JPH06153400A

JPH06153400A - 電力使用効率改善装置

Info

Publication number: JPH06153400A
Application number: JP4294187A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Takada; 重利高田
Original assignee: Shinwa Giken Co Ltd
Current assignee: Shinwa Giken Co Ltd
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】使用電力効率改善装置に関し、力率改善、高
調波除去、フリッカ除去を同時に処理できる使用電力効
率改善装置に関する者である。【構成】線間又は送電線と中性点の間にコンデンサと
リアクトルを挿入することによって、電力使用効率の改
善を図る装置において、図１に示すように、第５高調波
の除去に対しては線路定格容量の６％のリアクトルを使
用し、その他の高調波の除去に対しては線路定格容量の
１３％のリアクトルを使用する構成とする。即ち、負荷
として使用する機器の出す高調波はその機器の種類によ
って異なっている。そこで、その機器の出す高調波の次
数に応じて６％リアクトル、１３％リアクトルあるいは
両方同時を使い分けるようにするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は使用電力効率改善装置に
関し、特に力率改善、高調波除去、フリッカ除去を同時
に処理できる使用電力効率改善装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】電力の使用効率は力率、高調波の有無に依
存する。力率の改善及び高調波の除去は線間あるいは線
路と中性点の間にコンデンサ及びリアクトルを挿入した
フィルタを用いることによってなされる。

【０００３】図６は従来より使用されている低圧フィル
タの単線（３相の中の一線）結線図を示すものであり、
第５高調波除去用の６％リアクトルＬ₅、第７高調波除
去用の８％リアクトルＬ₇、第１１高調波除去用の１３
％リアクトルＬ₁₁と、それぞれに対応したコンデンサＣ
₅、Ｃ₇、Ｃ₁₁が並列に同時に接続されるようになって
いる。

【０００４】図７は図６に示した装置の１対のコンデン
サとリアクトル（例えばコンデンサＣ₅とリアクトルＬ
₇）についての詳細図である。Δ結線されたコンデンサ
１ａ’、１ｂ’、１ｃ’と該Δ結線の頂点と線路との間
に挿入されるリアクトル２ａ’、２ｂ’、２ｃ’とより
構成され、スイッチ４’によって負荷が投入されるとと
もに、装置側のスイッチ４もＯＮにされる。これによっ
て力率が改善されるばかりでなく、リアクトルの大きさ
を適当に選択することによって高調波もある程度除去さ
れ、形波歪みを少なくして電力使用効率を高めることが
できることになる。

【０００５】この装置は負荷の誘導が原因で発する電流
の遅れを改善したり、あるいは高調波の除去をしようと
するものであるから、上記スイッチ４、スイッチ４’に
よって、負荷と同時に線路に投入され、また、負荷の開
放と同時に線路から開放される。

【０００６】ところで、線路にコンデンサ１ａ’、１
ｂ’、１ｃ’を挿入する場合には投入時にそのコンデン
サ両端の電圧と線間電圧が一致していないと衝激波が生
じ、負荷やコンデンサを破壊したり劣化したりすること
がある。そこで、図８に示すように、コンデンサ１ａ
（１ｂ、１ｃ）と、ダイオード５ａ（５ｂ、５ｃ）と該
ダイオード５ａ（５ｂ、５ｃ）に逆極性に接続したサイ
リスタ６ａ（６ｂ、６ｃ）を直列に接続してΔ結線する
構成が採用されている。

【０００７】図９は図８に示す上記構成のフィルタを開
閉制御回路２００で制御する場合の各部の波形をタイミ
ングチャートとして示したものである。いま時刻Ｔ₀で
負荷が投入されてサイリスタ６ａ、６ｂ、６ｃを導通さ
せるとコンデンサ１ａ、１ｂ、１ｃが各相間に並列に接
続されたことになり、力率調整の機能が働くわけである
が、上記サイリスタ６ａ、６ｂ、６ｃを導通させるタイ
ミングがここでは重要となる。

【０００８】まず、コンデンサ１ａ、１ｂ、１ｃは同図
（ｂ）に示すようにサイリスタ６ａ、６ｂ、６ｃが導通
していない間は負荷の開閉にかかわらず、ダイオード５
ａ、５ｂ、５ｃを介して図９に（ａ）に示す相間電圧Ｖ
_Mの最大値Ｖ_D又はその付近の電圧に充電されている。
従って、サイリスタ６ａ、６ｂ、６ｃの導通時に相間電
圧も最大値Ｖ_D付近（最大であれば最もよい）であれ
ば、衝激波の発生なく力率調整機能を開始できるわけで
あり、その時刻は図９のＴ₁である。

