(57)【要約】【課題】電源の電圧変動は、電気機器の障害要因になる場合がある。このため、電圧変動が大きい場合は、タップ付きトランスを使用する方法や、インバータにより電圧と周波数が一定に制御された電源を発生させ給電を行う方法が用いられる。しかし、負荷機器側へのトランスやインバータの追加は、追加スペースの問題が生じる。また、電圧降下が大きい場合は、大電流用のケーブルへ配線変更すればよいが、ケーブルコスト、工事費用の問題が生じる。【解決手段】分電盤１内に自動電圧調整器１０を設備し、負荷端３への負荷電流（ｉ）を検出し、負荷端３までの配電線４による電圧降下（Ｖｒ）を予測し、基準となる商用電源の電圧（Ｖ０）に電圧降下（Ｖｒ）分の電圧補正を行い、負荷端３に給電を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の給電元から電力を供給される負荷端における受電電圧を自動調整するための自動電圧調整器であって、
前記負荷端への負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷端までの配電線の抵抗値と負荷電流とを基に、配電線による電圧降下を予測する電圧降下予測手段と、
前記負荷端に対して、基準となる商用電源の電圧に前記電圧降下予測手段により求めた電圧降下分の電圧補正を行い給電するための電圧補正手段と
を具備することを特徴とする自動電圧調整器。
【請求項２】
基準となる商用電源の電圧に前記電圧降下予測手段により求めた電圧降下分を補正した電圧を目標値とし、出力電圧をフィードバック値とする電力増幅手段と、
前記電力増幅手段により、配電線路に挿入された電圧補正用のトランスを制御して出力電圧の補正を行うための電圧補正手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の自動電圧調整器。
【請求項３】
基準となる商用電源の電圧に前記電圧降下予測手段により求めた電圧降下分を補正した目標電圧と、出力電圧のフィードバック値とを比較するための電圧比較手段と、
前記電圧比較手段によりタップ付きトランスのタップを切り替え、出力電圧の補正を行うためのトランスタップ切替手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の自動電圧調整器。
【請求項４】
前記電圧比較手段にヒシテリシス機能を内蔵し、目標電圧と出力電圧との差が所定の値以上になった場合に、タップ付きトランスのタップを切り替える手段を
さらに具備することを特徴とする請求項３に記載の自動電圧調整器。
【請求項５】
当該自動電圧調整器が、前記電源の給電元に設備されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自動電圧調整器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動電圧調整器に関し、特に、負荷端での電圧変動が大きい場合に、負荷端の機器側に新たな設備を追加することなく、また負荷端の電圧を監視することなく、電源の供給元において負荷端の電圧を適正に調整することができる自動電圧調整器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
商用電源の電圧変動は、電気機器に取って大きな障害要因となる場合がある。従って、ほとんどの電気機器には許容される電源電圧変動率が明示されている。例えば、「ＡＣ２００±１０％」などと表示されている。
この許容電圧変動率は、電気機器メーカが製品を設計する場合の基準となるものであり、この許容電圧変動率を越える電圧での製品の使用をメーカ側では予定しておらず、入力電圧が許容範囲を越える場合は、製品が故障する場合もある（製品によっては安全装置が働き、動作を停止するものもある）。
しかしながらこの電圧変動は、一つの事業所内でも給電元（例えば、分電盤など）から負荷点までの距離、電線の太さ、負荷電流の大きさ、使用機器の種類により場所により異なり、一般的には予め予測することが困難であり、電圧変動が大きいことが分かってから実際に対策する事例が多い。
【０００３】
このような場合に、電圧変動に対する対策としては、以下の方法がよく使用される。
（１）タップ付きトランスを使用し、タップを切り替えて電圧の調整を行う。
２次側に複数の種類の出力電圧タップを持つトランスを使用し、適正な電圧を出力するタップを選択して給電を行う。
（２）インバータを使用し、交流電源を直流電源にいったん変換し、この直流電源から電圧及び周波数が一定に制御された交流電源を発生させ、給電を行う。
【０００４】
これらの対策は、実際に電圧変動が生じる各機器装置側で行うことが効果的であり、また一般的であるが、機器側にタップ付きトランスやインバータを追加設備することは、追加スペースを確保するために既設機器を移動するなどの問題が生じ、何かと煩わしいことが多い。
