JPS6118421B2 - - Google Patents

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JPS6118421B2
JPS6118421B2 JP54136953A JP13695379A JPS6118421B2 JP S6118421 B2 JPS6118421 B2 JP S6118421B2 JP 54136953 A JP54136953 A JP 54136953A JP 13695379 A JP13695379 A JP 13695379A JP S6118421 B2 JPS6118421 B2 JP S6118421B2
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signals
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JP54136953A
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Ritsupuman Kenesu
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United Technologies Corp
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Publication date
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Publication of JPS6118421B2 publication Critical patent/JPS6118421B2/ja
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高調波信号除去に係り、一層詳細には
多重ブリツジ三相電力変換装置の出力基本波信号
中の高調波信号を除去する装置に係る。
現在の三相変換装置は選択的に直流から交流も
しくは交流から直流への2方向の電気エネルギー
の変換を行う。すなわち逆変換装置(直流から交
流へ)または順変換装置(交流から直流へ)とし
て機能し得る。周知のように、出力電圧が数百
K.W.を越える三相変換装置では、個々のブリツ
ジの電力容量に制限があるため、直流または交流
源と負荷との間に多重の変換ブリツジを並列接続
して使用する必要がある。逆変換装置として用い
られるとき、各ブリツジは三相出力端あるいは極
の各々において変換装置の3つの出力位相の各々
に対し方形波の基本波信号を生じ、その各々が
波されかつ出力変圧器内で他のブリツジからの対
応する位相の基本波と加算されて、変換装置の各
出力位相内に出力基本波信号を生ずる。各ブリツ
ジからの方形波基本波信号は、極切換のつどブリ
ツジ基本波信号の電力レベルに変化を生じさせる
高調波成分を含んでいる。これらの高調波は角周
波数wの方形波の基本波信号に対して次のフーリ
エ級数展開から決定され得る。
f(t)=4V/π〔sin(wt+φ)+1/3sin(3wt
+3 φ) +1/5sin(5wt+5φ)……1/Ksin(kwt+k φ)〕 ここにVは信号電圧の大きさ、φは位相角であ
る。
奇数調波のみが級数展開中に存在し、また三相
システムの出力極の間で測定される方形波の基本
波信号に対しては第3調波およびその整数倍の周
波数の高調波は本質的に打ち消し合うので、出力
極の間の基本波信号の高調波はそれ以外の奇数調
波すなわち第5、7、11、13、17、19、23、25、
29、31、35、37調波などである。
当業者に知られているように、もし2つの信号
(電流あるいは電圧)が位相角360゜/2N=180
゜/Nで互 いに加えられれば、各信号の第N調波は180゜/N・ =180゜だけ互いに位相がずれ、もし各々の振幅
が等しければ打ち消し合う。もし信号の対が2組
のP相信号から加え合わされれば、この位相角は
360゜/2PN=180゜/PNあるいは三相システ
ムに対しては 60゜/Nになる。この関係は米国特許第3792286号明 細書に開示されているように2ブリツジ三相逆変
換装置における高調波除去のために用いられてお
り、この明細書には、出力基本波の第5および第
7調波を除去するために、2つの等しく位相のず
れた負荷巻線を駆動する2つの位相のずれたブリ
ツジに対して種々の相互接続の仕方が示されてい
る。上記特許では、2つのブリツジの対応する相
の出力は相対的に30゜(360゜/2PN、ここにP=
3、 N=2)だけ位相がずれており、また負荷巻線は
負荷に力率1の基本波信号を与えるべく同様に位
相がずれている。第5および第7調波の除去は、
各ブリツジの相出力端に接続された三相リアクト
ル内で、相対的に360゜/2PN=30゜だけ位相角の
ずれ た2組(N=2)の三相(P=3)の対応する基
本波信号の加算の直接的な結果として行われる。
上記特許に開示されているのは、ただ2つのブリ
ツジに対する高調波除去であり、それを2よりも
多数のブリツジを有する逆変換装置に拡散しよう
という試みはすべて、対の相い次ぐ加算(対の
対、以下同様)を可能にするためブリツジの数が
2の整数乗に制限されていなければならないとい
う結果になつている。したがつて、所要のブリツ
ジの次の数は4であり、第2の対の信号が第2の
リアクトル内で加算されて、第2の対の第5およ
び第7調波が打ち消され、また第2のリアクトル
の各々からの出力が第3のリアクトル内で加算さ
れて、一層高次の第11、13、17および19調波の次
の2組が打ち消される。大電力の変換装置は7つ
までの逆変換装置ブリツジを設けるのが実際的で
あることが見い出されているので、上記特許で
は、3、5、6あるいは7ブリツジ変換装置にお
ける高調波除去方法あるいは装置に関する教示は
欠落している。
第2の米国特許第3876923号は、極間で30゜位
相のずれた2ブリツジ逆変換装置に対する米国特
許第3792286号の適用を開示することにより、そ
の適用範囲を拡大するものであり、位相のずれた
負荷巻線に同様のリアクトルを通じて三相電力を
供給しているが、米国特許第3792286号における
