JPS5944646B2 - 無効電力調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、自励式インバータ装置を電源に接続し、イ
ンバータ装置の出力電圧調整により、発１０生無効電力
の調整を行なう電圧制御形の無効電力調整装置に関する
ものである。

第１図に、この種の装置の動作を説明するための構成図
とベクトル図を示す。

第２図は、従来装置の構成図を示す。１５第１において
、電源１は交流リアクトル２を介して、自励式インバー
タ３（以下単にインバータ装置と言う）に接続されてい
る。

電源電圧をＶｓ、インバータ電圧をＶＩＮＶとすると交
流リアクトル２に加わる電圧ＶＬはＶＳ−ＶＩＮＶとな
り、交２０流リアクトル２に流れる電流をＩＬとすると
動作ベクトル図ｂ、ｃのようになる。ｂ図はインバータ
３が進みの無効電力を消費しているベクトル図である。
系統電圧Ｖｓとインバータ出力電圧ＶＩＮＶは同相にな
つており、ＶＩＮＶをＶｓより２５大きくさせると交流
リアクトル２にはＶＬの電圧が印加され、交流リアクト
ル２に流れる電流はＶＬに対し９００位相が遅れてＩＬ
となり、あたかもインバータ３がコンデンサと同じ働き
をしている。ｃ図においては、インバータ出力電圧３０
ＶＩＮＶが、同相であるが、電源電圧Ｖｓよりも小さく
した場合であり、交流リアクトル２には電圧ＶＬが印加
され、９００位相が遅れた電流ＩＬが流れて、あたかも
インバータ３がリアクトルと同じ働きをしていることが
わかる。このような無３５効電力調整装置を実現させる
自励式インバータ装置３は直流入力を３相の交流出力に
変換するインバータが用いられ、世の中に多く用いられ
ている無停電電源装置が適用てきることは言うまでもな
い。これらのインバータ装置としては第２図に示すよう
な構成になる。電源１に交流リアクトル２を介してイン
バータ装置３が接続されている。インバータ装置３は直
流入力を印加するための変圧器３６、整流器３２、直流
リアクトル３３、コンデンサ３４が接続され、インバー
タ本体３１と制御装置３５より構成されている。インバ
ータ本体は、各種の転流方式を採用し、サイリスタを用
いて構成される自励式インバータである。

無効電力調整装置は、無効電力を発生するものであるか
ら、有効電力は発生しないので、直流入力はインバータ
装置内の損失のみ供給していることになる。従来のこの
種無効電力調整装置は、このような直流入力回路が存在
するために、装置は、大形になるばかりでなく、高価に
なることがわかる。本発明は、インバータ装置内の損失
分の電力を直接、電源から、交流リアクトルを介して得
ることにより、従来必要であつた直流入力回路を除去で
きる無効電力装置を提供する。

原理は第３図に示すように、電源電圧ｓに対してインバ
ータ出力電圧ＶＩＮの位相を遅らせることにより、電源
電圧とインバータ出力電圧との位相差に相当する有効電
力が電源より交流リアクトルを介してインバータ装置に
供給される。

第３図ａでは、インバータ電圧を電源電圧より大きくす
ることにより、インバータ装置はコンデンサとして働き
、同図ｂでは、インバータ電圧を電源電圧より小さくす
ることによつてインバータ装置はリアクトルとし働くこ
とができ、直流入力回路を持たない無効電力調整装置ｂ
≦実現可能になる。第４図に本発明の一実施例を示す。
電源１に交流リアクトル２を介して、インバータ装置４
が接続されている。インバータ装置４は、インバータ本
体４１とゲート回路４２より構成されている。ゲート回
路４２への入力信号は、電源電圧を基準にした位相調整
回路４０の出力信号である。位相調整回路４０は、電源
１の正弦波電圧と制御電圧Ｅｃとの比較を比較器４４に
より行ない、制御電圧よりも正弦波電圧ｔ）｛大きくな
つた時点で出力が発せられ、微分回路４３により微分さ
れ、その出力がゲート回路４２に印加される。電源の正
弦波電圧は３相から６相を作る変圧器１１によつて得ら
れる。進みの無効電力を制御する場合は、切り換えスイ
ツチ２５，２６は図示のように接続され、正の無効電力
基準信号Ｑｒ（１）は極性変換器２４に入り、負の信号
となる。無効電力は電圧変成器２１、電流変成器２２の
信号演算により無効電力検出器２３から、正の信号Ｑｆ
（ト）として検出される。この検出信号は加算演算器２
７にて加算され、加算出力は極性反転する制御増幅器２
８に印加され、２８の出力は位相調整回路４０の入力の
一つである制御電圧Ｅｃを形成する。本発明の動作説明
を簡単にするため、インバータ装置４のインバータ本体
４１として第５図に示すものを用いる。

