JP2006288182A - Electric power supply circuit of three-phase four-wire type distribution line equipped with harmonic reduction circuit and harmonic reduction method - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、三相4線式配電線の中性線のひずみ波電流を低減して受電端電圧の波形ひずみを低減する高調波低減回路を備えた三相4線式配電線の電力供給回路と高調波低減方法に関する。 The present invention relates to a power supply circuit for a three-phase four-wire distribution line including a harmonic reduction circuit that reduces the distortion wave current of the neutral wire of the three-phase four-wire distribution line to reduce the waveform distortion of the receiving end voltage. And a harmonic reduction method.
三相4線式配電線には、半導体回路を内蔵した家電製品、パソコン等の電子機器、サイリスタ等を用いた位相制御型調光回路等が接続されている。半導体回路は、一般に交流を整流して得た直流電源により駆動しているが、その整流には、コンデンサ(平滑コンデンサ)を接続した整流回路、いわゆるコンデンサ入力型整流回路が用いられている。コンデンサ入力型整流回路の電流は、正弦波の中央部分(振幅のピーク付近)の比較的狭い範囲において流れるため、電流の通流幅が狭くなる。そのため高調波電流が発生し、その同相分の高調波電流が三相4線式配電線の中性線を流れるため電圧降下が生じ、受電端電圧に波形ひずみを生じる。そこでその高調波電流を低減するため、従来アクティブフィルタが用いられている(例えば特許文献1参照)。 Connected to the three-phase four-wire distribution line are home appliances with built-in semiconductor circuits, electronic devices such as personal computers, phase control type dimming circuits using thyristors and the like. A semiconductor circuit is generally driven by a direct current power source obtained by rectifying alternating current, and a rectifier circuit connected to a capacitor (smoothing capacitor), a so-called capacitor input type rectifier circuit, is used for the rectification. Since the current of the capacitor input type rectifier circuit flows in a relatively narrow range in the central part of the sine wave (near the peak of amplitude), the current flow width becomes narrow. Therefore, a harmonic current is generated, and the harmonic current of the same phase flows through the neutral line of the three-phase four-wire distribution line, so that a voltage drop occurs, and a waveform distortion occurs in the receiving end voltage. Therefore, in order to reduce the harmonic current, a conventional active filter has been used (see, for example, Patent Document 1).
図11により従来のアクティブフィルタを用いた三相4線式配電線の電力供給回路を説明する。
図11(a)は、三相交流電源に負荷とアクティブフィルタを接続した三相4線式配電線の電力供給回路を示し、図11(b)は、図11(a)の一相分の電力供給回路を示す。
図11(a)において、三相交流電源1は、U相、V相、W相の電源eU,eV,eWを有し、負荷3は、それらの電源から各相の配電線U,V,Wと中性線Nにより電力が供給される。負荷3の近傍には、アクティブフィルタ2を接続してある。アクティブフィルタ2は、波形変換回路21、電流出力回路22、補助電源回路23、制御回路24等を備えている。制御回路24は、負荷電流検出部41の検出電流から3次高調波成分を抽出して電流出力回路22の制御信号を発生し、その制御信号により電流出力回路22のIGBT等のスイッチ素子の導通、非導通を制御する。電流出力回路22は、補助電源回路23を電源として矩形波を発生する。波形変換回路21は、その矩形波を正弦波状の電流に変換して配電線U,V,Wと中性線Nの間に供給する。その正弦波状の電流は、負荷3を流れる電流に含まれる3次高調波電流に近似している。
A conventional power supply circuit for a three-phase four-wire distribution line using an active filter will be described with reference to FIG.
FIG. 11A shows a power supply circuit of a three-phase four-wire distribution line in which a load and an active filter are connected to a three-phase AC power source, and FIG. 11B shows one phase of FIG. 1 shows a power supply circuit.
