JPS6260013A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は無効電力補償装置に係り、交流電源系統から交
流母線を介して無効電力変動の激しい負荷に電力を供給
するシステムにおいて、効果的な無効電力補償を行うた
めの無効電力補償装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、大容量のアーク炉設備が交流電源系統に接続され
運転されるようになった。周知の如く、アーク炉は炉中
の溶解物の状態によシ急変動する無効電力を電源側に発
生する。この急変動する無効電力は電源系統インピーダ
ンスとの相互作用で電圧波形を歪ませ、照明器具のフリ
ッカの原因になり、及び、電源設備の利用率を低下させ
る原因になっている。このため、大容量のアーク炉等を
設備する時にはアーク炉に並置して無効電力補償装置を
備え、こればよりアーク炉の発生する急変動する無効電
力を補償し、交流電源系統の無効電力の変動を抑制して
いる。

このよ″）な無効電力補償装置については、例えば〔文
献〕電気学会技術報告（■部）、昭和５４年４月第７６
号Ｐ２６〜Ｐ３１、「無効電力・高調波対策のための電
力変換技術」、整流器常置専門委員会綿、に詳述されて
おり、その構成は第５図に示すような電力供給システム
となる。

即ち、同図において、１０はアーク炉等の負荷であり、
炉１２の中に鉄環金入れ電極１１を通して放電により電
流を流し、内部の鉄を加熱溶解している。９は炉用トラ
ンスである。

１０θは無効電力補償装置であり、リアクトル部３θ０
と高調波フィルタを兼ねた進相コンデンサ部２００で構
成される。リアクトル部３００はリアクトル３０２Ｕ〜
３θ２Ｗとそれに直列接続された逆並列サイリスタＪ　
０１　ｔ、Ｊ〜３０１Ｗと、負荷電流検出器８７Ｒ，８
１Ｓ。

ＢＩＴと電圧検出用トランス７０と、その制御回路３５
０よりなり、アーク炉１０の無効電力を検出し、その検
出値に応じてサイリスタ３０１Ｕ〜３０１Ｗの導通角が
調整され、リアクトルの電流が制御されて℃・る。即ち
、無効πｉ力補償装置１００では、進相コンデンサ２０
００作用と相まってリアクトル３０２Ｕ〜３０２Ｗの電
流が制御され、アーク炉１０の発生無効電力（遅れ）と
等しい量の進み無効電力を線５１Ｂ。

５１Ｓ、５１Ｔに発生するよう制御され、三相母線４の
点では無効電力は無くなシ負荷の有効電力だけが流れる
ようになる。従って、母線４の電圧歪は低減され、また
電源設備の利用率が向上することとなる。３は三相交流
電源系統に存在する系統インピーダンス、１は三相交流
電源系統又は送配電母線などの電力供給源である。

以上の構成の無効電力補償装置１０θでは、制御回路３
５０によシ負荷１０の発生する無効電力をいかに正確に
検出するか、が装置性能を左右するポイントになってい
る。この無効電力検出回路の一例を第６図に示す。

即ち、第６図は特開昭５９−１３９４１６の第２図に開
示されている方法であり、まず母線電圧ｅの９０°遅相
波形ｅｓｏと負荷電流へとの積ｑをつくると、ｑには直
流成分（無効電力成分）とそれに基本波周波数の２倍で
振動する交流成分が含まれる形になり、この信号を低域
通過フィルタに通し直流分ｑｖＡＲ（無効電力を示す量
）を検出し、これに基づいてリアクトル部３００の電流
を制御している。

その他、種々の無効電力検出法が提案されているが、そ
の主旨は特開昭５９−１３９４１６に開示されている原
理に帰着できる。

以上が従来の無効電力補償装置の説明であるが、この装
置では次のような欠点がある。即ち、アーク炉等の発生
する変動電力（有効電力・無効電力も含めて）を分析す
ると、その中には変動しない直流量の成分（即ち、正相
電圧と正相電流に起因する正相電力）と変動する成分（
即　　　□ち、正相電圧と逆相電流に起因する逆相電力
）とを含んでいるが、従来の無効電力検出法はこれら正
相電力と逆相電力を明確に分離するという概念がなく、
そのため電力を正相電力と逆相電力が渾然一体と混った
形の単なる変動分としてのみとらえ、それに基づいてリ
アクトル電流を制御している。そのため、従来の無効電
力補償装置では補償対象を何にするか、即ち、正相無効
電力（変動しない成分）を制御しているのか、逆相無効
電力（変動する成分）を制御しているのか、の識別が原
理的にできず、より高度な制御への展開が不可能であっ
た。

