JP2001258264A

JP2001258264A - 電圧形自励式変換器の制御装置

Info

Publication number: JP2001258264A
Application number: JP2000066045A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uchino; 廣内野; Yukio Kadota; 行生門田; Hajime Yamamoto; 肇山本; Kenichi Tanomura; 顕一田能村; Noriko Kawakami; 紀子川上; Yoshinori Sakanaka; 好典坂中
Original assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】交流系統の急激な電圧変動による交流端子電流
の上昇に伴って流れる変換器過電流を抑制して運転を継
続可能にすることにある。【解決手段】自己消弧形スイッチング素子がブリッジ接
続され、且つ直流を交流に変換する変換器１の交流端子
電流を検出し、この交流端子電流検出値が電流指令値と
一致するように変換器１の自己消弧形スイッチング素子
のゲート信号をオン、オフして電流制御する電圧形自励
式変換器の制御装置において、交流端子電流検出値から
電流動作許容レベルに基づいてレベル判定を行なうレベ
ル判定回路35と、交流端子電流検出値が電流動作許容レ
ベルを超えると交流端子電流が流れている自己消弧形ス
イッチング素子のゲート信号をオフし、電流動作許容レ
ベル以下になるとゲート信号のオフを解除して通常制御
に移行させる電流制御系19とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変換器の過電流発
生を防止する電圧形自励式変換器の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電圧形自励式変換器としては、図
３５に示すような回路構成が採用されている。

【０００３】図３５において、１は自己消弧形素子とダ
イオードとで構成された変換器、２は直流電源である。

【０００４】上記変換器１は、自己消弧形素子として例
えばＧＴＯ３〜８と、これら各ＧＴＯ３〜８に逆並列に
接続されたダイオード９〜１４とで３相ブリッジ回路を
構成したもので、直流電源２から供給される直流を交流
に変換する機能を有している。

【０００５】一方、かかる構成の電圧形自励式変換器を
制御する制御装置としては、図３６に示すような構成が
採用されている。

【０００６】図３６に示すように、直流電源２から供給
される直流を変換器１により交流に変換し、その交流出
力をリアクトル１６を通して交流系統１５に送電してい
る。

【０００７】このような系統構成において、電圧検出器
１７により検出された交流系統１５の線間電圧及び電流
検出器１８により検出された変換器１の交流端子電流を
電流制御系１９に入力して変換器１の交流端子電流を制
御している。

【０００８】図３７は電流制御系１９を詳細に示す構成
図である。

【０００９】図３７において、２０は電流制御回路であ
り、２１は電流制御回路２０の出力から自己消弧形素子
を駆動するためのゲート信号を生成するゲートパルス生
成回路である。

【００１０】上記電流制御回路２０は、電圧検出器１７
により検出された交流系統の線間電圧を相電圧に変換す
る線間電圧／相電圧変換回路２２、線間電圧／相電圧変
換回路２２の出力が加えられる三相／二相変換回路２
３、三相／二相変換回路２３の出力が加えられる二相／
ｄｑ変換回路２４、三相／二相変換回路２３の出力が加
えられる位相角算出回路２５、電流検出器１８により検
出された交流端子電流をｄｑ変換する三相／ｄｑ変換回
路２６、電流指令値２７と三相／ｄｑ変換回路２６の出
力との偏差を求める加算器２８、この加算器２８より出
力される偏差を増幅する増幅器２９、この増幅器２９の
出力と二相／ｑｑ変換回路２４の出力を加算する加算器
３０から構成されている。

【００１１】また、上記ゲートパルス生成回路２１は、
電流制御回路２０の位相角算出回路２５の出力を用いて
位相が０度から３６０度に対応した三角波を発生する三
角波発生回路３２、電流制御回路２０のｄｑ／三相変換
回路３１の出力と三角波発生回路３２の出力が加えら
れ、三角波と各三相電圧指令との交点を検出するクロス
ポイント検出回路３３、このクロスポイント検出回路３
３の出力に基づき、変換器１のＧＴＯをオン、オフする
ゲートパルスを発生するゲートパルス発生回路３４から
構成されている。

【００１２】このような構成の電流制御系において、電
流指令値２７を変化させると、加算器２８にて電流検出
器１８から得られる三相／ｄｑ変換回路２６の出力と前
記電流指令値の偏差が求められ、増幅器２９にて両者の
差が小さくなるような制御信号を加算器３０に出力す
る。この加算器３０には前記増幅器２９の出力と、交流
系統１５の電圧から得られる二相／ｄｑ変換回路２４の
出力とが加えられ、その出力によりｄｑ／三相変換回路
３１は三相電圧指令を生成する。

【００１３】この三相電圧指令はゲートパルス生成回路
２１のクロスポイント検出回路３３に送られる。このク
ロスポイント検出回路３３では、三角波発生回路２２か
ら得られた三角波信号と前記三相電圧指令に基づき交点
を求め、ゲートパルス発生回路３４にてＧＴＯをオン、
オフさせるためのゲート信号を出力する。これにより変
換器１から出力される交流端子電流が変化し、電流検出
器１８を介して再び加算器２８の入力へと戻され、最終
的には電流指令値２７と変換器１の交流端子電流が一致
するように電流制御が行われる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な従来構成の電圧形自励式変換器の制御装置では、交流
系統の急激な電圧変動による交流端子電流の上昇に対し
て、電流上昇を抑える手段がないため、交流端子電流の
過電流保護レベルを検出して変換器をゲートブロックに
より運転停止することしかできなかった。

【００１５】また、リアクトルの代わりに変圧器の漏れ
リアクタンスを利用して、変換器を多重接続した場合、
交流系統の直流分や系統電圧に重畳する高調波、また変
換器から発生する直流分により変圧器の偏磁が進展する
と励磁電流が大きくなり、変圧器の交流端子電流が増大
して過電流保護レベルに到達すると、変換器はゲートブ
ロックにより停止してしまう。

【００１６】従来の偏磁抑制制御方式としては、Ｔ．Ｎ
ａｋａｊｉｍａ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，ｅｔａｌ.,“Ａ
ＮＥＷＣＯＮＴＲＯＬＭＥＴＨＯＤＰＲＥＶＥ
ＴＩＮＧＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲＤＣＭＡＧＮＥ
ＴＩＺＡＴＩＯＮＦＯＲＶＯＬＴＡＧＥＳＯＵＲＣ
ＳＳＥＬＦ−ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤＣＯＮＶＥＲＴ
ＥＲＳ”，ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇＳｏｃｉｅｔｙＳｕｍｍｅｒＭｅｅｔｉｎ
ｇ，ＮＯ．９５ＳＭ４１５−０，Ｊｕｌｙ１９９５
が知られている。

【００１７】この偏磁抑制制御方式は、交流系統からの
高調波による偏磁に対して応動してしまい、制御ゲイン
をあげることができない。また電流制御系と干渉するの
で、速い偏磁抑制制御応答を得ることができず、十分な
偏磁抑制制御効果を得ることができなかった。

【００１８】本発明は、交流系統の急激な電圧変動によ
る交流端子電流の上昇に伴って流れる変換器過電流を抑
制して運転を継続することが可能な電圧形自励式変換器
の制御装置を提供することを第１の目的とする。

【００１９】また、本発明は、偏磁過電流を抑制して運
転を継続することが可能な電圧形自励式変換器の制御装
置を提供することを第２の目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために、請求項１に対応する発明は、自己消弧形スイ
ッチング素子がブリッジ接続され、且つ直流を交流に変
換する変換器の交流端子電流を検出し、この交流端子電
流検出値が電流指令値と一致するように前記変換器の自
己消弧形スイッチング素子のゲート信号をオン、オフし
て電流制御する電圧形自励式変換器の制御装置におい
て、前記交流端子電流検出値を電流動作許容レベルに基
づいて判定を行ない、前記交流端子電流検出値が電流動
作許容レベルを超えるとゲートオフ指令を出力し、電流
動作許容レベル以下になると通常ゲート指令を出力する
レベル判定手段と、このレベル判定手段よりゲートオフ
指令が入力されると交流端子電流が流れている自己消弧
形スイッチング素子のゲート信号をオフし、通常ゲート
指令が入力されるとゲート信号のオフを解除して通常制
御に移行させる制御手段とを備える。

【００２１】前記第１の目的を達成するために、請求項
２に対応する発明は、自己消弧形スイッチング素子がブ
リッジ接続され、且つ直流を交流に変換する変換器の交
流端子電流を検出し、この交流端子電流検出値が電流指
令値と一致するように前記変換器の自己消弧形スイッチ
ング素子のゲート信号をオン、オフして電流制御する電
圧形自励式変換器の制御装置において、前記交流端子電
流検出値を電流動作許容レベルに基づいて判定を行な
い、前記交流端子電流検出値が電流動作許容レベルを超
えるとゲートオフ指令を出力し、且つ電流動作許容レベ
ル以下の通常動作レベルになると通常ゲート指令を出力
するヒステリシス特性を有するレベル判定手段と、この
レベル判定手段よりゲートオフ指令が入力されると交流
端子電流が流れている自己消弧形スイッチング素子のゲ
ート信号をオフし、通常ゲート指令が入力されるとゲー
ト信号のオフを解除して通常制御に移行させる制御手段
とを備える。

