(57)【要約】第一のＡＣ電圧源（Ｒ）から第二のＡＣ電圧源（Ｓ）に負荷（２０）を移動するための方法およびシステム。抵抗器を介して負荷と第一の電圧源とに臨時の電圧源（Ｔ）を接続する。負荷から第一の電圧源を遮断する。負荷に第二の電圧源を接続する。最後に、臨時の電圧源を負荷から遮断する。臨時の電圧源は、第一および第二の電圧源から独立したものであってもよく、あるいは第一または第二の電圧源から電圧を得るものであってもよい。接続と遮断は、機械的スイッチにより、サイリスターにより、あるいは並列接続または直列接続の機械的スイッチおよびサイリスターにより行う。
2006521079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初の電圧源から最後の電圧源に負荷を移す方法であって、前記負荷は、当初前記最初の電圧源に接続され、
（ａ）臨時の電圧源を前記負荷に接続するステップ、
（ｂ）前記最初の電圧源を前記負荷から遮断するステップ、および
（ｃ）前記最後の電圧源を前記負荷に接続するステップ、を含む方法。
【請求項２】
前記臨時の電圧源は、前記最初の電圧源と前記最後の電圧源とから独立する、請求項１に記載の前記方法。
【請求項３】
前記臨時の電圧源は、前記最初の電圧源と前記最後の電圧源の１つから電圧を得る、請求項１に記載の前記方法。
【請求項４】
前記最初の電圧源の前記遮断を前記臨時の電圧源の前記接続の後に行う、請求項１に記載の前記方法。
【請求項５】
前記臨時の電圧源の前記負荷への前記接続は、前記最初の電圧源にも前記臨時の電圧源を接続する、請求項１に記載の前記方法。
【請求項６】
前記最初の電圧源の前記負荷からの前記遮断は、前記臨時の電圧源からも前記最初の電圧源を遮断する、請求項５に記載の前記方法。
【請求項７】
前記最後の電圧源の前記負荷への前記接続は、前記臨時の電圧源にも前記最後の電圧源を接続する、請求項１に記載の前記方法。
【請求項８】
（ｄ）前記臨時の電圧源を前記負荷から遮断するステップをさらに含む、請求項１に記載の前記方法。
【請求項９】
前記最後の電圧源の前記負荷への前記接続は、前記臨時の電圧源にも前記最後の電圧源を接続し、かつ前記臨時の電圧源の前記負荷からの前記遮断は、前記最後の電圧源からも前記臨時の電圧源を遮断する、請求項８に記載の前記方法。
【請求項１０】
前記臨時の電圧源は、抵抗器を経由して前記負荷に接続される、請求項１に記載の前記方法。
【請求項１１】
前記抵抗器の抵抗は、最高でも前記負荷の抵抗の十分の一とする、請求項１０に記載の前記方法。
【請求項１２】
前記接続と前記遮断とを、前記最初、最後、および臨時の電圧源の各々のスイッチング機構を使用して行う、請求項１に記載の前記方法。
【請求項１３】
前記スイッチング機構の少なくとも１つが機械的スイッチを含む、請求項１２に記載の前記方法。
【請求項１４】
前記スイッチング機構の少なくとも１つがサイリスターを含む、請求項１２に記載の前記方法。
【請求項１５】
前記スイッチング機構の少なくとも１つが機械的スイッチとサイリスターの両方を含む、請求項１２に記載の前記方法。
【請求項１６】
前記機械的スイッチと前記サイリスターが並列接続する、請求項１５に記載の前記方法。
【請求項１７】
前記機械的スイッチと前記サイリスターが直列接続する、請求項１５に記載の前記方法。
【請求項１８】
第一の電圧源と第二の電圧源を交互に負荷に接続するためのシステムであって、
（ａ）前記第一の電圧源を前記負荷に接続し、かつ前記第一の電圧源を前記負荷から遮断する第一のスイッチング機構、
（ｂ）前記第二の電圧源を前記負荷に接続し、かつ前記第二の電圧源を前記負荷から遮断する第二のスイッチング機構であって、前記第一および第二のスイッチング機構は、前記負荷に至る共通の接続点を共用する、および
