流が流れるようにし、時刻ｔ３においてスイッチ部９を切り替えてＴ点→Ｓ点方向に電流が流れるようにすることができる。
【００５３】
従って、本発明の第３の実施の形態によれば、配電電圧の最短半周期のサイクルで、スイッチ部を切り替えることができる。
【００５４】
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るコンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。図５において、スイッチ部１、スイッチ部２、コンデンサ３、スイッチ制御回路４、トランス５、交流電源１００、配電線１０１、インピーダンス１０２、負荷１０３は、図１に示すコンデンサスイッチ回路中の同符号の回路要素に対応している。
【００５５】
図５に示すコンデンサスイッチ回路は、スイッチ部１が、Ｉ点においてトランス５と接続され、スイッチ部２は、Ｊ点においてトランス５と接続されている。従って、図１に示すコンデンサスイッチ回路に比べて、スイッチ部１およびスイッチ部２にかかる電圧が低い。
【００５６】
よって、本発明の第４の実施の形態によれば、スイッチ部１、スイッチ部２として耐電圧が低いスイッチを用いることができるため、安価なコンデンサスイッチ回路を構成することができる。
【００５７】
図６は、本発明の第５の実施の形態に係るコンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。本発明の第５の実施の形態では、スイッチ部およびコンデンサからなる回路を複数用いることによって、配電電圧に生じるリップルの大きさに応じて、適切なフリッカ抑制を行う。
【００５８】
図６において、１、２、４１〜４４はスイッチ部、３、５１、５２はコンデンサ、５はトランスである。１００は交流電源、１０１は配電線、１０２はインピーダンス、１０３は負荷である。
【００５９】
スイッチ部４１〜４４は、図１に示すコンデンサスイッチ回路のスイッチ部１と同一の構成を有する。また、コンデンサ３、コンデンサ５１、コンデンサ５２は、それぞれ容量が異なっていてもよく、例えば、コンデンサ３、コンデンサ５１、コンデンサ５２の順に容量が大きくなっているものとする。
【００６０】
例えば、配電電圧に生じているリップルが小さい場合について説明する。例えば、スイッチ部１がＯＮ状態となっており、交流電源１００からの配電電圧によって、Ｑ点→Ｓ点→Ｒ点方向に正の電流が流れているとすると、Ｑ点とＲ点間に加えられる正の電圧が最大となった時に、スイッチ部１をＯＦＦし、スイッチ部１をＯＦＦしてから配電電圧の半周期が経過した時点において、スイッチ部２をＯＮして電流がＳ点→Ｔ点方向に流れるようにする。
【００６１】
また、スイッチ部２をＯＮした時点から配電電圧の半周期が経過した時点において、電流がＴ点→Ｓ点方向に流れるようにスイッチ部２を切り替える。
【００６２】
また、例えば、配電電圧に生じているリップルが中程度の場合、スイッチ部４１がＯＮされている状態で、交流電源１００からの配電電圧によってＱ点→Ｏ点→Ｒ点方向に正の電流が流れているとすると、Ｑ点とＲ点間に加えられる正の電圧が最大となった時に、スイッチ部４１をＯＦＦし、スイッチ部４１をＯＦＦしてから配電電圧の半周期が経過した時点において、スイッチ部４２をＯＮして電流がＯ点→Ｔ点方向に流れるようにする。
【００６３】
また、スイッチ部４２をＯＮした時点から配電電圧の半周期が経過した時点において、電流がＴ点→Ｏ点方向に流れるようにスイッチ部４２を切り替える。
【００６４】
また、例えば、配電電圧に生じているリップルが大きい場合、スイッチ部４３がＯＮされている状態で、交流電源１００からの配電電圧によってＱ点→Ｏ’点→Ｒ点方向に正の電流が流れているとすると、Ｑ点とＲ点間に加えられる正の電圧が最大となった時に、スイッチ部４３をＯＦＦし、スイッチ部４３をＯＦＦしてから配電電圧の半周期が経過した時点において、スイッチ部４４をＯＮして電流がＯ’点→Ｔ点方向に流れるようにする。
【００６５】
また、スイッチ部４４をＯＮした時点から配電電圧の半周期が経過した時点において、電流がＴ点→Ｏ’点方向に流れるようにスイッチ部４４を切り替える。
【００６６】
勿論、複数のスイッチ部をＯＮ，ＯＦＦさせることにより、例えば、複数のコンデンサを同時に通電させることもできる。
【００６７】
よって、本発明の第５の実施の形態によれば、配電電圧の半周期のサイクルで、各スイッチ部を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】コンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。
【図２】コンデンサスイッチ回路中の各部における電圧または電流の値を示す図である。
【図３】コンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。
【図４】コンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。
【図５】コンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。
【図６】コンデンサスイッチ回路の構成例を示す図である。
【図７】従来のコンデンサスイッチ回路を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、２、６、７、８、９、１０、４１、４２、４３、４４  スイッチ部
３、５１、５２  コンデンサ
４、１１  スイッチ制御回路
５  トランス
１００  交流電源
１０１  配電線
１０２  インピーダンス
１０３  負荷
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ  スイッチ
【図１】
2006163766.tif 000003
【図２】
2006163766.tif 000004
【図３】
2006163766.tif 000005
【図４】
2006163766.tif 000006
【図５】
2006163766.tif 000007
【図６】
2006163766.tif 000008
【図７】
2006163766.tif 000009