JP2002191125A - 力率改善装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電力系統などの交流電源からみた負荷機器の力
率を改善する力率改善装置を小型，低価格にする。 【解決手段】力率改善装置４を直流回路４ａ，コンデン
サ４ｂ，インバータ４ｃ，変圧器４ｄと、制御回路４ｅ
又は制御回路４ｆとで構成し、前記制御回路により変圧
器４ｄの出力電圧ＶX を負荷機器２の電流ＩL と交流電
源１の端子電圧ＶT とが「ほぼ同相」になるように制御
して前記力率を改善する。
率を改善する力率改善装置を小型，低価格にする。 【解決手段】力率改善装置４を直流回路４ａ，コンデン
サ４ｂ，インバータ４ｃ，変圧器４ｄと、制御回路４ｅ
又は制御回路４ｆとで構成し、前記制御回路により変圧
器４ｄの出力電圧ＶX を負荷機器２の電流ＩL と交流電
源１の端子電圧ＶT とが「ほぼ同相」になるように制御
して前記力率を改善する。
Description
【発明の属する技術分野】この発明は電力系統などの交
流電源から負荷機器に電力を供給する際に、この交流電
源から見た該負荷機器側の力率を改善する力率改善装置
に関する。
流電源から負荷機器に電力を供給する際に、この交流電
源から見た該負荷機器側の力率を改善する力率改善装置
に関する。
【従来の技術】図１２は、この種の力率改善装置の従来
例を示す回路構成図である。図１２において、１は交流
電源、２は交流電源１から給電され、例えば、等価的
に、抵抗成分とインダクタンス成分とからなる負荷機
器、３は力率改善装置としての自励式無効電力補償装置
を示し、この自励式無効電力補償装置３は直流回路３ａ
と、インバータ３ｂと、変圧器３ｃと、インバータ３ｂ
への指令値（Ｉ*）を生成する制御回路３ｄとから構成
されている。図１２に示した自励式無効電力補償装置３
の動作を、図１３に示すベクトル図を参照しつつ、以下
に説明する。すなわち、交流電源１の端子電圧をＶT と
し、交流電源１からの電流をＩS とし、負荷機器２の両
端電圧をＶL とし、負荷機器２に流れる電流をＩL と
し、自励式無効電力補償装置３から出力する電流をＩC
とすると、前記ＶL とＩLとの間には、負荷機器２を形
成する抵抗成分とインダクタンス成分とに起因して、位
相差φ（力率角φとも称する）が生じている。また、前
記ＶT ＝ＶL の関係にある。先ず、自励式無効電力補償
装置３が動作していないときには、前記ＩS ＝ＩLの関
係になり、従って、前記ＶT とＩS との間には前記位相
差φがあり、交流電源１から見た負荷機器２側の力率も
「ｃｏｓφ」となっている。次に、図１３に示したベク
トル図のように、交流電源１から見た負荷機器２側の力
率をほぼ「１」にする（前記ＶT とＩS との間の位相差
を「ほぼ零」にする）ためには、前記ＶT と直交した前
記ＩC を自励式無効電力補償装置３が供給すればよく、
このためのインバータ３ｂへの電流指令値Ｉ* （＝
ＩC ）を、周知の技術により、制御回路３ｄが生成して
いる。
例を示す回路構成図である。図１２において、１は交流
電源、２は交流電源１から給電され、例えば、等価的
に、抵抗成分とインダクタンス成分とからなる負荷機
器、３は力率改善装置としての自励式無効電力補償装置
を示し、この自励式無効電力補償装置３は直流回路３ａ
と、インバータ３ｂと、変圧器３ｃと、インバータ３ｂ
への指令値（Ｉ*）を生成する制御回路３ｄとから構成
されている。図１２に示した自励式無効電力補償装置３
の動作を、図１３に示すベクトル図を参照しつつ、以下
に説明する。すなわち、交流電源１の端子電圧をＶT と
し、交流電源１からの電流をＩS とし、負荷機器２の両
端電圧をＶL とし、負荷機器２に流れる電流をＩL と
し、自励式無効電力補償装置３から出力する電流をＩC
とすると、前記ＶL とＩLとの間には、負荷機器２を形
成する抵抗成分とインダクタンス成分とに起因して、位
相差φ（力率角φとも称する）が生じている。また、前
記ＶT ＝ＶL の関係にある。先ず、自励式無効電力補償
装置３が動作していないときには、前記ＩS ＝ＩLの関
係になり、従って、前記ＶT とＩS との間には前記位相
差φがあり、交流電源１から見た負荷機器２側の力率も
「ｃｏｓφ」となっている。次に、図１３に示したベク
トル図のように、交流電源１から見た負荷機器２側の力
率をほぼ「１」にする（前記ＶT とＩS との間の位相差
を「ほぼ零」にする）ためには、前記ＶT と直交した前
記ＩC を自励式無効電力補償装置３が供給すればよく、
このためのインバータ３ｂへの電流指令値Ｉ* （＝
ＩC ）を、周知の技術により、制御回路３ｄが生成して
いる。
【発明が解決しようとする課題】図１２に示した従来の
