(57)【要約】【課題】サイリスタを用いて調整変圧器と直列変圧器の接続を切替え、降下または上昇した電圧を高速に補償する電圧補償装置を提供する。【解決手段】電力系統と並列に一次巻線を接続して系統電圧の変動を検出する調整変圧器と、電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、調整変圧器の二次巻線と直列に接続されたサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチと該半導体スイッチの出力をバイパスするサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチとから構成され、直列変圧器の二次巻線と並列に接続された電圧切替え手段と、調整変圧器から得られる電圧に基いて前記半導体スイッチを制御する制御手段とを有する。【選択図】　　　図１
2004023883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と並列に一次巻線を接続して系統電圧の変動を検出する調整変圧器と、
前記電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、
前記調整変圧器の二次巻線と直列に接続されたサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチと該半導体スイッチの出力をバイパスするサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチとから構成され、前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続された電圧切替え手段と、
前記調整変圧器から得られる電圧に基いて前記半導体スイッチを制御する制御手段と
を有することを特徴とする電圧補償装置。
【請求項２】
電力系統と並列に一次巻線を接続して電圧変動を検出する調整変圧器と、
前記電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、
サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列に接続した、２組の半導体アームを並列に接続し、該半導体アームの中間点を前記調整変圧器の二次巻線と接続してブリッジ回路を構成し、該ブリッジ回路を前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続した電圧切替え手段と、
前記調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段と
を有することを特徴とする電圧補償装置。
【請求項３】
電力系統と並列に一次巻線を接続して電圧変動を検出する、二次巻線に少なくとも１つのタップを備えた調整変圧器と、
前記電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、
サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列に接続した複数の半導体アームを直列変圧器二次巻線と並列に接続し、前記複数の半導体アームの中間点を前記調整変圧器の二次巻線およびタップと接続してブリッジ回路を構成した電圧切替え手段と、
前記調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段と
を有することを特徴とする電圧補償装置。
【請求項４】
電力系統と並列に一次巻線を接続して電圧変動を検出する、二次巻線に少なくとも１つのタップを備えた調整変圧器と、
前記電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を電力系統に重畳する直列変圧器と、
前記調整変圧器の二次巻線の両端部と直列に接続された２個のサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチとサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列接続した複数の半導体アームを前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続し、該複数の半導体アームの中間点を前記調整変圧器の複数のタップとそれぞれ接続した電圧切替え手段と、
前記調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段と
を有することを特徴とする電圧補償装置。
【請求項５】
電力系統と並列に一次巻線を接続して系統電圧の変動を検出する、少なくとも２個の出力巻線を備えた調整変圧器と、
前記電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、
前記調整変圧器の前記出力巻線毎に該出力巻線と直列に接続したサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチと該半導体スイッチの出力をバイパスするサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチとから構成される回路を、少なくとも２個直列に接続し、該直列に接続された回路を前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続した電圧切替え手段と、
前記調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段とを有することを特徴とする電圧補償装置。
【請求項６】
前記調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、該調整変圧器の出力巻線がＭ（２≦Ｍ）個であるときに、Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）番目の出力巻線電圧ＶＮは式（１）を満たすことを特徴とする請求項５記載の電圧補償装置。