In FIG. 11A, a three-phase
図11(b)において、制御回路24は、負荷電流検出部41の出力から3次高調波成分を抽出する3次高調波成分抽出回路241、出力電流検出部42の出力と3次高調波成分抽出回路241の出力と補助制御回路242の出力とを演算する演算回路243、増幅回路244、増幅回路244の出力と三角波発生回路245の出力とを比較する比較回路246等を備えている。比較回路246の出力は、電流出力回路22のIGBT221へ直接供給するとともに、位相を反転してIGBT222へ供給する。補助電源回路23は、2個のコンデンサからなり、波形変換回路21は、コンデンサとインダクタンスからなる。
In FIG. 11B, the
図11のように従来の三相4線式配電線の電力供給回路は、中性線の高調波電流を低減するためにアクティブフィルタを用いているが、アクティブフィルタは構成が複雑で高価になる。
本願発明は、この点に鑑み三相4線式配電線の電力供給回路において、中性線の高調波電流を低減する回路を簡単な構成の回路で実現し、安価に作製することを目的とする。
As shown in FIG. 11, the power supply circuit of the conventional three-phase four-wire distribution line uses an active filter to reduce the harmonic current of the neutral wire. However, the active filter is complicated and expensive. .
In view of this point, the invention of the present application aims to realize a circuit for reducing the harmonic current of a neutral wire in a power supply circuit of a three-phase four-wire distribution line with a simple configuration circuit and to manufacture it at low cost. To do.
本願発明は、その目的を達成するため、請求項1に記載の三相4線式配電線の電力供給回路は、スイッチング素子、抵抗、インダクタンス及びコンデンサを直列に接続してなり、負荷により発生する高調波電流と逆相の電流を発生する高調波低減回路を負荷に並列に接続してあることを特徴とする。
請求項2に記載の三相4線式配電線の電力供給回路は、請求項1に記載の電力供給回路において、前記スイッチング素子はサイリスタであることを特徴とする。
請求項3に記載の三相4線式配電線の電力供給回路は、請求項1又は請求項2に記載の電力供給回路において、前記スイッチング素子の点弧角を調整して前記高調波低減回路の電流の位相を調整できることを特徴とする。
請求項4に記載の三相4線式配電線の電力供給回路は、請求項1、請求項2又は請求項3に記載の電力供給回路において、前記高調波低減回路の共振回路の共振周波数を電源電圧の周波数より高い周波数に設定してあることを特徴とする。
請求項5に記載の三相4線式配電線の電力供給回路は、請求項4に記載の電力供給回路において、前記共振周波数を電源電圧の周波数の3倍の周波数に設定してあることを特徴とする。
請求項6に記載の三相4線式配電線の電力供給回路は、請求項4に記載の電力供給回路において、前記共振周波数を電源電圧の周波数の3倍以外の周波数に設定してあることを特徴とする。
請求項7に記載の三相4線式配電線の電力供給回路は、請求項4、請求項5又は請求項6に記載の電力供給回路において、前記高調波低減回路にバイアス回路を付加してあることを特徴とする。
請求項8に記載の三相4線式配電線の電力供給回路の高調波低減方法は、スイッチング素子、抵抗、インダクタンス及びコンデンサを直列に接続してなり、負荷に並列に接続した高調波低減回路の共振回路の共振周波数を電源電圧の周波数より高い周波数に設定し、負荷により発生する高調波電流と逆相の電流を発生して負荷により発生する高調波電流を打ち消すことを特徴とする。
請求項9に記載の三相4線式配電線の電力供給回路の高調波低減方法は、請求項8に記載の高調波低減方法において、前記スイッチング素子の点弧角を調整して前記高調波低減回路の電流の位相を調整することを特徴とする。
請求項10に記載の三相4線式配電線の電力供給回路の高調波低減方法は、請求項8又は請求項9に記載の高調波低減方法において、前記共振周波数を電源電圧の周波数の3倍の周波数に設定することを特徴とする。
請求項11に記載の三相4線式配電線の電力供給回路の高調波低減方法は、請求項8又は請求項9に記載の高調波低減方法において、前記共振周波数を電源電圧の周波数の3倍以外の周波数に設定することを特徴とする。
請求項12に記載の三相4線式配電線の電力供給回路の高調波低減方法は、請求項8、請求項9、請求項10又は請求項11に記載の高調波低減方法において、前記高調波低減回路にバイアス回路を付加してあることを特徴とする。
In order to achieve the object of the present invention, a power supply circuit for a three-phase four-wire distribution line according to
The power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to claim 4 is the power supply circuit according to
The power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The harmonic reduction method of the power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The harmonic reduction method for the power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The harmonic reduction method for the power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to
The harmonic reduction method for the power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to claim 11 is the harmonic reduction method according to
The harmonic reduction method of the power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line according to claim 12 is the harmonic reduction method according to
本願発明は、高調波低減回路を、サイリスタ等のスイッチング素子、抵抗、インダクタンス及びコンデンサによって構成できるから、高調波低減回路は、従来のアクティブフィルタに比べて、構成が簡単になり安価に作製することができる。また本願発明の三相4線式配電線の電力供給回路は、高調波低減回路を負荷と並列に接続するだけで、負荷によって発生する高調波電流の打消し用電流を発生することができ、その高調波電流を打ち消すために高調波電流成分を抽出するための高調波電流成分抽出回路を設ける必要がない。 In the present invention, the harmonic reduction circuit can be configured by a switching element such as a thyristor, a resistor, an inductance, and a capacitor. Therefore, the harmonic reduction circuit is simpler and less expensive than a conventional active filter. Can do. In addition, the power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line of the present invention can generate a current for canceling the harmonic current generated by the load by simply connecting the harmonic reduction circuit in parallel with the load. There is no need to provide a harmonic current component extraction circuit for extracting a harmonic current component in order to cancel the harmonic current.
