JP2530756B2 - 電圧可変電源装置 - Google Patents

電圧可変電源装置

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JP2530756B2
JP2530756B2 JP2407092A JP40709290A JP2530756B2 JP 2530756 B2 JP2530756 B2 JP 2530756B2 JP 2407092 A JP2407092 A JP 2407092A JP 40709290 A JP40709290 A JP 40709290A JP 2530756 B2 JP2530756 B2 JP 2530756B2
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  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電圧可変電源装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】変流器や多数の電力量計を試験するため
には、その試験電流の範囲が広く(定格の120%〜
2.5%)、試験電源の調整にはタップ付変圧器による
粗調整とすべり変圧器による微調整とが用いられてき
た。
【0003】図6はその回路構成を示すものである。こ
の図において、1はタップ付変圧器、Tはそのタップ、
Sは各タップTに接続されたスイッチであり、タップT
は並列に結ばれ、それらタップT,T,…のスイッチS
を選択的にオン状態とし、これにより対応するタップT
に応じた値の2次電圧を得るもので、スイッチS,S,
…の選択制御により間欠的に2次電圧を可変とされてい
るものである。
【0004】2はすべり変圧器、3はサーボモータであ
り、タップ付変圧器1の2次電圧は、このすべり変圧器
2の1次巻線に印加され、その2次電圧は2次巻線のす
べり接触子がサーボモータ3で駆動されることにより連
続的に可変となっているものである。
【0005】この構成により、出力電圧Vout は、スイ
ッチSのオン/オフ制御でその粗調整が、サーボモータ
3の駆動制御でその微調整が、それぞれなされるもので
ある。
【0006】しかし、この種の電圧可変電源装置の場
合、その電圧可変制御がスイッチSの開閉やサーボモー
タ3によるすべり接触子の駆動のように機械的接点によ
る制御であるために、制御スピードが遅くなり、また制
御系の回路構成も複雑で、寿命の点からも静止化にする
のが望ましい。
【0007】また、機械的接点制御によらず電気的な制
御で電圧可変が可能な装置としてはリニア電力増幅器が
既に広範囲で普及されてはいるが、その数KVAものと
しては、発熱を生じ、その冷却のためのファン等を駆動
することが必要なこともあって、効率が悪く、また装置
が大型化する。
【0008】このような背景から、電圧の可変制御がも
っぱら電気的になされ、しかも効率の良い装置として、
インバータ電源が考えられた。図7はこのインバータ電
源の回路構成を示すものである。この図において、4〜
7はスイッチトランジスタであり、図8(a)、(b)
に示すように、トランジスタ4,5およびトランジスタ
6,7の各組が交互にオン/オフ制御されることによ
り、電流i1 ,i2 を交互に流し、図8(c)に示すよ
うな電圧信号v0 を得る。8はフィルタ回路であり、こ
のフィルタ回路8により電圧信号v0 から高調波成分を
取除き正弦波を得るようになっている。この構成によれ
ば、トランジスタのスイッチがオンの時は電圧が数
〔V〕以下であり、オフのときは電流は零であることか
ら、いずれにしても消費電力は小さいという利点があ
る。
【0009】しかし、これだけの構成では、信号v0 が
多くの高調波を含むことから、低歪率化をするために選
択度の高いフィルタを用いなければならず、フィルタ回
路だけ大規模化してしまう。そこで、図9に示すよう
に、正弦波より高い変調周波数Cでコンパレータする変
調回路より、正弦波の瞬時値に対応したパルス幅の変調
波信号C′,C″を得て、その信号でインバータを駆動
し、ローパスフィルタで復調し基本波を得ているパルス
幅変調方式のインバータ電源が考えられた。この場合、
低次の高調波成分が小さいため、その分、大規模なフィ
ルタを用いなくとも歪みの少ない綺麗な正弦波が得られ
ることとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、出力電圧は基
準信号のレベルを変えることで調整できるが、出力電圧
が小さくなるとスイッチングしたパルスの高さが一定で
あるために基本波に対して相対的に高調波成分が大きく
なる。このため、基準信号を変えて出力電圧を調整する