【００２２】前記第１の目的を達成するために、請求項
３に対応する発明は、自己消弧形スイッチング素子がブ
リッジ接続され、且つ直流を交流に変換する変換器の交
流端子電流を検出し、この交流端子電流検出値が電流指
令値と一致するように前記変換器の自己消弧形スイッチ
ング素子のゲート信号をオン、オフして電流制御する電
圧形自励式変換器の制御装置において、前記交流端子電
流検出値を電流動作許容レベルに基づいて判定を行な
い、前記交流端子電流検出値が電流動作許容レベルを超
えるとゲートオフ指令を出力し、且つ一定時間経過する
と通常ゲート指令を出力するレベル判定手段と、このレ
ベル判定手段よりゲートオフ指令が入力されると交流端
子電流が流れている自己消弧形スイッチング素子のゲー
ト信号をオフし、且つ通常ゲート指令が入力されるとゲ
ート信号のオフを解除して通常制御に移行させる制御手
段とを備える。

【００２３】前記第１の目的を達成するために、請求項
４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか
の発明の電圧形自励式変換器の制御装置において、制御
手段は一定期間でのゲート信号のオフ回数が許容回数を
超えると変換器をゲートブロックし、運転を停止させる
制御機能を持たせる。

【００２４】前記第１の目的を達成するために、請求項
５に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか
の発明の電圧形自励式変換器の制御装置において、制御
手段は一定期間でのゲート信号の合計オフ時間が許容時
間を超えると変換器をゲートブロックし、運転を停止さ
せる制御機能を持たせる。

【００２５】また、前記第２の目的を達成するために、
請求項６に対応する発明は、自己消弧形スイッチング素
子をブリッジ接続してなり、直流を交流に変換する複数
の単位変換器と、これら各単位変換器の交流端子にそれ
ぞれの二次巻線が接続され、それぞれの一次巻線を各相
毎に直列接続して出力を取り出す複数の変圧器で構成さ
れ、これら変圧器の一次巻線側から出力される交流端子
電流を検出し、この交流端子電流検出値が電流指令値と
一致するように前記変換器の自己消弧形スイッチング素
子のゲート信号をオン、オフして電流制御する電圧形自
励式変換器の制御装置において、前記各単位変換器の交
流端子電流を検出し、その電流検出値に基づいて前記交
流端子電流を各相毎にバランスさせる制御手段を備え
る。

【００２６】前記第２の目的を達成するために、請求項
７に記載の発明は、請求項６に対応する発明の電圧形自
励式変換器の制御装置において、前記交流端子電流を各
相毎にバランスさせる制御手段は、複数の単位変換器の
交流端子電流を検出し、交流端子電流検出値から各相毎
に電流検出値平均を演算し、前記交流端子電流検出値と
前記電流検出値平均から電流偏差を求め、この電流偏差
を増幅して単位変換器のゲート発生信号を補正し、前記
電流偏差を小さくすることで交流端子電流を各相毎にバ
ランスさせる。

【００２７】前記第２の目的を達成するために、請求項
８に対応する発明は、請求項７に対応する発明の電圧形
自励式変換器の制御装置において、前記電流偏差の増幅
は、それぞれの交流端子電流検出値に応じて増幅率を変
化させる。

【００２８】前記第２の目的を達成するために、請求項
９に対応する発明は、請求項７に対応する発明の電圧形
自励式変換器の制御装置において、前記電流偏差の増幅
は、変圧器の磁束を検出し、それぞれの磁束検出値に応
じて増幅率を変化させる。

【００２９】前記第２の目的を達成するために、請求項
１０に対応する発明は、請求項６に対応する発明の電圧
形自励式変換器の制御装置において、前記交流端子電流
を各相毎にバランスさせる制御手段は、複数の単位変換
器の交流端子電流を検出し、交流端子電流検出値から直
流分を取り出し、変換器２段毎にその直流分の偏差を取
り、この偏差を増幅して単位変換器のゲート発生信号を
補正し、前記偏差を小さくすることで交流端子電流を変
換器２段毎にバランスさせ、また前記変換器２段を一組
とし、一組の直流分の和と他の組の直流分の和から偏差
を取り、この偏差を増幅して単位変換器のゲート発生信
号を補正し、前記偏差を小さくすることで交流端子電流
を各相毎にバランスさせる。

【００３０】前記第２の目的を達成するために、請求項
１１に対応する発明は、自己消弧形スイッチング素子を
ブリッジ接続してなり、直流を交流に変換する複数の単
位変換器と、これら各単位変換器の交流端子にそれぞれ
の二次巻線が接続され、それぞれの一次巻線を各相毎に
直列接続して出力を取り出す複数の変圧器で構成され、
これら変圧器の一次巻線側から出力される交流端子電流
を検出し、この交流端子電流検出値が電流指令値と一致
するように前記変換器の自己消弧形スイッチング素子の
ゲート信号をオン、オフして電流制御する電圧形自励式
変換器の制御装置において、前記各変圧器の磁束を検出
し、当該磁束を各相毎にバランスさせる制御手段を備え
る。

【００３１】また、前記第２の目的を達成するために、
請求項１２に対応する発明は、請求項１１に記載の電圧
形自励式変換器の制御装置において、前記磁束を各相毎
にバランスさせる制御手段は、複数の変圧器の磁束を検
出し、磁束検出値からに各相毎に磁束検出値平均を演算
し、前記磁束検出値と前記磁束検出値平均から磁束偏差
を求め、この磁束偏差を増幅して単位変換器のゲート発
生信号を補正し、前記磁束偏差を小さくすることで磁束
を各相毎にバランスさせる。

【００３２】前記第２の目的を達成するために、請求項
１３に対応する発明は、請求項１２に対応する発明の電
圧形自励式変換器の制御装置において、前記磁束を各相
毎にバランスさせる制御手段は、複数の変圧器の磁束を
検出し、磁束検出値から直流分を取り出し、変換器２段
毎にその直流分の偏差を取り、この偏差を増幅して単位
変換器のゲート発生信号を補正し、前記偏差を小さくす
ることで交流端子電流を変換器２段毎にバランスさせ、
また前記変換器２段を一組とし、一組の直流分の和と他
の組の直流分の和から偏差を取り、この偏差を増幅して
単位変換器のゲート発生信号を補正し、前記偏差を小さ
くすることで磁束を各相毎にバランスさせる。

【００３３】さらに、前記第１の目的および前記第２の
目的を達成するために、請求項１４に対応する発明は、
請求項１１乃至請求項１３のいずれかに対応する発明の
電圧形自励式変換器の制御装置において、前記交流端子
電流検出値を電流動作許容レベルに基づいて判定を行な
い、前記交流端子電流検出値が電流動作許容レベルを超
えたるとゲートオフ指令を出力し、電流動作許容レベル
以下になると通常ゲート指令を出力するレベル判定手段
と、このレベル判定手段よりゲートオフ指令が入力され
ると交流端子電流が流れている自己消弧形スイッチング
素子のゲート信号をオフし、通常ゲート指令が入力され
るとゲート信号のオフを解除して通常制御に移行させる
制御手段とを備える。

【００３４】前記第１の目的および前記第２の目的を達
成するために、請求項１５に対応する発明は、請求項１
１乃至請求項１３のいずれかに対応する発明の電圧形自
励式変換器の制御装置において、前記交流端子電流検出
値を電流動作許容レベルに基づいて判定を行ない、前記
交流端子電流検出値が電流動作許容レベルを超えるとゲ
ートオフ指令を出力し、且つ電流動作許容レベル以下の
通常動作レベルになると通常ゲート指令を出力するヒス
テリシス特性を有するレベル判定手段と、このレベル判
定手段よりゲートオフ指令が入力されると交流端子電流
が流れている自己消弧形スイッチング素子のゲート信号
をオフし、通常ゲート指令が入力されるとゲート信号の
オフを解除して通常制御に移行させる制御手段とを備え
る。

【００３５】前記第１の目的および前記第２の目的を達
成するために、請求項１６に対応する発明は、請求項１
１乃至請求項１３のいずれかに対応する発明の電圧形自
励式変換器の制御装置において、前記交流端子電流検出
値を電流動作許容レベルに基づいて判定を行ない、前記
交流端子電流検出値が電流動作許容レベルを超えるとゲ
ートオフ指令を出力し、且つ一定時間経過すると通常ゲ
ート指令を出力するレベル判定手段と、このレベル判定
手段よりゲートオフ指令が入力されると交流端子電流が
流れている自己消弧形スイッチング素子のゲート信号を
オフし、且つ通常ゲート指令が入力されるとゲート信号
のオフを解除して通常制御に移行させる制御手段とを備
える。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００３７】図１は本発明による電圧形自励式変換器の
第１の実施の形態を示す構成図で、図３６及び図３７と
同一部分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述べる。

