(57)【要約】【課題】  三相−単相変換回路であって三相回路の電圧と単相回路の電圧とをそれぞれ独立して設定可能で、単相回路の負荷が変化しても、三相回路の出力電流が平衡となる変換回路、および変換回路の制御装置、および制御プログラムを提供する。【解決手段】  変換回路１は、端子ＵＶ間に接続され、端子ＵＶ間の電流を制御可能な可変容量性インピーダンス回路５と、端子ＶＷ間に接続され、端子ＶＷ間の電流を制御可能な可変誘導性インピーダンス回路６と、可変容量性インピーダンス回路５に並列に接続され、端子ＵＶ間の電流を制御可能な第１可変抵抗回路７と、可変誘導性インピーダンス回路６に並列に接続され、端子ＶＷ間の電流を制御可能な第２可変抵抗回路８と、第１単相変圧器１１の一次巻線１３の一方の端子を切り替えて接続可能な第１切替器１７と、第２単相変圧器１２の一次巻線１５の一方の端子を切り替えて接続可能な第２切替器１８とを備える。【選択図】  図１
2005080484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相電力を第１単相変圧器と第２単相変圧器とによって単相電力に変換し、当該単相電力をそれぞれ第１単相回路、および第２単相回路に供給するスコット結線方式の変換回路であって、
端子Ｕ、Ｖ間に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な可変容量性インピーダンス回路と、
端子Ｖ、Ｗ間に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な可変誘導性インピーダンス回路と、
前記可変容量性インピーダンス回路に並列に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な第１可変抵抗回路と、
前記可変誘導性インピーダンス回路に並列に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な第２可変抵抗回路と、
前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第１単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｖまたは端子Ｗに切り替えて接続可能な第１切替器と、
前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第２単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｕまたは端子Ｖに切り替えて接続可能な第２切替器と、
を備えることを特徴とする変換回路。
【請求項２】
前記可変容量性インピーダンス回路は、可変容量性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、
前記可変誘導性インピーダンス回路は、可変誘導性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、
前記第１可変抵抗回路および前記第２可変抵抗回路は、抵抗と電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成されることを特徴とする請求項１に記載の変換回路。
【請求項３】
三相電力を第１単相変圧器と第２単相変圧器とによって単相電力に変換し、当該単相電力をそれぞれ第１単相回路、および第２単相回路に供給するスコット結線方式の変換回路であり、端子Ｕ、Ｖ間に接続され、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な可変容量性インピーダンス回路と、端子Ｖ、Ｗ間に接続され、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な可変誘導性インピーダンス回路と、前記可変容量性インピーダンス回路に並列に接続され、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な第１可変抵抗回路と、前記可変誘導性インピーダンス回路に並列に接続され、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な第２可変抵抗回路と、前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第１単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｖまたは端子Ｗに切り替えて接続可能な第１切替器と、前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第２単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｕまたは端子Ｖに切り替えて接続可能な第２切替器とを備える変換回路を制御する制御装置であって、
前記第１単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第１単相回路状態検出手段と、
前記第２単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第２単相回路状態検出手段と、
前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記第１切替器と前記第２切替器の接続を切り替える回路切替信号を出力する回路切替手段と、
前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記可変容量性インピーダンス回路、前記可変誘導性インピーダンス回路、前記第１可変抵抗回路および第２可変抵抗回路を制御する制御信号を出力する制御切替手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
前記変換回路の前記可変容量性インピーダンス回路が、可変容量性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記可変誘導性インピーダンス回路が、可変誘導性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記第１可変抵抗回路および前記第２可変抵抗回路が、抵抗と電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成されるとき、
前記制御切替手段は、
前記第１単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１負荷有効電力検出手段と、
前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２負荷有効電力検出手段と、
検出された両有効電力量から、前記可変容量性インピーダンス回路と前記可変誘導性インピーダンス回路で補償する無効電力量、および前記第１可変抵抗回路と前記第２可変抵抗回路で補償する有効電力量を算出する補償量演算手段と、
算出された各電力補償量から前記可変容量性インピーダンス回路、および前記第１可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＵＶ間点弧角決定手段と、
算出された各電力補償量から前記可変誘導性インピーダンス回路、および前記第２可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＶＷ間点弧角決定手段と、
端子ＵＶ間と端子ＶＷ間のそれぞれの線間電圧を検出する電圧検出手段と、
検出された各線間電圧の位相をそれぞれ検出する位相検出手段と、
検出された端子ＵＶ間の線間電圧位相に対してＵＶ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変容量性インピーダンス回路および前記第１可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＵＶ間パルス制御手段と、
検出された端子ＶＷ間の線間電圧位相に対してＶＷ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変誘導性インピーダンス回路および前記第２可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＶＷ間パルス制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御切替手段は、
前記第１単相回路が有効電力を供給していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１電源有効電力検出手段と、
前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２電源有効電力検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
三相電力を第１単相変圧器と第２単相変圧器とによって単相電力に変換し、当該単相電力をそれぞれ第１単相回路、および第２単相回路に供給するスコット結線方式の変換回路であり、端子Ｕ、Ｖ間に接続され、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な可変容量性インピーダンス回路と、端子Ｖ、Ｗ間に接続され、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な可変誘導性インピーダンス回路と、前記可変容量性インピーダンス回路に並列に接続され、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な第１可変抵抗回路と、前記可変誘導性インピーダンス回路に並列に接続され、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な第２可変抵抗回路と、前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第１単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｖまたは端子Ｗに切り替えて接続可能な第１切替器と、前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第２単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｕまたは端子Ｖに切り替えて接続可能な第２切替器とを備える変換回路を制御するコンピュータ上で動作する制御プログラムであって、
