(57)【要約】【目的】  マイクロコンピュータを用いて交流電圧を制御する簡便な手法を提供する。【構成】  複数のトランス（１０）とこれの動作モードを切り替えるリレー（４）と入力電圧、出力電圧を監視、計測、制御するためのマイクロコンピュータ（６）、リレーを駆動するリレードライバ（５）で構成する。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心にコイル１とコイル２を巻いた磁気回路を変圧器として動作させるモードと電流変成器として動作させるモードを切り替えて交流電圧を制御する電圧制御装置
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】本発明は、鉄心にコイル１とコイル２を巻いた磁気回路を変圧器として動作させるモードと電流変成器として動作させるモードを切り替えて交流電圧を制御する電圧制御装置に関する。
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
【０００２】一般家庭やオフィス、店舗、病院等に電気事業者から供給されている電力は交流配電によっているが、この電圧値を制御する方法として従来から使用されているものとしてはＡＣスタビライザや周波数コンバータ等が存在する。前者にはスライダック方式、タップ切り替え方式、位相制御方式、リニアアンプ方式等があり、後者にはインバータ方式、リニアアンプ方式がある。これらの方式をコスト、耐久性、応答速度、効率、制御の容易さから比較すればそれぞれ一長一短がある。特に交流安定化電源を構築する場合は、近年、制御系の中枢として使用されるマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）による制御性の容易さが大切になる。通信系や計測制御系のいわゆる弱電系では、ＣＰＵで電圧を制御するものとして、デジタル信号をアナログ信号（直流電圧）に変換するデジタル・アナログ変換器（ＤＡ／Ｃ）なるＩＣ部品が存在しＣＰＵはこれに指令を与えて、デジタル信号を容易かつ高精度にアナログ信号に変換している。しかし、交流電圧で大容量の電力を取り扱う電力系では、ＤＡ／ＣのようにＣＰＵで容易に制御できるな有効な方法は存在していないのが現状である。このような電圧調整器があれば小容量から大容量の電力機器に対して一定の電圧が供給でき、機器の寿命、安定化、省エネ化等にたいして有効な対策を講じることが可能となる。
【０００３】このようにマイクロコンピュータで容易に制御できる、交流電圧制御装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】図１は本発明の基本となる回路を示したものである。鉄心（１）に一次コイル（２）と二次コイル（３）を巻いた磁気回路とリレー（４）、リレーを駆動するリレードライバ（５）およびマイクロコンピュータ（６）で構成されている。一次コイルの一端（２）ａと二次コイルの一端（３）ａは接続されており入力電圧（Ｖｉｎ）の一極▲１▼に接続している。二次コイルのもう一端（３）ｂは出力電圧（Ｖｏｕｔ）の一極▲２▼であり、一次コイルの一端（２）ｂは、リレーの（４）ａと（４）ｂに接続されている。（４）ａと（４）ｂは連動し（４）ａが閉じれば（４）ｂは開く動作をする。（４）ａが閉じている場合、一次コイルは入出力電圧の共通極▲３▼に接続され、磁気回路はトランス動作モードとなりＶｏｕｔ＝α＊Ｖｉｎとなる。ここでα＝１−（二次巻き数／一時巻き数）であり、減衰率と定義する。（４）ｂが閉じている場合は一次コイルの両端が接続され磁気回路はカレントトランスフォーマ（ＣＴ）として動作するモードとなる。この場合Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎであり減衰率α＝１となる。ここではα＜１として説明をするがα＞１とすることも可能である。このようにリレーを用いて磁気回路をトランスモードとＣＴモードに切り替えて電圧を制御することが本発明の基本原理であり、リレーの開閉制御はマイクロコンピュータとリレードライバで容易に実現できる技術である。
【０００５】  この回路の特徴は二次コイルを流れる負荷電流を遮断することなく電圧を変化させることが可能であり、モードの切り替えに使用するリレーの接点に流れる電流値は負荷電流×（１−α）であり負荷電流の数十分の一ですむということにある。このことはリレーが小容量のものでよく、コスト、耐久性、駆動の容易さにとって有利な特徴であることを示している。
【０００６】このように、本発明は一台または複数台の磁気回路とリレーおよびマイクロコンピュータとから構成される簡易な電圧制御装置を提供するものである。
【実施例】
