JP2005517378A - 少なくとも一つの電圧源と電流源との間で交換される電気エネルギーの変調を目的とする、電気エネルギー静止型変換装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも二つの電気源の間で交換される電気エネルギーの変調を目的とした電気エネルギー静止型変換装置に関するものであり、該変換装置は、少なくとも一つの電圧源、一つの電流源、及び少なくとも一つの電気スイッチングセルを含み、各スイッチングセルは、少なくとも二つのスイッチング用静止型スイッチ（ｋ１）を有し、該スイッチは、一つ（又は複数）の電圧源で星形接続されており、星形の共通点は電流源に接続されていて、そして、前記電流源は、一つ（又は複数）の電圧源で閉じられている。本発明によると、少なくとも一つのスイッチングセルの静止型スイッチ（ｋ１）のうちの少なくとも一つは、二つの出力電極を備えたスイッチであり、該スイッチの状態の変更のうちの少なくとも一つ（開路又は閉路へのスイッチングを保持するもの）は、自動であり、かつ、ゼロではない所定の電圧の、しきい値において、前記電圧の絶対値が増加した際にのみ、排他的に行われる。

Description

本発明は、少なくとも二つの電気源の間で交換される電気エネルギーの変調を目的とした電気エネルギー静止型変換装置に関するものであり、該変換装置は、少なくとも一つの電圧源、一つの電流源、及び少なくとも一つの電気スイッチングセルを含み、各スイッチングセルは、少なくとも二つのスイッチング用静止型スイッチを有し、該スイッチは、一つ（又は複数）の電圧源で星形接続されており、星形の共通点は電流源に接続されていて、そして、前記電流源は、一つ（又は複数）の電圧源で閉じられている。

電気スイッチングセルは、少なくとも二つの電気源の間で交換される電気エネルギーを変調することを目的とした少なくとも二つのスイッチの存在に基礎を置いている。これらのスイッチは、電気的に「開」又は「閉」の状態にあり、これらのスイッチを、可変の期間の間、交互に開いたり閉じたりすることで変調が行われる。

現在、スイッチの状態の変更、すなわちスイッチングが引きおこされるのは、
−スイッチの周囲の状況によって（周囲の電気源を用いて）引き起こされる。この場合は、スイッチの自発的なスイッチングという用語を用い、そのスイッチは、スイッチングを引き起こすことができるような指令制御電極を所有しない。例えば、ダイオードである、
−あるいは、このために用意された構成部品の電極の作用によって引き起こされる。例えば、サイリスタの、そのゲートによる駆動である。この場合は、スイッチの指令制御されたスイッチングという用語を用いる。

そのうえ、一つのセル内の複数のスイッチのスイッチングメカニズム間の関係は、この同一のセルに関する節点と閉回路の法則と、スイッチの散逸的な特徴との結果として生じるものである。例えば、
−一方のスイッチの指令制御されたスイッチングは、他方のスイッチの自発的なスイッチングをもたらし、
−一方のスイッチの自発的なスイッチングは、他方のスイッチの自発的なスイッチングをもたらす。

それゆえ、現在の静止型変換装置のスイッチが提供する、スイッチング可能なメカニズムの数は限られており、そのため設計者たちは、電気スイッチングセルの複数の組み合わせに頼ったり、センサを利用した、多少なりとも複雑な指令制御されたスイッチングの管理に頼ったりせざるをえない。

他方、電気スイッチングセルは保護装置も必要としているが、これは、現在は「監視」状態に特有な機能に存するものであり、付加的な構成部品から、あるいは、スイッチング専用の従来のスイッチの同一内部に組み込まれた構成部品から成ることができる。例として、米国特許第４，６１７，５０８号明細書は、かかるタイプの電気スイッチングセルを記載しており、該電気スイッチングセルにより、スイッチを指令制御し、保護装置を組み込むことが可能になる。

それゆえ、セルの動作点が安全領域の内部である限り、これらの保護装置は、スイッチングメカニズムに関与せず、実際には「透明」なのである。したがって、保護装置は、スイッチング専用のスイッチに付け足された特殊な部品であり、保護装置のために、電力変換回路の複雑性とコストが増すことになる。

もう一つの不都合は、現在の静止型変換装置が超伝導性や光伝導性の材料を活用できないということであるが、なぜなら、これらの材料は自発的な転移を有することができないからである。したがって、現在では、半導体材料のみが、静止型変換装置の実現のために使用可能である。
米国特許第４，６１７，５０８号明細書

本発明はこれらの不都合を回避することを目指しており、その主要な目的は、電気スイッチングセル内に第三のタイプのスイッチングを提供し、それによって、現在のセルのスイッチングメカニズムに比べて補完的なスイッチングメカニズムを出現させることである。

本発明のもう一つの目的は、センサ又は外部の特有な指令制御を用いることなく、自動保護型の電気エネルギー静止型変換装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、例えば、超伝導体や光伝導体（ダイヤモンド等）のような、半導体の特性を活用しないスイッチを、まったく安全な状態で実現することを可能にすることである。

