JP2000139083A - 電源電圧調整装置 - Google Patents

電源電圧調整装置

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JP2000139083A
JP2000139083A JP10312808A JP31280898A JP2000139083A JP 2000139083 A JP2000139083 A JP 2000139083A JP 10312808 A JP10312808 A JP 10312808A JP 31280898 A JP31280898 A JP 31280898A JP 2000139083 A JP2000139083 A JP 2000139083A
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Shigeo Takada
茂生 高田
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電流を略正弦波状にするアクティブフィ
ルタ機能と負荷にかかる電圧の変動・歪みを低減する電
源波形成形機能とを両立させる。 【解決手段】 直流平滑コンデンサ３に各々の直流側出
力を接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷＭイン
バータ構成の直流−交流変換器４，８を備え、第１の直
流−交流変換器４を電源電圧および負荷電流に応じて制
御することにより、直流平滑コンデンサ３の直流電圧を
所定値に保ちながら電源電流を正弦波とするように３相
電源１から負荷２へ供給される負荷電流に調整電流を合
成するとともに、第２の直流−交流変換器８を直流平滑
コンデンサ３の直流電圧および電源電圧に応じて制御す
ることにより、負荷２に所望の実効値電圧が印加される
ように３相電源１から負荷２に供給される３相電圧に調
整電圧を重畳する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、いわゆるパワー
エレクトロニクス応用分野に関するものであり、特に電
源環境の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電源ラインを流れる電流を略
正弦波に調整する目的でアクティブフィルタとよばれる
機器があった。この分野では、より一般的な電源ライン
に対し変圧器または交流リアクトルを介してＰＷＭイン
バータ出力を対置し、変圧器または交流リアクトルを流
れる電流をその部分のインピーダンスとそこにかかる電
位差により調整制御する並列重畳手法と、特許第２７８
８４７３号（特開平２−２６２８４１）に応用されてい
るような、電源ライン上に変圧器の２次側を直列に挿入
し、変圧器１次側にＰＷＭインバータにより電源ライン
電流が略正弦波となるように変圧器２次側に電圧を発生
するように変圧器１次側に電圧を印加する直列重畳手法
がある。
【０００３】並列重畳方式は図８、直列重畳方式は図９
に示すような主回路構成となる。図８において、１は３
相交流電源、２は負荷、３は直流平滑コンデンサ、４は
直流平滑コンデンサ３と直流側出力が接続された電圧形
３相ＰＷＭインバータ構成の第１の直流−交流変換器、
５ないし７は直流−交流変換器４の交流側出力と３相電
源との間に各々挿入された第１ないし第３の交流リアク
トルである。
【０００４】図９において、１は３相交流電源、２は負
荷、３は直流平滑コンデンサ、８は直流平滑コンデンサ
３と直流側出力が接続された電圧形３相ＰＷＭインバー
タ構成の第２の直流−交流変換器、９は１次側巻線は第
２の直流−交流変換器の交流側に接続され２次側巻線は
各々の電源ラインに直列に挿入された変圧器である。
【０００５】従来のアクティブフィルタは、このように
構成されており、並列重畳方式では所定の電流を直接注
入することにより、直列重畳方式では、負荷に正弦波状
の電流が流れるように電圧を重畳することにより、電源
電流を正弦波状に制御していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のアクティブフィ
ルタは、上記のように構成していたので、以下のような
課題があった。すなわち、並列重畳方式では、元々の電
源電圧の歪みに対して制御できず、電源環境による歪み
電流増加に対応できなかった。また、並列重畳方式で
は、電源電圧の大きさについても制御できず、電源電圧
の変動や、変動による電源低下対策として電源電圧を高
めに設定することによる効率低下・負荷への耐圧および
熱ストレス増大に対して対応できなかった。そして、直
列重畳方式では、整流負荷のような歪み電流負荷時に電
源電流の正弦波化制御を実施すると負荷入力電圧が大幅
な歪み電圧となり、負荷の非想定動作や耐圧・熱ストレ
スの増大を引き起こす可能性があった。また、一般的に
は電源電圧は負荷の定格電圧に対して若干高めに設定さ
れることが多く、負荷の効率低下や熱ストレスの増大を
引き起こす可能性があった。
【０００７】この発明は、以上のような課題を解決する
ためになされたもので、電源電流を略正弦波状にするア
クティブフィルタ機能と負荷にかかる電圧の変動・歪み
を低減する電源波形成形機能とを両立できる電源電圧調
整装置を得ようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電源電圧調整装置では、３相電源から負荷に所望の給
電を行なわせるための電源電圧調整装置において、直流
平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデンサに各々の直
流側出力を接続され前記直流平滑コンデンサを共用する
第１および第２の電圧形３相ＰＷＭインバータ構成の直
流−交流変換器とを備え、前記第１の直流−交流変換器
を電源電圧および負荷電流に応じて制御することによっ
て、前記直流平滑コンデンサの直流電圧を所定値に保ち
ながら電源電流を正弦波に近づけるように３相電源から
負荷へ供給される負荷電流に調整電流を合成するととも
に、前記第２の直流−交流変換器を前記直流平滑コンデ
ンサの直流電圧および電源電圧に応じて制御することに
よって、負荷に所望の実効値電圧が印加されるように３
相電源から負荷に供給される３相電圧に調整電圧を重畳
するものである。
【０００９】この発明の請求項２に係る電源電圧調整装
置では、直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデン
サに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷＭイン
バータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第１の直
流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第３の交
流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前記第２
の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変圧器の
