JP2000139085A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JP2000139085A
JP2000139085A JP11038571A JP3857199A JP2000139085A JP 2000139085 A JP2000139085 A JP 2000139085A JP 11038571 A JP11038571 A JP 11038571A JP 3857199 A JP3857199 A JP 3857199A JP 2000139085 A JP2000139085 A JP 2000139085A
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thyristor
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Hiroshi Uchino
広 内野
Hiroyuki Nishikawa
浩行 西川
Shoichi Irokawa
彰一 色川
Kihei Nakajima
喜平 中島
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Toshiba Corp
Shibafu Engineering Corp
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Toshiba Corp
Shibafu Engineering Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/443—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/45—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M5/4505—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements

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Abstract

(57)【要約】 【課題】同期電動機を駆動する時のトルクリップルの発
生を低減すること。 【解決手段】コンバータ３はサイリスタからなるアーム
をブリッジ接続して構成し、インバータ４を構成するブ
リッジ接続される各アームを、第１のＧＴＯに第１のダ
イオードが逆並列接続された回路と第２のダイオードと
を直列接続した第１の直列回路、これに並列接続され第
２のＧＴＯに第３のダイオードが逆並列接続された回路
と第４のダイオードとを直列接続した第２の直列回路、
各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
励スイッチユニットと、これに直列接続されたサイリス
タとから構成し、インバータの交流電圧位相を基に、イ
ンバータの通電中のアームから次に通電するアームへの
転流の際に通電中のアームに逆方向の電圧が加わる位相
で次に通電するアームの自励スイッチユニットとサイリ
スタを同時にオンし、同時に通電中のアームの自励スイ
ッチユニットをオフする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流を直流に、直
流を交流に変換する電力変換装置に係り、特に同期電動
機を駆動する時のトルクリップルの発生を低減し、また
一般電源に電力を供給する時の無効電力の発生を低減す
るようにした、極めて経済性に優れた電力変換装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８は、この種の従来の電力変換装置の
一例を示す回路図である。
【０００３】図８において、交流側が電源１に変圧器２
を介して連系されて交流を直流に変換するコンバータ３
と、交流側に同期電動機６が駆動可能に連系されて直流
を交流に変換するインバータ４とは、コンバータ３から
インバータ４へ流れる直流電流を平滑する直流リアクト
ル５を介して直流回路が結合されている。
【０００４】さらに、電源１の位相を基準にして、コン
バータ３の出力電流を制御するコンバータ制御回路８５
と、同期電動機６の内部誘起電圧の位相に応じて、イン
バータ４の出力周波数を制御するインバータ制御回路８
６とが備えられている。
【０００５】ここで、コンバータ３は、サイリスタ７〜
１８からなるアームを、図示のようにブリッジ接続して
構成されている。
【０００６】また、インバータ４は、サイリスタ８７〜
９２および９３〜９８からなるアームを、図示のように
ブリッジ接続して構成されている。
【０００７】このコンバータ３およびインバータ４は、
直流リアクトル５により平滑される直流電流を、電源１
の電圧または同期電動機６の電圧により転流して交流電
流に変換する、いわゆる他励式電流形変換器である。
【０００８】また、コンバータ３およびインバータ４の
各アームは、複数のサイリスタを直列接続して構成する
ものとしているが、ここでは説明の簡単のために、２個
の素子を直列にして構成する揚合について説明する。
【０００９】以上の構成は、電源１の位相を基準にし
て、コンバータ制御回路８５によりコンバータ３の出力
電流を制御し、同期電動機６の内部誘起電圧の位相に応
じて、インバータ制御回路８６によりインバータ４の出
力周波数を制御する、いわゆる無整流子電動機として知
られている。
【００１０】図９は、図８における電力変換装置の動作
を説明するための波形図である。
【００１１】図９において、ＶＤＣはコンバータ３の直
流出力電圧、ＩＤは直流回路に流れる電流である。ＶＤ
Ｉはインバータ４の直流入力電圧である。ＩＵはインバ
ータ４のＵ相から同期電動機６のＵ相に供給される電流
である。ＩＶはインバータ４のＶ相から同期電動機６の
Ｖ相に供給される電流である。
【００１２】同様に、インバータ４のＷ相には、ＩＶに
対して１２０゜位相の遅れた電流が流れる。ＶＵＶはイ
ンバータ４のＷ相線間電圧である。インバータ４のＶＷ
相線間電圧およびＷＵ相線間電圧は、ＶＵＶに対して１
２０゜および２４０゜位相の遅れた同様の波形となる。
【００１３】ここで、インバータ４のＵ相からＶ相への
転流過程を例として説明する。
【００１４】時刻ｔ１の直前は、インバータ４のＵ相サ
イリスタ９３，８７とＺ相サイリスタ９２，９８がオン
しており、電流はインバータ４のＵ相から同期電動機６
のＵ相、Ｗ相を経由して、インバータ４のＺ相に流れて
いる。時刻ｔ１において、Ｖ相サイリスタ９４，８８が
オンすると、ＵＶ相線間電圧ＶＵＶは、Ｕ相サイリスタ
９３，８７とＶ相サイリスタ９４，８８により短絡され
て零になる。
【００１５】この時、同期電動機６のＵＶ相の漏れイン
ダクタンス“Ａ”で示す転流電圧が加わり、Ｕ相電流Ｉ
Ｕが減少し、Ｖ相電流ＩＶが増加して転流が行なわれ
る。
【００１６】時刻ｔ２において、Ｕ相電流ＩＵが零にな
り、転流が完了する。ＴＱは同期電動機６の発生するト
ルクである。これは、同期電動機６の内部誘起電圧に対
して注入される有効電力ＰＷに比例する。ＲＰＷは、同
期電動機６の内部誘起電圧に対して注入される無効電力
である。
【００１７】図１０は、従来の電力変換装置の他の例を
示す回路図であり、図８と同一要素には同一符号を付し
てその説明を省略する。
【００１８】図１０において、コンバータ３は、交流側
が第１の電源９９に第１の変圧器１００を介して連系さ
れて、交流を直流にあるいは直流を交流に変換する。
【００１９】また、インバータ４は、交流側が第２の電
源１０１に第２の変圧器１０２を介して連系されて、直
流を交流にあるいは交流を直流に変換する。
【００２０】さらに、第１の電源９９には進相コンデン
サ１０３が、第２の電源１０１には進相コンデンサ１０
４がそれぞれ連系されている。
【００２１】なお、コンバータ制御回路、およびインバ
ータ制御回路については、その図示を省略している。
【００２２】以上の構成は、周波数の異なる第１の電源
９９と第２の電源１０１との間で電力の融通を行なう電
力系統用周波数変換装置、または交流の電力を高電圧の
直流に変換して遠方に送電して再び交流に変換する直流
送電用変換装置として知られている。
【００２３】図１１は、図１０における電力変換装置の
動作を説明するための波形図である。
【００２４】なお、図１１は図１０のコンバータ３の動
作を説明するための波形図であり、インバータ４の動作
については、コンバータ３の動作と同じであるので、こ
こではその説明を省略する。
【００２５】図１１において、Ｐはコンバータ３の有効
電力、Ｑはコンバータ３の無効電力である。Ｉｖは第１
の変圧器１００のＵ相からコンバータ３のＵ相に供給さ
れる電流である。Ｉｖは第１の変圧器１００のＶ相から
コンバータ３のＶ相に供給される電流である。
【００２６】同様に、コンバータ３のＷ相には、Ｉｖに
対して１２０゜位相の遅れた電流が流れる。Ｖｕｖはコ
ンバータ３のＵＶ相線間電圧である。コンバータ３のＶ
Ｗ相線間電圧およびＷＵ相線間電圧は、Ｖｕｖに対して
１２０゜および２４０゜位相の遅れた同様の波形とな
る。
【００２７】ここで、コンバータ３のＵ相からＶ相への
転流過程を例として説明する。
【００２８】時刻ｔ１の直前は、コンバータ３のＵ相サ
イリスタ７，１０とＺ相サイリスタ１５，１８がオンし
ており、電流はコンバータ３のＺ相から第１の変圧器１
００のＷ相、Ｕ相を経由してコンバータ３のＵ相に流れ
ている。時刻ｔ１において、コンバータ３のＶ相サイリ
スタ８，１１に点弧パルスを与える。
【００２９】この時、第１の変圧器１００のＵＶ相線間
電圧Ｖｕｖが負であるから、Ｖ相サイリスタ８，１１に
はＶｕｖに等しい順電圧が加わっており、Ｖ相サイリス
タ８，１１はオンする。従って、ＵＶ相線間電圧Ｖｕｖ
は、Ｕ相サイリスタ７，１０とＶ相サイリスタ８，１１
により短絡されて零になる。
【００３０】この時、第１の変圧器１００の漏れインダ
クタンスの転流電圧が加わり、Ｕ相電流Ｉｖが減少し、
Ｖ相電流Ｉｕが増加して転流が行なわれる。
【００３１】時刻ｔ２において、Ｕ相電流Ｉｕが零にな
り転流が完了する。時刻ｔ２の直後は、Ｕ相サイリスタ
７，１０には、“Ａ”で示すＵＶ相線間電圧Ｖｕｖが印
加される（“Ｂ”）。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の電力変換装置においては、コンバータ３とイ
ンバータ４を、それぞれサイリスタ変換器で構成してい
る。サイリスタは、オン状態の順方向電圧が低く電流を
たくさん流せること、スイッチング損失が小さい等の特
徴があり、高効率で高電圧大容量の変換器を小形でかつ
安価に製作することができる。また、スイッチング時の
素子のストレスが小さく、極めて信頼性が高い。
【００３３】しかしながら、サイリスタは自己消弧能力
がなく、交流電圧に依存して転流を行なう必要がある。
【００３４】すなわち、例えば図９に示すように、Ｕ相
からＶ相への転流は、ＵＶ相の線間電圧ＶＵＶが正の範
囲に限られる。そのため、図８に示すような無整流子電
動機の構成では、図９に示すように、同期電動機６の発
生トルクＴＱは脈動成分が大きくなり、振動や騒音を発
生することがある。
【００３５】また、図１０に示すような周波数変換装置
または直流送電用変換装置の構成では、例えば図１１に
示すように、Ｕ相からＶ相への転流は、ＵＶ相の線間電
圧Ｖｕｖが負の範囲に限られる。しかも、サイリスタ素
子は、ターンオフ時間が規定されており、その時間の
間、逆電圧を印加しないと再点弧してしまう（図１１の
“Ｂ”）。
【００３６】このため、ＵＶ相の線間電圧Ｖｕｖが負か
ら正に変わる時間（１８０゜）から、ターンオフ時間＋
転流時間をさかのぼった時間に、転流を開始しなければ
ならない（一般的に、転流余裕角は３０゜）。
【００３７】よって、図１１にＱで示すように遅れの無
効電力を発生することから、大容量の進相コンデンサ１
０３，１０４を必要とする。
【００３８】さらに、コンバータ３およびインバータ４
は、力率が良くない状態で運転することから、サイリス
タの利用率が悪くなる。
【００３９】本発明の第１の目的は、力率１で運転する
ことにより、同期電動機を駆動する時のトルクリップル
の発生を低減することが可能な電力変換装置を提供する
ことにある。
【００４０】また、本発明の第２の目的は、一般の電源
を供給する時の無効電力の発生を低減することが可能な
経済性に優れた電力変換装置を提供することにある。
【００４１】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、直流リアクトルを介して直流回路が結合さ
れ、交流を直流に変換するコンバータ、および直流を交
流に変換するインバータを備えて構成される電力変換装
置において、請求項１の発明では、コンバータは、サイ
リスタからなるアームをブリッジ接続して構成し、イン
バータを構成するブリッジ接続されるそれぞれのアーム
を、第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが
逆並列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続
してなる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接
続され第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオード
が逆並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接
続してなる第２の直列回路、および各直列回路の接続点
に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
スタとから構成している。
【００４２】また、請求項２の発明では、コンバータ
は、サイリスタからなるアームをブリッジ接続して構成
し、インバータを構成するブリッジ接続されるそれぞれ