（ｃ）前記共通の接続点と前記負荷との間の第二の接続点にて臨時の電圧源を前記負荷に接続する第三のスイッチング機構からなる、システム。
【請求項１９】
（ｄ）前記臨時の電圧源をさらに含む、請求項１８に記載の前記システム。
【請求項２０】
前記臨時の電圧源が前記第一および第二の電圧源から独立する、請求項１９に記載の前記システム。
【請求項２１】
前記臨時の電圧源が前記第一の電圧源と前記第二の電圧源の１つから電圧を得る、請求項１９に記載の前記システム。
【請求項２２】
（ｄ）前記第三のスイッチング機構と前記第二の接続点との間に抵抗器をさらに含む、請求項１８に記載の前記システム。
【請求項２３】
前記抵抗器の抵抗を最高でも前記負荷の抵抗の十分の一とする、請求項２２に記載の前記システム。
【請求項２４】
前記スイッチング機構の少なくとも１つが機械的スイッチを含む、請求項１８に記載の前記システム。
【請求項２５】
前記スイッチング機構の少なくとも１つがサイリスターを含む、請求項１８に記載の前記システム。
【請求項２６】
前記スイッチング機構の少なくとも１つが機械的スイッチとサイリスターの両方を含む、請求項１８に記載の前記システム。
【請求項２７】
前記機械的スイッチと前記サイリスターが並列接続する、請求項２６に記載の前記システム。
【請求項２８】
前記機械的スイッチと前記サイリスターが直列接続する、請求項２６に記載の前記システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのＡＣ電圧源から別のＡＣ電圧源に、スイッチングの間ずっと電圧を中断させずに電気的負荷を移動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つのＡＣ電圧源から別のＡＣ電圧源に負荷を移さなければならない状況には、いくつかのものがある。かかる状況の一例として、停電が予想される場合には、送電網から発電機に負荷を移すものがある。１つの位相から別の位相に負荷を移す位相平衡もまた、かかる状況の別の一例である。
１つのＡＣ電圧源から別のＡＣ電圧源に負荷を移す従来技術の方法は、いずれも少なくとも短時間は電圧の中断を伴う。この時間間隔の持続時間は、使用するスイッチング回路の速度に左右される。高電流用途のスイッチング回路は、高電流と非常に高い短絡電流に耐えることができる機械的装置である。
多くのシステムは、その電圧供給が中断したり、大きく混乱した時に、作動を停止するか、もしくは自らをリセットする。
したがって、電圧を中断することなく電圧と電流のひずみを最小限に抑え、さらに負荷の機能を中断することなく、１つのＡＣ電圧源から別のＡＣ電圧源に負荷を移す方法が必要であることは広く認められており、かかる方法を有することは非常に有利であろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、電圧を中断することなく電圧と電流のひずみを最小限に抑え、さらに負荷の機能を中断することなく、１つのＡＣ電圧源から別のＡＣ電圧源に負荷を移す方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、最初の電圧源から最後の電圧源に負荷を移す方法を提供し、前記負荷は、当初前記最初の電圧源に接続され、（ａ）臨時の電圧源を前記負荷に接続するステップ、（ｂ）前記最初の電圧源を前記負荷から遮断するステップ、および（ｃ）前記最後の電圧源を前記負荷に接続するステップ、を含む。