１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次巻線を
各々前記３相交流電源の第１ないし第３の交流リアクト
ルとの接続部と負荷の間に直列に挿入するものである。
【００１０】この発明の請求項３に係る電源電圧調整装
置では、直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデン
サに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷＭイン
バータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第１の直
流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第３の交
流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前記第２
の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変圧器の
１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次巻線を
各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交流リア
クトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電源電圧
調整装置において、前記３相電源電圧を検出する電源電
圧検出手段と、前記第１の３相変圧器の２次巻線部を流
れる負荷電流の少なくとも２相分を検出する負荷電流検
出手段と、前記第１ないし第３の交流リアクトル部の少
なくとも２つの線電流を検出する第１の直流−交流変換
器出力電流検出手段と、前記直流平滑コンデンサ部の直
流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記電源電圧検
出手段と前記負荷電流検出手段と前記第１の直流−交流
変換器出力電流検出手段と前記直流電圧検出手段の検出
値により、前記第１の直流−交流変換器を直流電圧一定
としつつ負荷電流と直流−交流変換器の出力電流の和す
なわち電源電流を略正弦波とする、いわゆるアクティブ
フィルタ動作をするように制御する第１のＰＷＭ制御手
段と、前記電源電圧検出手段の検出値から電源電圧実効
値またはピーク値を求める電源電圧実効値／ピーク値検
出手段と、前記電源電圧検出手段と前記電源電圧実効値
／ピーク値検出手段と前記直流電圧検出手段の検出値か
ら、負荷に所望の実効値またはピーク値電圧が印加され
るように第１の変圧器の各相２次巻線に略正弦波状の重
畳電圧を発生する第２のＰＷＭ制御手段を備えたもので
ある。
【００１１】この発明の請求項４に係る電源電圧調整装
置では、直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデン
サに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷＭイン
バータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第１の直
流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第３の交
流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前記第２
の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変圧器の
１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次巻線を
各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交流リア
クトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電源電圧
調整装置において、前記３相電源電圧を検出する電源電
圧検出手段と、前記第１の３相変圧器の２次巻線部を流
れる負荷電流の少なくとも２相分を検出する負荷電流検
出手段と、前記第１ないし第３の交流リアクトル部の少
なくとも２つの線電流を検出する第１の直流−交流変換
器出力電流検出手段と、前記直流平滑コンデンサ部の直
流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記電源電圧検
出手段と前記負荷電流検出手段と前記第１の直流−交流
変換器出力電流検出手段と前記直流電圧検出手段の検出
値により、前記第１の直流−交流変換器を直流電圧一定
としつつ負荷電流と直流−交流変換器の出力電流の和す
なわち電源電流を略正弦波とする、いわゆるアクティブ
フィルタ動作をするように制御する第１のＰＷＭ制御手
段と、前記電源電圧検出手段の検出値と前記直流電圧検
出手段の検出値から、負荷に所望の略正弦波電圧が印加
されるように前記第１の変圧器の各相２次巻線に重畳電
圧を発生する第３のＰＷＭ制御手段を備えたものであ
る。
【００１２】この発明の請求項５に係る電源電圧調整装
置では、直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデン
サに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷＭイン
バータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第１の直
流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第３の交
流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前記第２
の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変圧器の
１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次巻線を
各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交流リア
クトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電源電圧
調整装置において、前記３相電源電圧を検出する電源電
圧検出手段と、前記第１の３相変圧器の２次巻線部を流
れる負荷電流の少なくとも２相分を検出する負荷電流検
出手段と、前記第１ないし第３の交流リアクトル部の少
なくとも２つの線電流を検出する第１の直流−交流変換
器出力電流検出手段と、前記直流平滑コンデンサ部の直
流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記電源電圧検
出手段と前記負荷電流検出手段と前記第１の直流−交流
変換器出力電流検出手段と前記直流電圧検出手段の検出
値により、前記第１の直流−交流変換器を直流電圧一定
としつつ負荷電流と直流−交流変換器の出力電流の和す
なわち電源電流を略正弦波とする、いわゆるアクティブ
