JP2002272113A - 直流リアクトル装置及び高周波抑制制御装置 - Google Patents
直流リアクトル装置及び高周波抑制制御装置Info
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Abstract
源側の電流ピークと高調波電流を大幅に抑制する直流リ
アクトル装置を提供すること。 【解決手段】3相交流電源1を整流し平滑する整流平滑
回路を構成する3相ブリッジ整流器2と平滑コンデンサ
4との間に挿入される直流リアクトル装置10である。
直流リアクトル装置10は、直流リアクトル11と、こ
の直流リアクトル鉄心13に巻込まれた直流リアクトル
補助巻線14と、この直流リアクトル補助巻線14に接
続され任意の電圧波形を発生する電圧源15と、直流リ
ップルを補償するように電圧源15を制御する制御回路
16とを具備する。
Description
で整流して平滑コンデンサで平滑する整流平滑回路のピ
ーク電流と高調波電流を抑制するために整流器と平滑コ
ンデンサとの間に挿入される直流リアクトル装置又は高
調波抑制制御装置に関する。
鉄心に巻線を巻いただけの単純な直流リアクトル(DC
L)が実用に供されている。このような直流リアクトル
を用いた整流平滑回路の構成を図35に示す。
相ブリッジ整流回路2と、直流リアクトル3と、平滑コ
ンデンサ4とから成り、3相交流系統電源1が発生する
3相交流電圧を整流平滑化し、負荷5に直流電力を供給
する。なお、符号6は系統インダクタンスである。
を整流し、電源周波数fの6倍の周波数のリップルを含
む3相全波整流電圧Vrec を直流側に出力する。この時
の平滑コンデンサ電圧Vc の波形を図36(a)に示
し、直流電流Idcの波形を図36(b)に示す。
(a)に示し、該交流電流波形の波形をフーリエ解析し
た結果を図37(b)に示す。図37(a)(b)に示
すように、交流電流のピーク値は49.2[A]であ
り、全調波歪THDは67.8[%]である。
7.0±8.2[V]であり、±3.1[%]の変動を
示している。
デンサ電圧Vc と直流電流Idcの図36(a)(b)と
は異なる波形を図39(a)(b)に示す。すなわち、
図39(a)(b)は、系統インダクタンス6が40
[μH]時の交流電流波形とこの波形をフーリエ解析し
た結果を示す。図39(a)(b)より、交流電流17
01のピーク値は73.1[A]であり、全調波歪TH
Dは84.6[%]である。また図40に従来の直流リ
アクトルを適用した場合の直流電圧波形を示す。図40
では、平滑コンデンサ電圧は、269.3±10.0
[V]であり、±3.9[%]の変動を示している。
ンス6が200[μH]時の交流電流波形とこの波形を
フーリエ解析した結果を示す。図41(a)(b)によ
れけば、交流電流のピーク値は53.6[A]であり、
全調波歪THDは53.6[%]である。また図42に
従来のDCL方式適用時の直流電圧波形を示す。図42
では、平滑コンデンサ電圧は、264.4±5.8.
[V]であり、±2.2[%]の変動を示している。
においては、通過電流がすべて鉄心の励磁電流となるた
め磁気飽和しやすく、これを避けるために鉄心断面積を
大きく作る必要があった。しかし鉄心断面積を大きくす
ると装置が大型化し、コストアップを招くことになの
で、一般には十分な大きさの断面積の鉄心は採用しな
い。
高値付近で鉄心が磁気飽和してしまい、電流ピークを十
分抑制できなくなる。
損なわれ電源高調波を十分に低減できなくなる。
能が全く無いため、図38に示すように直流電圧波形に
は交流側の高調波電流が多く残存し、全調波歪THDも
68[%]程度までしか改善されていなかった。
あると、入力電流の過渡的な変化が遅くなり、負荷急変
に伴い入力電流が急変しないため、直流平滑コンデンサ
の端子間電圧が大きく変動してしまい直流リンク電圧の
安定性が損なわれる。
ば、特開平9−182441号公報のようなスイッチン
グ素子による制御機能を有する3相整流装置を適用すれ
ばよいが、スイッチング素子のコストが高いため、装置
のコストがアップしてしまう。
る方法によってもピーク電流や高調波は抑制することが
できるが、スイッチング素子に主電流が流れるため、ス
イッチング素子の電流容量を高くすることが必要とな
り、スイッチング素子での電力損失が大きくなる。
和を抑制するとともに交流電源側の電流ピークと高調波
電流を大幅に抑制する直流リアクトル装置を提供するこ
とにある。
ピークと高調波電流を大幅に低減するとともに、直流リ
ンク電圧を安定化する高調波抑制制御装置を提供するこ
とにある。
るため本発明は、交流電源を整流し平滑する整流平滑回
路を構成する整流器と平滑コンデンサとの間に挿入され
る直流リアクトル装置において、直流リアクトルと、こ
の直流リアクトル鉄心に巻込まれた直流リアクトル補助
巻線と、この直流リアクトル補助巻線に接続され任意の
電圧波形を発生する電圧源と、直流リップルを補償する
ように前記電圧源を制御する制御手段とを具備すること
を特徴とする。
制御手段により制御した前記電圧源から、直流リアクト
ル補助巻線に制御された電圧波形を注入することで、直
流電流ピークを抑制することが可能となり、直流リアク
トルの鉄心の小型・軽量化、低価格化が可能となる。
とができる。
圧変動を抑制でき、直流電圧の安定化を実現することが
できる。これにより平滑コンデンサ容量を低く選ぶこと
が可能となり、小型・低価格化が可能となると伴に、長
寿命化も図れ信頼性も改善される。
交流電源に接続され交流電圧を整流するブリッジ整流回
路とこのブリッジ整流回路からの整流電圧から交流成分
を除去する平滑コンデンサとの間に接続され任意の電圧
波形を発生する電圧源と、直流リップルを補償するよう
に前記電圧源を制御する制御手段とを具備することを特
徴とする。
制御手段が発生するリップルを抑制する電圧指令信号に
基づき、電圧源が制御され、この結果、交流電源側の高
調波電流を抑制することができる。
を抑制することが可能となる。
き、直流電圧の安定化を実現することができる。これに
より平滑コンデンサ容量を低く選ぶことが可能となり、
システムの小型・低価格化が可能となる。またシステム
の長寿命化が図れ、信頼性が改善される。
明は、交流電源に接続され交流電圧を整流するブリッジ
整流回路と整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデ
ンサとの間に接続されコンデンサとスイッチング素子か
ら構成されリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、こ
の単相ブリッジ回路のPWMスイッチングにより発生す
る高調波を除去するLCフィルタを構成する小型リアク
トルと、PWMスイッチングによる高周波を低減する減
衰抵抗と、LCフィルタを構成するフィルタコンデンサ
と、前記3相交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器
と、前記単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する
電圧検出器と、前記小型リアクトルに流れ込む電流を検
出する電流検出器と、検出した交流線間電圧とコンデン
サ電圧と直流電流の検出値から算出したリップル補償量
に基づきPWM制御を行いリップルを抑制するスイッチ
ング指令信号を出力する制御手段と、この制御手段から
入力したスイッチング指令信号に基づき各スイッチング
素子を制御するゲート信号を出力するゲート駆動回路と
を具備することを特徴とする。
制御手段が発生するリップルを抑制する電圧指令信号に
基づき、電圧源が制御され、この結果、交流電源側の高
調波電流を抑制することができる。
を抑制することが可能となる。
き、直流電圧の安定化を実現することができる。これに
より平滑コンデンサ容量を低く選ぶことが可能となり、
システムの小型・低価格化が可能となる。またシステム
の長寿命化が図れ、信頼性が改善される。
明は、交流電源に接続され交流電圧を整流するブリッジ
整流回路と整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデ
ンサとの間に接続されコンデンサとスイッチング素子か
ら構成されリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、前
記交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、前記単
相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する電圧検出器
と、前記単相ブリッジ回路に流れ込む電流を検出する電
流検出器と、検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と
直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づき
PWM制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令
信号を出力する制御手段と、この制御手段から入力した
スイッチング指令信号に基づき各スイッチング素子を制
御するゲート信号を出力するゲート駆動回路とを具備す
ることを特徴とする。
さらに、小型リアクトル、減衰抵抗、フィルタコンデン
サ無しで、容易に高調波抑制制御装置を構成することが
できる。
明は、交流電源に接続され交流電圧を整流するブリッジ
整流回路と整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデ
ンサとの間に接続されコンデンサとスイッチング素子か
ら構成されリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、こ
の単相ブリッジ回路のPWMスイッチングにより発生す
る高調波を除去するフィルタを構成する小型リアクトル
と、前記交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、
単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する電圧検出
器と、前記小型リアクトルに流れ込む電流を検出する電
流検出器と、検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と
直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づき
PWM制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令
信号を出力する制御手段と、この制御手段から入力した
スイッチング指令信号に基づき各スイッチング素子を制
御するゲート信号を出力するゲート駆動回路とを具備す
ることを特徴とする。
さらに、減衰抵抗とフィルタコンデンサ無しで、容易に
高調波抑制制御装置を構成することができる。
明は、交流電源に接続され交流電圧を整流するブリッジ
整流回路と整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデ
ンサとの間に接続されコンデンサとスイッチング素子か
ら構成されリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、こ
の単相ブリッジ回路のPWMスイッチングにより発生す
る高調波を除去するLCフィルタを構成する小型リアク
トルと、LCフィルタを構成するフィルタコンデンサ
と、前記交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、
単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する電圧検出
器と、前記小型リアクトルに流れ込む電流を検出する電
流検出器と、検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と
直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づき
PWM制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令
信号を出力する制御手段と、この制御手段から入力した
スイッチング指令信号に基づき各スイッチング素子を制
御するゲート信号を出力するゲート駆動回路とを具備す
ることを特徴とする。
さらに、減衰抵抗無しで、容易に高調波抑制制御装置を
構成することができる。
形態における直流リアクトル装置の構成を図1に示す。
