JP3715277B2 - アクティブフィルタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、商用電源と負荷との間に挿入され、電流補償、力率改善などを行うアクティブフィルタ装置に関するものであり、特に、装置の構成が簡易であり、かつ、応答速度に優れたアクティブフィルタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の家電機器、例えば、パソコン、冷蔵庫、エアコン、照明器具などにおいては、その内部にインバータ電源が組み込まれている。このインバータ電源が組み込まれた機器は、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの切り換えが不要であるとか、静音、省電力といった特徴を有しているので、今後、さらに、利用が促進されて行くものと予想される。一方、このインバータ電源が組み込まれた機器は、負荷に流れる高調波電流によって、負荷の力率を悪化させ、電力の利用効率を低下させるといった弊害も問題視されている。
【０００３】
これらの問題を解決する従来技術として、例えば、特許文献１に記載されたアクティブフィルタ装置がある。この文献に記載されたアクティブフィルタ装置は、補償能力判定器、力率改善補償電流制御回路、無効電流補償電流制御回路、補償電流制御回路などを備え、補償能力判定器が、インバータの直流側に接続された直流電源装置の電圧に基づいてインバータで発生可能な補償電流の余剰補償能力を判定し、力率改善補償電流制御回路が、補償能力判定器で判定された余剰補償能力に見合った力率改善補償電流を算出し、一方、無効電流補償電流制御回路が、その余剰補償能力に見合った無効電流補償電流を算出し、補償電流制御回路が、高調波補償電流と力率改善補償電流あるいは高調波補償電流と無効電流補償電流に基づいて補償電流を算出してインバータに制御指令を出すことで、高調波電流の補償や力率改善補償を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１４０２６７号公報（第３−５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術のアクティブフィルタ装置では、電源系統に流れる基本波電流を検出する回路および高調波電流を検出する回路、電源電圧の位相信号と基本波電流とから運転力率を検出する回路、補償電流を発生させる回路、その他、位相反転回路、位相シフト回路、加算器、掛け算器等の多種多様の回路が用いられているので、装置構成が複雑であり、そのため、装置が高価であるという欠点を有していた。また、補償電流を発生させるために信号波形の波形解析が必須なので、応答速度が遅いという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置構成が簡単であり、波形解析等の手段を特に必要とせず応答速度に優れたアクティブフィルタ装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるアクティブフィルタ装置は、商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器が備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１３】
商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電圧検出信号増幅器の出力信号と前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器が備えられ、電圧検出信号増幅器の出力信号と商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１５】
商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われ、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器とが備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われるとともに、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１７】
商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器が備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１９】
商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電圧検出信号増幅器の出力信号と前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器が備えられ、電圧検出信号増幅器の出力信号と商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００２１】
商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われ、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器とが備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われるとともに、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００２３】
前記補償電流供給手段は、コンデンサで構成されることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、コンデンサを用いてアクティブフィルタ装置を簡易に構成することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるアクティブフィルタ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態にかかる回路構成を示す図である。同図において、入力端子と出力端子とをそれぞれ有したアクティブフィルタ装置１０は、電圧トランスＰＴ、電流トランスＣＴ１、ＣＴ２、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１、ＡＧＣ２、反転回路ＰＲ１、加算回路ＳＵＭ１、双方向インバータＩＮＶ１、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１、Ｃ２を備えている。アクティブフィルタ装置１０の入力端子には商用電源が接続され、出力端子には負荷が接続されている。
【００２７】
つぎに、実施の形態にかかるアクティブフィルタ装置１０の回路構成について説明する。図１において、電圧トランスＰＴは、一次巻線および二次巻線を備えている。電圧トランスＰＴの一次巻線は、アクティブフィルタ装置１０内の電源ラインに接続される。また、二次巻線は、反転回路ＰＲ１に接続される。電流トランスＣＴ１は、アクティブフィルタ装置１０内の電源ラインの一端上で、電源ラインに挿入させることなく電源ラインに流れる電流を検出するため、電源ライン（給電線）を挟み込んで接続される。加算回路ＳＵＭ１は、入力側が電流トランスＣＴ１に接続された可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１と反転回路ＰＲ１に接続された可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２とに接続され、出力側は双方向インバータＩＮＶ１と接続される。
