JPH01126704A

JPH01126704A - 変圧器の直流偏磁抑制装置

Info

Publication number: JPH01126704A
Application number: JP28598187A
Authority: JP
Inventors: Akira Mase; 真瀬　明
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1989-05-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、直流送電、静止型無効電力調整器およびサ
イクロコンバータ等に使用される電力変換用変圧器の直
流偏磁を抑制する変圧器の直流偏磁抑制装置に関するも
のである。

（従来の技術）この種の従来の装置として、例えば、特公昭５９−８１
５０号公報に開示されたサイクロコンバータの制御装置
がある。この装置はサイクロコンバータ入力側に設けら
れた変圧器二次巻線に流れる２相の電流の直流分を検出
し、その検出値に応じてサイクロコンバータを構成して
いるサイリスタの点弧位相を制御していた。

（発明が解決しようとする問題点）上記従来の装置では偏磁抑制対象の変圧器の二次側に変
流器を設け、この変流器の出力を積分して直流分を求め
ているが、変流器自体に偏磁があると直流分を正確に検
出できず、十分な偏磁抑制ができなかった。

一方、変圧器の二次側にインバータが接続されている場
合、このインバータの転流を失敗すると、過渡的に変圧
器の二次側に大きな直流成分が流れる。この直流成分は
実際には一次側にも流れて打消されるのでこの電流がそ
のまま直流偏磁にはならないにも拘らず、従来装置では
この過渡電流を偏磁を伴う直流成分として検出していた
ため、実質的に不要な偏磁抑制をする場合があった。

また、変圧器二次側に直流成分が定常的に流れている場
合、その直流成分は一次側に現れないので、二次側の直
流成分が偏磁電流になっているにも拘らず、従来装置は
この電流成分を検出できず、これに伴う偏磁抑制はでき
なった。

従って、従来の装置では実質的な偏磁を伴う電流を正確
に検出することができず、効果的な直流偏磁の抑制が出
来ないという問題点があった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、直流偏磁を効果的に抑制することのできる変圧器の
直流偏磁抑制装置を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）この発明は、電力変換装置の交流入力側に設けられた変
圧器の直流偏磁を抑制するものにおいて、前記変圧器一
次側の各相電流および零相電流のうち、少なくとも前記
各相電流の第２調波成分を検出する電流検出手段と、こ
の電流検出手段の出力に基づいて前記変圧器の最大偏磁
相および極性を判別する偏磁相判別手段と、この偏磁相
判別手段の出力および前記電流検出手段の出力に基づき
、前記変圧器の直流偏磁を抑制するように前記電力変換
装置の制御信号を補正する制御信号補正手段とを備えた
ことを特徴としている。