フィルタ動作をするように制御する第１のＰＷＭ制御手
段と、前記電源電圧検出手段の検出値と前記負荷電流検
出手段の検出値と前記直流電圧検出手段の検出値から、
電源電圧と負荷電流の位相が略一致しかつ負荷に所望の
略正弦波電圧が印加されるように前記第１の変圧器の各
相２次巻線に重畳電圧を発生する第４のＰＷＭ制御手段
を備えたものである。
【００１３】この発明の請求項６に係る電源電圧調整装
置では、直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデン
サに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷＭイン
バータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第１の直
流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第３の交
流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前記第２
の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変圧器の
１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次巻線を
各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交流リア
クトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電源電圧
調整装置において、前記３相電源電圧を検出する電源電
圧検出手段と、前記第１の３相変圧器の２次巻線部を流
れる負荷電流の少なくとも２相分を検出する負荷電流検
出手段と、前記第１ないし第３の交流リアクトル部の少
なくとも２つの線電流を検出する第１の直流−交流変換
器出力電流検出手段と、前記直流平滑コンデンサ部の直
流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記電源電圧検
出手段と前記負荷電流検出手段と前記第１の直流−交流
変換器出力電流検出手段と前記直流電圧検出手段の検出
値により、前記第１の直流−交流変換器を直流電圧一定
としつつ負荷電流と直流−交流変換器の出力電流の和す
なわち電源電流を略正弦波とする、いわゆるアクティブ
フィルタ動作をするように制御する第１のＰＷＭ制御手
段と、前記電源電圧検出手段の検出値と前記直流電圧検
出手段の検出値から、各電源相電圧とゼロ電圧点が一致
した電源電圧基本波の５倍周波数で基本波実効値に対し
５％程度以下の実効値の略正弦波電圧が電源電圧に重畳
されるように前記第１の変圧器の各相２次巻線に重畳電
圧を発生する第５のＰＷＭ制御手段を備えたものであ
る。
【００１４】この発明の請求項７に係る電源電圧調整装
置では、直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデン
サに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷＭイン
バータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第１の直
流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第３の交
流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前記第２
の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変圧器の
１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次巻線を
各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交流リア
クトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電源電圧
調整装置において、前記第１の直流−交流変換器と前記
第２の直流−交流変換器のＰＷＭ制御周期を異なるもの
とした。
【００１５】この発明の請求項８に係る電源電圧調整装
置では、第２ないし第７の発明において、第１ないし第
３の交流リアクトルを第２の３相変圧器で構成したもの
である。
【００１６】この発明の請求項９に係る電源電圧調整装
置では、３相交流電源に負荷を接続したシステムにおい
て、３相変圧器の１次巻線を電流の基点を外においたＹ
結線として前記３相交流電源の線間に挿入し、前記３相
変圧器の２次巻線の内、Ｒ相に対応する巻線は電流の基
点を負荷側においてＳ相電源ライン上の前記３相変圧器
挿入部より負荷側に直列に挿入し、Ｓ相に対応する巻線
は同様にＴ相ライン上に、Ｔ相に対応する巻線は同様に
Ｒ相ライン上に挿入したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１を用いて、こ
の発明の請求項１，請求項２，請求項３および請求項７
に対応する実施の形態１について説明する。図におい
て、１は３相交流電源、２は負荷、３は直流平滑コンデ
ンサ、４は直流平滑コンデンサ３と直流側出力が接続さ
れた電圧形３相ＰＷＭインバータ構成の第１の直流−交
流変換器、５ないし７は直流−交流変換器４の交流側出
力と３相電源との間に各々挿入された第１ないし第３の
交流リアクトル、８は直流平滑コンデンサ３と直流側出
力が接続された電圧形３相ＰＷＭインバータ構成の第２
の直流−交流変換器、９は１次側巻線は第２の直流−交
流変換器の交流側に接続され２次側巻線は各々の電源ラ
インに直列に挿入された変圧器である。
【００１８】また、１０は電源電圧検出手段、１１は負
荷電流検出手段、１２は第１の直流−交流変換器交流出
力電流検出手段、１３は直流母線電圧検出手段、１４は
電源電圧実効値／ピーク値検出手段、１５は第１のＰＷ
Ｍ制御手段、１６は第１のＰＷＭ駆動手段、１７は負荷
電圧設定手段、１８は第２のＰＷＭ制御手段、１９は第
２のＰＷＭ駆動手段である。ここで、電源電圧検出手段
１０は、３相交流電源１による電源電圧の瞬時値を逐次
検出するものであり、電源電圧実効値／ピーク値検出手
段１４は、電源電圧検出手段１０の出力、すなわち逐次
検出された電源電圧の瞬時値から、その２乗平均の平方
根（ｒｍｓ：root mean square）を算出して実効値を検
出し、あるいは、電源電圧検出手段１０の出力から電源
電圧ピーク値を検出するものである。負荷電流検出手段
１１は、３相交流電源１により負荷２に供給される負荷
電流を検出するものである。
【００１９】図１に示す実施の形態１における制御動作
は、次の通りである。第１のＰＷＭ制御手段１５による
第１の直流−交流変換器４の制御は、電源電圧検出手段
１０の検出値と負荷電流検出手段１１の検出値と第１の
直流−交流変換器交流側出力電流検出手段１２と直流母
線電圧検出手段１３の検出値により、直流母線電圧を所
定値に保ちながら、負荷電流と調整電流としての第１の
直流−交流変換手段の交流側出力電流の和すなわち電源