のは、出力電圧を一定の歪率で動作させることができな
くなり、試験用電源としては使用できない。
【0011】なお、出力電圧が小さいときでも、出力波
形の歪を小さくするには、スイッチング素子に供給して
いる直流電圧を制御すればよいが、直流電圧等を制御す
ると効率が悪くなり回路も複雑になる。
【0012】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、パルス幅変調方式
のインバータ電源回路を用いて一定の歪率で効率良く出
力電圧を可変し、さらに出力電圧の位相角を任意に調整
することができるようにした電圧可変電源装置を提供す
ることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の電圧可変電源装
置は、パルス幅変調方式の二つのインバータ電源回路
と、これら二つのインバータ電源回路の出力についてベ
クトル合成し出力電圧とする変圧器と、その二つのイン
バータ回路電源回路からの出力位相を制御する位相制御
回路とを備えている。
【0014】そして、この位相制御回路が二つのインバ
ータ電源回路からの出力同士が基準信号位相に対する所
定の位相角を境に遅れ進み対称となるようにそれら二つ
のインバータ電源回路の出力位相を制御するようになっ
ている。
【0015】
【作用】二つのインバータ電源回路からの出力について
ベクトル和を取り合成すると、両者の位相差に応じて所
定のレベルの電圧信号が得られる。よって、二つのイン
バータ電源回路の出力位相を制御すれば、出力電圧を可
変することができる。
【0016】本発明によれば、二つのインバータ電源回
路の出力位相を制御し、両インバータ電源回路出力をベ
クトル合成し、所定のレベルの電圧を得るようにしてい
る。
【0017】そして、その出力位相の制御を二つのイン
バータ電源回路からの出力同士が基準信号位相に対する
所定の位相角を境に遅れ進み対称となるように行うた
め、合成された電圧信号の基準信号に対する位相角を一
定にした状態で出力電圧をリニアに変化させることがで
きる。
【0018】また、上記所定の位相角もインバータ電源
回路の出力位相を変えることによって、変更できること
から、出力電圧の基準信号に対する位相角を任意に制御
することが可能となる。
【0019】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図1は本発明の第1実施例に係る電圧可
変電源装置の回路構成を示すものである。図1におい
て、11,12はパルス幅変調方式のインバータ電源回
路、13,14は変圧器である。インバータ回路11の
出力は変圧器13の1次巻線に印加され、インバータ回
路12の出力は変圧器14の1次巻線に印加される。こ
れら変圧器13,14の2次巻線は直列に接続され、そ
の直列回路の両端が出力端子とされており、インバータ
電源回路11,12の出力電圧V1 ,V2 は変圧器1
3,14によりベクトル和が取られて合成され、その合
成電圧が出力電圧V3 として出力されるようになってい
る。
【0020】インバータ回路11,12は外部同期可能
なものであり、15はそれらの出力位相角を制御する位
相制御回路である。ここで、各インバータ電源回路1
1,12の出力電圧V1,V2の位相角をθ1,θ2と
したとき、出力電圧V3は、 V3=V1cosθ1+V2cosθ2となる。 位相制御回路15は、それら二つのインバータ電源回路
11,12の出力位相θ1,θ2を制御するものであ
る。ここで、この位相制御回路15の簡単な例としては
図3に示すようなものが考えられる。このものは基準信
号Vを入力とし、これを時定数回路16の時定数に応じ
て移相するものである。例えば、インバータ電源回路1
1の出力電圧V1の位相は基準信号Vと一致させたまま
にし、他方のインバータ電源回路12の出力位相を制御
する場合、この図3に示すような移相回路一つで実現で
きる。
【0021】このようにθ1 を制御することにより、図
4に示すようにV3 の値を変化させることができること
となる。
【0022】ただし、このものは、出力電圧V3 の位相
角は電圧値の変化に伴って変化することから、出力電圧
信号V3 の位相が変化しても差支えない場合はよいが、
電力量計試験用の電源とするような場合は次のような制
御が必要になる。
【0023】その制御は、図2に示すように二つのイン
バータ電源回路11,12からの出力V1 ,V2 が基準
信号Vの位相に対する所定の位相角θ3 を境に遅れ進み
対称となるように行われるようになっている。具体的に
は、この位相制御回路15には基準信号Vが入力され、
位相制御回路15はこの基準信号Vを(θ3 −θ1 )お
よび(θ3 −(−θ2 ))の2種に異ならせて各インバ
