JP5642307B1

JP5642307B1 - 単独運転可能高調波抑制装置

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Publication number: JP5642307B1
Application number: JP2014070858A
Authority: JP
Inventors: 進一植野; 恭男田川
Original assignee: 株式会社トーメック
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015192593A

Abstract

【課題】従来の１２パルス整流回路では、二台の三相ブリッジ整流器を接続し、その両端に同容量の負荷を接続させることにより、１次電源の高調波を低減するものであるので、一方の三相ブリッジ整流器が故障により作動しなくなった場合、１次電源の高調波を低減させることができなかった。【解決手段】本発明は、１２パルス変圧器の２次巻線と接続され、第１インバータ三相全波整流回路と第１コンデンサを内蔵する第１インバータと、１２パルス変圧器の３次巻線に接続された第２三相全波整流回路と、第２三相全波整流回路と第１インバータとを接続する配線に設けられ、第２三相全波整流回路と第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを導通させる第２スイッチ部と、第２三相全波整流回路と前記第１インバータとを接続する配線に接続され、該第１インバータに内蔵された第１コンデンサの電圧を検出する第１コンデンサ電圧検出機器と、を有するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、１２パルス変圧器と接続する１つのインバータを単独運転した場合でも高調波を抑制することができる単独運転高調波抑制装置に関するものである。

三相交流電力を直流電力に変換する電力変換器として、三相ブリッジ整流器がよく用いられている。三相ブリッジ整流器は電源の１サイクルに６回の転流を行うことから、その回路は６パルス整流回路とも呼ばれている。さらに、三相ブリッジ整流器を複数台組み合わせることにより、１２パルス整流回路を構成することができる。この１２パルス整流回路は、２次３次の位相差が３０度であるため１次電源に流れる高調波電流を低減できるとともに、大容量化が可能である。

図５は、ダイオードまたはサイリスタにより構成された２台の三相ブリッジ整流器からなる１２パルス整流回路の構成例である。これらの図において、１０４，１０５はそれぞれ三相ブリッジ整流器である。１００は一次巻線１０１がデルタ結線、第１の二次巻線１０２がスター結線、第２の二次巻線１０３がデルタ結線され、両二次巻線１０２，１０３の出力電圧が３０度の位相差を持つ三巻線変圧器である。ここで、図５は従来の１２パルス整流回路を示す図である。

図５の回路は、二台の三相ブリッジ整流器１０４，１０５の両端に負荷（図示せず）が接続され、主に高圧大容量用途に適している。図５の回路でも、第５次及び第７次の高調波が理想的には相殺されるので、１次電源の高調波を低減できる。すなわち、図５の回路のように、二台の三相ブリッジ整流器１０４，１０５の両端に同容量の負荷を接続させることにより、第５次及び第７次の高調波を相殺させて、１次電源の高調波を低減することができる。ここで、第５次及び第７次の高調波を相殺させて１次電源の高調波を低減できるようにするには、２個の負荷は同容量の負荷であることは必須である。

特開２００８−１７８１８０号公報（背景技術）

しかしなから、従来の１２パルス整流回路では、二台の三相ブリッジ整流器１０４，１０５の両端に同容量の負荷を接続させることにより、第５次及び第７次の高調波を相殺させ１次電源の高調波を低減するものであるので、一方の三相ブリッジ整流器、負荷などが故障により作動しなくなった場合には１次電源の高調波を低減させることができなくなるという問題があった。また、一方の負荷（１台運転（単独運転））のみ作動させる場合も同様、１次電源の高調波を低減させることができなくなる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、１２パルス変圧器の２次巻線または３次巻線に接続される１つの負荷のみを作動させた場合でも、１次電源の高調波を低減させることができる単独運転可能高調波抑制装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、１台のインバータのみを運転させた場合でも高調波を低減できるようにした単独運転可能高調波抑制装置であって、デルタ結線で構成された１次巻線と、デルタ結線で構成された２次巻線、およびスター結線で構成された３次巻線を有する１２パルス変圧器と、２次巻線と接続され、第１インバータ三相全波整流回路と第１コンデンサを内蔵する第１インバータと、３次巻線に接続された第２三相全波整流回路と、該第２三相全波整流回路と第１インバータとを接続する配線に設けられ、該第２三相全波整流回路と該第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを導通させる第２スイッチ部と、第２三相全波整流回路と第１インバータとを接続する配線に接続され、該第１インバータに内蔵された第１コンデンサの電圧を検出する第１コンデンサ電圧検出機器と、第２三相全波整流回路と第１インバータとを接続する配線に接続され、第２三相全波整流回路と第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを導通、非導通させるために第２スイッチ部を開閉制御する制御手段と、を有し、制御手段は、第１コンデンサ電圧検出機器により検出された第１コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第２スイッチを閉止して第２三相全波整流回路と第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを導通させるとともに、第１インバータからの負荷異常信号を受信することにより、第２スイッチ部を開放して第１インバータに内蔵された第１コンデンサに充電されている電力を放電させるものである。

