(57)【要約】  計器用変圧器を必要としないＡＮＳＩタイプＡ電圧調整器に関する。制御装置は、作動巻線間の入力電圧および記憶されたタップ位置を絶えず監視することによって出力電圧を求める。出力電圧値は、出力電圧に対する電圧調整器のインピーダンスの効果自体を計算に入れることで更に微調整される。インピーダンスは、調整器内の瞬時電流、電圧調整器の最大定格電流、電圧調整器内の瞬時電圧、瞬時力率および電圧調整器のタップ位置を用いて算出される。
2007525136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧と算定出力電圧に応答して出力電圧を調整する電圧調整器であって、
電気信号にアクセスし、電圧調整器の入力および出力電圧の値を読む少なくとも３つの外部ブッシングと、
入力電圧、タップ位置および出力電圧を絶えず監視し、タップ位置を連続的に電子的に記憶し、そして出力電圧を算出し、該電圧を微調整する制御装置と、
入力電圧を供給し、制御盤に給電する内部作動巻線と、
制御装置から受けた命令に応答してタップ位置を操作するタップ切換え機構とを備える電圧調整器。
【請求項２】
出力電圧の算出が、記憶されたタップ位置と作動巻線間の入力電圧を用いて行われる請求項１記載の電圧調整器。
【請求項３】
出力電圧の算出が、制御装置により行われる請求項１記載の電圧調整器。
【請求項４】
出力電圧が、作動巻線間の入力電圧に、１と、１過程の電圧差を乗じた物理的タップ位置とを加えたものを掛けることで算出される請求項３記載の電圧調整器。
【請求項５】
各々の過程が、出力電圧の５／８％の差である請求項４記載の電圧調整器。
【請求項６】
算定出力電圧の微調整が出力電圧に電圧降下を加えたものに等しく、電圧降下が電圧調整器内の瞬時電流と電圧調整器のインピーダンスの積である請求項４記載の電圧調整器。
【請求項７】
算定出力電圧の微調整が、電圧調整器のインピーダンスの抵抗成分と電圧調整器内の瞬時電流の抵抗成分との積から電圧調整器のインピーダンスの無効成分と電圧調整器内の瞬時電流の無効成分との積を引いたものに等しい請求項６記載の電圧調整器。
【請求項８】
瞬時電流およびインピーダンスが複素数である請求項６記載の電圧調整器。
【請求項９】
インピーダンスが殆ど無効成分である請求項８記載の電圧調整器。
【請求項１０】
瞬時電流の抵抗成分が、瞬時電流の値に電圧調整器の瞬時力率の絶対値を掛けたものに等しい請求項８記載の電圧調整器。
【請求項１１】
瞬時力率が、電圧調整器の有効電力と皮相電力との比によって表される請求項１０記載の電圧調整器。
【請求項１２】
瞬時力率が、瞬時力率がゼロ未満であれば進んでいる請求項１０記載の電圧調整器。
【請求項１３】
瞬時力率が進んでいる場合、瞬時電流の無効成分が、瞬時電流に、１から瞬時力率の平方を引いたものの平方根を掛けたものに等しい請求項１２記載の電圧調整器。
【請求項１４】
瞬時力率が０より大ならば、瞬時力率が遅れている請求項１０記載の電圧調整器。
【請求項１５】
瞬時力率が遅れている場合、瞬時電流の無効成分は、瞬時電流の負の値に、１から瞬時力率の平方を引いた値の平方根を掛けた値に等しい請求項１４記載の電圧調整器。
【請求項１６】
出力電圧を算出する微調整が、タップ位置、作動巻線間の電圧および電圧調整器のインピーダンスを用いて算出される請求項１記載の電圧調整器。
【請求項１７】
電圧調整器のインピーダンスが、該調整器内の瞬時電流、電圧調整器の最大定格電流、電圧調整器内の瞬時電圧、瞬時力率および電圧調整器のタップ位置を用いて算出される請求項１６記載の電圧調整器。
【請求項１８】
電圧調整器のインピーダンスの抵抗成分が、作動巻線間の入力電圧に０．２５を掛け、電圧調整器の最大定格電流で割り、既知のタップ位置におけるインピーダンスの既知の百分率を掛け、タップ位置の平方を掛け、その積を既知のタップ位置の平方で割ったものに等しい請求項１７記載の電圧調整器。
【請求項１９】
電圧調整器のインピーダンスの無効成分が、電圧調整器のインピーダンスの抵抗成分の４倍に等しい請求項１７記載の電圧調整器。
【請求項２０】
制御装置が、出力電圧の算出に応答してタップ位置を変えるようタップ切換え機構に通知する請求項１の電圧調整器。