【００３８】図１に示すように、電流検出器１８で検出
された交流端子電流検出値をレベル判定回路３５に入力
し、このレベル判定回路３５により電流動作許容レベル
にしたがってゲートの動作判定を行ない、その判定結果
を電流制御系１９のゲートパルス生成回路２１に与え
る。

【００３９】図２は上記レベル判定回路３５を用いて、
交流端子電流検出値からＧＴＯをゲートオフするときの
詳細な構成図を示すものである。

【００４０】図中、３６は変換器アームの正側（Ｐ側）
に接続されたＧＴＯ、３７は同一変換器アームの負側
（Ｎ側）に接続されたＧＴＯである。また、ＧＴＯ３６
と逆並列にダイオード３８、ＧＴＯ３７と逆並列にダイ
オード３９がそれぞれ接続されている。

【００４１】一方、レベル判定回路３５Ｐおよびゲート
パルス生成回路２１Ｐは、Ｐ側のＧＴＯ３６をレベル判
定およびゲートオフするための回路であり、レベル判定
回路３５Ｎおよびゲートパルス生成回路２１Ｎは、Ｎ側
のＧＴＯ３７をレベル判定およびゲートオフするための
回路である。また、４０は反転回路であり、交流端子電
流の極性を反転した交流端子電流検出値をレベル判定回
路３５Ｎに与える。

【００４２】また、図３はレベル判定回路３５（３５
Ｐ，３５Ｎ）の動作説明図である。

【００４３】レベル判定回路３５は、図３に示すように
交流端子電流が電流動作許容レベルを超えたらゲートオ
フ指令を出力し、交流端子電流が電流動作許容範囲内で
あればゲートオフ指令を解除して通常ゲート指令を出力
する。

【００４４】次に上記のように構成された電圧形自励式
変換器の制御装置の動作を図２および図３を用いて説明
する。

【００４５】いま、図２の矢印の方向に流れる交流端子
電流の向きを正とすると、ＧＴＯ３６がオン、ＧＴＯ３
７がオフすることで交流端子電流は正の向きに増加す
る。交流端子電流検出値が増え、レベル判定回路３５Ｐ
の電流動作許容レベルを超えると、レベル判定回路３５
Ｐはゲートオフ指令を出力する。このゲートオフ指令が
ゲートパルス生成回路２１Ｐへ送られると、このゲート
パルス生成回路２１Ｐでは図示しない切替手段を通して
ゲートオフ信号を信号伝達時間やゲートパルス発生回路
での最小オンパルス時間による伝達遅れを経た後、Ｐ側
ＧＴＯ３６のゲートに与え、該ＧＴＯ３６をオフする。

【００４６】ＧＴＯ３６がオフすると、交流端子電流は
Ｎ側のＧＴＯ３７およびダイオード３９を介して流れ続
け、リアクトル１６の端子電圧は交流系統側が高く、変
換器側が低くなり、これらの間に電位差が生じる。よっ
て、交流端子電流は次第に減少する。

【００４７】交流端子電流検出値が再び電流動作許容レ
ベル内へと収まると、レベル判定回路３５Ｐは通常ゲー
ト指令を出力する。この通常ゲート指令がゲートパルス
生成回路２１Ｐに送られると、このゲートパルス生成回
路２１Ｐでは図示しない切替手段により電流制御回路２
０による通常ゲート出力に切替られ、ＧＴＯ３６は電流
制御回路２０の出力のもとで運転を継続する。

【００４８】次にＧＴＯ３６がオフ、ＧＴＯ３７がオン
すると、交流端子電流は負の向きに増加する。この場
合、反転回路４０は交流端子電流検出値を極性反転する
ので、交流端子電流が負の向きに増加を続けると、反転
回路４０の出力である交流端子電子電流検出値は正の向
きに増加する。

【００４９】この交流端子電流検出値が正の向きに大き
くなり、レベル判定回路３５Ｎの電流動作許容レベルを
超えると、レベル判定回路３５Ｎはゲートオフ指令を出
力する。このゲートオフ指令がゲートパルス生成回路２
１Ｎへ送られると、このゲートパルス生成回路２１Ｎで
は図示しない切替手段を通してゲートオフ信号を信号伝
達時間やゲートパルス発生回路３４での最小オンパルス
時間による伝達遅れを経た後、Ｎ側ＧＴＯ３７のゲート
に与え、該ＧＴＯ３７をオフする。

【００５０】ＧＴＯ３７がオフすると、交流端子電流は
Ｐ側のＧＴＯ３６およびダイオード３８を介して流れ続
け、リアクトル１６の端子電圧は交流系統側が低く、変
換器側が高くなり、これらの間に電位差が生じることか
ら、交流端子電流は次第に増加する。

【００５１】交流端子電流が増加したことで、反転回路
４０の出力信号である交流端子電流検出値は減少し、当
該交流端子電流検出値が再び電流動作許容レベル内へと
収まると、レベル判定回路３５Ｎでは通常ゲート指令を
出力する。この通常ゲート指令がゲートパルス生成回路
２１Ｎに送られると、このゲートパルス生成回路２１Ｎ
では図示しない切替手段により電流制御回路２０による
通常ゲート出力に切替られ、ＧＴＯ３７は電流制御回路
２０の出力のもとで運転を継続する。

【００５２】以上のことから、交流端子電流検出値の最
大値を電流動作許容レベル付近に抑えることができ、変
換器の過電流発生を防止することが可能となる。

【００５３】図４は本発明の第２の実施の形態における
レベル判定回路の機能説明図である。

【００５４】このレベル判定回路３５は、図４に示すよ
うにヒステリシス特性４１を有し、交流端子電流検出値
から、上限設定値となる電流動作許容レベルと下限設定
値となる通常動作レベルに従ってレベル判定を行う。

【００５５】また、図５はヒステリシス特性４１を有す
るレベル判定回路３５の動作説明図である。

【００５６】いま、レベル判定回路３５は、図１の電流
検出器１８により検出された交流端子電流検出値が電流
動作許容レベルを超えるとゲートオフ指令を出力し、そ
の後に交流端子電流検出値が通常動作レベル内へと戻れ
ば通常ゲート指令を出力する。

【００５７】このような機能を有するレベル判定回路と
すれば、交流端子電流検出値の振動等によりレベル判定
回路３５から出力されるゲートオフ指令と通常ゲート指
令とが短時間で切替えられることを阻止できる。従っ
て、交流端子電流検出値の最大値を電流動作許容レベル
付近に抑えることができ、変換器の過電流発生を防止す
ることが可能となる。

【００５８】図６は本発明の第３の実施の形態における
レベル判定回路の機能説明図である。

【００５９】このレベル判定回路３５は、図６に示すよ
うに比較器４２とワンショット出力回路４３からなり、
図１の電流検出器１８で検出された交流端子電流検出値
と電流動作許容レベルとを比較器４２により比較し、ワ
ンショット出力回路４３により交流端子電流検出値が電
流動作許容レベルを超えるとその時点からＴの期間ゲー
トオフ指令を出力するようにしたものである。

【００６０】また、図７はかかる機能を有するレベル判
定回路３５の動作説明図である。

【００６１】いま、図１の電流検出器１８により検出さ
れた交流端子電流検出値が電流動作許容レベルを超える
と、比較器４２からワンショット出力回路４３に出力信
号が与えられる。このワンショット出力回路４３は信号
の入力と同時にゲートパルス生成回路２１へゲートオフ
指令を出力し、ゲートオフ指令を出力してから時刻Ｔ後
にゲートオフ指令を解除して通常ゲート指令を出力す
る。

【００６２】これにより、レベル判定回路３５より出力
されるゲートオフ指令と通常ゲート指令とが短時間で切
替えられることを阻止できるので、交流端子電流検出値
の最大値を電流動作許容レベル付近に抑えることがで
き、変換器の過電流発生を防止することが可能となる。

【００６３】図８は本発明の第４の実施の形態を示す回
路構成図で、図１と同一部分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述べる。

【００６４】図８に示すように、電流制御系１９内にク
ロスポイント検出回路３３の出力とレベル判定回路３５
の出力とを論理回路４４に入力し、この論理回路４０に
よりどちらか一方がゲートオフ出力であると判定される
と、ゲートパルス発生回路３１にゲートオフ指令を出力
するようにしたものである。

【００６５】次に上記のように構成された電圧形自励式
変換器の制御装置の作用を図９および図１０を用いて説
明する。

【００６６】図９は論理回路を用いた電流制御系の詳細
な構成図であり、図１０は論理回路の動作説明図であ
る。なお、図９では論理回路を説明の都合上１つのＡＮ
Ｄ回路にて示したが、他の論理演算回路を用いて論理回
路を構成してもよい。

