JP2009512417A - 電子整流子回路 - Google Patents
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Abstract
本発明の電子整流子回路は、その低速トルクの制約を克服するために、周知である電子整流子内に組み込まれうる強制転流手段を提供する。強制転流手段は、基本スイッチングステージに対して1対のサイリスタ(1、4)を使用した強制転流機能強化からなる。コンデンサ(3、6)は、予め充電され、放電されるときにコイル電圧が補充されてもよく、これにより、転流重なり期間が減少して、サイリスタ(1、4)の順阻止能力を得るために利用されるターンオフ時間を最大にできる。このような容量放電を実現する2つの手段が使用されうる。第1の手段は転流後に電流を流すのと同じサイリスタによって容量放電を開始する。第2の手段は補助サイリスタによって容量放電を開始する。
Description
本発明は、電子整流子回路に関し、特に、電子式強制転流を使用する回転機械および線形機械(たとえば、ブラシレス直流回転機械および線形機械など)用の回路に関する。
直流回転機械は、通常、巻線型固定子によって包囲された回転子を含む。回転子の角度位置に基づいて固定子巻線の電流の転流を制御するために電子スイッチング回路が使用される。固定子は回転磁界を発生するが、これは永久磁石、スリップリングまたはブラシレス励磁電源を備える通常の巻線、あるいは適当な励磁電源を備える超伝導巻線によって発生されうる。
英国特許出願第2117580号(特許文献1)は、電子スイッチング回路を使用したブラシレス直流回転機械を開示している。この電子スイッチング回路は、本質的に、業界標準の重ね巻き固定子に対して従来のブラシおよび整流子トポロジーを模したもので、ここでは、ブラシがサイリスタで置き換えられ、整流子セグメントが関連するサイリスタ対間の共通結合点で置き換えられている。各サイリスタ対の一方のサイリスタのアノードは第1の直流端子に接続され、この対の他方のサイリスタのカソードは第2の直流端子に接続される。n個のコイルが直列に接続された固定子巻線は、電子スイッチング回路でn個の共通結合点を遮断するn個のノードを有する。これは、n=8の場合について図1に示される。
図1から、第1のコイルC1は第1の共通結合点PCC1によって第2のコイルC2と第1のサイリスタスイッチ対S1aおよびS1bとに接続されることが分かる。サイリスタS1aのアノードは第1のリング「リング1」によって第1の直流端子DC1に接続され、サイリスタS1bのカソードは第2のリング「リング2」によって第2の直流端子DC2に接続される。第2のコイルC2は第2の共通結合点PCC2によって第3の巻線C3と第2のサイリスタスイッチ対S2aおよびS2bとに接続される。サイリスタS2aのアノードは第1のリング「リング1」によって第1の直流端子DC1に接続され、サイリスタS2bのカソードは第2のリング「リング2」によって第2の直流端子DC2に接続される。残りのコイルは第1の直流端子DC1と第2の直流端子DC2に同様に接続される。
サイリスタ対は、ブラシレス直流回転機械の逆起電力(すなわち、固定子巻線に誘起される起電力)と回転子の角度位置に同期化されたゲートパルスの印加とによって転流される。低い回転子速度では、この逆起電力はサイリスタの転流に不十分な場合があり、直流ラインタイプの外部転流回路が使用される。この外部転流回路も、回転子の角度位置、つまりはサイリスタ対のゲート駆動に同期化される。
英国特許出願第2117580号(特許文献1)のブラシレス直流回転機械は、以下の欠点を免れない。
(i)サイリスタ対のゲート駆動を回転子の角度位置に同期化させることは、実現が困難であり、電磁干渉を受けやすい。
(ii)サイリスタ対のゲート駆動同期と、その後の転流過程とは、機械の負荷条件に正確に適合できない。
(i)サイリスタ対のゲート駆動を回転子の角度位置に同期化させることは、実現が困難であり、電磁干渉を受けやすい。
(ii)サイリスタ対のゲート駆動同期と、その後の転流過程とは、機械の負荷条件に正確に適合できない。
