JPH06165386A - 並列式力率改善法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 任意の負荷に適用でき、負荷の特性や大きさ
を考慮することなく、実用に値するモジュール化汎用並
列式の力率改善法を提供する。 【構成】 主制御配線板１０といくつかの副力率配線板
９０、該副力率配線板９０に設けた直接負荷と並列する
エネルギー蓄積装置８０を設ける。負荷の影響により負
荷電流と等しい電源電流を電源電圧と同じ位相で振幅が
負荷の大きさにより変化する正弦波電流に替え、力率を
改善するために力率調整電流を提供し、電源電流の波形
を補い、電源電流と電源電圧を同じ位相にさせ、かつ振
幅の大きさもちょうど負荷の大きさと等しくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新しい力率改善方法と
その装置に関し、特に任意の負荷のモジュール化汎用並
列式力率改善方法とその装置に関し、その主な特徴は負
荷特性と負荷の大きさの影響を無視することができ、任
意の負荷に対し、力率の改善ができる。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電力負荷は、家庭用、オフィス
用あるいは工業用を問わず、その力率（Ｐｏｗｅｒ Ｆ
ａｃｔｏｒ）は通常１より低いため、電力会社は発電、
送電および配電において少なからぬ設備を無駄にするこ
とになる。特に、近代的な電気製品、機器の設備はその
入力端は大抵整流器であり、入力した電流は皆、波高率
（ｃｒｅｓｔ ｆａｃｔｏｒ）が高く、調波成分が大き
いパルスである。該ような負荷は電力設備を無駄にする
のみでなく、雑音が電流に混入し電力の品質を低くす
る。そのため、いかに各種の負荷の力率を上げ、電力シ
ステム（発電、送電、配電設備）の使用率を高め、電力
の品質を上げ、エネルギーを節約し、また雑音による汚
染を減少するか、という共通の問題意識を持つに到っ
た。通常、該ように負荷の力率を上げ、１にできるだけ
近づける方法を力率改善（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ
Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）、略称ＰＦＣと呼ぶ。

