[发明专利]交流电压控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及连接在交流电源与感应性负载之间的交流电压控制装置，涉及利用磁能再生开关来对负载电压的调整进行控制的交流电压控制装置。

背景技术

现在，电能系统成为片刻也不能停止的重要的社会设施，而负载电压的稳定及其控制是非常重要的。

在电力系统中，由于白炽灯点亮时的冲击电流等短时间的过电流、感应电动机起动时的冲击和变压器的初始励磁涌流时的饱和冲击电流等造成的短时间的电压下降，有可能对设备的正常运转产生障碍，因而供给侧提供较高的电压。

在电力供给系统中，作为针对最大负载时的配电线路的电压下降的对策，有将电压增大几％进行供给的趋势，但由于达到最大负载的频度通常不怎么多，所以往往无必要地消耗掉大于额定部分的电压量。结果，在未被逆变的荧光灯、汞灯、钠灯等的照明中，明亮程度超过必要程度，只是这些放电灯即可适当地使输入电压连续下降，能够实现节能调光。另外，在通用感应电动机中，由于铁损的增加，电力效率下降。在小型感应电动机中，在以约70％以下的负载率进行运转时，使负载电压略微低于额定，将会使电动机效率提高，这些是众所周知的。

以往，为了适当调整交流电压，通常通过变压器的抽头切换来进行调整。但是，对于机械式的情况，通过切换而输出的电压是阶段式的，存在动作上产生时间延迟的问题。另外，滑动式变压器(slidec)比较昂贵，而且耐久性也存在问题。在逆变器/变换器的背对背方式中，由于不需要改变频率，所以认为其应用成本高，电力损耗也大。

另外，在直流电路中，在把电力从交流转换为直流后，利用直流电压调整电路将电压控制为固定值，而在交流侧进行相同控制的技术，过去曾存在利用铁谐振的磁放大器，但在之后几乎没有得到发展。采用晶闸管的交流电压调整器存在电流波形失真、且电压控制的结果为电流成为了延迟功率因数(电流比电压延迟的状态)的缺点。在如感应性负载那样的延迟功率因数负载中，还存在如下问题：在电压切断时产生高电压，电压噪声大。

另外，作为另外一种电路技术提出了被称为磁能再生开关(以下称为“MERS”)的技术，并已经获得专利(参照专利文献1)。

MERS使用不具有逆向截止能力、即逆向导通型的开关电路/半导体元件。作为逆向导通型的开关电路/半导体元件，例如可以列举对于自消弧型元件和二极管，将自消弧型元件的正极侧和二极管的负极侧连接，而且将自消弧型元件的负极侧和二极管的正极侧连接(以下简称为“逆向并联”连接)而形成的电路，或者在制造时内置了寄生二极管的大功率MOSFET等半导体元件等(以下，把这些逆向导通型的开关电路/半导体元件简称为“逆向导通型半导体开关”)。

MERS由全桥电路和连接在全桥电路的正极端子与负极端子之间的电容器构成，其中，该全桥电路构成为针对第1逆向导通型半导体开关脚(switch-leg)和第2逆向导通型半导体开关脚，将第1逆向导通型半导体开关和第3逆向导通型半导体开关的正极彼此连接作为正极端子，而且将第2逆向导通型半导体开关和第4逆向导通型半导体开关的负极彼此连接作为负极端子，其中，在该第1逆向导通型半导体开关脚中，将构成第1逆向导通型半导体开关的自消弧型元件的负极侧(以下简称为“逆向导通型半导体开关的负极侧”)、和构成第2逆向导通型半导体开关的自消弧型元件的正极侧(以下简称为“逆向导通型半导体开关的正极侧”)的连接点作为第1交流端子，在该第2逆向导通型半导体开关脚中，将第3逆向导通型半导体开关的负极侧和第4逆向导通型半导体开关的正极侧的连接点作为第2交流端子。

在全桥电路的第1交流端子与第2交流端子之间连接MERS的控制对象的电路。

把第1逆向导通型半导体开关和第4逆向导通型半导体开关作为第1对，把第2逆向导通型半导体开关和第3逆向导通型半导体开关作为第2对，在把构成第1对的两个逆向导通型半导体开关的自消弧型元件设为导通状态(以下简称为“使逆向导通型半导体开关导通的状态”)时，把构成第2对的两个逆向导通型半导体开关的自消弧型元件设为截止状态(以下简称为“使逆向导通型半导体开关截止的状态”)，在第1对成为截止状态时，通过控制逆向导通型半导体开关的导通/截止的状态，使第2对成为导通状态，在MERS中，当电路的电流被切断时，电容器吸收在全桥电路和控制对象的电路整体中蓄积的“缓冲能量”，并作为能够在控制对象的电路中再生的电流双向的开关电路发挥作用。根据控制的目的及范围，能够将在控制对象的电路流过的电流的方向切换为正向和反向。