JPH0245814A - 交流定電圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、試験用電源装置やイオン注入装置用の電源
装置等に用いられる交流定電圧装置に関するものである
。

〔従　来　の　技　術〕

この交流定電圧装置の提案例を第３図および第４図に基
づいて説明する。この交流定電圧装置は、第３図に示す
ように、基準正弦波電圧信号発生器３が交流電ａ１の電
源電圧Ｖ、と同相で負荷２の定格電圧Ｖ、に対応する基
準正弦波電圧信号■□を発生し、負荷電圧検出器４が負
荷２に加わる負荷電圧Ｖ、を検出し、比較器５が基準正
弦波電圧信号発生器３から出力される基準正弦波電圧信
号Ｖ、と負荷電圧検出器４から出力される負荷電圧信号
ＶＬとの差を求め、比較器５から出力される誤差電圧信
号Ｖ、を制御増幅器９が制御することになる。また、第
１の順逆変換器１１の交流端を交流電源１の両端間に接
続し、第２の順逆変換器１２の直流端を第１の順逆変換
器１１の直流端に接続するとともに第２の順逆変換器１
２の交流端を交流電源ｌと負荷２との間に直列に介挿接
続している。

そして、この交流定電圧装置では、電源電圧Ｖ。

が定格電圧Ｖ、より低いときに第１の順逆変換器１１が
順変換動作（整流動作）を行うとともに第２の順逆変換
器１２が逆変換動作（インバータ動作）を行い、交流電
ａ１から第１および第２の順逆変換器１１．１２を通し
て負荷２へ電力供給することになる。この際、第２の順
逆変換器１２は、制御増幅器９の出力電圧信号Ｖ、を１
θ〜２０ＫＨｚの周波数でパルス幅変調してなる方形波
信号に応じてスイッチング動作を行うことになる。この
結果、定格電圧■、と負荷電圧ｖＬとの差に相当する補
償電圧ｖＨ１が第２の順逆変換器１２から発生し、交流
電源１の電源電圧Ｖ、に補償電圧ｖＭ！が加算されて負
荷２に印加される。

一方、電ｔＡ電圧Ｖ、が定格電圧Ｖ、より高いときに第
２の順逆変換器１２が順変換動作（整流動作）を行うと
ともに第１の順逆変換器１１が逆変換動作（インバータ
動作）を行い、負荷２の両端から第２および第１の順逆
変換器１２．１１を通して交流電源１へ余剰電力が回生
されることになる。この際、第１の順逆変換器１１は、
制御増幅器９の出力電圧信号ｖｒに応じて５０Ｈｚまた
は６０Ｈｚの周波数でスイッチング動作を行うことにな
る。この結果、定格電圧■、と負荷電圧ｖＬとの差に相
当する補償電圧Ｖｌｌｔが第２の順逆変換器１２で降下
し、電源電圧Ｖ、から補償電圧Ｖ工２が減算されて負荷
２に印加され、補償電圧■。に相当する余剰電力が交流
電源１に回生される。

このような動作により、例えば交流ｔｉｌｌの電源電圧
Ｖ、に変動が生じたり、または負荷２に変動が生じて、
負荷２に加わる負荷電圧■、に変動が生じると、負荷２
に加わる負荷電圧ＶＬの変動分を補償する補償電圧ｖ、
２が逆変換器１０から出力され、交流電源１の電源電圧
ｖ３に補償電圧ＶＭｚが加算されて負荷２に印加される
ことになる。

この結果、負荷２に加わる負荷電圧ｖＬは、電圧変動、
高調波歪にかかわらず、常に一定の定格電圧ｖＰでかつ
正確な正弦波形に制御されることになる。

上記の基準正弦波電圧信号発生器３は、例えば交流電源
１の電源電圧の波高値をツェナーダイオード等でクリッ
プさせて一定振幅とし、クリップされた電圧をバンドパ
スフィルタに通して基本波成分を取り出すことにより、
交流電源１の電源電圧と同相で負荷２の定格電圧Ｖ、に
対応する基準正弦波電圧信号ｖ、ｌを発生することにな
る。

