JP2912996B2

JP2912996B2 - 節電装置における制御回路

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Publication number: JP2912996B2
Application number: JP7747796A
Authority: JP
Inventors: 仁士平野
Original assignee: RAIFU DENSHI HANBAI KK; RIMUSHISU KK
Current assignee: RAIFU DENSHI HANBAI KK; RIMUSHISU KK
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09269842A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】タップの切り替え手法による
節電装置の作動における各種誤動作を防止するための制
御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の供給電源は、一般に、その電圧値
に変動幅を持っており（例、１０１Ｖ±６Ｖ）、よって
電気機器はこの様な変動に対応できるように入力電圧値
に許容幅（例、１００Ｖ±１０Ｖ）を設けているのが通
常である。従って、供給する電圧の変動をなくし安定し
た定電圧にすれば、許容幅の下限値寄りに電圧を低下さ
せても正常な作動が保障され、しかも電圧の低下に対応
して消費電力の節約が可能となる。

【０００３】この様な節電装置の一つに、図２に例示す
る回路による装置がある。これは巻比がＴ₁：Ｔ₂のトラ
ンス３を用いた節電装置であり、トランスの一次側巻線
４と、二次側巻線６とを直列回路に配し、この回路に入
力電源Ｖ_iを供給する際に、二次側巻線の両端の端子間
から所望の電圧値に変換された出力電圧Ｖ_oを得る事が
できる。この場合、入力電圧Ｖ_iと出力電圧Ｖ_oとの間に
次の関係が成立する。Ｖ_o＝Ｖ_i・Ｔ₂／（Ｔ₂＋Ｔ₁）なお、一般には９５Ｖの出力電圧に設定することが多く
みられる。

【０００４】しかし入力電圧Ｖ_iにはある程度の変動が
あり、よってこの変動に影響されずに一定の出力電圧を
得るためには、図３に示す様な節電装置１が用いられて
いる。これは先の図２に示した回路と基本的に同じなが
ら、二次側巻線６に切り替え可能なタップ７を設けたも
のである。そして、タップを切り替える事により巻線比
（Ｔ₁：Ｔ₂）を適宜に変えれば、これにより所望の出力
電圧を得る事ができる。具体的には、変換後の出力電圧
を監視し、入力電圧の変動にともなって出力電圧Ｖ_oに
変動がおこれば、この電圧を所定の出力電圧に修正変換
できるタップに、スイッチ・コントローラーにより選択
的に切り替え制御することにより所定の出力電圧を維持
しているのである。

【０００５】またこの節電装置には、一次側巻線４と二
次側巻線６の間に遮断スイッチ５が設けてあり、節電装
置に故障などがあった場合には、手動で二次側巻線６が
切り離せる様になっており、この場合は入力電圧Ｖ_iが
そのまま出力電圧Ｖ_oとなる。またさらに負荷Ｚ側にシ
ョート等による過電流が流れた場合や、この節電装置に
不具合があった場合には、短絡スイッチ２を接続して、
一次側巻線４に並列に設けた短絡回路を継ぐことにより
一次側巻線４をも切り離す事ができ、この様に迂回せる
ことにより過電流事故などを防いでいる。

【０００６】なおこの様な節電装置は上記の回路例に限
るものではなく、例えば図４に示す様な回路であって
も、同様に機能することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この様な節電
装置は、スイッチ部分の誤動作、故障などにより、２つ
のタップが短絡した状態のままになってしまうことがあ
る。この様にタップ間が短絡すると、図５に示す様に短
絡電流Ｉ₃が流れる事となり、この短絡電流に対応した
電力が消費されてしまう。そのため出力電力は一定で
も、短絡回路で消費される電力分だけ入力電流が増加し
てしまう問題があった。

【０００８】また逆に、全てのタップスイッチが開いた
状態になってしまうことがあり、この際には、二次側巻
線に電流が流れず、よって一次側巻線も電流が流れない
ので出力電圧が０Ｖとなって停電状態となってしまう。
この様な場合は手動或は自動の各種方法でいずれかのタ
ップスイッチを接続させ停電状態から復旧させるが、こ
の際、停電にともないスイッチの接点間には高電圧がか
かっているので放電、溶解など各種の接点不良を起こす
ことがある。

【０００９】また出力電圧を所定の電圧値に変換してい
る場合に、入力電圧が予定した下限電圧値よりも下がり
過ぎることがあり、よってこの様なときにはいずれのタ
ップを選択しても所定の出力電圧を維持できない場合が
ある。

