JP2019103234A - Dc active filter and converter - Google Patents

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Abstract

To provide a direct current active filter that can miniaturize a transformer and can reduce vibration and noise generated in the transformer, and a converter including the same.SOLUTION: A DC active filter 1 according to an embodiment includes a current detection device 3 provided in an electric path 2, an arithmetic device 5 obtaining a current flowing through the electric path 2 by taking the output of the current detection device 3, a converter 4 connected in parallel to the electric path 2 and outputting a DC current to the electric path 2, a control device 6 outputting a control signal to the converter 4 on the basis of the calculation result of calculation device 5. The arithmetic device 5 calculates the magnitude of the direct current component included in the current flowing through the electric path 2, and the control unit 6 controls the converter 4 to output a direct current having the same magnitude as the calculated direct current component and having an opposite sign.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、電路を流れる直流成分を低減する直流アクティブフィルタ、および、それを備える変換装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to a direct current active filter that reduces a direct current component flowing in an electrical path, and a converter including the same.

従来、電圧型インバータ等の変換装置に接続される変圧器には、直流が流入することによる直流偏磁を抑制するために、ギャップ付き鉄心が用いられることがある(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, in a transformer connected to a conversion device such as a voltage type inverter, a core with a gap may be used in order to suppress DC bias magnetism due to the flow of DC (see, for example, Patent Document 1). .

特開2008−289267号公報JP, 2008-289267, A

しかしながら、鉄心にギャップを設けると、鉄心構造が複雑になり、鉄心磁束密度を大きく取れないことから、変圧器が大型化するという問題がある。また、ギャップ付き鉄心の場合、動作時の振動や騒音が増加するという問題もある。   However, providing a gap in the iron core complicates the iron core structure and can not obtain a large iron core magnetic flux density, which causes a problem of increasing the size of the transformer. In the case of a core with a gap, there is also a problem that vibration and noise during operation increase.

そこで、変圧器を小型化することができ、且つ、変圧器に生じる振動や騒音を小さくすることができる直流アクティブフィルタ、およびそれを備えた変換装置を提供する。   Therefore, a DC active filter capable of miniaturizing a transformer and reducing vibration and noise generated in the transformer, and a converter including the same are provided.

実施形態の直流アクティブフィルタは、電路に設けた電流検出装置と、電流検出装置の出力を取り込んで電路に流れる電流を求める演算装置と、電路と並列に接続され、電路に対して直流電流を出力するコンバータと、演算装置の演算結果に基づいてコンバータへ制御信号を出力する制御装置と、を備え、演算装置は、電路に流れる電流に含まれる直流成分の大きさを演算し、制御装置は、演算した直流成分の大きさと同じで符号が逆になる直流電流を出力するようにコンバータを制御する。
また、実施形態の変換装置は、上記した直流アクティブフィルタを備える。
The DC active filter according to the embodiment is connected in parallel with the current path, a current detection device provided in the electrical path, an arithmetic device for obtaining the current flowing in the electrical path by capturing the output of the current detection device, and outputting DC current to the electrical path And a control device that outputs a control signal to the converter based on the calculation result of the calculation device, the calculation device calculates the magnitude of the DC component included in the current flowing through the electric path, and the control device The converter is controlled to output a DC current which is the same as the calculated DC component size and opposite in sign.
Moreover, the converter of embodiment is provided with the above-mentioned DC active filter.

実施形態による直流アクティブフィルタおよび変換装置の電気的構成を模式的に示す図The figure which shows typically the electric constitution of the direct current | flow active filter by embodiment, and the converter. 直流アクティブフィルタによるフィルタ効果を模式的に示す図Diagram schematically showing the filter effect by the DC active filter 直流アクティブフィルタの動作原理を説明する図Diagram to explain the principle of operation of a DC active filter 電流検出回路の電気的構成を模式的に示す図A diagram schematically showing an electrical configuration of a current detection circuit コンバータの電気的構成を模式的に示す図Diagram schematically showing the electrical configuration of the converter

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態の直流アクティブフィルタ1は、電路2に設けられている電流検出装置3、電路2と並列に接続されて電路2に対して直流電流を出力するコンバータ4、電流検出装置3の出力を取り込んで電路2に流れる電流を求める演算装置5、演算結果に基づいてコンバータ4へ制御信号を出力する制御装置6を備えている。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the DC active filter 1 of the present embodiment includes a current detection device 3 provided in the electric path 2, a converter 4 connected in parallel with the electric path 2 and outputting DC current to the electric path 2, The arithmetic device 5 obtains an electric current flowing in the electric path 2 by taking the output of the current detection device 3, and the control device 6 outputs a control signal to the converter 4 based on the arithmetic result.

