JPS62143115A - 無効電力補償装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電力系統に変動負荷と並列に接続されたサイリ
スタにより位相制御されるリアクトルとコンデンサの組
合せにより変動負荷の無効電力を補償する無効電力補償
装置の制御装置に関するものである。

〔発明の技術的な背景とその問題点〕

一般にアーク炉のようにその無効電力の変動が不規則で
かつ変動周波数が速い場合、そのような無効電力変動を
効果的に補償するには無効電力変動に対する補償装置の
応答をできるだけ速くする必要がある。そのためには無
効電力補償装置は負荷の無効電力の急変に対して遅れな
く検出できる無効電力検出器および検出した無効電力に
応じて迅速にサイリスタの点弧位相角を決定する位相制
御回路を有していることが不可欠である。

第３図は一般に用いられている無効電力補償装置の主回
路を示す構成図である。第３図において１はコンデンサ
であり、　その進相無効電力はＱ。

である。２はリアクトルでリアクトル２に流れる電流は
直列に接続された逆並列サイリスタ３により位相制御さ
れる。逆並列サイリスタ３によりリアクトル２が電源か
ら取る遅相無効電力ＱＬは０〜１００％の間で任意に変
化させ得る。

第４図は第３図において電源電圧Ｖに対して制御角αで
逆並列サイリスタ３を点弧したときに、リアクトル２お
よび逆並列サイリスタに流れる電流■を示す。逆並列サ
イリスタ３の点弧位相角αを変えると電流の実効値が変
化することがわかる。

また点弧位相角αとリアクトル２に供給される無効電力
Ｑ　＋−どの関係は第５図に示される。　このようにし
て逆並列サイリスタ３の点弧位相角αを制御すればリア
クトル２の取りうる遅相無効電力ＱＬを制御することが
できるので、コンデンサ１の進相無効電力Ｑｃと組み合
せると進相無効電力を供給する無効電力補償装置となる
。例えば第３図においてコンデンサ１の取る進相無効電
力とりアクドル２の取る最大遅相無効電力を等しいもの
とすると、電源から取る合成無効電力ＱＬはＱＬ＝ＱＣ
＋ＱＬ　　　　　　　　　　”’■となる。無効電力Ｑ
ｃとＱＬの極性は遅れが正で、進みで負として表した。

■式から明らかなように逆並列サイリスタ３の点弧位相
角αを変えることにより電源から取る合成無効電力ＱＬ
は０〜１００％の間で制御することができる。したがっ
て第３図に示すように変動負荷の遅相無効電力ＱＦが変
化する場合、　ＱＦの値を検出してその値に等しい進相
無効電力を無効電力補償装置の合成無効電力ＱＬにより
電源から取ると負荷４　の取る無効電力ＱＦを補償する
ことができる。

さて、電力系統に接続される負荷の無効電力が変動する
場合、系統のインピーダンスによって受電端電圧が変動
することが一般に知られている。

無効電力変動の大きな負荷の例としてはアーク炉があり
、周期が不規則で変化が速くかつ変動幅の大きな遅相無
効電力が電力系統を流れるため、アーク炉が接続された
系統の電圧は激しく変化し電圧フリッカを発生し種々の
悪影響を及ぼすことになる。

この種の無効電力変動を効果的に制御する手段として第
３図に示した無効電力補償装置が使用され、負荷４の無
効電力ＱＦを補償すべき合成無効電力ＱＬを発生させる
点弧位相角αで逆並列サイリスタ３を電源周波数の１７
２サイクル毎に点弧し負荷の無効電力変動を補償し、フ
リッカを抑制することになる。この場合に必要なことは
負荷の無効電力の変動をいかに速く検出するかというこ
とであり、その検出の速度により無効電力補償装置の補
償能力が決まることになる。

第６図は従来用いられてきた無効電力補償装置の制御回
路を示す。１〜４については第３図と同様であるので省
略する。５は電圧検出用変圧器。

６は変流器で負荷電流ｉＦを検出する。　７は抵抗で負
荷電流ｉｐに比例した電圧信号を得るために用いられる
。８は制御回路であり、８１は変圧器５と抵抗７によっ
て、それぞれ得られた負荷電圧Ｖと負荷電流ｉＦに応じ
た負荷の無効電力を検出する無効電力検出回路である。