近年、交流電力系統の電力の品質向上が強く求められ、
これに応するためのアーク炉等のフリ、力対策用の無効
電力補償装置、及び、交流電力系統の安定化対策用の無
効電力補償装置のより高度な制御が強く求められており
、この要求を満すための新規な制御概念に基づく精度の
良い電力検出法（有効分、無効分を含めて）を備えた無
効電力補償装置の出現が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされた本ので、
その目的はアーク炉等の負荷の発生する無効電力の補償
を行う装置において、負荷電流の中の正相分と逆相分を
分離検出し、それにより補償対象を明確にして制御を行
うことにより、高精度の補償制御を行えるようにした無
効電力補償装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために交流電源系統に接続
される負荷が発生する無効電力を補償する無効電力補償
装置において、 検出した負荷電流を２相変換して得られた２相電流信号
と、負荷がつながる交流母線電圧に同期した単位２相電
圧信号と、交流母線電圧の周波数の２倍の周波数の単位
２相電圧信号とを用い、これらの信号の演算を通じて負
荷電流の中の正相無効分及び逆相成分を分離検出し、こ
の検出信号に基づいて無効電力補償装置の電流指令を作
成し、この電流指令値に基づいて無効電力補償装置を制
御することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明の無効電力補償装置を備えた電力供給システム（
以後の説明の便のため、三相系で説明する）は第５図と
同一であシ、前述の従来例の説明で言及した要素につい
ては、ここでは説明を省略する。

第５図において８１Ｒ，８１ｇ、ＢＩＴは電流検出器で
ありアーク炉１０の電流（輸い’ａｌｔ’ＴＬ　）を検
出し制御回路３５０に導く。７ｏは電圧検出器でおシア
ーク炉１０（炉用トランス９も含む）がつながる母線の
電圧（ｅＢＢ　＋　ｅＢア。

６’ＴＩｌ　）を検出し制御回路３５０に導く。ｓｏ。

はリアクトル部であシ通常はデルタ結線され、サイリス
タ３０１Ｕ〜３０１Ｗの点弧角の調整によシミ流の大き
さが調整される。リアクトル底流は通常基本波の他に高
調波を含んだ歪波形となる。

４００は本発明を盛込んだ演算回路であシ、電流信号輸
Ｌ　ｔ　’ｓＬ　ｖ　’ＴＬと電圧信号ｅＲｇｐｅＢ？
、ｅＴＲを入力し種々の演算を行い、リアクトル部３０
θが流すべき基本波電流を指示するための直流値の電流
指令１：、Ｉζ、工：　を出力する。

５θθは点弧制御器であり、電流指令値工♂。

じ、■÷を受けて動作し、Ｔｏ　＋　Ｉｙ　、　Ｉ”で
指示された電流（基本波成分）をリアクトル３０２Ｕ、
３０２Ｖ、３０２Ｗが流すよ５サイリスｐ３ｏＩＵ、３
ｏＩＶ、３σＩＷを点弧制御する。

演算回路４００と点弧制御器５００を合わせたものを制
御回路３５０と称し、この回路の詳ＭｆＵを第１図に示
す。

次に本発明の主要部を第１図、第２図により説明する。

なお、本発明では第５図のリアクトル部３００がデルタ
結線された場合を例にして以下の説明を進める。第１図
と第５図の同−記号力所は同一要素同一信号を表わす。

第１図において、４０２は線／相変換器であり、第５図
の線電流として検出した負荷電流信号’ＩＬ　＊　ゼ８
Ｌｌ’？Ｌを式（１）の演算によりデルタ結線の相電流
’ＵＬ　ｌ　’ＶＬ　ｙ　’ＷＬに変換する（式（１）
の変換は第５図のりアクドル部３００がデルタ結線時に
必要な変換であシ、スター結線ではこの変換は不要とな
る）。

４０３は２相変換器であＪ）電流信号ｉ。Ｌ。

’ＭＬ　ｌ　＄ＷＬを式（２）の演算にょシ２相電流信
号ゼ１．Ｌ、イ１ｑＬに変換する。

４０６は第５図の交流母線電圧信号８１１１１１ｅｓｔ
　ｌ　ｅＴＩｌを入力し、それをもとにフェイズロック
ループ回路（ＰＬＬ回路）を構成して得られる２相信号
発生器であり、その出力として、第５図におい゛Ｃ第１
相をＲ相、第２相をＳ相、第３相をＴ相とすると、第１
相と第２相の線間電圧ｅＲｓに同期した単位正弦波信号
ｅτｄ、と、それより９０°進んだ単位正弦波信号ｅｊ
ｑｔｓ及びそれの位相信号θτむを出し、ｅフｄ□＋　
８１ｑｌは式（３）で表わせる（なお、第５図のりアク
ドル部３００がスター結線の場合には８ｉｄｌ　ｔ　ｅ
ｌｌｑｌは第１相の相電圧に同期させる）。

４０７も２相発生器であり、位相角信号θｌｄｌを受け
て動作し交流母線電圧周波数の２倍の周波数を持つ式（
４）の２相電圧信号ｅ↑ｄ２＋ｅ丁、２を発生する。

４０４は演算器であり信号’１ｄＬ　ｗ　’１ｑＬ及び
ｅフｄｉ　＋　８７ｑ、を入力し、式（５）により信号
ＱＩＮ　ＩＰＩＮを演算する。

負荷電流輸Ｌ　Ｉ　’ＳＬ　ｔ　’ＴＬが正相分／逆相
分を含む場合、ＱＩＮ　？　ＰＩＮは直流分と基本波の
２倍の周波数で振動する交流分を含んだ脈流と心−る。

４０９は分離器であり、４１０，４１１の直流検出フィ
ルタと４１２，４１３の加算器で構成されており、信号
Ｑ１．Ｎ、ＰＩＮを入力し、直流検出フィルタ４１０，
４１１によりＱＩＮ　Ｉ　ＰＩＮの直流分を検出し信号
ＱＩＮＤ　？　ＰＩＮＤと１−て出力するとともに、加
算器４１２，４１３の所で信号ＱＩＮ　ｅ　ＰＩＮの中
から直流分、即ちＱＩＮｔｌｌＰＩＮＤを取り去り、交
流成分だけを信号ＱＩＮＡＩＰＩＮＡとして出力する。

