(57)【要約】【課題】負荷装置に印加される交流電圧の振幅の変動を合理的に抑制する。【解決手段】交流電源と負荷装置との間に介在され、前記交流電源から出力された交流電圧の振幅の変動を抑制して前記負荷装置に供給する電圧変動抑制装置であって、前記交流電源から出力された交流電圧の各周期の振幅を基準電圧と比較して、その差分を示す電圧を順次出力する差分電圧出力部と、前記差分を示す電圧を振幅とし、前記交流電源から出力された交流電圧に同期した補償電圧を生成する補償電圧生成部と、前記補償電圧を、前記交流電源から出力された交流電圧に重畳して前記負荷装置に供給する電圧重畳部と、を備える電圧変動抑制装置に関する。【選択図】図１
2008301569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷装置との間に介在され、前記交流電源から出力された交流電圧の振幅の変動を抑制して前記負荷装置に供給する電圧変動抑制装置であって、
前記交流電源から出力された交流電圧の各周期の振幅を基準電圧と比較して、その差分を示す電圧を順次出力する差分電圧出力部と、
前記差分を示す電圧を振幅とし、前記交流電源から出力された交流電圧に同期した補償電圧を生成する補償電圧生成部と、
前記補償電圧を、前記交流電源から出力された交流電圧に重畳して前記負荷装置に供給する電圧重畳部と、
を備える電圧変動抑制装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧変動抑制装置であって、
前記交流電源から供給される交流電力の一部を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器から出力される直流電力を蓄えるコンデンサと、
を備え、
前記補償電圧出力部は、前記コンデンサに蓄えられた直流電力を用いて前記補償電圧を生成するインバータであることを特徴とする電圧変動抑制装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電圧変動抑制装置であって、
前記交流電源から出力される交流電圧に同期した同期信号を出力する同期信号出力部と、
を備え、
前記補償電圧出力部は、前記差分を示す電圧を振幅とする交流電圧を前記同期信号に同期させることによって前記補償電圧を生成することを特徴とする電圧変動抑制装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電圧変動抑制装置であって、
前記差分電圧出力部は、
前記交流電源から出力された交流電圧の各周期の振幅と、前記基準電圧と、の差分に比例した電圧を、前記差分を示す電圧として順次出力する比例電圧出力部と、
前記差分の変化率が所定値以下である場合には、前記差分に比例した電圧を、順次、所定の割合で減衰させて、前記差分に応じた電圧として出力する減衰電圧出力部と、
を備えることを特徴とする電圧変動抑制装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電圧変動抑制装置であって、
前記負荷装置は、照明器具であることを特徴とする電圧変動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧の振幅の変動を抑制する電圧変動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、技術が進歩し、電力会社からは極めて高品質の電力の供給を受けることができるようになっている。しかし、電気炉や電気溶接機等の大電流を消費する設備が付近にある場合などには、需要家に供給される電力の電圧が変動し、照明器具やテレビ受像機のちらつき（フリッカ）が発生する場合がある。
【０００３】
このような電圧変動は、電灯線においてはΔＶ10という指標で評価され、基準値以下に抑制されているものの、各種の条件によっては照明器具等のちらつきが感じられる場合がある。
【０００４】
このような電圧の変動を抑制する技術として、例えば電車内の電圧変動による蛍光灯のちらつきを抑える技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−２１７４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、照明器具のちらつきは、例えばインバータ点灯方式の照明器具を用いることによりある程度抑えることができる。しかしながらこの場合は、インバータ方式を採用した照明器具への交換が必要となる。また、照明器具に印加される電圧の変動がそもそも抑制されていないため、電圧の変動量や変動周期等の条件によっては十分なちらつき抑制効果を得られない場合もある。
【０００６】
また、ＣＶＣＦ（Constant-Voltage Constant-Frequency）等のように、交流電源から供給された交流電力を、一旦全て直流電力に変換し、その直流電力を再び交流電力に変換することにより、安定した振幅及び周波数の交流電圧を負荷装置に供給する方法もある。しかしこの場合は、大掛かりで高価な設備を設置する必要がある。  