また、電圧降下が大きい場合は、電圧降下の少ない大電流用のケーブルを使用する方法で解決できるが、後から配線替えをすることは、ケーブルコスト、工事費用の問題などが生じ、何かと煩わしいことが多い。
その他にも、リモートセンシングにより負荷端での電圧を検出し、それをフィードバックして供給電圧を調整する方法があるが、電圧検出用の配線が新たに必要になるなど、煩わしい問題が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、負荷端での電圧変動が大きい場合に、負荷端の機器側には新たな設備を追加することなく、また負荷端の電圧を監視することなく、電源の供給元（例えば、分電盤側）において負荷端の電圧を適正に調整することができる自動電圧調整器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の自動電圧調整器は、電源の給電元から電力を供給される負荷端における受電電圧を自動調整するための自動電圧調整器であって、前記負荷端への負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷端までの配電線の抵抗値と負荷電流とを基に、配電線による電圧降下を予測する電圧降下予測手段と、前記負荷端に対して、基準となる商用電源の電圧に前記電圧降下予測手段により求めた電圧降下分の電圧補正を行い給電するための電圧補正手段とを具備することを特徴とする。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができる。このため、電圧変動による機器の誤動作や故障を未然に防止できる。また、既存の設備にも容易かつ比較的低コストで適用することができる。
【０００７】
また、本発明の自動電圧調整器は、基準となる商用電源の電圧に前記電圧降下予測手段により求めた電圧降下分を補正した電圧を目標値とし、出力電圧をフィードバック値とする電力増幅手段と、前記電力増幅手段により、配電線路に挿入された電圧補正用のトランスを制御して出力電圧の補正を行うための電圧補正手段とを具備することを特徴とする。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができる。このため、電圧変動による機器の誤動作や故障を未然に防止できる。また、既存の設備にも容易かつ比較的低コストで適用することができる。
【０００８】
また、本発明の自動電圧調整器は、基準となる商用電源の電圧に前記電圧降下予測手段により求めた電圧降下分を補正した目標電圧と、出力電圧のフィードバック値とを比較するための電圧比較手段と、前記電圧比較手段により、出力電圧を調整するタップ付きトランスのタップ切り替えを行うためのトランスタップ切替手段とを具備することを特徴とする。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができる。このため、電圧変動による機器の誤動作や故障を未然に防止できる。また、既存の設備にも容易かつ比較的低コストで適用することができる。
【０００９】
また、本発明の自動電圧調整器は、前記電圧比較手段にヒシテリシス機能を内蔵し、目標電圧と出力電圧との差が所定の値以上になった場合に、タップ付きトランスのタップを切り替える手段をさらに具備することを特徴とする。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができると共に、タップ付きトランスでのタップ切り替え動作が頻繁に生じることを抑制できる。
【００１０】
また、本発明の自動電圧調整器は、当該自動電圧調整器が、前記電源の給電元に設備されることを特徴とする。
これにより、負荷端での電圧のリモート監視を行うことなく、負荷端での電圧変動を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
［本発明の自動電圧調整器の概念説明］
図１は本発明による自動電圧調整器の概念を説明するための図である。
図１において、電源の供給元となる分電盤１内には、配電用トランス２が設備され、負荷端３の負荷機器３ａに配電線４を通して電力を供給する。本発明の自動電圧調整器１０は、分電盤１内に設備され、配電用トランス２と負荷端３の間に設備される。
【００１２】
自動電圧調整器１０内には、負荷電流検出手段１１と、電圧降下予測手段１２と、電圧補正手段１３が設けられている。
・負荷電流検出手段１１は、配電用トランス２から負荷端３に電力を供給する配電線４を流れる負荷電流ｉを検出するための手段であり、ＣＴ（電流トランス）、電流センサ、電流計（メータリレー）などが使用される。
