JP2002514036A - 中性線における電流を減少させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２相又は３相電気システムの中性線内の電流を減少させるための装置であって、各相の電圧又は電流を測定するための手段（２１，２２，２３）と、中性線内の電流を測定するための手段（３５）と、各相の相電圧又は電流に中性線内の電流を乗算するための乗算手段（３１，３２，３３）と、相電圧と電流との積を負荷へ負のフィードバックループでフィードバックするための手段（４２）とを備える。また、この装置は、測定された相電圧又は電流及び中性電流を制御信号に変換するためのインターフェース手段（２１，２２，２３）と、乗算手段の出力をローパスフィルタリングによって正規化するための手段（１０７，１０９）とを備える。中性電流を減少させるための方法も開示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、少なくとも２つの相と、中性導体線と、各相についての制御可能負
荷とを備える給電システム、及びそのようなシステムにおける方法に関する。 また、本発明は、直列に接続された第１の負荷と第２の負荷と、２つの直列に接
続された変圧器であって負荷と並列に接続された変圧器とを備え、負荷と負荷と
の間のポイントと、変圧器と変圧器との間のポイントが導線に接続されている単
相電気システム、及びそのようなシステムにおける方法に関する。

【０００２】 （従来の技術） そのような電気システムは、従来からも知られており、制御可能負荷は、例え
ば、整流器である。

【０００３】 （発明の目的） ３相給電システムの中性線が３相負荷と接続される場合、相電圧あるいは負荷
において非対称性があると、中性線において電流が発生し、中性線において電力
損失が生じる。何らかの方法で、３相給電システムの中性ポイント以外の中性ポ
イントを負荷内に生成することも可能である。その場合、中性線内の電流は、中
性ポイントを生成する装置における電力損失を引き起こす。 本発明の目的は、２相又は３相の電気システムの性能を改善することである。
また、本発明の目的は、２つの直列に接続された負荷を備える単相電気システム
の性能を改善することである。

【０００４】 （発明の要約） 前述の目的は、本発明により達成することができ、最初に定義されたような給
電システム、即ち、中性線内の電流を減少させる手段を備えた給電システムによ
り達成され、また、最初に定義されたような中性線内の電流を減少させる方法に
より達成される。

【０００５】 中性線内の電流を減少させることによって、次のような効果が得られる。擬似
（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ）中性ポイントが存在する場合にシステムの電圧との平
衡を維持するために必要とされる装置のサイズを最小にすることができる。 中性ポイントを生成する装置内で生じるかも知れない電圧降下が減少されるか
、あるいは防止される。

【０００６】 好ましい実施の形態によれば、中性線内の電流を減少させる手段は、 − 各相の電圧又は電流を測定する手段と、 − 中性線内の電流を測定する手段と、 − 各相の相電圧又は電流に対応する信号と、中性線内の電流に対応する信号
とを乗算するための乗算手段と、 − 該相電圧と電流の積を負のフィードバックループ内の負荷にフィードバッ
クする手段と を備える。 この装置は、更に、 − 測定された相電圧又は電流を制御信号に変換するためのインターフェース
手段と、 − 中性線内の測定された電流を制御信号に変換するためのインターフェース
手段と、 − 前記乗算手段の出力をローパスフィルタによって正規化（ｎｏｒｍａｌｉ
ｚｅ）する手段と を備えてもよい。

【０００７】 好ましい実施の形態により、前記方法は、 − 各相の瞬時相電圧又は相電流を測定するステップと、 − 中性線内の瞬時電流を測定するステップと、 を備え、各相に対して − 各相の相電圧又は相電流に対応する信号に、中性線内の電流に対応する信
号を乗算するステップと − 該相電圧と電流との積を、負のフィードバック内の負荷にフィードバック
するステップと を行う。 好ましくは、この装置は、ローパスフィルタからの出力を正規化するためのフ
ィルタ手段も備える。 前記目的は、また、最初に定義されたような単相電気システムにおいても達成
され、このシステムは、前記導線内の電流を減少させる手段を備え、また、その
ようなシステムにおける方法によって達成され、この方法は、前記導線内の電流
を減少させるステップを備える。 前記導線内の電流を減少させることによって、２つの負荷間の電圧の平衡が取
れる。