流平滑回路は、3相ブリッジ整流回路2と直流リアクト
ル装置10と平滑コンデンサ4とから構成される。
交流電源1に接続され、3相交流電圧を整流し、直流側
に図2に示すような3相全波整流電圧Vrecを出力す
る。
ル主巻線12と、直流リアクトル鉄心13と、補助巻線
として巻かれた直流リアクトル補助巻線14とを有する
直流リアクトル11と、この直流リアクトル11の補助
巻線14に接続され任意の電圧を発生する電圧源15
と、直流リアクトル鉄心13が飽和しないように制御す
ると共に直流リップルを補償する電圧を発生するように
電圧源15を制御する制御回路16とから構成される。
ル補助巻線14は、直流リアクトル鉄心13を介して、
磁気的に結合されている。直流リアクトル補助巻線14
に接続され任意電圧の発生が可能な電圧源15は、直流
リアクトル補助巻線14を介して、直流リアクトル主巻
線12に任意の電圧波形を注入することが可能である。
アクトル鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に直流リッ
プルを補償する電圧指令を電圧源15に出力する。
を入力し、直流リアクトル補助巻線14に直流リアクト
ル鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、直流リップル
を補償する補償電圧を印加する。
気飽和を抑制すると共に直流リップルを打ち消す方向の
磁束が形成され、直流リアクトル主巻線12に発生する
リップルを打ち消す。
飽和を抑制すると共に、直流電流Idcは、図3のように
リップルの低減されたピークが低く高調波の少ない電流
となる。また平滑コンデンサ4の直流電圧は、図2に示
すようにリップルの小さい安定な電圧になる。
飽和を抑制し、直流電圧を安定化した状態で平滑コンデ
ンサ4を負荷5に接続する。
10の直流リアクトル11を形成している鉄心13に巻
込まれた直流リアクトル補助巻線14とこれに接続され
任意の波形の電圧を発生することが可能な電圧源15と
その制御回路16を設けることにより、直流リアクトル
補助巻線14に任意の波形の電圧を注入することができ
る。
が可能となり、直流リアクトル11の鉄心13の小型・
軽量化、低価格化が可能となる。
とができる。
電圧変動を抑制でき、直流電圧の安定化を実現すること
ができる。これにより平滑コンデンサ4の容量を低く選
ぶことが可能となり、小型・低価格化が可能となると伴
に、長寿命化も図れ信頼性も改善される。
態における直流リアクトル装置の構成を図4に示す。
は、直流リアクトル11と、チョッパ回路17、電源系
の線間電圧を検出する電圧検出回路18、直流一次巻線
電流検出回路19、直流二次巻線電流検出回路20およ
び制御部21から構成される。
アクトル装置10Aにおける電圧源として直流リアクト
ル補助巻線14に接続される。
検出し制御部に対して電圧検出信号を出力する。
次巻線側の直流電流を検出し制御部に対して電流検出信
号Idc1を出力する。
二次巻線側の電流を検出し、制御部21に対して電流検
出信号Idc2を出力する。
501と、磁気飽和抑制制御部502と、PWM制御部
503とから構成される。
線間電圧検出部504、ゼロクロス検出部505、PL
L部506、整流電圧演算部507、加算器508、ゲ
イン設定部509とから構成される。
部510、ゲイン設定部511、減算器512、加算器
513,516、比例制御部514、積分制御部515
とから構成される。
18,520、三角波比較PWM制御部519,521
から構成される。
て、交流線間電圧検出部504は、電圧検出回路402
から線間電圧検出値523を入力し、ADCによりデジ
タル信号に変換し、ゼロクロス検出部505に対して出
力する。
タル化された系統線間電圧検出データに基づき、線間電
圧のゼロクロスポイントを検出し、ゼロクロスフラグを
出力する。PLL部506はゼロクロスフラグを入力
し、ゼロクロスが発生していれば系統線間電圧位相デー
タをリセットし、そうでなければ系統線間電圧位相を出
力する。
から入力した系統線間電圧位相データに基づき、整流電
圧データVrec を演算により算出し出力する。減算器5
08は、あらかじめ設定した電圧指令522と系統線間
電圧信号523から演算により算出した整流電圧演算値
524との偏差を算出する。ゲイン設定部509は、減
算器508の出力である偏差データに対して変換ゲイン
G1を乗算し電圧指令データV1(527)として出力
する。
流検出値526と二次巻線電流検出値527とオフセッ
ト補正値528とを入力する。ゲイン設定部510は、
一次巻線電流検出値526(I1)に対して変換ゲイン
K1を乗算し一次巻線電流データを出力する。
値527(I2)に対して変換ゲインK2を乗算するこ
とにより、一次側に換算した二次巻線電流データを出力
する。減算器512は、一次巻線電流データと一次側に
換算した二次巻線電流データとの偏差を算出し出力す
る。加算器513は、一次電流検出器403と二次電流
検出器404のドリフトによる変化を補償するためのオ
フセット補正値528を加算し出力する。
フセット補正された電流偏差データを入力し比例ゲイン
Kpを乗算して出力する。積分制御部515は、一次側
に換算されオフセット補正された電流偏差データを入力
し、積分ゲインKiを乗算したデータの積算値を出力す
る。加算器516は、比例制御部514と積分制御部5
15の出力を加算し電圧指令データV2(529)を出
力する。
部501の出力である電圧指令データV1(525)と
磁気飽和抑制制御部502の出力である電圧指令データ
V2(529)を加算し電圧指令データVp (530)
を出力する。
p (530)を入力し、正側キャリア信号発生部518
と負側キャリア信号発生部520がそれぞれ発生するキ
ャリア信号と比較部519と521において三角波比較
PWM制御が行われ、チョッパ回路401に対してゲー
ト信号Gate1(523)とゲート信号Gate2
(521)を出力する。
場合の交流電流波形と高調波分布を示す。電流ピーク
は、約27[A]であり、全調波歪THDは28.7
[%]に低減できている。
c の波形を示す。直流電圧は、266.6±0.3
[V]であり、±0.1[%]の変動に低減できてい
る。
気飽和を抑制すると共に、鉄心13の主磁束を減じる向
きに電流を流れるようにしたチョッパ回路17を設けた
