JPS62209603A - 無効電力補償装置 - Google Patents

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） 本発明は圧延機やクレーンなどのモータ負荷で遅れ無効
電力を消費する装置に対して力率を補償する無効電力補
償装置に関する。

（従来の技術） 第３図は従来の無効電力補償装置の一例を示す回路図で
ある。同図の無効電力補償用コンデンサ装置は２つのサ
イリスタ１を逆並列に接続し、これと直列にコンデンサ
２と直列リアク１〜ル３を接続したものをΔに結線して
、系統電圧安定化装置や力率改善装置等に使用するもの
である。図中５−１〜５−３は電源電圧であり、また直
列リアクトル３はコンデンサ投入時の突入電流抑制のた
めに用いられるものである。このような構成の無効電力
補償用コンデンサ装置において、サイリスクにゲート信
号を与えるタイミングについて以下図面に従って説明す
る。

第４図は第３図のＲ−Ｓ間の部分を取り出した単相回路
を示す説明図である１図中Ｔｈｌ、Ｔｈ２はサイリスタ
、２はコンデンサ、３は直列リアクトル、４−１．４−
２は夫々サイリスタＴｈｌ。

Ｔｈ２のアノード・カソード間（以下Ａ　−Ｋ　Ｉｔ＋
’ｌと記す）の順電圧・逆電圧検出装置ｆ！（以下順逆
電圧検出装置と記す）、５は電源電圧である。順逆電圧
検出装置４−１．４−２の機能はサイリスタＴｈｌ　と
Ｔｈ２の印加電圧を検出し、この印加電圧が順電圧のと
き出力「１」、零又は逆電圧のとき出力「０」を出力す
るものである。

次に、電源電圧とコンデンサ電流の関係を第５図に示す
。図中（ａ）は電源電圧ＶＨ８、（ｂ）はコンデンサ２
の電流ｉ。、即ち、サイリスタＴｈｌ、Ｔｈ２に流れる
電流を示し、（Ｃ）及び（ｄ）の方形波は夫々サイリス
タＴ’ｂｌ、Ｔｈ２に電流が流れる区間を示したもので
ある。ここで、コンデンサ電流ｉ（Ｈは通常、電圧より
９０’進みの電流が流れる。いま、Ｒ５間の電圧をＶＲ
ｌｉ、Ｔ相の電圧をＶＴ　　（図示せず）とすれば、電
圧が平衝しているとするとサイリスタＴｈｌの導通区間
というのはＶＴが正の時で、サイリスタＴ　ｈ　２の導
通区間というのはｖＴが負の時となる。

従って、サイリスタＴｈｌにゲート信号を与えるにはＶ
７が正になった時、サイリスタＴｈ２にゲート信号を与
えるにはＶ７が負になった時である。以上のような考え
はコンデンサ２が一度電源電圧のピーク値に充電された
以後の場合である。

次に、コンデンサ電圧が零であったり、零と電源電圧の
ピーク値との間にある場合のゲート信号を与えるタイミ
ングについて説明する。このような場合、電源電圧がピ
ーク値となった時、サイリスタＴｈｌ　、Ｔｈ２のＡ−
に間には該電源電圧のピーク電圧とコンデンサ電圧との
差電圧がかかる。

従って、このＡ−に間にかかる差電圧が大きい時にゲー
ト信号を与えてしまうと大きな振動性の突入電流を発生
することになる。よって、大きな振動性の突入電流の発
生を避けるためにはサイリスタＴｈｌ　、Ｔｈ２のＡ−
に間にかかる順電圧が小さい時に、ゲート信号を与える
ようにしなければならない。

さて次に制御部分について説明をする。第６図に従来方
式の制御ブロック図を示す。１〜３については第３図で
の説明と同様である。　　１１０は無効電力補償用コン
デンサ装置、１１１は変流器、１１２は変成器、１１３
は負荷、１１４は無効電力検出トランスジューサ、１１
５−１〜１１５−ｎはレベル検出回路、１１６−１〜１
１６−ｎはゲート制御ユニットである。