本発明によれば、１２パルス変圧器の３次巻線に接続された第２三相全波整流回路により、一次側（１次巻線側）において第１インバータからの第５次及び第７次の高調波を相殺することができる。これにより、１次電源の高調波を低減させながら第１インバータと接続された第１負荷のみ単独運転することができる。また、第１コンデンサ電圧検出機器により検出された第１コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第２三相全波整流回路と第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを第２スイッチ部により導通させるので、第１コンデンサへの突入電流を防止することができる。さらに、第１インバータからの負荷異常信号を受信することにより、第２スイッチ部を開放して第１インバータに内蔵された第１コンデンサに充電されている電力を放電させるので、第１コンデンサに充電されている電力により第１インバータが異常に作動することがなくなる。

本発明のうち第２の態様に係るものは、１台のインバータのみを運転させた場合でも高調波を低減できるようにした単独運転可能高調波抑制装置であって、デルタ結線で構成された１次巻線と、デルタ結線で構成された２次巻線、およびスター結線で構成された３次巻線を有する１２パルス変圧器と、３次巻線と接続され、第２インバータ三相全波整流回路と第２コンデンサを内蔵する第２インバータと、２次巻線に接続された第１三相全波整流回路と、該第１三相全波整流回路と第２インバータとを接続する配線に接続され、該第１三相全波整流回路と該第２インバータに内蔵された第２コンデンサとを導通させる第１スイッチ部と、第１三相全波整流回路と第２インバータとを接続する配線に接続され、該第２インバータに内蔵された第２コンデンサの電圧を検出する第２コンデンサ電圧検出機器と、第１三相全波整流回路と第２インバータとを接続する配線に接続され、第１三相全波整流回路と第２インバータに内蔵された第２コンデンサとを導通、非導通させるために第１スイッチ部を開閉制御する制御手段と、を有し、制御手段は、第２コンデンサ電圧検出機器により検出された第２コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第１スイッチを閉止して第１三相全波整流回路と第２インバータに内蔵された第２コンデンサとを導通させるとともに、第２インバータからの負荷異常信号を受信することにより、第１スイッチ部を開放して第２インバータに内蔵された第２コンデンサに充電されている電力を放電させるものである。

本発明によれば、１２パルス変圧器の２次巻線に接続された第１三相全波整流回路により、一次側（１次巻線側）において第２インバータからの第５次及び第７次の高調波を相殺することができる。これにより、１次電源の高調波を低減させながら第２インバータと接続された第２負荷のみ単独運転することができる。また、第２コンデンサ電圧検出機器により検出された第２コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第１三相全波整流回路と第２インバータに内蔵された第２コンデンサとを第１スイッチ部により導通させるので、第２コンデンサへの突入電流を防止することができる。さらに、第２インバータからの負荷異常信号を受信することにより、第１スイッチ部を開放して第２インバータに内蔵された第２コンデンサに充電されている電力を放電させるので、第２コンデンサに充電されている電力により第２インバータが異常に作動することがなくなる。

本発明によれば、１次電源の高調波を低減させて、１２パルス変圧器の２次巻線または３次巻線を接続される１つの負荷のみを運転させることができる。

本発明の第１実施形態における単独運転可能高調波抑制装置の回路図である。本発明の第２実施形態における単独運転可能高調波抑制装置の回路図である。本発明の変形例１における単独運転可能高調波抑制装置の回路図である。本発明の変形例２における単独運転可能高調波抑制装置の回路図である。従来の１２パルス整流回路を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の単独運転可能高調波抑制装置について図面を参照にしながら説明する。ここで、図１は、本発明の第１実施形態における単独運転可能高調波抑制装置の回路図である。

図１に示すように、単独運転可能高調波抑制装置１は、１２パルス変圧器２、第１インバータ３、第２三相全波整流回路４、第２スイッチ部５、制御回路６などから構成されている。

