JP3829192B2

JP3829192B2 - Inrush current suppression method

Info

Publication number: JP3829192B2
Application number: JP2002269465A
Authority: JP
Inventors: 俊彦田中
Original assignee: Shimane University NUC
Current assignee: Shimane University NUC
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: JP2004112882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器の突入電流抑制方法に関し、特に、電圧形インバータを用いた突入電流抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工場などの電力需要施設では変電所からの電力を引き入れるための受電設備を構内に有している。受電設備には、電圧を下げるための受電端大型変圧器に加えて、電路における地絡事故時や短絡事故時に動作する遮断機などの保護設備が設置されている。また、施設規模が大きく構内に建物が複数ある場合には、受電端大型変圧器の下位に、複数の中型変圧器やそれに付随する遮断器を設けて回路的に独立させている。これにより、ひとつの建物を停電させる場合でも他の施設は十全に電力供給することが可能となっている。
【０００３】
しかしながら、大型変圧器や中型変圧器を無負荷で不用意に電源に接続（投入）すると、定格電流の数十倍の電流、すなわち突入電流が発生することが知られている。受電端大型変圧器の定格電流を超えた突入電流が生じると、第１に、構内回路外側直近に設けられている遮断器が誤作動し、構内総てが停電してしまうという問題点があった。これは、中型変圧器に対して突入電流が生じても起こりうる問題である。
【０００４】
また、構内全体の停電を引き起こさなかった場合であっても、電圧波形が大きく歪み、場合によっては構内の他の建物の機器を含めて誤作動の原因となる場合があった。例えば、総合病院や大学の研究機関など、停止してはいけない機器が動作している施設では、このような誤動作は許されない。
【０００５】
従来では、これらの問題を解決するために、単相回路では電源投入位相を調整する方法が用いられている。また、三相回路では、突入電流抑制抵抗を内蔵した変圧器が知られている（水野和宏ら「励磁突流抑制変圧器の開発」，電気学会静止器研究会資料，SA−94−29，（1994））。また、高速電流応答を有するＰＷＭ変換器を変圧器と並列接続し、突入電流を供給することで電源側における電圧瞬時低下などを抑制する方法も知られている（藤原勝次ら「並列形アクティブフィルタを用いた変圧器励磁突入電流補償回路」、平成１０年電気学会全国大会，No.830）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
すなわち、三相回路では、原理的に電源投入位相を調整しても、位相が１２０°ずつ相違している結果、必ず突入電流が生じるという問題点があった。
【０００７】
また、変圧器に抑制抵抗を内蔵させる方式では、抑制抵抗を短絡除去する際に問題となる二次突入を防止できず、防止するためには抵抗値を制限する必要があるという問題点があった。
【０００８】
また、並列形ＰＷＭ変換器を用いる方式ではＰＷＭ変換器自身の容量（Ｖ×Ａ）を大きくする必要があり経済的ではなく実用性が低いという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、単相回路であっても三相回路であっても簡便な構成で突入電流を抑制する突入電流抑制方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の突入電流抑制方法は、変圧器を用いて電源電圧を降圧する回路において適用する突入電流抑制方法であって、整合用変圧器を介して電圧形インバータを電源側において前記変圧器と直列接続し、当該電圧形インバータを、前記変圧器に流入する電流に応じて当該電流に任意のゲインを乗じた値の所定電圧を出力させることにより前記変圧器の制動抵抗として動作させることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の突入電流抑制方法は、請求項１に記載の突入電流抑制方法において、前記電圧形インバータの動作を停止する際に所定の時間をかけて当該電圧形インバータの出力電圧を減少させて二次突入を防止するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の突入電流抑制方法を適用する基本回路構成（単相）を示した図である。図示したように、回路１００は、電源１０１と、主変圧器１０２と、突入電流抑制器１０３とにより構成されている。