のアームを、第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイ
オードが逆並列接続された回路と第２のダイオードとを
直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直列回路
に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第３のダ
イオードが逆並列接続された回路と第４のダイオードと
を直列接続してなる第２の直列回路、および各直列回路
の接続点に接続されたコンデンサからなる自励スイッチ
ユニットと、当該自励スイッチユニットに直列接続され
たサイリスタとから構成し、インバータの交流電圧の位
相を検出する手段と、当該手段により検出されたインバ
ータの交流電圧の位相に基づいて、インバータの通電中
のアームから次に通電するアームへの転流の際に、通電
中のアームに逆方向の電圧が加わる位相で次に通電する
アームの自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時
にオンし、かつ同時に通電中のアームの自励スイッチユ
ニットをオフする手段とを備えている。
【００４３】従って、請求項１および請求項２の発明の
電力変換装置においては、インバータの通電中のアーム
から次に通電するアームへの転流の際に、通電中のアー
ムに逆方向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの
自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオン
し、かつ同時に通電中のアームの自励スイッチユニット
をオフすることにより、転流余裕角がほぼ零の付近での
転流が可能であるため、電力変換装置を力率１で運転す
ることができる。これにより、はるかに小さいトルクリ
ップルで同期電動機を運転することができる。
【００４４】さらに、請求項３の発明では、コンバータ
は、サイリスタからなるアームをブリッジ接続して構成
し、インバータを構成するブリッジ接続されるそれぞれ
のアームを、第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイ
オードが逆並列接続された回路と第２のダイオードとを
直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直列回路
に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第３のダ
イオードが逆並列接続された回路と第４のダイオードと
を直列接続してなる第２の直列回路、および各直列回路
の接続点に接続されたコンデンサからなる自励スイッチ
ユニットと、当該自励スイッチユニットに直列接続され
たサイリスタとから構成し、インバータの交流電圧の位
相を検出する手段と、インバータの各アーム電流を検出
する手段と、各手段により検出されたインバータの交流
電圧の位相、およびインバータの各アーム電流に基づい
て、インバータの通電中のアームから次に通電するアー
ムへの転流の際に、通電中のアームに逆方向の電圧が加
わる位相で次に通電するアームの自励スイッチユニット
およびサイリスタを同時にオンし、かつ同時に通電中の
アームの電流が所定値以下になった時に通電中のアーム
の自励スイッチユニットをオフする手段とを備えてい
る。
【００４５】従って、請求項３の発明の電力変換装置に
おいては、インバータの通電中のアームから次に通電す
るアームへの転流の際に、通電中のアームに逆方向の電
圧が加わる位相で次に通電するアームの自励スイッチユ
ニットおよびサイリスタを同時にオンし、かつ同時に通
電中のアームの電流が所定値以下になった時に通電中の
アームの自励スイッチユニットをオフすることにより、
上記請求項１および請求項２の発明の作用に加えて、自
励スイッチユニットをオフする時の電流が小さくなるた
め、自励スイッチユニットのオフ時のスイッチング損失
が小さくなり、発生する損失を小さくすることができ
る。これにより、電力変換装置の効率を向上することが
できる。
【００４６】一方、上記第２の目的を達成するために、
直流リアクトルを介して直流回路が結合され、交流側が
第１の交流電源に連系されて交流を直流にあるいは直流
を交流に変換するコンバータ、および交流側が第２の交
流電源に連系されて直流を交流にあるいは交流を直流に
変換するインバータを備えて構成される電力変換装置に
おいて、請求項４の発明では、コンバータおよびインバ
ータを構成するブリッジ接続されるそれぞれのアーム
を、第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが
逆並列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続
してなる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接
続され第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオード
が逆並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接
続してなる第２の直列回路、および各直列回路の接続点
に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
スタとから構成している。
【００４７】また、請求項５の発明では、コンバータお
よびインバータを構成するブリッジ接続されるそれぞれ
のアームを、第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイ
オードが逆並列接続された回路と第２のダイオードとを
直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直列回路
に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第３のダ
イオードが逆並列接続された回路と第４のダイオードと
を直列接続してなる第２の直列回路、および各直列回路
の接続点に接続されたコンデンサからなる自励スイッチ
ユニットと、当該自励スイッチユニットに直列接続され
たサイリスタとから構成し、インバータの交流電圧の位
相を検出する手段と、当該手段により検出されたインバ
ータの交流電圧の位相に基づいて、インバータの通電中
のアームから次に通電するアームへの転流の際に、通電
中のアームに逆方向の電圧が加わる位相で次に通電する
アームの自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時
にオンし、かつ同時に通電中のアームの自励スイッチユ
ニットをオフする手段と、第１の交流電源の位相を検出
する手段と、当該手段により検出された第１の交流電源
の位相に基づいて、コンバータの通電中のアームから次
に通電するアームへの転流の際に、当該通電中のアーム
から逆方向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの
自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオン
し、かつ同時に通電中のアームの自励スイッチユニット
をオフする手段とを備えている。
【００４８】従って、請求項４および請求項５の発明の
電力変換装置においては、インバータの通電中のアーム
から次に通電するアームへの転流の際に、通電中のアー
ムに逆方向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの
自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオン
し、かつ同時に通電中のアームの自励スイッチユニット
をオフすることにより、無効電力を零にすることができ
るため、前述した大容量の進相コンデンサが不要とな
る。これにより、広大な設置スペースも不必要とするこ
とができる。
【００４９】さらに、請求項６の発明では、コンバータ
およびインバータを構成するブリッジ接続されるそれぞ
れのアームを、第１の自己消弧形半導体素子に第１のダ
イオードが逆並列接続された回路と第２のダイオードと
を直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直列回
路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第３の
ダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオード
とを直列接続してなる第２の直列回路、および各直列回
路の接続点に接続されたコンデンサからなる自励スイッ
チユニットと、当該自励スイッチユニットに直列接続さ
れたサイリスタとから構成し、インバータの交流電圧の
位相を検出する手段と、インバータの各アーム電流を検
出する手段と、各手段により検出されたインバータの交
流電圧の位相、およびインバータの各アーム電流に基づ
いて、インバータの通電中のアームから次に通電するア
ームへの転流の際に、通電中のアームに逆方向の電圧が
加わる位相で次に通電するアームの自励スイッチユニッ
トおよびサイリスタを同時にオンし、かつ同時に通電中
のアームの電流が所定値以下になった時に通電中のアー
ムの自励スイッチユニットをオフする手段と、第１の交
流電源の位相を検出する手段と、コンバータの各アーム
電流を検出する手段と、当該各手段により検出された第
１の交流電源の位相、およびコンバータの各アーム電流
に基づいて、コンバータの通電中のアームから次に通電
するアームへの転流の際に、当該通電中のアームから逆
方向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの自励ス
イッチユニットおよびサイリスタを同時にオンし、かつ
同時に通電中のアームの電流が所定値以下になった時に
前記通電中のアームの自励スイッチユニットをオフする
手段とを備えている。
【００５０】従って、請求項６の発明の電力変換装置に
おいては、インバータの通電中のアームから次に通電す
るアームへの転流の際に、通電中のアームに逆方向の電
圧が加わる位相で次に通電するアームの自励スイッチユ
ニットおよびサイリスタを同時にオンし、かつ同時に通
電中のアームの電流が所定値以下になった時に通電中の
アームの自励スイッチユニットをオフすることにより、
上記請求項４および請求項５の発明の作用に加えて、自
励スイッチユニットをオフする時の電流が小さくなるた
め、自励スイッチユニットのオフ時のスイッチング損失
が小さくなり、発生する損失を小さくすることができ
る。また、自励スイッチユニットをオフする時のストレ
スが小さくなるため、自励スイッチユニットが故障する
確立を小さくすることができる。これにより、電力変換
装置の信頼性を向上することができる。
【００５１】一方、請求項７の発明では、コンバータお
よびインバータをそれぞれ構成するサイリスタブリッジ
と、コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および各直
列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自励ス
イッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器とを
備え、自励変換器の交流３相端を、１次側をＹ結線した
単相変圧器の２次側の一端に接続すると共に、サイリス
タブリッジの交流３相端を単相変圧器の２次側の他端に
接続する構成としている。
【００５２】また、請求項８の発明では、コンバータお
よびインバータをそれぞれ構成するサイリスタブリッジ
と、コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および各直
列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自励ス
イッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器とを
備え、自励変換器の交流３相端を、１次側をＹ結線した
単相変圧器の２次側の一端に接続すると共に、サイリス
タブリッジの交流３相端を前記単相変圧器の２次側の他
端に接続する構成とし、コンバータの交流電圧の位相を
検出する手段と、コンバータのサイリスタと自励変換器
の自励スイッチユニットのそれぞれの同相アームが同じ
位相で転流し、コンバータの通電中のサイリスタが次に
通電するサイリスタへの転流の際に、通電中のサイリス
タに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器の次に通電
するアームとコンバータの次に通電するサイリスタを同
時にオンし、かつ同時に自励変換器の通電中のアームの
自励スイッチユニットをオフする手段とを備えている。
【００５３】従って、請求項７および請求項８の発明の
電力変換装置においては、コンバータの通電中のサイリ
スタが次に通電するサイリスタへの転流の際に、通電中
のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器
の次に通電するアームとコンバータの次に通電するサイ
リスタを同時にオンし、かつ同時に自励変換器の通電中
のアームの自励スイッチユニットをオフすることによ
り、転流余裕角がほぼ零の付近での転流が可能であるた
め、電力変換装置を力率１で運転することができる。こ
れにより、無効電力を発生しない運転を行なうことが可
能となる。よって、前述した大容量の進相コンデンサが
不要となり、それに伴なって広大な設置スペースも不必
要とすることができる。また、有効電力を比較すると、
より多くの電力を出力できるため、電力変換装置の利用
率を向上することができる。さらに、上記請求項４乃至
