(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一相、第二相及び第三相からなる各相に主コイルと励磁コイルとが配置され、
前記主コイルと励磁コイルとの昇圧用の接続を行う第１のスイッチと、
前記主コイルと励磁コイルとの降圧用の接続を行う第２のスイッチと、
を含み、
前記各相間において、二つの相の主コイル及び励磁コイルと前記昇圧用の第１のスイッチとから構成される昇圧回路を備え、
前記第一相及び前記第二相間の昇圧回路は、前記第一相の入力に前記第一相の主コイルの一端を接続し、該第一相の主コイルの他端に前記第二相の励磁コイルの一端を接続し、該第二相の励磁コイルの他端に共通配線を接続し、該共通配線に前記第一相の励磁コイルの他端を接続し、該第一相の励磁コイルの一端に前記第二相の主コイルの他端を接続すると共に、該第二相の主コイルの一端を前記第二相の入力に接続した、巻線配線から構成され、
前記第二相及び前記第三相間の昇圧回路、並びに、前記第三相及び前記第一相間の昇圧回路もそれぞれ前記巻線配線と同様に接続されて構成された、三相変圧器。
【請求項２】
さらに、前記主コイルと前記励磁コイルとの同圧用の接続を行う第３のスイッチを備えている、請求項１に記載の三相変圧器。
【請求項３】
第一相、第二相及び第三相からなる各相に主コイルと励磁コイルとが配置された三相変圧器と、
前記主コイルと励磁コイルとの昇圧用の接続を行う第１組のスイッチング素子と、
前記主コイルと励磁コイルとの降圧用の接続を行う第２組のスイッチング素子と、
前記三相の各相の入力電圧を検知するための電圧センサと、
前記第１組のスイッチング素子と、前記第２組のスイッチング素子とを駆動するスイッチング素子駆動回路と、
を含み、
前記各相間において、二つの相の主コイル及び励磁コイルと前記昇圧用の第１組のスイッチング素子とから構成される昇圧回路を備え、
前記第一相及び前記第二相間の昇圧回路は、前記第一相の入力に前記第一相の主コイルの一端を接続し、該第一相の主コイルの他端に前記第二相の励磁コイルの一端を接続し、該第二相の励磁コイルの他端に共通配線を接続し、該共通配線に前記第一相の励磁コイルの他端を接続し、該第一相の励磁コイルの一端に前記第二相の主コイルの他端を接続すると共に、該第二相の主コイルの一端を前記第二相の入力に接続した、巻線配線から構成され、
前記第二相及び前記第三相間の昇圧回路、並びに、前記第三相及び前記第一相間の昇圧回路もそれぞれ前記巻線配線と同様に接続されて構成され、
前記電圧センサが入力電圧の低下を検知したときには、前記主コイルと前記励磁コイルとにより前記昇圧回路が形成されるように、前記スイッチング素子駆動回路が、入力電圧が０Ｖ近傍で前記第１組のスイッチング素子と前記第２組のスイッチング素子を制御し、
前記電圧センサが入力電圧の上昇を検知したときには、前記主コイルと前記励磁コイルとにより、降圧回路が形成されるように、前記スイッチング素子駆動回路が、入力電圧が０Ｖ近傍で前記第１組のスイッチング素子と前記第２組のスイッチング素子を制御する、変圧器を用いた電圧調整装置。
【請求項４】
さらに、前記励磁コイルの両端の短絡接続を行う第３組のスイッチング素子を備え、該第３組のスイッチング素子は、前記スイッチング素子駆動回路により制御される、請求項３に記載の変圧器を用いた電圧調整装置。
【請求項５】
前記第一相及び前記第二相間の前記降圧回路は、前記第一相の入力に前記第一相の主コイルの一端を接続し、該第一相の主コイルの他端に前記第一相の励磁コイルの一端を接続し、該第一相の励磁コイルの他端に前記共通配線を接続し、前記第二相の入力に前記第二相の主コイルの一端を接続し、該第二相の主コイルの他端に前記第二相の励磁コイルの一端を接続し、該第二相の励磁コイルの他端に前記共通配線を接続した、巻線配線から構成され、
前記第二相及び前記第三相間の降圧回路、並びに、前記第三相及び前記第一相間の降圧回路もそれぞれ前記巻線配線と同様に接続されて構成される、請求項３に記載の変圧器を用いた電圧調整装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、逆並列接続される２つのスイッチング素子又は自己消弧型スイッチング素子からなる、請求項３〜５の何れかに記載の変圧器を用いた電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器及び変圧器を用いた電圧調整装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、三相交流の入力電圧の変動を防止する変圧器と、この変圧器を用いた電圧調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から交流電力の電圧調整用の変圧器として、スライダックトランス等が知られている。