【０００７】  以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが発明はこれらに限定されるものではない。実施例１図２は比較的小規模電力の場合に本発明を適用した場合を示している。同一鉄心にコイル１からコイル６までを巻き、それぞれの巻き数はＮ１〜Ｎ６で構成されている。入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔは絶縁トランス（８）のＴｒ−ｉｎとＴｒ−ｏｕｔを介してマイクロコンピュータ（６）（ＣＰＵ）に接続されている。入力電圧は常に出力電圧より大きいとして制御シーケンスを説明する。まずＣＰＵは減衰率α＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎを計算する。この係数が１より大きい場合リレー（４）のＲ５，Ｒ６をＯＦＦにしてＣＴモードにする。Ｒ１からＲ４はすべてＯＮとする。この場合、出力電圧＝入力電圧となる。α＜１の場合はα＝１−Ｎ６／Ｎ（Ｎ＝Ｎ５＋Σδｉ×Ｎｉ、δｉ＝１または０）となるδｉをもとめてδｉ＝１に相当するＲｉをＯＦＦとしδｉ＝０となるＲｉをＯＮとする。次にＶｉｎの電圧ゼロクロスのタイミングでＲ６をＯＮとし１サイクル後Ｒ５をＯＦＦとする。ＣＴモードからトランスモードに切り替わる場合の過渡状態で出力電圧に悪影響がでないように抵抗（９）を挿入して過渡電流を抑制している。Ｒ５とＲ６のＯＮ、ＯＦＦは電圧ゼロで接点が開閉するようにＣＰＵが指令をだし、リレードライバ（５）を介して各リレーをＯＮ、ＯＦＦする。このように６個のリレーで１６段階の異なるαにたいしての制御が可能となる。一般にｎ＋２のリレーを使用すれば２のｎ乗の異なるαに対応できる電圧制御装置を構築できる。【０００８】実施例２図３は比較的電力使用量が大きい場合に本発明を適用した場合を示す。トランス（１０）Ｔｒ−１〜Ｔｒ−４と各トランスのモードを制御するリレー群、入力電圧、出力電圧をマイクロコンピュータ（６）に取込むための絶縁トランス（８）Ｔｒ−ｉｎ、Ｔｒ−ｏｕｔ、リレー群を駆動するリレードライバ（５）から構成される。入力電圧Ｖｉｎは出力電圧Ｖｏｕｔよりも常に大きいとして動作を説明する。Ｔｒ−ｉはトランスモードの場合、出力電圧／入力電圧＜１の減衰率をもち減衰率αｉをαｉ＝１−巻き数ｎ２ｉ／巻き数ｎ１ｉと定義する。ＣＴモードの場合、減衰率αｉ＝１であり電圧の降下はない。リレーＲ１ｉ、Ｒ２ｉはモードの切替を行うためのものであり抵抗（９）はモード切替時の過渡電流を制限するためのものである。ＣＴモードの場合Ｒ１ｉ、Ｒ２ｉともにＯＦＦであり、トランスモードの場合はＲ１ｉ、Ｒ２ｉともにＯＮである。マイクロコンピュータは出力電圧Ｖｏｕｔと入力電圧Ｖｉｎから減衰率α＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎを計算しα＝α１×α２×α３×α４となるようにＴｒ−ｉをＣＴモードにすべきかトランスモードにすべきかを決定する。この決定によってリレードライバを介してリレー群が制御され所定のαを得る。この例の場合はトランスの個数が４個であるのでαは２の４乗の１６種類のαに対応できる。減衰係数をβｉ＝１−αｉで定義すれば、各Ｔｒ−ｉのβｉは０．０１、０．０２、０．０４、０．０８のように重みをつけて設計する。Ｔｒ−ｉの容量Ｔｉ（ＶＡ）は負荷容量の最大値をＬｍ（ＶＡ）とするならばＴｉ＞＝βｉ×Ｌｍ（ＶＡ）となるように設計すべきである。各Ｔｒ−ｉはマイクロコンピュータの指令によって同時に制御されるので指定のαを得る時間は２〜３サイクルですみ、負荷に対して悪影響を与えるような電圧変動は生じない。リレーの接点に流れる電流Ｉｉは負荷の最大電流をＩｍとすればＩｉ＝Ｉｍ×βｉとなるので小容量のリレーで目的を達することが可能である。【０００９】この例の場合も入力電圧は常に出力電圧より大きいとして、制御シーケンスを説明する。まずＣＰＵは減衰率α＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎを計算する。この係数が１より大きい場合Ｔｒ−ｉのＲ１ｉ、Ｒ２ｉをＯＦＦとするＣＴモードの指令をＣＰＵは出力し、出力電圧＝入力電圧とする。α＜１の場合はα＝Π（δｉ×αｉ）（αｉ＝１−巻き数ｎ２ｉ／巻き数ｎ１ｉ、δｉ＝１または０、Πは乗算を意味する記号）となるδｉをもとめてδｉ＝１のとき対応するＴｒ−ｉのＲ１ｉ、Ｒ２ｉをＯＮとし、δｉ＝０であればＲ１ｉ、Ｒ２ｉをＯＦＦとする。このように、一般に２ｎのリレーを使用すれば２のｎ乗の異なるαに対応できる電圧制御装置が構成可能である。
【発明の効果】
【００１０】  このようにマイクロコンピュータを用いた簡便な手段によって小容量から大容量に対応できる交流電圧制御装置が実現できる。現在の電力使用においては、電力機器の寿命、安定化、省エネ化等に対して十分な対策と管理が要求されている。これらの目的を達成するために、本発明の電圧制御装置が重要な役割をはたすと期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】原理図である。
【図２】実施例１の構成図である。
【図３】実施例２の構成図である
【符号の説明】
１  鉄心      ２  一次コイル      ３  二次コイル      ４  リレー      ５  リレードライバ      ６  マイクロコンピュータ      ７  コイル      ８  絶縁トランス      ９  抵抗    １０  トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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