【００２８】
双方向インバータＩＮＶ１は、一対の直流側端子ＤＴ１、ＤＴ２と、一対の交流側端子ＡＴ１、ＡＴ２とを備えている。双方向インバータＩＮＶ１の交流側端子ＡＴ１は、一方の電源ラインに接続され、交流側端子ＡＴ２は、他方の電源ラインに接続される。双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１は、コンデンサＣ１の一端と接続され、直流側端子ＤＴ２は、コンデンサＣ１の他端（同時に回路グランドにも接地されている接地端）に接続される。また、双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１と接続されたコンデンサＣ１の一端は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２にも接続される。双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１と一方の電源ラインとを接続するライン上には、ダイオードＤ１のアノードと接続された電流トランスＣＴ２が、このラインを挟み込んで接続される。ダイオードＤ１のカソードは、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１に接続されるとともに、コンデンサＣ２の一端にも接続される。コンデンサＣ２の他端は、コンデンサＣ１と同様に回路グランドに設置される。
【００２９】
つぎに、図１に示すアクティブフィルタ装置１０の動作について説明する。同図に図示したＩ１、Ｉ２、Ｉ３は、それぞれ、商用電源側に流れる商用電流、双方向インバータＩＮＶ１から出力されるインバータ電流、負荷側に流れる負荷電流を表している。ところで、同図からも明らかなように、商用電源と負荷との間には、商用電源を給電する電源ライン上に電流トランスＣＴ１が存在するのみである。電流トランスＣＴ１は、電源ラインに挿入されることなく、負荷に流れる電流を検出するものであり、商用電源と負荷との間の動作に影響を与えることはない。したがって、このアクティブフィルタ装置１０が商用電源や負荷に対して何も作用しないとき、すなわち、インバータ電流Ｉ２が流れないときは、商用電流がそのまま負荷電流となる。
【００３０】
図１において、電圧トランスＰＴは、商用電源が供給した電源電圧Ｖｉｎを検出し、電流トランスＣＴ１は、電源ラインに流れる商用電流Ｉ１を検出する。電圧トランスＰＴで検出された電圧信号は、反転回路ＰＲ１で反転され、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２に入力される。一方、電流トランスＣＴ１で検出された電流信号は、そのまま可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１に入力される。これらの信号は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１、ＡＧＣ２によって増幅され、加算回路ＳＵＭ１で加算され、双方向インバータＩＮＶ１への入力信号として加算回路ＳＵＭ１から出力される。
【００３１】
双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１、ＤＴ２に接続されたコンデンサＣ１は、所定の直流電圧を保持するためのものである。また、コンデンサＣ１は、双方向インバータＩＮＶ１が電源ラインに流すインバータ電流Ｉ２の供給源である。コンデンサＣ１では、インバータ電流Ｉ２の流れる方向に応じた充電動作と放電動作とが交互に行われる。すなわち、インバータ電流Ｉ２が図１に示す向きの場合（商用電流Ｉ１に対してインバータ電流Ｉ２を供給するように動作する場合）には、コンデンサＣ１は放電動作を行う。インバータ電流Ｉ２が図１に示す向きと逆の場合（商用電流Ｉ１からインバータ電流Ｉ２を引き込むように動作する場合）には、コンデンサＣ１は充電動作を行う。
【００３２】
双方向インバータＩＮＶ１の交流側端子ＡＴ１、ＡＴ２には加算回路ＳＵＭ１から出力される出力信号に基づいた所定の電圧が発生し、交流側端子ＡＴ１から所定のインバータ電流Ｉ２が流れ、電源ラインに供給される。図１から明らかなように、商用電流Ｉ１、インバータ電流Ｉ２および負荷電流Ｉ３との間には、Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２の関係がある。この式が意味するところは、商用電源と双方向インバータＩＮＶ１とが負荷に供給する電流を分配するということにある。ところで、負荷には、負荷自体に依存した多様な電流が流れる。例えば、負荷には高調波が重畳した電流や位相遅れ／進みの電流が流れるが、これらの高調波電流や位相遅れ／進み電流の補償をインバータ電流Ｉ２が受け持つことによって、商用電源に流れる商用電流Ｉ１の波形を改善することができる。この作用により、商用電源側の力率を改善したり利用効率を向上させることができるのである。なお、このインバータ電流Ｉ２が供給される動作については後述する。
【００３３】
電流トランスＣＴ２は、双方向インバータＩＮＶ１が供給するインバータ電流Ｉ２の電流を検出する。この検出電流は、ダイオードＤ１を通じてコンデンサＣ２に充電される。コンデンサＣ２に充電された電圧は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の制御信号として用いられる。この制御信号は、インバータ電流Ｉ２の電流垂下用制御信号として、すなわち、インバータ電流Ｉ２が双方向インバータＩＮＶ１が供給できる許容能力を超えた場合にインバータ電流Ｉ２を急激に遮断（電源ラインに供給しない）するためのものである。したがって、コンデンサＣ２に充電された電圧が所定の電圧値を越えた場合には、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の利得が下げられ、加算回路ＳＵＭ１への供給信号は小さくなる。なお、コンデンサＣ２に充電された電圧は、コンデンサＣ２の容量値や、図示しない抵抗、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の入力インピーダンスなどによって決まる時定数に基づき、所定の周期ごと（例えば、商用電源の１周期ごと）に放電される。
【００３４】
一方、コンデンサＣ１に充電された電圧は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の制御信号として用いられる。この制御信号は、コンデンサＣ１に充電されている充電量の制御のために可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２に供給されるものである。後述するインバータ電流Ｉ２の動作説明で明らかにするが、加算回路ＳＵＭ１からの出力が負の場合にはコンデンサＣ１が充電され、逆に、加算回路ＳＵＭ１からの出力が正の場合には、コンデンサＣ１から放電電流が流れる。したがって、コンデンサＣ１の電圧が大きいときには、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の利得が下がるように制御され、逆に、コンデンサＣ１の電圧が小さいときには、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の利得が上がるように制御される。また、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の利得がコンデンサＣ２の電圧に基づいて急激に制御されるのに対し、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の利得は、コンデンサＣ１の端子電圧に応じて連続的に制御される。
