JP4037284B2

JP4037284B2 - 静止型無効電力補償装置

Info

Publication number: JP4037284B2
Application number: JP2003042295A
Authority: JP
Inventors: 貴文藤本
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: JP2004254428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサを半導体素子によりオン・オフさせる静止型無効電力補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサをオン・オフさせ無効電力を制御する静止型無効電力補償装置（以下、ＴＳＣと略す。ＴＳＣ：ＴｈｙｒｉｓｔｏｒＳｗｉｔｃｈｅｄＣａｐａｃｉｔｏｒ）には、コンデンサをオン・オフさせるためのスイッチとして半導体素子が用いられている。ＴＳＣは交流電力調整を行うことから電流を双方向に通電させる必要があるため、図５に示すように半導体素子はアーム２、３Ａの如く逆並列接続となる。通常、半導体素子にはサイリスタが用いられ、ゲート発生装置からのゲート信号により双方向の通電を行っている。以下、サイリスタを用いた場合のＴＳＣについて記述する。
【０００３】
サイリスタは所定の電圧に耐えるよう複数個直列接続されるが、サイリスタの直列数は、図３の（ａ）に示すように、ＴＳＣが停止した後のコンデンサ１に充電された直流電圧に電源の交流電圧が重畳した電圧に耐えるよう設計される。コンデンサに充電される直流電圧の極性は、ＴＳＣが停止する直前に通電していたサイリスタの方向で決定される。サイリスタは電流が零になることでオフするので、図６に示すように、ＴＳＣ停止指令を受けた後の電流零点で３相それぞれがオフする。
【０００４】
すると、コンデンサに充電される直流電圧は、必ず３相のうち２相は同極性、残る１相は逆極性となり、ＴＳＣ停止指令とアーム２またはアーム３Ａの通電時期により、アーム２、３Ａには直流電圧に交流電圧の重畳した波形が、正極性、負極性のどちらかで印加されることになる。
【０００５】
更に、コンデンサ１に充電された直流電圧を放電するため、図５に示すように、各コンデンサ１にはコンデンサ放電装置７が別に設けられている。ＴＳＣ停止後、コンデンサ放電装置７を動作させ、コンデンサ１に充電された電荷を放電させる。
【０００６】
なお、コンデンサを、逆並列接続した一対のサイリスタによりオン・オフさせるＴＳＣにおいて、コンデンサの初期充電が必要な場合に、充電時の突入電流による異常電圧を抑制するために充電をソフトスタートさせる技術は、既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
実開平６−７５０１６号公報（第１頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、サイリスタとしては、コンデンサの直流電圧と電源の交流電圧が重畳した電圧の正極性・負極性共に耐えるよう直列数を決定しておく必要があり、数多くのサイリスタを必要とし、また各コンデンサには放電装置を必要としていた。
【０００９】
従来、このような課題を解決する技術は知られておらず、特許文献１にも、このような課題を解決する技術、すなわち、サイリスタ数の低減や、放電装置の不要化については、開示されていない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、必要とするサイリスタの数を低減し、また放電装置を不要とすることも可能で、安価な静止型無効電力補償装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、コンデンサを、ゲート信号により導通する半導体素子を含む第１および第２の回路を逆並列に接続した回路によりオン・オフさせる静止型無効電力補償装置において、第１の回路はその全てをゲート信号により導通する半導体素子で構成するとともに、第２の回路はその一部をゲート信号により導通する半導体素子、残る一部をダイオードで構成し、静止型無効電力補償装置を停止させる場合に、第２の回路の側で導通が止まるように半導体素子に供給するゲート信号を制御するゲート信号供給制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このような構成の本発明によれば、第２の回路の一部を安価なダイオードとすることで、第２の回路の全素子をゲート信号により導通する半導体素子にする必要がなく、静止型無効電力補償装置を安価なものとすることができ、また、ゲート信号を供給するゲート信号伝送路の削減が可能となる。
【００１３】
ここで、さらに、ゲート信号供給制御手段を、静止型無効電力補償装置停止後、コンデンサの電荷を放電させるために、パルス状のゲート信号を周期的に第１の回路の半導体素子に供給し、第１の回路の半導体素子に供給されるパルス状のゲート信号から半周期遅れたタイミングでパルス状のゲート信号を周期的に第２の回路の半導体素子に供給するように制御するものとすることもできる。
また、ゲート信号供給制御手段を、静止型無効電力補償装置停止後、コンデンサの電荷を放電させるために、所定の信号レベルが継続する連続波形状のゲート信号を、前記第１および第２の回路の半導体素子にそれぞれ供給するように制御するものとすることもできる。
【００１４】
このような構成とすることで、コンデンサの放電装置を設置する必要がなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るＴＳＣについて説明する。
【００１７】
図１は、この実施形態の主要部の構成を示す図、図２は、この実施形態の動作を説明するための、各相の電流波形およびゲートを制御するための信号を示す図である。
【００１８】
図１において、１はコンデンサ、２は図２（ａ）の正極性電流を通電する半導体素子をＭ個直列接続したアーム、３は図２（ａ）の負極性電流を通電する半導体素子をＮ個直列接続したアーム、４、５、６は３相の各電流を示す。なお、７はコンデンサ放電装置である。
【００１９】
図２（ａ）において、８、９、１０は図１の相４、５、６の電流に対応する電流波形で、ＴＳＣ停止指令を受けた後の各相の負極性電流の通電後の電流零点で３相それぞれがオフする様子を示したものである。また、図２の（ｂ）〜（ｋ）はＴＳＣ停止指令を受けた後の各相の負極性電流の通電後の電流零点で３相それぞれをオフするようにゲートを制御するための信号を示したものである。
【００２０】
ＴＳＣ停止指令によりアーム２またはアーム３の電流４の通電を止めるのに、アーム３による負極性電流を通電した後の電流零点で行うように制御する。
【００２１】
