JPS62189518A - 無効電力補償装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アーク炉のような負荷変動の激しい負荷が
消費する無効電力または負荷に流れる電流を検出し、こ
れを打ち消す極性の無効電力を消費することにより、系
統の無効電力の変動や交流電源の受電端の電圧変動を抑
制し、照明器具等のフリッカ（ちらつき）等を防止する
ための静止型の無効電力補償装置に関するもので、特に
負荷の電源投入時における突入電流による電圧変動の抑
制対策に係るものである。

〔従来の技術〕

アーク炉等の負荷に給電する電源装置は、第２図に示す
ように、交流電源ｌにサーキットブレーカ２および炉用
変圧器などの負荷用変圧器３を直列に介してアーク炉な
どの負荷４を接続し、サーキットブレーカ２を投入する
ことにより負荷４に給電するようになっている。

アーク炉などの負荷４は無効電力が大きく、かつその変
動も大きいため、サーキットブレーカ２゜負荷用変圧器
３および負荷４の直列回路に対して並列となるように無
効電力補償装置５を交流電源ｌの受電端６に接続し、負
荷４の消費する無効電力をキャンセルして交流電源ｌが
無効電力を消費しないようにしている。

アーク炉などの負荷４に対して使用される上記した無効
電力補償装置５は、応答速度を上げるためにオープンル
ープで負荷４の無効電力ＱＬまたは負荷４に流れる電流
ＩＬを直接検出し、これと逆極性の無効電力を消費する
ようにしている。

具体的には、リアクトル１１を流れる遅相電流をサイリ
スタ１２Ａ、１２Ｂで位相制御する遅相回路１４と高調
波電流を吸収するフィルタを兼ねた進相コンデンサ設備
２１と、負荷４に流れる電流ＩＬまたは負荷４の無効電
力ＱＬを検出する検出回路２２と、この検出回路２２の
出力に応じた位相でゲートパルスを発生してサイリスタ
１２Ａ。

１２ｒ（に与えるパルス発生回路２３とを含んで構成さ
れる。

進相コンデンサ設備２１は、第２開波フイルタ１９を構
成するコンデンサ１５およびリアクトル１６と、第３ｆ
ｌｌ波フイルタ２０を構成するコンデンサ１７およびリ
アクトル１８とで構成されている。

′　７は電流検出用の変流器、８は電圧検出用の変圧器
、９は電源インピーダンス（リアクタンスＸｓ）、１３
は変圧器である。

このように構成した無効電力補償装置５は、アーク炉等
の負荷４に流れる電流ＩＬまたは無効電力ＱＬを検出回
路２２で検出し、検出回路２２の出力に応じたゲートパ
ルスをパルス発生回路２３より発生させてサイリスタ１
２Ａ、１２Ｂに与えることにより、負ｖＩ４から発生す
る無効電力ＱＬが変動しても合成された遅相無効電力が
一定となるように遅相回路１４のサイリスタ１２Ａ、１
２Ｂを位相制御し、上記一定になった遅相無効電力を進
相コンデンサ設備２１で一括進相補償し、かつ進相コン
デンサ設備２１を構成する第２調波フイルタ１９および
第３調波フイルタ２０で負荷４から発生する第２開波や
第３１１１１波を吸収して、交流電源１に上記の高調波
電流を流出させないようになっている。なお、無効電力
ＱＬは、電流ＩＬと受電端６の電圧Ｖｓとから検出され
る。

上記のようにして、負荷４に対する無効電力補償を行い
、受電端６の電圧変動やフリッカを低減させ、特に負荷
４がアーク炉のような場合、進相コンデンサ設備２１で
力率改善を行う他に、低次高調波を低減させるようにし
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

負荷４であるアーク炉はチャージ中に行われる連装や過
電流継電器のトリップ時にサーキットブレーカ２を数回
大切する。このため、１日にほぼ１００−１５０回程度
量−キットブレーカ２の開閉が行われる。サーキットブ
レーカ２の投入時は負荷用変圧器３である炉用変圧器が
投入され、突入電流が流れて大きな電圧変動が発生し、
前記した無効電力補償装置５が無効電力補償動作を行う
。