この直流アクティブフィルタ1は、インバータ7と変圧器8の間、より詳細には、インバータ7の出力側であって変圧器8の前段側に配置されている。このインバータ7は、例えばIGBTをブリッジ接続され、図示しない制御部によりPWM制御される周知の構成を採用している。これら直流アクティブフィルタ1およびインバータ7は、変換装置9ここでは直流を交流に変換する電力変換装置を構成しており、変圧器8の二次側には接続されている負荷10に電力を供給する。   The DC active filter 1 is disposed between the inverter 7 and the transformer 8, more specifically, on the output side of the inverter 7 and on the front side of the transformer 8. The inverter 7 adopts, for example, a known configuration in which IGBTs are bridge-connected and PWM-controlled by a control unit (not shown). The DC active filter 1 and the inverter 7 constitute a power converter that converts DC to AC in the converter 9 here, and supplies power to the load 10 connected to the secondary side of the transformer 8 .

ここで、インバータ7から出力される電流について説明する。図2に示すように、インバータ7の出力電流(Ii)には、交流成分だけでなく直流成分つまりは直流電流(Ioff)が含まれることがある。そして、この直流電流(Ioff)が変圧器8に流れると、鉄心の磁束密度に直流成分が重畳する偏磁が引き起こされ、変圧器8の鉄心に磁気飽和が生じて振動や騒音が発生する原因となる。   Here, the current output from the inverter 7 will be described. As shown in FIG. 2, the output current (Ii) of the inverter 7 may include not only an AC component but also a DC component, that is, a DC current (Ioff). Then, when this direct current (Ioff) flows through the transformer 8, a biased magnetization in which a direct current component is superimposed on the magnetic flux density of the iron core is caused, and magnetic saturation occurs in the iron core of the transformer 8, causing vibration and noise. It becomes.

そこで、本実施形態では、コンバータ4から直流電流(Ic)、より厳密には、インバータ7の出力電流(Ii)に含まれる直流成分(Ioff)と同じ大きさであって向きが逆になる直流電流(Ic)を電路2に対して出力することにより、変圧器8つまりは負荷10側に直流電流が流れないようにしている。以下、その具体的な手法について説明する。   Therefore, in the present embodiment, the direct current (Ic) from the converter 4, more strictly, the direct current having the same magnitude as the direct current component (Ioff) included in the output current (Ii) of the inverter 7 and the direction being reverse By outputting the current (Ic) to the electric path 2, the direct current does not flow to the transformer 8 or the load 10 side. The specific method will be described below.

まず、図3を参照しながら、直流アクティブフィルタ1の動作原理について説明する。図3に示すように、電路2に交流電源11および直流電源12が存在している場合、電路2には、以下の(1)式に示すように、交流電源11からの交流電流(Iac)と直流電源12からの直流電流(Idc)が合算された電流(Ix)が流れることになる。
Ix=Iac+Idc ・・・(1)
First, the operation principle of the DC active filter 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, when the AC power supply 11 and the DC power supply 12 exist in the power path 2, as shown in the following equation (1), the AC current (Iac) from the AC power source 11 is present in the power path 2. And a DC current (Idc) from the DC power supply 12 is added to flow a current (Ix).
Ix = Iac + Idc (1)

このとき、交流電流(Iac)は、交流電源11の電圧をEac、負荷10のインピーダンスをZとすると、以下の(2)式のように求めることができる。
Iac=Eac/Z ・・・(2)
At this time, assuming that the voltage of the AC power supply 11 is Eac and the impedance of the load 10 is Z, the alternating current (Iac) can be obtained as in the following equation (2).
Iac = Eac / Z (2)

また、直流電流(Idc)は、直流電源12の電圧をEdc、負荷10抵抗をRとすると、以下の(3)式のように求めることができる。
Idc=Edc/R ・・・(3)
Further, the direct current (Idc) can be obtained as in the following equation (3), assuming that the voltage of the direct current power supply 12 is Edc and the resistance of the load 10 is R.
Idc = Edc / R (3)

このとき、電流検出装置3により直流電流(Idc)の大きさを求め、それと同じ大きさであって向きが逆になる電流を出力するように直流電流源13を制御したとすると、直流電流源13からの出力電流(Iα)と直流電流(Idc)との関係は、以下の(4)式のように表される。
Iα=−Idc ・・・(4)
At this time, assuming that the direct current source 13 is controlled to output the current having the same magnitude and the opposite direction as the magnitude of the direct current (Idc) determined by the current detection device 3, the direct current source The relationship between the output current (Iα) from 13 and the direct current (Idc) is expressed by the following equation (4).
Iα = −Idc (4)

また、負荷10側に流れる電流(Iy)は、電路2を流れる電流(Ix)と直流電流源13の出力電流(Iα)との和であることから、以下の(5)式のように表される。
Iy=Ix+Iα ・・・(5)
Further, since the current (Iy) flowing to the load 10 side is the sum of the current (Ix) flowing through the electric path 2 and the output current (Iα) of the DC current source 13, the table (5) below Be done.
Iy = Ix + Iα (5)

