JPH06197551A - インバータ装置の相順安定化方法 - Google Patents

インバータ装置の相順安定化方法

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JPH06197551A
JPH06197551A JP4343999A JP34399992A JPH06197551A JP H06197551 A JPH06197551 A JP H06197551A JP 4343999 A JP4343999 A JP 4343999A JP 34399992 A JP34399992 A JP 34399992A JP H06197551 A JPH06197551 A JP H06197551A
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睦雄 田所
Seiichi Shimada
誠一 島田
Hirokazu Suzuki
宏和 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】始動回路の簡素化を図ると共に、三相電圧の相
順を安定化を図ることにある。 【構成】直流電源1から出力される直流を単相交流に変
換する単相インバータ3に分周形変成器4を結合して三
相交流を得るインバータ装置の三相電圧の相順を定める
に際し、前記分周形変成器4の鉄共振回路の不平衡性と
三相電圧の相順との関係から、三相出力を得るために必
要な動作可能な直流電圧の範囲と分周形三相インバータ
の正回転動作領域とを求めると共に、これらの条件を満
たすような線形磁化係数の不平衡度を求め、この不平衡
度が三相すべて異なる励磁特性で、線形磁化係数の変動
幅が3%以上となる補償容量で鉄共振容量を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直流を単相交流に変換す
る単相インバータに分周形変成器を結合して三相交流を
出力するインバータ装置の相順安定化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、太陽電池等小規模な分散電源によ
る発電システムの開発が進められ、実用化に向けて研究
が行なわれている。このような発電システムを実現する
場合、主要な構成要素として直流を交流に変換するイン
バータ装置が用いられる。
【0003】従来、かかるインバータ装置としては種々
あるが、その一つとしてインバータ主回路を単相回路で
構成した単相インバータに分周形変成器を結合して三相
交流を得るようにしたものがある。
【0004】図1はかかる分周形三相インバータ装置の
回路構成例を示すものである。図1に示すように太陽電
池等の直流電源1から出力される直流を電界コンデンサ
2を介してトランジスタS1〜S4からなる単相インバ
ータ3に入力し、この単相インバータ3から出力される
単相方形波の交流により分周形変圧器4の入力側巻線4
−1を励磁し、その出力側巻線4−2より三相交流を得
てこれを力率改善用コンデンサ5を介して負荷6に供給
するようにしている。
【0005】この場合、単相インバータ3の各トランジ
スタS1〜S4は制御回路7によりスイッチング制御さ
れ、また制御回路7内の同期検定要素によりスイッチS
Wを介して分周形変圧器の出力側巻線4−2のY結線回
路に設けられたトライアックTRを単相インバータ3に
同期させてスイッチング制御することで、分周形変圧器
4より三相交流が出力されるようにしてある。
【0006】なお、図中8は分周形変圧器4の入力側巻
線4−1のオープンΔ結線回路と出力側巻線4−2のY
結線回路との間に接続されたプリチャージ回路で、この
プリチャージ回路8はインバータ始動時に力率改善用コ
ンデンサ5を充電するためのものである。
【0007】ここで、上記インバータ装置において、分
周形変圧器4より三相交流を得る場合、分周形変圧器4
の鉄心中に含まれる第3高調波成分が分周機能を持って
いるため、通常の三相3巻線変圧器にも見られるように
Δ巻線として第3高調波成分を短絡するものとは異な
り、入力巻線をオープンΔとして利用している。
【0008】従って、このような構成のインバータ装置
にあっては、分周形変圧器4の入力側巻線4−1を単相
インバータの方形波出力で励磁することにより、出力側
巻線4−2の線間には単相インバータの出力電圧の1/
