专利名称：电压变动补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电源电压低的情况下，将补偿电压重叠于电源电压，抑制提供给负荷的电压的变动的电压补偿装置。
背景技术：
在已有的电压变动补偿装置中，有监视电力系统的瞬间的电压降低(以下称为“瞬时降低”)等电压变动，补偿电压下降的电压变动补偿装置。该电压变动补偿装置，具备进行对电力系统的电压降低的监视及以此为依据进行供电控制的控制部、以及分别串联连接于该电力系统的各相，将在能量存储手段上存储的直流电压变换为交流输出的各相电压补偿电路，抑制提供给负荷的电压的变动。电力系统的电压降低时，把在将各相的输出电压补偿为正常电压用的各相电压上分别重叠相同的输出电压矢量计算出的各相补偿电压，从所述各相电压补偿电路输出，以抑制上述电力系统中的线间电压的电压变动(参照例如特开2003-274559号公报)。
发明内容
上述已有的电压变动补偿装置，能够补偿线间电压的电压降低，确保向负荷的电力供应的可靠性，且在每一相具备输出补偿电压的电压补偿电路。因此，在3相交流电压变动补偿装置中，存在需要3个电压补偿电路，装置结构大型化，制造成本高的问题。
本发明是为解决上述问题而作出的，其目的在于，得到在电源电压下降时确保对负荷的电力供应的可靠性，实现小型而便宜的结构的电压变动补偿装置。
本发明的电压变动补偿装置，具备与3相交流中的第1相、第2相两相的电源分别串联连接，将来自直流电源的直流电压变换为交流并输出的第1、第2电压发生手段、修正所述第1相-第3相间的负荷侧线间电压VL1的相位的相位修正手段、以及分别监视所述各第1相、第2相两相与第3相之间的电源侧线间电压V1、V2、及所述两相间的负荷侧线间电压VL3，根据这些线间电压控制所述第1、第2电压发生手段及所述相位修正手段的检测控制手段。而且一旦检测出所述电源侧线间电压V1、V2降低，就在所述第1相、第2相的电源电压上叠加来自所述第1、第2电压发生手段的输出电压，抑制所述各两相与第3相之间的负荷侧线间电压VL1、VL2的变动，同时利用所述相位修正手段调整来自所述第1电压发生手段的输出电压，使所述负荷侧线间电压VL3为规定电压，进行修正所述负荷侧线间电压VL1的相位的调整工作。
本发明的电压变动补偿装置，能够在3相交流电压调整中，使用两个电压发生手段，利用相位修正手段调整一方的电压发生手段，高精度地补偿向负荷提供的各线间电压的电压变动，能够促进装置结构的小型化、简单化，谋求降低成本。
图1是表示本发明实施形态1的电压变动补偿装置的结构的方框图。
图2是说明本发明实施形态1的电压变动补偿装置的工作的电压矢量图。
图3是表示本发明实施形态2的电压变动补偿装置的结构的方框图。
图4是表示本发明实施形态4的电压变动补偿装置的结构的方框图。
符号说明1 3相交流电源2 3相负荷3 第1电压发生手段3a、3b电压发生手段4 第2电压发生手段5 第1检测控制手段5a、5b检测控制手段6 第2检测控制手段7 第1开关7a、7b开关8 第2开关9、9a、9b 相位修正手段10、10a、10b通信手段12a、12b电压检测端子
100 电压变动补偿装置101a 第1线间电压调整器101b 第2线间电压调整器最佳实施方式以下对本发明实施形态1进行说明。图1是表示本发明施形态1的电压变动补偿装置的方框图。
如图1所示，该电压变动补偿装置100，在3相交流电源1的电压降低时，抑制向3相负荷20提供的电压的变动，在A相、C相电源上分别串联连接第1电压发生手段3、第2电压发生手段4，第1电压发生手段3输出补偿电压并在A相电源电压上重叠，第2电压发生手段4输出补偿电压并在C相电源电压上重叠。又，具备调整第1电压发生手段3的补偿电压，修正线间电压的相位的相位修正手段9、检测作为电源侧线间电压V1的A相-B相间的电源侧线间电压VAB及作为负荷侧线间电压VL3的C相-A相间的负荷侧线间电压VLCA，控制第1电压发生手段3与相位修正手段9的第1检测控制手段5、以及检测作为电源侧线间电压V2的B相-C相间的电源侧线间电压VBC，控制第2电压发生手段4的第2检测控制手段6。又，在各电压发生手段3、4分别并联具备作为使第1、第2电压发生手段3、4旁路用的各开关手段的第1、第2开关7、8。还有，10是连接第1检测控制手段5与第2检测控制手段6的通信手段。