【請求項２１】
電圧調整器において出力電圧を算出する方法であって、
電圧調整器の内部作動巻線間の入力電圧を決定し、
入力電圧、タップ位置および出力電圧を制御装置によって絶えず監視し、
タップ位置を電子的に制御装置によって連続的に記憶し、
制御装置によってタップ位置および入力電圧を用いて出力電圧を算出し、
電圧調整器に固有のインピーダンスの効果を計算に入れることによって制御装置によって算定出力電圧を精緻化し、
制御装置によって決定された精緻化された算定出力電圧に応答してタップの位置を変える
各過程を含む方法。
【請求項２２】
出力電圧を算出する過程において、入力電圧に、１と、１つのタップ位置の電圧差を乗じた物理的タップ位置とを加えたものを掛けることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
算定出力電圧を精緻化する過程が、出力電圧からの電圧降下を加える過程を含み、
電圧降下が、電圧調整器内の瞬時電流と電圧調整器のインピーダンスとの積である請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
電圧降下を算出する過程を更に含み、電圧降下の有効成分が、電圧調整器のインピーダンスの抵抗成分と電圧調整器内の瞬時電流の抵抗成分との積から、電圧調整器のインピーダンスの無効成分と電圧調整器内の瞬時電流の無効成分との積を引いたものに等しい請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
電圧調整器のインピーダンスを算出する過程を更に含み、インピーダンスは複素数であり、電圧調整器のインピーダンスの無効成分は、電圧調整器のインピーダンスの抵抗成分の４倍に等しい請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
電圧調整器のインピーダンスの抵抗成分は、入力電圧に０．２５を掛け、電圧調整器の最大定格電流で割り、既知のタップ位置におけるインピーダンスの既知の百分率を掛け、タップ位置の平方を掛け、その積を既知のタップ位置の平方で割ったものに等しい請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
電圧調整器における出力電圧を算出するためのコンピュータ実行可能命令がそれに記憶されているコンピュータ記憶媒体であって、コンピュータ実行可能命令は、プロセッサによって実行された時に、プロセッサに対し、
電圧調整器の内部作動巻線間の入力電圧を決定する過程と、
入力電圧、タップ位置および出力電圧を制御装置によって絶えず監視する過程と、
タップ位置を電子的に制御装置によって連続的に記憶する過程と、
制御装置によりタップ位置と入力電圧を用いて出力電圧を算出する過程と、
電圧調整器に固有のインピーダンスの効果を計算に入れることで制御装置によって算定出力電圧を精緻化する過程と、
制御装置によって決定され、精緻化された算定出力電圧に応答してタップの位置を変える過程と
を含む方法を実行させるコンピュータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願についてのクロスレファレンス）
本願は、２００３年６月２０日出願の米国特許仮出願第６０／４８０１４３号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、電圧調整器、より詳細には、作動(utility)巻線および組込み型計器用変圧器を必要とせずに負荷電圧を算出するためにＡＮＳＩタイプ「Ａ」電圧調整器における制御装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電圧調整器は、二次電圧を調整する単巻変圧器とみなせる。一次電圧が変動する傾向がある場合、電圧調整器が一定の二次電圧を生成する。例えば、一次又は入力電圧が１１０Ｖと１３０Ｖとの間で変動する場合、電圧調整器は二次又は出力電圧を一定の１２０Ｖに維持する。通常電圧調整器は、出力電圧をその入力電圧の最大１０％迄、５／８％の過程で増減できる。電圧調整器は、電圧調整器の入力および出力電圧を監視し、５／８％の過程でタップ切換え器を動かして指定の出力電圧を維持する制御装置を備える。