ことにより、直流リアクトル補助巻線14に流れる電流
の向きは限定されるが、注入電圧波形を任意とすること
ができるため、請求項1に対応する実施形態と同様の効
果を得ることができる。
を図8に示す。
電圧源15Aでは、直流リアクトル補助巻線14がスイ
ッチ23を介して直流電圧源22に接続される。スイッ
チ23を制御回路16Aにより切り替えることにより、
正負両極性の電圧を補助巻線に供給することができる。
よれば、直流リアクトル鉄心13の磁気飽和を抑制する
と共に、双方向に電流が流れるようにしたことにより、
直流リアクトル補助巻線14に双方向の電流を流すこと
が可能となると共に、任意の注入電圧を印加することが
可能となるため、請求項1に対応する実施形態と同様の
効果を得ることができる。
を図9に示す。
電圧源15Bでは、チョッパ回路24が図8におけるス
イッチ23の代りを成すものであり、この場合、直流リ
アクトル補助巻線14に供給される電流は一方向に限定
されるため、直流リアクトル補助巻線14にバイアス電
流を重畳して流す必要がある。このバイアス電流は、直
流電圧源22やチョッパ回路24の電流容量を余計に必
要とするが、直流リアクトル鉄心13を通る主磁束を低
減するように作用し、鉄心13を小型にできる。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、鉄心1
3の主磁束を減じる向きに電流が流れるようにしたチョ
ッパ回路24を設けたことにより、補助巻線14に流れ
る電流の向きは限定されるが、注入電圧波形は任意の形
状となり、請求項1に対応する実施形態と同様の効果を
得ることができる。
を図10に示す。
電圧源15Cでは、インバータ回路25が、図8におけ
るスイッチ23の代りを成すもので、直流リアクトル補
助巻線14に両方向の電流を流す事が可能であり、バイ
アス電流は必要ない。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、鉄心1
3の主磁束を減じる向きに電流が流れるようにしたチョ
ッパ回路24を設けたことにより、補助巻線14に両方
向の電流を流すことができ、また注入電圧波形は任意の
形状となり、請求項1に対応する実施形態と同様の効果
を得ることができる。
を図11に示す。
電圧源15Dでは、チョッパ回路26が、直流リアクト
ル補助巻線14の各端子にそれぞれ接続されるため2台
必要となるが、直流電圧源22は1個で済む。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、鉄心1
3の主磁束を減じる向きに電流を流れるようにしたチョ
ッパ回路26を設けたことにより、直流リアクトル補助
巻線14に流れる電流の向きは限定されるが、注入電圧
波形を任意とすることができるため、請求項1と同様の
効果を得ることができる。
を図12に示す。
電圧源15Eでは、直流リアクトル補助巻線14に単層
ブリッジ電圧型インバータ回路27を接続する。図10
のハーフブリッジ構成のインバータ25を2台分のスイ
ッチング素子が必要となるが、直流電圧源22は1個で
済む。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、双方向
に電流が流れるようにした単層ブリッジ型インバータ回
路27を設けたことにより、直流リアクトル補助巻線1
4に双方向の電流を流すことが可能となるとともに、任
意の波形の注入電圧を印加することが可能となるため、
請求項1と同様の効果を得ることができる。
を図13に示す。
電圧源15Fでは、直流リアクトル補助巻線14と、図
11に示すチョッパ回路26との間に抵抗器28Aとス
イッチ28Bの並列回路28を挿入している。制御回路
16により、交流電源投入時に、スイッチ28Bを開放
し、抵抗器28Aにより平滑コンデンサ4に突入する電
流を抑制することができる。平滑コンデンサ4への充電
が完了した時点でスイッチ28Bを閉じることで電力損
失を低減することができる。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、直流リ
アクトル補助巻線14とチョッパ回路26との間に抵抗
器28Aと短絡器であるスイッチ28Bとから成る並列
回路28を挿入することにより、交流電源投入時に、ス
イッチ28Bを開放にしておくことにより、平滑コンデ
ンサに突入する電流を抵抗器28Aを通して緩やかに充
電することができる。平滑コンデンサ4ヘの充電が完了
した時点でスイッチ28Bを閉じることにより、電力損
失を低減できる。スイッチ28Bを流れる電流は、リア
クトル主巻線12を流れる主電流に比べ1/10程度の
低い値であるので、低い電流容量の電磁接触器や半導体
スイッチを利用できると伴に、主電流が流れる経路にス
イッチ28Bを入れるより、スイッチ28Bが閉じた場
合の電力損失を少なくできる。
を図14に示す。
は、図11と同じ電圧源15Dを有する。直流リアクト
ル12は直流リアクトル11と同じ鉄心13であるが、
直流ラインの正側と負側に直流リアクトル主巻線12
A,12Bを分離して配置する。
ば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、直流リアク
トル主巻線12を直流の正側と負側に分けて配置するこ
とにより、特開平9−182441号公報のような制御
機能を有する3相整流装置を適用した場合に、正負対称
なリアクトル効果を発生することができる。
れ電流やEMIノイズを低減できる。
る実施形態を示す。
は、整流器2の出力端子と平滑コンデンサ4の入力端子
に接続されたチョッパ回路を有する電圧源15Eであ
る。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、平滑コ
ンデンサ4の両極間電圧又は、直流リアクト装置10I
を通る前の整流器2の出力電圧から、電圧源15Eのチ
ョッパ回路は電源を得ることができるため、直流電圧源
を用意する必要がなくなる。
る実施形態を示す。
は、平滑コンデンサ4の入力端子に接続されるインバー
タ回路からなる電圧源15Fを有する。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、平滑コ
ンデンサ4の両極間電圧又は、直流リアクトル装置10
Fを通る前の整流器2の出力電圧から、電圧源15Gの
