JP2010279170A

JP2010279170A - アクティブフィルタ

Info

Publication number: JP2010279170A
Application number: JP2009129252A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kubo; 守久保; Kazuhisa Otagaki; 和久太田垣
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-09

Abstract

【課題】高速な演算処理を必要とせず、安価に高調波電流の抑制を実現することができるアクティブフィルタを提供する。
【解決手段】電源１に接続された負荷装置３、４に流れる負荷電流中の高調波電流を抑制するアクティブフィルタにおいて、負荷装置の消費電力Ｗｄｃから入力電流実効値の目標値Ｉｂｐを算出し、√２×Ｉｂｐ×ｓｉｎ（２πｆｔ）を負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）とし、測定された負荷電流Ｉｃ（ｔ）から前記負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）を減算することで高調波電流Ｉｈ（ｔ）を算出し、この高調波電流Ｉｈ（ｔ）と逆位相のキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）を生成し、このキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）により高調波電流Ｉｈを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源に接続された空気調和機のモータ等の負荷装置に流れる負荷電流中の高調波電流を抑制するためのアクティブフィルタに関するものである。

商用三相電源に接続された負荷装置に流れる負荷電流には、当該負荷装置の電気回路を構成するインダクタンス（リアクトル）やコンデンサ（キャパシタ）の影響を受けて、商用電源からの基本波電流の整数倍の周波数を有する高調波電流が含まれる。この高調波電流は基本波電流に歪みを生じさせるため、電源に接続された各負荷装置に誤動作、発熱、発火等の悪影響を及ぼすことになる。

そこで、従来よりアクティブフィルタを負荷装置に対して並列に電源に接続し、このアクティブフィルタにより負荷電流中に含まれる高調波電流とは逆位相のキャンセル高調波電流（補償電流）を生成して、このキャンセル高調波電流を電源と負荷装置が構成する電気回路中に注入することで、高調波電流を抑制する対処が行われていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１７７７０５号公報

ここで、アクティブフィルタにおいて高調波電流の抽出を行う場合、従来では負荷電流Ｉｃを測定し、それをバンドパスフィルタで基本波電流Ｉ１とを測定し、負荷電流Ｉｃから基本波電流Ｉ１を減算することで高調波電流Ｉｈを分離し、それの逆位相の電流をキャンセル高調波電流としていた。この演算はアクティブフィルタの制御装置を構成するマイクロコンピュータによって行われ、算出されたキャンセル高調波電流に基づいてアクティブフィルタを構成するインバータのカスケード回路を制御するための指令値を作成していた。

このリアルタイムでの高調波電流の分離演算は極めて複雑であり、マイクロコンピュータには高速な演算処理能力が要求されていた。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高速な演算処理を必要とせず、安価に高調波電流の抑制を実現することができるアクティブフィルタを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、電源に接続された負荷装置に流れる負荷電流中の高調波電流を抑制するアクティブフィルタにおいて、負荷装置の消費電力Ｗｄｃから入力電流実効値の目標値Ｉｂｐを算出し、√２×Ｉｂｐ×ｓｉｎ（２πｆｔ）を負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）とし、測定された負荷電流Ｉｃ（ｔ）から前記負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）を減算することで高調波電流Ｉｈ（ｔ）を算出し、この高調波電流Ｉｈ（ｔ）と逆位相のキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）を生成し、このキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）により高調波電流Ｉｈを抑制することを特徴とする。

本発明によれば、電源に接続された負荷装置に流れる負荷電流中の高調波電流を抑制するアクティブフィルタにおいて、負荷装置の消費電力Ｗｄｃから入力電流実効値の目標値Ｉｂｐを算出し、√２×Ｉｂｐ×ｓｉｎ（２πｆｔ）を負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）とし、測定された負荷電流Ｉｃ（ｔ）から前記負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）を減算することで高調波電流Ｉｈ（ｔ）を算出し、この高調波電流Ｉｈ（ｔ）と逆位相のキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）を生成し、このキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）により高調波電流Ｉｈを抑制するようにしたので、従来行われていたバンドパスフィルタを用いたリアルタイムでの高調波電流の分離演算を不要とし、安価な高調波電流の抑制を実現することができるようになるものである。

