JPH03250512A

JPH03250512A - 電力変換システム

Info

Publication number: JPH03250512A
Application number: JP4549290A
Authority: JP
Inventors: Akio Hirata; 平田　昭生
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-08

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）本発明は電力変換装置と交流電源間に電圧マツチングの
為変圧器が設けられる電力変換システムにおいて、交流
電源側の投入や瞬時停電復旧時に変圧器に流れる突入電
流を抑制することができる電力変換システムに関する。

（従来の技術）本発明に関する電力変換システムには、種々の公知のシ
ステムがあるが、ここでは安定した定電圧定周波数の交
流電力を供給できる無停電電源装置を引用して従来技術
を説明する。

無停電電源装置は例えば「パワーエレクトロニクス　今
井孝二　著、電気書院発行頁２１１゜７．７章　定電圧
定周波数電源」などで公知であり、詳細に説明は省略す
る。

第４図は無停電電源装置の基本構成を示しており、１］
は入力交流電源、１２は変圧器、１３は整流器、１４は
インバータ、１５は負荷、１６は直流フィルタコンデン
サ、１７はバッテリーである。この図で通常入力交流電
源１１が正常時には、変圧器１２及び整流器１３を介し
て直流電力が供給され、これを直流フィルタコンデンサ
１６で平滑化して、この平滑化された直流電力をインバ
ータ１４で安定した交流電力に逆変換して、負荷１５に
定電圧定周波数の交流電力を供給する。

また入力交流電源１１の異常時（瞬時電圧低下や停電時
）には、バッテリー１７の電力を放電して、これをイン
バータ１４で安定した交流電力に逆変換して、負荷１５
に安定した交流電力を無停電で供給し続けることができ
る特長を有している。

第４図に図示する従来技術の構成において、入力交流電
源１１の再投入や瞬時停電復旧時には、変圧器１２の突
入電源が非常に大きくなる問題があった。これは変圧器
１２の鉄心のＢ−Ｈ曲線を第５図に示すが、二のＢ−Ｈ
曲線で５１は残留磁束密度、Ｂ２は通常使用中の最大磁
束密度であり、一般に変圧器１２の最大磁束密度Ｂ２は
鉄心の飽和磁束密度に近い値に設計されて変圧器１２は
使用されている。

このため、入力交流電源１１が再投入されたり、瞬時停
電の復旧時に変圧器１２に印加される電圧の位相が、残
留磁束Ｂ１と反対方向の磁束を生じる位相極性ならば、
変圧器１２の再突入電流はそれほど大きくならないが、
残留磁束Ｂ１と同方向の磁束を生じる位相極性ならば、
変圧器１２の磁束密度は瞬時に飽和磁束密度以上となり
、非常に大きな突入電流が流れる問題があった。

このような突入電流は一般に変圧器１２の定格電流の１
５〜２０倍程度であり、このような大電流か流れると入
力交流電源１１自身や入力側しゃ断器類及び他の負荷な
どとの協調の問題がシステム的に発生している。

このため入力交流電源１１が再投入されたり、瞬時停電
の復電時に変圧器１２に流れる突入電流の抑制が必要で
あり、この突入電流を変圧器１２の定格電流の５〜１０
倍に抑制するためには、変圧器１２の鉄心の磁束密度Ｂ
を小さくする方法が一般に採用されており、この結果変
圧器１２の鉄心サイズが大形化し、変圧器自身の外形、
重量も非常に大きくなる問題があった。

（発明が解決しようとする課題）第４図及び第５図を参照して従来技術を説明したように
、入力交流電源１１の再投入や瞬時停電の復旧時には、
変圧器１２の突入電流が、一般的には変圧器１２の定格
電流の１５〜２０倍となり、入力交流電源１１自身や他
の負荷に影響を与える問題が存在した。

他方システム的に一般に許容される変圧器１２の突入電
流を定格電流の５〜１０倍程度に抑制しようとすると、
変圧器１２の鉄心磁束密度を下げる必要があり、変圧器
１２の多形寸法の大形化、重量の大幅な増加、価格の大
幅な上昇の問題があった。

即ち、従来の電力変換システムでは、次の問題があった
。

（１）入力交流電源の瞬時停電などを考えて、交流電源
と電力変換装置との間に設けられる変圧器は突入電流を
抑制する必要があり、この手段として変圧器を大形化し
、外形寸法及び重量が非常に増加する問題が存在した。

（２）前記の問題より、変圧器の設置場所の増加や価格
上昇の問題が発生し、非常に不経済であった。

本発明は前述の従来技術の欠点に鑑みてなされたもので
、交流電源の投入や瞬時停電の復旧時に変圧器に流れる
突入電流を従来より抑制することができ、経済的な電力
変換システムを提供することを目的としている。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明は前記目的を達成するために、交流電源と電力変
換装置との間に変圧器が設けられた電力変換システムに
おいて、前記交流電源の電圧を前記変圧器に印加した時
、前記変圧器に流れる突入電流を抑制する手段として、
前記交流電源の電圧が前記変圧器に印加されていない期
間内の所定時間、前記電力変換装置側より前記変圧器を
励磁して残留磁束を低減させる手段を具備したことを特
徴とするものである。

（作　用）変圧器の残留磁束が減少していれば、変圧器の鉄心は当
然飽和しにくくなるから、交流電源の再投入時や瞬時停
電の復旧時に変圧器に流れる突入電流を抑制することが
出来る。