（作　用）この発明においては、変圧器一次側の各相電流および零
相電流のうち、少なくとも各相電流の第２調波成分を検
出し、この第２調波成分に基づいて最大偏磁相および極
性を算出すると共に、直流偏磁を抑制するように電力変
換装置の制御信号を補正しているので、変流器自体に偏
磁があっても、電力変換装置の転流失敗により過渡電流
が流れても、あるいは、変圧器二次側に定常的に偏磁電
流が流れていてもそれぞれの場合に偏磁分を正確に検出
することができ、これによって直流偏磁を効果的に抑制
することができる（実施例）第１図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図である
。同図において、一次側が交流系統に接続された変圧器
１の二次側に、６個のサイリスクをブリッジ接続してな
る電力変換装置としてのコンバータ２が接続されている
。また、変圧器１の一次側に電流変成器３と電圧電圧変
成器４とが設けられ、さらに、変圧器１の一次側の中性
点を接地する回路に電流変成器５が設けられている。電
流変成器３の二次側の各相巻線と、電流変成器５の二次
巻線とに、系統電圧の第２調波に同調する帯域フィルタ
（ＢＰＦ）１１〜１４が接続されている。また、電圧変
成器４の二次側の各相巻線にそれぞれ帯域フィルタ１４
の出力との位相差を検出する位相差検出器１５．１６．
１７が接続されている。これらの位相差検出器１５．　
１６．　１７はそれぞれ正側出力端子および負側出力端
子を有し、これらの各出力端子に、基準のレベルと比較
して比較結果に応じた論理信号を出力するレベル比較器
２１〜２６が接続されている。また、位相差検出器１５
．１６．１７の正側出力端子にそれぞれ接続されたレベ
ル比較器２１，２３．２５の出力端子がＯＲ回路２７の
各入力端子に、位相差検出器１５，１６．１７の負側出
力端子にそれぞれ接続されたレベル比較器２２，２４．
２６（７）出力端子がＯＲ回路２８の各入力端子にそれ
ぞれ接続されている。そして、ＯＲ回路２８の出力端子
がそれぞれ一方の反転入力端子に接続されたＡＮＤ回路
３１，３３．３５の他方の入力端子にレベル比較器２１
，２３．２５の出力端子が接続されている。また、ＯＲ
回路２７の出力端子がそれぞれ一方の反転入力端子に接
続されたＡＮＤ回路３２，３４．３６の他方の入力端子
にレベル比較器２２，２４．２６の出力端子が接続され
ている。次に、ＡＮＤ回路３１およびＡＮＤ回路３２の
出力端子がＯＲ回路３７の各入力端子に、ＡＮＤ回路３
３およびＡＮＤ回路３４の出力端子がＯＲ回路３８の各
入力端子に、ＡＮＤ回路３５およびＡＮＤ回路３６の出
力端子がＯＲ回路３９の各入力端子にそれぞれ接続され
ている。

また、上記帯域フィルタ１１〜１４、ＯＲ回路２７．２
８、および、ＯＲ回路３７〜３９の各出力端子が、変圧
器１の各相の直流偏磁分電流Δ■ｄａを求めて直流偏磁
抑制の信号を出力するための演算ユニット６のデータ入
力端子に接続されている。

一方、バルブ２を制御するために、調整器７が設けられ
ており、その出力端子と演算ユニット６のデータ出力端
子とが、バルブ３を構成するサイリスク毎に設けられた
加算器の入力端子に接続され、これらの加算器の各出力
端子が同期回路８に接続され、この同期回路８がバルブ
２の各サイリスタに点弧パルスを与えるようになってい
る。

上記のように構成された本実施例の動作を以下に説明す
る。

先ず、変圧器１はＹ−Ｙ結線されており、コンバータ２
が３相全波整流動作をしているものとすれば、変圧器１
の各相の第２調波巻線電流（以下、この第２調波のみを
問題にする）ｉＡＣは理想的には正の波形と負の波形と
が対称になり、直流偏磁分ΔＩ、。は零である。しかし
ながら実際には、種々の要因により、これら二つの波形
は非対称となり、直流偏磁分Δ１ｄｏＪＩＦＯとなる。

このとき、変圧器１の二次巻線は非接地であるから、こ
の電流が最大となる相の直流偏磁分ΔＩ、。は他の２相
に分流する。この場合、最大偏磁相の直流偏磁分は他の
２相のそれと極性が逆になる。

若し、偏磁が３相とも同じ方向に発生していると仮定す
れば、偏磁電流Ｉ、１１２は一つの相については相回転
が逆になり、いわゆる、逆相分となる。

このことは、第２図に示すように、最大偏磁相Ｎ　の電
流ベクトル■ｌ１１２（ＮＩｌｌ）を中心として他の２
相の電流ベクトルｌｌ１１２（ＮＩｌｌ＋１）、ｌｌｌ
１２−　７　〜（Ｎ　　−１）は約±６０′の位相差を持ち、その■ 大きさは一般に小さい。従って、偏磁電流の合成ベクト
ル、すなわち、零相電流ベクトル■□２は最大偏磁相の
電流ベクトルとそれほど変わらず、−膜内には±３０°
の範囲に入っている。

一方、一次側の各相電流Ｉ、２には、偏磁電流ｌｌ１１
２の他にコンバータから発生する電流”１２も含まれる
ので、これらは次式のように表される。

■９□（１）””’１゜（１）＋ｌｌｌ１２（１）！　
　（２）　−１１２（２）　十ｌｌ１１２（２）ｐまただし、括弧内の数字１．　２．　３は相順を表し、電
流の添字２は第２調波を表している。上記（１）式より
３相の和をとれば、零相電流Ｉ。２が得られる。

