JP4872090B2

JP4872090B2 - 電圧調整装置

Info

Publication number: JP4872090B2
Application number: JP2008506286A
Authority: JP
Inventors: 勝次篠原; 吉朗山本; 憲一飯盛
Original assignee: 国立大学法人鹿児島大学
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: WO2007108427A1; JPWO2007108427A1

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧調整装置に関し、特に、変圧器の出力電圧を調整するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題や環境問題を考慮して、風力、太陽光、燃料電池、及びコジェネレーション等を利用した発電システムの実用化が進められている。これらの発電システムは一般に、電力系統の末端部分（変圧器の出力端子）に接続される。従って、これらの発電システムを適切に稼動させるために、電力系統の末端部分に設けられた変圧器の出力電圧を一定にする必要がある。しかしながら、電力系統の末端部分に設けられた変圧器の出力電圧は、その変圧器の出力端子に接続された負荷の変動に応じて変化する。特に、前述した発電システムでは、電力系統の末端部分に種々の発電機が接続されるので、逆潮流が生じ、電力系統の末端部分に設けられた変圧器の出力電圧が上昇してしまうという特有の問題が生じる。
【０００３】
このような問題に対し、変圧器の入力側にコンデンサを直列に接続し、このコンデンサの端子電圧を、インバータを備えた電源装置により変化させることにより、変圧器の出力電圧を調整する技術がある（特許文献１を参照）。
【０００４】
また、タップ切替式電圧調整器と、静止形電圧調整器とを配電線路に直列に接続し、これらタップ切替式電圧調整器と、静止形電圧調整器とを用いて、配電線路の電源側から入力した電圧を調整して、配電線路の負荷側に供給する技術もある（特許文献２を参照）。ここで、タップ切替式電圧調整器は、配電線路の電圧を入力して変成するタップ付きの調整変圧器と、そのタップ付きの調整変圧器のタップを切り替え制御するタップ制御部とを備えている。また、静止形電圧調整器は、配電線路から得た電圧を、インバータを用いて調整電圧に変換する電力変換器と、その電力変換器で変換された調整電圧を変成してタップ切替式電圧調整器の出力電圧に重畳して負荷側に与える直列変圧器とを備えている。ここで、タップ付きの調整変圧器のタップは、電力変換器の出力電圧が閾値を超えたときに切替制御される。
【０００５】
しかしながら、前述した風力発電システムや、太陽光発電システムでは、風量や、日射量により出力が激しく変動するので、電力系統の末端部分に設けられた変圧器の負荷（即ち出力電圧）が短い時間で不規則に変動する。したがって、特許文献１に記載の技術のようにコンデンサを用いたり、特許文献２に記載の技術のように変圧器のタップを切り替えたりする技術では、このような変動に追従して電圧を調整することが困難であるという問題点があった。
【０００６】
この他、特許文献１に記載の技術では、変圧器そのものを改造する必要があるので、装置の構成が複雑になるという問題点があった。
また、特許文献２に記載の技術では、タップ付きの調整変圧器のタップが、電力変換器からの指令に基づいて切り替わるので、タップ切替式電圧調整器と、静止形電圧調整器とを協調させる必要があり、装置の構成が複雑になるという問題点があった。
【０００７】
そこで、コンバータとインバータとを備えた電圧調整用交流電源の出力端子を、変圧器の入力側に直列に接続し、電圧調整用交流電源が、変圧器のための交流電源と同じ周波数の電圧を変圧器の入力側に供給することにより、変圧器の出力電圧を調整する技術がある（特許文献３を参照）。
【０００８】
しかしながら、前述した従来の技術では、インバータを用いているため、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を電解コンデンサで平滑してから再度交流電力に変換する必要がある。従って、電圧を調整するための回路における損失が大きくなるという問題点があった。また、電解コンデンサは、体積が大きく、且つ寿命が短い。従って、電圧を調整するための回路が大きくなると共に、寿命が短くなるという問題点があった。
【０００９】
また、特許文献３に記載の技術では、コンバータとインバータとを通過して得られた電圧を変圧器の入力側に供給するので、電圧を調整するための回路の損失が特に大きくなると共に、インバータが常時動作するので、電圧を調整するための回路の寿命が特に短くなる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１３６９４５号公報
特許文献２：特開平１１−２８９６６６号公報
特許文献３：特開２０００−１４８２６７号公報
発明の開示
［００１１］