【００６７】クロスポイント検出回路３３は図３７のｄ
ｑ／三相変換回路３１の出力である電圧指令と三角波発
生回路３２の出力である三角波の交点を検出して、通常
動作におけるＧＴＯのゲートオンまたはゲートオフ指令
出力を行う。レベル判定回路３５は、図２〜図６で説明
したいずれかの手段を用いてゲートオフ指令または通常
ゲート指令を出力する。

【００６８】クロスポイント検出回路３３とレベル判定
回路３５のどちらか一方がゲートオフ指令出力のときに
論理回路３９はゲートオフ指令を出力する。

【００６９】レベル判定回路３５がゲートオフ指令を出
力し続けている間は、クロスポイント検出回路３３の出
力に関わらず、ゲートパルス発生回路３４の入力はオフ
状態のままであり、ＧＴＯはオンしない。レベル判定回
路３５が通常ゲート指令を出力すれば、クロスポイント
検出回路３３の出力がそのままゲートパルス発生回路３
４へ入力され、ＧＴＯは電流制御回路２０（図８）の出
力に従ってオン、オフを行う。

【００７０】これにより、交流端子電流検出値の最大値
を電流動作許容レベル付近に抑えることができ、変換器
の過電流発生を防止することが可能となる。

【００７１】図１１は本発明の第５の実施の形態を示す
回路構成図で、図１と同一部分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述べる。
なお、電流制御系１９の詳細構成は図３７と同じであ
る。

【００７２】第５の実施の形態では、図１１に示すよう
にレベル判定回路３５から得たゲートオフ指令または通
常ゲート指令を電流制御系１９内のゲートパルス生成回
路に有する三角波発生回路３２に入力し、この入力が通
常ゲート指令であるならば図３７の電流制御回路２０の
位相角算出回路２５からの出力信号により通常の三角波
を出力し、ゲートオフ指令であるならば三角波をゲート
オフの期間中の正の最大値に固定し、クロスポイント検
出回路３３の出力がゲートオフ状態となるようにするも
のである。

【００７３】次に上記のように構成された電圧形自励式
変換器の制御装置の動作を図１２および図１３を用いて
説明する。

【００７４】図１２はレベル判定回路３５が通常ゲート
指令を出力しているときの動作説明図である。クロスポ
イント検出回路３０はｄｑ／三相変換回路３１の出力で
ある電圧指令と三角波発生回路３２の出力である三角波
の交点の検出を行い、電圧指令より三角波が小さいとき
にはゲートオン指令を、電圧指令より三角波が大きいと
きにはゲートオフ指令を出力する。

【００７５】これに対して、図１３は交流端子電流検出
値が電流動作許容レベルを超えてレベル判定回路３５が
ゲートオフ指令を出力したときの動作説明図である。

【００７６】レベル判定回路３５がゲートオフ指令を出
力すると、三角波発生回路３２は三角波を正の最大値に
固定し、レベル判定回路３５が通常ゲート指令を出力す
るまで持続する。

【００７７】このことから、クロスポイント検出回路３
３の出力は電圧指令に関わらず、レベル判定回路３５の
ゲートオフ指令に従ってオフ信号を出力する。

【００７８】これにより、交流端子電流検出値の最大値
を電流動作許容レベル付近に抑えることができ、変換器
の過電流発生を防止することが可能となる。

【００７９】図１４は本発明の第６の実施の形態を示す
回路構成図で、図１と同一部分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述べる。
なお、電流制御系１９の詳細構成は図３７と同じであ
る。

【００８０】第６の実施の形態では、図１４に示すよう
にレベル判定回路３５から出力されるゲートオフ指令ま
たは通常ゲート指令をｄｑ／三相変換回路３１に入力
し、この入力が通常ゲート指令であるならば図３７の電
流制御回路２０による通常の電圧指令を出力し、ゲート
オフ指令であるならば電圧指令をゲートオフの期間中は
負の最大値に固定し、クロスポイント検出回路３３の出
力がゲートオフ状態となるようにするものである。

【００８１】通常ゲート指令を出力しているときの動作
は、図１２での説明と同じなので、ここではその説明を
省略する。

【００８２】次に上記のように構成された電圧形自励式
変換器の制御装置の動作を図１５を用いて説明する。

【００８３】図１５は交流端子電流検出値が電流動作許
容レベルを超えたため、レベル判定回路３５がゲートオ
フ指令を出力したときの動作説明図である。レベル判定
回路３５がゲートオフ指令を出力すると、ｄｑ／三相変
換回路３１は電圧指令を負の最大値に固定し、レベル判
定回路３５が通常ゲート指令を出力するまで持続する。
よって、クロスポイント検出回路３３の出力はレベル判
定回路３５のゲートオフ指令に従ってオフ信号を出力す
る。

【００８４】これにより、交流端子電流検出値の最大値
を電流動作許容レベル付近に抑えることができ、変換器
の過電流発生を防止することが可能となる。

【００８５】図１６は本発明の第７の実施の形態を説明
するためのタイムチャートを示す図である。

【００８６】例えば交流端子の短絡事故等の重故障によ
り、変換器の運転を停止しなければならない場合、前述
した本発明方式を適用すると、交流端子電流は電流動作
許容レベル付近で抑えられ、過電流停止とならずにゲー
トスイッチングを過剰に繰り返すおそれがある。

【００８７】そこで、本実施の形態では、図１６に示す
ように一定時間内にレベル判定回路３５より出力される
ゲートオフ指令が許容回数Ｎを超えたらゲート信号をブ
ロックし、変換器の運転を停止するようにするものであ
る。

【００８８】このようにすれば、重故障時に過度に運転
を継続することなく、変換器出力の異常として変換器の
運転を停止することが可能となる。

【００８９】図１７は本発明の第８の実施の形態を説明
するためのタイムチャートを示す図である。

【００９０】上記第７の実施の形態では、一定時間内に
レベル判定回路３５より出力されるゲートオフ指令が許
容回数Ｎを超えたらゲート信号をブロックするようにし
たが、これに代えて次のようにしても良い。

【００９１】即ち、第８の実施の形態では、図１７に示
すように一定時間内にレベル判定回路３２より出力され
るゲートオフ指令の和を演算し、その和が許容累計ゲー
トオフ時間Ｔ₀を超えたらゲート信号をブロックし、変
換器の運転を停止するようにしたものである。

【００９２】このようにすれば、重故障時に過度に運転
を継続することなく、変換器出力の異常として変換器の
運転を停止することが可能となる。

【００９３】図１８は本発明の第９の実施の形態を示す
回路構成図で、図１と同一部分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述べる。
なお、電流制御系１９の詳細構成は図３７と同じであ
る。

【００９４】第９の実施の形態では、図１８に示すよう
に変換器１の交流出力端子と交流系統１５とを結ぶ電路
に変圧器４５を設けて、その漏れリアクタンスでリアク
トルを代用し、また変換器１の交流出力端子と変圧器４
５との間に電流検出器４６を設置して、交流端子電流を
検出してレベル判定回路３５に与えて前記実施の形態と
同様にレベル判定を行ってゲートオフ指令または通常ゲ
ート指令をゲートパルス生成回路２１に入力するように
したものである。

【００９５】このような構成とすれば、変圧器４５が飽
和して励磁電流が変換器１のＧＴＯを流れるような場合
でもＧＴＯ過電流を防止し、変換器１を運転継続させる
ことが可能となる。

【００９６】また、上記実施の形態では、変換器１を１
段構成としたが、複数台の変換器を多重接続により構成
した場合でも、交流端子電流検出値の増加に対して電流
動作許容レベル付近に抑えることができ、変換器の過電
流発生を防止することができる。

【００９７】図１９は本発明の第１０の実施の形態を示
す回路構成図で、図１と同一部分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述べ
る。なお、電流制御系１９の詳細構成は図３７と同じで
ある。

【００９８】第１０の実施の形態では、図１９に示すよ
うに変換器１としてＧＴＯを単相ブリッジ接続して構成
したものである。

【００９９】また、図２０は同実施の形態の一例を示す
詳細図である。

【０１００】図中、４７は第１アームＰ側ＧＴＯ、４８
は第１アームＮ側ＧＴＯ、４９は第２アームＰ側ＧＴ
Ｏ、５０は第２アームＮ側ＧＴＯ、５１〜５４はそれぞ
れのＧＴＯと逆並列に接続されたダイオードである。ま
た、レベル判定回路３５は第１アームの交流端子電流を
検出した場合を考え、レベル判定回路３５からそれぞれ
のＧＴＯゲートパルスを生成する４つのゲートパルス生
成回路２１へ信号を出力する。