このために、本発明は、上述の序文で記載したような電気エネルギー静止型変換装置を目指しており、該変換装置は、少なくとも一つのスイッチングセルの静止型スイッチのうちの少なくとも一つ、いわゆる自動スイッチング用スイッチが、二つの出力電極を備えたスイッチであることを特徴としており、該スイッチの状態変更のうちの少なくとも一つ（開路又は閉路へのスイッチングを保持するもの）は、自動であり、かつ、ゼロではない所定の電圧の、しきい値において、前記電圧の絶対値が増加した際にのみ、排他的に行われる。

肝要なこととして、本発明による排他性は、伝統的な保護システムに対抗すべきものであり、伝統的な保護システムにおいては、阻止（と駆動それぞれの）スイッチング命令は、阻止（と駆動それぞれの）自動的なスイッチングも伴って、冗長なものになる。実際、この伝統的な場合においては、阻止（と駆動それぞれの）スイッチングが起こる第一の原因は、前記スイッチングを有効に引き起こし、そして、第二の原因を無効にする：これは、組み込まれた保護装置の伝統的なメカニズムに対応する。

本発明による第三のタイプのスイッチング、いわゆる自動的なスイッチングの結果として生じる状態の変更は、したがって、以下から成る：
−通流状態のスイッチの端子間の極端な電圧の降下による、自動的な阻止、
−阻止状態のスイッチの端子間の電圧過剰による、自動的な駆動。

したがって、本発明は、指令制御されたスイッチングや自発的なスイッチングとは異なる、第三のタイプのスイッチングを作り出すことになったのであり、この第三のスイッチングとは、自動指令制御のスイッチングであり、スイッチの電気熱的な安全領域の内部に位置する、ゼロではない、正又は負の所定の電圧の、しきい値で、ゼロしきい値から離れることで行われるものである。

自動的なスイッチングと称する、このスイッチングは、さらに、少なくとも一つのスイッチについて、閉路及び／又は開路に適用され、かつ、このスイッチングに互いに排他的である。

この自動的なスイッチングを電気スイッチングセル内に導入することにより、本発明は、自発的及び指令制御されたスイッチングに帰属する組を補完する、新しいスイッチングの組を出現させる：
−自動的なスイッチングと組み合わされた、指令制御されたスイッチング：自動的な駆動と指令制御された阻止、又は、指令制御された駆動と自動的な阻止、
−又は、自動的なスイッチングと組み合わされた、自発的なスイッチング：自動的な駆動と自発的な阻止、又は、自発的な駆動と自動的な阻止、
−又は、自動的なスイッチングと組み合わされた、自動的なスイッチング。

したがって、本発明の独創性は、いわゆる自動スイッチング用スイッチのための新しいスイッチングメカニズムを生み出すことにあったが、該メカニズムは、新しい基本的なセルを形成するために、相互に組み合わされたり、あるいは自発的又は指令制御されたスイッチング式の従来のスイッチに組み合わされたりすることが可能である。単独で又は組み合わせて使用される、かかるセルは、このようにして、新しい機能性と高レベルの信頼性に特徴付けられた、新しい電気エネルギー静止型変換装置の中心をなすことができる。

したがって、例えば、かかるセルは、セル自体のレベルで、あるいは、独自ではあるが基本的なセルの組み合わせのレベルで、新たな変換機能を出現させるものであり、該変換機能とは、電流可逆で指令制御できない整流器、電流及び電圧可逆で指令制御できる整流器、ＨＦガルバニック絶縁装置を備えた、可逆で指令制御できる直流電流又は直流電圧連結、ＰＷＭ交流電力制御装置のようなものである。指摘しておくが、現時点では、かかる機能は、基本的なセルの形では当然には存在していないものであり、したがって設計者たちは、そのため、セルの複数の組み合わせや、センサを使用した指令制御に頼らざるをえないのである。

他方、少なくとも一つの自動的スイッチングが必要なあらゆる電気スイッチングセルは、このセルを構成するスイッチの安全領域内部に位置する電圧及び電流によって特徴づけられる。かかるセルを活用するあらゆる静止型変換装置は、したがって、外部の特殊なセンサ又は指令制御を用いることなく、本質的に、自動的に保護されている。

これらすべてのデータの結果として、本発明の技術的効果は、電気エネルギー静止型変換装置の動作の安全性及び簡略化の観点で表される。経済的な効果については、これは、設備をより自由に利用できるレベルにあり、また、静止型変換装置自体によってもあまりコストがかからない。

他方、自動的な変更を導入することにより、静止型変換回路の実現のために、自動スイッチング用スイッチを、超伝導体、光導電体のような同じタイプの材料の、指令制御されたスイッチング用スイッチと組み合わせることが可能になる。

有利な実施態様によると、本発明の静止型変換装置は、それぞれの自動スイッチング用スイッチについて、前記スイッチの自動的な状況変更のそれぞれを保持するために、以下のものを有する：
−前記スイッチの出力電極に並列接続され、前記電極の端子における電圧の絶対値を表す信号を与えるように適合した、電圧差動検出器、
−電圧検出器に組み合わせられ、所定の電圧の、しきい値に到達した際に、開路又は閉路への状態変更信号を発生するように適合した、電圧コンパレータ、
−及び、電圧コンパレータに接続され、スイッチの状態変更を引き起こすように適合したスイッチング手段であって、状態変更信号の受信の際に、開路又は閉路へのスイッチングを保持するスイッチング手段。