このため、交流電圧の振幅の変動を効率的に抑制することを可能とする技術が求められている。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、交流電圧の振幅の変動を効率的に抑制することができる電圧変動抑制装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、交流電源と負荷装置との間に介在され、前記交流電源から出力された交流電圧の振幅の変動を抑制して前記負荷装置に供給する電圧変動抑制装置であって、前記交流電源から出力された交流電圧の各周期の振幅を基準電圧と比較して、その差分を示す電圧を順次出力する差分電圧出力部と、前記差分を示す電圧を振幅とし、前記交流電源から出力された交流電圧に同期した補償電圧を生成する補償電圧生成部と、前記補償電圧を、前記交流電源から出力された交流電圧に重畳して前記負荷装置に供給する電圧重畳部と、を備える電圧変動抑制装置に関する。
【０００９】
このような態様によって、負荷装置に印加される交流電圧の振幅の変動を効率的に抑制することが可能となる。つまり、交流電源から出力された交流電圧の振幅と基準電圧との差分に応じた振幅の交流電圧を、元の交流電圧に重畳して負荷装置に供給するようにすることにより、基準電圧からずれた分だけを抑制するように制御が行なわれるので、無駄なく合理的に電圧変動を抑制することが可能となるのである。交流電圧の振幅の変動の大きさは、例えば定格１００Ｖの交流電圧の場合には１〜２Ｖ程度以下であることが多い。本態様に係る電圧変動抑制装置は、この１〜２Ｖ程度の変動分を抑制するように制御するのである。このため、ＣＶＣＦ等を用いる場合のように、交流電源から供給された交流電力の全てを一旦直流電力に変換するような無駄な制御が不要となる。また本態様において、上記差分に応じた電圧としては、例えば、交流電源から出力された交流電圧の各周期の最大値（振幅に相当する）を、基準電圧から引いて得られる電圧とすることができる。この場合は、交流電圧の最大値が基準電圧よりも高い場合には、差分に応じた電圧は負の値になり、交流電圧の最大値が基準電圧よりも低い場合には、差分に応じた電圧は正の値になる。もちろん、基準電圧との比較は交流電圧の各周期の最小値で行なってもよい。
【００１０】
また、前記電圧変動抑制装置は、前記交流電源から供給される交流電力の一部を直流電力に変換する整流器と、前記整流器から出力される直流電力を蓄えるコンデンサと、を備え、前記補償電圧出力部は、前記コンデンサに蓄えられた直流電力を用いて前記補償電圧を生成するインバータにより構成してもよい。
【００１１】
このような態様によっても、負荷装置に印加される交流電圧の振幅の変動を効率的に抑制することが可能となる。上述したように、交流電圧の変動の大きさは、交流電源から出力される元の交流電圧の大きさに比べて小さいため、本態様に係る電圧変動抑制装置を構成する整流器やコンデンサ、インバータは、比較的小容量のものを用いることが可能となる。例えば、上述したような定格１００Ｖの交流電圧の変動を抑制する場合には、１〜２Ｖ程度に対象の負荷装置の電流を乗じた容量の整流器やコンデンサ、インバータを用いれば良い。このため、電圧変動抑制装置の小型化、軽量化が可能になると共に、安価に提供することも可能となる。
【００１２】
また、前記電圧変動抑制装置は、前記交流電源から出力される交流電圧に同期した同期信号を出力する同期信号出力部と、を備え、前記補償電圧出力部は、前記差分を示す電圧を振幅とする交流電圧を前記同期信号に同期させることによって前記補償電圧を生成するようにすることもできる。
【００１３】
このような態様によって、補償電圧生成部から出力される交流電圧の各周期の位相を、交流電源から出力される元の交流電圧に同期させることができる。たとえば、同期信号出力部は、交流電源の電圧位相角を瞬時測定する。そして補償電圧生成部は、この電圧位相角に一致する位相の交流電圧を生成し、その振幅が前記差分に応じた電圧になるようにするのである。
【００１４】
また前記差分電圧出力部は、前記交流電源から出力された交流電圧の各周期の振幅と、前記基準電圧と、の差分に比例した電圧を、前記差分を示す電圧として順次出力する比例電圧出力部と、前記差分の変化率が所定値以下である場合には、前記差分に比例した電圧を、順次、所定の割合で減衰させて、前記差分に応じた電圧として出力する減衰電圧出力部と、を備えるようにしてもよい。
【００１５】
このような態様によって、負荷装置に印加される交流電圧の振幅の変動抑制を、より効率的に行なうことが可能となる。つまり、交流電源から出力される交流電圧の振幅が変動する場合であっても、振幅の変動が比較的緩やかである場合にはフリッカを感じにくいため、振幅の変動を抑制する必要性が相対的に乏しいからである。これにより、人間がフリッカを感じない状況下において、無駄に補償電圧生成部から交流電力を出力することを防ぐことができる。
【００１６】
また前記負荷装置は、照明器具であってもよい。  
このような態様によって、インバータ方式を採用した照明器具への交換等を行なわなくても、照明器具のちらつき感を防止することが可能となる。
