JP6997605B2

JP6997605B2 - DC active filter, converter

Info

Publication number: JP6997605B2
Application number: JP2017231750A
Authority: JP
Inventors: 広塩田
Original assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Current assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: JP2019103234A

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。 An embodiment of the present invention relates to a DC active filter that reduces a DC component flowing through an electric circuit, and a conversion device including the DC active filter.

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, an iron core with a gap may be used in order to suppress direct current demagnetization due to the inflow of direct current (see, for example, Patent Document 1). ..

特開２００８－２８９２６７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-289267

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, if a gap is provided in the iron core, the iron core structure becomes complicated and the magnetic flux density of the iron core cannot be increased, so that there is a problem that the size of the transformer becomes large. Further, in the case of a steel 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 downsizing the transformer and reducing vibration and noise generated in the transformer, and a conversion device provided with the DC active filter 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 of the embodiment is connected in parallel with a current detection device provided in the electric circuit, a calculation device that captures the output of the current detection device and obtains the current flowing in the electric path, and outputs a direct current to the electric path. The converter is provided with a converter and a control device that outputs a control signal to the converter based on the calculation result of the calculation device. The converter is controlled so as to output a direct current having the same magnitude as the calculated direct current component and the opposite sign.
Further, the conversion device of the embodiment includes 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 structure of the DC active filter and the conversion apparatus by embodiment. 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The figure which shows the filter effect by a DC active filter schematically. 直流アクティブフィルタの動作原理を説明する図The figure explaining the operating principle of the DC active filter 電流検出回路の電気的構成を模式的に示す図The figure which shows typically the electric structure of the current detection circuit. コンバータの電気的構成を模式的に示す図The figure which shows the electric composition of a converter schematically.

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 circuit 2, a converter 4 connected in parallel with the electric circuit 2 and outputting a direct current to the electric circuit 2. It includes a calculation device 5 that takes in the output of the current detection device 3 and obtains the current flowing through the electric circuit 2, and a control device 6 that outputs a control signal to the converter 4 based on the calculation 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 arranged between the inverter 7 and the transformer 8, more specifically, on the output side of the inverter 7 and on the front stage side of the transformer 8. The inverter 7 employs a well-known configuration in which, for example, an IGBT is bridge-connected and PWM controlled by a control unit (not shown). The DC active filter 1 and the inverter 7 constitute a power conversion device for converting DC into AC in the conversion device 9, and supplies power to a 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 alternating current component but also a direct current component, that is, a direct current (Ioff). Then, when this direct current (Off) flows through the transformer 8, demagnetization in which the direct current component is superimposed on the magnetic flux density of the iron core is caused, magnetic saturation occurs in the iron core of the transformer 8, and vibration and noise are generated. 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, or more strictly, the direct current having the same magnitude as the direct current component (Ioff) contained in the output current (Ii) of the inverter 7 but in the opposite direction. By outputting the current (Ic) to the electric circuit 2, the direct current does not flow to the transformer 8, that is, the load 10 side. Hereinafter, the specific method will be described.

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 operating 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 are present in the electric circuit 2, the AC current (Iac) from the AC power supply 11 is shown in the following equation (1) in the electric circuit 2. The current (Ix), which is the sum of the direct current (Idc) from the direct current power supply 12 and the direct current (Idc), flows.
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, the AC current (Iac) can be obtained as shown in the following equation (2), where the voltage of the AC power supply 11 is Eac and the impedance of the load 10 is Z.
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 shown in the following equation (3), where the voltage of the direct current power supply 12 is Edc and the load 10 resistance 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 magnitude of the direct current (Idc) is obtained by the current detection device 3 and the direct current source 13 is controlled so as to output a current having the same magnitude but in the opposite direction, the direct current source is assumed. 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 on the load 10 side is the sum of the current (Ix) flowing through the electric circuit 2 and the output current (Iα) of the DC current source 13, it is represented by the following equation (5). Will 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 this equation (5), as shown in the following equation (6), the load 10 side does not contain a DC component, that is, It can be seen that the DC component can be assisted.
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。 As shown in FIG. 4, the current detection device 3 of the present embodiment is composed of an optical CT (Current Transformer) using an optical fiber 20 as a sensor. More specifically, the current detection device 3 is provided with an electromagnetic CT21 (Current Transformer) provided in the electric circuit 2 and closed on the secondary side, and an optical fiber 20 is provided on each of the electric circuit 2 and the secondary side of the electromagnetic CT21. It is composed of an optical CT in a state of being 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 optical 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 device 6 that controls the converter 4, and the arithmetic unit 5 and the control device 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 the optical CT, the light emitted from the light source 23 propagates in the optical fiber 20 as Tx in the direction indicated by the broken line arrow through the half mirror 24, and the mirror 22 provided at the end of the optical fiber 20. When the light is reflected by the light, it propagates in the optical fiber 20 as Rx in the direction indicated by the arrow of the broken line 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。 Since the principle of current detection by optical CT is well known, detailed description thereof will be omitted. However, when the optical fiber 20 is wound around the electric wire 20, the light propagating in the optical fiber 20 is a magnetic field generated around the electric wire 2. The plane of polarization rotates along. At this time, the Faraday rotation angle, which is the rotation angle of the polarizing surface, 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 circuit 2. Further, since the rotation direction in which the polarizing surface rotates depends on the winding direction in which the optical fiber 20 winds the electric line 2, if the winding direction is opposite, the rotation direction is also opposite. Therefore, the arithmetic unit 5 can calculate the magnitude and direction of the current.

