(57)【要約】【課題】  単一の直流電源にて三相誘導電動機主回路のトライアックに一括のゲート信号を安全に供給できる三相誘導電動機駆動装置を提供することである。【解決手段】  トライアック１４は、負荷時タップ切換変圧器のタップ切換器１９を操作する三相誘導電動機１３に三相交流電源１２から電力を供給する三相誘導電動機主回路１１に、ゲート側主端子１６が三相誘導電動機１３側に反ゲート側主端子が三相交流電源１２側に接続される。トライアック１４は、ゲート駆動回路１７の単一の直流電源Ｅから同時に出力される負のゲート信号でオンオフする。また、ゲート駆動回路１７の単一の直流電源Ｅと各々のトライアック１４のゲート側主端子１６との間にインダクタンスＬを接続し、各々のトライアック１４が導通したとき、三相誘導電動機主回路１１からゲート駆動回路１７側に回り込む電流を抑制する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷時タップ切換変圧器のタップ切換器を操作する三相誘導電動機に三相交流電源から電力を供給する三相誘導電動機主回路と、
前記三相誘導電動機主回路の前記三相交流電源と前記三相誘導電動機との間の各相にそれぞれゲート側主端子が三相誘導電動機側に反ゲート側主端子が三相交流電源側に接続されたトライアックと、
各々のトライアックのゲート端子とゲート側主端子との間に単一の直流電源から同時に負のゲート信号を供給するゲート駆動回路と、
単一の直流電源と各々のトライアックのゲート側主端子との間に接続され各々のトライアックが導通したとき前記三相誘導電動機主回路から前記ゲート駆動回路に回り込む電流を抑制するインダクタンスと、
を備えたことを特徴とする三相誘導電動機駆動装置。
【請求項２】
前記インダクタンスの値は、前記ゲート駆動回路のスイッチをオンしてから前記トライアックを導通させるのに必要なゲート電流を確保するまでの時間が所定値以下となること、および各々のトライアックが導通したとき三相誘導電動機主回路からゲート駆動回路に流れ込む電流が所定値以下となることの双方の条件を満たすように設定されることを特徴とする請求項１記載の三相誘導電動機駆動装置。
【請求項３】
前記トライアックを導通させるのに必要なゲート電流を確保するまでの時間の所定値は、タップ切換器のタップ切換動作時間に基づいて定められ、前記ゲート駆動回路に流れ込む電流の所定値は、前記三相誘導電動機主回路の負荷電流に基づいて定められることを特徴とする請求項２記載の三相誘導電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷時タップ切換変圧器のタップ切換器を操作する三相誘導電動機を駆動する三相誘導電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、負荷時タップ切換変圧器による電圧調整は、負荷時タップ切換変圧器の１次側のタップ巻線をタップ切換器により切り換え、負荷時タップ切換変圧器の２次側電圧を調整することにより行われている。負荷時タップ切換変圧器の２次側電圧および２次側電流を監視し、２次側電流が大きくなると２次側電圧を昇圧するようにタップ切換を行い、２次側電流が小さくなると２次側電圧を降圧するようにタップ切換が行われる。
【０００３】
負荷時タップ切換変圧器のタップ切換は、タップ切換の操作信号により三相誘導電動機を駆動し、三相誘導電動機の駆動軸を所定の回転回数だけ回転させることにより行われ、タップ巻線のタップが１タップだけ切り換わるように制御されている。三相誘導電動機には電磁接触器を介して三相交流電源が入力される。すなわち、三相誘導電動機を駆動するスイッチとして電磁接触器が使用されている。電磁接触器は機械的接点であり、異物の混入やアーク汚れなどで誤動作することがある。一般に、電磁接触器は変圧器のトラブルの主な要因の一つであり、静止形スイッチを用いる場合は双方向性のトライアックが用いられる。
【０００４】
一般にトライアックの入切を制御するゲート駆動回路は、トライアックを電動機駆動用スイッチとして用いる場合、電動機用の主電源である交流からダイオード等の半導体素子を用いて整流し交流から直流に変換してゲート駆動回路の電源としている（例えば、特許文献１参照）。一方、三相誘導電動機に三相交流電源から電力を供給する三相誘導電動機主回路においては、三相の各相にトライアックを接続することから、それぞれのトライアックのゲート駆動回路に直流電源を供給することが必要となる。負荷時タップ切換変圧器を備えた変電所の所内には直流電源が存在するため、その直流電源にて三相誘導電動機主回路一括のゲート駆動回路用電源として用いることも考えられる。
【特許文献１】特開平６−２５２７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、単一の直流電源を単に三相誘導電動機主回路の各相のトライアックのゲート駆動回路の電源として用いた場合には、三相誘導電動機主回路から短絡電流がゲート駆動回路に回り込むことがある。
【０００６】
図５は、三相誘導電動機主回路の各相のトライアックに単一の直流電源Ｅから単にゲート信号を一括して出力する場合の三相誘導電動機駆動装置の回路図である。図５に示すように、三相誘導電動機主回路１１の三相交流電源１２と三相誘導電動機１３との間の各相にそれぞれトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接続され、各々のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃとゲート側主端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃとの間にゲート駆動回路１７から同時にゲート信号が出力される。
【０００７】
ゲート駆動回路１７は、スイッチＳがオンすることにより直流電源Ｅを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧し、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを介して、三相一括でトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃにゲート信号を出力し、これによって、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが導通状態（入状態）となる。そうすると、各々のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート側主端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃ間が三相短絡状態となる。従って、三相誘導電動機主回路１１からゲート駆動回路１７側に短絡電流が回り込んでしまう。
【０００８】
このように、単一の直流電源を単に三相誘導電動機主回路の各相のトライアックのゲート駆動回路の電源として用いた場合には、ゲート駆動回路１７側に短絡電流が回り込みゲート駆動回路１７側に悪影響を与える。
【０００９】
ここで、ゲート駆動回路１７からトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに印加される直流電源Ｅは負電圧としている。これは、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに印加されるゲート電圧が負電圧であるときは、三相誘導電動機主回路１１の主回路電位の正負に関係なくトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃをオンオフ可能であるからである。