【０００３】現在よく知られているＰＦＣ技術は、大ま
かに受動式（Ｐａｓｓｉｖｅ）と主動式（ａｃｔｉｖ
ｅ）の二種類に分けられる。そのうち、受動式ＰＦＣは
通常直線負荷に使用される。負荷が誘導性である場合
は、電流は電圧に遅れるため電流を先に進める機能を持
つ容量性回路をその力率改善装置として用いる。反対
に、負荷が容量性である場合、誘導性回路をその力率改
善装置として用いる。主動性ＰＦＣは比較的新しい技術
であり、通常整流性負荷に使用される。主動ろ波器と類
似の技術を用い、本来のパルス電流ではなく、整流性負
荷を強制的に電源電圧と同様な波形の電流により、力率
を改善する。これらの力率改善装置は、通常入力端が切
り換え式パワーサプライの機器、設備のために設計さ
れ、市販されている専用ＩＣ、例えば、ＵＮＩＴＲＯＤ
Ｅ社のＵＣ３８５４、ＭＩＣＲＯＬＩＮＥＡＲ会社のＭ
Ｌ４８１２、ＳＩＥＭＥＮ会社のＴＤＡ４８１４、及び
ＴＯＳＨＩＢＡのＴＡ８３１４などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題】しかし、従来のＰＦＣ
技術は、主動式ＰＦＣ、受動式ＰＦＣのいずれも共通の
欠点を有していた。それは、専属の負荷のみが適用でき
ることである。すなわち、容量性ＰＦＣ回路は誘導性負
荷のみを、誘導性ＰＦＣ回路は容量性負荷のみを使用で
きることである。そのため、従来のＰＦＣ技術は力率改
善を行うときに、負荷の特性、すなわち誘導性か容量性
か、あるいは整流性か、力率は幾らか、波高率は幾ら
か、また負荷の大きさなどを完全に知る必要があった。
そのため、以下のような問題点が起こった。 （イ）設計は負荷の特性および大きさにより決定され、
煩わしさがあった。 （ロ）技術が汎用されない。 （ハ）ＰＦＣ ＩＣは大容量の場合適用できない。 （ニ）製品を設計するとき、ＰＦＣを採り入れなければ
ならないが、現存の製品には応用できない。 （ホ）電力会社、政府の要求する、ＰＦＣに一致しなけ
ればならない。 以上の問題点を解決するためには、完全に任意の負荷に
適用できる新しい力率改善方法がなければならない。こ
の、従来にはない新しい力率改善方法とその装置を提供
することが本発明の課題である。。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１を参照して説明する
と、ブロックＡは交流電源、ブロックＢは任意の負荷
（すなわち任意の特性、大きさの負荷）、ブロックＣは
本発明の装置である。図２は本発明の装置の詳しい構成
を示している。主には、一枚の主制御配線板（１０）と
いくつかの副力率配線板（９０）、該副力率配線板（９
０）に設けた直接負荷と並列するエネルギー蓄積装置
（８０）を設けている。負荷の影響により負荷電流１Ｌ
ｏａｄと等しい電源電流Ｉｉを電源電圧Ｖｉと同じ位相
で振幅が負荷の大きさにより変化する正弦波電流に替
え、力率を改善するために力率調整電流Ｉｐｆｃ（図
１）を提供し、電源電流Ｉｉの波形を補い、電源電流Ｉ
ｉと電源電圧Ｖｉを同じ位相にさせ、かつ振幅の大きさ
も丁度負荷の大きさと等しくする。本発明は、まず位相
検知器（３４）に入力ａ、ｂから電源電圧Ｖｉと同期の
信号をもらい、中央制御装置（ＣＰＵ）（３６）はその
信号により電源電圧Ｖｉと同じ位相の単位正弦波（Ｉ
Ｓｉｎ ｗｔ）を発生する。該単位正弦波の振幅は、電
圧帰還制御ループにより負帰還の方式でその大きさを制
御される。それにより単位正弦波はその位相は電源電圧
Ｖｉと同じく、振幅の大きさは負荷の大きさにより変化
する参考正弦波（Ｉｒｅｆ）に変わることができる。参
考正弦波は、電源電流Ｉｉの調整目標にする。本発明は
さらに電源電流検知器（６０）を用い、電源電流Ｉｉの
波形および振幅を検知して得たＩｉ信号を電流帰還制御
ループの負帰還よりＩｉ信号を電流帰還制御器（６３）
に送り、前述した参考正弦波と比較する。該差動信号は
絶えずパルス幅変調（ＰＷＭ）の基準となり、それによ
り制御パルスを得ることができ、コンデンサー、インダ
クタンスおよび切替えスイッチから構成されるエネルギ
ー蓄積装置（８０）（ＢＯＯＳＴ回路に類似する）のエ
ネルギーの蓄積あるいはエネルギー放出を制御する。エ
ネルギー蓄積装置（８０）自体はエネルギーの消耗はせ
ず、エネルギーを負荷、およびコンデンサ、インダクタ
ンスの間に往復させるのみである。いわばエネルギー出
入装置である。エネルギー蓄積装置（８０）がエネルギ
ーを蓄積、あるいは放出する切替えの作動により本発明
では一つの力率電源電流Ｉｐｆｃを発生し、電源電流Ｉ
ｉの波形を補うことができる。同時に電源電流Ｉｉは負
帰還方式で電流帰還制御ループにより絶えず力率調整電
流Ｉｐｆｃより波形を修飾されるため、最終的に電源電
流Ｉｉは前述した参考正弦波に等しい。換言すれば、前
述した電流帰還制御回路にとって、電源電流Ｉｉは制御
変数、参考正弦波は参考変数である。ループ制御の目的
は電源電流に参考正弦波を追跡させるが、追跡の結果で
は電源電流の波形は必ず電源電圧Ｖｉと同じ位相、且つ
振幅の大きさも負荷と等しくなるため、本発明の任意の
負荷に対し、力率を改善することができる。しかしなが
ら、本発明は電源電流Ｉｉにのみ調整し、負荷電流ＩＬ
ｏａｄは変わらない。すなわち本発明はエネルギーを蓄
積、放出することにより電源電流Ｉｉを調整し、負荷電
流は電源電流Ｉｉにとって意味をなさない。

【０００６】前述した参考正弦波の振幅が負荷の大きさ
により変動することができるのは、負荷が変動するとき
電源電流Ｉｉもそれに従って変動し、電源からのエネル
ギーが負荷の要求に応じることができるためである。ま
た、参考正弦波も電源電流の調整するターゲットである
ため、その振幅は負荷の変動に従い変動する。上述した
ように参考正弦波は電圧帰還制御ループにより制御され
る。該電圧帰還制御ループの参考変数は、直流参考電圧
発生器が発生する直流参考電位であり、制御変数はエネ
ルギー蓄積装置（８０）のコンデンサーから取った電圧
信号である。該電圧信号は負帰還方式により電圧帰還制
御ループを通じ前述の直流参考電位と比較する。比較し
た差動信号は、単位正弦波に掛け算し、参考正弦波の振
幅を決定する。