【０００４】
一般に、ＡＮＳＩ負荷側直列巻線、即ちタイプ「Ａ」電圧調整器は、負荷電圧を検知するために別個の計器用変圧器を用い、その電圧を制御装置に供給して、制御装置が必要に応じタップ位置を変更できるようにする。図１は、組込み型計器用変圧器６０との電圧調整器１００の典型的な物理的接続を例示している。計器用変圧器６０は、「Ｌ」および「ＳＬ」ブッシング間に接続されている。Ｓ、ＳＬブッシング間の電源電圧は、例えば約６９００〜８３００Ｖの間で変動し得る。その後負荷電圧は、計器用変圧器６０により約１２０Ｖ（又は約１１０〜１３０Ｖ）迄降圧される。制御装置（図示せず）は、その際降圧した電源電圧に応じてタップ位置を変え、もってＬとＳＬブッシング間に一定の７６２０Ｖの出力電圧を生ずる。
【０００５】
図２は、組込み型計器用変圧器を含む電圧調整器の典型的な実施形態における制御装置への情報の流れを例示する。ブロック１３０において、電圧調整器は制御盤に入力電圧を供給する。加えて、過程１４０で、組込み型計器用変圧器からの出力電圧は、制御盤に出力電圧を供給する。他方制御盤は、過程１５０において、入力および出力電圧を監視し、必要に応じ出力電圧を調整すべく、タップの位置を調整する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、その構成要素の一部を削除することで電圧調整器を単純化する必要性がある。電圧調整器の構成要素を削除することで、材料および製造コストを低減できる。加えて、ＡＮＳＩタイプＡ電圧調整器の信頼性は、構成要素の削減により増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、作動巻線および電圧調整器に既存の制御装置を、電源電圧を検知し、計器用変圧器を必要とせずに電圧調整器における負荷電圧を算出するために使用する。作動巻線は、制御装置に電源又は入力電圧を供給する。制御装置は、全部のタップ切換えを絶えず監視するばかりか、タップ位置を連続的、電子的に記憶する。出力電圧は、作動巻線間の入力電圧とメモリにおけるタップ位置を用いて制御装置により算出する。より正確な出力電圧を算出すべく、電圧調整器自体の固有インピーダンスを算出時に考慮する。電圧調整器のインピーダンスは、調整器内の瞬時電流、電圧調整器の最大定格電流、電圧調整器内の瞬時電圧、瞬時力率および電圧調整器のタップ位置を基に算出する。そして次に、制御装置が負荷電圧に応じタップの位置を変える。
【０００８】
本発明の１実施形態では、制御装置ソフトウェアは、用途の異なるモードについて調整および再プログラムされる。
【０００９】
従って本発明の目的は、計器用変圧器を不要とすることで、ＡＮＳＩタイプ「Ａ」電圧調整器の製造コストと共に材料コストを低減することにある。計器用変圧器を削除することで、電圧調整器の信頼性は、その装置における１つの能動部品の低減に伴い増大する。
【００１０】
本発明の他の目的は、ここに具体化される本発明の説明に基づき明白になろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の特定の実施形態に関する以下の詳細な説明は、以下の図面と供に読んだ時に最善に理解されよう。ここで、同じ構造には同じ参照数字を付している。
【００１２】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明で、その一部を成し、本発明を実施するための特定の実施形態を、限定としてではなく例証として示した添付図面を用いて説明する。他の実施形態も利用できるし、本発明の精神および範囲を逸脱することなく論理的、機械的および電気的な変更が行い得ることは明白である。
【００１３】
図３は、本発明の１実施形態に従った、計器用変圧器を備えないＡＮＳＩタイプＡ電圧調整器の物理的レイアウトを示す。入力、即ち電源電圧は、Ｓ、ＳＬブッシング間、従って作動巻線３１０間で測定される。出力、即ち負荷電圧はＬ、ＳＬブッシング間で算出される。巻線および他の内部構成要素は、油入りタンクに実装される。タップ位置切換え機構は一般にタンクに密封される。タップ位置切換え機構は、制御装置で制御される。加えて、制御装置は現在のタップ位置を絶えず正確に把握している。