力率改善装置では、インバータ３ｂから負荷機器２の力
率に対応した無効電流を交流電源１に対して並列接続で
注入するために、自励式無効電力補償装置３には電流供
給能力を具備する必要があり、その結果、装置全体が大
型化し、高価格になるという難点があった。この発明の
目的は上記難点を解消し、装置全体が小型，低価格の力
率改善装置を提供することにある。
力率改善装置では、インバータ３ｂから負荷機器２の力
率に対応した無効電流を交流電源１に対して並列接続で
注入するために、自励式無効電力補償装置３には電流供
給能力を具備する必要があり、その結果、装置全体が大
型化し、高価格になるという難点があった。この発明の
目的は上記難点を解消し、装置全体が小型，低価格の力
率改善装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】この第１の発明は、交流
電源と負荷機器との間に出力側が直列接続される電力変
換器と、該電力変換器の入力側に接続される直流回路
と、該直流回路に接続されるエネルギー蓄積手段とから
構成され、前記電力変換器の出力電圧の位相と前記負荷
機器に流れる電流の位相とをほぼ直交させるとともに、
該電力変換器の前記交流電源側の端子電圧の位相と前記
負荷機器に流れる電流の位相とがほぼ同相になるよう
に、前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴と
した力率改善装置にする。第２の発明は、交流電源と負
荷機器との間に出力側が直列接続される電力変換器と、
該電力変換器の入力側に接続される直流回路と、該直流
回路に接続されるエネルギー蓄積手段とから構成され、
前記電力変換器の前記交流電源側の端子電圧の位相と前
記負荷機器に流れる電流の位相とがほぼ同相になり、さ
らに前記エネルギー蓄積手段に蓄積されるエネルギーが
ほぼ一定値になるように、前記電力変換器の出力電圧を
制御することを特徴とした力率改善装置にする。第３の
発明は、交流電源と負荷機器との間に出力側が直列接続
される第１の電力変換器と、該交流電源に出力側が並列
接続される第２の電力変換器と、第１の電力変換器の入
力側と第２の電力変換器の入力側とに接続される直流回
路と、該直流回路に接続されるエネルギー蓄積手段とか
ら構成され、第２の電力変換器の前記交流電源への接続
点を、第１の電力変換器の該交流電源への接続点よりも
該交流電源側に設置し、第１の電力変換器の前記交流電
源側の端子電圧の位相と前記負荷機器に流れる電流の位
相とがほぼ同相になるように、第１の電力変換器の出力
電圧を制御し、前記エネルギー蓄積手段に蓄積されるエ
ネルギーがほぼ一定値になるように、第２の電力変換器
の出力電流を制御することを特徴とした力率改善装置に
する。第４の発明は、交流電源と負荷機器との間に出力
側が直列接続される第１の電力変換器と、該交流電源に
出力側が並列接続される第２の電力変換器と、第１の電
力変換器の入力側と第２の電力変換器の入力側とに接続
される直流回路と、該直流回路に接続されるエネルギー
蓄積手段とから構成され、第１の電力変換器の前記交流
電源への接続点を、第２の電力変換器の該交流電源への
接続点よりも該交流電源側に設置し、第１の電力変換器
の前記交流電源側の端子電圧の位相と前記負荷機器に流
れる電流の位相とがほぼ同相になるように、第１の電力
変換器の出力電圧を制御し、前記エネルギー蓄積手段に
蓄積されるエネルギーがほぼ一定値になるように、第２
の電力変換器の出力電流を制御することを特徴とした力
率改善装置にする。この発明によれば、負荷機器の力率
角の分だけ交流電源に直列接続の前記電力変換器により
該負荷機器に印加される電圧を移相させることで、交流
電源の電圧の位相と前記負荷機器に流れる電流の位相と
をほぼ同相にすることができる。
電源と負荷機器との間に出力側が直列接続される電力変
換器と、該電力変換器の入力側に接続される直流回路
と、該直流回路に接続されるエネルギー蓄積手段とから
構成され、前記電力変換器の出力電圧の位相と前記負荷
機器に流れる電流の位相とをほぼ直交させるとともに、
該電力変換器の前記交流電源側の端子電圧の位相と前記
負荷機器に流れる電流の位相とがほぼ同相になるよう
に、前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴と
した力率改善装置にする。第２の発明は、交流電源と負
荷機器との間に出力側が直列接続される電力変換器と、
該電力変換器の入力側に接続される直流回路と、該直流
回路に接続されるエネルギー蓄積手段とから構成され、
前記電力変換器の前記交流電源側の端子電圧の位相と前
記負荷機器に流れる電流の位相とがほぼ同相になり、さ
らに前記エネルギー蓄積手段に蓄積されるエネルギーが