１２パルス変圧器２は、デルタ結線で構成された１次巻線２ａと、デルタ結線で構成された２次巻線２ｂ、およびスター結線で構成された３次巻線２ｃを有するものである。そして、１２パルス変圧器２の１次巻線２ａは端子Ｒ、Ｓ、Ｔにより系統電源に接続され、また、１２パルス変圧器２の１次巻線２ｂは端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１により第１インバータ３に接続され、１２パルス変圧器２の１次巻線２ｃは端子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２により第２三相全波整流回路４に接続されている。ここで、２次巻線２ｂの出力電圧と３次巻線２ｃの出力電圧とは略３０度の位相差を有している。

第１インバータ３は、２次巻線２ｂと接続され、三相全波整流回路である第１インバータ三相全波整流回路７と突流防止機器８と第１コンデンサ９と三相フルブリッジ回路１０を内蔵している。突流防止機器８は、第１インバータ三相全波整流回路７と第１コンデンサ９との間に接続された突入電流防止用の抵抗から構成されている。この突入電流防止用の抵抗により電源電圧が供給開始された際の突入電流を小さくすることができる。三相フルブリッジ回路１０は直流電圧を交流電圧に変換し、その変換された交流電圧は圧力ポンプや送風ファンなどの負荷に送られる。

第２三相全波整流回路４は１２パルス変圧器２の３次巻線と接続され、この第２三相全波整流回路４と第１コンバータ３の間に第２スイッチ部５が接続されている。そして、この第２スイッチ部５を閉止することにより、第２三相全波整流回路４と第１インバータ３に内蔵された第１コンデンサ９とが導通する。

制御回路６（制御手段）は、第２三相全波整流回路４と第１インバータ３とを接続する配線に接続され、電源が停止した際の停止信号および第１インバータ３が故障した際の負荷異常信号を受信して、第２スイッチ部５を開放制御するものである。また、制御回路６には、１インバータ３に内蔵されている第１コンデンサ９のコンデンサ電圧を検出する第１コンデンサ電圧検出機器（図示略）が内蔵されている。そして、１コンデンサ電圧検出機器により検出された第１コンデンサ９の電圧があらかじめ定められた電圧値（使用電圧×１．４１×０．９５）以上に達することにより、第２三相全波整流回路４と第１インバータ３に内蔵された第１コンデンサ９とを第２スイッチ部５により導通させる。

次に、本発明の第１実施形態における単独運転可能高調波抑制装置を用いた動作手順について説明する。

まず、系統電源から単独運転可能高調波抑制装置１に電力が供給されると第１コンデンサ９が充電される。そして、制御回路６に内蔵された第１コンデンサ電圧検出機器（図示略）により第１コンデンサの電圧が検出され、その検出された第１コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値（使用電圧×１．４１×０．９５）に達することにより、第２スイッチ部５を閉止させ、第２三相全波整流回路４と第１インバータ３に内蔵された第１コンデンサ９とを導通させる。これにより、第１インバータ３の起動時において、第２三相全波整流回路を介する第１コンデンサ３への突流充電電流を防止することができる。

第１コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値に達した後は、第２三相全波整流回路４と第１インバータ３に内蔵された第１コンデンサ９とを導通させた状態が維持される。そして、この場合において、第１インバータ３に内蔵された第１コンデンサ９で高調波が発生するが、１２パルス変圧器２の３次巻線２ｃに接続された第２三相全波整流回路４により、一次側（１次巻線２ａ側）において、第１インバータ３からの第５次及び第７次の高調波を相殺することができる。これにより、１次電源の高調波を低減させながら第１インバータ３と接続された第１負荷のみ単独運転することができる。

第１インバータ３が作動している途中に、制御回路が系統電源の停止信号または第１インバータ３の負荷異常信号を受信することにより、第２スイッチ部５を開放させ、第１インバータ３に内蔵された第１コンデンサ９に充電されている電力を放電する。

以上説明したように、１２パルス変圧器２の３次巻線２ｃに接続されている第２三相全波整流回路４により、一次側（１次巻線２ａ側）において第１インバータ３からの第５次及び第７次の高調波を相殺することができる。これにより、１次電源の高調波を低減させながら第１インバータ３と接続された第１負荷のみ単独運転することができる。また、第２スイッチ部５は、第１コンデンサ電圧検出機器により検出された第１コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値（使用電圧×１．４１×０．９５）以上に達することにより、第２三相全波整流回路４と第１インバータ３に内蔵された第１コンデンサ９とを導通させるので、第１コンデンサ９への突入電流を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明にかかる第２実施形態における単独運転可能高調波抑制装置２０について説明する。ここで、図２は本発明の第２実施形態における単独運転可能高調波抑制装置の回路図である。