本願発明は、高調波低減回路を構成するサイリスタの点弧角を変えるだけで、高調波電流打消し用電流の位相、即ち負荷からの高調波電流とのタイミングを簡単に調整することができる。
本願発明は、高調波低減回路の共振回路の共振周波数を、電源電圧の周波数の3倍又は3倍以外の周波数に設定することにより正弦波又は非正弦波の高調波電流打消し用電流を発生することができる。また高調波低減回路にバイアス回路を付加することにより、半波の立ち上り部分と下降部分とが非対称になる高調波電流打消し用電流を発生することができる。
In the present invention, the phase of the harmonic current cancellation current, that is, the timing of the harmonic current from the load, can be easily adjusted by simply changing the firing angle of the thyristor constituting the harmonic reduction circuit.
The present invention generates a sine wave or non-sinusoidal harmonic current canceling current by setting the resonance frequency of the resonance circuit of the harmonic reduction circuit to a frequency other than three times or three times the frequency of the power supply voltage. can do. Further, by adding a bias circuit to the harmonic reduction circuit, it is possible to generate a harmonic current canceling current in which the rising and falling portions of the half wave are asymmetric.
本願発明は、前記のように高調波低減回路を負荷と並列に接続して、その高調波低減回路の共振回路の共振周波数の設定値を変えるだけで、正弦波又は非正弦波の高調波電流打消し用電流を発生することができ、かつ高調波低減回路にバイアス回路を付加するだけで、それらの正弦波又は非正弦波を半波の立ち上り部分と下降部分とを非対称にすることもできる。したがって本願発明は、負荷によって発生する高調波電流の波形に応じて多様の波形の高調波電流打消し用電流を発生することがでる。 In the present invention, a harmonic current of a sine wave or non-sinusoidal wave can be obtained by simply connecting a harmonic reduction circuit in parallel with a load as described above and changing the set value of the resonance frequency of the resonance circuit of the harmonic reduction circuit. A cancellation current can be generated, and by adding a bias circuit to the harmonic reduction circuit, the rising part and the falling part of the half-wave can be made asymmetric with respect to those sine waves or non-sine waves. . Therefore, the present invention can generate harmonic current cancellation currents having various waveforms according to the waveform of the harmonic current generated by the load.
図1〜図10により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は同じ符号を使用している。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is used for the part common to each figure.