この際、無効電力補償値Ｗ、５には、第２調波フイルタ
１９や第３開波フイルタ２０が付随しているため、上記
突入電流中の高調波電流は交流電源１へは流出せず、第
２調波フイルタ１９および第３調波フイルタ２０へ流れ
込むことになる。したがって、受電端６の電圧変動は上
記の高調波を除いた電流で発生することになる。

ところが、無効電力補償装置５は、前述したように、ア
ーク炉に流れる電流ＩＬそのものを直接検出して無効電
力補償を行っているので、制御エラーを発生することに
なる。すなわち、サーキットブレーカ２を投入したとき
の炉用変圧器の突入電流ＩＬ　　（第２１１波電流ｉ２
．第３調波電流Ｉ３を主とする）は、交流電源ｌ側への
流出分の電流Ｉｓと第２調波フイルタ１９および第３ｉ
１１波フイルタ２０への分流分の電流１２．１３とに分
流する。このときの受電端６の電圧変動ΔＶｓはΔＶｓ
’１４．−ＸＳ であるが、無効電力補償装置５は電流■Ｌで制御を行っ
ているため、制御エラーを発生することになる。

以下、この点につき詳しく説明する。第２図の回路にお
ける受電端６の電圧ｖｓは交流型ｔＡ１の電圧をＶとし
たときに、 ｖｓ−Ｖ−１ｓ　−ｘｓ となる。負荷用変圧器３である炉用変圧器が定常状態と
なったときは、電流Ｉｓと電流■、が等しいので、 ＶＳ−Ｖ−ＩＬ　−Ｘｓ であり、第２図における無効電力補償装置５は、上式に
おけるＩＬ−Ｘｓを低減させるように動作して遅相電流
１．を流して無効電力補償を行う。

もし、第２調波フイルタ１９および第３調波フイルタ２
０がなければ、サーキットブレーカ２の投入時において
も、 Ｉｓ−夏り であって、第２および第３調波を含んだ電流ＩＬがその
まま交流電源１へ電流Ｉｓとして流出し、受電端６の電
圧Ｖｓは、 Ｖｇ　＝Ｖ−２Ｘ５　・１２　３Ｘｓ　　・＋３　Ｘｓ
　Ｉｔ＝Ｖ−Δｖ１ となる、ただし、 ΔＶｌ−２Ｘ５　　・＋２　＋３ＸＳ　　・１３　＋Ｘ
ｓ　・ＩＩである。なお、１１は基本波電流である。

したがって、この場合には、無効電力補償装置５に制御
エラーは発生しない。

ところが、第２調波フイルタ１９および第３開波フイル
タ２０が設けられていると、第２および第３！１波電流
１２．１３は第２調波フイルタ１９および第３調波フイ
ルタ２０を通してそれぞれ流れ、交流電源１にはほとん
ど流出しないので、受電端６の電圧Ｖｓは Ｖｓ　−ｖ−ｘｓ　　−ｔ　。

＝Ｖ−Δｖ２ となる、ただし、 Δｖ、、−Ｘｓ　　・Ｉ。

である。

したがって、第２および第３開波電流１２．１３を多く
含んだ電流ｔＬをそのまま検出しで制御を行うと、受電
端６の電圧変動の補償を正確に行えなくなる。

この発明の目的は、電源投入時および定常時の両方にお
いて制御エラーなく補償動作を行って受電端の電圧変動
を低減することができる無効電力補償装置を提供するこ
とである。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 この発明の無効電力補償装置は、交流電源の受電端に負
荷と並列接続されたリアクトルおよびサイリスタの直列
回路からなり前記リアクトルに流れる遅相電流を前記サ
イリスタで位相制御する遅相回路と、この遅相回路と並
列に接続され一定の進相電流を流す高調波フィルタ兼用
の進相コンデンサ設備と、前記負荷の無効電力または前
記負°荷に流れる電流を検出する第１の検出回路と、前
記交流電源の受電端の電圧を検出する第２の検出回路と
、前記第１および第２の検出回路の出力に応じた位相で
ゲートパルスを発生して前記サイリスタへ与えるパルス
発生口路と、前記負荷の投入直後から前記負荷が定常状
態に達するまでの期間前記第２の検出回路を作動させ前
記負荷が定常状態に達した後の期間前記第１の検出回路
を作動させる切替器とを備えたものである。

