JPH0898405A - アクティブフィルタ装置 - Google Patents

アクティブフィルタ装置

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JPH0898405A
JPH0898405A JP6230115A JP23011594A JPH0898405A JP H0898405 A JPH0898405 A JP H0898405A JP 6230115 A JP6230115 A JP 6230115A JP 23011594 A JP23011594 A JP 23011594A JP H0898405 A JPH0898405 A JP H0898405A
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JP
Japan
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voltage
reactor
active filter
power supply
current
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JP6230115A
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English (en)
Inventor
Hidehiro Maekawa
英洋 前川
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40Arrangements for reducing harmonics

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 補償電流の追従性の悪化やスイッチング素子
のスイッチング周波数の過大な上昇を防止できる。 【構成】 インバータ部1、交流リアクトルL、並びに
抵抗RやコンデンサC等からなる従来と同様なフィルタ
回路部3、並びにスイッチ制御回路4から構成される。
交流リアクトルLは、その中間点K2と電源側の端点K
1において、それぞれスイッチSW1,SW2を介して
回路のフィルタ部3側に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、特に電気機器の電源
電流に含まれる高調波電流や無効電力等を補償するため
に用いられる電力用のアクティブフィルタ装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】電力用のアクティブフィルタ装置とし
て、現在実用化されている中で最も広く用いられている
技術は、電圧形インバータ方式を主回路構成とするもの
である。このようなアクティブフィルタ装置の主回路構
成の従来例を図4に示した。このアクティブフィルタ装
置100は、スイッチング素子であるトランジスタやダ
イオード等からなるインバータ部101、リアクトルL
u,Lv,Lw等からなる交流リアクトル部102、抵
抗Ru,Rv,RwやコンデンサC等からなるフィルタ
回路部103等から構成される。なお、MCCBは電磁
接触器である。
【0003】また、このようなアクティブフィルタ装置
において発生する補償電流の制御方式としては、基本的
には、電源電流や負荷電流などから補償対象の高調波電
流や無効電流を検出し、これら高調波電流や無効電流に
基づく補償電流指令に追従させてインバータ出力電流で
ある補償電流を変化させる電流制御を行っている。つま
り、例えば図5に示したように、電源110に負荷10
2と電力用のアクティブフィルタ装置(AF)100が
接続されているとする。また電源110からは図6
(a)に示したような電圧(相電圧)VACが出力されて
いるとする。この場合において、電源110と負荷12
0との電路に設けた電流変成器CTによって図6(b)
のような負荷電流ILDが検出された場合には、電源電流
S が図6(c)のような波形となるように、負荷電流
LDに基づいてアクティブフィルタ装置100から補償
電流IAFを図6(d)のように発生させ出力している。
【0004】ここで、図5におけるアクティブフィルタ
装置100の動作を、3相電源の1相分だけをモデル化
して表現すると図7のような回路になる。図7におい
て、111は1相分の相電圧Vacを出力する電源、12
1は補償対象となる1相分の負荷設備、101aは1相
分のインバータ部、103aは1相分のフィルタ回路
部、105は制御回路である。
【0005】またこの場合の回路の方程式を下式(1)
に示した。ここで、ifcは、スイッチングによる高次調
波の電流であり、フィルター回路に流れる電流の瞬時値
を表している。また、Edcはインバータ部101aの出
力する直流側電圧の1/2の電圧値である。Vacは電源
の相電圧の瞬時値であり、iAFはアクティブフィルタの
補償電流の瞬時値、iL は交流リアクトルに流れる電流
である。更に、交流リアクトルL、抵抗R、コンデンサ
Cにより、インバータ側で発生するスイッチングに伴う
高次高調波を除去するためのフィルタ回路が構成され
る。なお、抵抗Rは、交流リアクトルとコンデンサCと
の直列共振を防止する役目をしている。