例えば、電流４の相については、ＴＳＣの運転中は、アーム２およびアーム３のサイリスタには、図示しないゲート制御装置から図２に示すようなゲート信号（ｃ）、（ｄ）がそれぞれ供給されているが、図示しないゲート制御装置においては、ＴＳＣ停止指令のゲート信号を受けた後は、図２に示すＴＳＣ停止指令信号（ｂ）と、負極性電流通電期間に相当する信号（ｅ）とのＡＮＤが成立したときそれ以降のアーム２へのゲート信号（ｃ）の供給を停止するとともに、ＡＮＤが成立してから少し遅れてそれ以降のアーム３へのゲート信号（ｄ）の供給も停止するように制御する。従って、アーム２またはアーム３の電流４は、図２（ａ）の８で示すように、負極性電流を通電した後の電流零点でストップする。
【００２２】
電流５についても同様に、ＴＳＣ停止指令信号（ｂ）と負極性電流通電期間に相当する信号（ｈ）とのＡＮＤの成立でそれ以降のアーム２へのゲート信号（ｆ）の供給を停止し、ＡＮＤが成立してから少し遅れてそれ以降のアーム３へのゲート信号（ｇ）の供給も停止するように制御する。従って、電流５は、図２（ａ）の９で示すように、負極性電流を通電した後の電流零点でストップする。
【００２３】
更に、電流６についても、ＴＳＣ停止指令信号（ｂ）と負極性電流通電期間に相当する信号（ｋ）とのＡＮＤの成立でそれ以降のアーム２へのゲート信号（ｉ）の供給を停止し、ＡＮＤが成立してから少し遅れてそれ以降のアーム３へのゲート信号（ｊ）の供給も停止するように制御する。従って、電流６は、図２（ａ）の１０で示すように、負極性電流を通電した後の電流零点でストップする。
【００２４】
以上のように、ＴＳＣ停止指令を受けた後の各相の電流波形は図２（ａ）のようになり、コンデンサ１に充電される極性は図１のように、アーム２には順方向電圧、アーム３には逆方向電圧となる。このときの電圧波形を図３に示す。３相とも同一方向にコンデンサが充電される。
【００２５】
図３において（ａ）はコンデンサが充電されている時の波形、（ｂ）はコンデンサが放電し終えたときの波形を示す。コンデンサが充電されている時の図３の（ａ）では、アーム２には直流電圧と交流電圧が重畳した波形が順方向に印加され、アーム３には直流電圧と交流電圧が重畳した波形が逆方向に印加されることになる。また、コンデンサが放電し終えたときの図３の（ｂ）では、アーム２、３とも順方向、逆方向に等しい交流電圧が印加されることになる。
【００２６】
そこで、アーム２は直流電圧と交流電圧が重畳した波形が順方向に印加されても順方向耐電圧を有するよう全ての半導体素子をサイリスタとする。コンデンサ１の放電後には、アーム２には順方向、逆方向とも電圧が印加されるが、サイリスタは逆方向耐電圧も有するので、耐電圧は十分有する。
【００２７】
続いて、アーム３は直流電圧と交流電圧が重畳した波形が逆方向に印加されても逆方向耐電圧を有するよう一部の半導体素子をサイリスタ、残る一部の半導体素子をダイオード（整流素子）とする。コンデンサ放電装置７を用いてコンデンサ１を放電させた後には、アーム３には順方向、逆方向とも電圧が印加され、ダイオードでは順方向電圧をブロックすることはできないが、アーム３の一部の半導体素子をサイリスタとすることで順方向耐電圧も有し、耐電圧は十分有する。
【００２８】
前述のアーム２の半導体直列数Ｍは直流電圧と交流電圧が重畳した波形が順方向に印加されても耐えうる個数となる。アーム３の半導体直列数Ｎは、コンデンサ１放電後の交流電圧に耐えうるよう設計したサイリスタ個数Ｎ１と、コンデンサ１に充電された直流電圧に耐えうるよう設計したダイオード個数Ｎ２との合計となる。
【００２９】
以上のように構成されたこの実施形態において、アーム３の一部をダイオードとすることで、図示しないゲート発生装置のゲート信号回路の一部を削減でき、またゲート発生装置からアーム３へのゲート信号伝送路の削減が可能となる。
【００３０】
さらに、アーム３の一部を安価なダイオードとすることで、より安価な静止型無効電力補償装置を提供することができる。
【００３１】
なお、上述の説明では、アーム２はサイリスタをＭ個直列に接続した一列のものとしたが、一列のものに限らず、サイリスタをＭ個直列に接続したものを複数列並列に接続したものとしてもよい。また、アーム３についても、一列のものに限らず、サイリスタＮ１個とダイオードＮ２個とを直列に接続したものを複数列並列に接続したものとしてもよい。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るＴＳＣについて説明する。この第２の実施形態は、３相のアーム２、３にゲート信号を与えることで、コンデンサ１の電荷の放電を行うようにしたもので、前述の第１の実施形態におけるコンデンサ放電装置７を不要としたものである。
【００３３】
図４は、この実施形態の動作を説明するための、放電電流波形およびゲートを制御するための信号を示す図である。
【００３４】
前述の第１の実施形態において、ＴＳＣ停止後、コンデンサ１は３相全て同一方向に充電されているので、３相のアーム２、３のサイリスタに図示しないゲート発生装置からゲート信号を与えることで、コンデンサ１からの放電が可能となる。すなわち、３相のアーム２のサイリスタに図示しないゲート発生装置から図４に示すゲート信号（ｂ）を与えることで、コンデンサ1は逆方向に充電されるので、次はアーム３のサイリスタに図示しないゲート発生装置から図４に示すゲート信号（ｃ）を与える。するとコンデンサ１はＴＳＣ停止後と同じ方向に充電される。
【００３５】
このように、アーム２、３に周期的に図示しないゲート発生装置からゲート信号（ｂ）、（ｃ）を与えることで、半導体素子の抵抗や回路の抵抗で放電電流は減衰していき、コンデンサ１からの放電電流は図４（ａ）のように振動波形となり、やがてコンデンサ１の電荷は零になる。
【００３６】
なお、アーム２、３のサイリスタにそれぞれ図４に示すゲート信号（ｂ）、（ｃ）を与える代わりに、それぞれ図４に示すゲート信号（ｄ）、（ｅ）を与えてもよい。
【００３７】
この第２の実施形態によれば、コンデンサ１専用の放電装置７を設けることなく、コンデンサ１の放電が可能となり、より安価な静止型無効電力補償装置を提供することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のような構成の本発明によれば、使用する半導体素子の一部を安価なダイオードとすることができ、より安価な静止型無効電力補償装置を提供できる。
【００３９】
また、コンデンサ専用の放電装置を設けることなく、コンデンサの放電を可能とし、より安価な静止型無効電力補償装置を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＴＳＣの主要部の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の動作を説明するための、各相電流波形およびゲートを制御するための信号を示す図。
【図３】第１の実施形態における各アームに印加される電圧波形を示す図。
【図４】第２の実施形態の動作を説明するための、放電電流波形およびゲートを制御するための信号を示す図。
【図５】従来のＴＳＣの主要部の構成を示す図。
【図６】従来のＴＳＣの各相電流波形を示す図。
【符号の説明】
１…コンデンサ
２…正極性電流通電アーム
３…負極性電流通電アーム
４、５、６…各アーム通電電流
７…コンデンサ放電装置
８、９、１０…各アーム通電電流波形

