(57)【要約】【課題】高調波を除去するため、直流リアクトル回路を使用した省電力装置及びその省電力方法を提供する。【解決手段】非線形負荷で発生する高調波を除去して、電力品質向上機能を持つ節電装置において、上記非線形負荷に並列に接続されて上記節電装置に入力される電流を制限する電流制限器と、前記第１の電流制限器と直列に接続されて引き込まれる電流を整流する整流裝置と、上記の整流裝置で出力端に接続され、前記整流裝置で出力される脈流を平滑化するリアクタンス回路を含むことを特徴とする。本発明に係る節電装置及びその省電力方法は、共振による電圧と電流の増加を発生させない効果がある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形負荷で発生する高調波を除去して、電力品質向上機能を持つ省電力装置において、
上記非線形負荷に並列に接続されて節電装置に入力される電流を制限する第１の電流制限器と、前記第１の電流制限器と直列に接続されて引き込まれる電流を整流する整流裝置と、
上記の整流裝置で出力端に接続され、前記整流裝置で出力される脈流を平滑化するリアクタンス回路を含むことを特徴とする電力品質向上機能を持つ省電力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の省電力装置において、
前記リアクタンス回路と直列に接続される第２の電流制限器をさらに含むことを特徴とする電力品質向上機能を持つ省電力装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の省電力装置において、
上記リアクタンス回路は、インダクタと前記インダクタに直列に接続される第１のキャパシタを含むことを特徴とする電力品質向上機能を持つ省電力装置。
【請求項４】
請求項３に記載の省電力装置において、
前記リアクタンス回路は、直列に接続された前記インダクタ及び第１のキャパシタ回路に並列に接続される第２のキャパシタをさらに含むことを特徴とする電力品質向上機能を持つ省電力装置。
【請求項５】
請求項４に記載の省電力装置において、
前記整流裝置ブリッジ回路で構成されたことを特徴とする電力品質向上機能を有する省電力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の省電力装置において、
前記第１のキャパシタは、前記省電力装置の動作を表示するインジケータが並列に接続されたことを特徴とする電力品質向上機能を有する省電力装置。
【請求項７】
非線形負荷で発生する高調波を除去して、電力品質向上機能を持つ省電力装置の省電力方法において、
上記非線形負荷で発生する高調波が含まれている電流が上記節電装置の整流回路に入力される段階；と、前記整流回路に入力された電流を前記整流回路で整流する段階；と、前記整流された電流を平滑化する段階
を含むことを特徴とする電力品質向上機能を持つ節電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電力を使用する機器から高調波を除去し、良質の電力を使用して、省電力機能を持つようにした省電力装置及びその省電力方法に関するものであって、特に高調波を除去するため、直流リアクトル回路を使用した省電力装置及びその省電力方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  一般的に、電気エネルギーの節約のために使用されている既存の節電装置の電気エネルギーの節約の基本的な概念は、負荷に印加される電圧を降下して、これの割合程度だけ消費されるエネルギーを節約することである。【０００３】  しかし、近年では、様々な電子技術の開発によって使用される電力機器、電子機器も多様化されていて、自動制御による電力機器のカテゴリに属する現在の自動化された様々な機械、電気器具、電子機器、これらのすべては、電力会社から供給される電力を抵抗負荷ではなく、リアクタンスの負荷または供給される電力で波形を切るためのサイリスタなどを使用している電子機器の負荷が使用されている。【０００４】  従来は、変圧器鉄心のヒステリシス現象による非正弦波の発生が主に高調波の原因となったが、上述したような自動化されている電力機器や電子機器によって、より多くの高調波が発生している。【０００５】  図１に示すように、これらの交流を直流に変換して負荷に供給する装置、すなわち、変換された直流を電源とするＤＣチョッパ（Ｃｈｏｐｐｅｒ）、インバータなどを挙げることができ、交流電力を異なる周波数に変換するサイクロコンバータ（Ｃｙｃｌｏｃｏｎｖｅｒｔｅ）、サイリスタ制御によって負荷に供給する交流電力を調整する電力調整器などを挙げることができる。