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(1)電 気 学 会論 文 誌B UDC. 552. 621.311.61.025.3:621.314.57.025.1. 論. 文. 57‑B68. 単 相 イ ンバ ー タ を 冗 長 系 に 持 つ 三 相 無 停 電 電 源 装置. 正. 員. 山. 田. 外. 史(金. 沢大). 正. 員. 別. 所. 一. 夫(金. 沢大). 正 員. 原. 田. 耕. 介(九. 州大). 相 ポー トに単 相 イ ンバ ー タが 接 続 され 従 来 の三 相 方式 1.. ま え が き. で 用 い られ る三 相 イ ンバ ー タは不 要 とな る。 通 常 の動. 鉄 共 振 形定 電 圧 装 置 は,構 造 が 簡単 で 信 頼 性 が 高. 作 中で は,三 相 定 電圧 装 置 とし て動 作 し三 相入 力 ポー. らび に過 負 荷保 護 特 性 が本 質的 に. トか ら負 荷電 力 を供 給 す る。 停 電 中 は,単 相‑三 相 変. 備 わ って お り,広 く電 源装 置 と して利 用 され て い る。. 換 器 に よ り蓄 電 池 を電 源 とし て単 相 イ ンバ ー タか ら三. く,雑 音 吸収 性,な. 鉄 共 振 回 路 の電 源 装 置 へ の新 しい応 用 と して 「トラ イ ポ ー ト」 と名づ け られ た無 瞬 断形 無 停電 電 源 装 置 が. 相 負 荷 に 電力 を供 給 す る。 以 下,等 価 回路 を用 い,変 圧 器 の定 常 状 態 に お け る. 開発 され た(1)〜(4)。 こ の装 置 の主 素 子 の 変圧 器 は 単 相. 動 作 解 析,入 出力 ポ ー ト間 の電 力 の流 れ,お. 定 電 圧 変 圧 器 と基本 的 には 同 じで あ るが,磁 気 分 路 を. 時 な らび に給電 再 開始 時 の イ ンバ ー タの制 御 法 を説 明. 介 し て 出力 端子 と並 列 に 結 合 さ れ る2組 の入 力端 子. し,そ の と きの 波形 を示 す 。. (入力 ポ ー ト)を持 ち,両 入 力 ポ ー トには商 用 交 流 電 源 と待機 用 の イ ンバ ー タ各 接 続 され る。 通常 の動 作 状 態 で は負 荷 電 力 は常 に商 用 電源 か ら供 給 され,停 電 す る. 2.. よび停 電. 無 停 電 電 源用 変 圧 器 とそ の等 価 回路. 図1(a)は. 新 し い無 停 電 電 源 装 置 の主 回路 を 示 す。. や い な や イ ンバ ー タ電 源 が 無瞬 断 で電 力 を供 給 す る こ. (b)図 は実 験 に 用 い た変 圧 器 の写真 で あ る。A,. とを特 長 と して い る。 この 装 置 は鉄 共 振 回路 の特 質 に. よびCは. 三 相 入 力 ポー トで3組. 加 え,従 来 の方 式 に比 較 して 効 率(1),並 び に信 頼 性(4). XB,Xcと. 巻 線NA′NB′,. の 面 で も改 善が行 な われ て い る。. 合 され る。 他 方,直 列接 続 され た 巻 線NA,NCは. Bお. の リア ク タ ンスXA,. NC′ を 通 して三 相 電 源 と結 単. トライ ポ ー トの基 本 形 は 単 相形 で あ る各,大 容 量 の. 相 入 力 ポ ー トに結 合 され,商 用 電 源 の 停電 時 に蓄 電強. 場 合 三 相方 式 が 用 い られ る。 この場 合,単 相 トラ イ ポ ー トを3個 組 合 わせ る(3)。しか し,三 相方 式 で は待 機. を 電 源 として 単 相 イ ンバ ー タに よ り方 形 波交 流 各 入 力. 要 素 と して三 相 イ ンバ ー タを 必 要 とし,回 路 構成 各複. の3組 の巻 線Na,Nb,Ncは. 雑 とな る。 てれ に対 し,本 稿 で 述 べ る三 相 無 停電 電 源. 線 端 子 は 三 相 出 力 ポ ー トに 結 ば れ る。 こ の巻 線 の部 分. 