【０００３】
単相の入力電圧の変動を防止するための省電力変圧器が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９１５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のスライダックトランスを三相交流の電圧調整に用いる場合には、コイルのタップの切り換えをモーターで駆動する機械式の装置が公知であるが、装置が大きくなるという課題がある。例えば、三相交流の電力が１０００ｋＶＡの場合には、機械式のスライダックトランスの設置面積は、８畳（約１３ｍ２）位が必要となる。
【０００６】
本発明は、三相交流の入力電圧の変動を効果的に防止するため、構造の簡単な変圧器と、この変圧器を用いた電圧調整装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の三相変圧器は、第一相、第二相及び第三相からなる各相に主コイルと励磁コイルとが配置され、主コイルと励磁コイルとの昇圧用の接続を行う第１のスイッチと、主コイルと励磁コイルとの降圧用の接続を行う第２のスイッチと、を含み、各相間において、二つの相の主コイル及び励磁コイルと昇圧用の第１のスイッチとから構成される昇圧回路を備え、第一相及び第二相間の昇圧回路は、第一相の入力に第一相の主コイルの一端を接続し、第一相の主コイルの他端に第二相の励磁コイルの一端を接続し、第二相の励磁コイルの他端に共通配線を接続し、共通配線に第一相の励磁コイルの他端を接続し、第一相の励磁コイルの一端に第二相の主コイルの他端を接続すると共に、第二相の主コイルの一端を第二相の入力に接続した、巻線配線から構成され、第二相及び第三相間の昇圧回路、並びに、第三相及び第一相間の昇圧回路もそれぞれ巻線配線と同様に接続されて構成されたことを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、さらに、主コイルと励磁コイルとの同圧用の接続を行う第３のスイッチを備えている。
【０００８】
本発明の変圧器を用いた電圧調整装置は、第一相、第二相及び第三相からなる各相に主コイルと励磁コイルとが配置された三相変圧器と、主コイルと励磁コイルとの昇圧用の接続を行う第１組のスイッチング素子と、主コイルと励磁コイルとの降圧用の接続を行う第２組のスイッチング素子と、三相の各相の入力電圧を検知するための電圧センサと、第１組のスイッチング素子と、第２組のスイッチング素子とを駆動するスイッチング素子駆動回路と、を含み、各相間において、二つの相の主コイル及び励磁コイルと昇圧用の第１組のスイッチング素子とから構成される昇圧回路を備え、第一相及び第二相間の昇圧回路は、第一相の入力に第一相の主コイルの一端を接続し、第一相の主コイルの他端に第二相の励磁コイルの一端を接続し、第二相の励磁コイルの他端に共通配線を接続し、共通配線に第一相の励磁コイルの他端を接続し、第一相の励磁コイルの一端に第二相の主コイルの他端を接続すると共に、第二相の主コイルの一端を第二相の入力に接続した、巻線配線から構成され、第二相及び第三相間の昇圧回路、並びに、第三相及び第一相間の昇圧回路もそれぞれ巻線配線と同様に接続されて構成され、電圧センサが入力電圧の低下を検知したときには、主コイルと励磁コイルとにより昇圧回路が形成されるように、スイッチング素子駆動回路が、入力電圧が０Ｖ近傍で第１組のスイッチング素子と第２組のスイッチング素子を制御し、電圧センサが入力電圧の上昇を検知したときには主コイルと励磁コイルとにより降圧回路が形成されるよう、スイッチング素子駆動回路が、入力電圧が０Ｖ近傍で第１組のスイッチング素子と第２組のスイッチング素子を制御することを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、好ましくは、さらに、励磁コイルの両端の短絡接続を行う第３組のスイッチング素子を備え、第３組のスイッチング素子は、スイッチング素子駆動回路により制御される。
