JPS593773B2 - 無効電力変動補償装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は誘導性の負荷の無効電力変動を速やかに補償
し得るようにした無効電力変動補償装置に関するもので
ある。

５ 例えばアーク炉のアーク抵抗の変化等による負荷イ
ンピーダンスの変動によつて無効電力変動を生じ、これ
が電源電圧の急速な変化、すなわち電圧フリッカと称さ
れる現象を呈する。

この電圧フリッカ対策として第１図に示すような装置が
既に、０この発明者らによつて提案されている。第１図
において、１及び２は交流電源３に接続された人力端子
、４及び５は出力電圧をとり出す出力端子で、この出力
端子４及び５の間に変動負荷１２が接続されている。６
は直列リアクトル、７５Ｔは前記直列リアクトル６を介
して入力端子１、２間に接続された点弧子付スイッチ装
置で、サイリスタなどのような点弧位相制御のできるス
イッチ要素７１、７２により構成されている。

８は変圧器で、１次巻線８１は前記スイッチ装置Ｔの端
ノＯ 子間に接続され、２次巻線８２はその一端が後述
するインピーダンス例えばリアクトル１０に、他端は後
述する検出制御装置１１に接続されている。

９は変流器で、１次巻線９１は入出力端子１、４間に接
続され、２次巻線９２にはリアクトル１０ノ５ が接続
されている。

検出制御装置１１は、スイッチ装置Ｔの端子電圧ＶＴと
、前記リアクトル１０に負荷電流ＩＬが流れた時に生ず
る、このリアクトル１０の端子電圧に比例する電圧との
差電圧りを検出し、この差電圧Ｖの平均値を一定化させ
る３０よう、半サイクル毎にその積分値が一定値となつ
たときに基準電圧Ｅｓと比較して前記スイッチ装置７を
点弧させるように構成されている。なお、前記変圧器８
、及び変流器９の巻数比はそれぞれ１：１に巻回されて
いるものとして図示してある３５が、これはその動作の
説明を簡略化する為であつて実際には、変圧器８は１：
ｎに変流器９は１■ｎ’の巻数比に巻回されているもの
である。第ｖ図に示す装置において、変動負荷１２の無
効電力分のみを例示して説明すると、であり、（２）式
に（１）式を代入するととなり、（３）式においてＸ＝
ＸＢとすれば（４）式でＥ及びＸＢは一定と見做し得る
ので差電圧Ｖの平均値、即ち積分値を毎半サイクルごと
に基準電圧Ｅｓと比較しながら一致した時点で検出制御
装置１１から点弧パルスを出しスイツチ装置７を点弧導
通させると端子電圧ＶＴは差電圧ｖの半サイクル毎の平
均値即ち積分値が一定になる如く制御され（４）式から
してＩＴ＋ＩＬは平均値に於いて一定となる如く制御さ
れることとなる。

しかし、上述の構成では無負荷の条件即ちＸＩＬ−ＸＢ
ＩＴ＝Ｏの場合Ｖ＝ＶＴであることから、制御回路８１
→８→８２→１１→７→８１がＥｓを基準電圧とするＶ
Ｔに対する定電圧制御系を構成し、そのバツフアリアク
タンスとして電源側リアクタンスより比較的大きなリア
クタンスを有する直列リアクトル６を介しているので、
負荷電流１Ｌの急激な変化、特に電源周波数の２倍以上
速い周波数を持つ急変に対してはスイツチ装置７が応答
出来ないので正饋還が上述の制御閉ループにかかりハン
チングすることがある。

従つてこれを抑制するには一般の制御理論からすれば制
御回路に遅れ要素をもつたフイルタ一回路を主とするハ
ンチング防止回路を設ければよいが、その回路を付加す
ることにより無効電力変動補償装置はその生命とも云う
べき速応性が失なわれてしまうことになる。さらに負荷
電流１Ｌに含まれる高調波分に依つてこのハンチング現
象が拡大されるといつた不都合を生じる。この発明は上
述の事柄に鑑み、速応性を失なうことなく負荷電流に含
まれる高調波による制御誤差を少なくした無効電力変動
補償装置を得ることを目的として提案されたもので、以
下この発明の一実施例を第２図〜第５図に基ずいて説明
する。