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、損失が低く且つ信頼性の高い電圧調整装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の電圧調整装置は、変圧器の出力側の巻線に直列に接続されたコンバータからなる電圧変換回路と、前記コンバータを制御する制御回路と、を有し、前記コンバータは、複数のスイッチ素子と、当該複数のスイッチ素子の入力側に設けられたローパスフィルタであって、コンデンサとリアクタとを有するローパスフィルタとを有し、前記変圧器の出力電圧を、前記複数のスイッチ素子のスイッチ動作に応じた交流電圧に変換して出力し、前記コンバータにおける、第１の電流の経路と第２の電流経路とのそれぞれに、２つのスイッチ素子が直列に存在し、前記コンデンサの一端は、前記変圧器の出力側の巻線の一端と、前記第１の電流経路に存在する２つのスイッチ素子の接続点とに相互に接続されており、前記コンデンサの他端は、前記第２の電流経路に存在する２つのスイッチ素子の接続点と相互に接続されており、前記リアクタの一端は、前記コンデンサの他端と相互に接続されており、前記リアクタの他端は、前記変圧器の出力側の巻線の他端と相互に接続されており、前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子のスイッチ動作を制御し、前記変圧器の出力電圧に、前記電圧変換回路の出力電圧が重畳された電圧が、負荷側に供給されるようにしたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
［００１３］
［図１］図１は、本発明の実施形態を示し、電圧調整装置の構成の一例を示した図である。
［図２］図２は、本発明の実施形態を示し、スイッチ素子の構成の一例を示した図である。
［図３］図３は、本発明の実施形態を示し、制御回路の詳細な構成の一例を示した図である。
［図４Ａ］図４Ａは、本発明の実施形態を示し、単相変圧器の出力電圧の振幅が、目標電圧よりも小さい場合の、単相変圧器の出力電圧と補償電圧との関係の一例を概念的に示した図である。
［図４Ｂ］図４Ｂは、本発明の実施形態を示し、単相変圧器の出力電圧の振幅が、目標電圧よりも大きい場合の、単相変圧器の出力電圧と補償電圧との関係の一例を概念的に示した図である。
［図５Ａ］図５Ａは、本発明の実施形態を示し、図１に示した電圧調整装置をシミュレーションする際に使用した「単相変圧器の出力電圧の波形」の一例を示した図である。
［図５Ｂ］図５Ｂは、本発明の実施形態を示し、図５Ａに示した「単相変圧器の出力電圧」を補償するための補償電圧（マトリックスコンバータの出力電圧）の波形（シミュレーション結果）の一例を示した図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施形態を示し、図５Ａに示した「単相変圧器の出力電圧」を、図５Ｂに示した補償電圧（マトリックスコンバータの出力電圧）で補償することにより得られた「負荷側の電圧」の波形（シミュレーション結果）の一例を示した図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態を示し、スイッチ素子の構成の他の例を示した図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態を示し、三相変圧器の出力電圧を調整するための電圧調整装置の構成の一例を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の電圧調整装置の構成の一例を示した図である。
図１において、電圧調整装置は、マトリックスコンバータ２０と、単相絶縁変圧器３０と、制御回路４０とを有している。
マトリックスコンバータ２０は、スイッチ素子２１ａ〜２１ｄと、コンデンサ２２と、リアクタ２３とを有しており、単相絶縁変圧器３０を通して単相変圧器１０の出力側の巻線に直列に接続されている。
【００１５】
まず、マトリックスコンバータ２０の結線について詳細に説明する。
図１に示すように、スイッチ素子２１ａの一端は、単相変圧器１０の出力側の巻線の一端と相互に接続されており、スイッチ素子２１ａの他端は、単相絶縁変圧器３０の入力側の一端３１ａと相互に接続されている。
スイッチ素子２１ｂの一端は、スイッチ素子２１ｄの一端と相互に接続されており、スイッチ素子２１ｂの他端は、スイッチ素子２１ａの他端（単相絶縁変圧器３０の入力側の一端３１ａ）と相互に接続されている。
【００１６】
スイッチ素子２１ｃの一端は、スイッチ素子２１ａの一端と相互に接続されており、スイッチ素子２１ｃの他端は、単相絶縁変圧器３０の入力側の他端３１ｂと相互に接続されている。
スイッチ素子２１ｄの一端は、前述したようにスイッチ素子２１ｂの一端と相互に接続されており、スイッチ素子２１ｄの他端は、スイッチ素子２１ｃの他端（単相絶縁変圧器３０の入力側の他端３１ｂ）と相互に接続されている。
【００１７】
コンデンサ２２の一端は、単相変圧器１０の出力側の巻線の一端（スイッチ素子２１ａの一端）と相互に接続されており、コンデンサ２２の他端は、スイッチ素子２１ｂ、２１ｄの接続点と相互に接続されている。
リアクタ２３の一端は、コンデンサ２２の他端（スイッチ素子２１ｂ、２１ｄの接続点）と相互に接続されており、リアクタ２３の他端は、単相変圧器１０の出力側の巻線の他端と相互に接続されている。
単相絶縁変圧器３０の出力側の一端３２ａは、単相変圧器１０の出力側の巻線の一端と相互に接続されており、単相絶縁変圧器３０の出力側の他端３２ｂは、負荷側の端子５０ａと相互に接続されている。