下面依据图1及图2对这样构成的电压变动补偿装置100的工作进行说明。
图2是用矢量图表示3相交流的各相的电压、各线间电压的图，图2(a)表示稳定时的各相(A相、B相、C相)的电压Ea、Eb、Ec与A相-B相间的线间电压VAB、以及B相-C相间的线间电压VBC、C相-A相间的线间电压VCA。又，该情况下3相表示为星形连接的3个相。A相、B相、C相分别相差120度。
电源电压稳定时，闭合第1、第2开关7、8，在A相使第1电压发生手段3旁路，在C相使第2电压发生手段4旁路，由3相交流电源1提供电力给3相负荷20。
又，电源电压稳定时，第2检测控制手段6检测电源侧线间电压VBC的相位信息，利用通信手段10将相位信息传送到第1检测控制手段5。第1检测控制手段5检测电源侧线间电压VAB稳定电压时的相位信息，两个电源侧线间电压VAB、VBC的相互的相位关系，即电源侧线间电压VAB的相位相对于电源侧线间电压VBC的相位是超前还是落后。然后在下述电源电压降低时，根据这两个电源侧线间电压VAB、VBC的相互的相位关系，相位修正手段9进行作为负荷侧线间电压VL1的A相-B相间的负荷侧线间电压VLAB的相位修正。
在这种情况下，检测出电源侧线间电压VAB的相位相对于电源侧线间电压VBC的相位超前，即使连接的电源电压的相位顺序改变，也能够通过检测两个电源侧线间电压VAB、VBC的相位关系合适地使相位修正手段9进行工作。又可以将两个电源侧线间电压VAB、VBC的相位信息传送到相位修正手段9，利用相位修正手段9检测相互间的相位关系。
在电源电压发生瞬时降低等情况下，第1检测控制手段5根据预先保持的稳定时的基准电压的波形检测出电源侧线间电压VAB的下降，在A相中，断开第1开关7并切换为通过第1电压发生手段3提供电力。第1电压发生手段3输出补偿电压，将该补偿电压重叠于电源电压以补偿供应负荷2的线间电压VLAB的变动。同样，第2检测控制手段6根据预先保持的稳定时的基准电压的波形检测电源侧线间电压VBC的降低，在C相中，断开第2开关8，切换为通过第2电压发生手段4提供电力。第2电压发生手段4输出补偿电压，将该补偿电压重叠于电源电压以补偿作为供应负荷2的负荷侧线间电压VL2的B相-C相间的负荷侧线间电压VLBC的变动。
这时，在第1检测控制手段5检测出的C相-A相间的负荷侧线间电压VLCA比目标电压VLCA0(稳定时的电压)小的情况下，相位修正手段9控制第1电压发生手段3的输出，使负荷侧线间电压VLAB的相位延迟。如图2(b)所示，利用补偿电压输出补偿电压降低的状态下的负荷侧线间电压VLAB、VLBC的相位差如果大于120度，由-(VLAB+VLBC)得到的负荷侧线间电压VLCA就小于目标电压VLCA0。为此，使负荷侧线间电压VLAB、VLBC的相位差减小，以使负荷侧线间电压VLCA与目标电压VLCA0相一致，即在这种情况下进行相位修正，延迟负荷侧线间电压VLAB的相位。
这样延迟的负荷侧线间电压VLAB的相位修正如下所述进行。第1电压发生手段3，通常在产生补偿电压时，根据第1检测控制手段5预先保持的稳定时的基准电压波形输出补偿电压，补偿相对于该基准电压波形的不足部分。在相位修正手段9，延迟作为补偿电压的计算基准的上述基准电压波形的相位，或进行调整延长周期，调整第1电压发生手段3的输出即补偿电压，以延迟负荷侧线间电压VLAB的相位。