前記コンピュータを
前記第１単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第１単相回路状態検出手段と、
前記第２単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第２単相回路状態検出手段と、
前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記第１切替器と前記第２切替器の接続を切り替える回路切替信号を出力する回路切替手段と、
前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記可変容量性インピーダンス回路、前記可変誘導性インピーダンス回路、前記第１可変抵抗回路および第２可変抵抗回路を制御する制御信号を出力する制御切替手段と、
して機能させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項７】
前記変換回路の前記可変容量性インピーダンス回路が、可変容量性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記可変誘導性インピーダンス回路が、可変誘導性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記第１可変抵抗回路および前記第２可変抵抗回路が、抵抗と電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成されるとき、
前記コンピュータを
前記第１単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１負荷有効電力検出手段と、
前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２負荷有効電力検出手段と、
検出された両有効電力量から、前記可変容量性インピーダンス回路と前記可変誘導性インピーダンス回路で補償する無効電力量、および前記第１可変抵抗回路と前記第２可変抵抗回路で補償する有効電力量を算出する補償量演算手段と、
算出された各電力補償量から前記可変容量性インピーダンス回路、および前記第１可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＵＶ間点弧角決定手段と、
算出された各電力補償量から前記可変誘導性インピーダンス回路、および前記第２可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＶＷ間点弧角決定手段と、
端子ＵＶ間と端子ＶＷ間のそれぞれの線間電圧を検出する電圧検出手段と、
検出された各線間電圧の位相をそれぞれ検出する位相検出手段と、
検出された端子ＵＶ間の線間電圧位相に対してＵＶ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変容量性インピーダンス回路および前記第１可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＵＶ間パルス制御手段と、
検出された端子ＶＷ間の線間電圧位相に対してＶＷ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変誘導性インピーダンス回路および前記第２可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＶＷ間パルス制御手段と、
して機能させることを特徴とする請求項６に記載の制御プログラム。
【請求項８】
前記コンピュータを
前記第１単相回路が有効電力を供給していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１電源有効電力検出手段と、
前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２電源有効電力検出手段と、
して機能させることを特徴とする請求項７に記載の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相−単相の変換回路、およびこの変換回路を構成する素子を操作して電流制御を行う制御装置、および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、商用周波数単相交流方式を採用する交流電気鉄道においては、三相電力系統から大容量の単相電力を受電する際の不平衡を低減するため、スコット結線変圧器が用いられている。しかし、スコット結線変圧器は、本質的に三相−二相変換用の変圧器であるため、そのＭ座変圧器およびＴ座変圧器の二次電圧は互いに９０°の位相差を有しており、これらＭ座、Ｔ座変圧器の二次巻線を直列接続しても単相三線方式として利用することができない。
【０００３】
また、Ｍ座、Ｔ座両変圧器の各二次側にそれぞれ負荷容量と力率とが同一である単相負荷を接続した場合にのみ三相側の電流が平衡するため、単相負荷を均等にＭ座、Ｔ座両変圧器の各二次側に振り分ける必要がある。そのためスコット結線変圧器は、実際上、三相回路と単相回路とを連結する電気回路としては使い辛い面がある。
【０００４】
一方、三相回路と単相回路とを連結する回路として、スタインメッツ回路と称される構成が知られている。このスタインメッツ回路は、相順がＵＶＷである三相電源（三相回路）のＵ相、Ｖ相間にコンデンサを接続し、Ｖ相、Ｗ相間にリアクトルを接続し、Ｗ相、Ｕ相間に抵抗（単相回路）を接続した回路構成を有している。そして、これらコンデンサ、リアクトルおよび抵抗の各インピーダンスを適切な値に設定することによって、三相回路に流れる相電流を平衡電流とすることができる。
【０００５】
このスタインメッツ回路は、本質的に三相−単相変換用の回路であるため、スコット結線変圧器とは異なり、単相負荷である抵抗を２つに分割する（振り分ける）必要はない。しかし、三相電源の出力電圧と抵抗に印加される電圧とをそれぞれ独立して決めることができないため、その適用可能な回路はごく限られたものとなっていた。
【特許文献１】特開２００１−３４７３５５号公報
【特許文献２】特開２００１−１４４７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、三相−単相変換を行うＶ結線方式の電気回路において、単相回路側の負荷量が変化した時に、従来の変換回路では三相回路側の出力電流が不平衡となる点であり、三相−単相変換回路であって三相回路の電圧と単相回路の電圧とをそれぞれ独立して設定可能で、かつ、単相回路の負荷が変化しても、三相回路の出力電流が平衡となる変換回路、およびこの変換回路の三相回路の出力電流が平衡となるよう制御する制御装置、および制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、三相電力を第１単相変圧器と第２単相変圧器とによって単相電力に変換し、当該単相電力をそれぞれ第１単相回路、および第２単相回路に供給するスコット結線方式の変換回路であって、端子Ｕ、Ｖ間に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な可変容量性インピーダンス回路と、端子Ｖ、Ｗ間に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な可変誘導性インピーダンス回路と、前記可変容量性インピーダンス回路に並列に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｕ、Ｖ間の電流を制御可能な第１可変抵抗回路と、前記可変誘導性インピーダンス回路に並列に接続され、前記第１単相回路と前記第２単相回路が負荷回路であるか電源回路であるか、および前記第１単相回路と前記第２単相回路の有効電力消費量の大小に応じて、端子Ｖ、Ｗ間の電流を制御可能な第２可変抵抗回路と、前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第１単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｖまたは端子Ｗに切り替えて接続可能な第１切替器と、前記第１単相回路と前記第２単相回路が、負荷回路であるか電源回路であるかによって、前記第２単相変圧器の一次巻線の一方の端子を端子Ｕまたは端子Ｖに切り替えて接続可能な第２切替器とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記可変容量性インピーダンス回路は、可変容量性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記可変誘導性インピーダンス回路は、可変誘導性インピーダンスと電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記第１可変抵抗回路および前記第２可変抵抗回路は、抵抗と電流をオン／オフ可能なスイッチング素子とが直列に接続されて構成される。