JP2019033667A - デルタ―レス高調波相殺装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価な、1つの負荷のみを作動させた場合でも、1次電源の高調波を低減させる高調波相殺装置を提供する。【解決手段】1次巻線側接続配線20と接続された第1インバータ3および2次巻線2bと接続された第2インバータ13からの第5次及び第7次の高調波を一次側(1次巻線2a側)において相殺する。これにより、三巻線変圧器や2つの二巻線変圧器を用いず、1つの二巻線変圧器2を用いて、一次側(1次巻線2a側)において第5次及び第7次の高調波を相殺し、デルタ—レス高調波相殺装置1を安価な装置にする。【選択図】図1
Description
本発明は、負荷電流の高調波を低減するデルタ―レス高調波相殺装置に関するものである。
三相交流電力を直流電力に変換する電力変換器として、三相ブリッジ整流器がよく用いられている。三相ブリッジ整流器は電源の1サイクルに6回の転流を行うことから、その回路は6パルス整流回路とも呼ばれている。さらに、三相ブリッジ整流器を複数台組み合わせることにより、12パルス整流回路を構成することができる。この12パルス整流回路は、2次 3次の位相差が30度であるため1次電源に流れる高調波電流を低減できるとともに、大容量化が可能である。
図5は、ダイオードまたはサイリスタにより構成された2台の三相ブリッジ整流器からなる12パルス整流回路の構成例である。これらの図において、104,105はそれぞれ三相ブリッジ整流器である。100は一次巻線101がデルタ結線、第1の二次巻線102がスター結線、第2の二次巻線103がデルタ結線され、両二次巻線102,103の出力電圧が30度の位相差を持つ三巻線変圧器である。ここで、図5は従来の12パルス整流回路を示す図である。
図5の回路は、二台の三相ブリッジ整流器104,105の両端に負荷(図示せず)が接続され、主に高圧大容量用途に適している。図5の回路でも、第5次及び第7次の高調波が理想的には相殺されるので、1次電源の高調波を低減できる。すなわち、図5の回路のように、二台の三相ブリッジ整流器104,105の両端に同容量の負荷を接続させることにより、第5次及び第7次の高調波を相殺させて、1次電源の高調波を低減することができる。ここで、第5次及び第7次の高調波を相殺させて1次電源の高調波を低減できるようにするには、2個の負荷は同容量の負荷であることは必須である。
しかしなから、従来の12パルス整流回路では、三巻線変圧器を用いているため電力変換器自体が高額な装置になるという問題もあった。また、二台の三相ブリッジ整流器104,105の両端に同容量の負荷を接続させることにより、第5次及び第7次の高調波を相殺させ1次電源の高調波を低減するものであるので、一方の三相ブリッジ整流器、負荷などが故障により作動しなくなった場合には1次電源の高調波を低減させることができなくなるという問題もあった。また、従来の12パルス整流回路は、一方の負荷(1台運転(単独運転))のみ作動させる場合も同様、1次電源の高調波を低減させることができなくなるものであった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、安価な高調波相殺装置を提供するとともに、1つの負荷のみを作動させた場合でも、1次電源の高調波を低減させることができる高調波相殺装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第1の態様に係るものは、 系統電源と接続する配線に接続され、デルタ結線で構成された1次巻線と、スター結線で構成された2次巻線を有する二巻線変圧器と、一端が系統電源と接続する1次巻線側接続配線と、1次巻線側接続配線の他端と接続され、第1インバータ三相全波整流回路と第1コンデンサを内蔵する第1インバータと、2次巻線と接続する配線に接続され、第2インバータ三相全波整流回路と第2コンデンサを内蔵する第2インバータと、を有するものである。
本発明によれば、1次巻線側接続配線と接続された第1インバータおよび2次巻線と接続された第2インバータからの第5次及び第7次の高調波を一次側(1次巻線側)において相殺することができる。これにより、三巻線変圧器や2つの二巻線変圧器を用いず、1つの二巻線変圧器を用いて、一次側(1次巻線側)において第5次及び第7次の高調波を相殺することができ、高調波相殺装置を安価な装置にすることができる。