したがって、自動的なスイッチングには、自動スイッチング用スイッチの端子に配置された電圧検出器しか用いない。このスイッチは、したがって、自動的なスイッチングのために活用可能な、電流測定電極又は直列に配置されたセンサを有さない。

さらに、有利には、スイッチング手段は電子フリップフロップを含み、該フリップフロップは、自動スイッチング用スイッチの自動的な状態変更のそれぞれについて、電圧コンパレータに接続された入力端子を有していて、電圧コンパレータによって与えられた状態変更信号を受信した際に起動し、自動スイッチング用スイッチへ向けたスイッチング信号の送信を引き起こすようになっている。

他方、それぞれの自動スイッチング用スイッチは、有利には、スイッチング手段によって作動される指令制御電極を一つ備えた、少なくとも一つのトランジスタを有する。

この基礎の上に、また、求める変換機能に従って、このように、それぞれの自動スイッチング用スイッチは、有利には、ダイオード又はサイリスタの機能を示すことができるジャンクションが各トランジスタに並列接続された単一のトランジスタのみを有するか、又は、それぞれが一つのジャンクションに組み合わされ、直列に互い違いに取り付けられた二つのトランジスタを有することができる。

第一の有利な応用によると、本発明による静止型変換装置は、少なくとも一つの自動スイッチング用スイッチを含み、該スイッチの、閉路又は開路を保持するような一方の状態変更は自動であり、開路又は閉路を保持するような、もう一方の状態変更は指令制御されている。

そのうえ、この応用によると、また有利には、この静止型変換装置は、各自動スイッチング用スイッチの指令制御された状態変更のために、以下のものを含んでいる：
−スイッチの指令制御された状態変更の周期的な指令制御インパルスで構成された信号が与えられる、指令制御線、
−インバータを有し、指令制御線と論理ゲート「ＡＮＤ」の入力端子の一つとに接続された分岐線であって、該論理ゲートのもう一方の入力端子が、電圧コンパレータから来る信号を受信し、その出力端子がスイッチング手段につながれている、分岐線。

この応用による有利な実施例としては、例えば以下を挙げることができる：
−電気スイッチングセルを一つ含む、チョッパタイプの静止型変換装置であって、一つのトランジスタで構成され、その自動的な状態変更によって開路を保持し、指令制御された状態変更によって閉路を保持する、一つの自動指令制御スイッチと、ダイオードの機能を示す第二のスイッチとを有する、チョッパタイプの静止型変換装置、
−電気スイッチングセルを一つ含む、チョッパタイプの静止型変換装置であって、一つのトランジスタで構成され、その自動的な状態変更によって閉路を保持し、指令制御された状態変更によって開路を保持する、一つの自動指令制御スイッチと、ダイオードの機能を示す第二のスイッチとを有する、チョッパタイプの静止型変換装置、
−電気スイッチングセルを一つ含む、ＰＷＭ交流電力制御装置タイプの静止型変換装置であって、該電気スイッチングセルが有する二つの自動スイッチング用スイッチのそれぞれが、各々にジャンクションが付いた並列の二つのトランジスタを備えており、該スイッチが、開路及び閉路への状態変更をそれぞれ保持する、ＰＷＭ交流電力制御装置タイプの静止型変換装置、
−電気スイッチングセルを二つ含む、整流ブリッジタイプの静止型変換装置であって、該電気スイッチングセルが双方ともに交流電圧源を一つ使用することができ、また、該電気スイッチングセルのそれぞれが自動指令制御スイッチを二つ有していて、該スイッチが、前記セルのそれぞれについて、開路及び閉路への状態変更をそれぞれ保持し、前記スイッチのそれぞれが、トランジスタ及び並列接続されたサイリスタの機能を示すジャンクションの集合で構成される、整流ブリッジタイプの静止型変換装置。

第二の有利な応用によると、本発明による静止型変換装置は少なくとも一つの自動指令制御スイッチを含み、該スイッチの、閉路及び開路を保持する二つの状態変更は自動である。

この第二の応用による有利な例として挙げられる静止型変換装置は、蓄積を伴わない（すなわち昇圧回路）にせよ、誘導性又は容量性の蓄積を伴うにせよ、そのフィルタに、又は誘導性もしく容量性の蓄積要素に組み合わされた、複数のチョッパから成るか、あるいはまた、複数の交流電力制御装置から成るものである。

第三の有利な応用によると、本発明による静止型変換装置は少なくとも一つの自動スイッチング用スイッチを含み、該スイッチの、閉路又は開路を保持する、一方の状態変更は自動であり、開路又は閉路を保持する、もう一方の状態変更は自発的である。

そのうえ、この応用によると、また有利には、この静止型変換装置は、閉路へのスイッチングを保持する自発的な状態変更のために、状態変更線を含んでおり、該状態変更線は、インバータを有し、電圧コンパレータとスイッチング手段とをつなぐものである。

この第三の応用による有利な例としては、逆変換装置又は整流器タイプの静止型変換装置が挙げられる。

本発明のその他の特徴、目的及び利点は、付属の図面を参照した下記の詳細な説明から明らかになるが、該図面は、非制限的な例として、本発明にかなった自動スイッチング用スイッチのスイッチングメカニズムの六つの実施態様を表しており、それとともに、前記実施態様のそれぞれについて、考慮されているスイッチングメカニズムを使用した静止型変換装置の例も表している。