インバータ回路は電源を得ることができるため、直流電
圧源を用意する必要がなくなる。
態を図17に示す。
電圧源15Gは、直流リアクトル補助巻線14にチョッ
パ回路29を接続すると共に抵抗器30Aとサイリスタ
30Bとからなる並列回路30を挿入している。交流電
源投入時にサイリスタ30Bを開放しておくことで、図
13と同様の効果が得られる。
コンデンサ4から得ることができ、直流電圧源を用意す
る必要がなくなる。この場合、直流リアクトル主巻線1
2と直流リアクトル補助巻線14の巻数比は、1:10
程度となり、チョッパ回路29に使用されている半導体
スイッチング素子やサイリスタ30Bを流れる電流は、
リアクトル主巻線12を流れる主電流に比べて、1/1
0程度の低い値であるので、低い電流容量の物が利用で
きるとともに、主電流が流れる経路にサイリスタを入れ
ることにより、サイリスタがオンした場合の電力損失を
少なくできる。
ば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、平滑コンデ
ンサ4の両極間電圧又は、直流リアクトル装置10Kを
通る前の整流器2の出力電圧から、電圧源15Gはは電
源を得ることができるため、直流電圧源を用意する必要
がなくなる。
態を図18に示す。
電圧源15Hにおいては、直流リアクトル主巻線12は
直流回路の正側と負側に分割され、該分割主巻線12
A,12Bは直流ラインに接続される。直流リアクトル
補助巻線14には、平滑コンデンサ4の電圧を電源とす
るチョッパ回路31が接続されている。
よれば、請求項9と請求項12と同様の効果を生じるこ
とができる。
態を図19に示す。
電圧源15Iにおいては、直流リアクトル補助巻線14
に対して、更に追加された直流リアクトル追加補助巻線
14´の先にダイオード32を接続して平滑コンデンサ
4に接続する通電回路33を設けることにより、整流波
形の波高値付近で直流リアクトル補助巻線14に流れる
電流を少なくでき、電圧源を構成するチョッパ回路34
の電力損失を下げる事ができる。
る電圧も低減されるため、主電流のリップルが低減す
る。
の半導体スイッチング素子を直流リアクトル主巻線12
と3相全波整流器2との間に接続し、給電することによ
り、直流リアクトル装置10Mを流れる電流を低減させ
更に電力損失を低減する事ができる。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、直流リ
アクトル補助巻線14に追加された直流リアクトル追加
補助巻線14´の先にダイオード32を接続して平滑コ
ンデンサ4ヘの通電回路33を設けることにより、整流
波形の波高値付近で直流リアクトル補助巻線14に流れ
る電流を低減することが可能となり、電圧源15Iを構
成するチョッパ回路34の電力損失を低減することがで
きる。
態を図20に示す。
電圧源15Jにおいては、平滑コンデンサ4を直列に分
離し、コンデンサ4A,4Bとして構成することによ
り、図16の構成に比べてインバータ回路35を1個で
済ますことができ、更なる低コスト化を実現することが
できる。
よれば、鉄心13の磁気飽和を抑制すると共に、平滑コ
ンデンサ4を直列に分離して構成することにより、イン
バータ回路35を1個で済ますことができ、更なる低コ
スト化を実現することができる。
態を図21に示す。
流電源1に流系統インダクタンス6を介して接続され交
流電圧を整流するブリッジ整流回路2とこのブリッジ整
流回路2からの整流電圧から交流成分を除去する平滑コ
ンデンサ4との間に接続され任意の電圧波形を発生する
電圧源51と、直流リップルを補償するように電圧源5
1を制御するべく電圧指令信号を出力する制御回路52
とからなる高調波抑制制御装置50Aである。
よれば、制御回路52により直流リップルを補償する補
償電圧指令信号を生成し、電圧源51に出力する。これ
により直流リップルが抑制されるものとなる。
態を図22に示す。
制制御装置50Bは、コンデンサとこれに並列接続され
るスイッチング素子から構成される単相ブリッジ回路6
1と、本単相ブリッジ回路61のPWMスイッチングに
より発生する高調波を除去するために並列接続されたL
Cフィルタ回路である小型リアクトル62とフィルタコ
ンデンサ64と、減衰抵抗63とを有する。また、電圧
検出器67を有し、系統の線間電圧を検出し、制御回路
66に出力する。電圧検出器69は、単相ブリッジ回路
61のコンデンサ電圧を検出し、制御回路66に出力す
る。電流検出器67は、小型リアクトル62に流れ込む
電流を検出し制御回路66に出力する。
0Bが組み込まれた整流平滑回路には、スイッチ71及
び抵抗72からなる初期充電回路70が設けられてい
る。
回路66の詳細を説明する。図23に示すように本実施
形態の制御回路66は、リップル補償パタン発生部30
1と、電流制御部305と、コンデンサ電圧制御部31
0と、PWM制御部315から構成される。
電圧指令値302と電圧検出器214から入力した系統
の線間電圧信号から演算により算出された直流電圧演算
値303を減算し、偏差量を算出する。この偏差量に直
流電圧制御ゲイン304を乗算することによりリップル
補償パタンを生成する。
6から電流検出器215から入力した直流電流検出値3
07を減算し、ハイパスフィルタ308により高調波成
分の補償量を算出し、これに比例ゲイン309を乗算す
ることにより、高調波電流補償量を生成する。
サ電圧指令値311からコンデンサ電圧検出値312を
減算し偏差量を算出する。比例制御部313において偏
差量に比例ゲインG3を乗算し、サンプル・ホールドす
る。積分制御部314は、偏差量に積分ゲインG4を乗
算し、積分値をサンプル・ホールドする。比例制御部3
13と積分制御部314の出力を加算し、コンデンサ電
圧補償量を生成する。
コンデンサ電圧補償量は、互いに加算され、電圧指令信
号として、PWM制御部315に対して出力される。
いて電圧指令信号と電圧指令とキャリヤ信号発生部31
6から入力したキャリヤ信号とを比較し、PWM指令信
号をゲート駆動回路212に対して出力する。
から入力した電圧指令信号に基づき単相ブリッジ回路2
17の各スイッチング素子209をオン・オフする制御
信号を生成し出力する。
6が40[μH]の場合の本実施形態における交流電流
波形と高調波分布を示す。総合電流歪みTHDは30.