従って、零相電流Ｉ。２は、偏磁電流の３相和にほぼ等
しい。

次に、最大偏磁相がＡ相であるとして、Ａ相を判別する
例を、第３図をも参照して、以下に説明する。

先ず、電圧変成器４の出力が位相差検出器１５゜１６．
１７に入力される。このとき、変圧器１の励磁電流の基
本波成分■ＩＩＩＡは相電圧ＶＡに対して一般に９０°
遅れるので、第３図（ａ）に示すように、相電圧ＶＡの
零点にピークが一致する。そして、偏磁が発生すると正
と負の波形が非対象となって偏磁電流■ｌ１１２が流れ
る。従って、第２調波の電流ｌｌ１１２（１）の位相は
、第２図（ｂ）に示すように、相電圧ＶＡの零点に正の
ピーク点がほぼ一致する。なお、偏磁の極性がこれと逆
の場合には、第３図（ｅ）に示すように、相電圧■Ａの
零点に負のピーク点がほぼ一致する。このように、相電
圧ＶＡの零点に同期した第２調波電流波形は容易に作る
ことができる。位相差検出器１５，１６゜１７はこれ等
の偏磁電流ｌｍ２（１）、ｌｍ２（２）。

ｌｌ１１２（３）の標準波形電流を生成する発振器を備
えており、これを基準としてそれぞれ帯域フィルタ１４
から出力される零相電流と比較する。このとき、どれか
１相の位相差Δθ２が３０°以内で他の相の位相差Δθ
２が±１２０°になる。この位相差Δθ２が３０°以内
の相を最大偏磁相と判定することができる。なお、最大
偏磁相の偏磁の極性が逆の場合には第２図（ｅ）に示す
ように、標準波形電流−ＩＩ１１２および零相電流のい
ずれの位相も１８０°位相が異なり、その位相差はやは
り３０６以内である。位相差検出器１５，１６゜１７は
それぞれ偏磁の極性別に位相差Δθ２を検出して位相差
信号を出力する。

そこで、レベル比較器２１〜２６はこれらの位相差信号
を入力すると共に、位相差３０°に対応する基準値と比
較し、位相差信号がこの基準値より小さいとき、論理「
１」の信号を出力し、反対に、位相差信号がこの基準値
を超えるとき論理「０」の信号を出力する。

一方、ＯＲ回路２７はレベル比較器２１，２３゜２５の
出力信号を入力して最大偏磁相が正偏磁のとき論理「１
」のＳＧＮ十信号を出力し、ＯＲ回路２８はレベル比較
器２２，２４．２６の出力信号を入力して最大偏磁相が
負偏磁のとき論理「１」の５ＧＮ−信号を出力する。

次に、ＡＮＤ回路３１，３３．３５はＯＲ回路２８の出
力信号に基づいて、正偏磁の場合の最大偏磁相信号をこ
のうちのいずれかから出力し、ＡＮＤ回路３２，３４．
３６はＯＲ回路２９の出力信号に基づいて、負偏磁の場
合の最大偏磁相信号をこのうちのいずれかから出力する
。

かくして、Ａ相が最大偏磁相である場合、ＯＲ回路２７
および３７から「１」の信号が出力され、ＯＲ回路２８
，３８．３９から「０」の信号が出力され、これらの信
号が演算ユニット６に入力される。

一方、この演算ユニット６には、帯域フィルタ１１〜１
４から出力される各相電流信号と零相電流信号とが入力
される。

そこで、演算ユニット６は、これらの入力信号に基づい
て、変圧器１の１次側の各相の偏磁電流ｌｌ１１２を求
めると共に、２次側の各相の直流偏磁骨Δ■ｄｃを求め
る。

第４図はこの直流偏磁骨Δ■、。を求める場合の演算ユ
ニット６のアルゴリズムであり、電流は全て第２調波で
ベクトル計算される。ここでは、３相のＡ、Ｂ、Ｃ相は
相順１．　２．　３で表し、また、最大偏磁相をＮ　で
、他の２相を（Ｎ　±１）でｍ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　ｍ表す。また、最大偏磁相の偏磁電
流ｌＩｎ２（ＮＩＩＩ）は零相電流Ｉ。２と近似的な関
係にあるので、振幅はＩＩｏ２１の７０％程度を初期値
とする（ステップ１０２）。

