JP4399405B2 - AC voltage controller using phase advance current - Google Patents
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Description
本発明は、電気回路に直列接続して電流力率を進相方向に変化させて負荷電圧を制御する交流電圧制御装置に関する。 The present invention relates to an AC voltage control device for controlling a load voltage by connecting in series to an electric circuit and changing a current power factor in a phase advance direction.
送電系統では、直列コンデンサ法による進相電力調整は、一部では、古くから使われてきたが、高次、低次の共振現象、遮断時に異常電圧が発生するなどの問題があった。進相電力調整装置ではサイリスタなどの半導体スイッチの大容量化にしたがって、サイリスタACスイッチを使ってコンデンサのバンク制御やACリアクトルに対してオンタイミングの遅れ位相制御がおこなわれている。これらは電源に並列接続する静止形無効電力補償装置SVC(Static Var Compensator)と呼ばれて、電力系統に多く使われている。 In power transmission systems, phase-advanced power adjustment using the series capacitor method has been used for some time, but there are problems such as high-order and low-order resonance phenomena, and abnormal voltage when shut off. In the phase advance power adjustment device, as the capacity of a semiconductor switch such as a thyristor is increased, a thyristor AC switch is used to perform capacitor bank control and on-timing delayed phase control with respect to an AC reactor. These are called a static reactive power compensator SVC (Static Var Compensator) connected in parallel to a power source and are often used in power systems.
進相コンデンサは電力用コンデンサとも呼ばれて、フィルム・コンデンサであるが、長寿命でありサイズが大きく高価である。進相コンデンサを電解コンデンサで代替できれば小形になって廉価である。ダイオードを電解コンデンサと並列にして、2台を逆直列にすれば交流コンデンサとして使えることはわかっているが、さらに、半導体スイッチで切り替えて電解コンデンサを用いる提案がなされている(特許文献1参照)。特許文献1では、スイッチを4つ用いて電解コンデンサの極性問題を解決している。
しかしながら、単に電解コンデンサを利用するだけの目的であれば、ダイオードと電解コンデンサを並列接続したものを2つ逆直列接続して使用すれば、特許文献1で開示された発明と同じ効果をあげることができる。
A phase-advancing capacitor, also called a power capacitor, is a film capacitor, but has a long life, a large size, and is expensive. If the phase-advancing capacitor can be replaced with an electrolytic capacitor, it will be small and inexpensive. Although it is known that two diodes can be used in reverse series in parallel with an electrolytic capacitor, it can be used as an AC capacitor. However, there is a proposal to use an electrolytic capacitor by switching with a semiconductor switch (see Patent Document 1). . In
However, if only the purpose of simply utilizing electrolytic capacitors, the use of those connected in parallel diodes and electrolytic capacitors two anti-series connected to, raised the same effect as the invention disclosed in
一方、回路技術として、スナバーエネルギーを回生する電流順逆両方向電流スイッチを用いて、負荷電流を遮断した時に、スイッチング素子で発生するスナバーエネルギーをコンデンサに回収し、次回オン時に負荷へと回生する無損失の電流順逆両方向電流スイッチが提案されている(特許文献2参照)。
さらに、これを交流電源と負荷の間に直列接続して、スナバーエネルギーのみならず、負荷の磁気エネルギーをも回生させることができる。交流電源の半周期毎の電流方向の切り替え位相を、交流電源より90度進ませる制御をすれば電流の力率を自動的に略1に改善することができることも、本発明者によって提案されている(特許文献3参照)。しかしながら、力率を略1に改善した結果、負荷電圧が電源電圧より上昇することで出力が増加するため、負荷によっては電圧が上昇し過電圧となって負荷を損傷するおそれもあり、入力電圧を下げる変圧器を必要としていた。
Furthermore, this can be connected in series between the AC power source and the load to regenerate not only the snubber energy but also the magnetic energy of the load. The current direction of the switching phase of each half cycle of the AC power supply, also the power factor of the current if the control to advance 90 degrees from the AC power supply can be automatically improved substantially 1, proposed by the present inventors (See Patent Document 3). However, as a result of improved power factor approximately 1, the output at the load voltage rises above the power supply voltage is increased, depending on the load also damage the load becomes increased voltage overvoltage input voltage I needed a transformer to lower it.
従来、交流負荷の電圧を制御するには、電圧位相の変化に対して遅らせてオン状態にする制御ができるサイリスタ、トライアックなどのACスイッチで電流位相を遅らせる方法が一般的である。トライアックをオン状態にする制御で、電圧位相の遅れで負荷電圧を下げる方向に制御はできるが、負荷電圧を下げるにしたがって電流位相も遅れて、力率が悪くなる欠点があった。
特許文献1では、単に小形化のため、電解コンデンサを用いて4つの半導体スイッチを同期して切り替えているのみで、積極的に電流の進相制御や負荷電圧を目標値になるように制御を行うことはできない。
上述のように、直列接続の進相コンデンサや、特許文献2の磁気エネルギー回生電流双方向スイッチなど、進相運転による直列制御では遅れ力率の負荷の改善を行うことにより、負荷電圧が電源電圧よりも上昇する。しかしながら、そのままでは過電圧や過出力になるため、電源電圧を変圧器を用いて降圧するか、負荷の電圧定格を上げる必要があった。
Conventionally, to control the voltage of the AC load, thyristor can be controlled to be turned on is delayed with respect to change in the voltage phase, a method of delaying the current phase in the AC switch such as a triac is common. In control of the triac on, although it is controlled in a direction to lower the load voltage at a delay of the voltage phase and current phase also delayed in accordance with lowering the load voltage, a drawback power factor may turn poor.
In
As discussed above, and phase advancing capacitor in series connection, such as magnetic energy recovery current bidirectional switch of
そこで、本発明者は、負荷電流の位相を積極的に進める制御を行い、進み力率にして負荷にかかる電圧を下げるとともに、無効電力補償対策を施していない他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、上述の進み力率の電流とを合わせれば、全体として力率の改善にもなることに着眼した。
本発明は、上述のような事情に鑑みなされたものであり、系全体としての力率を改善しつつ、各負荷の負荷電圧を制御することを可能とする交流電圧制御装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present inventor performs control to positively advance the phase of the load current, lowers the voltage applied to the load as the advance power factor, and delay power factor that flows to other AC loads that are not subjected to reactive power compensation measures. It was noticed that the power factor could be improved as a whole if the current of the current and the current of the above-described advance power factor were combined.
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and provides an AC voltage control device that can control the load voltage of each load while improving the power factor of the entire system. Objective.