【数１】
2004023883.tif 000015
【請求項７】
電力系統と並列に一次巻線を接続して系統電圧の変動を検出する、少なくとも２個の出力巻線を備えた調整変圧器と、
前記電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、
サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列に接続した、２組の半導体アームを並列に接続し、該半導体アームの中間点を前記調整変圧器の夫々の出力巻線と接続して少なくとも２個のブリッジ回路を構成し、該ブリッジ回路を直列に接続して前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続した電圧切替え手段と、
前記調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段と
を有することを特徴とする電圧補償装置。
【請求項８】
前記調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、調整変圧器の出力巻線がＭ（２≦Ｍ）個であるとき、Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）番目の出力巻線電圧ＶＮは式（２）を満たすことを特徴とする請求項７記載の電圧補償装置。
【数２】
2004023883.tif 000016
【請求項９】
前記直列変圧器の一次巻線と並列にバイパス回路を接続することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の電圧補償装置。
【請求項１０】
前記直列変圧器の二次巻線と並列にバイパス回路を接続することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の電圧補償装置。
【請求項１１】
前記直列変圧器に過飽和変圧器を適用することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の電圧補償装置。
【請求項１２】
前記直列変圧器と並列に過飽和リアクトルを接続することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の電圧補償装置。
【請求項１３】
前記直列変圧器と並列にアレスタを接続することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の電圧補償装置。
【請求項１４】
３相系統に用いるときには、前記調整変圧器にはＶ結線変圧器を使用し、前記直列変圧器は３相系統の各相と直列に接続し、前記電圧切替え手段はＶ結線変圧器の出力巻線と並列に接続し、さらに前記直列変圧器の二次巻線２相分と直列に接続することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項記載の電圧補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統電圧の電圧変動を検出して、電圧変動分を補償する電圧補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の電圧調整装置を示したものである。同図において、１は系統の電源側入力電圧、２は系統の負荷側出力電圧、３は系統の変動電圧を補償するために系統電圧の変動を検出する調整変圧器、４は系統の変動電圧を補償する直列変圧器、５は系統の変動電圧を補償するために入力を調整するタップ切替え回路、６は調整変圧器から得られる電圧に基いてタップ切替え回路を制御する制御回路を示す。
【０００３】
次に、従来の電圧補償装置の回路動作について説明する。
電源側入力電圧１が適正電圧範囲にあるときは、制御回路６は直列変圧器４に出力する電圧がゼロになるよう、調整変圧器３のタップ切替え回路５のタップ位置を短絡に設定する。
【０００４】
電源側入力電圧１が低下すると、電源側入力電圧１とともに負荷側出力電圧２も低下する。この電圧低下を制御回路６が検出し、降下した電圧分を直列変圧器４が出力するよう、調整変圧器のタップ切替え回路５のタップ位置を所定の位置に切替えている。
【０００５】
このようにして、電源側入力電圧１の電圧降下を補償し、負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電圧補償装置では、タップ切替え回路の切替え手段として、機械スイッチを使用しているので、電源側入力電圧が降下してから負荷側出力電圧が規定電圧に戻るまでに、数百ｍｓ〜数ｓの動作時間がかかってしまう。
【０００７】
コンピュータ負荷や産業用負荷の場合、上記の電圧低下時間内に、機器の停止や誤動作の発生といった支障を来す恐れがあり、高速に電圧を補償する電圧補償装置が要求されている。
【０００８】
そこで、本発明は、従来の機械スイッチを用いた電圧補償装置に対して、サイリスタを用いて調整変圧器と直列変圧器の接続を切替え、降下または上昇した電圧を高速に補償する電圧補償装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１記載の電圧補償装置は、電力系統と並列に一次巻線を接続して系統電圧の変動を検出する調整変圧器と、電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、調整変圧器の二次巻線と直列に接続されたサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチと該半導体スイッチの出力をバイパスするサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチとから構成され、直列変圧器の二次巻線と並列に接続された電圧切替え手段と、