好ましくは、第一相及び第二相間の降圧回路は、第一相の入力に第一相の主コイルの一端を接続し、第一相の主コイルの他端に第一相の励磁コイルの一端を接続し、第一相の励磁コイルの他端に共通配線を接続し、第二相の入力に第二相の主コイルの一端を接続し、第二相の主コイルの他端に第二相の励磁コイルの一端を接続すると共に、第二相の励磁コイルの他端に共通配線を接続した、巻線配線から構成され、第二相及び第三相間の降圧回路、並びに、第三相及び第一相間の降圧回路もそれぞれ巻線配線と同様に接続されて構成される。
【００１０】
スイッチング素子は、好ましくは、逆並列接続される２つのスイッチング素子又は自己消弧型スイッチング素子からなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の変圧器によれば、昇圧回路と降圧回路とを備え、小型で軽量な三相変圧器を提供することができる。
【００１２】
本発明の変圧器を用いた電圧調整装置によれば、昇圧回路と降圧回路との切り換えを、スイッチング素子によりゼロクロスのスイッチングで行うので、三相交流の電圧調整を自動で行うことができ、小型軽量でありながら省エネ性と安定性に優れた三相交流の電圧調整装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る変圧器について説明する。
【図２】Ｒ相及びＳ相間の昇圧回路を説明する回路図である。
【図３】Ｒ相及びＳ相間の降圧回路を説明する回路図である。
【図４】同圧回路を説明する回路図である。
【図５】電圧調整装置の構成を示す図である。
【図６】サイリスタの接続回路を示し、（Ａ）は第１例、（Ｂ）は第２例である。
【図７】ゼロクロスのスイッチングを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
（変圧器）
最初に、本発明の第１の実施形態に係る変圧器１について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る変圧器１の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、変圧器１は、コアとなる鉄心２と、鉄心２に巻回される主コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、鉄心２に巻回される励磁コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６と、これらの主コイルと励磁コイルとの接続を切り換える切換スイッチ５とを含んで構成されている。
切換スイッチ５は、昇圧用の接続を行う第１のスイッチ５ａ（図２参照）と、降圧用の接続を行う第２のスイッチ５ｂ（図３参照）からなる。図示の場合、昇圧用の第１のスイッチには切換スイッチ５ａ、降圧用の第２のスイッチには切換スイッチ５ｂの符号を付している。
図４を参照して後述するように、変圧器１は、さらに同圧用の接続を行う第３のスイッチとして、切換スイッチ６を備えて構成されてもよい。図示の場合、昇圧用の切換スイッチ５ａは、Ｒ相とＳ相間及びＳ相とＴ相間の場合を示している。
【００１５】
鉄心２は、所謂内鉄型であり、Ｒ相用巻き枠部２ａと、Ｓ相用巻き枠部２ｂと、Ｔ相用巻き枠部２ｃと、を有している。Ｒ相、Ｓ相及びＴ相は、それぞれ第一相、第二相、及び第三相とも呼ばれる。
【００１６】
Ｒ相用巻き枠部２ａには、主コイルＬ１と励磁コイルＬ４とが同じ向きに巻回されている。主コイルＬ１の一端はＲ相の入力（ＲＩＮ）に接続される。主コイルＬ１の他端はＲ相の出力（ｒｏｕｔ）に接続されると共に、昇圧及び降圧を切り換える切換スイッチ５に接続される。励磁コイルＬ４の主コイルＬ１側の一端は、切換スイッチ５の降圧側に接続され、励磁コイルＬ４の他端は、共通配線に接続される。共通配線は、共通点又は中性点とも呼ばれる。変圧器１は、所謂星型結線の巻線を有している。
【００１７】
Ｓ相用巻き枠部２ｂには、主コイルＬ２と励磁コイルＬ５とが同じ向きに巻回されている。主コイルＬ２の一端はＳ相の入力（ＳＩＮ）に接続される。主コイルＬ２の他端はＳ相の出力（ｓｏｕｔ）に接続されると共に、昇圧及び降圧を切り換える切換スイッチ５に接続される。励磁コイルＬ５の主コイルＬ２側の一端は、切換スイッチ５の降圧側に接続され、励磁コイルＬ５の他端は、共通配線に接続される。
