JP2012135132A - 電源装置およびそれを用いた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷装置におけるスイッチング電源では、待機時の消費電力削減は可能であるが、商用電源等の供給電圧が上昇した場合、その電圧に応じて消費電力が増加するという課題があった。
【解決手段】商用電源３、分散型電源あるいは蓄電装置から受電する電源電圧を監視する入力電圧監視手段４と、電源電圧の少なくとも一部を低下させる電圧源生成手段としての変圧器６と、変圧器６により低下させた電圧の全部あるいは一部から、第二負荷装置７に電力を供給する電力供給手段８を備えるので、負荷装置２は所望の電圧で駆動することから所定の能力を発揮することができると同時に、第二負荷装置７に対しても負荷装置２への電源電圧の余剰部分を活用することで低消費電力化を図れる電源装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷装置に供給する電源装置に適用するものであり、商用電源あるいは分散型電源から受電する電源電圧の過剰電圧分から電圧源を生成して別の負荷装置に供給することで電力消費の抑制に寄与する電源装置に関する。

従来、この種の電源装置は、変圧器、整流器、および平滑コンデンサを備えた構成のタイプと、トランスを用いたスイッチング電源タイプがある。スイッチング電源タイプでは、出力電圧検出回路内のフォトカプラへの電流供給を停止し、補助巻線の電圧に基づく制御に切り替えるなど、待機時の消費を抑える工夫がなされているものがある（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１では、電子機器の待機状態の際に、スイッチング電源の出力電圧検出回路および出力電圧検出回路内のフォトカプラへの電流供給を停止し、補助巻線の電圧に基づく制御に切り替える。さらに待機状態におけるスイッチング電源の出力電圧は、通常の出力電圧に比べて低い電圧としている。

特開２０１０−６３２９３号公報

しかしながら、特許文献１の例では、待機時の消費を抑制する対策がなされたものであり、電子機器の運転中に対する消費抑制の効果を有するものではない。一般に１００Ｖ系の商用電源は、管理レベルとして１０１Ｖ±６Ｖの範囲で供給されており、高電圧となった場合は、電子機器の消費が大きくなる。これは、電子機器の負荷の電源電圧が高いことによる消費増加分が大きくなることと、主たる負荷以外のスイッチング電源も同様に、より高電圧をスイッチングすることから、効率に影響する損失が増加することとなるため、電子機器全体としては、過剰な性能かつ、消費増加が発生することになるという問題がある。

そして、この目的を達成するために、本発明の電源装置は、商用電源、分散型電源あるいは蓄電装置から受電する受電端の電源電圧を監視する入力電圧監視手段と、負荷装置に供給する電源電流を監視する入力電流監視手段と、前記電源電圧の少なくとも一部を低下させる電圧源生成手段と、前記電圧源生成手段により低下させた電圧の全部あるいは一部から、第二負荷装置に電力を供給する電力供給手段を備えたことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、負荷装置に供給する電源装置であって、商用電源、分散型電源あるいは蓄電装置から受電する受電端の電源電圧を監視する入力電圧監視手段と、負荷装置に供給する電源電流を監視する入力電流監視手段と、前記電源電圧の少なくとも一部を低下させる電圧源生成手段と、前記電圧源生成手段により低下させた電圧の全部あるいは一部から、第二負荷装置に電力を供給する電力供給手段を備えた構成にして、商用電源、分散型電源、蓄電装置からの受電電圧の所望の電圧よりも高い電圧部分は、電圧源生成手段により低下し、低下させた電圧より第二負荷装置へ供給する電力を生成するため、負荷装置は所望の電圧で駆動することから所定の能力を発揮することができると同時に、第二負荷装置に対しても電源供給することで総合的な電力消費を低減することができる電源装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１の電源装置１の構成図 同電力供給手段の構成図 同制御部のフローチャート図 本発明の実施の形態２の電源装置１ｂの構成図 本発明の実施の形態３の電源装置１ｃの構成図 本発明の実施の形態４の電源装置１ｄの構成図 同力率制御手段８ｑの動作時の各部波形を示す図 本発明の実施の形態５の電源装置１ｅの構成図 同目標調整手段８ｒの動作時の目標電圧の説明図 本発明の実施の形態６の電源装置１ｆの構成図 本発明の実施の形態７の電源装置１ｇの構成図 同変調率の相関を示す図 同他の変調方法における相関を示す図 本発明の実施の形態８の電源装置１ｈの構成図 本発明の実施の形態９の電源装置１ｉの構成図 本発明の実施の形態１０の電源装置１ｊの構成図 本発明の実施の形態１０の電源装置１ｋの構成図

本発明の請求項１記載の電源装置は、負荷装置に供給する電源装置であって、商用電源、分散型電源あるいは蓄電装置から受電する受電端の電源電圧を監視する入力電圧監視手段と、負荷装置に供給する電源電流を監視する入力電流監視手段と、前記電源電圧の少なくとも一部を低下させる電圧源生成手段と、前記電圧源生成手段により低下させた電圧の全部あるいは一部から、第二負荷装置に電力を供給する電力供給手段を備えた構成にして、商用電源、分散型電源、蓄電装置からの受電電圧の所望の電圧よりも高い電圧部分は、電圧源生成手段により低下し、低下させた電圧より第二負荷装置へ供給する電力を生成するため、負荷装置は所望の電圧で駆動することから所定の能力を発揮することができると同時に、第二負荷装置に対しても電源供給することで総合的な電力消費を低減することができるという効果を奏する。