電流が略正弦波になるように実施される。これは、いわ
ゆるアクティブフィルタ動作であると言うことができ
る。具体的には、各相毎に負荷電流の内電源電圧と同相
の正弦波成分以外を抽出し、第１の直流−交流変換器の
交流側出力電流がそれに略一致するように三角波比較手
法を用いてＰＷＭ制御する。
【００２０】また、第２のＰＷＭ制御手段１８による第
２の直流−交流変換器８の制御は、第１の直流−交流変
換手段で一定制御された直流母線電圧を基準として、電
源電圧の実効値／ピーク値検出手段１４の検出値と負荷
電圧設定手段１７の設定値の差により略正弦波状の第２
の直流−交流変換器の交流側出力電圧値を求め、電源電
圧検出手段１０の検出値から求めた位相に合せて出力す
る。電源電圧の実効値とピーク値は、ほぼ１：√２の関
係があるので、何れを検出しても同様の制御が可能であ
る。
【００２１】なお、電流検出は３相の内２相を検出して
おけば残りの１相はキルヒホッフの法則から導き出せ
る。ここで、第１の直流−交流変換器４と第２の直流−
交流変換器８の制御周期を異なるものとすることによ
り、制御の干渉を抑制する。
【００２２】このように回路を構成し制御することによ
り、第２の直流−交流変換器８の出力により負荷にかか
る電圧を電源電圧の変化があっても実効値的にほぼ定格
値に合せられるので、負荷の効率的な運転が実施できる
とともに、第１の直流−交流変換器４の出力により負荷
電流と調整電流としての第１の直流−交流変換手段の交
流側出力電流の和すなわち電源電流を電源電圧と同相の
略正弦波状として、高力率制御することができる。ま
た、第１の直流−交流変換器４と第２の直流−交流変換
器８の制御周期を異なるものとすることによって、制御
の干渉を抑制し、安定した制御を実現できる。
【００２３】なお、一般的には負荷電圧設定手段１７の
設定値は負荷の定格電圧とするが、負荷がインバータの
場合で、負荷インバータの出力電圧が電源電圧で制限さ
れており、更に電圧を上昇したい場合には、負荷電圧設
定手段１７の設定値を上げることで対応できる。更に、
インバータ負荷において、負荷インバータの出力電圧が
低い場合、負荷電圧設定手段１７の設定値を低く抑える
ことにより、負荷インバータの直流母線電圧が下がり、
損失や発生ノイズの低減を図ることができる。
【００２４】実施の形態２．図２を用いて、この発明の
請求項４に対応する実施の形態２について説明する。図
において、図１に示す実施の形態１との相違点は、第２
の直流−交流変換器の制御で、図１に示す実施の形態１
では電源電圧の実効値／ピーク値を用いていたのに対
し、ここでは電源電圧検出手段１０により逐次検出され
る電源電圧の瞬時値そのものを用いることであり、この
ため制御手段を第３のＰＷＭ制御手段２０としている。
【００２５】図２に示す実施の形態２における制御動作
は次の通りである。第２の直流−交流変換器８の制御に
ついて説明する。実施の形態１では第２の直流−交流変
換器８の出力電圧は略正弦波状であったものが、ここで
は第２の直流−交流変換器８の出力電圧を電源電圧検出
手段１０によって検出された３相電源１による電源電圧
の瞬時値すなわち電源電圧の検出波形そのものと負荷電
圧設定手段１７の設定値に基づく電源電圧の位相に一致
した正弦波波形との差で求めた波形とするよう、第３の
ＰＷＭ制御手段２０により制御する点が異なっている。
【００２６】このように回路を構成し制御することによ
って、第２の直流−交流変換器８の出力により、負荷に
かかる電圧を電源電圧の歪み状態によらず、ほぼ負荷電
圧設定手段１７によって設定した実効値の正弦波状電圧
とすることができるので、負荷の最適効率運転が実施で
きるとともに、第１の直流−交流変換器４の出力により
電源電流を電源電圧と同相の略正弦波状として、高力率
制御することができる。
【００２７】なお、一般的には負荷電圧設定手段１７の
設定値は負荷の定格電圧とするが、負荷がインバータの
場合で、負荷インバータの出力電圧が電源電圧で制限さ
れており、更に電圧を上昇したい場合には、負荷電圧設
定手段１７の設定値を上げることで対応できる。更に、
インバータ負荷において、負荷インバータの出力電圧が
低い場合、負荷電圧設定手段１７の設定値を低く抑える
ことにより、負荷インバータの直流母線電圧が下がり、
損失や発生ノイズの低減を図ることができる。
【００２８】実施の形態３．図３を用いて、この発明の
請求項５に対応する実施の形態３について説明する。図
において、図２に示す実施の形態３との相違点は、第２
の直流−交流変換器の制御で負荷電流検出手段１１の検
出値を用いることであり、このため制御手段を第４のＰ
ＷＭ制御手段２１としている。
【００２９】図３に示す実施の形態３の制御動作は次の
通りである。第２の直流−交流変換器の制御について説
明する。実施の形態２では負荷にかかる電圧を電源電圧
と同位相の正弦波電圧になるように制御していたもの
を、ここでは電源電圧検出手段１０の基本波位相と負荷
電流検出手段１１の基本波位相が略一致するように第２
の直流−交流変換器の交流側出力電圧の位相を進めつつ
負荷にかかる電圧を負荷電圧設定手段１７の設定値に合
った正弦波状とするよう、第４のＰＷＭ制御手段２１に
より制御する。具体的には実施の形態２による歪み電圧
補償値と、位相の進み角と実効値を調整した正弦波電圧
波形を重ねあわせる。位相と実効値の変動はフィードバ
ック制御においてＰＩ制御等を用いて実施する。
【００３０】このように回路を構成し制御することによ
り、実施の形態２の効果とともに、電源から見た基本波
力率の調整を第２の直流−交流変換器８にて電圧調整で
実施することから第１の直流−交流変換器４での電流制
御量を抑制できる。
【００３１】なお、一般的には負荷電圧設定手段１７の
設定値は負荷の定格電圧とするが、負荷がインバータの
場合で、負荷インバータの出力電圧が電源電圧で制限さ
れており、更に電圧を上昇したい場合には、負荷電圧設
定手段１７の設定値を上げることで対応できる。更に、
インバータ負荷において、負荷インバータの出力電圧が
低い場合、負荷電圧設定手段１７の設定値を低く抑える
ことにより、負荷インバータの直流母線電圧が下がり、
損失や発生ノイズの低減を図ることができる。
【００３２】実施の形態４．図４を用いて、この発明の
請求項６に対応する実施の形態４について説明する。こ
の場合、負荷としては３相整流負荷を想定している。図
において、図２に示す実施の形態２との相違点は、入
力，出力は実施の形態２と同様であるが制御内容が相違
しており、このため、制御手段を第５のＰＷＭ制御手段
２２としている。
【００３３】図４に示す実施の形態４の制御動作を説明
する。第２の直流−交流変換器８の制御について説明す
る。図２に示す実施の形態２では、負荷にかかる電圧を
電源電圧と同位相の正弦波電圧になるように制御してい
たものを、ここでは、さらに電源相電圧と同位相の電源
電圧の５倍周波数で実効値が５％程度の正弦波波形を重
畳する。
【００３４】このように回路を構成し制御することによ
り、実施の形態２の効果とともに、３相整流負荷による
歪み電流を第２の直流−交流変換器８にて重畳した５次
調波電圧により効果的に抑制し、第１の直流−交流変換
器４での電流制御量を抑制できる。
