瞬時電圧低下保護装置
【課題】商用交流電源の電圧変動が大きな国・地域で使用される場合でも、電解コンデンサの充放電の繰り返しの頻度を下げ、その長寿命化と小容量化を図る。
【解決手段】入力交流電圧が定格の９０％〜８０％の範囲のときには、第２半導体スイッチ３１のみをオンし、オートトランス３０で入力交流電圧が１０％昇圧された交流電圧（端子Ｂ出力）を負荷２に印加する。入力交流電圧が定格の１１０％以上であるときには、第３半導体スイッチ３２のみをオンし、オートトランス３０で入力交流電圧が１０％降圧された交流電圧（端子Ｃ出力）を負荷２に印加する。それにより、電解コンデンサ１７の蓄積電力を用いずに定格の９０〜１１０％程度の交流電圧で時間制限なく負荷２を駆動できる。入力交流電圧が定格の８０％未満に下がったならば、全スイッチをオフしてインバータ１８で直流／交流変換動作を行わせ、短時間、代替交流電力を負荷２に供給する。
【解決手段】入力交流電圧が定格の９０％〜８０％の範囲のときには、第２半導体スイッチ３１のみをオンし、オートトランス３０で入力交流電圧が１０％昇圧された交流電圧（端子Ｂ出力）を負荷２に印加する。入力交流電圧が定格の１１０％以上であるときには、第３半導体スイッチ３２のみをオンし、オートトランス３０で入力交流電圧が１０％降圧された交流電圧（端子Ｃ出力）を負荷２に印加する。それにより、電解コンデンサ１７の蓄積電力を用いずに定格の９０〜１１０％程度の交流電圧で時間制限なく負荷２を駆動できる。入力交流電圧が定格の８０％未満に下がったならば、全スイッチをオフしてインバータ１８で直流／交流変換動作を行わせ、短時間、代替交流電力を負荷２に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧が一時的に低下した場合、或いは一時的に停電が発生した場合に、代わりに負荷に交流電力を供給する瞬時電圧低下保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、商用交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧が短時間低下した場合或いは短時間遮断された場合に、これに代えて交流電力を負荷に供給するための瞬時電圧低下保護装置が広く利用されている（例えば特許文献１〜３など参照）。
【０００３】
図４は従来の瞬時電圧低下保護装置の概略構成図である。この装置の入力端１１は商用交流電源１に接続され、出力端１２は負荷２に接続される。この装置は、３種のスイッチ、即ち、電磁リレー１４、双方向サイリスタ１５、及び半導体スイッチ１６が並列に接続された切替部１３と、電圧低下保護用の直流電力を蓄える電解コンデンサ１７と、交流／直流、直流／交流の双方向の電力変換が可能なインバータ１８と、該インバータ１８による高周波の矩形波からなる擬似正弦波交流出力をフィルタリングするフィルタ１９と、主として電解コンデンサ１７の自然放電による電圧低下を補うための補充電部２０と、入力交流電圧（例えば１００Ｖ）を検知する入力電圧検知部２１と、補充電部２０を駆動する補充電駆動部２２と、インバータ１８を駆動するインバータ駆動部２３と、切替部１３における各スイッチのオン・オフを切り替える切替駆動部２４と、入力電圧検知部２１により得られた電圧値に基づいて、所定のアルゴリズムに従って補充電駆動部２２、インバータ駆動部２３、切替駆動部２４をそれぞれ制御する制御部２５と、を備える。図示しないが、インバータ１８は電力用ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子がブリッジ状に接続された回路を備える。また、補充電部２０は、１次側巻線に入力交流電力が供給される変圧トランス、該トランスの２次側巻線に接続された整流回路などを含む。
【０００４】
この瞬時電圧低下保護装置の基本的な動作は次の通りである。
制御部２５は入力電圧検知部２１で得られる電圧値を常時監視し、この電圧値が正常な範囲に収まっている場合には、切替部１３中の少なくとも１つのスイッチをオンさせて商用交流電源１から供給される交流電力をそのまま出力端１２から出力し、負荷２へと供給する。また、制御部２５は、インバータ駆動部２３を介しインバータ１８で交流／直流変換（図４中で右方から入力される交流電力を直流電力に変換して左方へ出力する）動作を行わせることにより、或いは、補充電駆動部２２を介し補充電部２０を動作させることにより、電解コンデンサ１７をほぼフルに充電する。なお、切替部１３における各スイッチの使い分けについては本願の趣旨ではないので説明を省略する（詳しくは特許文献２参照）。また、電解コンデンサ１７を充電する際のインバータ１８と補充電部２０との使い分けについても本願の趣旨ではないので説明を省略する（詳しくは特許文献１参照）。
【０００５】
商用交流電源１からの交流電圧が低下したり短時間停電が起こったりして入力電圧検知部２１で得られる電圧値が正常な範囲を外れると、制御部２５は電圧値が異常に低下したと判断し、切替駆動部２４を介して切替部１３の全スイッチをオフさせて出力端１２を入力端１１から切り離すとともに、インバータ駆動部２３を介してインバータ１８に直流／交流変換（図４中で左方から入力される直流電力を交流電力に変換して右方へ出力する）動作を実行させる。これにより、電解コンデンサ１７に蓄えられていた直流電力が交流電力に変換され、商用交流電源１からの入力交流電力に代えて、出力端１２から負荷２に代替交流電力が供給される。このときに出力端１２から出力される交流電圧の電圧値は、インバータ１８中の各スイッチング素子を駆動するために制御部２５からインバータ駆動部２３に供給されるＰＷＭ制御信号のパルス幅により調整される。
【０００６】
負荷２として一般的な機器や装置を想定すると、多くの場合、定格入力電圧の許容変動下限は−１０％程度である。そこで、従来の瞬時電圧低下保護装置において典型的には、商用交流電源１からの入力交流電圧が定格入力電圧（例えば１００Ｖ）よりも１０％以上低下したときに電圧保護動作（つまり代替交流電力の供給）を開始し、１秒程度の期間、その電圧保護を継続できるように装置仕様が定められている。通常発生する電圧瞬時低下では１秒以内に電圧は回復するし、また１回電圧瞬時低下が起こったあとに電解コンデンサ１７の蓄積直流電力が十分に回復する前に再び電圧瞬時低下が起こることは稀である。したがって、少なくとも日本国内での使用においては、多くの場合、上記のような装置仕様で問題は起こらない。
【０００７】
しかしながら、従来の瞬時電圧低下保護装置では次のような問題がある。
即ち、上述したように日本国内においては商用交流電源の電圧の安定性はかなり高いものの、一部の国においては商用交流電源からの交流電圧の変動（揺らぎ）が日常的に頻繁に発生している。また同一国の中でも地方・地域によっては、入力交流電圧が定格入力電圧から±１０％以上変動するようなことが比較的高い頻度で起こる。
【０００８】
そうした国や地域において上記瞬時電圧低下保護装置を使用した場合、入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上低下すると、その度に電解コンデンサに蓄積されていた直流電力を利用した電圧保護（代替交流電力の出力）が実行される。そのため、電解コンデンサのフル充電−急速放電の繰り返しが高い頻度で起こり、電解コンデンサ自体の寿命が短くなる。こうした事態は装置の信頼性の低下につながるほか、電解コンデンサの頻繁な交換が必要となるため運転コストを増大させることになる。
【０００９】