【０１０１】次に上記のように構成された電圧形自励式
変換器の制御装置の動作を図２０を用いて説明する。

【０１０２】図２０において、第１アーム交流端子電流
の矢印方向を正とすると、ＧＴＯ４７がオン、ＧＴＯ４
８がオフすることで交流端子電流は正の向きに増加す
る。この交流端子電流の増加によりその検出値がレベル
判定回路３５−１Ｐの電流動作許容レベルを超えると、
レベル判定回路３５−１Ｐはゲートオフ指令を出力す
る。このゲートオフ指令がゲートパルス生成回路２１−
１Ｐへ送られると、このゲートパルス生成回路２１−１
ＰではＧＴＯ４７をオフすると共に、ゲートオフ指令が
ゲートパルス生成回路２１−２Ｎにも出力され、他アー
ムの対角に位置するＧＴＯ５０をオフする。

【０１０３】これにより、レベル判定回路３５−１Ｐの
ゲートオフ指令により、ＧＴＯ４７とＧＴＯ５０が同時
にオフ動作を行う。ＧＴＯ４７とＧＴＯ５０が同時にオ
フすると、交流端子電流はダイオード５２とダイオード
５３を介して流れ続け、リアクトル１６には交流系統側
が高く、第１アーム交流端子側が低い電位差が生ずるこ
とから、第１アームの交流端子電流は次第に減少する。

【０１０４】交流端子電流検出値が再び電流動作許容レ
ベル内へと収まると、レベル判定回路３５−１Ｐはゲー
トオフ指令から通常ゲート指令をゲートパルス生成回路
２１−１Ｐ，２１−２Ｎにそれぞれ与え、ＧＴＯ４７及
びＧＴＯ５０は電流制御回路２０の出力に基づいて運転
を継続する。

【０１０５】また、第１アームの交流端子電流が負の向
きに増加した場合も同様に、ＧＴＯ４７がオフ、ＧＴＯ
４８がオンすることで交流端子電流は負の向きに増加す
る。この場合、反転回路４０を経た交流端子電流検出値
は正の向きに増加する。

【０１０６】この交流端子電流検出値が正の向きに大き
くなり、レベル判定回路３５−１Ｎの電流動作許容レベ
ルを超えると、レベル判定回路３５−１Ｎはゲートオフ
指令を出力する。このゲートオフ指令がゲートパルス生
成回路２１−１Ｎへ送られると、このゲートパルス生成
回路２１−１ＮではＧＴＯ４８をオフすると共に、ゲー
トオフ指令がゲートパルス生成回路２１−２Ｐにも出力
され、他アームの対角に位置するＧＴＯ４９をオフす
る。

【０１０７】これにより、レベル判定回路３５−１Ｎの
ゲートオフ指令により、ＧＴＯ４８とＧＴＯ４９が同時
にオフ動作を行う。ＧＴＯ４８とＧＴＯ４９が同時にオ
フすると、交流端子電流はダイオード５４とダイオード
５１を介して流れ続け、リアクトル１６には第１アーム
交流端子側が高く、交流系統側が低くなり、これらの間
に電位差が生ずることから、第１アームの交流端子電流
は次第に増加する。

【０１０８】交流端子電流検出値が再び電流動作許容レ
ベル内へと収まると、レベル判定回路３５−１Ｎの出力
はゲートオフ指令から通常ゲート指令へと移行し、ＧＴ
Ｏ４８及びＧＴＯ４９は電流制御回路の出力に基づいて
運転を継続する。

【０１０９】以上のことから、交流端子電流検出値の最
大値を電流動作許容レベル付近に抑えることができ、変
換器の過電流を防止することが可能となる。

【０１１０】図２１は本発明の第１１の実施の形態を示
す回路構成図で、図３６及び図３７と同一部分の直流電
源２、交流系統１５、電圧検出器１７、電流検出器１
９、電流制御系１９については既に説明したので、ここ
では同一符号を付してその説明を省略する。

【０１１１】図２１において、１Ａ〜１Ｄは変換器であ
る。説明の都合上、変換器を４段構成としたが、段数は
任意の数としてよい。また、４５は変換器出力を多重出
力とするための変圧器であり、変圧器の二次巻線が変換
器１Ａ〜１Ｄと接続され、変圧器の一次巻線を各相毎に
直列接続して出力を取り出している。４６は各段の変換
器１Ａ〜１Ｄの交流端子電流を検出する電流検出器であ
る。５５は交流端子電流のばらつきをバランスさせるた
めのバランス制御回路である。

【０１１２】上記バランス制御回路５５は、電流検出器
４６により検出された各段の変換器の交流端子電流検出
値が入力されると、電流制御系１９のゲートパルス生成
回路２１に補正信号を与え、交流端子電流の各相ごとの
ばらつきを抑えて電流をバランスさせるものである。

【０１１３】このような構成の電圧形自励式変換器の制
御装置において、変圧器４５の一次巻線は直列に接続さ
れているため、一次巻線電流は各段で等しい。変圧器二
次電流である交流端子電流は、一次巻線へ流れる電流分
と変圧器励磁分が重畳して流れていることから、交流端
子電流のばらつきは変圧器４５の励磁電流がばらついて
いることにより生じる。よって、交流端子電流をバラン
スさせれば変圧器の励磁電流は平均化される。

【０１１４】従って、一部の変圧器の直流偏磁で生じる
変換器の過電流発生を防止することが可能となる。

【０１１５】図２２及び図２３は本発明の第１２の実施
の形態をそれぞれ示す回路構成図で、図２１と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【０１１６】図２２において、バランス制御回路５５は
加算器５６、演算器５７、加算器５８および増幅器５９
とから構成され、このバランス制御回路５５の増幅器５
９の出力と電流制御回路２０のｄｑ／三相変換器３１の
出力とを加算してゲートパルス発生回路２１のクロスポ
イント検出回路３３に与える加算器６０を設けるもので
ある。

【０１１７】以下に第１段変換器１ＡのＵ相交流端子電
流をバランスさせるときの動作について説明する。

【０１１８】交流端子電流は電流検出器４６により各相
毎に検出され、これらの検出信号はバランス制御回路５
５に入力される。このバランス制御回路５５では、加算
器５６で電流検出器４６からの検出信号の総和が求めら
れ、これを演算器５７にて変換器段数で割ることで交流
端子電流検出値の平均値を演算する。この平均値と第１
段変換器のＵ相交流端子電流検出値とを加算器５８に加
えてその偏差を求め、この偏差を増幅器５９で増幅した
出力信号を加算器６０に入力してｄｑ／三相変換回路３
１の出力である電圧指令に加える。これにより、加算器
５８で得られる信号の偏差が小さくなるようにゲート発
生信号が補正される。

【０１１９】次に図２３により第２段変換器１ＢのＵ相
交流端子電流をバランスさせるときの動作を述べる。

【０１２０】電流検出器４６により各相毎に検出された
交流端子電流の平均値が演算器５７より加算器５８に入
力されると、この加算器５８では平均値と第２段変換器
のＵ相交流端子電流検出値との偏差を求め、この偏差を
増幅器５９で増幅した後、その出力信号を加算器６０で
ｄｑ／三相変換回路３１の出力である電圧指令に加え
る。これにより、加算器５８で得られた偏差が小さくな
るようにゲート発生信号は補正される。

【０１２１】このように各段の変換器に対してそれぞれ
バランス制御を適用することで、各相毎の交流端子電流
をバランスさせることができ、一部の変圧器の直流偏磁
で生じる変換器の過電流発生を防止することが可能とな
る。

【０１２２】図２４は本発明の第１３の実施の形態を示
す回路構成図で、図２１、図２２と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いて述べる。

【０１２３】第１３の実施の形態では、バランス制御回
路５５において、加算器５８と増幅器５９との間にフィ
ルタ回路６１を設け、加算器５８の出力である偏差から
高調波を除去するようにしたものである。これにより、
フィルタ回路６１により高調波を除去することで、安定
なバランス制御出力信号を得ることができる。

【０１２４】このような構成とすることにより、前記実
施の形態と同様に一部の変圧器の直流偏磁で生じる変換
器の過電流発生を防止することが可能となる。

【０１２５】図２５は本発明の第１４の実施の形態を示
す回路構成図で、図２１、図２２と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いて述べる。

【０１２６】第１４の実施の形態では、バランス制御回
路５５において、増幅器５９に代えて可変増幅器６２を
設けると共に、加算器５８と可変増幅器６２との間に高
調波を除去するフィルタ回路６１を設けるようにしたも
のであるる。

【０１２７】上記可変増幅器６２はバランス制御を施す
交流端子電流の大きさに応じて増幅率を変化させる機能
を有している。

【０１２８】次にこのように構成された電圧形自励式変
換器の制御装置の作用を述べる。

【０１２９】いま、変圧器の磁束が飽和領域に達し、交
流端子電流が急激に増加した場合を考える。増幅率に固
定増幅を用いると、バランス制御回路５５の出力は交流
端子電流の急激な増加に比例して大きくなる。この出力
が加算器６０によって電流制御系１９に入力され、交流
端子電流をバランスするようゲートパルスを操作する
と、交流端子電流は振動を生じることがある。