Claims

コンデンサを、ゲート信号により導通する半導体素子を含む第１および第２の回路を逆並列に接続した回路によりオン・オフさせる静止型無効電力補償装置において、前記第１の回路はその全てをゲート信号により導通する半導体素子で構成するとともに、前記第２の回路はその一部をゲート信号により導通する半導体素子、残る一部をダイオードで構成し、静止型無効電力補償装置を停止させる場合に、前記第２の回路の側で導通が止まるように前記半導体素子に供給するゲート信号を制御するゲート信号供給制御手段を備えたことを特徴とする静止型無効電力補償装置。
前記ゲート信号供給制御手段は、静止型無効電力補償装置停止後、前記コンデンサの電荷を放電させるために、パルス状のゲート信号を周期的に前記第１の回路の半導体素子に供給し、前記第１の回路の半導体素子に供給される前記パルス状のゲート信号から半周期遅れたタイミングでパルス状のゲート信号を周期的に前記第２の回路の半導体素子に供給するように制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の静止型無効電力補償装置。
前記ゲート信号供給制御手段は、静止型無効電力補償装置停止後、前記コンデンサの電荷を放電させるために、所定の信号レベルが継続する連続波形状のゲート信号を、前記第１および第２の回路の半導体素子にそれぞれ供給するように制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の静止型無効電力補償装置。