英国特許出願第2117580号(特許文献1)に記載されたブラシレス直流回転機械と等価な、一般的な線形機械を得られることは容易に理解されよう。このブラシレス直流回転機械は、1対のリング型直流端子と円形配列のスイッチングステージを有するものとして図1に示されているが、これらは分りやすくするために線形形式で表わされうる。
基本的な固定子巻線(多角形巻きまたは重ね巻き)と電子整流子回路の線形形式が図2に示される。電子整流子回路は、円形配列ではなく線形配列で配置された複数の同一のスイッチングステージからなる。各スイッチングステージは、図3に示されるように1対のサイリスタ1と4を含む。直流電気機械が発電モードで動作している間の大半の期間、直流電流は配列内の第1の点において固定子巻線に流れ込み、配列の第2の点において固定子巻線から流れ出る。第2の点は第1の点から約180度の電気角度だけずらされている。巻線電流は、図2に示されるように、第1の点において2つのほぼ等しい径路に分岐し第2の点において再合流する。転流を行うために、第1の点または第2の点の位置は、配列に沿って1ステップごとに間欠駆動(index)されなければならない。間欠駆動は、第1の点から第3の点、および、第2の点から第4の点に同時に行われてもよいし、最初に第1の点から第3の点に、続いて第2の点から第4の点に順次行われてもよい。周知である自然転流の用語によると、転流後に電流を通すスイッチング装置は入力装置として知られ、転流前に電流を通す装置は出力装置として知られる。これら2つの装置の状態は重なりと逆回復の影響を受けるため、位相制御が使用されることもある。この場合、間欠駆動は、端子が順方向バイアス(アノードがカソードに対して正)されていれば入力装置にゲートパルスを印加することによって行われ、その際出力装置の電源端子が逆バイアスされる。
隣接するスイッチングステージの入力および出力サイリスタに関する一般的な転流過程が図4と5に示される。図4は等価回路の定義を示し、図5は理想化された転流波形を示す。
図4を参照すると、定電流源「Iload」は出力サイリスタから入力サイリスタに転流される電流を表わす。転流される電流の変化率は、固定子巻線の等価回路表示によって決定され、時間的に変化する転流電圧Eと、インダクタンスLを有する転流リアクタンスとを含む。出力サイリスタは、電流「Iout」を通し、電圧「Vout」を保持する。入力サイリスタは、電流「Iin」を通し、電圧「Vin」を保持する。
出力サイリスタは、転流過程の開始時にオン状態にラッチされるがゲート駆動されないものと考えられる。入力サイリスタがゲート駆動されてオンになると、電圧「Vin」は消滅し、電流「Iin」はE/Lの割合で増加する。電流源「Iload」は一定であるため、電流「Iout」はE/Lの割合で減少する。電流「Iout」がゼロに減少するまでに要する時間は重なりと定義される。重なりの最後に、出力サイリスタでターンオフ過程が始まる。ターンオフ過程は出力サイリスタの逆回復で始まり、最初出力サイリスタは逆方向に導通し、それによって電流「Iin」にオーバシュートが生じ、電流変化率はE/Lで決定される。結局、逆回復の終わりごろに、出力サイリスタの導通角が減少して電圧「Vout」は時間的に変化する転流電圧−Eに向かって上昇する。電圧「Vout」が増加すると、出力サイリスタから電流を強制的に流すことになる。この時点で、出力サイリスタは十分な順阻止能力を得ていないが、逆阻止能力を確実に有する。したがって、固定子巻線の電流が遮断された結果として電圧「Vout」はオーバシュートする。転流が続くと、出力サイリスタの定常状態と過渡状態の順電圧阻止能力が増す。
最終的に、電圧「Vout」は反転し、出力サイリスタはこの電圧を保持しなければならない。出力サイリスタが所要の順電圧阻止能力を得るために有効な全時間はターンオフ時間Tqとして知られる。これは、電流「Iout」の負方向への反転とこれに続く電圧「Vout」の正方向への反転の間の時間である。ターンオフ時間Tqが十分であれば、電流「Iout」はゼロに保たれ、その間、電圧「Vout」は時間的に変化する転流電圧Eをたどる。しかし、ターンオフ時間Tqが十分でなければ、「Vout」は正になるため、電流「Iout」は再度構築され、電圧「Vout」はオン状態に戻り、出力サイリスタはターンオフに失敗することになる。この失敗は「Tq失敗」とも呼ばれ、関連機器の壊滅的な故障を伴う出力サイリスタの破壊を招くおそれがある。