調整変圧器から得られる電圧に基いて前記半導体スイッチを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
これにより、直列変圧器４の一次巻線から電源側入力電圧１に重畳されるので、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持することができる。また、本電圧補償装置はサイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧補償を行うことができる。本電圧補償装置はサイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧補償を行うことができる。
【００１０】
請求項２記載の電圧補償装置は、電力系統と並列に一次巻線を接続して電圧変動を検出する調整変圧器と、電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列に接続した、２組の半導体アームを並列に接続し、該半導体アームの中間点を調整変圧器の二次巻線と接続してブリッジ回路を構成し、該ブリッジ回路を直列変圧器の二次巻線と並列に接続した電圧切替え手段と、調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
これにより、これらの直列変圧器の二次巻線電圧が変圧されて一次巻線から系統電圧に重畳されるので、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧を規定電圧範囲に維持することができる。
また、調整変圧器の二次巻線電圧を負の向きに直列変圧器から出力できることから、電源側入力電圧の電圧上昇に対して、直列変圧器の一次巻線により、電圧を降下させて負荷側出力電圧を規定電圧範囲に調整することもできる。
さらにまた、本電圧補償装置はサイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧補償を行うことができる。
【００１１】
請求項３記載の電圧補償装置は、電力系統と並列に一次巻線を接続して電圧変動を検出する、二次巻線に少なくとも１つのタップを備えた調整変圧器と、電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列に接続した複数の半導体アームを直列変圧器二次巻線と並列に接続し、前記複数の半導体アームの中間点を前記調整変圧器の二次巻線およびタップと接続してブリッジ回路を構成した電圧切替え手段と、調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
これにより、調整変圧器二次巻線のタップ数および半導体アームを増設すれば、電圧の調整範囲が拡大し、小さなステップ変化で電圧変動を補償することができる。また、本電圧補償装置は、サイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧補償を行うことができる。
【００１２】
請求項４記載の電圧補償装置は、電力系統と並列に一次巻線を接続して電圧変動を検出する、二次巻線に少なくとも１つのタップを備えた調整変圧器と、電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を電力系統に重畳する直列変圧器と、調整変圧器の二次巻線の両端部と直列に接続された２個のサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチとサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列接続した複数の半導体アームを前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続し、該複数の半導体アームの中間点を前記調整変圧器の複数のタップとそれぞれ接続した電圧切替え手段と、調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
これにより、調整変圧器二次巻線のタップ数および半導体アームを増設すれば、電圧の調整範囲が拡大し、小さなステップ変化で電圧変動を補償することができ、少ない半導体スイッチで段階的な出力電圧補償を行うことができる。また、本電圧補償装置は、サイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧を補償することができる。
【００１３】
請求項５記載の電圧補償装置は、電力系統と並列に一次巻線を接続して系統電圧の変動を検出する、少なくとも２個の出力巻線を備えた調整変圧器と、電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、調整変圧器の前記出力巻線毎に該出力巻線と直列に接続したサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチと該半導体スイッチの出力をバイパスするサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチとから構成される回路を、少なくとも２個直列に接続し、該直列に接続された回路を前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続した電圧切替え手段と、調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
これにより、出力巻線の個数を増せば、補償できる電圧範囲が拡大して、幅広く電圧を補償することができる。また、本電圧補償装置はサイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速で電圧を補償することができる。