装 置 で は 変圧 器 を三 脚 磁心 構 造 と し,2組. の入 力 ポ ー. の磁 心 断 面 は他 の部 分 よ り小 さ く製 作 され,出 力 巻 線. トの うち一 方 は三 相鉄 共 振 形 定 電圧 動 作 を 示 す三 相 入. か ら飽 和 リア ク トル の特 性 が 得 られ る。 こ の 出力巻 線. 力 ポ ー ト,他 方 は 鉄 共 振形 単 相‑三 相変 換 器 と して動. に 接続 した コ ンデ ンサ と,こ の飽 和 リア ク トル は並 列. 作 させ るた め の単 相 入 力 ポ ー トで あ る。 この場 合,単. 鉄 共振 回路 を 構 成 す る。 共 振 回 路 と並列 に接 続 され た. され る。こ の巻 線 は セ ン タ タ ップ 形 とな って い る 。 中央. L‑Cの Three‑phase. Uninterruptible. Inverter Kazuo. of. University), ring,. a. Single. Bessho,. Kyvshv. Phase.. Member. Koosuke. Power By. Sotoshi. (Faculty Harada,. Supply. of. Using. a. Yamada,. Member, Kanazawa. (Faculty. of. 調 波 を 減 少 させ るた め の直 列 共 振 フ ィル タで,第3調 波 に 同 調 され て い る。 この変 圧 器 の動 作 を理 解 す るた. Enginee. め の等 価 回路 を 図2に 示 す。 但 し,こ の 場 合 単相 入 力. University).. 山 田 外 史:正. 員,金. 沢 大 学 工学 部電 気 工 学 科. 別 所 一 夫:正. 員,金. 沢 大 学 工学 部 電 気 工 学 科. 原 田 耕 介:正. 員,九. 州 大 学 工学 部 電 子 工 学 科. 直 列 共 振 回 路 は飽 和 リア ク トル に発 生 し た 高. Stand‑by. Engineering,. Member. 出力 巻 線 で あ り,こ の巻. ポ ー トに 加 え る電 圧 は 正 弦波 とし,巻 線Na,Nb,Nc, お よびNA′, NB′,Nc′,NA, <64>. Ncの. 漏 れ 磁 束 は無 視 す 102巻8号.

(2) 553. 単 相 イ ンバ ー タ の三 相 無停 電 電 源. 3.. 変 圧 器 の定 常 特 性. <3・1> 特 性 の解 析 回路 に よ り,図1の. ここで は図2に 示 した 等価. 変 圧 器 の三 相 お よび 単相 入 力 と三. 相 出力 の間 の定 常 特 性 の解 析 を行 な う。 磁 心 の飽 和 を 利 用 す る鉄 共 振 回路 にお い て は,そ の電 圧,電 流 は ひ ず み,高 調 波 を含 む が,解 析 を容 易 に す るため 各 波形 を そ の実 効 値 が 同 じ正 弦 波 とし,そ の 位相 は基 本 波 の 値 と同 じ と仮 定 して電 圧,電 流 を ベ ク トル で表 す。 図 (a). 構. 造. 2の 等価 回 路 に お け る リア ク タ ンスXLA, に巻 線Na,. Nb, Ncが. XLCな. らび. 巻 か れ て い る飽 和 磁 路 の等 価 リ. ア ク タ ンス は,付 録 に示 す よ うに 正弦 波 電 圧 を 印加 し た と きの 電流 実 効 値 を測 定 し,こ れか ら求 め る。 図2に 示 す各 電 圧,電 流 は実 効 値 を大 き さ とす るベ ク トル とす る。 ア ドミッ タ ンスYa, Yb, ycに は 並 列鉄 共 振 回路 の ア ドミ ッタ ンス を含 む た め,こ の値 は 出力 電 圧 の 関数 と な る。 図2の 等 価 回 路 か ら入 力 電 流IA,. IBお よびIcに. 関 し, (b). 試験用変圧器. 出力 電 圧:100V,入 力 電 圧:100V,容 周 波数:60Hz,幅:28cm,高 さ:26cm,深 重 量:32kg 図1. 量:600VA さ:16cm. (1). 