(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の交流励磁巻線に複数のタップを設けると共に、そのタップを半導体スイッチにより切り換え可能に構成し、制御手段により前記半導体スイッチのオン・オフを制御して出力電圧の制御を行う電圧制御装置において、
各タップに電流検出装置を設け、前記制御手段が、前記半導体スイッチを用いた出力電圧の制御中に、前記電流検出装置により検出した電流値に基づいて、半導体スイッチのオープンモード故障を判断すると、オープンモード故障と判断した半導体スイッチを制御対象から外した後、他の半導体スイッチのオン・オフを制御することによって前記出力電圧の制御を持続することを特徴とする電圧制御装置。
【請求項２】
変圧器の交流励磁巻線に複数のタップを設けると共に、そのタップを半導体スイッチにより切り換え可能に構成し、制御手段により前記半導体スイッチのオン・オフを制御して出力電圧の制御を行う電圧制御方法において、
各タップ電流を検出する工程、検出した電流値により半導体スイッチのオープンモード故障を判断する工程、オープンモード故障と判断した半導体スイッチを制御対象から外す工程、他の半導体スイッチのオン・オフを制御して出力電圧の制御を持続する工程を含むことを特徴とする電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
タップを切り換えて変圧器の出力電圧を制御する電圧制御装置及び方法に関し、詳しくはそのタップを複数の半導体スイッチにより切り換える電圧制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような従来の電圧制御装置の１例を図１０に示す。図１０はＸ相，Ｙ相，Ｎ相からなる単相３線式の場合の電圧制御装置を示し、以下Ｘ相，Ｙ相は対称であり、以下１相分について構成を説明する。
【０００３】
変圧器１１の１次巻線１１ａは複数のタップＴ１〜Ｔｎが引き出され、半導体スイッチ（以下ＳＳＲとする）ＳＳＲ１〜ＳＳＲｎによりタップは切り換えられ入力電圧Ｖｉが印加されるようになっている。このＳＳＲは制御部１３により入力電圧Ｖｉを基に制御され、何れかが選択されオンするように構成されている。また、ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３は電磁接触器（以下ＭＣとする）、Ｒは抵抗である。
【０００４】
動作を説明すると、ｂ接点であるＭＣ２を開き、ａ接点であるＭＣ１とＳＳＲ１〜Ｘｎの何れか１組を閉じることによって、変圧器１１のタップＴ１〜Ｔｎの何れかに入力電圧を加え、変圧器１１の２次側電圧Ｖ２を変化させることで出力電圧Ｔｏを制御している。
【０００５】
尚、図１０において、タップＴｎはｎの値が大きくなるに従い変圧器１１の２次電圧は大きくなる。即ち、出力電圧Ｖｏは小さくなる。また、ａ接点電磁接触器ＭＣ１を開き、ｂ接点電磁接触器ＭＣ２を閉じると、１次巻線１１ａの両端が接続されて、出力電圧Ｖｏは変圧器１１を介さない直送状態になる。
【０００６】
そして、ＭＣ１，ＭＣ２がオンする瞬間（ＭＣ２のｂ接点が開いてから、ＭＣ１のａ接点が閉じるまでの間）、或いは逆にＭＣ１，ＭＣ２がオフする瞬間（ＭＣ１のａ接点が開いてから、ＭＣ２のｂ接点が閉じるまでの間）に、変圧器１１の１次側のタップが開放状態になると、１次巻線１１ａの両端に高電圧の発生等の問題を生ずるので、これを防ぐために、その瞬間の直前から直後までの一定時間だけ、ＭＣ３をオンして抵抗Ｒを１次巻線１１ａの両端に接続し、高電圧の発生を防ぐようになっている。
【０００７】