【００１８】
Ｔ相用巻き枠部２ｃには、主コイルＬ３と励磁コイルＬ６とが同じ向きに巻回されている。主コイルＬ３の一端はＴ相の入力（ＴＩＮ）に接続される。主コイルＬ３の他端はＴ相の出力（ｔｏｕｔ）に接続されると共に、昇圧及び降圧を切り換える切換スイッチ５に接続される。励磁コイルＬ６の主コイルＬ３側の一端は、切換スイッチ５の降圧側に接続され、励磁コイルＬ６の他端は、共通配線に接続される。
【００１９】
（Ｒ相及びＳ相間の昇圧回路）
次に、Ｒ相及びＳ相間の昇圧回路について説明する。
図２は、Ｒ相及びＳ相間の昇圧回路を説明する回路図である。図２に示すように、昇圧回路は、第１の切換スイッチ５ａがオン（ＯＮ）で、切換スイッチ５ｂがオフ（ＯＦＦ）の場合の接続となる。切換スイッチ５ａ，５ｂが昇圧側に切り換えられると、Ｒ相において、主コイルＬ１の他端は、励磁コイルＬ５の一端に接続される。この際、Ｓ相において、主コイルＬ２の他端は、励磁コイルＬ５の一端に接続される。これにより、ＲＩＮとＳＩＮとの間には、主コイルＬ１と、励磁コイルＬ５と、主コイルＬ２と励磁コイルＬ４とが接続されて、単相の入力電圧が印加され、ｒＯＵＴとｓＯＵＴとの間には、励磁コイルＬ４と励磁コイルＬ５が接続されて、単相の出力電圧が生じる。
【００２０】
図の場合、主コイルＬ１、Ｌ２の巻数が６回（６Ｔ）であり、励磁コイルの巻数が９４回（９４Ｔ）である。昇圧回路の昇圧率は、６Ｔ／（９４Ｔ＋９４Ｔ）＝６／１８８＝３．１９％となる。３相で２００Ｖの場合、単相の出力電圧は１１５．４７Ｖであるので、３．１９％の昇圧により、単相の出力電圧は１１９．１４Ｖとなる。
【００２１】
（Ｓ相及びＴ相間の昇圧回路）
Ｓ相の主コイルＬ２及び励磁コイルＬ５と、Ｔ相の主コイルＬ３及び励磁コイルＬ６との接続関係と、切換スイッチ５ａ，５ｂの接続は、上記Ｒ相及びＳ相の場合と同じであるので、同様に昇圧回路として動作する。
【００２２】
（Ｔ相及びＲ相間の昇圧回路）
図示しないＴ相の主コイルＬ３及び励磁コイルＬ６と、Ｒ相の主コイルＬ１及び励磁コイルＬ４の接続関係と、切換スイッチ５ａ，５ｂの接続は、上記Ｒ相及びＳ相の場合と同じであるので、同様に昇圧回路として動作する。
【００２３】
（三相交流の出力電圧）
三相交流の出力電圧は、上記昇圧回路で昇圧した単相の出力電圧である１１９．１４Ｖの３１／２（１．７３２）倍となるので、２０６．４Ｖの出力電圧となる。
【００２４】
（Ｒ相及びＳ相間の降圧回路）
次に、Ｒ相及びＳ相間の降圧回路について説明する。
図３は、Ｒ相及びＳ相間の降圧回路を説明する回路図である。図３に示すように、降圧回路は、第１の切換スイッチ５ａがオフ（ＯＦＦ）で、第２の切換スイッチ５ｂがオン（ＯＮ）の場合の接続となる。切換スイッチ５ａ、５ｂが、降圧側に切り換えられると、Ｒ相において、主コイルＬ１の他端は、励磁コイルＬ４の一端に接続される。この際、Ｓ相において、主コイルＬ３の他端は、励磁コイルＬ５の一端に接続される。これにより、ＲＩＮには、主コイルＬ１と、励磁コイルＬ４の間に入力電圧が印加される。
一方、ｒＯＵＴには、励磁コイルＬ４と共通配線との間に出力電圧が生じる。
【００２５】
図３の場合、例えば主コイルＬ１、Ｌ２の巻数が６回（６Ｔ）であり、励磁コイルＬ４、Ｌ５の巻数が９４回（９４Ｔ）である。降圧回路の降圧率は、６Ｔ／（９４Ｔ＋６Ｔ）＝６／１００＝６％となる。３相で２００Ｖの場合、単相の出力電圧は１１５．４７Ｖであるので、６％の降圧により、単相の出力電圧は１０８．５４Ｖとなる。
【００２６】
（Ｓ相及びＴ相間の降圧回路）
Ｓ相及びＴ相間の主コイルＬ２、Ｌ３及び励磁コイルＬ５、Ｌ６と切変スイッチの接続は、上記Ｒ相及びＳ相間の降圧回路と同じであるので、同様に降圧回路として動作する。
【００２７】
（Ｔ相及びＲ相間の降圧回路）
Ｔ相及びＲ相間の主コイルＬ３、Ｌ１及び励磁コイルＬ６、Ｌ４と切換スイッチ５との接続は、上記Ｒ相及びＳ相間の降圧回路と同じであるので、同様に降圧回路として動作する。
【００２８】
（三相交流の出力電圧）
三相交流の出力電圧は、上記降圧回路で降圧した単相の出力電圧である１０８．５４Ｖの３１／２倍（１．７３２）となるので、１８８Ｖの出力電圧となる。
【００２９】
（同圧回路）
