JP2802523B2 - 逆相電流補償装置 - Google Patents

逆相電流補償装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、逆相電流補償装置に係り、特に負荷の変化
により変動する逆相電流に応じて自動的に逆相電流を補
償し、同期機に流入する逆相電流を小さくする逆相電流
補償装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種の装置としては、発電機出力端の各線間
に進相負荷を接続し、また各線間にリアクトルとこのリ
アクトルに流れる電流の制御できる電気弁との直列回路
を接続し、発電機出力端における各線間電圧の平均値と
線間電圧との偏差に応じて前記電気弁の導通を各線間ご
とに個別に決定するようにしたものが知られている。
すなわち、遅相および進相の並列回路からなる3組の
負荷を備えるようにし、各線間電圧の平均値と線間電圧
の偏差に応じて、遅相負荷の電流を制御することによ
り、各相負荷の微少なアンバランスを吸収し、同期機に
逆相電流が流入するのを防止するようにしたものであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上述した技術は、列車負荷のように特定の相
の単相負荷の入、切に対する条件、および列車負荷の制
動方式としての回生制動等を考慮させたものではなかっ
た。
すなわち、進相負荷と遅相負荷とを並列接続させ、各
負荷電流を個別に制御できる装置を3組必要とするた
め、装置が大型化し、高価なものになるとともに、進相
および遅相の負荷電流の制御方式として現実の列車の運
転状況を考慮したものとはなっていなかった。
それ故、本発明は、三相変圧器の2次側に単相負荷が
接続され、かつ該三相変圧器の2次側が回生制動となる
ような負荷が接続されるような条件に対しても、発電機
の逆相電流をなくすようにできる逆相電流補償装置を提
供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
このような目的を達成するために、本発明は、同期機
の3端子が、3相回線を介してスコット結線変圧器に接
続され、該スコット結線変圧器のT座、M座にそれぞれ
負荷が接続され、前記3相回線間に逆相電流補償装置が
設けられたものにおいて、前記逆相電流補償装置は、進
相および遅相の並列回路からなる負荷を2組、各々異な
る線間に接続し、電圧または電流の不平衡分を検出し、
この検出信号により前記2組の進相または遅相負荷の電
流を個別に制御してなるようにしたものである。
また、このような上記基本的構成において、前記検出
信号は3つの線間電圧の平均値と各線間電圧の偏差をも
とにしたものである。この場合の偏差はそれに比例した
値としたものでも可能である。
また、前記検出信号は3つの線間電圧の平均値と各線
間電圧の偏差との積分した値に対応するものであっても
よい。
また、進相および遅相負荷の並列接続は、3相回路に
接続されているスコット結線変圧器のT座端子を共通と
し、M座の2つの端子との間になされているものであ
る。
そして、進相および遅相負荷の電流制御は、3つの相
電流の平均値と各相電流の偏差をもとに行なっても同様
の目的を達成できる。
さらに、負荷が電動機運転の場合は進み相側負荷を遅
相負荷、遅れ相側負荷を進相負荷となるように制御し、
かつ回生制動時には上記の場合の逆となるように制御し
たものである。
〔作用〕
このように、進相および遅相の並列負荷の2組を異な
る線間に接続し、各相の電圧の不平衡または電流の不平
衡を検出した信号をもとに、前記負荷に流れる電流を個
別に制御することにより、電圧または発電機電流が3相
間て平衡するように制御される。
したがって、三相交流回路に単相負荷がかかった場合
においても、発電機より流出する逆相電流をなくすこと
ができる。
〔実施例〕
まず、第2図は本発明による逆相電流補償装置を適用
した3相交流系統の一実施例を示す構成図である。
同図において、同期機11があり、VA,VB,VCは3相の内
部誘起電圧、Va,Vb,Vcは発電機端子電圧、XGは同期機の
リアクタンス、IGa,IGb,IGcは線電流を表わしている。