【００１０】
本発明の目的は、単一の直流電源にて三相誘導電動機主回路のトライアックに一括のゲート信号を安全に供給できる三相誘導電動機駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明に係わる三相誘導電動機駆動装置は、負荷時タップ切換変圧器のタップ切換器を操作する三相誘導電動機に三相交流電源から電力を供給する三相誘導電動機主回路と、前記三相誘導電動機主回路の前記三相交流電源と前記三相誘導電動機との間の各相にそれぞれゲート側主端子が三相誘導電動機側に反ゲート側主端子が三相交流電源側に接続されたトライアックと、各々のトライアックのゲート端子とゲート側主端子との間に単一の直流電源から同時に負のゲート信号を供給するゲート駆動回路と、単一の直流電源と各々のトライアックのゲート側主端子との間に接続され各々のトライアックが導通したとき前記三相誘導電動機主回路から前記ゲート駆動回路に回り込む電流を抑制するインダクタンスとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係わる三相誘導電動機駆動装置は、請求項１の発明において、前記インダクタンスの値は、前記ゲート駆動回路のスイッチをオンしてから前記トライアックを導通させるのに必要なゲート電流を確保するまでの時間が所定値以下となること、および各々のトライアックが導通したとき三相誘導電動機主回路からゲート駆動回路に流れ込む電流が所定値以下となることの双方の条件を満たすように設定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係わる三相誘導電動機駆動装置は、請求項２の発明において、前記トライアックを導通させるのに必要なゲート電流を確保するまでの時間の所定値は、タップ切換器のタップ切換動作時間に基づいて定められ、前記ゲート駆動回路に流れ込む電流の所定値は、前記三相誘導電動機主回路の負荷電流に基づいて定められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、単一の直流電源と各々のトライアックのゲート側主端子との間にインダクタンスを接続し、三相誘導電動機主回路の各々のトライアックが導通したときに、三相誘導電動機主回路からゲート駆動回路側に回り込む電流を抑制するので、単一の直流電源にて三相誘導電動機主回路のトライアックに一括のゲート信号を供給しても、ゲート駆動回路側に短絡電流が回り込むことを抑制でき、ゲート駆動回路側への悪影響を防止できる。すなわち、ゲート駆動回路を簡素化できコスト低減およびコンパクト化が可能であり設備信頼度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる三相誘導電動機駆動装置の回路図である。本発明の実施の形態に係わる三相誘導電動機駆動装置は、図５に示した従来例に対し、ゲート駆動回路１７の単一の直流電源Ｅと各々のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’のゲート側主端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ａ’、１６ｂ’、１６ｃ’との間にインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’を設けたものである。このインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’は、各々のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’が導通したとき、三相誘導電動機主回路１１からゲート駆動回路１７に回り込む電流を抑制する。
【００１６】
なお、図１では図５に対し、三相誘導電動機１３で駆動される負荷時タップ切換変圧器の変圧器本体１８を追加して図示するとともに、三相誘導電動機１３を正方向に回転駆動するトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃに加え、三相誘導電動機１３を逆方向に回転駆動するトライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’を追加して図示している。三相誘導電動機１３を逆方向に回転駆動する場合には三相の相順が異なるだけで、その他は三相誘導電動機１３を正方向に回転駆動する場合と同様である。図５と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１７】
負荷時タップ切換変圧器の変圧器本体１８に収納されたタップ切換器１９は、切換開閉器２０とタップ選択器２１とを有し、負荷時タップ切換変圧器の１次側のタップ巻線をタップ切換器１９の切換開閉器２０およびタップ選択器２１により切り換え、負荷時タップ切換変圧器の２次側電圧を調整するものである。タップ切換器１９は三相誘導電動機１３により駆動される。トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’をオンオフして三相交流電源１２からの電力を三相誘導電動機１３に供給し、三相誘導電動機１３を所定の回転回数分だけ駆動する。
【００１８】
ゲート駆動回路１７の単一直流電源Ｅから、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、またはトライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’に同時にゲート信号が出力される。すなわち、三相誘導電動機１３を正方向に回転させる場合には、スイッチＳをオン（スイッチＳ’はオフ）してトライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’に同時にゲート信号を出力する。一方、三相誘導電動機１３を逆方向に回転させる場合には、スイッチＳ’をオン（スイッチＳはオフ）してトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃに同時にゲート信号を出力する。
【００１９】
ここで、単一の直流電源Ｅから三相一括でトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃまたはトライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’に同時にゲート信号を出力可能とするには、以下の２つの条件を満たす必要がある。
【００２０】
（Ａ）直流電源Ｅから見て三相交流側のインピーダンスは小さいことが望ましい（零が望ましい）。これは、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃまたはトライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’へのゲート信号の供給を容易にするためである。
【００２１】