【００１３】
突入電流抑制器１０３は、ＰＷＭ変換器である電力変換器１３１と、電力変換器１３１を駆動する直流電源１３２と、電力変換器１３１の出力側に設けたスイッチングリプル抑制用フィフタ（ＬＣフィルタ）１３３と、整合用変圧器１３４と、により構成されている。整合用変圧器は、電圧形インバータを電力系統と接続する際にお互いの電圧・電流定格を合わせるために用いられる変圧器である。図示したように、本発明では突入電流抑制器１０３を、整合用変圧器１３４を介して電源１０１と直列接続させている。
【００１４】
なお、直流電源１３２は、図示を省略するが、その直近にコンデンサを配し、予め充電して使用するものとする。また、この直流コンデンサに回生用変換器を接続し（図示省略）、主変圧器１０２の投入時に発生するエネルギーを電源１０１に回生させる。なお、ここでは、電力変換器１３１としてＰＷＭ変換器を用いるが、これに限らずあらゆる電圧形インバータを用いることができる。
【００１５】
実施の形態１では、主として計算機実験により検証を行うこととし、まず、突入電流を発生させるシステム（単相回路）を構築し、次に、本発明を適用した場合の実験結果について説明する。
【００１６】
主変圧器１０２としては、定格電圧Ｖ_０＝２００［Ｖ］、定格電流３０［Ａ］、容量６０００［ＶＡ］の単相変圧器を用いることとした。図２は、この主変圧器１０２の特性を示した図表である。また、図３は、図２に示した主変圧器１０２から導くことのできる変換器定数を示した図表である。実験では、電力系統の電磁過渡現象をシミュレーションする世界標準ソフトウェアであるPSCAD／EMTC（カナダのマニトバ HVDC リサーチセンター社製）を用いた。なお、実験では巻数抵抗は一次側と二次側で等しいと仮定し、突入電流減衰時間、飽和電圧、磁化電流、空心リアクタンスについては、図４に示した値を用いることとした。なお、簡便化のため、実験ではヒステリシスおよび残存磁束は考慮しないこととした。
【００１７】
電源１０１としては、電圧実効値Ｖ_ｓを２００［Ｖ］、周波数を６０［Ｈｚ］とし、６０００［ＶＡ］をベースとした。電源側インピーダンスＬ_ｓを５％とした。
【００１８】
まず、図１で、回路１００から突入電流抑制器１０３を取り除き、電源電圧位相を０°で主変圧器１０２を投入した場合（スイッチSW１をONした場合）の電源電圧と電流波形を測定した。図５にその結果を示す。図示したように、回路１００の電流ｉ_ｓは最大で約３３０［Ａ］を記録しており、主変圧器１０２の定格電流３０［Ａ］の８倍程度の電流、すなわち、突入電流が発生する系であることが確認できた。なお、回路１００で電源電圧位相９０°で主変圧器１０２を投入した場合には、図示を省略するが、理論的に確かめられているように無負荷電流量のみ流れ、突入電流は発生しないことが確認できた。
【００１９】
次に、突入電流抑制器１０３の構成および作用を詳述する。図６は、電力変換器１３１の構成例を示した図であり、図７は、計算機実験に用いる回路定数を示した図表である。電力変換器１３１では、図８に示すような三角波比較方式ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)を用いて出力電圧ｖ_ａｂを得る。電力変換器１３１は、主変圧器１０２に流入する電流ｉ_ｓを検出して、K倍のゲインを乗じて三角波ｖ_ｔと比較する。これにより、電力変換器１３１の出力電圧ｖ_ａｂ（図６参照）の平均値をＫ・ｉ_ｓに［Ｖ］にすることができる。このことは、突入電流抑制器１０３がＫ［Ω］の抵抗として動作することを意味する。なお、実際には回路１００では、ＬＣフィルタ１３３を用いてスイッチングに起因する成分を取り除いている。
【００２０】
図８に示したブロックのｇ_１〜ｇ_４が図６に示したｇ_１〜ｇ_４に接続される。主変圧器１０２は無負荷状態であるので、鉄心が飽和した場合に、無負荷電流Ｉ_０（図２参照）を超えないように電力変換器１３１の出力電圧ｖ_ｏｕｔを出力すべく制御ゲインＫを決定する。なお、Ｓ_１は図６の電力変換器１３１の運転停止を制御する信号を入力する。
【００２１】
実施の形態１では、無負荷電流Ｉ_０を超えないようにゲインを決定しているため、モデル化した主変圧器１０２の定格電流を０．３［Ａ］として変圧器定数を決定した整合用変圧器１３４を用いる。整合用変圧器の定数を図９に示す。
【００２２】
以上のようにして、計算機実験を行った。電源電圧ｖ_ｓが０［Ｖ］となるｔ＝０．０１６７［ｓ］でＳＷ１を閉じ、主変圧器１０２を電源１０１に投入した。結果を図１０に示す。図５と比較すると明らかなように、投入直後に突入電流は発生しておらず定常状態となっていることが確認できる。しかしながら、電力変換器１３１の動作を急に停止した時点で二次突入が発生し２［Ａ］程度の電流が流れていることがわかった。
【００２３】