そして、この(5)式に上記した(1)式および(4)式を代入すると、以下の(6)式に示すように、負荷10側には直流成分が含まれていないこと、すなわち、直流成分を助教できることが分かる。
Iy=(Iac+Idc)+(−Idc)=Iac ・・・(6)
Then, when the above equations (1) and (4) are substituted into the equation (5), as shown in the following equation (6), the load 10 side does not contain a DC component, that is, It turns out that you can assistant professor DC component.
Iy = (Iac + Idc) + (− Idc) = Iac (6)

さて、本実施形態の電流検出装置3は、図4に示すように、光ファイバ20をセンサとして用いる光CT(Current Transformer)で構成されている。より具体的には、電流検出装置3は、電路2に設けられ、二次側を閉路した電磁式CT21(Current Transformer)と、電路2と電磁式CT21の二次側とにそれぞれ光ファイバ20を直列に巻回した状態の光CTと、により構成されている。   Now, as shown in FIG. 4, the current detection device 3 of the present embodiment is configured by an optical CT (Current Transformer) that uses the optical fiber 20 as a sensor. More specifically, the current detection device 3 is provided in the electric path 2 and has the optical fiber 20 on each of the electromagnetic CT 21 (Current Transformer) with the secondary side closed and the electric path 2 and the secondary side of the electromagnetic CT 21. It is comprised by optical CT of the state wound in series.

光CTは、演算装置5と、光ファイバ20と、光ファイバ20の端部に設けられているミラー22とを備えている。なお、本実施形態では、演算装置5はコンバータ4を制御する制御装置6と一体に設けられており、単一のマイクロコンピュータによって演算装置5と制御装置6とが実現された構成になっている。   The light CT includes an arithmetic unit 5, an optical fiber 20, and a mirror 22 provided at an end of the optical fiber 20. In the present embodiment, the arithmetic unit 5 is provided integrally with the control unit 6 for controlling the converter 4, and the arithmetic unit 5 and the control unit 6 are realized by a single microcomputer. .

光CTでは、光源23から照射された光が、ハーフミラー24を通ってTxとして破線の矢印にて示す向きで光ファイバ20内を伝播し、光ファイバ20の端部に設けられているミラー22によって光が反射することにより、光ファイバ20内をRxとして破線の矢印にて示す向きで伝播して制御装置6に戻ってくる。   In light CT, the light emitted from the light source 23 propagates through the half mirror 24 in the optical fiber 20 in the direction indicated by the broken arrow as Tx, and the mirror 22 provided at the end of the optical fiber 20 As a result of the reflection of light, the light propagates in the direction shown by the broken arrow with the inside of the optical fiber 20 as Rx and returns to the control device 6.

さて、光CTによる電流の検出原理は周知であるので詳細な説明は省略するが、光ファイバ20を電路2に巻回すると、光ファイバ20内を伝播する光は、電路2の周囲に生じる磁界に沿って偏光面が回転する。このとき、偏光面の回転角であるファラデー回転角は、光ファイバ20の巻回回数と磁界の強さつまりは電路2を流れる電流の大きさとの積に比例する。また、偏光面が回転する回転方向は、光ファイバ20が電路2を巻回する巻回方向に依存するため、巻回方向が逆であれば回転方向も逆になる。そのため、演算装置5にて電流の大きさと向きとを演算することができる。   Now, the principle of detection of current by optical CT is well known, and thus detailed description will be omitted. However, when the optical fiber 20 is wound around the electric path 2, light propagating in the optical fiber 20 is a magnetic field generated around the electric path 2. The plane of polarization rotates along. At this time, the Faraday rotation angle, which is the rotation angle of the polarization plane, is proportional to the product of the number of turns of the optical fiber 20 and the strength of the magnetic field, that is, the magnitude of the current flowing through the electric path 2. Further, since the rotation direction in which the polarization plane rotates is dependent on the winding direction in which the optical fiber 20 winds the electric path 2, if the winding direction is reversed, the rotation direction is also reversed. Therefore, the magnitude and direction of the current can be computed by the computing device 5.

具体的には、制御装置6に戻ってきた光は、ハーフミラー24で反射された後、光電変換部25において電気信号に変換され、信号処理部26においてフィルタ処理等が施された後、演算装置5によって演算される。そして、上記したように偏光面の回転は電路2を流れる電流の大きさおよび向きによって定まるため、偏光面の回転角度に基づいて、電路2を流れる電流の大きさおよび向きを演算により求めることができる。これが、光CTによる検出原理である。   Specifically, the light returned to the control device 6 is reflected by the half mirror 24 and then converted into an electrical signal in the photoelectric conversion unit 25 and subjected to filter processing and the like in the signal processing unit 26, and then the calculation is performed. It is calculated by the device 5. Then, as described above, since the rotation of the polarization plane is determined by the magnitude and direction of the current flowing through the electric path 2, the magnitude and the direction of the current flowing through the electric path 2 can be determined by calculation based on the rotation angle of the polarization plane. it can. This is the detection principle by optical CT.