こうして得られたＰＩ　Ｎｌ）＋ＱＩＮＤ￥ｉ式（１）
の第１相電流匂、が含む逆相電流を、第１相と第２相の
線間電圧に同相の成分（ＰＩＮＤ）とそれと９０°位相
の異なる成分（ＱＩＮＤ）に分解した時の各成分の電流
を表わしておシ、ここではＰＩＮＤを第１相の同相逆相
電流信号、ＱＩＮＯを第１相の９０°逆相電流信号と呼
ぶことにする。

４０８は演算器であり信号ＱＩＮＡ　ｗ　ＰＩＮＡ及び
８７ｄ２　、６τ４．を入力し、式（６）により信号Ｑ
ＩＰＤを演算する。

ＱＩＰＤ　＝　ｅ？ａｚ・ＱＩＮＡ　　ｅｉｑｚ’　Ｐ
ＩＮＡ　　＝・・（６）信号ＱＩＰＤは直流信号となり
、このＱＩＰＤは負荷電流’ＲＬ　＋　’ＳＬ　＋　’
ＴＬが含む正相無効電流を表わしている。

４２０Ａは分配器であり信号ＱＩＰＤ　＋　ＱＩＮＤｔ
ＰＩＮＤを受けて演算を行ない、第５図のりアクドル部
３００が流す′直流を指示するための電流指令値■σｒ
Ｒ＋’Ｗ　　を出力する。分配器４２０Ａの詳細を第２
図に示す。

５００は点弧制御器であり、電流指令値工♂。

工ζ　Ｉ、Ｆを受けて動作し、工σ、じ、Ｉｊで指示さ
れた電流（基本波成分）をリアクトル部３θＯが流すよ
うサイリスタ３０１Ｕ、３θＩＶ。

３０１Ｗを点弧制御する。

次に第２図により分配器４２０Ａを説明する。

第１図と第２図の同一記号の信号は記号に合わせて接続
される。第２図において、４２１ｋ。

４２４Ａは演算器であり、第１相の９０°逆相電流信号
ＱＩＮＤと第１相の同相逆相電流信号ＰＩＮＤを入力し
、それぞれ式（７）　、　（８）の演算を通して、第２
相の９０°逆相電流信号Ｑ２ＮＤ　、第２相の同相逆相
電流信号Ｐ２ＮＤ及び第３相の９０°逆用電流信号Ｑ３
ＮＤ　、第３相の同相逆相電流信号Ｐ　３　Ｎ　Ｄを出
力する。

ここで、Ｐ２ＮＤ　Ｉ　Ｑ２ＮＤは式（１）の第２相電
流ｉｖＬの逆相成分を、第２相・第３相の線間電圧に同
相の成分とそれと９０°位相の異なる成分に分酵した時
の同相成分電流（Ｐ２ＮＤ）、９０’位相の異なる電流
成分（Ｑ２ＮＤ）を表わしている。

同様に、Ｐ３ＮＤ　ｙ　Ｑ３ＮＤは式（１）の第３相電
流’ＷＬの逆相成分を、第３相・第１相の線間電圧に同
相の成分とそれと９０°位相の異なる成分に分解した時
の同相成分電流（”３ＮＤ）、９０°位相の異なる電流
成分（Ｑ３ＮＤ）を表わしている。

４３７は設定器であり、第５図のりアクドル部３００が
発生すべき無効電流（遅れ）の最大値を指示するための
無効電流設定信号ＱＩＭＡＹを出力する。

４．７ＯＡは振分器であり、この中ではアーク炉等の負
荷電流から検出された正相無効電流信号ＱＩＰＤ　、第
１相、第２相、第３相の９０″逆相電流信号ＱＩＮＤ　
Ｔ　Ｑ２ＮＤ・Ｑ３ＮＤと同相逆相電流信号ＪＮＤ　Ｉ
　Ｐ２ＮＤ　ｙ　Ｐ３ＮＤ及び無効電流設定信号ＱＩＭ
Ａ工を入力し、これらの信号に基づいて式（９）の演算
を行い、それぞれ第５゛図のりアクドル部３００の第１
相のりアクドル３０２Ｈの発生すべき電流を指示するた
めの第１相の電流指令１品、及び同様リアクトル３０２
ｖのための第２相の電流指令”ｉｓ及びリアクトル３０
２Ｗのだめの第３相の電流指令Ｉ：Ｗを出力する。ここ
で振分器４３０Ａを構成するものとして次の要素がある
。即ち、４３１に、４３２１．４３３Ａは係数器であり
入力信号を１／１／Ｔ倍して出方する。