本発明は、交流電源と交流負荷との間に挿入され、交流負荷にかかる負荷電圧を制御する交流電圧制御装置に関し、本発明の上記目的は、4個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の直流端子間に接続され、交流負荷の磁気エネルギーを回生するコンデンサとから成る磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、位相制御装置は、ブリッジ回路の対角線上に位置する2個の前記逆導通型半導体スイッチを一組のペアとなし、二組のペアの逆導通型半導体スイッチのうち、一方のペアがオンの時は他方のペアをオフにするように制御し、
かつ、電流の位相を強制的に進めるように逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、コンデンサに交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、交流負荷に印加される負荷電圧を制御し、さらに、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、力率計の出力をフィードバックして位相制御装置が逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置によって達成される。
The present invention relates to an AC voltage control device that is inserted between an AC power supply and an AC load and controls a load voltage applied to the AC load. The object of the present invention is composed of four reverse conducting semiconductor switches. Phase control that controls on / off of a reverse conduction type semiconductor switch and a magnetic energy regenerative bidirectional current switch composed of a bridge circuit connected between the DC terminals of the bridge circuit and a capacitor that regenerates the magnetic energy of the AC load And a power factor meter for measuring a power factor of a power supply current connected in series to an AC power source, wherein the phase control device includes two reverse conducting semiconductor switches located on a diagonal line of the bridge circuit And control to turn off the other pair when one of the two pairs of reverse conducting semiconductor switches is on,
In addition, by controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to forcibly advance the phase of the current, a voltage that compensates the reactance voltage of the AC load is generated in the capacitor, and the load applied to the AC load The voltage is controlled and the phase is advanced by the magnetic energy regenerative bidirectional current switch and the current of the delayed power factor that flows to other AC loads connected in parallel to the AC power supply without going through the magnetic energy regenerative bidirectional current switch. The phase controller is fed back to the output of the power factor meter so that the power factor of the power source current becomes approximately 1 as a whole, together with the current of the leading power factor flowing through the AC load, and the phase control device This is achieved by an AC voltage controller characterized by controlling on / off.
また、本発明の上記目的は、コンデンサの静電容量は、交流負荷の磁気エネルギーを吸収するだけの容量であることを特徴とする交流電圧制御装置によっても達成される。
さらに、本発明の上記目的は、コンデンサの静電容量を、コンデンサと交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されていることを特徴とする交流電圧制御装置によっても達成される。
また、本発明の上記目的は、コンデンサと逆導通型半導体スイッチとを並列接続したものを2組、逆導通型半導体スイッチを構成するスイッチング素子のカソード側同士を接続(以下、「逆直列接続」という。)して、2コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、それぞれのコンデンサの静電容量は、それぞれのコンデンサの静電容量と交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、さらに、位相制御装置は、逆直列接続された2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、それぞれのコンデンサに交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、交流負荷に印加される負荷電圧を制御し、さらに、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、力率計の出力をフィードバックして位相制御装置が逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置によっても達成される。
また、本発明の上記目的は、コンデンサとダイオードとを並列接続したものを2組ダイオードのアノード側同士を接続した回路と、2個の逆導通型半導体スイッチを逆直列接続した回路とを、並列に接続して、2コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、それぞれのコンデンサの静電容量は、それぞれのコンデンサの静電容量と交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、さらに、位相制御装置は、逆直列接続された2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、それぞれのコンデンサに交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、交流負荷に印加される負荷電圧を制御し、さらに、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、力率計の出力をフィードバックして位相制御装置が逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置によっても達成される。
The above-mentioned object of the present invention is also achieved by an AC voltage control device characterized in that the capacitance of the capacitor is a capacitance that only absorbs the magnetic energy of the AC load.
Furthermore, the above object of the present invention is characterized in that the capacitance of the capacitor is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power frequency of the AC power source. This is also achieved by a voltage control device.
The above-described object of the present invention, two sets of which are connected in parallel a capacitor and a reverse conducting semiconductor switches, connect the cathode side ends of the switching elements constituting the reverse conducting semiconductor switches (hereinafter, "anti-series connection" called.) There was a second capacitor lateral half-bridge arrangement, and second capacitor lateral half-bridge magnetic energy recovery bidirectional current switch, and a phase controller for controlling the reverse conducting semiconductor switch on / off, in series to an AC power source A power factor meter that measures the power factor of the power supply current, and the capacitance of each capacitor has a resonance frequency determined by the capacitance of each capacitor and the inductance of the AC load. In addition, the phase control device has two anti-conducting elements connected in reverse series. By controlling one of the type semiconductor switches to turn off when one is on, and controlling the on / off of the reverse conduction type semiconductor switch to forcibly advance the current phase, A voltage that compensates for the reactance voltage of the AC load is generated in the capacitor of the AC load, the load voltage applied to the AC load is controlled, and further, the AC power supply is not connected via the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch. Combine the current of the delayed power factor that flows to other AC loads connected in parallel with the current of the leading power factor that flows to the AC load whose phase has been advanced by the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch, The phase control device is a reverse-conducting semiconductor by feeding back the output of the power factor meter so that the power factor of the power supply current becomes approximately 1 as a whole. Also achieved by an alternating voltage control unit and controls the switch on / off.
Further, the above object of the present invention is to provide a parallel connection of a circuit in which two anodes of two sets of diodes are connected in parallel with a capacitor and a diode, and a circuit in which two reverse conducting semiconductor switches are connected in reverse series. connected to, 2 capacitors was horizontal half-bridge configuration, 2 capacitors and horizontal half-bridge magnetic energy recovery bidirectional current switch, and a phase controller for controlling the reverse conducting semiconductor switch on / off, in series with the AC power source A power factor meter that measures the power factor of the power supply current, and the capacitance of each capacitor has a resonance frequency determined by the capacitance of each capacitor and the inductance of the AC load of the AC power source. In addition to being set to a value higher than the power supply frequency, the phase control device further comprises two reverse conducting semiconductors connected in reverse series. When one of the switches is on, the other is controlled to turn off, and the reverse conduction type semiconductor switch is controlled to turn on / off so as to forcibly advance the current phase. To generate a voltage that compensates for the reactance voltage of the AC load, to control the load voltage applied to the AC load, and in parallel to the AC power supply without going through the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch Combine the current of the delayed power factor that flows to the other connected AC load and the current of the power factor that flows to the AC load whose phase is advanced by the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch. The phase control device is a reverse conduction type semiconductor switch by feeding back the output of the power factor meter so that the power factor of the power supply current is approximately 1. Also achieved by an AC voltage control device and controls the on / off.
さらに、本発明の上記目的は、コンデンサが、電解コンデンサであることを特徴とする交流電圧制御装置によっても達成される。
また、本発明の上記目的は、コンデンサと、該コンデンサに並列に接続され、2個の逆導通型半導体スイッチを逆直列接続した回路とから構成される1コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、コンデンサの静電容量は、コンデンサの静電容量と交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、さらに、位相制御装置は、逆直列接続された2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、コンデンサに交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、交流負荷に印加される負荷電圧を制御し、さらに、1コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、1コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、力率計の出力をフィードバックして位相制御装置が逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置によっても達成される。
また、本発明の上記目的は、各逆導通型半導体スイッチを構成する自己消弧形素子として、パワーMOSFET、IGBT、GTOなど、オフ可能なスイッチング素子を使用したことを特徴とする交流電源圧制御装置によっても達成される。
Furthermore, the above object of the present invention is also achieved by an AC voltage control device characterized in that the capacitor is an electrolytic capacitor.