また、請求項２記載の電源装置は、電圧源生成手段は、受電端の一方と負荷装置の一方の端子間に一次巻線を接続し、二次巻線を電力供給手段に接続する変圧器である構成としたものである。これにより、商用電源あるいは分散型電源からの受電電圧の過剰部分は、直列に接続した変圧器の一次巻線で調整され、調整された一次巻線からの電力は二次巻線を介して電力供給手段に出力されるため、余剰電圧分（すなわち余剰電力分）を第二負荷装置へ供給する電力を生成するため、負荷装置と第二負荷装置の総合的な電力消費を低減することができるという効果を奏する。

また、請求項３記載の電源装置は、電源は、交流入力とする構成としたものである。これにより、商用電源に直接接続することができ、負荷装置が交流電源用であった場合に適用することができ、より安価な構成とすることができるという効果を奏する。

また、請求項４記載の電源装置は、電源は直流電力であり、直流電力を交流電力に変換する変換手段を備える構成としたものである。これにより、直流電源に直接接続することができ、負荷装置が直流電源用であった場合に適用することができ、より安価な構成とすることができるという効果を奏する。

また、請求項５記載の電源装置は、電力供給手段を負荷装置の内部に配置し、負荷装置の電源の全部あるいは一部の電力を生成する構成としたものである。これにより、負荷装置の電源への電力供給を過剰電圧分で全部あるいは一部の電力を補うことができるため、負荷装置全体の総合的な電力消費を低減することができるという効果を奏する。

また、請求項６記載の電源装置は、第二負荷装置が負荷装置の制御電源となる構成としたものである。これにより、負荷装置の制御電源による消費は、過剰電圧分で補うことができるため、負荷装置全体の総合的な電力消費を低減することができるという効果を奏する。

また、請求項７記載の電源装置は、電力供給手段を負荷装置の外部に配置し、任意の負荷装置の電源の全部あるいは一部の電力を生成する構成としたものである。これにより、任意の負荷装置が運転中あるいは停止中に関わらず、負荷装置全体、あるいは制御電源部分などの電力消費を補うことができるため、任意の負荷群に対して総合的な電力消費を低減することができるという効果を奏する。

また、請求項８記載の電源装置は、電源電圧が所望の電圧以下である際に、第二負荷装置に電力を供給する補助供給手段を備える構成としたものである。これにより、過剰な電圧低下を防止することができるため、電圧低下による負荷装置の性能低下などを防止することができるという効果を奏する。

また、請求項９記載の電源装置は、電源電圧が所望の電圧以下である際に、電力供給手段を停止させる構成としたものである。これにより、過剰な電圧低下の防止と過剰電力がない場合の電源装置の消費を抑制することができるという効果を奏する。

また、請求項１０記載の電源装置は、補助供給手段が第二負荷装置に供給する目標電圧を、電力供給手段により第二負荷装置に供給する目標電圧よりも低い電圧とする構成としたものである。これにより、簡単な構成で補助供給手段が電力供給手段よりも給電の優先順を下げることができ。過剰電圧分による電力を優先して利用することができるという効果を奏する。

また、請求項１１記載の電源装置は、補助供給手段の目標電圧は、第二負荷装置が待機状態となる電圧とする構成としたものである。これにより、負荷装置の運転時は電圧源生成手段により供給され、待機時は補助供給手段により供給することができるため、待機電力を低減するための対応をより効果的に行なうことができるという効果を奏する。

また、請求項１２記載の電源装置は、待機状態となる電圧は、第二負荷装置の制御部がスタンバイ状態となる電圧とする構成としたものである。これにより、負荷装置の消費電力をモードに応じて最小化することができるという効果を奏する。

また、請求項１３記載の電源装置は、補助供給手段は、電力供給手段の出力電力が第二負荷装置の必要電力を下回った際にのみ駆動するように構成したものである。これにより、過剰電圧による電力供給を最優先して供給することができるため、補助供給手段の駆動する頻度を下げることができ、より低消費電力化を図ることができるという効果を奏する。

また、請求項１４記載の電源装置は、電力供給手段からの電力を複数の負荷装置の電力源として駆動するように構成したものである。これにより、１台の負荷装置が停止中であっても、変圧器に電流が通電することとなるため、電力供給手段に電力を供給することができるため、より安定した電源を生成することができるという効果を奏する。

また、請求項１５記載の電源装置は、電力供給手段は、整流回路部と、唯一のスイッチング素子とコンデンサによる降圧チョッパ回路を含む構成としたものである。これにより、簡単な構成で過剰電圧分の電力を供給することができるという効果を奏する。

また、請求項１６記載の電源装置は、電力供給手段は、複数のスイッチング素子を有するブリッジ回路とコンデンサを含む構成としたものである。これにより、簡単な構成で過剰電圧分の電力を供給することができるという効果を奏する。

また、請求項１７記載の電源装置は、電力供給手段は、入力電流の力率を調整するように制御する構成としたものである。これにより、負荷装置側の入力電流の力率が悪い場合であっても、電力供給手段にて負荷装置側を含めて力率改善を図ることができるという効果を奏する。