そして、前記各線電流はスコット結線変圧器2に流入
されるようになっており、このスコット結線変圧器2の
T座にはたとえば上り列車の列車負荷3に、またM座に
はたとえば下り列車の列車負荷4に接続されている。
ここで、前記各列車負荷3,4が電動機として用いら
れ、それが運転されている場合、また、停止のためのブ
レーキがかけられる場合がある。そしてブレーキがかけ
られる制動方式としては、電動機の発生電力を自車内の
抵抗器によって消費するようにしたもの、該発生電力を
架線に返還し、他の電気車の電力などに有効利用するよ
うにしたもの、等がある。
このように変圧器にかかる列車負荷の状態には、種々
の様相があり、しかも列車負荷が給電対象とする区間を
通過し、無負荷状態となる等、列車負荷3,4との運転状
態の組合せは数多く存在する。
この場合、列車負荷3が、発電機として給電する区間
外にあり、列車負荷4が、電動機運転時として駆動する
場合には、電流Iaは零となり、電流Ib,Icは列車負荷4
で定まる電流となる。ここで図中、逆相電流補償装置5
が設置されていない場合にあっては、各相の配電機電流
Ga,Gb,Gcは、それぞれ、Ga=0,Gbb,Gc
=−となり、逆相電流I2となり、正相電流I1となる。ここで、 である。
このようなM座負荷の が逆相電流となることから、本実施例では逆相電流補償
装置5を設けている。この逆相電流補償装置5は、その
詳細を第1図に示すように、a相およびb相との間に、
リアクトルL2および互いに逆方向に接続されたサイリス
タT7,T8の並列体との直列体と、コンデンサC2および互
いに逆方向に接続されたサイリスタT5,T6との並列体と
の直列体との並列接続体が接続されている。またa相お
よびc相との間に、リアクトルL1および互いに逆方向に
接続されたサイリスタT3,T4の並列体との直列体と、コ
ンデンサC1および互いに逆方向に接続されたサイリスタ
T1,T2の並列体との直列体との並列接続体が接続されて
いる。
また、制御回路C0が組込まれており、前記各サイリス
タT1,T2…T8のそれぞれのゲートに、ゲート信号g1,g2,
…g8が入力されるようになっている。
なお、前記制御回路C0には各相線から電圧変成器pTa,
pTb,pTcを介して電圧Va,Vb,Vcが印加されるようになっ
ている。
次に、前記逆相電流補償装置5における制御を、単相
負荷の運転の場合について説明する。
たとえばM座にのみ列車負荷がある場合、第3図に示
すように、b相には″を、c相には″を流すよ
うにすれば、b相は′、c相は′の電流が流れ
るようになり、′は−(Ib′+Ic′)となって3相
平衡することになる。この場合における前記″は、
その絶対値|″b|が、0.5 位相は電圧Vabより90゜遅れたもの、つまり遅相負荷の
電流が|b|の となるように制御されるようになっている。
また、回生制動の場合は、電流の方向が逆となるため
M座のみが回生制動で運転している状態を考えると、
″+″の絶対値は上述した発電制動の場合と同様
となり、位相にあっては、″は電圧Vabより90゜進
み、″は電圧Vabより90゜遅れるように、つまりab
間には遅相負荷が、ac間には進相負荷がそれぞれ となるように制御されるようになっている。
なお、電動機運転から回動制動に至るまでの範囲にあ
っては、前記Ib″,Ic″は負荷電流Ib=Icの絶対値で、電流の位相は90゜進みから遅れの範囲で制
御されるようになっている。
次に、逆相電流補償装置5の電流の絶対値の制御がい
かになされるかについて説明する。
M座のみ電動機運転の負荷が接続されている場合、第
3図に示すように、電流Ib,Icが流れることにより、発
電機端子の線間電圧ab,bc,caの絶対値の関係は |ab|=|ca|<|bc| …(3) となる。
この線間電圧の平均値をとすると、 となる。
この場合の電圧は |M|>|ab|=|ca| …(5) であり、第1図における制御回路C0において、ab線間に
はリアクトルL2を通過する電流が流れるように、ac線間
にはコンデンサCを通過する電流が流れるように制御さ
れる。
前記制御回路C0では、各相の検出点から電圧ab,
bc,caを取り込み、第4図に示すように、ステップ41