【００１４】
図４はブロック図で、本発明の１つの実施形態に従って組込み型計器用変圧器を備えない電圧調整器での、制御装置への又は該装置からの情報の流れを示す。制御装置は、Ｓ、ＳＬブッシング間に電圧調整器から供給される入力電圧、常時のタップ位置および出力電圧を監視する。出力電圧２４０は、制御装置２２０から供給されるタップ位置、電圧調整器作動巻線２１０間の入力電圧を使用する出力電圧アルゴリズム２３０および電圧調整器自体の算定インピーダンス２５０を用いて算出される。出力電圧アルゴリズムは、制御装置がアクセス可能な何れかのコンピュータ記憶媒体に記憶されている。制御装置は、算定出力電圧に応じタップ位置を変えるようタップ位置切換え機構に通知し、Ｌ、ＳＬブッシング間に一定の出力電圧を供給する。制御装置は、各過程又は各タップ位置を、出力の５／８％の差として考慮する。
【００１５】
制御装置は、２過程プロセスを用いて電圧調整器の出力電圧を算出する。第一に、制御装置は連続的にタップ切換えを監視するだけでなく、タップ位置を電子的に絶えず記憶する。第二に、出力電圧を、作動巻線間の入力電圧だけでなく記憶したタップの位置を用いて制御装置により概算する。出力電圧値は、作動巻線間からの瞬時入力電圧を得て、それに、１と、１つのタップ位置の電圧差を乗じた物理的タップ位置とを加えたものを掛けることで算出される（数式１）。
【００１６】
（数１）
Ｖout＝Ｖin×（１＋（ｔａｐ＿ｐｏｓ×Ｖdill.1tap pos.））             （１）
【００１７】
しかし、電圧調整器が電気装置であることから、それもまた電力を消費し、電気システムに負担をかける。従って電圧調整器のインピーダンスもまた、より正確な出力電圧値を保証すべく、制御装置による出力電圧の算出時に考慮せねばならない。電圧調整器のインピーダンスは、調整器内の瞬時電流、電圧調整器の最大定格電流、電圧調整器内の瞬時電圧、瞬時力率および電圧調整器のタップ位置を用いて求め得る。
【００１８】
算定出力電圧値は、出力電圧値に、電圧調整器のインピーダンスによる電圧降下を加えたものに等しいとしてまとめ得る（数式２）。電圧降下は、瞬時電流に電圧調整器のインピーダンスを掛けたものに等しい（数式３）。瞬時電流とインピーダンスは、共に複素数である。
【００１９】
（数２）
Ｖcal.out＝Ｖout＋Ｖdrop                                  （２）
【００２０】
（数３）
Ｖdrop＝Ｉ×Ｚ                                         （３）
【００２１】
瞬時電流値の抵抗成分は、瞬時電流値に瞬時力率の絶対値を掛けたものに等しい（数式４）。瞬時力率は、基本電圧電流周波数から導出され、有効電力と皮相電力との比によって表される。瞬時力率がゼロ未満であれば、力率は進んでおり、瞬時電流の無効成分は瞬時電流に、１から力率の平方を引いたものの平方根を掛けたものに等しい（数式５）。他方、瞬時力率が０より大なら、瞬時力率は遅れており、電流の無効成分は、瞬時電流の負の値に、１から力率の平方を引いたものの平方根を掛けたものに等しい（数式６）。
【００２２】
（数４）
Ｉres＝Ｉ×｜ＰＦ｜                                       （４）
【００２３】
（数５）
Ｉreact＝Ｉ×ｓｑｒｔ（１．０−ＰＦ2）                              （５）
【００２４】
（数６）
Ｉreact＝−Ｉ×ｓｑｒｔ（１．０−ＰＦ2）                          （６）
【００２５】