【００３５】
図２（ａ）はアクティブフィルタ装置１０の主要部の電圧信号または電流信号の波形を示す図であり、（ｂ）は双方向インバータＩＮＶ１への入力信号の波形を示す図である。同図（ａ）において、細い実線で示した部分、すなわち信号Ｋ１は、電圧トランスＰＴによって検出された商用電源の電圧信号である。また、太い実線で示した部分、すなわち信号Ｋ２は、電流トランスＣＴ１で検出された電流信号である。また、この電流信号である信号Ｋ２のうち、信号Ｋ３の部分は、負荷に生じた高調波電流によるものである。一方、破線で示した部分、すなわち信号Ｋ４は、反転回路ＰＲ１によって反転された反転波形である。
【００３６】
信号Ｋ２が可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１に入力され、信号Ｋ４が可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２に入力され、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２がそれぞれ所定の利得に設定されると、加算回路ＳＵＭ１から同図（ｂ）に示す信号が出力される。このとき、双方向インバータＩＮＶ１の通常の機能によって、この信号が正のときは、同図（ｂ）に示す電流に比例したインバータ電流Ｉ２が双方向インバータＩＮＶ１から電源ラインに向かって供給される。逆に、この信号が負のときは、同図（ｂ）に示す電流に比例したインバータ電流Ｉ２が電源ラインから双方向インバータＩＮＶ１側に引き抜かれる。同図（ｂ）を用いて説明すると、網掛けのＬ１の部分では電流が引き抜かれ、網掛けのＬ２の部分では電流が供給される。これらの動作に連動して、コンデンサＣ１は、充電または放電の動作をそれぞれ行う。すなわち、Ｌ１の部分では、電源ラインから引き抜かれたインバータ電流Ｉ２によってコンデンサＣ１が充電され、Ｌ２の部分では、コンデンサＣ２から放電される電流により、電源ラインに向かうインバータ電流Ｉ２が供給される。
【００３７】
図３は、負荷に高調波を含んだ負荷電流が流れた場合に双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって商用電流が改善される様子を示す説明図であり、（ａ）は電源電圧（Ｖｉｎ）の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は高調波を含んだ負荷電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータＩＮＶ１から抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【００３８】
電圧トランスＰＴは、図３（ａ）に示す信号を検出し、反転回路ＰＲ１は、同図（ｂ）に示す信号を生成する。一方、電流トランスＣＴ１は、同図（ｃ）に示す信号を検出する。この検出信号は、高調波を含んだ負荷電流Ｉ３が商用電源側を流れた瞬間の商用電流Ｉ１を検出したものである。これらの同図（ｂ）および同図（ｃ）に示す信号が、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１にそれぞれ入力され、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２のそれぞれの利得が適正に制御されることで、上述した動作に従って、双方向インバータＩＮＶ１から同図（ｄ）に示す補償電流（インバータ電流Ｉ２）が電源ラインに供給される。このように、高調波電流を含んだ負荷電流Ｉ３が負荷に流れ、この高調波電流が商用電源側に流れたとき、商用電源側の商用電流Ｉ１の変化が検出され、この変化成分がインバータ電流Ｉ２によって補償される。その結果、商用電流Ｉ１は、同図（ｅ）に示すような正弦波形の電流が流れるようになる。
【００３９】
図４は、負荷に位相が遅れた位相遅れ電流が流れた場合に双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって位相遅れが改善される様子を示す説明図であり、（ａ）は電源電圧（Ｖｉｎ）の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は遅れ電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータＩＮＶ１から抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【００４０】
この場合においても、商用電源側に高調波電流が流れたときと全く同じ動作が行われ、双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって、商用電源側の波形が改善される。この波形改善は、双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって行われるので、負荷に流れる電流がどのような波形の電流であっても構わない。例えば、負荷に流れる電流が、進み電流であっても、また、高調波電流と遅れ電流または進み電流が同時に発生する場合であっても、商用電流の波形を改善することができる。
【００４１】
このように、負荷に発生した高調波電流や遅れ／進み電流が商用電源側に流れるときに、商用電源側に流れたこれらの電流を検出し、これらの電流を双方向インバータＩＮＶ１が補償するように動作するので、商用電源側に流れる電流信号の高調波成分を除去するとともに、遅れ／進み電流を補償することができ、商用電流の波形を改善することができる。また、コンデンサＣ１は、充電または放電を交互に行うように動作するので、大容量のコンデンサを用いることなく回路を実現することができる。また、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の電圧に基づいて、それぞれ、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の利得を制御するようにしているので、双方向インバータＩＮＶ１の能力に応じた適正なインバータ電流Ｉ２を電源ラインに供給することができる。
【００４２】
以上説明したように、この実施の形態によれば、商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、インバータの直流側に接続されて補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、インバータを制御するための商用電流検出手段および商用電圧検出手段を備えた制御手段とが備えられ、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータを制御するようにしているので、負荷に流れる電流によって商用電源側にどのような波形の電流が流れたとしても、商用電流の波形を改善することができるという効果を奏する。