【０００８】 好ましい実施の形態によるシステムは、 − 導線内の電流を測定するための第１測定手段と、 − 前記第１及び第２の負荷の電圧又は電流を測定するための第２及び第３測
定手段と、 − 第１及び第２測定手段からの出力信号を乗算し、得られた信号を処理して
、それを第１の負荷へ供給する手段と、 − 第１及び第３測定手段からの出力信号を乗算し、得られた信号を処理して
、それを第２の負荷へフィードバックする手段と を備える。

【０００９】 好ましい実施の形態による方法は、 − 同じコアに巻きつけられた少なくとも２つの変圧器巻線を、直列に接続さ
れた負荷に並列に接続し、これらの巻線は直列に接続するステップと、 − 前記２つの負荷の間のポイントと、前記２つの変圧器巻線とを、導線によ
って接続するステップと、 − 導線内の電流を減少させるステップと から成る。 好ましい実施の形態により、前記方法は、 − 導線内の電流を測定するステップと、 − 各負荷の電圧又は電流を測定するステップと を備え、各負荷に対して、 − 負荷の電圧に対応する信号に、導線内の電流に対応する信号を乗算するス
テップと、 − 乗算の結果を負のフィードバックループ内のそれぞれの負荷にフィードバ
ックするステップと を備える。

【００１０】 本発明は、他より大きな電流を有する負荷は中性線内の電流を生じ、それはこ
の相内の電流と同じ位相にあるか、あるいはψを位相角度としたときに であれば、相電圧と同じ位相にあるという事実を利用している。相電流又は電圧
が中性線内の電流と同位相であれば、電流と電圧の積の平均値は最大になる。中
性電流及び相電流又は相電圧の位相角度が、９０乃至２７０度の範囲内にあれば
、積の平均値は負になり、位相角度１８０度で最小となる。

【００１１】 本発明は、以下の利点を有する。 擬似中性ポイントが生成される２相又は３相システムにおいては、この擬似中
性ポイントを流れる電流を最小にすることが特に有用である。中性電流を最小に
することは、それ自体として常に有益である。 単相システムにおいては、安定した負荷分布を得ることができる。

【００１２】 （実施の形態の詳細な説明） 図１は、３つの相Ｒ，Ｓ，Ｔと、中性線Ｎとを備えた電機システムを示す。第
１整流器１は、相Ｒに接続され、第２整流器３は相Ｓに接続され、第３整流器５
は相Ｔに接続される。整流器１，３，５の二次的入力端子は接続ポイントＮＬに
おいて相互に接続される。

【００１３】 整流器の電圧の平衡を維持するために、平衡装置７が接続される。そのような
平衡装置７は、いくつかの異なる方法で実施することができる。平衡装置は、シ
ステムにおける擬似中性ポイントを生成する。３つの電流の和がゼロでなければ
、このポイントに電流が流れる。安定した擬似中性ポイントを生成するのに必要
な回路のサイズを最小とするために、この電流は最小にしなければならない。 図１に示されたシステムは、本発明による装置が役立つシステムの１例にすぎ
ない。星型に接続された電灯を備えた照明システムや加熱システムにおいても使
用することができる。そのようなシステムにおいては、例えば、負荷がこれら相
に不均一に分布するならば相電圧を平衡するべく機能をする。

【００１４】 図２は、図１におけると同様の３相ネットワークに適用された本発明による装
置を示す。第１構成要素１１、第２構成要素１２、第３構成要素１３が、それぞ
れ、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相で接続される。構成要素１１、１２、１３は、図１に示さ
れた整流器であってよい。各整流器は、第１及び第２入力端子、第１及び第２出
力端子、第１及び第２制御入力端子を有する。整流器の代わりに、構成要素１１
，１２，１３は、制御可能な入力電流を有するどんな種類の構成要素であっても
よい。第１出力端子とアースとの間のインピーダンスＺ１１，Ｚ１２，Ｚ１３は
、それぞれ、第１整流器１１、第２整流器１２、第３整流器１３上の負荷を表す
。第２出力端子はアースされる。