また当然のことながら、瞬時電圧低下ではない日常的な電圧変動によって電解コンデンサに蓄えていた直流電力を放出してしまった後、充電が完了する前に再び電圧変動に伴う電圧低下や実際の瞬時電圧低下が起こると、装置仕様で定めていた時間（例えば１秒間）に亘る電圧保護が行えなくなって負荷の運転が停止するおそれがある。そうした事態を避けるためには、予め搭載する電解コンデンサの容量を大きくしておいて電圧保護可能な時間を延ばす必要がある。しかしながら、そうした大容量の電解コンデンサの使用は装置の大幅なコスト上昇につながる。
【００１０】
一方、従来の一般的な瞬時電圧低下保護装置では、入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上上昇した場合にはその電圧がスルーされて負荷に印加されることになる。そのため、接続されている負荷が、例えば入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上高くなった場合に自動的に運転を停止するような機能を有する場合には、入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上大きくなる度に運転が停止することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−５４４６８号公報
【特許文献２】特開２００８−５４４８３号公報
【特許文献３】特開２００９−１１２１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、商用交流電源からの交流電圧の変動が大きな場所（国、地域等）においても、負荷の運転が停止する状況をできるだけ減らすことができ、また電解コンデンサ等の蓄電部の充放電の頻度を減らすことにより、装置の信頼性を高めるとともに運転コスト及び装置自体のコストを抑えることができる瞬時電圧低下保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために成された本発明は、直流電力を蓄えるための蓄電手段と、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手段を充電するとともに、該蓄電手段から放出された直流電力を交流電力に変換する双方向インバータ手段と、を具備し、商用交流電源から負荷に供給される交流電圧が一時的に低下したときに、それに代えて前記蓄電手段に蓄えられている直流電力を利用して前記双方向インバータ手段により負荷に交流電力を供給する瞬時電圧低下保護装置において、
a)商用交流電源から与えられる入力交流電圧を入力として、該入力交流電圧が所定割合昇圧された第１交流電圧、及び該入力交流電圧が所定割合降圧された第２交流電圧を取り出すための電圧調整手段と、
b)前記入力交流電圧、前記電圧調整手段による第１交流電圧、該電圧調整手段による第２交流電圧、前記双方向インバータ手段による直流／交流変換により生成される代替交流電圧のいずれかを選択的に出力するための切替手段と、
c)前記入力交流電圧を検知して該電圧が定格入力電圧より低い第１判定電圧よりも低いか否か、該第１判定電圧より低い第２判定電圧よりも低いか否か、及び定格入力電圧より高い第３判定電圧よりも低いか否か、を判定する入力電圧判定手段と、
d)前記入力電圧判定手段により、入力交流電圧が第１判定電圧以上で第３判定電圧よりも低いと判定されたときには入力交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第１判定電圧よりも低く第２判定電圧以上であると判定されたときには第１交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第３判定電圧以上であると判定されたときには第２交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第２判定電圧よりも低いと判定されたときには前記双方向インバータ手段を作動させて代替交流電力を負荷に出力するように、前記切替手段及び前記双方向インバータ手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１４】
定格入力電圧とは、本装置が正常に動作するように規定された入力交流電圧の標準値であり、通常は許容変動範囲の中心値である。一般的には国内では１００Ｖ又は２００Ｖ、国外では１１０Ｖ、２２０Ｖ、２４０Ｖなどである。
【００１５】
上記電圧調整手段は例えばオートトランスを用いた構成とすることができる。
【００１６】
また、例えば第１判定電圧は定格入力電圧に対して−１０％程度低い電圧（つまり定格入力電圧の約９０％の電圧）、第２判定電圧は定格入力電圧に対して−１５〜−２５％程度低い電圧（つまり定格入力電圧の約７５〜８５％の範囲内の所定電圧）、第３判定電圧は定格入力電圧に対して１０％程度高い電圧（つまり定格入力電圧の約１１０％の電圧）に設定しておくとよい。即ち、定格入力電圧が１００Ｖである場合には、第１判定電圧は約９０Ｖ、第２判定電圧は約７５〜８５Ｖ、第３判定電圧は約１１０Ｖとしておくとよい。また、電圧調整手段は入力交流電圧を１０〜１５％程度昇圧した電圧を第１交流電圧とし、入力交流電圧を１０〜１５％程度降圧した電圧を第２交流電圧とするとよい。
【００１７】
本発明に係る瞬時電圧低下保護装置では、商用交流電源から供給される入力交流電圧が第１判定電圧よりも下がった場合でも第２判定電圧以上であれば、双方向インバータ手段は動作せず、蓄電手段に蓄えられている直流電力は使用されない。このときには、電圧調整手段により入力交流電圧電圧が昇圧された第１交流電圧が切替手段により選択され、負荷に出力される。それによって、出力電圧は入力交流電圧よりも昇圧分だけ嵩上げされる。一方、商用交流電源から供給される入力交流電圧が第３判定電圧以上になった場合には、電圧調整手段により入力交流電圧が降圧された第２交流電圧が切替手段で選択され、負荷に出力される。それによって、出力電圧は降圧分だけ入力交流電圧よりも低くなる。これにより、第３判定電圧よりも大きくなるような入力電圧変動、或いは、第１判定電圧よりも小さくなるような入力電圧変動が起こった場合でも、そうした電圧変動の影響を受けることなく、負荷に対して該負荷の運転が可能な程度の交流電圧を供給し続けることができる。
【００１８】
一方、入力交流電圧が第２判定電圧よりも下がった場合には、単なる電圧変動ではなく、瞬時電圧低下や停電の可能性が高い。そこで、この場合には、制御手段は双方向インバータ手段を直流／交流変換動作させ、蓄電手段に蓄えられている直流電力を用いた代替交流電力を発生させる。同時に切替手段により、入力交流電圧、第１交流電圧、及び第２交流電圧の供給線路を遮断し、双方向インバータ手段による代替交流電圧を負荷に供給する。なお、これは従来の瞬時電圧低下保護装置における代替交流電力の供給と同様である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る瞬時電圧低下保護装置によれば、商用交流電源から供給される交流電圧が定格入力電圧の例えば７５〜９０％程度にまで下がった場合に、蓄電手段の蓄積電力を利用した瞬時電圧低下保護ではなく、オートトランス等による電圧変動補償機能を利用して負荷が正常に運転可能であるような電力を負荷に供給し続けることができる。また、商用交流電源から供給される交流電圧が定格入力電圧の例えば１１０〜１３０％程度にまで上がった場合でも、電圧変動補償機能を利用して負荷が正常に運転可能である電力を供給し続けることができる。それにより、商用交流電源の電圧変動が大きな場所で使用される場合であっても、負荷の運転停止に至る事態を減らすことができる。
【００２０】
また本発明に係る瞬時電圧低下保護装置によれば、日常的な電圧変動のために蓄電手段からの放電が行われることを回避できるので、蓄電手段の放電及びその後のフル充電の発生頻度を下げることができる。それによって、例えば電解コンデンサ等の、充放電の繰り返しによって性能劣化が引き起こされるような蓄電手段の寿命を延ばすことができ、装置の信頼性を高めることができる。また、蓄電手段の劣化に伴う該手段の交換の頻度を下げ、運転コストを引き下げることができる。