演算装置5は、電路2を流れる電流(I1=Iac+Idc)に含まれる直流成分つまりは直流電流(Idc)の大きさと向きとを検出する。電流検出装置3は、電路2側の巻き数がN1で、二次側の巻き数がN2になっている電磁式CT21が、電路2に直列に設けられている。この場合、二次側を流れる電流(I2)は、以下の(7)式で表される。
I2=(N2/N1)・I1 ・・・(7)
Arithmetic unit 5 detects the DC component contained in the current (I1 = Iac + Idc) flowing through electrical path 2, that is, the magnitude and direction of DC current (Idc). In the current detection device 3, the electromagnetic CT 21 in which the number of turns on the electric path 2 is N1 and the number of turns on the secondary side is N2 is provided in series in the electric path 2. In this case, the current (I2) flowing through the secondary side is expressed by the following equation (7).
I2 = (N2 / N1) · I1 (7)

さて、光ファイバ20は、電路2側のある位置(Fa)において電路2に巻回されており、電磁式CT21の二次側のある位置(Fb)において、電磁式CT21の二次側の経路21aに巻回されている。   The optical fiber 20 is wound on the electric path 2 at a position (Fa) on the electric path 2 side, and at a position (Fb) on the secondary side of the electromagnetic CT 21, a path on the secondary side of the electromagnetic CT 21 It is wound around 21a.

より具体的には、光ファイバ20は、位置(Fa)において、電路2を流れる電流(I1)の向きに対して、図示右方側から見た場合において時計回り(CW)の巻回方向に、巻回数がn1となるように巻回されている。また、光ファイバ20は、位置(Fb)において、電磁式CT21の二次側に流れる電流(I2)の向きに対して図示右方側から見た場合において反時計回り(CCW)の巻回方向に、巻回数がn2となるように巻回されている。   More specifically, in the position (Fa), the optical fiber 20 rotates in the clockwise (CW) winding direction as viewed from the right side with respect to the direction of the current (I1) flowing through the electric path 2 , And the number of turns is n1. The optical fiber 20 also has a winding direction in the counterclockwise direction (CCW) when viewed from the right side with respect to the direction of the current (I2) flowing to the secondary side of the electromagnetic CT 21 at the position (Fb) And the number of turns is n2.

この場合、位置(Fa)における光CTの出力(Pa)は、以下の(8)式のように求まる。
Pa=n1・I1=n1・(Iac+Idc) ・・・(8)
In this case, the output (Pa) of the light CT at the position (Fa) is obtained as in the following equation (8).
Pa = n1 · I1 = n1 · (Iac + Idc) (8)

また、位置(Fb)における光CTの出力(Pb)は、以下の(9)式のように演算する。なお、電磁式CT21は直流電流を通さないことから、二次側に流れる電流(I2)は、交流電流(Iac)に起因する大きさになる。換言すると、位置(Fb)において光ファイバ20を巻回することにより、電路2に流れる電流(I1)のうち交流電流(Iac)のみに起因する出力(Pb)を得ることができる。
Pb=−n2・I2=−n2・(N2/N1)・Iac ・・・(9)
Further, the output (Pb) of the light CT at the position (Fb) is calculated as in the following equation (9). In addition, since electromagnetic type CT21 does not pass a direct current, the electric current (I2) which flows to a secondary side becomes the magnitude | size resulting from alternating current (Iac). In other words, by winding the optical fiber 20 at the position (Fb), it is possible to obtain the output (Pb) caused by only the alternating current (Iac) of the current (I1) flowing through the electric path 2.
Pb =-n2 · I2 =-n2 · (N2 / N1) · Iac (9)

このとき、光ファイバ20の総合出力(Pa+Pb)は、(7)式〜(9)式に基づいて、以下の(10)式のように表すことができる。
Pa+Pb=n1・(Iac+Idc)+(−n2・(N2/N1)・Iac)
=n1・Idc+(n1−n2・(N2/N1))・Iac ・・・(10)
At this time, the total output (Pa + Pb) of the optical fiber 20 can be expressed as the following equation (10) based on the equations (7) to (9).
Pa + Pb = n1 · (Iac + Idc) + (− n2 · (N2 / N1) · Iac)
= N1 · Idc + (n1-n2 · (N2 / N1)) · Iac (10)

この(10)式のうち、n1、n2、N1、N2は、光ファイバ20の巻回数と電磁式CT21の巻き数であり、機械的に定まる値であり、定数(K)として以下の(11)式のように表すことができる。
K=n1−n2(N2/N1) ・・・(11)
In the equation (10), n 1, n 2, N 1 and N 2 are the number of turns of the optical fiber 20 and the number of turns of the electromagnetic CT 21, which are mechanically determined values. Can be expressed as
K = n1-n2 (N2 / N1) (11)

定数(K)が0である場合、すなわち、n1、n2、N1、N2が以下の(12)式の関係を満たすものである場合、(10)式は、以下の(13)式のように直流電流(Idc)のみで表すことができる。
(n1/n2)=(N2/N1) ・・・(12)
Pa+Pb=n1・Idc ・・・(13)
When the constant (K) is 0, that is, when n1, n2, N1, and N2 satisfy the relationship of the following equation (12), the equation (10) becomes as the following equation (13) It can be represented only by direct current (Idc).
(N1 / n2) = (N2 / N1) (12)
Pa + Pb = n1 · Idc (13)