【００３５】なお、一般的には負荷電圧設定手段１７の
設定値は負荷の定格電圧とするが、負荷がインバータの
場合で、負荷インバータの出力電圧が電源電圧で制限さ
れており、更に電圧を上昇したい場合には、負荷電圧設
定手段１７の設定値を上げることで対応できる。更に、
インバータ負荷において、負荷インバータの出力電圧が
低い場合、負荷電圧設定手段１７の設定値を低く抑える
ことにより、負荷インバータの直流母線電圧が下がり、
損失や発生ノイズの低減を図ることができる。
【００３６】実施の形態５．図５を用いて、この発明の
請求項８に対応する実施の形態５について説明する。図
において、図１ないし図４に示す実施の形態１ないし実
施の形態４の主回路との相違点は、第１の直流−交流変
換器の電源ラインとの接続において、第１ないし第３の
交流リアクトル５，６，７を３相変圧器２３に置き換え
たものである。動作および制御はこれまでの実施の形態
１ないし４と同様である。
【００３７】このように回路を構成することにより、第
１の直流−交流変換器４，直流平滑コンデンサ３，第２
の直流−交流変換器８が電源ラインと変圧器で絶縁され
るため、第１ないし第２変圧器の巻き数比の選定により
電源ラインの電圧によらず同一の電源電圧調整装置が適
用できる。また、第１ないし第２の変圧器の巻き数比調
整により電源電圧調整装置の直流電圧値を低く設定する
ことにより、耐圧の低い安価な部品により電源電圧調整
装置を構成することができる。
【００３８】なお、一般的には負荷電圧設定手段１７の
設定値は負荷の定格電圧とするが、負荷がインバータの
場合で、負荷インバータの出力電圧が電源電圧で制限さ
れており、更に電圧を上昇したい場合には、負荷電圧設
定手段１７の設定値を上げることで対応できる。更に、
インバータ負荷において、負荷インバータの出力電圧が
低い場合、負荷電圧設定手段１７の設定値を低く抑える
ことにより、負荷インバータの直流母線電圧が下がり、
損失や発生ノイズの低減を図ることができる。
【００３９】実施の形態６．図６および図７を用いて、
この発明の請求項９に対応する実施の形態６について説
明する。図６において、２４は３相変圧器である。図６
に示された装置は、３相変圧器２４の１次巻線Ｒ１，Ｓ
１，Ｔ１を電流の基点を外においたＹ結線として３相交
流電源１の線間に挿入し、３相変圧器２４の２次巻線の
内、Ｒ相に対応する巻線Ｒ２は電流の基点を負荷２側に
おいてＳ相電源ライン上の３相変圧器２４の１次巻線Ｓ
１挿入部より負荷２側に直列に挿入し、Ｓ相に対応する
巻線Ｓ２は同様にＴ相ライン上に、Ｔ相に対応する巻線
Ｔ２は同様にＲ相ライン上に挿入したものである。図６
のように変圧器２４の１次および２次巻線を配すること
により、図７に太線で示すような元々の電源電圧より位
相が進んでかつ電圧値が若干低下した負荷電圧を得るこ
とができる。
【００４０】このように回路を構成することにより、簡
単な構成で電源から見ると力率を改善した負荷電流とす
ることができる。また、一般に電源電圧は定格より高め
に設定されるので、この回路構成による電源電圧に対す
る負荷電圧の低下は実運転上問題となることはなく、逆
に定格電圧に近づいて効率的な運転ができる。
【００４１】
【発明の効果】この発明の請求項１によれば、電源電流
を略正弦波状にするアクティブフィルタ機能と負荷にか
かる電圧の変動・歪みを低減する電源波形成形機能とを
両立できる電源電圧調整装置が得られる効果がある。
【００４２】この発明の請求項２によれば、直流平滑コ
ンデンサと、前記直流平滑コンデンサに接続された第１
および第２の電圧形３相ＰＷＭインバータ構成の直流−
交流変換器とを備え、前記第１の直流−交流変換器の交
流側出力を各々第１ないし第３の交流リアクトルを介し
て３相交流電源に接続し、前記第２の直流−交流変換器
の交流側出力を第１の３相変圧器の１次巻線に接続し、
前記第１の３相変圧器の２次巻線を各々前記３相交流電
源の第１ないし第３の交流リアクトルとの接続部と負荷
の間に直列に挿入することにより、第２の直流−交流変
換器の出力により負荷にかかる電圧を電源電圧の変化が
あっても実効値的にほぼ定格値に合せるられるので、負
荷の効率的な運転が実施できるとともに、第１の直流−
交流変換器の出力により電源電流を電源電圧と同相の略
正弦波状として、高力率制御することができる効果を的
確に実現できる。
【００４３】この発明の請求項３によれば、３相電源電
圧を検出する電源電圧検出手段と、前記第１の３相変圧
器の２次巻線部を流れる負荷電流の少なくとも２相分を
検出する負荷電流検出手段と、前記第１ないし第３の交
流リアクトル部の少なくとも２つの線電流を検出する第
１の直流−交流変換器出力電流検出手段と、前記直流平
滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直流電圧検出手段
と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電流検出手段と前
記第１の直流−交流変換器出力電流検出手段と前記直流
電圧検出手段の検出値により、前記第１の直流−交流変
換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と直流−交流変換
器の出力電流の和すなわち電源電流を略正弦波とするよ
うに制御する第１のＰＷＭ制御手段と、前記電源電圧検
出手段の検出値から電源電圧実効値またはピーク値を求
める電源電圧実効値／ピーク値検出手段と、前記電源電
圧検出手段と前記電源電圧実効値／ピーク値検出手段と
前記直流電圧検出手段の検出値から、負荷に所望の実効
値またはピーク値電圧が印加されるように第１の変圧器
の各相２次巻線に略正弦波状の重畳電圧を発生する第２
のＰＷＭ制御手段を備えたことにより、第２の直流−交
流変換器の出力により負荷にかかる電圧を電源電圧の変
化があっても実効値的にほぼ定格値に合せるられるの
で、負荷の効率的な運転が実施できるとともに、第１の
直流−交流変換器の出力により電源電流を電源電圧と同
相の略正弦波状として、高力率制御することができる。
【００４４】この発明の請求項４によれば、３相電源電
圧を検出する電源電圧検出手段と、前記第１の３相変圧
器の２次巻線部を流れる負荷電流の少なくとも２相分を
検出する負荷電流検出手段と、前記第１ないし第３の交
流リアクトル部の少なくとも２つの線電流を検出する第
１の直流−交流変換器出力電流検出手段と、前記直流平
滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直流電圧検出手段
と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電流検出手段と前
記第１の直流−交流変換器出力電流検出手段と前記直流
電圧検出手段の検出値により、前記第１の直流−交流変
換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と直流−交流変換
器の出力電流の和すなわち電源電流を略正弦波とするよ
うに制御する第１のＰＷＭ制御手段と、前記電源電圧検
出手段の検出値と前記直流電圧検出手段の検出値から、
負荷に所望の略正弦波電圧が印加されるように前記第１