【０００７】

【作用】負荷が大きくなり、比較的大きい負荷電流ＩＬ
ｏａｄが必要であるとき、エネルギー蓄積装置（８０）
の切替えスイッチは反応しておらず、力率調整電流Ｉｐ
ｆｃもまた反応していないために電源電流Ｉｉは大きく
なり（図１）、電圧帰還ループにより力率調整電流Ｉｐ
ｆｃは小さくなる（図２、３）。このとき力率調整電流
Ｉｐｆｃは変化を始める。力率調整電流Ｉｐｆｃが小さ
くなると、エネルギー蓄積装置（８０）のコンデンサー
は容量電圧を下げ始めるため、電圧帰還制御ループの制
御変数が下がり始める。該下降量は直流参考電位（参考
変数）が下降量と比較されるまで負帰還する。そのた
め、比較差値が大きくなる。参考正弦波の振幅も大きく
なる。参考正弦波が大きく変化することは、丁度前述し
た電源電流Ｉｉが大きくなる要求に応じ、最終的には必
ず参考正弦波と等しくなる。

【０００８】負荷が減少し、比較的小さい負荷電流ＩＬ
ｏａｄが必要である場合、その原理は上述した如くであ
る。本発明の方法は、主に一つの電源電圧Ｖｉと同じ位
相、かつ振幅が負荷の大きさにより変動する参考正弦波
を発生し、電源電流Ｉｉの波形を補正する基準となる。
並びに負帰還方式により電源電流Ｉｉと参考正弦波との
差動信号を得て、該差動信号により、パルス幅変調によ
り主動的に負荷と並列するエネルギー蓄積装置（８０）
を制御、調整し、エネルギーの蓄積あるいは放出を正確
にする。それにより、力率調整電流Ｉｐｆｃを発生し、
電源電流の波形を修飾し、電源電流Ｉｉを強制的に参考
正弦波と完全に等しい電流波形にし、電源電流Ｉｉを電
源電圧Ｖｉと同じ位相、かつその大きさは負荷の総容量
に応じる正弦波電流に替え、任意の負荷に力率改善がで
き、常に主動的にエネルギーの吸収あるいは放出により
強制的に電源電流に電源電圧と同じ位相の参考正弦波を
追跡させ、電源電圧と同じ位相の正弦波にする。また、
負荷が増加あるいは減少するとき、本発明の方法は、直
接負荷と並列するエネルギー蓄積装置コンデンサーの電
圧変化により適当に参考正弦波の大きさを調整する。そ
のため、参考正弦波を追跡する電源電流も負荷の総容量
に応じてその大きさを調整する。このように本発明の方
法は任意の負荷にも適用でき、負荷の特性や大きさを考
慮することなく、実用に値する。

【０００９】

【実施例】図２は本発明装置の電気回路システムであ
り、おもに一つの直流電源発生装置（２０）、制御装置
（３０）、三角パルス発生器（４０）および継電制御器
（５０）から構成された主制御配線板（１０）と、入力
電流検知器（６０）、エネルギー蓄積制御装置（７０）
およびエネルギー蓄積装置（８０）から構成された副力
率配線板（９０）を含む。そのうち、主制御配線板（１
０）の直流電源発生装置（２０）は一種の自振式し調電
源転換器（ＲＣＣ Ｃｉｒｃｕｉｔ）であり、主には整
流器Ｄおよびろ波コンデンサーＣ１を通し、電源と負荷
との間の伝送線路から直流入力電源を得て、それから本
発明の各部分の必要である直流電源に転換する。その入
力端はエネルギー蓄積装置（８０）のエネルギー蓄積コ
ンデンサーＣ２と並列し、そこからＤＣバス電圧・Ｖｏ
−ｄｃと比例する帰還信号ＶＢＵＳ ＦＢを取り出し、
制御装置（３０）に送る。制御装置（３０）は主に、一
つの直流参考電圧発生器（３１）より直流参考電位Ｖｒ
ｅｆ−ｄｃを発生し、該直流参考電位と直流電源発生装
置（２０）の入力端におけるＤＣバス電圧Ｖｏ−ｄｃの
帰還信号ＶＢＵＳ ＦＢを電圧帰還制御器（３９）にお
いて信号の処理および比較をする。比較した結果は誤差
増幅器（３２）により比例的にパルス幅制御準位Ｉｍに
増幅し、それから倍率器としても使用できる直流交流変
換器（３３）に出力する。