二次突入を防止し、電圧位相の急激な変化を防止するために、電力変換器１３１の出力電圧を５０［ｍｓ］の時間をかけて減少させてみた。具体的には、ｔ＝０．１［ｓ］経過後から５０［ｍｓ］をかけて出力電圧ｖ_ｏｕｔを減少させ、ｔ＝０．１５［ｓ］で電力変換器１３１の動作を停止した。図１１に結果を示す。主変圧器１０２を電源１０１に投入した瞬間は最大で約０．１７［Ａ］の電流が流れるが、１周期後には約０．１２［Ａ］となり定常状態を維持し、電源電圧にも影響を及ぼしていないことが確認できる。また、５０［ｍｓ］の時間をかけて電力変換器１３１の出力電圧ｖ_ｏｕｔを減少させているため、二次突入も発生していないことが確認できた。突入電流抑制器１０３の動作を完全に停止すると、無負荷電流として回路１００に０．２８［Ａ］の電流が流れ、一次二次とも突入電流が抑制されることが確認できた。
【００２４】
次に、この計算機実験結果から、突入電流抑制器１０３の容量を求める。図１０に示した結果では、電力変換器１３１の出力電圧ｖ_ｏｕｔの最大値は１７０［Ｖ］であった。また、電流ｉ_ｓの最大値は０．１７［Ａ］であった。よって、電力変換器１３１のピーク値容量Ｐ_ｐｅａｋは、
Ｐ_ｐｅａｋ＝１７０×０．１７＝２８．９［ＶＡ］
となる。したがって、突入電流抑制器１０２の実効値容量は約１５［ＶＡ］となる。よって、主変圧器１０２の容量６０００［ＶＡ］に対して、１／４００の容量の突入電流抑制器１０２で突入電流を抑制できたことになる。
【００２５】
以上、実施の形態１の突入電流抑制方法によれば、簡便な構成で、単相回路の突入電流を抑制することが可能であることが明らかになった。
【００２６】
［実施の形態２］
実施の形態２では、三相回路についての突入電流抑制方法について説明する。なお、実施の形態２では、特に断らないかぎり、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
図１２は、実施の形態２の突入電流抑制方法を適用する基本回路構成（三相）を示した図である。図示したように、回路２００は、回路１００を三相分組合せた構成とし、一次側をΔ結線として電源１０１と接続している。実施の形態２では、三相電源電圧の線間電圧実効値を２００［Ｖ］、周波数を６０［Ｈｚ］として、１００００［ＶＡ］をベースとしている。なお、単相回路１００と同様に、電源側インピーダンスＬ_ｓを５％とした。
【００２８】
まず、突入電流の発生を確認するために、図１２で、回路２００から突入電流抑制器１０３を除き、ａ相電圧位相０°で主変圧器１０２（Ｔ_ｒａ、Ｔ_ｒｂ、およびＴ_ｒｃ）を電源１０１（ｖ_ｓａ、ｖ_ｓｂ、ｖ_ｓｃ、）に投入し電源電圧と電流波形を測定した。図１３にその結果を示す。図示したように、ａ相で最大約３３０［Ａ］の電流が流れ、ｂ相にキルヒホッフの法則を満たすために−３３０［Ａ］の電流が流れて、単相の場合と同様に、定格電流の１０倍以上の突入電流が流れる系であることが確認できた。なお、回路１００は、対称であるので、どの相で主変圧器１０２を電源１０１に投入しても同様の結果を得る。また、前述したように、位相が各相間で１２０°ずれているのでいずれかの相で必ず突入電流が発生する。
【００２９】
三相回路の場合の回路定数を図１４に示した値として、計算機実験を行った。なお、実験では、回路構成を三相とし、図１４に示した回路定数以外は実施の形態１と同様とし、ａ相の電圧位相０°の時、三相同時に主変圧器１０２を電源１０１に投入した。結果を図１５に示す。図１３と比較すると明らかなように、投入直後に突入電流は発生しておらず定常状態となっていることが確認できる。しかしながら、電力変換器１３１の動作を急に停止した時点で二次突入が発生し３［Ａ］程度の電流が流れていることがわかった。
【００３０】
二次突入を防止し、電圧位相の急激な変化を防止するために、実施の形態１と同様に、電力変換器１３１の出力電圧を５０［ｍｓ］の時間をかけて減少させ二次突入の防止を試みた。結果を図１６に示す。電源１０１に投入した瞬間は、最大で０．１２［Ａ］程度の電流が流れるが、定常状態では０．０８［Ａ］程度の電流となる。電力変換器１３１の動作を完全に停止すると、無負荷電流として０．２８［Ａ］の電流が流れ、一次二次とも突入電流が電力変換器１３１によって抑制されていることがわかる。
【００３１】
次に、この計算実験結果から、三相回路の場合の突入電流抑制器１０３の容量を求める。電力変換器１３１の出力電圧最大値は、１相当たり約１２０［Ｖ］である。また、電流ｉ_ｓの最大値は０．１２［Ａ］である。よって、電力変換器１３１のピーク値容量Ｐ_ｐｅａｋは、
Ｐ_ｐｅａｋ＝１２０×０．１２＝１４．４［ＶＡ］
となる。したがって、電力変換器１３１の１台あたりの実効値容量は約７．２［ＶＡ］であり、三相一括すると、２２［ＶＡ］となる。よって、主変圧器１０２の容量１００００［ＶＡ］に対して、１／４５４の容量の突入電流抑制器１０２で突入電流を抑制できたことになる。