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, converted into an electric signal by the photoelectric conversion unit 25, filtered by the signal processing unit 26, and then calculated. It is calculated by the device 5. Since the rotation of the polarizing surface is determined by the magnitude and direction of the current flowing through the electric circuit 2 as described above, the magnitude and direction of the current flowing through the electric circuit 2 can be obtained by calculation based on the rotation angle of the polarizing surface. 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） The arithmetic unit 5 detects the magnitude and direction of the direct current component, that is, the direct current (Idc) included in the current (I1 = Iac + Idc) flowing through the electric circuit 2. In the current detection device 3, an electromagnetic CT21 having a winding number of N1 on the electric circuit 2 side and an N2 number of turns on the secondary side is provided in series with the electric circuit 2. In this case, the current (I2) flowing on 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。 By the way, the optical fiber 20 is wound around the electric path 2 at a certain position (Fa) on the electric path 2 side, and is a path on the secondary side of the electromagnetic CT21 at a certain position (Fb) on the secondary side of the electromagnetic CT21. 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 is in the clockwise (CW) winding direction when viewed from the right side in the drawing with respect to the direction of the current (I1) flowing through the electric circuit 2. , It is wound so that the number of turns is n1. Further, the optical fiber 20 has a counterclockwise (CCW) winding direction when viewed from the right side in the drawing with respect to the direction of the current (I2) flowing on the secondary side of the electromagnetic CT21 at the position (Fb). In addition, the winding is performed so that the number of windings 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 optical CT at the position (Fa) can be obtained by 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 optical CT at the position (Fb) is calculated by the following equation (9). Since the electromagnetic CT21 does not pass a direct current, the current (I2) flowing on the secondary side has a magnitude due to the alternating current (Iac). In other words, by winding the optical fiber 20 at the position (Fb), it is possible to obtain an output (Pb) caused only by the alternating current (Iac) among the currents (I1) flowing in the electric circuit 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） Of the equations (10), n1, n2, N1, and N2 are the number of turns of the optical fiber 20 and the number of turns of the electromagnetic CT21, which are mechanically determined values, and the constant (K) is as follows (11). ) Can be expressed as an equation.
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 relation of the following equation (12), the equation (10) is as in the following equation (13). It can be expressed 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。 Although it is assumed that the relationship of the equation (12) is not always satisfied depending on the specifications of the electromagnetic CT21, the constant (K) becomes almost 0, that is, the number of turns of the optical fiber 20 on the electric line 2 side (the number of windings on the electric line 2 side of the optical fiber 20). If the ratio of n1) and the number of turns (n2) on the secondary side matches the winding number ratio (N2 / N1) of the winding of the electromagnetic CT21 within a predetermined range, the total output (Pa + Pb). Can be approximated as in Eq. (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, since n1 is a mechanically determined value as described above, the direct current (Idc) can be obtained by calculation from the equation (13). At this time, the direction of the direct current (Idc) flowing through the electric circuit 2, that is, the sign of the direct current (Idc) can also be obtained from the rotation direction of the Faraday rotation angle. Further, the total output (Pa + Pb) can be obtained 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 sign of the direct current (Idc) included in the current (I1) flowing in the electric circuit 2 are obtained, the direct current (Ic) having the same magnitude and the opposite sign can be output from the converter 4. The direct current (Idc) included in the current (I1) flowing through the electric circuit 2 can be canceled. That is, it is possible to prevent a direct current from flowing through 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 the converter 4, as shown in FIG. 5, two groups of rectifier circuits 30 having different output directions of direct current are provided. Each rectifier circuit 30 has a configuration in which a series circuit in which two thyristors 31 are connected in series are connected in parallel, and outputs a direct current controlled by the control device 6. Power is supplied from the power transformer 32 connected in parallel to the electric circuit 2 to the connection point where the thyristors 31 of each series circuit are connected to each other. In this embodiment, the rectifier circuit 30 on the left side of the figure outputs a positive direct current, and the rectifier circuit 30 on the right side of 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。 These two groups of rectifier circuits 30 are always driven in this embodiment, and the magnitude of the direct current output by each of them is adjusted by the control device 6, so that the direct current output from each rectifier circuit 30 can be adjusted. The differential direct current (Ic) is output to the electric circuit 2 via the smoothing reactor 33. Although one smoothing reactor 33 is shown in this actual embodiment, a smoothing reactor 33 may be provided in each rectifier circuit 30.