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す。この図は第４図と同
様に無停電電源装置に本発明を実施した場合の実施例で
、第４図と同一番号を付した回路素子は同一機能の回路
素子である。

この図において、整流器１３は交流電力を直流電力に或
いは直流電力を交流電力の両方向電力変換が可能な整流
器で構成されている。両方向電力変換可能な整流器は、
例えば東芝レビュー４４巻９号（１，９８９）第７３７
頁１図２に説明されているような方式が公知であり、詳
細な説明は省略する。

入力交流電源１１が瞬時停電や停電して変圧器１２への
入力交流電源１１の電圧が印加されなくなると、これを
検出して整流器１３でバッテリー１７の直流電力を利用
して交流電力を発生させ、変圧器１２を励磁する。この
時整流器１３の発生する交流電圧を漸次減少させると、
変圧器１２の磁束も印加された電圧に対応して減少し、
残留磁束も減少する。

第２図は、本発明による残留磁束の減少を説明するため
の変圧器１２のＢ−Ｈ曲線を示す。変圧器１２に整流器
１３より交流電圧を印加する前は残留磁束が８１である
が、漸次減少させると第２図のＢ−Ｈ曲線上のヒステリ
シス曲線も漸次面積が減少し、変圧器１２の印加電圧が
零に近づくと、変圧器１２の残留磁束もほぼ零にするこ
とができる。

従って、整流器１３による変圧器１２の印加電圧を漸次
減少させることにより、変圧器１２の残留磁束も大幅に
減少し、人力交流電源１１の再投入や瞬時停電の復旧に
よって変圧器１２が再励磁されても、変圧器１２の鉄心
の残留磁束、と飽和磁束の差が大きく変圧器１２の突入
電流は減少する。

従って、変圧器１２の突入電流は、本発明の実施例によ
って従来より減少し、同一レベルに変圧器１２の突入電
流を抑制する場合には変圧器１２を従来より小形軽量化
できる。

前記説明は、変圧器１２を整流器１３により励磁する時
に電圧を漸次減少させているが、励磁電圧を定格電圧以
下の所定の電圧としてもよい。

整流器１３によって変圧器１２に電圧を加えて変圧器〕
２を励磁する時間は特に限定しないがバッテリー１７の
直流電力損失も考慮して一般の瞬時停電期間（例えば数
百ミリ秒程度）としても良く、長時間の停電などの場合
は、入力交流電源１１と変圧器１２の間に開閉器を設け
、この開閉器に並列に限流素子を並列接続し、前記開閉
器を一旦開路し、入力交流電源１１の復旧後に再び前記
開閉器を投入するようにしてもよい。この場合には変圧
器１２は開閉器が再投入されるまで限流素子を介して予
備励磁されるため、同様に突入電流が抑制される。

第３図は本発明の他の実施例を示す図で、この図で１９
は限流素子、１８は開閉器である。入力交流電源１１の
電圧印加がなくなったことを検出し、インバータ１４の
出力電圧を開閉器１８、限流素子１９を介して変圧器１
２に所定期間印加する。この時変圧器１２に印加する電
圧が変圧器１２の定格電圧より小さい値であると、変圧
器１２の残留電圧も減少し、変圧器１２の突入電流を抑
制できることが明らかである。

尚、第３図の実施例においても、変圧器１２と入力交流
電源１１との間に開閉器を設け、長時間の停電などの場
合には前記開閉器を一旦開路するようにしてもよい。

前記説明は、変圧器１２の残留磁束を減少させるための
エネルギはバッテリー１７の直流電力を利用しているが
、負荷１５が交流電動機のような回転体であれば、この
回転エネルギを利用することもでき、変圧器１２を励磁
するエネルギの供給源を本発明では特に限定するもので
はない。

又、本発明を適用する電力変換装置の方式を特に限定す
るものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々設
計変更して実施出来るものである。

［発明の効果］本発明によれば、交流電源と電力変換装置間に設けられ
た変圧器は、交流電源電圧の再印加時に、変圧器の残留
磁束が減少させられているために、突入電流も減少させ
ることができる。この結果次の効果が得られる。

（１）変圧器の突入電流が減少するから、所定の突入電
流に抑制するために、従来より変圧器を小形化、軽量化
できる。

（２）変圧器の小形化、軽量化によって据付場所も縮小
でき、価格も低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す主回路構成図、第２図
は本発明の詳細な説明するためのＢ−Ｈ曲線図、第３図
は本発明の他の実施例を示す主回路構成図、第４図は従
来装置の主回路構成図、１５図は従来装置の動作を説明
するためのＢ−Ｈ曲線図である。１１・・・入力交流電源、１２・・・変圧器、１３・・
・整流器、１４・・・インバータ、１５・・・負荷、１
６・・・直流フィルタコンデンサ、１７・・・バラｙ　
ＩＪ１８・・・開閉器、１９・・・限流素子。

Claims

【特許請求の範囲】

交流電源と電力変換装置との間に変圧器が設けられた電
力変換システムにおいて、前記交流電源の電圧を前記変
圧器に印加した時、前記変圧器に流れる突入電流を抑制
する手段として、前記交流電源の電圧が前記変圧器に印
加されていない期間内の所定時間、前記電力変換装置側
より前記変圧器を励磁して残留磁束を低減させる手段を
具備したことを特徴とする電力変換システム。