【００１４】
請求項６記載の電圧補償装置は、請求項５に記載の電圧補償装置において、調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、該調整変圧器の出力巻線がＭ（２≦Ｍ）個であるときに、Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）番目の出力巻線電圧ＶＮは式（１）を満たすことを特徴とする。
【数３】
2004023883.tif 000003
これにより、出力巻線の個数によって出力状態が設定され、個々の半導体スイッチを適宜切替えることによって、等間隔の電圧段階的補償ができるようになる。
【００１５】
請求項７記載の電圧補償装置は、電力系統と並列に一次巻線を接続して系統電圧の変動を検出する、少なくとも２個の出力巻線を備えた調整変圧器と、電力系統と直列に一次巻線を接続して補償電圧を該電力系統に重畳する直列変圧器と、サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチを２個直列に接続した、２組の半導体アームを並列に接続し、該半導体アームの中間点を前記調整変圧器の夫々の出力巻線と接続して少なくとも２個のブリッジ回路を構成し、該ブリッジ回路を直列に接続して前記直列変圧器の二次巻線と並列に接続した電圧切替え手段と、調整変圧器から得られる電圧に基いて半導体スイッチを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
これにより、調整変圧器二次巻線の個数および半導体アームを増設することにより、電圧の調整範囲が拡大し、小さなステップ変化で電圧変動を補償することができる。また、少ない半導体スイッチで段階的な出力電圧補償を行うことができる。さらにまた、本電圧補償装置は、サイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧を補償することができる。
【００１６】
請求項８記載の電圧補償装置は、請求項７記載の電圧補償装置において、調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、調整変圧器の出力巻線がＭ（２≦Ｍ）個であるとき、Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）番目の出力巻線電圧ＶＮは式（２）を満たすことを特徴とする。
【数４】
2004023883.tif 000004
これにより、出力巻線の個数によって出力状態を設定することにより、半導体スイッチを切替えて等間隔の電圧を段階的に補償することができる。
【００１７】
請求項９記載の電圧補償装置は、請求項１乃至請求項８に記載の電圧補償装置において、前記直列変圧器の一次巻線と並列にバイパス回路を接続することを特徴とする。
これにより、バイパス回路を直列変圧器の一次巻線と並列に接続し、電圧補償装置が待機しているときの系統電流をバイパス回路へと通過させることにより、損失の低減を図ることができる。
【００１８】
請求項１０記載の電圧補償装置は、請求項１乃至請求項８に記載の電圧補償装置において、前記直列変圧器の二次巻線と並列にバイパス回路を接続することを特徴とする。
これにより、系統電流が直列変圧器の二次巻線およびサイリスタを流れることによる損失を減らすことができる。また、直列変圧器の二次側から、電圧階級が低圧回路となるので、バイパス回路の絶縁処理が簡単になる。
【００１９】
請求項１１記載の電圧補償装置は、請求項１乃至請求項１０に記載の電圧補償装置において、直列変圧器に過飽和変圧器を適用することを特徴とする。
これにより、電圧補償装置を系統側の過電圧・過電流から保護するとともに、サイリスタによる過電圧・過電流を系統側に流出させないことが可能になる。
【００２０】
請求項１２記載の電圧補償装置は、請求項１乃至請求項１０に記載の電圧補償装置において、直列変圧器と並列に過飽和リアクトルを接続することを特徴とする。
これにより、過飽和リアクトル３８が飽和してインピーダンスが低減することにより、端子電圧が低減し、直列変圧器および二次巻線に接続されているサイリスタを過電圧・過電流から保護することができる。
【００２１】
請求項１３記載の電圧補償装置は、請求項１乃至請求項１０に記載の電圧補償装置において、直列変圧器と並列にアレスタを接続することを特徴とする。
これにより、系統事故等により直列変圧器に過電圧が発生すると、アレスタが動作して端子電圧の上昇を抑えることができる。
【００２２】
請求項１４記載の電圧補償装置は、請求項１乃至請求項１３に記載の電圧補償装置を三相系統に用いるときには、調整変圧器はＶ結線変圧器を使用し、直列変圧器は３相系統の各相と直列に接続し、電圧切替え手段はＶ結線変圧器の出力巻線と並列に接続し、さらに直列変圧器の二次巻線２相分と直列に接続することを特徴とする。
これにより、３相系統に対して２組の電圧切替え手段で系統電圧補償を行うことができ、３相系統の各相に電圧切替え手段を用いるよりも部品点数を減らすことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態：請求項１に対応）
図１は、本発明の第１の実施の形態を表す回路構成図である。同図中、１〜６は従来の技術で説明したものと同一であり、ここでの説明は省略する。同図中、７および８はサイリスタを逆並列接続して構成した半導体スイッチ（以後、サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチと呼ぶ）である。
【００２４】
調整変圧器３の二次巻線と直列に半導体スイッチ７を接続し、調整変圧器３の二次巻線および半導体スイッチ７の出力端点をバイパスするように、半導体スイッチ８を接続し、半導体スイッチ８を直列変圧器４の二次巻線と並列して接続する。