相位修正量如下述公式所示根据负荷侧线间电压VLCA与目标电压VLCA0的差来决定，差为一定值以下的情况下不修正相位。
相位修正量＝K(常数)×(VLCA-VLCA0)又，如图2(c)所示，第1检测控制手段5检测出的C相-A相间的负荷侧线间电压VLCA大于目标电压VLCA0(稳定时的电压)的情况下，相位修正手段9控制第1电压发生手段3的输出，使负荷侧线间电压VLAB的相位提前。在这种情况下，由于利用补偿电压输出补偿电压降低的状态的负荷侧线间电压VLAB、VLBC的相位差小于约120度，就加大负荷侧线间电压VLAB、VLBC的相位差，以使负荷侧线间电压VLCA与目标电压VLCA0相一致。即在这种情况下进行相位修正，以使负荷侧线间电压VLAB的相位提前。该相位修正使作为补偿电压的计算基准的上述基准电压波形的相位提前，或缩短周期进行调整，以此调整第1电压发生手段3的输出即补偿电压，使负荷侧线间电压VLAB的相位提前。
利用将这样的相位修正加以组合的电压补偿，各负荷侧线间电压VLAB、VLBC、VLCA其电压变动得以抑制，能够确保向负荷2的电力供应的可靠性。
又，输出补偿电压的电压发生手段也可以是两种，不需要像以往那样在3相上分别重叠补偿电压，能够使装置结构小型化、简单化，谋求大幅度降低零件价格和制造成本。
又，相位修正手段9，通过调整基准电压波形的相位或周期，调整第1电压发生手段3的输出电压并进行负荷侧线间电压VLAB的相位修正，因此能够利用简单的装置结构进行线间电压VLAB的相位修正，以达到上述效果。
又，为提高电源电压下降的检测精度，迅速进行补偿，一旦检测出电源侧线间电压VAB或VBC下降，也可以断开第1、第2开关7、8两者，切换为通过第1、第2电压发生手段3、4提供电力。在这种情况下，实际上一方的线间电压VAB、VBC不低时，电压不低的一侧的电压发生手段3、4的补偿电压输出为0。
又，在电源电压恢复的情况下，第1检测控制手段5与第2检测控制手段6分别检测出电源侧线间电压VAB、VBC的恢复，利用通信手段10相互传送恢复为电压的信息。在检测出电源侧线间电压VAB、VBC两者电压恢复的时刻，第1电压发生手段3与第2电压发生手段4停止输出，使第1、第2开关7、8闭合。
又，不仅是电源侧线间电压VLAB、VLBC，也可以对C相-A相间的电源侧线间电压VCA进行检测，一旦检测出上述电源侧线间电压VAB、VBC、VCA中的任何一个降低，就断开第1、第2开关7、8，切换为通过第1、第2电压发生手段3、4的电力供应。又，在这种情况下，检测出上述电源侧线间电压VAB、VBC、VCA全部电压恢复稳定的情况，第1电压发生手段3与第2电压发生手段4停止输出，上述双方的第1、第2开关闭合。对电源侧线间电压VCA也这样监视，能够更迅速且高精度地检测出电源电压的降低，能够迅速进行补偿。又，在这种情况下，如果利用第1检测控制手段5检测电源侧线间电压VAB与负荷侧线间电压VLCA，并利用第2检测控制手段6检测电源侧线间电压VBC与电源侧线间电压VCA，可以用第1检测控制手段5和第2检测控制手段6的平衡职责，能提高可靠性。
又，在上述实施形态中，具备第1检测控制手段5和第2检测控制手段6，因为通过通信手段10相互传送双方检测出的信息来共享，所以能够迅速精确地检测出电源电压的降低，从而能够迅速地实施补偿控制，也可以以一个检测控制部构成第1检测控制手段5和第2检测控制手段6。
又，在上述实施形态中，具备旁路第1、第2电压发生手段3、4用的第1、第2开关7、8，在稳定时，A相、C相通过第1、第2开关7、8向负荷2提供电力，以减小损失。然而，该第1、第2开关7、8可以省略，也可以在A相、C相稳定时通过各电压发生手段3、4向负荷2提供电力，在这种情况下，不发生电压降低的稳定的时候，输出的补偿电压为0。