このような転流における電流「Iin」と「Iout」の変化率は、サイリスタのターンオン損失、ターンオフ損失、および順阻止能力を得るために必要な時間(Tq)に重大な影響を与える。
分りやすくするために、負荷電流「Iload」は一方向(すなわち、図示のように右から左)であると仮定されているので図4には各スイッチングステージの1個のサイリスタのみが示される。両方のサイリスタは同じ極性を有し、これにより、逆回復時を除き、サイリスタ電流は図示のように右から左に流れる。しかし、負荷電流が周期的に反転される場合は、各スイッチングステージには反対極性のサイリスタ対を組み入れることになる。
英国特許出願第2117580号
基本的に、自然転流するサイリスタは、ブラシレス直流回転機械がモータリングのアプリケーションに使用される場合に理想的である。しかし、固定子巻線における電流の最適な入口点は、確かな転流を行わせるには不十分なコイル電圧のある場所に設定されるので、低速で使用するときは性能上の制約が重要である。モータリングトルクが大きい低速では、得られる転流の重なり期間によって、サイリスタが順阻止能力を得るまでの時間が不十分となる。自然転流の制約を解消するために外部の直流転流装置が使用されうるが、これは望ましくない振幅の大きなトルクの脈動と、さらなる電力損失を生じる可能性がある。
本発明の電子整流子回路は、その低速トルクの制約を克服するために、周知である電子整流子内に組み込まれうる強制転流手段を提供する。強制転流手段は、基本スイッチングステージに対して1対のサイリスタを使用した強制転流機能強化からなる。コンデンサは、予め充電され、放電されるときにコイル電圧が補充されてもよく、これにより、転流重なり期間が減少して、サイリスタが順阻止能力を得るために利用されるターンオフ時間を最大にできる。このような容量放電を実現する2つの手段が使用されうる。第1の手段は転流後に電流を流すのと同じサイリスタによって容量放電を開始する。第2の手段は補助サイリスタによって容量放電を開始する。
より具体的には、本発明は、ブラシレス直流電気機械の固定子巻線用電子整流子回路を提供するもので、固定子巻線はいくつかのコイルを有し、このコイルは同数の共通結合点によって連結され、電子整流子回路は同数のスイッチングステージを備え、各スイッチングステージは共通結合点のそれぞれ1つと第1および第2の直流端子との間に接続されており電圧を選択的に固定子巻線に放電する容量性強制転流手段を含む。各スイッチングステージは、アノードが第1の直流端子に接続された第1のサイリスタ、カソードが第2の直流端子に接続された第2のサイリスタと、電圧を選択的に固定子巻線に放電するための共通結合点に接続された第1のコンデンサを含む第1のサイリスタに関連する第1の強制転流手段と、電圧を選択的に固定子巻線に放電するための共通結合点に接続された第2のコンデンサを含む第2のサイリスタに関連する第2の強制転流手段をさらに含んでもよい。
本発明の第1の態様において、第1の強制転流手段は、第1のサイリスタのカソードと第1のコンデンサと結合する共通点との間に接続された第1のダイオードをさらに含んでもよく、第1のコンデンサは第1のダイオードと並列に接続されており、第2の強制転流手段は第2のサイリスタのアノードと第2のコンデンサと結合する共通点との間に接続された第2のダイオードをさらに含んでもよく、第2のコンデンサは第2のダイオードと並列に接続されている。
電子整流子回路のスイッチングステージの1つは、一次巻線および磁気的に一次巻線に結合された二次巻線とを有する第1のリアクトルをさらに含むことが好ましい。一次巻線は、第1のダイオードのカソードと第2のダイオードのアノードとに接続されることが好ましい第1の端子と、共通結合点に接続されることが好ましい第2の端子を有する。