【００２５】
制御手段６を用いて半導体スイッチ７および８のオン・オフを制御する。
【００２６】
表１は、半導体スイッチのオン・オフ状態と直列変圧器４の二次巻線電圧との関係を示したものである。半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、調整変圧器３の二次巻線電圧をＶとしたときの直列変圧器４の二次巻線電圧を表している。
【００２７】
【表１】
2004023883.tif 000005
【００２８】
同表において、状態１では、調整変圧器３の二次巻線電圧がＶであり、半導体スイッチ７がオンで、半導体スイッチ８がオフのとき、直列変圧器４の二次巻線電圧はＶとなり、状態２では、半導体スイッチ７がオフ，半導体スイッチ８がオンのとき、直列変圧器４の二次巻線電圧はゼロとなることを示している。
【００２９】
これらの電圧が変圧されて直列変圧器４の一次巻線から電源側入力電圧１に重畳されるので、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持することができる。
【００３０】
本実施の形態によれば、本電圧補償装置はサイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧補償を行うことができる。
【００３１】
（第２の実施の形態：請求項２に対応）
図２は、本発明の第２の実施の形態を表す回路構成図である。同図中、９，１０，１１および１２はサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチである。
【００３２】
半導体スイッチ９と半導体スイッチ１０を直列に接続して半導体アームを構成し、同様に半導体スイッチ１１と半導体スイッチ１２を直列に接続して半導体アームを構成する。それぞれの半導体アームを直列変圧器４の二次巻線と並列に接続し、半導体スイッチ９，１０の中間点および１１，１２の中間点と調整変圧器３の二次巻線を接続してブリッジ回路を構成する。
【００３３】
制御手段６を用いて半導体スイッチ７および８のオン・オフを制御する。
【００３４】
表２は、半導体スイッチのオン・オフ状態と直列変圧器４の二次巻線電圧の関係を示したものである。半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、調整変圧器３の二次巻線電圧をＶとしたときの直列変圧器４の二次巻線電圧を表している。
【００３５】
【表２】
2004023883.tif 000006
【００３６】
同表において、状態２は、半導体アームの一方がオンして他方がオフすればよいので、半導体スイッチ１１，１２がオン、半導体スイッチ９，１０がオフでもよい。
【００３７】
これらの直列変圧器４の二次巻線電圧が変圧されて一次巻線から系統電圧に重畳されるので、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持することができる。
【００３８】
また、調整変圧器３の二次巻線電圧を負の向きに直列変圧器４から出力できることから、電源側入力電圧１の電圧上昇に対して、直列変圧器４の一次巻線により、電圧を降下させて負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に調整することもできる。
【００３９】
本実施の形態によれば、本電圧補償装置はサイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧補償を行うことができる。
【００４０】
（第３の実施の形態：請求項３対応）
図３は、本発明の第３の実施の形態を表す回路構成図である。ここでは、調整変圧器３の二次巻線に１つのタップを備えた場合の回路構成図を示す。同図において、１３乃至１８はサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチである。
【００４１】
半導体スイッチ１３と半導体スイッチ１４を直列に接続して第１の半導体アームを構成し、半導体スイッチ１５と半導体スイッチ１６を直列に接続して第２の半導体アームを構成し、同様に、半導体スイッチ１７と半導体スイッチ１８を直列に接続して第３の半導体アームを構成する。
【００４２】
それぞれの半導体アームを直列変圧器４の二次巻線と並列に接続し、半導体スイッチ１３，１４および１７，１８の間にある中間点と調整変圧器３の二次巻線を接続し、半導体スイッチ１５，１６の間にある中間点とタップを接続して、夫々ブリッジ回路を構成する。
【００４３】
制御手段６を用いて半導体スイッチ７および８のオン・オフを制御する。
【００４４】
表３は、半導体スイッチのオン・オフ状態と直列変圧器４の二次巻線電圧の関係を示したものである。半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、半導体スイッチ１５，１６と半導体スイッチ１７，１８の中間点電圧をＶ１，半導体スイッチ１３，１４と半導体スイッチ１５，１６の中間点電圧をＶ２とし、電圧Ｖは調整変圧器３の二次巻線電圧をＶとする。
【００４５】
【表３】
2004023883.tif 000007
【００４６】
状態４は半導体アームの１つが導通して他のアームがオフすればよいので、半導体スイッチ１５，１６がオン、半導体スイッチ１３，１４および１７，１８がオフでもよい。
【００４７】
これらの直列変圧器４の二次巻線電圧が一次巻線から系統電圧に重畳されるので、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持することができる。
【００４８】
調整変圧器の二次巻線電圧を負の向きに直列変圧器から出力できることから、電源側入力電圧１の電圧上昇に対して、直列変圧器４の一次巻線で電圧を降下させて負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に調整することもできる。