請求項６の発明の作用に加えて、コンバータおよびイン
バータをそれぞれ構成する既設のサイリスタブリッジ
に、自励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励
変換器のみを付加すればよいため、設計を新たにし直す
必要がなく、メンテナンスを容易とすることができる。
【００５４】さらに、請求項９の発明では、コンバータ
およびインバータをそれぞれ構成するサイリスタブリッ
ジと、コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して
設けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第
１のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオ
ードとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の
直列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に
第３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイ
オードとを直列接続してなる第２の直列回路、および各
直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自励
スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器と
を備え、自励変換器の交流３相端を、１次側をＹ結線し
た単相変圧器の２次側の一端に接続すると共に、サイリ
スタブリッジの交流３相端を単相変圧器の２次側の他端
に接続する構成とし、コンバータの交流電圧の位相を検
出する手段と、コンバータのサイリスタと自励変換器の
自励スイッチユニットのそれぞれの同相アームが同じ位
相で転流し、コンバータの通電中のサイリスタが次に通
電するサイリスタへの転流の際に、通電中のサイリスタ
に逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器の次に通電す
るアームとコンバータの次に通電するサイリスタを同時
にオンし、かつ同時に自励変換器の通電中のアームの電
流が所定値以下になった時に通電中のアームの自励スイ
ッチユニットをオフする手段とを備えている。
【００５５】従って、請求項９の発明の電力変換装置に
おいては、コンバータの通電中のサイリスタが次に通電
するサイリスタへの転流の際に、通電中のサイリスタに
逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器の次に通電する
アームとコンバータの次に通電するサイリスタを同時に
オンし、かつ同時に自励変換器の通電中のアームの電流
が所定値以下になった時に通電中のアームの自励スイッ
チユニットをオフすることにより、上記請求項７および
請求項８の発明の作用に加えて、自励スイッチユニット
をオフする時の電流が小さくなるため、自励スイッチユ
ニットのオフ時のスイッチング損失が小さくなり、発生
する損失を小さくすることができる。これにより、電力
変換装置の効率を向上することができる。
【００５６】一方、請求項１０の発明では、コンバータ
およびインバータをそれぞれ構成するサイリスタブリッ
ジと、コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して
設けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第
１のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオ
ードとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の
直列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に
第３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイ
オードとを直列接続してなる第２の直列回路、および各
直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自励
スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器と
を備え、自励変換器の交流３相端を、ＹＹ結線した変圧
器の中性点を分離した２次側の一端に接続すると共に、
サイリスタブリッジの交流３相端を変圧器の２次側の他
端に接続する構成としている。
【００５７】また、請求項１１の発明では、コンバータ
およびインバータをそれぞれ構成するサイリスタブリッ
ジと、コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して
設けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第
１のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオ
ードとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の
直列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に
第３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイ
オードとを直列接続してなる第２の直列回路、および各
直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自励
スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器と
を備え、自励変換器の交流３相端を、ＹＹ結線した変圧
器の中性点を分離した２次側の一端に接続すると共に、
サイリスタブリッジの交流３相端を前記変圧器の２次側
の他端に接続する構成とし、コンバータの交流電圧の位
相を検出する手段と、コンバータのサイリスタと自励変
換器の自励スイッチユニットのそれぞれの同相アームが
同じ位相で転流し、コンバータの通電中のサイリスタが
次に通電するサイリスタへの転流の際に、通電中のサイ
リスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器の次に
通電するアームとコンバータの次に通電するサイリスタ
を同時にオンし、かつ同時に自励変換器の通電中のアー
ムの自励スイッチユニットをオフする手段とを備えてい
る。
【００５８】従って、請求項１０および請求項１１の発
明の電力変換装置においては、コンバータの通電中のサ
イリスタが次に通電するサイリスタへの転流の際に、通
電中のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変
換器の次に通電するアームとコンバータの次に通電する
サイリスタを同時にオンし、かつ同時に自励変換器の通
電中のアームの自励スイッチユニットをオフすることに
より、上記請求項７および請求項８の発明と同様の作用
を奏することができる。
【００５９】さらに、請求項１２の発明では、コンバー
タおよびインバータをそれぞれ構成するサイリスタブリ
ッジと、コンバータおよびインバータにそれぞれ対応し
て設けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に
第１のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイ
オードとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１
の直列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子
に第３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダ
イオードとを直列接続してなる第２の直列回路、および
各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器
とを備え、自励変換器の交流３相端を、ＹＹ結線した変
圧器の中性点を分離した２次側の一端に接続すると共
に、サイリスタブリッジの交流３相端を変圧器の２次側
の他端に接続する構成とし、コンバータの交流電圧の位
相を検出する手段と、コンバータのサイリスタと自励変
換器の自励スイッチユニットのそれぞれの同相アームが
同じ位相で転流し、コンバータの通電中のサイリスタが
次に通電するサイリスタへの転流の際に、通電中のサイ
リスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器の次に
通電するアームとコンバータの次に通電するサイリスタ
を同時にオンし、かつ同時に自励変換器の通電中のアー
ムの電流が所定値以下になった時に通電中のアームの自
励スイッチユニットをオフする手段とを備えている。
【００６０】従って、請求項１２の発明の電力変換装置
においては、コンバータの通電中のサイリスタが次に通
電するサイリスタへの転流の際に、通電中のサイリスタ
に逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器の次に通電す
るアームとコンバータの次に通電するサイリスタを同時
にオンし、かつ同時に自励変換器の通電中のアームの電
流が所定値以下になった時に通電中のアームの自励スイ
ッチユニットをオフすることにより、上記請求項１０お
よび請求項１１の発明の作用に加えて、自励スイッチユ
ニットをオフする時の電流が小さくなるため、自励スイ
ッチユニットのオフ時のスイッチング損失が小さくな
り、発生する損失を小さくすることができる。また、自
励スイッチユニットをオフする時のストレスが小さくな
るため、自励スイッチユニットが故障する確立を小さく
することができる。これにより、電力変換装置の信頼性
を向上することができる。
【００６１】
【発明の実施の形態】本発明は、高効率で高電圧大容量
の電力変換装置を小形でかつ安価に製作できるように、
サイリスタ変換器と自励変換器とを複合して、サイリス
タ変換器の転流を自励変換器で補なうようにすることに
より、サイリスタ変換器の機能を向上するようにしたこ
とに最大の特徴であり、コストパフォーマンスに優れた
高電圧大容量の電力変換装置を構成することができる。
【００６２】以下、上記のような考え方に基づく本発明
の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明す
る。
【００６３】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態による電力変換装置の構成例を示す回路図であり、図
８と同一要素には同一符号を付して示している。
【００６４】図１において、交流側が電源１に変圧器２
を介して連系されて交流を直流に変換するコンバータ３
と、交流側に同期電動機６が駆動可能に連系されて直流
を交流に変換するインバータ４とは、コンバータ３から
インバータ４へ流れる直流電流を平滑する直流リアクト
ル５を介して直流回路を結合している。
【００６５】さらに、コンバータ制御回路６７と、イン
バータ制御回路６８とを備えている。
【００６６】ここで、コンバータ３は、サイリスタ７〜
１８からなるアームを、図示のようにブリッジ接続して
構成している。
【００６７】また、インバータ４は、自己消弧形半導体
素子であるＧＴＯ１９，２１，２３，２５，２７，２９
にダイオード４３，４５，４７，４９，５１，５３が逆
並列接続された回路とダイオード３２，３４，３６，３
８，４０，４２とを直列接続してなる第１の直列回路、
この第１の直列回路に並列接続され自己消弧形半導体素
子であるＧＴＯ２０，２２，２４，２６，２８，３０に
ダイオード４４，４６，４８，５０，５２，５４が逆並
列接続された回路とダイオード３１，３３，３５，３
７，３９，４１とを直列接続してなる第２の直列回路、
および上記各直列回路の接続点に接続されたコンデンサ
５５，５６，５７，５８，５９，６０からなるＵ相，Ｖ
相，Ｗ相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の自励スイッチユニット
と、この自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
スタ６１，６２，６３，６４，６５，６６とからなるＵ
相，Ｖ相，Ｗ相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相のアームを、図示の
ようにブリッジ接続して構成している。
【００６８】一方、コンバータ制御回路６７は、電源１
の位相を基準にして、コンバータ３の出力電流を制御す
る。
【００６９】また、インバータ制御回路６８は、インバ
ータ４の交流電圧の位相、すなわち同期電動機６の内部
誘起電圧の位相を検出する図示しない手段により検出さ
れた同期電動機６の内部誘起電圧の位相に基づいて、イ
ンバータ４の通電中のアームから次に通電するアームへ
の転流の際に、通電中のアームに逆方向の電圧が加わる
位相で次に通電するアームの自励スイッチユニットおよ
びサイリスタを同時にオンし、かつ同時に通電中のアー
ムの自励スイッチユニットをオフすることにより、イン
バータ４の出力周波数を制御する。
【００７０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の電力変換装置の作用について、図２に示す波形図を用
いて説明する。
【００７１】図１において、コンバータ制御回路６７で
は、電源１の位相を基準にして、コンバータ３の出力電
流が制御される。
【００７２】また、インバータ制御回路６８では、イン
バータ４の交流電圧の位相である同期電動機６の内部誘