【０００６】  また、高調波発生の原因となるもので正弦波電源のＺｅｒｏ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ  ｐｏｉｎｔを利用する機械で６０Ｈｚの１周期の間にわずか２回のＺｅｒｏ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ  ｐｏｉｎｔができるように設計されますが、いくつかの原因により電圧波形歪みが発生する場合の制御回路が異常を起こして、より多くのＺｅｒｏ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ  ｐｏｉｎｔが発生するように位相制御を行うことにより、高調波が発生されることもある。【０００７】  これらの高調波電流を低減するために、電力機器や電子機器の手前に、図１に示すように、高調波フィルタを設置する。【０００８】  図１に示された従来の高調波を除去するためのデバイスは、高調波フィルタである。【０００９】  図１において、電源は、電源トランスを通じて負荷に供給される。負荷は、図に示すように白熱電球がヒーター、特別な制御をしていない一般的な誘導電動機などの線形負荷、サイリスタを使用して、電源を供給する電源装置などの電子機器の負荷、可変速制御を行うモータなどの負荷など、様々な形態で使用される。【００１０】  このようなさまざまな負荷の中で高調波を発生する負荷の近くには、インダクタとキャパシタからなる高調波共振フィルタ回路を並列に接続することにより、高調波を除去することになる。【００１１】  これらの高調波フィルタを使用する需要家では、通常の負荷の運転でも、力率補償設備や高調波除去フィルタ用キャパシタとリアクトルから事故が頻繁に発生している。
これらの設備で発生する事故は、システムの内部共振による電圧電流の増加と高調波がその原因であることが知られている。その中でも、高調波発生の原因となる
非線形負荷の使用の増加は、故障の発生頻度を高めている。したがって、これらの事故を減らすためには、フィルタとして使用されるリアクトルとキャパシタの動作特性が非常に重要である。【００１２】  また、電力変換装置を利用する設備で発生する高調波は、不連続に電流を引き込む電気的な負荷や負荷のインピーダンスンスが正弦的な電圧源のサイクル中にずっと変化するものであって、電力損失の増加と、一緒に接続された機器に悪い影響を与えることになる。【００１３】  また、高調波が含まれる非線形負荷では、電源と負荷の誘導成分と容量成分により共振が発生するようになる場合、電圧の増加や電流の増加を招くこともある。
例えば、特許文献１には、住宅用電力回路中における高調波を低下させ、それによって回路に電力を供給する配電変圧器における電力損失を低下させることにより、エネルギーを節約するための方法が提案されているが、このように、共振による電圧と電流の増加を発生させない手段については、提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−１１８８４８号
【００１５】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】  したがって、本発明の目的は、上記のような従来の問題点を解決するためのものであって、共振による電圧と電流の増加を発生させない省電力装置及びその省電力方法を提供することである。【００１７】  また、本発明の他の目的は、電力損失を発生させないようにして、エネルギーを節約する省電力装置及びその省電力方法を提供することである。【００１８】  また、本発明の他の目的は、電力品質が改善された電力を使用できるようにする省電力装置及びその省電力方法を提供することである。【００１９】  また、本発明の他の目的は、電力を使用する人が、簡単な方法で取り付けられる省電力装置及びその省電力方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】  上記目的を達成するための本発明に係る電力品質向上機能を持つ節電装置は、非線形負荷で発生する高調波を除去して、電力品質向上機能を持つ省電力装置において、上記非線形負荷に並列に接続されて節電装置に入力される電流を制限する第１の電流制限器と、前記第１の電流制限器と直列に接続されて引き込まれる電流を整流する整流装置と、上記の整流装置で出力端に接続され、前記整流装置で出力される脈流を平滑化するリアクタンス回路を含むことを特徴とする。【００２１】  また、本発明に係る節電装置において、上記リアクタンス回路と直列に接続される第２の電流制限器をさらに含むことを特徴とする。【００２２】  また、本発明に係る節電装置において、上記リアクタンス回路は、インダクタと前記インダクタに直列に接続される第１のキャパシタを含むことを特徴とする。【００２３】  また、本発明に係る節電装置において、上記リアクタンス回路は、直列に接続された前記インダクタ及び第１のキャパシタ回路に並列に接続される第２のキャパシタをさらに含むことを特徴とする。【００２４】  また、本発明に係る節電装置において、上記整流装置は、ブリッジ回路で構成されたことを特徴とする電力品質向上機能を持つ省電力装置。