【００１０】さらに負荷側の電気機器などにおいて多量
の電流消費がなされる場合があり、またショート事故な
どによる大量電流が流れる場合がある。この様なときに
は、一次側巻線が過熱する不具合が生じ、また過熱によ
り一次側巻線に電気抵抗が生じるため一次側巻線に電圧
がかかり、それだけ出力電圧が低下する不具合も副次的
に生じている。

【００１１】以上の問題を鑑み、本発明の目的とすると
ころは、誤動作などによるタップ間に短絡がおきても、
或は全タップが開放されて停電状態が発生する場合で
も、これらを自動的に検知して安全な対応を自動的に行
い、また入力電圧が予定外に降下し、よって出力電圧の
維持が出来ない場合でも、この様なことを自動的に検知
し入力電圧を無変換で出力電圧とするので定電圧の維持
ができ、また負荷側に異常な電力消費があってもトラン
スを迂回して電流を流して過電流によるトランスなどの
故障や事故が防げる、節電装置における制御回路を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
め、本発明では以下の手段を採用した。タップ間で短絡
を生じる問題に対しては、タップ間短絡によりトランス
が発する放熱に着目し、トランスの温度が一定値を越し
て上昇した時点でタップ間に短絡が発生したとみなす事
とした。またタップ間に短絡電流が流れる事により、正
常時の電流より著しく大きな電流が流れるので、これを
検知することによりタップ間に短絡が発生したとみなす
事とした。この様にして得た過熱信号、または異常電流
信号によりスイッチ・コントローラーが遮断スイッチを
開放させ、これにより二次側巻線の電流を遮断した。

【００１３】また全てのタップスイッチが開く問題に対
しては、一次側巻線にかかる電圧又は二次側巻線に誘起
された電圧が高電圧となることに着目し、これにより事
故に対処することとした。例えば入力電圧が１００Ｖの
節電装置が正常な作動状態であれば、一次側巻線にかか
る最大電圧Ｖ₁は１０Ｖ程度となり、また二次側巻線の
両端にかかる最大電圧Ｖ₂は出力電圧と同じなため１０
０Ｖ弱程度となる。これに対して、タップスイッチの全
てが開放すると、一次側巻線には入力電圧１００Ｖがす
べてかかり、さらにこの１００Ｖを巻比に対応させた高
電圧が二次側巻線にかかる事となり、いずれにしても正
常時に較べて著しく高い電圧となる。よって正常な最大
電圧Ｖ₁またはＶ₂よりある程度高い電圧を警戒電圧とし
て設定し、この警戒電圧を超過したらタップスイッチの
全てが開放したと認識し、この様な認識に基づいてタッ
プスイッチを接続し、タップスイッチ全開の状態から復
旧させるのである。

【００１４】この際、警戒電圧の超過を検出する方法は
上記の趣旨にそう限りどの様な方法でもよく、一次側巻
線にかかる電圧、或は、タップスイッチにかかる電圧、
或はタップ間の電圧などが考えられる。一例としてタッ
プスイッチにかかる電圧を監視するなら、入力電源最寄
りのタップスイッチが好ましく、それはこのタップスイ
ッチにかかる電圧が他にくらべ最も高くなるからであ
る。また高電圧がかかってからタップスイッチを接続し
ても手遅れであるため、電圧が上昇し始める初期の瞬時
で検知して、高電圧になる寸前にタップスイッチを接続
させるようにした。

【００１５】また出力電圧がいずれのタップを選んでも
低下し過ぎる問題に対しては、出力電圧を直接監視し、
この低下を検知することにより、スイッチ・コントロー
ラーにより遮断スイッチを開放させ、二次側巻線を切り
離すことにより、入力電圧をそのまま出力電圧とするこ
ととし、これにより電圧低下を無くするようにした。た
だ遮断スイッチの開放により二次側巻線は電流が流れな
くなるので、一次側巻線は電流が流れず停電状態となる
が、これに対しては２のタップを接続して短絡させ、こ
れにより二次側巻線に短絡電流を流して、一次側巻線の
停電状態の発生を回避させることとした。なお出力監視
部は、上記のように直接出力電圧を監視するものであっ
ても、或は、入力電圧を監視することにより結果的に出
力電圧を監視するものであってもよく、その他どの様な
方法であってもよい。