起電圧の位相に基づいて、インバータ４の通電中のアー
ムから次に通電するアームへの転流の際に、通電中のア
ームに逆方向の電圧が加わる位相で次に通電するアーム
の自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオン
し、かつ同時に通電中のアームの自励スイッチユニット
をオフすることにより、インバータ４の出力周波数が制
御される。
【００７３】すなわち、図２において、ＶＤＣはコンバ
ータ３の直流出力電圧、ＩＤは直流回路に流れる電流で
ある。ＶＤＩはインバータ４の直流入力電圧、ＩＵはイ
ンバータ４のＵ相から同期電動機６のＵ相に供給される
電流である。ＶＣＵはＵ相コンデンサ５５の電圧、ＩＶ
はインバータ４のＶ相から同期電動機６のＶ相に供給さ
れる電流である。ＶＣＶはＶ相のコンデンサ５６の電
圧、同様にインバータ４のＷ相にはＩＶに対して１２０
゜位相の遅れた電流が流れる。ＶＵＶはインバータ４の
ＵＶ相線間電圧、インバータ４のＶＷ相線間電圧および
ＷＵ相線間電圧はＶＵＶに対して１２０゜および２４０
゜位相の遅れた同様の波形となる。
【００７４】ここで、いまインバータ４のＵ相からＶ相
への転流の過程について説明する。
【００７５】まず、時刻ｔ３の直前は、インバータ４の
Ｕ相アームとＺ相アームが通電しており、電流はインバ
ータ４のＵ相から同期電動機６のＵ相、Ｗ相を経由し
て、インバータ４のＺ相に流れている。
【００７６】次に、時刻ｔ３において、インバータ４の
Ｖ相アームに点弧パルスを与える。すなわち、ＧＴＯ２
１、ＧＴＯ２２，サイリスタ６２に点弧パルスを与え
る。この時、同期電動機６のＵＶ相線間電圧ＶＵＶは僅
かに正である。また、コンデンサ５６の電圧ＶＣＶは、
ＧＴＯ２１のカソード側が負、ＧＴＯ２２のアノ一ド側
が正の極性に充電されており、ＶＵＶとＶＣＶの和が転
流電圧として加わる。
【００７７】従って、ＧＴＯ２１、ＧＴＯ２２、サイリ
スタ６２には（ＶＵＶ＋ＶＣＶ）の順電圧が加わり、点
弧パルスを与えることによって、ＧＴＯ２１、ＧＴＯ２
２、サイリスタ６２がオンする。
【００７８】この時、同期電動機６のＵＶ相漏れイング
クタンスに“Ｂ”で示す転流電圧が加わり、Ｕ相電流Ｉ
Ｕが減少しＶ相電流ＩＶが増加して転流が行なわれる。
コンデンサ５６の電圧ＶＣＶはＶ相電流ＩＶにより放電
される。そして、ＶＣＶが零になると、ダイオード３
３，３４が通電してコンデンサ５６の放電は終了する。
【００７９】次に、時刻ｔ４において、Ｕ相電流ＩＵが
５０％に下がると、ＧＴＯ１９，２０をオフする。これ
により、Ｕ相電流ＩＵはダイオード３２とコンデンサ５
５とダイオード３１を経由して流れ、Ｕ相電流ＩＵによ
りコンデンサ電圧５５が充電されてＶＣＵが増加する。
この時、（ＶＣＵ＋ＶＣＶ＋ＶＵＶ）が転流電圧として
加わり、転流が進行する。
【００８０】次に、時刻ｔ５において、Ｕ相電流ＩＵが
零になると、転流が完了する。ＴＱは同期電動機６の発
生トルクである。これは、同期電動機６の内部誘起電圧
に対して注入される有効電力ＰＷに比例する。ＲＰＷは
同期電動機６の内部誘起電圧に対して注入される無効電
力である。
【００８１】図３は、転流が完了してＵ相電流ＩＵが零
になった場合の状態図である。
【００８２】図３（ａ）は、同期電動機６のＵＶ相線間
電圧ＶＵＶの大きさが、コンデンサ５５の電圧ＶＣＵよ
りも小さい場合である。
【００８３】この時、（ＶＵＶ＋ＶＣＵ）の電圧が、サ
イリスタ６１とダイオード３１，３２に分担されて、各
素子に逆電圧として加わる。その時、ＧＴＯ１９とＧＴ
Ｏ２０には、それぞれ（ＶＣＵ−（ＶＵＶ＋ＶＣＵ））
／３の電圧が加わる。
【００８４】図３（ｂ）は、同期電動機６のＵＶ相線間
電圧ＶＵＶの大きさが負の値で、コンデンサ５５の電圧
ＶＣＵよりも大きい場合である。
【００８５】ダイオード３１，３２が通電して、サイリ
スタ６１には（一ＶＵＶ−ＶＣＵ）の順電圧が加わる。
ＧＴＯ１９とＧＴＯ２０には、それぞれＶＣＵが加わ
る。
【００８６】図３（ｃ）は、同期電動機６のＵＶ相線間
電圧ＶＵＶの大きさが正の値で、コンデンサ５５の電圧
ＶＣＵよりも大きい場合である。
【００８７】ダイオード４３，４４が通電して、サイリ
スタ６１には（ＶＵＶ−ＶＣＵ）の逆電圧が加わる。こ
の時、ＧＴＯ１９，２０に加わる電圧は零である。
【００８８】以上のように、同期電動機６のＵＶ相線間
電圧ＶＵＶの極性に応じて、ダイオード３１，３２ある
いはダイオード４３，４４が通電して、コンデンサ５５
の電圧ＶＣＵが常に同期電動機６のＵＶ相線間電圧ＶＵ
Ｖを打ち消す方向に加わる。これにより、サイリスタ６
１に加わる電圧が低減される。
【００８９】なお、上記の説明では、Ｕ相の作用のみに
ついて述べたが、他相の作用についても同様である。
【００９０】また、上記の説明では、Ｕ相のＧＴＯ１
９、ＧＴＯ２０をオフするタイミングｔ４を、Ｕ相電流
ＩＵが５０％になった時点としたが、ｔ４のタイミング
はＵ相電流ＩＵが５０％以外の任意の時点であってもよ
い。あるいは、Ｖ相のＧＴＯ２１、ＧＴＯ２２、サイリ
スタ６２に点弧パルスをｔ３のタイミングで与え、Ｕ相
のＧＴＯ１９、ＧＴＯ２Ｏと同時にオフしてもよい。
【００９１】このように、Ｕ相電流ＩＵが大きい時に、
ＧＴＯ１９、ＧＴＯ２０をオフすると、ｔ３のタイミン
グからコンデンサ５５の充電が開始され、コンデンサ５
５の電圧ＶＣＵが立ち上がるタイミングが早くなり、大
きい転流電圧が得られる。
【００９２】この場合、ＧＴＯ１９、ＧＴＯ２０はより
大きい電流をオフする必要があり、ＧＴＯの負担が増加
することから、Ｕ相電流ＩＵがある程度減少してからオ
フするのが好ましい。
【００９３】なお、前述したように点弧信号を与えるタ
イミングは、例えばマイコン処理等によって、従来と同
様に、インバータ４の交流電圧の位相、すなわち同期電
動機６の端子電圧の位相に基づいて容易に決定すること
ができる。
【００９４】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、自己消弧形半導体素子であるＧＴＯを用いて
構成した自励スイッチユニットとサイリスタとを直列に
接続して単位アームを構成し、この単位アームをブリッ
ジ接続して電流形変換器を構成し、転流時に自励式スイ
ッチユニットをオフすることにより、直列接続されたサ
イリスタに転流電圧の一部を供給するようにしたもので
ある。
【００９５】従って、図２により説明したように、転流
余裕角がほぼ零の付近での転流が可能であることから、
電力変換装置を力率１で運転することができる。
【００９６】これにより、図１により説明した無整流子
電動機に本実施の形態の電力変換装置を適用すること
で、前述した図９の従来の同期電動機６の発生トルクの
波形ＴＱと、図２の本実施の形態による同期電動機６の
発生トルクＴＱとを比較すれば明らかなように、はるか
に小さいトルクリップルで同期電動機６を運転すること
ができる。
【００９７】（第１の実施の形態の変形例）本実施の形
態による電力変換装置は、前述した第１の実施の形態の
電力変換装置において、インバータ４の各アーム電流を
検出する手段を付加し、さらにインバータ制御回路６８
として、前記手段により検出された同期電動機６の内部
誘起電圧の位相、および当該手段により検出されたイン
バータ４の各アーム電流に基づいて、インバータ４の通
電中のアームから次に通電するアームへの転流の際に、
通電中のアームに逆方向の電圧が加わる位相で次に通電
するアームの自励スイッチユニットおよびサイリスタを
同時にオンし、かつ通電中のアームの電流が所定値以下
になった時に通電中のアームの自励スイッチユニットを
オフすることにより、インバータ４の出力周波数を制御
するようにしている。
【００９８】以上のように構成した本実施の形態の電力
変換装置においては、インバータ４の通電中のアームか
ら次に通電するアームへの転流の際に、通電中のアーム
に逆方向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの自
励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオンし、
かつ通電中のアームの電流が所定値以下になった時に通
電中のアームの自励スイッチユニットをオフするように
していることにより、前述した第１の実施の形態の作用
効果を得ることができるのに加えて、前記図２により説
明したように、Ｕ相電流ＩＵがある値まで減少した時刻
ｔ４のタイミングでＵ相のＧＴＯ１９，２０をオフする
ことができるため（他の相についても同様である）、Ｇ
ＴＯ１９，２０をオフする時の電流が小さくなり、ＧＴ
Ｏ１９，２０のオフ時のスイッチング損失が小さくな
り、発生する損失を小さくすることができる。
【００９９】これにより、電力変換装置の効率を向上す
ることができる。
【０１００】（第２の実施の形態）図４は、本実施の形
態による電力変換装置の構成例を示す回路図であり、図
１および図１０と同一要素には同一符号を付して示して
いる。
【０１０１】図４において、コンバータ３は、交流側が
第１の電源６９に第１の変圧器７０を介して連系され
て、交流を直流にあるいは直流を交流に変換する。
【０１０２】また、インバータ４は、交流側が第２の電
源７１に第２の変圧器７２を介して連系されて、直流を
交流にあるいは交流を直流に変換する。
【０１０３】さらに、コンバータ３とインバータ４と
は、コンバータ３からインバータ４へ流れる直流電流を
平滑する直流リアクトル５を介して直流回路を結合して
いる。
【０１０４】さらにまた、コンバータ制御回路とインバ
ータ制御回路とを備えているが、ここではその図示を省
略している。
【０１０５】ここで、インバータ４は、前記図１に示す
インバータ４と全く同一の構成、すなわち自己消弧形半
導体素子であるＧＴＯ１９，２１，２３，２５，２７，
２９にダイオード４３，４５，４７，４９，５１，５３
が逆並列接続された回路とダイオード３２，３４，３
６，３８，４０，４２とを直列接続してなる第１の直列
回路、この第１の直列回路に並列接続され自己消弧形半
導体素子であるＧＴＯ２０，２２，２４，２６，２８，
３０にダイオード４４，４６，４８，５０，５２，５４
が逆並列接続された回路とダイオード３１，３３，３
５，３７，３９，４１とを直列接続してなる第２の直列
回路、および上記各直列回路の接続点に接続されたコン
デンサ５５，５６，５７，５８，５９，６０からなるＵ
相，Ｖ相，Ｗ相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の自励スイッチユニ
ット７９，８０，８１，８２，８３，８４と、この自励
スイッチユニット７９，８０，８１，８２，８３，８４
に直列接続されたサイリスタ６１，６２，６３，６４，
６５，６６とからなるＵ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｘ相，Ｙ相，
Ｚ相のアームを、図示のようにブリッジ接続して構成し
ている。
【０１０６】また、コンバータ３も、上記インバータ４
と全く同一の構成、すなわち自己消弧形半導体素子であ
るＧＴＯ１９，２１，２３，２５，２７，２９にダイオ
ード４３，４５，４７，４９，５１，５３が逆並列接続
された回路とダイオード３２，３４，３６，３８，４
０，４２とを直列接続してなる第１の直列回路、この第
１の直列回路に並列接続され自己消弧形半導体素子であ
るＧＴＯ２０，２２，２４，２６，２８，３０にダイオ
ード４４，４６，４８，５０，５２，５４が逆並列接続
された回路とダイオード３１，３３，３５，３７，３
９，４１とを直列接続してなる第２の直列回路、および
上記各直列回路の接続点に接続されたコンデンサ５５，
５６，５７，５８，５９，６０からなるＵ相，Ｖ相，Ｗ
相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の自励スイッチユニット７３，７
４，７５，７６，７７，７８と、この自励スイッチユニ
ット７３，７４，７５，７６，７７，７８に直列接続さ
れたサイリスタ１０，１１，１２，１３，１４，１５と
からなるＵ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相のアーム
を、図示のようにブリッジ接続して構成している。
【０１０７】一方、コンバータ制御回路は、第１の電源
６９の位相を検出する図示しない手段により検出された
第１の電源６９の位相に基づいて、コンバータ３の通電
中のアームから次に通電するアームへの転流の際に、通
電中のアームから逆方向の電圧が加わる位相で次に通電
するアームの自励スイッチユニットおよびサイリスタを
同時にオンし、かつ同時に通電中のアームの自励スイッ
チユニットをオフすることにより、コンバータ３の出力
電流を制御する。
【０１０８】また、インバータ制御回路は、インバータ
４の交流電圧の位相を検出する図示しない手段により検
出されたインバータ４の交流電圧の位相に基づいて、イ
ンバータ４の通電中のアームから次に通電するアームへ
の転流の際に、通電中のアームに逆方向の電圧が加わる
位相で次に通電するアームの自励スイッチユニットおよ
びサイリスタを同時にオンし、かつ同時に通電中のアー
ムの自励スイッチユニットをオフすることにより、イン
バータ４の出力周波数を制御する。
【０１０９】なお、本実施の形態は、周波数の異なる第
１の電源６９と第２の電源７１との間で電力の授受を行
なう電力系統用周波数変換装置、または交流の電力を高
電圧の直流に変換して遠方に送電して再び交流に変換す
る直流送電用の電力変換装置として使用する場合の構成
について示している。
【０１１０】以上のように構成した本実施の形態の電力
変換装置における作用は、図１乃至図３により前述した
第１の実施の形態の作用と同様であるのでその説明を省
略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ説明す
る。
【０１１１】すなわち、本実施の形態の電力変換装置に
おいては、インバータ４の通電中のアームから次に通電