４３４）、、４３５１．４３６には加算器であり係数器
４ｓｌｋ、４３２Ａ、４Ｊ、？Ａの出力を図示の極性で
加算する。加算器４Ｊ４Ａ、　４３５Ａ。

４　、？　６　Ａの出力は式（９）の第３項の演算に相
当する。４３８Ａは加算器であシ設定信号Ｑ　Ｉ　ＷＡ
Ｘと信号ＱＩＰＤを図示極性で演算する。即ち、加算器
４　、？　ｓ　Ａの出力は式（９）の第１項の演算に相
当すζ）。４３９に、４４θＡ、Ｊ４ＺＡけ加算器であ
り信号ＱＩＮＤ・Ｑ２ＮＤ　ｔ　Ｑ３ＮＤとン用算器４
３８Ａの出力信号、及び係数器４３４Ａ、４３５Ａ。

４３６Ａの出力信号を図示の極性で加算する。

以上の演算で得られた信号Ｉぽｌ　ＩＶ　＋　’Ｗ　は
直流量の信号となり、この信号の中には正相電流に関す
る情報及び逆相電流に関する情報が全て含まれている。

従って、とのＩδ、工ζ、Ｉζに基づ（・て第５図のり
アクドル部３００を制御することにより、アーク炉等の
負荷電流が正相分に加えて逆相分をも多量に含む場合で
ありても第５図の点４０所の電流を自在に平衡化できる
。

以上が本発明の代表的構成である。

次に本発明の詳細な説明する。

まず、第５図においてアーク炉の電流が信号’ＲＬ　ｅ
　　’ＢＬｔ　’ＴＬとして検出されるが、この電流は
通常、正相分と逆相分を含んだ不平衡電流となっている
。一方、アーク炉の接続される電源因縁電圧も信号ｅｍ
ｓ　ｌ　ｅＢＴ　ｔ　ｅＴＲとして検出され無効電力補
償装置１００制御回路に導入される。

次に、第１図において、２相発生器４０６は信号ｅａｓ
　ｌ　ｅＢＴ　ｖ　ｅＴＲを受けて式（３）に基づく２
相信号ｅτ（１１＊　ｅτ、１とその位相角信号０；ａ
ｘ　’ｉ出力し、次に２相発生器４θ７は位相角信号θ
τｄ１を受けて式（４）に基づく２相信号ｅ７ｄ２＃　
ｅ〒、２を発生する。

一方、線電流として検出された信号幅、。

’８Ｌ　＋　’ＴＬは線／相変換器４０２の中で式（１
）による変換が行われ、その結果、デルタ結線の相電流
’ＵＬ　Ｉ　ＺＶＬ　Ｉ　ｉＷＬ　（即ち、例えば第５
図のデルタ結線されたりアクドル部３００を例にすると
アクドル３０２Ｕ、　３０２Ｖ、　３０２ＷＶＣ流れる
電流に相当する）に変換される。この信号’ＵＬ　ｌ　
”ｌ／Ｌ　Ｆ　ｉＷＬは２相変換器４０３の中で式（２
）Ｋよる変換が行われ、２相信号’ｚｄｒ、　ｒｉｌｑ
Ｌが得られる。次に演算器４０４の中で式（５）の演算
を行い信号ＱＩＮ　Ｉ　ＰＩＮを得て、これを分離器４
０９に通して直流成分の信号ＱＩＭＤ　ＩＰＩＮＤ及び
交流成分の信号ＱＩＮＡ　！　ＰＩＮＡに分離する。

こうして得られた信号ＱＩＮＤ　＋　ＰＩＮＤは、式（
１）の第１相電流’ＵＬが含む逆相電流を、第１相と第
２相の線間電圧と同相の成分とそれと９０’位相の異な
る成分に分解した場合の、各成分の電流、即ち、同相電
流成分（ＰＩＮＤ）及び９０’位相の異なる電流成分（
ＱｌＮｏ）Ｔｈ表わして℃・乙（ＰＩＮＤ　’第１相の
ｆ＋ｌｉｉ相逆相電流、ＱＩＮＩ）　’第１相の９０°
逆相電流）。

一方、演算器４０８では信号ｅτｄａｒｅ〒、２とＱＩ
ＮＡ　Ｉ　ＰＩＮＡとで式（６）の演算が行われ直流信
号のＱＩＰＤが得られるが、この信号は負荷電流信号ｉ
ＲＬ　ｌ　ｉ８Ｌ　ｌ　’ＴＬ　（又は、式（１）の’
ＵＬ　ｌ　’Ｖ１．１ｉｗＬと言い換起てもよい）の中
に含まれる正相無効分電流を表わしている。

次に第２図の分配器４２０にの中では演算器４２１に、
４２４Ａの中で式（７）　、　（８）の演算を行って、
第２相の同相逆相電流Ｐ２ＮＤＩ９０°逆相電流Ｑ２Ｎ
Ｄ　、第３相の同相逆相電流”３ＮＤＴ９０°逆相電流
Ｑ３ＮＤが得られる。