無 停 電 電 源 装 置 用 変 圧 器. Fig.1.. New. transformer. ruptible. power. for. が 得 ら れ る。 但 し,三. uninter. る 。3個. supply(UPS).. は,そ. 相 入 力 電 源 は対 称 三 相 交 流 とす. の 並 列 鉄 共 振 回 路 に 流 入 す る 電 流la, の 端 子 電 圧Va,. Vb,. Vcの. 関 数 と し て ア ド ミ ッ タ ン スYa,. Ib, 1c. 絶対 値 のお のお の の Yb,Ycを. 用 い て,. (2) で表 わせ る。 三 角結 線 を考慮 し三 相 出 力 電圧 に関 し,. (3) 図2 Fig.2. る。XLA,. XLCは. 簡 易 等 価 回路. Simplified equivalent. とな る。 単 相 入 力 ポ ー ト側 に お い て は2個 の理 想 トラ circuit.. ンスの 作用 に よ り二 次側 電 流ILA,. (4). 変 圧 器 の2組 の磁 気 分路 の リア ク タ. ンスを示 す 。Ya, Yb, Ycは,並. ILcに 関 して,. 列鉄 共 振 回 路 と直列 共. (5). 振 フ ィル タを 含 め た ア ドミッ タ ンス で あ る。 本装 置 は三相 定 電 圧 変 圧 器 と単相‑三 相 変換 器 の両. 単 相 入 力 ポー ト電 圧,電 流 は,. 機能 を有 す る。 等 価 回 路 に お い て3組 の共 振 回路Ya, Yb, Ycと. リア ク タ ンスXA,. XB, Xcか. の条 件 式 を満 足 す る必 要 が あ る。. ら成 る回路 が 三. 相 定 電 圧 動作 を示 す 。 ま た,単 相‑三 相変 換 器 は,3 組 の共 振 回路,リ. ア ク タ ンスXLA,. XLCと2個. の理 想. (6). 変 圧器 に よ り構 成 され る。3組 の 共振 回路 は両機 能 に Iin=ILA/a12…(7). 対 して 共 通 素子 とし て働 く。 三 相 出力 には,三 相,単. と 表 わ さ れ る 。 三 相 入 力 ポ ー ト,単. 相 入力 ポ ー トど ち らか らで も電 力 を 供給 で き る。. 力 は, 昭57‑8. <65>. 相 入 力 ポ ー トの 電.

(3) 電 気 学 会論 文 誌B. 554. 図3. フ ロ ー チ ャ ー. Fig.3.. Flow. ト. chart.. (8) 図4. (9) Fig.4.. と表 わ され る。 三 相 お よび単 相 入 力 ボー トの電 圧 は,. 等 価 回 路 の ベ ク. Phasor. diagram. of. トル 図 the. equivalent. circuit.. 位 相 角 θ を 用 い て次 式 で 表 わす 。. (10) (11) (2)式 の 鉄 共 振 回路 の特性 を示 す ア ドミッ タ ンス は 端 子 電 圧 に 依 存 し 非 線形 を 示 す こ とか ら,(10),(11) 式 を与 え るだ けで は(3),(4),(6)式. を 満 足 す る解 を. 導 く こ とはで きな い。 図3に 計算 機 に よ る数 値解 析 法 の フ ロ一 チ ャー トを 示 す。 こ の計 算手 順 は,出 力 電 圧 の初 期 値 を与 えて,(4),(6)式 Newton‑Raphson法. の襖 素 連 立 方 程 式 を. を用 いて 新 し い近 似 値 の 出 力 電 図5. 圧 を 解 き,収 束 す るま で繰 り返 す。 こ の計算 に お いて は 三相 平 衡 出 力電 圧 の状 態 を求 め. Fig.5. and. 位 相 差. θ に 対 す る 特 性(計. Characteristics two. input. ports. among for. phase. one. 算 値) output. difference. θ.. るた め,三 相 出 力電 圧 に対 応 した飽 和 脚 の磁 束 が常 に 正 の飽 和か ら負 の飽 和 まで ふ れ る よ うに そ の出 力電 圧 の初 期 値 を選 ぶ 。 