にて平均値|M|を算出し、ステップ42にて、前記|
M|と|Vab|、|Vbc|、|Vca|の比較を行うようになってい
る。それぞれが一致している場合には制御がなされず、
また上記(5)式に示す条件を満足している場合には、
第1図に示すリアクトルL1,コンデンサC2に電流が流れ
るように、前記制御回路C0によってサイリスタT3,T4,
T5,T6のゲートを制御するようになっている。
前記ゲートの制御信号は、第4図ステップ43に示すよ
うに、電圧の平均値VMと該当する線間電圧、この場合|
ab|あるいは|ca|の偏差をもとにして、第9図に示
すように伝達関数91、およびリミッタ92を介して得るよ
うになっている。ここで前記伝達関数Gとしては比較関
数、一次遅れ関数、積分関数およびこれらの並用からな
っている。
以上が電動機運転の場合であるが、次に回生制動の場
合について説明する。この場合のベクトル図は第5図に
示すように、前述の第3図と比較して、b相電流とc相
電流の方向が逆となり、また|ab|、|ca|は前記|
M|よりも大きな値となっている。
したがって、第4図に示すステップ42にて|M|>|
ab|はNoとなり、ab線間は進相負荷選択、ac間は遅相
負荷選択として、ステップ43に示すようになる。この場
合においても、第1図に示すように、リアクトルL1,コ
ンデンサC2に電流が流れるように、前記制御回路C0でサ
イリスタT3,T4,T5,T6のゲートを制御することは前述と
同様である。
第6図は本発明による逆相電流補償装置の他の実施例
を示す構成図である。同図において第2図と異なる部分
は、逆相電流補償装置5に、a相から電流変成器cTa,b
相から電流変成器cTb,c相から電流変成器cTcを介して、
それぞれ発電機電流Ga,Gb,Gcを取り込んでいるこ
とによる。
すなわち、相電流を用いて制御するようになってお
り、M座のみに電動機負荷を有しかつ逆相電流補償装置
5が設けられていない場合、 Ga=0,GbGc|=|c| …(6) となり、平均値|M|は、 と求めることができる。
したがって、上述した電圧の場合と同様に、平均値|
M|と各相電流の絶対値との偏差で制御することができ
る。
また、第7図に示すように、ステップ71にて、上述し
た(7)式から|M|を求め、電圧情報をも併用し、ス
テップ72にて、各相の有効電力を制御装置C0で計測し、
この電力の向きをもとにして同図ステップ73のような制
御をすることもできる。この場合の、サイリスタに印加
するゲート信号を出力させる制御装置C0は、第1図の場
合と同様、比例関数、一次遅れ関数、積分関数あるいは
これらの併用からなるものであり、各サイリスタT1,T2,
…T8に供給するゲート信号g1,g2,…g8を得ている。
上述した実施例では、スコット結線変圧器2の一次側
の情報で補償する例について説明したが、第10図に示す
ようにスコット結線変圧器2の二次側の情報で補償する
こともできる。すなわち、スコット結線変圧器2の二次
側の電圧,電流情報を電圧変圧器PTM,PTT及び電流変圧
器CTM,CTTを介して、VM,VT及びIM,ITとして取り込み有
効電力の算出を行う。有効電力の算出にあたっては、一
般に用いられている単相の算出法を用いればよい。この
ようにして求めたT座、M座の電力の総和を求め、この
電力を用いて、第11図のフロー図に従って、判定を行
い、これまでの実施例と同様の処理,制御を行えばよ
い。
二次側の電圧のみを用いても、一次側の電圧を用いて
制御を行う例を示したような方法で制御することもでき
る。
上述した実施例では、遅相負荷及び進相負荷を同時に
制御した場合について説明したものであるが、単に進相
負荷あるいは遅相負荷の電流が流れるようにしても、同
様の効果を奏することができることはいうまでもない。
また、上述した実施例では、コンデンサをサイリスタ
制御したものであるが、第12図に示すように、コンデン
サに進相電流を流しておき、リアクトル電流を制御し
て、総合的に遅相あるいは進相の電流を流すようにして
もよいことはもちろんである。
〔発明の効果〕
以上説明したことから明らかなように、本発明による
逆相電流補償装置によれば、三相変圧器の2次側に単相
負荷が接続され、かつ該三相変圧器の2次側が回生制動