電気的に絶縁された負荷と反対に、米国特許第
3876923号では負荷巻線は共通の磁気回路内の相
および補助巻線の組み合わせとして開示されてい
る。米国特許第3792286号と同様に米国特許第
3876923号でも、2の整数乗ではない数のブリツ
ジを有する逆変換装置における基本波の高調波を
除去するための方法あるいは構成は示唆されてい
ない。
本発明の目的は、各出力基本波信号が、2の整
数乗ではないN個の変換装置ブリツジの対応する
相出力の3つの組から得られる対応する位相角の
基本波信号の和に等しく、またブリツジの相出力
が、ゲート信号源から与えられるゲート信号によ
り決定される位相角において組み合わされた基本
波信号を生ずるような多重ブリツジ三相変換装置
の出力基本波信号における高調波信号除去方法を
提供することである。
本発明による高調波除去方法は、少なくとも1
つの他のブリツジの対応する相出力端に得られる
基本波信号に対して相対的に60゜/Nだけ各ブリツジ の基本波信号に位相ずれを生じさせるように基本
波信号の位相角を調節する過程を含んでおり、ま
た、前記N個のブリツジのうちの2の整数乗のう
ち最大値に相当する数のブリツジを第1群に、ま
た残りのすべてのブリツジを第2群にまとめるこ
とと、前記第1群および前記第2群内の各々位相
のずれた基本波信号に、特定の基本波信号と前記
群の関係づけられたもののなかの対応する相出力
端からの位相のずれた基本波信号との間の差信号
の大きさと、前記群の関係づけられたものの対応
する相出力端の少なくとも1つの他の組の位相の
ずれた基本波信号の間の差信号の大きさとを加え
て、前記第1群内の各々位相のずれた基本波信号
に対する第1群基本波信号と、前記第2群内の
各々位相のずれた基本波信号に対する第2群基本
波信号とを生じさせ、各々の位相角を変換装置位
相の1つに対応する位相角とし、また前記第2群
基本波信号に次数が(6・N−1)よりも小さく
位相が位相角の等しい前記第1群基本波信号の次
数の等しい信号高調波から180゜だけずれたすべ
ての信号高調波を含ませることと、前記第1群基
本波信号に位相角の等しい前記第2群基本波信号
を加算して、Nブリツジの対応する相出力端の各
組に対する和基本波信号を生じさせ、各々(6・
N−1)次の第1調波を有する各和基本波信号を
三相変換装置の1つの相における出力基本波信号
として用いることを特徴とする。また本発明によ
る方法は、基本波信号の位相角を調節する過程
が、隣接して位相のずれた対応する相出力から
各々相対的に60゜/Nだけ位相のずれた変換装置出力 相の組み合わされたものから偶数が正および負に
ずれるようにNブリツジの対応する相出力を移相
して、最小位相ずれにおける最も内側の対から最
大位相ずれにおける最も外側の対へ延びる対称的
に位相のずれた対応する相出力の対を生じさせる
ことを含むことを特徴とする。
さらに、N個の変換装置ブリツジを有する三相
変換装置における高調波を除去するための本発明
による装置は、少なくとも1つの他のブリツジの
対応する相出力端に与えられる基本波信号に対し
て相対的に60゜/Nだけ各ブリツジの基本波信号の位 相角をずらすようにゲート信号を調節するための
手段を含んでおり、また前記N個のブリツジのう
ちの2の整数乗のうちの最大値に相当する数のブ
リツジを含む第1群からの位相のずれた基本波信
号に応答して、各々位相のずれた基本波信号の大
きさに、それと他の第1群のブリツジの対応する
相出力端における位相のずれた基本波信号との間
の差信号の和の大きさと、前記第1群内の相出力
端の少なくとも1つの他の組の位相のずれた基本
波信号の間の差信号の和の大きさとを加え、三相
変換装置の相の1つに対応する位相角を有する第
1群基本波信号を各々位相のずれた基本波信号と
して生じさせるための第1移相変圧器と、前記第
1群に含まれているもの以外のすべてのブリツジ
を含む第2群からの位相のずれた基本波信号に応
答して、各々位相のずれた第2群基本波信号の大
きさに、それと他の第2群ブリツジの対応する相
出力端における位相のずれた基本波信号との差信
号の和の大きさと、前記第2群内の対応する相出
力端の少なくとも1つの他の組の位相のずれた基
本波信号の間の差信号の和の大きさとを加え、三
相変換装置の相の1つに対応する位相角を有しか
つ位相角の等しい前記第1群基本波信号の次数の
等しい高調波に対して各々180゜だけ位相のずれ
た(6・N−1)よりも低次のすべての信号高調
波を有する第2群基本波信号を各々位相のずれた
基本波信号として生じさせるため第2移相変圧器
と、前記第1群基本波信号および前記第2群基本
波信号に応答して、位相角の等しい前記第1群お
よび前記第2群基本波信号を加算し、(6・N−
1)次の第1調波を各々有する出力基本波信号を
三相変換装置の相の各々に生じさせるための加算
変圧器とを含んでいることを特徴とする。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点
はその好ましい実施例を以下に図面により詳細に
説明するなかで一層明らかとなろう。
さて第1図を参照すると、直流から交流への変
換すなわち逆変換を行う三相3ブリツジ(N=
3)変換装置に対する本発明による高調波周波数
除去装置の実施例において、変換装置18は3つ
の並列な変換装置ブリツジ26〜28の入力端に
導線22,24を通じて正負に接続された直流電
圧源20から直流電力を受ける。各ブリツジは3
つの変換装置出力位相の1つに対応する位相角で
120゜(360゜/P)づつ相対的に位相のずれた三相
出 力端あるいは極出力端A,BおよびCを有する。
高調波除去装置が設けられていない場合、ブリツ
ジ相出力端は、各変換装置位相内の出力信号とし
て合計基本波信号を生ずるようにブリツジの対応
する相出力端の各3つの基本波信号の加算を行う
たとえば三角−星形結線の出力変圧器29の対応
する相に直接接続されている。各合計基本波信号
はブリツジ相出力端における基本波信号の電圧に
等しい電圧の大きさと個々の相出力端における基
本波信号の電流の3倍の電流の大きさとを有す
る。本発明では、出力変圧器を通じて信号を伝達
する以前に高調波信号を除去するべくブリツジ相
出力端と変圧器29との間に高調波除去回路30
