JPH0713400Y2 - 電源装置のアクティブフィルタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は、アクティブフィルタに係り、特に高周波に対
して低インピーダンスになる負荷に電力を供給する場合
に用いて有効なアクティブフィルタに関する。

B.考案の概要 本考案は、交流電流から負荷に電力を供給すべき給電路
にインバータを接続し、負荷より発生した高調波に応じ
て前記インバータより負荷の高調波とは逆極性の高調波
を発生させるアクティブフィルタにおいて、 制御系に電圧フィードバックループを付加することによ
り、 アクティブフィルタより発生するスイッチングリップル
の注入による電源インピーダンスとの共振現象を防止す
るものである。

C.従来の技術 第２図は電圧型インバータを用いたアクティブフィルタ
の一般的な回路構成を示し、10は電源、20は負荷、30は
電圧型インバータ、40は制御部である。インバータ30は
エネルギーを蓄積するためのコンデンサ31,スイッチン
グ素子であるトランスジスタ32およびダイオード33によ
って形成されたブリッジ回路34、およびノットゲート35
を備えたゲート回路36によって構成される。インバータ
30の交流出力側は交流リアクトル37を介して電源10と負
荷20に接続されている。制御部40には、変圧器12を介し
て電源電圧検出信号v_a，v_b，v_cが入力されると共に電流
検出器13を介して負荷電流検出信号i_La，i_Lcが入力され
る。さらに制御部40には、インバータ出力電流検出信号
i_a，i_cが入力されると共に、コンデンサ31の両端電圧す
なわちインバータ30の直流電圧検出信号v_dが入力され
る。さらに、制御部40の制御出力信号はゲート信号i_ga
〜i_gcとしてゲート回路36に入力される。

第５図は従来のアクティブフィルタを構成する制御部40
の詳細な構成を示し、この制御部40は、負荷電圧検出信
号v_a，v_b，v_cを入力とする位相検出回路41と、この位相
検出回路41の位相検出信号sinω t,cosω t,負荷電流検
出信号i_La，i_Lbおよび直流電圧検出信号v_dを入力とする
演算回路42と、この演算回路42の演算電流信号i_sa〜i_sc
とインバータ出力電流検出信号i_a〜i_cを入力とする突合
わせ回路43a〜43cからなる突合わせ部43およびヒステリ
シスコンパレータ45a〜45cからなる比較部45によって構
成されている。

上記構成のアクティブフィルタにおいて、位相検出回路
41は、負荷電圧信号v_a，v_b，v_cの位相を検出し、位相検
出信号cosω tとsinω tを生成する。演算回路42は、負
荷電流i_La，i_Lc，位相検出信号cosω t,sinω tおよび
直流電圧検出信号v_dをもとに有効分，無効分電流の演算
処理して電流指令信号i_sa〜i_scを算出する。突合わせ部
43においては、突合わせ回路43aで電流信号i_saと電流信
号i_aの電流偏差信号を得、突合わせ回路43bでi_sbとi_bの
電流偏差信号を得ると共に、突合わせ回路43cでi_scとi_c
の電流偏差信号を得る。比較部45においてはヒンテリシ
スコンパレータ45a〜45cを介してそれぞれゲート信号i
_ga〜i_gcが得られる。これらのゲート信号i_ga〜i_gcはそ
れぞれ第２図のゲート回路36を介してインバータ30の対
応するトランジスタ32に供給される。

D.考案が解決しようとする問題点 アクティブフィルタの補償する負荷として、進相コンデ
ンサなどの高調波に対して低インピーダンスとなる負荷
が接続された場合、これらの負荷と電源インピーダンス
との間に共振回路が構成される。したがって、アクティ
ブフィルタは、理想的には可変電流源と考えられるが、
実際にはインバータをパルス幅制御（PWM制御）してい
るため、その出力電流にはスイッチングリップルに関与
する高調波が重畳する。この高調波電流が共振回路に注
入されると、共振点で電流が拡大され、この電流が電源
と負荷との間を流れる。すなわち、第５図に示すような
ヒステリシスコンパレータを用いた電流のリミットサイ
クル制御系では、インバータは共振周波数と同周波数の
周期でPWM制御されてしまい、第６図（Ａ），（Ｂ）お
よび第７図（Ａ），（Ｂ）に示すように、忠実な電流制
御，電圧制御が不可能であった。第６図（Ａ）は接続点
Ｊの電圧波形，第６図（Ｂ）は電源電流波形，第７図
（Ａ）は負荷電流波形，第７図（Ｂ）はインバータ出力
電流波形である。

本考案は、上述の問題点に鑑みて、その目的とするとこ
ろは、制御系に電圧フィードバック系を付加することに
より、スイッチングリップル電流の注入による負荷と電
源インピーダンスとの共振現象を防止できるアクティブ
フィルタを提供することである。

E.問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために本考案のアクティブフィルタ
においては、負荷に接続されたインバータと、該負荷電
源から供給される電力に応じて前記インバータの交流出
力を制御する制御部からなるものにおいて、前記負荷の
入力電圧の位相を検出する位相検出回路と、該位相検出
回路の位相検出信号と前記負荷の入力電流信号をもとに
演算処理する演算回路と、該演算回路の演算信号と前記
インバータの出力電流信号を入力する突合わせ部と、該
突合わせ部と前記位相検出回路の入力側との間に電圧フ
ィードバックループを付加して前記制御部を構成する。