【００１０】制御装置（３０）は位相検知器（３４）と
変圧器（３５）により伝送線路路から電源電圧の同期信
号を得て、中央制御装置（３６）に入力する。中央制御
装置は同期信号をにより電源電圧と同位相の単位正弦波
を発生し、直流交流変換器に入力する。該単位正弦波お
よびパルス幅制御準位Ｉｍは直流交流変換器（３３）に
て掛け算することにより参考正弦波Ｉｒｅｆを出力す
る。参考正弦波のパルス幅は、パルス幅制御準位Ｉｍに
制御され、かつその位相は電源電圧の位相と同期する。
参考正弦波はさらに低域フィルタ（３８）により補正さ
れたのち、完全な正弦波を制御装置（３０）より副力率
配線板（９０）の電流帰還制御器（６３）に出力する。
三角パルス発生器（４０）はおもに高周波三角パルスを
発生し、パルス幅調整（ＰＷＭ）のためにエネルギー蓄
積制御装置（７０）に出力する。継電制御器（５０）は
中央制御装置（３６）により制御され、主な機能は本発
明の装置がスタートするときに直流電源発生器（２０）
および制御装置（３０）の作動が安定し、並びにエネル
ギー蓄積装置（８０）のエネルギー蓄積装置のコンデン
サーＣ２とろ波コンデンサーＣ１が相当な準位まで充電
してから中央制御装置（３６）の指令により、制御信号
を発する。そのことにより、エネルギー蓄積装置（８
０）前端の継電スイッチ（８１）、（８２）が作動し、
全部の副力率配線板（９０）はオーバーする電流の突入
を避けられる。副力率配線板（９０）の電源電流検知器
（６０）はおもに変流器ＣＴにより電源電流Ｉｉを検知
するが、Ｉｉ信号をさらに低域フィルタによりろ波し、
それから負帰還方式で制御装置（３０）より発する参考
正弦波と電流帰還制御器（６３）にて信号を比較する。
比較した結果は、誤差増幅器（６２）により比例的に増
幅され、差動信号Ｉｅｒｒｏｒとして、エネルギー蓄積
制御装置（７０）の比較器（７１）に入力される。

【００１１】エネルギー蓄積制御装置（７０）は、差動
信号Ｉｅｒｒｏｒが比較器（７１）に入力するときに三
角パルス発生器（４０）より送ってくる高周波三角パル
スにより、差動信号Ｉｅｒｒｏｒにパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）を行い、差動信号Ｉｅｒｒｏｒと相対的な制御パル
スを比較器（７１）より出力させる。

【００１２】制御パルスは更に不感時間発生器（７２）
（ＤＥＡＤ−ＴＩＭＥ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ）及びゲー
ト駆動（７３）により処理されてから、エネルギー蓄積
装置（８０）に出力し、エネルギー蓄積装置（８０）の
切り換えトランジスタＦＱ１〜Ｑ４の開閉を制御する。
不感時間発生器（７２）は同じ列のトランジスタが電流
の同時通過により破壊されることを防ぐ。エネルギー蓄
積装置（８０）は一種の昇圧回路（Ｂｏｏｓｔｅｒ）で
あり、主に４つのブリッジ状の切り換えトランジスタＱ
１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４によりエネルギーの出入りを制御
する電子スイッチであり、チョークコイル（８３）とエ
ネルギー蓄積コンデンサＣ２により昇圧あるいはエネル
ギーの蓄積をする装置である。切り換えトランジスタＱ
１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲート電極は皆エネルギー蓄積
制御装置（７０）のゲート駆動器（７３）の出力端に接
続し、エネルギー蓄積制御装置に制御される。

【００１３】以上述べた如く、本発明装置はその制御装
置（３０）により電源電圧Ｖｉと同位相の参考正弦波Ｉ
ｒｅｆを発生し、同時に電源電流検知器（６０）により
電源電流Ｉｉの波形を検知することができ、電源電流Ｉ
ｉを負帰還方式で参考正弦波Ｉｒｅｆと比較することが
できる。比較した差動信号Ｉｅｒｒｏｒをパルス幅変調
（ＰＷＭ）の基準とし、エネルギー蓄積制御装置（７
０）はＰＷＭ方式でエネルギー蓄積装置（８０）の切り
換えトランジスタＱ１〜Ｑ４の開閉を制御することがで
きる。エネルギー蓄積装置（８０）を適当なときに充電
することにより、エネルギーを蓄積し、あるいは放電
し、エネルギーを放出することができる。エネルギー蓄
積装置（８０）はエネルギー蓄積あるいは放出の切り換
えによりその入力端が一つの力率調整電流Ｉｐｆｃを発
生する。力率調整電流Ｉｐｆｃは電源電流Ｉｉの波形の
変化に従って主動的に電源電圧Ｖｉと同位相の正弦波に
調整する。注意すべきことは、力率調整電流Ｉｐｆｃは
エネルギー蓄積装置（８０）と負荷との間のエネルギー
往復の結果であり、その往復の時機は、エネルギー蓄積
制御装置（７０）が出力する制御パルスおよびエネルギ
ー蓄積装置（８０）のエネルギー蓄積状態に制御される
ことである。図３は本発明装置の自動制御ループを示す
ものであり、電流帰還制御ループと電圧帰還制御ループ
の二つのループにより構成される。そのうち参考正弦波
Ｉｒｅｆが制御装置（３０）の低域フィルタ（３８）よ
り副力率配線板（９０）の電流帰還制御器（６３）に入
ってから、システムの電流帰還制御ループに進入する。
電流帰還制御ループの制御変数は、電源電流Ｉｉ、参考
変数はＩｒｅｆであるため、電源電流Ｉｉは負帰還方式
で絶えず参考変数（すなわち参考正弦波）を追跡するこ
とができる。参考変数Ｉｒｅｆは電源電圧Ｖｉと同じ位
相で、またパルス幅の大きさも負荷に従って変動する正
弦波であるため、電源電流Ｉｉが全ループが安定すると
きには参考変数Ｉｒｅｆと同じように電源電圧Ｖｉと同
じ位相、且つその大きさも負荷の需要に一致する。電流
帰還制御ループは反応が速く、パルス幅が大きい特性を
有し、電源電流Ｉｉにすばやく参考正弦波を追跡させ
る。また、電流帰還制御ループのゼロデシベル分割周波
数は、切り換えスイッチＱ１〜Ｑ４の切り換え周波の十
分の一より低くなければならない。そうでなければ切り
換え周波の雑音が制御変数Ｉｉに現れてしまう。ここで
注意しなければならないのは、電流帰還制御ループにと
って負荷電流Ｉｌｏａｄは暗騒音であり、負帰還は暗騒
音を抑制することが出来ることである。そのことは本発
明がなぜ負荷電流の波形変化を無視でき、電源電流Ｉｉ
を電源電圧Ｖｉの正弦波と同位相に終始維持し、いかな
る性質の負荷にも適用できる理由である。前に述べた参
考正弦波Ｉｒｅｆの振幅はパルス制御準位Ｉｍにより制
御されるが該振幅制御準位は電圧帰還ループが帰還した
結果である。