が接続されている。
変換装置ブリツジ26〜28は三相出力端の
各々に対してサイリスタのような電圧制御スイツ
チを含む公知の形式のものである。第10図はブ
リツジ26を部分的に示す図であるが、A相出力
回路はそれぞれA出力端と導線22,24との間
に接続されたサイリスタ26a,26bを含んで
いる。これらのサイリスタは互いに120゜だけ位
相角のずれたゲート信号を発する可調節のゲート
信号源25からのゲート信号により駆動されて、
相出力相対的位相角を確立する。各サイリスタは
交互にA出力端を正および負の母線22,24に
接続するように駆動され、それにより基本波周波
数および所望の位相角において交番的な電圧およ
び電流信号を生ずる。各サイリスタはダイオード
26c,26dのような逆並列ダイオードから成
る側路を有し、これらのダイオードは、サイリス
タのまわりに逆電流路を形成することにより、サ
イリスタのスイツチングに伴う過渡的な電圧信号
を抑制する。これらのダイオードは一般にクエン
チング−ダイオードと呼ばれており、その機能は
当業者によく知られている。加えて、これらのダ
イオードはA端子に現われる交流信号の整流を行
い、変換装置18が順変換装置として用いられる
とき直流信号出力を導線22,24に与える。こ
の場合、直流電源20は直流負荷となり、また変
換装置出力変圧器29は入力である三相交流信号
を3つのブリツジ26〜28に各々分配する入力
変圧器となる。
本発明ではブリツジ出力信号はパルス変調され
ておらず、相出力基本波信号は実質的に方形波で
ある。このことは本発明による高調波除去の記述
および解析を簡略化するが、本発明は単に方形波
の相出力信号を生ずる逆変換装置に限定されるも
のではない。周知のように、パルス変調は基本波
に対する高調波を減ずるためにも電圧を調整する
ためにも用いられており、必要であれば、本発明
による高調波除去と組み合わされて用いられてよ
い。
再び第1図を参照すると、対応する相出力
(A1,A2,A3およびB1,B2,B3など)は、サイ
リスタ−ゲート信号をシフトすることにより、θ
=360゜/2PN=20゜の相対的位相差を生ずるよう
に位 相がずれている。ブリツジのすべてに対するゲー
ト信号は米国特許第3792286号に記載されている
ような位相のずれた負荷への三相交流電力の供給
のように特定の変換装置の用途に対して適当と考
えられる方向に相出力のすべての絶対的な位相シ
フトを生ずるようにずらされていてよいが、各ブ
リツジからの相出力基本波信号は少なくとも1つ
の他のブリツジ中の対応する相出力基本波信号か
ら60゜/Nだけ相対的に位相がずれていなければなら ない。位相のずれない負荷に三相交流を与える変
換装置に対する好ましい実施例では、2の整数乗
の数のブリツジ(第1図では2)がいまの場合は
奇数のブリツジの対応する相出力の位相角の前後
にプラスおよびマイナス20゜だけ位相がずれてい
る。この場合、2つのブリツジ26,27の位相
が位相ずれのない奇数のブリツジ28の前後に対
称に交互に正および負にずらされる。後で詳細に
説明するように、位相のずれた基本波信号はその
位相角の平均値に等しい位相角における合計基本
波信号にすべて分解されるので、ブリツジ28の
前後のブリツジ26,27の対称な位相ずれはブ
リツジの位相ずれ以前に変換装置の3つの相の1
つに生ずるものに等しい0゜の位相角になる。位
相ずれは各ブリツジに対する基本波信号のベクト
ル表示により第2A〜2C図に示されている。第
2A〜2C図および他の図面中で、相出力基本波
信号は相出力端に対応する文字(A,B,C)
と、3つの逆変換装置ブリツジの特定のものを示
す第1のデイジツトによる添字(添字1〜3はブ
リツジ26〜28に対応)と、基本波あるいは第
1調波1から第13調波13までの高調波信号を示す
第2のデイジツトの組による添字とを付されたベ
クトルにより示されている。第2A〜2C図でブ
リツジ26〜28の対応する相出力端Aからの基
本波信号はそれぞれA11,A21およびA31として示
されている。
3つのブリツジ26〜28の相出力端は高調波
除去回路30に接続されており、この回路はそれ
ぞれ120゜だけ位相のずれた三相の鉄心X,Yお
よびZ脚、33〜35および36〜38を有する
移相変圧器31,32を含んでいる。移相変圧器
31は3つの鉄心脚32〜34の各々に4つの巻
線の組41〜44、45〜48および49〜52
を含んでおり、各組は巻数比S/Lで一対の長い
L巻線および一対の短いS巻線を含んでいる。各
組内のLおよびS巻線は他の組の1つのなかの異
種(SあるいはL)巻線と逆極性で直列に電気的
に接続されており、変圧器の入力線54〜59と
出力線60〜65との間に第1図に一般的に示さ
れているように変圧器の2つの異なる脚に逆極性
直列のLおよびS巻線をなしている。変圧器31
は前記の米国特許第3,792,286号に開示されて
いるリアクトルと実質的に類似しており、また、
一般的に説明されているように、各組の個々のL
およびS巻線はブリツジ26,27の対の各々か
ら選択された相出力端に接続されており、変圧器
三相鉄心内に零基本波信号アンペアターンを与え
ている。
第1図でブリツジ26,27の相出力端は導線
54〜59を通じて変圧器31の2つの脚の各々
における選択された巻線に図示のように接続され
ている。S/Lターン比は、脚32が導線54,
57を通じて対応する相出力端A1,A2に接続さ
れたL巻線41,43と導線56,58を通じて
相出力端C1,B2に接続されたS巻線42,44
とを有するというように、位相のずれた基本波信
号に対して変圧器鉄心内で零アンペアターンを与
えるように計算されている。第2F図を参照する
と、A11基本波信号により生ずるアンペアターン
Fは+20゜におけるベクトルFA11,として、A21
出力端のアンペアターンは−20゜におけるベクト
ル−FA21(巻線41,43の逆位相)としてC11
アンペアターンはS/L・(−FC11)(巻線4
1,42の逆位相)として、またB11アンペアタ
ーンはベクトルS/L・FB21)として示されてい
る。したがつて、第2F図から S/L=FA11/FB21・sin20゜/si
n40゜ となる。基本波信号の大きさは等しいので、