（Ｂ）三相交流側から見て直流電源Ｅ側のインピーダンスは大きいことが望ましい（無限大が望ましい）。これは、三相一括でトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃまたはトライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’に同時に「入」状態となった場合に三相短絡状態となることを防止し、三相誘導電動機主回路１１からゲート駆動回路１７に短絡電流が回り込んでしまうことを防止するためである。以上の２つの条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすように、本発明の実施の形態ではインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’の値を選定する。
【００２２】
まず、条件（Ａ）について検討する。図２は、直流電源Ｅから三相交流側のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃを見た場合の等価回路の回路図である。以下の説明は、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート側主端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃに接続されたインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃについて説明するが、トライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’のゲート側主端子１６ａ’、１６ｂ’、１６ｃ’に接続されたインダクタンスＬａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’についても同様である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、直流電源Ｅから三相交流側のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃを見た場合には、直流電源Ｅを分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した直流電源Ｅ１からスイッチＳを介して、ゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃにゲート信号が出力される。この場合に形成される回路は、並列接続の入力抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと並列接続のインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃとの直列回路である。
【００２４】
いま、各相の入力抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃがそれぞれ等しくＲであるとし、同様に、インダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃもそれぞれ等しくＬであるとすると、図２（ａ）の等価回路は、図２（ｂ）に示すようになる。この回路に流れる電流ｉ１（ｔ）は下記の（１）式で示される。この電流がゲート電流となる。
【数１】
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【００２５】
（１）式に示されるように、電流ｉ１（ｔ）は時定数Ｌ／Ｒの特性を有する。従って、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃを導通させるのに必要なゲート電流値を得るまでには時間がかかる。なお、インダクタンスＬの値が小さいほど必要なゲート電流値を得るまでの時間は短時間となる。
【００２６】
三相誘導電動機１３は、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが導通してから駆動されタップ切換器１９が動作するので、ゲート駆動回路１７のスイッチＳをオンしてからトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが導通するまでの時間がタップ切換器１９のタップ切換動作時間全体に影響を与えない程度の時間となるように、時定数Ｌ／Ｒ、すなわちインダクタンスＬの値を定めることになる。例えば、タップ切換器１９のタップ切換動作時間Ｔ１に対して、ゲート駆動回路１７のスイッチＳをオンしてからトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが導通するまでの時間が１％程度になるように、インダクタンスＬの値を求める。
【００２７】
次に、条件（Ｂ）について検討する。図３は、三相交流側からトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃを通して直流電源Ｅ側を見た場合の等価回路である。以下の説明は、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート側主端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃに接続されたインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃについて説明するが、トライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’のゲート側主端子１６ａ’、１６ｂ’、１６ｃ’に接続されたインダクタンスＬａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’についても同様である。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが導通したとき、三相交流電源１２の各相電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃがスター接続のインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃに印加される回路が形成される。各相には相電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃが流れる。いま、各相のインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃがそれぞれ等しくＬであるとし、同様に、三相交流電源１１の各相の相電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃもそれぞれ等しくｖであるとすると、図３（ａ）の等価回路は、図３（ｂ）に示すようになる。この回路に流れる電流ｉ２（ｔ）は下記の（２）式で示される。
【数２】
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【００２９】
（２）式に示されるように、電流ｉ２（ｔ）はインダクタンスＬの大きさに反比例する。従って、インダクタンスＬの値を大きくすれば、三相誘導電動機主回路１１からゲート駆動回路１７に流れ込む電流を所定値以下とすることができる。この場合のゲート駆動回路１７に流れ込む電流の所定値は、三相誘導電動機主回路１１の負荷電流Ｉｒの１％程度になるようにインダクタンスＬの値を求める。そして、これら条件（Ａ）、（Ｂ）の双方の条件を満たす範囲のインダクタンスＬの値を選択する。なお、三相平衡である場合にはスター接続のインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃの中性点Ｎの電流はほぼ零である。