第1のリアクトルは、直流電気機械の定格機械巻線電流のほんの少しで飽和するコアを含むことが好ましい。コアの飽和は、定格機械巻線電流の10%以下のリアクトル巻線電流で生じることが好ましい。また、リアクトル巻線のインダクタンスの飽和値は、隣接する2つの共通結合点間で測定された固定子巻線のインダクタンスの1%以下であることが好ましく、実現可能な限り小さいことが最も好ましい。リアクトル巻線インダクタンスの非飽和値をリアクトル巻線インダクタンスの飽和値で除した比は、10倍よりも大きいことが好ましく、実現可能な限り大きいことが最も好ましい。可飽和な第1のリアクトルの目的は、関連する第1および第2のサイリスタの電流変化率を低減すること、すなわち、スイッチング電力損失を低減することである。電流変化率の低減は、低電流時および電流反転時においてのみ必要である。したがって、第1のリアクトルは、電子整流子回路が動作している他のすべての時点で目立たないことが好ましい。このため、望まれることは非飽和インダクタンスと飽和インダクタンスの現実的な比率の最大値と飽和電流の可能な最小値とを使用することである。
電子整流子回路は、一次巻線と、一次巻線に磁気的に結合された二次巻線とを有する第2のリアクトル(好ましくは前述された第1のリアクトルと同じ特性を有する)とをさらに含んでもよい。第2のリアクトルの一次巻線は、スイッチングステージの別の1つ(すなわち、前述された第1のリアクトルに関連しない電子整流子回路のスイッチングステージ)の第1のダイオードのカソードと、スイッチングステージの別の1つと関連する第2のダイオードのアノードとに接続されることが好ましい第1の端子を有する。また、第2のリアクトルの一次巻線は、スイッチングステージの別の1つと関連する共通結合点に接続されることが好ましい第2の端子を含む。
第2のリアクトルの二次巻線は、第1の端子と第2の端子を含むことが好ましい。第1の端子は、スイッチングステージの上記1つの第1のダイオードのカソードと第1のリアクトルの一次巻線との接合点と、スイッチングステージの上記1つの第2のダイオードのアノードと第1のリアクトルの一次巻線との接合点とに接続されることが好ましい。第2の端子は、第1のダイオード列または等価ダイオードを介してスイッチングステージの上記1つの第1のダイオードのアノードと、第2のダイオード列または等価ダイオードを介してスイッチングステージの上記1つの第2のダイオードのカソードとに接続されることが好ましい。
ダイオード列または等価ダイオードは、スイッチングステージの別の1つからスイッチングステージの上記1つに電力を供給する手段を備え、第1および第2のコンデンサを充電してスイッチングステージの上記1つの中で強制転流の利益をもたらす。電力供給は、スイッチングステージの別の1つに関連する第2のリアクトルの変成器作用と、整流作用、あるいは、第2のリアクトルの二次巻線の第2の端子をスイッチングステージの上記1つの第1および第2のコンデンサに接続するダイオード列または等価ダイオードによって行われる。
単一の等価ダイオードが十分に小さい電流定格と十分に高い電圧阻止能力の両方を有することはあまりないので、経済性の理由でダイオード列が使用されてもよい。ただし、適当な部品が入手可能な場合は単一の等価ダイオードが使用されうる。ダイオード列が使用される場合は、静的および動的な電圧が効果的に分担されるように、必要に応じてN+1直列冗長を持たせる業界標準の手段が使用されなければならない。ダイオード列または等価ダイオードの逆回復パラメータは、パルスデューティに相応しくなければならない。
可飽和リアクトルの一次巻線に電流が流れると、その二次巻線に電流が流れる。このための1つの条件は、二次巻線が十分に低い負荷インピーダンスを有する部品に接続されなければならないことである。
本発明の電子整流子回路において、ダイオード列または等価ダイオードの1つと、スイッチングステージの上記1つの中に使用されて可飽和リアクトル一次巻線電流の最初の半サイクル中に強制転流の利益をもたらす関連コンデンサとは、可飽和リアクトル巻線電流の最初の半サイクルでのみ第2のリアクトルの二次巻線に電流を流すことができる十分に低い負荷インピーダンスを呈する。可飽和リアクトル一次巻線電流の反対の半サイクルにおいて、もう1つのダイオード列または等価ダイオードと、スイッチングステージの上記1つの中に使用されて可飽和リアクトル一次巻線電流の反対の半サイクル中に強制転流の利益をもたらす関連するコンデンサとは、可飽和リアクトル巻線電流の反対の半サイクルでのみ第2のリアクトルの二次巻線に電流を流すことができる十分に低い負荷インピーダンスを呈する。