なお、電磁式CT21の仕様によっては必ずしも(12)式の関係が満たされない場合も想定されるものの、定数(K)がほぼ0となる関係、すなわち、光ファイバ20の電路2側の巻回数(n1)と二次側の巻回数(n2)との比が、電磁式CT21の巻線の巻き数比(N2/N1)と所定の範囲内で一致する関係であれば、総合出力(Pa+Pb)は(13)式のように近似することができる。なお、所定の範囲は、例えば数%等、適宜設定することができる。   Depending on the specifications of the electromagnetic CT 21, the constant (K) may be substantially zero although it may be assumed that the relationship of the equation (12) is not necessarily satisfied, that is, the number of turns of the optical fiber 20 on the electric path 2 side If the ratio between n1) and the number of turns on the secondary side (n2) matches the turns ratio (N2 / N1) of the windings of the electromagnetic CT 21 within a predetermined range, the total output (Pa + Pb) Can be approximated as in equation (13). The predetermined range can be appropriately set, for example, several percent.

このとき、上記したようにn1は機械的に定まる値であるため、この(13)式から、直流電流(Idc)を演算により求めることができる。このとき、ファラデー回転角の回転方向から、電路2を流れる直流電流(Idc)の向き、すなわち、直流電流(Idc)の符号も求めることができる。また、光電変換部25での変換誤差等を考慮して、信号処理部26においてFFT処理を施すことにより、総合出力(Pa+Pb)をより精度良く求めることができる。   At this time, as described above, n1 is a value that is determined mechanically, so the DC current (Idc) can be obtained by calculation from this equation (13). At this time, the direction of the direct current (Idc) flowing through the electric path 2, that is, the sign of the direct current (Idc) can also be determined from the rotation direction of the Faraday rotation angle. Further, the overall output (Pa + Pb) can be determined more accurately by performing the FFT process in the signal processing unit 26 in consideration of the conversion error in the photoelectric conversion unit 25 and the like.

そして、電路2に流れる電流(I1)に含まれる直流電流(Idc)の大きさと符号とが求まれば、コンバータ4から同じ大きさ且つ符号が逆になる直流電流(Ic)を出力すれば、電路2を流れる電流(I1)に含まれる直流電流(Idc)を打ち消すことができる。すなわち、変圧器8に直流電流が流れないようにすることができる。   Then, if the magnitude and the sign of the direct current (Idc) included in the current (I1) flowing in the electric path 2 are determined, the converter 4 outputs a direct current (Ic) having the same magnitude and opposite sign. The direct current (Idc) included in the current (I1) flowing through the electrical path 2 can be canceled. That is, direct current can be prevented from flowing in the transformer 8.

本実施形態では、コンバータ4として、図5に示すように、直流電流の出力方向が異なる2群の整流回路30を備えている。各整流回路30は、2つのサイリスタ31を直列に接続した直列回路が並列に接続された構成となっており、制御装置6によって制御された直流電流を出力する。各直列回路のサイリスタ31同士が接続されている接続点には、電路2に並列に接続された電源トランス32からそれぞれ電力が供給される。なお、本実施形態では、図示左方側の整流回路30が正の直流電流を出力し、図示右方側の整流回路30が負の直流電流を出力する構成になっている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the converter 4 is provided with two groups of rectifier circuits 30 having different direct current output directions. Each rectifier circuit 30 has a configuration in which a series circuit in which two thyristors 31 are connected in series is connected in parallel, and outputs a direct current controlled by the control device 6. Power is supplied from a power supply transformer 32 connected in parallel to the electric path 2 to a connection point where the thyristors 31 of the series circuits are connected to each other. In the present embodiment, the rectifier circuit 30 on the left side in the figure outputs a positive direct current, and the rectifier circuit 30 on the right side in the figure outputs a negative direct current.

これら2群の整流回路30は、本実施形態では常時駆動されており、制御装置6によってそれぞれが出力する直流電流の大きさが調整されることにより、各整流回路30から出力された直流電流の差分となる直流電流(Ic)を、平滑リアクトル33を介して電路2に対して出力する。なお、本実形態では1つの平滑リアクトル33を示しているが、各整流回路30にそれぞれ平滑リアクトル33を設ける構成とすることもできる。   The two groups of rectifier circuits 30 are always driven in the present embodiment, and the control device 6 adjusts the magnitudes of the DC currents output from the respective rectifier circuits 30 so that The direct current (Ic) that is the difference is output to the cable 2 via the smoothing reactor 33. Although one smoothing reactor 33 is shown in the present embodiment, each rectifying circuit 30 may be configured to be provided with the smoothing reactor 33.