このブロック図の作用を次に説明する。変流器１１１に
より負荷１１３と無効電力補償用コンデンサ装置１１０
の合成した電流を検出する。この変流器１１１と変成器
１１２とにより無効電力検出トランスジューサ１１４で
無効電力を検出する。無効電力検出トランスジューサ１
１４では第７図に示すような特性を持っている。即ち遅
相無効電力でプラスの電圧が出力され、進相無効電力に
よりマイナスの電圧が出力される。この関係は零点をは
さんで線形の関係になっている。次にこの無効電力検出
トランスジューサ１１４の出力をレベル検出回路１１５
−１〜１１５−ｎに入力する。これらのレベル検出回路
１１５−１〜１１５−ｎのうち、１１５−１と１１５−
２の２つの場合について入出力特性例を第８図の（ａ）
、（ｂ）にそれぞれ示す。（ａ）は入力信号として無効
電力検出トランスジューサ１１４のプラス電圧出力で、
コンデンサ１バンク以上の無効電力信号が入って来ると
「１」の信号を出力する。逆に無効電力検出トランスジ
ューサ１１４のマイナス電圧出力でコンデンサ１バンク
以上の無効電力信号が入って来ると「−１」を出力する
。また、（ｂ）は入力信号として無効電力検出トランス
ジューサ１１４のプラス電圧出力でコンデンサ２バンク
以上の無効電力信号が入って来ると「１」の信号を出力
する。逆に入力信号として無効電力検出トランスジュー
サ１１４のマイナス電圧出力でコンデンサ２バンク以上
の無効電力信号が入って来ると「−１」を出力する。　
１１５−３、〜，１１５−ｎも同様である。これらの検
出回路１１５　１．〜．１１５−ｎの出力はゲート制御
ユニット１１６−１、〜，１１６−ｎに入力される。こ
こではレベル検出回路１１５−１．〜，１１５−ｎの出
力が「１」のときにサイリスタ１にパルスを送出しゲー
トをたたいてサイリスタとコンデンサに電流が流れるよ
うにする。逆に出力が「−１」のときはパルス送出をや
めて、ゲートをブロックし、コンデンサ電流を流さない
ように作用する。

このようにして、変流器１１１で見ているフィーダの無
効電力が零に近づくように制御される。

（本発明が解決しようとする問題点） コンデンサを系統へ入れたり切ったりするタイミングに
ついて第９図に従って説明する。第９図は従来の無効電
力補償用コンデンサ装置の動作説明用波形図である。図
中（ａ）は電源電圧ｖＲｓとコンデンサ電圧ｖｃ、（ｂ
）はサイリスタＴｈｌのＡ−に間型圧、（ｃ）はコンデ
ンサ電流、（ｄ）はコンデンサ投入指令、（６）はゲー
ト信号を示す。ここでサイリスタにゲート信号を与え導
通状態にしてコンデンサ電流を系統側に流すことを投入
、一方サイリスタのゲート信号をブロックしてコンデン
サ電流を系統側に流さないことを開放と呼ぶこととする
。

コンデンサ電圧ＶＣが第９図の如く、零と電源電圧ＶＲ
ｇのピーク値との間にある場合は、サイリスタＴｈｌの
Ａ−に間には○≦θ≦０１の時で逆電流がかかっており
、θを境に、ｌ１ｌｔ電圧がかがる。

従ってサイリスタＴｈｌのＡ−に間型圧が逆電圧から順
電圧になる０の時点で（第９図（ロ））、コンデンサ投
入指令（第９図（イ））に従って、サイリスタＴｈｌに
ゲート信号を与える。このようにすればサイリスタＴｈ
ｌにかかる順電圧は小さいので、大きな突入電流は発生
しない。

そしてその後は電源電圧の零クロス点のところでコンデ
ンサ２は電源電圧ＶＨ８のピーク値まで充電される。

（ただし、実際には直列リアクトル３があるの、　　で
電源電圧　ＶＢ２のピーク値よりも直列リアクトルの印
加電圧分だけ高い値に充電されることになる。）従って
前述のように、９０’進み電流が流れるようにサイリス
タＴｈｌ及びサイリスタＴｈ２にゲート信号を与えれば
よい。

しかしながら、このような制御をした場合には以下のよ
うな不都合がある。即ち、サイリスタにゲート信号を与
えコンデンサ電流を流した後、コンデンサ開放指令が出
てゲートブロックされサイリスタがオフした場合につい
て考える。この時、コンデンサ電圧Ｖｃは、前述のよう
に電源電圧ＶＢのピーク値よりも直列リアクトル３の印
加電圧分だけ高い状態である。また、電源電圧ＶＲ９が
何らかの理由により低下している場合もある。このとき
第９図（ニ）の如く再びコンデンサ投入指令が出ると、
その時点では電源電圧ＶＲＩＩのピーク値がコンデンサ
電圧ｖｃより低いという状態が生じている。このような
場合、逆並列されたサイリスタＴｈｌ　、Ｔｈ２の一方
には順電圧のみが、他方には逆電圧のみが印加されてい
る二゛とになる。

（第９図にはサイリスタＴｈｌが逆電圧となっているこ
とを示す、） ここで前述のようなサイリスタのＡ−ＫＱ電圧が逆電圧
から順電圧になったときにゲート信号を与える方法によ
ると、第９図（ｂ）のＡ部分に示すように、サイリスタ
ＴｈｌのＡ−ＫｒＪＪ電圧は零点をクロスしないため、
コンデンサ投入指令が出ても、ゲート信号は直ちに出る
ことはない。従ってこのような場合、従来の制御方法に
よると、ゲーＭｕ号はコンデンサ電圧■。が放電により
電源電圧ＶＨ３のピーク値より低（なるまで待たなけれ
ばならないという欠点があった。