【００２５】  また、本発明に係る節電装置において、前記第１のキャパシタは、前記省電力装置の動作を表示するインジケータが並列に接続されたことを特徴とする電力品質向上機能を持つ省電力装置。【００２６】  目的を達成するための本発明に係る電力品質向上機能を持つ省電力装置の省電力方法は、非線形負荷で発生する高調波を除去して電力品質向上機能を持つ省電力装置の省電力方法において、上記非線形負荷で発生する高調波が含まれている電流が上記節電装置の整流回路に入力される段階；上記整流回路に入力された電流を前記整流回路で整流する段階；上記整流された電流を平滑化する段階を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】  上述したように、本発明に係る電力品質向上機能を持つ省電力装置及びその省電力方法は、負荷システムにおいて、共振による電圧と電流の増加を発生させない効果がある。【００２８】  また、本発明に係る節電装置及びその省電力方法は、電力損失を発生させない効果もある。【００２９】  また、本発明に係る節電装置及びその省電力方法は、電力品質が改善された電力を使用することができる効果もある。【００３０】  また、本発明に係る節電装置は、需要家に非常に容易に設置できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、従来の非線形負荷で高調波フィルタがインストールされている形態を示す図面である。
【図２】図２は、本発明に係る節電装置の実施例を示す図面である。
【図３】図３は、本発明に係る節電装置で変化する波形を示す図面である。
【図４】図４は、本発明に係る節電装置の他の実施例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】  本発明の上記及びその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付された図面によってさらに明確になるだろう。
【００３３】  まず、本発明の概念について説明する。
【００３４】  本発明に係る電力品質向上機能を持つ省電力装置及びその省電力方法は、非線形負荷で発生する高調波を除去において、非線形負荷で発生する高調波が含まれている電流を収集し、その収集された電流を整流回路で電流後にその整流された電流を平滑化することにより、行われる。
【００３５】  以下では、本発明に係る電力品質向上機能を持つ省電力装置の一実施例を図２及び図３を参照して詳細に説明する。
【００３６】  図２は、本発明に係る節電装置の一実施例を示す図であり、図３は、本発明に係る節電装置で変化する波形を示した図である。
【００３７】  図２において、符号Ｓは電源（Ｓｏｕｒｃｅ）であり、ＮＬは、電源（Ｓ）に接続された高調波を発生させる非線形負荷（Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  Ｌｏａｄ）である。また、図面符号１００は、非線形負荷（ＮＬ）に並列に接続されている本発明に係る節電装置である。
【００３８】  本発明に係る節電装置（１００）は、抵抗（Ｒ１）とブリッジ整流回路（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の入力端に直列に接続されて非線形負荷（ＮＬ）ｐｄ並列に接続されても３（ａ）に示すような高調波成分の電圧が非線形負荷（ＮＬ）の一端から入力される。ここで、抵抗（Ｒ１）は、省電力装置（１００）に入力される電流を制限する第１の電流制限器の役割をすることになる。
このように抵抗（Ｒ１）を経て、ブリッジ整流回路（Ｄ１またはＤ２）に入力された高調波は、図３（ｂ）に示すように、整流されて出力される。
【００３９】  ブリッジ整流回路（Ｄ１またはＤ２）で出力された電流は、直列リアクトル回路をなすインダクタ（Ｌ１）と第１のキャパシタ（Ｃ１）を経て、ブリッジ整流回路（Ｄ４またはＤ３）を介して非線形負荷（ＮＬ）の他端に流れるようになる。インダクタ（Ｌ１）のコンデンサ（Ｃ１）を流れる高調波電流は、ポイント（Ｐ３）と（Ｐ４）においても３（ｃ）に示された形の波形を持つようにされる。
【００４０】  インダクタ（Ｌ１）のキャパシタ（Ｃ１）を流れる高調波電流は、ポイント（Ｐ３）と（Ｐ４）においても３（ｃ）に示された形の波形を持つようにされる。ＬＥＤ表示ランプは、省電力装置（１００）の高調波を除去するため駆動とは別に、省電力装置（２００）が正常に動作しているかどうかを確認させてくれる表示装置である。
【００４１】  このような省電力装置（１００）は、非線形負荷（ＲＬ）で発生した高調波がブリッジ整流回路（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）を経て、インダクタ（Ｌ１）とキャパシタ（Ｃ１）で消滅されているものと理解することができる。