ところが、上記従来技術の場合、ＳＳＲによるタップ切り換えにおいて、同相のＳＳＲを同時にオンすると、タップ間にループ電流が発生して焼損してしまう虞があるし、Ｘ相Ｙ相のＳＳＲが同時にオフすると、１次側タップが開放状態になって高電圧が発生してしまう。
【０００８】
そこで、このような状態を避けるために、タップの切り換えをＸ相Ｙ相交互に行う方式が提案されている。図１１はこの１例を示すフローチャートであり、Ｓ４１２（ステップ４１２）のタップＴ２を選択した状態（α＝２）からタップＴ３に切り換わる場合を例にとると、Ｓ４１４，Ｓ４１５，Ｓ４２４の順に進みβ＝３とし、Ｓ４２６，Ｓ４３２を経由してＳ４３８に進む。そして、Ｘ相のＳＳＲ２（ＳＳＲ２Ｘ）とＹ相のＳＳＲ２（ＳＳＲ２Ｙ）とがオンしている状態から、ＳＳＲ２Ｘをオフ（Ｓ４３８）→ＳＳＲ３Ｘをオン（Ｓ４３９）→ＳＳＲ２Ｙをオフ（Ｓ４４０）→ＳＳＲ３Ｙをオン（Ｓ４４１）、の順序でＳＳＲ３ＸとＳＳＲ３Ｙがオンしている状態へ移行するように制御している。
【０００９】
逆に、例えばタップＴ２からタップＴ１に切り換わる場合、即ち図１１においてα＝２からβ＝１に切り替わる場合は、ＳＳＲ２Ｘをオフ（Ｓ４３８）→ＳＳＲ１Ｘをオン（Ｓ４３９）→ＳＳＲ２Ｙをオフ（Ｓ４４０）→ＳＳＲ１Ｙをオン（Ｓ４４１）、という順序でＳＳＲ１ＸとＳＳＲ１Ｙがオンしている状態へ移行するように制御している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように制御を工夫しても、電圧制御動作中に、何れか一つのＳＳＲが過電流等の原因によりオープンモードで故障した場合、例えばＳＳＲ２Ｙがオープンモードで故障したときに上記の如くＳＳＲの動作を制御すると、ＳＳＲ２Ｘがオフした時点で一次側タップが開放状態になってしまう。この時、変圧器１１の２次側に負荷電流が流れていれば、開放した１次側タップには高電圧が発生し、タップに接続されているＳＳＲを破壊してしまう虞がある。そして更に、切り換え動作を続ければ、連鎖的に故障個所が拡大し、電圧制御が不能となってしまう。
【００１１】
そこで、本発明はこのような問題に鑑み、オープンモードで故障した半導体スイッチが存在しても他の回路構成部品が連鎖的に故障することがないようにすると共に、他の正常な半導体スイッチにより可能な範囲で電圧制御を持続することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、変圧器の交流励磁巻線に複数のタップを設けると共に、そのタップを半導体スイッチにより切り換え可能に構成し、制御手段により前記半導体スイッチのオン・オフを制御して出力電圧の制御を行う電圧制御装置において、各タップに電流検出装置を設け、前記制御手段が、前記半導体スイッチを用いた出力電圧の制御中に、前記電流検出装置により検出した電流値に基づいて、半導体スイッチのオープンモード故障を判断すると、オープンモード故障と判断した半導体スイッチを制御対象から外した後、他の半導体スイッチのオン・オフを制御することによって前記出力電圧の制御を持続することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、変圧器の交流励磁巻線に複数のタップを設けると共に、そのタップを半導体スイッチにより切り換え可能に構成し、制御手段により前記半導体スイッチのオン・オフを制御して出力電圧の制御を行う電圧制御方法において、各タップ電流を検出する工程、検出した電流値により半導体スイッチのオープンモード故障を判断する工程、オープンモード故障と判断した半導体スイッチを制御対象から外す工程、他の半導体スイッチのオン・オフを制御して出力電圧の制御を持続する工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態の１例を、図面を基に詳細に説明する。図１は本発明に係る電圧制御装置の回路図を示し、上記図１１と同様にＸ相，Ｙ相からなる単相３線式を示し、Ｘ相とＹ相とは対称な構成であるので、１相について構成を説明する。