本発明の第２実施形態と第１実施形態の異なるところは、第１実施形態の単独運転可能高調波抑制装置１では、３次巻線２ｃに接続された第２三相全波整流回路４を接続させた態様について説明したが、第２実施形態の単独運転可能高調波抑制装置２０では、３次巻線２ｃに接続された第２三相全波整流回路４を接続させるとともに、３次巻線２ｃに第２インバータ三相全波整流回路１１と第２コンデンサ１２などを内蔵する第２インバータ１３を接続させているところが異なる。ここで、第２インバータ１３の具体的構成は、後述する変形例１（図３参照）と同様であるので説明は省略する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態と異なるところを中心に説明する。また、第２実施形態では、第１実施形態と同一構成については、同一符号を用い、同一作用効果を奏するものとし説明は省略する。

図２に示すように、第２インバータ三相全波整流回路１１と第２コンデンサ１２を内蔵する第２インバータ１３は３次巻線２ｃと接続されている。

このように、従来と同様、第１インバータと接続された第１負荷と第２インバータと接続された第２負荷の２台の負荷を作動させているときは、それぞれのインバータで発生した第５次及び第７次の高調波が相殺させて、１次電源（１次巻線２ａ側）の高調波を低減することができる、さらに、本実施形態では、一方のインバータが故障により作動しなくなった場合でも、作動可能なインバータを第１インバータ側に配置することにより、または、故障して作動しなくなったインバー側に第２三相全波整流回路４、第２スイッチ部５および制御回路６に内蔵された第１コンデンサ電圧検出機器などを接続することにより、１台のインバータのみ運転を続行することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以下、本発明の変形例について説明する。
（変形例１）
本発明の第１実施形態と変形例１の異なるところは、第１実施形態の単独運転可能高調波抑制装置１では、２次巻線２ｂに第１インバータ３を接続し、３次巻線２ｃに第２三相全波整流回路４を接続したが、変形例１の単独運転可能高調波抑制装置２１では、３次巻線２ｃに第２インバータ三相全波整流回路１１と第２コンデンサ１２などを内蔵する第２インバータ１３を接続し、２次巻線２ｂに第１三相全波整流回路１４を接続させたところが異なる。具体的には、図３に示すように、変形例１では、デルタ結線で構成された１次巻線２ａと、デルタ結線で構成された２次巻線２ｂ、およびスター結線で構成された３次巻線２ｃを有する１２パルス変圧器２と、３次巻線２ｃと接続され、第２インバータ三相全波整流回路１１と突流防止装置１７と第２コンデンサ１２と三相フルブリッジ回路１８を内蔵する第２インバータ１３と、２次巻線２ｂに接続された第１三相全波整流回路１４と、第１三相全波整流回路１４と第２インバータ１３とを接続する配線に設けられ、第１三相全波整流回路１４と第２インバータ１３に内蔵された第２コンデンサ１２とを導通させる第１スイッチ部１５と、第１三相全波整流回路１４と第２インバータ１３とを接続する配線に接続され、第２インバータ１３に内蔵された第２コンデンサの電圧を検出する第２コンデンサ電圧検出機器（図示略）と、を有し、第１スイッチ部１５は、第２コンデンサ電圧検出機器により検出された第２コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第１三相全波整流回路１４と第２インバータ１３に内蔵された第２コンデンサ１２とを導通させるものである。ここで、第２コンデンサ電圧検出機器は、第１実施形態同様、制御装置１６に内蔵されている。なお、突流防止装置１７および三相フルブリッジ回路１８については第１実施形態の第１コンデンサ３の突流防止装置８および三相フルブリッジ回路１０と同様であるので説明は省略する。

変形例１によっても、第１実施形態同様、１２パルス変圧器２の２次巻線２ｂに接続された第１三相全波整流回路１４により、一次側（１次巻線２ａ側）において第２インバータ１３からの第５次及び第７次の高調波を相殺することができる。これにより、１次電源の高調波を低減させながら第２インバータ１３と接続された第２負荷のみ単独運転することができる。また、第２コンデンサ電圧検出機器（図示略）により検出された第２コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、第１三相全波整流回路１４と第２インバータ１３に内蔵された第２コンデンサ１２とを第１スイッチ部１５により導通させるので、１２パルス変圧器側の突入電流や第２コンデンサ１２への突入電流を防止することができる。なお、変形例１については、２次巻線２ｂに接続させた対象を第１インバータ３から第１三相全波整流回路１４にし、３次巻線２ｃに接続させた対象を第２三相全波整流回路４から第２インバータ１３にしたことが異なるが、第１三相全波整流回路１４に付随する制御および各構成要素の内容については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