なお、第２図において第１図と同一符号を付したものは
略々同一のものを示す。ただし、変圧器８は点弧子付ス
イツチ装置７の両端のＶＴからでなく、入力端子１，２
又は出力端子４，５の両端の電源電圧食をその１次巻線
８１に印加している。又、検出制御装置１１は検出信号
電圧Ｖを毎半サイクル毎に或時点にてりセツトした後積
分を開始する時分割積分器１１１と、この時分割積分器
１１１の積分出力値が或るレベルに達した時にパルスを
発するレベル比較器１１２と、このレベル比較器１１２
からのパルスを増巾して点弧子付スイツチ装置７を点弧
せしめるパルス増巾器１１３とからなつている。なお、
前記変圧器８及び変流器９の巻数比はそれぞれ１：１に
巻回されているものとして図示してあるが、これは第１
図に示すものと同様その動作の説明を簡略化する為であ
つて、実際には変圧器８は１：ｎに変流器９は１：ｎ′
の巻線比に巻回されている。次に本発明の動作について
、誘導性の変動負荷の無効電力分のみを例示して説明す
ると、交流電源３の電圧をＥ、直列リアクトル６のリア
クタンスをＸＢｌこの直列リアクトル６に流れる電流を
ＩＴ、負荷電流をＩＬ、スイツチ装置７の端子電圧をＶ
Ｔｌリアクトル１０のリアクタンスをＸとする。

（１）先づ、無負荷時（ＩＬ＝０のとき）には、検出制
御装置１１により電圧Ｖ即ち電源電圧亡を角度一βから
積分を開始し、その積分値ＦｔＶＣＯＳＯｄθがｆつβ
ＥＣｌｄθに到達した瞬間の角度θ（即ち＋β）に点弧
パルスを発し、スィッチ装置７の例えばスイツチ要素７
２を点弧するように制御している（即ち第３図の斜線の
面積が点弧パルスを発生するための比較レベルＥｒｔＣ
ＯＳＯｄθに等しくなつている）。

この動作によりリアクトル６にはＩＴなる電流が流れる
。また次の半サイクルにおいても極性に逆転するが全く
同様の制御によりスイツチ要素７１に点弧パルスが与え
られリアクトル６にＴなる電流が流れる。（２）いま変
動負荷１２として力率０の最大の遅れ電流１Ｌｍａｘが
流れる場合を想定するとき、変流器９の二次回路のリア
クトル１０の端子にはＪＩＬｍａｘｘなる端子電圧を生
じ、第４図に示す如く積分される。

入力電圧は（Ｅ一ＪＩＬｍＯｘ）であるのでこれは角度
一βから積分が開始されｙβ（？−ＪＩＬｍａｘＸ）ｄ
θなる積分値が比較レペルＥＫ３ｃＯｓＯｄθに達した
時に点弧パルスを生ずることは明らかである。

今、リアクトル１０のリアクタンスＸの値を次のように
選定すると遅れ零力率の負荷電流の最大値１Ｌｍａｘに
対して点弧パルス発生角度βが一になる。

即ち負荷電流１Ｌの影響によりサイリスタ電流を零なら
しめるものである。即ち ）？β（ＩＬｍａｘＸ）ＣＯｓＯｄθは第４図の縦線の
面積ＳＥＣＯＳＯｄθは第４図の斜線の面積 これが等しくなる様にリアクトル１０を選定するＯもし
ＩＬが上記最大値１Ｌｍａｘより小さい場合は！）にβ
（Ｌ−ＪｉＬＸ）ｄθの積分はθが一に達する以前に点
弧し上記のようにＩＬが零からＩＬが最大に至るまでの
変化に対し電流ＩＴは、ＩＬ−０に対応する電流から零
まで連続的？ヨントロールできる。

（３）次に負荷電流の力率が１００％の場合を考えると
、第５図に示すように一β点より（ＥｊＸＩＬ）は積分
を開始されるが明らかに−ｊ×１Ｌの積分値は第５図の
縦線で図示する面積でみられるよう一βから＋βまでで
零となり結局乙（屓−ＪＸｉＬ）ｄθ一几？ｄθ即ち（
１）における説明の無負荷時と同じ位相角βにおいて上
記積分値は比較レベルに達してスイツチ装置７にＴなる
電流を通電せしめる。