【００１６】ただこの様にしても、なおそれ以上の電圧
低下の見られる場合には何等かの事故的な過電流が流れ
たとみなし、二次側巻線の一次寄りに設けられた遮断ス
イッチを開放するとともに、一次側巻線の端子間を短絡
させる短絡スイッチを接続することにした。これにより
入力電流が一次側巻線を迂回して短絡回路を流れるの
で、入力電流をそのまま出力電流として出力できるとと
もに、大量電流による一次側巻線の抵抗化及びこれによ
る出力電圧の低下を防ぐ事ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】請求項５記載の制御回路の実施例
を説明し、請求項１〜５記載の節電装置における制御回
路に関する実施の形態を示す。図１は節電装置に本発明
の作動安定装置を組み込んだものである。

【００１８】節電装置１は、短絡スイッチ２を有した短
絡回路を並列配置されたトランス３の一次側巻線４と、
遮断スイッチ５と、二次側巻線６と、二次側巻線から引
き出された切り替え可能なタップ７と、をこの順で直列
回路に配し、この回路に入力電源を供給する際にタップ
切り替え制御により、一次側巻線の出力側端子と、タッ
プ側端子との間Ｘ−Ｘから所望の出力電圧Ｖ_oを得るよ
うに構成されている。

【００１９】本願の制御回路１０はこの節電装置に組み
込まれており、この制御回路は(Ａ)温度監視部１１と、
電流監視部１２と、(Ｂ)停電監視部１３と、(Ｃ)出力監
視部１４と、(Ｄ)これらから出力される各種信号に基づ
いて、遮断スイッチ、タップスイッチ及び短絡スイッチ
を選択的に制御するスイッチ・コントローラー１５とを
主要な構成としている。詳しくは、温度監視部はトラン
スに設けられた温度センサ１６からトランスの温度を監
視し、電流監視部は各タップスイッチに流れる電流を個
別に監視し、停電監視部１３は入力電源最寄りのタップ
スイッチにかかる電圧を監視し、出力監視部１４はＹ−
Ｙ間の電圧を監視している。

【００２０】(Ａ) 温度監視部と電流監視部とについて本実施例において、温度監視部は、トランスの温度上昇
をサーミスタ等の温度センサで検知し、設定された基準
温度を上昇したら、タップ間に短絡が生じたとみなして
過熱信号を出力する。過熱信号は５５℃を基準としてこ
れより上昇した場合に短絡があったと見なして過熱信号
が出力される。電流監視部は、タップ毎の電流を監視し
て、いずれか１のタップ電流が基準電流を超過したら異
常電流信号を出力する。図１に示す様に、入力電圧Ｖ_i
が１００Ｖで電流Ｉ１が１００Ａであり、出力電圧Ｖ_o
が９５Ｖの節電装置の場合、一次側巻線にかかる電圧は
５Ｖとなる。つまり、（Ｖ_i−Ｖ_o）Ｉ₁＝Ｖ_o・Ｉ₂ Ｉ₁＋Ｉ₂＝１００Ａであるため、タップを流れる電流Ｉ₂は最大でも５Ａで
ある。よって一つの目安としてその３倍の１５Ａを基準
とし、これを上回った場合には異常電流信号が出力され
る。

【００２１】(Ｂ) 停電監視部についてまた停電監視部は、次のような手法によって停電状態を
検知している。つまり実施例においてトランスの巻数
は、一次側巻線が１０回巻、二次側巻線２Ｖタップが４
８０回巻、二次側巻線８Ｖタップが１１５回巻となって
いるが、８Ｖのタップスイッチが接続されている場合を
考えるとすると、一次側巻線電圧は８Ｖとなる。この状
態において２Ｖタップに誘導する電圧は、実効電圧で、（（４８０−１１５）／１０）・８Ｖ＝２９２Ｖとなる。一方、この場合において８Ｖタップが開放され
る事により、全てのタップスイッチが開放する結果とな
った場合、２Ｖタップにかかる電圧は、実効電圧で、４８０／１０×１００＝４８００Ｖとなる。従って、通常の上限電圧２９２Ｖを越える大き
な電圧が２Ｖタップにかかるので、ここでは３５０Ｖ程
度の電圧を所定の警戒電圧と定めて、この警戒電圧を超
過した段階で停電信号が出力される。

【００２２】(Ｃ) 出力監視部についてまたこの実施例では、節電装置が９５Ｖの出力電圧を予
定しており、よって出力監視部ては所定の標準電圧も９
５Ｖに設定してあり、これを下回ったら低下信号が出力
される。一方、所定の異常電圧は負荷側のショートなど
を想定したものであり、よって所定の異常電圧が９０Ｖ
に設定してあり、これを下回ったらショート信号が出力
される。