また、請求項１８記載の電源装置は、電力供給手段は、負荷装置の必要電力あるいは必要電圧の脈動に応じて、目標電力あるいは目標電圧を調整するように制御する構成としたものである。これにより、例えば負荷装置がインバータ機器等で入力電圧が常時高電圧である必要がない場合、その必要十分な電圧となるように制御することができるため、より低損失に負荷装置を駆動できると共に、第二負荷装置へ電力供給を行なうことができるという効果を奏する。

また、請求項１９記載の電源装置は、電力供給手段は、第二負荷装置の必要電力を上回る電力が入力された場合、商用電源あるいは分散型電源に回生する回生手段を備える構成としたものである。これにより、電力供給手段の入力電力が過多となった場合に、回生動作することができるため、より省エネルギー化を図ることができるという効果を奏する。

また、請求項２０記載の電源装置は、回生手段は、フルブリッジ回路のインバータで構成したものである。これにより、力率や高調波を抑制した回生電流で商用電源あるいは分散型電源に戻すことができ、電源供給元への影響を抑制することができるという効果を奏する。

また、請求項２１記載の電源装置は、電力供給手段の一部は、フルブリッジ回路の複数のスイッチング素子の一部と共用する構成としたものである。これにより、スイッチング素子数を減らすことができるため、より低コストで構成することができるという効果を奏する。

また、請求項２２記載の電源装置は、三相電源に接続して、不平衡状態を補償するように制御する三相補償手段を備える構成としたものである。これにより、三相電源がアンバランスな状態となった際に、平衡状態へと補償することができ、負荷に安定した電力を供給することができるという効果を奏する。

また、請求項２３記載の電源装置は、単相三線の電源に接続して、各相間のアンバランスを補償するように制御する単相補償手段を備える構成としたものである。これにより、単相三線電源の各相間のアンバランスとなり、片相の過剰電圧発生による負荷による消費の増大、あるいは片相の過少電圧発生による負荷の能力低下を防止することができるという効果を奏する。

また、請求項２４記載の電源装置は、単相三線電源に接続して、各相の電圧が所望の範囲となるように、最小電圧、最大電圧にて制限するように制御するリミット制御手段を備える構成としたものである。これにより、片相の負荷が増大し、アンバランスな状態となった際であっても、各相の電圧を所望の電圧（例えば、９５〜１０７Ｖ）の範囲内にて電力供給を可能とすることができるという効果を奏する。

また、請求項２５記載の電源装置は、負荷装置の電源電圧の変動許容範囲は、第二負荷装置の電源電圧の変動範囲よりも小さくなるように制御する構成としたものである。これにより、安定した電源電圧が必要な負荷装置に対して、商用電源、分散型電源、あるいは蓄電装置からの電源電圧の変動分を抑制し、必要性に応じた電源品質にて給電することができ、変動抑制による過不足電力を許容変動範囲の大きい第二負荷装置側にて消費、あるいは補填することができるという効果を奏する。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１について、図１を参照しながら電源装置１の構成について説明する。図１に示すように、電源装置１は、負荷装置２が商用電源３から受電する受電端３ａの電源電圧を監視する入力電圧監視手段４と、負荷装置２に供給する電源電流を監視する入力電流監視手段５と、電源電圧が所望の電圧よりも高く、電源電流が通電状態にある際に、定格電圧よりも高い、あるいは所望の電圧よりも高い電圧の全部あるいは一部を低下させる電圧源生成手段としての変圧器６と、変圧器６により低下させた電圧の全部あるいは一部から、第二負荷装置７に電力を供給する電力供給手段８を備えている。

つまり、変圧器６は、少なくとも受電端３ａの一方と負荷装置２の一方の端子間に一次巻線を接続し、二次巻線を電力供給手段８に接続するものである。

また、電源電圧が所望の電圧以下である際に、第二負荷装置７に電力を供給する補助供給手段９を備えている。

次に、電力供給手段８の構成について、図２を参照しながら説明する。図２に示すように、電力供給手段８は、二次巻線６ｂの両端を短絡あるいは開放する短絡リレー部８ａと、短絡リレー部８ａと並列に配したコンデンサ８ｂと、二次巻線６ｂに直列に一方を接続したリアクトル８ｃと、リアクトル８ｃの他方を接続したコンバータ部８ｄと、二次巻線６ｂの両端電圧を検出する二次巻線電圧検出部８ｅと、電源電圧と検出した二次巻線６ｂの両端電圧の情報から短絡リレー部８ａとコンバータ部８ｄを制御する制御部８ｆを備えている。コンバータ部８ｄは、スイッチ部８ｇ〜８ｊと平滑コンデンサ８ｋを備えている。