本発明を適用した一実施例のアクティブフィルタを用いた装置の電気回路図である。図１のアクティブフィルタの機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を説明するための電気回路図である。この図において、１は三相交流電源（実施例では４００Ｖ）であり、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相から位相が１２０度ずつずれた交流電圧（電源電圧Ｖ）が出力される。Ｒ相、Ｓ相及びＴ相には、配線２Ｒ、２Ｓ、２Ｔが接続されており、これらは分岐して家屋等の内部で複数（実施例では２台）の三相交流の負荷装置３、４（電源１に対して並列に接続）それぞれに電力を供給している。

実施例の負荷装置３は空気調和機であり、電源１の各相の配線２Ｒ〜２Ｔに接続された交流側のインダクタンスＬ１〜Ｌ３、コンデンサＣ１〜Ｃ６と、ダイオードブリッジから構成された整流回路６と、直流側のインダクタンスＬ５及びコンデンサＣ７と、複数のスイッチング素子から構成されたインバータ回路７と、このインバータ回路７に接続され、空気調和機の冷媒回路を構成するコンプレッサを駆動するためのモータ８と、マイクロコンピュータから構成された制御装置９（負荷装置側制御装置）等から構成されている。

電源１から供給された三相の交流電力は、整流回路６で整流され、インダクタンスＬ５、コンプレッサＣ７で平滑されて直流電力に変換され、インバータ回路７に出力される。制御装置９は負荷装置３によって空調される図示しない室内の温度等に基づき、インバータ回路７にスイッチング信号を送る。インバータ回路７はスイッチング信号に応じた電力をモータ８に供給し、この電力に応じた回転数でモータ８を運転する。

負荷装置４も空気調和機であり、同様に電源１の各相の配線２Ｒ〜２Ｔに接続された交流側のインダクタンスＬ６〜Ｌ８、コンデンサＣ８〜Ｃ１３と、ダイオードブリッジから構成された整流回路１１と、直流側のインダクタンスＬ１０及びコンデンサＣ１４と、複数のスイッチング素子から構成されたインバータ回路１２と、このインバータ回路１２に接続され、空気調和機の冷媒回路を構成するコンプレッサを駆動するためのモータ１３と、マイクロコンピュータから構成された制御装置１４（負荷装置側制御装置）等から構成され、制御装置１４により同様にモータ１３の運転制御を行う。

図中１６は並列型のアクティブフィルタであり、電源１の各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の配線２Ｒ、２Ｓ、２Ｔに接続（前記負荷装置３、４に対して並列）されている。実施例のアクティブフィルタ１６は、電流検出部１７と、波形変換部１８と、インバータ１９と、補助電源部２１と、ゼロクロス検出部２２と、電圧検出部２３と、マイクロコンピュータから構成された制御装置（アクティブフィルタ側制御装置）２４等からＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ−Ｆａｃｔｏｒ−Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路（力率改善回路とも云う）を構成している。

インバータ１９は３個のカスケード回路を有しており、各カスケード回路はＩＧＢＴ（ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ）から成るスイッチング素子が２個ずつ直列接続されて構成されている。各カスケード回路は互いに並列接続され、インバータ１９が構成されると共に、各ＩＧＢＴのゲートは制御装置２４に接続されている。また、補助電源部２１はコンデンサＣ１５から構成されており、インバータ１９に接続されている。

波形変換部１８は６個のインダクタンスＬ１１〜Ｌ１６と３個のコンデンサＣ１６〜Ｃ１８から構成されている。電流検出部１７は、負荷装置３が接続された配線２Ｒと２Ｓを流れる負荷電流を検出する電流検出器２６、２７と、負荷装置４が接続された配線２Ｒと２Ｓを流れる負荷電流を検出する電流検出器２８、２９と、インバータ１９のＲ相とＳ相の出力電流であるインバータ１９と波形変換部１８間の配線２Ｒと２Ｓを流れる電流を検出する電流検出器３１、３２を備えている。

ゼロクロス検出部２２は電源１のＲ相の電圧を検出するよう配線２Ｒに接続され、電源電圧Ｖのゼロクロス点を検出する。電圧検出部２３は補助電源部２１の電圧を検出する。これら電流検出部１７が検出する電流値、ゼロクロス検出部２２が検出する電源電圧Ｖ及び電圧検出部２３が検出する補助電源部２１の直流電圧に関するデータは制御装置２４に入力される。

また、各負荷装置３、４のインバータ７、１２の入力側には、各負荷装置３、４での消費電力Ｗｄｃを検出するための電流／電圧検出装置５１、５２が設けられ、それらの出力はアクティブフィルタ１６の制御装置２４に入力されている。電流／電圧検出装置５１、５２は何れもインバータ７、１２の入力電圧Ｖｄと入力電流Ｉｄ（ホール素子を用いる）を検出し、制御装置２４に出力する。

