(57)【要約】【課題】従来交流安定化電源は可飽和リアクトル形、鉄共振形及び多段タップ切換形等が利用されているが何れも制御時に無効電流が多く流入し変換効率を低下させ形状が大型化する欠点課題を有していた。【解決手段】本発明は一定の基準電圧に対して過不足分の変動補償分のみをＰＷＭ制御した高周波電圧を正又は負に連続制御、加減して出力電圧を一定値に制御する磁束制御形定電圧変圧器であり、無効電流の流入が少なくしかも制御が高周波成分である為、高効率化小形化が可能である。又出力巻線は入力巻線と独立、分離して巻装されている為、漏れ電流が少なく外来ノイズに強く耐雷性能も強い安全な磁束制御形変圧器が実現可能である。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三脚鉄心▲１▼の各脚に入力巻線▲２▼出力巻線▲３▼制御巻線▲４▼を巻装し電源▲５▼には、入力巻線▲２▼と制御ユニット▲６▼を介して制御巻線▲４▼に接続され出力電圧信号を制御ユニット▲６▼の制御信号検出駆動回路▲７▼にＰＷＭ制御された増幅信号を入力して制御脚の磁束を増減し、入力電圧変動の磁束、負荷変動分の磁束を全て補償制御して出力巻線▲３▼には常時定電圧出力となる磁束制御形変圧器
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年省エネルギー化や電力利用の多様化のため自然エネルギーの利用が拡大し太陽光発電や風力発電を始め各種分散電源化が進展してきている。
【０００２】
又、家庭用・事務所用に利用されている電圧降下式変圧器も節電器、省エネ機器として普及しているが共通して必要不可欠な機能は安定した定電圧機能である。
【０００３】
定電圧装置としては大別して電子式と変圧器式とがあるが前者はノイズを発生しやすく後者は大型で効率も低い。
【０００４】
本発明は両者の長所を利用した全く新規なＰＷＭ制御による磁束制御形変圧器に関するものである。
【０００５】
【従来の技術】
従来交流安定化電源は可飽和リアクトル形鉄共振形及び多段タップ切換形等が利用されているが何れも制御時に無効電流が多く流入し変換効率を低下させ形状が大型化する欠点を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の変圧器を利用した交流安定化電源即ち定電圧装置は低効率、大型化の欠点を有し、一方タップ切換形の場合は機械的接点の使用による寿命、ノイズ、不連続動作等の欠点を有していた。
【０００７】
そこで本発明は三脚鉄心を用いた変圧器の磁束をＰＷＭ制御で変動部分のみを補償する自動制御を採用することにより従来の欠点を除去し高効率、高速応答の定電圧変圧器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は一定の基準電圧に対して過不足分のみをＰＷＭ制御した高周波電圧を制御加減して出力電圧を一定値に制御する磁束制御形定電圧変圧器である為、無効電流の流入が少なくしかも制御が高周波成分である為、高効率化、小型化が可能である。
【０００９】
即ち三脚鉄心▲１▼の各脚に入力巻線▲２▼出力巻線▲３▼制御コイル▲４▼を巻装し電源▲５▼には入力巻線▲２▼と制御ユニット▲６▼を介して制御巻線▲４▼に接続され出力電圧信号を制御ユニット▲６▼の制御信号検出駆動回路▲７▼各々にＰＷＭ制御された増幅信号を入力して制御コイル脚の磁束を増減して出力巻線▲３▼には常時定電圧出力を得るようにした磁束制御形変圧器である
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は出力巻線▲３▼の有効磁束鎖交数を一定にする為、制御ユニット▲６▼からＰＷＭ制御の加減電力を制御巻線▲４▼に供給して出力巻線▲３▼の誘起電圧を定電圧出力として得られるものである。
【００１１】
本発明の基本構成は図１に示すように通常の電圧を変圧させる変圧器と全く同一の材料で構成した三脚鉄心▲１▼の１脚に入力巻線▲２▼を巻装し、もう１脚に出力巻線▲３▼を巻装し、三脚目に制御巻線▲４▼を巻装したものである。
【００１２】
従来定電圧機能を実現する為の手段として鉄心の一部に空隙等を設けて漏れリアクタンスを利用する方法が採用されているが、加工作業上困難が伴い又、用途によっては漏れ磁束が大きくなり電圧変動の大きい変圧器となり不都合であるばかりでなく使用出来ない欠点があった。
【００１３】