次に制御部８ｆのフローチャートについて、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、制御部８ｆは、入力電流監視手段５より入力電流検出値を入力する。入力した電流検出値が所定の電流値（例えば１Ａ）を超えていた場合、負荷装置２が動作状態にあると判断し、次のステップに移行する。また、所定の電流値を下回っている場合には、負荷装置２は停止状態にあると判断して処理を抜ける。この処理を抜けるステップにより、電力供給手段８は非稼動状態となり、結果的に補助供給手段９から第二負荷装置７への電力供給のみとなる。所定の電流値を上回っている場合の次のステップでは、入力電圧監視手段４により検出した電源電圧の実効値を入力し、所望の電圧値（例えば１００Ｖ）を超えていた場合、消費電力を下げる余地があると判断して、次のステップへ移行する処理を行なう。また、所定の電圧値以下であれば、消費電力の低下余地がないと判断して、電力供給手段８を停止させて、処理を抜ける。同様に、本ステップにより処理を抜けることで、電力供給手段８は非稼動状態となることから、結果的に補助供給手段９から第二負荷装置７への電力供給のみとなる。次に、補助供給手段９は、負荷装置２が動作状態にあれば、第二負荷装置７に供給する電圧は、通常動作する電圧（例えば１２Ｖ）に出力電圧目標値が設定され、動作状態になければ、待機状態に対応する出力電圧目標値（例えば３Ｖ）に設定する。この処理により、負荷装置２が待機状態あるいは動作状態のどちらの状態にあるかに応じて、出力電圧目標値が設定されることとなる。

以上のように、電源装置１は、入力電圧監視手段４と、入力電流監視手段５と、変圧器６と、電力供給手段８と、補助供給手段９を備え、電力供給手段８に備えた制御部８ｆによって、スイッチ部８ｇ〜８ｊを制御し、電力源からの受電電圧の所望の電圧よりも高い電圧部分は、変圧器６により低下させ、低下させた電圧より第二負荷装置７へ供給する電力を生成するため、負荷装置は所望の電圧で駆動することから所定の能力を発揮することができると同時に、第二負荷装置に対しても電源供給することで総合的な電力消費を低減することができる。

なお、負荷装置は単一の負荷として記載したが、複数の負荷装置の電力源として電源装置を駆動する構成であっても良い。

また、入力する電源は、商用電源としたが、太陽電池などの分散型電源や蓄電池システムを電力源であっても良い。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２について、図４を参照しながら電源装置１ｂの構成について説明する。

なお、実施の形態１と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図４に示すように、電源装置１ｂは、電力供給手段８を、負荷装置２の内部に配置しており、負荷装置２の主たる負荷であるメイン負荷装置２Ａへの供給電圧の過剰分を第二負荷装置７としての制御電源７ａに全部あるいは一部の電力を生成、供給するように構成している。

また、補助供給手段９は、電力供給手段８の出力電力が制御電源７の必要電力を下回った際にのみ駆動するようになっている。

以上のように、負荷装置２の内部に電源装置１ｂを備え、入力電圧監視手段４と、入力電流監視手段５と、変圧器６と、電力供給手段８と、補助供給手段９を備え、電力供給手段８に備えた制御部８ｆによって、スイッチ部８ｇ〜８ｊを制御し、電力源からの受電電圧の所望の電圧よりも高い電圧部分は、電圧源生成手段により低下し、低下させた電圧より第二負荷装置へ供給する電力を生成するため、負荷装置は所望の電圧で駆動することから所定の能力を発揮することができると同時に、第二負荷装置に対しても電源供給することで総合的な電力消費を低減することができる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３について、図５を参照しながら電源装置１ｃの構成について説明する。

なお、実施の形態１乃至２と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すように、電源装置１ｃでは、電力供給手段８は、整流回路部８Ｌと、唯一のスイッチング素子８ｍと、コンデンサ８ｎ、およびスイッチング素子８ｍをオンオフ制御するチョッパ制御部８ｏを有する降圧チョッパ回路８ｐを含んだ構成となっている。変圧器６からの交流電力は整流回路部８Ｌにより整流され、スイッチング素子８ｍにより降圧動作を行ない、所望の電圧（例えば１２Ｖ）に降圧して第二負荷装置７に供給することができる。

以上のように、電源装置１ｃでは、電力供給手段８において降圧チョッパ回路８ｐを含む構成としており、変圧器６からの交流電力を整流し、整流後にスイッチング素子８ｍにて適宜降圧動作を行なうことで、第二負荷装置７に供給する供給電圧を制御しつつ、負荷装置２に対して電力供給を行なうことができるため、総合的な電力消費を低減することができる。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４について、図６を参照しながら電源装置１ｄの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜３と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図６に示すように、電源装置１ｄでは、電力供給手段８は、入力電流の力率を調整するように制御する力率制御手段８ｑを備えている。力率調整手段８ｑｐは、入力電流監視手段５により検出した入力電流と、入力電圧監視手段４により検出した入力電圧から負荷装置２による消費電流と第二負荷装置７による消費電流の合算値の目標力率を１として制御する。

図７に、力率制御手段８ｑが動作した際の各部の電圧、電流波形を示す。

図に示すように、負荷装置２は整流回路２ａを介してコンデンサ２ｂ、および抵抗負荷２ｃによる負荷での波形であり、負荷装置２の消費電流は、三次高調波成分を含んだ波形となっている。この負荷に対して、三次高調波を打ち消すように、電源位相に対して同期した第二負荷装置７への電流を斜線部のように制御している。従って、入力電流は、負荷装置２と第二負荷装置７の合算電流値として力率改善が行なうことができる。ここで、負荷装置２の入力電圧は、変圧器６の二次巻線６ｂから第二負荷装置７に対して電流を供給するため、第二負荷装置７への供給する位相の部分において低下している。これにより、負荷装置２に対する電流の導通区間も増加し、力率改善に寄与している。