【００１５】 本装置を図１に示されたシステムに適用する場合、インピーダンスＺ１１，Ｚ
１２，Ｚ１３は、並列に接続することができる（図２には示されていない）。

【００１６】 各構成要素の第１入力端子上に、アースに対するそれぞれの相電圧が印加され
る。第２入力端子は擬似中性ポイントに接続される。 各構成要素１１，１２，１３について、以下の構成要素を備えたフィードバッ
クループがある。 − 入力電圧又は電流を、デジタル又はアナログの電気信号である制御信号に
変換するインターフェース装置２１，２２，２３、 − 乗算装置３１，３２，３３、 − 処理装置４１，４２，４３。

【００１７】 各インターフェース装置２１，２２，２３への入力は、それぞれのアースに対
する相電圧又は電流である。出力は、入力電圧と同じ周波数及び位相角度を有す
る制御信号である。各インターフェース装置２１，２２，２３の出力信号は乗算
装置３１，３２，３３に供給される。

【００１８】 中性線内の電流は測定装置３５において測定され、第４インターフェース装置
３７の入力端子に供給され、そこで入力電流信号は入力電流と同じ周波数と位相
角度を有する出力制御信号に変換される。第４インターフェース装置３７からの
出力信号は、乗算装置３１，３２，３３に供給される。このように、各乗算装置
３１，３２，３３からの出力信号は、各相電圧又は電流と中性線内の電流との積
である。この積は、処理装置４１，４２，４３を介して、それぞれ、対応の整流
器１１，１２，１３の制御入力にフィードバックされる。

【００１９】 処理装置４１，４２，４３は、以下に図３を参照しながら説明するように、異
なる機能を行ういくつかの異なる装置を備えることができる。

【００２０】 中性線内の電流がゼロになると、乗算器４１，４２，４３からの出力信号はゼ
ロとなる。電流がゼロでなければ、出力信号は正弦波となり、周波数はメインの
２倍になり、平均値はゼロ以外である。

【００２１】 第１整流器１１が中性線において他の整流器１２，１３より強い電流を生成す
ると仮定すると、中性線内の電流は、ψを位相角度とした場合 であれば、実質的にＲ相の相電圧と同じ位相を有することになる。このように、
乗算装置４１からの出力信号は、強く、且つ正である。負のフィードバックにお
いては、強い負の信号が第１整流器１１の制御入力端子に適用され、この整流器
への入力電流を減少させる。これは、例えば、出力電流又は出力電力を制御する
ことによって行うことができる。

【００２２】 相電圧又は電流が中性線内の電流と反対の位相を有する場合、相電圧又は電流
と中性電流との積は、負になる。このように、この相におけるフィードバック信
号は正になり、整流器への入力電流は増加する。

【００２３】 同様に、中性線内電流にほとんど貢献しない整流器については、この整流器に
印加される制御信号が相応に弱くなる。

【００２４】 フィードバックループにおける乗算器からの出力信号の処理は、符号の変更も
含む。このように、乗算器４１，４２，４３からの正の平均出力信号は、対応す
る相上の負荷を減少させる。好ましい実施の形態によれば、出力信号の処理は、
以下のステップを備える。 − 信号に負の数を乗算するステップと − 正弦波をフィルタして交流成分のない信号を生成するステップと である。

【００２５】 図３は、図２に示された処理装置４１，４２，４３の１つに対応する処理手段
の実施の形態を示す。乗算器からの入力信号は、メイン周波数の２倍の正弦波で
あり、まず反転手段１０１において反転される。反転手段１０１は、増幅手段で
あってもよい。この信号は、その他の処理、例えば、積分手段１０３における積
分を施してもよい。直流電圧への変換はフィルタリング装置で行われ、このフィ
ルタリング装置は当業者に公知のいずれかの方法で導入することができる。ここ
では、抵抗１０７と容量１０９を備えたＲＣフィルタとして示されている。ＲＣ
フィルタからの出力は、適当な整流器の制御入力に供給される制御信号を形成す
る。

【００２６】 以上、本発明を、３相システムについて説明してきた。当業者であれば明らか
なように、本発明は、単相又は２相システムに簡単に適用することができ、その
際、１つの相を減らすことを別にすれば、導入方法を変更する必要はない。