【００２１】
さらにまた本発明に係る瞬時電圧低下保護装置によれば、上述したように代替交流電力を供給するための蓄電手段の放電の頻度が下がるため、実際に瞬時電圧低下が起こった場合に蓄電手段が十分に充電されていないといった状況を減らすことができる。それ故に、過分な直流電力を常時保持するために蓄電手段の容量を増加する必要がなく、比較的小容量の蓄電手段を使用しながら必要十分な電圧保護を提供することができる。それによって、装置コストを引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例である瞬時電圧低下保護装置の概略ブロック構成図。
【図２】本実施例の瞬時電圧低下保護装置における動作フローチャート。
【図３】本実施例の瞬時電圧低下保護装置における入力電圧変動時の動作の説明図。
【図４】従来の瞬時電圧低下保護装置の一実施例の概略ブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る瞬時電圧低下保護装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。
図１は本実施例による瞬時電圧低下保護装置の概略ブロック構成図である。既に説明した図４の従来装置と同じ構成要素については同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００２４】
図１に示すように、本実施例の瞬時電圧低下保護装置において、図４に示した従来装置の切替部１３に相当するとともに本発明における切替手段に相当する切替部１３は、電磁リレー１４、双方向サイリスタ１５、第１半導体スイッチ１６のほかに、一端が共通に接続された第２半導体スイッチ３１及び第３半導体スイッチ３２を含む。入力端１１と切替部１３との間には、本発明における電圧調整手段に相当するオートトランス３０が配置されている。このオートトランス３０は、入力端１１に印加された入力交流電圧がそのまま印加される端子Ａと、端子Ａに印加された入力交流電圧に対して１０％昇圧された電圧を出力する端子Ｂと、端子Ａに印加された入力交流電圧に対して１０％降圧された電圧を出力する端子Ｃと、を有する。双方向サイリスタ１５及び第１半導体スイッチ１６の一端はオートトランス３０の端子Ａに接続され、第２半導体スイッチ３１の一端はオートトランス３０の端子Ｂに接続され、第３半導体スイッチ３２の一端はオートトランス３０の端子Ｃに接続されている。切替部１３に含まれる、電磁リレー１４、双方向サイリスタ１５、第１乃至第３半導体スイッチ１６、３１、３２はそれぞれ、切替駆動部３３から与えられる制御信号によりオン・オフ（導通・非導通）が切り替えられる。
【００２５】
入力電圧検知部２１により検知される電圧値情報を受けて、インバータ駆動部２３、切替駆動部３３をそれぞれ制御する制御部４０は、入力電圧判定部４１、インバータ制御部４２、切替制御部４３などを機能ブロックとして含む。この制御部４０は例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに予め格納された制御プログラムを実行することにより上記各機能ブロックの機能が達成される。この実施例では、入力電圧検知部２１及び入力電圧判定部４１が本発明における入力電圧判定手段に相当し、インバータ制御部４２及び切替制御部４３が本発明における制御手段に相当する。
【００２６】
図２は本実施例の瞬時電圧低下保護装置における動作フローチャート、図３は本実施例の瞬時電圧低下保護装置における電圧保護動作の説明図である。図３（ａ）は商用交流電源１から入力端１１に入力される入力交流電圧、（ｂ）は本実施例の瞬時電圧低下保護装置において（ａ）に示した入力交流電圧に対してそれぞれ出力端１２から出力される交流電圧、（ｃ）は例えば図４に示した従来の瞬時電圧低下保護装置において（ａ）に示した入力交流電圧に対してそれぞれ出力端１２から出力される交流電圧、を模式的に示したものである。
【００２７】
図２、図３を参照しつつ、図１に示した本実施例の瞬時電圧低下保護装置における特徴的な動作を説明する。なお、ここでは、定格入力電圧が１００Ｖである場合について具体的な電圧値を挙げて説明するが、定格入力電圧がこれに限らず、例えば１１０Ｖ、２００Ｖ、２２０Ｖ、２４０Ｖなど、適宜の値でよいことは当然である。
【００２８】
本装置の作動時には図２にフローチャートで示す動作が繰り返される。即ち、制御部４０において入力電圧判定部４１は、入力電圧検知部２１からその時点で入力端１１に与えられている入力交流電圧の電圧値情報を読み込み（ステップＳ１）、電圧値が定格入力電圧の１１０％である１１０Ｖ（本発明における第３判定電圧に相当）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２でＮｏと判断されると、次に、上記電圧値が定格入力電圧の９０％である９０Ｖ（本発明における第１判定電圧に相当）未満で且つ定格入力電圧の８０％である８０Ｖ（本発明における第２判定電圧に相当）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＮｏと判断されると、次に、上記電圧値が定格入力電圧の８０％である８０Ｖ（上述のように第２判定電圧に相当）未満であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００２９】
ステップＳ２、Ｓ３及びＳ４でいずれもＮｏと判定された場合には、入力交流電圧は定格入力電圧の９０％以上１１０％未満の範囲である９０Ｖ以上１１０Ｖ未満の範囲に入っている（ステップＳ５）。そこで、この場合には商用交流電源１からの交流電力の供給は正常であると判断し、切替制御部４３は、切替駆動部３３を介して切替部１３の第１半導体スイッチ１６、双方向サイリスタ１５、電磁リレー１４のいずれか又は複数を導通状態とする。これにより、オートトランス３０の端子Ａに印加された電圧、つまり商用交流電源１から入力端１１に供給された交流電力は、そのまま出力端１２にスルーされ、入力交流電圧（但し、切替部１３を経ることによる電圧降下を除く）が負荷２に供給される（ステップＳ６）。
【００３０】
この場合、図３（ｂ）の［Ａ］及び［Ｄ］に示すように、入力交流電圧の変動に応じて負荷２に供給される交流電圧は最大で定格入力電圧から±１０％変動するが、一般に、負荷２である各種機器の入力電圧変動の許容範囲は定格入力電圧に対し±１０％程度であり、上記のように当該装置から出力される交流電圧が１０％程度変動しても負荷２の運転には支障はない。もちろん、入力電圧変動の許容範囲がより狭い（例えば±５％以内）負荷が使用されることが分かっている場合には、入力電圧判定部４１における判定基準を変更すればよい。
【００３１】
また、制御部４０においてインバータ制御部４２は図示しない充電電圧検知部により電解コンデンサ１７の充電電圧をモニタし、その充電電圧が所定電圧よりも低い場合には、電解コンデンサ１７を急速充電するためにインバータ駆動部２３を介してインバータ１８を作動させ、入力交流電力を直流電力に変換して電解コンデンサ１７を充電する。なお、電解コンデンサ１７の充電電圧の低下が自然放電による程度の小さな低下である場合には、インバータ１８の交流／直流変換動作による急速充電ではなく、補充電部２０による比較的緩慢な充電を行う。これは従来と同様である。このような充電により、入力交流電力が供給されている場合には、電解コンデンサ１７はほぼフルに充電された状態が維持される。
【００３２】