【００４９】
本実施の形態によれば、調整変圧器二次巻線のタップ数および半導体アームを増設すれば、電圧の調整範囲が拡大し、小さなステップ変化で電圧変動を補償することができる。また、本電圧補償装置は、サイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧補償を行うことができる。
【００５０】
（第４の実施の形態：請求項４に対応）
図４は、本発明の第４の実施の形態を表す回路構成図である。
調整変圧器３のタップが１つの場合で、第３の実施の形態と異なる例について説明する。
【００５１】
図４において、１９乃至２２は、サイリスタ逆並列接続形半導体スイッチである。半導体スイッチ１９を調整変圧器３の二次巻線端子と直列に接続し、半導体スイッチ２０を調整変圧器３の残り二次巻線端子と直列に接続し、この２つの半導体スイッチ１９および２０を介して直列変圧器４と並列に接続する。また半導体スイッチ２１と半導体スイッチ２２を直列に接続して半導体アームを構成し、その半導体アームを直列変圧器４の二次巻線と並列に接続し、半導体スイッチ２１，２２の中間点を調整変圧器３の二次巻線のタップと接続する。
【００５２】
制御手段６を用いて半導体スイッチ７および８のオン・オフを制御する。
【００５３】
表４は、半導体スイッチのオン・オフ状態と直列変圧器４の二次巻線電圧の関係を示したものである。半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、半導体スイッチ２０からの、半導体スイッチ２１，２２のタップ電圧をＶ１，半導体スイッチ１９からの、半導体スイッチ２１，２２のタップ電圧をＶ２とし、電圧Ｖは調整変圧器３の二次巻線電圧をＶとする。
【００５４】
【表４】
2004023883.tif 000008
【００５５】
これらの直列変圧器４の二次巻線電圧が変圧されて、一次巻線から系統電圧に重畳されるので、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持することができる。
【００５６】
本実施の形態によれば、調整変圧器二次巻線のタップ数および半導体アームを増設すれば、電圧の調整範囲が拡大し、小さなステップ変化で電圧変動を補償することができ、少ない半導体スイッチで段階的な出力電圧補償を行うことができる。また、本電圧補償装置は、サイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧を補償することができる。
【００５７】
（第５の実施の形態：請求項５に対応）
図５は、本発明の第５の実施の形態を表す回路構成図であり、調整変圧器３の出力巻線が２つの場合について説明する。
同図において、２３乃至２６はサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチである。
【００５８】
半導体スイッチ２３を調整変圧器３の第１の出力巻線と直列に接続し、調整変圧器３の第１の出力巻線および半導体スイッチ２３をバイパスするように半導体スイッチ２４を接続する。同様に、半導体スイッチ２５を調整変圧器３の第２の出力巻線と直列に接続し、調整変圧器３の第２の出力巻線および半導体スイッチ２５をバイパスするように半導体スイッチ２６を接続する。
【００５９】
調整変圧器３の第１の出力巻線電圧と第２の出力巻線電圧を、互いに重畳して直列変圧器４から出力することができるように、それらの電圧端子を直列接続し、直列接続された電圧端子を直列変圧器の二次巻線と並列に接続する。
【００６０】
制御手段６を用いて半導体スイッチ７および８のオン・オフを制御する。
【００６１】
表５は、半導体スイッチのオン・オフ状態と直列変圧器４の二次巻線電圧の関係を示したものである。
【００６２】
半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、半導体スイッチ２５と直列に接続された出力巻線の電圧をＶ１、半導体スイッチ２３と直列に接続された出力巻線の電圧をＶ２とし、電圧Ｖは調整変圧器３の出力巻線電圧の総和をＶとしている。
【００６３】
【表５】
2004023883.tif 000009
【００６４】
これらの直列変圧器４の二次巻線電圧が変圧されて、一次巻線から系統電圧に重畳されるので、補償電圧を切替えて出力を制御すれば、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持することができる。
【００６５】
本実施の形態によれば、出力巻線の個数を増せば、補償できる電圧範囲が拡大して、幅広く電圧を補償することができる。また、本電圧補償装置はサイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速で電圧を補償することができる。
【００６６】
（第６の実施の形態：請求項６に対応）
第６の実施の形態は、第５の実施の形態において、出力巻線の個数に応じて、補償電圧を均等分割するように出力巻線電圧を規定するものである。
【００６７】
例えば、出力巻線が２個のときは、第１の出力巻線電圧は１／３×Ｖ、第２の出力巻線電圧は２／３×Ｖとすることにより、補償電圧を均等分割することができる。
【００６８】
表６は、上記の場合おいて、半導体スイッチの状態と直列変圧器４の二次巻線電圧の関係を示したものである。
【００６９】
半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、半導体スイッチ２５と直列に接続された出力巻線電圧をＶ１，半導体スイッチ２３と直列に接続された出力巻線電圧をＶ２とし、調整変圧器３の出力巻線電圧の総和をＶとしている。
【００７０】
【表６】
2004023883.tif 000010
【００７１】
このように、出力巻線が２個なら４出力状態、出力巻線が３個なら８出力状態が設定され、個々の半導体スイッチを適宜切替えることによって、等間隔の電圧段階的補償ができるようになる。