本発明はこのような欠点を除去するためになされたもの
で、再投入時のようなコンデンサ電圧が電源電圧のピー
ク値より高い場合であっても、直ちにゲート信号を与え
ることができ、同時に通電開始時の突入電流を小さくす
ることが出来る無効電力補償装置を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、サイリスタのＡ−
ＫｒＪＪ電圧の逆電圧から順電圧になった時点で該サイ
リスタに最初のゲート信号を与える手段と、電源電圧の
雰クロス点で常にゲート信号を与える手段の双方を兼ね
備えたことを特徴とするものである。

（実施例） 以下第１図および第２図を参照して本発明の一実施例を
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。

図中Ｔｈｌ　、Ｔｈ２はサイリスタ、２はコンデンサ、
３は直列リアクトル、４−１と４−２はサイリスタＴｈ
ｌ　、Ｔｈ２のＡ−に間の順逆電圧検出装置、５は電源
、６は電圧変成器、７は零点検出器、１０−１と１０−
２はワンショットマルチ回路。

１１−１　トｌｌ−２はＯＲ回路、１２−１　ト１２−
２はＡＮＤ回路、１３−１と１３−２はゲートパルス発
生装置、１４−１と１４−２はパルストランスである。

次にこれら要素それぞれの機能について説明する。

電圧変成器６は電源電圧を低電圧レベルまで降圧するた
めに用いる。零点検出器７は入力電圧波形の零点を検出
し、その時点でパルス信号を出力する。ワンショットマ
ルチ回路１０−１と１０−２は入力が「０」から「１」
に変化したときに一つのパルス信号を出力する。ＡＮＤ
回路１２−１と１２−２は入力全部が「１」のときに出
力「１」となり、その他の入力の時は出力「０」となる
、ＯＲ回路１１−１　、１１−２は一つ以上「１」が入
力されたときに出力「１」となる。ゲートパルス発生袋
ｖ１１３−１と１３−２は入力が「１」のときにサイリ
スタＴｈｌとＴｈ２へのパルスが出力される。そして、
パルストランス１４−１と１４−２は制御回路と主回路
との絶縁のために使用される。

次に第１図の実施例について動作を説明する。

まず電圧変成器６で降圧された低レベル電圧は零点検出
器７に入力される。零点検出器７では入力電圧波形の零
クロス点でパルス信号を出力する。

一方、順逆電圧検出装置４−１と４−２はサイリスタＴ
ｈｌ　とＴｈ２のＡ−に順電圧を検出し、これが順電圧
のとき「１」、零又は逆電圧のときｒＯＪをワンショッ
トマルチ回路１０−１と１０−２に出力する。ワンショ
ットマルチ回路１０−１．１０−２は入力信号がｒＯＪ
から「１」に変化するときに一つのパルス信号を出力す
る。即ちサイリスタ　Ｔｈｌ　、Ｔｈ２のＡ−に順電圧
が零又は逆電圧から順電圧に切換わるときに一つのパル
ス信号をＯＲ回路１１−１と１１−２へそれぞれ出力す
ることになる。従ってＯＲ回路１１−１と１１−２への
入力はサイリスタＴｈｌ　とＴｈ２のＡ−ＫｒＪＪ電圧
が零又は逆電圧から順電圧に切換わるときに生ずるパル
ス信号と電源電圧の零点で生ずるパルス信号を入力して
いる。そして、ＡＮＤ回路１２−１と１２−２はコンデ
ンサ投入指令の条件を入れ、ＯＲ回路１１−１と１１−
２からの信号をゲートパルス発生袋［１３−１と１３−
２へ出力する。その後、ゲートパルス発生装置１３−１
と１３−２はパルストランス１４−１と１４−２を通し
てパルス信号をパルストランス１４−１と１４−２を通
してパルス信号をサイリスタＴｈｌとＴｈ２へ送出する
。

次に第２図を用いて更にその動作を詳述する。

第２図は本発明の動作説明用波形図である。図中（ａ）
は電源電圧ＶＨ５とコンデンサ電圧ｖ０、（ｂ）はサイ
リスタＴｈｌのＡ−ＫｒＪＩ電圧、（Ｃ）はコンデンサ
電流、（ｄ）はコンデンサ投入指令、（ｅ）はゲート信
号を示す。

まずコンデンサ電圧ｖ０が電源電圧ＶＨ８のピーク値よ
り低いときにコンデンサ投入指令が出た場合（第２図（
イ））、サイリスタＴｈｌのＡ−に順電圧が逆電圧から
順電圧に変わった時点（第２図（ロ））、ワンショット
マルチ回路１０−１からパルス４３号が出力されＯＲ回
路１１−１、ＡＮＤ回路１２−１を通してゲートパルス
発生装置１３−１からグー１〜信号が出力される。