電圧変動のために入力交流電圧が８０Ｖ以上９０Ｖ未満の範囲の電圧まで下がるとステップＳ３でＹｅｓと判定され、切替制御部４３は切替駆動部３３を介して切替部１３の第２半導体スイッチ３１を導通状態とし、他のスイッチを非導通状態とする。これにより、オートトランス３０の端子Ｂと出力端１２とが第２半導体スイッチ３１を経て接続され、入力交流電圧から１０％昇圧された交流電圧が負荷２に印加される（ステップＳ８）。例えば入力交流電圧が８５Ｖまで低下すると、オートトランス３０の端子Ｂには約９３．５Ｖの交流電圧が現れるから、これが出力端１２から負荷２に印加される。即ち、入力交流電圧が定格入力電圧の８０％以上９０％未満である場合には、図３（ｂ）の［Ｂ］に示すように、入力交流電圧が１０％分嵩上げされた交流電圧が負荷２に印加される。
【００３３】
同じく電圧変動のために入力交流電圧が１１０Ｖ以上に上がるとステップＳ２でＹｅｓと判定され、切替制御部４３は切替駆動部３３を介して切替部１３の第３半導体スイッチ３２を導通状態とし、他のスイッチを非導通状態とする。これにより、オートトランス３０の端子Ｃと出力端１２とが第３半導体スイッチ３２を経て接続され、入力交流電圧から１０％降圧された交流電圧が負荷２に印加される（ステップＳ７）。例えば入力交流電圧が１１５Ｖまで上昇すると、オートトランス３０の端子Ｃには約１０３．５Ｖの交流電圧が現れるから、これが出力端１２から負荷２に印加される。即ち、入力交流電圧が定格入力電圧の１１０％以上である場合には、図３（ｂ）の［Ｅ］に示すように、入力交流電圧が１０％分引き下げられた交流電圧が負荷２に印加される。
【００３４】
以上のように、入力交流電圧が定格入力電圧の８０％以上９０％未満の範囲及び１１０％以上である場合には、電解コンデンサ１７に蓄積されている直流電力やインバータ１８が使用されることなく、負荷２の運転が支障なく継続されるような交流電力が負荷２に供給され続ける。したがって、商用交流電源１における電圧変動が比較的大きいような場所であっても、負荷２の運転が停止することがない。
【００３５】
一方、入力交流電圧が８０Ｖ未満にまで下がると、ステップＳ４でＹｅｓと判定され、従来装置と同様の瞬時電圧低下保護動作が実行される（ステップＳ９）。即ち、切替制御部４３は切替駆動部３３を介して切替部１３のスイッチを全てオフさせ、出力端１２を入力端１１から、つまり商用交流電源１やオートトランス３０から切り離す。ほぼ同時に、インバータ制御部４２はインバータ駆動部２３を介して、電解コンデンサ１７に保持されていた直流電力を用いて目標交流電圧（例えば定格入力電圧の９０％）となるような代替交流電力を生成するべく、インバータ１８を直流／交流変換動作させる。これにより、入力交流電力やオートトランス３０の出力電圧に代えて、電解コンデンサ１７、インバータ１８、フィルタ１９から代替交流電力が、出力端１２を経て負荷２に供給される。したがって、図３（ｂ）の［Ｃ］に示すように、瞬時電圧低下や瞬停により入力交流電圧が定格入力電圧の８０％未満に下がっても、負荷２へ出力される交流電圧は例えば定格入力電圧の９０％に維持される。ただし、このときには電解コンデンサ１７に蓄えていた直流電力が消費されるため、この直流電力量に相当する時間だけ、例えば０．５〜１秒程度の期間だけ、負荷２に交流電力が供給されることになる。
【００３６】
上記のように入力交流電圧が８０Ｖ未満にまで下がった状態からその電圧が８０Ｖ以上に回復すれば、切替部１３のうちの少なくとも１つのスイッチは導通され、上述したように入力交流電圧又はオートトランス３０で昇圧若しくは降圧された交流電圧が負荷２に供給されることになる。
【００３７】
図３（ｃ）に示すように、従来の瞬時電圧低下保護装置では、入力交流電圧が定格入力電圧の９０％未満に下がると即座に電解コンデンサ１７に保持されていた直流電力を用いた代替交流電力の供給が実施される。そのため、例えば入力交流電圧の変動（揺らぎ）が大きい（±１０％以上）場合には頻繁に電解コンデンサ１７の放電・充電が行われることになる。また、入力交流電圧の変動のために電解コンデンサ１７の蓄積電力が減じた又は零になった直後（充電がされる前）に電圧瞬時低下が起こると、電圧保護が行えずにすぐに負荷２の運転が停止することになる。
【００３８】
これに対し本実施例の瞬時電圧低下保護装置では、瞬時電圧低下や停電以外の入力交流電圧変動に対しては、電解コンデンサ１７の蓄積電力が使用されることは殆どない。そのため、電解コンデンサ１７の頻繁な放電・充電は行われず、それ故に電解コンデンサ１７の寿命を延ばすことができる。また、瞬時電圧低下時に電圧保護が行えないおそれも低く、さらに電解コンデンサ１７の容量も小さくて済むので装置コストも引き下げることができる。
【００３９】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本願発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
例えば、上記実施例で挙げた９０％、８０％、１１０％といった数値、つまり第１乃至第３判定電圧の値や、＋１０％、−１０％といったオートトランス３０における電圧増加割合、電圧減少割合の数値は単に一例であり、使用環境や目的などを考慮した装置仕様に応じて適宜変更することができることは当然である。
【符号の説明】
【００４０】
１…商用交流電源
２…負荷
１１…入力端
１２…出力端
１３…切替部
１４…電磁リレー
１５…双方向サイリスタ
１６…第１半導体スイッチ
１７…電解コンデンサ
１８…インバータ
１９…フィルタ
２０…補充電部
２１…入力電圧検知部
２２…補充電駆動部
２３…インバータ駆動部
２４…切替駆動部
２５…制御部
３０…オートトランス
３１…第２半導体スイッチ
３２…第３半導体スイッチ
３３…切替駆動部
４０…制御部
４１…入力電圧判定部
４２…インバータ制御部
４３…切替制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧が一時的に低下した場合、或いは一時的に停電が発生した場合に、代わりに負荷に交流電力を供給する瞬時電圧低下保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、商用交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧が短時間低下した場合或いは短時間遮断された場合に、これに代えて交流電力を負荷に供給するための瞬時電圧低下保護装置が広く利用されている（例えば特許文献１〜３など参照）。
【０００３】
図４は従来の瞬時電圧低下保護装置の概略構成図である。この装置の入力端１１は商用交流電源１に接続され、出力端１２は負荷２に接続される。この装置は、３種のスイッチ、即ち、電磁リレー１４、双方向サイリスタ１５、及び半導体スイッチ１６が並列に接続された切替部１３と、電圧低下保護用の直流電力を蓄える電解コンデンサ１７と、交流／直流、直流／交流の双方向の電力変換が可能なインバータ１８と、該インバータ１８による高周波の矩形波からなる擬似正弦波交流出力をフィルタリングするフィルタ１９と、主として電解コンデンサ１７の自然放電による電圧低下を補うための補充電部２０と、入力交流電圧（例えば１００Ｖ）を検知する入力電圧検知部２１と、補充電部２０を駆動する補充電駆動部２２と、インバータ１８を駆動するインバータ駆動部２３と、切替部１３における各スイッチのオン・オフを切り替える切替駆動部２４と、入力電圧検知部２１により得られた電圧値に基づいて、所定のアルゴリズムに従って補充電駆動部２２、インバータ駆動部２３、切替駆動部２４をそれぞれ制御する制御部２５と、を備える。図示しないが、インバータ１８は電力用ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子がブリッジ状に接続された回路を備える。また、補充電部２０は、１次側巻線に入力交流電力が供給される変圧トランス、該トランスの２次側巻線に接続された整流回路などを含む。