3調波成分からなる三相電圧を得ることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる分周形
三相インバータ装置においては、単相インバータの始動
時にプリチャージ回路8と、分周形変圧器4の出力回路
に設けられたトライアックTRおよびを制御回路7内に
同期検定要素を設けてインバータ電圧が負から正に反転
する時点でオンさせて単相インバータ3に同期させると
いう複雑なシーケンスを持つ始動回路が必要となり、こ
れを簡素化した場合には三相電圧の相順が定まらないと
いう問題点があった。
【0010】即ち、トライアックTRおよび制御回路7
内の同期検定要素を取去り、プリチャージ回路8のスイ
ッチング操作のみで始動しようとすると、単相インバー
タの出力回路に現れる三相電圧の相順はスイッチング操
作のタイミングにより変化し、安定しないことが実験的
に確認されている。本発明は、始動回路の簡素化を図る
と共に、三相電圧の相順を安定化することができるイン
バータ装置の相順安定化方法を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、直流電源から出力される直流を単相交流に
変換する単相インバータに分周形変成器を結合して三相
交流を得るインバータ装置の三相電圧の相順を定めるに
際し、前記分周形変成器の鉄共振回路の不平衡性と三相
電圧の相順との関係から、三相出力を得るために必要な
動作可能な直流電圧の範囲と分周形三相インバータの正
回転動作領域とを求めると共に、これらの条件を満たす
ような線形磁化係数の不平衡度を求め、この不平衡度が
三相すべて異なる励磁特性で、線形磁化係数の変動幅が
3%以上となる補償容量で鉄共振容量を補償する。
【0012】
【作用】このようなインバータ装置の相順安定化方法に
あっては、分周形三相インバータ回路の相順確率に大き
な影響を与える分周形変成器の鉄共振回路の線形磁化係
数の不平衡度が三相すべて異なる励磁特性で、線形磁化
係数の変動幅が3%以上となる補償容量で鉄共振容量を
補償することにより、分周形三相インバータ回路より得
られる三相電圧の相順を安定化させることが可能とな
り、始動回路の簡素化とこれに伴う装置のコストダウン
を図ることができる。
【0013】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。
【0014】本発明によるインバータ装置の相順安定化
方法の実施例を説明する前に、まず分周形変圧器の三相
鉄共振回路の不平衡性と三相電圧の相順との関係につい
て実験と解析結果をもとに述べる。
【0015】図1に示すような構成の分周形三相インバ
ータ回路において、いまCを50μF、Rを320Ωと
して簡易始動、つまりトライアックTRを取去り、プリ
チャージ回路のスイッチング操作のみで始動したとこ
ろ、図2に示すような入出力電圧特性が得られた。図2
は分周形インバータの入出力電圧特性の実測結果および
磁気回路の不平衡性を考慮した場合の計算結果を示した
ものである。同図の計算結果のうち、実線が安定、破線
が不安定とそれぞれ判別された解曲線である。
【0016】この実測結果より三相電圧の相順は正回
転、逆回転の何ずれも観測されることが判明した。ま
た、解析結果より台形状の解曲線に加えて、不平衡性を
考慮しない場合には得られなかった長円形の解が存在す
ることも分かった。この2種類の解曲線には、各々安
定、不安定領域が存在し、台形状の解曲線ではVd =7
4v〜188vで、長円状の解曲線ではVd =80v〜
180vで安定解が存在している。
【0017】図3は図2の出力電圧の計算値の基本波成
分のフェーザ軌跡を示している。図3より、図2の台形
状の解曲線は正回転、長円状の解曲線は逆回転であるこ
とが分かる。次に鉄共振容量Cを50μFとした場合の
三相出力W2 を得るため、動作可能な直流電圧の範囲の
実測および計算結果を示すと、図4のようになる。図4
に示す動作領域において、例えば200Wの正回転の三
相出力を得るためには、直流電圧を90vから190v
程度に設定すれば良い。
【0018】従って、同図中の曲線と縦軸に囲まれた部
分が分周形三相インバータの正回転の動作領域となる。
同様に正回転の動作領域の内側に長円状の逆回転領域が
表れていることが分かる。
【0019】一方、図4より直流電圧Vd を180V付
近に保っておけば、無負荷から最大負荷(405W)ま