【００４３】
また、この実施の形態によれば、制御手段は、インバータの直流側に接続された補償電流供給手段の端子電圧の変化に基づいて補償電流供給手段の充電／放電を制御するようにしているので、補償電流供給手段の供給能力に応じた補償電流の制御が実現できるという効果を奏する。
【００４４】
また、この実施の形態によれば、商用電流検出信号を増幅する第１の増幅器と、商用電圧検出信号を増幅する第２の増幅器とを備えた制御手段は、電流供給手段の端子電圧に基づいた第２の増幅器の利得を制御することにより、電流供給手段の充電量の制御を行うとともに、補償電流に基づいた第１の増幅器の利得制御により、インバータが行う補償電流の送出／引込の制御を行うようにしているので、波形解析等を行う必要がなく、応答速度に優れるとともに、装置が簡単かつ安価に構成できるという効果を奏する。
【００４５】
なお、ここでいうところの制御手段は、電圧トランスＰＴ、電流トランスＣＴ１、ＣＴ２、可変利得アンプＡＧＣ１、ＡＧＣ２、反転回路ＰＲ１、加算回路ＳＵＭ１、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１により実現される。
【００４６】
また、ここでいうところの、商用電流検出手段は電流トランスＣＴ１に対応する。同様に、商用電圧検出手段は電圧トランスＰＴに対応し、補償電流供給手段はコンデンサＣ１に対応し、第１の増幅器は可変利得アンプＡＧＣ２に対応し、第２の増幅器は可変利得アンプＡＧＣ１に対応する。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、インバータを制御するための商用電流検出手段および商用電圧検出手段を備えた制御手段とが備えられ、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータを制御するようにしているので、負荷に流れる電流によって商用電源側にどのような波形の電流が流れたとしても、商用電流の波形を改善することができるという効果を奏する。
【００４８】
また、この発明によれば、商用電流検出信号を増幅する第１の増幅器と、商用電圧検出信号を増幅する第２の増幅器とを備えた制御手段によって、電流供給手段の端子電圧に基づいた第２の増幅器の利得制御によって電流供給手段の充電量が制御され、また、補償電流に基づいた第１の増幅器の利得制御によってインバータが行う補償電流の送出／引込の制御が行われるので、商用電流や負荷電流の波形解析等を行う必要がなく、応答速度に優れるとともに、装置を簡単かつ安価に構成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる回路構成を示す図である。
【図２】（ａ）はアクティブフィルタ装置の主要部の電圧信号または電流信号の波形を示す図であり、（ｂ）は双方向インバータへの入力信号の波形を示す図である。
【図３】（ａ）は電源電圧の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は高調波を含んだ負荷電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータから抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【図４】（ａ）は電源電圧の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は遅れ電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータから抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【符号の説明】
１０ アクティブフィルタ装置
ＡＧＣ１，ＡＧＣ２ 可変利得アンプ
ＡＴ１，ＡＴ２ 交流側端子
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
ＣＴ１，ＣＴ２ 電流トランス
Ｄ１ ダイオード
ＤＴ１，ＤＴ２ 直流側端子
Ｉ１ 商用電流
Ｉ２ インバータ電流
Ｉ３ 負荷電流
ＩＮＶ１ 双方向インバータ
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４ 信号
ＰＲ１ 反転回路
ＰＴ 電圧トランス
ＳＵＭ１ 加算回路
Ｖｉｎ 電源電圧
【発明の属する技術分野】
この発明は、商用電源と負荷との間に挿入され、電流補償、力率改善などを行うアクティブフィルタ装置に関するものであり、特に、装置の構成が簡易であり、かつ、応答速度に優れたアクティブフィルタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の家電機器、例えば、パソコン、冷蔵庫、エアコン、照明器具などにおいては、その内部にインバータ電源が組み込まれている。このインバータ電源が組み込まれた機器は、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの切り換えが不要であるとか、静音、省電力といった特徴を有しているので、今後、さらに、利用が促進されて行くものと予想される。一方、このインバータ電源が組み込まれた機器は、負荷に流れる高調波電流によって、負荷の力率を悪化させ、電力の利用効率を低下させるといった弊害も問題視されている。
【０００３】
これらの問題を解決する従来技術として、例えば、特許文献１に記載されたアクティブフィルタ装置がある。この文献に記載されたアクティブフィルタ装置は、補償能力判定器、力率改善補償電流制御回路、無効電流補償電流制御回路、補償電流制御回路などを備え、補償能力判定器が、インバータの直流側に接続された直流電源装置の電圧に基づいてインバータで発生可能な補償電流の余剰補償能力を判定し、力率改善補償電流制御回路が、補償能力判定器で判定された余剰補償能力に見合った力率改善補償電流を算出し、一方、無効電流補償電流制御回路が、その余剰補償能力に見合った無効電流補償電流を算出し、補償電流制御回路が、高調波補償電流と力率改善補償電流あるいは高調波補償電流と無効電流補償電流に基づいて補償電流を算出してインバータに制御指令を出すことで、高調波電流の補償や力率改善補償を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１４０２６７号公報（第３−５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術のアクティブフィルタ装置では、電源系統に流れる基本波電流を検出する回路および高調波電流を検出する回路、電源電圧の位相信号と基本波電流とから運転力率を検出する回路、補償電流を発生させる回路、その他、位相反転回路、位相シフト回路、加算器、掛け算器等の多種多様の回路が用いられているので、装置構成が複雑であり、そのため、装置が高価であるという欠点を有していた。また、補償電流を発生させるために信号波形の波形解析が必須なので、応答速度が遅いという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置構成が簡単であり、波形解析等の手段を特に必要とせず応答速度に優れたアクティブフィルタ装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるアクティブフィルタ装置は、商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器が備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１３】