ま た,繰. り返 しの途 中 に おい て 出力. 位 相 差 θの変 化 に伴 って2組 の入 力 ポ ー ト間 の電 力 の流 れ は 大 き く変 化 す る。 この電 力 の 流 れ の 方 向 は. 電 圧 各 飽 和脚 の磁 束 飽 和値 以 下 に対 応 した 値 にな った. お おむ ね 位 相 の 進 んで い る入 力 ポ ー トか ら遅 れ て い る. 場 合 には,繰. 入 力 ポー トに流 れ,両 入 力 ポー トの電 力 の和 は 内部 損. り返 し計 算 を停 止 して あ らた めて 初 期 値. を設定 す る。 図4は,図2の. 失(解 析 で は 等 価 損失 抵 抗 で の電力)を 等 価 回路 に基 づ き三 相 出力 電 圧 各 確. 立 した 状態 で のベ ク トル 図 を示 す.. 流 れ の増 大 に伴 い 不 平 衡 と な り,特 に,入 力 電 力 各. 試 作 した変 圧 器 の回 路定 数(付 録 参 照)に 基 づ いて. 1kW程. そ の基 本 的 特 性 を求 め る。 図5は 三 相入 力 ポ ー トの う. 5%以. ちB相. 電 圧VBに. 示 す 。100V. に設 定 され た 三 相 出力 電 圧 は 両 入 力 ポ ー ト間 の電 力 の. 対 す る単 相 入 力 ポー ト電 圧Vinの. 度 以 上 で は不 平 衡 は 著 し い。 そ れ 以 下 で は 内 で あ る。. 図6は,三. 相 入 力 ポー ト電 圧 の変 動 に伴 う電 力 の流. 位 相 差 を パ ラメ ー タ と した 無負 荷 特 性で あ る。 但 し,. れ を 示 す。 電 圧 の上 昇 に伴 い 同 一位 相 差 θに対 し両 入. 三 相 入 力 電圧 は対 称 三 相 の定 電 圧 源 とす る。 同 図 で は. 力 ポ ー トの電 力値 は増 加 す るが,そ の割 合 は大 き くな. 三 相 出力 ポ ー トは開 放 状 態 で あ るが,変 圧 器 の損 失. く位 相 に 対 す る特 性 は同 じ傾 向 を示 す。 す なわ ち,三. を表 わす 等 価 損失 抵 抗 と して 出力 共 振 回 路 に並 列 に. 相 電 源 が 変 動 して も位 相 差 θに よ りそ の電 力 の流 れ は. YLOSS=0.009Sが. 任 意 に制 御 で き る。. 挿 入 され て い る。 <66>. 102巻8号.

(4) 555. 図6. 三 相 入 力 電 圧 を パ. Characteristics. for. three‑phase. input. 図8. ラ メ ー タ と し た. 入 力 電 力 特 性(計 Fig.6.. 単 相 イ ンバ ー タ の三 相無 停 電 電 源. 算 値) of. voltage. 電 力 の流 れ に対 す るモ ー ド. Fig.8.. input as. powers a. Modes. for Bower. flow,. ンバ ー タを接 続 した場 合,位 相 はゲ ー ト信 号 の位相 を. para. 調節 す るこ と に よ り容 易 に制 御 で き,そ の回 路 も比 較. meter.. 的 容 易 に 製作 で き る。 図5〜 図7の 入 出 力 ポー ト間 の電 力 の流れ を整 理 す ると図8と な る。 位 相 差 θに よ り電 力 の流 れ は シ ェア モー ド(I)〜 〔III〕 と変 化 す る。 シ ェアモ ー ド〔II〕 〔III〕 に おい て は,一 方 の入 力 ポー トか らの電 力 は負 荷 に供 給 され る とと も に残 りの電 力 は 他 の入 力 ポ ー トよ り流 出す る。 シ ェア モー ド〔I〕で は 負荷 電 力 は両 入 力 ポ ー トか ら の電力 で分 担 す る。 これ らの モ ー ドは位 相 差 θ を調 整 す るに とで 連 続 的 に誰 移 させ る こ と各 で き る。 シ ェア モー ド〔I〕と 〔II〕 の境 を,特 に ノー マ ル モ ー ド と言 う。 この とき の電 力 の流 れ は 図8(d)に 示 す。 