ータ電源回路11,12に与えるようにする。
【0024】これにより、図2に示すように、合成され
た電圧信号の基準信号に対する位相角θ3 を一定にした
状態で出力電圧V3 をリニアに変化させることができる
こととなる。
【0025】換言すれば、インバータ電源回路11,1
2の出力位相を変えることにより、出力電圧の基準信号
に対する位相角θ3 を任意に制御することが可能とな
る。
【0026】ここで、電力量計試験用の電源にするため
には、電圧発生器と電流発生器との両者の位相を制御す
る必要がある。電圧回路は定格電圧のみでよいが、電流
回路電圧に対する位相とその大きさを制御しなければな
らない。例えば、遅れ力率0.5の電流120〔A〕、
負荷インピーダンス1.0オームを制御する場合、合成
電圧が120〔V〕になればよく、位相角を53.13
(θ1 =θ2 )にすればよく、力率は、基準信号Vに対
してV1 の位相角を60−53.13°=6.87°だ
け遅らせ、V2 は60+53.13°=113.13°
遅らせ、合成電圧120〔V〕、力率0.5を設定する
ことができる。
【0027】このように、出力電圧V3 の大きさの制御
と、基準電圧Vに対する位相角θ3 をインバータ電源回
路11,12の出力位相角だけで制御することができる
こととなる。
【0028】図5は本発明の第2実施例の回路構成を示
すもので、その特徴とするところは、上記二つのインバ
ータ電源回路21,22の出力をその差を取って合成す
るように構成し、合成用変圧器23が1台で済むように
したものである。この場合であっても、位相制御回路2
4の位相制御は上記位相制御回路15と同じ制御を行う
ことで、上記のような作用効果を発揮するものである。
【0029】なお、本発明では二つのインバータ電源を
使用するが、その出力電圧を合成して利用することか
ら、各出力共に有効に利用できるとともに、出力電圧が
小さくても電力的には常に定格出力容量が取れるもので
ある。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、二
つのインバータ電源回路の出力位相を制御し、両インバ
ータ電源回路出力をベクトル合成し、所定のレベルの電
圧を得るようにしている。
【0031】そして、その出力位相の制御を二つのイン
バータ電源回路からの出力同士が基準信号位相に対する
所定の位相角を境に遅れ進み対称となるように行うた
め、合成された電圧信号の基準信号に対する位相角を一
定にした状態で出力電圧をリニアに変化させることがで
きる。
【0032】また、上記所定の位相角もインバータ電源
回路の出力位相を変えることによって、変更できること
から、出力電圧の基準信号に対する位相角を任意に制御
することが可能となる。
【0033】総じて、各種試験用電源として低損失かつ
小型で安価な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る電圧可変電源装置の
回路図。
【図2】図1に示す電圧可変電源装置のより好適な位相
制御の概念を説明するためのベクトル線図。
【図3】図1に示す電圧可変電源装置の位相制御回路と
して適用可能な簡単な移送回路の一例を示す回路図。
【図4】図3に示す移送回路を一つ用いた場合の位相制
御の概念を説明するためのベクトル線図。
【図5】本発明の第2実施例に係る電圧可変電源装置の
回路図。
【図6】従来の機械的接点制御による電圧可変電源装置
の回路図。
【図7】従来のスイッチングインバータ電源からなる電
圧可変電源装置の回路図。
【図8】図7に示す電圧可変電源装置のインバータ部の
簡単な動作を説明するタイムチャート図。
【図9】図7に示す電圧可変電源装置のインバータ部の
パルス幅制御方式による動作を説明するタイムチャート
図。
【符号の説明】
11 インバータ電源回路 12 インバータ電源回路 13 ベクトル合成用変圧器 14 ベクトル合成用変圧器 15 位相制御回路 21 インバータ電源回路 22 インバータ電源回路 23 ベクトル合成用変圧器 24 位相制御回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パルス幅変調方式の二つのインバータ電源
    回路と、 該二つのインバータ電源回路の出力についてベクトル合
    成し出力電圧とする変圧器と、 前記二つのインバータ電源回路からの出力同士が基準信
    号位相に対する所定の位相角を境に遅れ進み対称となる
    ように該二つのインバータ電源回路の出力位相を制御す
    る位相制御回路とを備えている電圧可変電源装置。
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