本発明のうち第2の態様に係るものは、系統電源と接続する配線に接続され、スター結線で構成された1次巻線と、デルタ結線で構成された2次巻線を有する二巻線変圧器と、一端が系統電源と接続する1次巻線側接続配線と、1次巻線側接続配線の他端と接続され、第1インバータ三相全波整流回路と第1コンデンサを内蔵する第1インバータと、2次巻線と接続する配線に接続され、第2インバータ三相全波整流回路と第2コンデンサを内蔵する第2インバータと、を有するものである。
本発明によれば、1つの二巻線変圧器を用いて、一次側(1次巻線側)において第5次及び第7次の高調波を相殺することができ、高調波相殺装置を安価な装置にすることができる。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態のデルタ―レス高調波相殺装置について図面を参照にしながら説明する。ここで、図1は、本発明の第1実施形態におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図である。
以下、本発明の第1実施形態のデルタ―レス高調波相殺装置について図面を参照にしながら説明する。ここで、図1は、本発明の第1実施形態におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図である。
図1に示すように、デルタ―レス高調波相殺装置1は、二巻線変圧器2、直列リアクトル19、第1インバータ3、第2三相全波整流回路4、第2スイッチ部5、制御回路6、第2インバータ13から構成されている。なお、本実施形態では、説明の便宜上、「第2三相全波整流回路4+第2スイッチ部5+制御回路6」と「第2インバータ13」を図1に併記しているが、実際は「第2三相全波整流回路4+第2スイッチ部5+制御回路6」と「第2インバータ13」のいずれか一方のみが備わっている。また、本実施形態では、直列リアクトル19を設けて説明するが、これに限らず、一次側(1次巻線側)における第5次及び第7次の高調波の相殺が許容範囲内であれば、直列リアクトル19を省略してもよい。
二巻線変圧器2は、デルタ結線で構成された1次巻線2aと、スター結線で構成された2次巻線2bを有するものである。そして、二巻線変圧器2の1次巻線2aは端子R、S、Tにより系統電源に接続され、また、二巻線変圧器2の2次巻線2bは端子U2、V2、W2により第2三相全波整流回路4に接続されている。また、二巻線変圧器2には漏電遮断器用コンデンサが接続されている(第2実施形態、変形例も同様)。
直列リアクトル19は、一方が系統電源と接続する1次巻線側接続配線20の端子R、S、Tに接続され、また、他方が第1インバータ3と接続する1次巻線側接続配線20の端子U1、V1、W1に接続されている。ここで、2次巻線2bの出力電圧と直列リアクトル19を介した1次巻線側接続配線20の出力電圧とは略30度の位相差を有している。
第1インバータ3は、1次巻線側接続配線20と接続され、三相全波整流回路である第1インバータ三相全波整流回路7と突流防止機器8と第1コンデンサ9と三相フルブリッジ回路10を内蔵している。突流防止機器8は、第1インバータ三相全波整流回路7と第1コンデンサ9との間に接続された突入電流防止用の抵抗から構成されている。この突入電流防止用の抵抗により電源電圧が供給開始された際の突入電流を小さくすることができる。三相フルブリッジ回路10は直流電圧を交流電圧に変換し、その変換された交流電圧は圧力ポンプや送風ファンなどの負荷に送られる。
第2三相全波整流回路4は二巻線変圧器2の2次巻線2bと接続され、この第2三相全波整流回路4と第1コンバータ3の間に第2スイッチ部5が接続されている。そして、この第2スイッチ部5を閉止することにより、第2三相全波整流回路4と第1インバータ3に内蔵された第1コンデンサ9とが導通する。
第2インバータ13は、二巻線変圧器2の2次巻線2bと接続され、第2インバータ三相全波整流回路11と第2コンデンサ12などを内蔵している。ここで、第2インバータ13の具体的構成は、後述する第2実施形態(図2参照)と同様であるので説明は省略する。
制御回路6(制御手段)は、第2三相全波整流回路4と第1インバータ3とを接続する配線に接続され、電源が停止した際の停止信号および第1インバータ3が故障した際の負荷異常信号を受信して、第2スイッチ部5を開放制御するものである。また、制御回路6には、1インバータ3に内蔵されている第1コンデンサ9のコンデンサ電圧を検出する第1コンデンサ電圧検出機器(図示略)が内蔵されている。そして、1コンデンサ電圧検出機器により検出された第1コンデンサ9の電圧があらかじめ定められた電圧値(使用電圧×1.41×0.95)以上に達することにより、第2三相全波整流回路4と第1インバータ3に内蔵された第1コンデンサ9とを第2スイッチ部5により導通させる。