Ｆ　（Ｎ）は、偏磁電流の標準波形のベクトル表示で、
Ａ相（Ｆ（１））を基準にとると、他の２相との関係は
下表のようになる。

ここで、最大偏磁相Ｎ　について１次電流Ｉ、２（Ｎ　
　）から偏磁電流ｌｍ２（ＮＩ、ｌ）を減算すれば、■ 正相分電流１１２（ＮＩｌｌ）が求まる（ステップ１０
３）。さらに、これに１２０°の位相差をつければ、他
の２相の正相分電流１１゜（Ｎｍ）となり（ステップ１
０４）、各相電流Ｉ、２から減じるならば、最大偏磁相
思外の２相の偏磁電流’ｍ２が得られる（ステップ１０
５）。続いて、両者の和を零相電流Ｉ　より減じるなら
ば、偏磁電流工。２が更新される（ステップ１０６）。

また、これを初期値と比較して（ステップ１０７）、許
容誤差以上ならば絶対値を修正して（ステップ１０８）
、上記の計算を繰返し、収束すれば３相の偏磁電流Ｉｌ
、１２が求められ、直流偏磁骨ΔＩ、。は偏磁電流ｌｌ
ｌ１２に比例するようにして求めることができる（ステ
ップ１０９）。ただし、この場合、最火偏磁相と他の２
相の偏磁の極性は逆であることを５ＧＮ（＋１または−
１）で考慮する。

以上により変圧器１のＹ接続された各相の直流偏磁骨Δ
’ｄｃが算出されたので、これに対応する補助信号を作
り、調整器７の位相制御信号ｅ　を補正して同期間路８
に加えて直流偏磁骨ΔＩｄｃが零になるように制御する
。なお、この場合、ΔＩｄ。〉０であれば正の波形の点
弧角を遅らせると共に、負の波形の点弧角を進ませる。

これとは反対に、Δ工ｄ。く０では正の波形の点弧角を
進ませると共に、負の波形の点弧角を遅らせる。

かくして、この実施例によれば、変圧器の２次側に変流
器がなくとも偏磁の抑制が可能になると同時に、変圧器
鉄心に実際に偏磁が生じている場合のみ偏磁が検出され
、実際に偏磁がないにも拘らず偏磁として処理する従来
装置に比べれば安定な偏磁抑制が可能になる。特に、転
流失敗等により比較的大きくなる過渡的な直流分に対し
て、電流の流れる時間が短時間ではあっても鉄心はかな
り偏磁される恐れがある。従来装置では、この転流失敗
に対して、ΔＩｄｏＬ：０になるので、補正信号が消え
るために、その後も暫くは偏磁が残る可能性があるが、
この実施例では補正信号によって自動的にΔＩｄｃを発
生させ、急速に偏磁を抑制する効果がある。

なお、上記実施例では、変圧器の１次側および２次側が
Ｙ接続された場合について説明したが、１次側がＹ接続
、２次側がΔ接続の場合には、上記実施例に対して１次
側が同じ接続になっているので、（１）式に関する演算
は全く同様であり、Δ接続の各相の偏磁電流Ｉｍ２より
、バルブ２の各相の直流偏磁電流を次式によって算出す
ればよい。

ΔＩ　　（Ｎ　）　−８ＧＮＩ　１ｍ２（Ｎｍ）−ＩＩ
Ｉ１２（ＮＩＩｌ−１）　ｌ　−に１ｃ　　ｍ ΔＩ　　　　（Ｎ　　＋１）　　＝−８ＧＮ　Ｉ　　１
．１１２　（Ｎ□＋１）　−一２　（ＮＩｌｌ　）　１
　・Ｋ１Ｃｒｌ１ ΔＩｄｏ（Ｎｍ−１）　−−８ＧＮ　Ｉ　１，２（Ｎｍ
−１）−１，１１２（ＮＩＩｌ＋１）しＫｌ・・・（３
）ただし、相Ｎ　に対して、（Ｎ　　＋１）は遅れ相、ｉ
ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　ｍ（Ｎ　　−１）
は進み相を示す。