ほぼ一定値になるように、前記電力変換器の出力電圧を
制御することを特徴とした力率改善装置にする。第３の
発明は、交流電源と負荷機器との間に出力側が直列接続
される第１の電力変換器と、該交流電源に出力側が並列
接続される第２の電力変換器と、第１の電力変換器の入
力側と第２の電力変換器の入力側とに接続される直流回
路と、該直流回路に接続されるエネルギー蓄積手段とか
ら構成され、第２の電力変換器の前記交流電源への接続
点を、第１の電力変換器の該交流電源への接続点よりも
該交流電源側に設置し、第１の電力変換器の前記交流電
源側の端子電圧の位相と前記負荷機器に流れる電流の位
相とがほぼ同相になるように、第１の電力変換器の出力
電圧を制御し、前記エネルギー蓄積手段に蓄積されるエ
ネルギーがほぼ一定値になるように、第２の電力変換器
の出力電流を制御することを特徴とした力率改善装置に
する。第４の発明は、交流電源と負荷機器との間に出力
側が直列接続される第１の電力変換器と、該交流電源に
出力側が並列接続される第２の電力変換器と、第１の電
力変換器の入力側と第２の電力変換器の入力側とに接続
される直流回路と、該直流回路に接続されるエネルギー
蓄積手段とから構成され、第１の電力変換器の前記交流
電源への接続点を、第２の電力変換器の該交流電源への
接続点よりも該交流電源側に設置し、第１の電力変換器
の前記交流電源側の端子電圧の位相と前記負荷機器に流
れる電流の位相とがほぼ同相になるように、第１の電力
変換器の出力電圧を制御し、前記エネルギー蓄積手段に
蓄積されるエネルギーがほぼ一定値になるように、第２
の電力変換器の出力電流を制御することを特徴とした力
率改善装置にする。この発明によれば、負荷機器の力率
角の分だけ交流電源に直列接続の前記電力変換器により
該負荷機器に印加される電圧を移相させることで、交流
電源の電圧の位相と前記負荷機器に流れる電流の位相と
をほぼ同相にすることができる。
【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施の
形態を示す力率改善装置の回路構成図であり、図１２に
示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号
を付して、重複する説明を省略する。すなわち、図１に
示した力率改善装置４には直流回路４ａ，エネルギー蓄
積手段としてのコンデンサ４ｂ，半導体スイッチ回路を
単相又は三相ブリッジ接続したインバータ主回路などか
らなるインバータ４ｃ，変圧器４ｄと、制御回路４ｅ若
しくは制御回路４ｆのいずれかとを備えている。図２
は、この発明の第１の実施例を示し、図１に示したイン
バータ４ｃが三相出力のときの制御回路４ｅの詳細回路
構成図である。この制御回路４ｅには負荷機器２の両端
電圧ＶL から力率を改善する際の位相基準値を生成する
位相検出器４１と、負荷機器２への電流ＩL を二相量に
変換する３相／２相変換器４２と、前記二相量を位相基
準値に基づく座標に回転させた二軸量に変換する座標変
換器４３と、前記二軸量の前記ＶL に直交する成分を抽
出する直交成分抽出器４４と、この直交成分を「零」に
する調節演算を行う調節器４５と、前記二軸量を９０°
（電気角）移相する直交変換器４６と、この９０°移相
した二軸量と調節器４５の演算結果とを乗算演算する乗
算器４７と、この乗算結果を前記位相基準値に基づいた
座標から元の座標の二相量に戻す（逆回転させる）座標
変換器４８と、座標変換器４８で得られた二相量を三相
量に変換する２相／３相変換器４９とを備え、この２相
／３相変換器４９が出力する三相量それぞれをインバー
タ４ｃへの電圧指令値Ｖ* としている。図２に示した制
御回路４ｅによる力率改善装置４の動作を、図３に示す
ベクトル図を参照しつつ、以下に説明する。図３におい
て、交流電源１の端子電圧をＶT とし、負荷機器２の両
端電圧をＶ L とし、負荷機器２に流れる電流をＩL と
し、力率改善装置４が出力する電圧をＶX としたとき
に、制御回路４ｅにより前記ＶX とＩL とは直交関係に
制御され、その結果、前記ＶL は図示の如くになる。こ
のとき、前記ＶL とＩL との間には、先述の図１２，図
１３に示した従来例と同様に、位相差φが生じている。
従って、力率改善装置４が出力する電圧ＶX を制御回路
４ｅが出力する電圧指令値Ｖ* （≒ＶX ）に基づいて制
御することにより、前記ＶT とＩL との位相差を「ほぼ
零」にすることができ、その結果、交流電源１側から見
た力率を「ほぼ１」にすることができる。図４は、この
発明の第２の実施例を示し、図１に示したインバータ４
ｃが三相出力のときの制御回路４ｆの詳細回路構成図で
ある。この制御回路４ｆには、図２に示した制御回路４
ｅに対して、調節器５１と乗算器５２と加算器５３とが