本発明は三脚鉄心の各脚に巻線を行い、その内の一脚を制御用脚として構成することにより出力電圧に対応した正又は負に出力された制御出力即ち制御磁束を印加する事によって自動制御するように構成したものである。
【００１４】
又、本発明は最近の高性能ＰＷＭ制御回路を採用することにより電源変動、負荷変動による出力巻線の磁束鎖交数を常に一定になるように正または負の交流出力信号を制御巻線に供給し定電圧機能を効率的に実現したものである。
【００１５】
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【００１６】
但しｅ２は交流出力電圧、Ｎ２は交流出力巻線数、φ１は入力脚の主磁束、φ２は出力脚の介在磁束、φｃは制御脚の正又は負の磁束である。
【００１７】
原理的に説明すればφ２＝φ１−φｃとなる為、φｃを制御することによりφ２を一定に制御し交流出力ｅ２を定電圧化し得る事を示している。
【００１８】
又、制御出力ｅｃに変動補償分の高周波出力のみを利用することにより制御脚の断面積を小さく出来る利点を有し小型化が可能である。
【００１９】
図１により本発明の基本動作を説明する。鉄心▲１▼に巻装された入力巻線▲２▼に入力電圧例えば商用入力電圧が印加されると主磁束φ１が発生し該磁束と出力巻線との鎖交により出力電圧ｅ２が発生する。
【００２０】
入力電圧の変動により主磁束φ１が変動する為出力電圧ｅ２も変動する。
又、負荷電流が流れることで磁束φ２が発生し出力電圧ｅ２が低下する。
それ故定電圧特性は得られない。
【００２１】
本発明では制御脚に巻装した制御巻線▲４▼に出力電圧の変動を制御信号検出駆動回路▲７▼で検出して出力脚の出力電圧ｅ２が低下した時は上昇させる方向に制御出力を制御ユニット▲６▼より供給し、出力電圧が上昇した時は即ち出力脚の磁束φ２が上昇した時は出力脚の出力電圧ｅ２を低下させる方向に制御出力を制御ユニット▲６▼よ
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電圧の定電圧化を可能ならしめるものである。
【００２２】
制御電力も変動分を補償するだけで可能な為、制御電力も出力容量の２０％以下である。
又、制御ユニット▲６▼内の基準電圧に正弦波形を採用することにより正弦波化の制御機能が発生し、高調波制御機能をも達成可能である。
【００２３】
さらに変動補償分のみのＰＷＭ制御回路を採用することにより制御脚の鉄心断面積を著しく小さく出来る為小型化が達成できる。
【００２４】
連続に制御可能な為、従来のタップ切替形に見られる段階的調整や機械的切り換えによる接点の寿命や切換時に発生するノイズやサージの発生もない。
【００２５】
更に、従来の可飽和リアクトル形や共振形のように、ギャップや空芯の漏れリアタンスを利用していないので無効電力が少なく力率が良く漏れ磁束が少ない等の長所を得ることが可能である。
【００２６】
以上、単相回路について説明したが、単相回路を△結線、Ｙ結線、Ｖ結線等の３相接続することで３相回路に応用し３相変圧器として使用できることは明らかであり、又各巻線を分布巻とし各脚に分散して幾何学的に配置することも明らかに可能である。
【００２７】
【発明の実施の効果】
以上記述したように、連続可変、高効率での定電圧化が可能であり、同時に高調波の抑制、サージノイズを発生しない、制御電力としてＰＷＭ制御された高周波電力を変動補償分のみに利用することによって小型化が可能となり、風力発電や太陽光発電等の分散電源の安定化用として又従来の可飽和リアクトル形や共振形のように動作原理として鉄心の飽和特性を利用していないので周辺の漏れ磁束が殆どなく周辺の機器への影響も殆ど無く、又出力巻線と入力巻線を独立分離して巻装されている為、漏れ電流が少なく外来ノイズに強く耐雷性能にも強い安全な磁束制御変圧器で電磁環境としては良好な状況を実現することが可能であり、あらゆる用途の安定化用としてその利用価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁束制御形変圧器の単相回路の１実施例を示す図で、基本原理を示す図面である。
【符号の説明】
▲１▼　三脚鉄心
▲２▼　入力巻線
▲３▼　出力巻線
▲４▼　制御巻線
▲５▼　入力電源
▲６▼　制御ユニット
▲７▼　制御信号検出駆動回
ｅ１：入力電圧
φ１：入力脚の磁束
Ｎ１：入力巻線数
ｅ２：出力電圧
φ２：出力脚の磁束
Ｎ２：出力巻線数
ｅＣ：制御電圧
φＣ：制御脚の磁束
ＮＣ：制御巻線数
【図１】
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