ｔ２１上のようにして得られた信号ＱＩ　ＰＤは負荷電
流’ＲＬ　ｗ　’ＳＬ　＋　’ＴＬの中に含まれる正相
分電流だけに関係する信号であシ、さらに言えば、その
正相分電流が有効電流と無効電流とに分解できるとすれ
ば、その無効電流だけに関係し１、即ち正相無効電流だ
けに関係する信号である。なお、電流の正相分に関する
諸量の演算、侠気ば式（６）等の変換では、どの相に基
準を合わせて演算を行っても全く同じ量が演算される。

従って正相分だ関する演算は１つの相について行えばよ
い。

また、信号ＰＩＮＤ　ｒ　ＱＩＮＤ及びＰ２ＮＤ　＋　
Ｑ２ＮＤ及ヒＰ３ＮＤ　Ｉ　Ｑ３ＮＤに着目すると、こ
れらの信号は負荷電流式（１）の’ＵＬ　Ｉ　Ｚｖｔ、
　＋　４ＷＬ（又は輸、。

’ＳＬ　ｔ　’ＴＬと言い換えてもよい）の中に含まれ
る逆相分電流だけに関係する信号であり、さらに言えば
ＰＩＮＤ　Ｉ　ＱＩＮＤは電流’ＵＬの逆相分のみに−
Ｐ２ＮＤ　Ｉ　Ｑ２ＮＤは’ＭＬの逆相分のみに−Ｐ３
ＮＤＩＱ３ＮＤは電流’ＷＬの逆相分のみに関係する信
号であり、さらに詳しく言えばＰＩＮＤ　Ｉ　ＱＩＮＤ
を例にすると、ＰＩＮＤは電流ｔＵＬの逆相分の中の線
間電圧と同相の電流成分であり、ＱＩＮＤは電圧と９０
’位相のずれた電流成分のみに関係する信号である。

以上、負荷電流’ＲＬ　ｌ　’ＳＬ　ｔ　ｉＴＬのあら
ゆる情報が直流の信号Ｑ１ｐＤ　＋　”ＩＮＤ　＋　Ｐ
２ＮＤ　＋　Ｐ３ＮＤ＃ＱＩＮＤ　ｌ　Ｑ２ＮＤ　ｒ　
Ｑ３ＮＤの形で独立して分離検出されていることが明ら
かであろう。

こうして得られた信号を￥２図の撮分器４３０Ａの中で
式（９）に沿って振分は電流指令■σ、Ｂｔｒｗを作る
が、この電流指令Ｉ♂　ＨＩ；に基づいて第５図のり“
アクドル部の電流を制御すると、逆相電流の制御に関し
てはアーク炉の発生する電流の逆相分電流と、リア、グ
リル部３００の発生する補償電流の中の逆相分電流の位
相が丁度反対になるよう制御されるから、従って逆相分
に関してはこれら“が点ｓｚＲ，ｓ１ｓ。

５１Ｔのところで合成されお互いに打消し合い従って逆
相電流は電源１の方へ流れなくなり、電源Ｉの電流が平
衡化されることとなる。次に、正相無効電流に関しては
、第２図の加算器４３８Ａの出方信号が作用し、その結
果、負荷の発生する電流の正相無効分（遅れ）と第５図
のりアクドル部３００の発生する補償電流の正相無効分
（遅れ）、Ｊ：の和が１丁度、第２図の無効電流設定信
号ＱＩＭＡＸ　（遅れ）に等しくなるよ５に制御される
から、従ってこれらの一定の遅れ無効電流と第５図の進
相コンデンサの進み無動電流がお互いに打消し合い、そ
の結果、第５図の交流電源１の方へは無効電流は流れな
くなり、交流電源には負荷の発生する正相有効電流だけ
が流れることとなる。

以上の説明から、本発明の無効電力補償装置が作動する
とアーク炉等の負荷が正相分・逆相分を含んだ不平衡電
流を発生しても、無効電流の補償が行われ、及び逆相電
流の補償が行われるため交流電源には正相有効電流だけ
が流れるようになり、従って電圧変動（即ちフリッカ）
を抑制できしかも電源の利用率（即ち、無効電力を扱わ
なくてよい）向上が図れることが分る。

以上が本発明の代表的な実施例である。

次に本発明の他の実施例を第３図により説明する。即ち
、第３図は前述した発明の第２図の分配器４２０Ａの変
形例であり、第３図は第１図の分配器４．？□Ａの中に
挿入され使用される。

従って、本変形例は前に説明した発明と重複する部分が
多々あり、重複する部分については説明全省略する。第
３図と第１図の同一記号カ所は記号に合わせて接続され
る。

第３図において、４２１Ｂ　、４２４Ｂは演算器であり
、前記した第１相の９０°逆相電流信号ＱＩＮＤと第１
相の同相逆相電流信号ＰＩＮＤを入力し、それぞれ式ｔ
：ｔＱ　ｔα■の演算を通して第２相の９０°逆相電流
信号Ｑ２ＮＤ、第３相の９０°逆相電流信号Ｑ３ＮＤを
出力する。このＱ２ＮＤ　＋　Ｑ３ＮＤは前記説明の式
（７）　、　（８）で得られた信号Ｑ２ＮＤ　Ｉ　Ｑ３
ＮＤと同じものである。