【００３２】
以上実施の形態２の突入電流抑制方法によれば、三相回路であっても、簡便な構成で、突入電流を抑制することが可能であることが明らかになった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の突入電流抑制方法によれば、単相回路であっても三相回路であっても簡便な構成で突入電流を抑制する突入電流抑制方法を提供することができた。また、主変換器容量の数百分の１の容量で突入電流抑制を可能とした。すなわち、整合用変圧器の容量を主変圧器容量の数百分の１とすることができ、経済的な突入電流抑制方法を提供できたといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の突入電流抑制方法を適用する基本回路構成（単相）を示した図である。
【図２】実施の形態１の主変圧器の特性を示した図表である。
【図３】図２に示した主変換器から導くことのできる変換器定数を示した図表である。
【図４】突入電流減衰時間、飽和電圧、磁化電流、空心リアクタンスを示した図表である。
【図５】構築した単相回路モデルを用いた数値実験で、突入電流が発生する様子を確認する図である。
【図６】実施の形態１の電力変換器の構成例を示した図である。
【図７】実施の形態１の計算器実験に用いる回路定数を示した図表である。
【図８】実施の形態１の電力変換器の信号生成構成ブロックを示した図である。
【図９】実施の形態１の整合用変圧器の定数を示した図表である。
【図１０】実施の形態１の突入電流抑制方法を用い、主変換器を電源に投入した際の電流電圧の変化の様子を示した図である。
【図１１】実施の形態１の突入電流抑制方法を用い、主変換器を電源に投入し、定常後、突入電流抑制器を緩やかに減衰させた際の電流電圧の変化の様子を示した図である。
【図１２】実施の形態２の突入電流抑制方法を適用する基本回路構成（三相）を示した図である。
【図１３】構築した三相回路モデルを用いた数値実験で、突入電流が発生する様子を確認する図である。
【図１４】三相回路の場合の回路定数を示した図表である。
【図１５】実施の形態２の突入電流抑制方法を用い、主変換器を電源に投入した際の電流電圧の変化の様子を示した図である。
【図１６】実施の形態２の突入電流抑制方法を用い、主変換器を電源に投入し、定常後、突入電流抑制器を緩やかに減衰させた際の電流電圧の変化の様子を示した図である。
【符号の説明】
１０１電源
１０２主変圧器
１０３突入電流抑制器
１３１電力変換器（電力形ＰＷＭ変換器）
１３２駆動電源
１３３ＬＣフィルタ
１３４整合用変圧器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for suppressing inrush current of a transformer, and more particularly, to a method for suppressing inrush current using a voltage source inverter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, power demand facilities such as factories have power receiving facilities on the premises for drawing in power from substations. In addition to the large transformer at the receiving end for lowering the voltage, the receiving facility is equipped with protective equipment such as a circuit breaker that operates in the event of a ground fault or short circuit in the electric circuit. When the facility scale is large and there are a plurality of buildings on the premises, a plurality of medium-sized transformers and associated circuit breakers are provided below the power receiving end large transformer to make them independent of the circuit. As a result, even when a power outage occurs in one building, other facilities can fully supply power.