【００１３】
・電圧降下予測手段１２は、配電線４における電圧降下Ｖｒを予測計算するための手段であり、負荷電流ｉ、配電線４の導体面積Ｓ、抵抗率ρ、負荷端３までの配線距離Ｌを基に予測計算する。
配電線抵抗（ｒ）＝ρ×Ｌ／Ｓ
電圧降下（Ｖｒ）＝ｉ×ρ×Ｌ／Ｓ
なお、配電線の抵抗ｒは、図４に示す、負荷端での電圧／電流特性データの勾配（ｒ）として求めることもできる。
【００１４】
・電圧補正手段１３は、負荷端３に給電する電圧について、  配電用トランス２の出力電圧Ｖ０に、電圧降下予測手段１２により求めた電圧降下（Ｖｒ）分の電圧補正を行い給電するための手段であり、タップ付きトランスや電圧補正用トランスなどを使用して電圧の補正を行う。
【００１５】
［自動電圧調整器の第１の回路構成例］
また、図２は、自動電圧調整器の第１の回路構成例を示す図であり、図１に示す電圧補正手段１３として、電圧補正用トランス２２を用いる場合の例である。
図２に示す自動電圧調整器１０では、以下のようにして、出力電圧の補正を行う。
（１）自動電圧調整器１０は、ＡＣ入力Ｖｉｎに対して配電線４での電圧降下（Ｖｒ）分の補正行い、ＡＣ出力Ｖｏｕｔを出力する。
【００１６】
（２）標準交流電圧発生器２０は、基準となる標準交流電圧信号ＲＥＦを発生する機能を有し、同期信号２０ａを入力として、標準交流電圧信号ＲＥＦ２０ｂを出力する。なお、標準交流電圧信号ＲＥＦ２０ｂは以下の式で決まる正弦波の電圧信号である。
ＲＥＦ＝Ｒ２×出力電圧（例：１００Ｖ）／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｒ１、Ｒ２：出力電圧（ＡＣ出力Ｖｏｕｔ）の分圧抵抗
【００１７】
（３）また、配電線４を通して負荷端３に流れる負荷電流ｉは、ＣＴ（電流トランス）２１により検出され、ＣＴ２１の２次側回路に挿入された抵抗Ｒｃｔにより、電流検出信号Ｖｃｔに変換される。また、図４に示すように、負荷端での電圧降下は配電線の抵抗ｒと負荷電流ｉの積になり、また電圧降下の勾配は配電線の負荷抵抗ｒになる。従って、それと同じ逆極性の勾配を標準交流電圧信号ＲＥＦ２０ｂに対して与えるような抵抗値をもつ抵抗Ｒｃｔを選択する。
具体的には、抵抗Ｒｃｔの抵抗値は、以下の式で決める。
Ｒｃｔ＝Ｎ（ＣＴの巻数比）×ｒ（配電線４の抵抗）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
すなわち、抵抗Ｒｃｔの抵抗値は、Ｎ（ＣＴの巻数比）に比例し、抵抗分圧比「Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）」に比例する。
【００１８】
（４）また、この電流検出信号Ｖｃｔと基準電圧信号ＲＥＦとが合成されて、交流電力増幅器２３への指令入力（＋側）となる。また、交流電力増幅器２３のフィードバック入力（−側）には、ＡＣ出力Ｖｏｕｔの電圧を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧した電圧信号が入力される。
【００１９】
（５）従って、交流電力増幅器２３は、ＡＣ出力Ｖｏｕｔが、ＡＣ入力Ｖｉｎに電圧降下Ｖｒ（配電線４での電圧降下）分を補正した電圧になるように電圧補正用トランス２２を制御する。
【００２０】
なお、電圧補正用トランス２２に補正電圧を印可する交流電力増幅器２３には、通常のパワーアンプを使用できる他、ＰＷＭインバータを使用して補正電圧を生成することもできる。
【００２１】
［自動電圧調整器の第２の回路構成例］
また、図３は、自動電圧調整器の第２の回路構成例を示す図であり、図１に示す電圧補正手段１３として、タップ付きオートトランス３３を用いる場合の例である。
図３に示す回路は以下のようにして、出力電圧の補正を行う。
（１）自動電圧調整器１０は、ＡＣ入力Ｖｉｎに対して配電線４での電圧降下（Ｖｒ）分に近い値の補正行い、ＡＣ出力Ｖｏｕｔを出力する。
【００２２】
（２）基準電圧信号ＲＥＦ３２は、ＤＣ（直流）の基準電圧信号であり、以下の式で決まる基準電圧信号である。
ＲＥＦ＝Ｒ２×（ルート２）×出力電圧（例：１００Ｖ）／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｒ１、Ｒ２：出力電圧（ＡＣ出力Ｖｏｕｔ）の分圧抵抗
【００２３】
（３）また、負荷端３に流れる負荷電流ｉは、ＣＴ（電流トランス）２１により検出され、ＣＴ２１の２次側回路に挿入された抵抗Ｒｃｔにより、電流検出信号Ｖｃｔ（交流電圧信号）に変換される。
なお、抵抗Ｒｃｔの抵抗値は、以下の式で決める。
Ｒｃｔ＝Ｎ（ＣＴの巻数比）×ｒ（配電線４の抵抗）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
【００２４】