3[%]であり、従来のDCLを適用した場合の1/3
以下に低減している。またこの場合の電流ピーク値は、
38.3[A]であり、従来のDCL方式の場合の1/
2に抑制されている。
の直流電圧波形である。直流電圧は0.3[%]の変動
を示している。従来のDCLを適用した場合に比較して
直流電圧変動を1/10以下に抑制している。
6が200[μH]の場合の本実施形態における交流電
流波形と高調波分布を示す。総合電流歪みTHDは2
7.9[%]であり、従来のDCLを適用した場合の1
/2に低減している。またこの場合の電流ピーク値は、
25.7[A]であり、従来のDCL方式の場合の2/
3に抑制されている。
流電圧波形である。直流電圧は0.2[%]の変動を示
している。従来のDCLを適用した場合に比較して直流
電圧変動を1/15に抑制している。
よれば、制御回路66が出力する、リップルを抑制する
電圧指令信号に基づき、電圧源である単相ブリッジ回路
61が制御され、交流電源側の高調波電流を抑制するこ
とができる。また直流リップルが抑制され、電流ピーク
を抑制することが可能となる。
き、直流電圧の安定化を実現することができる。これに
より平滑コンデンサ4の容量を低く選ぶことが可能とな
り、システムの小型・低価格化が可能となる。またシス
テムの長寿命化が図れ、信頼性が改善される。
する実施形態である制御回路の詳細を説明する。本実施
形態の制御回路は、図23における制御回路に置き換わ
るものであり、図23における制御回路に過電流保護回
路803からなる過電流保護部801を設けたものであ
る。
は、過電流しきい値ILT802と直流電流検出値IL
を入力し、直流電流検出値ILが過電流しきい値ILT
未満の場合は、C1とC3にはHighレベルを出力
し、C2とC4にはLowレベルを出力する。そうでは
なくて直流電流検出値ILが過電流しきい値ILT以上
の場合は、C1とC3にはLowベルを出力しC2とC
4にはHighレベルを出力する。
ト804とORゲート805により、過電流保護部80
1の出力と論理演算処理される。過電流状態でない場合
は、各論理ゲート部は、PWM制御部315の出力信号
を出力する。そうではなくて過電流状態の場合は、各論
理ゲート部は、単相ブリッジ回路61の両方の上アーム
をオフし、両方の下アームをオンする。この結果、過電
流時の突入電流は、下アームのみを通電することにな
り、単相ブリッジ回路61のスイッチング素子の電流容
量を適切に選択することにより、過電流保護を行うこと
が可能となる。
上アームをオフし、両方の下アームをオンしたが、逆に
両方の上アームをオンし、両方の下アームをオフしても
良い。
よれば、定常時は請求項17と同様の効果を得ることが
できる。また系統の瞬停、再投入時に突入過電流が発生
する場合のような過渡状態においても、システムを保護
することができるので、システムの信頼性を改善するこ
とができる。
に対応する実施形態を示す。
は、過電流保護を行う両上アーム又は両下アームを複数
のスイッチング素子により構成した単相ブリッジ61A
とする。このような単相ブリッジ61Aとすることによ
り、電流容量の小さい複数のスイッチング素子を組み合
わせることにより、低コストでありながら、信頼性の高
いシステムを構成することが可能となる。また過電流の
大きさに応じて柔軟に保護システムを構築することが可
能となる。
よれば、請求項18と同様の効果を得ることができる。
また電流容量の小さいスイッチング素子を組み合わせる
ことにより、低コストでありながら信頼性の高いシステ
ムを構築することが可能である。また過電流容量に応じ
た柔軟なシステムを構築することができる。
施形態を示す。
は、平滑コンデンサ4に直列にスイッチング素子と抵抗
を並列接続した過電流抑制回路80を接続し、変流器8
1及び電流検出器82を設けて、負荷電流を検出する。
成を示す。過電流抑制部1101は、過電流抑制制御部
1105が、過電流しきい値ICT1102とコンデン
サ電流検出値IC(1103)とを比較し、過電流抑制
装置制御信号1104を出力する。コンデンサ電流検出
値IC(1103)が、過電流しきい値ICT(110
2)より小さい場合は、過電流抑制装置制御信号110
4はオンとする。そうではなくてコンデンサ電流検出値
IC(1103)が、過電流しきい値ICT(110
2)より大きい場合は、過電流抑制装置制御信号110
4はオフとする。これにより過電流を抑制することがで
きる。
よれば、平滑コンデンサ4に直列にスイッチング素子と
抵抗を並列接続した過電流抑制回路80を設けたことに
より、正常時はスイッチング素子をオンすることにより
従来の平滑作用を実現し、過電流時はスイッチング素子
をオフすることにより過電流を抑制することができ、こ
れにより請求項17と同様の効果を得ることができる。
施形態を示す。
は、請求項17に対応する実施形態から、単相ブリッジ
回路61のPWMスイッチングにより発生する高調波を
除去するLCフィルタ回路を取り除いて構成したもので
ある。
よれば、請求項17の構成と比較して、LCフィルタ回
路を構成する小型リアクトル、減衰抵抗、フィルタコン
デンサ無しで、容易に装置を構成することができる。
施形態を示す。
は、請求項17に対応する実施形態から、PWMスイッ
チングによる高周波を低減する減衰抵抗と、LCフィル
タを構成するフィルタコンデンサとを取り除いて構成し
たものである。
よれば、請求項17の構成と比較して、減衰抵抗とフィ
ルタコンデンサ無しで、容易に装置を構成することがで
きる。
施形態を示す。
は、請求項17に対応する実施形態から、PWMスイッ
チングによる高周波を低減する減衰抵抗を取り除いて構
成したものである。
よれば、請求項17の構成と比較して、減衰抵抗無し
で、容易に置を構成することができる。
の磁気飽和を抑制するとともに交流電源側の電流ピーク
と高調波電流を大幅に抑制する直流リアクトル装置を提
供することができ、また、交流電源側の電流ピークと高
調波電流を大幅に低減するとともに、直流リンク電圧を
安定化する高調波抑制制御装置を提供することができる
ものである。
流リアクトル装置を示す回路図。
全波整流電圧と平滑電圧の波形を示す図。
電圧と直流電圧の波形を示す図。
流リアクトル装置を示す回路図。
部の詳細な構成図。
電流波形と高調波分布を示す図。
電圧波形を示す図。
流リアクトル装置を示す回路図。
流リアクトル装置を示す回路図。
直流リアクトル装置を示す回路図。
直流リアクトル装置を示す回路図。
直流リアクトル装置を示す回路図。
直流リアクトル装置を示す回路図。
直流リアクトル装置を示す回路図。
の直流リアクトル装置を示す回路図。
の直流リアクトル装置を示す回路図。
の直流リアクトル装置を示す回路図。
の直流リアクトル装置を示す回路図。
の直流リアクトル装置を示す回路図。
の直流リアクトル装置を示す回路図。
周波抑制制御装置を示す回路図。
周波抑制制御装置を示す回路図。
ける制御回路の詳細な構成図。