【００１４】参考正弦波Ｉｒｅｆの振幅の変化は電圧帰
還制御ループで説明する。図３に示すように、力率調整
電流Ｉｐｆｃの変化はエネルギー蓄積コンデンサＣ２に
おける電圧に影響する。すなわち、直流電源発生器（２
０）の入力端におけるＤＣバス電圧Ｖｏ−ｄｃおよびそ
れに比例する帰還信号ＶＢＵＳ ＦＢに影響する。負荷
が大きくなり、大きい負荷電流が必要であるとき、エネ
ルギー蓄積装置（８０）の切り換えスイッチＱ１〜Ｑ４
もＩｐｆｃもまた変化していないため、電源電流Ｉｉは
大きくなる。電源電流Ｉｉが大きくなり、電流帰還制御
ループによりＩｐｆｃは小さく、またはマイナスになる
が、このときエネルギー蓄積装置（８０）のエネルギー
蓄積コンデンサＣ２は放電するようにコンデンサ電圧が
下がり始め、直流電源発生器（２０）の入力端における
ＤＣバス電圧Ｖｏ−ｄｃもそれに従って下がる。帰還信
号ＶＢＵＳ ＦＢも下がり始める。電圧下降量は電圧帰
還制御器（３９）に負帰還し、直流参考電位Ｖｒｅｆ−
ｄｃ（参考変数）と比較することにより、差値が大きく
なり、即ちパルス幅制御準位Ｉｍが大きくなり、参考正
弦波Ｉｒｅｆの振幅も大きくなる。しかしながら電源電
流Ｉｉは電流帰還制御ループにより参考正弦波Ｉｒｅｆ
の波形を追跡することを制御されるため、最終的には電
源電流Ｉｉはかならず参考正弦波Ｉｒｅｆと等しい。

【００１５】負荷が小さくなり、比較的小さい負荷電流
が必要なとき、その作動原理は前述の原理と同じである
のでここでは言及しない。以上、述べてきたように、負
荷の大きさの違いがあっても、本発明の力率に対する調
整は影響されず、電源により適当なエネルギーを負荷に
提供することができる。その反対に、負荷に大きさの違
いがあっても本発明は自動的にその負荷の大きさに対
し、Ｉｒｅｆの大きさを調整し、電源が提供するエネル
ギーと負荷が消耗するエネルギーを一致させる。しか
し、前述した電圧帰還制御ループの反応は過度になら
ず、直流電源発生器（２０）の入力端におけるＤＣバス
電圧Ｖｏ−ｄｃの変化が参考正弦波Ｉｒｅｆおよび電源
電流Ｉｉの波形に影響することをさける為である。ＤＣ
バス電圧Ｖｏ−ｄｃは、電源周波数の二倍のリプルを有
するため、そのゼロデシベル分割周波数は二倍電源周波
数の１０分の１と定められる。これはリプルが電源電流
Ｉｉに現れることを避けるためである。また、ＤＣバス
電圧Ｖｏ−ｄｃの穏圧を得るため、電圧帰還制御ループ
の直流増分は適当に上げるべきである。そのため、ルー
プには一つの比例一積分制御器のような装置を含まなけ
ればならない。