次に、Ｒ相の同圧回路について説明する。
図４は、同圧回路を説明する回路図である。図４に示すように、切換スイッチ５が降圧側の第２のスイッチ５ｂに切り換えられ、同圧用の切換スイッチ６が、励磁コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６の両端を短絡させる。これにより、ｒｏｕｔは、ＲＩＮと同じ電圧（同圧）となる。同様に、ｓｏｕｔは、ＳＩＮと同圧となり、ｔｏｕｔは、ＴＩＮと同圧となる。従って、ＲＩＮとＳＩＮ間の入力電圧に対して、ｒｏｕｔとｓｏｕｔ間の出力電圧は、同じ電圧、つまり同圧となる。他の相も同様に同圧となる。
【００３０】
本発明の変圧器によれば、昇圧回路と降圧回路とを備え、小型で軽量な三相変圧器を提供することができる。
【００３１】
（変圧器を用いた電圧調整装置）
次に、本発明の第２の実施形態に係る変圧器を用いた電圧調整装置について説明する。
図５は、電圧調整装置１０の構成を示す図である。図５に示すように、電圧調整装置１０は、三相変圧器１と、入力電圧を検知するための電圧センサ２０と、昇圧用の第１組のサイリスタ３０と第１のサイリスタ駆動回路４０と、降圧用の第２組のサイリスタ５０と第２のサイリスタ駆動回路６０と、同圧用の第３組のサイリスタ７０と第３のサイリスタ駆動回路８０と、制御用コンピュータ９０とを含んで構成されている。昇圧用の第１組のサイリスタ３０と降圧用の第２組のサイリスタ５０と同圧用の第３組のサイリスタ７０と三相変圧器１との接続関係は、後述する。
【００３２】
図５では、サイリスタを用いたが半導体を用いたスイッチング素子であれば、他のスイッチング素子も使用可能である。このような三端子のスイッチング素子としては、所謂自己消弧型半導体素子であるゲートターンオフサイリスタやトランジスタを使用することができる。トランジスタとして、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタや、ＦＥＴ、ＭＯＳ型のＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）等の電界効果トランジスタ等が挙げられる。
【００３３】
図６は、サイリスタの接続回路を示し、（Ａ）は第１例、（Ｂ）は第２例である。
図６（Ａ）に示すように、サイリスタ３０ａは、導通方向が異なる向きのサイリスタ３０ａ１、３０ａ２が並列接続、所謂逆並列接続されている。
図６（Ｂ）に示すサイリスタの接続回路１００は、さらに、導通方向が異なる向きのサイリスタ３０ａ１、３０ａ２のそれぞれに、さらに、保護用のフリーホーイルダイオード１０２が並列接続されている。フリーホーイルダイオード１０２は、還流ダイオードやダンパーダイオードとも呼ばれている。
【００３４】
フリーホーイルダイオード１０２は、主コイル、励磁コイル及びこれらのコイルと切換スイッチ５、６との配線に生じるインダクタンスにより生ずる逆起電力によりスイッチング素子が破損しないように保護する作用がある。
【００３５】
逆並列接続されるスイッチング素子は、サイリスタ３０ａ１、３０ａ２に限らず、逆並列接続されるバイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ゲートターンオフサイリスタ等を使用してもよい。
【００３６】
図５に示すように、三相変圧器１において、入力端子ＲＩＮ、ＳＩＮ、ＴＩＮと接続した主コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の他端と、励磁コイルルＬ４、Ｌ５、Ｌ６の一端が、第１及び第２組のサイリスタ３０、５０を介して接続されている。
【００３７】
（昇圧用回路の制御）
図５に示すように、昇圧用回路は、主コイルＬ１と励磁コイルＬ５との接続を行う第１のサイリスタ３０ａ、主コイルＬ２と励磁コイルＬ４との接続を行う第１のサイリスタ３０ｂ、主コイルＬ２と励磁コイルＬ６との接続を行う第１のサイリスタ３０ｃ、主コイルＬ３と励磁コイルＬ５との接続を行う第１のサイリスタ３０ｄ、主コイルＬ３と励磁コイルＬ４との接続を行う第１のサイリスタ３０ｅ、主コイルＬ１と励磁コイルＬ６との接続を行う第１のサイリスタ３０ｆからなる第１組のサイリスタ３０と、第１組のサイリスタ３０を制御する第１のサイリスタ駆動回路４０により構成されている。