ノ ー マ ル モー ドで は,全 負荷 電 力 は 三 相入 力 ポー トに接 続 され た商 用 電源 か ら流 入 し,単 編 入 力 ポー トか らの 電 力 は零 とな って い る。 し か し,単 相入 力 ポ ー トに は 図7 Fig.7.. 負 荷 抵 抗 を パ ラメー タ とし た入 力 電 力 特性(計 算 値). 電源 各接 続 され,待 機 状 態 に あ る。 負 荷 の変 化 に伴 い. Characteristics of input powers. 相 差 は 負荷 に応 じて制 御 され な けれ ば な らな い。 無 停. ノ ーマ ル モ ー ドに保 つ ため に は図7に 示 す よ う に,位. for resistive toad as a parameter. 図7は,三. 電 電 源 装 置 に おい て は,ノ ー マル モ ー ドは 正 常 な動 作. 相 出力ポ ー トに 純抵 抗 負 荷 を 接続 した 時. の位 相 差 θに対 す る電 力 の 流 れ を示 す 。 負 荷 の増 加 に. 状 態 に対応 す る。 <3・2> 実験 結 果. 図1に 示 す 試作 器 を 用 い て等. 伴 い両 入 力 ポー トか らの 電 力 曲線 は平行 移動 す る よ う. 価 回 路 で行 な った 結 果 と比 較 しな が らそ の特 性 を検 討. に増 大 す る。負 荷の 大 小 にか か わ りな く位 相差 θの変. す る。 図9は,無. 化 に対 す る電 力 の変 化 量 は 変 わ らな い。. 定 格 のVin1=Vin3=100Vと. 2組 の入 力 ポー トと出 力 ポー トの 間 の電 力 の流 れ は 入力 電 圧,入 力 ポ ー ト間 の 位相 差 な らび に 負荷 な どに よ り変 化 す る各,電 力 の 流 れ を調 節 す る こ とに関 して は雨 入 力 ポー ト電 圧 間 の位 相 差 が重 要 で あ る。す なわ ち,位 相 差 θを 制 御 す るこ とで 入 出 力 ポ ー ト間 の電 力 の流 れ の方 向,そ の量 を容 量 内 で 自由 に変 化 させ るこ と各 で き る。 ま た,図1の 昭57‑8. よ うに 単相 入 力 ポー トに イ <67>. 負 荷 状態 で2組 の 入 力 ポー ト電 圧 を した と きの 両入 力 ポー ト. 間 の位 相 差 θに対 す る実 験 結果 を示 す 。 この実 験 結 果 と図5の 計 算 値 を比 較 す る と良 い一 致 を示 す こ とが 分 る。 同 図の 直 流 出力 電 圧 は 三 相 出力 を全 波 整流 して 得 た平 均 電 圧 で あ る。 同装 置 を 整流 電 源 と して 用 い る こ とに よ り リプル の 少 な いDC無. 停 電電 源 装 置が 得 られ. る。 図10は,直. 流 出 力端 に純 抵 抗 負 荷 を接 続 した とき.

(5) 電 気 学 会論 文 誌B. 556. 図11 Fig.11. ruptible. 図9. 位 相 差 θ に 対 す る 無 負 荷 特 性(実. Fig.9. difference. No‑loaded. characteristics. for. 無 停 電 電 源 装 置 の 構 成. Block. diagram. power. of. a. new. uninter. supply.. 験 値) phase. θ.. 図12 Fig.12.. 制 御 回 路 の 概 略 図. Block. diagram. of. control. circuit.. ンバ ー タに流 れ る直 流電 流 を監 視 す る にとで 電 力 の流 れ 各 零 とな るよ う に制 御 され る。 イ ンバ ー タ の電 源 の 蓄 電 池 は,商 用 電 源 よ りそ の通 電 中 に 整 流器 を 通 して 図10. 十 分 充電 され た状 態 に保 たれ る。. ノー マル モ ー ドで の負 荷 特 性(実 験 値). 