以後、ゲート信号はサイリスタＴｈｌ　、Ｔｈ２に出力
され、サイリスタＴｈｌ　、Ｔｈ２は点弧し。

コンデンサ電流が流れる。サイリスタＴｈｌのＡ−に順
電圧が逆電圧から順電圧になった時点（第２図（ロ））
でゲート信号を与えることとしているので大きな突入電
流を生ずることはない。

次にコンデンサ投入指令が消えた場合、ＡＮＤ回路１２
−１と１２−２の出力がなくなり、ゲート信号は切れて
、コンデンサ電流が零となる（第２図（ハ））、その時
は前述の如く、コンデンサ電圧Ｖｃは電源電圧ＶＲＢの
ピーク値よりも、直列リアクトル３の印加電圧分だけ高
い状態に充電される。

次に、このようなコンデンサ電圧ＶＱが電源電圧ｖＲｓ
のピーク値よりも高い状態のときにコンデンサ投入指令
が出た場合（第２図（ニ））、サイリスタのＡ−に間の
順逆電圧検出装置４−１と４−２では零クロス点が出な
いのでワンショットマルチ回路１０−１と１Ｏ−２から
は出力されない。一方。

電圧変成器６と零点検出器７からの信号は電源電圧の零
点で常時出力されており、この信号とコンデンサ投入指
令とからＡＮＤ回路１２−１が成立しサイリスタＴｈｌ
が点弧しコンデンサ電流が流れはじめる（第２図（ホ）
）。

従って、従来の制御方法においてはコンデンサ電圧ｖｃ
が電源電圧ＶＲ８のピーク値よりも高い状態のときサイ
リスタＴｈｌのＡ−に間型圧に零クロス点が直ぐに来な
いため、コンデンサが放電する時間はゲート信号の印加
が待たされていた。しかし本発明によれば電源電圧の零
点を検出し、ゲート信号を与えているため待期時間が１
サイクル以下と短いものになっている。また、従来の方
式に追加する回路が簡単であり、コンデンサ電流も比較
的大きな突入電流なしで制御可能である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明した如く本発明によれば、コンデンサ投
入開始時、すなわちコンデンサ電圧が電源電圧のピーク
値より低い場合はもちろん、再投入時、すなわちコンデ
ンサ電圧が電源電圧のピーク値より高い場合であっても
、コンデンサ投入指令からサイリスタのゲート信号が出
るまでの待期時間を短かくすることができ、更にコンデ
ンサの突入電流を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は本発
明の実施例の動作説明用波形図、第３Ｍは従来の無効電
力補償用コンデンサ装置の一例を示す図、第４図は第３
図のＲ−５間の部分を取り出した単相回路を示す説明図
、第５図は電源電圧とコンデンサ電流の関係を示す図、
第６図は従来の制御ブロック図、第７図は無効電力検出
トランスジューサの特性図、第８図はレベル検出回路の
入出力特性図、第９図は従来の無効電力補償装置の動作
説明用波形図である。 １、Ｔｈ１．Ｔｈ２・・・サイリスタ ２・・・コンデンサ　　　　３・・・リアクトル４−１
．４−２・・・順逆電圧検出装置５、５−１．５−２．
５−３・・・電源電圧６・・・電圧変成器　　　　７・
・・零点検出器１０−１．１０−２・・・ワンショット
マルチ回路１１−１．１１−２・・・ＯＲ回路 １２−１．１２−２・・・ＡＮＤ回路 １３−１．１３−２・・・ゲートパルス発生装置１４−
１．１４−２・・・パルストランス１１０・・・無効電
力補償用コンデンサ装置１１１・・・変流器　　　　　
１１２・・・変成器１１３・・・負荷 １１４・・・無効電力検出トランスジューサ１１５−１
．〜．１１５−ｎ−レベル検出回路１１６−１．〜，１
１６−ｎ・・・ゲート制御ユニット代理人　弁理士　則
　近　憲　佑 同　　三俣弘文 爛 第３図 第４図 第５図 無な７７電カドランスジ薔−サ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 逆並列接続されたサイリスタとコンデンサを直列に接続
   し、さらに前記コンデンサにリアクトルを直列接続して
   電力系統に接続した無効電力補償装置において、前記コ
   ンデンサの投入指令がきたときにサイリスタのアノード
   ・カソード間電圧を監視し、逆電圧から順電圧になった
   時点でサイリスタにゲート信号を与える手段と電源電圧
   の零時点でサイリスタにゲート信号を与える手段との２
   つを備えていることを特徴とする無効電力補償装置。