【０００９】そこで時刻Ｔ₁でサイリスタ６ａ、６ｂ、
６ｃを導通すべく開閉制御回路２００からサイリスタ６
ａ、６ｂ、６ｃのゲートに同図（ｅ）に示すようにゲー
ト電圧Ｖ_Gを印加する。この電圧波形は上記時刻Ｔ₁で
立上がり、負荷開放時Ｔ₂に立下がる直流電圧である。

【００１０】以上のようにして各相のサイリスタ６ａ、
６ｂ、６ｃを導通すると線間電圧がコンデンサ電圧Ｖｃ
よりより低くなる半サイクルにはサイリスタ６ａ、６
ｂ、６ｃが、また線間電圧がコンデンサ電圧より高くな
る半サイクルにはダイオード５ａ、５ｂ、５ｃが導通
し、結局ダイオード５ａ、５ｂ、５ｃとサイリスタ６
ａ、６ｂ、６ｃとが半サイクルごとに交互に導通して同
図（ｂ）（ｃ）のようなコンデンサ電流Ｉｃを形成し、
力率調整及び高調波除去を行うことになる。

【００１１】次に時刻Ｔ₂で負荷が開放され、それと同
時にサイリスタのゲート電圧Ｖ_GをＯＦＦにしておくと
ダイオード５ａ、５ｂ、５ｃが導通しているので時刻Ｔ
₃まではコンデンサＴａ、Ｔｂ、Ｔｃが充電されるが、
その後の線間電圧が最大値Ｖ _Gとなる時刻Ｔ₃でサイリ
スタ６ａ、６ｂ、６ｃに電流は流れなくなりコンデンサ
１ａ、１ｂ、１ｃはコンデンサ電流Ｉｃが零の時点Ｔ₃
で各相間から切離され、コンデンサ１ａ、１ｂ、１ｃは
初期状態と同じく線間電圧Ｖ_Mの最大値付近の電圧に充
電され、以後再びサイリスタ６ａ、６ｂ、６ｃが導通す
るまでこの状態を保つことになる。

【００１２】尚、例えば時刻Ｔ₄で負荷が開放され、同
時にゲート電圧Ｖ_Gを零にする場合でも時刻Ｔ₅まで
は、サイリスタ６ａ、６ｂ、６ｃがそのまま導通状態を
保ち、更に時刻Ｔ₅〜Ｔ₃まではダイオード５ａ、５
ｂ、５ｃが導通しているので結局時刻Ｔ₃でコンデンサ
１ａ、１ｂ、１ｃが線路から切りはなされることにな
る。

【００１３】尚、図８に於ける波形成形用リアクトル２
ａ、２ｂ、２ｃは図６における直列リアクトル２ａ’、
２ｂ’、２ｃ’の代わりに用いるものである。更に、ス
ポット溶接機等から発生するフリッカを除去するために
は、図１０に示すような回路が用いられている。すなわ
ち、コンデンサ１ｄとリアクトル２ｄが線路に並列に接
続され、かつ、該リアクトル２ｄにはスイッチング素子
７が接続され、このスイッチング素子７は通常はＯＦＦ
の状態であって、負荷が大きくなるとＯＮとなって発生
するフリッカをリアクトル２ｄを介して短絡するととも
にコンデンサ１ｄで電圧を維持するようになっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】供給電圧に対する電圧
変動率は総合で５％以下、第５高調波が３％以下、第２
３高調波以下が１％以下と定められている。ところが、
コンデンサのみを用いた従来の力率改善（高調波除去）
回路によると、表１に示すように電圧歪み率は２０％以
上にも及び、あまり有効な手段とはなっていなかった。

【００１５】また、高調波の中の奇数次高調波が使用効
率に与える影響が大きいとの考えから、該奇数次高調波
を除去することにのみ配慮がなされている。すなわち、
前記図６に示すように、コンデンサとリアクトルを用い
る方法に於いても、例えば第５高調波除去用のコンデン
サＣ₅と６％リアクトルＬ₅の組み合わせ、第７高調波
除去用のコンデンサＣ₇と８％リアクトルＬ₇の組み合
わせ、第１１高調波除去用のコンデンサＣ₁₁と１３％リ
アクトルＬ₁₁を並列に接続し、全負荷に対して常に固定
した容量のコンデンサとリアクトルを接続するようにし
ていた。

【００１６】ところが、波形歪みに影響を与えているの
は奇数次の高調波だけではなく、表２に示すように偶数
次の高調波（表２の第２高調波参照）もその大きさに応
じて寄与しており、しかも、波形歪みが生じると使用効
率が悪化する。従来は偶数次の高調波が少なかったので
上記のように奇数次の高調波を除去することの方に配慮
が傾きがちであったが、近年に至ってインバータ等半導
体素子を用いたパルス制御を行う機器が多くなると、上
記のように奇数次の高調波除去に配慮が傾いた装置を用
いた場合、例え力率調整が良好であっても高調波が除去
し切れなくて、電圧波形に歪みを生じ効率が悪くなる傾
向がある。