インピーダンス百分率が特定のタップ位置で既知である（例えばタップ位置１６で０．６％）と仮定すれば、インピーダンスは、０．６％に入力電圧の平方を乗じたものを、電圧調整器のＫＶＡ定格で割ったものであると計算できる（数式７）。電圧調整器のＫＶＡ定格は、負荷容量又は電力可能出力を規定し、ＫＶＡで表す。ＫＶＡ定格は入力電圧に最大定格電流を掛けたものに等しいので（数式８）、インピーダンス方程式は、入力電圧の０．６％倍を最大定格電流で割ったもの（数式９）又は作動巻線間の入力電圧の０．６％を最大定格電流で割ったもの（数式１０）に置換でき。従って、何れかのタップ位置でのインピーダンスを求めるには、インピーダンスは、作動巻線間の瞬時入力電圧に０．６％を掛け、最大定格電流で割って、タップ位置の平方を掛け、１６の平方で割ったものになる（数式１１）。
【００２６】
（数７）
Ｚ＝（０．００６×Ｖ2）／ＫＶＡ                              （７）
【００２７】
（数８）
ＫＶＡ＝Ｖ×Ｉmax                                     （８）
【００２８】
（数９）
Ｚ＝（０．００６×Ｖ）／Ｉmax                                （９）
【００２９】
（数１０）
Ｚ＝（０．００６×Ｖin）／Ｉmax                            （１０）
【００３０】
（数１１）
Ｚ＝（（（０．００６×Ｖin）／Ｉmax）×ｔａｐ＿ｐｏｓ2）／１６2     （１１）
【００３１】
インピーダンスが複素数で殆ど無効なので、インピーダンスの抵抗成分は無効インピーダンスの４分の１に等しいとみなし得る。従って、インピーダンスの無効成分は、算定されたインピーダンス、即ちインピーダンス抵抗成分の４倍に等しい（数式１２）。更に、電圧降下は、インピーダンスの抵抗成分に電流の抵抗成分を掛けたものから、インピーダンスの無効成分に電流の無効成分を掛けたものを引いたものに等しいと計算できる（数式１３）。制御装置はその後、この値を用い、数式２で出力電圧を正確に決定し、タップの位置を変えることが適切な時にタップ位置切換え機構に通知する。
【００３２】
（数１２）
Ｚreact＝４×Ｚres                                        （１２）
【００３３】
（数１３）
Ｖdrop＝（Ｚres×Ｉres）−（Ｚreact×Ｉreact）                         （１３）
【００３４】
「好ましくは」、「一般に」および「通常」といった用語は、ここで請求する本発明の範囲を限定する、又は特定の特徴が請求する本発明の構造又は機能にとって枢要、本質的又は重要であることを意味するために利用したのではないことに留意されたい。むしろ、これらの用語は単に、本発明の特定の実施形態において利用しても、又はしなくてもよい代替的又は付加的な特徴を強調する意図で使用したに過ぎない。
【００３５】
本発明をその特定の実施形態に関して詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲において規定される本発明の範囲を逸脱することなく修正および変更が可能であることは明白であろう。より具体的には、本発明の幾つかの態様がここで、好ましい又は特に有利であると識別されているが、本発明は必ずしも本発明のこれらの好ましい態様に限定される訳ではないことが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の電圧調整器のレイアウトの略図である。
【図２】従来の電圧調整器の制御装置への情報の流れのブロック図である。
【図３】本発明による電圧調整器のレイアウトの略図である。
【図４】本発明による電圧調整器における、制御装置への又は該装置からの情報の流れを例示するブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
６０  組込み型計器用変圧器、１００  電圧調整器、２３０  出力電圧アルゴリズム、  ３１０  作動巻線
【図１】
2007525136.tif 000003
【図２】
2007525136.tif 000004
【図３】
2007525136.tif 000005
【図４】
2007525136.tif 000006
【国際調査報告】
2007525136.tif 000007
2007525136.tif 000008