商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電圧検出信号増幅器の出力信号と前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器が備えられ、電圧検出信号増幅器の出力信号と商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１５】
商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われ、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器とが備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われるとともに、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１７】
商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器が備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００１９】
商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電圧検出信号増幅器の出力信号と前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器が備えられ、電圧検出信号増幅器の出力信号と商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００２１】
商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、前記制御手段は、前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、を備え、前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われ、前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段とを具備する制御手段には、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器とが備えられ、電流検出信号増幅器の出力信号と電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいてインバータが制御され、インバータが行う補償電流の送出／引込制御が、補償電流に基づく電流検出信号増幅器の利得制御によって行われるとともに、補償電流供給手段の充電量の制御が、補償電流供給手段の端子電圧に基づいた電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われる。
【００２３】
前記補償電流供給手段は、コンデンサで構成されることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、コンデンサを用いてアクティブフィルタ装置を簡易に構成することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるアクティブフィルタ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態にかかる回路構成を示す図である。同図において、入力端子と出力端子とをそれぞれ有したアクティブフィルタ装置１０は、電圧トランスＰＴ、電流トランスＣＴ１、ＣＴ２、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１、ＡＧＣ２、反転回路ＰＲ１、加算回路ＳＵＭ１、双方向インバータＩＮＶ１、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１、Ｃ２を備えている。アクティブフィルタ装置１０の入力端子には商用電源が接続され、出力端子には負荷が接続されている。
【００２７】
つぎに、実施の形態にかかるアクティブフィルタ装置１０の回路構成について説明する。図１において、電圧トランスＰＴは、一次巻線および二次巻線を備えている。電圧トランスＰＴの一次巻線は、アクティブフィルタ装置１０内の電源ラインに接続される。また、二次巻線は、反転回路ＰＲ１に接続される。電流トランスＣＴ１は、アクティブフィルタ装置１０内の電源ラインの一端上で、電源ラインに挿入させることなく電源ラインに流れる電流を検出するため、電源ライン（給電線）を挟み込んで接続される。加算回路ＳＵＭ１は、入力側が電流トランスＣＴ１に接続された可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１と反転回路ＰＲ１に接続された可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２とに接続され、出力側は双方向インバータＩＮＶ１と接続される。
【００２８】
双方向インバータＩＮＶ１は、一対の直流側端子ＤＴ１、ＤＴ２と、一対の交流側端子ＡＴ１、ＡＴ２とを備えている。双方向インバータＩＮＶ１の交流側端子ＡＴ１は、一方の電源ラインに接続され、交流側端子ＡＴ２は、他方の電源ラインに接続される。双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１は、コンデンサＣ１の一端と接続され、直流側端子ＤＴ２は、コンデンサＣ１の他端（同時に回路グランドにも接地されている接地端）に接続される。また、双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１と接続されたコンデンサＣ１の一端は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２にも接続される。双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１と一方の電源ラインとを接続するライン上には、ダイオードＤ１のアノードと接続された電流トランスＣＴ２が、このラインを挟み込んで接続される。ダイオードＤ１のカソードは、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１に接続されるとともに、コンデンサＣ２の一端にも接続される。コンデンサＣ２の他端は、コンデンサＣ１と同様に回路グランドに設置される。
【００２９】
つぎに、図１に示すアクティブフィルタ装置１０の動作について説明する。同図に図示したＩ１、Ｉ２、Ｉ３は、それぞれ、商用電源側に流れる商用電流、双方向インバータＩＮＶ１から出力されるインバータ電流、負荷側に流れる負荷電流を表している。ところで、同図からも明らかなように、商用電源と負荷との間には、商用電源を給電する電源ライン上に電流トランスＣＴ１が存在するのみである。電流トランスＣＴ１は、電源ラインに挿入されることなく、負荷に流れる電流を検出するものであり、商用電源と負荷との間の動作に影響を与えることはない。したがって、このアクティブフィルタ装置１０が商用電源や負荷に対して何も作用しないとき、すなわち、インバータ電流Ｉ２が流れないときは、商用電流がそのまま負荷電流となる。