の変圧器の各相２次巻線に重畳電圧を発生する第３のＰ
ＷＭ制御手段を備えたことにより、第２の直流−交流変
換器の出力により負荷にかかる電圧を電源電圧の歪み状
態によらずほぼ負荷電圧設定手段に設定した実効値の正
弦波状電圧とすることができるので、負荷の最適効率運
転が実施できるとともに、第１の直流−交流変換器の出
力により電源電流を電源電圧と同相の略正弦波状とし
て、高力率制御することができる。
【００４５】この発明の請求項５によれば、３相電源電
圧を検出する電源電圧検出手段と、前記第１の３相変圧
器の２次巻線部を流れる負荷電流の少なくとも２相分を
検出する負荷電流検出手段と、前記第１ないし第３の交
流リアクトル部の少なくとも２つの線電流を検出する第
１の直流−交流変換器出力電流検出手段と、前記直流平
滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直流電圧検出手段
と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電流検出手段と前
記第１の直流−交流変換器出力電流検出手段と前記直流
電圧検出手段の検出値により、前記第１の直流−交流変
換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と直流−交流変換
器の出力電流の和すなわち電源電流を略正弦波とするよ
うに制御する第１のＰＷＭ制御手段と、前記電源電圧検
出手段の検出値と前記負荷電流検出手段の検出値と前記
直流電圧検出手段の検出値から、電源電圧と負荷電流の
位相が略一致しかつ負荷に所望の略正弦波電圧が印加さ
れるように前記第１の変圧器の各相２次巻線に重畳電圧
を発生する第４のＰＷＭ制御手段を備えたことによっ
て、請求項４の効果とともに、電源から見た基本波力率
の調整を第２の直流−交流変換器にて電圧調整で実施す
ることから第１の直流−交流変換器での電流制御量を抑
制できる。
【００４６】この発明の請求項６によれば、３相電源電
圧を検出する電源電圧検出手段と、前記第１の３相変圧
器の２次巻線部を流れる負荷電流の少なくとも２相分を
検出する負荷電流検出手段と、前記第１ないし第３の交
流リアクトル部の少なくとも２つの線電流を検出する第
１の直流−交流変換器出力電流検出手段と、前記直流平
滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直流電圧検出手段
と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電流検出手段と前
記第１の直流−交流変換器出力電流検出手段と前記直流
電圧検出手段の検出値により、前記第１の直流−交流変
換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と直流−交流変換
器の出力電流の和すなわち電源電流を略正弦波とするよ
うに制御する第１のＰＷＭ制御手段と、前記電源電圧検
出手段の検出値と前記直流電圧検出手段の検出値から、
各電源相電圧とゼロ電圧点が一致した電源電圧基本波の
５倍周波数で基本波実効値に対し５％程度以下の実効値
の略正弦波電圧が電源電圧に重畳されるように前記第１
の変圧器の各相２次巻線に重畳電圧を発生する第５のＰ
ＷＭ制御手段を備えたことによって、請求項４の効果と
ともに、３相整流負荷による歪み電流を第２の直流−交
流変換器にて重畳した５次調波電圧により効果的に抑制
し、第１の直流−交流変換器での電流制御量を抑制でき
る。
【００４７】この発明の請求項７によれば、第１の直流
−交流変換器と第２の直流−交流変換器の制御周期を異
なるものとすることにより、制御の干渉を抑制し、安定
した制御を実現できる。
【００４８】この発明の請求項８によれば、第１の直流
−交流変換器４、直流平滑コンデンサ３、第２の直流−
交流変換器８が電源ラインと変圧器で絶縁されるため、
第１ないし第２変圧器の巻き数比の選定により電源ライ
ンの電圧によらず同一の電源電圧調整装置が適用でき
る。また、第１ないし第２の変圧器の巻き数比調整によ
り電源電圧調整装置の直流電圧値を低く設定することに
より、耐圧の低い安価な部品により電源電圧調整装置を
構成することができる。
【００４９】この発明の請求項９によれば、簡単な構成
で電源から見ると力率を改善した負荷電流とすることが
できる。また、一般に電源電圧は定格より高めに設定さ
れるので、この回路構成による電源電圧に対する負荷電
圧の低下は実運転上問題となることはなく、逆に定格電
圧に近づいて効率的な運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明における実施の形態１の構成図であ
る。
【図２】 この発明における実施の形態２の構成図であ
る。
【図３】 この発明における実施の形態３の構成図であ
る。
【図４】 この発明における実施の形態４の構成図であ
る。
【図５】 この発明における実施の形態５の構成図であ
る。
【図６】 この発明における実施の形態６の構成図であ
る。
【図７】 この発明における実施の形態６の制御説明図
である。
【図８】 従来装置の一例の構成図である。
【図９】 従来装置の他の例の構成図である。
【符号の説明】
１ ３相交流電源、２ 負荷、３ 直流平滑コンデン
サ、４ 第１の直流−交流変換器、５ 第１の交流リア
クトル、６ 第２の交流リアクトル、７ 第３の交流リ
アクトル、８ 第２の直流−交流変換器、９ 第１の３
相変圧器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｚ Ｆターム(参考） 5G066 EA03 FA01 FB13 FC11 5H007 AA01 AA02 AA08 CA01 CB05 CC01 CC32 DA05 DA06 DB01 DC02 DC05 EA02 5H420 BB02 BB03 BB12 BB18 CC05 DD04 EA11 EA29 EA39 EA45 EA47 EB09 EB38 FF03 FF04 FF22 FF25 FF26

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３相電源から負荷に所望の給電を行なわ
    せるための電源電圧調整装置において、直流平滑コンデ
    ンサと、前記直流平滑コンデンサに各々の直流側出力を
    接続され前記直流平滑コンデンサを共用する第１および
    第２の電圧形３相ＰＷＭインバータ構成の直流−交流変
    換器とを備え、前記第１の直流−交流変換器を電源電圧
    および負荷電流に応じて制御することによって、前記直
    流平滑コンデンサの直流電圧を所定値に保ちながら電源
    電流を正弦波に近づけるように３相電源から負荷へ供給
    される負荷電流に調整電流を合成するとともに、前記第
    ２の直流−交流変換器を前記直流平滑コンデンサの直流
    電圧および電源電圧に応じて制御することによって、負
    荷に所望の実効値電圧が印加されるように３相電源から
    負荷に供給される３相電圧に調整電圧を重畳することを
    特徴とする電源電圧調整装置。
  2. 【請求項２】 直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コ