【0006】 Edc=Vac+L{(diAF/dt)+(difc/dt)} …(1) 上記の式(1)を展開すると、下式(2)が得られる。
【0007】 diAF/dt=(1/L)(Edc−Vac)−(difc/dt) …(2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上式(2)
から明らかなように、直流側電圧と電源側電圧との電圧
差が大きい場合には、補償電流の傾きdiAF/dtが大
きくなり、従って補償電流の追従性が良くなる。逆に、
直流側電圧と電源側電圧との電圧差が小さい場合には、
補償電流の傾きdiAF/dtが小さくなるため、補償電
流の追従性が悪くなる。
【0009】ここで、交流リアクトルLの値を小さくす
れば、上記の電圧差が小さい場合においても補償電流の
追従性を高くすることができる。ところがこの場合に
は、電圧差が大きい時には補償電流の傾きdiAF/dt
が大きくなり過ぎてしまう。このため、補償電流の制御
方式として例えば一般的に用いられているヒステリシス
コンパレータ方式を用いた場合には、装置を構成するス
イッチング素子のスイッチング周波数の上昇が生じてし
まう。そして、スイッチング素子のスイッチング能力の
限界や、スイッチング損失が増大し、これに伴って冷却
部品の大型化、並びに装置の運転効率の低下が起きると
いう問題がある。
【0010】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、上記のような補償電流の追従性の悪化やスイッチ
ング素子のスイッチング周波数の過大な上昇を防止する
ことができるアクティブフィルタ装置を提供することを
目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、第1発明は、電源と負荷とを結ぶ電路
に設けられる電圧形インバータから構成された補償電流
発生源と、この補償電流発生源と前記電路間に介挿され
た交流リアクトルとを有してなるアクティブフィルタ装
置において、前記交流リアクトルに複数段のタップを設
け、これらタップと電源側の電路とを接続する複数のス
イッチを設け、前記電源の電圧に応じて前記複数のスイ
ッチのいずれか1つを選択して閉成するスイッチ制御回
路を設けたことを特徴とするものである。
【0012】第2発明は、前記補償電流発生源の直流電
圧と電源側電圧との電圧差が小さい時には交流リアクト
ルのインダクタンス値を小さくするようにスイッチを閉
成し、電圧差が大きい時には交流リアクトルのインダク
タンス値を大きくするようにスイッチを閉成するように
したことを特徴とするものである。
【0013】
【作用】電圧形インバータを備えたアクティブフィルタ
装置において発生する直流側電圧は一定であるため、上
記の構成とすれば、直流側電圧と電源側電圧との電圧差
に対応して交流リアクトルの値を適宜変更することがで
きる。つまり、直流側電圧と電源側電圧との電圧差が小
さい時には交流リアクトルの値を小さくし、またこの電
圧差が大きい時には交流リアクトルの値を大きくするこ
とができる。
【0014】
【実施例】図1にこの発明の実施例のアクティブフィル
タ装置を示した。なお、説明の便宜上、以下の説明で
は、3相電源の1相分だけについて説明する。この装置
は電圧形インバータを主回路構成とするもので、スイッ
チング素子であるトランジスタやダイオード等からなる
インバータ部1、交流リアクトルL、並びに抵抗Rやコ
ンデンサC等からなる従来と同様なフィルタ回路部3、
並びに制御回路4から構成される。
【0015】インバータ部1は、従来のものと同様にス
イッチング素子としてのトランジスタやダイオード及び
コンデンサ等で構成されるものである。図示した例で
は、U相とX相を示した。交流リアクトルLにはその中
間点K2において中間タップが設けられている。そして
この交流リアクトルLは、この中間点K2および電源側
の端点K1において、それぞれスイッチSW2,SW1
を介して回路のフィルタ部3側に接続されている。
【0016】スイッチ制御回路4は、電源からの電流を
全波整流する整流部41、所定の設定値Vkが設定され
た設定部42、整流部41の整流電圧と上記の設定値V
kとを比較するコンパレータ43、並びに1対のゲート
回路44,45から構成される。そしてコンパレータ4
3による比較結果に基づいて、ゲート回路44,45に
よってスイッチSW1,SW2がオン、オフ制御され
る。ここで、上記の設定値Vkは、インバータ部1の直
流回路側電圧(以下直流側電圧と称する)に応じて適宜
に定められるものである。また、スイッチSW1,SW
2はそれらのいずれか一方がオンするものである。な
お、46はノット回路である。
【0017】以上の構成である実施例のアクティブフィ
ルタ装置においては、図2のように、電源電圧(電源の
相電圧)Vacの絶対値が設定値Vkより低い場合、つま
りインバータ部1の直流側電圧と電源側電圧との電圧差
が大きい時には、上記のスイッチ制御回路4の働きによ
ってスイッチSW1がオンし、またスイッチSW2がオ
フにする。また、逆に、電源電圧Vacの絶対値が設定値
kよりも大きい場合、つまり直流側電圧と電源側電圧
の電圧差が小さい時には、同様にして、スイッチSW1