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記変換回路を制御する制御装置であって、前記第１単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第１単相回路状態検出手段と、前記第２単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第２単相回路状態検出手段と、前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記第１切替器と前記第２切替器の接続を切り替える回路切替信号を出力する回路切替手段と、前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記可変容量性インピーダンス回路、前記可変誘導性インピーダンス回路、前記第１可変抵抗回路および第２可変抵抗回路を制御する制御信号を出力する制御切替手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記制御切替手段は、前記第１単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１負荷有効電力検出手段と、前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２負荷有効電力検出手段と、検出された両有効電力量から、前記可変容量性インピーダンス回路と前記可変誘導性インピーダンス回路で補償する無効電力量、および前記第１可変抵抗回路と前記第２可変抵抗回路で補償する有効電力量を算出する補償量演算手段と、算出された各電力補償量から前記可変容量性インピーダンス回路、および前記第１可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＵＶ間点弧角決定手段と、算出された各電力補償量から前記可変誘導性インピーダンス回路、および前記第２可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＶＷ間点弧角決定手段と、端子ＵＶ間と端子ＶＷ間のそれぞれの線間電圧を検出する電圧検出手段と、検出された各線間電圧の位相をそれぞれ検出する位相検出手段と、検出された端子ＵＶ間の線間電圧位相に対してＵＶ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変容量性インピーダンス回路および前記第１可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＵＶ間パルス制御手段と、検出された端子ＶＷ間の線間電圧位相に対してＶＷ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変誘導性インピーダンス回路および前記第２可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＶＷ間パルス制御手段とを備える。
【００１１】
さらに、前記制御切替手段は、前記第１単相回路が有効電力を供給していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１電源有効電力検出手段と、前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２電源有効電力検出手段とを備える。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記変換回路を制御するコンピュータ上で動作する制御プログラムであって、コンピュータを、前記第１単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第１単相回路状態検出手段と、前記第２単相回路が有効電力を消費しているか供給しているかを検出する第２単相回路状態検出手段と、前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記第１切替器と前記第２切替器の接続を切り替える回路切替信号を出力する回路切替手段と、前記第１単相回路状態検出手段と前記第２単相回路状態検出手段との検出結果に従って、前記可変容量性インピーダンス回路、前記可変誘導性インピーダンス回路、前記第１可変抵抗回路および第２可変抵抗回路を制御する制御信号を出力する制御切替手段として機能させることを特徴とする。
【００１３】
また、前記制御プログラムは、コンピュータを、前記第１単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１負荷有効電力検出手段と、前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相負荷が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２負荷有効電力検出手段と、検出された両有効電力量から、前記可変容量性インピーダンス回路と前記可変誘導性インピーダンス回路で補償する無効電力量、および前記第１可変抵抗回路と前記第２可変抵抗回路で補償する有効電力量を算出する補償量演算手段と、算出された各電力補償量から前記可変容量性インピーダンス回路、および前記第１可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＵＶ間点弧角決定手段と、算出された各電力補償量から前記可変誘導性インピーダンス回路、および前記第２可変抵抗回路にそれぞれ直列に接続されるスイッチング素子の点弧角を決定するＶＷ間点弧角決定手段と、端子ＵＶ間と端子ＶＷ間のそれぞれの線間電圧を検出する電圧検出手段と、検出された各線間電圧の位相をそれぞれ検出する位相検出手段と、検出された端子ＵＶ間の線間電圧位相に対してＵＶ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変容量性インピーダンス回路および前記第１可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＵＶ間パルス制御手段と、検出された端子ＶＷ間の線間電圧位相に対してＶＷ間点弧角決定手段によって決定された点弧角で、前記可変誘導性インピーダンス回路および前記第２可変抵抗回路に直列に接続されるスイッチング素子を点弧する制御信号を出力するＶＷ間パルス制御手段として機能させる。
【００１４】
さらに、前記制御プログラムは、コンピュータを、前記第１単相回路が有効電力を供給していると検出された場合に、前記第１単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第１単相回路の有効電力量を検出する第１電源有効電力検出手段と、前記第２単相回路が有効電力を消費していると検出された場合に、前記第２単相変圧器には単相電源が接続されているとして、前記第２単相回路の有効電力量を検出する第２電源有効電力検出手段として機能させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、三相回路の電圧と単相回路の電圧とをそれぞれ独立して設定可能で、かつ、単相回路の負荷が変化しても、三相回路の出力電流が平衡となるよう制御できるので、商用周波数単相交流方式を採用する交流電気鉄道の電力変換設備としてや、分散電源により生成された三相電力を照明装置などの単相負荷に電力供給する際の電力変換設備としてなど、三相から単相回路へ電力変換する用途において三相側の不平衡を低減・除去さするために広い分野に適用可能可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図１〜図１４を用いて説明する。
【００１７】
まず、本実施形態における変換回路１の構成について説明する。図１は、三相回路に単相回路を接続する際に用いられる変換回路１の電気的構成を示している。この変換回路１は、三相電源２（三相回路に相当）により生成された三相電力を単相電力に変換し、それを第１単相回路３、および第２単相回路４に供給するものである。三相電源２は、分散型電源などによる、三相電圧（例えば、４００Ｖ系）を出力する電源である。
【００１８】
変換回路１の端子ＵＶ間には可変容量性インピーダンス回路５と可変抵抗回路７とが並列に接続され、端子ＶＷ間には可変誘導性インピーダンス回路６と可変抵抗回路８とが並列に接続される。
【００１９】
また、端子Ｕは第１切替器１７の端子ａに接続され、端子Ｗは、第２切替器１８の端子ｄに接続される。また、端子Ｖは第１切替器１７の端子ｂと第２切替器１８の端子ｅに接続される。また、第１単相変圧器１１の一次巻線１３の一端は端子Ｕに接続され、もう一端は第２切替器１８の端子ｆに接続され、第２単相変圧器１２の一次巻線１５の一端は端子Ｗに接続され、もう一端は第１切替器１７の端子ｃに接続される。
【００２０】
また、端子Ｕ、Ｖ、Ｗには、相順がＵＶＷの三相電圧を出力する三相電源２が接続され、第１単相変圧器１１の二次巻線１４には第１単相負荷９、または第１単相電源９が、第２単相変圧器１２の二次巻線１６には第２単相負荷１０、または第２単相電源１０が接続される。
【００２１】
また、可変容量性インピーダンス回路５は、図２に示すように、容量性インピーダンス回路２１と電流制御回路２２とが直列に接続されて構成され、可変誘導性インピーダンス回路６は、誘導性インピーダンス回路２３と電流制御回路２４とが直列に接続されて構成される。また、第１可変抵抗回路７は、抵抗２５と電流制御回路２６が直列に接続されて構成され、第２可変抵抗回路８は、抵抗２７と電流制御回路２８が直列に接続されて構成される。各電流制御回路２２，２４，２６，２８は、サイリスタを含んで構成され、また、後述する制御装置３の制御切替部３５が出力する制御信号はこのサイリスタのゲートを駆動（点弧）する信号である。