図1〜図4により実施例1を説明する。
図1(a)は、本願発明の実施例1に係る高調波低減回路を接続した三相4線式配電線の電力供給回路を示し、負荷にコンデンサ入力型整流回路が接続されている。図1(b)は、図1(a)の一相分の高調波低減回路例を示す。
図1において、1は3相交流電源、6は高調波低減回路、7はコンデンサ入力型整流回路が接続されている負荷、U,V,Wは、U相、V相、W相の配電線、Nは中性線である。3相交流電源1は、U相、V相、W相の電源eU,eV,eWを有し、負荷7は、各相の配電線U,V,Wと中性線Nにより各電源に接続されている。負荷7は、半導体回路駆動用の整流回路(ダイオードブリッジ)71、コンデンサ(平滑コンデンサ)Cd、半導体回路の等価負荷抵抗Rdからなる。Llは、配電用変圧器の漏れリアクタンス、L0とr0は、配電線のインピーダンス、icは高調波低減回路6の電流、ilは負荷7の入力電流、Vlは受電端電圧である。
なお図1(a)は、符号6,7をU相にのみ付してあるが、V相、W相も同様である。
図1(a)の負荷7は、整流回路71とコンデンサCdからなるコンデンサ入力型整流回路を用いている。そのため中性線Nには、3次高調波電流をベースとするひずみ波電流が流れる。そこで図1(a)は、そのひずみ波電流を低減するため各相の負荷7と並列に高調波低減回路6を接続してある。
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A shows a power supply circuit of a three-phase four-wire distribution line connected with a harmonic reduction circuit according to
In FIG. 1, 1 is a three-phase AC power source, 6 is a harmonic reduction circuit, 7 is a load to which a capacitor input rectifier circuit is connected, U, V, and W are U-phase, V-phase, and W-phase distribution lines. , N is a neutral wire. The three-phase
In FIG. 1A,
The
図1(b)は、図1(a)の高調波低減回路6の具体例を示す。
高調波低減回路6は、スイッチング素子として逆阻止サイリスタSCR1,2の逆並列接続を用い、これと直列に抵抗rc、インダクタンスLc、コンデンサCを接続してある。インダクタンスLc、コンデンサCは、共振回路を形成している。その共振回路の共振周波数f0は、電源電圧の周波数fの3倍(f0=3f)に設定してある。このように設定することにより、各相の高調波低減回路6から中性線Nに流れる合成電流Σicの周波数は、負荷7によって発生する3次高調波電流の周波数と同じになる。
FIG.1 (b) shows the specific example of the
The
各相の高調波低減回路6の電流icは、サイリスタSCR1,2がターンオンした時に流れ始めるから、中性線Nを流れる各相の電流icの合成電流Σicの位相は、サイリスタSCR1,2がターンオンする時期(位相)、即ち点弧角αによって決まる。また各相の電流icが流れる期間(通流幅或いは通流角)は、共振周波数f0によって決まり、電流icの大きさは、主として抵抗rcによって決まる。したがって中性線Nの合成電流Σicの位相は、各相の高調波低減回路6のサイリスタSCR1,2の点弧角αによって決まるから、その点弧角αを調整することにより、負荷7によって発生する3次高調波電流と逆相にすることができる。なお負荷7により発生する3次高調波電流の大きさや位相は、負荷の出力が変動してもほとんど変わらないが、サイリスタSCR1,2の点弧角αを調整することにより、負荷の種類が変わった際の3次高調波電流の位相の変化に対応して各相の高調波低減回路6の電流icの位相を調整することができる。本実施例は、高調波低減回路6にサイリスタSCR1,2を用いているから、駆動回路が簡単になる。
各相の電源電圧eU,eV,eW、各相の高調波低減回路6の電流(各相の高調波低減回路6の電流ic)iCU,iCV,iCW、それらの電流の和である中性線Nの電流iCN(=Σic)は、図2のようになる。中性線Nの電流iCNは、高調波低減回路6の共振回路の共振周波数f0が、電源電圧の周波数fの3倍(f0=3f)のときには、図2のiCNのように、3次高調波電流と同じ周波数の正弦波となる。
Since the current ic of the
Power supply voltage e U , e V , e W of each phase, current of
以上のように高調波低減回路6は、負荷7によって発生する3次高調波電流と周波数が同じで、逆相の電流icを発生できるから、それらの合成電流Σicによって中性線Nの3次高調波電流を打ち消すことができる。したがって図1(a)のように、U相、V相、W相毎に高調波低減回路6を接続することにより、各相の負荷7により発生して中性線Nを流れる3次高調波電流をベースとするひずみ波電流を低減することができる。
なお高調波低減回路6の共振回路の共振周波数f0は、f0=3fの例について説明したが、負荷7によって発生する高調波電流の周波数成分は、3次以上の高調波成分が多く含まれる場合があり、その場合、共振周波数f0を3f以外の適当な値に設定することにより3f以外の高調波成分も低減することができる。
As described above, the
Although the example in which the resonance frequency f 0 of the resonance circuit of the
図1(b)の高調波低減回路6は、サイリスタ、抵抗、インダクタンス及びコンデンサによって形成できるから、従来のアクティブフィルタに比べて、構成が簡単になり安価に作製することができる。また図1の三相4線式配電線の電力供給回路は、高調波低減回路6を負荷7と並列に接続するだけで、負荷7によって発生する高調波電流を打ち消すことができ、その高調波電流を打ち消すために高調波電流成分を抽出するための高調波電流成分抽出回路を設ける必要がない。
なおスイッチング素子は、サイリスタに限らず、IGBT、バイポーラトランジスタ、パワーMOSFET等のスイッチング素子であってもよい。
Since the
The switching element is not limited to a thyristor, and may be a switching element such as an IGBT, a bipolar transistor, or a power MOSFET.
