JPH049018B2 - - Google Patents

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JPH049018B2
JPH049018B2 JP54113901A JP11390179A JPH049018B2 JP H049018 B2 JPH049018 B2 JP H049018B2 JP 54113901 A JP54113901 A JP 54113901A JP 11390179 A JP11390179 A JP 11390179A JP H049018 B2 JPH049018 B2 JP H049018B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、負荷により電源系統に発生される
高調波歪を補償する波形補償装置に関する。
近年、負荷等に半導体スイツチ制御装置が使用
されるようになつて電源系統における高調波歪発
生が問題になつて来た。例えば、第4図に示すよ
うに、交流電源ACに整流回路が接続されるとき
に、電源周期に一致する方形波電流ILが流れる。
これを解決するために従来から電源と負荷間に
L、Cフイルタを用いて制御することが行われて
いる。L、Cフイルタは高調波次数に合わせて共
振分路の形で使用されることが多いが、このL、
Cフイルタは電圧歪を補正するためのものである
ため、波形の改善度合は満足するものではなかつ
た。また、L、Cフイルタは大形であるため、装
置全体が大形化する欠点もある。
上記の欠点を除去するために、能動素子を持つ
電力変換器を用いた高調波フイルタを使用するこ
とにより、電圧及び電流歪を高精度で補償でき、
しかも小形に製作できる波形補償装置を本願出願
人は既に提案している(特開昭55−139031号公
報)。
この発明は、能動素子を用いた高調波フイルタ
による波形補償装置において、負荷の高調波電流
レベル変化に拘らず最適の補償電流を供給できる
ようにした波形補償装置を提供することを目的と
する。
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。
第1図において、1は交流電源、2は高調波発
生源である負荷、3は線路、4〜7は電力変換器
である。4は高調波除去用LCフイルタで、この
フイルタ4の一端は線路3に並列接続され、他端
はトランス5の第1巻線5aに接続される。トラ
ンス5の第2巻線5bは中点5cを有し、巻線5
bの両端には自己消弧形半導体素子6a,6bの
アノードが接続され、カソード側は共通接続され
る。7は直流電源になる直流リアクトルで、この
直流リアクトル7には並列に自己消弧形半導体素
子6cが接続され、その一端は第2巻線5bの中
点5cに接続され、他端は前記素子6a,6bの
カソード側の共通接続点に接続される。8は負荷
電流iLの検出器、9は直流電流iDの検出器である。
前記電力変換器の自己消弧形半導体素子6a,
6bは以下に説明する制御回路の出力によりパル
ス幅制御され、半導体素子6cは6a,6bがオ
フ制御されるときに同時にオン制御されてトラン
ス5に不要な電流を流さないようにされる。
負荷電流検出器8の出力は基本波のみを阻止す
るバンドリジエクトフイルタ10を介して負荷2
の高調波電流iLRが取出される。この高調波電流
iLRは設定値決定回路11の入力にされ、そのレ
ベルに応じた直流電流iDの設定値iSが設定値決定
回路11から取出される。この設定値iSとしては
電流信号iLRの実効値のピーク値にされる。設定
値iSは直流電流検出器9の出力iDと比較され、両
信号の直流レベルの差分(波形補償用電流差分)
が取出され、この信号は乗算器12の第1入力Y
にされる。この乗算器12の第2入力にはフイル
タ4を通した位置で取出された電源1の電圧に同
期した信号Xが与えられ、乗算器12からは補償
用電流差分(iD−iS)に電源1の極性も含めた出
力が取出される。この出力は電源1の基本周波数
帯に通過帯域を持つバンドパスフイルタ12Aを
通して直流リアクトル7に流す直流電流制御信号
SDが取出される。ここで、バンドパスフイルタ1
2Aは電流iDを制御することによつて電源電流ii
に高調波電流が流れるのを防ぐためのものであ
る。
一方、負荷の高調波電流iLRと直流電流iDとは除
算器13に入力され、両電流の比iLR/iDが演算さ
れた信号SR(補償信号)が取出される。この除算
器13は、電流iDによつて補償電流のゲイン(電
流iLRのレベルに対する電流iDのレベル比)が変化
