JPH0514715Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電源に並列接続し負荷で発生する高調
波電流を打消す高調波電流を電源に注入すること
で電源電流の高調波含有率を低減する高調波抑制
装置に係り、高調波抑制装置の保護回路に関す
る。

第１図は高調波抑制装置を単相電源に適用した
構成を示す。商用電源１から負荷２に給電するの
に負荷２に並列に高調波抑制装置３を設ける。高
調波抑制装置３は負荷２で発生する高調波の大き
さに見合つて直流リアクトル４に流す電流を決
め、半導体スイツチ５₁〜５₄を適当にスイツチ動
作させることで負荷２に発生する高調波に見合つ
たパルス電流を作り、搬送波除去用フイルタ６に
より高次高調波成分を除去して電源１側にパルス
電流を注入又は取り出す。７は開閉器、８Ａは直
流電流検出用変流器、８Ｂは負荷電流検出用変流
器、９は装置３の停止時に直流リアクトルの電流
を流す短絡用サイリスタである。

第３図は高調波抑制装置３の動作波形例を示
す。半導体応用装置を負荷２としたときによく見
られる方形波電流I_Lに対し、その基本波成分は正
弦波I_Sとなり、方形波電流I_Lから正弦波電流I_Sを
除いた残りが高調波電流I_Hとなる。従つて、高調
波抑制装置３としては、同図ｂに示すように、高
調波電流I_Hを変流器８Ｂの検出電流から検出し、
これと大きさが同じで極性が反対の電流Ih（同図
ｃに示す）を出力することで高調波成分の打消
し、即ち抑制を行うことができる。

高調波抑制電流Ihを発生するのに、直流リアク
トル４を直流電源とし、電流Ihが負の期間にはス
イツチ５₁，５₄を導通させることで直流リアクト
ル４からの電流がスイツチ５₄→開閉器７→負荷
２→開閉器７→スイツチ５₁の経路で負の向きの
電流供給を得る。逆に電流Ihが正の期間にはスイ
ツチ５₂，５₃を導通させることで正の向きの電流
供給を得る。

ここで、負及び正の電流Ihの大きさはスイツチ
５₁，５₄の導通及びスイツチ５₂，５₃の導通に
PWM制御を行うことで電流Ihの変化に応じた幅
比のパルス列を得て電流出力を制御することがで
きる。同図ｄはPWM制御のための三角波（搬送
波）を示し、三角波と高調波抑制電流Ihとのレベ
ル比較によつて同図ｅに示すPWM波形の電流出
力を得、PWM波の各幅の増減を出力電流のレベ
ルに一致させる。

この出力電流には三角波の基本周期等の高調波
成分を含み、これが新たな高調波発生源となるた
め、フイルタ６により搬送波成分を除去し、高調
波抑制装置３の出力には電流Ihに近い出力電流を
得る。

ここで、スイツチ５₁〜５₄に流す電流の最大値
はその可制御電流容量から決まり、変流器８Ａで
の検出電流が該最大値を越える場合に装置を停止
することでスイツチ５₁〜５₄等を保護する。しか
し、負荷で発生する高調波電流が小さいときに
は、例えばスイツチ５₁〜５₄のうちの１つが短絡
破壊されるも直流リアクトル電流が過電流域まで
増加するとは限らないことから上述の装置停止保
護に至らず、故障発生状態のままで運転を継続し
て残りの健全なスイツチ５₁〜５₄も破壊させる恐
れがあつた。

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、装
置保護のための過電流設定値を高調波電流発生の
ための半導体スイツチの電流定格から決まる一定
値とせず、負荷に含まれる高調波電流の大きさに
応じて自動調整をすることにより、高調波抑制電
流の大小に拘らず半導体スイツチの短絡等の故障
を早期に検出して故障拡大を確実に防止するよう
にした保護回路を提供することを目的とする。

第２図は本考案の一実施例を示す回路である。
変流器８Ａで検出する直流電流は変流器８Ａの２
次側負担抵抗（図示省略）で直流電圧値に変換さ
れ、増幅器１０で適当な直流電圧レベルまで増幅
されて比較器１１の比較入力電圧V₁にされる。

一方、変流器８Ｂで検出する交流負荷電流は変
流器８Ｂの２次側負担抵抗（図示省略）によつて
交流電圧値が出力され、この交流負荷電流に見合
つた交流電圧はバンドリジエクトフイルタ１２に
より高周波成分のみ取り出され、この高調波成分
は増幅器１３を通じて高調波抑制信号とされると
共に、交流−直流変換器１４によつて交流電圧信
号より直流電圧信号V₂に変換される。この直流
信号V₂は加算器１５にて一定バイアスとしての
直流電圧V₀と加算され、前述の比較器１１の比
較基準電圧V₃にされる。