【００１８】
次に、スイッチ素子２１の構成について説明する。図２は、スイッチ素子２１の構成の一例を示した図である。
図２に示すように、本実施形態のスイッチ素子２１は、２つのＲＢＩＧＢＴ（逆阻止ＩＧＢＴ；Reverse
Blocking Insulated-Gate Bipolar Transistor）２１１ａ、２１１ｂを逆並列に接続して構成される。このように、本実施形態では、逆耐圧を維持しながらスイッチング動作を行う逆阻止デバイスを用いてスイッチ素子２１を構成するようにしている。
【００１９】
図１に説明を戻し、制御回路４０は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔ（の位相と振幅）と、目標電圧Ｖａ（の位相と振幅）とに差がある場合に、負荷側の電圧Ｖｏ（の位相と振幅）が目標電圧Ｖａ（の位相と振幅）と同じになるような補償電圧Ｖｃを、マトリックスコンバータ２０（スイッチ素子２１ａ〜２１ｄ）が出力するように、スイッチ素子２１ａ〜２１ｄのスイッチ動作を制御する。これにより、マトリックスコンバータ２０は、スイッチ素子２１ａ〜２１ｄのスイッチ動作に応じて、負荷側の端子５０ａと、単相変圧器１０の出力側の巻線の一端との間に、補償電圧Ｖｃを印加する。こうして、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔに、補償電圧Ｖｃが重畳され、負荷側の電圧Ｖｏ（の位相と振幅）が目標電圧Ｖａ（の位相と振幅）になるような制御が実現される。
【００２０】
図３は、制御回路４０の詳細な構成の一例を示した図である。
図３において、電圧検出回路４１は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔ（の振幅と位相）を検出するための回路である。また、電圧検出回路４２は、単相絶縁変圧器３０の出力電圧である補償電圧Ｖｃ（の振幅と位相）を検出するための回路である。
【００２１】
減算回路４３は、外部から入力された「負荷側の電圧Ｖｏの目標電圧Ｖａ」と、電圧検出回路４１により検出された「単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔ」との差を演算するための回路である。なお、以下の説明では、目標電圧Ｖａと、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔとの差を、必要に応じて補償指令電圧Ｖｃ´と称する。
減算回路４４は、減算回路４３により得られた「補償指令電圧Ｖｃ´」と、電圧検出回路４２により得られた「補償電圧Ｖｃ」との差を演算するための回路である。なお、以下の説明では、補償指令電圧Ｖｃ´と、補償電圧Ｖｃとの差を、必要に応じて補償差分電圧ΔＶｃと称する。
【００２２】
比例制御回路４５は、減算回路４４で得られた「補償差分電圧ΔＶｃ」に、比例ゲインＫを乗算して比例動作を行い、この比例動作を行うことにより得られた補償差分電圧ΔＶｃを、方形波発生回路４６に出力する。
三角波発生回路４７は、電圧検出回路４１により検出された「単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔ」の大きさに応じた振幅を有する搬送三角波Ｖｄを生成して、方形波発生回路４６に出力する。すなわち、三角波発生回路４７は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔで三角波を変調することにより搬送三角波Ｖｄを生成して、方形波発生回路４６に出力する。
【００２３】
方形波発生回路４６は、比例制御回路４５から出力された補償差分電圧ΔＶｃと、三角波発生回路４７から出力された搬送三角波Ｖｄとを比較する比較器（コンパレータ）を有する。比較器（コンパレータ）による比較動作により、パルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）が行われ、ＰＷＭ信号（方形波）が得られる。このＰＷＭ信号が、スイッチ素子２１ａ〜２１ｄのゲート信号Ｖｇとなる。
【００２４】
ここで、方形波発生回路４６は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの値と、補償指令電圧Ｖｃ´の値とに応じて、ゲート信号Ｖｇに基づいて動作（オン）させるスイッチ素子２１ａ〜２１ｄを選択する選択回路を有している。
具体的に選択回路は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔと補償指令電圧Ｖｃ´とが共に正の値（Ｖｔ＞０、Ｖｃ´＞０）のときには、ゲート信号Ｖｇに基づいて、スイッチ素子２１ｂ、２１ｃをオンする。また、選択回路は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔと補償指令電圧Ｖｃ´とが共に負の値（Ｖｔ＜０、Ｖｃ´＜０）のときにも、ゲート信号Ｖｇに基づいて、スイッチ素子２１ｂ、２１ｃをオンする。
【００２５】
また、選択回路は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔが正の値であり、補償指令電圧Ｖｃ´の値が負の値（Ｖｔ＞０、Ｖｃ´＜０）のときには、ゲート信号Ｖｇに基づいて、スイッチ素子２１ａ、２１ｄをオンする。また、選択回路は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔが負の値であり、補償指令電圧Ｖｃ´の値が正の値（Ｖｔ＜０、Ｖｃ´＞０）のときにも、ゲート信号Ｖｇに基づいて、スイッチ素子２１ａ、２１ｄにオンする。