ここで、図3、図4により図1の三相4線式配電線の電力供給回路のシミュレーションの結果について説明する。
シミュレーションに用いた図1(a)の対称三相電源と回路定数は、eU=Emsinωt、eV=Emsin(ωt−120°)、eW=Emsin(ωt−240°)、Em=141[V]、f=50[Hz]、Ll=0.2[mH]、L0=0.2[mH]、r0=0.1[Ω]、Rd=1〜40[Ω](この範囲内で可変)に設定し、三相平衡負荷としてシミュレーションを実施した。ただし、負荷の時定数(Rd×Cd)を約100[ms](一定)に保ちながらRdに対応してCdも可変した。
また図1(b)の回路定数は、サイリスタ点弧角α=4〜18[°]、rc=0.55〜7.1[Ω]、L=10[mH]、C=100[μF]に設定した。
なおシミュレーションには、パワーエレクトロニクスの分野で一般に使用されているシミュレーションソフトPSIM(発売元:マイウェイ技研株式会社)を使用した。
Here, the result of the simulation of the power supply circuit of the three-phase four-wire distribution line in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
The symmetrical three-phase power source and circuit constants of FIG. 1A used for the simulation are e U = Esin ωt, e V = Emsin (ωt−120 °), e W = Emsin (ωt−240 °), Em = 141 [ V], f = 50 [Hz], Ll = 0.2 [mH], L 0 = 0.2 [mH], r 0 = 0.1 [Ω], Rd = 1 to 40 [Ω] (this range The simulation was carried out as a three-phase balanced load. However, Cd was also varied corresponding to Rd while keeping the load time constant (Rd × Cd) at about 100 [ms] (constant).
The circuit constants in FIG. 1B are as follows: thyristor firing angle α = 4 to 18 [°], rc = 0.55 to 7.1 [Ω], L = 10 [mH], C = 100 [μF] Set to.
In the simulation, simulation software PSIM (release source: Myway Giken Co., Ltd.) generally used in the field of power electronics was used.
まず図3について説明する。なお、Rd=7[Ω]、Cd=13429[μF]、サイリスタ点弧角α=11[°]に設定した。
図3(a)は、中性線電流を示し、図3(b)は、受電端電圧を示す。なお比較のため電源電圧(周波数f)の正弦半波(破線)を併記してある。なお図3において、イは、高調波低減回路を接続した場合の中性線電流と受電端電圧を示し、ロは、高調波低減回路を接続しない場合の中性線電流と受電端電圧を示す。
First, FIG. 3 will be described. Note that Rd = 7 [Ω], Cd = 13429 [μF], and thyristor firing angle α = 11 [°].
FIG. 3A shows the neutral line current, and FIG. 3B shows the receiving end voltage. For comparison, a half sine wave (broken line) of the power supply voltage (frequency f) is also shown. In FIG. 3, A indicates the neutral line current and the receiving end voltage when the harmonic reduction circuit is connected, and B indicates the neutral line current and the receiving end voltage when the harmonic reduction circuit is not connected. .
図3(a)によると、三相4線式配電線に図1の高調波低減回路を接続すると、中性線電流の3次高調波電流をベースとするひずみ波電流イは、高調波低減回路を接続しない場合のひずみ波電流ロに比べて非常に小さくなり、図3(b)のように高調波低減回路を接続した場合の受電端電圧イは、立ち上り部分と降下部分のスロープが正弦波に近付いており、受電端電圧中の高調波の含有量が低減していることが分かる。したがって図1の高調波低減回路は、中性線電流の3次高調波電流をベースとするひずみ波電流を低減する効果がある。
コンデンサ入力型整流回路は、整流回路入力電流の通流幅が狭いため、波高値が実効値の3〜5倍程度になることもある。そのため、線路インピーダンスの関係で正弦波のピークの頭部分がカットされて電圧降下が生じ、受電端電圧の波形ひずみを生じるが、三相4線式配電線に図1の高調波低減回路を用いることにより、図3(b)のように、波高以外部分の形状を含めてその受電端電圧の波形ひずみは、改善される。
According to FIG. 3 (a), when the harmonic reduction circuit of FIG. 1 is connected to a three-phase four-wire distribution line, the distortion wave current a based on the third harmonic current of the neutral wire current is reduced by harmonics. The distortion wave current b when the circuit is not connected is much smaller than the distortion wave current b. When the harmonic reduction circuit is connected as shown in FIG. It is close to the wave, and it can be seen that the harmonic content in the receiving end voltage is reduced. Therefore, the harmonic reduction circuit of FIG. 1 has an effect of reducing the distortion wave current based on the third harmonic current of the neutral line current.