以上のように、電源装置１ｄでは、電力供給手段８において力率制御手段８ｑを含む構成として、負荷装置２と第二負荷装置７の合算消費電流の目標力率を１として制御することができる。

（実施の形態５）
以下、実施の形態５について、図８を参照しながら電源装置１ｅの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜４と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図８に示すように、電源装置１ｅでは、電力供給手段８は、負荷装置２の必要電力あるいは必要電圧の脈動に応じて、目標電力あるいは目標電圧を調整するように制御する目標調整手段８ｒを備えている。目標調整手段８ｒは、負荷装置２から目標電圧となる電圧信号を入力するか、もしくは、予め負荷装置２の商用電源３の電源位相に応じた瞬時電圧目標値を記憶しておくことで目標値を決定する。負荷装置２に三相モータが接続された場合で、かつ負荷装置２から商用電源３を整流した後の目標電圧信号を入力した場合の動作について、図９を参照しながら説明する。図９に示すように、目標電圧信号は、三相モータの回転周波数に比例する周波数で脈動電圧が決定されている。三相モータに対する印加電圧は三相モータを駆動するインバータ部の損失を低減するため、インバータ部の電圧降下分と三相モータに印加する電圧の加算値とすることが望まれる。従って、入力電圧をその加算値となるように目標電圧を適時低下させることで、インバータ部のスイッチング回数が減少することによるスイッチング損失を低減させることが可能となる。図の場合、通常時の負荷装置２の整流後の電圧と、負荷装置２の整流後の目標電圧の差異である斜線部が目標調整手段８ｒによる電圧調整の目標値となる。

なお、負荷装置２は三相モータを一例として整流後の目標電圧を三相の脈動電圧としたが、その他の負荷を接続して目標電圧が異なる時系列変動電圧であっても良い。

（実施の形態６）
以下、実施の形態６について、図１０を参照しながら電源装置１ｆの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜５と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、電源装置１ｆでは、電力供給手段８は、第二負荷装置７の必要電力を上回る電力が入力された場合、商用電源３に回生する回生手段１０を備えている。回生手段１０は、スイッチング素子１０ａ〜１０ｄと、スイッチング素子１０ａ〜１０ｄを制御するインバータ制御部１０ｅとフィルタ部１０ｆと平滑コンデンサ８ｋの電圧を検出する電圧検出部１０ｇで構成している。変圧器６の二次巻線６ｂからの電力が第二負荷装置７の必要電力よりも大きい場合、平滑コンデンサ８ｋの電圧が上昇する。電圧検出部１０ｇで平滑コンデンサ８ｋの電圧を検出し、平滑コンデンサ８ｋの電圧が上昇した際に、平滑コンデンサ８ｋの電圧が所定の電圧を超えないように、インバータ制御部１０ｅはスイッチング素子１０ａ〜１０ｄをスイッチングさせ、フィルタ部１０ｆを介して商用電源３へ回生する。また、電力供給手段８により、平滑コンデンサ８ｋの電圧は、高電圧となるため、第二負荷装置７の供給必要電圧の高低に応じて昇電圧、あるいは降電圧する昇降圧部８ｓを備えている。

以上のように、変圧器６の二次巻線６ｂからの電力は、第二負荷装置７への供給を優先し、その余剰分を回生手段１０により商用電源３へ回生することができることとなる。

なお、第二負荷装置７への電力供給は、昇降圧部８ｓと補助供給手段９から供給するとしたが、昇降圧部８ｓのみによる電力供給としても良い。

また、電力供給手段８、回生手段１０の安定性向上のために補助供給手段９のみによる電力供給としても良い。

また、昇降圧部８ｓと補助供給手段９のうち、状況に応じて何れか低損失に供給が可能な電力供給を優先するとしても良い。

（実施の形態７）
以下、実施の形態７について、図１１を参照しながら電源装置１ｇの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜６と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、電源装置１ｇでは、電力供給手段８のスイッチング素子８ｇ、８ｈを、スイッチング素子１０ｃ、１０ｄと共用するように構成しており、回生手段１０のスイッチング素子１０ａ、１０ｂは、スイッチング素子８ｇ、８ｈのスイッチングパターンに応じて、平滑コンデンサ８ｋの電圧上昇を抑制しつつ、商用電源３に対して回生電流が流れるように、ハーフブリッジ制御部１０ｈにて制御する。スイッチング素子１０ａ、１０ｂの変調率とスイッチング素子８ｇ〜８ｊの変調率の相関について、図１２に示す。図１２に示すように、スイッチング素子８ｇ、８ｈは、負荷装置２の供給電圧を所望の電圧となるように、変圧器６の二次巻線６ｂの電圧を制御する。従って、スイッチング素子１０ａ、１０ｂは、変圧器６の二次巻線６ｂの電圧制御にて変調率が決定されることから、図示したように、商用電源３に回生電流が流れるように、補完的に制御することとなる。ここで、図中のＶｄｃは、平滑コンデンサ８ｋの電圧を示している。