Another object of the present invention is to provide a one-capacitor lateral half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current comprising a capacitor and a circuit connected in parallel to the capacitor and connected in reverse series with two reverse conducting semiconductor switches. a switch, and a phase controller for controlling the reverse conducting semiconductor switch on / off, connected in series to an AC power source, comprising a power factor meter for measuring the power factor of the power supply current, the capacitance of the capacitor Is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitance of the capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power supply frequency of the AC power supply, and two phase control devices are connected in reverse series. Of the reverse conduction type semiconductor switches, when one is on, the other is turned off and the reverse conduction type semiconductor is forced to advance the phase of the current. By controlling the on / off of the switch, the capacitor generates a voltage that compensates for the reactance voltage of the AC load, controls the load voltage applied to the AC load, and in addition, both one-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regeneration The current of the delay power factor that flows to another AC load connected in parallel to the AC power supply without going through the directional current switch and the AC load whose phase is advanced by the one-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch The phase control device controls on / off of the reverse conduction type semiconductor switch by feeding back the output of the power factor meter so that the power factor of the power source current as a whole becomes approximately 1 together with the current of the leading power factor. This is also achieved by an AC voltage control device characterized by this.
Another object of the present invention is to provide an AC power supply pressure control characterized in that a switching element that can be turned off, such as a power MOSFET, IGBT, or GTO, is used as a self-extinguishing element constituting each reverse conducting semiconductor switch. It is also achieved by the device.
本発明に係る交流電圧制御装置を、交流電源と交流負荷との間に直列に接続し、進みの位相で該交流電圧制御装置内の逆導通型半導体スイッチをオン/オフすれば、負荷電流を進相電流にすることができる。また、負荷電流を進相化することで、電源電圧よりも減少した電圧を負荷に印加することもでき、進相無効電力調整装置になる。 If the AC voltage control device according to the present invention is connected in series between an AC power source and an AC load, and the reverse conduction type semiconductor switch in the AC voltage control device is turned on / off in the leading phase, the load current is reduced. It can be a phase advance current. Further, by increasing the phase of the load current, a voltage that is lower than the power supply voltage can be applied to the load, and the phase-advancing reactive power adjustment device is obtained.
また、本発明に係る交流電圧制御装置によれば、コンデンサの容量は負荷の磁気エネルギーを吸収する程度の容量でよく、直流の電解コンデンサが使用できる。このためコスト低減化に寄与できる。
さらに、進相電流は無効電力調整がされていない他の電力負荷の力率を改善するので、この進相電力調整装置を用いると電圧調整が出来るばかりでなく、進相コンデンサと同じ機能を持つことで入力電流が減少し、配電線での省エネルギーと電源容量を削減することに貢献することができる。
Further, according to the AC voltage control apparatus of the present invention, the capacity of the capacitor may be a capacity that can absorb the magnetic energy of the load, and a DC electrolytic capacitor can be used. For this reason, it can contribute to cost reduction.
Furthermore, because the phase advance current improves the power factor of other power loads that are not adjusted for reactive power, using this phase advance power adjustment device not only allows voltage adjustment, but also has the same function as a phase advance capacitor. As a result, the input current is reduced, which can contribute to energy saving and power capacity reduction in the distribution line .
以下、本発明に係る交流電圧制御装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
また、以下、逆導通型半導体スイッチをオン/オフにするとは、逆導通型半導体スイッチを構成する自己消弧形素子を導通状態/阻止状態にすることである。自己消弧形素子を阻止状態にしても、逆並列に接続されたダイオードがあるため、自己消弧形素子の逆方向の向きの電流は常に導通できる。
図1は、本発明に係る交流電圧制御装置と、それを利用して系全体の力率を略1にする制御の仕組みを説明するための図である。
図1において、交流電源1には直列に力率計5が接続され、電源電流の力率を計測するとともに、後述の位相制御装置4にフィードバック信号を送る。力率計5は、4個のパワーMOSFET、IGBTなどのオン/オフすることのできる自己消弧形素子と、逆並列接続されたダイオードから成る逆導通型半導体スイッチ21(SW1〜SW4)にて構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の直流端子DCPとDCN間に接続され、交流負荷3aの磁気エネルギーを蓄積して回生するコンデンサ22とから成る磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2の一方の交流端子AC1に接続されている。
位相制御装置4は、4個の逆導通型半導体スイッチ21のうち、ブリッジ回路の対角線上に位置する2個の逆導通型半導体スイッチ(SW1,SW3)と(SW2,SW4)を、それぞれ一組のペアとし、二組のペアの逆導通型半導体スイッチのうち、一方のペアがオンの時は他方のペアをオフにするように制御し、かつ、交流電源1の半周期の時間毎にペア単位で交互にオン/オフ制御するためのゲート信号を生成するものである。位相制御装置4は交流電源1の電圧の位相を検出し、力率計の出力が1に近づくように位相を進める働きを行う。
Hereinafter, an AC voltage control apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Further, hereinafter, to turn on / off the reverse conducting semiconductor switch is to bring the self-extinguishing element constituting the reverse conducting semiconductor switch into a conducting / blocking state. Even if the self-extinguishing element is blocked, current in the reverse direction of the self-extinguishing element can always be conducted because of the diode connected in antiparallel.
FIG. 1 is a diagram for explaining an AC voltage control apparatus according to the present invention and a control mechanism for making the power factor of the entire system approximately 1 by using the AC voltage control apparatus.
In FIG. 1, a power factor meter 5 is connected in series to the
The
本発明に係る交流電圧制御装置を、交流電源と交流負荷との間に直列に接続して、進みの位相でオン/オフすれば、進み力率の無効電圧を発生できる。すなわち、本発明に係る交流電圧制御装置を電源電圧と直列に接続すれば、負荷電流を進み位相にすることができる。 If the AC voltage control device according to the present invention is connected in series between an AC power source and an AC load and turned on / off at a leading phase, a reactive voltage with a leading power factor can be generated. That is, if the AC voltage control device according to the present invention is connected in series with the power supply voltage , the load current can be made to advance.