【０１３０】そこで、変圧器の励磁特性を考慮して、交
流端子電流の急激な増加に対して可変増幅器６２の増幅
率を小さくし、ゲートパルス発生回路３４の変化率でバ
ランス制御回路５５の出力が一定の変化率となるように
可変増幅器６２の増幅率を変化させる。

【０１３１】このようにすれば、安定した交流端子電流
およびバランス制御回路出力を得ることができ、一部の
変圧器の直流偏磁で生じる変換器の過電流発生を防止す
ることが可能となる。

【０１３２】図２６は本発明の第１５の実施の形態を示
す回路構成図で、図２１、図２２、図２５と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分について述べる。

【０１３３】第１５の実施の形態では、変圧器４５の磁
束を検出する磁束検出器６３を設け、この磁束検出器６
３より出力される磁束検出信号をバランス制御回路５５
の可変増幅器６２に与えてその増幅率を変化させるよう
にしたものである。この場合、可変増幅器６２の増幅率
を変化させるにあたっては、変圧器の励磁特性を考慮し
ている。

【０１３４】このような構成とすれば、図２５での説明
と同様に安定した交流端子電流およびバランス制御回路
出力を得ることができ、一部の変圧器の直流偏磁で生じ
る変換器の過電流発生を防止することが可能となる。

【０１３５】図２７は本発明の第１６の実施の形態を示
す回路構成図である。

【０１３６】図２７において、１Ａ〜１Ｄは変換器であ
る。説明の都合上、変換器を４段構成としたが、段数は
任意の数としてよい。また、４５は変換器出力を多重出
力とするための変圧器であり、変圧器の二次巻線が変換
器１Ａ〜１Ｄと接続され、変圧器の一次巻線を各相毎に
直列接続して出力を取り出している。４６は各段の変換
器１Ａ〜１Ｄの交流端子電流を検出する電流検出器であ
る。６４は詳細を後述するバランス制御回路である。

【０１３７】また、１９Ａ〜１９Ｄはそれぞれ変換器１
Ａ〜１Ｄに対応して設けられた電流制御系で、これらの
電流制御系１９Ａ〜１９Ｄにはバランス制御回路６４の
出力によりゲート信号を補正するための加算器６５〜７
２が設けられている。

【０１３８】図２８は上記バランス制御回路６４の回路
構成図を示すものである。

【０１３９】図２８において、７３〜７６は直流分検出
回路、７７〜８１は加算器、８２〜８４は増幅器であ
る。

【０１４０】次に上記のように構成された電圧形自励式
変換器の制御装置の作用を図２７と図２８により説明す
る。

【０１４１】電流検出器４３により各相毎に検出された
交流端子電流は、それぞれの直流分検出回路７３〜７６
に入力されると、これら直流分検出回路７３〜７６は交
流端子電流の直流分を出力する。変換器１段目と変換器
２段目の電流信号直流分は加算器７７に与えられ、その
差が演算される。この差は増幅器８２を経て、加算器７
７の出力である差が小さくなるように加算器６６と加算
器６８とからそれぞれ変換器１段目と変換器２段目のゲ
ート発生信号を補正する。これにより、変換器１段目と
変換器２段目の交流端子電流はバランスする。

【０１４２】同様に、変換器３段目と変換器４段目の電
流信号直流分は加算器８１に与えられ、その差が演算さ
れる。この差は増幅器８４を経て、加算器８１の出力で
ある差が小さくなるように加算器７０と加算器７２とか
らそれぞれ変換器３段目と変換器４段目のゲート発生信
号を補正する。これにより、変換器３段目と変換器４段
の交流端子電流はバランスする。

【０１４３】さらに、変換器１段目と変換器２段目の電
流信号直流分を加算器７８に入力して和をとり、変換器
３段目と変換器４段目の電流信号直流分を加算器８０に
入力して和をとり、その両者を加算器７９に入力して差
を演算する。この差は増幅器８３を経て、加算器７９の
出力である差が小さくなるように加算器６５，６７，６
９，７１からそれぞれ変換器のゲート発生信号を補正す
る。これにより、交流端子電流をバランスさせることが
でき、一部の変圧器の直流偏磁で生じる変換器の過電流
発生を防止することが可能となる。

【０１４４】図２９は本発明の第１７の実施の形態を示
す回路構成図で、図２１と同一部分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述べ
る。

【０１４５】第１７の実施の形態では、変圧器４５にそ
の磁束を検出する磁束検出器６３を設け、この磁束検出
器６３で検出された磁束検出信号をバランス制御回路５
５に入力し、その出力信号を電流制御系１９のゲートパ
ルス生成回路２１に与えることにより、変圧器磁束の各
相毎のばらつきを抑えて磁束がバランスするようにゲー
ト発生信号を補正するようにしたものである。

【０１４６】このような構成の電圧形自励式変換器とす
れば、変圧器４５の変圧器磁束にばらつきがあると励磁
電流がばらつくが、変圧器磁束をバランスさせて変圧器
の励磁電流を平均化するようにしているので、一部の変
圧器の直流偏磁で生じる変換器の過電流発生を防止する
ことが可能となる。

【０１４７】図３０は本発明の第１８の実施の形態を示
す回路構成図で、図２２と同一部分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述べ
る。

【０１４８】第１８の実施の形態では、変圧器４５にそ
の磁束を検出する磁束検出器６３を設け、この磁束検出
器６３で検出された磁束検出信号をバランス制御回路５
５の加算器５６に入力する以外は、図２２と同じであ
る。

【０１４９】次に上記のように構成された電圧形自励式
変換器の制御装置の作用を述べる。

【０１５０】変圧器磁束は磁束検出器６３により各相毎
に検出され、これらの検出信号は加算器５６で総和が求
められ、これを演算器５７にて変換器段数で割ることで
変圧器磁束の平均値を演算する。この平均値と前記磁束
検出信号とを加算器５８に加えてその偏差を求め、この
偏差を増幅器５９で増幅した出力信号を加算器６０に入
力してｄｑ／三相変換回路３１の出力である電圧指令に
加える。これにより、加算器５８で得られる信号の偏差
が小さくなるようにゲート発生信号が補正されるので、
変圧器磁束をバランスさせることができる。

【０１５１】このような構成の電圧形自励式変換器とす
れば、変圧器４５の変圧器磁束にばらつきがあると励磁
電流がばらつくが、変圧器磁束をバランスさせて変圧器
の励磁電流を平均化するようにしているので、一部の変
圧器の直流偏磁で生じる変換器の過電流発生を防止する
ことが可能となる。

【０１５２】図３１は本発明の第１９の実施の形態を示
す回路構成図で、図３０と同一部分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述べ
る。

【０１５３】第１９の実施の形態では、バランス制御回
路５５において、加算器５８と増幅器５９との間にフィ
ルタ回路６１を設け、加算器５８の出力である偏差から
高調波を除去するようにしたものである。

【０１５４】このようにフィルタ回路６１を設けること
で、加算器５８の出力である偏差から高調波が除去さ
れ、安定なバランス制御出力信号を得ることができる。
これにより、一部の変圧器の直流偏磁で生じる変換器の
過電流発生を防止することが可能となる。

【０１５５】図３２は本発明の第２０の実施の形態を示
す回路構成図で、図２７と同一部分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述べ
る。ある。

【０１５６】第２０の実施の形態では、図２７に示す電
流検出器４６に代えて変圧器４５にその磁束を検出する
磁束検出器６３を設け、この磁束検出器６３で検出され
た磁束検出信号をバランス制御回路６４に加えるように
したものである。

【０１５７】このように構成された電圧形自励式変換器
の制御装置の作用を図３２と図２８を用いて述べる。

【０１５８】磁束検出器６３により各相毎に検出された
変圧器磁束は、それぞれ直流分検出回路７３〜７６に入
力されると、これら直流分検出回路７３〜７６は変圧器
磁束の直流分を出力する。変圧器１段目と変圧器２段目
の磁束信号直流分は加算器７７に与えられ、その差が演
算される。この差は増幅器８２を経て、加算器７７の出
力である差が小さくなるように加算器６６と加算器６８
とからそれぞれ変換器１段目と変換器２段目のゲート発
生信号を補正する。これにより、変圧器１段目と変圧器
２段目の変圧器磁束はバランスする。

【０１５９】同様に、変圧器３段目と変圧器４段目の磁
束信号直流分は加算器８１に与えられ、その差が演算さ
れる。この差は増幅器８４を経て、加算器８１の出力で
ある差が小さくなるように加算器７０と加算器７２とか
らそれぞれ変換器３段目と変換器４段目のゲート発生信
号を補正する。これにより、変圧器３段目と変圧器４段
目の変圧器磁束はバランスする。

【０１６０】さらに変圧器１段目と変圧器２段目の磁束
信号直流分を加算器７８に入力して和をとり、変圧器３
段目と変圧器４段目の磁束信号直流分を加算器８０に入
力して和をとり、その両者を加算器７９に入力して差を
演算する。この差は増幅器８３を経て、加算器７９の出
力である差が小さくなるように加算器６５，６７，６
９，７１からそれぞれ変換器のゲート発生信号を補正す
る。