FA11=FB21、またS/L=sin20゜/sin40゜
=0.5321であ る。
第2D図は導線54〜59を通じて変圧器31
に与えられる位相のずれた基本波信号を示してお
り、いずれもcos20゜の力率を有する。各々のキ
ロワツト(K.W.)電流(I0)および電圧(V0)は
I・cos20゜およびV・cos20゜に等しい(ここに
IおよびVはベクトル53により一般的に示され
ているように位相ずれのない基本波に対する電流
および電圧の大きさである)。位相ずれ以前のレ
ベルにK.W.電力を保つため、電圧の大きさV0
変圧器31のなかで力率の逆数倍に、あるいは
V0=V・1/cos20゜に増される。この増大 (1.0642V/V)は相出力端に接続された直列L
およびS巻線の各々に生ずる電圧を位相のずれた
相出力端基本波に加算すること、すなわちA1
らの基本波信号が直列LおよびS巻線41,45
の各々の両端に生ずる電圧に加えられ、かつA2
からの信号が巻線43,51の両端に生ずる電圧
に加えられることによつて行われる。これらの直
列巻線に生ずる電圧は位相のずれた対応する相出
力基本波信号の2つの対の各々の間の差電圧に起
因する巻線と組み合わされた脚の両端の基本波信
号電圧降下を表わす。第2D図には、位相のずれ
た対応する(A11〜A21,B11〜B21およびC11
C21)に起因する脚32〜36の両端の差電圧信号
の大きさが鎖線ベクトル66〜68により示され
ている。各極出力基本波電圧信号に対応相出力の
2つの対(そのうち1つの対は基本波信号を生ず
る相出力を含む)この間の差の大きさを加えるこ
とによつて入力導線54〜59上の各極基本波信
号に対して導線60〜65上の変圧器31の出力
端に第1レベル基本波信号が生ずる。第2E図を
参照すると、出力A1,A2に対して、位相のずれ
た基本波電圧信号VA11,VA12が直列巻線の2つ
の対の両端に生ずる全電圧にそれぞれ加えられて
る。電圧VT11は変圧器鉄心の脚の間のずれに等
しい120゜だけ相対的に位相のずれたベクトルa1
1x,a11yによる示されている巻線41,45の両
端の電圧の和である。a11xおよびa11yの大きさ
は位相のずれた基本波電圧信号の差信号の大きさ
A21,A11およびB11,B21にそれぞれ比例している
(第2D図、差ベクトル66.67))。極出力端
における基本波電圧の大きさは等しく、また位相
のずれた対応相出力信号の間の位相角は等しい
(極間位相角の2倍あるいは40゜)ので、巻線4
5,51の各々に生ずる電圧は巻数比あるいはa
11y,a11x=S/L=0.5321により関係づけられ
る。同一の結果が、位相のずれた対応出力の間の
基本波電圧の差A11,A21およびC21,C11(第2D
図のベクトル66,68)にそれぞれ等しい直列
LおよびS巻線53,51の両端に生ずる電圧あ
るいはa21xおよびa21yの和である電圧信号VT21
に対しても得られる。加算の結果として、それぞ
れ電圧V0=V・1/cos20゜および電流I・cos20
゜ で第1レベル基本波信号VA110,VA210が導線6
0,63上に得られる。各々の出力K.W.電力は
VIである。ブリツジ26,27の残りの相出力
は上記と同一の仕方で処理され、各々の出力電圧
がそれと組み合わされた直列巻線に生ずる電圧に
加えられて、同一の電流および電圧の大きさを有
する第1レベル基本波信号を残りの導線61,6
2,64および65上に与える。
移相変圧器31は、ブリツジ相出力端における
各々の位相のずれた高調波信号に相出力端に接続
された直列巻線の各々の両端に生ずる高調波電圧
を加えることにより、基本波そのものと同一の仕
方で基本波信号の第5,7,11および13調波に変
更を加える。いま第3A〜3C図を参照すると、
ブリツジ26,27および28に対する第5調波
信号は各々対応する基本波の位相角よりも5倍大
きい位相角にある。対応する極出力端A1,A2
A3に対する第5調波信号A15,A23およびA35を考
えると、A3極の位相角は零、したがつて第5調
波A35は零であり、他方、第5調波A15およびA25
はそれぞれ100゜および260゜にある。第3D図に
は導線54〜59上で変圧器31に与えられる第
5調波信号が示されている。基本波と同様に、導
線60,63上の変圧器の出力端における第5調
波信号の大きさA150およびA250はA15,A58信号の
大きさと直列LおよびS巻線41,45および4
3,51の両端の電圧との和に等しい。やはり各
巻線電圧は特定の巻線と組み合わされる変圧器鉄
心の脚の両端の第5調波電圧の差に比例してい
る。第3D図で鎖線のベクトル70〜72は第5
調波信号の間の電圧差を示している。第3E図を
参照すると、巻線41,45の両端の電圧(ベク
トルa15xおよびa15y)は位相のずれた対応相の
2つの対の第5調波の差信号の大きさA25−A15
およびB15−B25に等しく、また巻線43,51の
両端の電圧(ベクトルa25xおよびa25y)は電圧
差A15−A25およびC25−C15に等しい。巻線電圧の
間の比a11y/a11x=S/L=0.5321および相対
的位相差120゜により、導線60,63上の第1
レベル基本波信号第5調波は、相出力第5調波
A15,A25の大きさの0.5321倍に等しい大きさと位
相ずれのないブリツジ28の第5調波信号A350
ら180゜だけ回転した位相とで第5調波ベクトル
A150,A250として示されているベクトルA15+a1
5x+a15yおよびA25+a25x+a25yの和に等しい。
ベクトルA150の大きさは ここにφ15=100゜(位相のずれた第5調波A15
の位相角) したがつて |A150|=0.5321|A15|=S/L・|A15| である。A250の大きさは、φ25=260゜および第
5調波の大きさ|A25|を用いて同様に計算され
る。残りの相出力端B1,B2,C1,C2の基本波の
第5調波、たとえばB1に対する第1レベル基本
波信号第5調波すなわち位相ずれのないブリツジ
28の第5調波B35(位相角120゜、第3C図)か
ら180゜だけ位相のずれた300゜の位相角における
B150=S/L・B15は同一の仕方で処理される。
第4A〜4C図にはブリツジの相出力端におけ