〔作用〕

この発明の構成によれば、負荷の無効電力または負荷に
流れる電流を検出する第１の検出回路と交流電源の受？
ｌｉ端の電圧を検出する第２の検出回路と、第１および
第２の検出回路を選択的に作動させる切替回路とを設け
、負荷の投入直後から負荷が定常状態に達するまでの間
第２の検出回路を作動させ、負荷が定常状態に達した後
は第１の検出回路を作動させるようにしたため、負荷の
投入直後に負荷に流れる突入電流による交流電源の受電
端の電圧変動を制御エラーなく抑えることができる。し
かも、突入電流に含まれる低次高調波の除去機能は損わ
れることはない。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。この
無効電力？ｉ！ｉ償装置５０は、ｇＪＪ１図に示すよう
に、交流電源１の受電端６にアーク炉などの負荷４と並
列接続されたリアクトル１１およびサイリスタ１２Ａ、
１２Ｂの直列回路からなり前記リアクトル１１に流れる
遅相電流ＩＱを前記サイリスタ１２Ａ、１２Ｂで位相制
御する遅相回路１４と、この遅相回路１４と並列に接続
され一定の進相電流を流す高調波フィルタ兼用の進相コ
ンデンサ設備２１と、前記負荷４の無効電力または前記
負荷４に流れる電流を検出する第１の検出回路２２と、
前記交流電源ｌの受電端６の電圧を検出する第２の検出
回路２４と、前記第１および第２の検出回路２２．２４
の出力に応じた位相でゲートパルスを発生して前記サイ
リスタ１２Ａ、１２Ｂへ与えるパルス発生回路２３と、
前記負荷４の投入直後から前記負荷４が定常状態に達す
るまでの期間前記第２の検出回路２４を作動させ前記負
荷４が定常状態に達した後の期間前記第１の検出回路２
２を作動させる切替器２５とを備えている。

この無効電力補償装置５０は、第２図にける無効電力補
償装置５に対し、検出回路２４およびタイマ等で構成さ
れる切替器２５を付加したもので、その他の構成は第２
図と同じである。

この無効電力補償装置５０は、負ｒｒＩ４の投入直後か
ら負荷４が定常状態に達するまでの期間（例えば１０〜
３０秒程度）は切替器２５によって検出回路２４を選択
的に作動状態にし、負荷４が定常状態に達した後の期間
は切替器２５によって検出回路２２を選択的に作動状態
にする。

検出回路２５は、交流電源１の受電端６の電圧Ｖｓを検
出し、これをパルス発生回路２３へ与える。パルス発生
回路２３は、検出回路２４から与えられる電圧に応じた
位相でゲートパルスを発生してサイリスタ１２Ａ、１２
Ｂに与えることになる。この結果、交流電源１の受電端
６の電圧■ｓの変動を抑えるようにサイリスタ１２Ａ、
１２Ｂの点弧位相が制御されることになる。したがって
、サーキットブレーカ２の投入時に負荷用変圧器３に第
２および第３１Ｉｌ波を多く含んだ大きな突入電流（定
格電流の５〜６倍程度の電流）が流れた場合において、
第２および第３ｔｌｌ波電流が第３調波フイルタ２０お
よび第３調波フイルタ２０を通して流れ、第２および第
３謂波電流が交流電源１の受電端６の電圧変動に関係し
ない場合であっても、制御エラーなく電圧変動を抑える
ことができる。

検出回路２２は、従来例と同じように負荷４に流れる電
流ＩＬと交流電源１の受電端６の電圧Ｖｓとを検出する
ことにより無効電力ＱＬを検出し、これをパルス発生回
路２３へ与える。パルス発生回路２３は、検出回路２２
から与えられる電圧に応じた位相でゲートパルスを発生
してサイリスタ１２Ａ、１２Ｂに与えることになる。こ
の結果、無効電力ＱＬの変動を抑えるとともに交流電源
１の受電端６の電圧ＶＳの変動を抑えるようにサイリス
タ１２Ａ、１２Ｂの点弧位相が制御されることになる。