本発明によれば、第一の電圧源と第二の電圧源を交互に負荷に接続するためのシステムを提供し、（ａ）前記第一の電圧源を前記負荷に接続し、かつ前記第一の電圧源を前記負荷から遮断する第一のスイッチング機構、（ｂ）前記第二の電圧源を前記負荷に接続し、かつ前記第二の電圧源を前記負荷から遮断する第二のスイッチング機構であって、前記第一および第二のスイッチング機構は、前記負荷に至る共通の接続点を共用する、および（ｃ）前記共通の接続点と前記負荷との間の第二の接続点にて臨時の電圧源を前記負荷に接続する第三のスイッチング機構を含む。
本発明の基本的方法は、臨時の電圧源を負荷に接続し、前記負荷から最初の電圧源を遮断し、最後の電圧源を前記負荷に接続し、最後に前記臨時の電圧源を前記負荷から遮断することによって、前記最初の電圧源から前記最後の電圧源に負荷を移すことである。上記の時間系列は、好適な時間系列である。特に、前記最初の電圧源を前記負荷から遮断する前に、前記臨時の電圧源を前記負荷に接続するのが好ましい。
好ましくは、前記臨時の電圧源は、前記最初の電圧源と最後の電圧源から独立している。代替的に、前記臨時の電圧源は、前記最初の電圧源または最後の電圧源のいずれか一方からその電圧を得ている。
好ましくは、前記臨時の電圧源を前記負荷に接続する時には、前記最初の電圧源にも前記臨時の電圧源を接続し、さらに前記最初の電圧源を前記負荷から遮断する時には、前記臨時の電圧源からも前記最初の電圧源を遮断する。好ましくは、前記最後の電圧源を前記負荷に接続する時には、前記臨時の電圧源にも前記最後の電圧源を接続し、さらに前記臨時の電圧源を前記負荷から遮断する時には、前記最後の電圧源からも前記臨時の電圧源を遮断する。
好ましくは、前記臨時の電圧源は、抵抗器を介して前記負荷に接続する。最も好ましくは、前記抵抗器の抵抗は、最高でも前記負荷の抵抗の十分の一とする。
好ましくは、前記接続と遮断は、前記最初、最後、および臨時の電圧源の各々のスイッチング機構を用いて行う。１つの好適な代案において、これらスイッチング機構の少なくとも１つは、機械的スイッチを含む。第二の好適な代案において、これらスイッチング機構の少なくとも１つは、サイリスターを含む。第三の好適な代案において、これらのスイッチング機構の少なくとも１つは、機械的スイッチとサイリスターの両方を含む。前記機械的スイッチとサイリスターは並列接続でも直列接続でもよい。
本発明の基本システムは、３つのスイッチング機構、すなわち前記第一の電圧源の前記負荷への接続と、前記第一の電圧源の前記負荷からの遮断とを行う第一のスイッチング機構、前記第二の電圧源の前記負荷への接続と、前記第二の電圧源の前記負荷からの遮断とを行い、前記負荷に至る共通の接続点を前記第一のスイッチング機構と共用する第二のスイッチング機構、そして前記臨時の電圧源の前記負荷への接続と、前記臨時の電圧源の前記負荷からの遮断とを行い、前記負荷と前記最初の２つのスイッチング機構の前記共通の接続点との間に前記負荷に至る接続点を持つ第三のスイッチング機構を含む。
好ましくは、本発明のシステムは、また前記臨時の電圧源を含む。好ましくは、前記臨時の電圧源は、前記第一および第二の電圧源から独立している。あるいは、前記臨時の電圧源は、前記最初の電圧源または最後の電圧源のいずれか一方からその電圧を得ている。
好ましくは、本発明のシステムは、また前記第三のスイッチング機構と第三のスイッチング機構の接続点との間に抵抗器を含み、かくして前記臨時の電圧源が前記負荷に接続する時には、その接続は、前記抵抗器を経由する。最も好ましくは、前記抵抗器の抵抗は、最高でも前記負荷の抵抗の十分の一とすることである。
１つの好適な代案において、これらスイッチング機構の少なくとも１つは、機械的スイッチを含む。第二の好適な代案において、これらスイッチング機構の少なくとも１つは、サイリスターを含む。第三の好適な代案において、これらのスイッチング機構の少なくとも１つは、機械的スイッチとサイリスターの両方を含む。前記機械的スイッチとサイリスターは、並列接続でも直列接続でもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