Since the capacitor input type rectifier circuit has a narrow rectifier circuit input current flow width, the peak value may be about 3 to 5 times the effective value. Therefore, the peak portion of the sine wave is cut due to the line impedance, resulting in a voltage drop and a waveform distortion of the receiving end voltage. However, the harmonic reduction circuit of FIG. 1 is used for the three-phase four-wire distribution line. As a result, as shown in FIG. 3B, the waveform distortion of the receiving end voltage including the shape of the portion other than the wave height is improved.
次に図4について説明する。
図4(a)は、負荷電力(負荷容量)と中性線電流を示し、図4(b)は、負荷電力(負荷容量)と受電端電圧ひずみ率を示し、図4(c)は、負荷電力(負荷容量)と直流出力電圧(整流回路の直流出力電圧)を示す。なお図4において、実線は、高調波低減回路を接続した場合の特性を示し、破線は、高調波低減回路を接続しない場合の特性を示す。
三相4線式配電線に図1の高調波低減回路を接続すると、中性線のひずみ波電流は、図4(a)のように負荷の容量の広い範囲において大幅に低減できる。その結果三相4線式配電線に図1の高調波低減回路を接続すると、受電端電圧ひずみ率は、図4(b)のように改善でき、直流出力電圧の低下は、図4(c)のように小さくなる。
Next, FIG. 4 will be described.
4A shows the load power (load capacity) and the neutral line current, FIG. 4B shows the load power (load capacity) and the receiving-end voltage distortion rate, and FIG. The load power (load capacity) and the DC output voltage (DC output voltage of the rectifier circuit) are shown. In FIG. 4, the solid line indicates the characteristic when the harmonic reduction circuit is connected, and the broken line indicates the characteristic when the harmonic reduction circuit is not connected.
When the harmonic reduction circuit of FIG. 1 is connected to the three-phase four-wire distribution line, the distorted wave current of the neutral wire can be greatly reduced in a wide range of load capacity as shown in FIG. As a result, when the harmonic reduction circuit of FIG. 1 is connected to the three-phase four-wire distribution line, the receiving-end voltage distortion rate can be improved as shown in FIG. 4B, and the decrease in the DC output voltage is shown in FIG. ) Becomes smaller.
図5〜図8により実施例2を説明する。
図5は、本願発明の実施例2に係る高調波低減回路を接続した三相4線式配電線の電力供給回路を示し、負荷に位相制御型調光回路が接続されている。負荷以外は、図1と同じである。
各相の負荷8は、SCR3,4を逆並列接続した位相制御用スイッチ81に電球の抵抗Rbを接続してある。
中性線Nには、実施例1で説明したように、各相の高調波低減回路6の電流icの合成電流Σic(中性線Nの電流iCN)が流れ、その合成電流Σicは、各相の高調波低減回路6の共振回路の共振周波数f0を電源電圧の周波数fの3倍(f0=3f)に設定すると正弦波の3次高調波電流となる。一方負荷8に位相制御用スイッチ81を用いた場合には、負荷8により発生して中性線Nを流れる3次高調波電流をベースとしたひずみ電流は、非正弦波となる。したがって負荷8により発生して中性線Nを流れる3次高調波電流をベースとしたひずみ電流を、中性線Nの合成電流Σicで完全に相殺することは困難である。
A second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a power supply circuit of a three-phase four-wire distribution line to which a harmonic reduction circuit according to
The
As described in the first embodiment, the neutral line N is supplied with the combined current Σic (current i CN of the neutral line N) of the current ic of the
そこで本実施例は、中性線Nの合成電流Σicを非正弦波化することを試み、各相の高調波低減回路6の共振回路の共振周波数f0を、電源電圧の周波数fの3倍(f0=3f)以外の周波数に設定することにより非正弦波化できることを見出した。
図6は、中性線Nの合成電流Σicを三角波化する例である。
各相の高調波低減回路6の共振回路の共振周波数f0を、電源電圧の周波数fの1.5倍(f0=1.5f)に設定すると、各相の高調波低減回路6の電流icは、iCU,iCV,iCWのように繰り返し周波数1.5fの正弦パルス状の電流になるが、中性線Nの合成電流Σicは、iCNのように繰り返し周波数3fの三角波になる。即ち三相4線式の電力供給回路は、各相の共振周波数f0を1.5fに設定すると、各相の電流icは1.5fの正弦パルス状となるが、合成電流Σic(中性線Nの電流iCN)は3次高調波電流と同一周期(同一の繰り返し周波数)の三角波になる。
In this embodiment, therefore, an attempt is made to make the combined current Σic of the neutral line N non-sinusoidal, and the resonance frequency f 0 of the resonance circuit of the
FIG. 6 shows an example in which the combined current Σic of the neutral line N is converted into a triangular wave.