ける系統インダクタンス40[μH]である場合の交流
電流波形と高調波分布を示す図。
ける系統インダクタンス40[μH]である場合の直流
電圧波形を示す図。
ける系統インダクタンス200[μH]である場合の交
流電流波形と高調波分布を示す図。
ける系統インダクタンス200[μH]である場合の直
流電圧波形を示す図。
ける制御回路の詳細な構成図。
周波抑制制御装置を示す回路図。
周波抑制制御装置を示す回路図。
図。
周波抑制制御装置を示す回路図。
周波抑制制御装置を示す回路図。
周波抑制制御装置を示す回路図。
と直流電流の波形を示す図。
波形と高調波分布を示す図。
波形を示す図。
クタンス40[μH]である場合における交流電流波形
と高調波分布を示す図。
クタンス40[μH]である場合における直流電圧波形
を示す図。
クタンス200[μH]である場合における交流電流波
形と高調波分布を示す図。
クタンス200[μH]である場合における直流電圧波
形を示す図。
Claims (23)
- 【請求項1】 交流電源を整流し平滑する整流平滑回路
を構成する整流器と平滑コンデンサとの間に挿入される
直流リアクトル装置において、 直流リアクトルと、 この直流リアクトル鉄心に巻込まれた直流リアクトル補
助巻線と、 この直流リアクトル補助巻線に接続され任意の電圧波形
を発生する電圧源と、 直流リップルを補償するように前記電圧源を制御する制
御手段とを具備することを特徴とする直流リアクトル装
置。 - 【請求項2】 前記電圧源は、 前記直流リアクトル補助巻線に接続したチョッパ回路か
ら構成され、 前記制御手段は、 前記交流電源の交流線間電圧を検出する電圧検出回路
と、 前記整流平滑回路の直流電流を検出する電流検出回路
と、 前記電圧検出回路から入力した線間電圧信号から全波整
流電圧信号を算出し、直流コンデンサ電圧指令値との差
として算出される直流リップル補償電圧を直流リアクト
ル主巻線側のリップル補償電圧に換算し出力するリップ
ル補償パタン発生部と、 前記電流検出回路から入力した直流電流検出値を用いて
磁気飽和抑制制御を行い、前記リップル補償パタン発生
部から入力したリップル補償電圧を加算し、リップル補
償電圧指令値として出力する磁気飽和抑制制御部と、 リップル補償電圧指令値と正側キャリア発生部及び負側
キャリア発生部が発生するキャリア信号に基づきPWM
制御を行い前記電圧源に対してスイッチング信号を出力
するPWM制御部とから構成され、 前記制御手段は、前記補助巻線に対して直流リップルに
より発生する直流リアクトル鉄心の主磁束を減じる向き
の電流を流す電圧を印加するように前記電圧源を制御す
ることを特徴とする請求項1記載の直流リアクトル装
置。 - 【請求項3】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代え
て、前記補助巻線に取り付けられ当該補助巻線に印加す
る電圧の極性を切り替えて前記補助巻線の双方向に電流
が流れるようにするスイッチを備えることを特徴とする
請求項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項4】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代え
て、前記直流リアクトル鉄心の主磁束を減じる向きに電
流が流れるように制御する別のチョッパ回路を備えるこ
とを特徴とする請求項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項5】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代え
て、前記電圧源を直流リアクトル補助巻線に双方向に電
流が流れるように制御するインバータ回路を備えること
を特徴とする請求項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項6】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代え
て、前記直流リアクトル補助巻線の各端子にそれぞれ接
続した第1,第2のチョッパ回路と、直流電圧源とによ
り構成することを特徴とする請求項2記載の直流リアク
トル装置。 - 【請求項7】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代え
て、単相ブリッジ電圧型インバータ回路と直流電圧源と
により構成することを特徴とする請求項2記載の直流リ
アクトル装置。 - 【請求項8】 前記電圧源は、前記直流リアクトル補助
巻線と前記第1,第2のチョッパ回路との間に挿入され
た、抵抗器と短絡器とから成る並列回路を具備すること
を特徴とする請求項6記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項9】 前記電圧源は、前記直流リアクトルに代
えて、直流の正側と負側とに分けて配置した主巻線を有
する別の直流リアクトルを備えることを特徴とする請求
項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項10】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代
えて、前記全波整流回路又は前記平滑コンデンサの電圧
を電源として動作するチョッパ回路を備えることを特徴
とする請求項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項11】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代
えて、前記全波整流回路又は前記平滑コンデンサの電圧
を電源として動作するインバータ回路を備えることを特
徴とする請求項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項12】 前記電圧源は、前記チョッパ回路に代
えて、前記整流平滑回路の電圧を電源とするチョッパ回
路と、前記直流リアクトル補助巻線と前記チョッパ回路
の間に接続する抵抗器と短絡器とから成る並列回路とを
備えることを特徴とする請求項2記載の直流リアクトル
装置。 - 【請求項13】 前記直流リアクトルに代えて、直流の
正側と負側に分けて配置した直流リアクトル主巻線を有
する別の直流リアクトルを備えると共に前記チョッパ回
路は、前記平滑コンデンサの電圧を電源とすることを特
徴とする請求項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項14】 前記電圧源がチョッパ回路又はインバ
ータ回路であり、前記平滑コンデンサヘの通電回路とし
て前記直流リアクトル補助巻線に追加した別の直流リア
クトル補助巻線及びダイオードを設けたことを特徴とす