するアームへの転流の際に、通電中のアームに逆方向の
電圧が加わる位相で次に通電するアームの自励スイッチ
ユニットおよびサイリスタを同時にオンし、かつ同時に
通電中のアームの自励スイッチユニットをオフするよう
にしていることにより、本電力変換装置を周波数変換装
置や直流送電用変換装置に用いれば、無効電力を平均的
に零にすることができるため、図７の従来で前述した大
容量の進相コンデンサ１０３，１０４を不要とすること
ができる。
【０１１２】これにより、広大な設置スペースも不必要
とすることができる。
【０１１３】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、一般の電源を供給する時の無効電力の発生を
低減することが可能となり、経済性に優れた装置を得る
ことができる。
【０１１４】（第２の実施の形態の変形例）本実施の形
態による電力変換装置は、前述した第２の実施の形態の
電力変換装置において、インバータ４の各アーム電流を
検出する手段を付加し、さらにインバータ制御回路６８
として、前記手段により検出されたインバータ４の交流
電圧の位相、および当該手段により検出されたインバー
タ４の各アーム電流に基づいて、インバータ４の通電中
のアームから次に通電するアームへの転流の際に、通電
中のアームに逆方向の電圧が加わる位相で次に通電する
アームの自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時
にオンし、かつ通電中のアームの電流が所定値以下にな
った時に通電中のアームの自励スイッチユニットをオフ
することにより、インバータ４の出力周波数を制御する
ようにしている。
【０１１５】また、コンバータ３の各アーム電流を検出
する手段を追加し、さらにコンバータ制御回路６７とし
て、前記手段により検出された第１の電源６９の位相、
および当該手段により検出されたコンバータ３の各アー
ム電流に基づいて、コンバータ３の通電中のアームから
次に通電するアームへの転流の際に、通電中のアームか
ら逆方向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの自
励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオンし、
かつ同時に通電中のアームの電流が所定値以下になった
時に通電中のアームの自励スイッチユニットをオフする
ことにより、コンバータ３の出力電流を制御するように
している。
【０１１６】以上のように構成した本実施の形態の電力
変換装置においては、コンバータ３およびインバータ４
の通電中のアームから次に通電するアームへの転流の際
に、通電中のアームに逆方向の電圧が加わる位相で次に
通電するアームの自励スイッチユニットおよびサイリス
タを同時にオンし、かつ通電中のアームの電流が所定値
以下になった時に通電中のアームの自励スイッチユニッ
トをオフするようにしていることにより、前述した第２
の実施の形態の作用効果を得ることができる。
【０１１７】加えて、周波数変換装置や直流送電用変換
装置に用いれば、図２により説明したように、インバー
タ４ではＵ相電流ＩＵがある値まで減少した時刻ｔ４の
タイミングでＵ相のＧＴＯ１９，２０をオフすることが
できるため（他の相についても同様である）、ＧＴＯ１
９，２０をオフする時の電流が小さくなり、ＧＴＯ１
９，２０のオフ時のスイッチング損失が小さくなり、発
生する損失を小さくすることができる。
【０１１８】また、ＧＴＯ１９，２０をオフする時のス
トレスが小さくなるため、自励スイッチユニットのＧＴ
Ｏが故障する確立を小さくすることができる。さらに、
コンバータ３でも、同様な効果を期待することができ
る。
【０１１９】これにより、電力変換装置の信頼性を向上
することができる。
【０１２０】（第３の実施の形態）図５は、本実施の形
態による電力変換装置の構成例を示す回路図であり、図
１および図１０と同一要素には同一符号を付して示して
いる。
【０１２１】図５において、コンバータ３は、交流側が
第１の電源９９に第１の単相変圧器１０５，１０６，１
０７を介して連系されて、交流を直流にあるいは直流を
交流に変換する。
【０１２２】また、インバータ４は、交流側が第２の電
源１０１に第２の単相変圧器１０８，１０９，１１０を
介して連系されて、直流を交流にあるいは交流を直流に
変換する。
【０１２３】さらに、コンバータ３とインバータ４と
は、コンバータ３からインバータ４へ流れる直流電流を
平滑する直流リアクトル５を介して直流回路を結合して
いる。
【０１２４】また、コンバータ３、インバータ４にそれ
ぞれ対応して、自励変換器１１１、自励変換器１１２を
備えている。
【０１２５】さらに、コンバータ制御回路とインバータ
制御回路とを備えているが、ここではその図示を省略し
ている。
【０１２６】ここで、コンバータ３、インバータ４は、
サイリスタ７〜１８、サイリスタ８７〜９８からなるア
ームを、図示のようにブリッジ接続して構成している。
【０１２７】また、自励変換器１１１は、自己消弧形半
導体素子であるＧＴＯ１１９，１２１，１２３，１２
５，１２７，１２９にダイオード１４３，１４５，１４
７，１４９，１５１，１５３が逆並列接続された回路と
ダイオード１３２，１３４，１３６，１３８，１４０，
１４２とを直列接続してなる第１の直列回路、この第１
の直列回路に並列接続され自己消弧形半導体素子である
ＧＴＯ１２０，１２２，１２４，１２６，１２８，１３
０にダイオード１４４，１４６，１４８，１５０，１５
２，１５４が逆並列接続された回路とダイオード１３
１，１３３，１３５，１３７，１３９，１４１とを直列
接続してなる第２の直列回路、および上記各直列回路の
接続点に接続されたコンデンサ１５５，１５６，１５
７，１５８，１５９，１６０からなるＵ相，Ｖ相，Ｗ
相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の自励スイッチユニットを、図示
のようにブリッジ接続して構成している。
【０１２８】さらに、自励変換器１１２も、上記自励変
換器１１１と同様の構成、すなわち自己消弧形半導体素
子であるＧＴＯ２１９，２２１，２２３，２２５，２２
７，２２９にダイオード２４３，２４５，２４７，２４
９，２５１，２５３が逆並列接続された回路とダイオー
ド２３２，２３４，２３６，２３８，２４０，２４２と
を直列接続してなる第１の直列回路、この第１の直列回
路に並列接続され自己消弧形半導体素子であるＧＴＯ２
２０，２２２，２２４，２２６，２２８，２３０にダイ
オード２４４，２４６，２４８，２５０，２５２，２５
４が逆並列接続された回路とダイオード２３１，２３
３，２３５，２３７，２３９，２４１とを直列接続して
なる第２の直列回路、および上記各直列回路の接続点に
接続されたコンデンサ２５５，２５６，２５７，２５
８，２５９，２６０からなるＵ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｘ相，
Ｙ相，Ｚ相の自励スイッチユニットを、図示のようにブ
リッジ接続して構成している。
【０１２９】そして、自励変換器１１１、自励変換器１
１２の交流３相端を、１次側をＹ結線した第１の単相変
圧器１０５，１０６，１０７の２次側の一端に接続する
と共に、コンバータ３、インバータ４の交流３相端を、
第１の単相変圧器１０５，１０６，１０７の２次側の他
端に接続する。
【０１３０】すなわち、Ｕ相の第１の単相変圧器１０５
の２次側の一方にコンバータ３のＵ相を、もう一方に自
励変換器１１１のＵ相を接続する。また、同様に、Ｖ
相、Ｗ相を接続する。さらに、同様に、第２の単相変圧
器１０８、１０９、１１０に、インバータ４と自励変換
器１１２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相をそれぞれ接続する。
【０１３１】一方、コンバータ制御回路は、第１の電源
９９の位相を検出する図示しない手段により検出された
第１の電源９９の位相（コンバータ３の交流電圧の位
相）に基づいて、コンバータ３のサイリスタと自励変換
器１１１の自励スイッチユニットのそれぞれの同相アー
ムが同じ位相で転流し、コンバータ３の通電中のサイリ
スタが次に通電するサイリスタへの転流の際に、通電中
のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器
１１１の次に通電するアームとコンバータ３の次に通電
するサイリスタを同時にオンし、かつ同時に自励変換器
１１１の通電中のアームの自励スイッチユニットをオフ
することにより、コンバータ３の出力電流を制御する。
【０１３２】また、インバータ制御回路は、第２の電源
１０１の位相を検出する図示しない手段により検出され
た第２の電源１０１の位相（インバータ４の交流電圧の
位相）に基づいて、インバータ４のサイリスタと自励変
換器１１２の自励スイッチユニットのそれぞれの同相ア
ームが同じ位相で転流し、インバータ４の通電中のサイ
リスタが次に通電するサイリスタへの転流の際に、通電
中のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換
器１１２の次に通電するアームとインバータ４の次に通
電するサイリスタを同時にオンし、かつ同時に自励変換
器１１２の通電中のアームの自励スイッチユニットをオ
フすることにより、インバータ４の出力周波数を制御す
る。
【０１３３】なお、本実施の形態は、周波数の異なる第
１の電源９９と第２の電源１０１との間で電力の授受を
行なう電力系統用周波数変換装置、または交流の電力を
高電圧の直流に変換して遠方に送電して再び交流に変換
する直流送電用の電力変換装置として使用する場合の構
成について示している。
【０１３４】次に、以上のように構成した本実施の形態
の電力変換装置の作用について、図６に示す波形図を用
いて説明する。
【０１３５】図６において、Ｐはコンバータ３の有効電
力、Ｑはコンバータ３の無効電力である。ＩＵは第１の
単相変圧器１０５からコンバータ３のＵ相に供給される
電流である。ＩＶは第１の単相変圧器１０６からコンバ
ータ３のＶ相に供給される電流である。同様に、コンバ
ータ３のＷ相にはＩＶに対して１２０゜位相の遅れた電
流が流れる。ＶＵＶはコンバータ３のＵＶ相線間電圧で
ある。コンバータ３のＶＷ相線間電圧およびＷＵ相線間
電圧はＶＵＶに対して１２０゜および２４０゜位相の遅
れた同様の波形となる。
【０１３６】ここで、コンバータ３のＵ相からＶ相への
転流課程を説明する。
【０１３７】まず、時刻ｔ３の直前は、コンバータ３の
Ｕ相アームとＺ相アームが通電しており、また自励変換
器１１１のＵ相自励スイッチユニットとＺ相自励スイッ
チユニットが通電しており、電流はコンバータ３のＺ相
から第１の単相変圧器１０７、Ｚ相自励スイッチユニッ
ト、Ｕ相自励スイッチユニット、第１の単相変圧器１０
５を経由してコンバータ３のＵ相に流れている。
【０１３８】次に、時刻ｔ３において、コンバータ３の
Ｖ相アームに点弧パルスを与える。すなわち、ＧＴＯ１
４０、ＧＴＯ１４１、サイリスタ８、１１に点弧パルス
を与える。この時、第１の電源９９のＵＶ相線間電圧Ｖ
ＬＵＶはほぼ零である。また、コンデンサ１７５の電圧
ＶＣＶは、ＧＴＯ１４０のカソード側が負、ＧＴＯ１４
１のアノ一ド側が正の極性に充電されており、ＶＵＶと
ＶＣＶとの和が転流電圧として加わる。
【０１３９】従つて、ＧＴＯ１４０、ＧＴＯ１４１、サ
イリスタ８、１１には（ＶＵＶ＋ＶＣＶ）の順電圧が加
わり、点弧パルスを与えることによって、ＧＴＯ１４
０、ＧＴＯ１４１、サイリスタ８、１１がオンする。
【０１４０】この時、単相変圧器の漏れインダクタンス
によって転流電圧が加わり、Ｕ相電流ＩＵが減少しＶ相
電流ＩＶが増加して転流が行なわれる。コンデンサ１７
５の電圧ＶＣＶはＶ相電流ＩＶにより放電される。そし
て、ＶＣＶが零になると、ダイオード１５２、１５３が
通電してコンデンサ１７５の放電は終了する。
【０１４１】次に、時刻ｔ４においてＵ相電流ＩＵが５
０％に下がると、ＧＴＯ１３８、１３９をオフする。こ
れにより、Ｕ相電流ＩＵはダイオード１５０とコンデン
サ１７４とダイオード１５１を経由して流れ、Ｕ相電流
ＩＵによりコンデンサ電圧１７４が充電されてＶＣＵが
増加する。この時、（ＶＣＵ＋ＶＣＶ＋ＶＵＶ）が転流
電圧として加わり、転流が進行する。
【０１４２】次に、時刻ｔ５において、Ｕ相電流Ｉｕが
零になると転流が完了する。この時、コンバータ３のＵ
Ｖ間に印加される電圧ＶＵＶは、第１の電源９９のＵＶ
間電圧ＶＬＵＶに、ｔ３からｔ５にかけて充電されたコ
ンデンサ７５の電圧ＶＣＶがたされた電圧となる。この
ため、コンバータ３のＵＶ間電圧ＶＵＶの“Ｃ”部分
が、サイリスタ電圧ＶＴＨＵの“Ｄ”部分となる。
【０１４３】上記の動作により、運転余裕角がほぼ零の
付近での転流が可能となる。この時、第１の電源９９の
ＵＶ間電圧は、既に正の値（“Ｅ”の部分）となってい
るので、コンバータ３のみの回路構成では、転流失敗を
する。
【０１４４】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、自己消弧形半導体素子であるＧＴＯを用いて
構成した自励スイッチユニットで６つのブリッジの自励
変換器を構成し、この自励変換器を変圧器を介してサイ
リスタ変換器と直列に接続して、転流時に自励式スイッ
チユニットをオフすることにより、直列接続されたサイ
リスタに転流電圧の一部を供給するようにしたものであ
る。
【０１４５】従って、図６により説明したように、転流
余裕角がほぼ零の付近での転流が可能であることから、
電力変換装置を力率１で運転することができる。
【０１４６】これにより、前述した図１１の従来の無効
電力Ｑと図６の本実施の形態による無効電力Ｑとを比較
すれば明らかなように、無効電力を発生しない運転が可
能である。
【０１４７】よって、図１０の従来で述べた大容量の進
相コンデンサ１０３、１０４が不要となり、それに伴な