When the resonance frequency f 0 of the resonance circuit of the
図7は、各相の高調波低減回路6の共振回路の共振周波数f0を変えたときの合成電流Σicの波形を示す。なお図7(a)には、比較のため周波数fの電源電圧の波形を併記してある。
図7(b)〜(f)は、共振周波数f0が、f0=1.5f(図6と同じ)、f0=2f、f0=2.5f、f0=3f(図2と同じ)、f0=5fのときの合成電流Σicの波形を示す。共振周波数f0を変えると、合成電流Σicの波形は、図7(b)〜(f)のように変化するが、合成電流Σicの周期(或いは繰り返し周波数)は、いずれの場合も3次高調波電流と同じになる。
以上のように合成電流Σicは、共振周波数f0を変えるとことにより、正弦波にも非正弦波にもなる。なおこの点は、図1(負荷7の場合)についても同様である。
図7(b)〜(f)は、3次高調波電流と同一周期となる合成電流Σicのみを図示してあるが、合成電流Σicには3次高調波電流以外の高調波電流も含まれている。
FIG. 7 shows the waveform of the combined current Σic when the resonance frequency f 0 of the resonance circuit of the
7B to 7F, the resonance frequency f 0 is f 0 = 1.5f (same as FIG. 6), f 0 = 2f, f 0 = 2.5f, f 0 = 3f (FIG. 2 and FIG. The same shows the waveform of the combined current Σic when f 0 = 5f. When the resonance frequency f 0 is changed, the waveform of the composite current Σic changes as shown in FIGS. 7B to 7F, but the period (or repetition frequency) of the composite current Σic is the third harmonic in any case. Same as wave current.
As described above, the combined current Σic becomes a sine wave or a non-sine wave by changing the resonance frequency f 0 . This also applies to FIG. 1 (in the case of load 7).
FIGS. 7B to 7F show only the combined current Σic having the same period as the third harmonic current, but the combined current Σic includes harmonic currents other than the third harmonic current. ing.
そこで図8により3次高調波以外の高調波電流の含有率を説明する。
図8は、電源電圧の周波数f=50[Hz]における高調波低減回路6の共振周波数f0と合成電流Σicのn次高調波電流の含有率との関係を示す。図8において、縦軸は、3次高調波電流に対するn次高調波電流の含有率を、横軸は、高調波低減回路6の共振周波数f0を示す。図8は、n=3以外のn=9,15,21,33の高調波電流を図示してある。なおn=27等の高調波電流も現れるが、含有量が少ないので省略してある。
以上のように本実施例の電力供給回路は、高調波低減回路6を用いることにより、中性線Nの合成電流Σicは、3次高調波電流をベースとする高調波電流からなるから、負荷8により発生して中性線Nを流れる3次高調波電流をベースとするひずみ波電流を低減することができる。
なお実施例2は、高調波低減回路6のサイリスタSCR1,2の点弧角αを変えることにより各相の3次高調波電流の位相を変えることができる。即ち実施例2の各相の3次高調波電流の位相は、実施例1の高調波低減回路6の電流の位相に相当する。したがって本願発明は、実施例2の3次高調波電流を含めて高調波低減回路の電流と呼ぶ。
また実施例2で説明した各相の高調波低減回路からの合成電流Σicの波形は、図1の場合(負荷7の場合)についても同様である。
Therefore, the content of harmonic currents other than the third harmonic will be described with reference to FIG.