４３７は設定器であり、無効電流設定信号ＱＩＭＡＩを
出力する。４３０Ｂは振分器であり、正相無効電流信号
ＱＩＦＤ、第１相、第２相、第３相の９０°逆相電流信
号ＱＩＮＤ　＋　Ｑ２ＮＤ　ｒ　Ｑ３ＮＤ及び無効電流
設定信号ＱＩＭＡＩを入力し、これらの信号に基づいて
式（至）の演算を行い、第１相、第２相、第３相の電流
指令Ｉ、；、　Ｉ箒、　Ｉ嬰を出力する。ここで、４４
６Ｂ、４４７Ｂ、４４８Ｂは係数器であシ入力信号を２
倍して出力する。また、４３８に、４３９Ｂ、４４０Ｔ
３，４４１Ｂは加算器であり図示の信号を図示の極性で
加算する。

電流指令工δ、■Φｌ　　Ｂ’は前述した式（９）で得
られる電流指令値と全く同一のものであり、従りてこの
Ｉ♂ｒＩＶｔ■Ｗに基づいて、第５図のりアクドル部３
００の電流を制御すると、前述した第１図、第２図によ
る発明と全く同じ補償効果が得られる。

以上、本実施例では第３図の演算器４２１９゜４２４Ｂ
の演算が、第２図の演算器４２１ｋ。

４２４Ａより簡略化できる。

次に本発明のもう１つの実施例を第４図により説明する
。本実施例もやはり前述した発明の第２図の変形例に関
するものであり、第４図は第１図の分配器４２０Ａに挿
入され使用される。

従って前述した発明と重複する部分はその説明を省略す
る。

第４図において、４２１Ｃ，４２４Ｃは演算器であり、
前記した第１相の９０°逆相電流信号ＱＩＮＤと第１相
の同相逆相電流信号ＰＩＮＤを入力し、それぞれ式（至
）、（１４の演算を通して第２相の同相逆相電流信号Ｐ
２ＮＤ　％第３相の同相逆相電流信号Ｐ３ＮＤを出力す
る。このＰ２ＮＤ　＋　Ｐ３ＮＤは前記説明の式（力、
（８）で得られた信号Ｐ２ＮＤ　＋　Ｐ３ＮＤと同じも
のである。

４３７は設定器であり、無効電流設定信号ＱＩＭＡＩを
出力する。４３０Ｃは振分器であり、正相無効電流信号
ＱＩＦＤ　、第１相、第２＠、第３相の同相逆相電流信
号ＰＩＮＤ　Ｉ　Ｐ２ＮＤ　Ｉ　Ｐ３ＮＤ及び無効電流
設定信号ＱＩＭＡ工を入力し、これらの信号に基づいて
式αυの演算を行い、第１相、第２相、第３相の電流指
令工♂＊　工Ｖ　ｒ　ＩＷを出力する。ここで、４３１
Ａ、４３２Ａ、４３３には係数器であり入力信号を１／
Ｖ１−倍して出力する。

４４６Ｂ、４４７Ｂ、４４１３Ｆ３も係数器であり入力
信号を２倍して出力する。また、４３８ｋ。

４３９Ｂ、４４０Ｂ、４４１Ｂ、４３４１゜４３５１．
４３６Ａは加算器であり図示の信号を図示の極性で加算
する。

電流指令Ｉ；、Ｉ：、Ｉ÷は前述した式（９）で得た電
流指令値と全く同一のものであり、従ってこのＩ♂ｒ　
工ｖ　＋　Ｉ：ＷＫ基づいて第１図のりアクドル部３０
０の電流を制御すると、前述した第１図。

第２図による発明と全く同じ補償効果が得られる。

以上、本実施例では第４図の演算器４２１Ｃ。

４２４Ｃの演算が第２図の演算器４２１Ａ　。

４２４Ａより簡略化できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の無効電力補償
装置では次のような効果が得られる。

即ち、 （１）　　アーク炉等の変動する負荷が発生する電流は
正相分とともに多量の逆相分を含んだ不平衡電流となる
が、本発明ではこれら正相分、逆相分を明確に分離検出
できることから、無効電力補償装置の補償すべき対象が
明確になり、即ち、正相無効電力だけに着目した制御、
逆相電流にだけに着目した制御、又は、電流の平衡化制
御（逆相電流補償）を優先させ装置に余力がある場合に
のみ正相無効電力補償を行う（優先度制御）、等々の制
御が自在に構成でき、従来のものに比し、より高度な補
償制御が簡単に実現できる。

（２）負荷電流に変動があっても、また進み力率／遅れ
力率にかかわりなく、正相分・逆相分を直流信号の形で
連続的に検出でき、従って制御に不連続性が入り込まな
いことから安定な補償制御が実現できる。

（３）　　また、制御回路においては負荷電流の正相分
、逆相分を検出する場合、信号処理手段として係数器、
加算器、乗算器等々の簡単な素子を用い、単純な演算を
行って所用の信号を得るだけであり、検出信号にあいま
いさが入り込まず、正確で高精度の信号（正相分、逆相
分に関する）を得ることができる。また回路が簡単なた
め、コストも安くなる。

（４）従って、本発明による無効電力補償装置では、正
相電流／逆相電流に関する情報を正確に分離検出してい
ることから、従ってアーク炉のように急変動する負荷で
あっても、その補償対象（即ち、正相無効電流を制御す
るのか、逆相電流を制御するのか、等々）を明確にして
制御を行うことができるから、安定で高精度の無効電力
補償が可能となる。

