JPH073801Y2 - アクテイブフイルタの保護回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は電源系統の負荷設備に並列接続され負荷設備に
流入する高調波電流を電源系統へ補償する高調波補償設
備に係り、時に並列共振回路付アクテイブフイルタの共
振状態が確立していない場合の保護を行うアクテイブフ
イルタの保護回路に関するものである。

〔従来の技術〕 高速スイッチング素子で構成される三相PWMコンバータ
と、三相PWMコンバータの直流端子間に接続される直流
コンデンサと、三相PWMコンバータの交流側に直列に接
続される交流リアクトル等を基本構成とするアクテイブ
フイルタは、昭和61年８月に日本自動制御協会発行の
「システム制御」Vol.30,No.8に掲載された「電力用ア
クテイブフイルタの原理と制御法」等でも解説されてい
るところである。これを第３図に示す。

第３図は公知のアクテイブフイルタを具えた三相交流系
統の主回路構成図である。

すなわち、三相交流系統電源１はサイリスタレオナード
装置等の負荷２に電力を供給しており、その系統ライン
には高調波が流れる。この系統ラインに交流側の各相に
交流リアクトル３を直列に挿入している三相PWMコンバ
ータ４が接続され、さらに三相PWMコンバータ４の直流
側には直流コンデンサ５が接続されている。

三相PWMコンバータ４はオン，オフ可能なスイッチング
素子S₁〜S₆およびダイオードD₁〜D₆から構成され、各ス
イッチング素子S₁〜S₆はそれぞれダイオードD₁〜D₆と並
列接続されたうえ三相ブリッジ回路として接続され、制
御装置（図示せず）で生成されるトリガ信号によりスイ
ッチング素子S₁〜S₆がオン，オフされて高調波補償を行
うものである。

なお、三相PWMコンバータ４の交流側に直列に挿入され
た交流リアクトル３は、三相PWMコンバータ４の電流の
立ち上がりを制限するためのものであり、また直流側に
接続された直流コンデンサ５は、三相PWMコンバータ４
の直流側の電圧を安定化させるためのものであって、通
常は三相交流系統電源１の２倍程度の電圧に充電され
る。このような構成においては、三相PWMコンバータ装
置の容量は、三相交流系統電源１の電圧値と負荷電流中
の高調波成分との掛け算値、すなわち補償容量と同一で
あった。

これに対して、いわゆる並列共振回路付アクテイブフイ
ルタが知られている。これは、基本的には三相PWMコン
バータの交流側に印加される無駄な基本波電圧をカット
するように、電源周波数に共振する並列共振回路を前述
の交流リアクトルの電源側に接続したものであり、三相
PWMコンバータ装置の容量を下げて同一の補償容量を得
ることができるものである。

第４図は公知の並列共振回路付アクテイブフイルタを具
えた三相交流系統の主回路構成図である。図中、第３図
と同符号のものは同じ機能を有する部分を示す。

すなわち、負荷２に電力を供給する三相交流系統電源１
の各相に接触器８を接続し、その出力側の各相に、リア
クトル6a,コンデンサ6bからなり電源周波数に並列共振
するよう構成された並列共振回路６を直列に接続し、こ
の並列共振回路６の出力側各相に接触器９を接続し、そ
の出力側の各相に交流リアクトル３等が直列に接続され
る。さらに、共列共振回路６と接触器９の接続点にリア
クトル７を並列接続してある。

このように構成されたアクテイブフイルタの動作は、各
回路構成素子が理想の状態であるものとして説明する
と、つぎの如くである。

並列共振回路６は三相交流系統電源１の基本波周波数に
同調した並列共振回路になっているので、並列共振回路
６とリアクトル７で構成される回路のインピーダンスが
基本波に対しては無限大となり、三相交流系統電源１の
基本周波数の電圧は並列共振回路６の両端に現れ、リア
クトル７の両端には基本波周波数以外の周波数の電圧し
か現れない。

一般に、負荷２によって発生する高調波成分は３次以上
の高調波成分からなるため、これらの高調波成分に対す
る並列共振回路６のインピーダンスは減少し、リアクト
ル７のインピーダンスは増大するため、交流リアクトル
３から流出する電流はリアクトル７には僅かに流れるの
みで、その殆どは並列共振回路６を通って三相交流系統
電源１へ流れる。