【００１６】図４を参照して説明する。本発明の装置の
副力率配線板（９０）は、モジュール化されているた
め、図に示すように多数個の副力率配線板（９０）が並
列し、一つの主制御配線板（１０）を共有することが可
能である。。

【００１７】（イ）図５は本発明のＲＬ負荷に対する力
率改善実施例である。負荷は１ＫＶＡ／８００Ｗ、ＰＦ
＝０．８、Ｒ＝９．６８Ω、Ｌ＝１９．２６ｍＨ、Ｖｉ
は電源電圧、Ｉｉは電源電流、ＩＬｏａｄは負荷電流、
Ｉｐｆｃは力率調整電流、Ｖｏ−ｄｃは直流電源発生器
（２０）の入力端におけるＤＣバス電圧すなわちエネル
ギー蓄積コンデンサーＣ２の電圧である。比較が行いや
すいように、前述のＶｏ−ｄｃ以外の諸波形を重ねて図
６に示す。図６に示すようにＩＬｏａｄはＶｉより遅れ
るが、ＩＰｆｃの補正によりＩｉは完全にＶｉと同位相
の正弦波になり、Ｉｉが提供するエネルギーは、ＩＬｏ
ａｄが消耗するエネルギーと全く等しいがＩｉは比較的
小さい波形を有する。これはＰＦＣの優点の一つであ
る。すなわち電力設備の利用率を高めることができる。 （ロ）図７は本発明のＲＣ負荷に対する力率改善の実施
例である。負荷は１ＫＶＡ／８００Ｗ、ＰＦ＝０．８、
Ｒ＝９．６８Ω、Ｃ＝３６５．３１ｕＦ、Ｖｉは電源電
圧、Ｉｉは電源電流、ＩＬｏａｄは負荷電流、Ｉｐｆｃ
は力率調整電流、Ｖｏ−ｄｃは直流電源発生器（２０）
の入力端におけるＤＣバス電圧である。比較が行いやす
いように、前述のＶｏ−ｄｃ以外の諸波形を重ねて図８
に示す。その結果は前項（イ）の結果に類似する。 （ハ）図９は本発明の整流性負荷に対する力率改善の実
施例であるが、該整流性負荷は一種の容量入力（ＣＡＰ
ＡＣＩＴＯＲ−ＩＮＰＵＴ）の全波整流器である。Ｃ＝
２０００ｕＦ、Ｒ＝２５Ωで両者は並列する。Ｖｉは電
源電圧、Ｉｉは電源電流、ＩＬｏａｄは負荷電流、Ｉｐ
ｆｃは力率調整電流、Ｖｏ−ｄｃは直流電源発生器（２
０）の入力端におけるＤＣバス電圧である。前述のＶｏ
−ｄｃ以外の諸波形を重ねて図１０に示す。図９から負
荷が取り出したのは、波高率が約２．８のパルスである
がＩｐｆｃの補正によりＩｉはＶｉと同位相の正弦波電
流になる。ＩＬｏａｄの波形は大きい調波を含むがＩｉ
は含まない。これもＰＦＣのもう一つの優点、すなわち
雑音の電源への混入を減少する。もちろんＩｉの波高も
ＩＬｏａｄに比べ、低く、電力設備の利用率を高く上げ
ることは前の二つの例と同じくＩｉが提供するエネルギ
ー量もＩＬｏａｄが消耗するエネルギー量と等しい。 以上から、本発明は負荷特性とその大きさに関係なく、
負荷に対し、有効な力率改善をすることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の並列式力率改善法とその装置に
より任意の負荷に適用でき、負荷の特性や大きさを考慮
することなく、実用に値するモジュール化汎用並列式の
力率改善法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の簡略図である。