る基本波の第7調波信号がベクトル的に示されて
いる。第4D図には変圧器31に与えられる第7
調波信号が示されており、またA,B,C出力端
の第7調波の間の電圧差が鎖線でベクトル74〜
76に示されている。再びA1,A2対応相を考え
ると、導線60,63上の変圧器31からの第7
調波出力信号は第4E図にベクトルA170,A270
より示されており、いずれもA170=A17+Ax17
y17およびA270=A27+Ax27+Ay27としてベクト
ル的に示されているように、相出力第7調波信号
と直列LおよびS巻線(41,45および43,
51)の両端の電圧との和に等しい。第1レベル
基本波信号第7調波は大きさが等しい。高調波
A170に対しては ここにφ17=140゜ であり、したがつて|A170|=0.5321|A17|で
ある。同一の結果が高調波A270に対しても得られ
る。したがつて、変圧器の出力端における第7調
波信号は極基本波信号の高調波信号の大きさの巻
数比(S/L)倍に等しい大きさであり、位相ず
れのないブリツジ28の第7調波A37から180゜
だけ位相がずれている。他の相出力第7調波は
各々同様の大きさおよび位相を有する。
極出力端における基本波信号の第11および第13
調波は同一の仕方で処理される。極出力端におけ
る第11調波は第5A〜5C図に示されている。第
5D図には変圧器に与えられる第11調波信号が示
されており、また変圧器鉄心の両端の対応する極
出力端の間の第11調波電圧の差が鎖線で電圧差ベ
クトル78〜80により示されている。第5E図
では、対応する相Aの出力第11調波信号A111およ
びA211と直列巻線41,45および43,51の
両端に生ずる電圧との和が導線60,63上に等
大の出力第11調波成分A1110,A2110を生じてお
り、その各々は ここにθ11=140゜あるいは|A1110|=0.5321
|A111|=S/L|A111| に等しい。同様に、極出力端における第13調波信
号が第6A〜6C図に示されている。第6D図に
は、導線54〜59を通じて変圧器に与えられる
第13調波が示されており、また対応するA,Bお
よびC相出力端の第13調波の間の電圧差が鎖線で
ベクトル82〜84により示されている。第6E
図には、導線60,63上に A1130=0.5321A113およびA2230=0.5321A213とし
て現われる対応A1,A2相出力に対する合成第1
レベル基本波信号第13調波が示されている。
再び第1図を参照すると、導線60〜65上の
第1レベル基本波信号は位相ずれのないブリツジ
28の出力端からの導線86〜88上の基本波信
号とともに高調波除去用の移相変圧器32に与え
られる。変圧器32は二次巻線90〜95および
一次巻線97〜99を含んでいる。2つの二次巻
線および1つの一次巻線が変圧器鉄心の3つの脚
36〜38の各々に配設されている。各第1レベ
ル基本波信号は二次巻線90〜95の1つを通過
し、また対応する相の第1レベル信号は鉄心の同
一の脚の二次巻線を通過する。すなわち、対応す
るA相の導線60,63上の第1レベル信号は脚
36の二次巻線90,93を通過し、対応するB
相の導線61,64上の第1レベル信号は脚37
の二次巻線91,94を通過し、また対応するC
相の導線62,65上の第1レベル信号は脚38
上の二次巻線92,95を通過する。位相ずれの
ないブリツジ28からの導線86〜88上の基本
波信号は各々、ブリツジ26,27からの対応す
る相の第1レベル基本波信号と組み合わされた鉄
心脚の一次巻線を通過する。各脚の二次巻線
(Ns)は互いに同相であり、また同一の脚の一次
巻線(Np)とは180゜だけ位相がずれている。
Np,Ns巻線の巻数比は変圧器鉄心内の基本波信
号を零アンペアーターン(F)とするように同様
に計算される。アンペアーターンは巻線の巻数に
比例し、Ns・IA10+Ns・IA20+Np・IA3=0
である。IA3=IA1=IA2=IかつIA10=IA20
=I・cos20゜であるから、Ns/Np=1/2cos
20゜= 0.5321V/Vとなる。巻数比Ns/NpはN=3ブリツ
ジ 変換装置に対して変圧器31の比(S/L)と同一で ある。
変圧器32内で入力導線60〜65および86
〜88上の信号は、組み合わされた二次あるいは
一次巻線の両端に生ずる電圧を加えられる。変圧
器31内と同様に、これらの巻線に生ずる電圧は
鉄心の同一の脚上の対応する相の基本波信号の間
の差信号の大きさに比例している。
対応するA相の出力信号を考えると、第7A図
に示されているように、導線60,63上の第1
レベル基本波信号A110およびA210は、導線86上
の基本波信号A31のそれと等しく、0゜の位相角
にある。第1レベル基本波信号の電圧の大きさは
A110=A11・1/cos20゜、A210=A21・1/cos
20゜であ る。基本波信号の大きさはブリツジ出力端におい
ては等しく(A11=A21=A31=A)、A110=A210
1.064・AかつA1110−A210=0である。ブリツジ
28からの基本波信号の大きさはA31=Aであ
り、第2レベル信号に対して用意された電圧の大
きさの増加の結果として第1レベル基本波信号の
それよりも小さい。したがつて、対応相A1,A2
およびA3の間の電圧差は、差ベクトル110に
より示されているように、A・(1−1/cos20゜
)= 0.064・Aである。巻線90,93の両端に生ず
る電圧は (−0.064・A)・Ns/Ns+Npあるいは−0.0
22・ Aであり、変圧器出力導線100〜108の導線
100,103上に信号電圧の大きさA110
1.042・A,A210=1.042・Aを生ずる。巻線97
に生ずる電圧は (−0.064・A)・(−Np/Ns+Np)=+0.0
42A であり、これに信号A31が加えられて、導線10
6上に1.042・Aの出力信号電圧の大きさを生ず
る。その結果、相出力A,B,Cに対する基本波
信号は変圧器32の出力端において1.042・Aの
等しい大きさを有する。対応する相出力端の3つ
の組の各々に対する3つの基本波電流信号の和は
T=(2cos20゜+1)・I=2.8794・Iである。
出力変圧器29の各相における変換装置の出力