商 用 電源 各停 電 した と きは,単 相 イ ンバ ー タが 単相 ‑三 相 変 換器 を通 して三 相負 荷 に 全 電 力 を供 給 す る 。. Fig.10. Load characteristics on the normal mode condition.. また 三 相 商用 電 源 の電圧 が 降下 し商 用 電 源 のみ で は負 の 負 荷特 性 を示 す 。但 し,こ の 負 荷特 性 にお い て は, 図8(d)に. 荷 に電 力 が 供給 で きな くな った とき にお い て も,ノ ー. 示 した ノー マル モ ー ドを保 つ よ うに位 相 差. マル モー ドか らシ ェア モ ー ド〔I〕に移 行 して両 入 力 ポ. θ を 制御 し てい る。 同図 に示 す位 相 差 は負荷 に対 す る. ー トか ら電 力で 負 荷 電 力 を 確保 で き る。 図11の. ノー マ ル モー ドに保 つ た め の値 を示 す 。. バイ. パ ス回 路 は,定 電 圧 回 路 が 垂下 特 性 を 示 し電 力 の供給 で き ない よ うな 重負 荷 を 短 時 間支 え る こ とが必 要 な場. 4.. 無 停 電 電 源装 置 の 構 成. 合,商 用 電源 を直 接 負 荷 に結 ぶ 予備 回 路 で あ る。. 以 上 説 明 した変 圧 器 に よ り無 停電 電 源 装 置 を 構成 し た 場 合 の電 力 の流 れを 図11に. 示 す。 本 装 置 に お いて. 図12は. 図11. の電 力 の 流 れ を持 つ 無 停電 電 源装 置. の制 御 回 路 の ブ ロ ック図 を 示 す。 こ の回 路 は,基 本 的. は三 相 商 用 電源 は三 相 入 力 ポ ー トに接 続 され て お り,. に は単 相 出 力 の 従来 の トライ ポー トシ ス テ ム と同一 で. 通 常 の動 作状 態 で はそ の入 力 ポ ー トよ り三相 負 荷 電 力. あ るが(2),こ こで は位 相 制 御 回 路 が与 え られ て い る。. をす べ て 供 給 す る。 他 方 の 単相 イ ンバ ー タ各接 続 され. ノー マル モ ー ドの動 作 時 に お いて は,内 部 発振 器OSC. た 単 相 入 力 ポー トは 待 機状 態 に あ り,入 力 電力 の零 の. は商 用 電 源 周 波数 に 同期 す る。 ま た,イ. ノ ー マル モ ー ドとし て動 作 して い る。 そ のた あ に イ ン. の電 力 を零 近 く保 つ た め,直 流 電 流検 出器 か らの信号. バ ー タ の周 波数 は商 用 電 源 と同期 させ,そ の 位相 は イ. に よ り位 相 器 Θ で そ の位 相 角 θ が調 整 され る。 商用. <68>. ンバ ー タか ら. 102巻8号.

(6) 557 電源 各停 電 した と きに は,発 振 器OSCは ず れ59.87Hzの. 単 相 イ ンバ ー タ の三 相 無停 電 電 源. 同期 か ら外. 固有 の周 波数 信 号 を発 生 す る。 こ の. 周 波数 は,水 晶 発 振器 の発 振 周 波数 を分 周 す る こと に よ り得 られ る。 この と き,位 相 は次 章 にて説 明す る よ うに 出力 電 圧 の波 形 の過 渡 現象 を少 な くす るた め に位 相 を瞬 時 に推 移 す る必 要 が あ る。 こ の動 作 は位 相 器 を Θ か らΦsへ 切 り換 え る こ とで 達 成 され る。 こ の操 作 手順 に よ り,三 相 出力 電 力 は単 相 イ ンバ ー タか らの 電 力 に無 瞬 断 で切 り換 え られ る。 商 用 電 源 が復 帰 した と き,商 用 電 源 の ライ ンモニ タ 回路 か らの信 号 に よ り,周 波数 検 出器 各動 作 し発 振器 OSCは. 再 同 期 され る。 そ の 後,位 相 器 は Φ5か ら位. 相制 御 が 可能 な位 相 器 Θ に再 度 切 り換 え られ,三. 相. 図13. 三 相 定 電 圧 回 路,お. Fig.13.. Characteristics. difference. 