なお、図1には、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2を介さずに、交流電源1に並列に接続される交流負荷3bが存在する。交流負荷3bに対しては、無効電力調整がされていないので、電流は遅れ力率となる。従って、交流負荷3aに流れる進み力率の電流と、交流負荷3bの遅れ力率の電流とを合わせることにより、全体として力率が略1の電流にすることができる。すなわち、回路内に存在する約半数の交流負荷に上述の磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2を接続し、残りの約半数の交流負荷は交流電源に直接接続すれば、負荷電圧を抑えつつ、回路全体として電流の力率の改善を行うことが可能となる。
In FIG. 1, without the intervention of the magnetic energy recovery bidirectional
図7(a)乃至図7(c)は、電圧のフェーザ図を示している。
より詳しくは、図7(c)は、本発明に係る交流電圧制御装置が、進相のリアクタンス電圧Vcを発生し、電源電圧Vinよりも減少した電圧Vloadを、交流負荷3aに印加することもできる進相電力調整装置になることを示している。
図7(a)は、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2に接続されていない交流負荷3bのフェーザ図を示している。負荷電流Iloadは、遅れ力率cosφとなっている。
図7(b)は、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2に接続された交流負荷3aにおいて、位相制御装置4により交流負荷3aの電流力率が略1になるように制御した場合を示している。
図7(b)から分かるように、交流負荷3aのインダクタンス電圧Vloadが、コンデンサ22のリアクタンス電圧Vcによって完全に補償されている。結果、負荷電圧Vloadは、交流電源1の電圧Vinに等しくなり、負荷電圧Vloadを下げることはできない。
図7(c)は、図7(b)の状態から、さらに電流の位相を進めて、交流負荷3aの電流力率を、進み力率cosφにした場合を示している。図7(c)の状態にすることにより、負荷電圧Vloadを下げるとともに、図7(a)で示した、遅れ力率の電流と合わせて、全体として力率を略1にするとともに、負荷電圧Vloadを下げることを実現可能としている。
FIGS. 7 (a) through FIG. 7 (c) shows a phasor diagram of the voltages.
More specifically, FIG. 7 (c), an AC voltage control apparatus according to the present invention, generates a reactance voltage Vc of phase advancing, the voltage V load was reduced than power supply voltage Vin, is applied to the
FIG. 7A shows a phasor diagram of the
FIG. 7 (b), the
As can be seen from FIG. 7B, the inductance voltage V load of the
FIG. 7 (c), from the state of FIG. 7 (b), further advancing the phase of the current shows a case where the current power factor of the
本発明に係る交流電圧制御装置では、負荷電流Iより90度進んだリアクタンス電圧Vcを発生するので、コンデンサ22を充電するために外部電源の供給は不要であり、コンデンサ22に電圧が自動的に発生する。コンデンサ22の静電容量Cは、交流負荷3aの磁気エネルギーを吸収する程度の容量でよく、直流の電解コンデンサが使用できる。コンデンサ22の静電容量が相対的に小さい場合、コンデンサ22の電流は断続するが、断続しても問題ない。すなわち、コンデンサ22の電圧が、交流電源1の半周期の時間内に略ゼロとなるのが、本装置の特徴である。コンデンサ22の電圧が略ゼロになることから、本発明に係る交流電圧制御装置は、従来の電圧型インバータとは呼ばずに、スイッチと呼ぶべきである。
In the AC voltage control device according to the present invention, the reactance voltage Vc advanced by 90 degrees from the load current I is generated. Therefore , no external power supply is required to charge the
本発明に係る交流電圧制御装置を用いると、進相コンデンサを直列インピーダンスとしたこと以上の電圧制御機能を持つことができる。進相電流は、他の電力負荷の力率をあわせて改善するので送配電線の電流が減り、配電線での省エネルギーと受電変圧器などの電源容量(皮相電力の容量)を削減することに貢献する。 When the AC voltage control device according to the present invention is used, it is possible to have a voltage control function that is more than that in which the phase-advancing capacitor has a series impedance. The phase advance current is improved by combining the power factor of other power loads, so the current of the transmission and distribution lines is reduced, and energy saving in the distribution lines and the capacity of the power receiving transformer (apparent power capacity) are reduced. To contribute.
図1の、4個の逆導通型半導体スイッチから構成されるブリッジ回路の対角線上に位置する2個の逆導通型半導体スイッチを一組のペアと成し、二組のペア(SW1,SW3)と、(SW2,SW4)に着目すると、二組のペアは、交流電源1の電源半周期の時間毎に、一方のペアがオンのときは他方のペアをオフとするように、オン/オフを切り替える。しかしながら、例えば逆導通型半導体スイッチSW3を構成する自己消弧形素子をオフした後、電流は逆導通型半導体スイッチSW2の逆並列接続されたダイオードを流れるので、逆導通型半導体スイッチSW2を構成する自己消弧形素子のオンが遅れても、動作に問題は生じない。磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2の、上述の特徴をさらに生かすと、後に説明するように、コンデンサ22の静電容量が相対的に小さい場合、オンする逆導通型半導体スイッチSW3を構成する自己消弧形素子を不要とすることができる。
The two reverse conducting semiconductor switches located on the diagonal line of the bridge circuit composed of the four reverse conducting semiconductor switches in FIG. 1 are formed as one pair, and two pairs (SW1, SW3) When paying attention to (SW2, SW4) , the two pairs are turned on / off so that when one pair is on, the other pair is turned off at every half power cycle of the
図4は、図1における磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2の部分を簡略化した回路の態様を示すものである。より詳しくは、図4は、コンデンサと逆導通型半導体スイッチとを並列に接続したものを2組、逆導通型半導体スイッチを構成する自己消弧形素子のカソード側(図4において、自己消弧形素子はNチャンネルシリコンパワーMOSFETであるので、NチャンネルシリコンパワーMOSFETのソース側)同士を接続して、2コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした磁気エネルギー回生双方向電流スイッチとしたものである。それぞれのコンデンサが、交流電源1の半周期以内の時間で毎回全放電する(それぞれのコンデンサの両端電圧が略0[V] になる)条件でのみ可能なものである。具体的には、それぞれのコンデンサの静電容量Cと交流負荷3aのインダクタンス容量Lとで決まる共振周波数fが、交流電源1の周波数f0より高い場合であり、次式(1)のようになる。
f=1/2π√(LC)>f0 ……(1)
図4の回路の態様の磁気エネルギー回生双方向電流スイッチでは、コンデンサが2個になるが、逆導通型半導体スイッチが2個になるのが特徴である。
Figure 4 shows the embodiment of a circuit with a simplified portion of the magnetic energy recovery bidirectional
f = 1 / 2π√ (LC)> f0 (1)
The magnetic energy regenerative bidirectional current switch of the circuit mode of FIG. 4 is characterized in that it has two capacitors but two reverse conducting semiconductor switches.