付加されている。この調節器５１では直流回路４ａの電
圧、すなわち、コンデンサ４ｂの両端電圧ＥDCが設定値
ＥDC * と一致するように調節演算をし、この演算結果と
前記二軸量との乗算演算を乗算器５２で行わせ、この乗
算結果を乗算器４７の乗算値と加算した値を前記位相基
準値に基づいた座標から元の座標の二相量に戻し、戻し
た二相量を三相量に変換して、インバータ４ｃへの電圧
指令値Ｖ* としている。図４に示した制御回路４ｆによ
る力率改善装置４の動作を、図５に示すベクトル図を参
照しつつ、以下に説明する。なお図５において、電圧，
電流それぞれの名称は図３と同じである。すなわち、図
３に示した制御回路４ｅによるベクトル図では前記ＶX
とＩL とは直交関係に制御されるが、図５に示した制御
回路４ｆによるベクトル図では、図示の破線の如く、前
記ＩL と直交する成分と同相成分とにより前記ＶX が生
成され、この同相成分によりコンデンサ１３の両端電圧
ＥDCをほぼ一定値（＝Ｅ DC * ）にしている。その結果、
前記ＶL は図示の如くになる。このとき、前記Ｖ L とＩ
L との間には、先述の図１２，図１３に示した従来例と
同様に、位相差φが生じている。従って、力率改善装置
４が出力する電圧ＶX を制御回路４ｆが出力する電圧指
令値Ｖ* （≒ＶX ）に基づいて制御することにより、前
記ＶT とＩ L との位相差を「ほぼ零」にすることがで
き、その結果、交流電源１側から見た力率を「ほぼ１」
にすることができる。図６は、この発明の第２の実施の
形態を示す力率改善装置の回路構成図であり、図１に示
した第１の形態構成と同一機能を有するものには同一符
号を付して、重複する説明を省略する。すなわち、図６
に示した力率改善装置６には図１と同様機能の直流回路
６ａ，エネルギー蓄積手段としてのコンデンサ６ｂ，イ
ンバータ６ｃ，変圧器６ｄの他に、変圧器６ｅと、単相
又は三相ブリッジ結線したインバータ主回路などからな
るインバータ６ｆと、制御回路６ｇとを備えている。図
７は、この発明の第３の実施例を示し、図６に示したイ
ンバータ６ｃ，６ｆが三相出力のときの制御回路６ｇの
詳細回路構成図である。この制御回路６ｇには負荷機器
２の両端電圧ＶL から力率を改善する際の位相基準値を
生成する位相検出器６１と、負荷機器２への電流ＩL を
二相量に変換する３相／２相変換器６２と、このＩL の
二相量と前記位相基準値との位相を演算する位相演算器
６３と、得られた位相と前記位相基準値とを加算演算す
る加算器６４と、交流電源１の端子電圧ＶT を二相量に
変換する３相／２相変換器６５と、このＶT の二相量を
前記位相基準値に基づく座標に回転させた二軸量に変換
する座標変換器６６と、この二軸量と同相で予め定めた
ＶL になるべき振幅（例えば定格振幅）に相当する信号
に変換する演算を行う振幅演算器６７と、加算器６４の
出力を基準に位相演算器６７の出力の座標を回転させる
座標変換器６８と、座標変換器６８の出力を二相量を三
相量に変換する２相／３相変換器６９と、この三相量を
前記ＶT から減算演算し、インバータ６ｃへの電圧指令
値Ｖ* を生成する加算器７０と、コンデンサ６ｂの両端
電圧ＥDCとその設定値ＥDC * との偏差を零にする調節演
算を行う調節器７１と、前記ＶT からコンデンサ６ｂの
両端電圧を調整するための位相基準値を検出する位相検
出器７２と、調節器７１の演算結果を前記位相基準値に
基づく座標に回転させる座標変換器７３と、この回転し
た二相量を三相量に変換してインバータ６ｆへの電流指
令値Ｉ* を生成する２相／３相変換器７４とを備えてい
る。図７に示した制御回路６ｇによる力率改善装置６の
動作を、図８に示すベクトル図を参照しつつ、以下に説
明する。なお図８において、インバータ６ｆからの電流
ＩC 以外の電圧，電流それぞれの名称は図３と同じであ
る。すなわち、図７に示した制御回路６ｇによるベクト
ル図では補償電圧ＶX を負荷機器２の電圧ＶL が予め設
定された値（例えば、定格値）になるように制御すると
ともに、前記ＶT とＩL とが同相になるように制御して
いる。従って、前記ＩL とＶX とは直交しないので、イ
ンバータ６ｃと交流電源１との間で電力の授受が発生
し、その有効電力をインバータ６ｆを介して交流電源１
に返すことにより、コンデンサ６ｂの電圧を一定値（Ｅ
DC * ）に保つようにしている。図９は、この発明の第３
の実施の形態を示す力率改善装置の回路構成図であり、
図１に示した第１の形態構成と同一機能を有するものに
は同一符号を付して、重複する説明を省略する。すなわ
ち、図９に示した力率改善装置８には図６と同様機能の
直流回路８ａ，エネルギー蓄積手段としてのコンデンサ
８ｂ，インバータ８ｃ，変圧器８ｄ，変圧器８ｅ，イン