【０００４】
この瞬時電圧低下保護装置の基本的な動作は次の通りである。
制御部２５は入力電圧検知部２１で得られる電圧値を常時監視し、この電圧値が正常な範囲に収まっている場合には、切替部１３中の少なくとも１つのスイッチをオンさせて商用交流電源１から供給される交流電力をそのまま出力端１２から出力し、負荷２へと供給する。また、制御部２５は、インバータ駆動部２３を介しインバータ１８で交流／直流変換（図４中で右方から入力される交流電力を直流電力に変換して左方へ出力する）動作を行わせることにより、或いは、補充電駆動部２２を介し補充電部２０を動作させることにより、電解コンデンサ１７をほぼフルに充電する。なお、切替部１３における各スイッチの使い分けについては本願の趣旨ではないので説明を省略する（詳しくは特許文献２参照）。また、電解コンデンサ１７を充電する際のインバータ１８と補充電部２０との使い分けについても本願の趣旨ではないので説明を省略する（詳しくは特許文献１参照）。
【０００５】
商用交流電源１からの交流電圧が低下したり短時間停電が起こったりして入力電圧検知部２１で得られる電圧値が正常な範囲を外れると、制御部２５は電圧値が異常に低下したと判断し、切替駆動部２４を介して切替部１３の全スイッチをオフさせて出力端１２を入力端１１から切り離すとともに、インバータ駆動部２３を介してインバータ１８に直流／交流変換（図４中で左方から入力される直流電力を交流電力に変換して右方へ出力する）動作を実行させる。これにより、電解コンデンサ１７に蓄えられていた直流電力が交流電力に変換され、商用交流電源１からの入力交流電力に代えて、出力端１２から負荷２に代替交流電力が供給される。このときに出力端１２から出力される交流電圧の電圧値は、インバータ１８中の各スイッチング素子を駆動するために制御部２５からインバータ駆動部２３に供給されるＰＷＭ制御信号のパルス幅により調整される。
【０００６】
負荷２として一般的な機器や装置を想定すると、多くの場合、定格入力電圧の許容変動下限は−１０％程度である。そこで、従来の瞬時電圧低下保護装置において典型的には、商用交流電源１からの入力交流電圧が定格入力電圧（例えば１００Ｖ）よりも１０％以上低下したときに電圧保護動作（つまり代替交流電力の供給）を開始し、１秒程度の期間、その電圧保護を継続できるように装置仕様が定められている。通常発生する電圧瞬時低下では１秒以内に電圧は回復するし、また１回電圧瞬時低下が起こったあとに電解コンデンサ１７の蓄積直流電力が十分に回復する前に再び電圧瞬時低下が起こることは稀である。したがって、少なくとも日本国内での使用においては、多くの場合、上記のような装置仕様で問題は起こらない。
【０００７】
しかしながら、従来の瞬時電圧低下保護装置では次のような問題がある。
即ち、上述したように日本国内においては商用交流電源の電圧の安定性はかなり高いものの、一部の国においては商用交流電源からの交流電圧の変動（揺らぎ）が日常的に頻繁に発生している。また同一国の中でも地方・地域によっては、入力交流電圧が定格入力電圧から±１０％以上変動するようなことが比較的高い頻度で起こる。
【０００８】
そうした国や地域において上記瞬時電圧低下保護装置を使用した場合、入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上低下すると、その度に電解コンデンサに蓄積されていた直流電力を利用した電圧保護（代替交流電力の出力）が実行される。そのため、電解コンデンサのフル充電−急速放電の繰り返しが高い頻度で起こり、電解コンデンサ自体の寿命が短くなる。こうした事態は装置の信頼性の低下につながるほか、電解コンデンサの頻繁な交換が必要となるため運転コストを増大させることになる。
【０００９】
また当然のことながら、瞬時電圧低下ではない日常的な電圧変動によって電解コンデンサに蓄えていた直流電力を放出してしまった後、充電が完了する前に再び電圧変動に伴う電圧低下や実際の瞬時電圧低下が起こると、装置仕様で定めていた時間（例えば１秒間）に亘る電圧保護が行えなくなって負荷の運転が停止するおそれがある。そうした事態を避けるためには、予め搭載する電解コンデンサの容量を大きくしておいて電圧保護可能な時間を延ばす必要がある。しかしながら、そうした大容量の電解コンデンサの使用は装置の大幅なコスト上昇につながる。
【００１０】
一方、従来の一般的な瞬時電圧低下保護装置では、入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上上昇した場合にはその電圧がスルーされて負荷に印加されることになる。そのため、接続されている負荷が、例えば入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上高くなった場合に自動的に運転を停止するような機能を有する場合には、入力交流電圧が定格入力電圧から１０％以上大きくなる度に運転が停止することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−５４４６８号公報
【特許文献２】特開２００８−５４４８３号公報
【特許文献３】特開２００９−１１２１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、商用交流電源からの交流電圧の変動が大きな場所（国、地域等）においても、負荷の運転が停止する状況をできるだけ減らすことができ、また電解コンデンサ等の蓄電部の充放電の頻度を減らすことにより、装置の信頼性を高めるとともに運転コスト及び装置自体のコストを抑えることができる瞬時電圧低下保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために成された本発明は、直流電力を蓄えるための蓄電手段と、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手段を充電するとともに、該蓄電手段から放出された直流電力を交流電力に変換する双方向インバータ手段と、を具備し、商用交流電源から負荷に供給される交流電圧が一時的に低下したときに、それに代えて前記蓄電手段に蓄えられている直流電力を利用して前記双方向インバータ手段により負荷に交流電力を供給する瞬時電圧低下保護装置において、
a)商用交流電源から与えられる入力交流電圧を入力として、該入力交流電圧が所定割合昇圧された第１交流電圧、及び該入力交流電圧が所定割合降圧された第２交流電圧を取り出すための電圧調整手段と、
b)前記入力交流電圧、前記電圧調整手段による第１交流電圧、該電圧調整手段による第２交流電圧、前記双方向インバータ手段による直流／交流変換により生成される代替交流電圧のいずれかを選択的に出力するための切替手段と、
c)前記入力交流電圧を検知して該電圧が定格入力電圧より低い第１判定電圧よりも低いか否か、該第１判定電圧より低い第２判定電圧よりも低いか否か、及び定格入力電圧より高い第３判定電圧よりも低いか否か、を判定する入力電圧判定手段と、
d)前記入力電圧判定手段により、入力交流電圧が第１判定電圧以上で第３判定電圧よりも低いと判定されたときには入力交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第１判定電圧よりも低く第２判定電圧以上であると判定されたときには第１交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第３判定電圧以上であると判定されたときには第２交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第２判定電圧よりも低いと判定されたときには前記双方向インバータ手段を作動させて代替交流電力を負荷に出力するように、前記切替手段及び前記双方向インバータ手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１４】