よって、このように構成される並列共振回路付アクテイ
ブフイルタは、三相交流系統電源１の基本波電圧が三相
PWMコンバータ４に印加されないため、直流コンデンサ
５の充電電圧が低くても適切な高調波補償が可能にな
り、三相PWMコンバータの装置容量を下げることができ
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この種の並列共振回路付アクテイブフイ
ルタは、並列共振回路の共振状態が確立していないと、
三相PWMコンバータには三相交流系統電源の基本波電圧
が印加され、基本波電圧がカットされることを前提とし
て選定されたスイッチング素子およびダイオードを破壊
に至らしめる。

このように共振状態が確立していない状態とは、アクテ
イブフイルタ起動時および三相交流系統電源の瞬停時で
ある。

第４図においては、起動時にまず接触器８を投入し、共
振状態が確立してリアクトル７の線間電圧が減少してか
ら接触器９を投入すれば、三相PWMコンバータ４には基
本波電圧が印加されることがなく、スイッチング素子等
の素子破壊に至らない。しかるに、このように接触器の
シーケンス操作を行ったとしても、瞬停時には接触器の
動作遅れのために、スイッチング素子等に基本波電圧が
印加され、素子破壊に至るという不具合が避けがたい。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は上述したような点に鑑みなされたものであり、
その主たる目的とするところは並列共振回路出力側の線
間に印加される電圧が所定値以上になった際に、一定値
以上の上昇分を吸収する手段、さらには一定値以上の電
圧検知のうえ過電圧を最小限に抑制する手段を備えてな
るものである。その具体例としては、前述した如き交流
リアクトルと接触器の各相接続点に並列接続される三相
ダイオード整流回路と、この三相ダイオード整流回路の
直流端子間に直流コンデンサとを備えるようにしたもの
である。さらには、三相ダイオード整流回路の直流端子
間電圧を検出する過電圧検出回路と、また直流端子間に
直列接続された抵抗とサイリスタからなる抑制回路とを
備えるようにしたものである。

〔作用〕

しかして本考案は、瞬停時に並列共振回路の共振状態が
確立していないときまたは共振状態が壊れたとき、並列
共振回路の出力側のリアクトルに印加される基本波電圧
を、三相ダイオード整流回路により整流して直流コンデ
ンサにより吸収し、三相PWMコンバータにスイッチング
素子破壊に至るが如き基本波電圧を印加させないもので
ある。

さらに、過電圧検出回路は、三相ダイオード整流回路側
の直流コンデンサの電圧がある一定値以上になると、並
列共振回路の入力側の接触器等をオフして開路するとと
もに、過電圧検出回路並置のサイリスタをオン作用させ
ることより、その直流コンデンサの電荷を抵抗を通して
放電させ得るものである。

かくの如く、三相PWMコンバータの保護においては、直
流コンデンサにより速応性のある保護機能を有し、さら
には過電圧検出回路による開路およびサイリスタのオン
作用による確実な保護を行うことができるものである。

以下、本考案を実施例図面により詳細説明する。

〔実施例〕

第１図は本考案が適用された一実施例の要部構成を示す
もので、8,9は接触器、10は三相ダイオード整流回路、1
1は直流コンデンサである。図中、第３図および第４図
と同符号のものは同じ機能を有する部分を示す。

第１図においては、サイリスタレオナード装置等の負荷
２に電力を供給している三相交流系統電源１のライン
に、接触器８を接続している。この接触器８の出力側に
並列共振回路６を各相直列に接続し、さらに出力側に接
触器９を接続し、並列共振回路６と接触器９の各相接続
点に、並列にリアクトル７を接続してなる。

また、接触器９の出力側に交流リアクトル３を接続し、
この接触器９と交流リアクトル３の各相接続点に並列に
三相ダイオード整流回路10を接続し、三相ダイオード整
流回路10の直流端子間に直流コンデンサ11を接続してな
る。

さらにまた、交流リアクトル３の出力側に三相PWMコン
バータ４を接続し、三相PWMコンバータ４の直流端子間
に直流コンデンサ５を接続してなり、したがって全体と
してアクテイブフイルタを構成している。

このような構成においては、三相ダイオード整流回路10
および直流コンデンサ11の作用により、三相交流系統電
源１の瞬停時より並列共振回路の共振状態が壊れまたは
共振状態が確立していないとき、リアクトル７の線間に
印加されるべき基本波電圧を吸収軽減し得ることは明ら
かである。