添付の図面を参照しつつ、例示的に本発明を説明する。
本発明は、１つのＡＣ電圧源から別のＡＣ電圧源に負荷を移す方法とシステムに関する。とりわけ、本発明は、位相平衡に利用することができる。
本発明による電気的負荷移動の原理と動作は、図面および添付の記述を参照することで、よりよく理解できよう。
本発明の基本原理は、第一のＡＣ電圧源から第二のＡＣ電圧源に負荷を移すにあたって、臨時の電圧源が、前記第一の電圧源を前記負荷から遮断し前記第二の電圧源を前記負荷に接続するまでの期間中に電圧を前記負荷に提供することであり、前記臨時の電圧源は、独立した第三の電圧源であっても、前記第二の電圧源から電圧を得るものであってもよい。
図面を参照すると、図１は、本発明のシステム１０の回路図であり、図２Ａから２Ｅは、本発明の理解を助ける波形を示すものである。図２Ａから２Ｅでは、共通の水平（時間）座標を使用している。図２Ａおよび２Ｅの垂直座標は、相対電圧である。図２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄの垂直座標は、相対電流である。
送電網は、三相ＡＣ電圧を提供する。３つの位相は、３つの電圧源Ｒ、Ｓ、およびＴである。図２Ａは、送電網から提供される３つの電圧の波形を示す。電圧源Ｒ、Ｓ、およびＴは、位相が１２０度離れている。
システム１０は、３つのスイッチング機構１２、１４、および１６を含む。スイッチング機構１２は、負荷２０の電圧源Ｒへの接続と、電圧源Ｒからの負荷２０との遮断とを交互に行う。スイッチング機構１４は、負荷２０の電圧源Ｓへの接続と、電圧源Ｓからの負荷２０との遮断とを交互に行う。スイッチング機構１６は、負荷２０の電圧源Ｔへの接続と、電圧源Ｔからの負荷２０との遮断とを交互に行う。電圧源ＲおよびＴは、負荷２０に至る共通の接続点２２を共用する。電圧源Ｓは、抵抗器１８を経由して負荷２０に至る独自の接続点２４を有する。
【０００６】
本発明が電圧源Ｒから電圧源Ｔへと負荷２０を移す方法を以下で説明する。
まず、スイッチング機構１２が閉鎖し、スイッチング機構１４および１６が開放しているため、負荷２０は、電圧源Ｒだけに接続する。
時点Ａにて、スイッチング機構１４が閉鎖すると、電圧源Ｓが負荷２０に接続し、電圧源Ｓから負荷２０へと、そして電圧源Ｒへと電流が流れる。負荷２０の抵抗は、電圧源Ｒの抵抗よりはるかに大きいため、電圧源Ｓからの電流は、ほとんど全て電圧源Ｒに向かって流れる。電圧源Ｓから電圧源Ｒに至る電流の大きさは、抵抗器１８の抵抗と電圧に左右される。
電圧源Ｓからの電圧は、時点ＡおよびＢ間で待機状態にある。
時点Ｂにて、スイッチング機構１２が開放すると、電圧源Ｒが負荷２０から遮断される。電圧源Ｒから負荷２０に至る電流の流れが止まる。電圧源Ｓから電圧源Ｒに至る電流の流れも止まる。代わりに、この時電圧源Ｓからの電流が採ることができる経路は、負荷２０に通じる経路だけであるため、電圧源Ｓからの電流は、負荷２０へ流れる。この中間状態で、負荷２０における電圧は、電圧源Ｓからの電圧がいかに抵抗器１８と負荷２０との間で分割されるかに左右される。好ましくは、抵抗器１８の抵抗は、最高でも負荷２０の抵抗の１０％であるため、この中間状態で負荷２０に供給される電圧の減少は、１０％に過ぎない。スイッチング機構１２、１４、および１６が機械的スイッチを主体とするものなら、この中間状態の持続期間は、前記スイッチの機械的特性に左右される。システム１０の１つの典型的な実施形態において、この中間状態の持続期間は、約６０ミリ秒である。
【０００７】