これらの図面において、図１は、本発明にかなった基本的なスイッチングセルの原理図である。

図２は、本発明による包括的自動指令制御スイッチの様々なスイッチングメカニズムを保持するのに適した電子回路の概要図である。

図３ａは、指令制御された閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図である。

図３ｂは、指令制御された閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの変形例の電子回路図である。

図４〜９は、図３に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の、六つの例を表している。

図１０は、自発的な閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図である。

図１１〜１４は、図１０に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の、四つの例を表している。

図１５は、自動的な閉路及び指令制御された開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図である。

図１６〜１９は、図１５に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の、四つの例を表している。

図２０は、自動的な閉路及び自発的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図である。

図２１は、図２０に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の例を表している。

図２２は、自動的な閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図である。

そして、図２３〜２６は、図２２に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の、四つの例を表している。

図１に表されている基本的な変換セルは、従来どおりに、電圧源１、電流源２、及び二つのスイッチング用静止型スイッチＫ１、Ｋ２を含んでおり、この二つのスイッチは電圧源１で星形接続されており、星形の共通点は電流源２に接続されている。

本発明によると、例ではＫ１である、静止型スイッチの少なくとも一つは、二つの出力電極３、４を備えたスイッチであり、該スイッチの状態変更の少なくとも一方は自動であり、かつ、ゼロではない所定の、しきい値において、前記電圧の絶対値が増加した際にのみ、排他的に行われるものである。

そのうえ、このスイッチＫ１は、スイッチングメカニズム５に組み合わされており、該メカニズムは、前記スイッチの、五つの異なるスイッチングモードを指令制御するのに適しているのだが、該スイッチングモードとは、すなわち、以下のとおりである：
−指令制御された閉路−自動的な開路、
−自発的な閉路−自動的な開路、
−自動的な閉路−指令制御された開路、
−自動的な閉路−自発的な開路、
−自動的な閉路−自動的な開路。

もう一方のスイッチＫ２については、これは、後述するように、指令制御された、自発的な、又は自動的な、スイッチング用スイッチから成ることができる。

図２はスイッチングメカニズムの全体的な電子回路図を表しているが、該メカニズムによって、セレクタ６〜１０を用いて、スイッチＫ１の前述のスイッチングモードのうちの一つを自由に選択することが可能であり、該スイッチ自体は、これら構成モードのそれぞれを受け入れるのに適した包括的なスイッチで構成される。

このために、また第一に、スイッチＫ１は、直列に互い違いに取り付けられた二つのトランジスタ１１及び１２、ならびに、これらトランジスタ１１、１２のそれぞれと並列なジャンクション１３、１４から成り、該ジャンクションは、ダイオードの機能か、あるいはサイリスタの機能を示すことができる。

こうして構成された、このスイッチＫ１は、二つの副次的スイッチ１１−１３及び１２−１４に細分されたスイッチの形をとっており、該副次的スイッチは、一方では、各々が電圧の可逆性を可能にし、また他方では、第一の副次的スイッチ１１−１３が正又は負の電流の流れを可能にし、第二の副次的スイッチ１２−１４が負又は正の電流の流れを可能にする。

スイッチングメカニズムについては、これは、第一に、スイッチＫ１の端子における電圧測定手段を有しており、該電圧測定手段は、電圧差動測定センサ１５で構成されていて、該センサは、その大きさがＫ１の端子間電圧の絶対値を表す信号を与えるのに適したものである。

この測定センサ１５は、二つの電圧コンパレータ１６、１７の入力端子のうちの一つにつながっているが、該電圧コンパレータは、それぞれ開路及び閉路の二つの所定の電圧の、しきい値に対して、それぞれ開路及び閉路への状態変更信号を与えるように適合している。

したがって、コンパレータ１６による状態変更信号の発信を引き起こす、自動的な閉路の、しきい値は、例えば１０００Ｖ（絶対値）という高い、しきい値である。

コンパレータ１７による状態変更信号の発信を引き起こす、自動的な開路の、しきい値については、これは、例えば８Ｖ（絶対値）という低い、しきい値であって、これはまた、自発的な閉路の、しきい値でもある。

スイッチＫ１の、閉路又は開路への指令制御された状態変更をもたらすために、このスイッチングメカニズムは、そのうえ、二つの指令制御線１８、１９を含んでおり、該指令制御線には、スイッチＫ１の、指令制御された開路及び指令制御された閉路のそれぞれの周期的指令制御インパルスから成る信号が与えられる。

さらに、これらの指令制御された状態変更のために、インバータ２２、２３をそれぞれ有する二つの分岐線２０、２１が、それぞれ、指令制御線１８、１９の一方と、論理ゲート「ＡＮＤ」２４、２５の入力端子の一方とに接続されており、該論理ゲートのもう一方の入力端子は、コンパレータ１６、１７の一方から来る信号を受信する。これらの分岐線２０、２１は、このように、外部の電極によって指令制御されたスイッチングと自動的なスイッチングの間のあらゆる対立を排除している。