【００２２】
なお、三相電源２からＵＶＷへ供給される電流をそれぞれIV、IU、IW、可変容量性インピーダンス回路５に流れる電流をIC、可変誘導性インピーダンス回路６に流れる電流をIL、第１可変抵抗回路７に流れる電流をIRuv、第２可変抵抗回路８に流れる電流をIRvwとする。
【００２３】
また、第１単相変圧器１１の一次巻線１３に流れる電流をIpm、第１単相変圧器１１の二次巻線１４に流れる電流をIps、第２単相変圧器１２の一次巻線１５に流れる電流をIsm、第２単相変圧器１２の二次巻線１６に流れる電流をIssとする。
【００２４】
図３に、変換回路１の第１切替器１７、第２切替器１８、および各電流制御回路２２，２４，２６，２８を制御する制御装置３１の機能構成を示す。本実施形態における制御装置３１は、図３に示すように、第１単相回路状態検出部３２、第２単相回路状態検出部３３、回路切替部３４、および制御切替部３５とから構成される。
【００２５】
第１単相回路状態検出部３２は、一般的な電気回路の有効電力の検出手法によって第１単相回路３の単相機器が有効電力を消費しているか供給しているかを検出し、消費している場合は、単相機器が負荷回路であるとしてフラグ値“０”を、供給している場合は、単相機器が電源回路であるとしてフラグ値“１”を回路切替部３４と制御切替部３５とに出力する機能を有する。
【００２６】
また、第２単相回路状態検出部３３は、一般的な電気回路の有効電力の検出手法によって第２単相回路４の単相機器が有効電力を消費しているか供給しているかを検出し、消費している場合は、単相機器が負荷回路であるとしてフラグ値“０”を、供給している場合は、単相機器が電源回路であるとしてフラグ値“１”を回路切替部３４と制御切替部３５とに出力する機能を有する。
【００２７】
この一般的な電気回路の有効電力の検出手法とは、例えば、電圧検出器と電流検出器により検出した電圧および電流から有効電力を求める方法や電力計で検出する方法である。
【００２８】
また、回路切替部３４は、第１単相回路状態検出部３２と第２単相回路状態検出部３３とから供給されるフラグ値に従って、第１切替器１７と第２切替器１８の接続を切り替える回路切替信号を出力する機能を有する。フラグ値と第１切替器１７および第２切替器１８の各端子の接続との対応を表１に示す。
【表１】
2005080484.tif 000003
また、制御切替部３５は、第１単相回路状態検出部３２と第２単相回路状態検出部３３とから供給されるフラグ値に従って、制御モードを切り替え、各電流制御回路２２，２４，２６，２８を制御する制御信号を出力する機能を有する。フラグ値と制御切替部３５の制御モードとの対応を表２に示す。なお、各制御モードの詳細については後述する。
【表２】
2005080484.tif 000004
次に、制御装置３１の概略動作について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
制御装置３１が変換回路１の制御を開始すると、第１単相回路状態検出部３２と第２単相回路状態検出部３３は、それぞれ第１単相回路３と第２単相回路４の単相機器が有効電力を消費しているか供給しているかを検出し（ステップＳ０１）、単相機器が負荷回路であるかどうか判定する（ステップＳ０２）。
【００３０】
単相機器が負荷回路である場合は、第１単相回路状態検出部３２と第２単相回路状態検出部３３は、それぞれフラグ値を“０”に設定し（ステップＳ０３）、また、単相機器が負荷回路でない場合は、第１単相回路状態検出部３２と第２単相回路状態検出部３３は、それぞれフラグ値を“１”に設定し（ステップＳ０４）、回路切替部３４と制御切替部３５とにフラグ値を出力する。
【００３１】
回路切替部３４は、第１単相回路状態検出部３２と第２単相回路状態検出部３３とからフラグ値が供給されると、表１に示すフラグ値と各端子の接続の対応に従って各切替器１７，１８の接続端子を決定し、第１切替器１７と第２切替器１８の接続を切り替えるための回路切替信号を第１切替器１７と第２切替器１８へ出力する。また、制御切替部３５は、第１単相回路状態検出部３２と第２単相回路状態検出部３３とからフラグ値が供給されると、表２に示すフラグ値と制御モードの対応に従って、変換回路１の各電流制御回路２２，２４，２６，２８の制御モードを決定する（ステップＳ０５）。
【００３２】
制御切替部３５は、制御モードを決定すると、各制御モードに移行して（ステップＳ０６）、各電流制御回路２２，２４，２６，２８を制御する制御信号を出力する。
【００３３】
このように、制御装置３１は、第１単相回路３と第２単相回路４が両方とも単相負荷、または、第１単相回路３が単相負荷で第２単相回路４が単相電源、または、第１単相回路３が単相電源で第２単相回路４が単相負荷の状態に変化しても、三相電源２の出力電流を平衡になる様に変換回路１を制御する。
【００３４】
以下、各モードにおける単相機器の実体に対応して、制御切替部３５の動作について説明する。
【００３５】
＜制御モード：MODE-1、第１単相負荷と第２単相負荷の有効電力消費量が等しい場合＞
第１単相回路３と第２単相回路４の単相機器が両方とも単相負荷回路（以降、それぞれ第１単相負荷９、第２単相負荷１０と称す）であり、かつ第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量が等しい場合、制御切替部３５ａは、図５に示すように、第１負荷有効電力検出部４１、第２負荷有効電力検出部４２、補償量演算部４３、ＵＶ間点弧角決定部４４、ＶＷ間点弧角決定部４５、電圧検出部４６、位相検出部４７、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９の各機能ブロックから構成され、動作する。
【００３６】
第１負荷有効電力検出部４１は、一般的な電気回路の有効電力の検出手法によって第１単相回路３の第１単相負荷９の有効電力量を検出する機能を有し、第２負荷有効電力検出部４２は、一般的な電気回路の有効電力の検出手法によって第２単相回路４の第２単相負荷１０の有効電力量を検出する機能を有する。
【００３７】
この一般的な電気回路の有効電力の検出手法とは、例えば、電圧検出器と電流検出器により検出した電圧および電流から有効電力を求める方法や電力計で検出する方法である。
【００３８】
また、補償量演算部４３は、検出した第１単相負荷９および第２単相負荷１０の有効電力量から、可変容量性インピーダンス回路５と可変誘導性インピーダンス回路６で補償する無効電力量および第１可変抵抗回路７と第２可変抵抗回路８で補償する有効電力量を算出する機能を有する。
【００３９】
また、ＵＶ間点弧角決定部４４は、補償量演算部４３が算出した電力補償量から可変容量性インピーダンス回路５、および第１可変抵抗回路７にそれぞれ直列に接続される電流制御回路２２，２６の点弧角を決定する機能を有する。
【００４０】
また、ＶＷ間点弧角決定部４５は、補償量演算部４３が算出した電力補償量から可変誘導性インピーダンス回路６、および第２可変抵抗回路８にそれぞれ直列に接続される電流制御回路２４，２８の点弧角を決定する機能を有する。
【００４１】
また、電圧検出部４６は、端子Ｕ−端子Ｖ間と端子Ｖ−端子Ｗ間のそれぞれの線間電圧を検出する機能を有し、位相検出部４７は、電圧検出部４６で検出した各線間電圧の位相を検出する機能を有する。
【００４２】
また、ＵＶ間パルス制御部４８は、位相検出部４７が検出した端子ＵＶ間の線間電圧位相に対してＵＶ間点弧角決定部４４が決定した点弧角で、可変容量性インピーダンス回路５および第１可変抵抗回路７に直列に接続される電流制御回路２２，２６を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する機能を有する。
【００４３】
また、ＶＷ間パルス制御部４９は、位相検出部４７が検出した端子ＶＷ間の線間電圧位相に対してＶＷ間点弧角決定部４５が決定した点弧角で、可変誘導性インピーダンス回路６および第２可変抵抗回路８に直列に接続される電流制御回路２４，２８を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する機能を有する。
【００４４】
次に、制御切替部３５ａの動作について、図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００４５】
制御装置３１が変換回路１の制御をMODE-1で開始すると、第１負荷有効電力検出部４１は、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第１単相負荷９の有効電力量を検出する（ステップＳ１１）。また、第２負荷有効電力検出部４２も同様に、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第２単相負荷１０の有効電力量を検出する（ステップＳ１２）。
【００４６】
第１負荷有効電力検出部４１と第２負荷有効電力検出部４２が検出したそれぞれの有効電力量を補償量演算部４３に供給すると、補償量演算部４３は、まず第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量を比較する。
【００４７】
その比較の結果、第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量が等しい場合は、下記の数式（１）（２）（３）に従って、補償量演算部４３は、端子ＵＶ間の可変容量性インピーダンス回路５での電力補償量Quvと、端子ＶＷ間の可変誘導性インピーダンス回路６での電力補償量Qvwと、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流IRuvと、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流IRvwとを算出する（ステップＳ１３）。ここで三相電源２の定格線間電圧をE、両単相負荷の有効電力をPLとする。