８２は関数変換回路で検出した負荷の無効電力に対して
サイリスタ３で制御すべき無効電力を決定する回路であ
る。８３は位相制御回路、８４はゲート回路である。位
相制御回路８３ではサイリスタ３の点弧位相を決定する
。

ゲート回路８４は位相制御回路８３で決定された点弧タ
イミング信号を増幅し、サイリスタ３のゲートを点弧さ
せる。サイリスタ３よりリアクトル２に流れる電流が制
御され、遅相無効電力が調整される。このようにして負
荷４で発生した無効電力はりアクドル２による遅相無効
電力とコンデンサ１による進相無効電力とにより補償さ
れる。

第６図は単相の場合の無効電力補償装置と負荷４を示し
たが、負荷４は一般に三相回路の場合が多い。第７図に
アーク炉の負荷を示した。１０１は炉用変圧器、１０２
は電極、１０３はアーク炉の炉体、１０４は鉄クズなど
の溶解するための材料である。電気エネルギーは電極１
０２を通して、溶解材料１０４に与えられ、材料１０４
は溶ける。これはアークによる熱により溶解されるが、
アークはアーク炉内の溶解材料の材質、形状、挿入方法
等によりアーク切れが発生することがある。第８図にア
ーク炉の等価回路を示した。　１０１は第７図で示した
炉用変圧器と同じである。第８図（ａ）は三相ともアー
クがつながり、負荷がつながっている場合を示した。

２０１〜２０３は負荷インピーダンスである。第８図（
ｂ）は、三本の電極１０２のうち一本がアーク切れを起
こした場合であり、アーク炉は単相運転となる。

この単相回路に流れる電流は電圧に対して９０’以上遅
れか、又は進みとなることがある。これを第９図に示し
た。第９図（ａ）は電圧波形に対して電流が遅れとなっ
ており、通常のアーク炉のアークが三本ともつながって
いるときの波形である。Ａ期間は負荷の無効電力を検出
する期間で、Ｂ期間は検出した無効電力により点弧パル
スを出す期間である。第９図（ｂ）は電流が電圧に対し
て９０’以上遅れている場合を示してあり、アーク切れ
をおこした場合に相当する。またＢ期間でサイリスタの
点弧パルスを出すが負荷の変動に対して速く追従した制
御をするためにはＡ期間で負荷の無効電力の検出が必要
である。ところが無効電力を検出する期間Ａで電流波形
が零クロスしない無効電力を検出することは困難であっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は前述のような欠点を解決するため、無効
電力補償装置の制御装置を提供しようとするものである
。

〔発明の概要〕

無効電力補償装置は半サイクル毎に無効電力の変動を補
償するために、負荷だけの無効電力を検出し、負荷の無
効電力Ｑ　Ｆ　？補償装置のコンデンサの無効電力Ｑｃ
とリアクトルの無効電力ＱＬとしたときにＱ　Ｌ＋　Ｑ
　Ｆ　＝　　Ｑ　ｃの関係が成立するようにリアクトル
の無効電力ＱＬを制御するものである。

本発明は負荷の無効電力ＱＦを検出するために有効電流
信号と無効電流信号を用い、９０°以上の遅れや進み電
流でも検出できるようにするものである。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例の一例を第１図に示す。従来の無効電力
補償装置とその制御回路の概略ブロック図を示す第６図
と同一機能のものは同一符号を付け、説明を省略する。

８５は、有効分の電流発生回路、８６は無効分の電流発
生回路、８７は加算点、８８は無効電力信号発生回路、
８９は差し引き点である。

変流器６と抵抗７により負荷電流ｉｐに比例した電圧信
号を加算点８７に入力する。また有効分の電流発生回路
８５は電圧波形に同相の正弦波を発生するもので、その
出力を加算点８７に入力する。また無効分の電流発生回
路８６は電圧波形より９０”位相遅れの正弦波を発生す
るもので、その出力を加算点８７に入力する。加算点８
７ではそれらの３つを時々刻々加算しその出力を無効電
力検出回路８１に入力し、変圧器５からの電圧信号とで
無効電力検出回路８１により無効電力を検出する。無効
電力検出回路８１の出力は差し引き点８９に入力される
。無効電力信号発生回路８８は直流電圧値が出方され、
その値は無効分の電流発生回路８６から出力される電流
信号の無効電力と同じ値とし、差し引き点８９に入力さ
れ、加算点８７で加算した分を引くことになる。差し引
き点８９の出力は関数変換回路８２に入力される。この
関数変換回路８２以降は第６図で説明したものと同じで
ある。