【００２７】 図４Ａは、本発明の考え方が利用された単相システムを示す。直列に接続され
た２つの負荷２０１、２０３に電圧が印加される。同一のコア上の２つの変圧器
巻線２０５，２０７が負荷２０１，２０３と並列に接続される。２つのブランチ
は、負荷２０１と２０３との間のポイント２１０と、変圧器巻線２０５と２０７
との間のポイント２１１との間の接続２１１によって、相互に接続される。巻線
２０５，２０７によって、２つの負荷２０１，２０３の電圧が等しく分布される
。負荷２０１，２０３の電流が等しくないと、２つのブランチの間の接続２０９
において電流が生じる。

【００２８】 図４Ｂにおいて、本発明による装置が接続され、ブランチ間の接続２０９内の
電流を減少させる。負荷２０１，２０３、巻線２０５，２０７、及び接続２０９
は、図４Ａにおけると同様である。この実施の形態において、接続２０９におけ
る電流が計測され、もし所望すれば、電流は、測定装置２１２において、同じ周
波数と位相角度の制御信号に変換される。２つの構成要素２０１，２０３各々の
電圧又は電流が、それぞれ、第２及び第３測定装置２１５、２１７において測定
される。

【００２９】 第１測定装置２１２及び第２測定装置２１５からの出力信号は、第１乗算装置
２１９に入力される。第１乗算装置２１９からの出力は、前述のように、第１処
理装置２２３において反転されて処理され、第１負荷２０１の制御入力へ供給さ
れる。第１変換装置２１２及び第３変換装置２１７からの出力信号は、第２乗算
装置２２１に入力される。第２乗算装置２２１からの出力は、前述のように、第
２処理装置２２５において、反転され処理され、第２負荷２０３の制御入力に供
給される。

【００３０】 前述の説明からの類推により、導線２０９内の電流にマイナス（ｎｅｇａｔｉ
ｖｅｌｙ）の影響を与える構成要素に正の信号が供給され、導線２０９内の電流
にプラス（ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ）の影響を与える構成要素に負の信号が供給さ
れ、このようにして、負荷２０１，２０３の電圧の平衡を維持することによって
前記電流を減少させることになる。

【００３１】 当業者であれば明らかなように、同じコア上の二重の巻線を備えた変圧器の代
わりに、一次巻線と二次巻線を備えた２つの変圧器を使用してもよい。２つの別
々の変圧器の場合、変圧器からの出力は、並列に接続し、一次電圧が等しくなる
ようにしなければならない。同じ原則は、３相システムにも使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法及び装置を適用することのできる３相システムを示す図である。