    ンデンサに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷ
    Ｍインバータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第
    １の直流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第
    ３の交流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前
    記第２の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変
    圧器の１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次
    巻線を各々前記３相交流電源の第１ないし第３の交流リ
    アクトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入することを
    特徴とする、請求項１に記載の電源電圧調整装置。
  3. 【請求項３】 直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コ
    ンデンサに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷ
    Ｍインバータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第
    １の直流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第
    ３の交流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前
    記第２の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変
    圧器の１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次
    巻線を各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交
    流リアクトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電
    源電圧調整装置において、 前記３相電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記
    第１の３相変圧器の２次巻線部を流れる負荷電流の少な
    くとも２相分を検出する負荷電流検出手段と、前記第１
    ないし第３の交流リアクトル部の少なくとも２つの線電
    流を検出する第１の直流−交流変換器出力電流検出手段
    と、前記直流平滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直
    流電圧検出手段と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電
    流検出手段と前記第１の直流−交流変換器出力電流検出
    手段と前記直流電圧検出手段の検出値により、前記第１
    の直流−交流変換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と
    直流−交流変換器の出力電流の和すなわち電源電流を略
    正弦波とするように制御する第１のＰＷＭ制御手段と、
    前記電源電圧検出手段の検出値から電源電圧実効値また
    はピーク値を求める電源電圧実効値／ピーク値検出手段
    と、前記電源電圧検出手段と前記電源電圧実効値／ピー
    ク値検出手段と前記直流電圧検出手段の検出値から、負
    荷に所望の実効値またはピーク値電圧が印加されるよう
    に第１の変圧器の各相２次巻線に略正弦波状の重畳電圧
    を発生する第２のＰＷＭ制御手段を備えたことを特徴と
    する、電源電圧調整装置。
  4. 【請求項４】 直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コ
    ンデンサに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷ
    Ｍインバータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第
    １の直流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第
    ３の交流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前
    記第２の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変
    圧器の１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次
    巻線を各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交
    流リアクトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電
    源電圧調整装置において、 前記３相電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記
    第１の３相変圧器の２次巻線部を流れる負荷電流の少な
    くとも２相分を検出する負荷電流検出手段と、前記第１
    ないし第３の交流リアクトル部の少なくとも２つの線電
    流を検出する第１の直流−交流変換器出力電流検出手段
    と、前記直流平滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直
    流電圧検出手段と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電
    流検出手段と前記第１の直流−交流変換器出力電流検出
    手段と前記直流電圧検出手段の検出値により、前記第１
    の直流−交流変換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と
    直流−交流変換器の出力電流の和すなわち電源電流を略
    正弦波とするように制御する第１のＰＷＭ制御手段と、
    前記電源電圧検出手段の検出値と前記直流電圧検出手段
    の検出値から、負荷に所望の略正弦波電圧が印加される
    ように前記第１の変圧器の各相２次巻線に重畳電圧を発
    生する第３のＰＷＭ制御手段を備えたことを特徴とす
    る、電源電圧調整装置。
  5. 【請求項５】 直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コ