図3は、上述の式(1)の状態を満たす場合を示したものである。以下、図3を用いて詳しく説明する。
逆導通型半導体スイッチSW3をオフ(逆導通型半導体スイッチSW3を構成する自己消弧形素子を阻止状態)にすると、電流は、図3で示す矢印のように(交流電源1から交流負荷3aの向き)コンデンサ22に流れ込む電流は、逆導通型半導体スイッチSW2の逆並列接続されたダイオードを通して流れるので、逆導通型半導体スイッチSW2のオン/オフの状態に無関係である。回路にコンデンサ22が直列に挿入され、コンデンサ22の静電容量が小さいと、電流が、交流電源1の4分の1周期以内の時間でコンデンサ22の充電が終わり、さらに、交流電源1の4分の1周期以内の時間で電流の向きが逆転して放電し、コンデンサ22の両端電圧Vcは略ゼロ[V]となる。すなわち、最初、電流は、逆導通型半導体スイッチSW2の逆並列接続されたダイオードを通じて流れ、やがて、電流の向きが逆転すると、その時点で既にオン状態となっている逆導通型半導体スイッチSW2の自己消弧形素子を流れ、コンデンサ22の両端電圧Vcが、略ゼロ[V]になるまで流れる。その間電流の向きは逆転しない。コンデンサ22の電流は断続するが、コンデンサ22の電流は、逆導通型半導体スイッチを構成する自己消弧形素子も、ダイオードもなしで自然に断続するので、逆導通型半導体スイッチSW2を省略して配線に置き換えることができることがわかる。電流の向きが図3と逆(電流が、交流負荷3aから交流電源1の向きであり、交流負荷3aの一端が接続されている交流端子AC2−コンデンサ22の正極側−コンデンサ22の負極側−逆導通型半導体スイッチSW3−交流電源1の一端が接続されている交流端子AC1となる)の場合、反対側(逆導通型半導体スイッチSW1とSW4)で、前述と同じことが行われる。図3で示した場合を、双方向の電流に対処するように拡張すると、図4に示す回路の態様となる。
図4は、図1で示した磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2のコンデンサ22を、2個(コンデンサ22と等しい静電容量)に分けて、コンデンサ23とコンデンサ24を、交流電源1の半周期毎に交互に使う(充放電する)ことで、図1で示した磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2とほぼ同じ機能を果たすことができる。図4は、図1の磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2において、コンデンサ22部分で、横に切った(水平方向に分割した)ハーフブリッジ構成にあたる。しかしながら、図4に示す回路の態様では、逆導通型半導体スイッチのすべてをオフにしても、負荷電流を遮断することができないなど、一部の機能に制約がある。
FIG. 3 shows a case where the state of the above formula (1) is satisfied. Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG.
When the reverse conducting semiconductor switches SW3 you off (reverse conducting self-turn-off devices the blocking state of the semiconductor switches SW3), current, AC load from the (
4, the
図5は、図4の別の回路の態様を示している。より詳しくは、図5は、コンデンサと、コンデンサに並列に接続され、2個の逆導通型半導体スイッチを、逆導通型半導体スイッチを構成するスイッチング素子のカソード側(図5において、自己消弧形素子はNチャンネルシリコンパワーMOSFETであるので、NチャンネルシリコンパワーMOSFETのソース側)同士を接続して、1コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした磁気エネルギー回生双方向電流スイッチとしたものである。
図5の回路の態様は、コンデンサ22に並列に接続されている2個の逆導通型半導体スイッチを、交流電源1の電源半周期の時間毎に、一方がオンのときは他方をオフとするように、オン/オフを切り替える。前述の制御は、コンデンサ22の機能を制御していることがわかる。
さらに、図5は、サイリスタのオン位相の遅れによってリアクトル電流の位相を制御する無効電力制御装置TCR(Thyristor Controlled Reactor)の双対回路になっており、従来にはなかった回路の態様と制御である。
FIG. 5 shows another circuit embodiment of FIG. More specifically, FIG. 5 shows that a capacitor and two reverse conducting semiconductor switches connected in parallel to the capacitor are connected to the cathode side of the switching element constituting the reverse conducting semiconductor switch (in FIG. Since the element is an N-channel silicon power MOSFET, the source side of the N-channel silicon power MOSFET is connected to each other to form a magnetic energy regenerative bidirectional current switch having a one-capacitor lateral half-bridge configuration.
Aspect of the circuit of Figure 5, the two reverse conducting semiconductor switch connected in parallel with the
Further, FIG. 5 is a dual circuit of a reactive power control device TCR (Thyristor Controlled Reactor) that controls the phase of the reactor current by delaying the on-phase of the thyristor. .
図6は、図5のコンデンサ22に換えて、2個のコンデンサと、それぞれのコンデンサと並列に、ダイオードD1とD2を追加した変形例である。
図6の機能は、図5と同じであるが、それぞれのコンデンサには直流電圧が生じてバイアスされるため、直流コンデンサを使うことができる。ダイオードD1とD2には電流が流れない動作をする。
6, instead of the
Features of Figure 6 is the same as FIG. 5, each of the capacitor for a DC voltage is biased occurs, the DC capacitor Ru can the use Ukoto. The diodes D1 and D2 operate so that no current flows.
図1は、本発明に係る交流電圧制御装置を用いた無効電力補償及び負荷電圧の制御の実施例を示すものでもある。磁気エネルギー回生電流双方向スイッチを、交流電源と交流負荷との間に直列接続し、逆導通型半導体スイッチに電流が導通する、交流電源1の半周期の時間毎に、4個の逆導通型半導体スイッチから構成されるブリッジ回路の対角線上に位置する2個の逆導通型半導体スイッチを一組のペアと成し、二組のペア(SW1,SW3)と、(SW2,SW4)は、交流電源1の半周期の時間毎に、一方のペアがオンのときは他方のペアをオフとするように、オン/オフを切り替える。
オン/オフを切り替える信号(以下、「ゲート信号」という。)の位相を進める(交流電源1の電圧位相の変化に対して時間的に前に変化させる)ことで、進相電流を発生させる。
ゲート信号は、交流電源1の電圧位相を検出し、位相制御装置4で生成する。逆導通型半導体スイッチのゲートには、電気的に絶縁して送る。本実施例では、光信号で駆動するフォトリレーを使用している。ゲート信号は、交流電源1に接続された抵抗器とコンデンサで構成される一次遅れ回路により、電源電圧のゼロ交差信号から作られる。部品数は20程度と簡素である。
FIG. 1 also shows an embodiment of reactive power compensation and load voltage control using an AC voltage control apparatus according to the present invention . A magnetic energy regenerative current bidirectional switch is connected in series between an AC power source and an AC load, and the current is conducted to the reverse conducting semiconductor switch . Four reverse conducting types are provided every half cycle of the
Signal for switching the ON / OFF (hereinafter, referred to as "gate signals".) (Temporally varied prior to the change of the voltage phase of the AC power source 1) of the advancing phase of that is, Ru generates a leading phase current .