定格入力電圧とは、本装置が正常に動作するように規定された入力交流電圧の標準値であり、通常は許容変動範囲の中心値である。一般的には国内では１００Ｖ又は２００Ｖ、国外では１１０Ｖ、２２０Ｖ、２４０Ｖなどである。
【００１５】
上記電圧調整手段は例えばオートトランスを用いた構成とすることができる。
【００１６】
また、例えば第１判定電圧は定格入力電圧に対して−１０％程度低い電圧（つまり定格入力電圧の約９０％の電圧）、第２判定電圧は定格入力電圧に対して−１５〜−２５％程度低い電圧（つまり定格入力電圧の約７５〜８５％の範囲内の所定電圧）、第３判定電圧は定格入力電圧に対して１０％程度高い電圧（つまり定格入力電圧の約１１０％の電圧）に設定しておくとよい。即ち、定格入力電圧が１００Ｖである場合には、第１判定電圧は約９０Ｖ、第２判定電圧は約７５〜８５Ｖ、第３判定電圧は約１１０Ｖとしておくとよい。また、電圧調整手段は入力交流電圧を１０〜１５％程度昇圧した電圧を第１交流電圧とし、入力交流電圧を１０〜１５％程度降圧した電圧を第２交流電圧とするとよい。
【００１７】
本発明に係る瞬時電圧低下保護装置では、商用交流電源から供給される入力交流電圧が第１判定電圧よりも下がった場合でも第２判定電圧以上であれば、双方向インバータ手段は動作せず、蓄電手段に蓄えられている直流電力は使用されない。このときには、電圧調整手段により入力交流電圧電圧が昇圧された第１交流電圧が切替手段により選択され、負荷に出力される。それによって、出力電圧は入力交流電圧よりも昇圧分だけ嵩上げされる。一方、商用交流電源から供給される入力交流電圧が第３判定電圧以上になった場合には、電圧調整手段により入力交流電圧が降圧された第２交流電圧が切替手段で選択され、負荷に出力される。それによって、出力電圧は降圧分だけ入力交流電圧よりも低くなる。これにより、第３判定電圧よりも大きくなるような入力電圧変動、或いは、第１判定電圧よりも小さくなるような入力電圧変動が起こった場合でも、そうした電圧変動の影響を受けることなく、負荷に対して該負荷の運転が可能な程度の交流電圧を供給し続けることができる。
【００１８】
一方、入力交流電圧が第２判定電圧よりも下がった場合には、単なる電圧変動ではなく、瞬時電圧低下や停電の可能性が高い。そこで、この場合には、制御手段は双方向インバータ手段を直流／交流変換動作させ、蓄電手段に蓄えられている直流電力を用いた代替交流電力を発生させる。同時に切替手段により、入力交流電圧、第１交流電圧、及び第２交流電圧の供給線路を遮断し、双方向インバータ手段による代替交流電圧を負荷に供給する。なお、これは従来の瞬時電圧低下保護装置における代替交流電力の供給と同様である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る瞬時電圧低下保護装置によれば、商用交流電源から供給される交流電圧が定格入力電圧の例えば７５〜９０％程度にまで下がった場合に、蓄電手段の蓄積電力を利用した瞬時電圧低下保護ではなく、オートトランス等による電圧変動補償機能を利用して負荷が正常に運転可能であるような電力を負荷に供給し続けることができる。また、商用交流電源から供給される交流電圧が定格入力電圧の例えば１１０〜１３０％程度にまで上がった場合でも、電圧変動補償機能を利用して負荷が正常に運転可能である電力を供給し続けることができる。それにより、商用交流電源の電圧変動が大きな場所で使用される場合であっても、負荷の運転停止に至る事態を減らすことができる。
【００２０】
また本発明に係る瞬時電圧低下保護装置によれば、日常的な電圧変動のために蓄電手段からの放電が行われることを回避できるので、蓄電手段の放電及びその後のフル充電の発生頻度を下げることができる。それによって、例えば電解コンデンサ等の、充放電の繰り返しによって性能劣化が引き起こされるような蓄電手段の寿命を延ばすことができ、装置の信頼性を高めることができる。また、蓄電手段の劣化に伴う該手段の交換の頻度を下げ、運転コストを引き下げることができる。
【００２１】
さらにまた本発明に係る瞬時電圧低下保護装置によれば、上述したように代替交流電力を供給するための蓄電手段の放電の頻度が下がるため、実際に瞬時電圧低下が起こった場合に蓄電手段が十分に充電されていないといった状況を減らすことができる。それ故に、過分な直流電力を常時保持するために蓄電手段の容量を増加する必要がなく、比較的小容量の蓄電手段を使用しながら必要十分な電圧保護を提供することができる。それによって、装置コストを引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例である瞬時電圧低下保護装置の概略ブロック構成図。
【図２】本実施例の瞬時電圧低下保護装置における動作フローチャート。
【図３】本実施例の瞬時電圧低下保護装置における入力電圧変動時の動作の説明図。
【図４】従来の瞬時電圧低下保護装置の一実施例の概略ブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る瞬時電圧低下保護装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。
図１は本実施例による瞬時電圧低下保護装置の概略ブロック構成図である。既に説明した図４の従来装置と同じ構成要素については同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００２４】
図１に示すように、本実施例の瞬時電圧低下保護装置において、図４に示した従来装置の切替部１３に相当するとともに本発明における切替手段に相当する切替部１３は、電磁リレー１４、双方向サイリスタ１５、第１半導体スイッチ１６のほかに、一端が共通に接続された第２半導体スイッチ３１及び第３半導体スイッチ３２を含む。入力端１１と切替部１３との間には、本発明における電圧調整手段に相当するオートトランス３０が配置されている。このオートトランス３０は、入力端１１に印加された入力交流電圧がそのまま印加される端子Ａと、端子Ａに印加された入力交流電圧に対して１０％昇圧された電圧を出力する端子Ｂと、端子Ａに印加された入力交流電圧に対して１０％降圧された電圧を出力する端子Ｃと、を有する。双方向サイリスタ１５及び第１半導体スイッチ１６の一端はオートトランス３０の端子Ａに接続され、第２半導体スイッチ３１の一端はオートトランス３０の端子Ｂに接続され、第３半導体スイッチ３２の一端はオートトランス３０の端子Ｃに接続されている。切替部１３に含まれる、電磁リレー１４、双方向サイリスタ１５、第１乃至第３半導体スイッチ１６、３１、３２はそれぞれ、切替駆動部３３から与えられる制御信号によりオン・オフ（導通・非導通）が切り替えられる。
【００２５】
入力電圧検知部２１により検知される電圧値情報を受けて、インバータ駆動部２３、切替駆動部３３をそれぞれ制御する制御部４０は、入力電圧判定部４１、インバータ制御部４２、切替制御部４３などを機能ブロックとして含む。この制御部４０は例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに予め格納された制御プログラムを実行することにより上記各機能ブロックの機能が達成される。この実施例では、入力電圧検知部２１及び入力電圧判定部４１が本発明における入力電圧判定手段に相当し、インバータ制御部４２及び切替制御部４３が本発明における制御手段に相当する。
【００２６】