【００７２】
表６は、前記調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、該調整変圧器の出力巻線が２個であるときに、１番目の出力巻線電圧Ｖ１が１／３×Ｖ、２番目の出力巻線電圧Ｖ２が２／３×Ｖである場合を示したものである。
【００７３】
これを一般式で表すと、調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、調整変圧器の出力巻線がＭ（２≦Ｍ）個であるときに、Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）番目の出力巻線電圧ＶＮは式（１）を満たせばよい。
【００７４】
【数５】
2004023883.tif 000011
【００７５】
（第７の実施の形態：請求項７に対応）
図６は、本発明の第７の実施の形態を表す回路構成図であり、調整変圧器３の出力巻線が２つの場合であるが、第５の実施の形態とは異なった構成について説明する。
同図において、２７乃至３４はサイリスタ逆並列接続形半導体スイッチである。
【００７６】
半導体スイッチ２７と半導体スイッチ２８を直列に接続して半導体アームを構成し、同様に半導体スイッチ２９と半導体スイッチ３０を直列に接続して半導体アームを構成する。これらの半導体アームを並列に接続し、半導体スイッチ２７，２８および２９，３０の中間点と調整変圧器３の第１の出力巻線を接続してブリッジ回路を構成する。
【００７７】
また、半導体スイッチ３１と半導体スイッチ３２を直列に接続して半導体アームを構成し、半導体スイッチ３３と半導体スイッチ３４を直列に接続して半導体アームを構成する。この半導体アームを並列に接続し、半導体スイッチ３１，３２および３３，３４の中間点と調整変圧器３の第２の出力巻線を接続してブリッジ回路を構成する。
【００７８】
これらのブリッジ回路の出力が重畳して直列変圧器４から出力できるように、ブリッジ回路の出力端を直列に接続したものを、直列変圧器４の二次巻線と並列に接続する。制御手段６は、半導体スイッチ７および８のオン・オフを制御する。
【００７９】
表７は、半導体スイッチのオン・オフ状態と直列変圧器４の二次巻線電圧の関係を示す。
【００８０】
半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、半導体スイッチ３１，３２および３３，３４の中間点と接続された出力巻線電圧をＶ１，半導体スイッチ２７，２８および２９，３０の中間点と接続された出力巻線電圧をＶ２とし、調整変圧器３の出力巻線電圧の総和をＶとしている。
【００８１】
【表７】
2004023883.tif 000012
【００８２】
これらの直列変圧器４の二次巻線電圧が変圧されて、一次巻線から系統電圧に重畳されるので、電源側入力電圧１が低下しても負荷側出力電圧２を規定電圧範囲に維持することができる。
【００８３】
本実施の形態によれば、調整変圧器二次巻線の個数および半導体アームを増設することにより、電圧の調整範囲が拡大し、小さなステップ変化で電圧変動を補償することができる。また、少ない半導体スイッチで段階的な出力電圧補償を行うことができる。
【００８４】
さらにまた、本電圧補償装置は、サイリスタを用いて出力電圧を切替えることから、従来の機械式スイッチより高速に電圧を補償することができる。
【００８５】
（第８の実施の形態：請求項８に対応）
本発明の第８の実施の形態は、第７の実施の形態において、出力巻線の個数に応じて補償電圧を均等分割するように、出力巻線電圧を規定するものである。
【００８６】
例えば、出力巻線が２個のとき、第１の出力巻線電圧は１／４×Ｖ、第２の出力巻線電圧は３／４×Ｖとする。　制御手段６は、半導体スイッチ７および８のオン・オフを制御する。
【００８７】
表８は、半導体スイッチのオン・オフ状態と直列変圧器４の二次巻線電圧の関係を示す。
【００８８】
半導体スイッチのオンを○、オフを×で表し、半導体スイッチ３１，３２および３３，３４の中間点と接続された出力巻線電圧をＶ１，半導体スイッチ２７，２８および２９，３０の中間点と接続された出力巻線電圧をＶ２とし、調整変圧器３の出力巻線電圧の総和をＶとしている。
【００８９】
【表８】
2004023883.tif 000013
【００９０】
このように、出力巻線が２個なら９出力状態、出力巻線が３個なら２７出力状態と、半導体スイッチを切替えて等間隔の電圧段階的補償ができる。
【００９１】
表８は、前記調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、該調整変圧器の出力巻線が２個であるときに、１番目の出力巻線電圧Ｖ１が１／４×Ｖ、２番目の出力巻線電圧Ｖ２が３／４×Ｖである場合を示したものである。
【００９２】
これを一般式で表すと、調整変圧器の出力巻線電圧の和がＶであり、調整変圧器の出力巻線がＭ（２≦Ｍ）個であるときに、Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）番目の出力巻線電圧ＶＮは式（２）を満たせばよい。
【００９３】
【数６】
2004023883.tif 000014
【００９４】
（第９の実施の形態：請求項９に対応）
図７は、本発明の第９の実施の形態を表す回路構成図である。
３５はバイパス回路で、直列変圧器４の一次巻線と並列に接続されている。
【００９５】
電圧補償装置による高速な補償動作を必要とせず待機状態にあるときは、直列変圧器４を接続しておくと、系統電流が直列変圧器の二次巻線およびサイリスタを流れるので損失が増大する。そこでバイパス回路３５を直列変圧器の一次巻線と並列に接続し、電圧補償装置が待機しているときの系統電流をバイパス回路へと通過させることにより、損失の低減を図ることができる。
【００９６】