【００１５】
図１において変圧器１は１次巻線１ａと２次巻線１ｂとを有し、１次巻線１ａと２次巻線１ｂとは並列に接続され、負荷２は２次巻線１ｂに直列に接続され、１次巻線１ａが交流励磁巻線となっている。そして、１次巻線１ａから複数のタップＴ１〜Ｔｎが引き出され、半導体スイッチ（以下ＳＳＲとする）ＳＳＲ１〜ＳＳＲｎにより各タップを切り換えるようになっている。このＳＳＲは制御部３によりオン，オフ制御される。
そして、各タップＴ１〜ＴｎとＳＳＲとの間に電流検出装置ＣＴ１〜ＣＴｎが設けられ、制御部３でタップ電流を監視している。ここでは、電流検出装置として変流器を使用している。
【００１６】
制御部３は、ＳＳＲ１〜ＳＳＲｎの何れかのＳＳＲのオン信号を出力しているにも拘わらず、そのタップに電流が流れていなければ、そのＳＳＲはオープンモードで故障していると判断して記憶し、すぐに別のタップへ移行するように制御する。その際、通常の制御ではなく、故障している側の相をオフする動作から始めるように制御する。
【００１７】
具体的な動作を図２，図３のフローチャートを基に説明する。尚、ここではタップ数ｎ＝４としてある。
例えばＳＳＲ２Ｙが故障したとすると、Ｓ１２，Ｓ２１或いはＳ３０でタップＴ２の選択動作に入ったら電流検出装置ＣＴ２からタップＴ２の電流を検出し、タップＴ２のうちＹ相のタップＴ２ｙの故障を検知して故障タップを記憶する。そしてＳ２２に進みタップＴ１を選択してβ＝１とする。その後Ｓ５１に進み、ＳＳＲ２Ｙは正常ではないのでＳ５６に進む。こうすることで、通常動作のＸ側からの動作ではなく、ＳＳＲ２Ｙをオフ（Ｓ５６）→ＳＳＲ１Ｙをオン（Ｓ５７）→ＳＳＲ２Ｘをオフ（Ｓ５８）→ＳＳＲ１Ｘをオン（Ｓ５９）、の順序でタップＴ２からタップＴ１へ移行させる。
【００１８】
その後、Ｓ４で異常タップを確認し、タップＴ２への移行は禁止し、タップＴ３への移行の際はタップＴ２をとばしてタップＴ１から直接移行するように制御する。同様に、タップＴ３からタップＴ１への移行も、タップＴ２をとばして制御する。
尚、制御部１はＳＳＲ故障の判断後、警報信号を出力してＳＳＲの修理を促すようにすると良いし、ＳＳＲの修理後は、制御部１の記憶をリセットするようにすると都合がよい。
このように、電流検出装置を設けて、故障したＳＳＲを検出可能とすることで、それ以外の正常なＳＳＲにより可能な範囲で電圧制御を続けることができ、他のＳＳＲや部品に過電圧等の負荷が加わることが無くなり、連鎖的に他のＳＳＲが故障する虞もない。
【００１９】
図４，図５は第２の実施の形態を示し、上記図１の回路の第２の動作形態を示すフローチャートである。タップ電流の監視、オープン故障ＳＳＲの検出及び記憶は上記第１の実施の形態と同様であるが、ここでは、別のタップへ移行する制御を、ＭＣ３を動作させて、抵抗Ｒを用いて１次巻線１ａの開放を防止している。
例えばＳＳＲ２Ｙが故障し、他が正常であれば、Ｓ１２１からＳ１２２，Ｓ１２３に進み、Ｓ１３８〜Ｓ１５１を経由しＳ１５６に進む。そして、ＭＣ３をオン（Ｓ１５６）→ＳＳＲ２ＸとＳＳＲ２Ｙとをオフ（Ｓ１５７）→ＳＳＲ１ＸとＳＳＲ１Ｙとをオン（Ｓ１５８）→ＭＣ３をオフ（Ｓ１５９）、の順序で制御する。その後は上記第１の実施の形態と同様にＴ２タップを飛ばして制御する。
【００２０】