図２は本実施例の瞬時電圧低下保護装置における動作フローチャート、図３は本実施例の瞬時電圧低下保護装置における電圧保護動作の説明図である。図３（ａ）は商用交流電源１から入力端１１に入力される入力交流電圧、（ｂ）は本実施例の瞬時電圧低下保護装置において（ａ）に示した入力交流電圧に対してそれぞれ出力端１２から出力される交流電圧、（ｃ）は例えば図４に示した従来の瞬時電圧低下保護装置において（ａ）に示した入力交流電圧に対してそれぞれ出力端１２から出力される交流電圧、を模式的に示したものである。
【００２７】
図２、図３を参照しつつ、図１に示した本実施例の瞬時電圧低下保護装置における特徴的な動作を説明する。なお、ここでは、定格入力電圧が１００Ｖである場合について具体的な電圧値を挙げて説明するが、定格入力電圧がこれに限らず、例えば１１０Ｖ、２００Ｖ、２２０Ｖ、２４０Ｖなど、適宜の値でよいことは当然である。
【００２８】
本装置の作動時には図２にフローチャートで示す動作が繰り返される。即ち、制御部４０において入力電圧判定部４１は、入力電圧検知部２１からその時点で入力端１１に与えられている入力交流電圧の電圧値情報を読み込み（ステップＳ１）、電圧値が定格入力電圧の１１０％である１１０Ｖ（本発明における第３判定電圧に相当）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２でＮｏと判断されると、次に、上記電圧値が定格入力電圧の９０％である９０Ｖ（本発明における第１判定電圧に相当）未満で且つ定格入力電圧の８０％である８０Ｖ（本発明における第２判定電圧に相当）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＮｏと判断されると、次に、上記電圧値が定格入力電圧の８０％である８０Ｖ（上述のように第２判定電圧に相当）未満であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００２９】
ステップＳ２、Ｓ３及びＳ４でいずれもＮｏと判定された場合には、入力交流電圧は定格入力電圧の９０％以上１１０％未満の範囲である９０Ｖ以上１１０Ｖ未満の範囲に入っている（ステップＳ５）。そこで、この場合には商用交流電源１からの交流電力の供給は正常であると判断し、切替制御部４３は、切替駆動部３３を介して切替部１３の第１半導体スイッチ１６、双方向サイリスタ１５、電磁リレー１４のいずれか又は複数を導通状態とする。これにより、オートトランス３０の端子Ａに印加された電圧、つまり商用交流電源１から入力端１１に供給された交流電力は、そのまま出力端１２にスルーされ、入力交流電圧（但し、切替部１３を経ることによる電圧降下を除く）が負荷２に供給される（ステップＳ６）。
【００３０】
この場合、図３（ｂ）の［Ａ］及び［Ｄ］に示すように、入力交流電圧の変動に応じて負荷２に供給される交流電圧は最大で定格入力電圧から±１０％変動するが、一般に、負荷２である各種機器の入力電圧変動の許容範囲は定格入力電圧に対し±１０％程度であり、上記のように当該装置から出力される交流電圧が１０％程度変動しても負荷２の運転には支障はない。もちろん、入力電圧変動の許容範囲がより狭い（例えば±５％以内）負荷が使用されることが分かっている場合には、入力電圧判定部４１における判定基準を変更すればよい。
【００３１】
また、制御部４０においてインバータ制御部４２は図示しない充電電圧検知部により電解コンデンサ１７の充電電圧をモニタし、その充電電圧が所定電圧よりも低い場合には、電解コンデンサ１７を急速充電するためにインバータ駆動部２３を介してインバータ１８を作動させ、入力交流電力を直流電力に変換して電解コンデンサ１７を充電する。なお、電解コンデンサ１７の充電電圧の低下が自然放電による程度の小さな低下である場合には、インバータ１８の交流／直流変換動作による急速充電ではなく、補充電部２０による比較的緩慢な充電を行う。これは従来と同様である。このような充電により、入力交流電力が供給されている場合には、電解コンデンサ１７はほぼフルに充電された状態が維持される。
【００３２】
電圧変動のために入力交流電圧が８０Ｖ以上９０Ｖ未満の範囲の電圧まで下がるとステップＳ３でＹｅｓと判定され、切替制御部４３は切替駆動部３３を介して切替部１３の第２半導体スイッチ３１を導通状態とし、他のスイッチを非導通状態とする。これにより、オートトランス３０の端子Ｂと出力端１２とが第２半導体スイッチ３１を経て接続され、入力交流電圧から１０％昇圧された交流電圧が負荷２に印加される（ステップＳ８）。例えば入力交流電圧が８５Ｖまで低下すると、オートトランス３０の端子Ｂには約９３．５Ｖの交流電圧が現れるから、これが出力端１２から負荷２に印加される。即ち、入力交流電圧が定格入力電圧の８０％以上９０％未満である場合には、図３（ｂ）の［Ｂ］に示すように、入力交流電圧が１０％分嵩上げされた交流電圧が負荷２に印加される。
【００３３】
同じく電圧変動のために入力交流電圧が１１０Ｖ以上に上がるとステップＳ２でＹｅｓと判定され、切替制御部４３は切替駆動部３３を介して切替部１３の第３半導体スイッチ３２を導通状態とし、他のスイッチを非導通状態とする。これにより、オートトランス３０の端子Ｃと出力端１２とが第３半導体スイッチ３２を経て接続され、入力交流電圧から１０％降圧された交流電圧が負荷２に印加される（ステップＳ７）。例えば入力交流電圧が１１５Ｖまで上昇すると、オートトランス３０の端子Ｃには約１０３．５Ｖの交流電圧が現れるから、これが出力端１２から負荷２に印加される。即ち、入力交流電圧が定格入力電圧の１１０％以上である場合には、図３（ｂ）の［Ｅ］に示すように、入力交流電圧が１０％分引き下げられた交流電圧が負荷２に印加される。
【００３４】
以上のように、入力交流電圧が定格入力電圧の８０％以上９０％未満の範囲及び１１０％以上である場合には、電解コンデンサ１７に蓄積されている直流電力やインバータ１８が使用されることなく、負荷２の運転が支障なく継続されるような交流電力が負荷２に供給され続ける。したがって、商用交流電源１における電圧変動が比較的大きいような場所であっても、負荷２の運転が停止することがない。
【００３５】
一方、入力交流電圧が８０Ｖ未満にまで下がると、ステップＳ４でＹｅｓと判定され、従来装置と同様の瞬時電圧低下保護動作が実行される（ステップＳ９）。即ち、切替制御部４３は切替駆動部３３を介して切替部１３のスイッチを全てオフさせ、出力端１２を入力端１１から、つまり商用交流電源１やオートトランス３０から切り離す。ほぼ同時に、インバータ制御部４２はインバータ駆動部２３を介して、電解コンデンサ１７に保持されていた直流電力を用いて目標交流電圧（例えば定格入力電圧の９０％）となるような代替交流電力を生成するべく、インバータ１８を直流／交流変換動作させる。これにより、入力交流電力やオートトランス３０の出力電圧に代えて、電解コンデンサ１７、インバータ１８、フィルタ１９から代替交流電力が、出力端１２を経て負荷２に供給される。したがって、図３（ｂ）の［Ｃ］に示すように、瞬時電圧低下や瞬停により入力交流電圧が定格入力電圧の８０％未満に下がっても、負荷２へ出力される交流電圧は例えば定格入力電圧の９０％に維持される。ただし、このときには電解コンデンサ１７に蓄えていた直流電力が消費されるため、この直流電力量に相当する時間だけ、例えば０．５〜１秒程度の期間だけ、負荷２に交流電力が供給されることになる。
【００３６】
上記のように入力交流電圧が８０Ｖ未満にまで下がった状態からその電圧が８０Ｖ以上に回復すれば、切替部１３のうちの少なくとも１つのスイッチは導通され、上述したように入力交流電圧又はオートトランス３０で昇圧若しくは降圧された交流電圧が負荷２に供給されることになる。
【００３７】