商用 電 源 は再 び投 入 され ノー マル モ ー ドの状 態 に保 持. input. され る。. voltage. 以 上 は概 略 的 に無 停電 電 源 装 置 の シ ス テ ム構成 を示. よ び 単 相‑三. 相. 変 換 器 に お け る入 出力 電 圧 間 の 位 相 差 特 性. phase. between. voltage. on. of an. a. transformer. each. output. three‑phase and. a single. phase and. an. constant to. three. converter.. し たが,停 電 お よび 電源 復 帰 の 瞬 時 の過 渡 特 性,動 作 原理 は次章 に示 す 。 5.. 過 渡 特 性. <5・1>. 商用電源停電時. 三 相 商用 電 源 が 通電 中,. 待機 素子 の単 相 イ ンバ ー タが 接 続 され た 単 相入 力 ポー トは,商 用 電 源 が 停電,ま た は異 常 状 態 とな るや全 負 荷 電 力 を供 給 す る。 鉄 共振 回 路 を応 用 した 機 器 に お いて は入 出力 間 にお. 図14. いて 負荷 の増 大 に伴 い出 力電 圧 は入 力 電 圧 に対 し て位. Fig.14.. 相 遅 れを 生 ず る。 図13に. three‑phase. 示 す φ1は ノー マル モ ー ド. 三 相 電 源 停 電 時 の 波 形 Transient source. waveforms. as. a. fails.. で 動作 中 の 三相 入 力 ポー トに対 す る出 力 ポ ー ト電 圧 の 位 相 遅れ を 示 す。 φ2は 三相 入 力 ポー トが 開放 さ れ た 状態,す な わ ち単 相 入 力 ポ ー トのみ 各 接続 され て い る とき の入 力電 圧Vinに. 対 す る三 相 出力.中b相 電 圧Vb. の位 相 遅 れ を示 す 。 ノー マ ルモ ー ドで動 作 中 の単 相 イ ンバ ー タは図10に. 示 す よ うな 位 相差 を生 じ る よ うに. 位相 制 御 され てい る。 そ の ため,停 電 し た瞬 間,そ の とき の負荷 に対 応 した 出力 電 圧 と入 力電 圧 の位 相差 各 図15. φ1に一 致 しな い た め出 力 波形 に ひず みを 生 ず る。 こ の と き,波 形 に ひ ず みを 生 じるこ とな く出 力電 圧 を瞬. Fig.15. three‑phase. 三 相 電 源 再 閉 路 時 の 波 形 Transient source. waveforms. as. a. returns.. 時 に三 相 入 力 ポ ー トか ら単 相入 力 ポ ー トに移 す た めに は,イ. ンバ ー タの 位 相 を 瞬 時 に 出力 電 圧Vbに. 対応 し. た φ2の位相 差 とな る よ うに 位 相 を 移 す こ とが 必 要 で あ るが,こ の た め の移 相 角 は 図13に られ る。 図12の. 示 す φsで 与 え. ブ ロ ック 図 にお い て,停 電 の瞬 間,. い こ とが分 る。 <5・2>. 商用 電 源 復 帰 時. 商用 電 源 が 復 帰 す ると. 再 び ノー マ ル モー ドの状 態 に動作 を移 さな けれ ば な ら な い 。 復帰 時 にお い て は停 電 時 と異 な り通 電 を検 出 し. 移 相 器 Θ か ら φsが 設定 され た位 相 器 Φsへ の ゲ ー ト. た後 に一 定 期 間 を か け て推 移 を行 な うこ とで 出力 電 圧. 信 号 の切 り換 え 各 行 な わ れ る。 図14は,商. の過 渡 的 な ひず み を抑 制 で き る。. 用 電源 を. 開放 し た と き の波形 で あ る。 停 電 の 瞬間,波 形 の ひず み は ほ とん ど見 受 け られず,特 昭57‑8. に振 幅 の変 化 は生 じな <69>. まず 発 振 器OSCは. 商 用 電 源 と再 同期 され る。 そ の. 後,三 相 出 力 電圧 と商 用 電 源 が 同位 相 に な るよ うに イ.