って広大な設置スペースも不必要となる。また、両図の
有効電力Ｐを比較すると、本実施の形態の方がより多く
の電力を出力できるので、電力変換装置の利用率を向上
することができる。
【０１４８】また、コンバータ３およびインバータ４を
それぞれ構成する既設のサイリスタブリッジに、自励ス
イッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器１１
１，１１２のみを付加すればよいため、前述した第２の
実施の形態の場合に比べて、設計を新たにし直す必要が
なく、メンテナンスを極めて容易とすることが可能とな
る。
【０１４９】（第３の実施の形態の変形例）本実施の形
態による電力変換装置は、前述した第３の実施の形態の
電力変換装置において、コンバータ制御回路６７とし
て、第１の電源９９の位相を検出する図示しない手段に
より検出された第１の電源９９の位相（コンバータ３の
交流電圧の位相）に基づいて、コンバータ３のサイリス
タと自励変換器１１１の自励スイッチユニットのそれぞ
れの同相アームが同じ位相で転流し、コンバータ３の通
電中のサイリスタが次に通電するサイリスタへの転流の
際に、通電中のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相
で自励変換器１１１の次に通電するアームとコンバータ
３の次に通電するサイリスタを同時にオンし、かつ同時
に自励変換器１１１の通電中のアームの電流が所定値以
下になった時に通電中のアームの自励スイッチユニット
をオフすることにより、コンバータ３の出力電流を制御
するようにしている。
【０１５０】また、インバータ制御回路６８として、第
２の電源１０１の位相を検出する図示しない手段により
検出された第２の電源１０１の位相（インバータ４の交
流電圧の位相）に基づいて、インバータ４のサイリスタ
と自励変換器１１２の自励スイッチユニットのそれぞれ
の同相アームが同じ位相で転流し、インバータ４の通電
中のサイリスタが次に通電するサイリスタへの転流の際
に、通電中のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で
自励変換器１１２の次に通電するアームとインバータ４
の次に通電するサイリスタを同時にオンし、かつ同時に
自励変換器１１２の通電中のアームの電流が所定値以下
になった時に通電中のアームの自励スイッチユニットを
オフすることにより、インバータ４の出力周波数を制御
するようにしている。
【０１５１】以上のように構成した本実施の形態の電力
変換装置においては、コンバータ３の通電中のサイリス
タが次に通電するサイリスタへの転流の際に、通電中の
サイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器１
１１の次に通電するアームとコンバータ３の次に通電す
るサイリスタを同時にオンし、かつ同時に自励変換器１
１１の通電中のアームの電流が所定値以下になった時に
通電中のアームの自励スイッチユニットをオフすること
により、前述した第３の実施の形態の場合と同様の作用
効果を得ることができるのに加えて、前記図６で説明し
たように、Ｕ相電流がある値まで減少した時刻ｔ４のタ
イミングでＵ相のＧＴＯをオフすることができるため
（他の相についても同様である）、ＧＴＯをオフする時
の電流が小さくなることから、ＧＴＯのオフ時のスイッ
チング損失が小さくなり、発生する損失を小さくするこ
とができる。これにより、電力変換装置の効率を向上す
ることが可能となる。
【０１５２】（第４の実施の形態）図７は、本実施の形
態による電力変換装置の構成例を示す回路図であり、図
５と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１５３】すなわち、本実施の形態の電力変換装置
は、図７に示すように、図５における単相変圧器１０
５，１０６，１０７、および第２の単相変圧器１０８、
１０９、１１０を省略し、これらに代えて新たに、第１
の変圧器２００、および第２の変圧器２０１を備えた構
成としている。
【０１５４】そして、自励変換器１１１の交流３相端
を、ＹＹ結線した第１の変圧器２００の中性点を分離し
た２次側の一端に接続すると共に、コンバータ３、イン
バータ４の交流３相端を、第１の変圧器２００の２次側
の他端に接続する。
【０１５５】すなわち、Ｕ相の第１の変圧器２００の２
次側の一方にコンバータ３のＵ相を、もう一方に自励変
換器１１１のＵ相を接続する。また、同様に、Ｖ相、Ｗ
相を接続する。さらに、同様に、第２の変圧器２０１
に、インバータ４と自励変換器１１２のＵ相、Ｖ相、Ｗ
相をそれぞれ接続する。
【０１５６】なお、２２５，２２６，２２７，２２８，
２２９，２３０は、自励変換器１１１を構成するＵ相，
Ｖ相，Ｗ相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の自励スイッチユニッ
ト、同じく２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，
２３６は、自励変換器１１２を構成するＵ相，Ｖ相，Ｗ
相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の自励スイッチユニットである。
【０１５７】ここで、図７の自励変換器１１１と図５の
自励変換器１１１とは、全く同一の構成である。すなわ
ち、例えば図７の自励スイッチユニット２２５は、図５
のＧＴＯ１１９、ＧＴＯ１２０、ダイオード１４３、ダ
イオード１３２、ダイオード１４４、ダイオード１３
１、コンデンサ１５５で構成されるユニットと同一であ
る。また、その他の自励スイッチユニット２２６，２２
７，２２８，２２９，２３０についても同様である。
【０１５８】一方、図７の自励変換器１１２と図５の自
励変換器１１２とは、全く同一の構成である。すなわ
ち、例えば図７の自励スイッチユニット２３１は、図５
のＧＴＯ２１９、ＧＴＯ２２０、ダイオード２４３、ダ
イオード２３２、ダイオード２４４、ダイオード２３
１、コンデンサ２５５で構成されるユニットと同一であ
る。また、その他の自励スイッチユニット２２６，２２
７，２２８，２２９，２３０についても同様である。
【０１５９】以上のように構成した本実施の形態の電力
変換装置においては、前述した第３の実施の形態の場合
と同様の作用効果を得ることができる。
【０１６０】（第４の実施の形態の変形例）本実施の形
態による電力変換装置は、前述した第４の実施の形態の
電力変換装置において、コンバータ制御回路６７とし
て、第１の電源９９の位相を検出する図示しない手段に
より検出された第１の電源９９の位相（コンバータ３の
交流電圧の位相）に基づいて、コンバータ３のサイリス
タと自励変換器１１１の自励スイッチユニットのそれぞ
れの同相アームが同じ位相で転流し、コンバータ３の通
電中のサイリスタが次に通電するサイリスタへの転流の
際に、通電中のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相
で自励変換器１１１の次に通電するアームとコンバータ
３の次に通電するサイリスタを同時にオンし、かつ同時
に自励変換器１１１の通電中のアームの電流が所定値以
下になった時に通電中のアームの自励スイッチユニット
をオフすることにより、コンバータ３の出力電流を制御
するようにしている。
【０１６１】また、インバータ制御回路６８として、第
２の電源１０１の位相を検出する図示しない手段により
検出された第２の電源１０１の位相（インバータ４の交
流電圧の位相）に基づいて、インバータ４のサイリスタ
と自励変換器１１２の自励スイッチユニットのそれぞれ
の同相アームが同じ位相で転流し、インバータ４の通電
中のサイリスタが次に通電するサイリスタへの転流の際
に、通電中のサイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で
自励変換器１１２の次に通電するアームとインバータ４
の次に通電するサイリスタを同時にオンし、かつ同時に
自励変換器１１２の通電中のアームの電流が所定値以下
になった時に通電中のアームの自励スイッチユニットを
オフすることにより、インバータ４の出力周波数を制御
するようにしている。
【０１６２】以上のように構成した本実施の形態の電力
変換装置においては、コンバータ３の通電中のサイリス
タが次に通電するサイリスタへの転流の際に、通電中の
サイリスタに逆方向の電圧が加わる位相で自励変換器の
次に通電するアームとコンバータ３の次に通電するサイ
リスタを同時にオンし、かつ同時に自励変換器の通電中
のアームの電流が所定値以下になった時に通電中のアー
ムの自励スイッチユニットをオフすることにより、前述
した第４の実施の形態の場合と同様の作用効果を得るこ
とができるのに加えて、前記図６で説明したように、Ｕ
相電流がある値まで減少した時刻ｔ４のタイミングでＵ
相のＧＴＯをオフすることができるため（他の相につい
ても同様である）、ＧＴＯをオフする時の電流が小さく
なることから、ＧＴＯのオフ時のスイッチング損失が小
さくなり、発生する損失を小さくすることができる。ま
た、ＧＴＯをオフする時のストレスが小さくなるため、
ＧＴＯが故障する確立が小さくなり、電力変換装置の信
頼性を向上することができる。
【０１６３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電力変換
装置によれば、同期電動機を駆動する時のトルクリップ
ルの発生を低減することが可能となる。
【０１６４】また、本発明の電力変換装置によれば、一
般の電源を供給する時の無効電力の発生を低減すること
が可能となり、経済性に優れた装置を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力変換装置の第１の実施の形態
を示す回路図。
【図２】同第１の実施の形態の電力変換装置における作
用を説明するための波形図。
【図３】同第１の実施の形態の電力変換装置における作
用を説明するための状態図。
【図４】本発明による電力変換装置の第２の実施の形態
を示す回路図。
【図５】本発明による電力変換装置の第３の実施の形態
を示す回路図。
【図６】同第３の実施の形態の電力変換装置における作
用を説明するための波形図。
【図７】本発明による電力変換装置の第４の実施の形態
を示す回路図。
【図８】従来の電力変換装置の一例を示す回路図。
【図９】従来の一例の電力変換装置の作用を説明するた
めの波形図。
【図１０】従来の電力変換装置の他の例を示す回路図。
【図１１】従来の他の例の電力変換装置の作用を説明す
るための波形図。
【符号の説明】
１…電源、 ２…変圧器、 ３…コンバータ、 ４…インバータ、 ５…直流リアクトル、 ６…同期電動機、 ７〜１８…サイリスタ、 １９〜３０…ＧＴＯ、 ３１〜５４…ダイオード、 ５５〜６０…コンデンサ、 ６１〜６６…サイリスタ、 ６７…コンバータ制御回路、 ６８…インバータ制御回路、 ６９…第１の電源、 ７０…第１の変圧器、 ７１…第２の電源、 ７２…第２の変圧器、 ７３〜８４…自励スイッチユニット、 ８５…コンバータ制御回路、 ８６…インバータ制御回路、 ８７〜９８…サイリスタ、 ９９…第１の電源、 １００…第１の変圧器、 １０１…第２の電源、 １０２…第２の変圧器、 １０３，１０４…進相コンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 浩行 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 色川 彰一 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 中島 喜平 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5H006 AA02 AA06 BB05 CA03 CA05 CA07 CA12 CA13 CB02 CB07 CC03 CC05 DA02 DA03 DA04 DB02 5H007 AA02 BB06 CA03 CA05 CB03 CB05 CC04 CC12 CC23 DA04 DA06 DB03 DC04 DC05 EA02

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流を直流に変換するコンバータ、および直流を
    交流に変換するインバータを備えて構成される電力変換
    装置において、 前記コンバータは、サイリスタからなるアームをブリッ
    ジ接続して構成し、 前記インバータを構成するブリッジ接続されるそれぞれ
    のアームを、 第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが逆並
    列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続して
    なる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接続さ
    れ第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオードが逆
    並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接続し
    てなる第２の直列回路、および前記各直列回路の接続点
    に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
    と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
    スタとから構成したことを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項２】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流を直流に変換するコンバータ、および直流を
