力率改善について

質問

回路(1)　変圧器→ACリアクトル有り→インバータ
回路(2)　変圧器→ACリアクトル無し→インバータ

上記の様な回路で、ACリアクトルを入れないと
インバータ側への影響？問題はあるのでしょうか？
私が思うに、ACリアクトルが無い場合は高調波対策（低減）
が出来ない為、力率の改善が出来くなると思いますが
他に何か考えられるでしょうか？
又、ACリアクトルが無い事によって高調波成分が変圧器側に
直接影響を及ぼす事は考えられるでしょうか？

回答No.2

fujiyama32

変圧器のリアクタンス分により高調波成分が減少しますが、仮に変圧器容量が100kVA、％インピーダンスが3％(大半がリアクタンス分と考えます。)、インバータ容量が10kVAとしますと、インバータに対しては、3％×10kVA／100kVA＝0.3％のリアクトルが挿入されたことになると考えて良いと思います。
この程度の値ですと、高調波電流の抑制は、ほんの少し下がる程度で、高調波電流を抑制した状態とは言えないと考えられます。
仮に
(1)10kVAのインバータに専用に10kVAの変圧器を用意する場合では、リアクタンス分が3％になりますので、高調波抑制効果はあると考えて良いと思います。ただし、インバータ以外の負荷は接続できないことになります。
(2)更に変圧器容量が大きいもので、％インピーダンスの大きくした変圧器を注文により製作は可能だと思いますが、非常に高くなります。なお、％インピーダンスを大きくしますと電圧降下も大きくなりますので、この面からも検討が必要となります。
いずれの場合でも[直流リアクトルまたは交流リアクトル]を追加された方がより経済的になるものと考えられます。
メーカ指定の「リアクトル」のリアクタンス分（数％）は、第5次、第7次の高調波電流が約半分となるように設計し、製作されています。

ついでながら、インバータの場合の力率の考え方は「総合力率」と言い、電圧と電流の位相の遅れで判定するのではなく、次の式により求めます。

総合力率[％]＝3相入力電力[kW]／3相皮相電力[kVA](＝√3×電圧[V]×電流[A])×100[％]

実際に総合力率を測定する場合は高調波分も含め"真の実効値(RMS形)"が測定できる計器類を用意する必要があります。測定器メーカのカタログや仕様書などに「インバータでも正確に測定できる」と記述された測定器を使用して判定します。

回答No.1

fujiyama32

ご自身が書かれていますように、ACリアクトルを挿入しますと(総合)力率が改善されます。(総合)力率が良くなった分インバータの入力電流が少なくなりますので、電源変圧器の容量(kVA)が小さくなります。
インバータが1台程度では殆ど変わりありませんが、接続される台数が多くなれば、変圧器容量も大きくなり、場合により一型上の容量の変圧器を選定しなければならない場合も考えられます。
力率改善の点から「ACリアクトル」を使用するより「DCリアクトル」を使用した方が多少ですが、力率が良くなります。この点から「DCリアクトル」も検討されたら良いと思います。(DCリアクトルの方が小型で配線本数も少なくて済みます。)
なお、インバータの場合、力率改善と高調波電流抑制とは、同一の現象を表しており、高調波電流抑制の面からもリアクトル類を追加された方が良いと思います。
高調波電流が大きい場合、変圧器経由で電源側(電力会社や他の需要家)に流出し電源電圧の歪みに影響を与えます。
経済産業省より受電設備の電圧(高圧、特別高圧)や設備容量(契約電力)によりますが、高調波電流の流出電流を計算し、これをある値以下に制限しなさいとの通達があります。これらの条件により検討を行い書類を作成し、電力会社と協議する必要もあります。
このような場合は電力会社の契約窓口に行き「高調波抑制対策の関連資料」を受領されて、検討されたら良いと思います。
低圧で受電されているような場合は、使用されているインバータメーカのカタログなどの記述や推奨部品を参考にされるか、メーカに電話相談されると良いでしょう。

補足

ありがとうございます。
早速ですが、例えば、リアクトルを挿入しない場合、
変圧器のみで、力率改善は出来るのでしょうか？
力率改善に関する資料を見ると、詳しくはわかりませんが、
インバータｋＶＡに換算の電源インピーダンス（＝変圧器インピーダンスｘ（インバータ容量（kVA）÷変圧器容量（kVA）））を大きくする事によって高調波成分を低減できると書かれてあります。
そうなると、計算上はインバータ容量より電源変圧器の容量を小さくする事により力率改善となると思うのですが、そうなると容量不足で変圧器が焼損すると思います、
結局、変圧器のみでの力率改善は有り得ないと考えてよいのでしょうか？
お忙しい所申し訳御座いませんが、ご教授お願いしまう。