指令制御線１８、１９は、各々について、論理ゲート２４、２５の中の一つの出力端子に接続されている。

追加すると、このスイッチングメカニズムはまた、スイッチＫ１の指令制御された閉路を得ることも可能にする。このために、このスイッチングメカニズムは補助指令制御線３０を含み、該補助指令制御線上にはセレクタ１０が置かれていて、また、該補助指令制御線は、指令制御線１９を、スイッチＫ１のサイリスタ１３、１４の各ゲートにつないでいる。

他方、スイッチＫ１の自発的な閉路をもたらすために、インバータ２７を有する自発的な閉路線２６は、自動的な開路の、しきい値に組み合わされたコンパレータ１７の出力端子と、もう一方のコンパレータ１６に組み合わされた論理ゲート２４の出力端子とに接続されている。

前述したように、スイッチングモードの選択は、セレクタの位置を選ぶことによって決定される：
−セレクタ６には、閉路へのスイッチングモードの選択のための三つの位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）があり、図２に表されているように：
・位置（ａ）は、自動的な閉路の選択を決定し、
・位置（ｂ）は、指令制御された閉路の選択を決定し、そして、閉路指令制御線１９に関連した分岐線２１上に位置する従属セレクタ９の閉路をもたらし、
・位置（ｃ）は、自発的な閉路の選択を決定する、
−セレクタ７には、開路へのスイッチングモードの選択のための二つの位置（ｄ）、（ｅ）があり、図２に表されているように：
・位置（ｄ）は、指令制御された開路の選択を決定し、そして、開路指令制御線１８に関連した分岐線２０上に位置する従属セレクタ８の閉路をもたらし、
・位置（ｅ）は、自動的な開路の選択を決定する。
−セレクタ１０は開いているか、又は閉じており、その閉じた位置は、指令制御された閉路の選択を決定する。

最後に、セレクタ６の位置に依存する性質の閉路指令制御信号は、電子フリップフロップ２８の入力端子「ｓｅｔ」へと与えられるが、該フリップフロップの出力端子Ｑは、スイッチＫ１のトランジスタ１１、１２の指令制御電極につなげられている。

セレクタ７の位置に依存する性質の開路指令制御信号については、これは、電子フリップフロップの入力端子「ｒｅｓｅｔ」へと与えられる。

かかるスイッチングメカニズムによって、こうして、セレクタ６、７及び１０の選択された位置に応じて、スイッチＫ１の複数のスイッチングモードを自由に選択することが可能になる：
−指令制御された閉路−自動的な開路：セレクタ６、７の位置がそれぞれ（ｂ）及び（ｅ）、あるいは、セレクタ６の位置が（ｅ）でセレクタ１０が閉じている位置、
−自発的な閉路−自動的な開路：セレクタ６、７の位置がそれぞれ（ｃ）及び（ｅ）、
−自動的な閉路−指令制御された開路：セレクタ６、７の位置がそれぞれ（ａ）、（ｄ）、
−自動的な閉路−自動的な開路：セレクタ６、７の位置がそれぞれ（ａ）、（ｅ）、
−自動的な閉路−自発的な開路：セレクタ６の位置は（ａ）で、自発的な開路はスイッチＫ１の直列ジャンクションによって実現される。

前述のスイッチＫ１の様々なスイッチングモードに対応する複数の応用例を、下記に記述する。

第一に、図３ａは、指令制御された閉路−自動的な開路（セレクタ６、７の位置が（ｂ）及び（ｅ））のスイッチングモードを決定するように構成された図２のスイッチングメカニズムを表している。

この構成によると、閉路指令制御線１９の二つのインパルスの間で、分岐線２１が接続された論理ゲート２５の入力端子は、インバータ２３が存在するために、論理高レベルにある。その結果、スイッチＫ１の端子間電圧が自動的な開路の、しきい値を超えた際には、フリップフロップ２８の入力端子「ｒｅｓｅｔ」が起動されて、スイッチＫ１の各トランジスタの自動的な開路がもたらされる。

それに対し、指令制御線１９に対する一つのインパルスの場合は、分岐線２１が接続された論理ゲート２５の入力端子が論理低レベルにあるため、自動的な開路は起動せず、そして、フリップフロップ２８の入力端子「ｓｅｔ」が起動されて、スイッチＫ１の各トランジスタの閉路がもたらされる。

図３ｂは、指令制御された閉路（セレクタ１０が閉じている位置で、セレクタ６の位置がｃ）−自動的な開路（セレクタ７の位置がｅ）のスイッチングモードを得ることも可能にするような変形例を表している。

この構成によると、スイッチＫ１のサイリスタ１３、１４は、セレクタ１０の閉路の際に、閉路へと指令制御されるが、これは、トランジスタ１１、１２の端子間電圧の無効化によって自発的な閉路を有効にするセレクタ６の位置ｃと関連している。

これらの構成方法による実施例として、第一に、図４、５及び６は、三つのタイプのチョッパを表しているが、該チョッパに含まれるただ一つのスイッチングセルは、トランジスタ１１から成るスイッチＫ１と、ダイオードで構成されるスイッチＫ２とを有する：
−蓄積を伴わないチョッパ、すなわち昇圧チョッパ回路、いわゆる「ＢＵＣＫ」回路（図４）、
−誘導性の蓄積を伴うチョッパ、いわゆる「ＢＵＣＫＢＯＯＳＴ」回路（図５）、
−及び、容量性の蓄積を伴うチョッパ、いわゆる「ＣＵＫ」回路（図６）。