[0003]
However, it is known that when a large-sized transformer or medium-sized transformer is inadvertently connected (turned on) to a power source without load, a current several tens of times the rated current, that is, an inrush current is generated. When an inrush current exceeding the rated current of the large transformer at the receiving end occurs, the first problem is that the circuit breaker provided in the immediate vicinity of the outside of the premise circuit malfunctions and the entire premise is out of power. It was. This is a problem that may occur even if an inrush current occurs in the medium-sized transformer.
[0004]
Further, even when the power failure of the entire campus is not caused, the voltage waveform is greatly distorted, and in some cases, it may cause malfunction including the equipment of other buildings on the campus. For example, such a malfunction is not allowed in a facility where a device that should not be stopped is operating, such as a general hospital or a university research institution.
[0005]
Conventionally, in order to solve these problems, a method of adjusting the power-on phase is used in a single-phase circuit. Also, in three-phase circuits, transformers with built-in inrush current suppression resistors are known (Kazuhiro Mizuno et al. “Development of Excited Inrush Current Suppression Transformer”, IEEJ stationary materials, SA-94-29, ( 1994)). A method is also known in which a PWM converter having a high-speed current response is connected in parallel with a transformer and an inrush current is supplied to suppress an instantaneous voltage drop on the power source side (Katsuji Fujiwara et al., “Parallel Active Transformer excitation inrush current compensation circuit using filter ", 1998 IEEJ National Convention, No.830).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technique has the following problems.
That is, in the three-phase circuit, even if the power-on phase is adjusted in principle, there is a problem that an inrush current always occurs as a result of the phase being different by 120 °.
[0007]
In addition, the method in which the suppression resistor is built in the transformer cannot prevent the secondary inrush that becomes a problem when the suppression resistor is short-circuited, and the resistance value needs to be limited to prevent it. It was.
[0008]
Further, the method using a parallel PWM converter has a problem that it is not economical and practicality is low because it is necessary to increase the capacity (V × A) of the PWM converter itself.
[0009]
This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It is an object to provide the inrush current suppression method which suppresses an inrush current with a simple structure even if it is a single phase circuit or a three-phase circuit.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an inrush current suppression method according to claim 1 is an inrush current suppression method applied in a circuit for stepping down a power supply voltage using a transformer, and includes a matching transformer. The voltage source inverter is connected in series with the transformer on the power source side, and the voltage source inverter outputs the predetermined voltage having a value obtained by multiplying the current by an arbitrary gain according to the current flowing into the transformer. It is characterized by operating as a braking resistor for a transformer.
[0011]
Further, the inrush current suppressing method according to claim 2 is the inrush current suppressing method according to claim 1, wherein when the operation of the voltage source inverter is stopped, it takes a predetermined time to stop the output voltage of the voltage source inverter. This is characterized in that secondary entry is prevented by reducing
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing a basic circuit configuration (single phase) to which the inrush current suppressing method of the first embodiment is applied. As illustrated, the circuit 100 includes a power source 101, a main transformer 102, and an inrush current suppressor 103.