    ンデンサに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷ
    Ｍインバータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第
    １の直流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第
    ３の交流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前
    記第２の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変
    圧器の１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次
    巻線を各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交
    流リアクトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電
    源電圧調整装置において、 前記３相電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記
    第１の３相変圧器の２次巻線部を流れる負荷電流の少な
    くとも２相分を検出する負荷電流検出手段と、前記第１
    ないし第３の交流リアクトル部の少なくとも２つの線電
    流を検出する第１の直流−交流変換器出力電流検出手段
    と、前記直流平滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直
    流電圧検出手段と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電
    流検出手段と前記第１の直流−交流変換器出力電流検出
    手段と前記直流電圧検出手段の検出値により、前記第１
    の直流−交流変換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と
    直流−交流変換器の出力電流の和すなわち電源電流を略
    正弦波とするように制御する第１のＰＷＭ制御手段と、
    前記電源電圧検出手段の検出値と前記負荷電流検出手段
    の検出値と前記直流電圧検出手段の検出値から、電源電
    圧と負荷電流の位相が略一致しかつ負荷に所望の略正弦
    波電圧が印加されるように前記第１の変圧器の各相２次
    巻線に重畳電圧を発生する第４のＰＷＭ制御手段を備え
    たことを特徴とする、電源電圧調整装置。
  6. 【請求項６】 直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コ
    ンデンサに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷ
    Ｍインバータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第
    １の直流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第
    ３の交流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前
    記第２の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変
    圧器の１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次
    巻線を各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交
    流リアクトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電
    源電圧調整装置において、 前記３相電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記
    第１の３相変圧器の２次巻線部を流れる負荷電流の少な
    くとも２相分を検出する負荷電流検出手段と、前記第１
    ないし第３の交流リアクトル部の少なくとも２つの線電
    流を検出する第１の直流−交流変換器出力電流検出手段
    と、前記直流平滑コンデンサ部の直流電圧を検出する直
    流電圧検出手段と、前記電源電圧検出手段と前記負荷電
    流検出手段と前記第１の直流−交流変換器出力電流検出
    手段と前記直流電圧検出手段の検出値により、前記第１
    の直流−交流変換器を直流電圧一定としつつ負荷電流と
    直流−交流変換器の出力電流の和すなわち電源電流を略
    正弦波とするように制御する第１のＰＷＭ制御手段と、
    前記電源電圧検出手段の検出値と前記直流電圧検出手段
    の検出値から、各電源相電圧とゼロ電圧点が一致した電
    源電圧基本波の５倍周波数で基本波実効値に対し５％程
    度以下の実効値の略正弦波電圧が電源電圧に重畳される
    ように前記第１の変圧器の各相２次巻線に重畳電圧を発
    生する第５のＰＷＭ制御手段を備えたことを特徴とす
    る、電源電圧調整装置。
  7. 【請求項７】 直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コ
    ンデンサに接続された第１および第２の電圧形３相ＰＷ
    Ｍインバータ構成の直流−交流変換器とを備え、前記第
    １の直流−交流変換器の交流側出力を各々第１ないし第
    ３の交流リアクトルを介して３相交流電源に接続し、前
    記第２の直流−交流変換器の交流側出力を第１の３相変
    圧器の１次巻線に接続し、前記第１の３相変圧器の２次
    巻線を各々前記３相交流電源の前記第１ないし第３の交
    流リアクトルとの接続部と負荷の間に直列に挿入した電
    源電圧調整装置において、前記第１の直流−交流変換器
    と前記第２の直流−交流変換器のＰＷＭ制御周期を異な
    るものとしたことを特徴とする、請求項２ないし請求項
    ６のいずれかに記載の電源電圧調整装置。
  8. 【請求項８】 第１ないし第３の交流リアクトルを第２
    の３相変圧器で構成したことを特徴とする、請求項２な
    いし請求項７のいずれかに記載の電源電圧調整装置。
  9. 【請求項９】 ３相交流電源に負荷を接続したシステム
    において、３相変圧器の１次巻線を電流の基点を外にお
    いたＹ結線として前記３相交流電源の線間に挿入し、前
    記３相変圧器の２次巻線の内、Ｒ相に対応する巻線は電
    流の基点を負荷側においてＳ相電源ライン上の前記３相
    変圧器挿入部より負荷側に直列に挿入し、Ｓ相に対応す
    る巻線は同様にＴ相ライン上に、Ｔ相に対応する巻線は
    同様にＲ相ライン上に挿入したことを特徴とする、電源
    電圧調整装置。
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