スイッチングステージの上記1つの第1および第2のコンデンサを充電する電力を供給する第2のリアクタは、スイッチングステージの上記1つの中には設置することができなないが、他のあらゆる好都合なスイッチングステージの中に設置することができる。第1および第2のコンデンサは、充電と強制転流放電の間の期間中に過度に放電せず、第2のリアクトルに関連するスイッチングステージの別の1つと第2のリアクタによって充電される第1および第2のコンデンサに関連するスイッチングステージの上記1つとの間のオフセット(換言すると、スイッチングステージの円形または直線配列内の間隔)が相応に選択されうることが一般に好ましい。共通結合点の相回転が一方向である場合、リアクトルの位相と、電荷を供給するリアクトルとこれらに関連する電荷を受け取るコンデンサとの間のスイッチングステージオフセットとを、転流コンデンサの放電の影響を最小にするように設定することが可能である。共通結合点の相回転が双方向で、かつトルクが回転に関して対称でなければならない場合、リアクトルの位相と、電荷を供給するリアクトルとこれらに関連する電荷を受け取るコンデンサとの間のスイッチングステージオフセットとをできる限り対称に近くなるように設定する必要がある。実際に、電荷を供給するリアクトルとこれらに関連する電荷を受け取るコンデンサとの間のスイッチングステージオフセットを1間欠駆動ステップの最小値に設定することが必要になる。トルクが非対称でなければならない双方向システムは、アプリケーション特有の最適化過程にしたがって対称な転流コンデンサ充電からずれてもよい。
電子整流子回路は、スイッチング電源に接続された一次巻線と、一次巻線に磁気的に結合されかつ第1の端子と第2の端子を有する二次巻線とを有するパルストランスをさらに含んでもよい。二次巻線の第1の端子は第1のダイオードのカソードおよび第2のダイオードのアノードに接続されることが好ましい。パルストランスの二次巻線の第2の端子は、第1のダイオード列または等価ダイオードを介して第1のダイオードのアノードと、第2のダイオード列または等価ダイオードを介して第2のダイオードのカソードとに接続されることが好ましい。
このようなスイッチング電源とパルストランスとを使った第1および第2のコンデンサの充電には、充電容量を常に備えることによって機械の速度、方向、およびトルクの過敏性を回避できるという利点がある。実際に、都合の良い数のパルストランスに給電するために、都合に良い数のスイッチング電源が使用されてもよい。パルストランスは都合の良い数の二次巻線を備えていてもよい。さらに、前述された可飽和な、第1および第2のリアクトルは、都合の良い数の二次巻線を有していてもよく、スイッチング電源およびパルストランスからの給電による充電と組み合わせて使用されてもよい。
また、第1および第2のコンデンサは少なくとも1つの直流的に絶縁された補助電源によって充電されうる。第1および第2のコンデンサが少なくとも1台の直流的に絶縁された補助電源によって充電される電子整流子回路を使用したブラシレス直流機械は、英国特許出願第2117580号(特許文献1)のブラシレス直流回転機械と同様に動作することになる。ただし、本発明の電子整流子回路の能力は、固定子電圧、すなわち軸速度、または直線速度の影響を実質的に受けない。電子整流子回路が固定子電圧の影響を受けないことは、電子整流子回路が巻線電圧に対する制御システムの同期不良に起因して生じる動作上の問題に遭遇しないことを意味する。各スイッチングステージの第1および第2のコンデンサの特定の1つを充電するために複数の電源が備えられるときは、各電源がそれぞれダイオード列または等価ダイオードを有していなければならない。
本発明の第2の態様において、第1の強制転流手段は、第1の補助サイリスタが第1のサイリスタと同じ極性を持つように、互いに直列に接続され、さらに第1のサイリスタに並列に接続される第1の補助サイリスタと第1のコンデンサとをさらに含んでもよく、第2の強制転流手段は、第2の補助サイリスタが第2のサイリスタと同じ極性を持つように、互いに直列に接続され、さらに第2のサイリスタに並列に接続される第2の補助サイリスタと第2のコンデンサとをさらに含んでもよい。