なお、補償指令電圧Ｖｃ´の値が０（ゼロ）の場合には、マトリックスコンバータ２０を動作させない。
【００２６】
以上のように本実施形態では、制御回路４０は、補償指令電圧Ｖｃ´と、実際の補償電圧Ｖｃとが一致するように、比例制御を用いたフィードバック制御を行うようにしている。これにより、負荷側の電圧Ｖｏを安定させる（目標電圧Ｖａと同じにする）ことが可能になる。
【００２７】
図１に説明を戻し、コンデンサ２２とリアクタ２３は、スイッチ素子２１ａ〜２１ｄのスイッチ動作に基づく高調波成分が電源側に流れるのを防ぐためのローパスフィルタである。また、単相絶縁変圧器３０は、マトリックスコンバータ２０の入力側と出力側とが短絡してしまうことを防ぐために挿入されている。
【００２８】
図４は、負荷側の電圧Ｖｏと、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔと、補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃとの関係の一例を概念的に示した図である。具体的に図４Ａは、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅が、目標電圧Ｖａよりも小さい場合の、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔと補償電圧Ｖｃとの関係の一例を概念的に示した図であり、図４Ｂは、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅が、目標電圧Ｖａよりも大きい場合の、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔと補償電圧Ｖｃとの関係の一例を概念的に示した図である。
【００２９】
例えば、図４Ａに示すように、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅が、破線で示す目標電圧Ｖａよりも小さい場合、補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃの振幅は、目標電圧Ｖａから単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅を引いた値となり、位相は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔと同相となる。このような補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃが、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔに重畳されることにより、負荷側の電圧Ｖｏの振幅は目標電圧Ｖａになる（近づく）。
【００３０】
また、図４Ｂに示すように、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅が、破線で示す目標電圧Ｖａよりも大きい場合、補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃの振幅は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅から目標電圧Ｖａを引いた値となり、位相は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔと１８０°ずれる。このような補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃが、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔに重畳されることにより、負荷側の電圧Ｖｏの振幅は目標電圧Ｖａになる（近づく）。
【００３１】
尚、図４では、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅を調整（補償）する場合を例に挙げて示したが、スイッチ素子２１ａ〜２１ｄのスイッチ動作を制御することにより、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの位相を調整（補償）することも可能である。
【００３２】
図５は、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの波形と、補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃの波形と、負荷側の電圧Ｖｏの波形の一例を示した図である。
具体的に、図５Ａは、図１に示した電圧調整装置をシミュレーションする際に使用した「単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの波形」の一例を示した図である。図５Ａに示した例では、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの振幅を、１１２．８（１４１×０．８）［Ｖ］として、シミュレーションを行った。