    交流に変換するインバータを備えて構成される電力変換
    装置において、 前記コンバータは、サイリスタからなるアームをブリッ
    ジ接続して構成し、 前記インバータを構成するブリッジ接続されるそれぞれ
    のアームを、 第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが逆並
    列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続して
    なる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接続さ
    れ第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオードが逆
    並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接続し
    てなる第２の直列回路、および前記各直列回路の接続点
    に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
    と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
    スタとから構成し、 前記インバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記手段により検出されたインバータの交流電圧の位相
    に基づいて、前記インバータの通電中のアームから次に
    通電するアームへの転流の際に、前記通電中のアームに
    逆方向の電圧が加わる位相で前記次に通電するアームの
    自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオン
    し、かつ同時に前記通電中のアームの自励スイッチユニ
    ットをオフする手段と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  3. 【請求項３】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流を直流に変換するコンバータ、および直流を
    交流に変換するインバータを備えて構成される電力変換
    装置において、 前記コンバータは、サイリスタからなるアームをブリッ
    ジ接続して構成し、 前記インバータを構成するブリッジ接続されるそれぞれ
    のアームを、 第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが逆並
    列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続して
    なる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接続さ
    れ第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオードが逆
    並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接続し
    てなる第２の直列回路、および前記各直列回路の接続点
    に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
    と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
    スタとから構成し、 前記インバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記インバータの各アーム電流を検出する手段と、 前記各手段により検出されたインバータの交流電圧の位
    相、およびインバータの各アーム電流に基づいて、前記
    インバータの通電中のアームから次に通電するアームへ
    の転流の際に、前記通電中のアームに逆方向の電圧が加
    わる位相で前記次に通電するアームの自励スイッチユニ
    ットおよびサイリスタを同時にオンし、かつ同時に前記
    通電中のアームの電流が所定値以下になった時に前記通
    電中のアームの自励スイッチユニットをオフする手段
    と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  4. 【請求項４】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直流
    にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および交
    流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にあるい
    は交流を直流に変換するインバータを備えて構成される
    電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータを構成するブリッジ接
    続されるそれぞれのアームを、 第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが逆並
    列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続して
    なる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接続さ
    れ第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオードが逆
    並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接続し
    てなる第２の直列回路、および前記各直列回路の接続点
    に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
    と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
    スタとから構成したことを特徴とする電力変換装置。
  5. 【請求項５】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直流
    にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および交
    流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にあるい
    は交流を直流に変換するインバータを備えて構成される
    電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータを構成するブリッジ接
    続されるそれぞれのアームを、 第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが逆並
    列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続して
    なる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接続さ
    れ第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオードが逆
    並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接続し
    てなる第２の直列回路、および前記各直列回路の接続点
    に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
    と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
    スタとから構成し、 前記インバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記手段により検出されたインバータの交流電圧の位相
    に基づいて、前記インバータの通電中のアームから次に
    通電するアームへの転流の際に、前記通電中のアームに
    逆方向の電圧が加わる位相で前記次に通電するアームの
    自励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオン
    し、かつ同時に前記通電中のアームの自励スイッチユニ
    ットをオフする手段と、 前記第１の交流電源の位相を検出する手段と、 前記手段により検出された第１の交流電源の位相に基づ
    いて、前記コンバータの通電中のアームから次に通電す
    るアームへの転流の際に、当該通電中のアームから逆方
    向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの自励スイ
    ッチユニットおよびサイリスタを同時にオンし、かつ同
    時に前記通電中のアームの自励スイッチユニットをオフ
    する手段と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  6. 【請求項６】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直流
    にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および交
    流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にあるい
    は交流を直流に変換するインバータを備えて構成される
    電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータを構成するブリッジ接
    続されるそれぞれのアームを、 第１の自己消弧形半導体素子に第１のダイオードが逆並
    列接続された回路と第２のダイオードとを直列接続して
    なる第１の直列回路、当該第１の直列回路に並列接続さ
    れ第２の自己消弧形半導体素子に第３のダイオードが逆
    並列接続された回路と第４のダイオードとを直列接続し
    てなる第２の直列回路、および前記各直列回路の接続点
    に接続されたコンデンサからなる自励スイッチユニット
    と、当該自励スイッチユニットに直列接続されたサイリ
    スタとから構成し、 前記インバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記インバータの各アーム電流を検出する手段と、 前記各手段により検出されたインバータの交流電圧の位
    相、およびインバータの各アーム電流に基づいて、前記
    インバータの通電中のアームから次に通電するアームへ
    の転流の際に、前記通電中のアームに逆方向の電圧が加
    わる位相で前記次に通電するアームの自励スイッチユニ
    ットおよびサイリスタを同時にオンし、かつ同時に前記
    通電中のアームの電流が所定値以下になった時に前記通
    電中のアームの自励スイッチユニットをオフする手段
    と、 前記第１の交流電源の位相を検出する手段と、 前記コンバータの各アーム電流を検出する手段と、 前記手段により検出された第１の交流電源の位相、およ
    び前記手段により検出されたコンバータの各アーム電流
    に基づいて、前記コンバータの通電中のアームから次に
    通電するアームへの転流の際に、当該通電中のアームか
    ら逆方向の電圧が加わる位相で次に通電するアームの自
    励スイッチユニットおよびサイリスタを同時にオンし、
    かつ同時に前記通電中のアームの電流が所定値以下にな
    った時に前記通電中のアームの自励スイッチユニットを
    オフする手段と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  7. 【請求項７】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直流
    にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および交
    流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にあるい
    は交流を直流に変換するインバータを備えて構成される
    電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータをそれぞれ構成するサ
    イリスタブリッジと、 前記コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
    けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
    のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
    ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
    列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
    ３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
    ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および前記
    各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