[0013]
The inrush current suppressor 103 includes a power converter 131 that is a PWM converter, a DC power source 132 that drives the power converter 131, and a switching ripple suppression filter (LC filter) 133 provided on the output side of the power converter 131. And a matching transformer 134. The matching transformer is a transformer used to match the voltage and current ratings of each other when connecting the voltage source inverter to the power system. As shown in the figure, in the present invention, the inrush current suppressor 103 is connected in series with the power source 101 via the matching transformer 134.
[0014]
Although not shown in the figure, the DC power supply 132 is provided with a capacitor in the immediate vicinity and charged in advance. In addition, a regenerative converter is connected to the DC capacitor (not shown), and energy generated when the main transformer 102 is turned on is regenerated in the power source 101. Here, a PWM converter is used as the power converter 131, but not limited to this, any voltage source inverter can be used.
[0015]
In the first embodiment, verification is mainly performed by a computer experiment. First, a system (single-phase circuit) that generates an inrush current is constructed, and then an experimental result when the present invention is applied will be described.
[0016]
As the main transformer 102, a single-phase transformer having a rated voltage V ₀ = 200 [V], a rated current 30 [A], and a capacity 6000 [VA] is used. FIG. 2 is a chart showing the characteristics of the main transformer 102. FIG. 3 is a chart showing converter constants that can be derived from the main transformer 102 shown in FIG. In the experiment, PSCAD / EMTC (manufactured by Manitoba HVDC Research Center, Canada), which is a global standard software for simulating electromagnetic transients in power systems, was used. In the experiment, the winding resistance is assumed to be equal on the primary side and the secondary side, and the values shown in FIG. 4 are used for the inrush current decay time, saturation voltage, magnetizing current, and air-core reactance. For simplicity, hysteresis and residual magnetic flux are not considered in the experiment.
[0017]
The power source 101, 200 [V] the voltage effective value _{V s,} the frequency was 60 [Hz], was based on 6000 [VA]. The power supply side impedance L _s was set to 5%.
[0018]
First, in FIG. 1, the inrush current suppressor 103 was removed from the circuit 100, and the power supply voltage and current waveform were measured when the main transformer 102 was turned on with the power supply voltage phase being 0 ° (when the switch SW1 was turned on). FIG. 5 shows the result. As shown, the current _{i s} of circuit 100 at most has recorded about 330 [A], the main transformer 102 8 times the rated current 30 [A], that is, the inrush current is generated The system was confirmed. When the main transformer 102 is turned on in the circuit 100 with a power supply voltage phase of 90 °, the illustration is omitted, but only a no-load current flows and no inrush current is generated as theoretically confirmed. Was confirmed.
[0019]
Next, the configuration and operation of the inrush current suppressor 103 will be described in detail. FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the power converter 131, and FIG. 7 is a chart showing circuit constants used for a computer experiment. The power converter 131 obtains the output voltage v _ab using a triangular wave comparison method PWM (Pulse Width Modulation) as shown in FIG. The power converter 131 detects the current i _s flowing into the main transformer 102 is compared with the triangular wave v _t is multiplied by the gain of K times. This makes it possible to [V] the average value of the output voltage _{v ab} of the power converter 131 (see FIG. 6) to K · _{i s.} This means that the inrush current suppressor 103 operates as a resistance of K [Ω]. In practice, the circuit 100 uses the LC filter 133 to remove components caused by switching.
[0020]
_G 1 to g ₄ of the blocks shown in FIG. 8 is connected to _g 1 to g ₄ shown in FIG. Since the main transformer 102 is in a no-load state, when the iron core is saturated, the control gain K is set so as to output the output voltage v _out of the power converter 131 so as not to exceed the no-load current I ₀ (see FIG. 2). To decide. Incidentally, S ₁ inputs a signal for controlling the operation stop of the power converter 131 of FIG.
[0021]
In the first embodiment, since the gain is determined so as not to exceed the no-load current I ₀ , the matching is performed by determining the transformer constant with the rated current of the modeled main transformer 102 being 0.3 [A]. A transformer 134 is used. The constants of the matching transformer are shown in FIG.
[0022]
The computer experiment was performed as described above. Supply voltage _{v s} closed is 0 [V] and becomes t = 0.0167 [s] at SW1, was charged with the main transformer 102 to the power source 101. The results are shown in FIG. As is clear from comparison with FIG. 5, it can be confirmed that an inrush current is not generated immediately after being turned on, and that it is in a steady state. However, it was found that when the operation of the power converter 131 was suddenly stopped, a secondary inrush occurred and a current of about 2 [A] was flowing.