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, by providing the DC active filter 1 on the output side of the inverter 7 and the front stage side of the transformer 8, that is, the electric circuit 2 input to the transformer 8, the DC current is supplied to the transformer 8. Is prevented from flowing.

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 of the embodiment is connected in parallel with the current detection device 3 provided in the electric path 2, the arithmetic device 5 that takes in the output of the current detection device 3 and obtains the current flowing through the electric path 2, and the electric path. A converter 4 that outputs a direct current to the converter 4 and a control device 6 that outputs a control signal to the converter 4 based on the calculation result of the calculation device 5 are provided, and the calculation device 5 is included in the current flowing through the electric path 2. The magnitude of the DC component to be calculated is calculated, and the control device 6 controls the converter 4 so as to output a DC current having the same magnitude as the calculated DC component and the opposite 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 demagnetization generated in the transformer 8, the iron core structure becomes complicated and the core magnetic flux density cannot be increased, so that there is a problem that the transformer 8 becomes large. Further, in the case of a steel 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 stage side of the transformer 8. As a result, the direct current does not flow to the transformer 8 and the occurrence of demagnetization is suppressed, so that special measures such as adopting a steel core with a gap are not required.
Therefore, the transformer 8 can be miniaturized, and the vibration 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, for the side that manufactures the transformer 8, unlike the conventional case, it is possible to easily design the iron core on the premise that the direct current is not supplied. On the other hand, for the side that manufactures the conversion device 9, the pulse width and the like when PWM control of the inverter 7 is controlled based on the current detection state and the like on the primary side and the secondary side of the transformer 8 as in the conventional case. Design, in other words, it is not necessary to make a design that must consider the characteristics peculiar to the transformer 8. Further, the adjustment after the combination of the transformer 8 and the conversion device 9 is unnecessary or can be 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。 In other words, the DC active filter 1 is made based on the technical idea of preventing the DC current from flowing through the transformer 8 by removing the DC current from the output of the inverter 7 by the DC active filter 1. By adopting the above, the manufacturability and workability can be greatly improved on both the side that manufactures the transformer 8 and the side that manufactures the converter 9. Of course, since the demagnetization can be suppressed, the performance can be improved.

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 having opposite directions to the electric circuit 2. As a result, the direct current can be appropriately removed for the inverter 7 in which the direction of the superposed direct current 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 by outputting the difference, positive and negative direct currents are output to the electric circuit 2. This makes it possible to quickly obtain the required output of the converter 4 even when the direction of the output current changes frequently, for example, when driving a motor.