The gate signal is generated by the
コンデンサ22の容量リアクタンスXcは、交流負荷3aのリアクタンスXlに対して大きくても小さくても効果は発生する。本発明は、コンデンサ容量22を小さくできることが特徴である。交流負荷3aのリアクタンスXlと、コンデンサ22の容量リアクタンスXcが同じ程度であると、交流負荷3aに印加される電圧波形が、正弦波形状になり、高調波が少なくなる。コンデンサ22の静電容量が小さい場合、コンデンサ22の両端電圧Vcは高くなる傾向にある。ゲート制御信号の位相を、進み制御(交流電源1の電圧位相の変化に対して時間的に前に変化させる)により、負荷電圧Vloadは、増加から減少まで変化させることができる。負荷電圧Vloadに応じてフィードバック制御することもできる。
Even if the capacitance reactance Xc of the
図1で示した実施例では、以下の回路定数を用いている。交流負荷3a及び交流負荷3bは、ファンモータである。
<図1の回路定数>
交流負荷3a及び交流負荷3bの定格交流入力電圧: 100Vrms、
交流負荷3a及び交流負荷3bの定格入力電流: 0.21Arms、
交流負荷3a及び交流負荷3bの遅れ力率: 約0.7、
交流負荷3a及び交流負荷3bのインダクタンス成分L: 1H、
交流負荷3a及び交流負荷3bの抵抗成分R: 333オーム、
コンデンサ22の静電容量: 2.2マイクロF。
図1で示した実施例では、交流負荷3aの負荷電流Iloadが、進み力率0.7になり、負荷電圧Vloadも、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2が無い場合と同じ電圧で安定に運転することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the following circuit constants are used. The
<Circuit constants of FIG. 1>
Rated AC input voltage of
Rated input current of
Delay power factor of
Inductance component L of
Capacitance of capacitor 22: 2.2 micro F.
In the embodiment shown in FIG. 1, the load current Iload of the
図8(a)は、図1で示した実施例の計算機シミュレーション波形を示している。
より詳しくは、図8(a)は、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2を介さずに、交流電源1に並列に接続された交流負荷3bの負荷電流(図8(a)では、「負荷電流(スイッチなし)」と表記している。)、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2を介して接続された交流負荷3aの負荷電流(図8(a)では、「負荷電流」と表記している。)、交流電源1の電源電圧Vacの電圧振幅を、1/5000倍にしたもの(図8(a)では、「電源電圧×0.005」と表記している。)を示している。
負荷電流(スイッチなし)は、遅れ力率0.7の電流である。磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2で、95度、ゲート制御信号の位相を、進み制御(交流電源1の電圧位相の変化に対して時間的に前に変化させる)した結果、図8(a)の「負荷電流」に示すように、交流負荷3aの負荷電流は、進み力率0.7になっている。
交流負荷3aの負荷電流と、交流負荷3bの負荷電流の実効値は同じである。負荷電流波形の歪みは生じるが、進相電流を発生することから、同系統に接続された他の交流負荷の電流力率を改善することができる。さらに、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ2を介さずに、交流電源1に並列に接続された同種の交流負荷(本実施例では、交流負荷3b)と、入力電流を足し合わせる事により、2台分併せて、送電端から見て、力率が略1が実現できる。
図8(b)乃至図8(d)は、図4で示した回路の計算機シミュレーション波形を示している。
より詳しくは、図8(b)は、交流負荷3cの負荷電圧、コンデンサ23の両端電圧Vc1(図8(b)では、「コンデンサ電圧1」と表記している。)、コンデンサ24の両端電圧Vc2(図88(b)では、「コンデンサ電圧2」と表記している。)を示している。
また、図8(c)は、コンデンサ23を流れる電流Ic1(図8(c)では、「コンデンサ電流1」と表記している。)を示している。
さらに、図8(d)は、逆導通型半導体スイッチSW3を流れる電流Isw3(図8(d)では、「P−MOSFET電流」と表記している。)を示している。
FIG. 8 (a) shows the computer simulation waveforms of the embodiment shown in FIG.
More specifically, FIG. 8A shows the load current of the
The load current (no switch) is a current having a delay power factor of 0.7. In magnetic energy recovery bidirectional
The effective value of the load current of the
Figure 8 (b) to FIG. 8 (d) that shows the computer simulation waveforms of the circuit shown in FIG.
More specifically, FIG. 8B shows the load voltage of the
FIG. 8C shows a current Ic1 flowing through the capacitor 23 (indicated as “capacitor current 1” in FIG. 8C).
Further, FIG. 8D shows a current Isw3 (indicated as “P-MOSFET current” in FIG. 8D) flowing through the reverse conducting semiconductor switch SW3.
本発明に係る交流電圧制御装置を用いて、交流負荷の電圧を減少させながら、進相電流を発生させることができる。ランプ負荷など無誘導の負荷でも、電圧を減少させて使用する場合に効果がある。本装置は電流進み制御で電圧を下げるので、進相電流が発生する。これは電力線の総合力率を改善することに役立つ。
交流負荷3aが、ランプ負荷など無誘導の負荷の実施例として、交流電源1に、単相100Vに、100Wの電球を用い、必要な明るさを減じて70Wにする。本発明に係る交流電圧制御装置を用いて進相力率0.7の制御による電圧減少で行うと、進み電流が、100√(1−0.72)=約70VA分、0.7Aの進相電流が得られる。この負荷電流は、他の電流の遅れ電力負荷と合わせて力率改善となり、送配電のジュール損失の低減になる。また、負荷電圧減少により電球の寿命が伸びる。
Using the AC voltage control apparatus according to the present invention, it is possible to generate a phase advance current while reducing the voltage of the AC load. Even non-inductive loads such as lamp loads are effective when used with reduced voltage. Since this apparatus lowers the voltage by current advance control, a phase advance current is generated. This helps to improve the overall power factor of the power line.
As an example of a non-inductive load such as a lamp load, the
また、図1に示す、本発明に係る交流電圧制御装置を用いた無効電力補償及び負荷電圧の制御の実施例では、遅れ力率cosφの2台で1組のファンモータ(交流負荷3a及び3b)のうち1台(交流負荷3a)を、本発明に係る交流電圧制御装置を介して接続している。
2台のファンモータの負荷電圧がそれぞれ同じ電圧になるように、位相制御装置4は、交流負荷3aの電流の位相を進めると、ファンモータ2台の電流の合成で、力率が略1になる。
交流電源1から供給される電流(入力電流)が、本発明に係る交流電圧制御装置を用いた無効電力補償及び負荷電圧の制御により、改善される以前のcosφ倍に減少して送配電線のジュール損失が減少する。
Moreover, it is shown in Figure 1, in the embodiment of the control of reactive power compensation and load voltage using an AC voltage control apparatus according to the present invention, with two lagging power factor cos [
As the load voltage of the two fan motors have the same voltage, respectively, the
The current (input current) supplied from the
上述の実施例のように、本発明に係る交流電圧制御装置を用いて電力制御をすると、電圧を調整する際に、電流の進相制御が可能になる。従来の静止コンデンサではできなかった進相量が、逆導通型半導体スイッチのオン/オフのゲート信号の位相で、連続的かつ高速に制御できるため、機器の負荷状態に応じた高速制御による多彩な応用ができる。 As in the examples above mentioned, when the power control using an alternating current control device according to the present invention, when adjusting the voltage allows leading phase control of the current. Phase advance amount not possible with conventional static capacitor, a reverse conducting semiconductor switch on / off of the gate signal of the phase, can be controlled continuously and fast, versatile by high-speed control according to the load condition of the equipment Can be applied.
