(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻線を直列に挿入し、入力側を前記交流電路の電源に出力側を前記変圧器の一次巻線に接続した交流チョッパにより前記変圧器の一次巻線に加える電圧を調整して前記負荷に加える電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、前記変圧器の一次巻線間に接続したサイリスタと、前記変圧器の一次巻線に流れる電流を検出する変流器と、該変流器の出力電流を電圧に変換する抵抗器と、該抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして前記変流器の出力電流を前記サイリスタのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子と、該双方向スイッチング素子と直列に接続され前記交流チョッパを制御するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプラとから成り、前記変流器の出力電流を電源にして駆動する保護装置により、前記変圧器の一次巻線に過大な電流が流れたときに前記双方向スイッチング素子がオンし、該スイッチング素子のオンにより前記サイリスタがオンして一次巻線間を短絡させるとともに、前記フォトカプラがオンして前記制御装置の制御により前記交流チョッパをオフして回路を保護することを特徴とする交流電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電路の電源と負荷との間に二次巻線を直列に挿入した変圧器の一次巻線の一次電圧を交流チョッパにより変化させることで負荷に供給する電圧を制御する交流電圧調整装置において、負荷側電路や負荷設備に短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に通電開始した場合に交流電圧調整装置の回路を保護するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の交流電圧調整装置２１は、図４に示すように、交流電路２２の電源２３と負荷２４との間に変圧器２５の二次巻線２５ｂを直列に挿入し、入力側を交流電路２２の電源２３に、出力側を変圧器２５の一次巻線２５ａに接続した交流チョッパ２６により変圧器２５の一次巻線２５ａに加える電圧を調整して負荷２４に流れる電圧を一定に保っている。交流チョッパ２６は、ダイオードの両端にＩＧＢＴ等の半導体スイッチを逆並列に接続した複数組のスイッチング装置２７から成り、制御装置２８によってスイッチング装置２７のオン・オフが制御され、交流電圧を裁断波形に形成した後、コイルＬ２１，Ｌ２２とコンデンサＣ２１から成るローパスフィルタ２９により元の電源波形にしている。スイッチング装置２７のオン・オフの時間を制御することにより交流電路２２の電源電圧を０〜１００％の範囲で変圧して変圧器２５の一次巻線２５ａに印加させている。また、コイルＬ２３，Ｌ２４は交流電圧調整装置１から交流電路２２に流出するノイズを低減するために設けられ、コンデンサＣ２２，Ｃ２３はスイッチング装置２７に過大な電圧が印加するのを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の交流電圧調整装置２１の負荷側で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷２４に通電開始した場合、変圧器２５の二次巻線２５ｂに過大な電流が流れ、変圧器２５の巻数比をｎとすると、一次巻線２５ａにも二次巻線２５ｂに流れる電流の１／ｎの電流が流れる。例えば、変圧器２５の一次巻線数ｎ１が１００で二次巻線数ｎ２が８の場合、変圧器巻数比ｎ＝ｎ１／ｎ２＝１００／８＝１２．５となり、交流電圧調整装置２１の定格電流が１００Ａであると、定格運転では一次巻線２５ａに８Ａの電流が流れるが、２５００Ａの短絡が発生すると、一次巻線２５ａに２００Ａの電流が流れる。交流チョッパ２６を構成するスイッチング装置２７は耐電流量が低く、従来の交流電圧調整装置２１には短絡発生時にスイッチング装置２７を保護するための手段がないため、交流電圧調整装置２１の回路が破壊されるという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記従来の交流電圧調整装置の問題点に鑑み、本発明の目的は、負荷側電路や負荷設備で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に通電開始した場合に過電流から回路を保護することができる交流電圧調整装置を提供するもので、その構造は、交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻線を直列に挿入し、入力側を交流電路の電源に出力側を変圧器の一次巻線に接続した交流チョッパにより変圧器の一次巻線に加える電圧を調整して負荷に加える電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