なお、定常状態においては電流ＩＬ中の第２調波および
第３開波等の低次高調波は比較的少く、受電端６の電圧
Ｖｓの変動は電流ＩＬの変動に応答するので・、電流■
しを検出するのみで、サイリスタ１２Ａ、１２Ｂの点弧
位相を制御しても、無効電力ＱＬの検出時と同じように
無効電力補償を行うことができる。

切替器２５は、交流電源１の受１ｉ端６の電圧Ｖｓを検
出回路２２．２４に切替供給することによって検出回路
２２．２４を選択的に作動させているが、検出回路２２
．２４の出力側に切替器を設け、両検出回路２２．２４
の出力を切替器によって選択的にパルス発生回路２３へ
供給するようにしてもよい。

なお、上記以外の動作は従来例と同じであるので詳細は
省く。

この実施例の無効電力補償装置５０は、負荷４の無効電
力ＱＬまたは負荷４に流れる電流ＩＬを検出する検出回
路２２と交流電源１の受電端６の電圧ＶＳを検出する検
出回路２４と、両検出回路２２．２４を選択的に作動さ
せる切替回路２５とを設け、サーキットブレーカ２の投
入直後から負荷４が定常状態に達するまでの量検出回路
２４を作動させ、負荷４が定常状態に達した後は検出回
路２２を作動させるようにしたため、サーキットブレー
カ２の投入Ｉｉ！ｆ後に負荷用変圧器３に流れる突入電
流による交流電源１の受電端６の電圧Ｖｓの変動を制御
エラーな（抑えることができる。しかも、突入電流に含
まれる低次高調波の除去機能は損われることはない。

〔発明の効果〕

この発明の無効電力補償装置によれば、負荷の無効電力
または負荷に流れる電流を検出する第１の検出回路と交
゛流電源の受電端の電圧を検出する第２の検出回路と、
第１および第２の検出回路を選択的に作動させる切替回
路とを設け、負荷の投入直後から負荷が定常状態に達す
るまでの間第２の検出回路を作動させ、負荷が定常状態
に達した後は第１の検出回路を作動させるようにしたた
め、負荷の投入直後に負荷に流れる突入電流による交流
電源の受電端の電圧変動を制御エラーなく抑えることが
できる。しかも、突入電流に含まれる低次高調波の除去
機能は損われることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は従来例の構成を示すブロック図である。 ｌ・・・交流電源、４・・・負荷、６・・・受電端、１
１・・・リアクトル、１２Ａ、１２Ｂ・・・サイリスタ
、１４・・・遅相回路、２１・・・進相コンデンサ設備
、２２・・・検出回路、２３・・・パルス発生回路、２
４・・・検出回路、２５・・・切替器 特許出願人　　日新電機株式会社 １−一一丈未電濠 ４−一一令薪 ６−一一受電纒 １１−−−リアクト１し １２Ａ、１２Ｂ−ｍ−サイリスタ １４−Ｊ褐口路 ２ｌ−ｊｌｌココダンサ１８亀 ２５−一一切ＩＩ器 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源の受電端に負荷と並列接続されたリアクトルお
   よびサイリスタの直列回路からなり前記リアクトルに流
   れる遅相電流を前記サイリスタで位相制御する遅相回路
   と、この遅相回路と並列に接続され一定の進相電流を流
   す高調波フィルタ兼用の進相コンデンサ設備と、前記負
   荷の無効電力または前記負荷に流れる電流を検出する第
   １の検出回路と、前記交流電源の受電端の電圧を検出す
   る第２の検出回路と、前記第１および第２の検出回路の
   出力に応じた位相でゲートパルスを発生して前記サイリ
   スタへ与えるパルス発生回路と、前記負荷の投入直後か
   ら前記負荷が定常状態に達するまでの期間前記第２の検
   出回路を作動させ前記負荷が定常状態に達した後の期間
   前記第１の検出回路を作動させる切替器とを備えた無効
   電力補償装置。