【００４２】  上記の高調波成分の電流が非線形負荷（ＮＬ）の一端から開始して、非線形負荷（ＮＬ）の他端に入力されて終わる形で説明したのは、高調波成分が非線形負荷（ＮＬ）で発生されるからである。
【００４３】  このような構成によって、高調波の除去が好ましく行なわれるために図２においてポイント（Ｐ１）とポイント（Ｐ２）との間の電圧つまり、ブリッジ整流回路（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）とインダクタ（Ｌ１）との間にかかる電圧が１０〜１５［Ｖ］を維持するようになって、高調波電流が減少して、電流は、１７％が減少しており、力率は約２５％が改善された。ここで改善された高調波電流は、主に電子蛍光灯、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、デジタルＴＶなどで発生される第３高調波及び第５高調波を大幅に減らすことが把握されている。
【００４４】  そして、本発明に係る節電装置（１００）は、電源（Ｓ）から供給される電圧も一緒に入力されるが、次数が高い高調波は、インダクタ（Ｌ１）のコンデンサ（Ｃ１）で構成されているリアクタンス回路のインピーダンスが低く表示されるので、高調波の除去に上述したような効果を持つようになる。
【００４５】  電源（Ｓ）から供給される電圧が節電装置（１００）に入力されても節電装置（１００）は、負荷として電力を消費することがないので、電源（Ｓ）からの電力は、その消費が極めて微々たる程度である。
【００４６】  以下では、本発明に係る電力品質向上機能を持つ節電装置の他の実施例を、図４を参照して詳細に説明する。
【００４７】  以下で説明する他の実施例では、前述した実施例と同じ部分の説明を省略し、同一の符号の説明も省略する。
【００４８】  図４において、図面符号２００は、他の実施形態に係る節電装置である。
節電装置（２００）は、節電装置（１００）による実施例で使用されていない抵抗（Ｒ２）と第２のキャパシタ（Ｃ２）とダイオード（Ｄ５）をさらに含む。
【００４９】  リアクタンス回路をなすインダクタ（Ｌ１）と、第１のコンデンサ（Ｃ１）の回路と直列に抵抗（Ｒ２）が接続される。抵抗（Ｒ２）は、第２の電流制限器としての役割である。
つまり、抵抗（Ｒ２）は、インダクタ（Ｌ１）とキャパシタ（Ｃ１）の回路に並列に接続されたキャパシタ（Ｃ２）に流れる過剰な電流を抑制することができる作用をすることになる。このように構成された抵抗（Ｒ２）とキャパシタ（Ｃ２）は、インダクタ（Ｌ１）とキャパシタ（Ｃ１）によってフィルタリングされる前に、まずフィルタリングをするようにされるので、本実施例では、二重のフィルタリングの効果を持つようになる。
【００５０】  そして、図４でのポイント（Ｐ３）とポイント（Ｐ４）にも、上述した実施例のように抵抗（Ｒ３）と直列に接続されたＬＥＤ表示ランプが接続される。
【００５１】  本発明に係る節電装置（１００）（２００）においては、ブリッジ整流回路（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）を通じて整流された高調波がインダクタ（Ｌ１）のキャパシタ（Ｃ１）、インダクタ（Ｌ１）とキャパシタ（Ｃ１）からなるリアクタンス回路を通過することになるため、リアクタンス回路正弦波交流の共振条件である１／（２πｆＣ）＝２πｆＬ（ｆ：高調波の周波数、Ｌ：インダクタの容量、Ｃ：キャパシタンスー容量）を満足させることができなくなりますので誘導成分と容量成分により共振が発生するようにされていないため、本発明に係る節電装置による突然の電圧の増加や電流の増加が発生していない。
【００５２】  また、本発明に係る節電装置（１００）（２００）は、非線形負荷（ＮＬ）と並列に接続させるので、節電装置（１００）（２００）の入力端子（ａ）（ｂ）にプラグを接続させる構造で製造すると、通常のコンセントにプラグを差し込みにより、非常に容易にその設置をすることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】  本発明に係る電力品質向上機能を持つ省電力装置及びその省電力方法は、電力機器から安全かつ容易に高調波を除去するために使用することができる。
【符号の説明】
【００５４】１００、２００：節電装置
Ｓ：電源
ＮＬ：負荷
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４：ダイオード
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：抵抗
Ｌ１：インダクタ
Ｃ１、Ｃ２：第１及び第２キャパシタ
ＬＥＤ：ＬＥＤ表示ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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