[0023]
In order to prevent the secondary inrush and prevent a sudden change in the voltage phase, the output voltage of the power converter 131 was decreased over a time of 50 [ms]. Specifically, the output voltage v _out was decreased over 50 [ms] after t = 0.1 [s], and the operation of the power converter 131 was stopped at t = 0.15 [s]. The results are shown in FIG. At the moment when the main transformer 102 is turned on to the power supply 101, a maximum current of about 0.17 [A] flows, but after one cycle it becomes about 0.12 [A] and maintains a steady state, which also affects the power supply voltage. Can be confirmed. In addition, since the output voltage v _out of the power converter 131 was decreased over a time of 50 [ms], it was confirmed that no secondary inrush occurred. When the operation of the inrush current suppressor 103 was completely stopped, it was confirmed that a current of 0.28 [A] flows through the circuit 100 as a no-load current, and the inrush current is suppressed in both the primary and secondary.
[0024]
Next, the capacity of the inrush current suppressor 103 is obtained from the result of the computer experiment. In the result shown in FIG. 10, the maximum value of the output voltage v _out of the power converter 131 is 170 [V]. The maximum value of the current _{i s} was 0.17 [A]. Therefore, the peak value capacity P _peak of the power converter 131 is
P _peak = 170 × 0.17 = 28.9 [VA]
It becomes. Therefore, the effective value capacity of the inrush current suppressor 102 is about 15 [VA]. Therefore, the inrush current can be suppressed by the inrush current suppressor 102 having a capacity of 1/400 with respect to the capacity 6000 [VA] of the main transformer 102.
[0025]
As described above, according to the inrush current suppression method of the first embodiment, it has become clear that the inrush current of a single-phase circuit can be suppressed with a simple configuration.
[0026]
[Embodiment 2]
In the second embodiment, an inrush current suppression method for a three-phase circuit will be described. In the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment unless otherwise specified, and the description thereof is omitted.
[0027]
FIG. 12 is a diagram showing a basic circuit configuration (three phases) to which the inrush current suppressing method of the second embodiment is applied. As shown in the figure, the circuit 200 has a configuration in which the circuits 100 are combined for three phases, and the primary side is connected to the power source 101 with a Δ connection. In the second embodiment, the line voltage effective value of the three-phase power supply voltage is 200 [V], the frequency is 60 [Hz], and the base is 10000 [VA]. Similarly to the single-phase circuit 100, and the power supply side impedance _{L s} is 5%.
[0028]
First, in order to confirm the occurrence of the inrush current, in FIG. 12, the inrush current suppressor 103 is removed from the circuit 200, and the main transformer 102 (T _ra , T _rb , and T _rc ) at the a-phase voltage phase 0 °. The power source 101 (v _sa , v _sb , v _sc ) was turned on and the power source voltage and current waveform were measured. FIG. 13 shows the result. As shown in the figure, a maximum current of about 330 [A] flows in the a phase, and a current of -330 [A] flows in order to satisfy Kirchhoff's law in the b phase. It has been confirmed that the system has an inrush current that is 10 times greater than the above. Since the circuit 100 is symmetrical, the same result is obtained regardless of which phase the main transformer 102 is turned on. Further, as described above, since the phases are shifted by 120 ° between the phases, an inrush current is always generated in any phase.
[0029]
A computer experiment was conducted with the circuit constants in the case of a three-phase circuit as values shown in FIG. In the experiment, the circuit configuration is three-phase, and the circuit constants other than the circuit constants shown in FIG. 14 are the same as in the first embodiment. When the a-phase voltage phase is 0 °, the main transformer 102 is connected to the power source 101 at the same time. I put it in. The results are shown in FIG. As is clear from comparison with FIG. 13, it can be confirmed that an inrush current is not generated immediately after being turned on, and that it is in a steady state. However, it was found that when the operation of the power converter 131 suddenly stopped, a secondary inrush occurred and a current of about 3 [A] was flowing.