【００２３】(Ｄ) スイッチ・コントローラーについてスイッチ・コントローラーについては、その機能を説明
してスイッチ・コントローラーの構成説明に代える。

【００２４】まず、温度監視部から過熱信号が、或は電
流監視部から異常電流信号が出力されると、これを入力
したスイッチ・コントローラーが遮断スイッチを開放さ
せる。この様にすると、二次側巻線の回路が切り離さ
れ、タップ間の短絡回路で消費されていた電力が無効電
力となる。後は異常ランプの点灯などにより操作員に通
知して必要な回復措置を構ずるものである。

【００２５】或は、停電監視部から停電信号が出力され
ると、これを入力したスイッチ・コントローラーが入力
電源最寄りのタップスイッチを接続させる。この様にす
れば、全てのタップが開いてタップスイッチに高電圧が
かかる直前にタップスイッチが接続されるので、高電圧
が回避できる。

【００２６】或は、出力監視部から低下信号が出力され
ると、これを入力したスイッチ・コントローラーが遮断
スイッチを開放するとともに、いずれか１のタップスイ
ッチを接続させて当初から接続されていた他のタップス
イッチとともに短絡回路を形成させる。これは入力電圧
が下方に変動し過ぎて、所定の出力電圧を維持する事が
できない様な場合を想定してものであり、遮断スイッチ
の開放により、二次側巻線による電圧降下回路を切り離
すようにした。従って入力電圧がそのまま出力電圧とな
るのである。この際、二次側巻線に電流が流れないと一
次側巻線も停電状態となり、よってこれを避けるために
タップ間を短絡させ、短絡電流が流れるようにした。

【００２７】或は、出力監視部からショート信号が出力
されると、これを入力したスイッチ・コントローラーが
遮断スイッチを開放するとともに、短絡スイッチを接続
させるのである。これは、負荷側でのショート等その他
の異常な電流消費があった場合を想定しており、よって
前述した低下信号に基づく対応によってもなお大幅な出
力電圧の降下がみられる場合である。この場合は、単に
二次側巻線を切り離しても、一次側巻線を入力電流が流
れる限り、それが大電流であるため一次側巻線が熱を持
つとともに抵抗化してしまい、最終的に出力電圧の降下
を招いてしまうからである。よって、短絡スイッチの接
続により、一次側巻線自身を迂回して入力電力を出力電
圧としたのである。

【００２８】なお、上記の例では請求項１〜４の各制御
回路をすべて含んだ内容になっているが、本発明はこれ
に限らず、請求項１〜４の各制御回路を任意に選択して
組み合わせたものであってもよい。またスイッチ・コン
トローラーにより各種スイッチを開閉操作する場合に
は、電圧のゼロクロス・タイミングを別途検出し、この
タイミングと同期をとって操作すれば、スイッチへの負
荷や故障の誘発が防げる。

【００２９】

【発明の効果】以上、本発明によれば、誤動作などによ
るタップ間の短絡が自動的に検知し回避されるので、機
器の破損や火災などの心配が無い。また、誤動作が、全
タップの開放であっても、やはり自動的に検知してタッ
プの接続をし、誤動作の回復がなされる。また入力電圧
が予定外に降下し、よって出力電圧の維持が出来ない場
合でも、この様なことを自動的に検知し入力電圧を無変
換で出力電圧とするので定電圧の維持がより正確にな
る。また負荷側に異常な電力消費があってもトランスを
迂回して電流を流す事ができるので、過電流によるトラ
ンスなどの故障や事故が防げる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御回路を組み込んだ節電装置の回
路の要部を示すブロック図である。