バータ８ｆと、制御回路８ｇとを備えている。図１０
は、この発明の第４の実施例を示し、図９に示したイン
バータ８ｃ，８ｆが三相出力のときの制御回路８ｇの詳
細回路構成図である。この制御回路８ｇにおける構成要
素は図７に示した制御回路６ｇと同じであるが、力率改
善のための変圧器８ｄと変圧器８ｅとの接続位置が異な
っているために、位相検出器７２に入力される信号を前
記ＶL としている。図１０に示した制御回路８ｇによる
力率改善装置８の動作を、図１１に示すベクトル図を参
照しつつ、以下に説明する。なお図１１において、電
圧，電流それぞれの名称は図８と同じである。すなわ
ち、図１０に示した制御回路８ｇによるベクトル図では
補償電圧ＶX を負荷機器２の電圧ＶL が予め設定された
値（例えば、定格値）になるように制御するとともに、
前記ＶT とＩL とが同相になるように制御している。従
って、前記ＩL とＶX とは直交しないので、インバータ
８ｃと交流電源１との間で電力の授受が発生し、その有
効電力をインバータ８ｆを介して交流電源１に返すこと
により、コンデンサ８ｂの電圧を一定値（ＥDC * ）に保
つようにしている。このとき、制御回路８ｇでは前記Ｉ
C が最小になるようにするために、該ＩCと前記ＶL と
を、図示の如く、ほぼ同相にしている。なお、図１，図
６，図９に示した実施の形態回路において、インバータ
と交流電源１との間のそれぞれの変圧器を省略した力率
改善装置にしてもよい。
形態を示す力率改善装置の回路構成図であり、図１２に
示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号
を付して、重複する説明を省略する。すなわち、図１に
示した力率改善装置４には直流回路４ａ，エネルギー蓄
積手段としてのコンデンサ４ｂ，半導体スイッチ回路を
単相又は三相ブリッジ接続したインバータ主回路などか
らなるインバータ４ｃ，変圧器４ｄと、制御回路４ｅ若
しくは制御回路４ｆのいずれかとを備えている。図２
は、この発明の第１の実施例を示し、図１に示したイン
バータ４ｃが三相出力のときの制御回路４ｅの詳細回路
構成図である。この制御回路４ｅには負荷機器２の両端
電圧ＶL から力率を改善する際の位相基準値を生成する
位相検出器４１と、負荷機器２への電流ＩL を二相量に
変換する３相／２相変換器４２と、前記二相量を位相基
準値に基づく座標に回転させた二軸量に変換する座標変
換器４３と、前記二軸量の前記ＶL に直交する成分を抽
出する直交成分抽出器４４と、この直交成分を「零」に
する調節演算を行う調節器４５と、前記二軸量を９０°
（電気角）移相する直交変換器４６と、この９０°移相
した二軸量と調節器４５の演算結果とを乗算演算する乗
算器４７と、この乗算結果を前記位相基準値に基づいた
座標から元の座標の二相量に戻す（逆回転させる）座標
変換器４８と、座標変換器４８で得られた二相量を三相
量に変換する２相／３相変換器４９とを備え、この２相
／３相変換器４９が出力する三相量それぞれをインバー
タ４ｃへの電圧指令値Ｖ* としている。図２に示した制
御回路４ｅによる力率改善装置４の動作を、図３に示す
ベクトル図を参照しつつ、以下に説明する。図３におい
て、交流電源１の端子電圧をＶT とし、負荷機器２の両
端電圧をＶ L とし、負荷機器２に流れる電流をＩL と
し、力率改善装置４が出力する電圧をＶX としたとき
に、制御回路４ｅにより前記ＶX とＩL とは直交関係に
制御され、その結果、前記ＶL は図示の如くになる。こ
のとき、前記ＶL とＩL との間には、先述の図１２，図
１３に示した従来例と同様に、位相差φが生じている。
従って、力率改善装置４が出力する電圧ＶX を制御回路
４ｅが出力する電圧指令値Ｖ* （≒ＶX ）に基づいて制
御することにより、前記ＶT とＩL との位相差を「ほぼ
零」にすることができ、その結果、交流電源１側から見
た力率を「ほぼ１」にすることができる。図４は、この
発明の第２の実施例を示し、図１に示したインバータ４
ｃが三相出力のときの制御回路４ｆの詳細回路構成図で
ある。この制御回路４ｆには、図２に示した制御回路４
ｅに対して、調節器５１と乗算器５２と加算器５３とが
付加されている。この調節器５１では直流回路４ａの電
圧、すなわち、コンデンサ４ｂの両端電圧ＥDCが設定値
ＥDC * と一致するように調節演算をし、この演算結果と
前記二軸量との乗算演算を乗算器５２で行わせ、この乗
算結果を乗算器４７の乗算値と加算した値を前記位相基
準値に基づいた座標から元の座標の二相量に戻し、戻し
た二相量を三相量に変換して、インバータ４ｃへの電圧
指令値Ｖ* としている。図４に示した制御回路４ｆによ
る力率改善装置４の動作を、図５に示すベクトル図を参
照しつつ、以下に説明する。なお図５において、電圧，