上記では、オン/オフの幅を、交流電源1の電源周期の半サイクルの広幅で説明したが、図1の場合、PWM(パルス幅変調)化することにより、高調波の対策ができることは言うでもない。
また、実施例では、単相交流での応用を説明したが、三相交流への展開は当然考えられる。三相交流に適用した場合、高調波の内、3次調波を、デルタ結線により自動的に消すことが可能である。
In the above, the width of the ON / OFF has been described in broad half cycle of the power supply period of the
Further, the embodiment describes the application of a single-phase alternating current, expand into the three-phase alternating current is Ru is naturally considered. When applied to a three-phase alternating current, of the harmonics, the third-order harmonics, it is possible to automatically turn off the delta connection.
さらに、逆導通型半導体スイッチを構成する自己消弧形素子として、パワーMOSFETを例として説明したが、IGBT、GTOなど、オン/オフ可能なスイッチング素子ならば同様に可能である。 Further, as a self-turn-off elements constituting the reverse conducting semiconductor switches has been described a power MOSFET as an example, IGBT, GTO, etc., are possible as well if on / off possible switching element.
1 交流電源
2 磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ
3a、3b、3c 交流負荷
4 位相制御装置
5 力率計
21 逆導通型半導体スイッチ
22、23、24 コンデンサ
D1、D2 ダイオード
DESCRIPTION OF
D1, D2 diode
Claims (15)
4個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の直流端子間に接続され、前記交流負荷の磁気エネルギーを回生するコンデンサとから成る磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、
前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、
前記交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、
前記位相制御装置は、前記ブリッジ回路の対角線上に位置する2個の前記逆導通型半導体スイッチを一組のペアとなし、二組のペアの前記逆導通型半導体スイッチのうち、一方の前記ペアがオンの時は他方の前記ペアをオフにするように制御し、
かつ、電流の位相を強制的に進めるように前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、前記コンデンサに前記交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、前記交流負荷に印加される前記負荷電圧を制御し、
さらに、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに前記交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた前記交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、前記力率計の出力をフィードバックして前記位相制御装置が前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置。 An AC voltage control device that is inserted between an AC power source and an AC load and controls a load voltage applied to the AC load, the AC voltage control device comprising:
A magnetic energy regenerative bidirectional current switch comprising a bridge circuit composed of four reverse conducting semiconductor switches, and a capacitor connected between the DC terminals of the bridge circuit and regenerating the magnetic energy of the AC load;
A phase controller for controlling an on / off of the reverse conducting semiconductor switches,
A power factor meter connected in series to the AC power source and measuring the power factor of the power source current;
In the phase control device, the two reverse conducting semiconductor switches located on the diagonal line of the bridge circuit form one pair, and one of the two pairs of the reverse conducting semiconductor switches is the pair. Control to turn off the other pair when is on,
In addition, by controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to forcibly advance the phase of the current, a voltage that compensates the reactance voltage of the AC load is generated in the capacitor, and the AC load is Controlling the applied load voltage;
Further, the phase is advanced by the current of the delay power factor flowing through another AC load connected in parallel to the AC power supply without passing through the magnetic energy regeneration bidirectional current switch and the magnetic energy regeneration bidirectional current switch. The phase control device feeds back the output of the power factor meter so that the power factor of the power source current becomes approximately 1 as a whole, together with the current of the leading power factor flowing through the AC load, and the phase control device is connected to the reverse conducting semiconductor. An AC voltage control device for controlling on / off of a switch.
コンデンサと逆導通型半導体スイッチとを並列接続したものを2組、前記逆導通型半導体スイッチを構成するスイッチング素子のカソード側同士を接続(以下、「逆直列接続」という。)して、2コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、
前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、
前記交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、
それぞれの前記コンデンサの静電容量は、前記それぞれのコンデンサの静電容量と前記交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が前記交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、
さらに、前記位相制御装置は、前記逆直列接続された2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、前記それぞれのコンデンサに前記交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、前記交流負荷に印加される前記負荷電圧を制御し、
さらに、前記2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに前記交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、前記2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた前記交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、前記力率計の出力をフィードバックして前記位相制御装置が前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置。 An AC voltage control device that is inserted between an AC power source and an AC load and controls a load voltage applied to the AC load, the AC voltage control device comprising:
Two sets of a capacitor and a reverse conducting semiconductor switches which are connected in parallel, connect the cathode side ends of the switching elements constituting the reverse conducting semiconductor switches (hereinafter, referred to as "anti-series connection".), A two capacitors A two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch in a horizontal half-bridge configuration;
A phase controller for controlling an on / off of the reverse conducting semiconductor switches,
A power factor meter connected in series to the AC power source and measuring the power factor of the power source current;
The capacitance of each capacitor is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitance of each capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power supply frequency of the AC power supply,
Further, the phase control device controls so that when one of the two reverse-conducting semiconductor switches connected in reverse series is turned on, the other is turned off, and the phase of the current is forced By controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to proceed, a voltage for compensating the reactance voltage of the AC load is generated in each capacitor, and the load voltage applied to the AC load is Control
Further, a current of a delay power factor flowing through another AC load connected in parallel to the AC power supply without passing through the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regeneration bidirectional current switch, and the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regeneration The output of the power factor meter is fed back so that the power factor of the power source current becomes approximately 1 as a whole, together with the current of the leading power factor flowing through the AC load whose phase is advanced by the bidirectional current switch. An AC voltage control device, wherein the phase control device controls on / off of the reverse conducting semiconductor switch.
コンデンサとダイオードとを並列接続したものを2組前記ダイオードのアノード側同士を接続した回路と、2個の逆導通型半導体スイッチを逆直列接続した回路とを、並列に接続して、2コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、
前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、
前記交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、
それぞれの前記コンデンサの静電容量は、前記それぞれのコンデンサの静電容量と前記交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が前記交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、
さらに、前記位相制御装置は、逆直列接続された前記2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、前記それぞれのコンデンサに前記交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、前記交流負荷に印加される前記負荷電圧を制御し、
さらに、前記2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに前記交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、前記2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた前記交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、前記力率計の出力をフィードバックして前記位相制御装置が前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置。 An AC voltage control device that is inserted between an AC power source and an AC load and controls a load voltage applied to the AC load, the AC voltage control device comprising:
Two sets of capacitors and diodes connected in parallel, a circuit in which the anode sides of the diodes are connected to each other, and a circuit in which two reverse conducting semiconductor switches are connected in reverse series are connected in parallel to form a two-capacitor horizontal type A two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch in a half-bridge configuration;
A phase controller for controlling an on / off of the reverse conducting semiconductor switches,
A power factor meter connected in series to the AC power source and measuring the power factor of the power source current;
The capacitance of each capacitor is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitance of each capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power supply frequency of the AC power supply,
Further, the phase control device performs control so that when one of the two reverse conducting semiconductor switches connected in reverse series is turned on, the other is turned off, and the phase of the current is forcibly set. By controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to proceed, a voltage for compensating the reactance voltage of the AC load is generated in each capacitor, and the load voltage applied to the AC load is Control
Further, a current of a delay power factor flowing through another AC load connected in parallel to the AC power supply without passing through the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regeneration bidirectional current switch, and the two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regeneration The output of the power factor meter is fed back so that the power factor of the power source current becomes approximately 1 as a whole, together with the current of the leading power factor flowing through the AC load whose phase is advanced by the bidirectional current switch. An AC voltage control device, wherein the phase control device controls on / off of the reverse conducting semiconductor switch.