【００３０】
図１において、電圧トランスＰＴは、商用電源が供給した電源電圧Ｖｉｎを検出し、電流トランスＣＴ１は、電源ラインに流れる商用電流Ｉ１を検出する。電圧トランスＰＴで検出された電圧信号は、反転回路ＰＲ１で反転され、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２に入力される。一方、電流トランスＣＴ１で検出された電流信号は、そのまま可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１に入力される。これらの信号は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１、ＡＧＣ２によって増幅され、加算回路ＳＵＭ１で加算され、双方向インバータＩＮＶ１への入力信号として加算回路ＳＵＭ１から出力される。
【００３１】
双方向インバータＩＮＶ１の直流側端子ＤＴ１、ＤＴ２に接続されたコンデンサＣ１は、所定の直流電圧を保持するためのものである。また、コンデンサＣ１は、双方向インバータＩＮＶ１が電源ラインに流すインバータ電流Ｉ２の供給源である。コンデンサＣ１では、インバータ電流Ｉ２の流れる方向に応じた充電動作と放電動作とが交互に行われる。すなわち、インバータ電流Ｉ２が図１に示す向きの場合（商用電流Ｉ１に対してインバータ電流Ｉ２を供給するように動作する場合）には、コンデンサＣ１は放電動作を行う。インバータ電流Ｉ２が図１に示す向きと逆の場合（商用電流Ｉ１からインバータ電流Ｉ２を引き込むように動作する場合）には、コンデンサＣ１は充電動作を行う。
【００３２】
双方向インバータＩＮＶ１の交流側端子ＡＴ１、ＡＴ２には加算回路ＳＵＭ１から出力される出力信号に基づいた所定の電圧が発生し、交流側端子ＡＴ１から所定のインバータ電流Ｉ２が流れ、電源ラインに供給される。図１から明らかなように、商用電流Ｉ１、インバータ電流Ｉ２および負荷電流Ｉ３との間には、Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２の関係がある。この式が意味するところは、商用電源と双方向インバータＩＮＶ１とが負荷に供給する電流を分配するということにある。ところで、負荷には、負荷自体に依存した多様な電流が流れる。例えば、負荷には高調波が重畳した電流や位相遅れ／進みの電流が流れるが、これらの高調波電流や位相遅れ／進み電流の補償をインバータ電流Ｉ２が受け持つことによって、商用電源に流れる商用電流Ｉ１の波形を改善することができる。この作用により、商用電源側の力率を改善したり利用効率を向上させることができるのである。なお、このインバータ電流Ｉ２が供給される動作については後述する。
【００３３】
電流トランスＣＴ２は、双方向インバータＩＮＶ１が供給するインバータ電流Ｉ２の電流を検出する。この検出電流は、ダイオードＤ１を通じてコンデンサＣ２に充電される。コンデンサＣ２に充電された電圧は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の制御信号として用いられる。この制御信号は、インバータ電流Ｉ２の電流垂下用制御信号として、すなわち、インバータ電流Ｉ２が双方向インバータＩＮＶ１が供給できる許容能力を超えた場合にインバータ電流Ｉ２を急激に遮断（電源ラインに供給しない）するためのものである。したがって、コンデンサＣ２に充電された電圧が所定の電圧値を越えた場合には、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の利得が下げられ、加算回路ＳＵＭ１への供給信号は小さくなる。なお、コンデンサＣ２に充電された電圧は、コンデンサＣ２の容量値や、図示しない抵抗、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の入力インピーダンスなどによって決まる時定数に基づき、所定の周期ごと（例えば、商用電源の１周期ごと）に放電される。
【００３４】
一方、コンデンサＣ１に充電された電圧は、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の制御信号として用いられる。この制御信号は、コンデンサＣ１に充電されている充電量の制御のために可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２に供給されるものである。後述するインバータ電流Ｉ２の動作説明で明らかにするが、加算回路ＳＵＭ１からの出力が負の場合にはコンデンサＣ１が充電され、逆に、加算回路ＳＵＭ１からの出力が正の場合には、コンデンサＣ１から放電電流が流れる。したがって、コンデンサＣ１の電圧が大きいときには、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の利得が下がるように制御され、逆に、コンデンサＣ１の電圧が小さいときには、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の利得が上がるように制御される。また、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の利得がコンデンサＣ２の電圧に基づいて急激に制御されるのに対し、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２の利得は、コンデンサＣ１の端子電圧に応じて連続的に制御される。
【００３５】
図２（ａ）はアクティブフィルタ装置１０の主要部の電圧信号または電流信号の波形を示す図であり、（ｂ）は双方向インバータＩＮＶ１への入力信号の波形を示す図である。同図（ａ）において、細い実線で示した部分、すなわち信号Ｋ１は、電圧トランスＰＴによって検出された商用電源の電圧信号である。また、太い実線で示した部分、すなわち信号Ｋ２は、電流トランスＣＴ１で検出された電流信号である。また、この電流信号である信号Ｋ２のうち、信号Ｋ３の部分は、負荷に生じた高調波電流によるものである。一方、破線で示した部分、すなわち信号Ｋ４は、反転回路ＰＲ１によって反転された反転波形である。
【００３６】
信号Ｋ２が可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１に入力され、信号Ｋ４が可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２に入力され、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２がそれぞれ所定の利得に設定されると、加算回路ＳＵＭ１から同図（ｂ）に示す信号が出力される。このとき、双方向インバータＩＮＶ１の通常の機能によって、この信号が正のときは、同図（ｂ）に示す電流に比例したインバータ電流Ｉ２が双方向インバータＩＮＶ１から電源ラインに向かって供給される。逆に、この信号が負のときは、同図（ｂ）に示す電流に比例したインバータ電流Ｉ２が電源ラインから双方向インバータＩＮＶ１側に引き抜かれる。同図（ｂ）を用いて説明すると、網掛けのＬ１の部分では電流が引き抜かれ、網掛けのＬ２の部分では電流が供給される。これらの動作に連動して、コンデンサＣ１は、充電または放電の動作をそれぞれ行う。すなわち、Ｌ１の部分では、電源ラインから引き抜かれたインバータ電流Ｉ２によってコンデンサＣ１が充電され、Ｌ２の部分では、コンデンサＣ２から放電される電流により、電源ラインに向かうインバータ電流Ｉ２が供給される。