次に、本発明の第1実施形態におけるデルタ―レス高調波相殺装置を用いた動作手順について説明する。
まず、系統電源からデルタ―レス高調波相殺装置1に電力が供給されると第1コンデンサ9が充電される。そして、制御回路6に内蔵された第1コンデンサ電圧検出機器(図示略)により第1コンデンサの電圧が検出され、その検出された第1コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値(使用電圧×1.41×0.95)に達することにより、第2スイッチ部5を閉止させ、第2三相全波整流回路4と第1インバータ3に内蔵された第1コンデンサ9とを導通させる。これにより、第1インバータ3の起動時において、第2三相全波整流回路を介する第1コンデンサ3への突流充電電流を防止することができる。
第1コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値に達した後は、第2三相全波整流回路4と第1インバータ3に内蔵された第1コンデンサ9とを導通させた状態が維持される。そして、この場合において、第1インバータ3に内蔵された第1コンデンサ9で高調波が発生するが、二巻線変圧器2の2次巻線2bに接続された第2三相全波整流回路4により、一次側(1次巻線2a側)において、第1インバータ3からの第5次及び第7次の高調波を相殺することができる。これにより、1次電源の高調波を低減させながら第1インバータ3と接続された第1負荷のみ単独運転することができる。なお、本実施形態では、二巻線変圧器2の2次巻線2bに接続された第2三相全波整流回路4を用いて、第1インバータ3からの第5次及び第7次の高調波を一次側(1次巻線2a側)において相殺させる構成にしているが、これに代えて、第2三相全波整流回路4を用いず、第2インバータ13の第2インバータ三相全波整流回路11を用いて、一次側(1次巻線2a側)において第1インバータ3からの第5次及び第7次の高調波を相殺させるようにしてもよい。
第1インバータ3が作動している途中に、制御回路が系統電源の停止信号または第1インバータ3の負荷異常信号を受信することにより、第2スイッチ部5を開放させ、第1インバータ3に内蔵された第1コンデンサ9に充電されている電力を放電する。
以上説明したように、三巻線変圧器や2つの二巻線変圧器を用いず、1つの二巻線変圧器2を用いて、一次側(1次巻線側)において第5次及び第7次の高調波を相殺することができ、高調波相殺装置を安価な装置にすることができる。また、二巻線変圧器2の2次巻線2bに接続されている第2三相全波整流回路4または第2インバータ13の第2インバータ三相全波整流回路11により、一次側(1次巻線2a側)において第1インバータ3からの第5次及び第7次の高調波を相殺することができる。さらに、本実施形態では、一方のインバータが故障により作動しなくなった場合でも、作動可能なインバータを第1インバータ側に配置することにより、または、故障して作動しなくなったインバー側に第2三相全波整流回路4、第2スイッチ部5および制御回路6に内蔵された第1コンデンサ電圧検出機器などを接続することにより、1台のインバータのみ運転を続行することができる。また、第2スイッチ部5は、第1コンデンサ電圧検出機器により検出された第1コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値(使用電圧×1.41×0.95)以上に達することにより、第2三相全波整流回路4と第1インバータ3に内蔵された第1コンデンサ9とを導通させるので、第1コンデンサ9への突入電流を防止することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明にかかる第2実施形態におけるデルタ―レス高調波相殺装置21について説明する。ここで、図2は本発明の第2実施形態におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図である。
次に、本発明にかかる第2実施形態におけるデルタ―レス高調波相殺装置21について説明する。ここで、図2は本発明の第2実施形態におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図である。