このように、本実施形態では、インバータ7の出力側であって変圧器8の前段側つまりは変圧器8に入力される電路2に直流アクティブフィルタ1を設けることで、変圧器8に直流電流が流れることを防止している。   As described above, in the present embodiment, the DC active current is supplied to the transformer 8 by providing the DC active filter 1 on the output side of the inverter 7 and on the front side of the transformer 8, that is, the electric path 2 input to the transformer 8. To prevent the flow.

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
実施形態の直流アクティブフィルタ1は、電路2に設けた電流検出装置3と、電流検出装置3の出力を取り込んで電路2に流れる電流を求める演算装置5と、電路2と並列に接続され、電路2に対して直流電流を出力するコンバータ4と、演算装置5の演算結果に基づいてコンバータ4へ制御信号を出力する制御装置6と、を備え、演算装置5は、電路2に流れる電流に含まれる直流成分の大きさを演算し、制御装置6は、演算した直流成分の大きさと同じで符号が逆になる直流電流を出力するようにコンバータ4を制御する。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
The DC active filter 1 according to the embodiment is connected in parallel to the current path 2 with the current detection device 3 provided in the current path 2, the operation device 5 for obtaining the current flowing in the current path 2 by taking the output of the current detection device 3 2 includes a converter 4 for outputting a direct current to 2 and a control device 6 for outputting a control signal to the converter 4 based on the calculation result of the calculation device 5. The controller 6 calculates the magnitude of the DC component to be output, and the control device 6 controls the converter 4 to output a DC current which is the same as the magnitude of the calculated DC component but opposite in sign.

変圧器8に生じる偏磁を抑制するために鉄心にギャップを設けると、鉄心構造が複雑になり、鉄心磁束密度を大きく取れないことから、変圧器8が大型化するという問題がある。また、ギャップ付き鉄心の場合、動作時の振動や騒音が増加するという問題もある。   If a gap is provided in the iron core in order to suppress the biased magnetization generated in the transformer 8, the iron core structure becomes complicated and the iron core magnetic flux density can not be made large, so there is a problem that the transformer 8 becomes large. In the case of a core with a gap, there is also a problem that vibration and noise during operation increase.

これに対して、本実施形態の直流アクティブフィルタ1は、インバータ7の出力側であって変圧器8の前段側に設けられている。これにより、変圧器8に直流電流が流れることが防止され偏磁が生じることが抑制されるため、ギャップ付き鉄心を採用するなどの特別な措置が不要となる。
したがって、変圧器8を小型化することができ、且つ、変圧器8に生じる振動や騒音を小さくすることができる。
On the other hand, the DC active filter 1 of the present embodiment is provided on the output side of the inverter 7 and on the front side of the transformer 8. This prevents the direct current from flowing through the transformer 8 and suppresses the occurrence of biased magnetism, so that special measures such as adopting a core with a gap are not necessary.
Therefore, the transformer 8 can be miniaturized, and vibrations and noise generated in the transformer 8 can be reduced.

また、変圧器8を製造する側にとっては、従来とは異なり、直流電流が供給されないことを前提として鉄心設計を容易に行うことが可能になる。一方、変換装置9を製造する側にとっては、従来のように変圧器8の一次側と二次側とにおける電流検出状態等に基づいてインバータ7をPWM制御する際のパルス幅等を制御するといった設計、換言すると、変圧器8に固有の特性を考慮しなければならない設計をする必要がなくなる。また、変圧器8と変換装置9とを組み合わせた後の調整も不要あるいは大きく簡素化することが可能になる。   Further, unlike the conventional case, for the side of manufacturing the transformer 8, it becomes possible to easily design the iron core on the premise that no direct current is supplied. On the other hand, for the side that manufactures conversion device 9, as in the prior art, the pulse width etc. at the time of PWM control of inverter 7 is controlled based on the current detection state etc. on the primary side and secondary side of transformer 8 The design, in other words, the design which has to take into account the characteristics inherent to the transformer 8 is not necessary. In addition, adjustment after combining the transformer 8 and the conversion device 9 can be unnecessary or greatly simplified.

このように、直流アクティブフィルタ1によってインバータ7の出力から直流電流を除去することにより、換言すると、変圧器8に直流電流が流れることを防止するという技術的思想に基づいてなされた直流アクティブフィルタ1を採用することにより、変圧器8を製造する側と変換装置9を製造する側の双方において製造性や作業性を大きく向上させることができる。勿論、偏磁を抑制できることから、性能を改善することもできる。   Thus, by removing the DC current from the output of the inverter 7 by the DC active filter 1, in other words, the DC active filter 1 made on the basis of the technical idea of preventing the DC current from flowing in the transformer 8. By adopting this, it is possible to greatly improve manufacturability and workability both on the side of manufacturing the transformer 8 and on the side of manufacturing the conversion device 9. Of course, the performance can also be improved since the biased magnetization can be suppressed.