【００１７】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１８】
交流電圧の振幅の変動を効率的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る電圧変動抑制装置を用いた電気回路１０００の一実施形態を図１に示す。本実施形態においては、フリッカ低減装置１００が電圧変動抑制装置に相当する。
【００２０】
フリッカ低減装置１００は、交流電源８００と負荷装置７００との間に介在され、交流電源８００から出力された交流電圧の振幅の変動を抑制して負荷装置７００に供給する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係るフリッカ低減装置１００を用いることにより、（Ａ）点における交流電圧の振幅が変動していても、（Ｃ）点における交流電圧の振幅の変動を抑制することができる。
【００２２】
交流電源８００は、例えば定格１００ボルトの商用電源であり、５０ヘルツあるいは６０ヘルツの周波数の交流電圧を出力する。交流電源８００は、交流電力を生成する発電機によって構成されても良いし、高圧電力を低圧電力に変換する柱上変圧器等の変圧器によって構成されても良い。
【００２３】
なお、電力会社によって発電所等から供給される交流電力は、振幅や周波数などの変動が少なく、高品質であるが、例えば近所に電気炉や電気溶接機などの大電流を消費する設備を持つ工場などがある場合には、図１の（Ａ）点に示すように、交流電圧の振幅が変動する場合がある。変動周期は様々であるが、数ヘルツから数十ヘルツ程度の場合が多い。また振幅の変動幅は、電灯線においては規定値以下に抑えられているが、お客様構内においては１〜２ボルト程度の場合もある。
【００２４】
負荷装置７００は、交流電力を消費する装置である。負荷装置７００は例えば蛍光灯などの照明器具によって構成される。また負荷装置７００は、例えばテレビ受像機やラジオ受信機などのような電気製品によって構成されても良い。これらの負荷装置７００に入力される交流電圧の振幅が変動すると、蛍光灯やテレビの画面のちらつきが発生する。一般的に、交流電圧の振幅の変動周期が１０ヘルツ程度の場合に、ちらつき感が大きいことが知られている。
【００２５】
フリッカ低減装置１００は、整流器５００と、コンデンサ４００と、インバータ３００と、インバータ制御回路６００と、直列変圧器２００と、を備えて構成される。
【００２６】
整流器５００は、交流電源８００から供給される交流電力の一部を直流電力に変換する装置である。整流器５００は、例えばＡＣ／ＤＣコンバータなどによって構成することができる。
【００２７】
コンデンサ４００は、整流器５００から出力される直流電力を電荷として蓄える。コンデンサ４００は、例えば電気二重層キャパシタや二次電池等の各種蓄電素子によって構成することができる。
【００２８】
インバータ３００は、コンデンサ４００に蓄えられた直流電力を用いて、インバータ制御回路６００から入力される制御信号に応じて交流電圧を生成し、出力する。本実施形態におけるインバータ制御回路６００から入力される制御信号は、同期信号と出力波高値指令信号とである。これらの制御信号の詳細については後述する。
【００２９】
インバータ３００から出力される交流電圧の波形（（Ｂ）点における波形）の一例を、図１に示す。図１に示すように、インバータ３００から出力される交流電圧は、交流電源８００から出力された交流電圧（（Ａ）点における電圧）と重畳した場合に、その交流電圧の振幅の変動を抑制するように出力される。詳細は後述する。
【００３０】
直列変圧器２００は、インバータ３００から出力された交流電圧を、交流電源８００から出力された交流電圧に重畳して、負荷装置７００に供給する。直列変圧器２００は、例えば複巻変圧器によって構成することができる。
【００３１】
次に、インバータ制御回路６００について、図２を参照しながら説明する。  
インバータ制御回路６００は、交流電源８００から出力された交流電圧に基づいて、インバータ３００を制御するための同期信号及び出力波高値指令信号を出力する。
【００３２】
図２に示すように、インバータ制御回路６００は、波高値計６１０、差分回路６２０、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路６４０、シグナルリセット回路６３０を備える。
【００３３】
波高値計６１０は、交流電源８００から出力された交流電圧の各周期の振幅（例えば最大値）を検知し、そのときの電圧を順次出力する。波高値計６１０から出力される電圧の波形、すなわち（Ｄ）点における波形を図２に示す。
【００３４】
差分回路６２０は、波高値計６１０からの出力電圧（（Ｄ）点の電圧）を基準電圧（（Ｅ）点の電圧）と比較して、その差分に比例した電圧（（Ｆ）点の電圧）を出力する。図２に示す例では、差分回路６２０は、波高値計６１０からの出力電圧を基準電圧から引いて得られる電圧を出力する。このため、波高値計６１０からの出力電圧が基準電圧よりも高い場合には、差分回路６２０からは負の電圧が出力され、波高値計６１０からの出力電圧が基準電圧よりも低い場合には、差分回路６２０からは正の電圧が出力される。