すなわち、抵抗Ｒｃｔの抵抗値は、Ｎ（ＣＴの牧数比）に比例し、抵抗分圧比「Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）」に比例する。
【００２５】
（４）また、基準電圧信号ＲＥＦ３２に電流検出信号Ｖｃｔ（交流電圧信号）が重畳された電圧信号により、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１が充電（ピーク値充電）され、このコンデンサＣ１への充電電圧が比較器３１への指令入力（＋側）となる。また、比較器３１のフィードバック入力（−側）には、コンデンサＣ２に充電された電圧信号（直流電圧信号）が入力される。コンデンサＣ２に充電される電圧信号は、ＡＣ出力Ｖｏｕｔの電圧を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧し、この分圧された電圧信号によりダイオードＤ２を通してコンデンサＣ２を充電（ピーク値充電）した電圧信号である。
【００２６】
（５）そして、比較器３１の出力により、タップ付きオートトランス３３のタップをタップ切替回路３４で切り替え、ＡＣ出力ＶｏｕｔがＡＣ入力Ｖｉｎに電圧降下分Ｖｒ（配電線４での電圧降下）分を補正した電圧に近くなるように制御する。本例では、タップ付きオートトランス３３には３つのタップがあり、軽負荷の場合に使用される低電圧タップ３４ａ、中負荷の場合に使用される中間タップ３４ｂ、重負荷の場合に使用される高電圧タップ３４ｃの３つのタップが設けられている。
【００２７】
（６）また、比較器３１にはヒシテリス機能が内蔵されており、指令入力（＋側）とフィードバック入力（−側）が所定の差以内の場合は以前の出力状態（タップ選択状態）を維持するようになっている。なお、このヒシテリス幅は、抵抗分圧比「Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）」に比例するように設定する。
【００２８】
（７）また、図５はタップ選択と負荷端の電流との関係を説明するための図であり、タップの切り替えは以下のようにして行われる。
▲１▼負荷電流が０〜ｉ１までの負荷が軽い場合は、負荷端３での電圧が上昇するので、電圧切替タップ（低電圧）ａを選択する。
▲２▼負荷電流がｉ１からｉ２までの中負荷の場合は、通常の電圧切替タップ（中間）ｂを選択する。
▲３▼負荷電流がｉ２以上になる負荷が重い場合は、負荷端３での電圧が低下するので、電圧切替タップ（高電圧）ｃを選択する。
なお、比較器３１にはヒシテリシス機能が内蔵されており、負荷電流が増大する方向と、負荷電流が減少する方向では、タップが切り替わる負荷電流値が異なる。
【００２９】
［自動電圧調整器の第３の回路構成例］
また、図６は、自動電圧調整器の第３の回路構成例を示す図であり、図２に示す第２の回路構成例中の標準交流電圧発生器２０に代えて、抵抗器Ｒ１とＲ２によりＡＣ入力（Ｖｉｎ）の電圧を分圧して指令電圧信号（ＲＥＦ）２０ｃを生成するものである。これにより、回路の簡素化が図れる。
図６に示す自動電圧調整器１０では、以下のようにして、ＡＣ出力（Ｖｏｕｔ）の電圧の補正を行う。
【００３０】
（１）自動電圧調整器１０は、ＡＣ入力（Ｖｉｎ）に対して配電線４での電圧降下（Ｖｒ）分の補正行い、ＡＣ出力（Ｖｏｕｔ）を出力する。
【００３１】
（２）抵抗器Ｒ１および抵抗器Ｒ２は、商用電源であるＡＣ入力（Ｖｉｎ）の電圧を分圧して指令電圧信号（ＲＥＦ）２０ｃを生成する。なお、指令電圧信号（ＲＥＦ）２０ｃは以下の式で決まる交流電圧信号である。
ＲＥＦ＝Ｒ２×Ｖｉｎ（例：１００Ｖ）／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｒ１、Ｒ２：ＡＣ入力（Ｖｉｎ）の分圧抵抗器
【００３２】
（３）また、配電線４を通して負荷端３に流れる負荷電流ｉは、ＣＴ（電流トランス）４１により検出され、ＣＴ４１の２次側回路に挿入された抵抗Ｒｃｔにより、電流検出信号Ｖｃｔに変換される。また、図４に示すように、負荷端での電圧降下は配電線の抵抗ｒと負荷電流ｉの積になり、また電圧降下の勾配は配電線の負荷抵抗ｒになる。従って、それと同じ逆極性の勾配を指令電圧信号（ＲＥＦ）２０ｃに対して与えるような抵抗値をもつ抵抗Ｒｃｔを選択する。
具体的には、抵抗Ｒｃｔの抵抗値は、以下の式で決める。
Ｒｃｔ＝Ｎ（ＣＴの巻数比）×ｒ（配電線４の抵抗）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）すなわち、抵抗Ｒｃｔの抵抗値は、Ｎ（ＣＴの巻数比）に比例し、抵抗分圧比「Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）」に比例する。
【００３３】