【図２】 ３相システムに適用された本発明の方法の実施の形態の原理を示す図である。

【図３】 本発明の１実施の形態に基づくフィードバックループに適用された信号処理装
置を示す図である。

【図４Ａ】 本発明の方法及び装置を適用することのできる単相システムを示す図である。

【図４Ｂ】 図４Ａのシステムへの本発明の装置の導入を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つの相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）と、中性線（Ｎ）と、各
   相に対する制御可能な負荷（１１，１２，１３）とを有する給電システムにおい
   て使用される装置であって、中性線における電流を減少させるための手段を備え
   、この手段が、 各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）の電圧を測定する電圧測定手段（２１，２２，２３）、又
   は、各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）の電流を測定する相電流測定手段（２１，２２，２３）
   と、 中性線（Ｎ）における電流を測定する電流測定手段（３５）と、 各相の相電圧に対応する信号と、中性線内の電流に対応する信号とを乗算する
   ための乗算手段（３１，３２，３３）と、 相電圧又は相電流と電流の乗算値を、負のフィードバックループの負荷にフィ
   ードバックするためのフィードバック手段と を備えることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置であって、 測定された相電圧又は相電流を制御信号に変換するためのインターフェース手
   段（２１，２２，２３）と、 中性線（Ｎ）内の測定された電流を制御信号に変換するためのインターフェー
   ス手段（３７）と を備えることを特徴とする装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の装置であって、 前記乗算手段（３１，３２，３３）の出力を、ローパスフィルタによって正規
   化するためのフィルタリング手段（４１，４２，４３） を備えることを特徴とする装置。
4. 【請求項４】 少なくとも２つの相導線（Ｒ，Ｓ，Ｔ）と、１つの中性線（
   Ｎ）と、各相に対する制御可能な負荷（１１，１２，１３）とを有する電気シス
   テムにおいて中性線内の電流を減少させる方法であって、 各位相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）の位相電圧又は位相電流を測定するステップと、 中性線（Ｎ）における電流を測定するステップとを備え、 各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）に対して、以下のステップ、即ち、 位電圧に対応する信号と中性線内の電流に対応する信号とを乗算するステップ
   と、 相電圧又は相電流と電流の乗算値を負のフィードバックループの負荷にフィー
   ドバックするステップと を行うことを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の方法であって、ローパスフィルタリングによ
   って乗算による積を正規化するステップを備えることを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 ２つの直列に接続された負荷、即ち第１負荷（２０１）と第
   ２負荷（２０３）と、これらの負荷（２０１，２０３）に対して並列に接続され
   た２つの直列に接続された巻線（２０５，２０７）と、負荷（２０１，２０３）
   の間のポイント（２１０）と、巻線（２０５，２０７）の間のポイント（２１１
   ）と、ポイント（２１０）とポイント（２１１）とを接続する導線（２０９）と
   を備えた単相電気システムであって、 前記導線（２０９）内の電流を減少させるための手段を備えることを特徴とす
   るシステム。
7. 【請求項７】 請求項６記載のシステムであって、 導線（２０９）内の電流を測定するための第１測定手段（２１２）と、 前記第１負荷（２０１）と第２負荷（２０３）の電圧を測定するための第２測
   定手段（２１５）及び第３測定手段（２１７）と、 第１測定手段（２１２）と第２測定手段（２１５）からの出力信号を乗算し、
   得られた信号を処理し、それを第１負荷（２０１）に供給するための手段（２１
   ９）と、 第１測定手段（２１２）と第３測定手段（２１７）からの出力信号を乗算し、
   得られた信号を処理し、それを第２負荷（２０３）にフィードバックするための
   手段（２１２）と を備えることを特徴とするシステム。
8. 【請求項８】 請求項６記載のシステムであって、 導線（２０９）内の電流を測定するための第１測定手段（２１２）と、 第１負荷（２０１）と第２負荷（２０３）の電流を測定するための第２測定手
   段（２１５）及び第３測定手段（２１７）と、 第１測定手段（２１２）と第２測定手段（２１５）からの出力信号を乗算し、
   得られた信号を処理し、それを第１負荷（２０１）に供給するための手段（２１
   ９）と、 第１測定手段（２１２）と第３測定手段（２１７）からの出力信号を乗算し、
   得られた信号を処理し、それを第２負荷（２０３）にフィードバックするための
   手段（２２１）と を備えることを特徴とするシステム。
9. 【請求項９】 単相システムにおいて２つの直列に接続された負荷の電圧を
   平衡する方法であって、 直列に接続された負荷のそれぞれと並列に変圧器巻線を接続し、それらの巻線
   は同一コア上に巻かれたものであって、それらを直列に接続するステップと、 ２つの負荷（２０１，２０３）の間のポイント（２１０）と、２つの変圧器巻
   線（２０５，２０７）との間のポイント（２１１）とを、導線（２０９）によっ
   て接続するステップと を備え、 導線（２０９）内の電流を減少させるステップを備えることを特徴とする方法
   。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の方法であって、 導線（２０９）内の電流を測定するステップと、 各負荷（２０１，２０３）の電圧を測定するステップと を備え、各負荷に対して、 負荷（２０１，２０３）の電圧に対応する信号に、導線（２０９）内の電流に
    対応する信号を乗算するステップと、 乗算結果をそれぞれの負荷（２０１，２０３）に、負のフィードバックループ
    でフィードバックするステップと を備えることを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】 請求項９記載の方法であって、 導線（２０９）内の電流を測定するステップと、 各負荷（２０１，２０３）の電流を測定するステップと を備え、各負荷に対して、 負荷内の電流に対応する信号に、導線（２０９）内の電流に対応する信号を乗
    算するステップと、 乗算結果を負のフィードバックループのそれぞれの負荷（２０１，２０３）に
    フィードバックするステップと を備えることを特徴とする方法。