図７については、これは、指令制御されたスイッチング素子付きの交流電力制御装置セルから成る、もう一つの例であって、該交流電力制御装置セルは、二つのスイッチＫ１及びＫ２を有し、該スイッチのそれぞれは、直列に互い違いに取り付けられた二つのトランジスタ１１、１２と、それぞれがトランジスタの一方と並列な二つのダイオードジャンクション１３、１４とで構成される。

図８は、二つの基本的なセルの組み合わせで構成されるもう一つの例を表しているが、この例は、「指令制御可能な」スイッチング素子の付いた、電流及び電圧の可逆性の完全な整流ブリッジから成るものである。基本的なセルのそれぞれは、同一の二つのスイッチを有し、該スイッチは、それぞれ、サイリスタジャンクション１３と並列に取り付けられたトランジスタ１１で構成される。

図９は、指令制御可能で単位「ｃｏｓφ」スイッチング素子が付いた、電流及び電圧の可逆性の混合整流ブリッジを表している。この整流器は、単位セルの一つが１８０°倒置されているのを除いて、図８を参照して記載されたものと同一であるが、この倒置により、異なった機能性が付与されている。

図１０については、これは、自発的な閉路−自動的な開路（セレクタ６、７の位置が（ｃ）及び（ｅ））のスイッチングモードを決定するように構成された、図２のスイッチングメカニズムを表している。

この構成によると、フリップフロップ２８の「ｒｅｓｅｔ」しきい値の起動により、スイッチＫ１の端子間電圧が自動的な開路の、しきい値を超えるようになると、自動的な開路が起こる。

それに対し、スイッチＫ１の端子間電圧が自動的な開路の、しきい値よりも小さいと、インバータ２７が存在するために自発的な閉路線２６によってフリップフロップ２８の「ｓｅｔ」入力端子が起動し、そして、スイッチＫ１の自発的な閉路が得られる。

この構成方法による実施例として、第一に、図１１、１２は、「自発的な駆動」のスイッチング素子が付いた、いわゆる「プッシュプル」のハーフブリッジ整流器の二つのタイプを表しており、該ハーフブリッジ整流器に含まれる基本的なセルは、トランジスタ１１と並列のダイオードジャンクションとで構成される、同一な二つのスイッチＫ１、Ｋ２を有している：
−並列ハーフブリッジ／「プッシュプル」（図１１）、
−直列ハーフブリッジ／「プッシュプル」（図１２）。

図１３については、これは、二つの基本的なセルの組み合わせから成る、自動駆動可能なスイッチング素子が付いた、指令制御できない可逆性の整流ブリッジを表しており、該セルはそれぞれ、トランジスタ１１と並列のダイオードジャンクション１３とを備えた、同一の二つのスイッチＫ１、Ｋ２を有する。

図１４は、自動駆動可能なスイッチング素子が付いた、指令制御できないでかつ絶縁の可逆性直流電力連結を表しており、該連結は、二つの基本的なセルの組み合わせから成り、該セルは、それぞれ、図１３のものと同様な、二つの同一のスイッチＫ１、Ｋ２を有する。

図１５は、自動的な閉路−指令制御された開路（セレクタ６、７の位置が（ａ）、（ｄ））の構成モードを決定するように構成された、図２のスイッチングメカニズムを表している。

この構成によると、指令制御線１８の二つのインパルスの間で、分岐線２０が接続された論理ゲート「ＡＮＤ」２４の入力端子は、インバータ２２が存在するために、論理高レベルの、しきい値にある。その結果、スイッチＫ１の端子間電圧が自動的な閉路の、しきい値を超えた際には、フリップフロップ２８の入力端子「ｓｅｔ」が起動されて、スイッチＫ１の各トランジスタの自動的な閉路がもたらされる。

それに対し、指令制御線１８に対する一つのインパルスの場合は、分岐線２０が接続された論理ゲート２４の入力端子が論理低レベルにあるため、自動的な閉路は起動せず、そして、フリップフロップの入力端子「ｒｅｓｅｔ」が起動されて、スイッチＫ１の各トランジスタの、指令制御された開路がもたらされる。

この構成方法による実施例として、図１６、１７、１８は、三つのタイプのチョッパを表しているが、該チョッパに含まれるただ一つの基本的なセルは、トランジスタ１１から成るスイッチＫ１と、ダイオードジャンクションで構成されるスイッチＫ２とを有する：
−「ＢＯＯＳＴ」と言われる、昇圧回路チョッパ、（図１６）、
−誘導性蓄積のある、いわゆる「ＢＵＣＫＢＯＯＳＴ」チョッパ（図１７）、
−及び、容量性蓄積のある、いわゆる「ＣＵＫ」チョッパ（図１８）。

図１９については、これは、指令制御されたスイッチング素子が付いた交流電力制御装置を表しており、該交流電力制御装置が有する二つの同一なスイッチＫ１、Ｋ２はそれぞれ、直列に互い違いに取り付けられた二つのトランジスタ１１、１２と、それぞれがトランジスタ１１、１２と並列な二つのダイオードジャンクション１３、１４とで構成されている。

図２０は、自動的な閉路−自発的な開路（セレクタ６の位置が（ａ）でセレクタ７の位置が（ｅ））のスイッチングモードを得るように構成された、図２のスイッチングメカニズムを表している。