また、比較器５と逆変換器１０との間に設けた制御増幅
器９は、比例、積分、微分等の回路により、比較器５か
ら出力される誤差電圧信号Ｖ（を補正増幅して電圧信号
Ｖ、を出力する。

また、負荷電圧検出器４は、例えば変圧器で構成されて
いるが、絶縁増幅器で構成することもできる。

なお、整合用トランス８は設けていない場合もある。

第４図は、第１の順変換器１１および第２の順逆変換器
１２の具体回路構成の一例を示している。

第４図において、２１〜２４はそれぞれダイオード、３
７〜４０はそれぞれサイリスクであり、これらは第１の
順逆変換器１１を構成する。２５〜２８はそれぞれトラ
ンジスタ、２９〜３２はそれぞれダイオードであり、こ
れらは第２の順逆変換回路１２を構成する。３３はチョ
ークコイル、３４はコンデンサで、これらは第１および
第２のの順逆変換器１１．１２の直流端の電圧を平滑す
る。３５は変圧器である。３６はコンデンサで、整合用
トランス８と合わせて第２の順逆変換器１２の出力のキ
ャリア成分を除去する機能を有する。

上記の第１の逆変換器１１は、電源電圧Ｖ、が定格電圧
Ｖ、より低いときにサイリスク３７〜４０のスイッチン
グ動作を行わず、ダイオード２１〜２４による順変換動
作（整流動作）を行って第２の順逆変換器１２へ直流電
力を供給し、電源電圧■、が定格電圧Ｖ、より高いとき
にサイリスク３７〜４０のスイッチングによる５０Ｈｚ
または６０Ｈｚの周波数で逆変換動作（インバータ動作
）を行って余剰の交流電力を交流電源１に回生ずる。

一方、第２の逆変換器１２は、電源電圧■、が定格電圧
■、より低いときに、第１の逆変換器１１から供給され
る直流電力によってｌＯ〜２０ＫＨｚの周波数でトラン
ジスタ２５〜２８のスイッチングによる逆変換動作（イ
ンパーク動作）を行って補償電圧■。を発生し、電源電
圧Ｖ、が定格電圧■２より高いときに、トランジスタ２
５〜２８をオフに保持することで逆変換動作を停止して
ダイオード２９〜３２で順変換動作（整流動作）を行っ
て補償電圧ＶＨＨの電圧降下を生じるようになっている
。この際の電圧降下は、第１の逆変換器１１が交＠電源
１へ回生する交流電力によって決まる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図および第４図に示した交流定電圧装置の提案例は
、交流電源１のｔ源電圧■３の変動、負荷２の変動、高
調波歪等によって、負荷電圧■。

が定格電圧■、より低くなる場合と負荷電圧■。

が定格電圧■２より高くなる場合との両方が存在すると
の前提に立っている。

そして、電ａ電圧■、が定格電圧Ｖ、より低い場合には
、第１の順逆変換器１１に順変換動作（整流動作）を行
わせるとともに第２の順逆変換器１２に逆変換動作（イ
ンバータ動作）を行わせ、交流電源１から第１および第
２の順逆変換器１１゜１２を通して負荷２へ給電するこ
とにより、負荷電圧ＶＬの下降骨を補償している。

また逆に、電ａ電圧■３が定格電圧■２より高い場合に
は第２の順逆変換器１２に順変換動作（整流動作）を行
わせるとともに第１の順逆変換器１１に逆変換動作（イ
ンバータ動作）を行わせ、負ｒｔＩ２の両端から第２お
よび第１の順逆変換器１２．１１を通して交流量１ｌｌ
Ｘ１へ余剰電力を回生ずることにより、負荷電圧■、の
上昇分を、補償するようにしていた。

このため、負荷電圧ｖＬの変動を補償するのに、第１お
よび第２の順逆変換器１１．１２の両方を制御増幅器９
の出力信号ｖｙに従ってスイッチング制御する必要があ
り、特に第１の順逆変換器１１の制御が困難で、回路も
複雑でコスト高になるという問題があった。