【００１７】また、高調波の大きさ、位相のずれは負荷
の大きさに応じて大きくなる。ところが上記のように負
荷に対して固定された値のリアクトル、コンデンサを用
いると、たとえ定格電流、定格電圧の下ではバランスが
とれても定格より小さい負荷の下ではバランスを壊し、
充分に目的を達し切れないことになる。

【００１８】更に、上記図１０に示すフリッカ除去装置
は上記力率改善又は高調波除去装置とは別の装置とな
り、そのための充分な設備が必要となる。この発明は上
記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、力率の
改善、奇数次及び偶数次高調波、更にフリッカの除去が
適性にかつ１台の装置でほぼ完全にできる電力使用効率
改善装置を提供することを目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために以下の手段を採用している。すなわち、線間
又は送電線と中性点の間にコンデンサとリアクトルを挿
入することによって、電力使用効率の改善を図る装置に
おいて、図１に示すように、第５高調波の除去に対して
は線路定格容量の６％のリアクトルを使用し、その他の
高調波の除去に対しては線路定格容量の１３％のリアク
トルを使用する構成としたものである。

【００２０】即ち、負荷として使用する機器の出す高調
波はその機器の種類によって異なっている、そこで、そ
の機器の出す高調波の次数に応じて６％リアクトル、１
３％リアクトルあるいは両方同時を使い分けるようにす
る。

【００２１】更に、負荷の大きさに応じてコンデンサ容
量及びリアクトル容量をを変化させるようにするとより
有効に高調波の除去ができる。

【００２２】

【作用】表２に示すように６％程度のリアクトルを用い
ると第５高調波の電圧を全電圧波高値の３％以下に抑え
ることができる。また、表３に示すように１３％程度の
リアクトルを用いると、第５高調波以外の高調波を極め
て低くに迄抑えることができる。

【００２３】第５高調波はモータ等の誘導性の強い機器
から発生する。従って、モータ等に対しては６％のリア
クトルを用いた装置を適用する。また、供給電力が一旦
整流されてコンデンサで平滑化されてパルス制御に供さ
れる機器、例えばインバータでは偶数次の高調波が発生
する。従って、この種機器に対して１３％リアクトルを
用いた装置が適用される。

【００２４】更に、第５高調波及びそれ以外の次数の高
調波を発生する機器もあるので、この種機器に対して６
％と１３％の両方のリアクトルを用いた装置が適用され
る。

【００２５】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す原理図であ
る。各負荷Ａに対するユニットＩ_A、II_A…（負荷Ｂに
対するユニットＩ_B、II_B…）はそれぞれコンデンサ１
（１ａ、１ｂ、１ｃ）、リアクトル２（２ａ、２ｂ、２
ｃ）、相互に逆接続されたダイオード５（５ａ、５ｂ、
５ｃ）、サイリスタ６（６ａ、６ｂ、６ｃ）で１組をな
す直列回路をΔ接続した単線結線図である。

【００２６】負荷Ａはモータ等の誘導性の機器であっ
て、第５高調波が発生しやすい。そこで、この種機器に
対しては上記リアクトル２（２ａ、２ｂ、２ｃ）として
６％のリアクトルを用いている。

【００２７】また、負荷Ｂはインバータ等の半導体を用
いたパルス制御を行う機器であって、第５高調波以外の
高調波の比率が高くなる。この場合、リアクトルとして
１３％のリアクトルを用いる。

【００２８】更に、第５高調波及びそれ以外の高調波の
両方が含まれる場合には、上記６％と１３％のリアクト
ルを並列に用いることになる。本発明では上記のように
使用機器に応じてリアクトルの値を定めるとともに、使
用機器の負荷に応じて作動するコンデンサ容量を変化さ
せている。

【００２９】すなわち、図２に示すように負荷Ａに対応
するカレントトランス３０Ａより検出される電流値（電
流対応電圧）は負荷認識装置１０Ａの検出部１１ａで整
流されＡ／Ｄ変換されてコンパレータ１２ａに入力され
る。このコンパレータ１２ａはカレントトランス３０Ａ
によって電流検出があったとき（電流が零より大きいと
き）、後述するように開閉制御装置２０Ａの制御ユニッ
ト２００ａを作動させ、ユニットＩのサイリスタ６（６
ａ、６ｂ、６ｃ）をＯＮさせるようになっている。

【００３０】また、上記カレントトランス３０Ａによっ
て検出された電流値は検出部１１ａでＡ／Ｄ変換されて
コンパレータ１２ｂにも入力され、このコンパレータ１
２ｂは電流が所定値より大きくなったとき（例えば２５
ｋｖＡ相当値より大きくなったとき）に負荷認識手段の
制御ユニット２００ｂを作動させ、ユニットIIのサイリ
スタ６（６ａ、６ｂ、６ｃ）を作動させるようになって
いる。