また、バイパス回路のスイッチとしてサイリスタ逆並列形半導体スイッチを用いると、電圧補償装置のゼロ電圧出力状態として使用でき、この場合、直列変圧器二次巻線側で複数の半導体スイッチを直列に接続してゼロ電圧出力状態を構築するときより、サイリスタ導通損を低減することができる。
【００９７】
（第１０の実施の形態：請求項１０に対応）
図８は、本発明の第１０の実施の形態を表す回路構成図である。
３６はバイパス回路で、直列変圧器４の二次巻線と並列に接続する。電圧補償装置による高速な補償動作を必要とせず待機状態にあるとき、直列変圧器４を接続しておくと、系統電流が直列変圧器の二次巻線およびサイリスタを流れるので損失が増大する。
【００９８】
そこで、バイパス回路３５を直列変圧器の二次巻線と並列に接続し、これまで電圧切替え用サイリスタを流れていた電流をバイパス回路へ流す。
【００９９】
本実施の形態によれば、系統電流が直列変圧器の二次巻線およびサイリスタを流れることによる損失を減らすことができる。また、直列変圧器の二次側から、電圧階級が低圧回路となるので、バイパス回路の絶縁処理が簡単になる。
【０１００】
（第１１の実施の形態：請求項１１に対応）
図９は、本発明の第１１の実施の形態を表す回路構成図である。
３７は、過飽和変圧器であり、直列変圧器に代替して使用されるものである。過飽和変圧器３７を適用することにより、系統側での事故による過電圧また過電流、過飽和変圧器二次側での過電圧や過電流に対して、過飽和変圧器が飽和して、変圧器一次側と二次側での電気の結合が弱くなる。
【０１０１】
本実施の形態によれば、電圧補償装置を系統側の過電圧・過電流から保護するとともに、サイリスタによる過電圧・過電流を系統側に流出させないことが可能になる。
【０１０２】
（第１２の実施の形態：請求項１２に対応）
図１０は、本発明の第１２の実施の形態を表す回路構成図である。
３８は、過飽和リアクトルであり、直列変圧器４と並列に接続されている。系統事故等により直列変圧器４に過電圧が発生すると、過飽和リアクトル３８が飽和する。過飽和リアクトル３８が飽和すると、インピーダンスが低減することにより、端子電圧が低減し、直列変圧器および二次巻線に接続されているサイリスタを過電圧・過電流から保護することができる。
【０１０３】
（第１３の実施の形態：請求項１３に対応）
図１１は、本発明の第１３の実施の形態を表す回路構成図である。
３９は、アレスタであり、直列変圧器４と並列に接続されている。系統事故等により直列変圧器４に過電圧が発生すると、アレスタ３９が動作して端子電圧の上昇を抑える。
【０１０４】
これにより、系統側の過電圧から直列変圧器および二次巻線に接続されているサイリスタを過電圧・過電流から保護することができる。
【０１０５】
（第１４の実施の形態：請求項１４に対応）
図１２は、本発明の第１４の実施の形態を表す回路構成図である。４０は、Ｖ結線変圧器、４１乃至４３は直列変圧器である。
Ｖ結線変圧器４０を三相系統と並列に接続し、その相間出力巻線にそれぞれ電圧切替え手段を接続する。また、直列変圧器を三相の各相ごとに接続し、電圧切替え手段の出力と直列変圧器の二次巻線を接続する。
【０１０６】
本実施の形態によれば、三相系統に対して２組の電圧切替え手段で系統電圧補償を行うことができ、三相系統の各相に電圧切替え手段を用いるよりも部品点数を減らすことができる。したがって、コストの低減や設備のコンパクト化、保守管理の容易性の点で有利である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サイリスタを用いた半導体スイッチにより補償電圧を切替えることにより、従来の機械式の切替えによる電圧補償装置より高速に電圧補償を行うことができる。これにより、機器の停止や誤動作の発生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す回路構成図
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す回路構成図
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す回路構成図
【図５】本発明の第５および第６の実施の形態を示す回路構成図
【図６】本発明の第７および第８の実施の形態を示す回路構成図
【図７】本発明の第９の実施の形態を示す回路構成図
【図８】本発明の第１０の実施の形態を示す回路構成図
【図９】本発明の第１１の実施の形態を示す回路構成図
【図１０】本発明の第１２の実施の形態を示す回路構成図
【図１１】本発明の第１３の実施の形態を示す回路構成図
【図１２】本発明の第１４の実施の形態を示す回路構成図
【図１３】従来の電圧補償装置の回路構成図
【符号の説明】
１・・・電源側入力電圧、２・・・負荷側出力電圧、３・・・調整変圧器、４・・・直列変圧器、５・・・タップ切替え回路、６・・・制御手段、７〜３４・・・半導体スイッチ、３５〜３６・・・バイパス回路、３７・・・過飽和変圧器、３８・・・過飽和リアクトル、３９・・・アレスタ、４０・・・Ｖ結線変圧器、４１〜４３・・・直列変圧器、４４・・・電圧切替え手段
【図１】
2004023883.tif 000017
【図２】
2004023883.tif 000018
【図３】
2004023883.tif 000019
【図４】
2004023883.tif 000020
【図５】
2004023883.tif 000021
【図６】
2004023883.tif 000022
【図７】
2004023883.tif 000023
【図８】
2004023883.tif 000024
【図９】
2004023883.tif 000025
【図１０】
2004023883.tif 000026
【図１１】
2004023883.tif 000027
【図１２】
2004023883.tif 000028
【図１３】
2004023883.tif 000029