次に、図２の機能ブロック図を参照しながら、アクティブフィルタ１６の動作を説明する。例えば、負荷装置３に対して、アクティブフィルタ１６の制御装置２４は、電流／電圧検出装置５１が検出する入力電圧Ｖｄと入力電流Ｉｄに基づいて負荷装置３のモータ８における消費電力Ｗｄｃを算出する。

次に、この消費電力Ｗｄｃと入力電圧実効値Ｖｂ及び入力電流実効値Ｉｂの関係は、
Ｗｄｃ＝√３×Ｖｂ×Ｉｂ
であり、Ｖｂは交流電圧Ｖｄの１／√２であることから、負荷装置３の入力電流実効値は、
Ｉｂ＝√２Ｗｄｃ／（√３×Ｖｄ）
で求められる。このＩｂを入力電流実効値の目標値Ｉｂｐとする。

次に、この目標値Ｉｂｐを用いて整流回路６直前の負荷電流（１次電流）の瞬時値の目標値Ｉｃｐ（ｔ）を表すと、
Ｉｃｐ（ｔ）＝√２×Ｉｂｐ×ｓｉｎ（２πｆｔ）
となる。この目標値Ｉｃｐが高調波電流の無い負荷電流の目標値として扱う。即ち、従来の基本波電流と同等に扱うが、目標値Ｉｃｐは電源電圧Ｖと同位相である。そして、電流検出器２６、２７で検出され、電流検出部１７にて入力された負荷電流Ｉｃ（ｔ）からこの目標値Ｉｃｐ（ｔ）を減算することにより、負荷電流Ｉｃ（ｔ）中に含まれる高調波電流Ｉｈ（ｔ）を抽出することができる。
Ｉｈ（ｔ）＝Ｉｃ（ｔ）−Ｉｃｐ（ｔ）

そして、アクティブフィルタ１６の制御装置２４は求められた高調波電流Ｉｈ（ｔ）の逆位相の電流をキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）とする。制御装置２４は負荷装置４に対しても同様にキャンセル高調波電流を算出し、負荷装置３に対するものと合成して指令値を演算する。そして、この合成したキャンセル高調波電流を生成するための指令値に基づき、制御装置２４はインバータ１９を制御することにより、キャンセル高調波電流を配線２Ｒ〜２Ｔに注入する。これによって配線２Ｒ〜２Ｔから各負荷装置３、４に流れる高調波電流を抑制する。

尚、上述した実施例では電流／電圧検出装置５１、５２を用いて負荷装置３、４における消費電力Ｗｄｃを検出したが、それに限らず、インバータ７、１２を制御している各負荷装置３、４の制御装置９、１４から消費電力に関するデータを取り込むことも可能である。

このように、電源１に接続された負荷装置３、４の消費電力Ｗｄｃから入力電流実効値の目標値Ｉｂｐを算出し、√２×Ｉｂｐ×ｓｉｎ（２πｆｔ）を負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）とし、測定された負荷電流Ｉｃ（ｔ）から負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）を減算することで高調波電流Ｉｈ（ｔ）を算出し、この高調波電流Ｉｈ（ｔ）と逆位相のキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）を生成し、このキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）により高調波電流Ｉｈを抑制するようにしたので、従来のようなバンドパスフィルタを用いた基本波電流の算出とそれを用いたリアルタイムでの高調波電流の分離演算を不要とし、安価な高調波電流の抑制を実現することができるようになる。

１電源
２Ｒ〜２Ｔ配線
３、４負荷装置
１６アクティブフィルタ
１９インバータ
２４制御装置
５１、５２電流／電圧検出装置

Claims

電源に接続された負荷装置に流れる負荷電流中の高調波電流を抑制するアクティブフィルタであって、
前記負荷装置の消費電力Ｗｄｃから入力電流実効値の目標値Ｉｂｐを算出し、
√２×Ｉｂｐ×ｓｉｎ（２πｆｔ）を負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）とし、
測定された負荷電流Ｉｃ（ｔ）から前記負荷電流の目標値Ｉｃｐ（ｔ）を減算することで高調波電流Ｉｈ（ｔ）を算出し、この高調波電流Ｉｈ（ｔ）と逆位相のキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）を生成し、このキャンセル高調波電流Ｉｈｉ（ｔ）により高調波電流Ｉｈ（ｔ）を抑制することを特徴とするアクティブフィルタ。