【００３５】
シグナルリセット回路６３０は、差分回路６２０から出力される電圧の変化率が所定の時定数（Ｔ）で定まる変化率よりも小さいとき、すなわち変化が緩慢なときは差分を減衰させてから出力する回路である。シグナルリセット回路６３０から出力される電圧は、上記出力波高値指令信号として、インバータ３００に入力される。
【００３６】
所定の時定数は様々に設定することができるが、例えば０．１秒とすることができる。このようにした場合には、差分回路６２０から出力される電圧の変化率が時定数０．１秒より遅い、言い換えると０．１秒周期の変化より遅い変化である場合には、シグナルリセット回路６３０は、差分回路６２０から出力された電圧を減衰させて出力する。また、これよりも早い変化である場合はほとんど減衰させずに出力する。
【００３７】
これにより、交流電源８００から出力される交流電圧が基準電圧からずれたとしても、ずれたまま変動しない場合などには、シグナルリセット回路６３０から出力される電圧は、上記所定の時定数により減衰された値となる。特に、時定数を、フリッカの周期程度に設定することによって、フリッカについては電圧変動を抑制するための補償電圧を発生するが、定常的な電圧偏差に対しては補償しない制御を実現することができる。これにより、不要な補償を防止し、インバータ３００を小容量化することが可能となる。
【００３８】
ＰＬＬ回路６４０は、交流電源８００から出力された交流電圧を入力し、その交流電圧の各周期に同期した同期信号を出力する。この同期信号は、インバータ３００に入力される。
【００３９】
上記のように、インバータ３００には、制御信号として出力波高値指令信号と同期信号とが入力される。そしてインバータ３００は、コンデンサ４００に蓄えられている直流電力に基づいて、出力波高値指令信号を振幅とし、各周波数が上記同期信号に同期した交流電圧を生成して出力する。インバータ３００から出力される交流電圧の波形（（Ｂ）点での波形）を図１に示す。
【００４０】
インバータ３００から出力された交流電圧は、直列変圧器２００に印加される。また直列変圧器２００には、交流電源８００から出力された交流電圧も印加される。そしてこれにより、インバータ３００から出力された交流電圧は、交流電源８００から出力された交流電圧に重畳される。本実施形態においては、インバータ３００から出力される交流電圧は、交流電源８００から出力された交流電圧の振幅が基準電圧よりも大きい場合には負の値であり、交流電源８００から出力された交流電圧の振幅が基準電圧よりも小さい場合には正の値としている。
【００４１】
これにより、直列変圧器２００から、振幅の変動を抑制した交流電圧を出力することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係るフリッカ低減装置１００によれば、交流電源８００から出力された交流電圧の振幅と基準電圧との差分に応じた振幅の交流電圧を、元の交流電圧に重畳して負荷装置に供給するようにすることにより、基準電圧からずれた分だけを抑制するように制御が行なわれるので、電圧変動の抑制を無駄なく合理的に行なうことが可能となる。
【００４３】
また上述したように、交流電圧の変動の大きさは、交流電源８００から出力される元の交流電圧の大きさに比べて小さいため、本実施形態に係るフリッカ低減装置１００を構成する整流器５００やコンデンサ４００、インバータ３００は、比較的小容量のものを用いることが可能となる。例えば、交流電源８００から出力される交流電圧の変動が、元の交流電圧の１％程度である場合には、インバータ３００は負荷装置７００の１００分の１程度の容量でよい。負荷装置７００が１０キロワットの照明装置である場合には、容量は１００ワットで十分である。また、直列変圧器２００の巻き数比が１：１０であるとすると、インバータ３００は、１０ボルト及び１０アンペア（１００ワット）程度の容量でよい。また、電圧平滑用のコンデンサ４００は数千マイクロファラド程度で良い。このようにして、フリッカ低減装置１００の小型化、軽量化が可能になると共に、安価に提供することも可能となる。
【００４４】
なお、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施の形態に係るフリッカ低減装置を含む電気回路の構成例を示す図である。
【図２】本実施の形態に係るインバータ制御回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００    フリッカ低減装置
２００    直列変圧器
３００    インバータ
４００    コンデンサ
５００    整流器
６００    インバータ制御回路
６１０    波高値計
６２０    差分回路
６３０    シグナルリセット回路
６４０    ＰＬＬ回路
７００    負荷装置
８００    交流電源
１０００  電気回路
【図１】
2008301569.tif 000003
【図２】
2008301569.tif 000004