【００３７】
図３は、負荷に高調波を含んだ負荷電流が流れた場合に双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって商用電流が改善される様子を示す説明図であり、（ａ）は電源電圧（Ｖｉｎ）の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は高調波を含んだ負荷電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータＩＮＶ１から抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【００３８】
電圧トランスＰＴは、図３（ａ）に示す信号を検出し、反転回路ＰＲ１は、同図（ｂ）に示す信号を生成する。一方、電流トランスＣＴ１は、同図（ｃ）に示す信号を検出する。この検出信号は、高調波を含んだ負荷電流Ｉ３が商用電源側を流れた瞬間の商用電流Ｉ１を検出したものである。これらの同図（ｂ）および同図（ｃ）に示す信号が、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１にそれぞれ入力され、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２のそれぞれの利得が適正に制御されることで、上述した動作に従って、双方向インバータＩＮＶ１から同図（ｄ）に示す補償電流（インバータ電流Ｉ２）が電源ラインに供給される。このように、高調波電流を含んだ負荷電流Ｉ３が負荷に流れ、この高調波電流が商用電源側に流れたとき、商用電源側の商用電流Ｉ１の変化が検出され、この変化成分がインバータ電流Ｉ２によって補償される。その結果、商用電流Ｉ１は、同図（ｅ）に示すような正弦波形の電流が流れるようになる。
【００３９】
図４は、負荷に位相が遅れた位相遅れ電流が流れた場合に双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって位相遅れが改善される様子を示す説明図であり、（ａ）は電源電圧（Ｖｉｎ）の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は遅れ電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータＩＮＶ１から抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【００４０】
この場合においても、商用電源側に高調波電流が流れたときと全く同じ動作が行われ、双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって、商用電源側の波形が改善される。この波形改善は、双方向インバータＩＮＶ１の補償電流によって行われるので、負荷に流れる電流がどのような波形の電流であっても構わない。例えば、負荷に流れる電流が、進み電流であっても、また、高調波電流と遅れ電流または進み電流が同時に発生する場合であっても、商用電流の波形を改善することができる。
【００４１】
このように、負荷に発生した高調波電流や遅れ／進み電流が商用電源側に流れるときに、商用電源側に流れたこれらの電流を検出し、これらの電流を双方向インバータＩＮＶ１が補償するように動作するので、商用電源側に流れる電流信号の高調波成分を除去するとともに、遅れ／進み電流を補償することができ、商用電流の波形を改善することができる。また、コンデンサＣ１は、充電または放電を交互に行うように動作するので、大容量のコンデンサを用いることなく回路を実現することができる。また、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の電圧に基づいて、それぞれ、可変利得電圧制御アンプＡＧＣ２および可変利得電圧制御アンプＡＧＣ１の利得を制御するようにしているので、双方向インバータＩＮＶ１の能力に応じた適正なインバータ電流Ｉ２を電源ラインに供給することができる。
【００４２】
以上説明したように、この実施の形態によれば、商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、インバータの直流側に接続されて補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、インバータを制御するための商用電流検出手段および商用電圧検出手段を備えた制御手段とが備えられ、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータを制御するようにしているので、負荷に流れる電流によって商用電源側にどのような波形の電流が流れたとしても、商用電流の波形を改善することができるという効果を奏する。
【００４３】
また、この実施の形態によれば、制御手段は、インバータの直流側に接続された補償電流供給手段の端子電圧の変化に基づいて補償電流供給手段の充電／放電を制御するようにしているので、補償電流供給手段の供給能力に応じた補償電流の制御が実現できるという効果を奏する。
【００４４】
また、この実施の形態によれば、商用電流検出信号を増幅する第１の増幅器と、商用電圧検出信号を増幅する第２の増幅器とを備えた制御手段は、電流供給手段の端子電圧に基づいた第２の増幅器の利得を制御することにより、電流供給手段の充電量の制御を行うとともに、補償電流に基づいた第１の増幅器の利得制御により、インバータが行う補償電流の送出／引込の制御を行うようにしているので、波形解析等を行う必要がなく、応答速度に優れるとともに、装置が簡単かつ安価に構成できるという効果を奏する。
【００４５】
なお、ここでいうところの制御手段は、電圧トランスＰＴ、電流トランスＣＴ１、ＣＴ２、可変利得アンプＡＧＣ１、ＡＧＣ２、反転回路ＰＲ１、加算回路ＳＵＭ１、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１により実現される。
【００４６】
また、ここでいうところの、商用電流検出手段は電流トランスＣＴ１に対応する。同様に、商用電圧検出手段は電圧トランスＰＴに対応し、補償電流供給手段はコンデンサＣ１に対応し、第１の増幅器は可変利得アンプＡＧＣ２に対応し、第２の増幅器は可変利得アンプＡＧＣ１に対応する。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、インバータを制御するための商用電流検出手段および商用電圧検出手段を備えた制御手段とが備えられ、商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号と商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいてインバータを制御するようにしているので、負荷に流れる電流によって商用電源側にどのような波形の電流が流れたとしても、商用電流の波形を改善することができるという効果を奏する。
【００４８】