又，上述实施形态1的第1、第2电压发生手段3、4例如如下所述构成。具备二极管D1～D4反并联连接的4个IGBT等半导体开关元件构成的全电桥式的单相逆变器、以及作为能量存储手段的电容器，以正负任一极性由电容器输出补偿电压重叠于电源电压，补偿向负荷2提供的电压的降低。
又可以具备多个这样的结构的补偿电路，将各单相逆变器的交流侧串联连接使用，这种情况下，根据由各单相逆变器分别发生的输出电压的总和输出多层次的补偿电压，来进行高精度的电压补偿。
实施形态2上述实施形态1中，一旦检测出电源电压降低，在第1、第2开关7、8断开后，第1电压发生手段3补偿电源侧线间电压VAB相对于目标电压偏低的电压份额，第2电压发生手段4补偿电源侧线间电压VBC相对于目标电压偏低的电压份额，而在该实施形态中，加上如上所述的补偿动作，如图3所示，分别检测出负荷侧线间电压VLAB、VLBC，分别与目标电压相比较，修长各电压发生手段3、4的输出电压，以此得出更高精度的负荷侧电压。又，在这种情况下相位修正手段9的动作也与上述实施形态1相同。
实施形态3上述实施形态1、2所示的电压变动补偿装置中，在电源电压相位偏差很大的情况下，电源电压大大降低，补偿电压变大。假设例如电压相位偏差为180度，则必须补偿通常电源电压峰值的2倍的电压。然而，瞬间电压降低时的电源电压相位偏差即使最大也只有30度。因此补偿电压在电源电压为0V时的最大额定电压(有效值)的 倍为最大。
因此，各电源侧线间电压VAB、VBC相对于目标电压降低的电压份额，大于施加在输入上的最大额定电压(有效值)的 倍的情况下，被认为装置内的检测电路有异常或发生电源线断线(也包括上位电源断路器断开的情况)等某种异常。
在该实施形态中，如上所述在补偿电压输出中电源侧线间电压VAB、VBC相对于目标电压降低的电压份额超过规定量时判断为异常，第1电压发生手段3与第2电压发生手段4停止输出，使第1、第2开关7、8闭合，迅速终止补偿动作。这种情况下，第1、第2检测控制手段5、6也利用通信手段10共享检测信息，在发生某种异常的情况下，停止补偿工作。
这样，异常时不需要的补偿工作就不再继续进行。因此，能够实施电压变动补偿装置的高可靠性的运行控制。
实施形态4接下来对本发明实施形态4进行说明。图4是表示本发明的实施形态4的电压变动补偿装置的结构的方框图。
如图4所示，该电压变动补偿装置由用两台同样的设备构成的第1线间电压调整器101a和第2线间电压调整器101b构成。各线间电压调整器101a、101b，由将直流电源输出的直流电压变换为交流并输出的电压发生手段3a、3b、并联连接于各电压发生手段3a、3b的开关7a、7b、调整电压发生手段3a、3b的输出电压，修正负荷侧线间电压的相位的修正手段9a、9b、具备检测线间电压并控制电压发生手段3a、3b及相位修正手段9a、9b的功能的控制手段5a、5b、各两个电源侧端子13(13a、13b)、14(14a、14b)、各两个负荷侧端子11(11a、11b)、15(15a、15b)、以及电压检测端子12a、12b构成。
在这种情况下，如图所示，将3相交流电源1的A相连接于第1线间电压调整器101a的第1电源侧端子13a，3相交流电源1的B相连接于两个线间电压调整器101a、101b的第2电源端子14a、14b上，3相交流电源1的C相连接于第2线间电压调整器101b的第1电源侧端子13b，3相负荷2的A相连接于第1线间电压调整器101a的第1负荷侧端子11a，3相负荷2的B相连接于第1线间电压调整器101a的第2负荷侧端子15a，3相负荷2的C相连接于第2线间电压调整器101b的第1负荷侧端子11b，第1线间电压调整器101a的电压检测端子12a连接于第2线间电压调整器101b的第1负荷侧端子11b，两装置101a、101b的检测控制手段5a、5b用通过通信手段10a、10b连接。又，第2线间电压调整器101b的第2负荷侧端子15b与电压检测端子12b断开。