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 composed of an optical CT (Current Transformer) that uses an optical fiber 20 as a sensor. As a result, it is possible to accurately detect a slight direct current (Idc) superimposed on the alternating current (Iac) output from the inverter 7, which is less susceptible to external noise and may have hundreds to thousands of amperes. Can be done. Further, since the optical fiber 20 only needs to be wound around the electric path 2, the workability and manufacturability can be improved because the installation can be easily performed, and the required installation space is small, so that the transformer 8 can be installed. It does not prevent 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 detector 3 is provided in the electric wire 2 and uses an electromagnetic CT21 (Current Transformer) with a closed secondary side and an optical fiber 20 as sensors, and optical fibers are used for the electric wire 2 and the secondary side of the electromagnetic CT21, respectively. The optical fiber 20 is composed of an optical CT (Current Transformer) in which 20 is wound in series, and the optical fiber 20 has a winding direction with respect to the direction of the current flowing through the electric line 2 and the direction of the current flowing on the secondary side of the electromagnetic CT 21. The ratio of the number of turns (n1) on the electric circuit 2 side of the optical fiber 20 to the number of turns (n2) on the secondary side of the optical fiber 20 is such that the winding direction is opposite to that of the electromagnetic CT21. It is provided so as to match the winding number 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。 Since the direct current component is not transmitted to the secondary side of the electromagnetic CT21, the electric current 2 is detected from the magnitude of the current detected on the secondary side by detecting the currents on the primary side and the secondary side of the electromagnetic CT21, respectively. The alternating current flowing through the electric circuit 2 can be obtained, and thus the direct current flowing through the electric circuit 2, that is, the direct current to be output from the converter 4 can be obtained. Therefore, the direct current flowing in the electric circuit 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 CT21 has a relatively large number of turns of the conductor, the ratio of the number of turns of the optical fiber 20 (n1 / n2) cannot be completely matched with the ratio of the number of turns of the electromagnetic CT21 (N2 / N1). Although there are cases, the DC current can be detected without excessively deteriorating the detection accuracy by making the matching within a predetermined range.

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 conversion device 9 includes a DC active filter 1. This makes it possible for the side that manufactures the transformer 8 to design on the premise that no direct current is supplied, unlike the conventional case, so that the iron core can be easily designed.

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。 In the embodiment, the control device 6 is shown as a single unit, but the arithmetic unit 5 and the control device 6 can also be configured by the control unit that PWM-controls the inverter 7. Further, in order to ensure the detection accuracy of the optical CT, the optical CT may be provided with a dedicated arithmetic unit 5, and the converter 4 may be controlled by 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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of 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 circuit, 3 is a current detector (optical CT), 4 is a converter, 5 is an arithmetic device, 6 is a control device, 7 is an inverter, 8 is a transformer, and 9 is a converter. , 20 is an optical fiber, 21 is an electromagnetic CT, and 30 is a rectifier circuit.

Claims

The current detection device installed in the electric circuit and
An arithmetic unit that captures the output of the current detection device and obtains the current flowing through the electric circuit, and
A converter that is connected in parallel with the electric circuit and outputs direct current to the electric circuit,
A control device that outputs a control signal to the converter based on the calculation result of the calculation device is provided.
The arithmetic unit calculates the magnitude of the DC component contained in the current flowing in the electric circuit, and calculates the magnitude of the DC component.
The control device controls the converter so as to output a direct current having the same magnitude as the calculated direct current component and the opposite sign.
The converter is a direct current active filter having two groups of rectifier circuits and configured to be able to output positive and negative direct currents having opposite directions to the electric circuit.

The DC active filter according to claim 1, wherein each of the two groups of the rectifier circuits is constantly driven, and is controlled to output a positive and negative direct current to the electric circuit by outputting the difference thereof.

The direct current active filter according to claim 1 or 2, wherein the current detection device includes an optical CT (Current Transformer) using an optical fiber as a sensor.

The current detection device installed in the electric circuit and
An arithmetic unit that captures the output of the current detection device and obtains the current flowing through the electric circuit, and
A converter that is connected in parallel with the electric circuit and outputs direct current to the electric circuit,
A control device that outputs a control signal to the converter based on the calculation result of the calculation device is provided.
The arithmetic unit calculates the magnitude of the DC component contained in the current flowing in the electric circuit, and calculates the magnitude of the DC component.
The control device controls the converter so as to output a direct current having the same magnitude as the calculated direct current component and the opposite sign.
The current detector uses an electromagnetic CT (Current Transformer) provided in an electric circuit and closed on the secondary side, and an optical fiber as a sensor, and an optical fiber is provided on the electric circuit and the secondary side of the electromagnetic CT, respectively. It is composed of an optical CT (Current Transformer) wound in series.
In the optical fiber, the winding direction with respect to the direction of the current flowing through the electric circuit and the winding direction with respect to the direction of the current flowing on the secondary side of the electromagnetic CT are opposite to each other, and the electric circuit side of the optical fiber. A DC active filter provided so that the ratio of the number of turns of the winding to the number of turns on the secondary side matches the number of turns of the winding of the electromagnetic CT within a predetermined range.

A conversion device comprising the DC active filter according to any one of claims 1 to 4.