電流それぞれの名称は図３と同じである。すなわち、図
３に示した制御回路４ｅによるベクトル図では前記ＶX
とＩL とは直交関係に制御されるが、図５に示した制御
回路４ｆによるベクトル図では、図示の破線の如く、前
記ＩL と直交する成分と同相成分とにより前記ＶX が生
成され、この同相成分によりコンデンサ１３の両端電圧
ＥDCをほぼ一定値（＝Ｅ DC * ）にしている。その結果、
前記ＶL は図示の如くになる。このとき、前記Ｖ L とＩ
L との間には、先述の図１２，図１３に示した従来例と
同様に、位相差φが生じている。従って、力率改善装置
４が出力する電圧ＶX を制御回路４ｆが出力する電圧指
令値Ｖ* （≒ＶX ）に基づいて制御することにより、前
記ＶT とＩ L との位相差を「ほぼ零」にすることがで
き、その結果、交流電源１側から見た力率を「ほぼ１」
にすることができる。図６は、この発明の第２の実施の
形態を示す力率改善装置の回路構成図であり、図１に示
した第１の形態構成と同一機能を有するものには同一符
号を付して、重複する説明を省略する。すなわち、図６
に示した力率改善装置６には図１と同様機能の直流回路
６ａ，エネルギー蓄積手段としてのコンデンサ６ｂ，イ
ンバータ６ｃ，変圧器６ｄの他に、変圧器６ｅと、単相
又は三相ブリッジ結線したインバータ主回路などからな
るインバータ６ｆと、制御回路６ｇとを備えている。図
７は、この発明の第３の実施例を示し、図６に示したイ
ンバータ６ｃ，６ｆが三相出力のときの制御回路６ｇの
詳細回路構成図である。この制御回路６ｇには負荷機器
２の両端電圧ＶL から力率を改善する際の位相基準値を
生成する位相検出器６１と、負荷機器２への電流ＩL を
二相量に変換する３相／２相変換器６２と、このＩL の
二相量と前記位相基準値との位相を演算する位相演算器
６３と、得られた位相と前記位相基準値とを加算演算す
る加算器６４と、交流電源１の端子電圧ＶT を二相量に
変換する３相／２相変換器６５と、このＶT の二相量を
前記位相基準値に基づく座標に回転させた二軸量に変換
する座標変換器６６と、この二軸量と同相で予め定めた
ＶL になるべき振幅（例えば定格振幅）に相当する信号
に変換する演算を行う振幅演算器６７と、加算器６４の
出力を基準に位相演算器６７の出力の座標を回転させる
座標変換器６８と、座標変換器６８の出力を二相量を三
相量に変換する２相／３相変換器６９と、この三相量を
前記ＶT から減算演算し、インバータ６ｃへの電圧指令
値Ｖ* を生成する加算器７０と、コンデンサ６ｂの両端
電圧ＥDCとその設定値ＥDC * との偏差を零にする調節演
算を行う調節器７１と、前記ＶT からコンデンサ６ｂの
両端電圧を調整するための位相基準値を検出する位相検
出器７２と、調節器７１の演算結果を前記位相基準値に
基づく座標に回転させる座標変換器７３と、この回転し
た二相量を三相量に変換してインバータ６ｆへの電流指
令値Ｉ* を生成する２相／３相変換器７４とを備えてい
る。図７に示した制御回路６ｇによる力率改善装置６の
動作を、図８に示すベクトル図を参照しつつ、以下に説
明する。なお図８において、インバータ６ｆからの電流
ＩC 以外の電圧，電流それぞれの名称は図３と同じであ
る。すなわち、図７に示した制御回路６ｇによるベクト
ル図では補償電圧ＶX を負荷機器２の電圧ＶL が予め設
定された値（例えば、定格値）になるように制御すると
ともに、前記ＶT とＩL とが同相になるように制御して
いる。従って、前記ＩL とＶX とは直交しないので、イ
ンバータ６ｃと交流電源１との間で電力の授受が発生
し、その有効電力をインバータ６ｆを介して交流電源１
に返すことにより、コンデンサ６ｂの電圧を一定値（Ｅ
DC * ）に保つようにしている。図９は、この発明の第３
の実施の形態を示す力率改善装置の回路構成図であり、
図１に示した第１の形態構成と同一機能を有するものに
は同一符号を付して、重複する説明を省略する。すなわ
ち、図９に示した力率改善装置８には図６と同様機能の
直流回路８ａ，エネルギー蓄積手段としてのコンデンサ
８ｂ，インバータ８ｃ，変圧器８ｄ，変圧器８ｅ，イン
バータ８ｆと、制御回路８ｇとを備えている。図１０
は、この発明の第４の実施例を示し、図９に示したイン
バータ８ｃ，８ｆが三相出力のときの制御回路８ｇの詳
細回路構成図である。この制御回路８ｇにおける構成要
素は図７に示した制御回路６ｇと同じであるが、力率改
善のための変圧器８ｄと変圧器８ｅとの接続位置が異な
っているために、位相検出器７２に入力される信号を前
記ＶL としている。図１０に示した制御回路８ｇによる
力率改善装置８の動作を、図１１に示すベクトル図を参
照しつつ、以下に説明する。なお図１１において、電
圧，電流それぞれの名称は図８と同じである。すなわ