借助于此，第1线间电压调整器101a在A相电源上连接电压发生手段3a，检测控制手段5a监视A相-B相间的电源侧线间电压VAB与A相-C相间的负荷侧线间电压VLAC并控制第1开关7a、电压发生手段3a及相位修正手段9a。又，第2线间电压调整器101b在C相电源上连接电压发生手段3b，检测控制手段5b不使相位修正手段9b工作地监视B相-C相间电源侧线间电压VBC，并控制第2开关7b、电压发生手段3b。又，检测控制手段5a、5b、电压发生手段3a、3b、及相位修正手段9a的工作，与上述实施形态1中的第1、第2检测控制手段5、6，第1、第2电压发生手段3、4及相位修正手段9的动作是相同的。
这样，由于用两个具有相同的设备结构的第1线间电压调整器101a和第2线间电压调整器101b来构成电压变动补偿装置，所以与上述实施形态1一样，利用两个电压发生手段3a、3b，能够确保向负荷2提供电力的可靠性，同时能够促进零件标准化，使制造更容易。
权利要求
1.一种电压变动补偿装置，其特征在于，具备与3相交流中的第1相、第2相两相的电源分别串联连接，将来自直流电源的直流电压变换为交流并输出的第1、第2电压发生手段、调整该第1电压发生手段的输出电压，修正所述第1相-第3相间的负荷侧线间电压VL1的相位的相位修正手段、以及分别监视所述各第1相、第2相两相与第3相之间的电源侧线间电压V1、V2、及所述两相间的负荷侧线间电压VL3，根据这些线间电压控制所述第1、第2电压发生手段及所述相位修正手段的检测控制手段，一旦检测出所述电源侧线间电压V1、V2降低，就在所述第1相、第2相的电源电压上叠加来自所述第1、第2电压发生手段的输出电压，抑制所述各两相与第3相之间的负荷侧线间电压VL1、VL2的变动，同时利用所述相位修正手段调整来自所述第1电压发生手段的输出电压，使所述负荷侧线间电压VL3为规定电压，进行修正所述负荷侧线间电压VL1的相位的调整工作。
2.根据权利要求1所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述检测控制部根据预先保持的稳定时的基准电压的波形，检测出所述电源侧线间电压V1、V2的降低，所述第1、第2电压发生手段分别输出电压，叠加于所述第1相、第2相的电源电压上，分别输出的电压补偿来自所述电源侧线间电压V1、V2的所述基准电压波形的不足份额，所述相位修正手段通过调整所述基准电压波形的相位或周期，根据该基准电压波形与所述电源侧线间电压V1来调整得到的所述第1电压发生手段所输出的电压。
3.根据权利要求2所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述相位修正手段进行的修正，是延迟所述基准电压波形的相位，或延长周期来延迟所述负荷侧线间电压VL1的相位，或使所述基准电压波形的相位提前，或缩短周期来使所述负荷侧线间电压VL1的相位提前。
4.根据权利要求1所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述检测控制手段检测所述电源侧线间电源V1、V2的稳定时的相位状态，并识别相互之间的相位关系，控制所述相位修正手段。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述各电压发生手段分别并联具备使所述第1、第2电压发生手段旁路用的开关手段，利用所述检测控制手段，在所述电源侧线间电压稳定时闭合所述开关手段以使所述电压发生手段旁路，在所述电源侧线间电压下降时，通过断开所述开关手段，使所述电压发生手段与所述相位修正手段动作的调制动作，抑制提供给所述负荷的线间电压的变动。
6.根据权利要求5所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述检测控制手段一旦检测出所述电源侧线间电压V1、V2中的任何一个降低，就断开使所述第1、第2电压发生手段旁路的所述双方的开关手段，开始所述调整动作，检测出所述电源侧线间电压V1、V2双方的电压恢复到稳定的情况后，就使所述双方的开关手段闭合，终止所述调整动作。