【図２】 本発明の電気回路図である。

【図３】 本発明の自動制御ループ図である。

【図４】 本発明が並列する状態においての実施例であ
る。

【図５】 本発明の一つのＲＬ負荷に対する力率調整の
波形比較図である。

【図６】 上記 図５ からＤＣバス電圧Ｖｏ−ｄｃの
波形図を除いて重ねた波形比較図である。

【図７】 本発明の一つのＲＣ負荷に対する力率調整の
波形比較図である。

【図８】 上記 図７ からＤＣバス電圧Ｖｏ−ｄｃの
波形図を除いて重ねた波形比較図である。

【図９】 本発明の一つの整流性負荷に対する力率調整
の波形比較図である。

【図１０】 上記 図９ からＤＣバス電圧Ｖｏ−ｄｃ
の波形図を除いて重ねた波形比較図である。

【符号の説明】

（１０）主制御配せ板 （４０）三角パル
ス発生器 （２０）直流電源発生装置 （５０）継電制御
器 （３０）制御装置 （６０）電源電流
検知器 （３１）直流参考電圧発生器 （６１）低域フィ
ルタ （３２）誤差増幅器 （６２）誤差増幅
器 （３３）直流交流変換器 （６３）電流帰還
制御器 （３４）位相検知器 （７０）エネルギ
ー蓄積制御装置 （３５）変圧器 （７１）比較器 （３６）中央制御装置 （７２）不感時間
発生器 （３７）記憶装置 （７３）ゲート駆
動器 （３８）低域フィルタ （８０）エネルギ
ー蓄積装置 （３９）電圧帰還制御装置 （８１）（８２）
継電スイッチ Ｑ１〜Ｑ４ 切り換えトランジスタ （８３）チョーク
コイル Ｃ１ フィルタ容量 Ｄ 整流器 Ｃ２ エネルギー蓄積容量 （９０）副力率配
線板 ＣＴ 変流器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 盧 為明 台湾台北市廈門街131巷４−３號４樓 (72)発明者 陳 明欽 台湾台北市光復北路165巷25號