K.W.電力はPo=1.042V・2.8794・I=3.0V・I
あるいは高調波除去回路を有さない変換装置の場
合のように個々のブリツジの出力K.W.電力の3
倍である。
高調波信号は、組み合わされた巻線の各々の両
端に生ずる差高調波電圧に同様に加えられる。第
1レベル基本波信号の第5,7,11および13調波
はそれぞれブリツジ28の相出力端における同次
高調波の大きさの0.5321倍の大きさであり、また
ブリツジ28の対応する相出力端の基本波信号の
同次高調波から180゜だけ位相がずれている。変
圧器31の作動をA3相について説明したけれど
も、それぞれ240゜および120゜に基本波を有する
B3およびC3相の高調波は交互に240゜および120
゜の位相とされる。その結果、これらの相の第
5,7,11および13調波はB35(120゜)、B37
(240゜)、B311(120゜)、B313(240゜)および
C35(240゜)、C37(120゜)、C311(240゜)、C313
(120゜)である。第1レベル基本波B110、B210
各々B35に対応する240゜の位相角を有し、また
各々高調波C35、B37、C311およびB313と180゜位相
のずれた60゜の同一位相角を持つ第5,7,11お
よび13調波を有する。同様に第1レベル基本波
C110、C210は各々高調波B35、C37、B311および
C313と180゜位相のずれた300゜の位相角にある。
第7B図には0゜における基本波信号第5調波
A35と180゜における第1レベル基本波信号第5
調波A150、A250とが示されている。高調波A150
A250=Ns/Np・A35であるから、脚36内の第5調
波 差電圧は差ベクトル112により示されているよ
うにA35−(−A35・Ns/Np)=A35(Np+Ns/
Np)であ る。その結果、巻線90,93に生ずる電圧は−
A35(Np+Ns/Np)・(Ns/Np+Ns)=−A
35・Ns/Npであり、 この電圧に導線60,63上の第2レベル基本波
第5調波が加算されると、導線100,103上
の第5調波信号成分は零になる。同様に、導線8
6上の第5調波A35と巻線97の両端に生ずる電
圧との和はA35−A35(Np+Ns/Np)・(Np/N
p+Ns)=0 という結果になり、導線106上の第5調波は零
になる。残りの第2レベル基本波信号の第7,11
および13調波は残りの対応する相の各々に対して
同一の仕方で処理される。すなわち第5,7,11
および13調波およびこれらよりも次数が高く位相
が同一(2PN・360゜/2PN)の高調波あるいは6N
より も次数が高い高調波(23,25,29,31)は導線1
00〜108上の出力信号内で打ち消される。各
出力信号は第1調波として第17調波(6・N−
1)を有し、また各々は出力変圧器29に与えら
れ、この変圧器が対応位相角信号の並列加算を行
なつて、変換装置の3つの出力相の各々に出力基
本波信号を生じさせる。
3ブリツジ変換装置に対して開示された高調波
除去方法は2の整数乗ではないN個のブリツジを
有する変換装置における高次調波を除去するのに
拡散することができ、各追加ブリツジは(6・N
−1)次までの高調波の追加的称の除去を可能に
する。各Nブリツジ変換装置において、ブリツジ
のいくつかあるいはすべてからの基本波信号の位
相角は各ブリツジと少なくとも1つの他のブリツ
ジとの基本波信号の間に相対的な60゜/Nの位相ずれ を生ずるように調節される。前記N個のブリツジ
のうちの2の整数乗のうちの最大値に相当する数
のブリツジは第1群に、また残りのすべてのブリ
ツジは第2群にまとめられる。第1群が基本波信
号の位相ずれの最も大きいブリツジを含み、また
第2群が位相ずれの最小あるいは零のブリツジを
含むことは好ましい。第1群内の対応する相出力
の位相のずれた基本波信号は対をなして移相変圧
器を通じて接続されており、これらの移相変圧器
が各々位相のずれた基本波信号の大きさに、それ
と他の第1群ブリツジの対応する相出力端におけ
る位相のずれた基本波信号との間の差信号の和の
大きさと、第1群内の対応する相出力端の少なく
とも1つの他の組の位相のずれた基本波信号の間
の差信号の和の大きさと加算して、位相のずれた
各基本波信号に対して変換装置の3つの相の1つ
に対応する位相角を有する第1群基本波信号を生
ずる。存在するブリツジの数に関係して、位相の
ずれた基本波信号の加算は複数のレベルで行われ
てよく、相い次ぐレベルは群内の位相のずれた対
応する相の基本波の累増する高い数の対の間の差
信号の大きさを加算する。実際には第1レベル基
本波信号は基本波信号の各対に対して用意され、
第2レベル基本波信号は第1レベル基本波信号の
各対に対して用意される(以下同様)。一層高い
レベルの各々は、位相のずれた各基本波に、対応
する相の基本波信号の2の累増する次数の対の間
の信号差を加算する。加算により位相がずらされ
る最高次数の高調波は同様に(6・N−1)次の
第1調波まで増大する。
もし第2群内にて1つよりも多いブリツジがあ
れば、対応する相出力の位相のずれた基本波信号
は移相変圧器に対をなして同様に接続される。も
し単一のブリツジしか存在しなければ、その基本
波信号が第2群基本波信号を表わす。第1群の場
合と同様に、変圧器は位相のずれた各第2群基本
波信号に、それと他の第2群ブリツジの対応する
相出力端における位相のずれた基本波信号との間
の差信号の和の大きさと、第2群の対応する相出
力端の少なくとも1つの他の組のずれた基本波信
号の間の差信号の和の大きさとを加えて、各々に
対して、3つの変換装置位相の1つに対応する位
相角を有し、かつ同一位相角を有する第1群基本
波信号の同一次数の高調波と180゜位相のずれた
各位相角における(6・N−1)よりも低次のす
べての信号高調波を有する第2群基本波信号を用
意する。第1および第2群基本波信号の加算の結
果、(6・N−1)よりも低次の高調波が除去さ
れる。
第8図を参照すると、5ブリツジ(N=5)三
相変換装置120に対する本発明の高調波除去方
法の実施例が示されており、直流源122は導線
124,126を通じて5つのブリツジ128〜
132の入力端に接続されており、各ブリツジは
位相のずれた基本波信号を出力変圧器133に与