するのを避け、ゲインを一定に保つためのもので
ある。このゲイン一定は後述のように不要な高調
波発生を少なくする。
補償電流信号SRと前記の直流電流信号SDとは加
算され、コンパレータ14の比較入力信号Sにさ
れる。コンパレータ14の比較基準は電源1に同
期した三角波信号を出力する三角波発生器15か
ら与えられ、コンパレータ14からは信号Sのレ
ベル及び極性に応じたパルス幅変調PWM信号が
取出される。このPWM信号はロジツク回路16
に入力され、電源1の周波数に同期したゲート信
号が取出される。このゲート信号はゲート回路1
7で適当に増幅されて自己消弧形半導体素子6
a,6b,6cのオン・オフ制御信号にされる。
なお、三角波発生器15は例えばフエーズロツク
ループ(PLL)により電源1と同期をとり、電
源1の周波数の整数倍の周波数を持つ三角波を発
生する。
こうした構成の補償装置の動作を第2図に示す
各部波形図を参照して説明する。
負荷2が第4図に示す整流回路とすると、負荷
電流iLは第2図aに示すように歪んだ方形波電流
になる。この歪電流に対し、交流電源1からの電
流iiが第2図aに示すように正弦波になる場合と
の差分(歪分)は第2図bに示すようになる。こ
の差分は高調波電流iLRとしてバンドリジエクト
フイルタ10で検出され、また該差分の波形の逆
極性の電流を第2図bに示す補償電流I0として流
すことで電流iiが正弦波形になる。
補償電流I0の発生には、直流リアクトル7を一
定電流iDを流す電流源とし、半導体素子6a,6
b,6cのパルス幅制御でなされる。即ち、補償
電流I0の正極性期間TPでは該期間のレベルに比例
したパルス幅になるPWM波形に従つて半導体素
子6aをオン・オフ制御し、同様に負極性期間
TNでは半導体素子6bをPWM波形に従つてオ
ン・オフ制御し、トランス5の巻線5a又は5b
には第2図gに示すようなPWM波形の電流を得
る。この電流をフイルタ4を通すことでPWM波
形から三角波に含まれる高調波分を取除いた電流
I0を得る。
ここで、半導体素子6a又は6bのオフ期間に
は半導体素子6cをオンさせ直流リアクトル7の
電流を半導体素子6cを通したループで流しつづ
けると共にトランス5を通して電源側に不要な高
調波電流が流れるのを防止する。また、フイルタ
4は、例えば第3図に示すように、リアクトルL
とコンデンサCを持つ1段のLCフイルタ構成に
よつてPWM波形に含まれる三角波の周波数成分
を取除き、補償電流I0の波形を得る。
次に、高調波電流iLRに従つたPWM波形の発生
を説明する。除算器13においては高調波電流
iLRを直流電流iDの大きさで除算することで直流電
流iDに対する比率を一定にする。除算器13の出
力SRはiDとの比率が1で信号SDが零とすると信号
Sに一致し、第2図eに示すように信号SRは補償
電流I0に一致した波形になる。この信号Sに対
し、コンパレータ14では第2図fに示すように
電源1に同期した三角波信号との比較をし、その
出力には第2図gに示すPWM波形を得る。ロジ
ツク回路16は該PWM波形から半導体素子6
a,6b,6cのオンパルスを生成し、ゲート回
路17は該オンパルスを夫々電力増幅して半導体
素子6a,6b,6cのゲートパルスを発生す
る。
ここで、除算器13による除算は、直流リアク
トル7の電流値iDに対して一定比率(ゲイン一
定)にするもので、これは三角波発生器15の三
角波信号ピークレベルに対する信号Sのピーク値
を常に一定比率にする。これにより、コンパレー
タ14のPWM波形発生、即ちPWM変調におけ
る変調率が高調波電流iLRのレベル変化に拘らず
一定となり、第2図fに示すように三角波信号の
ピーク値に近い信号S=(=SR)のピーク値を与
えることで一定かつ、高い変調率になる。この変
調率を高くすることにより、変調後のPWM形に
は三角波(搬送波)の周波数に起因する不要な高
調波成分の含有率を小さくする。これにより、フ
イルタ4を第3図構成のように1段のLCフイル
タにするなど簡単化して高調波成分を除去でき
る。この点、特開昭55−139031号公報のものは除
算器を持たず、変調率が変化する。
次に、直流リアクトル7に確保する電流iDは高
調波電流iLRの大きさに応じて乗算器12とフイ
ルタ12Aの経路で制御される。設定値決定回路
11では高調波電流iLRの実効値のピーク値を電
流iDの設定値iSとして得る。この設定値iSは第2図
cに示すように、高調波電流iLR全波整流して直
流に変換し、そのピーク値として設定することで