【００４８】
≪数１≫
Ipm = Ism = PL／E・・・・・（１）
Quv = Qvw = E×Ipm×１／３１／２・・・・・（２）
IRuv = IRvw = 0・・・・・（３）
補償量演算部４３は上記の数式に従って各電力補償量を算出し、QuvとIRuvとをＵＶ点弧角決定部へ、QvwとIRvwとをＶＷ点弧角決定部へそれぞれ供給する。
【００４９】
ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、表３、表４、表５、表６に示すように予め電力補償量Qに対する点弧角α、および端子ＵＶ間と端子ＶＷ間の抵抗電流値に対する点弧角αの対応を記録したデータテーブルを記録しており、ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、補償量演算部４３から各電力補償量が供給されると、供給されたQuv，Qvwに対する点弧角αQuv，αQvwを設定し（ステップＳ１４）、IRuv，IRvwに対する点弧角αRuv，αRvwを設定し（ステップＳ１５）、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９にそれぞれ供給する。ここでは、第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量が等しいので、ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、点弧角αRuv，αRvwをそれぞれ９０度に設定する。
【表３】
2005080484.tif 000005
【表４】
2005080484.tif 000006
【表５】
2005080484.tif 000007
【表６】
2005080484.tif 000008
なお、Q1〜Qn、およびIR1〜IRnの実際の値は、回路構成に従う。
【００５０】
また、電圧検出部４６は、一般的な電気回路の電圧検出方法により端子ＵＶ間の線間電圧瞬時値euvを検出し（ステップＳ１６）、検出した線間電圧瞬時値euvを位相検出部４７へ供給する。
【００５１】
位相検出部４７は、電圧検出部４６から供給された線間電圧瞬時値euvから位相検出装置（ＰＬＬ）などを用いて端子ＵＶ間の線間電圧位相θuvを検出すると共に、下記の数式（４）に従って、端子ＶＷ間の線間電圧位相θvwを算出し（ステップＳ１７）、θuvをＵＶ間パルス制御部４８へ、θvwをＶＷ間パルス制御部４９へ供給する。
【００５２】
≪数２≫
θvw = θuv - 120°・・・・・（４）
ＵＶ間パルス制御部４８は、ＵＶ間点弧角決定部４４から供給されたαQuvと、位相検出部４７から供給されたθuvが一致するかどうか判定し（ステップＳ１８）、αQuvとθuvとが一致すると判定した場合、ＵＶ間パルス制御部４８は、電流制御回路２２を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ１９）。
【００５３】
また、ＶＷ間パルス制御部４９は、ＶＷ間点弧角決定部４５から供給されたαQvwと、位相検出部４７から供給されたθvwが一致するかどうか判定し（ステップＳ２０）、αQvwとθvwとが一致すると判定した場合、ＶＷ間パルス制御部４９は、電流制御回路２４を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ２１）。
【００５４】
なお、第１単相負荷９と第２単相負荷１０との有効電力消費量が等しい場合は、第１可変抵抗回路７と第２可変抵抗回路８とが非導通状態となるよう、ＵＷ間点弧角決定部とＶＷ間点弧角決定部４５は、それぞれαRuvとαRvwを９０度に設定しているので、ＵＶ間パルス制御部４８は、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流制御回路２６を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力しない（ステップＳ２２）。同様に、ＶＷ間パルス制御部４９は、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流制御回路２８を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力しない（ステップＳ２３）。
【００５５】
図７は、第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量が等しい場合の電圧ベクトル（ａ）、および電流ベクトル（ｂ）を示している。なお、以下の説明において用いる主なベクトル記号は以下の通りであって、その正方向（基準方向）は図７に示す通りである。また、以下の説明においては、便宜上、各記号をベクトルだけではなくスカラー量（すなわち電圧値、電流値）を示すためにも用いている。
【００５６】
Eu  …三相電源２のＵ相の相電圧ベクトル
Ev  …三相電源２のＶ相の相電圧ベクトル
Ew  …三相電源２のＷ相の相電圧ベクトル
Euv …三相電源２のＵ相、Ｖ相間の線間電圧ベクトル
Evw …三相電源２のＶ相、Ｗ相間の線間電圧ベクトル
Ewu …三相電源２のＷ相、Ｕ相間の線間電圧ベクトル
Iu  …三相電源２のＵ相の電流ベクトル
Iv  …三相電源２のＶ相の電流ベクトル
Iw  …三相電源２のＷ相の電流ベクトル
IC  …三相電源２のＵ相、Ｖ相間の可変容量性インピーダンス回路５の電流ベクトル
IL  …三相電源２のＶ相、Ｗ相間の可変誘導性インピーダンス回路６の電流ベクトル
IRuv…三相電源２のＵ相、Ｖ相間の第１可変抵抗回路７の電流ベクトル
IRvw…三相電源２のＶ相、Ｗ相間の第２可変抵抗回路８の電流ベクトル
Ipm  …第１単相変圧器１１の一次巻線の電流ベクトル
Ism  …第２単相変圧器１２の一次巻線の電流ベクトル
第１単相回路３と第２単相回路４に接続された機器が両方とも単相負荷で、かつ、両方の負荷量が同一量のときは、図７（ｂ）に示すように、端子ＵＶ間に接続された可変容量性インピーダンス回路５の電流ベクトルICは、電圧ベクトルEuvに対して９０°進んだベクトルとなり、端子ＶＷ間に接続された可変誘導性インピーダンス回路６の電流ベクトルILは、電圧ベクトルEvwに対して９０°遅れたベクトルとなる。
【００５７】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ベクトルIu、Iv、Iwは、それぞれ下記の数式（５）（６）（７）によって定まる。
【００５８】
≪数３≫
Iu = Ipm - IC・・・・・（５）
Iv = Ism - Ipm + IC - IL・・・・・（６）
Iw = IL - Ism・・・・・（７）
また、第１可変抵抗回路７および第２可変抵抗回路８の電流IRuv、IRvwの大きさは、それぞれ下記の数式（８）（９）式により定まる。
【００５９】
≪数４≫
IRuv = 0・・・・・（８）
IRvw = 0・・・・・（９）
各インピーダンス５，６，７，８をステップＳ１１〜Ｓ２３に示すように制御すると、図７（ｂ）に示す電流ベクトルIu、Iv、Iwの大きさは（電流値）は全て等しくなり、その向きはそれぞれ相電圧ベクトルEu、Ev、Ewの向きと一致する。つまり、三相電源２の力率は１となり、かつ三相電源２の電流は完全な平衡三相電流となる。
【００６０】
従って、第１単相回路３と第２単相回路４の両方が単相負荷であり、かつ第１単相負荷９および第２単相負荷１０の有効電力消費量が等しい場合において、負荷量が力率１の範囲で変化しても、三相電源２の出力電流を平衡に制御することができる。
【００６１】
＜制御モード：MODE-1、第１単相負荷の有効電力消費量が第２単相負荷の有効電力消費量より大きい場合＞
第１単相回路３と第２単相回路４の単相機器が両方とも単相負荷回路であり、かつ第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量より大きい場合、制御切替部３５は、図５に示すように、第１負荷有効電力検出部４１、第２負荷有効電力検出部４２、補償量演算部４３、ＵＶ間点弧角決定部４４、ＶＷ間点弧角決定部４５、電圧検出部４６、位相検出部４７、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９の各機能ブロックから構成され、動作する。なお、各機能ブロックについての説明は省略する。
【００６２】
次に、制御切替部３５ａの動作について、図８のフローチャートに基づいて説明する。
【００６３】
制御装置３１が変換回路１の制御をMODE-1で開始すると、第１負荷有効電力検出部４１は、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第１単相負荷９の有効電力量を検出する（ステップＳ３１）。また、第２負荷有効電力検出部４２も同様に、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第２単相負荷１０の有効電力量を検出する（ステップＳ３２）。
【００６４】
第１負荷有効電力検出部４１と第２負荷有効電力検出部４２が検出したそれぞれの有効電力量を補償量演算部４３に供給すると、補償量演算部４３は、まず第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量を比較する。
【００６５】