かようにして、三相PWMコンバータ４に印加される電圧
を低く抑え得ることから、スイッチング素子の電圧破壊
を防ぐとともに、低い電圧定格のスイッチング素子を選
定することができる。

つぎに、直流コンデンサ11は三相PWMコンバータ４に印
加される電圧を低く抑えるよう十分大きな容量を選定し
たとしても、それでも電圧がある一定値以上にする場
合、さらに保護機能を奏する例を第２図に示す。

第２図は本考案が適用された他の実施例の要部構成を示
すもので、12は過電圧検出回路、13は抵抗、14はサイリ
スタである。図中、第１図と同符号のものは同じ構成部
分を示す。

すなわち、第２図においては、第１図に示した例に、そ
の直流コンデンサ11と並列に過電圧検出回路12を接続
し、さらには直流コンデンサ11に並列に、抵抗13とサイ
リスタ14から直列回路を接続してなる。

したがって、かような構成において過電圧検出回路12に
より、直流コンデンサ11の電圧が上昇してある値以上に
なったことを検出し、接触器8,9をオフさせ、三相交流
系統電源１から回路をしゃ断するとともに、一般に接触
器動作は20（msec）以上の遅れがあるが、その遅れをも
保護するためにサイリスタ14をオンにして、直流コンデ
ンサ11の電荷を放電することにより、三相PWMコンバー
タ４に印加される過電圧を最小限にすることができる。

また、スイッチング素子の定格電圧と動作電圧を適正に
保つためトランスにより変圧する場合、電圧の高い方に
並列に前述した例の保護回路を設けると、つぎの理由に
よりコンデンサ容量を減少させることができる。すなわ
ち、吸収されるエネルギーは（CV²/2）であるため、電
圧の高い方がＣが小さくてよい。

なお、上記例においては接触器９を設けたものとした。
これは理論上取り除くことが可能であるとしても、保護
動作の確実性を増すため設置してある。

また、三相ダイオード整流回路の接続点を、交流リアク
トル３の電源側としたが、接触器９の電源側に接続して
も同様の効果を得ることができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、並列共振回路付ア
クテイブフイルタにおいて瞬停時等共振状態が正常でな
いときにも、三相PWMコンバータに印加されるべき基本
波電圧を低く抑え得ることができ、スイッチング素子の
破壊防止および低い定格電圧のスイッチング素子の選定
が可能になる実用上顕著な装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案が適用された一実施例の要部構成を示す
主回路構成図、第２図は本考案が適用された他の実施例
の要部構成を示す主回路構成図、第３図は公知のアクテ
イブフイルタを具えた三相交流系統の主回路構成図、第
４図は公知の並列共振回路付アクテイブフイルタを具え
た三相交流系統の主回路構成図である。 １……三相交流系統電源、２……負荷、３……交流リア
クトル、４……三相PWMコンバータ、5,11……直流コン
デンサ、６……並列共振回路、７……リアクトル、8,9
……接触器、10……三相ダイオード整流回路、12……過
電圧検出回路、13……抵抗、14……サイリスタ。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電源系統に負荷設備と並列に接続される高
   調波補償設備であって、三相PWMコンバータと、該三相P
   WMコンバータの交流側の各相に直列に挿入された交流リ
   アクトルと、前記三相PWMコンバータの直流端子間に接
   続された第１の直流コンデンサと、前記交流リアクトル
   の電源側の各相に直列に挿入された電源周波数に共振す
   る第１のリアクトルとコンデンサからなる並列共振回路
   と、該並列共振回路の出力側各相の接続点に並列に接続
   される第２のリアクトルと、該第２のリアクトルと前記
   交流リアクトルの間に直列接続される接触器と、前記三
   相PWMコンバータを制御する制御装置とを備えてなるア
   クテイブフイルタにおいて、前記交流リアクトルと接触
   器の各相接続点に並列に接続された三相ダイオード整流
   回路と、該三相ダイオード整流回路の直流端子間に接続
   された第２の直流コンデンサとを設けてなることを特徴
   とするアクテイブフイルタの保護回路。
2. 【請求項２】前記第２の直流コンデンサに並列に接続さ
   れ直流端子間電圧を検出する過電圧検出回路と、該過電
   圧検出回路に並列に抵抗とサイリスタからなる直列回路
   とを具備するようにしたことを特徴とする請求項第１項
   記載のアクテイブフイルタの保護回路。