したがって、この発明の目的は、負荷電圧の変動を補償
するための制御が容易で、しかも低コストに実現するこ
とができる交流定電圧装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕 この発明の交流定電圧装置は、基準正弦波電圧信号発生
器と負荷電圧検出器と比較器と降圧トランスと整流器と
逆変換器とを備えている。

この交流定電圧装置においては、基準正弦波電圧信号発
生器が交？Ｘ電源の電源電圧と同相で負荷の定格電圧に
対応する基準正弦波電圧信号を発生し、負荷電圧検出器
が負荷に加わる負荷電圧を検出し、比較器が基準正弦波
電圧信号発生器から出力される基準正弦波電圧信号と負
荷電圧検出器から出力される負荷電圧信号との差を求め
ることになる。また、交流電源の電′ａｉｉｔ圧を降圧
トランスで電圧変動、負荷変動等の発生にかかわらず負
荷の定格電圧を超えない電圧に降圧し、整流器の交流端
を降圧トランスの一次側または二次側に接続し、逆変換
器の直流端を整流器の直流端に接続するとともに逆変換
器の交流端を降圧トランスの二次側と負荷との間に直列
に介挿接続している。

〔作　　　用〕

この発明の第１の交流定電圧装置の構成においては、逆
変換器に比較器から出力される誤差電圧信号に応じて逆
変換動作（インバータ動作）を行わせることにより、定
格電圧と負荷電圧との差に相当する補償電圧が降圧トラ
ンスの二次電圧に加算されて負荷に印加される。この場
合、電源電圧が負荷電圧より高くなることはない。

〔実　施　例〕

この発明の一実施例を第１図および第２図に基づいて説
明する。この交流定電圧装置は、第１図に示すように、
第３図における第１および第２の順逆変換器に代えて整
流器６および逆変換器（例えばパルス幅変調型の高周波
インバータ）１０を用いるとともに、降圧トランス７を
追加したもので、その他の構成は第３図の交流定電圧装
置と同様である。

この交流定電圧装置においては、基準正弦波電圧信号発
生器３が交流電源ｌの電源電圧Ｖ、と同相で負荷２の定
格電圧Ｖ、に対応する基準正弦波電圧信号ｖ１１を発生
し、負荷電圧検出器４が負荷２に加わる負荷電圧ｖＬを
検出し、比較器５が基準正弦波電圧信号発生器３から出
力される基準正弦波電圧信号Ｖ、と負荷電圧検出器４か
ら出力される負荷電圧信号Ｖｔとの差を求め、比較器５
から出力される誤差電圧信号Ｖ、を制御増幅器９で増幅
することになる。また、交流電源ｌの電源電圧ｖ３を降
圧トランス７で電圧変動、負荷変動等の発生にかかわら
ず負荷２の定格電圧Ｖ、を超えない電圧に降圧し、整流
器６の交流端を降圧トランス７の二次側（−次側でもよ
い）に接続し、逆変換器１０の直流端を整流器６の直流
端に接続するとともに交流端を降圧トランス７の二次側
と負荷２との間に直列に介挿接続している。

そして、この交流定電圧装置では、逆変換器１０が制御
増幅器９の出力電圧信号ｖＦに応じて１０〜２０Ｋｌｌ
ｚの周波数でパルス幅変調による逆変換動作（インバー
タ動作）を行うことになる。

この結果、定格電圧Ｖ、と負荷電圧ｖＬとの差に相当す
る補償電圧Ｖ□が逆変換器ｌＯから発生し、交流電源１
の電源電圧Ｖ、に補償電圧Ｖ。１が加算されて負荷２に
印加される。なお、ｔｓ′＠、圧Ｖ。

が定格電圧ｖＰより高くなることはない。

このような動作により、例えば交流電源１の電源電圧Ｖ
、に変動が生じたり、または負荷２に変動が生じて、負
荷２に加わる負荷電圧ＶＬに変動が生じると、負荷２に
加わる負荷電圧ｖＬの変動分を補償する補償電圧Ｖｌ１
１が逆変換器１０から出力され、この補償電圧Ｖ□が交
流電源１の電源電圧■、に加算されて負荷２に印加され
ることになる。この結果、負荷２に加わる負荷電圧■、
は、電圧変動、高調波歪にかかわらず、常に一定の定格
電圧Ｖ、でかつ正確な正弦波形に制御されることになる
。