以上のように、スイッチング素子１０ｃ、１０ｄをスイッチング素子８ｇ、８ｈと共用するように構成した場合であっても、変圧器６の二次巻線６ｂからの電力は、第二負荷装置７への供給を優先し、その余剰分を回生手段１０により商用電源３へ回生することができることとなる。

なお、スイッチング素子８ｇ、８ｈの変調率は、スイッチング素子８ｉ、８ｊの変調率と５０％デューティを中心に対象な変調率としたが、図１３に示すように、スイッチング素子８ｇ、８ｈの変調率を０％近傍まで有効に活用して、二次巻線６ｂの電圧を制御するためにスイッチング素子８ｉ、８ｊの変調率に加算、あるいは減算し、スイッチング素子１０ａ、１０ｂの可変範囲を拡大する構成としても良い。

（実施の形態８）
以下、実施の形態８について、図１４を参照しながら電源装置１ｈの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜７と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１４に示すように、電源装置１ｈでは、電源は直流電源１１であり、直流電力を交流電力に変換する変換手段としての電源インバータ１２を備えている。電源インバータ１２は直流電源１１からの直流電力を交流電力に変換して負荷装置２に供給する。この際に、電源インバータ１２から変圧器６を介して他の負荷装置２Ｂが接続され、必要な電圧帯が異なる場合など、過剰な電圧供給があった場合は、対象となる負荷装置２Ｂに対して過剰な電圧を変換して供給し、その余剰電力分は、変圧器６、電力供給手段８、補助供給手段９を介して、第二負荷装置７に供給することができる。

本実施の形態の場合、受電端３ａは、電源インバータ１２の出力端になる。

以上のように、電力源が交流電源ではなく、直流電源であっても変換手段を介して電力を有効に活用することができることとなる。

なお、直流電力を交流電力に変換する変換手段として、電源インバータ１２を利用したが、直流電力を交流電力に変換するその他の手段（例えば、一旦、運動エネルギーへの変換する方法として、直流電力で回転機を駆動し、駆動した回転機の回転エネルギーから交流電力を取り出す手段など）としても良い。

（実施の形態９）
以下、実施の形態９について、図１５を参照しながら電源装置１ｉの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜８と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１５に示すように、電源装置１ｉは三相電源１２ａに接続して、不平衡状態を補償するように制御する三相補償手段１３を備えている。図に示すように、三相補償手段１３は、三相電源１２ａの各相に対応するように、３アーム構成のフルブリッジコンバータ１３ａと、フルブリッジコンバータ１３ａにより変換された直流電力を平滑化するコンデンサ１３ｂと、直流電力を交流に変換するフルブリッジインバータ１３ｃと、フルブリッジコンバータ１３ａとフルブリッジインバータ１３ｃを制御する補償制御部１３ｄを備えている。フルブリッジコンバータ１３ａは、三相電源１２ａからの入力に対して、適宜スイッチングさせて、各相の相電流実効値が平衡状態となるように補償制御部１３ｄにより制御する。フルブリッジインバータ１３ｃから見た負荷が一定であれば、フルブリッジインバータ１３ｃは定電圧を出力し、かつフルブリッジコンバータ１３ａは、力率１となるように三相電源１２ａから電力を入力することとなる。また、フルブリッジインバータ１３ｃから見た負荷が一定でない場合は、フルブリッジコンバータ１３ａは、力率１となるように三相電源１２ａから電力を入力し、フルブリッジインバータ１３ｃは、必要な瞬時電力を供給する。その際、電力の入力と出力に差異が生じるが、コンデンサ１３ｂにより電力の差異を吸収させ、リプル電圧を持たせることとなる。従って、そのリプル電圧をフィードバックして、フルブリッジインバータ１３ｃの変調率を適時設定することで、出力電圧を安定化する。また、三相電源１２ａの電圧アンバランスによる電源周波数に起因する揺らぎについては、フルブリッジインバータ１３ｃの変調補正と負荷側に接続した変圧器６と電力供給手段８により補償する。

本実施の形態の場合、受電端３ａは、フルブリッジインバータ１３ｃの出力端になる。

以上のように、電力源が三相電源の場合、不平衡状態を補償することができる機能を実現することができることとなる。

なお、三相電源の不平衡状態を補償する三相補償手段１３はフルブリッジコンバータ１３ａと、フルブリッジコンバータ１３ａとフルブリッジインバータ１３ｃを制御する補償制御部１３ｄを備えた構成としたが、三相電源から直流電力に変換せず、直接単相電源に変換し、変圧器６と電力供給手段８により、瞬時電圧制御を行なう構成としても良い。