【００３３】
図５Ｂは、図５Ａに示した「単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔ」を補償するための補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃの波形（シミュレーション結果）の一例を示した図である。また、図５Ｃは、図５Ａに示した「単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔ」を、図５Ｂに示した補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃで補償することにより得られた「負荷側の電圧Ｖｏ」の波形（シミュレーション結果）の一例を示した図である。
【００３４】
以上のように本実施形態では、マトリックスコンバータ２０に設けられたスイッチ素子２１ａ〜２１ｄのスイッチ動作を制御して、補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃを生成し、生成した補償電圧Ｖｃを単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔに重畳させて負荷側の電圧Ｖｏの位相と振幅とが目標電圧Ｖａの位相と振幅と同じになる（近づく）ようにした。即ち、補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃにより、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔを補償する。従って、マトリックスコンバータ２０に設けられたスイッチ素子２１ａ〜２１ｄのスイッチ動作により、補償電圧（マトリックスコンバータ２０の出力電圧）Ｖｃを、負荷側の電圧Ｖｏの急激な変動に追従させて出力することができる。また、マトリックスコンバータ２０は、インバータとは違い、交流を直流に変換しない。このため、寿命の短い電解コンデンサを用いる必要がなくなる。これにより、従来よりも低損失化、小型化、及び長寿命化された電圧調整装置とすることができる。
【００３５】
マトリックスコンバータは、周波数が固定され、且つ電圧が固定された交流電源の周波数と振幅とを、電力蓄積要素を内部に設けることなく、直接的に可変させることができる装置である。しかしながら、単相マトリックスコンバータでは、単相マトリックスコンバータの入力電圧が０（ゼロ）になる位相の付近では、単相マトリックスコンバータの出力電圧も０（ゼロ）にならざるを得ない。このため、単相マトリックスコンバータ単体での実施形態では、その出力電圧の制御が難しかった。
【００３６】
しかしながら、本実施形態の電圧調整装置では、負荷側の電圧Ｖｏを理想的な電源電圧にするために単相マトリックスコンバータ２０を用いるので、単相マトリックスコンバータ２０の出力電圧Ｖｃの周波数は、入力側の周波数と同じであり、しかも、単相マトリックスコンバータ２０の入力電圧が０（ゼロ）になる位相では、単相マトリックスコンバータ２０の出力電圧Ｖｃも０（ゼロ）でよい。このため、本実施形態の電圧調整装置では、単相マトリックスコンバータ２０の能力を有効に利用できる。
【００３７】
なお、本実施形態では、２つのＲＢＩＧＢＴを逆並列に接続してスイッチ素子２１をマトリックス状に配置するようにしたが、負荷側の電圧Ｖｏの変動に追従して単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔを調整することができれば、スイッチ素子２１の種類と配置は、このようなものに限定されない。例えば、図６に示すようにして、スイッチ素子２１を構成するようにしてもよい。図６は、スイッチ素子２１の構成の他の例を示した図である。
【００３８】
図６に示す例でも、図２に示した例と同じ機能を持たせるため、２つのＩＧＢＴ２１２ａ、２１２ｂと、２つのダイオード２１３ａ、２１３ｂを用いてスイッチ素子２１を構成するようにしている。ただし、図６に示す例では、ＩＧＢＴ２１２ａ、２１２ｂのエミッタとコレクタとの間に、エミッタ側をアノード側にしてダイオード２１３ａ、２１３ｂが接続されるようにすると共に、ダイオード２１３ａ、２１３ｂのカソード同士（ＩＧＢＴ２１２ａ、２１２ｂのコレクタ同士）が相互に接続されるようにしている。
【００３９】
また、本実施形態では、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔ（の位相と振幅）と、目標電圧Ｖａ（の位相と振幅）との差を示す補償指令電圧Ｖｃ´に、単相絶縁変圧器３０の出力電圧である補償電圧Ｖｃを合わせるようにすることにより、負荷側の電圧Ｖｏ（の位相と振幅）が目標電圧Ｖａ（の位相と振幅）になるような制御を実現するようにした。しかしながら、必ずしもこのようにする必要なない。例えば、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの位相と振幅の何れか一方が目標値になるようにしてもよい。また、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔの位相と振幅が、許容範囲になるようにしてもよい。さらに、負荷側の電圧Ｖｏの位相と振幅が、目標値（又は許容範囲内）となるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、本実施形態では、単相変圧器１０の出力電圧Ｖｔを調整する場合を例に挙げて示したが、ｎ（ｎは自然数）相変圧器の各相の出力電圧を調整するようにしてもよい。例えば、図７に示すようにしてもよい。図７は、三相変圧器の出力電圧を調整するための電圧調整装置の構成の一例を示した図である。