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）任意の負荷に適用できるモジュール
   化汎用並列式力率改善方法であり、以下の過程を含む。 （ロ）電源電圧Ｖｉと同期する信号を得て、該信号は中
   央制御装置（ＣＰＵ）（３６）が電源電圧Ｖｉと同位相
   の単位正弦波（Ｉｓｉｎ ｗｔ）を発生する基準とな
   る。 （ハ）負荷の大きさに従って変化するパルス幅制御準位
   （直流準位）を得て、（ロ）の単位正弦波と掛け算し、
   電源電圧と同位相で振幅は負荷の大きさに従い変動する
   参考正弦波を発生する。 （ニ）電源電圧の波形の変化と大きさを検知し、（ハ）
   の参考正弦波と比較し、差動信号を得る。 （ホ）（ニ）の差動信号に対し、パルス幅調整を行い、
   制御パルスを得る。 （ヘ）（ホ）の制御パルスにより、直接負荷と並列する
   エネルギー蓄積装置（８０）の切り換えスイッチを制御
   し、該エネルギー蓄積装置（８０）に適当なエネルギー
   の蓄積、あるいは放出をさせることにより電源電圧の波
   形を補正する力率調整電流（Ｉ ｐｆｃ）を発生し、
   強制的に電源電圧を前述の参考正弦波と完全に等しい電
   流波形に変える。
2. 【請求項２】請求項１の（ロ）の過程は、位相検波方式
   で、電源と負荷の間の伝送線路から電源電圧の同期信号
   を得ることができる請求項１に記載の任意の負荷に適用
   するモジュール化汎用並列式の力率改善法。
3. 【請求項３】請求項１の（ハ）の過程は、一つの電圧帰
   還制御ループにより達成し、ループの制御変数はエネル
   ギー蓄積装置（８０）におけるエネルギー蓄積コンデン
   サーと比例する負帰還信号であり、該ループの参考変数
   （直流参考電圧）と比較し、負荷の大きさに従って変動
   するパルス幅制御準位を得ることができる請求項１に記
   載の任意の負荷に適用するモジュール化汎用並列式力率
   改善法。
4. 【請求項４】過程（ニ）は一つの電流帰還制御ループに
   より達成し、ループの制御変数は変流器により波形の変
   化と大きさとを検知することができる電源電流であり、
   参考変数は（ハ）のうちの参考正弦波であり、該制御変
   数は負帰還方式で参考変数と比較し、差動信号を得て、
   過程（ヘ）に述べる力率調整電流が発生する基準となる
   請求項１に記載の任意の負荷に適用するモジュール化汎
   用並列式力率改善法。
5. 【請求項５】過程（ヘ）のエネルギー蓄積装置（８０）
   はかならず負荷と直接並列できる昇圧回路（ＢＯＯＳ
   Ｔ）で、かつその入力端は制御できる両指向性電子スイ
   ッチである請求項１に記載の任意の負荷に適用するモジ
   ュール化汎用並列式力率改善法。
6. 【請求項６】一つの主制御配線板（１０）と該主制御配
   線板（１０）に配合するいくつかの副力率配線板（９
   ０）を有し、そのうち主制御配線板は、おもに上述した
   参考正弦波を各副力率配線板（９０）に出力し、副力率
   配線板は主には電源電流の波形変化とその大きさを検知
   し、更に参考正弦波と比較し、エネルギー蓄積装置（８
   ０）の制御する基準となる任意の負荷に適用するモジュ
   ール化汎用並列式力率改善法。
7. 【請求項７】（イ）主制御配線板（１０）は直流電源発
   生装置（２０）、制御装置（３０）、三角パルス発生器
   （４０）、継電制御器（５０）を含み、直流電源発生装
   置（２０）は自振式し調電源転換器（ＲＣＣ Ｃｉｒｃ
   ｕｉｔ）であり、主に整流器（Ｄ）およびろ波コンデン
   サーにより電源と負荷との間の伝送線路から得た直流入
   力電源を本発明の各部分では必要な直流入力電源に転換
   し、該入力端はエネルギー蓄積コンデンサーと並列する
   ことができ、該エネルギー蓄積コンデンサーからＤＣバ
   ス電圧と比例する帰還信号を制御装置（３０）に送る。 （ロ）制御装置（３０）はおもに一つの直流参考電圧発
   生器（３１）により直流参考電位を発生し、該直流参考
   電位は電圧帰還制御器（６３）において直流電源発生装
   置（２０）の入力端におけるバス電圧の帰還信号と信号
   をし、比較の結果は誤差増幅器（６２）により比例的に
   パルス幅制御準位に増幅し、直流交流変換器（３３）に
   出力する。 （ハ）制御装置（３０）は更に位相検知器と配合する一
   つの変圧器（３５）により伝送線路から電源電圧の同期
   信号を中央制御装置（３６）に入力し、該中央制御装置
   は該同期信号を基準として記憶器（３７）の正弦波発生
   プログラムにより電源電圧と同じ位相の単位正弦波を発
   生し、直流交流変換器（３３）に入力する。 （ニ）単位正弦波とパルス幅制御準位は直流交流変換器
   （３３）により互いに掛け算し、直流交流変換器（３
   ３）から一つの電源電圧と同位相の参考正弦波を出力
   し、該参考正弦波は更に低域フィルタ（６１）によりろ
   波、補正してからきれいな正弦波を制御装置（３０）か
   ら副力率配線板（９０）の電流帰還制御器（６３）に出
   力する。 （ホ）三角パルス発生器（４０）はおもに高周波三角パ
   ルスを発生し、それをエネルギー蓄積制御装置（７０）
   に送り、パルス幅の変調に使われる。 （ヘ）継電制御器（５０）は中央制御装置（３６）に制
   御され、主には本発明が作動するときに直流電源発生装
   置（２０）と制御装置（３０）の作動が正常になるま
   で、そしてエネルギー蓄積装置におけるエネルギー蓄積
   コンデンサーとろ波コンデンサーが適当な準位まで充電
   するとき、中央制御装置（３６）の指令に従い制御信号
   を発し、エネルギー蓄積装置（８０）前端に設けた継電
   スイッチを作動させ、全部の副力率配線板（９０）がオ
   ーバーする電流の突入を避ける。以上を特徴とする請求
   項６に記載の任意の負荷に適用するモジュール化汎用並
   列式力率改善法。
8. 【請求項８】（イ）請求項６に述べた任意の負荷に適用
   するモジュール化汎用並列式力率改善装置であり、その
   副力率配線板は以下のものを含む。 （ロ）まず、電源電流検知器（６０）であるが、おもに
   変流器（ＣＴ）により電源電流を検知し、その検知した
   信号を低域フィルタ（６１）によりろ波し、それから負
   帰還方式で電流帰還制御器（６５）において制御装置
   （３０）より発生する参考正弦波と信号を比較し比較の
   結果は誤差増幅器（６２）により比例的に差動信号に増
   幅されてからエネルギー蓄積制御装置（７０）の比較器
   （７１）に入力する。 （ハ）次にエネルギー蓄積制御装置（７０）を含むが、
   これは上述した差動信号が比較器（７１）に入力すると
   きに、三角パルス発生器（４０）から送られる高周波三
   角パルスにより差動信号をパルス幅変調をさせ、差動信
   号と相対的な制御パルスを比較器（７１）より出力さ
   せ、制御パルスは再び不感時間発生器（７２）とゲート
   駆動器（７３）により処理されてからエネルギー蓄積装
   置（８０）に出力し、エネルギー蓄積装置の切り換えト
   ランジスタの開閉を制御する。 （ニ）さらにエネルギー蓄積装置（８０）を含むが、こ
   れはエネルギー蓄積制御装置（７０）に制御されるゲー
   ト駆動器（７３）であるが、一種の昇圧回路であり、主
   に四つの橋状の切り換えトランジスタからなるエネルギ
   ーの出入りを制御する電子スイッチであり、チョークコ
   イル（８３）およびエネルギーコンデンサーにより昇圧
   およびエネルギー蓄積を行う装置である。
9. 【請求項９】請求項６、８に述べた任意の負荷に適用す
   るモジュール化汎用並列式力率改善装置であり、その副
   力率配線板（９０）はモジュール化とされ、場合によっ
   ては直接に負荷と並列する方式で増設することができ、
   同じ主制御配線板（１０）に制御されることができる。
10. 【請求項１０】請求項６、８に述べた任意の負荷に適用
    するモジュール化汎用並列式力率改善装置であり、その
    副力率配線板（９０）はスペアのため実際の負荷より多
    く並列し、システムの信頼度を高めることを特徴とす
    る。