ここで、図２で説明した変圧器１における第１の主コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と励磁コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６との接続を行う昇圧用の切換スイッチ５ａの動作が、第１組のサイリスタ３０により行われる。
【００３８】
（降圧用回路の制御）
図５において、降圧用回路は、主コイルＬ１と励磁コイルＬ４との接続を行う第２のサイリスタ５０ａ、主コイルＬ２と励磁コイルＬ５との接続を行う第２のサイリスタ５０ｂ、主コイルＬ３と励磁コイルＬ６との接続を行う第２のサイリスタ５０ｃからなる第２組のサイリスタ５０と、第２組のサイリスタ５０を制御する第２のサイリスタ駆動回路６０により構成されている。
ここで、図３で説明した変圧器１における第１の主コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と励磁コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６との接続を行う降圧用の切換スイッチ５ｂの動作が、第２組のサイリスタ５０により行われる。
【００３９】
（同圧用回路の制御）
図５において、同圧用回路は、上記の降圧用回路が形成された状態で、さらに、同圧制御のために励磁コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６の短絡接続が第３組のサイリスタ７０により制御される。励磁コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６の短絡接続は、それぞれ第１のサイリスタ７０ａ、第２のサイリスタ７０ｂ、第３のサイリスタ７０ｃにより行われ、第３のサイリスタ駆動回路８０により制御される。
ここで、この第３組のサイリスタ７０による励磁コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６の短絡接続は、図４で説明した変圧器１における切換スイッチ６による短絡接続と同様の動作である。
【００４０】
ここで、サイリスタ駆動回路は、励磁コイルＬ４、Ｌ５を短絡させるときに、サージ電流が発生しないように、ＲＳ相の入力電圧が０Ｖ又は０Ｖ近傍のときに第３組のサイリスタを動作させる。つまり、第３組のサイリスタ７０により、ゼロクロスのスイッチングを行う。
【００４１】
電圧センサ２０は、ＲＳ相の入力電圧を測定する第１の電圧センサ２０ａと、ＳＴ相の入力電圧を測定する第２の電圧センサ２０ｂと、ＴＲ相の入力電圧を測定する第３の電圧センサ２０ｃを備えている。
【００４２】
ＲＳ相の入力電圧を測定する第１の電圧センサ２０ａが、電圧低下を検出した場合、第１組のサイリスタ３０において、第１のサイリスタ３０ａと第２のサイリスタ３０ｂとが動作して、昇圧回路を形成する。他の相の動作もＲＳ相と同様に行われる。ＲＳ相の入力電圧は、Ｒ相とＳ相との相間電圧である。同様に、ＳＴ相及びＴＲ相の入力電圧は、それぞれ、Ｓ相とＴ相、Ｔ相とＲ相の相間電圧である。
【００４３】
この際、サイリスタ駆動回路４０は、主コイルＬ１、Ｌ２と励磁コイルＬ４、Ｌ５との接続で、サージ電流が発生しないように、ＲＳ相の入力電圧が０Ｖ又は０Ｖ近傍のときにサイリスタをオンとなるように動作させる。これは、所謂、サイリスタのゼロクロスのスイッチングとなる。サイリスタ駆動回路４０は、他のＳＴ相及びＴＲ層の入力電圧が０Ｖ又は０Ｖ近傍のときにも、同様に第１組のサイリスタ３０をゼロクロスのスイッチングとなるように制御する。
【００４４】
次に、ＲＳ相の入力電圧を測定する第１の電圧センサ２０ａが、電圧上昇を検出した場合に、第２組のサイリスタ５０において、第１のサイリスタ５０ａと第２のサイリスタ５０ｂとが動作して、降圧回路を形成する。
この際、サイリスタ駆動回路４０は、主コイルＬ１、Ｌ２と励磁コイルＬ４、Ｌ５との接続で、サージ電流が発生しないように、ＲＳ相の入力電圧が０Ｖ又は０Ｖ近傍のときにサイリスタを動作させる。これは、所謂、サイリスタのゼロクロスのスイッチングとなる。
サイリスタ駆動回路４０は、他のＳＴ相及びＴＲ層の入力電圧が０Ｖ又は０Ｖ近傍のときにも、同様に第１組のサイリスタ３０をゼロクロスのスイッチングとなるように制御する。他の相の動作もＲＳ相と同様に行われる。
【００４５】