時点Ｃにて、スイッチング機構１６が閉鎖し、その結果、電圧源Ｔが負荷２０に接続する。この時電流は、電圧源Ｔから負荷２０へ流れる。スイッチング機構１４も依然閉鎖しているため、電圧源Ｓから電圧源Ｔにも電流が流れる。負荷２０の抵抗は、電圧源Ｔの抵抗よりはるかに大きいため、電圧源Ｓからの電流は、ほとんど全て電圧源Ｔに向かって流れる。電圧源Ｓから電圧源Ｔに至る電流の大きさは、抵抗器１８の抵抗と電圧に左右される。
時点Ｄにて、スイッチング機構１４が開放すると、電圧源Ｓが負荷２０から遮断される。この時負荷２０は、意図した通り電圧源Ｔだけに接続されている。
図２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄは、システム１０が送電網から受ける電流を時間の関数として示す。図２Ｅは、負荷２０における電圧を時間との関数として示す。共通の時間座標を共用する図２Ａおよび２Ｅでは、負荷２０における電圧の位相を検証することができる。時点Ａより前に、負荷２０における電圧が電圧源Ｒからのものである時、負荷２０における電圧は、電圧源Ｒと同相である。時点ＢおよびＣ間に、負荷２０における電圧が電圧源Ｓからのものである時、負荷２０における電圧は、電圧源Ｓと同相である。時点Ｄより後に、負荷２０における電圧が電圧源Ｔからのものである時、負荷２０における電圧は、電圧源Ｔと同相である。
スイッチング機構１２、１４、および１６が機械的スイッチであれば、時点Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤにおいて、スイッチング機構１２、１４、および１６の１つが開放あるいは閉鎖する時には、負荷２０における電圧が不均一に変化することがあり、その結果、送電網の正弦波形の均一性に悪影響が及ぶ。したがって、高電流用途では、各スイッチング機構１２、１４、および１６をサイリスターと並列接続する機械的スイッチとするのが好ましい。同様に、低電流用途では、スイッチング機構１２、１４、および１６の各々をサイリスターとするのが好ましい。なぜなら、サイリスターが開放するには、２つの条件を満たさなければならないからである。サイリスターは、たとえ開放コマンドを受け取った後でも、サイリスターにおける電圧降下がほぼゼロに減少するまでは閉じた状態を保つ。スイッチング機構１２、１４、および１６がサイリスターを含む場合、電圧源Ｒまたは電圧源Ｓは、各々のサイリスターにおける電圧降下がほぼゼロまで減少した時に限り負荷２０から遮断されるため、送電網の正弦波形に及ぶ影響はほとんどない。最も好ましくは、サイリスターは、トライアック（TRIACs）とする。
【０００８】
スイッチング機構１２、１４、および１６が機械的スイッチと直列接続するサイリスターであれば、最初にサイリスターを開放し、その後、機械的スイッチを開放することにより遮断を果たし、そして最初に機械的スイッチを閉鎖し、その後、サイリスターを閉鎖することにより接続を果たすことが好ましい。スイッチング機構１２、１４、および１６が機械的スイッチと並列接続するサイリスターであれば、最初に機械的スイッチを開放し、その後、サイリスターを開放することにより遮断を果たし、そして最初にサイリスターを閉鎖し、その後、機械的スイッチを閉鎖することにより接続を果たすことが好ましい。
上記の例では、前記臨時の電圧源は、前記最初の電圧源と最後の電圧源から独立していた。図３は、前記臨時の電圧源が前記最後の電圧源から電圧を得る本発明のシステム１００の回路図である。図３の２つの恒久的電圧源は、ＡＣ電圧の２つの位相ＲおよびＳである。
