電気学会論文誌D Vol.130 No.11，pp.1205-1211 ... - 長岡技術科学大学

み 率 は 4.20%であるのに 対 し, 提 案 法 を 用 いた(b)では, 発
電 機 電 流 ひずみ 率 は 2.80%, 出 力 電 流 ひずみ 率 は 1.65%とな
り, 発 電 機 電 流 ひずみ 率 を 約 1/4, 出 力 電 流 ひずみ 率 を 約 1/2
に 低 減 できる。
図 10 に 従 来 法 ,および, 提 案 法 を 適 用 しない 場 合 (×),
従 来 法 を 用 いた 場 合 (□), 提 案 法 を 用 いた 場 合 (■)の 発 電 機
電 流 ひずみ 率 の 変 化 を 示 す。 従 来 法 , 提 案 法 のいずれも 適
用 しない 場 合 はダンピング 要 素 が 発 電 機 の 巻 き 線 抵 抗 のみ
であり, 負 荷 が 大 きくなるにつれて 入 力 フィルタ 共 振 の 影
響 が 大 きくなるため, 発 電 機 電 流 ひずみ 率 は 増 加 する。 一
方 , 従 来 法 , 及 び, 提 案 法 を 用 いた 場 合 では, 発 電 機 電 流
ひずみ 率 が 全 負 荷 領 域 において 改 善 できることが 確 認 でき
る。しかし, 重 負 荷 時 においては 従 来 法 の 発 電 機 電 流 ひず
み 率 が 増 加 している。これは, 発 電 機 電 流 の 振 幅 は 重 負 荷
になるにつれて 大 きくなるので, 入 力 力 率 を 1 に 制 御 する
場 合 では d 軸 電 流 が 増 加 し, 出 力 可 能 な 電 圧 の 振 幅 が 指 令
値 より 小 さくなり 過 変 調 となるためである。さらに, 提 案
法 では 重 負 荷 であっても 発 電 機 電 流 ひずみ 率 は 抑 えられて
いる。これは, 提 案 法 が 発 電 機 内 部 力 率 を 1 に 制 御 するた
め,d 軸 電 流 は 常 にゼロとなり, 電 圧 利 用 率 が 最 大 となるの
で 波 形 ひずみが 生 じないためである。
図 11 に 従 来 法 を 適 用 した 場 合 と 提 案 法 を 適 用 した 場 合 に
おける, 負 荷 電 力 の 変 化 による 入 力 力 率 ( 総 合 力 率 )と 発 電 機
電 流 振 幅 の 変 化 を 示 す。(a)は 軽 負 荷 時 の 入 力 力 率 , 発 電 機
電 流 振 幅 の 特 性 を 表 し,(b)は 重 負 荷 時 の 特 性 を 示 す。
まず 図 11(a)より, 軽 負 荷 時 の 動 作 について 考 察 すると,
軽 負 荷 時 では 発 電 機 電 流 の 振 幅 が 小 さいので 端 子 電 圧 と 逆
起 電 力 の 位 相 差 が 小 さくなり, 発 電 機 内 部 力 率 ( 発 電 機 の 逆
起 電 力 と 発 電 機 電 流 による 力 率 )を 1 に 制 御 すると 入 力 力 率
( 発 電 機 の 端 子 電 圧 と 発 電 機 電 流 による 力 率 )も 1 に 近 づくは
ずである。しかし, 従 来 法 では 入 力 力 率 が 大 きく 悪 化 して
いる。これは, 力 率 の 制 御 を 行 わない 場 合 , 軽 負 荷 時 にフ
ィルタコンデンサ 電 流 の 影 響 を 大 きく 受 け, 入 力 力 率 が 制
御 されないことを 示 している。 対 して, 提 案 法 では, 軽 負
荷 時 でも 入 力 力 率 が 従 来 法 より 改 善 されている。 発 電 機 電
流 振 幅 に 着 目 すると, 力 率 制 御 を 行 わない 場 合 では 同 じ 負
荷 電 力 に 対 して 発 電 機 電 流 振 幅 が 大 きいが, 提 案 法 を 適 用
することにより 発 電 機 電 流 振 幅 の 増 加 を 抑 えられる。この
とき, 提 案 法 を 用 いることで 発 電 機 の 銅 損 は 最 大 で 1/3 に 低
減 できる。なお,125W から 提 案 法 でも 入 力 力 率 が 急 に 低 下
しているのは, 出 力 電 力 が 小 さくなり,フィルタ 電 流 の 無
効 電 流 に 対 して 補 正 する 電 流 が 小 さいため, 補 償 しきれな
くなるためである。
次 に 図 11(b)より, 重 負 荷 時 の 特 性 について 検 討 する。 重
負 荷 時 における 従 来 法 は, 入 力 力 率 が 1 に 制 御 され, 負 荷
が 大 きくなるにつれて 発 電 機 電 流 振 幅 が 増 加 する。 一 方 ,
提 案 法 は 負 荷 が 大 きくなるにつれて 発 電 機 電 流 振 幅 は 増 加
するが, 入 力 力 率 は 低 下 する。また, 発 電 機 電 流 振 幅 を 従
来 法 と 比 較 すると 小 さい。これは, 従 来 法 では 発 電 機 の 端
子 電 圧 と 同 相 に 発 電 機 電 流 が 制 御 されるために, 重 負 荷 時
Generator current THD (%)
Input power factor
Fig. 10. Generator current THD characteristic by conventional
method and proposed method.
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
↓Proposed control
↑Conventional control
Conventional control↓
↑Proposed control
200 400 600 800 1000 1200
Load power (W)
↑Proposed control
(a) Light load.
Conventional control↓
Conventional control↓
0
0
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Load power (W)
↑Proposed control
(b) Heavy load.
Fig. 11. Relationship between load power and input power
factor when the proposed method is used and when the
conventional method is employed.
には 無 効 電 流 が 増 加 するのに 対 し, 提 案 法 では 発 電 機 内 部
力 率 が 1 に 制 御 されているため, 無 効 電 流 がゼロになるか
らである。このとき, 発 電 機 電 流 振 幅 は 最 大 で 14% 低 減 で
き, 発 電 機 の 銅 損 は 26% 減 少 する。
以 上 の 結 果 より, 提 案 法 では 軽 負 荷 時 , 重 負 荷 時 のいず
れにおいても 発 電 機 電 流 のひずみを 激 減 できることと, 発
電 機 内 部 力 率 を 1 に 制 御 し,ひずみが 生 じることなく 最 大
電 圧 を 出 力 できることを 確 認 できた。
5. 結 論
本 論 文 では, 発 電 機 をマトリックスコンバータに 接 続 し
たシステムにおいて, 従 来 法 における 軽 負 荷 時 の 課 題 を 明
らかにし,その 解 決 策 として, 発 電 機 電 流 をフィードバッ
クする 入 力 電 流 ベクトル 制 御 を 提 案 した。 提 案 法 の 伝 達 関
8
6
4
2
5
4
3
2
1
0
18
16
14
12
10
Generator current (A)
6 IEEJ Trans. ●●, Vol.●●, No.●, ●●●