7.根据权利要求5所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述检测控制手段在监视所述电源侧线间电压V1、V2及所述负荷侧线间电压VL3的同时，监视所述两相间的电源侧线间电压V3，一旦检测出所述电源侧线间电压V1、V2、V3中的任何一个降低，就断开使所述第1、第2电压发生手段旁路的所述双方的开关手段，开始进行所述调整动作，在检测出所述电源侧线间电压V1、V2、V3全部恢复到稳定的情况后，就使所述双方的开关手段闭合，终止所述调整动作。
8.根据权利要求1～4中的任一项所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述检测控制手段检测所述负荷侧线间电压VL1、VL2，根据该检测出的电压修正所述第1、第2电压发生手段输出的电压。
9.根据权利要求1～4中的任一项所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述检测控制手段，在所述调整动作中检测出所述电源侧线间电压V1、V2中的任何一个有超过基准值规定的量的变动时，停止所述第1、第2电压发生手段的输出，终止所述调整动作。
10.根据权利要求1～4中的任意一个所述的电压变动补偿装置，其特征在于，所述检测控制手段，由所述第1电压发生手段和所述相位修正手段的第1检测控制手段、以及所述第2电压发生手段的第2检测控制手段构成，该第1、第2检测控制手段具有通信手段，相互传递检测信息进行信息共享。
11.本发明所述的电压变动补偿装置，其特征在于，具备由串联连接于3相交流中的1相的电源，将来自直流电源的直流电压变换为交流输出的电压发生手段、调整由该电压发生手段输出的电压，修正所述第1相与第2相间的负荷侧线间电压的相位的相位修正手段、以及具备具有电压检测端子，检测监视所述第1相与第2相间的电源侧线间电压及所述第1相与第3相间的负荷侧线间电压的功能、以及控制所述电压发生手段和所述相位修正手段的功能的检测控制手段分别构成的第1、第2线间电压调整器，将该第1、第2线间电压调整器的各电压发生手段分别连接于3相交流中的不同的两相(A相、C相)的电源，将不连接该电压发生手段的电源(B相)作为所述第2相，所述第1线间电压调整器将所述第3相侧的所述电压检测端子连接于所述C相，该第1线间电压调整器内的所述检测控制手段监视A相-B相间的电源侧线间电压V1与A相-C相间的负荷侧线间电压VL3，并控制所述电压发生手段与所述相位修正手段，所述第2线间电压调整器内的所述检测控制手段，不使所述相位修正手段动作地，监视B相-C相间的电源侧线间电压V2并控制所述电压发生手段，以便一旦检测出所述各电源侧线间电压V1、V2降低时将来自于所述各电压发生手段的输出电压重叠于A相、C相的电源电压，抑制负荷侧线间电压VL1、VL2的变动，同时利用所述第1线间电压调整器内的所述相位修正手段调整该电压发生手段所输出的电压，以调整所述负荷侧线间电压VL1，使所述负荷侧线间电压VL3为规定的电压。
全文摘要
本发明的课题是，在3相交流电源(1)的电压下降时，在将补偿电压叠加于电源电压补偿负荷(2)的电压变动的电压变动补偿装置中，谋求装置结构的小型化、简单化。解决手段是，在A相、C相电源上分别串联第1电压发生手段(3)、第2电压发生手段(4)，监视电源侧线间电压(V
文档编号G05F1/10GK1719684SQ200410081789
公开日2006年1月11日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年7月9日
发明者丸山晋一郎, 畠山善博 申请人:三菱电机株式会社