（実施の形態１０）
以下、実施の形態１０について、図１６を参照しながら電源装置１ｊの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜９と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１６に示すように、電源装置１ｊは、単相三線電源１４に接続して、各相間のアンバランスを補償するように制御する単相補償手段１５と、各相の電圧が所望の範囲となるように、最小電圧、最大電圧にて制限するように制御するリミット制御手段１６としての相電圧検出部１６ａと相電圧制限部１６ｂを備えている。図中に示すように、Ｒ相とＳ相の相間にアンバランスがあり、Ｒ相電圧がＳ相電圧に対して低電圧（例えば、Ｒ相電圧が最小電圧設定値９７Ｖを下回る９５Ｖ、Ｓ相電圧が１０１Ｖ）となった場合、相電圧検出部１６ａにより、そのＲ相、Ｓ相の各相の電圧値を検出し、相電圧制限部１６ｂに入力する。相電圧制限部１６ｂは、入力した各相の電圧値が、最大、最小電圧の範囲（例えば、最大１０５Ｖ、最小９７Ｖ）と比較して、逸脱する電圧であれば、何れの相が逸脱しているか、最大、最小の何れを超える値となったかを単相補償制御部１５ｄに出力する。この場合、相電圧制限部１６ｂは、単相補償制御部１５ｄに対して、Ｒ相が最小電圧を下回ることを出力する。単相補償制御部１５ｄは、Ｒ相が最小電圧を下回る状態から復帰させるため、Ｒ相に対応するフルブリッジコンバータ１５ａの内の２つの対象アームの変調率を低下させ、Ｒ相からの入力電流を低下させる。一方、Ｓ相側は、Ｒ相側からの入力電流低下分を補うため、変調率を上げて、Ｓ相側からの入力電流を増加させる。フルブリッジコンバータ１５ａは３アーム構成としているため、共通アームに相当するアームに対する偏差として、共通アーム以外に相当するアームの変調率を制御することで、各相の電流の増減を制御することができる。フルブリッジインバータ１５ｃは、フルブリッジインバータ１３ｃと同様に制御することで、負荷側への電源供給が可能となる。

本実施の形態の場合、受電端３ａは、フルブリッジインバータ１５ｃの出力端になる。

以上のように、単相三線電源１４に接続して、各相のアンバランスが発生した際に、適宜フルブリッジコンバータ１５ａの変調制御を行なうことで、相間の電流バランスを補償制御することができることとなる。

（実施の形態１１）
以下、実施の形態１１について、図１７を参照しながら電源装置１ｋの構成について説明する。

なお、実施の形態１〜１０と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１７に示すように、電源装置１ｋは、負荷装置２の電源電圧の変動許容範囲は、第二負荷装置７の電源電圧の変動範囲よりも小さくするように制御する安定化優先手段１７としての優先負荷電圧検出手段１７ａと負荷電圧優先制御部１７ｂを備えている。図において、優先する負荷は負荷装置２であり、変動許容範囲は第二負荷装置７の変動範囲よりも小さい電圧（例えば１Ｖ以下）としている。電力供給手段８は、優先負荷である負荷装置２の電圧を優先負荷電圧検出手段１７ａにて検出し、検出した電圧の瞬時値から変圧器６を介して電圧を安定化する。しかし、商用電源３の電圧が負荷装置２の制御目標電圧よりも低い場合は、変圧器６による降圧では逆作用となる。このため、回生手段１０を双方向コンバータとして力行運転させ、商用電源３から電力を入力する。入力した電力は、電力供給手段８により、変圧器６の二次巻線６ｂから補助供給して、負荷装置２に対して商用電源３よりも昇電圧して供給する。この制御により、優先負荷である負荷装置２に対する供給電圧は安定化することができる。その際、負荷装置２の瞬時的な必要電力の変動があった場合の過渡状態における電圧リプルは、優先順位が低く、許容変動範囲が大きい第二負荷装置７にて吸収することができる。

以上のように、負荷装置２の電源電圧の変動許容範囲が第二負荷装置７の変動許容範囲よりも小さく制御することができ、負荷全体として電圧制御精度の高低に応じた電源供給を行なうことができることとなる。

なお、第二負荷装置７への電力供給は、昇降圧部８ｓと補助供給手段９から供給するとしたが、昇降圧部８ｓのみによる電力供給としても良い。

また、電力供給手段８、回生手段１０の安定性向上のために補助供給手段９のみによる電力供給としても良い。

また、昇降圧部８ｓと補助供給手段９のうち、状況に応じて何れか低損失に供給が可能な電力供給を優先するとしても良い。

本発明にかかる電源装置は、商用電源、分散型電源あるいは蓄電装置から受電する電源電圧を監視する入力電圧監視手段と、電源電圧が所望の電圧よりも高い際に、定格電圧よりも高い、あるいは所望の電圧よりも高い電圧の全部あるいは一部を低下させる電圧源生成手段と、電圧源生成手段により低下させた電圧の全部あるいは一部から、第二負荷装置に電力を供給する電力供給手段を備えた構成にして、負荷装置は所望の電圧で駆動することから所定の能力を発揮することができると同時に、第二負荷装置に対しても負荷装置への電源電圧の余剰部分を活用するため、一般にいわれる待機電力の削減のみならず、運転電力を低減することができ有用である。