【００３１】開閉制御装置２０Ａは図３に示すように各
ユニットＩ_A、II_A…に対応する制御ユニット２００
ａ、２００ｂ…よりなっている。ここで図３では１つの
ユニットに対応する制御ユニットについてのみ示してい
る。

【００３２】端子Ｐ₁から入力された電圧信号Ｓｖが相
間電圧最大電圧検出部７１に入力され、ここで、相間電
圧が最大になったとき最大チェック検出パルスＰ₀を出
力し、該パルスＰ₀はアンドゲート７４に入力される。
また、上記ユニットＩのコンパレータ１２ａの出力は負
荷投入検出部７２に入力される。この負荷投入検出部７
２は上記コンパレータ１２ａの出力が“１”になったと
き、すなわち、負荷が投入されたときにほぼ１サイクル
の長さ“１”となる投入パルスＰｉを出力する。この投
入パルスＰｉは上記アンドゲート７４に入力され、アン
ドゲート７４の出力がセットリセット回路７６のセット
端子Ｐｓに入力されている。

【００３３】上記コンパレータ１２ａの出力は負荷開放
検出部７３にも入力される。この負荷開放検出部７３は
負荷が開放されたときに開放パルスＰｔを出力し、該パ
ルスＰ_tはセットリセット回路７６のリセット端子Ｐｒ
に入力されている。

【００３４】このように開閉制御装置２０Ａを構成して
おくと、負荷投入後の相間電圧最大時に、上記投入パル
スＰｉによってセットリセット回路７６がセットされ、
また負荷開放時には上記開放パルスＰｔによってセット
リセット回路７６がリセットされて、図９に示すような
ゲート電圧Ｖ_Gを端子Ｐ₃から得ることができるわけで
ある。

【００３５】電流が一定値を越えると次いでユニットII
_Aのコンパレータ１２ｂが作動し、対応する制御ユニッ
ト７ａを作動させることなる。以上の構成及び動作は負
荷Ｂについての開閉制御装置２０Ｂについても全く同様
となる。

【００３６】このように負荷に応じて容量を増加させる
ことによって、負荷の大きさに応じた高調波の除去がで
きることになる。表１はコンデンサのみによる高調波の
除去及び力率の改善を行った場合の各次数の高調波の大
きさ（電圧）の割合（第１次を１００％とする）と位相
を示したものである。表２は図１（図２）において６％
リアクトルを用いた場合、更に表３は１３％リアクトル
を用いた場合の上記高調波の割合と位相を示したもので
ある。

【００３７】表２によると６％リアクトルによって第５
高調波が３％以下に抑えられているが他の高調波は目的
の値以下に抑えられていない。従って、図４（ａ）より
も明らかなように電圧変動があり、また同図（ｂ）より
力率の改善も充分ではないことが判る。更に、表３及び
該表３の波形を図面で表した図５（ａ）によると、１３
％リアクトルによって第５高調波以外の高調波が著しく
小さい値に抑えられ、更に図５（ｂ）より明らかなよう
に、力率もかなりの程度改善されていることが理解でき
る。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、負
荷となる機器の出す高調波の種類に応じてリアクトルを
変化させているので、高調波を確実に除去することがで
きる。また、負荷の大きさに応じてコンデンサ容量、リ
アクトルの大きさを変化させているので、負荷の変化に
対応した大きさのコンデンサ、リアクトルを稼働させる
ことができ、上記効果を一層有効にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明原理図である。

【図２】本発明の一実施例回路図である。

【図３】開閉制御装置の一実施例回路図である。

【図４】表２の内容を図面として表した波形図である。

【図５】表３の内容を図面として表した波形図である。

【図６】従来例を示す回路図である。

【図７】従来例のより詳しい回路図である。

【図８】従来例の他の回路図である。

【図９】従来例のタイミング図である。

【図１０】従来のフリッカ除去回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線間又は送電線と中性点の間にコンデン
サとリアクトルを挿入することによって、電力使用効率
の改善を図る装置において、第５高調波の除去に対しては線路定格容量の６％のリア
クトルを使用し、その他の高調波の除去に対しては線路
定格容量の１３％のリアクトルを使用することを特徴と
する電力使用効率改善装置。
【請求項２】負荷として使用する機器の出す高調波の
次数に応じて６％リアクトル、１３％リアクトルあるい
は両方同時を使い分ける請求項１に記載の電力使用効率
改善装置。
【請求項３】負荷の大きさに応じてコンデンサ容量及
びリアクトル容量をを変化させる請求項１に記載の電力
使用効率改善装置。