(7) 電気 学 会 論 文 誌B. 558. ンバ ー タの 位 相 を制 御 す る。 この操 作 終了 後,し 器 をONに. ゃ断. (5). 別所 ・山 田:「直列巻線形単相‑三相変換器 にお ける相順の安 定化 とCAD」 電気学会 磁 気応用研AM‑78‑18(昭53). して三 相 商 用電 源 が 再 投 入 され る。 この. と き,三 相 商 用電 源 か らの入 力 電 力 は零 で あ り,過 渡. 付. 録. 現 象 は ほ とん ど生 じない 。 この瞬 間 の 波形 を同15に 示 す 各,波 形 の ひず み は ほ とん ど観 測 され ない 。 再 閉 路 後,ノ ー マ ル モ ード の状 態 に推 移 す るた めイ ンバ ー タのゲ ー ト信号 の位 相 を移 す。 こ の猿相 の調 整 は 期 間. 図2の 簡 易 等 価. ア ク タ ンスXLA,. XLcの. 特 性 は,変 圧 器 か ら実 測 され. る。 各 脚 の可 飽 和 リア ク トル はそ の 出 力巻 線 か ら正 弦. が長 い ほ ど波形 の過 渡 現象 に与 え る影響 は少 な い。 同 装 置 は鉄 共 振 回 路 に 基づ いて い るので,入 力電 圧 急 変 時,負 荷 急 変 時 な ど に対 す る応 答 は,鉄 共振 形 定 電 圧 変 圧 器 な ど と同 じ く負 荷 時 で は1,2サ. 簡 易等 価 回 路 に お け る素 子 の値. 回路 の3組 の鉄 共振 回 路 の 飽 和 リア ク トル,お よび リ. イ ク ル以. 波 電 圧 を 印加 して 電 流値 を実 効 値 で 測定 され,そ の結 果 を 付 図1に 示 す 。磁 気分 路 の特 性 で あ るXLA, のお の お のはNA,. Nc巻. XLC. 線 よ り他 の 巻 線 は短 絡 して. 測 定 され,出 力 巻線 に変 換 す る。 この結 果 を付 図2に. 内 の応 答 を示 す 。. 示 す。 6.. ま. と. め. 共 振 回路 用 コ ンデ ンサは,実 際 に は コ ンデ ンサ巻 線. 以 上,三 相,単 相 の二 つ の 入力 と三 相 出力 を持 つ 鉄 共 振形 変 圧 器 の構成 と動 作 につ い て説 明 した。 これ に よ り三 相無 停 電 電 源装 置を 構成 すれ ば,蓄 電 池,単 相 イ ンバ ー タを 待 機素 子 とす る全 構 成 の 簡略 化 が 可 能 と. を 設 け る て とに よ り,そ の 耐 電 圧 に適 した 値 に選 ば れ て い る。 直 列共 振 回 路 の イ ン ピーダ ンス も含 め て 出力 巻 線で の等価 な容 量 値 は 次 の値 で あ る。 Ca=263μF,. Cb=732,. Cc=342. な る。 同装 置 の定 常特 性 を解析 し た結 果,両 入 力 に 電 源 が 接続 され た 場 合 に は両 電源 の位 相 差 が特 に入 力 電力 の 流 れ た 影 響 を持 ち,こ の位 相 差 を制 御 す る こ とに よ り 各 入 力 か らの電 力 量,ま た は その流 れ の方 向 を変 化 さ せ る こ とが で き る。 ま た,無 停 電 装 置 と して の応 用 に関 し,三 相 電 源 の 停 電 に よ り単 相 イ ンバ ー タ に切 り換 え る際 の 過渡 現 象 な らび に 三相 商 用 電 源 が復 帰 す る とき の状 態 を実 験 的 に調 べ,イ. ンバ ー タの位 相 を 適 切 に制 御 す る こと に よ. 付 図1. 磁 心 の 各 脚 の 等 価 飽 和 リ ア ク トル 特 性. り過 渡現 象 の ほ とん ど ない無 瞬 断 の無 停 電電 源 装 置が. app.. 得 られ るこ とが 分 った。. saturable. この変 圧 器 の 出力 電 圧 は,磁 心 の飽 和特 性 のみ に よ. Fig.1.. legged. Characteristics reactors. of. each. of. equivalent. feg. on. 3‑the. transforrner.. り定電 圧 特 性 を得 て い るた め に,三 相 出力 電 圧 は 正確 に は平 衡 三 相 とは な ら ない。 これ らの点 につ いて は, 検 討 中 で あ る。. (昭和56年12月22日. 文 (1). J. J.. Suozzi:"System. INTELEC (2). R.. Rando:"AC. supply", (3). C. W. approach. (4). 原 田:「. 50. Boettcher: UPS",. of. Triports". Proc.. (1978‑10) Triport‑A. ibid,. to. 献 consideranon. 78.46. 受 付). new. uninterruptible. AC. power. Triport‑A. new. (1978‑10) A. 15kVA, ibid,. three‑phase. 付 図2. 磁 気 分 路 の 特 性. 59(1978‑10). 新 しい無 停電 電 源 シ ス テ ム. ―. ト ラ イ ポ ー ト―. app.. 」. Fig.2.. reactors. 電 学 誌100,41(昭55‑1). <70>. of. Characteristics magnetic. of. equivalent. shunts.. 102巻8号.

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