ち、図１０に示した制御回路８ｇによるベクトル図では
補償電圧ＶX を負荷機器２の電圧ＶL が予め設定された
値（例えば、定格値）になるように制御するとともに、
前記ＶT とＩL とが同相になるように制御している。従
って、前記ＩL とＶX とは直交しないので、インバータ
８ｃと交流電源１との間で電力の授受が発生し、その有
効電力をインバータ８ｆを介して交流電源１に返すこと
により、コンデンサ８ｂの電圧を一定値（ＥDC * ）に保
つようにしている。このとき、制御回路８ｇでは前記Ｉ
C が最小になるようにするために、該ＩCと前記ＶL と
を、図示の如く、ほぼ同相にしている。なお、図１，図
６，図９に示した実施の形態回路において、インバータ
と交流電源１との間のそれぞれの変圧器を省略した力率
改善装置にしてもよい。
【発明の効果】この発明の第１〜第３の実施の形態回路
によれば、負荷機器の力率角の分だけ交流電源に直列接
続の前記電力変換器により該負荷機器に印加される電圧
を移相させることで、交流電源の電圧の位相と前記負荷
機器に流れる電流の位相とをほぼ同相にすることがで
き、このときの前記電力変換器は電圧供給能力のみを有
すればよく、また、第２，第３の実施の形態回路におけ
る第２の電力変換器としてのインバータ６ｆ，８ｆも僅
かな電流供給能力を有するだけなので、力率改善装置全
体の小型化，低価格化を計ることができる。
によれば、負荷機器の力率角の分だけ交流電源に直列接
続の前記電力変換器により該負荷機器に印加される電圧
を移相させることで、交流電源の電圧の位相と前記負荷
機器に流れる電流の位相とをほぼ同相にすることがで
き、このときの前記電力変換器は電圧供給能力のみを有
すればよく、また、第２，第３の実施の形態回路におけ
る第２の電力変換器としてのインバータ６ｆ，８ｆも僅
かな電流供給能力を有するだけなので、力率改善装置全
体の小型化，低価格化を計ることができる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す力率改善装
置の回路構成図
置の回路構成図
【図２】この発明の第１の実施例を示す図１の部分詳細
回路構成図
回路構成図
【図３】図１，２の動作を説明するベクトル図
【図４】この発明の第２の実施例を示す図１の部分詳細
回路構成図
回路構成図
【図５】図１，４の動作を説明するベクトル図
【図６】この発明の第２の実施の形態を示す力率改善装
置の回路構成図
置の回路構成図
【図７】この発明の第３の実施例を示す図６の部分詳細
回路構成図
回路構成図
【図８】図６，７の動作を説明するベクトル図
【図９】この発明の第３の実施の形態を示す力率改善装
置の回路構成図
置の回路構成図
【図１０】この発明の第４の実施例を示す図９の部分詳
細回路構成図
細回路構成図
【図１１】図９，１０の動作を説明するベクトル図
【図１２】従来例を示す力率改善装置の回路構成図
【図１３】図１２の動作を説明するベクトル図
１…交流電源、２…負荷機器、３…自励式無効電力補償
装置、４，６，８…力率改善装置、４ａ…直流回路、４
ｂ…コンデンサ、４ｃ…インバータ、４ｄ…変圧器、４
ｅ，４ｆ…制御回路、６ａ…直流回路、６ｂ…コンデン
サ、６ｃ…インバータ、６ｄ，６ｅ…変圧器、６ｆ…イ
ンバータ、６ｇ…制御回路、８ａ…直流回路、８ｂ…コ
ンデンサ、８ｃ…インバータ、８ｄ，６ｅ…変圧器、８
ｆ…インバータ、８ｇ…制御回路。
装置、４，６，８…力率改善装置、４ａ…直流回路、４
ｂ…コンデンサ、４ｃ…インバータ、４ｄ…変圧器、４
ｅ，４ｆ…制御回路、６ａ…直流回路、６ｂ…コンデン
サ、６ｃ…インバータ、６ｄ，６ｅ…変圧器、６ｆ…イ
ンバータ、６ｇ…制御回路、８ａ…直流回路、８ｂ…コ
ンデンサ、８ｃ…インバータ、８ｄ，６ｅ…変圧器、８
ｆ…インバータ、８ｇ…制御回路。
Claims (4)
- 【請求項１】 交流電源と負荷機器との間に出力側が直
列接続される電力変換器と、該電力変換器の入力側に接
続される直流回路と、該直流回路に接続されるエネルギ
ー蓄積手段とから構成され、 前記電力変換器の出力電圧の位相と前記負荷機器に流れ
る電流の位相とをほぼ直交させるとともに、該電力変換
器の前記交流電源側の端子電圧の位相と前記負荷機器に
流れる電流の位相とがほぼ同相になるように、 前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする
力率改善装置。 - 【請求項２】 交流電源と負荷機器との間に出力側が直
列接続される電力変換器と、該電力変換器の入力側に接
続される直流回路と、該直流回路に接続されるエネルギ
ー蓄積手段とから構成され、 前記電力変換器の前記交流電源側の端子電圧の位相と前
記負荷機器に流れる電流の位相とがほぼ同相になり、さ