コンバータ4は、2群の整流回路30を備え、向きが互いに逆となる正負の直流電流を電路2に対して出力可能に構成されている。これにより、重畳する直流電流の向きが変化するインバータ7を対象として直流電流を適切に除去することができる。   The converter 4 includes two groups of rectifier circuits 30, and is configured to be able to output positive and negative direct currents whose directions are opposite to each other to the electric path 2. Thereby, the direct current can be appropriately removed for the inverter 7 in which the direction of the direct current to be superimposed changes.

2群の整流回路30は、それぞれ常時駆動されており、その差分を出力することによって正負の直流電流を電路2に対して出力する。これにより、例えばモータを駆動する場合等に出力電流の向きが頻繁に変化する場合であっても、迅速に必要なコンバータ4の出力を得ることができる。   The two groups of rectifier circuits 30 are always driven, and output a difference between them to output positive and negative DC currents to the circuit 2. As a result, even when the direction of the output current changes frequently, for example, when driving a motor, the required output of converter 4 can be obtained quickly.

電流検出装置3は、光ファイバ20をセンサとして用いる光CT(Current Transformer)で構成されている。これにより、外来ノイズを受け難く、且つ、数百〜数千アンペアになることもあるインバータ7からの出力される交流電流(Iac)に重畳する僅かな直流電流(Idc)を精度良く検出することができる。また、光ファイバ20を電路2に巻回するだけでよいことから、設置を容易に行うことができることから作業性や製造性を向上でき、且つ、必要な設置スペースが小さいことから変圧器8の小型化を妨げることもない。   The current detection device 3 is configured by an optical CT (Current Transformer) that uses the optical fiber 20 as a sensor. By this, it is possible to accurately detect a slight direct current (Idc) superimposed on the alternating current (Iac) outputted from the inverter 7 which is hard to receive external noise and may be several hundreds to several thousands of amperes. Can. Moreover, since it is sufficient to wind the optical fiber 20 around the electric path 2, the installation can be easily performed, the workability and manufacturability can be improved, and the required installation space is small. There is no hindrance to miniaturization.

電流検出装置3は、電路2に設けられ、二次側を閉路した電磁式CT21(Current Transformer)と、光ファイバ20をセンサとして用い、電路2と電磁式CT21の二次側とにそれぞれ光ファイバ20を直列に巻回した光CT(Current Transformer)と、により構成されており、光ファイバ20は、電路2を流れる電流の向きに対する巻回方向と電磁式CT21の二次側に流れる電流の向きに対する巻回方向とが逆向きになるように、且つ、光ファイバ20の電路2側の巻回数(n1)と二次側の巻回数(n2)との比が、電磁式CT21の巻線の巻き数比(N2/N1)と所定の範囲内で一致するように設けられている。   The current detection device 3 is provided in the electric path 2 and uses the electromagnetic CT 21 (Current Transformer) with the secondary side closed, and the optical fiber 20 as a sensor, and the optical path 2 and the secondary side of the electromagnetic CT 21 are respectively optical fibers The optical fiber 20 has a winding direction with respect to the direction of the current flowing through the electric path 2 and a direction of the current flowing to the secondary side of the electromagnetic CT 21. And the ratio of the number of turns (n1) on the electric path 2 side of the optical fiber 20 to the number of turns (n2) on the secondary side is opposite to that of the winding of the electromagnetic CT21. It is provided to match the turns ratio (N2 / N1) within a predetermined range.

電磁式CT21は、二次側には直流成分が伝達されないため、電磁式CT21の一次側と二次側とでそれぞれ電流を検出することにより、二次側で検出した電流の大きさから電路2に流れる交流電流を求めることができ、それにより、電路2に流れる直流電流つまりはコンバータ4から出力すべき直流電流を求めることができる。したがって、電路2に流れる直流電流を打ち消すことができる。   The electromagnetic CT 21 does not transmit a DC component to the secondary side, so by detecting the current on each of the primary side and the secondary side of the electromagnetic CT 21, the electric path 2 is detected from the magnitude of the current detected on the secondary side. The alternating current flowing to the current path can be obtained, whereby the direct current flowing to the electric path 2, that is, the direct current to be output from the converter 4 can be obtained. Therefore, the direct current flowing in the electric path 2 can be canceled.

また、電磁式CT21は導体の巻き数が比較的多いため、光ファイバ20の巻回数の比(n1/n2)を電磁式CT21の巻き数比(N2/N1)に完全に一致させることができない場合があるものの、所定の範囲で一致するようにすることにより、検出精度を過度に低下させることなく直流電流を検出することができる。   Further, since the electromagnetic CT 21 has a relatively large number of turns of the conductor, the ratio (n1 / n2) of the number of turns of the optical fiber 20 can not be completely matched with the turn ratio (N2 / N1) of the electromagnetic CT 21 Although there is a case, by matching in a predetermined range, it is possible to detect a direct current without excessively reducing the detection accuracy.

変換装置9は、直流アクティブフィルタ1を備えている。これにより、変圧器8を製造する側にとっては、従来とは異なり、直流電流が供給されないことを前提とした設計が可能になることから、鉄心の設計を容易に行うことができる。   The converter 9 comprises a DC active filter 1. As a result, unlike the conventional case, for the side that manufactures the transformer 8, the design based on the assumption that direct current is not supplied can be performed, so the core design can be easily performed.