F.作用 負荷接続点の電圧が電圧フィードバックループによりフ
ィードバックされ、負荷接続点電圧が低下すると、イン
バータから出力される電流が増加し、電圧変動が防止さ
れる。また逆に負荷接続点の電圧が上昇すると、インバ
ータからの電流を減少させて電圧の変動を防ぐ。

G.実施例 以下に本考案の実施例を第１図〜第４図を参照しながら
説明する。

第１図は本考案の実施例に係るアクティブフィルタの制
御回路を示し、第５図のものと同一部分又は相当部分は
同一符号で示し、その詳細な説明は省略する。

本実施例においては、電圧検出部である変圧器12の検出
出力側（第２図）と突合わせ部43（第１図）との間にハ
イパスフィルタ46を接続して電圧フィードバックループ
が構成されている。すなわち、第１図に示すように、突
合わせ部43においては演算回路42の演算電流信号i_sa〜i
_sc，負荷電流i_a〜i_cおよびハイパスフィルタ46の出力電
圧v_Fa〜v_Fcによって電流偏差信号を得る。

上記構成のアクティブフィルタによれば、共振現象が生
じると負荷の接続点電圧が非常に歪むことに着目し、こ
の接続点電圧を常に正弦波となるように制御して、共振
現象を防止するようにしたものである。すなわち、第１
図に示すように、負荷接続点電圧のフィードバックルー
プを形成し、突合わせ部43において演算信号と突合わせ
ているためこの電圧が低下した場合はゲート信号i_ga〜i
_gcを介してインバータ30から出力される電流を増加させ
ることにより電圧の変動を防ぐように働く。また逆に電
圧が上昇した場合は、インバータ30から出力される電流
を減少させ、電圧の変動を防ぐように働く。したがっ
て、電流波形，電圧波形は第３図，第４図に示すように
なる。第３図（Ａ）は接続点電圧波形、第３図（Ｂ）は
電源電流波形、第４図（Ａ）は負荷電流波形、第４図
（Ｂ）はインバータ出力電流波形である。なお、前述の
第６図．第７図の波形と第３図，第４図の波形は、いず
れも高調波除去ならびに無効電圧の補償機能を付加した
状態である。

第３図および第４図の波形から明らかなように、過渡応
答性を損うことなく共振現象を防止し、高調波の除去な
らびに無効電力の補償が可能となる。

また、応用例として負荷側に力調用の進相コンデンサを
積極的に持たせ、アクティブフィルタの無効電力補償容
量が低減するように動作させることができる。例えば装
置の無効電力補償容量と固定進相コンデンサの容量を同
容量とすると、零から２倍までの進相容量を連続にかつ
高速に制御することができる。また、無負荷となった場
合、進相コンデンサにより力率が進んでしまうという現
象も生じない。このほかに、インバータから生ずるスイ
ッチングリップルが、このコンデンサに吸収され、電源
側にこの影響がでないという効果が得られ、リップル除
去用のフィルタとしても動作させることが可能となる。

H.考案の効果 本考案は、以上の如くであって、アクティブフィルタの
制御系に電圧フィードバック系を付加することにより、
スイッチング電流の注入による負荷と電源インピーダン
スとの共振現象を防止でき、高速な応答性を損うことな
く、高調波の除去ならびに無効電力の補償が可能にして
高性能なアクティブフィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のアクティブフィルタに用いる制御部の
一例を示すブロック図、第２図は本考案を適用する電源
装置のアクティブフィルタの回路図、第３図および第４
図は本考案の実施例による電圧，電流波形図で第３図
（Ａ）は負荷接続点電圧の波形図、第３図（Ｂ）は電源
電流波形図、第４図（Ａ）は負荷電流波形図、第４図
（Ｂ）はインバータの出力電流波形図、第５図は従来の
アクティブフィルタの制御部のブロック図、第６図およ
び第７図は従来のアクティブフィルタを接続したときに
おける電圧，電流波形図で第６図（Ａ）は負荷接続点電
圧の波形図、第６図（Ｂ）は電源電流波形図、第７図
（Ａ）は負荷電流波形図、第７図（Ｂ）はインバータの
出力電流波形図である。 10…電源、20…負荷、30…インバータ、40…制御部、41
…位相検出回路、42…演算回路、43…突合わせ部、45…
比較部、46…ハイパスフィルタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源から電力を供給すべき負荷に交流
   出力側を接続したインバータと、前記負荷に供給される
   電力に応じて前記インバータの交流出力を制御する制御
   部とからなり、前記制御部が、前記負荷の入力電圧の位
   相を検出する位相検出回路と、該位相検出回路の位相検
   出信号と前記負荷の入力電流検出信号をもとに演算処理
   する演算回路と、該演算回路の演算電流信号と前記イン
   バータの出力電流検出信号との突合わせ部からなり、該
   突合わせ部の偏差信号をもとに前記インバータのゲート
   信号を得るようにしたアクティブフィルタにおいて、前
   記制御部の位相検出回路の入力側と前記突合わせ部間に
   フィルタ回路を接続して電圧フィードバックループを設
   けて構成したことを特徴とする電源装置のアクティブフ
   ィルタ。