この構成によると、スイッチＫ１の端子間電圧が自動的な閉路の、しきい値を超えると、フリップフロップ２８の入力端子「ｓｅｔ」の起動により、自動的な閉路が行われる。

これと反対に、スイッチＫ１の端子間電圧が自動的な閉路の、しきい値より小さいと、スイッチの直列ジャンクションにより、自発的な開路が得られる。

したがって、フリップフロップ２８のリセットは、電圧の上昇の検出によってなされ、また特に、コンパレータ１７と、ゲート２５と、位置（ｅ）にあるセレクタ７とを介して、Ｖ．Ａ．の低い、しきい値を超えたことを検出することによってなされる。

このスイッチング方法による実施例として、図２１は、二重スイッチング素子を構成する基本的なセルを表しているが、該二重スイッチング素子は、二つの同一のスイッチＫ１、Ｋ２を有しており、該スイッチは、同じ方向に沿って直列に配置され、トランジスタ１２から成る。

図２２は、自動的な閉路−自動的な開路（セレクタ６、７の位置が（ａ）、（ｅ））のスイッチングモードを得るように構成された、図２のスイッチングメカニズムを最終的に、表している。

この構成によると、スイッチＫ１の状態変更は、このスイッチの端子間電圧が閉路と開路のそれぞれの、しきい値を超えたときに、行われる。

したがって、この構成は、指令制御された閉路及び自動的な開路、ならびに自動的な閉路及び指令制御された開路という構成の集成をなすものである。

例として、図２３、２４、２５は、図４〜６に表されているのと同様の、三つのタイプのチョッパ（昇圧回路、誘導性の蓄積、容量性の蓄積）を表しており、該チョッパは、それぞれ、一つの基本的なセルから成り、該セルは、トランジスタ１２から成るスイッチＫ１と、ダイオードジャンクションから成るスイッチＫ２とを有する。

同様に、図２６は交流電力制御装置を表しているが、該交流電力制御装置には、自動的な閉路及び開路のためのスイッチング素子Ｋ１が一つだけ付いており、もう一つのスイッチＫ２は、閉路及び開路のために指令制御されている。

本発明に係る基本的なスイッチングセルの原理図 本発明に係る包括的自動指令制御スイッチの様々なスイッチングメカニズムを保持するのに適した電子回路の概要図 指令制御された閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図 指令制御された閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの変形例の電子回路図 図３に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図３に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図３に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図３に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図３に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図３に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 自発的な閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図 図１０に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図１０に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図１０に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図１０に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 自動的な閉路及び指令制御された開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図 図１５に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図１５に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図１５に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図１５に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 自動的な閉路及び自発的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図 図２０に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 自動的な閉路及び自動的な開路を行うスイッチの指令制御メカニズムの電子回路図 図２２に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図２２に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図２２に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例 図２２に表されたスイッチングモードで機能する自動指令制御スイッチを少なくとも一つ有する静止型変換装置の一例

符号の説明

１ 電圧源
２ 電流源
３、４ 出力電極
５ スイッチング手段
６、７、８、９、１０ セレクタ
１１、１２ トランジスタ機能 トランジスタ
１３、１４ ジャンクション
１５ 差動電圧検出器
１６、１７ 電圧コンパレータ
１８、１９ 指令制御線
２０、２１ 分岐線
２２、２３ インバータ
２４、２５ ＡＮＤ論理回路
２６ 状態変更線
２７ インバータ
２８ スイッチング手段 フリップフロップ
３０ 補助指令制御線
ｋ１、ｋ２ スイッチング用スイッチ

Claims (16)

