JP2019033667A - デルタ―レス高調波相殺装置 - Google Patents

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。

特開２００８−１７８１８０号公報（背景技術）

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。

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。 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る。 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。 従来の１２パルス整流回路を示す図である。

（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。

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。

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。

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

Claims (3)

1. 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。
2. 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。
3. 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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