（４）また、この電流検出信号Ｖｃｔと指令電圧信号（ＲＥＦ）２０ｃとが合成されて、交流電力増幅器４３への指令入力（＋側）となる。また、交流電力増幅器４３のフィードバック入力（−側）には、ＡＣ出力（Ｖｏｕｔ）の電圧を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧した電圧信号が入力される。
なお、通常は以下の式が成立するように、抵抗器Ｒ３とＲ４を選定する。
Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）
【００３４】
（５）従って、交流電力増幅器４３は、ＡＣ出力（Ｖｏｕｔ）の電圧が、ＡＣ入力電圧（Ｖｉｎ）に電圧降下Ｖｒ（配電線４での電圧降下）分を補正した電圧になるように電圧補正用トランス４２を制御する。
【００３５】
なお、電圧補正用トランス４２に補正電圧を印可する交流電力増幅器４３には、通常のパワーアンプを使用できる他、ＰＷＭインバータを使用して補正電圧を生成することもできる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の自動電圧調整器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動電圧調整器においては、負荷端への負荷電流を検出し、負荷端までの配電線による電圧降下を予測し、基準となる商用電源の電圧に電圧降下分の電圧補正を行い給電する。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができる。このため、電圧変動による機器の誤動作や故障を未然に防止できる。また、既存の設備にも容易かつ比較的低コストで適用することができる。
【００３８】
また、本発明の自動電圧調整器においては、基準となる電圧に電圧降下分を補正した電圧を目標値とし、出力電圧をフィードバック値とする電力増幅手段により、配電線路に挿入された電圧補正用のトランスを制御して出力電圧の補正を行う。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができる。このため、電圧変動による機器の誤動作や故障を未然に防止できる。また、既存の設備にも容易かつ比較的低コストで適用することができる。
【００３９】
また、本発明の自動電圧調整器においては、基準となる電圧に電圧降下分を補正した目標電圧と、出力電圧のフィードバック値とを比較するための電圧比較手段と、該電圧比較手段により、出力電圧を調整するタップ付きトランスのタップ切り替えを行う。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができる。このため、電圧変動による機器の誤動作や故障を未然に防止できる。また、既存の設備にも容易かつ比較的低コストで適用することができる。
【００４０】
また、本発明の自動電圧調整器においては、電圧比較手段にヒシテリシス機能を設け、目標電圧と出力電圧との差が所定の値以上になった場合に、タップ付きトランスのタップを切り替える。
これにより、負荷端における電圧変動を防ぐことができると共に、タップ付きトランスでのタップ切り替え動作が頻繁に生じることを抑制できる。
【００４１】
また、本発明の自動電圧調整器においては、当該自動電圧調整器を、電源の給電元に設備する。
これにより、負荷端での電圧のリモート監視を行うことなく、負荷端での電圧変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動電圧調整器の概念を説明するための図である。
【図２】自動電圧調整器の第１の回路構成例を示す図である。
【図３】自動電圧調整器の第２の回路構成例を示す図である。
【図４】負荷端での電圧降下について説明するための図である。
【図５】タップ選択と負荷端の電流との関係を説明するための図である。
【図６】自動電圧調整器の第３の回路構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  分電盤
２  配電用トランス
３  負荷端
３ａ  負荷機器
４  配電線
１０  自動電圧調整器
１１  負荷電流検出手段
１２  電圧降下予測手段
１３  電圧補正手段
２０  基準交流電圧発生器
２１  電流トランス
２２  電圧補正用トランス
２３  交流電力増幅器
３１  比較器
３２  基準電圧
３３  タップ付きオートトランス
３４  タップ切替回路
４１  電流トランス
４２  電圧補正トランス
４３  交流電力増幅器
【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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