（変形例２）
本発明の変形例１と変形例２の異なるところは、変形例１の単独運転可能高調波抑制装置２１では、３次巻線２ｂに第１三相全波整流回路１４を接続させた態様について説明したが、変形例２の単独運転可能高調波抑制装置２２では、３次巻線２ｂに第１三相全波整流回路１４を接続させるとともに、２次巻線２ｂに第１インバータ三相全波整流回路７と第１コンデンサ９を内蔵する第１インバータ３を接続させているところが異なる。

変形例２によっても、第２実施形態同様、第１インバータ３と第２インバータ１３とを２台作動させているときに、一方のインバータが故障により作動しなくなった場合でも、作動可能なインバータを第２インバータ１３側に配置させることにより、または、故障して作動しなくなったインバー側に第１三相全波整流回路１４、第１スイッチ部１５および制御回路１６に内蔵された第１コンデンサ電圧検出機器などを接続することにより、１台のインバータのみの運転を続行することができる。なお、変形例２については、第２実施形態と同様であるので、説明は省略する。

１単独運転可能高調波抑制装置
２１２パルス変圧器
３第１インバータ
４第２三相全波整流回路
５第２スイッチ部
６制御回路
７第１インバータ三相全波整流回路
８突流防止機器
９第１コンデンサ
１０三相フルブリッジ回路
１１第２インバータ三相全波整流回路
１２第２コンデンサ
１３第２インバータ
１４第１三相全波整流回路
１５第１スイッチ部
１６制御回路
１７突流防止機器
１８三相フルブリッジ回路
２０単独運転可能高調波抑制装置
２１単独運転可能高調波抑制装置
２２単独運転可能高調波抑制装置

Claims

１台のインバータのみを運転させた場合でも高調波を低減できるようにした単独運転可能高調波抑制装置であって、
デルタ結線で構成された１次巻線と、デルタ結線で構成された２次巻線、およびスター結線で構成された３次巻線を有する１２パルス変圧器と、
前記２次巻線と接続され、第１インバータ三相全波整流回路と第１コンデンサを内蔵する第１インバータと、
前記３次巻線に接続された第２三相全波整流回路と、
該第２三相全波整流回路と前記第１インバータとを接続する配線に設けられ、該第２三相全波整流回路と該第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを導通させる第２スイッチ部と、
前記第２三相全波整流回路と前記第１インバータとを接続する配線に接続され、該第１インバータに内蔵された第１コンデンサの電圧を検出する第１コンデンサ電圧検出機器と、
前記第２三相全波整流回路と前記第１インバータとを接続する配線に接続され、前記第２三相全波整流回路と前記第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを導通、非導通させるために前記第２スイッチ部を開閉制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第１コンデンサ電圧検出機器により検出された前記第１コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、前記第２スイッチを閉止して前記第２三相全波整流回路と前記第１インバータに内蔵された第１コンデンサとを導通させるとともに、前記第１インバータからの負荷異常信号を受信することにより、前記第２スイッチ部を開放して前記第１インバータに内蔵された第１コンデンサに充電されている電力を放電させる単独運転可能高調波抑制装置。
１台のインバータのみを運転させた場合でも高調波を低減できるようにした単独運転可能高調波抑制装置であって、
デルタ結線で構成された１次巻線と、デルタ結線で構成された２次巻線、およびスター結線で構成された３次巻線を有する１２パルス変圧器と、
前記３次巻線と接続され、第２インバータ三相全波整流回路と第２コンデンサを内蔵する第２インバータと、
前記２次巻線に接続された第１三相全波整流回路と、
該第１三相全波整流回路と前記第２インバータとを接続する配線に接続され、該第１三相全波整流回路と該第２インバータに内蔵された第２コンデンサとを導通させる第１スイッチ部と、
前記第１三相全波整流回路と前記第２インバータとを接続する配線に接続され、該第２インバータに内蔵された第２コンデンサの電圧を検出する第２コンデンサ電圧検出機器と、
前記第１三相全波整流回路と前記第２インバータとを接続する配線に接続され、前記第１三相全波整流回路と前記第２インバータに内蔵された第２コンデンサとを導通、非導通させるために前記第１スイッチ部を開閉制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第２コンデンサ電圧検出機器により検出された前記第２コンデンサの電圧があらかじめ定められた電圧値以上に達することにより、前記第１スイッチを閉止して前記第１三相全波整流回路と前記第２インバータに内蔵された第２コンデンサとを導通させるとともに、前記第２インバータからの負荷異常信号を受信することにより、前記第１スイッチ部を開放して前記第２インバータに内蔵された第２コンデンサに充電されている電力を放電させる単独運転可能高調波抑制装置。