え、この変圧器から3つの対応する相出力端の各
相に対する和基本波信号が得られており、高調波
除去回路はブリツジと変圧器133との間に追加
されている。12゜(60/5)の極間位相角が、位相ず れのない奇数ブリツジ132に対して対称に最高
偶数ブリツジ128〜131の位相をずらすこと
により得られている。その結果、第9A〜9E図
中の各々の基本波信号により示されているよう
に、5つのブリツジは±24゜、±12゜および0゜
だけ位相がずれている。2の最高次の数のブリツ
ジ(第1群)は対をなして接続されており、各対
は移相変圧器134,136(いずれも第1図の
変圧器31と同一)に最も密に関係づけられた力
率を有するもの(ブリツジ128,129および
130,131)を含んでいることが好ましい。
各変圧器は、第1図の変圧器31に関して説明し
たように、直列LおよびS巻線の両端に生ずる対
応する相出力端の位相のずれた基本波の2つの組
の差基本波電圧の大きさを有するブリツジ対から
の関連する基本波信号の和に等しい大きさを有す
る第1レベル基本波信号を生ずる。5ブリツジ構
成では2レベルの追加が必要であり、第1レベル
はブリツジ対の2つの対応する相出力の平均位相
ずれ角から180゜の位相角における第13調波まで
高調波を回転かつ整合させる。第9F図にはブリ
ツジ128,129の対に対する第1レベル基本
波信号が示されている。+24゜および+12゜にお
ける対応する極A11,A21はそれぞれ変圧器13
4の直列LおよびS巻線の両端の電圧を加えられ
て、+18゜の平均位相ずれ角における第1レベル
基本波信号A′110,A′210を生ずる。第13調波まで
のすべての高調波は、ベクトル138により図示
されているように、第1レベル基本波から位相角
198゜へ180゜回転される。ベクトル139,14
0は対応するBおよびC相出力に対する位相回転
を受けた高調波の軸線を示している。
変圧器134,136からの第1レベル基本波
信号は三相の鉄心脚X,YおよびZを有する第2
レベル移相変圧器142に与えられており、この
変圧器は、各脚に8つの巻線の組を含むことを除
けば、移相変圧器134,136および第1図の
移相変圧器31と同一である。各脚上の巻線の各
組は、第1図の変圧器31の場合のように、残り
の2つの脚の1つの上の反対形式の巻線と反対に
直列に電気的に接続された4つのL巻線および4
つのS巻線を含んでいる。変圧器142の脚14
4は部分的に切り欠いて図示されており、変圧器
31(第1図)の各脚上の4つの巻線と同一の仕
方で、変圧器134,136の選択された出力端
に、2つのL巻線および2つのS巻線を含む4つ
の巻線の部分組として接続されたL巻線146〜
149およびS巻線150〜153を含んでい
る。変圧器142の巻数比(S/L)は第1レベ
ル信号と位相ずれのないブリツジ132のA5
力により明らかにされているように位相ずれのな
い対応する相出力の0゜位相角との間の位相角を
18゜とするように0.4618に等しい。移相変圧器1
34,136の各々の巻数比は第1レベル基本波
信号(±18゜)とブリツジ対の基本波(±12゜、
±24゜)との間の位相角を6゜とするように
0.129に等しい。各々の巻数比は式 ここにφは位相角 から決定される。
変圧器142では変圧器134,136からの
第1レベル信号に、直列LおよびS巻線に生ずる
電圧が加算されて、変圧器の出力端に第2レベル
基本波信号を生ずる。第9G図には、ブリツジ1
28〜131の対応するA1〜A4相出力端に対す
る第1レベル基本波信号が示されており、位相ず
れのないブリツジ132の位相角0゜A5相出力
に対して対称に対A′110,A′210は+18゜、または
対A′310、A′410は342゜(−18゜)位相がずれてい
る。各第1レベル信号は力率cos18゜を有する。
第2レベル基本波信号(A110−A410)は、関係す
る第1レベル信号の電圧よりも1/cos18゜倍大き
い 電圧の大きさで0゜の位相角を有する。加えて、
変圧器142は、ベクトル160により図示され
ているように、第2レベル基本波信号の位相から
180゜だけずれた位相角に(6・N−1)よりも
低い次数のすべての高調波を回転させる。各高調
波は位相ずれのないブリツジ132の対応する極
の基本波信号の同一次数の高調波の大きさの
0.264(S/L)倍の大きさを有する。
変圧器142からの第2レベル信号と、位相ず
れのないブリツジ132からの基本波信号とは、
3つの鉄心脚を有する三相の高調波除去用の移相
変圧器162に与えられており、各脚は4つの二
次巻線(Ns)および1つの一次巻線(Np)を含
む5つの巻線の組を設けられている。この変圧器
は、各脚に2つの二次巻線が追加されていること
を除けば、第1図の高調波除去用の移相変圧器3
2と同一である。対応する相の第2レベル基本波
信号は同一の組の二次巻線(Ns)を通じて接続
されている。ブリツジ132の位相ずれのない基
本波信号は対応する相の第2レベル信号と同一脚
上の一次巻線(Np)を通じて各々接続されてい
る。図面には変圧器162を切り欠いて、A相の
対応する出力端に対する接続が示されている。第
2レベル信号A110〜A410は二次巻線(Ns)164
〜167を通じて接続され、また基本波信号A51
は一次巻線(Np)168を通じて接続されてい
る。巻数比(Ns/Np)はやはり鉄心内の基本波アン ペアーターンを零とするように決定され、変圧器
162に対してこの比は0.264に等しい。
第2レベル基本波信号とブリツジ132からの
基本波信号とは第1図の3ブリツジ構成に対して
説明した仕方と同一の仕方で加算されて、ブリツ
ジ極出力端における基本波信号の電圧の大きさの
1.045倍の大きさで変圧器162からの合成出力
基本波信号を生ずる。各5つの対応する相出力端
の合成基本波信号により生ずる全電流はIT=I
+2・I・cos12゜+2・I・cos24゜=4.783・
Iに等しく、また各相における逆変換装置電力出
力は5VIに等しい。
変圧器162は第(6・N−1)あるいは第29
調波までのすべての高調波に対して変圧器32と
同一の仕方で高調波除去を行い、各第2レベル信
号高調波は位相ずれのないブリツジの対応する極