、変圧器の一次巻線間に接続したサイリスタと、変圧器の一次巻線に流れる電流を検出する変流器と、変流器の出力電流を電圧に変換する抵抗器と、抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして変流器の出力電流をサイリスタのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子と、双方向スイッチング素子と直列に接続され交流チョッパを制御するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプラとから成り、変流器の出力電流を電源にして駆動する保護装置により、変圧器の一次巻線に過大な電流が流れたときに双方向スイッチング素子がオンし、スイッチング素子のオンによりサイリスタがオンして一次巻線間を短絡させるとともに、フォトカプラがオンして制御装置の制御により交流チョッパをオフして回路を保護することである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
交流電圧調整装置の保護装置は、変圧器の一次巻線に流れる過電流を変流器により検出し、変流器が出力する電流を抵抗器により電圧に変換し、抵抗器の両端電圧が双方向スイッチング素子のスイッチング電圧に達すると双方向スイッチング素子がオンし、双方向スイッチング素子のオンにより変流器の出力電流がサイリスタのゲート回路に通電してサイリスタがオンし、サイリスタのオンにより一次巻線の両端を短絡させると共に、双方向スイッチング素子と直列に接続されたフォトカプラがオンし、フォトカプラから交流チョッパの制御装置に信号を出力し、制御装置により交流チョッパを構成する複数のスイッチング装置をオフする。
【０００６】
【実施例】
本発明に係る交流電圧調整装置の一実施例を図１〜図３の添付図面に基づいて説明する。
【０００７】
交流電圧調整装置１は、交流電路２の電源３と負荷４との間に変圧器５の二次巻線５ｂを直列に挿入し、入力側を交流電路２の電源３に、出力側を変圧器５の一次巻線５ａに接続した交流チョッパ６により変圧器５の一次巻線５ａに加える電圧を調整して負荷４に加える電圧を一定に保っている。
【０００８】
交流チョッパ６は、ダイオードの両端にＩＧＢＴ等の半導体スイッチを逆並列に接続した複数組のスイッチング装置７から成り、制御装置８によってスイッチング装置７のオン・オフが制御され、交流電圧を裁断波形に形成した後、コイルＬ１，Ｌ２とコンデンサＣ１から成るローパスフィルタ９により元の電源波形にしている。スイッチング装置７のオン・オフの時間を制御することにより交流電路２の電源電圧を０〜１００％の範囲で変圧して変圧器５の一次巻線５ａに印加させている。また、コイルＬ３，Ｌ４は交流電圧調整装置１から交流電路２に流出するノイズを低減するために設けられ、コンデンサＣ２，Ｃ３はスイッチング装置７に過大な電圧が印加するのを防止している。
【０００９】
交流電圧調整装置１の負荷側で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷４に通電開始した場合に回路を保護する保護装置１０は、変圧器５の一次巻線５ａの両端に接続したサイリスタの一種であるトライアックＴＲと、変圧器５の一次巻線５ａに流れる電流を検出する変流器ＣＴと、変流器ＣＴの出力電流を電圧に変換する抵抗器Ｒ１と、抵抗器Ｒ１の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして変流器ＣＴの出力電流をトライアックＴＲのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子ＳＢＳと、双方向スイッチング素子ＳＢＳと直列に接続され交流チョッパ６を制御するための制御装置８に制御信号を出力するフォトカプラＰＣとから成っている。
【００１０】
交流電圧調整装置１の負荷側で短絡が発生した場合の保護装置１０の動作について説明する。短絡が発生すると変圧器５の二次巻線５ｂに電流が流れることにより図２（ａ）に示すように一次巻線５ａにも過大な電流が流れる。この一次巻線電流は変流器ＣＴにより検出され、変流器ＣＴは電流を出力する。変流器ＣＴが出力する電流は抵抗器Ｒ１により電圧に変換される。尚、この抵抗器Ｒ１により保護装置１０の感度電流を設定している。
【００１１】
次に図２（ｂ）に示すように抵抗器Ｒ１の両端電圧が双方向スイッチング素子ＳＢＳのスイッチング電圧に達すると双方向スイッチング素子ＳＢＳがオンし、図２（ｃ）に示すようにトライアックＴＲのゲートに変流器ＣＴの出力電流が流れ、トライアックＴＲがオンする。これによりスイッチング装置７に流れていた一次巻線電流はトライアックＴＲにより短絡され、スイッチング装置７は保護される。尚、図３（ｃ）に示すように交流電圧調整装置１の定格電流の２倍程度の小電流でも確実にトライアックＴＲをオンするためにコンデンサＣ４が設けられている。
【００１２】