次に、第５図は本発明の他の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、特に、２巻線変圧器に適用する場合のもの
である。ここで変圧器の１次側と２次側はいずれもＹ接
続されたものとして、この変圧器１の一次側に電流変成
器２を設けると共に、２次側に電流変成器９を設け、こ
の両者を差動接続する。この場合、変流比を適当に選ん
で１次、２次の電流を等しくすれば、残留回路には変圧
器の励磁電流分が流れる。ここに第２調波の帯域フィル
タ４１，４２．４３を設けるならば、直流偏磁に伴う偏
磁電流ＩＩＩ＋２のみを検出することができると同時に
、最大偏磁相およびその極性を判定することができる。

以下、前述したと同様にして直流偏磁骨ΔＩｄｃを抑制
することができる。

なお、変圧器の１次側がＹ接続され、２次側がΔ接続さ
れてこの２次側の電流が３０°遅れる場合には、２次側
の電流変成器９に、さらに、補助電流変成器（１次側が
Δ接続され、２次側がＹ接続されて、２次側電流か３０
°進みの電流変成器）を設ければ、Δ接続された各相巻
線の電流が検出できるので、以下Ｙ−Ｙ接続した場合と
同様にして偏磁電流を求めればよい。

この実施例では、第１図に示した電圧変成器４、電流変
成器５、帯域フィルタ１４、位相差検出器１５〜１７、
レベル比較器２１〜２６がなくとも最大偏磁相およびそ
の極性判別ができるので構成が簡易化されるが、これは
、変圧器二次側に電流変成器９が設けられているか、あ
るいは、設けることができる場合に限られ、仮に、変圧
器二次側に電流変成器９を設けることが出来ない場合に
は第１図の構成を採用しなければならない。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、この発明によれば
、変圧器一次側の各相電流および零相電流のうち、少な
くとも各相電流の第２調波電流を検出し、この第２調波
成分に基づいて最大偏磁相および極性を判別すると共に
、直流偏磁を抑制するように電力変換装置の制御信号を
補正しているので、変流器自体に偏磁があっても、電力
変換装置の転流失敗により過渡電流が流れても、あるい
は、変圧器二次側に定常的に偏磁電流が流れていてもそ
れぞれの場合に偏磁骨を正確に検出することができ、こ
れによって直流偏磁を効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、第２
図は同実施例の動作を説明するためのベクトル図、第３
は同実施例の動作を説明するためのタイムチャート、第
４図は同実施例の主要素の演算処理手順を示すフローチ
ャート、第５図は本発明の他の実施例の構成を示す回路
図である。１・・・変圧器、２・・・コンバータ、３．　５．　９
・・・電流変成器、４・・・電圧変成器、６・・・演算
ユニット、８・・・同期回路、１１〜１４．４１〜４３
・・・帯域フィルタ、１５〜１７・・・位相差検出器、
２１〜２６・・・レベル比較器、２７，２８．３７〜３
９・・・ＯＲ回路、３１〜３６・・・ＡＮＤ回路。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims

【特許請求の範囲】

　電力変換装置の交流入力側に設けられた変圧器の直流
偏磁を抑制するものにおいて、前記変圧器一次側の各相
電流および零相電流のうち、少なくとも前記各相電流の
第２調波成分を検出する電流検出手段と、この電流検出
手段の出力に基づいて前記変圧器の最大偏磁相および極
性を判別する偏磁相判別手段と、この偏磁相判別手段の
出力および前記電流検出手段の出力に基づき、前記変圧
器の直流偏磁を抑制するように前記電力変換装置の制御
信号を補正する制御信号補正手段とを備えたことを特徴
とする変圧器の直流偏磁抑制装置。