がオフし、スイッチSW2がオンする。
【0018】そして、スイッチSW1だけがオンした場
合には、交流リアクトルLの値が大きくなって、インバ
ータ部1を構成するスイッチング素子のスイッチング周
波数の過大な上昇が防止される。またスイッチSW2だ
けがオンした場合には、交流リアクトルLの値が小さく
なり、アクティブフィルタ装置からの補償電流の傾きd
AF/dtを大きくすることができる。
【0019】ここで、上記のスイッチSW1、2はコン
プレメンタリーに動作し、またこれらのスイッチング時
には過渡現象の前後で交流リアクトルのエネルギーが連
続するため、交流リアクトルに流れる電流の瞬時値iL
が過渡的に補償電流の目標値よりずれた電流を流すこと
になる。ところがこの目標値よりずれた電流分は、交流
側の高調波フィルタに吸収されるため、アクティブフィ
ルタとしての機能を損なうものとはならない。なお、i
L =iAF+ifcである。
【0020】図3は、他の実施例を示したものであり、
交流リアクトルに複数のタップを設ける場合の一般例を
示したものである。この例では、交流リアクトルLの複
数の点K1〜Knにそれぞれタップを設け、またこれら
のタップをスイッチSW1〜SWnを介して電源側に接
続したものである。
【0021】またこの場合においてスイッチ制御回路4
は、図示したように、電源からの電流の全波整流部4
1、所定の設定値VS1〜VS1n-1 がそれぞれ設定された
複数の設定部42a〜42n、複数のコンパレータ42
a〜42n、並びにゲート回路45から構成される。
【0022】そしてコンパレータ42aは電源電圧(電
源の相電圧)Vacの絶対値が設定値VS1より低い場合に
のみ出力が”H”となり、コンパレータ42bは電源電
圧Vacの絶対値が設定値VS2より低い場合にのみ出力
が”H”となる。またコンパレータ42nは電源電圧V
acの絶対値が設定値VS1n-1 より低い場合にのみ出力
が”H”となる。このようにして、直流側電圧と電源側
電圧との電圧差に応じてスイッチSW1〜SWnのいず
れか1つがオンし、これにより交流リアクトルLの値を
直流側電圧と電源側電圧との電圧差が大きい時には大き
く、また同じく電圧差が小さい時には小さくするとがで
きる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
インバータ部の直流側電圧と電源側電圧との電圧差が小
さい時には交流リアクトルの値を小さくして補償電流の
傾きdiAF/dtを大きくすることで電流の追従性を高
くすることができるとともに、電圧差が大きい時には、
交流リアクトルの値を大きくするしてスイッチング素子
のスイッチング周波数の過大な上昇を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例のアクティブフィルタ装置の
回路図である。
【図2】(a)〜(c)は実施例のアクティブフィルタ
回路の動作の説明図である。
【図3】アクティブフィルタ装置の他の実施例の回路図
である。
【図4】アクティブフィルタ装置の主回路構成の従来例
の回路図である。
【図5】アクティブフィルタ装置における補償電流発生
手順の説明図である。
【図6】(a)〜(d)はアクティブフィルタ装置にお
ける補償電流発生手順の波形図である。
【図7】アクティブフィルタ装置における1相分の動作
を説明するための回路図である。
【符号の説明】
1…インバータ部 3…フィルタ回路部 4…スイッチ制御回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源と負荷とを結ぶ電路に設けられる電
    圧形インバータから構成された補償電流発生源と、この
    補償電流発生源と前記電路間に介挿された交流リアクト
    ルとを有してなるアクティブフィルタ装置において、 前記交流リアクトルに複数段のタップを設け、これらタ
    ップと電源側の電路とを接続する複数のスイッチを設
    け、前記電源の電圧に応じて前記複数のスイッチのいず
    れか1つを選択して閉成するスイッチ制御回路を設けた
    ことを特徴とするアクティブフィルタ装置。
  2. 【請求項2】 前記補償電流発生源の直流電圧と電源側
    電圧との電圧差が小さい時には交流リアクトルのインダ
    クタンス値を小さくするようにスイッチを閉成し、電圧
    差が大きい時には交流リアクトルのインダクタンス値を
    大きくするようにスイッチを閉成するようにしたことを
    特徴とする請求項1記載のアクティブフィルタ装置。
JP6230115A 1994-09-27 1994-09-27 アクティブフィルタ装置 Pending JPH0898405A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6469479B2 (en) 2000-12-27 2002-10-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Power control system and method for a display apparatus
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