次にＲＳ相の入力電圧を測定する第１の電圧センサ２０ａが、所定の電圧範囲となり、降圧回路としないで同圧の制御に移行する場合には、上記の降圧回路を動作させた状態で、同圧のための第３組のサイリスタ７０と第３のサイリスタ駆動回路８０が動作して、同圧となるように制御される。
【００４６】
この際、サイリスタ駆動回路８０は、励磁コイルＬ４の両端の端子における短絡接続で、サージ電流が発生しないように、ＲＳ相の入力電圧が０Ｖ又は０Ｖ近傍のときにサイリスタを動作させる。これは、上記昇圧回路の場合と同様に、サイリスタのゼロクロスのスイッチングとなる。他の相の動作もＲＳ相と同様に行われる。
【００４７】
図７は、ゼロクロスのスイッチングを説明する図である。横軸は時間であり、縦軸は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の単相電圧の振幅を示している。
図７に示すように、ゼロクロスのスイッチングは、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の単相電圧が０Ｖ又は０Ｖ近傍のときに行われる。これにより、主コイルＬ１〜Ｌ３と励磁コイルＬ４〜Ｌ６等との接続で発生するサージ電流を防止すると共に、サイリスタを流れる電流も計算上はゼロとなり、小型軽量で安価な素子が使用可能となる。ゼロクロスのスイッチングは、サイリスタに限らず、逆並列接続されるスイッチング素子を用いることができる。スイッチング素子としては、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ゲートターンオフサイリスタ等が挙げられる。
【００４８】
（制御用コンピュータ）
制御用コンピュータは、マイクロプロッセッサ、マイクロコントローラ等のマイコンやＣＰＵを含んで構成されている。電圧センサ２０からの出力や、第１〜３のサイリスタ駆動回路４０、６０、８０の制御用信号は、Ａ／Ｄ変換器や入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）を介してマイコンやＣＰＵに入力される。必要に応じてディスプレイや記憶装置を備えてもよい。また、第１〜３のサイリスタ駆動回路４０、６０、８０の制御用信号は、Ａ／Ｄ変換器や入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）を介してＣＰＵから出力される。
【００４９】
本発明の変圧器を用いた電圧調整装置によれば、昇圧回路と降圧回路との切り換えを、スイッチング素子によりゼロクロスのスイッチングで行うので、三相交流の電圧調整を自動で行うことができ、小型軽量でありながら省エネ性と安定性に優れた三相交流の電圧調整装置を提供することができる。
【００５０】
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。上記説明では、本発明の基本原理を詳しく説明するために、その使用例として三相変圧器として共通配線を有している変圧器を用いた。さらに、本発明は、他の三相変圧器を含め、従来の変圧器の構成や、主コイルと励磁コイルの接続は種々の回路構成で適宜に実施することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１：変圧器
２：鉄心
２ａ：Ｒ相用巻き枠部
２ｂ：Ｓ相用巻き枠部
２ｃ：Ｔ相用巻き枠部
５、６：切換スイッチ
５ａ：昇圧用の切換スイッチ
５ｂ：降圧用の切換スイッチ
１０：変圧器を用いた電圧調整装置
２０：電圧調整装置
３０：第１組のサイリスタ
４０：第１のサイリスタ駆動回路
５０：第２組のサイリスタ
６０：第２のサイリスタ駆動回路
７０：第３組のサイリスタ
８０：第３のサイリスタ駆動回路
９０：制御用コンピュータ
主コイル：Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３
励磁コイル：Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６
１００：サイリスタの接続回路
１０２：フリーホーイルダイオード
【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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