このインバータ本体は、交流側転流インバータとして従
来公知であり、複数の主サイリスタ素子４１６、補助サ
イリスタ４２０、ダイオード４１７、転流リアクトル４
１８、転流コンデンサ４１９、フイルタ用コンデンサ４
１１．補助電源４１２より構成され、３相出力が端子４
１３，４１４，４１５より取り出せる。第５図のインバ
ータ出力相電圧波形は第６図ｅに示すような波形となり
、正弦波よりも矩形波に近い。実際の無効電力調整装置
に用いる自励式インバータは、従来の無停電電源設備に
使われているインバータのように多重化して出力電圧波
形を正弦波形に近づけて製作することは言うまでもない
。ここでは、動作を説明するために第６図ｅのような出
力電圧波形を用いる。本発明の動作を第６図の動作波形
を用いて説明する。第５図のインバータ本体には直流回
路としてコンデンサ４１１のみが接続されている。この
インバータ本体は．１サイクルに６回の転流が行なわれ
るので、ゲート回路４２からは、１サイクルに６個の各
主サイリスタ４１６に点弧パルスが出力される。導通し
ている主サイリスタ４１６を消弧するためには主サイリ
スタに接続されている補助サイリスタ４２０を点弧させ
ることが必要である。例えば１つの交流出力端子に接続
されている主サイリスタを消弧させるための補助サイリ
スタの点弧と、次に点弧される同じ交流出力端子に接続
されている主サイリスタとは、転流時間をおいてほゾ同
時に点弧が行なわれることになる。今、進みの無効電力
を調整している状態を考えると、無効電力基準信号が無
効電力検出信号よりも少し大きいため、加算演算器２７
の出力信号は負値となり、極性反転制御増幅器２８の出
力Ｅｃは正値となる。制御電圧Ｅｃが第６図ｂのように
三相電源のＵ相、相電圧Ｖｕと比較演算され、ＶｕがＥ
ｃより大きくなつた時点Ｔ，にて、比較器４４ｂ≦動作
し、同図Ｃのようになる。さらに微分回路４３ｆ）≦動
作し、同図ｄに示すような出力がゲ゛一ト回路４２に印
加され、ゲ゛ート回路より、第５図のインバータ本体の
Ｕ相端子４１３の上側に接続されている主サイリスタ４
１６が点弧され、Ｕ相のインバータ出力相電圧は第６図
ｅに示すように負から正に上昇する。１サイクルの間に
順次主サイリスタｔ）卜点弧され、第６図ｅに示すよう
な波形が出力される。

ｅの波形の基本成分について考えると、電源電圧ｕに対
してθ。の位相遅れを持つておりθ。の位相差に対応す
る有効電力が、電源１からインバータ装置４に供給され
ていることになり、この有効電力はインバータ装置内の
損失に等しい。この時のインバータ装置内のコンデンサ
４１１の直流電圧は調整される無効電力を発生するよう
な値になつている。進みの無効電力を増加させるために
、無効電力基準信号Ｑｒを大きくすると、無効電力検出
信号との扁差ｌ）卜大きくなり、加算演算器２７の出力
ｆ）卜負値で大きくなり、極性反転制御増幅器２８の出
力Ｅｃが大きくなり、電源電圧位相に対してインバータ
装置の出力電圧の遅れ位相差が大きくなり、電源よりイ
ンバータ装置に入る有効電力が大きくなり、この電力は
インバータ装置内の損失とコンデンサ４１１の充電電力
の和に等しくなり、コンデンサ４１１の電圧を上昇させ
る。直流電圧の上昇により、矩形波に近いインバータ出
力電圧が上昇し交流リアクトル２に加わる電圧が大きく
なり、リアクトル２に流れる電流が大きくなり、無効電
力が結果として大きくなり、無効電力基準信号に一致し
た無効電力をインバータ装置ｔ）ｓ発生することになる
。無効電力基準信号を下げると、制御系が同様に働き、
制御電圧Ｅｃが低下し、電源よりインバータ装置に入る
有効電力ｂ≦小さくなり、直流電圧が低下し、インバー
タ出力電圧が低下し、発生無効電力が小さくなることｂ
≦わかる。何んらの原因により制御電圧Ｅｃが上昇すれ
ば、電源電圧との位相差θ。が大きくなり、電源よりイ
ンバータ装置に印加される有効電力ｂ≦増加し、インバ
ータ装置内の直流電圧が上昇し、インバータ電圧が上昇
することになり、大きな進みの無効ノ電力が検出され、
無効電力基準信号を上廻り、加算演算器２７の出力が正
値となり、極性反転制御増幅器２８の出力、すなわち制
御電圧Ｅｃを低下させ、もとの状態にもどるよう制御系
が動作することがわかる。