る請求項2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項15】 前記平滑コンデンサは、直列に分離し
複数の平滑コンデンサからなることを特徴とする請求項
2記載の直流リアクトル装置。 - 【請求項16】 交流電源に接続され交流電圧を整流す
るブリッジ整流回路とこのブリッジ整流回路からの整流
電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接
続され任意の電圧波形を発生する電圧源と、 直流リップルを補償するように前記電圧源を制御する制
御手段とを具備することを特徴とする高調波抑制制御装
置。 - 【請求項17】 交流電源に接続され交流電圧を整流す
るブリッジ整流回路と整流電圧から交流成分を除去する
平滑コンデンサとの間に接続されコンデンサとスイッチ
ング素子から構成されリップルを抑制する単相ブリッジ
回路と、 この単相ブリッジ回路のPWMスイッチングにより発生
する高調波を除去するLCフィルタを構成する小型リア
クトルと、 PWMスイッチングによる高周波を低減する減衰抵抗
と、 LCフィルタを構成するフィルタコンデンサと、 前記交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、 前記単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する電圧
検出器と、 前記小型リアクトルに流れ込む電流を検出する電流検出
器と、 検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検
出値から算出したリップル補償量に基づきPWM制御を
行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力す
る制御手段と、 この制御手段から入力したスイッチング指令信号に基づ
き各スイッチング素子を制御するゲート信号を出力する
ゲート駆動回路とを具備することを特徴とする高調波抑
制制御装置。 - 【請求項18】 過電流閾値と直流電流値を比較するこ
とにより過電流状態を検出し過電流制御信号を出力する
過電流判定回路と、 過電流制御信号とPWM制御部の出力であるスイッチン
グ指令信号を入力し論理ゲートにより単相ブリッジ回路
の両下アームを常時オン又はオフとし両上アームを常時
オフ又はオンに制御することにより過電流保護を行う過
電流保護回路とを具備することを特徴とする請求請17
記載の高調波抑制制御回路。 - 【請求項19】 前記単相ブリッジ回路における両方の
上アーム又は下アームが複数のスイッチング素子を並列
接続して構成されたことを特徴とする請求請17記載の
高調波抑制制御回路。 - 【請求項20】 前記平滑コンデンサに直列に接続した
スイッチング素子と抵抗とを並列接続して成る過電流抑
制装置と、 前記平滑コンデンサに流入する電流を検出する電流検出
器と、 正常時は前記スイッチング素子を常時オン状態にしてお
き過電流検出時に前記スイッチング素子をオフすること
により過電流を抑制する過電流抑制部とを具備すること
を特徴とする請求請17記載の高調波抑制制御装置。 - 【請求項21】 交流電源に接続され交流電圧を整流す
るブリッジ整流回路と整流電圧から交流成分を除去する
平滑コンデンサとの間に接続されコンデンサとスイッチ
ング素子から構成されリップルを抑制する単相ブリッジ
回路と、 前記交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、 前記単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する電圧
検出器と、 前記単相ブリッジ回路に流れ込む電流を検出する電流検
出器と、 検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検
出値から算出したリップル補償量に基づきPWM制御を
行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力す
る制御手段と、 この制御手段から入力したスイッチング指令信号に基づ
き各スイッチング素子を制御するゲート信号を出力する
ゲート駆動回路とを具備することを特徴とする高調波抑
制制御装置。 - 【請求項22】 交流電源に接続され交流電圧を整流す
るブリッジ整流回路と整流電圧から交流成分を除去する
平滑コンデンサとの間に接続されコンデンサとスイッチ
ング素子から構成されリップルを抑制する単相ブリッジ
回路と、 この単相ブリッジ回路のPWMスイッチングにより発生
する高調波を除去するフィルタを構成する小型リアクト
ルと、 前記交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、 単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する電圧検出
器と、 前記小型リアクトルに流れ込む電流を検出する電流検出
器と、 検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検
出値から算出したリップル補償量に基づきPWM制御を
行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力す
る制御手段と、 この制御手段から入力したスイッチング指令信号に基づ
き各スイッチング素子を制御するゲート信号を出力する
ゲート駆動回路とを具備することを特徴とする高調波抑
制制御装置。 - 【請求項23】 交流電源に接続され交流電圧を整流す
るブリッジ整流回路と整流電圧から交流成分を除去する
平滑コンデンサとの間に接続されコンデンサとスイッチ
ング素子から構成されリップルを抑制する単相ブリッジ
回路と、 この単相ブリッジ回路のPWMスイッチングにより発生
する高調波を除去するLCフィルタを構成する小型リア
クトルと、 LCフィルタを構成するフィルタコンデンサと、 前記交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、 単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧を検出する電圧検出
器と、 前記小型リアクトルに流れ込む電流を検出する電流検出
器と、 検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検
出値から算出したリップル補償量に基づきPWM制御を
行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力す
る制御手段と、 この制御手段から入力したスイッチング指令信号に基づ
き各スイッチング素子を制御するゲート信号を出力する
ゲート駆動回路とを具備することを特徴とする高調波抑
制制御装置。
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