    励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器
    とを備え、 前記自励変換器の交流３相端を、１次側をＹ結線した単
    相変圧器の２次側の一端に接続すると共に、前記サイリ
    スタブリッジの交流３相端を前記単相変圧器の２次側の
    他端に接続する構成としたことを特徴とする電力変換装
    置。
  8. 【請求項８】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直流
    にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および交
    流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にあるい
    は交流を直流に変換するインバータを備えて構成される
    電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータをそれぞれ構成するサ
    イリスタブリッジと、 前記コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
    けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
    のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
    ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
    列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
    ３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
    ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および前記
    各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
    励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器
    とを備え、 前記自励変換器の交流３相端を、１次側をＹ結線した単
    相変圧器の２次側の一端に接続すると共に、前記サイリ
    スタブリッジの交流３相端を前記単相変圧器の２次側の
    他端に接続する構成とし、 前記コンバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記コンバータのサイリスタと前記自励変換器の自励ス
    イッチユニットのそれぞれの同相アームが同じ位相で転
    流し、前記コンバータの通電中のサイリスタが次に通電
    するサイリスタへの転流の際に、前記通電中のサイリス
    タに逆方向の電圧が加わる位相で前記自励変換器の次に
    通電するアームと前記コンバータの次に通電するサイリ
    スタを同時にオンし、かつ同時に前記自励変換器の通電
    中のアームの自励スイッチユニットをオフする手段と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  9. 【請求項９】 直流リアクトルを介して直流回路が結合
    され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直流
    にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および交
    流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にあるい
    は交流を直流に変換するインバータを備えて構成される
    電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータをそれぞれ構成するサ
    イリスタブリッジと、 前記コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
    けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
    のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
    ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
    列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
    ３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
    ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および前記
    各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
    励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器
    とを備え、 前記自励変換器の交流３相端を、１次側をＹ結線した単
    相変圧器の２次側の一端に接続すると共に、前記サイリ
    スタブリッジの交流３相端を前記単相変圧器の２次側の
    他端に接続する構成とし、 前記コンバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記コンバータのサイリスタと前記自励変換器の自励ス
    イッチユニットのそれぞれの同相アームが同じ位相で転
    流し、前記コンバータの通電中のサイリスタが次に通電
    するサイリスタへの転流の際に、前記通電中のサイリス
    タに逆方向の電圧が加わる位相で前記自励変換器の次に
    通電するアームと前記コンバータの次に通電するサイリ
    スタを同時にオンし、かつ同時に前記自励変換器の通電
    中のアームの電流が所定値以下になった時に前記通電中
    のアームの自励スイッチユニットをオフする手段と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  10. 【請求項１０】 直流リアクトルを介して直流回路が結
    合され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直
    流にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および
    交流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にある
    いは交流を直流に変換するインバータを備えて構成され
    る電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータをそれぞれ構成するサ
    イリスタブリッジと、 前記コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
    けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
    のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
    ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
    列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
    ３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
    ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および前記
    各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
    励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器
    とを備え、 前記自励変換器の交流３相端を、ＹＹ結線した変圧器の
    中性点を分離した２次側の一端に接続すると共に、前記
    サイリスタブリッジの交流３相端を前記変圧器の２次側
    の他端に接続する構成としたことを特徴とする電力変換
    装置。
  11. 【請求項１１】 直流リアクトルを介して直流回路が結
    合され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直
    流にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および
    交流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にある
    いは交流を直流に変換するインバータを備えて構成され
    る電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータをそれぞれ構成するサ
    イリスタブリッジと、 前記コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
    けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
    のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
    ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
    列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
    ３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
    ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および前記
    各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
    励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器
    とを備え、 前記自励変換器の交流３相端を、ＹＹ結線した変圧器の
    中性点を分離した２次側の一端に接続すると共に、前記
    サイリスタブリッジの交流３相端を前記変圧器の２次側
    の他端に接続する構成とし、 前記コンバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記コンバータのサイリスタと前記自励変換器の自励ス
    イッチユニットのそれぞれの同相アームが同じ位相で転
    流し、前記コンバータの通電中のサイリスタが次に通電
    するサイリスタへの転流の際に、前記通電中のサイリス
    タに逆方向の電圧が加わる位相で前記自励変換器の次に
    通電するアームと前記コンバータの次に通電するサイリ
    スタを同時にオンし、かつ同時に前記自励変換器の通電
    中のアームの自励スイッチユニットをオフする手段と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  12. 【請求項１２】 直流リアクトルを介して直流回路が結
    合され、交流側が第１の交流電源に連系されて交流を直
    流にあるいは直流を交流に変換するコンバータ、および
    交流側が第２の交流電源に連系されて直流を交流にある
    いは交流を直流に変換するインバータを備えて構成され
    る電力変換装置において、 前記コンバータおよびインバータをそれぞれ構成するサ
    イリスタブリッジと、 前記コンバータおよびインバータにそれぞれ対応して設
    けられ、アームが、第１の自己消弧形半導体素子に第１
    のダイオードが逆並列接続された回路と第２のダイオー
    ドとを直列接続してなる第１の直列回路、当該第１の直
    列回路に並列接続され第２の自己消弧形半導体素子に第
    ３のダイオードが逆並列接続された回路と第４のダイオ
    ードとを直列接続してなる第２の直列回路、および前記
    各直列回路の接続点に接続されたコンデンサからなる自
    励スイッチユニットをブリッジ接続構成した自励変換器
    とを備え、 前記自励変換器の交流３相端を、ＹＹ結線した変圧器の
    中性点を分離した２次側の一端に接続すると共に、前記
    サイリスタブリッジの交流３相端を前記変圧器の２次側
    の他端に接続する構成とし、 前記コンバータの交流電圧の位相を検出する手段と、 前記コンバータのサイリスタと前記自励変換器の自励ス
    イッチユニットのそれぞれの同相アームが同じ位相で転
    流し、前記コンバータの通電中のサイリスタが次に通電
    するサイリスタへの転流の際に、前記通電中のサイリス
    タに逆方向の電圧が加わる位相で前記自励変換器の次に
    通電するアームと前記コンバータの次に通電するサイリ
    スタを同時にオンし、かつ同時に前記自励変換器の通電
    中のアームの電流が所定値以下になった時に前記通電中
    のアームの自励スイッチユニットをオフする手段と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。
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