で正回転の三相出力を得ることが可能であることが分か
る。本装置では、正回転の運転範囲を最大とするために
直流電圧を180vに設定している。従って、長円状の
動作領域がVd =180v付近に表れないように回転定
数を定めることりより、相順を安定化することが可能で
ある。
【0020】図5は磁気回路の不平衡性の影響を調べる
ために図4と同じ負荷条件のもとで不平衡度(δαj
α,δβj /β)を計算機上で変化させた場合の逆回転
の動作域を示すものである。
【0021】同図(a)より、線形磁化係数αの不平衡
度が増加すると、長円状の解曲線は入力電圧および出力
ともに低い領域へと移動する。また、同図(b)より非
線形磁化係数βの不平衡度が増加すると、長円状の解曲
線は入力電圧および出力ともに高い領域へと移動する。
これは、飽和リアクトルの励磁特性に対してαは浅い飽
和領域で、βは深い飽和領域で変動するためと考えられ
る。
【0022】さらに、図5(a)の条件ではVd =18
0v付近には長円状の解曲線は存在していないことが分
かる。従って、この条件を満たすように線形磁化係数α
の不平衡度を補償できれば、相順を安定化させることが
可能であると考えられる。
【0023】そこで、本発明では分周形変圧器の三相鉄
共振回路の不平衡性と三相電圧の相順との関係の実験と
解析結果に基づいて、鉄共振容量の調整により分周形三
相インバータ回路の相順を安定化させるようにしたもの
である。
【0024】三相鉄共振回路の不平衡性は、飽和リアク
トルの励磁特性から定義することができる。ここで、飽
和リアクトルの励磁特性は次式のような連続多項式で近
似される。 nij =αj ψj +βj 5 (j=u,v,w ) ……(1) 但し、ψj は飽和リアクトル中の磁束、α,βは磁化係
数、niはアンペアターンである。
【0025】上記飽和励磁特性は、図6に示すように線
形磁化係数αの影響を受ける部分と非線形磁化係数βの
影響を受ける部分からなり、上記(1)式において1次
(線形)項の線形磁化係数αの不平衡度が相順確率に大
きな影響を与えることが前述した計算、実験結果から明
らかである。また、鉄共振回路の条件として三相すべて
が異なる特性の場合、不平衡度が線形磁化係数αの変動
幅が3%以上のとき相順が安定になることも確認され
た。そこで、上記(1)式の1次項において、αの変動
幅δαj を考慮すると、 αj =α+δαj ……(2) 但し、α= (αu +αv +αw ) /3 として表すことができる。また、上記(1)式の1次項
に着目すると、 nij =αj ψj ……(3) となり、これは次式と等価である。 Lj j =nψj ……(4) 但し、Lj は不飽和時の飽和リアクトルの自己インダク
タンスである。従って、(3),(4)式より Lj =n2 /αj ……(5) となる。この(5)式に(2)式を代入すると、 Lj =n2 /(α+δαj ) =(n2 /α)・1/(1+δαj /α) となり、これを近似式を用いて整理すると、 Lj =L(1−δαj /α) =L−δLj ……(6) となる。
【0026】従って、上記(6)式において、δLj
る線形インダクタンス分の補償を行うことにより、相順
を安定化させることが可能であるが、このδLj の補償
は回路の電圧、電流の基本波成分に対する補償であるた
め、線形インダクタンス分の補償に相当する鉄共振容量
の増減によっても補償は可能である。即ち、δLj =L
・δαj /αより、 ωδLj =1/ωδCj ……(7) とすることで補償が可能となる。
【0027】本実施例では図1に示す分周形三相インバ
ータ回路において、鉄共振容量を調整するに際して、鉄
共振容量は負荷に対して並列に三相Δ結線されているた
め、補償容量をδLj に相当する各相に対する補償容量
を求め、これにY−Δ変換を利用して補償容量δC
pq(pq=UV,VW,WU)を決定している。
【0028】また、鉄共振容量を調整するには、図6に
示すように複数個のコンデンサ要素Cを並列接続し、そ
の各アームのコンデンサ要素Cに対してスイッチSをそ
れぞれ直列接続して、これらのスイッチSを上記のよう
に決定された補償容量δCpqに基づいて入り切りするこ
とにより行うようにしている。ここで、補償後の鉄共振
容量Cpq´の値は図7に示す通りである。
【0029】かかる補償を行った後、直流電源Vd =1