【図２】本発明が前提としているで節電装置の原理を
説明する図である。

【図３】本発明が前提としているで従来の節電装置例
の回路の要部を示すブロック図である。

【図４】従来の別の節電装置例の回路の要部を示すブ
ロック図である。

【図５】図３に示す回路でタップ間が短絡した場合を
説明するための図である。

【符号の説明】

１節電装置２短絡スイッチ３トランス４一次側巻線５遮断スイッチ６二次側巻線７タップ１０制御回路１１温度監視部１２停電監視部１３電流監視部１４出力監視部１５スイッチ・コントローラー１６温度センサー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスの一次側巻線と、遮断スイッチ
と、二次側巻線と、二次側巻線から引き出された切り替
え可能なタップと、をこの順で直列回路に配し、この回
路に入力電源を供給する際にタップ切り替え制御によ
り、前記一次側巻線の出力側端子と、前記タップ側端子と、
の間から所望の出力電圧を得る節電装置において、前記トランスの過熱を検知して過熱信号を出力する温度
監視部と、タップ毎の電流を監視していずれか１のタッ
プ電流が基準電流を超過したら異常電流信号を出力する
電流監視部と、前記過熱信号又は前記異常電流信号の入
力に基づいて前記遮断スイッチを開放させるスイッチ・
コントローラーと、からなる事を特徴とする節電装置に
おける制御回路。
【請求項２】トランスの一次側巻線と、二次側巻線
と、二次側巻線から引き出された切り替え可能なタップ
と、をこの順で直列回路に配し、この回路に入力電源を
供給する際にタップ切り替え制御により、前記一次側巻線の出力側端子と、前記タップ側端子と、
の間から所望の出力電圧を得る節電装置において、前記一次側巻線にかかる電圧又は前記二次側巻線に誘起
された電圧が所定の警戒電圧を超過したら停電信号を出
力する停電監視部と、この停電信号の入力に基づいて前
記入力電源最寄りのタップスイッチを接続させるスイッ
チ・コントローラーと、からなる事を特徴とする制御回
路。
【請求項３】トランスの一次側巻線と、遮断スイッチ
と、二次側巻線と、二次側巻線から引き出された切り替
え可能なタップと、をこの順で直列回路に配し、この回
路に入力電源を供給する際にタップ切り替え制御によ
り、前記一次側巻線の出力側端子と、前記タップ側端子と、
の間から所望の出力電圧を得る節電装置において、前記出力電圧が所定の標準電圧より低下したら低下信号
を出力する出力監視部と、この低下信号の入力に基づい
て前記遮断スイッチを開放するとともに、いずれか１の
タップスイッチを接続させて当初から接続されていた他
のタップスイッチとともに短絡回路を形成させるスイッ
チ・コントローラーと、からなる事を特徴とする制御回
路。
【請求項４】短絡スイッチを有した短絡回路を並列配
置されたトランスの一次側巻線と、遮断スイッチと、二
次側巻線と、二次側巻線から引き出された切り替え可能
なタップと、をこの順で直列回路に配し、この回路に入
力電源を供給する際にタップ切り替え制御により、前記一次側巻線の出力側端子と、前記タップ側端子と、
の間から所望の出力電圧を得る節電装置において、前記出力電圧が所定の異常電圧より低下したらショート
信号を出力する出力監視部と、このショート信号の入力
に基づいて前記遮断スイッチを開放するとともに、前記
短絡スイッチを接続するスイッチ・コントローラーと、
からなる事を特徴とする制御回路。
【請求項５】短絡スイッチを有した短絡回路を並列配
置されたトランスの一次側巻線と、遮断スイッチと、二
次側巻線と、二次側巻線から引き出された切り替え可能
なタップと、をこの順で直列回路に配し、この回路に入
力電源を供給する際にタップ切り替え制御により、前記一次側巻線の出力側側端子と、前記タップ側端子
と、の間から所望の出力電圧を得る節電装置において、
(Ａ) 前記トランスの過熱を検知して過熱信号を出力す
る温度監視部と、タップ毎の電流を監視していずれか１
のタップ電流が基準電流を超過したら異常電流信号を出
力する電流監視部と、(Ｂ) 入力電源最寄りのタップス
イッチ電圧が所定の電圧を超過したら停電信号を出力す
る停電監視部と、(Ｃ) 出力電圧が、所定の標準電圧よ
り低下したら低下信号を出力し、所定の異常電圧より低
下したらショート信号を出力する、出力監視部と、(Ｄ)
前記過熱信号又は前記異常電流信号の入力に基づいて
前記遮断スイッチを開放させ、又は、前記停電信号の入力に基づいて入力電源最寄りの
タップスイッチを接続させ、又は、前記低下信号の入力に基づいて前記遮断スイッチ
を開放するとともに、いずれか１のタップスイッチを接
続させて当初から接続されていた他のタップスイッチと
ともに短絡回路を形成させ、又は、前記ショート信号の入力に基づいて前記遮断スイ
ッチを開放するとともに、前記短絡スイッチを接続さ
せ、るスイッチ・コントローラーと、からなる事を特徴
とする制御回路。