【０１６１】ここで、励磁電流のばらつきは変圧器４５
の変圧器磁束がばらついていることにより生じるもの
で、前述したように変圧器磁束をバランスさせることに
より、変圧器の励磁電流が平均化される。これにより、
交流端子電流をバランスさせることができ、一部の変圧
器の直流偏磁で生じる変換器の過電流発生を防止するこ
とが可能となる。

【０１６２】図３３は本発明の第２１の実施の形態の一
例を示す回路構成図で、図２１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
て述べる。

【０１６３】第２１の実施の形態では、図２１の構成に
加えて電流検出器４６により検出された交流端子電流を
第１の実施の形態と同様にレベル判定回路３５に加え、
このレベル判定回路３５の出力を電流制御系１９のゲー
トパルス発生回路２１に与えるようにしたものである。

【０１６４】このような構成の電圧形自励式変換器の制
御装置とすれば、交流端子電流を電流検出器４６で検出
し、この電流検出値をレベル判定回路３５とバランス制
御回路５５に入力してそれぞれ制御を行うことで、瞬間
的に発生する交流端子電流の過電流を抑制することがで
き、かつ交流端子電流をバランスさせて変圧器の直流偏
磁による変換器過電流発生を防止することが可能とな
る。これにより、変換器の過電流を回避することがで
き、運転を継続することが可能となる。

【０１６５】図３４は同実施の形態の他の例を示す回路
構成図で、図２９と同一部分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述べる。

【０１６６】この例では、図２９の構成に加えて電流検
出器４６により検出された交流端子電流を第１の実施の
形態と同様にレベル判定回路３５に加え、このレベル判
定回路３５の出力を電流制御系１９のゲートパルス発生
回路２１に与えるようにしたものである。

【０１６７】このような構成の電圧形自励式変換器の制
御装置とすれば、電流検出器４６により検出された交流
端子電流の検出値をレベル判定回路３５に入力して瞬間
的に発生する交流端子電流の電流上昇を抑制する制御
と、磁束検出回路６３で検出された変圧器磁束の検出値
をバランス制御回路５５に入力して変圧器の直流偏磁に
よる変換器過電流発生を防止する制御が同時に行われ
る。これにより、変換器の過電流を回避することがで
き、運転を継続することが可能となる。

【０１６８】

【発明の効果】以上述べたように本発明による電圧形自
励式変換器の制御装置によれば、レベル判定回路を用い
て変換器の過電流保護レベルより低い電流値に設定した
電流動作許容レベルを超えたことで、交流端子電流が流
れている自己消弧素子を一時的にオフすることで変換器
を停止せずに運転を継続することができる。

【０１６９】また、バランス制御回路を用いて励磁電流
または変圧器磁束を各相毎にバランスさせることで、交
流端子電流の過電流発生を防止することができ、さらに
電流制御系と干渉せずに、速い制御を実現することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路構成図。