となるような負荷が接続されるような条件に対しても、
発電機の逆相電流をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による逆相電流補償装置の一実施例を示
す構成図、第2図は前記逆相電流補償装置を適用させた
3相交流系統の一実施例を示す構成図、第3図は第2図
の作用をベクトルで示した図、第4図は第2図の作用を
フローで示した図、第5図は本発明の他の実施例をベク
トルで示した図、第6図は本発明の他の実施例を示した
構成図、第7図は第6図の作用をフローで示した図、第
8図は本発明の他の実施例を示した構成図、第9図は本
発明で用いられる関数回路の一実施例を示す構成図、第
10図は本発明の他の実施例を示す構成図、第11図は第10
図の作用を説明するフローをで示した図、第12図は本発
明の他の実施例を示す構成図である。 1……同期機、2……スコット結線変圧器、3,4……列
車負荷、5……逆相電流補償装置、PTa〜PTc……電圧変
圧器、CTa〜CTc……電流変圧器、X9……リアクタンス、
L1,L2……リアクトル、C1,C2……コンデンサ、T1〜T8
…サイリスタ、g1〜g8……ゲート信号、C0……制御回
路。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同期機の3端子が、3相回線を介してスコ
    ット結線変圧器に接続され、該スコット結線変圧器のT
    座、M座にそれぞれ負荷が接続され、前記3相回線間に
    逆相電流補償装置が設けられたものにおいて、前記逆相
    電流補償装置は、進相および遅相の並列回路からなる負
    荷を2組、各々異なる線間に接続し、電圧または電流の
    不平衡分を検出し、この検出信号により前記2組の進相
    または遅相負荷の電流を個別に制御してなるようにした
    ことを特徴とする逆相電流補償装置。
  2. 【請求項2】請求項第1項において、前記検出信号は3
    つの線間電圧の平均値と各線間電圧の偏差をもとにした
    逆相電流補償装置。
  3. 【請求項3】請求項第1項において、前記検出信号は3
    つの線間電圧の平均値と各線間電圧の偏差との積分した
    値に対応する逆相電流補償装置。
  4. 【請求項4】請求項第1項において、進相および遅相負
    荷の並列接続は、3相回路に接続されているスコット結
    線変圧器のT座端子を共通とし、M座の2つの端子との
    間になされている逆相電流補償装置。
  5. 【請求項5】請求項第1項において、進相および遅相負
    荷の電流制御は、3つの相電流の平均値と各相電流の偏
    差をもとにした逆相電流補償装置。
  6. 【請求項6】請求項第1項において、負荷が電動機運転
    の場合は、進み相側負荷を遅相負荷、遅れ相側負荷を進
    相負荷となるように制御し、かつ回生制動時には上記の
    場合と逆となるように制御する逆相電流補償装置。
  7. 【請求項7】同期機の3端子が、3相回線を介してスコ
    ット結線変圧器に接続され、該スコット結線変圧器のT
    座、M座にそれぞれ負荷が接続されたものにおいて、進
    相および遅相の並列回路からなる負荷を2組、各々異な
    る線間に接続し、電圧または電流の不平衡分を検出し、
    この検出信号により前記2組の進相または遅相負荷の電
    流を個別に制御してなるようにしたことを特徴とする逆
    相電流補償方法。
  8. 【請求項8】同期機の3端子が、3相回線を介してスコ
    ット結線変圧器に接続され、該スコット結線変圧器のT
    座、M座にそれぞれ負荷が接続され、前記3相回線間に
    逆相電流補償装置が設けられた三相結線において、前記
    逆相電流補償装置は、進相および遅相の並列回路からな
    る負荷を2組、各々異なる線間に接続し、電圧または電
    流の不平衡分を検出し、この検出信号により前記2組の
    進相または遅相負荷の電流を個別に制御してなるように
    したことを特徴とする三相結線。
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