[0030]
In order to prevent the secondary rush and prevent a sudden change in the voltage phase, the output voltage of the power converter 131 is decreased over a time of 50 [ms] to reduce the secondary rush as in the first embodiment. Tried to prevent. The results are shown in FIG. At the moment of turning on the power supply 101, a maximum current of about 0.12 [A] flows, but in a steady state, the current is about 0.08 [A]. When the operation of the power converter 131 is completely stopped, it can be seen that a current of 0.28 [A] flows as a no-load current, and the inrush current is suppressed by the power converter 131 in both the primary and secondary.
[0031]
Next, from this calculation experiment result, the capacity of the inrush current suppressor 103 in the case of a three-phase circuit is obtained. The maximum output voltage value of the power converter 131 is about 120 [V] per phase. The maximum value of the current _{i s} is 0.12 [A]. Therefore, the peak value capacity P _peak of the power converter 131 is
P _peak = 120 × 0.12 = 14.4 [VA]
It becomes. Therefore, the effective value capacity per unit of the power converter 131 is about 7.2 [VA], and when the three phases are collectively, 22 [VA]. Therefore, the inrush current can be suppressed by the inrush current suppressor 102 having a capacity of 1/454 with respect to the capacity 10000 [VA] of the main transformer 102.
[0032]
As described above, according to the inrush current suppressing method of the second embodiment, it has been clarified that even a three-phase circuit can suppress the inrush current with a simple configuration.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the inrush current suppressing method of the present invention, it is possible to provide an inrush current suppressing method for suppressing an inrush current with a simple configuration regardless of whether it is a single-phase circuit or a three-phase circuit. It was. In addition, the inrush current can be suppressed with a capacity of one hundredth of the capacity of the main converter. That is, it can be said that the capacity of the matching transformer can be reduced to one hundredth of the capacity of the main transformer, and an economical inrush current suppressing method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic circuit configuration (single phase) to which an inrush current suppressing method according to a first embodiment is applied.
FIG. 2 is a chart showing characteristics of the main transformer of the first embodiment.
3 is a chart showing converter constants that can be derived from the main converter shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a chart showing inrush current decay time, saturation voltage, magnetizing current, and air-core reactance.
FIG. 5 is a diagram for confirming a state where an inrush current is generated in a numerical experiment using the constructed single-phase circuit model.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a power converter according to the first embodiment.
FIG. 7 is a table showing circuit constants used in the calculator experiment of the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a signal generation configuration block of the power converter according to the first embodiment.
FIG. 9 is a table showing constants of the matching transformer of the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a change in current voltage when the main converter is turned on using the inrush current suppressing method of the first embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a change in current voltage when the main converter is turned on using the inrush current suppression method of the first embodiment and the inrush current suppressor is gently attenuated after steady operation; It is.
FIG. 12 is a diagram showing a basic circuit configuration (three phases) to which the inrush current suppressing method of the second embodiment is applied.
FIG. 13 is a diagram for confirming a state in which an inrush current is generated in a numerical experiment using the constructed three-phase circuit model.
FIG. 14 is a chart showing circuit constants in the case of a three-phase circuit.
FIG. 15 is a diagram showing a change in current voltage when the main converter is turned on using the inrush current suppression method of the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing a change in current voltage when the main converter is turned on using the inrush current suppression method of the second embodiment and the inrush current suppressor is gently attenuated after steady operation; It is.
[Explanation of symbols]
101 Power Supply 102 Main Transformer 103 Inrush Current Suppressor 131 Power Converter (Power Type PWM Converter)
132 drive power supply 133 LC filter 134 matching transformer

Claims

An inrush current suppression method applied in a circuit for stepping down a power supply voltage using a transformer, wherein a voltage source inverter is connected in series with the transformer on the power source side via a matching transformer, and the voltage source inverter is An inrush current suppression method comprising: operating as a braking resistance of the transformer by outputting a predetermined voltage having a value obtained by multiplying the current by an arbitrary gain according to the current flowing into the transformer.

2. The inrush current according to claim 1, wherein when the operation of the voltage source inverter is stopped, the output voltage of the voltage source inverter is decreased over a predetermined time to prevent secondary inrush. Suppression method.