以上に説明したように構成されている。

第１図の一実施例の如く構成した場合の作用を第２図の
タイムチャートを用いて説明する。

第２図のタイムチャートにおいて、（ａ）と（ｂ）は負
荷電流が電圧に対して９０’以上遅れている場合であり
、（Ｃ）と（ｄ）は負荷電流が電圧に対して進みになっ
ている場合である。最初に９０″以上遅れた場合の（ａ
）と（ｂ）について説明する。（ａ）は電圧波形を基準
として、電流波形を記したもので、電圧と同相の有効分
の電流波形信号と電圧波形から９０’遅れとなっている
波形を破線で示した。これらを第１図に示す通りに加算
したものを第２図（ｂ）に示す。　この結果図示の通り
９０°以上遅れている電流は即ちＢ期間で零クロスした
ものはＡ期間で零クロスするようになった。ここで有効
分の電流発生回路８５から信号を差し引がないのは無効
電力検出回路８１で除去されるからである。

次に第２図（ｃ）と（ｄ）について説明する。アーク炉
は本来遅相負荷であるがアーク切れをおこすことで進み
になることがある。第２図（ｃ）は電圧波形を基準にし
て進み電流を示した。さらに電圧波形と同相の有効分の
電流信号と電圧波形と９０”位相を遅らせた無効分の電
流信号を破線で示した。

電流信号、有効分の電流信号と無効分の電流信号の３つ
を加算した波形を第２図（ｄ）に示す。Ｃ期間で零クロ
スしていた電流波形はＡ期間で零クロスしていることが
分かる。

以上の説明から検出遅れが少なく、ｉ単な回路構成によ
り半サイクル毎に変動する負荷の無効電力を速みやかに
補償するように無効電力補償装置は応動する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、三相アーク炉において、アーク切れに
より単相運転となり、見かけ上進み無効電力となったり
９０°以上遅れの無効電力となったりする。この場合に
も遅れなく無効補償電力補償ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の無効電力補償装置とその概略ブロック
図、第２図は本発明の詳細な説明するためのタイムチャ
ート、第３図は一般に用いられる無効電力補償装置の主
回路を示す構成図、第４図は逆並列サイリスタを点弧し
たときにリアクトルに流れる電流波形、第５図は点弧位
相角αとリアクトルの無効電力ＱＬの関係のグラフ、第
６図は従来例の無効電力補償装置とその制御回路の概略
のブロック図、第７図はアーク炉の説明図、第８図はア
ーク炉の等価回路でアーク切れ時の説明図、第９図はア
ーク炉のアーク電流が切れたときに単相運転となる電圧
と電流の位相関係を示した図である。 １・・・コンデンサ　　　２・・・リアクトル３・・・
逆並列サイリスタ　　４・・・負荷５・・・変圧器　　
　　　６・・・変流器７・・・抵抗　　　　　　８・・
・制御回路８１・・・無効電力検出回路　　８２・・・
関数変換回路８３・・・位相制御回路　　８４・・・ゲ
ート回路８５・・・有効分の電流発生回路 ８６・・・無効分の電流発生回路　　８７・・・加算点
８８・・無効電力信号発生回路　８９・・・差し引き点
１０１・・・炉用変圧器　　１０２・・・電極１０３・
・・炉体　　　　　１０４・・・溶解材料２０１〜２０
３・・・負荷インピーダンス代理人　弁理士　則　近　
憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 第４図 第５図 第６図 第７図 （ａ　）　　　　　　　　　　＜ｂ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変動負荷が発生する無効電力を補償するために、電力系
   統と変動負荷との間にリアクトルとコンデンサを並列に
   設け、前記リアクトルに流れる電流をサイリスタにより
   位相制御する無効電力補償装置において、前記電力系統
   電圧と同相の有効分の正弦波電流を得る手段と、前記電
   力系統電圧より９０°位相遅れの無効分の正弦波電流を
   得る手段と、前記変動負荷の電流に前記有効分の正弦波
   電流と無効分の正弦波電流を重畳する手段と、重畳され
   た電流から無効電力を検出する手段と、当該手段によっ
   て得られる無効電力からあらかじめ重畳させた無効部の
   電流値に相当する無効電力値を差し引くことにより前記
   電力系統の無効電力を検出する手段を具備してなる無効
   電力補償装置の制御装置。