実施形態では制御装置6を単体で示しているが、インバータ7をPWM制御する制御部により演算装置5や制御装置6を構成することもできる。また、光CTの検出精度を確保するため、光CTには専用の演算装置5を設け、コンバータ4に対する制御をインバータ7用の制御部から行う構成とすることもできる。   Although the control device 6 is shown alone in the embodiment, the arithmetic device 5 and the control device 6 can be configured by a control unit that performs PWM control of the inverter 7. Further, in order to ensure the detection accuracy of the light CT, the light CT may be provided with a dedicated arithmetic device 5 and control of the converter 4 may be performed from the control unit for the inverter 7.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

図面中、1は直流アクティブフィルタ、2は電路、3は電流検出装置(光CT)、4はコンバータ、5は演算装置、6は制御装置、7はインバータ、8は変圧器、9は変換装置、20は光ファイバ、21は電磁式CT、30は整流回路を示す。   In the drawing, 1 is a DC active filter, 2 is an electric path, 3 is a current detecting device (optical CT), 4 is a converter, 5 is a computing device, 6 is a control device, 7 is an inverter, 8 is a transformer, 9 is a converting device Reference numeral 20 denotes an optical fiber, 21 denotes an electromagnetic CT, and 30 denotes a rectifier circuit.

Claims (6)

電路に設けた電流検出装置と、
前記電流検出装置の出力を取り込んで電路に流れる電流を求める演算装置と、
電路と並列に接続され、電路に対して直流電流を出力するコンバータと、
前記演算装置の演算結果に基づいて前記コンバータへ制御信号を出力する制御装置と、
を備え、
前記演算装置は、電路に流れる電流に含まれる直流成分の大きさを演算し、
前記制御装置は、演算した直流成分の大きさと同じで符号が逆になる直流電流を出力するように前記コンバータを制御することを特徴とする直流アクティブフィルタ。
A current detection device provided in the electrical path,
An arithmetic unit for obtaining the current flowing in the electric path by taking the output of the current detection device;
A converter connected in parallel with the power path and outputting a DC current to the power path;
A control device that outputs a control signal to the converter based on the calculation result of the calculation device;
Equipped with
The arithmetic unit calculates the magnitude of the DC component included in the current flowing in the electric path,
The control apparatus controls the converter so as to output a direct current having the same magnitude as that of the calculated direct current component and the opposite sign.
前記コンバータは、2群の整流回路を備え、向きが互いに逆となる正負の直流電流を電路に対して出力可能に構成されていることを特徴とする請求項1記載の直流アクティブフィルタ。   2. The DC active filter according to claim 1, wherein the converter comprises two groups of rectifier circuits and is capable of outputting positive and negative DC currents whose directions are opposite to each other to an electric path. 2群の前記整流回路は、それぞれ常時駆動されており、その差分を出力することによって正負の直流電流を電路に対して出力するように制御されることを特徴とする請求項2記載の直流アクティブフィルタ。   The DC active device according to claim 2, wherein the two groups of the rectifier circuits are driven at all times and controlled to output positive and negative DC currents to the electric path by outputting the difference. filter. 前記電流検出装置は、光ファイバをセンサとして用いる光CT(Current Transformer)で構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の直流アクティブフィルタ。   The direct current active filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the current detection device is configured by an optical CT (Current Transformer) using an optical fiber as a sensor. 前記電流検出装置は、電路に設けられ、二次側を閉路した電磁式CT(Current Transformer)と、光ファイバをセンサとして用い、前記電路と前記電磁式CTの二次側とにそれぞれ光ファイバを直列に巻回した光CT(Current Transformer)と、により構成されており、
前記光ファイバは、電路を流れる電流の向きに対する巻回方向と前記電磁式CTの二次側に流れる電流の向きに対する巻回方向とが逆向きになるように、且つ、前記光ファイバの電路側の巻回数と二次側の巻回数との比が、前記電磁式CTの巻線の巻き数比と所定の範囲内で一致するように設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の直流アクティブフィルタ。
The current detection device is provided in an electric path and has an electromagnetic CT (Current Transformer) with a closed secondary side, an optical fiber as a sensor, and an optical fiber for each of the electric path and the secondary side of the electromagnetic CT. It is composed of optical CT (Current Transformer) wound in series,
The optical fiber has an electric path side of the optical fiber such that the winding direction with respect to the direction of the current flowing through the electric path and the winding direction with respect to the direction of the current flowing to the secondary side of the electromagnetic CT are opposite. The ratio between the number of turns of the coil and the number of turns on the secondary side is set to coincide with the turns ratio of the winding of the electromagnetic CT within a predetermined range. DC active filter according to any one of the preceding claims.
請求項1から請求項5のいずれか一項記載の直流アクティブフィルタを備えることを特徴とする変換装置。   A converter comprising the DC active filter according to any one of claims 1 to 5.
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