また、同時にフォトカプラＰＣがオンして制御装置８に信号が出力される。制御装置８はこの信号を受けて交流チョッパ６のスイッチング装置７を全てオフし、スイッチング装置７は保護される。更に交流電源側からトライアックＴＲに流入する電流によるスイッチング装置７の破壊も防止している。
【００１３】
ここで図２（ｄ）に示すように一次巻線電流の極性が反転するとトライアックＴＲはオフするが、過大電流が流れている間はトライアックＴＲをオンする動作が繰り返される。過大電流が流れる時間は、短絡電流の場合は配線用遮断器（図示せず）が交流電路２を遮断するため１サイクル程度であり、突入電流の場合は数サイクルである。
【００１４】
一般に交流電圧調整装置１は、分電盤の主幹ブレーカ（図示せず）と分岐ブレーカ（図示せず）との間に設けられている。分岐ブレーカの負荷側で短絡すると分岐ブレーカが１サイクル程度でオフするが、主幹ブレーカはオンしたままなので交流電圧調整装置１には電源が供給され続ける。そこで、交流電圧調整装置１の制御装置７は、フォトカプラＰＣから最初の信号を受けて数秒間はスイッチング装置７をオフの状態に保持し、それからフォトカプラＰＣからの信号が無い場合、スイッチング装置７の状態を通常運転に移行する。尚、スイッチング装置７をオフにする時間は適宜変更可能である。
【００１５】
また、抵抗器Ｒ２はコンデンサＣ４と積分回路を構成しノイズによる双方向スイッチング素子ＳＢＳの誤動作防止用に設けられ、抵抗器Ｒ３はトライアックＴＲのゲートへの過大電流の流入を抑制するために設けられ、抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣ５はトライアックＴＲの誤動作防止用に設けられている。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る交流電圧調整装置は、交流電路の電源と負荷との間に変圧器の二次巻線を直列に挿入し、入力側を交流電路の電源に出力側を変圧器の一次巻線に接続した交流チョッパにより変圧器の一次巻線に加える電圧を調整して負荷に加える電圧を一定に保つ交流電圧調整装置において、変圧器の一次巻線間に接続したサイリスタと、変圧器の一次巻線に流れる電流を検出する変流器と、変流器の出力電流を電圧に変換する抵抗器と、抵抗器の両端電圧がスイッチング電圧に達するとオンして変流器の出力電流をサイリスタのゲート回路に通電する双方向スイッチング素子と、双方向スイッチング素子と直列に接続され交流チョッパを制御するための制御装置に制御信号を出力するフォトカプラとから成り、変流器の出力電流を電源にして駆動する保護装置により、変圧器の一次巻線に過大な電流が流れたときに双方向スイッチング素子がオンし、スイッチング素子のオンによりサイリスタがオンして一次巻線間を短絡させるとともに、フォトカプラがオンして制御装置の制御により交流チョッパをオフして回路を保護することにより、負荷側で短絡が発生した場合や突入電流が大きい負荷に通電開始した場合に交流電圧調整装置を過電流破壊から保護することができる。また、サイリスタやフォトカプラを動作させるための電源は変流器が出力する電流を使用するので必要なく、抵抗器と双方向スイッチング素子により保護装置の感度電流を決定するのでスイッチング電圧の精度が高い双方向スイッチング素子を使用することにより感度電流のバラツキを小さくできるため、特別な調整を必要としないので低コストにすることができ、サイリスタの短時間電流耐量は、同一定格電流のＩＧＢＴ等に比べて数倍大きいために比較的小容量のものが使用できるので交流電圧調整装置を小型、低コストに構成できる。また、フォトカプラから出力される信号で制御装置が交流チョッパを構成するスイッチング装置をオフにするのでスイッチング装置を過電流から確実に保護することができるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る交流電圧調整装置の回路図である。
【図２】本発明に係る交流電圧調整装置の一次巻線電流が大電流の場合の各部の波形であり、（ａ）は変圧器の負荷電流、（ｂ）は抵抗器の両端電圧、（ｃ）はトライアックのゲート電流、（ｄ）はトライアックの通電電流である。
【図３】本発明に係る交流電圧調整装置の一次巻線電流が小電流の場合の各部の波形であり、（ａ）は変圧器の負荷電流、（ｂ）は抵抗器の両端電圧、（ｃ）はトライアックのゲート電流、（ｄ）はトライアックの通電電流である。
【図４】従来の交流電圧調整装置の回路図である。
【符号の説明】
１      交流電圧調整装置
２      交流電路
３      交流電源
４      負荷
５      変圧器
５ａ    一次巻線
５ｂ    二次巻線
６      交流チョッパ
７      スイッチング装置
８      制御装置
９      ローパスフィルタ
１０    保護装置
Ｃ４    コンデンサ
ＣＴ    変流器
ＰＣ    フォトカプラ
Ｒ１    抵抗器
ＳＢＳ  双方向スイッチング素子
ＴＲ    トライアック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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