出力端からの同一次数の高調波と180゜位相がず
れている。その結果、第5,7,11,13,17,
19,23および25調波とそれらよりも高次(6N)
の第35,37,41,43,47,49,53および55調波と
の和は変圧器133から負荷に与えられる和基本
波信号により打ち消され、また和基本波信号の第
1調波は第29調波である。
本発明による高調波除去方法は2の整数乗では
ない数の逆変換装置ブリツジに対して高調波信号
除去を行い、最も経済的な逆変換装置の構成を可
能にする。同様に、本発明をその図示の実施例に
ついて説明してきたが、本発明の範囲から逸脱す
ることなく上記および他の種々の変更、省略およ
び追加がその形態および細部になされてよいこと
は当業者により理解されよう。
【図面の簡単な説明】
第1図は三相3ブリツジ変換装置とともに用い
るための本発明による高調波除去装置の一実施例
のブロツク図である。第2A〜2F図は第1図の
実施例の説明に用いられる基本波信号波形のベク
トル図である。第3A〜3E図は第1図の実施例
の説明に用いられる第2A〜2F図の基本波信号
の第5調波信号のベクトル図である。第4A〜4
E図は第1図の実施例の説明に用いられる第2A
〜2F図の基本波信号の第7調波信号のベクトル
図である。第5A〜5E図は第1図の実施例の説
明に用いられる第2A〜2F図の基本波信号の第
11調波信号のベクトル図である。第6A〜6E図
は第1図の実施例の説明に用いられる第2A〜2
F図の基本波信号の第13調波信号のベクトル図で
ある。第7Aおよび第7B図は第1図の実施例の
選択された作動波形のベクトル図である。第8図
は三相5ブリツジ変換装置とともに用いるための
本発明による高調波除去装置の一実施例のブロツ
ク図である。第9A〜9G図は第8図の実施例の
基本波信号および作動波形のベクトル図である。
第10図は第1図および第8図の実施例の説明に
用いられる変換装置ブリツジ相出力回路を部分的
に示す図である。 18……変換装置、20……直流電圧源、25
……ゲート信号源、26,27,28……変換装
置ブリツジ、29……出力変圧器、30……高調
波除去回路、31,32……移相変圧器、33…
38……鉄心脚、41…48……巻線、120…
…変換装置、122……直流源、128…132
……変換装置ブリツジ、133……出力変圧器、
134,136……移相変圧器、142……第2
レベル移相変圧器、144……鉄心脚、146…
149……L巻線、150…153……S巻線、
162……移相変圧器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 2の整数乗ではないN(第1図ではN=3、
    第8図ではN=5)個の変換装置ブリツジ26,
    27,28;128,129,130,131,
    132を有し、各ブリツジが順次120゜位相のず
    れた3つの変換装置位相の各々に基本波信号を与
    えるための相出力端A,B,Cを有し、各相出力
    端がゲート信号源25から与えられるゲート信号
    により決定される位相角で組み合わされた基本波
    信号を与え、対応する相出力端からの等しい位相
    角の基本波信号の和が各変換装置位相における出
    力基本波信号となつている三相変換装置におい
    て、 少なくとも1つの他のブリツジの対応する相出
    力端に与えられる基本波信号に対して相対的に60
    ゜/Nだけ各ブリツジの基本波信号の位相角をず
    らすようにゲート信号を調節するための手段25
    を含んでおり、また 前記N個のブリツジのうちの2の整数乗のうち
    の最大値に相当する数(第1図では2;第8図で
    は4)のブリツジ126,127;128,12
    9,130,131を含む第1群からの位相のず
    れた基本波信号に応答して、各々位相のずれた基
    本波信号の大きさに、それと他の第1群ブリツジ
    の対応する相出力端における位相のずれた基本波
    信号との間の差信号の和の大きさと、前記第1群
    内の対応する相出力端の少なくとも1つの他の組
    の位相のずれた基本波信号の間の差信号の和の大
    きさとを加え、三相変換装置の相の1つに対応す
    る位相角を有する第1群基本波信号を各々位相の
    ずれた基本波信号として生じさせるための第1変
    圧器手段31;134,136,142と、 前記第1群に含まれているもの以外のすべての
    ブリツジ128;132を含む第2群からの位相
    のずれた基本波信号に応答して、各々位相のずれ
    た第2群基本波信号の大きさに、それと他の第2
    群ブリツジの対応する相出力端における位相のず
    れた基本波信号との差信号の和の大きさと、前記
    第2群内の対応する相出力端の少なくとも1つの
    他の組の位相のずれた基本波信号の間の差信号の
    和の大きさとを加え、三相変換装置の相の1つに
    対応する位相角を有しかつ位相角の等しい前記第
    1群基本波信号の次数の等しい高調波に対して
    各々180゜だけ位相のずれた(6・N−1)より
    も低次のすべての信号高調波を有する第2群基本
    波信号を各々位相のずれた基本波信号として生じ
    させるための第2変圧器手段132;162と、 前記第1群基本波信号および前記第2群基本波
    信号に応答して、位相角の等しい前記第1群およ
    び前記第2群基本波信号を加算し、(6・N−
    1)次の第1調波を各々有する出力基本波信号を
    三相変換装置の相の各々に生じさせるための加算
    変圧器手段29,133とを含んでいることを特
    徴とする多重ブリツジ三相変換装置用高調波除去
    装置。
JP13695379A 1978-11-27 1979-10-22 Method of and device for removing harmonic waves of multiple bridge threeephase converter Granted JPS5574380A (en)

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