以上述べたように本発明の無効電力補償装置では、従来
の制御には無い、′正相分と逆相分を分離検出しそれに
基づいて補償制御を行う″という全く新しい制御概念が
取入れられて〜・るため、よって今後の複雑・高度化す
る無効電力補償制御への要求にも充分答えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図乃
至第４図は本発明のそれぞれ異る他の実施例を示すプロ
、り図、第５図は本発明が適用される無効電力補償装置
の主回路図、第６図は従来の無効電力補償装置に採用さ
れている無効電力検出回路のブロック図である。 １・・・交流電源系統、３・・・系統インピーダンス、
９．１０・・・アーク炉設備、１００・・・無効電力補
償装置、２０θ・・・進相コンデンサ、３θθ・・・リ
アクトル部、３５０・・・制御回路、４００・・・演算
回路、５００・・・点弧制御回路、４０２・・・線／相
変換器、４０３・・・２相変換器、４０４．４０８・・
・演算器、４０６．４０７・・・２相発生器、４０９・
−・分離器、４１０，４１１・・・直流検出フィルタ、
４１２．４１３・・・加算器、４２０Ａ・・・分配器、
５０θ・・・点弧制御器、４２１Ａ、４２４ｋ。 ４２１Ｂ、４２４Ｂ、４２１Ｃ，４２４Ｃ・・・演算器
、４３１八〜４３３に、４４６Ｂ〜４４８Ｂ・・・係数
器、４３７・・・設定器、４３４Ａ〜４ｓ　６　ＡＴ４
３８Ａ〜４４１Ａ、４３９Ｂ〜４４１Ｂ・・・加算器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）多相交流電源系統に接続される負荷が発生する不
   平衡電力及び無効電力を補償する無効電力補償装置にお
   いて、 Ｎ相多相交流電源の第１相に同期して位相がθ＾＊＿１
   ＿ｄ＿１で変化する単位正弦波信号ｅ＾＊＿１＿ｄ＿１
   と、それより９０°位相が進んで変化する単位正弦波信
   号ｅ＾＊＿１＿ｑ＿１を得る手段と、 Ｎ相多相負荷電流ｉ＿１＿Ｌ、ｉ＿２＿Ｌ……ｉ＿Ｎ＿
   Ｌを検出し、第１相の電圧にｄ軸を合わせた２相変換を
   行い２相電流信号ｉ＿１＿ｄ＿Ｌ、ｉ＿１＿ｑ＿Ｌを得
   る手段と、前記信号ｅ＾＊＿１＿ｄ＿１、ｅ＾＊＿１＿
   ｑ＿１とｉ＿１＿ｄ＿Ｌ、ｉ＿１＿ｑ＿Ｌを用いて Ｐ＿１＿Ｎ＝ｅ＾＊＿１＿ｄ＿１・ｉ＿１＿ｄ＿Ｌ＋ｅ
   ＾＊＿１＿ｑ＿１・ｉ＿１＿ｑ＿ＬＱ＿１＿Ｎ＝ｅ＾＊
   ＿１＿ｄ＿１・ｉ＿１＿ｑ＿Ｌ−ｅ＾＊＿１＿ｑ＿１・
   ｉ＿１＿ｄ＿Ｌの演算により信号Ｐ＿１＿Ｎ、Ｑ＿１＿
   Ｎを得る手段と、前記信号Ｐ＿１＿Ｎ、Ｑ＿１＿Ｎの交
   流成分を検出し信号Ｐ＿１＿Ｎ＿Ａ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ａを
   得、及び、Ｐ＿１＿Ｎ、Ｑ＿１＿Ｎの直流成分を検出し
   信号Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄを得る手段と、前
   記位相角信号θ＾＊＿１＿ｄ＿１に基づいて動作し、位
   相角が２θ＾＊＿１＿ｄで変化する単位正弦波信号ｅ＾
   ＊＿１＿ｄ＿２とそれより９０°位相が遅れた単位正弦
   波信号ｅ＾＊＿１＿ｑ＿２を得る手段と、 前記信号ｅ＾＊＿１＿ｄ＿２、ｅ＾＊＿１＿ｑ＿２及び
   Ｐ＿１Ｎ＿Ａ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ａに基づいて Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ＝ｅ＾＊＿１＿ｄ＿２・Ｑ＿１＿Ｎ＿Ａ
   −ｅ＾＊＿１＿ｑ＿２・Ｐ＿１＿Ｎ＿Ａの演算により信
   号Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄを得る手段と、前記信号Ｑ＿１＿Ｐ＿
   Ｄ、Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄを入力信号として
   演算を行いＮ相多相交流の第１相、第２相〜第Ｎ相の電
   流指令を作成する手段とを備え、該手段により得られた
   電流指令に基づいて前記無効電力補償装置を制御するこ
   とを特徴とする無効電力補償装置。
2. （２）前記電流指令を作成する手段が、 無効電力補償装置が補償すべき無効電力の最大値を指示
   するための無効電流設定信号Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘを設定
   する手段と、 前記信号Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄに基づいてＰ
   ＿２＿Ｎ＿Ｄ＝Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｃｏｓ（２／３）π−
   Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｓｉｎ（２／３）πＱ＿２＿Ｎ＿Ｄ＝
   Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｓｉｎ（２／３）π＋Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ
   ・ｃｏｓ（２／３）πＰ＿３＿Ｎ＿Ｄ＝Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ
   ・ｃｏｓ（２／３）π＋Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｓｉｎ（２／
   ３）πＱ＿３＿Ｎ＿Ｄ＝−Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｓｉｎ（２
   ／３）π＋Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｃｏｓ（２／３）πの演算
   を行い信号Ｐ＿２＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿２＿Ｎ＿Ｄ、Ｐ＿３＿
   Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿３＿Ｎ＿Ｄを得る手段と、 前記信号Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ、Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ、Ｑ＿１
   ＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿２＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿３＿Ｎ＿Ｄ、Ｐ＿１＿
   Ｎ＿Ｄ、Ｐ＿２＿Ｎ＿Ｄ、Ｐ＿３＿Ｎ＿Ｄに基づいてＩ
   ＾＊＿Ｕ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−Ｑ
   ＿１＿Ｎ＿Ｄ−（１／√３）（Ｐ＿３＿Ｎ＿Ｄ−Ｐ＿２
   ＿Ｎ＿Ｄ）Ｉ＾＊＿Ｖ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｑ＿１
   ＿Ｐ＿Ｄ−Ｑ＿２＿Ｎ＿Ｄ−（１／√３）（Ｐ＿１＿Ｎ
   ＿Ｄ−Ｐ＿３＿Ｎ＿Ｄ）Ｉ＾＊＿Ｗ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ
   ＿Ｘ＋Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−Ｑ＿３＿Ｎ＿Ｄ−（１／√３）
   （Ｐ＿２＿Ｎ＿Ｄ−Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ）の演算をし、電流
   指令信号Ｉ＾＊＿Ｕ、Ｉ＾＊＿Ｖ、Ｉ＾＊＿Ｗを作成す
   る手段とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の無効電力補償装置。
3. （３）前記電流指令を作成する手段が、 無効電力補償装置が補償すべき無効電力の最大値を指示
   するための無効電流設定信号Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘを設定
   する手段と、 前記信号Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄに基づいてＱ
   ＿２＿Ｎ＿Ｄ＝Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｓｉｎ（２／３）π＋
   Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｃｏｓ（２／３）πＱ＿３＿Ｎ＿Ｄ＝
   −Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｓｉｎ（２／３）π＋Ｑ＿１＿Ｎ＿
   Ｄ・ｃｏｓ（２／３）πの演算を行い信号Ｑ＿２＿Ｎ＿
   Ｄ、Ｑ＿３＿Ｎ＿Ｄを得る手段と、前記信号Ｑ＿１＿Ｍ
   ＿Ａ＿Ｘ、Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿２＿
   Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿３＿Ｎ＿Ｄに基づいて Ｉ＾＊＿Ｕ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−
   ２Ｑ＿１＿Ｎ＿ＤＩ＾＊＿Ｖ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋
   Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−２Ｑ＿２＿Ｎ＿ＤＩ＾＊＿Ｗ＝−Ｑ＿
   １＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−２Ｑ＿３＿Ｎ＿Ｄの
   演算をし、電流指令信号Ｉ＾＊＿Ｕ、Ｉ＾＊＿Ｖ、Ｉ＾
   ＊＿Ｗを作成する手段とから成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の無効電力補償装置。
4. （４）前記電流指令を作成する手段が、 無効電力補償装置が補償すべき無効電力の最大値を指示
   するための無効電流設定信号Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘを設定
   する手段と、 前記信号Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ、Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄに基づいてＰ
   ＿２＿Ｎ＿Ｄ＝Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｃｏｓ（２／３）π−
   Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｓｉｎ（２／３）πＰ＿３＿Ｎ＿Ｄ＝
   Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ・ｃｏｓ（２／３）π＋Ｑ＿１＿Ｎ＿Ｄ
   ・ｓｉｎ（２／３）πの演算を行い信号Ｐ＿２＿Ｎ＿Ｄ
   、Ｐ＿３＿Ｎ＿Ｄを得る手段と、前記信号Ｑ＿１＿Ｍ＿
   Ａ＿Ｘ、Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ、Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ、Ｐ＿２＿Ｎ
   ＿Ｄ、Ｐ＿３＿Ｎ＿Ｄに基づいて Ｉ＾＊＿Ｕ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−
   （２／√３）（Ｐ＿３＿Ｎ＿Ｄ−Ｐ＿２＿Ｎ＿Ｄ）Ｉ＾
   ＊＿Ｖ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−（２
   ／√３）（Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ−Ｐ＿３＿Ｎ＿Ｄ）Ｉ＾＊＿
   Ｗ＝−Ｑ＿１＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ＋Ｑ＿１＿Ｐ＿Ｄ−（２／√
   ３）（Ｐ＿２＿Ｎ＿Ｄ−Ｐ＿１＿Ｎ＿Ｄ）の演算をし、
   電流指令Ｉ＾＊＿Ｕ、Ｉ＾＊＿Ｖ、Ｉ＾＊＿Ｗを作成す
   る手段とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の無効電力補償装置。