さらに制御電圧Ｅｃが低下しても、制御系ｆ）≦制御電
圧Ｅｃを上昇させるように働く。遅れの無効電力を調整
する場合は、第４図の切り換えスイツチ２５，２６が図
示とは逆に接続され、無効電力基準信号が正値の信号に
なり、無効電力検出信号は負値の信号として加算演算器
２７に入力され、極性反転制御増幅器２８を動作させる
。無効電力の調整動作は進みの無効電力調整で説明した
のでここでは省略する。定常状態より、今、仮りに制御
電圧Ｅｃが低下すると、電源電圧とインバータ出力電圧
との位相差θ。が小さくなり、電源よりインバータ装置
に入る有効電力ｂ卜少なくなり、インバータ装置内の直
流電圧が低下し、検出される遅れの無効電力が増加し、
無効電力基準信号をオーバすることになり，加算演算器
２７の出力は負値になり、極性反転制御増幅器２８の出
力が増加し、制御電圧Ｅｃを上昇させ、もとの状態にも
どるよう制御系が動作することがわかる。さらに制御電
圧Ｅｃが上昇した場合もＥｃを低下させるように制御系
が働くことになる。本発明のインバータ装置では、出力
電圧に多くの高調波成分を含むが、インバータ装置を多
重化することにより、出力波形が改善される。

この場合の電源電圧を基準にした位相調整回路は、多相
巻線変圧器を用いて構成できる。本発明では電源の正弦
波電圧を位相調整回路の入力の１つに用いたが、発振器
を用いて、発振器出力周波数で多重インバータ装置を動
作させ、発振器の周波数制御により、位相調整を行なう
いわゆるフエーズロツクループ方式の制御方式も採用で
きることは言うまでもない。以上説明したように、本発
明の無効電力調整装置は、直流入力回路が不用になり、
装置を小形に作ることができ、しかも、簡単な制御回路
の追加だけで安価になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインバータ装置の出力調整による無効電力調整
装置の原理を説明するための構成図とベクトル図、第２
図は従来装置の構成図、第３図は本発明の原理を説明す
るためのベクトル図、第４図は本発明の一実施例を示す
構成図、第５図は本発明の一実施例に用いるインバータ
装置の一例を示す図、第６図は本発明の一実施例の動作
を説明するための動作説明図である。 図中１は電源、２は交流リアクトル、４はインバータ装
置、４０は位相調整回路、２３は無効電力検出器、Ｑｒ
は基準無効電力量信号、２４は極性変換器、２５，２６
は切り換えスイツチ、２７は加算演算器、２８は極性反
転制御増幅器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 系統電源に交流リアクトルを介して自励式インバー
   タ装置を接続し、このインバータ出力電圧を制御し上記
   電源電圧より大きくして上記自励式インバータ装置をコ
   ンデンサとして動作させ、逆に上記インバータ出力電圧
   を制御し上記電源電圧より小さくして上記自励式インバ
   ータ装置をリアクトルとして動作させて、無効電力を調
   整する装置において、系統の無効電力を検出した信号と
   調整する無効電力の基準信号とを差動演算して制御電圧
   を導出する手段と、上記電源電圧と上記制御電圧を比較
   して上記自励式インバータ装置の点弧パルスを発生し、
   上記電源電圧に対して上記インバータ出力電圧の位相を
   遅らせる位相調整回路を設け、上記電源電圧と上記イン
   バータ出力電圧との位相差に相当する有効電力を上記電
   源より上記交流リアクトルを介して上記自励式インバー
   タ装置へ供給するようにしたことを特徴とする無効電力
   調整装置。