FIG. 8 shows the relationship between the resonance frequency f 0 of the
As described above, the power supply circuit of the present embodiment uses the
In the second embodiment, the phase of the third harmonic current of each phase can be changed by changing the firing angle α of the thyristors SCR1 and SCR2 of the
The waveform of the combined current Σic from the harmonic reduction circuit for each phase described in the second embodiment is the same as in the case of FIG. 1 (in the case of the load 7).
図9、図10により実施例3を説明する。
図9(a)は、本願発明の実施例3に係る高調波低減回路を接続した三相4線式配電線の電力供給回路を示し、各相の高調波低減回路にバイアス回路を付加してある。バイアス回路以外は、図5と同じである。
実施例1、実施例2の中性線Nの高調波低減回路6からの電流iCN(合成電流Σic)の波形は、正弦波、非正弦波いずれの場合にも、半波の立ち上り部分と下降部分とが対称であるが、負荷の種類により非対称の電流を必要とする場合がある。例えば、図10(a)の三角波ロは、半波の立ち上り部分と下降部分とが対称であるが、負荷の種類によりイのような非対称の電流を必要とする場合がある。同様に図10(b)の正弦波ロは、半波の立ち上り部分と下降部分とが対称であるが、負荷の種類によりイのような非対称の電流を必要とする場合がある。
そこで実施例3は、それらの非対称波形に対応して、中性線Nの電流iCN(合成電流Σic)の波形を非対称にするため、高調波低減回路6にバイアス回路9を付加してある。
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 9A shows a power supply circuit of a three-phase four-wire distribution line connected with a harmonic reduction circuit according to
The waveform of the current i CN (synthetic current Σic) from the
Accordingly, in the third embodiment, a
各相のバイアス回路9は、図9(b)のようにバイアス電圧発生回路91とトランス92からなり、バイアス電圧発生回路91のバイアス電圧は、トランス92により高調波低減回路6の出力に結合されている。
高調波低減回路6の電流iCの波形は、無バイアス時、例えば図9(c)イの波形に設定する。一方バイアス電圧発生回路91のバイアス電圧の波形は、図9(c)ロのように傾斜特性を有する波形に設定する。高調波低減回路6の電流iCの波形は、バイアス電圧を印加すると図9(c)ハのようになる。したがって中性線Nの高調波低減回路6からの電流iCN(合成電流Σic)の波形は、波形ロのバイアス電圧を印加すると半波の立ち上り部分と下降部分とが非対称になる。
バイアス電圧の波形は、図9(c)ロ以外の波形に設定することもできる。
バイアス電圧発生回路91は、スイッチング素子を用いたインバータ等によって構成することができる。
なお実施例3は、高調波低減回路6のサイリスタSCR1,2の点弧角αを変えることにより各相の3次高調波電流の位相を変えることができる。即ち実施例3の各相の3次高調波電流の位相は、実施例1の高調波低減回路6の電流の位相に相当する。したがって本願発明は、実施例3の3次高調波電流を含めて高調波低減回路の電流と呼ぶ。
また実施例3で説明した各相の高調波低減回路からの合成電流Σicの波形の非対称化は、図1の場合(負荷7の場合)についても同様である。
The
The waveform of the current i C of the
The waveform of the bias voltage can also be set to a waveform other than that shown in FIG.
The bias
In the third embodiment, the phase of the third harmonic current of each phase can be changed by changing the firing angle α of the thyristors SCR1 and SCR2 of the
Further, the asymmetry of the waveform of the combined current Σic from the harmonic reduction circuit of each phase described in the third embodiment is the same in the case of FIG. 1 (in the case of the load 7).
1 3相交流電源
6 高調波低減回路
7 コンデンサ入力型整流回路を用いた負荷
71 ダイオードブリッジ整流回路
8 位相制御型調光回路を用いた負荷
81 位相制御用スイッチ
9 バイアス回路
91 バイアス電圧発生回路
92 トランス
U,V,W U相、V相、W相の配電線
N 中性線
Vl 受電端電圧
ic 高調波低減回路の電流
il 負荷の入力電流
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