１、１ｂ〜１ｋ 電源装置
２、２Ｂ 負荷装置
２Ａ メイン負荷装置
２ａ 整流回路
２ｂ コンデンサ
２ｃ 抵抗負荷
３ 商用電源
３ａ 受電端
４ 入力電圧監視手段
５ 入力電流監視手段
６ 変圧器
６ａ 一次巻線
６ｂ 二次巻線
７ 第二負荷装置
８ 電力供給手段
８ａ 短絡リレー部
８ｂ、８ｎ コンデンサ
８ｃ リアクトル
８ｄ コンバータ部
８ｅ 二次巻線電圧検出部
８ｆ 制御部
８ｇ〜８ｊ スイッチ部
８ｋ 平滑コンデンサ
８Ｌ 整流回路部
８ｍ スイッチング素子
８ｏ チョッパ制御部
８ｐ 降圧チョッパ回路
８ｑ 力率制御手段
８ｒ 目標調整手段
８ｓ 昇降圧部
９ 補助供給手段
１０ 回生手段
１０ａ〜１０ｄ スイッチング素子
１０ｅ インバータ制御部
１０ｆ フィルタ部
１０ｇ 電圧検出部
１１ 直流電源
１２ 電源インバータ
１３ 三相補償手段
１３ａ フルブリッジコンバータ
１３ｂ コンデンサ
１３ｃ フルブリッジインバータ
１３ｄ 補償制御部
１４ 単相三線電源
１５ 単相補償手段
１５ａ フルブリッジコンバータ
１５ｂ コンデンサ
１５ｃ フルブリッジインバータ
１５ｄ 単相補償制御部
１６ リミット制御手段
１６ａ 相電圧検出部
１６ｂ 相電圧制限部
１７ 安定化優先手段
１７ａ 優先負荷電圧検出手段
１７ｂ 負荷電圧優先制御部

Claims (25)

1. 負荷装置に供給する電源装置であって、商用電源、分散型電源あるいは蓄電装置から受電する受電端の電源電圧を監視する入力電圧監視手段と、
   負荷装置に供給する電源電流を監視する入力電流監視手段と、
   前記電源電圧の少なくとも一部を低下させる電圧源生成手段と、
   前記電圧源生成手段により低下させた電圧の全部あるいは一部から、第二負荷装置に電力を供給する電力供給手段を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 電圧源生成手段は、受電端の一方と負荷装置の一方の端子間に一次巻線を接続し、二次巻線を電力供給手段に接続する変圧器であることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 電源は、交流入力であることを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
4. 電源は直流電力であり、直流電力を交流電力に変換する変換手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
5. 電力供給手段は、負荷装置の内部に配置し、前記負荷装置の電源の全部あるいは一部の電力を生成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の電源装置。
6. 第二負荷装置は、負荷装置の制御電源であることを特徴とする請求項５記載の電源装置。
7. 電力供給手段は、負荷装置の外部に配置し、任意の第二負荷装置の電源の全部あるいは一部の電力を生成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の電源装置。
8. 電源電圧が所望の電圧以下である際に、第二負荷装置に電力を供給する補助供給手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の電源装置。
9. 電源電圧が所望の電圧以下である際に、電力供給手段を停止させることを特徴とする請求項８の何れか一つに記載の電源装置。
10. 補助供給手段が第二負荷装置に供給する目標電圧を、電力供給手段により第二負荷装置に供給する目標電圧よりも低い電圧としたことを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載の電源装置。
11. 補助供給手段の目標電圧は、第二負荷装置が待機状態となる電圧とすることを特徴とする請求項１０記載の電源装置。
12. 待機状態となる電圧は、第二負荷装置の制御部がスタンバイ状態となる電圧であることを特徴とする請求項１１記載の電源装置。
13. 補助供給手段は、電力供給手段の出力電力が第二負荷装置の必要電力を下回った際にのみ駆動するようにしたことを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載の電源装置。
14. 電力供給手段からの電力を複数の負荷装置の電力源として駆動することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一つに記載の電源装置。
15. 電力供給手段は、整流回路部と、唯一のスイッチング素子とコンデンサによる降圧チョッパ回路を含むことを特徴とする請求項１〜１４の何れか一つに記載の電源装置。
16. 電力供給手段は、複数のスイッチング素子を有するブリッジ回路とコンデンサを含むことを特徴とする請求項１〜１４の何れか一つに記載の電源装置。
17. 電力供給手段は、入力電流の力率を調整するように制御することを特徴とする請求項１〜１６の何れか一つに記載の電源装置。
18. 電力供給手段は、負荷装置の必要電力あるいは必要電圧の脈動に応じて、目標電力あるいは目標電圧を調整するように制御することを特徴とする請求項１〜１７の何れか一つに記載の電源装置。
19. 電力供給手段は、第二負荷装置の必要電力を上回る電力が入力された場合、商用電源あるいは分散型電源に回生する回生手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１８の何れか一つに記載の電源装置。
20. 回生手段は、フルブリッジ回路のインバータであることを特徴とする請求項１９記載の電源装置。
21. 電力供給手段の一部は、フルブリッジ回路の複数のスイッチング素子の一部と共用することを特徴とする請求項２０記載の電源装置。
22. 三相電源に接続して、不平衡状態を補償するように制御する三相補償手段を備えたことを特徴とする請求項１〜２１の何れか一つに記載の電源装置。
23. 単相三線の電源に接続して、各相間のアンバランスを補償するように制御する単相補償手段を備えたことを特徴とする請求項１〜２１の何れか一つに記載の電源装置。
24. 単相三線電源に接続して、各相の電圧が所望の範囲となるように、最小電圧、最大電圧にて制限するように制御するリミット制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜２１または２３の何れか一つに記載の電源装置。
25. 負荷装置の電源電圧の変動許容範囲は、第二負荷装置の電源電圧の変動範囲よりも小さいことを特徴とする請求項１〜２４の何れか一つに記載の電源装置。

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