高調波電流iLRの最大レベルに見合つた補償電流I0
を発生できるようにする。
設定値iSに対するフイードバツク信号として直
流リアクトル7の電流iDが突合され、その偏差に
応じて直流リアクトル7の電流増減制御を行う。
この電流増減制御には補償電流I0のバイアス分SD
として信号SRに加算され、半導体素子6A,6b
のPWM波形のパルス幅増減分として加えられ、
電源1からトランス5を通した電流供給でなされ
る。
このとき、電源1からトランス5に供給する電
流は該電源1の電圧位相に一致させるよう乗算器
12で電源電圧信号を偏差(iD−iS)に乗算する。
この電源電圧信号にはPWM波形成分及び高調波
電流iLRが含まれることから、バンドパスフイル
タ12Aにおいて電源1の基本波成分を取出して
信号SDとして得る。第2図dには偏差がある場合
の信号SDを示し、この信号SDが除算器13の出力
SRに加算され、この加算結果になる信号S(第2
図e及びf参照)がコンパレータ14の入力にな
る。
従つて、直流リアクトルの電流iDのレベルに対
し、高調波電流iLRのピークレベルの大小によつ
て該電流iDが調節され、高調波電流iLRのピーク値
の変化に見合つた補償電流I0を供給できるよう電
流iDが制御され、定常状態ではiLRのピーク値がiD
に一致し、信号SDは零になる。また、乗算器12
による乗算は電源電圧位相に合せて半導体素子6
a,6bをオン・オフ制御するためのものであ
る。ここで、フイルタ12Aを通すことで電源1
の基本波成分を取出すことは、高調波成分を除去
し、電流iDの制御のために電源1側に不要な高調
波成分が発生するのを防止する。この点、特開昭
55−139031号公報のものはゼロクロス点を立上
り、立下りとする方形波を電源電圧位相に一致す
る信号とし、これを乗算器14で乗算するため信
号SDとしては高調波成分を含む信号になり、電源
1側に不要な高調波成分を発生させる。
従つて、この発明によれば、直流電流iDを負荷
電流iLの高調波成分iLRに応じて変化させ、しかも
iLRをiDにより除算した補償信号とするため、直流
電流iDに対する高調波成分iLRの比率が一定にな
り、負荷の高調波電流変化に追随した補償電流を
供給即ち装置の電力損失を少なくし効率を高める
ことができると共に変調率を一定にして不要な高
調波発生を無くすことができる。また、直流を流
すための信号SDは電源1の基本波成分のみを通過
させるバンドパスフイルタを通して得るため、直
流電流iDを流すことによつて電源に高調波電流が
発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の波形補償装置の一実施例を
示すブロツク図、第2図は実施例の各部波形図、
第3図は実施例のフイルタ回路図、第4図は整流
回路負荷の例を示す回路図である。 2……負荷、4……フイルタ、7……直流リア
クトル、8,9……電流検出器、10……バンド
リジエクトフイルタ、11……設定値決定回路、
12……乗算器、13……除算器、14……コン
パレータ、15……三角波発生器、16……ロジ
ツク回路、17……ゲート回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電源から負荷に電力を供給している系統にあ
    つて該負荷に並列接続された能動素子を持つ電力
    変換器から電源波形改善のための補償電流を供給
    する波形補償装置において、上記負荷の電流から
    高調波電流を検出するバンドリジエクトフイルタ
    と、このフイルタの出力から上記電力変換器の直
    流電流を設定する設定値決定回路と、この設定値
    決定回路の設定値と上記電力変換器の検出直流電
    流との差分を電源に同期した信号で取出す乗算器
    と、この乗算器の出力から電源の基本周波数成分
    のみを取出すバンドパスフイルタと、上記バンド
    リジエクトフイルタの出力と上記電力変換器の直
    流電流検出値との比を算出する除算器と、この除
    算器の算出値と上記バンドパスフイルタの出力と
    の加算値と電源に同期した三角波との比較で該加
    算値に比例したパルス幅信号を得るコンパレータ
    と、このコンパレータの出力パルス信号を上記電
    力変換器の能動素子のオン・オフ制御信号にする
    ゲート回路とを備えたことを特徴とする波形補償
    装置。
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