【００４１】
図７において、電圧調整装置は、三相マトリックスコンバータ２００と、三相絶縁変圧器３００と、制御回路４００とを有している。
三相マトリックスコンバータ２００は、図１に示したマトリックスコンバータ２０と同じ構成を有する３個のマトリックスコンバータ２０ａ〜２０ｃを備えている。三相絶縁変圧器３００は、図１に示した単相絶縁変圧器３０と同じ構成を有する３個の単相絶縁変圧器３０ａ〜３０ｃを備えている。
制御回路４００は、三相変圧器１００の各相における負荷側の電圧の位相と振幅が目標値であるか否かを判定する回路と、三相変圧器１００の各相（各相間）における負荷側の電圧に応じて、スイッチ素子２１ａ〜２１ｌのスイッチ動作を制御する回路とを有する。
【００４２】
即ち、三相変圧器１００の出力端子１００ａ、１００ｂ、１００ｃに対して直列に、マトリックスコンバータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが、三相絶縁変圧器３００を通してそれぞれ接続されるようにする。そして、制御回路４００が、第１の実施形態で説明した動作を各相に対して行うことにより、スイッチ素子２１ａ〜２１ｌのスイッチ動作を制御する。これにより、三相変圧器１００の出力端子１００ａ、１００ｂ間の電圧と、出力端子１００ｂ、１００ｃ間の電圧と、出力端子１００ｃ、１００ａ間の電圧とが、それぞれマトリックスコンバータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの出力電圧（補償電圧）Ｖｃで補償される。
以上のように、マトリックスコンバータ２０の数を増やすことにより、多相変圧器の出力電圧を正確に且つ低損失で調整することができる。
【００４３】
また、電圧調整装置に９個のスイッチ素子を有する三相マトリックスコンバータを用いた場合、単相絶縁変圧器に電圧を注入する部分を、星形結線で配線する必要がある。そうすると、各相の補償電圧Ｖｃの干渉が起こる。このため、三相変圧器１００の各相の出力電圧の調整能力が低下する恐れがある。これに対して、図７に示したように、１２個のスイッチ素子２１ａ〜２１ｌを用いた場合、各相の単相絶縁変圧器３０ａ〜３０ｃに独立して、補償電圧Ｖｃを印加できる。このため、三相変圧器１００の各相の出力電圧を高精度で調整することが可能になる。
【００４４】
なお、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、変圧器の出力電圧を、複数のスイッチ素子のスイッチ動作に応じた交流電圧に変換し、変換した交流電圧が変圧器の出力電圧に重畳されて、負荷側に供給されるようにした。これにより、複数のスイッチ素子のスイッチ動作に応じた交流電圧を用いて、変圧器の出力電圧を調整することができる。従って、変圧器の出力電圧を直流に変換する必要がなくなり電解コンデンサが不要になると共に、複数のスイッチ素子のスイッチ動作により、高速に且つ確実に変圧器の出力電圧を調整することができる。よって、損失が低く且つ信頼性の高い電圧調整装置を提供することができる。

Claims

変圧器の出力側の巻線に直列に接続されたコンバータからなる電圧変換回路と、
前記コンバータを制御する制御回路と、
を有し、
前記コンバータは、複数のスイッチ素子と、当該複数のスイッチ素子の入力側に設けられたローパスフィルタであって、コンデンサとリアクタとを有するローパスフィルタとを有し、前記変圧器の出力電圧を、前記複数のスイッチ素子のスイッチ動作に応じた交流電圧に変換して出力し、
前記コンバータにおける、第１の電流の経路と第２の電流経路とのそれぞれに、２つのスイッチ素子が直列に存在し、
前記コンデンサの一端は、前記変圧器の出力側の巻線の一端と、前記第１の電流経路に存在する２つのスイッチ素子の接続点とに相互に接続されており、前記コンデンサの他端は、前記第２の電流経路に存在する２つのスイッチ素子の接続点と相互に接続されており、
前記リアクタの一端は、前記コンデンサの他端と相互に接続されており、前記リアクタの他端は、前記変圧器の出力側の巻線の他端と相互に接続されており、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子のスイッチ動作を制御し、
前記変圧器の出力電圧に、前記電圧変換回路の出力電圧が重畳された電圧が、負荷側に供給されるようにしたことを特徴とする電圧調整装置。
前記複数のスイッチ素子は、マトリックス状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧調整装置。
前記スイッチ素子は、逆阻止デバイスを含むことを特徴とする請求項２に記載の電圧調整装置。
前記電圧変換回路をｎ（ｎは自然数）個有し、
前記電圧変換回路は、ｎ相変圧器の出力側の巻線に１つずつ直列に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電圧調整装置。