【００３０】
図４は、本発明の実施の形態に係わる三相誘導電動機駆動装置の動作特性図である。三相交流電源１２の各相電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃは、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよびトライアック１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’に印加されている。いま、時点ｔ１でスイッチＳをオン（スイッチＳ’はオフ）したとすると、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート駆動回路１７の直流電源Ｅから抵抗Ｒ１を介してゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃにゲート信号（ゲート電圧Ｅｖ）が出力される。このゲート電圧Ｅｖは負電圧である。これは、前述したように、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに印加されるゲート電圧が負電圧であるときは、三相誘導電動機主回路１１の主回路電位の正負に関係なくトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃをオンオフ可能であるからである。
【００３１】
三相一括のゲート信号（ゲート電圧Ｅｖ）がトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃのゲート端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃに入力されると、前述したようにインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃと入力抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃで定まる時定数により、その印加されたゲート信号がトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが動作可能なゲート電流値となるまで待つ。そして、トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが動作すると、三相誘導電動機１３に三相交流電源１２の各相電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃが印加される。
【００３２】
なお、前述したように、スイッチＳをオンしてからトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃを導通させるのに必要なゲート電流値を得るまでには時間がかかるが、その時間はタップ切換器１９のタップ切換動作時間Ｔ１に比較して短時間であるので、図４ではその時間を無視している。
【００３３】
トライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが時点ｔ１でオンすると、三相誘導電動機１３に三相交流電源１２の各相電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃが印加されるので三相誘導電動機１３が駆動されタップの切換動作が開始される。その場合、図３（ａ）に示す回路も形成される。すなわち、三相交流電源１２の各相電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃはスター接続のリアクトルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃにも印加され、スター接続のリアクトルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃによりゲート駆動回路１７側に流れる電流が抑制される。そして、タップ切換動作時間Ｔ１が経過しタップ切換動作が終了すると、ゲート駆動回路１７は時点ｔ２でゲート信号（ゲート電圧Ｅｖ）の出力を停止する。これにより、三相誘導電動機１３へ印加電圧の供給が停止される。
【００３４】
このように、三相誘導電動機主回路１１のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃが「入」状態となった場合においても、三相誘導電動機主回路１１が三相短絡状態とならず、正常に三相誘導電動機１３へ電源を供給することが可能となる。
【００３５】
本発明の実施の形態によれば、単一の直流電源Ｅと各々のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’のゲート側主端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ａ’、１６ｂ’、１６ｃ’との間にインダクタンスＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌａ’、Ｌｂ’、Ｌｃ’を接続したので、三相誘導電動機主回路１１の各々のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’が導通したときに、三相誘導電動機主回路１１からゲート駆動回路１７側に回り込む電流を抑制できる。従って、単一の直流電源Ｅにて三相誘導電動機主回路１１のトライアック１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’に一括のゲート信号を供給しても、ゲート駆動回路１７側に短絡電流が回り込むことを抑制できる。これにより、ゲート駆動回路１７側への悪影響を防止でき、ゲート駆動回路１７を簡素化できるので、コスト低減およびコンパクト化が可能であり設備信頼度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係わる三相誘導電動機駆動装置の回路図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる三相誘導電動機駆動装置における直流電源から三相交流側のトライアックを見た場合の等価回路の回路図。
【図３】本発明の実施の形態に係わる三相誘導電動機駆動装置における三相交流側からトライアックを通して直流電源側を見た場合の等価回路の回路図。
【図４】本発明の実施の形態に係わる三相誘導電動機駆動装置の動作特性図。
【図５】三相誘導電動機主回路の各相のトライアックに単一の直流電源Ｅから単にゲート信号を一括して出力する場合の従来の三相誘導電動機駆動装置の回路図。
【符号の説明】
【００３７】
１１…三相誘導電動機主回路、１２…三相交流電源、１３…三相誘導電動機、１４…トライアック、１５…ゲート端子、１６…ゲート側主端子、１７…ゲート駆動回路、１８…変圧器本体、１９…タップ切換器、２０…切換開閉器、２１…タップ選択器
【図１】
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【図２】
2007067470.tif 000006
【図３】
2007067470.tif 000007
【図４】
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【図５】
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