本発明の第1実施形態と第2実施形態の異なるところは、第1実施形態のデルタ―レス高調波相殺装置1では、1次巻線側接続配線20に直列リアクトル19を介し第1インバータ3を接続し、2次巻線2bに第2三相全波整流回路4を接続させるとともに、第2インバータ三相全波整流回路11と第2コンデンサ12を内蔵する第2インバータ13を接続したが、第2実施形態のデルタ―レス高調波相殺装置21では、1次巻線側接続配線22に直列リアクトル23を介し第1三相全波整流回路14を接続させるとともに、第1インバータ三相全波整流回路7と第1コンデンサ9を内蔵する第1インバータ3を接続し、2次巻線2bに第2インバータ三相全波整流回路11と第2コンデンサ12などを内蔵する第2インバータ13を接続させているところが異なる。なお、第2実施形態においては、第1実施形態と異なるところを中心に説明する。また、第2実施形態では、第1実施形態と同一構成については、同一符号を用い、同一作用効果を奏するものとし説明は省略する。さらに、本実施形態では、説明の便宜上、「第1三相全波整流回路14+第1スイッチ部15+制御回路16」と「第1インバータ3」を図2に併記しているが、実際は「第1三相全波整流回路14+第1スイッチ部15+制御回路16」と「第1インバータ3」のいずれか一方のみが備わっている。また、本実施形態では、直列リアクトル23を設けて説明するが、これに限らず、一次側(1次巻線側)における第5次及び第7次の高調波の相殺が許容範囲内であれば、直列リアクトル23を省略してもよい。
図2に示すように、第2実施形態では、デルタ結線で構成された1次巻線2aと、およびスター結線で構成された2次巻線2bを有する二巻線変圧器2と、二巻線変圧器2の2次巻線2bと接続され、第2インバータ三相全波整流回路11と突流防止装置17と第2コンデンサ12と三相フルブリッジ回路18を内蔵する第2インバータ13と、1次巻線側接続配線22に直列リアクトル23を介し接続された第1三相全波整流回路14と、第1三相全波整流回路14と第2インバータ13とを接続する配線に設けられ、第1三相全波整流回路14と第2インバータ13に内蔵された第2コンデンサ12とを導通させる第1スイッチ部15と、第1三相全波整流回路14と第2インバータ13とを接続する配線に接続され、第2インバータ13に内蔵された第2コンデンサ12の電圧を検出する第2コンデンサ電圧検出機器(図示略)と、を有し、第1スイッチ部15は、第2コンデンサ電圧検出機器により検出された第2コンデンサ12の電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第1三相全波整流回路14と第2インバータ13に内蔵された第2コンデンサ12とを導通させるものである。ここで、第2コンデンサ電圧検出機器は、第1実施形態同様、制御装置16に内蔵されている。なお、突流防止装置17および三相フルブリッジ回路18については第1実施形態の第1コンデンサ3の突流防止装置8および三相フルブリッジ回路10と同様であるので説明は省略する。また、本実施形態において、1次巻線側接続配線22に接続された第1三相全波整流回路14を用いて、第2インバータ13からの第5次及び第7次の高調波を一次側(1次巻線2a側)において相殺させる構成にしているが、これに代えて、第1三相全波整流回路14を用いないで、第1インバータ3の第1インバータ三相全波整流回路7を用いて、一次側(1次巻線2a側)において第2インバータ3からの第5次及び第7次の高調波を相殺させるようにしてもよい。
以上説明したように、第1実施形態同様、三巻線変圧器や2つの二巻線変圧器を用いず、1つの二巻線変圧器2を用いて、一次側(1次巻線側)において第5次及び第7次の高調波を相殺することができ、高調波相殺装置を安価な装置にすることができる。また、1次巻線側接続配線22に接続された第1三相全波整流回路14により、一次側(1次巻線2a側)において第2インバータ13からの第5次及び第7次の高調波を相殺することができる。これにより、一方のインバータが故障により作動しなくなった場合でも、作動可能なインバータを第2インバータ13側に配置させることにより、または、故障して作動しなくなったインバー側に第1三相全波整流回路14、第1スイッチ部15および制御回路16に内蔵された第1コンデンサ電圧検出機器などを接続することにより、1台のインバータのみの運転を続行することができる。また、第2コンデンサ電圧検出機器(図示略)により検出された第2コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第1三相全波整流回路14と第2インバータ13に内蔵された第2コンデンサ12とを第1スイッチ部15により導通させるので、第2コンデンサ12への突入電流を防止することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以下、本発明の変形例について説明する。
(変形例)