第２図は、整流器６および逆変換器１０の具体回路構成
の一例を示している。第２図において、２１〜２４はそ
れぞれ整流器６を構成するダイオードであり、第４図に
おけるサイリスク３７〜４０は省かれている。２５〜２
８はそれぞれトランジスタ、２９〜３２はそれぞれダイ
オードであり、これらは逆変換回路１０を構成する（第
４図の第２の順逆変換器１２と実質同じ構成である）。

その他は第４図と同じである。

上記の逆変換器１０は、負荷電圧ｖＬが定格電圧Ｖ、よ
り低いときに、トランジスタ２５〜２８のスイッチング
による逆変換動作（インバータ動作）を行って補償電圧
ＶＮＩを出力し、負荷電圧Ｖ。

が定格電圧Ｖ、より高いときに、トランジスタ２５〜２
８のスイッチング動作を停止しトランジスタ２５〜２８
をオフに保持することで逆変換動作を停止するようにな
っている。なお、上記第１図の回路は、電源電圧Ｖ、を
降圧トランス７で降圧して負荷２に印加しているので、
実質電源電圧Ｖ、が定格電圧Ｖ、より低いときの動作を
行うのみである。

この実施例の交流定電圧装置は、逆変換器１０を用いて
負荷電圧■、の変動を補償している。この逆変換器１０
は、トランジスタ等の能動素子にスイッチング動作を行
わせているので、能動素子自体の熱損失が極めて少ない
、したがって、この実施例の交流定電圧装置は、負荷電
圧ＶＬの変動補償の効率が高いものである。

また、この交流定電圧装置は、交流電源１の電圧Ｖ、を
降圧トランス７で交流電源１の電Ｓ電圧Ｖ、を電圧変動
、負荷変動等の発生にかかわらず負荷２の定格電圧Ｖ、
を超えない電圧に降圧し、逆変換器１０によって補償電
圧Ｖ□を発生するのみにしたので、負荷電圧ｖＬの変動
を補償するための制御が容易で、しかも低コストに実現
することができる。

〔発　明　の　効　果〕

この発明の交流定電圧装置によれば、交流電源の電圧を
降圧トランスで交流電源の電源電圧を電圧変動、負荷変
動等の発生にかかわらず負荷の定格電圧を超えない電圧
に降圧し、逆変換器によって補償電圧を発生するのみに
したので、負荷電圧の変動を補償するための制御が容易
で、しかも低コストに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は第１図の要部の具体構成を示す回路図、第３図
は交流定電圧装置の提案例の構成を示すブロック図、第
４図は第３図の要部の具体構成を示す回路図である。 ｌ・・・交流電源、２・・・負荷、３・・・基準正弦波
電圧信号発生器、４・・・負荷電圧検出器、５・・・比
較器、６・・・整流器、７・・・降圧トランス、１０・
・・逆変換器くりさ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電源の電源電圧と同相で負荷の定格電圧に対応する
   基準正弦波電圧信号を発生する基準正弦波電圧信号発生
   器と、前記負荷に加わる負荷電圧を検出する負荷電圧検
   出器と、前記基準正弦波電圧信号発生器から出力される
   基準正弦波電圧信号と前記負荷電圧検出器から出力され
   る負荷電圧信号との差を求める比較器と、前記交流電源
   の電源電圧を電圧変動、負荷変動等の発生にかかわらず
   前記負荷の定格電圧を超えない電圧に降圧する降圧トラ
   ンスと、交流端を前記降圧トランスの一次側または二次
   側に接続した整流器と、直流端を前記整流器の直流端に
   接続するとともに交流端を前記降圧トランスの二次側と
   負荷との間に直列に介挿接続した逆変換器とを備え、 前記逆変換器に前記比較器から出力される誤差電圧信号
   に応じて逆変換動作を行わせて前記定格電圧と前記負荷
   電圧との差に相当する補償電圧を前記逆変換器の交流端
   に発生させることにより、前記交流電源の電源電圧に前
   記補償電圧を加算して前記負荷に印加するようにした交
   流定電圧装置。