コンデンサと逆導通型半導体スイッチとを並列接続したものを2組逆直列接続して、2コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、 A two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch in which two sets of capacitors and reverse conducting semiconductor switches connected in parallel are connected in reverse series to form a two-capacitor horizontal half-bridge configuration;
前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、を具備し、 A phase control device for controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch,
それぞれの前記コンデンサの静電容量は、前記それぞれのコンデンサの静電容量と前記交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が前記交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、 The capacitance of each capacitor is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitance of each capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power supply frequency of the AC power supply,
さらに、前記位相制御装置は、前記逆直列接続された2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、前記それぞれのコンデンサに前記交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、前記交流負荷に印加される前記負荷電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。 Further, the phase control device controls so that when one of the two reverse-conducting semiconductor switches connected in reverse series is turned on, the other is turned off, and the phase of the current is forced By controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to proceed, a voltage for compensating the reactance voltage of the AC load is generated in each capacitor, and the load voltage applied to the AC load is An AC voltage controller characterized by controlling.
コンデンサとダイオードとを並列接続したものを2組前記ダイオードのアノード側同士を接続した回路と、2個の逆導通型半導体スイッチを逆直列接続した回路とを、並列に接続して、2コンデンサ横型ハーフブリッジ構成とした、2コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、 Two sets of capacitors and diodes connected in parallel, a circuit in which the anode sides of the diodes are connected to each other, and a circuit in which two reverse conducting semiconductor switches are connected in reverse series are connected in parallel to form a two-capacitor horizontal type A two-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch in a half-bridge configuration;
前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、を具備し、 A phase control device for controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch,
それぞれの前記コンデンサの静電容量は、前記それぞれのコンデンサの静電容量と前記交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が前記交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、 The capacitance of each capacitor is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitance of each capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power supply frequency of the AC power supply,
さらに、前記位相制御装置は、逆直列接続された前記2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、前記それぞれのコンデンサに前記交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、前記交流負荷に印加される前記負荷電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。 Further, the phase control device performs control so that when one of the two reverse conducting semiconductor switches connected in reverse series is turned on, the other is turned off, and the phase of the current is forcibly set. By controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to advance, a voltage for compensating the reactance voltage of the AC load is generated in each capacitor, and the load voltage applied to the AC load is An AC voltage controller characterized by controlling.
コンデンサと、該コンデンサに並列に接続され、2個の逆導通型半導体スイッチを逆直列接続した回路とから構成される1コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、
前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、
前記交流電源に直列に接続され、電源電流の力率を計測する力率計と、を具備し、
前記コンデンサの静電容量は、前記コンデンサの静電容量と前記交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が前記交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、
さらに、前記位相制御装置は、前記逆直列接続された2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、前記コンデンサに前記交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、前記交流負荷に印加される前記負荷電圧を制御し、
さらに、前記1コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを介さずに前記交流電源に並列に接続された他の交流負荷に流れる遅れ力率の電流と、前記1コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチによって位相が進められた前記交流負荷に流れる進み力率の電流とをあわせて、全体として電源電流の力率が略1となるように、前記力率計の出力をフィードバックして前記位相制御装置が前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することを特徴とする交流電圧制御装置。 An AC voltage control device that is inserted between an AC power source and an AC load and controls a load voltage applied to the AC load, the AC voltage control device comprising:
A one-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch composed of a capacitor and a circuit connected in parallel to the capacitor and connected in reverse series with two reverse conducting semiconductor switches;
A phase controller for controlling an on / off of the reverse conducting semiconductor switches,
A power factor meter connected in series to the AC power source and measuring the power factor of the power source current;
The capacitance of the capacitor is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitance of the capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power supply frequency of the AC power source,
Further, the phase control device controls so that when one of the two reverse-conducting semiconductor switches connected in reverse series is turned on, the other is turned off, and the phase of the current is forced By controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to proceed, a voltage for compensating the reactance voltage of the AC load is generated in the capacitor, and the load voltage applied to the AC load is controlled. ,
Further, a current of a delay power factor flowing through another AC load connected in parallel to the AC power supply without passing through the one-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regeneration bidirectional current switch, and the one-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regeneration The output of the power factor meter is fed back so that the power factor of the power source current becomes approximately 1 as a whole, together with the current of the leading power factor flowing through the AC load whose phase is advanced by the bidirectional current switch. An AC voltage control device, wherein the phase control device controls on / off of the reverse conducting semiconductor switch.
コンデンサと、該コンデンサに並列に接続され、2個の逆導通型半導体スイッチを逆直列接続した回路とから構成される1コンデンサ横型ハーフブリッジ磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、 A one-capacitor horizontal half-bridge magnetic energy regenerative bidirectional current switch composed of a capacitor and a circuit connected in parallel to the capacitor and connected in reverse series with two reverse conducting semiconductor switches;
前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御する位相制御装置と、を具備し、 A phase control device for controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch,
前記コンデンサの静電容量は、前記コンデンサの静電容量と前記交流負荷のインダクタンスとで決まる共振周波数が前記交流電源の電源周波数より高くなるような値に設定されているとともに、 The capacitance of the capacitor is set to a value such that the resonance frequency determined by the capacitance of the capacitor and the inductance of the AC load is higher than the power supply frequency of the AC power supply,
さらに、前記位相制御装置は、前記逆直列接続された2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御し、かつ、電流の位相を強制的に進めるように前記逆導通型半導体スイッチのオン/オフを制御することにより、前記コンデンサに前記交流負荷のリアクタンス電圧分を補償する電圧を発生させ、前記交流負荷に印加される前記負荷電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。 Further, the phase control device controls so that when one of the two reverse-conducting semiconductor switches connected in reverse series is turned on, the other is turned off, and the phase of the current is forced By controlling on / off of the reverse conducting semiconductor switch so as to proceed, a voltage for compensating the reactance voltage of the AC load is generated in the capacitor, and the load voltage applied to the AC load is controlled. An AC voltage control device characterized by that.
前記交流負荷として無誘導負荷を用い、
前記負荷電圧を減少させるとともに、進相電流を発生させることを特徴とする無誘導負荷の交流電圧制御装置。 An AC voltage control device according to any one of claims 1 to 10 ,
Using a non-inductive load as the AC load,
An AC voltage control device for a non-inductive load that reduces the load voltage and generates a phase advance current.
As a self-turn-off elements forming each said reverse conducting semiconductor switch, a power MOSFET, IGBT, GTO, etc., exchange of any one of claims 1 to 14, characterized in that using the off Switching element Power supply pressure control device.
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