また、この発明によれば、商用電流検出信号を増幅する第１の増幅器と、商用電圧検出信号を増幅する第２の増幅器とを備えた制御手段によって、電流供給手段の端子電圧に基づいた第２の増幅器の利得制御によって電流供給手段の充電量が制御され、また、補償電流に基づいた第１の増幅器の利得制御によってインバータが行う補償電流の送出／引込の制御が行われるので、商用電流や負荷電流の波形解析等を行う必要がなく、応答速度に優れるとともに、装置を簡単かつ安価に構成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる回路構成を示す図である。
【図２】（ａ）はアクティブフィルタ装置の主要部の電圧信号または電流信号の波形を示す図であり、（ｂ）は双方向インバータへの入力信号の波形を示す図である。
【図３】（ａ）は電源電圧の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は高調波を含んだ負荷電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータから抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【図４】（ａ）は電源電圧の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の電源電圧の反転信号の波形を示す図であり、（ｃ）は遅れ電流の波形を示す図であり、（ｄ）は双方向インバータから抽出された補償電流の波形を示す図であり、（ｅ）は最終的な商用電流の波形を示す図である。
【符号の説明】
１０ アクティブフィルタ装置
ＡＧＣ１，ＡＧＣ２ 可変利得アンプ
ＡＴ１，ＡＴ２ 交流側端子
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
ＣＴ１，ＣＴ２ 電流トランス
Ｄ１ ダイオード
ＤＴ１，ＤＴ２ 直流側端子
Ｉ１ 商用電流
Ｉ２ インバータ電流
Ｉ３ 負荷電流
ＩＮＶ１ 双方向インバータ
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４ 信号
ＰＲ１ 反転回路
ＰＴ 電圧トランス
ＳＵＭ１ 加算回路
Ｖｉｎ 電源電圧
Claims (7)
- 商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、
前記制御手段は、
前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、
前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、
前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、
を備え、
前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、
前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、
前記制御手段は、
前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、
前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、
前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、
を備え、
前記電圧検出信号増幅器の出力信号と前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、
前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 商用電源に接続された負荷から発生する高調波電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、
前記制御手段は、
前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、
前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、
前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、
前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、
を備え、
前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、
前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われ、
前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、
前記制御手段は、
前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、
前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、
前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、
を備え、
前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、
前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、
前記制御手段は、
前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、
前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、
前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、
を備え、
前記電圧検出信号増幅器の出力信号と前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、
前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 商用電源に接続された負荷から発生する位相遅れ／進み電流を補償するための補償電流の送出／引込を行うインバータと、該インバータの直流側に接続されて前記補償電流の供給源となる補償電流供給手段と、前記インバータを制御するための制御手段とを備えたアクティブフィルタ装置において、
前記制御手段は、
前記商用電源に流れる電流成分を検出する商用電流検出手段と、
前記商用電源の電圧成分を検出する商用電圧検出手段と、
前記商用電流検出手段が検出した商用電流検出信号を増幅する電流検出信号増幅器と、
前記商用電圧検出手段が検出した商用電圧検出信号を増幅する電圧検出信号増幅器と、
を備え、
前記電流検出信号増幅器の出力信号と前記電圧検出信号増幅器の出力信号との合成信号に基づいて前記インバータが制御され、
前記インバータが行う前記補償電流の送出／引込制御が、該補償電流に基づいた前記電流検出信号増幅器の利得制御によって行われ、
前記補償電流供給手段の充電量の制御が、該補償電流供給手段の端子電圧に基づいた前記電圧検出信号増幅器の利得制御によって行われることを特徴とするアクティブフィルタ装置。 - 前記補償電流供給手段は、コンデンサで構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のアクティブフィルタ装置。
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