図６，図７は第３の実施の形態を示すフローチャートであり、回路図は図１と同様であり、タップ電流の監視、オープン故障ＳＳＲの検出及び記憶も同様である。ここでは、別のタップへ移行せずに、一旦直送に移行させるように制御している。例えばＳＳＲ２Ｙの故障であれば、Ｓ２３８〜Ｓ２５１を経由してＳ２４６に進む。そして、ＭＣ３をオン（Ｓ２４６）→ＳＳＲ２ＸとＳＳＲ２Ｙとをオフ（Ｓ２４７，Ｓ２４８）→ＭＣ１とＭＣ２とをオフ（Ｓ２４９）→ＭＣ３をオフ（Ｓ２５０）、の順で制御する。後は第１の実施の形態と同様にタップＴ２を飛ばして制御する。尚、ＭＣ２のｂ接点はオフで閉じる。
【００２１】
図８，図９は第４の実施の形態を示すフローチャートであり、図１の回路の他の動作形態を示している。ここでは、上記第２，第３の実施の形態を組み合わせた動作をし、Ｘ相，Ｙ相の何れかが故障したら、その故障した相をオフする動作から始めるように制御し、Ｘ相，Ｙ相の双方が故障した場合には、一旦直送に移行するように制御している。例えばＳＳＲ２ＸとＳＳＲ２Ｙとが故障した場合には、Ｓ３５１，Ｓ３５６，Ｓ３６１と進み、ＭＣ３をオンし、ＳＳＲ２ＸとＳＳＲ２Ｙとをオフ（Ｓ３６２）し、ＳＳＲ１ＸとＳＳＲ１Ｙとをオン（Ｓ３６３）し、ＭＣ３をオフ（Ｓ３６４）し、ＭＣ３を動作させて、抵抗Ｒを用いて開放を防止するようにしている。
【００２２】
このように、故障したＳＳＲが存在しても電流検出装置を各タップに設けることで、複数の方法により他の部品に負担を与えることなく制御することができるし、Ｘ，Ｙ双方のＳＳＲが故障しても、他の正常なＳＳＲを動作させることで可能な限り制御動作を続けることができる。
【００２３】
尚、いずれもタップ数が４の場合について説明したが、それより多いｎ個の場合についても同様に制御できるものであるし、故障したＳＳＲが１つの相で複数存在しても同様な手順で正常なＳＳＲを選択して可能な範囲で電圧制御することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、各タップに設けた電流検出装置により半導体スイッチのオープンモード故障を検出することで、故障した半導体スイッチが存在しても他の回路構成部品が連鎖的に故障することがないようにすると共に、他の正常な半導体スイッチにより可能な範囲で電圧制御を持続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す電圧制御装置の回路図である。
【図２】図１の回路の動作の１例を示すフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートの続きを示す図である。
【図４】図１の回路の他の動作例を示す第２のフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートの続きを示す図である。
【図６】図１の回路の他の動作例を示す第３のフローチャートである。
【図７】図６のフローチャートの続きを示す図である。
【図８】図１の回路の他の動作例を示す第４のフローチャートである。
【図９】図８のフローチャートの続きを示す図である。
【図１０】従来の実施の形態を示す電圧制御装置の回路図である。
【図１１】図１０の回路の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１・・変圧器、１ａ・・１次巻線、１ｂ・・２次巻線、２・・負荷、３・・制御部、ＳＳＲ１〜ＳＳＲｎ・・半導体スイッチ、ＣＴ１〜ＣＴｎ・・電流検出装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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