その比較の結果、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量より大きい場合は、下記の数式（１０）（１１）（１２）（１３）（１４）に従って、補償量演算部４３は、端子ＵＶ間の可変容量性インピーダンス回路５での電力補償量Quvと、端子ＶＷ間の可変誘導性インピーダンス回路６での電力補償量Qvwと、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流IRuvと、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流IRvwとを算出する（ステップＳ３３）。ここで三相電源２の定格線間電圧をE、第１単相負荷９の有効電力をPL1、第２単相負荷１０の有効電力をPL2とする。
【００６６】
≪数５≫
Ipm = PL1／E・・・・・（１０）
Ism = PL2／E・・・・・（１１）
Quv = Qvw = E×Ipm×１／３１／２・・・・・（１２）
IRuv = 0・・・・・（１３）
IRvw ＝ (PL1 - PL2)／E = Ipm - Ism・・・・・（１４）
補償量演算部４３は、上記の数式に従って各電力補償量を算出し、QuvとIRuvとをＵＶ点弧角決定部へ、QvwとIRvwとをＶＷ点弧角決定部へそれぞれ供給する。
【００６７】
ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、表３、表４、表５、表６に示すように予め電力補償量Qに対する点弧角α、および端子ＵＶ間と端子ＶＷ間の抵抗電流値に対する点弧角αの対応を記録したデータテーブルを記録しており、ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、補償量演算部４３から各電力補償量が供給されると、供給されたQuv，Qvwに対する点弧角αQuv，αQvwを設定し（ステップＳ３４）、IRuv，IRvwに対する点弧角αRuv，αRvwを設定し（ステップＳ３５）、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９にそれぞれ供給する。ここでは、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量より大きいので、ＵＶ間点弧角決定部４４は、点弧角αRuvを９０度に設定する（ステップＳ３６）。
【００６８】
また、電圧検出部４６は、一般的な電気回路の電圧検出方法により端子ＵＶ間の線間電圧瞬時値euvを検出し（ステップＳ３７）、検出した線間電圧瞬時値euvを位相検出部４７へ供給する。
【００６９】
位相検出部４７は、電圧検出部４６から供給された線間電圧瞬時値euvから位相検出装置（ＰＬＬ）などを用いて端子ＵＶ間の線間電圧位相θuvを検出すると共に、数式（４）に従って、端子ＶＷ間の線間電圧位相θvwを算出し（ステップＳ３８）、θuvをＵＶ間パルス制御部４８へ、θvwをＶＷ間パルス制御部４９へ供給する。
【００７０】
ＵＶ間パルス制御部４８は、ＵＶ間点弧角決定部４４から供給されたαQuvと、位相検出部４７から供給されたθuvが一致するかどうか判定し（ステップＳ３９）、αQuvとθuvとが一致すると判定した場合、ＵＶ間パルス制御部４８は、電流制御回路２２を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ４０）。
【００７１】
また、ＶＷ間パルス制御部４９は、ＶＷ間点弧角決定部４５から供給されたαQvw、およびαRvwと、位相検出部４７から供給されたθvwが一致するかどうか判定し（ステップＳ４１）、αQvwとθvwとが一致すると判定した場合、ＶＷ間パルス制御部４９は、電流制御回路２４を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ４２）。
【００７２】
また、ＶＷ間パルス制御部４９は、ＶＷ間点弧角決定部４５から供給されたαRvwと、位相検出部４７から供給されたθvwが一致するかどうか判定し（ステップＳ４２）、αRvwとθvwとが一致すると判定した場合、ＶＷ間パルス制御部４９は、電流制御回路２８を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ４４）。
【００７３】
なお、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも大きい場合は、第１可変抵抗回路７が非導通状態となるよう、ＵＷ間点弧角決定部は、αRuvを９０度に設定しているので、ＵＶ間パルス制御部４８は、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流制御回路２６を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力しない（ステップＳ４５）。
【００７４】
図９は、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも大きい場合の電圧ベクトル（ａ）、および電流ベクトル（ｂ）を示している。
【００７５】
第１単相回路３と第２単相回路４に接続された機器が両方とも単相負荷で、かつ、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも大きいときは、図９（ｂ）に示すように、端子ＶW間に接続された第２可変抵抗回路８の電流ベクトルIRvwは、電圧ベクトルEvwに対して同相のベクトルとなる。
【００７６】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ベクトルIu、Iv、Iwは、それぞれ下記の数式（１５）（１６）（１７）により定まる。
【００７７】
≪数６≫
Iu = Ipm - IC・・・・・（１５）
Iv = Ism - Ipm + IC - IL + IRvw・・・・・（１６）
Iw = IL - Ism - IRvw・・・・・（１７）
また、第１可変抵抗回路７および第２可変抵抗回路８の電流IRuv、IRvwの大きさは下記の数式（１８）（１９）により定まる。
【００７８】
≪数７≫
IRuv = 0・・・・・（１８）
IRvw = Ipm - Ism・・・・・（１９）
各インピーダンス５，６，７，８をステップＳ３１〜Ｓ４５に示すように制御すると、図９（ｂ）に示す電流ベクトルIu、Iv、Iwの大きさは（電流値）は全て等しくなり、その向きはそれぞれ相電圧ベクトルEu、Ev、Ewの向きと一致する。つまり、三相電源２の力率は１となり、かつ三相電源２の電流は完全な平衡三相電流となる。
【００７９】
従って、第１単相回路３と第２単相回路４の両方が単相負荷であり、かつ第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも大きい場合において、負荷量が力率１の範囲で変化しても、三相電源２の出力電流を平衡に制御することができる。
【００８０】
＜制御モード：MODE-1、第１単相負荷の有効電力消費量が第２単相負荷の有効電力消費量より小さい場合＞
第１単相回路３と第２単相回路４の単相機器が両方とも単相負荷回路であり、かつ第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量より小さい場合、制御切替部３５は、図５に示すように、第１負荷有効電力検出部４１、第２負荷有効電力検出部４２、補償量演算部４３、ＵＶ間点弧角決定部４４、ＶＷ間点弧角決定部４５、電圧検出部４６、位相検出部４７、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９の各機能ブロックから構成され、動作する。なお、各機能ブロックについての説明は省略する。
【００８１】
次に、制御切替部３５ａの動作について、図１０のフローチャートに基づいて説明する。
【００８２】
制御装置３１が変換回路１の制御をMODE-1で開始すると、第１負荷有効電力検出部４１は、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第１単相負荷９の有効電力量を検出する（ステップＳ５１）。また、第２負荷有効電力検出部４２も同様に、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第２単相負荷１０の有効電力量を検出する（ステップＳ５２）。
【００８３】
第１負荷有効電力検出部４１と第２負荷有効電力検出部４２が検出したそれぞれの有効電力量を補償量演算部４３に供給すると、補償量演算部４３は、まず第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量を比較する。
【００８４】
その比較の結果、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量より小さい場合は、下記の数式（２０）（２１）（２２）（２３）（２４）に従って、補償量演算部４３は、端子ＵＶ間の可変容量性インピーダンス回路５での電力補償量Quvと、端子ＶＷ間の可変誘導性インピーダンス回路６での電力補償量Qvwと、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流IRuvと、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流IRvwとを算出する（ステップＳ５３）。ここで三相電源２の定格線間電圧をE、第１単相負荷９の有効電力をPL1、第２単相負荷１０の有効電力をPL2とする。
【００８５】
≪数８≫
Ipm = PL1／E・・・・・（２０）
Ism = PL2／E・・・・・（２１）
Quv = Qvw = E×Ipm×１／３１／２・・・・・（２２）
IRuv = (PL1 - PL2)／E = Ipm - Ism・・・・・（２３）
IRvw ＝ 0・・・・・（２４）
補償量演算部４３は、上記の数式に従って各電力補償量を算出し、QuvとIRuvとをＵＶ点弧角決定部へ、QvwとIRvwとをＶＷ点弧角決定部へそれぞれ供給する。
【００８６】
ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、表３、表４、表５、表６に示すように予め電力補償量Qに対する点弧角α、および端子ＵＶ間と端子ＶＷ間の抵抗電流値に対する点弧角αの対応を記録したデータテーブルを記録しており、ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、補償量演算部４３から各電力補償量が供給されると、供給されたQuv，Qvwに対する点弧角αQuv，αQvwを設定し（ステップＳ５４）、IRuv，IRvwに対する点弧角αRuv，αRvwを設定し（ステップＳ５５）、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９にそれぞれ供給する。ここでは、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量より小さいので、ＶＷ間点弧角決定部４５は、点弧角αRvwを９０度に設定する（ステップＳ５６）。
【００８７】
また、電圧検出部４６は、一般的な電気回路の電圧検出方法により端子ＵＶ間の線間電圧瞬時値euvを検出し（ステップＳ５７）、検出した線間電圧瞬時値euvを位相検出部４７へ供給する。
【００８８】
位相検出部４７は、電圧検出部４６から供給された線間電圧瞬時値euvから位相検出装置（ＰＬＬ）などを用いて端子ＵＶ間の線間電圧位相θuvを検出すると共に、数式（４）に従って、端子ＶＷ間の線間電圧位相θvwを算出し（ステップＳ５８）、θuvをＵＶ間パルス制御部４８へ、θvwをＶＷ間パルス制御部４９へ供給する。
【００８９】
ＵＶ間パルス制御部４８は、ＵＶ間点弧角決定部４４から供給されたαQuvと、位相検出部４７から供給されたθuvが一致するかどうか判定し（ステップＳ５９）、αQuvとθuvとが一致すると判定した場合、ＵＶ間パルス制御部４８は、電流制御回路２２を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ６０）。
【００９０】
また、ＶＷ間パルス制御部４９は、ＶＷ間点弧角決定部４５から供給されたαQvw、およびαRvwと、位相検出部４７から供給されたθvwが一致するかどうか判定し（ステップＳ６１）、αQvwとθvwとが一致すると判定した場合、ＶＷ間パルス制御部４９は、電流制御回路２４を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ６２）。
【００９１】
また、ＵＶ間パルス制御部４８は、ＵＶ間点弧角決定部４４から供給されたαRuvと、位相検出部４７から供給されたθuvが一致するかどうか判定し（ステップＳ６２）、αRuvとθuvとが一致すると判定した場合、ＵＶ間パルス制御部４８は、電流制御回路２６を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ６４）。
【００９２】
なお、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも小さい場合は、第２可変抵抗回路８が非導通状態となるよう、ＶＷ間点弧角決定部４５は、αRvwを９０度に設定しているので、ＶＷ間パルス制御部４９は、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流制御回路２８を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力しない（ステップＳ６５）。
【００９３】
図１１は、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも小さい場合の電圧ベクトル（ａ）、および電流ベクトル（ｂ）を示している。
【００９４】
第１単相回路３と第２単相回路４に接続された機器が両方とも単相負荷で、かつ、第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも小さいときは、図１１（ｂ）に示すように、端子ＵＶ間に接続された第１可変抵抗回路７の電流ベクトルIRuvは、電圧ベクトルEuvに対して同相のベクトルとなる。
【００９５】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ベクトルIu、Iv、Iwは、それぞれ下記の数式（２５）（２６）（２７）により定まる。
【００９６】
≪数９≫
Iu = Ipm - IC + IRuv・・・・・（２５）
Iv = Ism - Ipm + IC - IL - IRuv・・・・・（２６）
Iw = IL - Ism・・・・・（２７）
また、第１可変抵抗回路７および第２可変抵抗回路８の電流IRuv、IRvwの大きさは下記の数式（２８）（２９）式により定まる。
【００９７】
≪数１０≫
IRuv = Ism - Ipm・・・・・（２８）
IRvw = 0・・・・・（２９）
各インピーダンス５，６，７，８をステップＳ５１〜Ｓ６５に示すように制御すると、図１１（ｂ）に示す電流ベクトルIu、Iv、Iwの大きさは（電流値）は全て等しくなり、その向きはそれぞれ相電圧ベクトルEu、Ev、Ewの向きと一致する。つまり、三相電源２の力率は１となり、かつ三相電源２の電流は完全な平衡三相電流となる。
【００９８】
従って、第１単相回路３と第２単相回路４の両方が単相負荷であり、かつ第１単相負荷９の有効電力消費量が第２単相負荷１０の有効電力消費量よりも小さい場合において、負荷量が力率１の範囲で変化しても、三相電源２の出力電流を平衡に制御することができる。
【００９９】
＜制御モード：MODE-2,3、一方が電源の場合＞
第１単相回路３と第２単相回路４の単相機器の一方が単相負荷回路であり、一方が単相電源回路である場合、制御切替部３５は、図１２に示すように、第１負荷有効電力検出部４１、第１電源有効電力検出部５１、第２負荷有効電力検出部４２、第２電源有効電力検出部５２、補償量演算部４３、ＵＶ間点弧角決定部４４、ＶＷ間点弧角決定部４５、電圧検出部４６、位相検出部４７、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９の各機能ブロックから構成され、動作する。なお、図５に示す機能ブロックと同じものについては同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１００】
第１電源有効電力検出部５１は、一般的な電気回路の有効電力の検出手法によって第１単相回路３の第１単相電源９の有効電力量を検出する機能を有し、第２電源有効電力検出部５２は、一般的な電気回路の有効電力の検出手法によって第２単相回路４の第２単相電源１０の有効電力量を検出する機能を有する。
【０１０１】
なお、MODE-2（第１単相回路３が負荷で第２単相回路４が電源）の場合には、第１負荷有効電力検出部４１と第２電源有効電力検出部５２とが動作し、MODE-3（第１単相回路３が電源で第２単相回路４が負荷）の場合には、第１電源有効電力検出部５１と第２負荷有効電力検出部４２とが動作する。
【０１０２】
次に、制御切替部３５ｂの動作について、図１３のフローチャートに基づいて説明する。
【０１０３】
制御装置３１が変換回路１の制御をMODE-2で開始すると、第１負荷有効電力検出部４１は、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第１単相負荷９の有効電力量を検出する（ステップＳ７１）。また、制御装置３１が変換回路１の制御をMODE-3で開始すると、第２負荷有効電力検出部４２は、一般的な電気回路の有効電力の検出方法により第２単相負荷１０の有効電力量を検出する（ステップＳ７１）。
【０１０４】
また、制御装置３１が変換回路１の制御をMODE-2で開始すると、第１電源有効電力検出部５１は、一般的な電気回路の有効電力の検出方法によって第１単相電源９の有効電力量を検出する（ステップＳ７２）。また、制御装置３１が変換回路１の制御をMODE-3で開始すると、第２電源有効電力検出部５２は、一般的な電気回路の有効電力の検出方法により第２単相電源１０の有効電力量を検出する（ステップＳ７２）。
【０１０５】
第１負荷有効電力検出部４１または第２負荷有効電力検出部４２、第１電源有効電力検出部５１または第２電源有効電力検出部５２が検出したそれぞれの有効電力量を補償量演算部４３に供給すると、補償量演算部４３は、まず第１単相負荷９と第２単相負荷１０の有効電力消費量を比較する。
【０１０６】
補償量演算部４３は、MODE-2のときは下記の数式（３５）（３６）（３７）式に従って、端子ＵＶ間の可変容量性インピーダンス回路５での電力補償量Quvと、端子ＶＷ間の可変誘導性インピーダンス回路６での電力補償量Qvwと、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流IRuvと、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流IRvwとを算出する（ステップＳ７３）。ここで三相電源２の定格線間電圧をE、第１単相負荷９の有効電力をPL1、第１単相変圧器１１の一次巻線電流をIpm、第２単相電源１０の有効電力をPs2、第２単相変圧器１２の一次巻線電流をIsmとする。
【０１０７】
≪数１１≫
Ipm - Ism = (PL1 - Ps2)／E・・・・・（３５）
Quv = Qvw = E×(Ipm - Ism)×１／３１／２・・・・・（３６）
IRuv = IRvw = 0・・・・・（３７）
補償量演算部４３は、上記の数式に従って各電力補償量を算出し、QuvとIRuvとをＵＶ点弧角決定部へ、QvwとIRvwとをＶＷ点弧角決定部へそれぞれ供給する。
【０１０８】