システム１００は、３つのスイッチング機構１１２、１１４、および１１６を含む。スイッチング機構１１２は、負荷１２０の電圧源Ｒへの接続と負荷１２０の電圧源Ｒからの遮断とを交互に行う。スイッチング機構１１６は、負荷１２０の電圧源Ｓへの直接接続と負荷１２０の電圧源Ｓからの遮断とを交互に行う。スイッチング機構１１４も、負荷１２０の電圧源Ｓへの接続と負荷１２０の電圧源Ｓからの遮断とを交互に行うが、それは抵抗器１１８を経由するものである。負荷１２０に至る電圧源Ｒの接続と、負荷１２０に至る電圧源Ｓの直接接続は、共通の接続点１２２を経由する。抵抗器１１８を経由し負荷１２０に至る電圧源Ｓの接続は、負荷１２０と共通の接続点１２２との間にある接続点１２４を経由する。
【０００９】
以下において、本発明がどのようにして電圧源Ｒから電圧源Ｓに至る直接接続により負荷１２０を移すかを説明する。
まず、スイッチング機構１１２が閉鎖し、スイッチング機構１１４および１１６が開放しているため、負荷１２０は、電圧源Ｒだけに接続する。
第一に、スイッチング機構１１４が閉鎖すると、電圧源Ｓが抵抗器１１８経由で負荷１２０に接続し、電圧源Ｓから負荷１２０へと、そして電圧源Ｒへと電流が流れる。負荷１２０の抵抗は、電圧源Ｒの抵抗よりはるかに大きいため、電圧源Ｓからの電流は、ほとんど全て電圧源Ｒに向かって流れる。電圧源Ｓから電圧源Ｒに至る電流の大きさは、抵抗器１１８の抵抗と抵抗器１８にかかる電圧とに左右される。
第二に、スイッチング機構１１２が開放すると、電圧源Ｒが負荷１２０から遮断される。電圧源Ｒから負荷１２０に至る電流の流れが止まる。電圧源Ｓから電圧源Ｒに至る電流の流れも止まる。代わりに、この時、電圧源Ｓからの電流が採ることができる経路は、負荷１２０に通じる経路だけであるため、これより電流は、電圧源Ｓから負荷１２０へ流れる。この中間状態で、負荷１２０における電圧は、電圧源Ｓからの電圧がいかに抵抗器１１８と負荷１２０との間で分割されるかに左右される。
第三に、スイッチング機構１１６が閉鎖すると、電圧源Ｓが直接的に負荷１２０に接続する。この時、電流は、電圧源Ｓから負荷１２０にかけて直接的に、かつ抵抗器１１８を経由して流れる。なお、臨時の電圧源（Ｓ）が最後の電圧源（Ｔ）から独立していた図１および図２の例で、時点ＣおよびＤ間の期間に、臨時の電圧源Ｓから負荷２０の方向と電圧源Ｔの方向の両方に電流が流れたことと異なり、この例の電流は、電圧源Ｓから負荷１２０の方向だけに流れることに注目されたい。
最後に、スイッチング機構１１４が開放すると、抵抗器１１８を経由し負荷１２０に至る電圧源Ｓの接続が遮断される。この時、負荷１２０は、電圧源Ｓに直接的に接続するのみである。
以上、本発明を位相平衡に適用して説明した。これとは別の、あるＡＣ電圧源から別のＡＣ電圧源にかけての負荷移動が求められる状況に本発明の原理を応用する方法は、当業者にとっては自明であろう。
限られた数の実施形態に関して本発明を説明したが、本発明は、数多くの変形、変更、異なる応用を果たせるであろうことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のシステムの第一の実施形態の回路図。
【図２】Ａ〜Ｅは本発明の理解を助ける波形を示す図。
【図３】本発明のシステムの第二の実施形態の回路図。
【符号の説明】
【００１１】
１０、１００  システム、１２、１４、１６、１１２、１１４、１１６  切り替え機構、１８、１１８  抵抗器、２０、１２０  負荷、２２、１２２  共通の接続点、２４、１２４  接続点、Ｒ、Ｓ  電圧源（位相）、Ｔ  電圧源、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  時点
【図１】
2006521079.tif 000003
【図２】
2006521079.tif 000004
【図３】
2006521079.tif 000005
【国際調査報告】
2006521079.tif 000006