80vでトライアックTR および制御回路7内の同期検
定要素を取り去り、プリチャージ回路のみで始動を行っ
た結果、確率する三相電圧は正回転のみであることが実
験的に確認された。
【0030】以上述べたように本実施例では、分周形変
圧器の三相鉄共振回路の不平衡性と三相電圧の相順との
関係の実験と解析結果に基づいて、三相出力を得るため
に必要な動作可能な直流電圧の範囲と分周形三相インバ
ータの正回転動作領域とを求め、その条件を満たすよう
な線形磁化係数αの不平衡度を求めると共に、この不平
衡度が三相すべてが異なる励磁特性でαの変動幅が3%
以上となるように鉄共振容量を補償することにより、分
周形インバータの始動回路を簡素化しても三相出力電圧
の相順を安定化させることができる。
【0031】即ち、図1に示す分周形インバータ回路に
おいて、トライアックTRおよび制御回路7内の同期検
定要素を省略しても三相出力電圧の相順を安定化させる
ことが可能となるので、始動回路の大幅な簡素化、装置
のコストダウンを図ることができる。
【0032】なお、上記実施例では負荷6に並列に三相
Δ結線された各アームの複数個の並列コンデンサ要素C
に対してスイッチSをそれぞれ直列接続して、これらの
スイッチSを入り切りすることで鉄共振容量を調整する
ようにしたが、分周形変圧器4の出力回路の各相間に複
数個の並列コンデンサ要素CとスイッチSを接続し、そ
のスイッチSを補償容量δCpqに基づいて入り切りする
ようにしてもよい。
【0033】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、始動
回路の簡素化を図ると共に、三相電圧の相順を安定化を
図ることができるインバータ装置の相順安定化方法を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】分周形三相インバータ装置の構成例を示す回路
図。
【図2】分周形インバータ回路を簡易始動した場合の入
出力電圧の実測結果および磁気回路の不平衡性を考慮し
た場合の計算結果を示す入出力電圧特性図。
【図3】図2の計算値の基本波成分のフェーザ軌跡を示
す図。
【図4】三相出力を得るために動作可能な直流電圧の範
囲の実測および計算結果を示す動作領域を示す図。
【図5】本発明による分周形インバータ回路の相順の安
定化方法を説明するための磁気回路の不平衡性の動作領
域を示す図。
【図6】飽和リアクトルの磁化特性近似例を示す磁化曲
線図。
【図7】本発明による分周形インバータ回路の相順の安
定方法の一実施例として鉄共振容量の調整手段を示す回
路図。
【図8】同実施例において、鉄共振容量の補償後の各相
間の値を示す図。
【符号の説明】
1…直流電源、3…単相インバータ、4…分周形変圧
器、4−1…入力側巻線、4−2…出力側巻線、5…力
率改善用コンデンサ、6…負荷、7…制御回路、S…ス
イッチ、C…コンデンサ要素。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源から出力される直流を単相交流
    に変換する単相インバータに分周形変成器を結合して三
    相交流を得るインバータ装置の三相電圧の相順を定める
    に際し、前記分周形変成器の鉄共振回路の不平衡性と三
    相電圧の相順との関係から、三相出力を得るために必要
    な動作可能な直流電圧の範囲と分周形三相インバータの
    正回転動作領域とを求めると共に、これらの条件を満た
    すような線形磁化係数の不平衡度を求め、この不平衡度
    が三相すべて異なる励磁特性で、線形磁化係数の変動幅
    が3%以上となる補償容量で鉄共振容量を補償するよう
    にしたことを特徴とするインバータ装置の相順安定化方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114640117A (zh) * 2022-05-11 2022-06-17 南昌工程学院 一种基于电压时间序列的台区三相不平衡评估方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114640117A (zh) * 2022-05-11 2022-06-17 南昌工程学院 一种基于电压时间序列的台区三相不平衡评估方法
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