また、補償量演算部４３は、MODE-3のときは下記の数式（３８）（３９）（４０）式に従って、端子ＵＶ間の可変容量性インピーダンス回路５での電力補償量Quvと、端子ＶＷ間の可変誘導性インピーダンス回路６での電力補償量Qvwと、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流IRuvと、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流IRvwとを算出する（ステップＳ７３）。
【０１０９】
≪数１２≫
Ism - Ipm = (PL2 - Ps1)／E・・・・・（３８）
Quv = Qvw = E×(Ism - Ipm)×１／３１／２・・・・・（３９）
IRuv = IRvw = 0・・・・・（４０）
補償量演算部４３は、上記の数式に従って各電力補償量を算出し、QuvとIRuvとをＵＶ点弧角決定部へ、QvwとIRvwとをＶＷ点弧角決定部へそれぞれ供給する。
【０１１０】
ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、表７、表８に示すように予め電力補償量Qに対する点弧角α、およびＵＶ間とＶＷ間の抵抗電流値に対する点弧角αの対応を記録したデータテーブルを記録しており、ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、補償量演算部４３から各電力補償量が供給されると、供給されたQuv，Qvwに対する点弧角αQuv，αQvwを設定し（ステップＳ７４）、IRuv，IRvwに対する点弧角αRuv，αRvwを設定し（ステップＳ７５）、ＵＶ間パルス制御部４８、およびＶＷ間パルス制御部４９にそれぞれ供給する。ここでは、ＵＶ間点弧角決定部４４とＶＷ間点弧角決定部４５は、点弧角αRuv，αRvwをそれぞれ９０度に設定する。
【表７】
2005080484.tif 000009
【表８】
2005080484.tif 000010
なお、Q1〜Qn、およびIR1〜IRnの実際の値は、回路構成に従う。
【０１１１】
また、電圧検出部４６は、一般的な電気回路の電圧検出方法により端子ＵＶ間の線間電圧瞬時値euvを検出し（ステップＳ７６）、検出した線間電圧瞬時値euvを位相検出部４７へ供給する。
【０１１２】
位相検出部４７は、電圧検出部４６から供給された線間電圧瞬時値euvから位相検出装置（ＰＬＬ）などを用いて端子ＵＶ間の線間電圧位相θuvを検出すると共に、下記の数式（４１）に従って、端子ＶＷ間の線間電圧位相θvwを算出し（ステップＳ７７）、θuvをＵＶ間パルス制御部４８へ、θvwをＶＷ間パルス制御部４９へ供給する。
【０１１３】
≪数１３≫
θvw = θuv - 120°・・・・・（４１）
ＵＶ間パルス制御部４８は、ＵＶ間点弧角決定部４４から供給されたαQuvと、位相検出部４７から供給されたθuvが一致するかどうか判定し（ステップＳ７８）、αQuvとθuvとが一致すると判定した場合、ＵＶ間パルス制御部４８は、電流制御回路２２を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ７９）。
【０１１４】
また、ＶＷ間パルス制御部４９は、ＶＷ間点弧角決定部４５から供給されたαQvwと、位相検出部４７から供給されたθvwが一致するかどうか判定し（ステップＳ８０）、αQvwとθvwとが一致すると判定した場合、ＶＷ間パルス制御部４９は、電流制御回路２４を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力する（ステップＳ８１）。
【０１１５】
なお、第１単相回路３と第２単相回路４の単相機器の一方が単相負荷回路であり、一方が単相電源回路である場合は、第１可変抵抗回路７と第２可変抵抗回路８とが非導通状態となるよう、ＵＷ間点弧角決定部とＶＷ間点弧角決定部４５は、それぞれαRuvとαRvwを９０度に設定しているので、ＵＶ間パルス制御部４８は、端子ＵＶ間の第１可変抵抗回路７の電流制御回路２６を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力しない（ステップＳ８２）。同様に、ＶＷ間パルス制御部４９は、端子ＶＷ間の第２可変抵抗回路８の電流制御回路２８を構成するサイリスタを点弧する制御信号を出力しない（ステップＳ８３）。
【０１１６】
第１単相回路３と第２単相回路４の単相機器の一方が単相負荷回路であり、一方が単相電源回路であるときは、図１４（ｂ）に示すような電流ベクトルとなる。
【０１１７】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ベクトルIu、Iv、Iwは、それぞれ下記の数式（４２）（４３）（４４）によって定まる。
【０１１８】
≪数１４≫
Iu = IC - (Ipm - Ism)・・・・・（４２）
Iv = IL - IC・・・・・（４３）
Iw = (Ipm - Ism) - IL・・・・・（４４）
また、第１可変抵抗回路７および第２可変抵抗回路８の電流IRuv、IRvwの大きさは、それぞれ下記の数式（４５）（４６）式により定まる。
【０１１９】
≪数１５≫
IRuv = 0・・・・・（４５）
IRvw = 0・・・・・（４６）
各インピーダンス５，６，７，８をステップＳ７１〜Ｓ８３に示すように制御すると、図１４（ｂ）に示す電流ベクトルIu、Iv、Iwの大きさは（電流値）は全て等しくなり、その向きはそれぞれ相電圧ベクトルEu、Ev、Ewの向きと一致する。つまり、三相電源２１２の力率は１となり、且つ三相電源２１２の電流は完全な平衡三相電流となる。
【０１２０】
従って、第１単相回路３と第２単相回路４の両方が単相負荷であり、かつ第１単相負荷９および第２単相負荷１０の有効電力消費量が等しい場合において、負荷量が力率１の範囲で変化しても、三相電源２の出力電流を平衡に制御することができる。
【０１２１】
なお、可変容量性インピーダンス回路５、可変誘導性インピーダンス回路６、第１可変抵抗回路７、および第２可変抵抗回路８は、図２に示す容量性インピーダンス回路２１と電流制御回路２２の直列回路や誘導性インピーダンス回路２３と電流制御回路２４の直列回路、可変抵抗回路と電流制御回路２６，２８だけでなく、電源周波数でのインピーダンスを変えられる回路であれば良い。
【０１２２】
また、本実施形態において制御装置３１が行う図４、図６、図８、図１０、および図１３のフローチャートで示されている各処理が記述された制御プログラムを、それぞれコンピュータに実行させることによって制御装置３１を実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】電気回路の構成を示す図である。
【図２】各インピーダンスの構成を示す図である。
【図３】制御装置の構成を示す図である。
【図４】制御装置の概略の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】制御切替部の構成を示す図である。
【図６】制御切替部の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】電圧ベクトルと電流ベクトルとを示す図である。
【図８】制御切替部の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】電圧ベクトルと電流ベクトルとを示す図である。
【図１０】制御切替部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】電圧ベクトルと電流ベクトルとを示す図である。
【図１２】制御切替部の構成を示す図である。
【図１３】制御切替部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】電圧ベクトルと電流ベクトルとを示す図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  変換回路
２  三相電源
３  第１単相回路
４  第２単相回路
５  可変容量性インピーダンス回路
６  可変誘導性インピーダンス回路
７  第１可変抵抗回路
８  第２可変抵抗回路
９  第１単相負荷、第１単相電源
１０  第２単相負荷、第２単相電源
１１  第１単相変圧器
１２  第２単相変圧器
１３  第１単相変圧器の一次巻線
１４  第１単相変圧器の二次巻線
１５  第２単相変圧器の一次巻線
１６  第２単相変圧器の二次巻線
１７  第１切替器
１８  第２切替器
２１  容量性インピーダンス回路
２２  電流制御回路
２３  誘導性インピーダンス回路
２４  電流制御回路
２５  抵抗
２６  電流制御回路
２７  抵抗
２８  電流制御回路
３１  制御装置
３２  第１単相回路状態検出部
３３  第２単相回路状態検出部
３４  回路切替部３４
３５ａ，ｂ  制御切替部
４１  第１負荷有効電力検出部
４２  第２負荷有効電力検出部
４３  補償量演算部
４４  ＵＶ間点弧角決定部
４５  ＶＷ間点弧角決定部
４６  電圧検出部
４７  位相検出部
４８  ＵＶ間パルス制御部
４９  ＶＷ間パルス制御部
５１  第１電源有効電力検出部
５２  第２電源有効電力検出部
【図１】
2005080484.tif 000011
【図２】
2005080484.tif 000012
【図３】
2005080484.tif 000013
【図４】
2005080484.tif 000014
【図５】
2005080484.tif 000015
【図６】
2005080484.tif 000016
【図７】
2005080484.tif 000017
【図８】
2005080484.tif 000018
【図９】
2005080484.tif 000019
【図１０】
2005080484.tif 000020
【図１１】
2005080484.tif 000021
【図１２】
2005080484.tif 000022
【図１３】
2005080484.tif 000023
【図１４】
2005080484.tif 000024