本発明の第1実施形態(第2実施形態)と変形例1(変形例2)の異なるところは、第1実施形態(第2実施形態)のデルタ―レス高調波相殺装置1(デルタ―レス高調波相殺装置21)では、デルタ結線で構成された1次巻線2aと、スター結線で構成された2次巻線2bを有する二巻線変圧器を用いてが、変形例1(変形例2)では、スター結線で構成された1次巻線24a(1次巻線25a)と、デルタ結線で構成された2次巻線24b(25b)を有する二巻線変圧器24(二巻線変圧器25)を用いたところが異なる。ここで、図3は本発明の変形例1におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図であり、図4は本発明の変形例2におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図である。なお、変形例1(変形例2)については、上述した第1実施形態(第2実施形態)の説明から容易に理解できるので、変形例1(変形例2)の具体的な内容の説明は省略する。
本発明の第1実施形態(第2実施形態)と変形例1(変形例2)の異なるところは、第1実施形態(第2実施形態)のデルタ―レス高調波相殺装置1(デルタ―レス高調波相殺装置21)では、デルタ結線で構成された1次巻線2aと、スター結線で構成された2次巻線2bを有する二巻線変圧器を用いてが、変形例1(変形例2)では、スター結線で構成された1次巻線24a(1次巻線25a)と、デルタ結線で構成された2次巻線24b(25b)を有する二巻線変圧器24(二巻線変圧器25)を用いたところが異なる。ここで、図3は本発明の変形例1におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図であり、図4は本発明の変形例2におけるデルタ―レス高調波相殺装置の回路図である。なお、変形例1(変形例2)については、上述した第1実施形態(第2実施形態)の説明から容易に理解できるので、変形例1(変形例2)の具体的な内容の説明は省略する。
1 デルタ―レス高調波相殺装置
2 二巻線変圧器
3 第1インバータ
4 第2三相全波整流回路
5 第2スイッチ部
6 制御回路
7 第1インバータ三相全波整流回路
8 突流防止機器
9 第1コンデンサ
10 三相フルブリッジ回路
11 第2インバータ三相全波整流回路
12 第2コンデンサ
13 第2インバータ
14 第1三相全波整流回路
15 第1スイッチ部
16 制御回路
17 突流防止機器
18 三相フルブリッジ回路
19 直列リアクトル
20 1次巻線側接続配線
21 デルタ―レス高調波相殺装置
22 1次巻線側接続配線
23 直列リアクトル
24 二巻線変圧器
25 二巻線変圧器
2 二巻線変圧器
3 第1インバータ
4 第2三相全波整流回路
5 第2スイッチ部
6 制御回路
7 第1インバータ三相全波整流回路
8 突流防止機器
9 第1コンデンサ
10 三相フルブリッジ回路
11 第2インバータ三相全波整流回路
12 第2コンデンサ
13 第2インバータ
14 第1三相全波整流回路
15 第1スイッチ部
16 制御回路
17 突流防止機器
18 三相フルブリッジ回路
19 直列リアクトル
20 1次巻線側接続配線
21 デルタ―レス高調波相殺装置
22 1次巻線側接続配線
23 直列リアクトル
24 二巻線変圧器
25 二巻線変圧器
Claims (3)
- 系統電源と接続する配線に接続され、デルタ結線で構成された1次巻線と、スター結線で構成された2次巻線を有する二巻線変圧器と、
一端が系統電源と接続する1次巻線側接続配線と、
該1次巻線側接続配線の他端と接続され、第1インバータ三相全波整流回路と第1コンデンサを内蔵する第1インバータと、
前記2次巻線と接続する配線に接続され、第2インバータ三相全波整流回路と第2コンデンサを内蔵する第2インバータと、を有するデルタ―レス高調波相殺装置。 - 系統電源と接続する配線に接続され、スター結線で構成された1次巻線と、デルタ結線で構成された2次巻線を有する二巻線変圧器と、
一端が系統電源と接続する1次巻線側接続配線と、
該1次巻線側接続配線の他端と接続され、第1インバータ三相全波整流回路と第1コンデンサを内蔵する第1インバータと、
前記2次巻線と接続する配線に接続され、第2インバータ三相全波整流回路と第2コンデンサを内蔵する第2インバータと、を有するデルタ―レス高調波相殺装置。 - 前記1次巻線側接続配線は、直列リアクトルが接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のデルタ―レス高調波相殺装置。
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