この構成において、装置３の正常動作時には電
圧V₁＜V₃になるよう増幅器１０，１３のゲイン
を調整、設定しておき、スイツチ５₁〜５₄の少な
くとも１つの短絡破損やオフ制御不能でリアクト
ル４の電流が制御不能範囲を越えるとき（例えば
スイツチ５₁と５₃を通して短絡電流が流れ始めた
とき）に変流器８Ａの検出電流増で電圧V₁＞V₃
になることで故障検出を行う。ここで、比較器１
１の比較基準V₃は負荷電流のうちの高調波成分
によつて変化する電圧V₂にスイツチ５₁〜５₄等の
ロス分も含めた誤差としての一定バイアスV₀を
加えたものになり、この比較基準V₃は常時補償
高調波電流レベルからバイアス電圧V₀分だけ高
い値に調整され、スイツチ５₁〜５₄の故障（短絡
やオフ制御不能）によるリアクトル電流の増加を
バイアス電圧V₀分の誤差を持つて検出できる。
この検出出力を得る比較器１１の出力は装置３の
運転停止信号にしてスイツチ５₁〜５₄等の制御回
路（図示しない）の制御出力抑制等適当な保護制
御がなされるし、短絡用サイリスタ９を点弧して
リアクトル４の電流還流をなさしめる。

例えば、スイツチ５₁の短絡故障ではPWM波
形によるスイツチ５₃のオン期間にリアクトル４
の出力短絡となり、この期間にリアクトル４の出
力電流が増加し始め、リアクトル４の電流がスイ
ツチ５₃の可制御電流異常になつてしまうと該ス
イツチ５₃も破壊してしまう。本実施例ではスイ
ツチ５₁の短絡故障でリアクトル４の電流が増加
し始めたときに変流器８Ａの検出電流も増加し始
め、負荷側に供給する高調波抑制電流に較べてバ
イアス分（V₀）も含めたV₃（＝V₂＋V₀）よりV₁
が大きくなつたときに比較器１１の出力に装置停
止信号を得、スイツチ５₃が過電流破壊に至るの
を防止する。なお、スイツチ５₁と５₂の同時短絡
でも夫々の相短絡（５₁と５₃の相は、スイツチ５
_３がオンすると相短絡が発生し、この場合はリア
クトル４→スイツチ５₁→スイツチ５₃→リアクト
ル４のループができ、リアクトル４に蓄積された
エネルギーにより短絡電流が流れ、又、スイツチ
５₂の故障にはスイツチ５₄のオン時にリアクトル
４→スイツチ５₂→スイツチ５₄→リアクトル４の
ループができ、前記同様にリアクトル４に蓄積さ
れたエネルギーによつて相短絡電流が流れる）で
過電流検出できる。これと並行して開閉器７の両
端短絡によつて該開閉器７側又は電源１側の保護
継電器による保護もなされる。また、半導体にな
るスイツチ５₁〜５₄はオープン故障は殆ど発生し
ないが、オープン故障発生や配線断の場合にはス
イツチの故障波及にはならない。

なお、実施例では単相電源に接続される負荷に
適用する場合を示したが、本考案は３相回路にも
適用できることは勿論である。

以上のとおり、本考案は高調波抑制装置におけ
るスイツチの短絡破壊など高調波抑制に供される
以外の原因による直流リアクトルの電流の増加を
負荷電流に含まれる高調波電流の大きさに応じた
値を比較基準として検出するため、高調波電流の
大小に拘らず早期の短絡故障検出になつて他のス
イツチの過電流破壊等への事故拡大を確実に防止
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は高調波抑制装置の回路図、第２図は本
考案の一実施例を示す要部回路図、第３図は高調
波抑制装置の動作波形例を示す図である。 ２……負荷、３……高調波抑制装置、４……直
流リアクトル、５₁〜５₄……半導体スイツチ、８
Ａ，８Ｂ……変流器、９……短絡用サイリスタ、
１１……比較器、１２……バンドイジエクトフイ
ルタ、１５……加算器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流リアクトルの直流電流から半導体スイツチ
   の制御により高調波電流を発生して負荷に発生す
   る高調波電流を打消す高調波抑制装置において、
   負荷電流のうち高調波電流成分を直流電圧信号
   V₂として検出し、この検出信号に誤差分として
   の一定電圧値V₀を加算した信号を比較基準電圧
   V₃とし、上記直流リアクトルの直流電流を直流
   電圧信号V₁として検出して上記比較基準電圧と
   比較する回路を備え、上記直流電圧信号V₁が比
   較基準電圧V₃を越えたときに高調波抑制装置の
   保護出力を得ることを特徴とする高調波抑制装置
   の保護回路。