図３（ｃ）に示すように、従来の瞬時電圧低下保護装置では、入力交流電圧が定格入力電圧の９０％未満に下がると即座に電解コンデンサ１７に保持されていた直流電力を用いた代替交流電力の供給が実施される。そのため、例えば入力交流電圧の変動（揺らぎ）が大きい（±１０％以上）場合には頻繁に電解コンデンサ１７の放電・充電が行われることになる。また、入力交流電圧の変動のために電解コンデンサ１７の蓄積電力が減じた又は零になった直後（充電がされる前）に電圧瞬時低下が起こると、電圧保護が行えずにすぐに負荷２の運転が停止することになる。
【００３８】
これに対し本実施例の瞬時電圧低下保護装置では、瞬時電圧低下や停電以外の入力交流電圧変動に対しては、電解コンデンサ１７の蓄積電力が使用されることは殆どない。そのため、電解コンデンサ１７の頻繁な放電・充電は行われず、それ故に電解コンデンサ１７の寿命を延ばすことができる。また、瞬時電圧低下時に電圧保護が行えないおそれも低く、さらに電解コンデンサ１７の容量も小さくて済むので装置コストも引き下げることができる。
【００３９】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本願発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
例えば、上記実施例で挙げた９０％、８０％、１１０％といった数値、つまり第１乃至第３判定電圧の値や、＋１０％、−１０％といったオートトランス３０における電圧増加割合、電圧減少割合の数値は単に一例であり、使用環境や目的などを考慮した装置仕様に応じて適宜変更することができることは当然である。
【符号の説明】
【００４０】
１…商用交流電源
２…負荷
１１…入力端
１２…出力端
１３…切替部
１４…電磁リレー
１５…双方向サイリスタ
１６…第１半導体スイッチ
１７…電解コンデンサ
１８…インバータ
１９…フィルタ
２０…補充電部
２１…入力電圧検知部
２２…補充電駆動部
２３…インバータ駆動部
２４…切替駆動部
２５…制御部
３０…オートトランス
３１…第２半導体スイッチ
３２…第３半導体スイッチ
３３…切替駆動部
４０…制御部
４１…入力電圧判定部
４２…インバータ制御部
４３…切替制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を蓄えるための蓄電手段と、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手段を充電するとともに、該蓄電手段から放出された直流電力を交流電力に変換する双方向インバータ手段と、を具備し、商用交流電源から負荷に供給される交流電圧が一時的に低下したときに、それに代えて前記蓄電手段に蓄えられている直流電力を利用して前記双方向インバータ手段により負荷に交流電力を供給する瞬時電圧低下保護装置において、
a)商用交流電源から与えられる入力交流電圧を入力として、該入力交流電圧が所定割合昇圧された第１交流電圧、及び該入力交流電圧が所定割合降圧された第２交流電圧を取り出すための電圧調整手段と、
b)前記入力交流電圧、前記電圧調整手段による第１交流電圧、該電圧調整手段による第２交流電圧、前記双方向インバータ手段による直流／交流変換により生成される代替交流電圧のいずれかを選択的に出力するための切替手段と、
c)前記入力交流電圧を検知して該電圧が定格入力電圧より低い第１判定電圧よりも低いか否か、該第１判定電圧より低い第２判定電圧よりも低いか否か、及び定格入力電圧より高い第３判定電圧よりも低いか否か、を判定する入力電圧判定手段と、
d)前記入力電圧判定手段により、入力交流電圧が第１判定電圧以上で第３判定電圧よりも低いと判定されたときには入力交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第１判定電圧よりも低く第２判定電圧以上であると判定されたときには第１交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第３判定電圧以上であると判定されたときには第２交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第２判定電圧よりも低いと判定されたときには前記双方向インバータ手段を作動させて代替交流電力を負荷に出力するように、前記切替手段及び前記双方向インバータ手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする瞬時電圧低下保護装置。
【請求項２】
請求項１に記載の瞬時電圧低下保護装置であって、
前記電圧調整手段はオートトランスを用いたものであることを特徴とする瞬時電圧低下保護装置。
【請求項１】
直流電力を蓄えるための蓄電手段と、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手段を充電するとともに、該蓄電手段から放出された直流電力を交流電力に変換する双方向インバータ手段と、を具備し、商用交流電源から負荷に供給される交流電圧が一時的に低下したときに、それに代えて前記蓄電手段に蓄えられている直流電力を利用して前記双方向インバータ手段により負荷に交流電力を供給する瞬時電圧低下保護装置において、
a)商用交流電源から与えられる入力交流電圧を入力として、該入力交流電圧が所定割合昇圧された第１交流電圧、及び該入力交流電圧が所定割合降圧された第２交流電圧を取り出すための電圧調整手段と、
b)前記入力交流電圧、前記電圧調整手段による第１交流電圧、該電圧調整手段による第２交流電圧、前記双方向インバータ手段による直流／交流変換により生成される代替交流電圧のいずれかを選択的に出力するための切替手段と、
c)前記入力交流電圧を検知して該電圧が定格入力電圧より低い第１判定電圧よりも低いか否か、該第１判定電圧より低い第２判定電圧よりも低いか否か、及び定格入力電圧より高い第３判定電圧よりも低いか否か、を判定する入力電圧判定手段と、
d)前記入力電圧判定手段により、入力交流電圧が第１判定電圧以上で第３判定電圧よりも低いと判定されたときには入力交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第１判定電圧よりも低く第２判定電圧以上であると判定されたときには第１交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第３判定電圧以上であると判定されたときには第２交流電圧を負荷に出力し、前記入力交流電圧が第２判定電圧よりも低いと判定されたときには前記双方向インバータ手段を作動させて代替交流電力を負荷に出力するように、前記切替手段及び前記双方向インバータ手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする瞬時電圧低下保護装置。
【請求項２】
請求項１に記載の瞬時電圧低下保護装置であって、
前記電圧調整手段はオートトランスを用いたものであることを特徴とする瞬時電圧低下保護装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２５０８５（Ｐ２０１２−１２５０８５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５２５７（Ｐ２０１０−２７５２５７）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（３９２０２６８８８）京都電機器株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（３９２０２６８８８）京都電機器株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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