1. 少なくとも二つの電気源の間で交換される電気エネルギーの変調を目的とした電気エネルギー静止型変換装置であって、該変換装置は、少なくとも一つの電圧源（１）、一つの電流源（２）、及び少なくとも一つの電気スイッチングセルを含み、各スイッチングセルは、少なくとも二つのスイッチング用静止型スイッチ（ｋ１、ｋ２）を有し、該スイッチは、一つ（又は複数）の電圧源（１）で星形接続されており、星形の共通点は電流源（２）に接続されていて、前記電流源は、一つ（又は複数）の電圧源（１）で閉じられているものであって、前記静止型変換装置は、少なくとも一つのスイッチングセルの静止型スイッチ（ｋ１、ｋ２）のうちの少なくとも一つ、いわゆる自動スイッチング用スイッチが、二つの出力電極（３、４）を備えたスイッチであり、該スイッチの状態の変更のうちの少なくとも一つ（開路又は閉路へのスイッチングを保持するもの）が、自動であり、かつ、ゼロではない所定の電圧の、しきい値において、前記電圧の絶対値が増加した際にのみ、排他的に行われることを特徴とする、静止型変換装置。
2. それぞれの自動スイッチング用スイッチ（ｋ１、ｋ２）について、前記スイッチの自動的な状態変更のそれぞれを保持するために、以下のものを有することを特徴とする、請求項１に記載の静止型変換装置：
   −前記スイッチの出力電極（３、４）に並列接続され、前記電極の端子間電圧の絶対値を表す信号を与えるように適合した、電圧差動検出器（１５）、
   −電圧検出器（１５）に組み合わせられ、所定の電圧の、しきい値に到達した際に、開路又は閉路への状態変更信号を与えるように適合した、電圧コンパレータ（１６、１７）、
   −及び、電圧コンパレータ（１５）に接続され、スイッチ（ｋ１、ｋ２）の状態変更を引き起こすように適合したスイッチング手段（５）であって、状態変更信号の受信の際に、開路又は閉路へのスイッチングを保持するスイッチング手段。
3. スイッチング手段（５）が電子フリップフロップ（２８）を含み、該フリップフロップが、自動スイッチング用スイッチ（ｋ１、ｋ２）の自動的な状態変更のそれぞれについて、電圧コンパレータ（１６、１７）に接続された入力端子を有していて、電圧コンパレータによって与えられた状態変更信号を受信した際に起動し、自動スイッチング用スイッチ（ｋ１、ｋ２）へ向けたスイッチング信号の送信を引き起こすようになっていることを特徴とする、請求項２に記載の静止型変換装置。
4. それぞれの自動スイッチング用スイッチ（ｋ１、ｋ２）が、スイッチング手段（５）によって作動される指令制御電極を一つ備えた、少なくとも一つのトランジスタ機能（１１、１２）を有することを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の静止型変換装置。
5. それぞれの自動スイッチング用スイッチ（ｋ１、ｋ２）が、各トランジスタ（１１、１２）と並列接続された、一つのジャンクション又はジャンクション（１３、１４）の集合を有することを特徴とする、請求項４に記載の静止型変換装置。
6. ジャンクション（１３、１４）がダイオードの機能を示すことを特徴とする、請求項５に記載の静止型変換装置。
7. ジャンクション（１３、１４）がサイリスタの機能を示すことを特徴とする、請求項５に記載の静止型変換装置。
8. 直列に互い違いに取り付けられた二つのトランジスタ機能（１１、１２）を備えた自動スイッチング用スイッチ（ｋ１、ｋ２）を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一つに記載の静止型変換装置。
9. 少なくとも一つの自動スイッチング用スイッチを含み、該スイッチの、閉路又は開路を保持するような一方の状態変更が自動（ｋ１）であり、開路又は閉路を保持するような、もう一方の状態変更が指令制御されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の静止型変換装置。
10. 各自動スイッチング用スイッチ（ｋ１）の指令制御された状態変更のために、以下のものを含むことを特徴とする、請求項２及び請求項９に記載の静止型変換装置：
    −スイッチの指令制御された状態変更の周期的な指令制御インパルスで構成された信号が与えられる、指令制御線（１８、１９）、
    −インバータ（８、９）を有し、指令制御線（１８、１９）と論理ゲート「ＡＮＤ」（２４、２５）の入力端子の一つとに接続された分岐線（２０、２１）であって、該論理ゲートのもう一方の入力端子が、電圧コンパレータ（１６、１７）から来る信号を受信し、その出力端子がスイッチング手段（２８）につながれている、分岐線。
11. 少なくとも一つの自動指令制御スイッチ（ｋ１）を含み、該スイッチの、閉路及び開路を保持する二つの状態変更が自動であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の静止型変換装置。
12. 少なくとも一つの自動スイッチング用スイッチ（ｋ１）を含み、該スイッチの、閉路又は開路を保持する、一方の状態変更は自動であり、開路又は閉路を保持する、もう一方の状態変更は自発的であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の静止型変換装置。
13. 閉路へのスイッチングを保持する自発的な状態変更のために、状態変更線（２６）を含み、該状態変更線が、インバータ（２７）を有し、かつ、電圧コンパレータ（１７）とスイッチング手段（２８）とをつなぐことを特徴とする、請求項２及び請求項１２に記載の静止型変換装置。
14. チョッパタイプの静止型変換装置であって、一つのトランジスタ（１１）で構成され、その自動的な状態変更によって開路を保持し、指令制御された状態変更によって閉路を保持する、一つの自動指令制御スイッチ（ｋ１）と、ダイオードの機能を示す第二のスイッチ（ｋ２）とを有する電気スイッチングセルを一つ含むことを特徴とする、請求項４及び請求項９に記載の、チョッパタイプの静止型変換装置。
15. 交流電力制御装置タイプの静止型変換装置であって、該静止型変換装置が電気スイッチングセルを一つ含み、該セルが有する、請求項８にかなった二つの自動スイッチング用スイッチ（ｋ１、ｋ２）が、開路及び閉路への状態変更をそれぞれ保持することを特徴とする、請求項８及び請求項９に記載の、交流電力制御装置タイプの静止型変換装置。
16. 整流ブリッジタイプの静止型変換装置であって、該静止型変換装置が電気スイッチングセルを二つ含み、該電気スイッチングセルが双方ともに交流電圧源（１）を一つ使用することができ、また、該電気スイッチングセルのそれぞれが自動指令制御スイッチ（ｋ１、ｋ２）を二つ有していて、該自動指令制御スイッチが、前記電気スイッチングセルのそれぞれについて、開路及び閉路への状態変更をそれぞれ保持し、前記自動指令制御スイッチのそれぞれが、トランジスタ（１１）及びサイリスタの機能を示すジャンクション（１３）で構成されることを特徴とする、請求項５及び請求項９に記載の、整流ブリッジタイプの静止型変換装置。
    
    

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