【図２】同実施の形態を詳細に示す回路構成図。

【図３】同実施の形態におけるレベル判定回路の作用を
説明するためのタイムチャート。

【図４】本発明の第２の実施の形態におけるレベル判定
回路を示す回路構成図。

【図５】同実施の形態におけるレベル判定回路の作用を
説明するためのタイムチャート。

【図６】本発明の第３の実施の形態におけるレベル判定
回路を示す回路構成図。

【図７】同実施の形態におけるレベル判定回路の作用を
説明するためのタイムチャート。

【図８】本発明の第４の実施の形態を示す回路構成図。

【図９】同実施の形態における電流制御系の詳細を示す
回路構成図。

【図１０】同実施の形態におけるレベル判定回路の作用
を説明するためのタイムチャート。

【図１１】本発明の第５の実施の形態を示す回路構成
図。

【図１２】同実施の形態において、通常ゲート指令時の
作用を説明するためのタイムチャート。

【図１３】同実施の形態において、ゲートオフ指令時の
作用を説明するためのタイムチャート。

【図１４】本発明の第６の実施の形態を示す回路構成
図。

【図１５】同実施の形態において、レベル判定回路がゲ
ートオフ指令を出力したときのの作用を説明するための
タイムチャート。

【図１６】本発明の第７の実施の形態を説明するための
タイムチャート。

【図１７】本発明の第８の実施の形態を説明するための
タイムチャート。

【図１８】本発明の第９の実施の形態を示す回路構成
図。

【図１９】本発明の第１０の実施の形態を示す回路構成
図。

【図２０】同実施の形態の一例を示す詳細図。

【図２１】本発明の第１１の実施の形態を示す回路構成
図。

【図２２】本発明の第１２の実施の形態の一例を示す回
路構成図。

【図２３】同実施の形態の他の例を示す回路構成図。

【図２４】本発明の第１３の実施の形態を示す回路構成
図。

【図２５】本発明の第１４の実施の形態を示す回路構成
図。

【図２６】本発明の第１５の実施の形態を示す回路構成
図。

【図２７】本発明の第１６の実施の形態を示す回路構成
図。

【図２８】同実施の形態におけるバランス制御回路を示
す回路構成図

【図２９】本発明の第１７の実施の形態を示す回路構成
図。

【図３０】本発明の第１８の実施の形態を示す回路構成
図。

【図３１】第３の実施の形態において、フィルタ回路を
適用したバランス制御回路の第２の実施例を示す構成
図。

【図３２】本発明の第１９の実施の形態を示す回路構成
図。

【図３３】本発明の第２０の実施の形態の一例を示す回
路構成図。

【図３４】同実施の形態の他の例を示す回路構成図。

【図３５】電圧形自励式変換器を示す主回路構成図。

【図３６】従来の電圧形自励式変換器の制御装置を示す
回路構成図。

【図３７】同制御装置の詳細を示す回路構成図。

【符号の説明】

１…変換器２…直流電源３〜８…ＧＴＯ９〜１４…ダイオード１５…交流系統１６…リアクトル１７…電圧検出器１８…電流検出器１９…電流検出器２０…電流制御回路２１…ゲートパルス生成回路２２…線間電圧／相電圧変換回路２３…三相／二相変換回路２４…二相／ｄｑ変換回路２５…位相角算出回路２６…三相／ｄｑ変換回路２７…電流指令値２８…加算器２９…増幅器３０…加算器３１…ｄｑ／三相変換回路３２…三角波発生回路３３…クロスポイント検出回路３４…ゲートパルス発生回路３５…レベル判定回路３６，３７…ＧＴＯ３８，３９…ダイオード４０…反転回路４１…ヒステリシス特性回路４２…比較器４３…ワンショット出力回路４４…論理回路４５…変圧器４６…電流検出値４７〜５０…ＧＴＯ５１〜５４…ダイオード５５…バランス制御回路５６…加算器５７…増幅器５８…加算器５９…増幅６０…加算器６１…フィルタ回路６２…可変増幅器６３…磁束検出器６４…バランス制御回路６５〜７２…加算器７３〜７６…直流分検出回路７７〜８１…加算器８２〜８４…増幅器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門田行生東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者山本肇東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者田能村顕一東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者川上紀子東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者坂中好典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Ｆターム(参考） 5G053 AA01 BA01 CA02 EB01 EB08 FA01 5G066 HA06 HA13 HB05 5H007 AA05 AA17 CA05 CB04 CB05 CC23 DB01 DC02 DC05 EA03 FA03 FA13 FA19 GA05 GA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自己消弧形スイッチング素子がブリッジ
接続され、且つ直流を交流に変換する変換器の交流端子
電流を検出し、この交流端子電流検出値が電流指令値と
一致するように前記変換器の自己消弧形スイッチング素
子のゲート信号をオン、オフして電流制御する電圧形自
励式変換器の制御装置において、前記交流端子電流検出値を電流動作許容レベルに基づい
て判定を行ない、前記交流端子電流検出値が電流動作許
容レベルを超えるとゲートオフ指令を出力し、電流動作
許容レベル以下になると通常ゲート指令を出力するレベ
ル判定手段と、このレベル判定手段よりゲートオフ指令
が入力されると交流端子電流が流れている自己消弧形ス
イッチング素子のゲート信号をオフし、通常ゲート指令
が入力されるとゲート信号のオフを解除して通常制御に
移行させる制御手段とを備えたことを特徴とする電圧形
自励式変換器の制御装置。
【請求項２】自己消弧形スイッチング素子がブリッジ
接続され、且つ直流を交流に変換する変換器の交流端子
電流を検出し、この交流端子電流検出値が電流指令値と
一致するように前記変換器の自己消弧形スイッチング素
子のゲート信号をオン、オフして電流制御する電圧形自
励式変換器の制御装置において、前記交流端子電流検出値を電流動作許容レベルに基づい
て判定を行ない、前記交流端子電流検出値が電流動作許
容レベルを超えるとゲートオフ指令を出力し、且つ電流
動作許容レベル以下の通常動作レベルになると通常ゲー
ト指令を出力するヒステリシス特性を有するレベル判定
手段と、このレベル判定手段よりゲートオフ指令が入力
されると交流端子電流が流れている自己消弧形スイッチ
ング素子のゲート信号をオフし、通常ゲート指令が入力
されるとゲート信号のオフを解除して通常制御に移行さ
せる制御手段とを備えたことを特徴とする電圧形自励式
変換器の制御装置。
【請求項３】自己消弧形スイッチング素子がブリッジ
接続され、且つ直流を交流に変換する変換器の交流端子
電流を検出し、この交流端子電流検出値が電流指令値と
一致するように前記変換器の自己消弧形スイッチング素
子のゲート信号をオン、オフして電流制御する電圧形自
励式変換器の制御装置において、前記交流端子電流検出値を電流動作許容レベルに基づい
て判定を行ない、前記交流端子電流検出値が電流動作許
容レベルを超えるとゲートオフ指令を出力し、且つ一定
時間経過すると通常ゲート指令を出力するレベル判定手
段と、このレベル判定手段よりゲートオフ指令が入力さ
れると交流端子電流が流れている自己消弧形スイッチン
グ素子のゲート信号をオフし、且つ通常ゲート指令が入
力されるとゲート信号のオフを解除して通常制御に移行
させる制御手段とを備えたことを特徴とする電圧形自励
式変換器の制御装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の電圧形自励式変換器の制御装置において、制御手段は
一定期間でのゲート信号のオフ回数が許容回数を超える
と変換器をゲートブロックし、運転を停止させる制御機
能を持たせたことを特徴とする電圧形自励式変換器の制
御装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の電圧形自励式変換器の制御装置において、制御手段は
一定期間でのゲート信号の合計オフ時間が許容時間を超
えると変換器をゲートブロックし、運転を停止させる制
御機能を持たせたことを特徴とする電圧形自励式変換器
の制御装置。
【請求項６】自己消弧形スイッチング素子をブリッジ
接続してなり、直流を交流に変換する複数の単位変換器
と、これら各単位変換器の交流端子にそれぞれの二次巻
線が接続され、それぞれの一次巻線を各相毎に直列接続
して出力を取り出す複数の変圧器で構成され、これら変
圧器の一次巻線側から出力される交流端子電流を検出
し、この交流端子電流検出値が電流指令値と一致するよ
うに前記変換器の自己消弧形スイッチング素子のゲート
信号をオン、オフして電流制御する電圧形自励式変換器
の制御装置において、前記各単位変換器の交流端子電流を検出し、その電流検
出値に基づいて前記交流端子電流を各相毎にバランスさ
せる制御手段を備えたことを特徴とする電圧形自励式変
換器の制御装置。
【請求項７】請求項６記載の電圧形自励式変換器の制
御装置において、前記交流端子電流を各相毎にバランス
させる制御手段は、複数の単位変換器の交流端子電流を
検出し、交流端子電流検出値から各相毎に電流検出値平
均を演算し、前記交流端子電流検出値と前記電流検出値
平均から電流偏差を求め、この電流偏差を増幅して単位
変換器のゲート発生信号を補正し、前記電流偏差を小さ
くすることで交流端子電流を各相毎にバランスさせるこ
とを特徴とする電圧形自励式変換器の制御装置。
【請求項８】請求項７記載の電圧形自励式変換器の制
御装置において、前記電流偏差の増幅は、それぞれの交
流端子電流検出値に応じて増幅率を変化させることを特
徴とする電圧形自励式変換器の制御装置。
【請求項９】請求項７記載の電圧形自励式変換器の制
御装置において、前記電流偏差の増幅は、変圧器の磁束
を検出し、それぞれの磁束検出値に応じて増幅率を変化
させることを特徴とする電圧形自励式変換器の制御装
置。
【請求項１０】請求項６記載の電圧形自励式変換器の
制御装置において、前記交流端子電流を各相毎にバラン
スさせる制御手段は、複数の単位変換器の交流端子電流
を検出し、交流端子電流検出値から直流分を取り出し、
変換器２段毎にその直流分の偏差を取り、この偏差を増
幅して単位変換器のゲート発生信号を補正し、前記偏差
を小さくすることで交流端子電流を変換器２段毎にバラ
ンスさせ、また前記変換器２段を一組とし、一組の直流
分の和と他の組の直流分の和から偏差を取り、この偏差
を増幅して単位変換器のゲート発生信号を補正し、前記
偏差を小さくすることで交流端子電流を各相毎にバラン
スさせることを特徴とする電圧形自励式変換器の制御装
置。
【請求項１１】自己消弧形スイッチング素子をブリッ
ジ接続してなり、直流を交流に変換する複数の単位変換
器と、これら各単位変換器の交流端子にそれぞれの二次
巻線が接続され、それぞれの一次巻線を各相毎に直列接
続して出力を取り出す複数の変圧器で構成され、これら
変圧器の一次巻線側から出力される交流端子電流を検出
し、この交流端子電流検出値が電流指令値と一致するよ
うに前記変換器の自己消弧形スイッチング素子のゲート
信号をオン、オフして電流制御する電圧形自励式変換器
の制御装置において、前記各変圧器の磁束を検出し、当該磁束を各相毎にバラ
ンスさせる制御手段を備えたことを特徴とする電圧形自
励式変換器の制御装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の電圧形自励式変換
器の制御装置において、前記磁束を各相毎にバランスさ
せる制御手段は、複数の変圧器の磁束を検出し、磁束検
出値からに各相毎に磁束検出値平均を演算し、前記磁束
検出値と前記磁束検出値平均から磁束偏差を求め、この
磁束偏差を増幅して単位変換器のゲート発生信号を補正
し、前記磁束偏差を小さくすることで磁束を各相毎にバ
ランスさせることを特徴とする電圧形自励式変換器の制
御装置。
【請求項１３】請求項１２記載の電圧形自励式変換器
の制御装置において、前記磁束を各相毎にバランスさせ
る制御手段は、複数の変圧器の磁束を検出し、磁束検出
値から直流分を取り出し、変換器２段毎にその直流分の
偏差を取り、この偏差を増幅して単位変換器のゲート発
生信号を補正し、前記偏差を小さくすることで交流端子
電流を変換器２段毎にバランスさせ、また前記変換器２
段を一組とし、一組の直流分の和と他の組の直流分の和
から偏差を取り、この偏差を増幅して単位変換器のゲー
ト発生信号を補正し、前記偏差を小さくすることで磁束
を各相毎にバランスさせることを特徴とする電圧形自励
式変換器の制御装置。
【請求項１４】請求項１１乃至請求項１３のいずれか
に記載の電圧形自励式変換器の制御装置において、前記
交流端子電流検出値を電流動作許容レベルに基づいて判
定を行ない、前記交流端子電流検出値が電流動作許容レ
ベルを超えたるとゲートオフ指令を出力し、電流動作許
容レベル以下になると通常ゲート指令を出力するレベル
判定手段と、このレベル判定手段よりゲートオフ指令が
入力されると交流端子電流が流れている自己消弧形スイ
ッチング素子のゲート信号をオフし、通常ゲート指令が
入力されるとゲート信号のオフを解除して通常制御に移
行させる制御手段とを備えたことを特徴とする電圧形自
励式変換器の制御装置。
【請求項１５】請求項１１乃至請求項１３のいずれか
に記載の電圧形自励式変換器の制御装置において、前記
交流端子電流検出値を電流動作許容レベルに基づいて判
定を行ない、前記交流端子電流検出値が電流動作許容レ
ベルを超えるとゲートオフ指令を出力し、且つ電流動作
許容レベル以下の通常動作レベルになると通常ゲート指
令を出力するヒステリシス特性を有するレベル判定手段
と、このレベル判定手段よりゲートオフ指令が入力され
ると交流端子電流が流れている自己消弧形スイッチング
素子のゲート信号をオフし、通常ゲート指令が入力され
るとゲート信号のオフを解除して通常制御に移行させる
制御手段とを備えたことを特徴とする電圧形自励式変換
器の制御装置。
【請求項１６】請求項１１乃至請求項１３のいずれか
に記載の電圧形自励式変換器の制御装置において、前記
交流端子電流検出値を電流動作許容レベルに基づいて判
定を行ない、前記交流端子電流検出値が電流動作許容レ
ベルを超えるとゲートオフ指令を出力し、且つ一定時間
経過すると通常ゲート指令を出力するレベル判定手段
と、このレベル判定手段よりゲートオフ指令が入力され
ると交流端子電流が流れている自己消弧形スイッチング
素子のゲート信号をオフし、且つ通常ゲート指令が入力
されるとゲート信号のオフを解除して通常制御に移行さ
せる制御手段とを備えたことを特徴とする電圧形自励式
変換器の制御装置。