らに前記エネルギー蓄積手段に蓄積されるエネルギーが
ほぼ一定値になるように、 前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする
力率改善装置。 - 【請求項３】 交流電源と負荷機器との間に出力側が直
列接続される第１の電力変換器と、該交流電源に出力側
が並列接続される第２の電力変換器と、第１の電力変換
器の入力側と第２の電力変換器の入力側とに接続される
直流回路と、該直流回路に接続されるエネルギー蓄積手
段とから構成され、 第２の電力変換器の前記交流電源への接続点を、第１の
電力変換器の該交流電源への接続点よりも該交流電源側
に設置し、 第１の電力変換器の前記交流電源側の端子電圧の位相と
前記負荷機器に流れる電流の位相とがほぼ同相になるよ
うに、第１の電力変換器の出力電圧を制御し、 前記エネルギー蓄積手段に蓄積されるエネルギーがほぼ
一定値になるように、第２の電力変換器の出力電流を制
御することを特徴とする力率改善装置。 - 【請求項４】 交流電源と負荷機器との間に出力側が直
列接続される第１の電力変換器と、該交流電源に出力側
が並列接続される第２の電力変換器と、第１の電力変換
器の入力側と第２の電力変換器の入力側とに接続される
直流回路と、該直流回路に接続されるエネルギー蓄積手
段とから構成され、 第１の電力変換器の前記交流電源への接続点を、第２の
電力変換器の該交流電源への接続点よりも該交流電源側
に設置し、 第１の電力変換器の前記交流電源側の端子電圧の位相と
前記負荷機器に流れる電流の位相とがほぼ同相になるよ
うに、第１の電力変換器の出力電圧を制御し、 前記エネルギー蓄積手段に蓄積されるエネルギーがほぼ
一定値になるように、第２の電力変換器の出力電流を制
御することを特徴とする力率改善装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000386675A JP2002191125A (ja) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | 力率改善装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000386675A JP2002191125A (ja) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | 力率改善装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002191125A true JP2002191125A (ja) | 2002-07-05 |
Family
ID=18853738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000386675A Pending JP2002191125A (ja) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | 力率改善装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002191125A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010541525A (ja) * | 2007-09-26 | 2010-12-24 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 電力供給システム |
| CN107769221A (zh) * | 2016-08-17 | 2018-03-06 | 新能动力（北京）电气科技有限公司 | 一种供电质量优化装置及方法 |
-
2000
- 2000-12-20 JP JP2000386675A patent/JP2002191125A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010541525A (ja) * | 2007-09-26 | 2010-12-24 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 電力供給システム |
| CN107769221A (zh) * | 2016-08-17 | 2018-03-06 | 新能动力（北京）电气科技有限公司 | 一种供电质量优化装置及方法 |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071101 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080417 |