即ち無効電力を含まない、１００％力率の負荷に対して
は負荷電流の大小を問わず、このスイツチ装置７の電流
制御は感応しないことを示す。

（４）任意遅れ力率の負荷に対してはこの負荷電流は１
００％力率とＯ％力率遅れの二つの電流ベクトルに分解
して考える事ができるのは、よく知られた所で前者に対
応する有効電流成分に対しては感応せず、後者の無効電
力成分負荷電流に対してのみ、前記（２）で説明したよ
うに無効電力負荷の増大に伴ないスイツチ装置７により
リアクトル６の電流を減少させる。

即ちリアクトル６で消費する無効電力を減少させる。以
上の説明から明らかなように、無負荷時のスイツチ装置
の点弧角βに対し積分開始を一βなる点におき、一βか
ら一までのＶの積分出力をレベル比較する事により負荷
の無効電力の増減に半サイクル毎に逆対応した時分割無
効電力調整が可能となり電源への無効電力変動の影響を
平坦化することができる。

別言すれば系を開ループとし、電源周波数の半サイクル
毎に合成電圧を積分し、この積分値を設定レベルと比較
した後はりセツトする如く時分割積分して成るので、無
効電力変動補償装置としての速応性を損なうことなく負
荷電流に含まれる高調波による制御誤差を少なくできる
ことが分る。なお、角度βの選定には、（１）ＩＬの波
形に歪が多いとき−ＪＸＩＬの波形も歪むがβが大きい
程積分期間が拡がるため、誤差に及ぼす影響が小さくな
るという利屯があり、また（２）βが小なる程ＩＴでコ
ントロールできる無効電力の大きさに対応するＩＴの波
形歪率が小となり有利である、という相反する特徴を有
するため、変動負荷の性質により適当な値を選ぶべきで
あるが、一般にアーク炉のようにＩＬの波形歪の大なる
ものはβ一３００程度整流器負荷のようにＩＬの波形歪
が比較的小さいものにはβ−１０に位が適当である。

以上述べた如く、本発明によれば速応性を失なうことな
く負荷電流に含まれる高調波成分による制御誤差を少な
くすることができ、常時消費される無効電力を必要最小
限にして経済的に無効電力変動を防止し得る。又、ハン
チング現象を生じることもなく負荷電流に含まれる高調
波成分によつてハンチング現象が拡大されるおそれもな
いといつた効果を奏する。なお、本発明の点弧子付スイ
ツチ装置としては、前述の実施例で用いたサイリスタに
代えて、イグナイトロンのようなものでもよく、要は点
弧位相の調整が可能なスイツチ要素であればよい。

また、前述の実施例においては本発明を単相回路に適用
した場合について説明したが、三相回路に本発明を適用
しても同様の効果を奏するのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す結線図、第２図は本発明の一実施
例を示す結線図、第３図〜第５図は本発明を説明するた
めの波形図である。 ３・・・・・・交流電源、６・・・・・・直列リアクト
ル、７．・・・・・点弧子付スイツチ装置、８・・・・
・・変圧器、９・・・・・・変流器、１０・・・・・・
インピーダンス、１１・・・・・・検出制御装置、１１
１・・・・・・時分割積分器、１１２・・・・・・レベ
ル比較器、１１３・・・・・・パルス増巾器、１２・・
・・・・変動負荷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電源につながれた誘導性の変動負荷に並列に、点弧
   位相制御のできる点弧子付スイッチ装置と直列リアクト
   ルを直列に接続し、前記点弧子付スイッチ装置の点弧位
   相角度を制御して前記直列リアクトルを速動可変インダ
   クタンスとして動作させる無効電力変動補償装置におい
   て、電源の電圧と変動負荷の電流に比例した電圧とを合
   成し、この合成電圧を電源零点に同期し且つ電源零点か
   ら（π／２）−βだけ位相の遅れた時点より積分を開始
   し、その値を設定レベルと比較してπ迄に前記積分値を
   リセットする如く時分割積分し、前記積分値が前記設定
   レベルに達した時に発するパルスにより前記点弧子付ス
   イッチ装置の点弧位相角度を制御して前記変動負荷の無
   効電力分の増減に半サイクル毎に逆対応した時分割積分
   の無効電力制御を行なわしめてなることを特徴とする無
   効電力変動補償装置。