電子整流子回路のスイッチングステージの1つは、一次巻線と、一次巻線に磁気的に結合された二次巻線とを有する第1のリアクトルをさらに含むことが好ましい。一次巻線は、第1のサイリスタのカソードと第2のサイリスタのアノードとに接続されることが好ましい第1の端子と、共通結合点に接続されることが好ましい第2の端子とを有する。
また、本発明の第2の態様の第1のリアクトルは、直流電気機械の定格機械巻線電流のほんの少しで飽和するコアを含むことが好ましい。第1のリアクトルの他の特性は、前述された本発明の第1の態様の第1のリアクトルと同じであることが好ましい。
電子整流子回路は、一次巻線と、一次巻線に磁気的に結合された二次巻線とを有する第2のリアクトル(好ましくは前述された第1のリアクトル同じ特性を有する)をさらに含んでもよい。一次巻線は、スイッチングステージの別の1つ(すなわち、前述された第1のリアクトルに関連しない電子整流子回路のスイッチングステージ)の第1のサイリスタのカソードと、スイッチングステージの別の1つに関連する第2のサイリスタのアノードとに接続されることが好ましい第1の端子と、スイッチングステージの別の1つに関連する共通結合点に接続されることが好ましい第2の端子とを有する。
第2のリアクトルの二次巻線の第1の端子は、スイッチングステージの上記1つの第1のサイリスタのカソードと第1のリアクトルの一次巻線との間の接合点と、スイッチングステージの上記1つの第2のサイリスタのアノードと第1のリアクトルの一次巻線との間の接合点とに接続されることが好ましい。
第2のリアクトルの二次巻線の第2の端子は、第1のダイオードを介して第1の補助サイリスタと第1のコンデンサの接合点と、第2のダイオードを介して第2の補助サイリスタと第2のコンデンサの接合点とに接続されることが好ましい。第1および第2のダイオードは、スイッチングステージの別の1つからスイッチングステージの上記1つに電力を供給し第1および第2のコンデンサを充電してスイッチングステージの上記1つに強制転流の利益をもたらす手段を提供する。第2のリアクトルからスイッチングステージの上記1つと関連する第1および第2のコンデンサへの電力の供給は、本発明の第1の実施態様に関して前述された内容とほぼ同じである。
また、先にさらに詳しく説明されたように、スイッチング電源とパルストランスおよび/または少なくとも1つの直流的に絶縁された補助電源を使用して第1および第2のコンデンサを充電することも可能である。
電子整流子回路は、回転子と、固定子と、いくつかのコイルであって、同数の共通結合点によって連結されたコイルを有する固定子巻線を備えた直流回転機械に使用されうるもので、電子整流子回路の各スイッチングステージは共通結合点のそれぞれ1つと第1および第2の直流端子との間に接続される。
また、電子整流子回路は、トランスレータと、固定子と、いくつかのコイルであって同数の共通結合点によって連結されたコイルを有する固定子巻線を備える直流線形機械に使用されうるもので、この場合、電子整流子回路の各スイッチングステージは共通結合点のそれぞれ1つと第1および第2の直流端子との間に接続される。
ブラシレス直流電気機械は適当な手段によって励磁されうるもので、励磁の種類は電子整流子回路の動作と利益に影響しない。したがって、電子整流子回路は、半径方向磁束、軸方向磁束、および横方向磁束における、従来型、表裏逆、および両面構造の、スリップリングまたはブラシレス界磁を有する直流電気機械、従来のもしくは高温超伝導または低温超伝導の界磁巻線を有する直流電気機械、永久磁石回転子を有する直流電気機械に使用されうる。
分りやすくするために、スイッチング補助回路(スナバと呼ばれることもある)は図に含まれていない。しかし、実際には、電子整流子回路のすべてが電力半導体装置のスイッチング損失を低減する目的でスイッチング補助回路を含んでいるはずであることは当業者には明らかであろう。また、以下で言及される可飽和リアクトルは、上述の利点の他、スイッチング補助回路の全般的な有効性に寄与する。
電子整流子回路は直流回転機械を参照して以下に説明されるが、直流線形機械に使用するように適合されうる。線形機械の場合、「回転子」という用語の使用は、必要に応じて、「トランスレータ」、「可動部材」、またはその他の適当な用語で置き換えられうる。線形機械の固定子巻線、および、可動部材との線形機械の電磁関係はすべての固定子および可動部材の端部において不連続になるが、下記の回転ブラシレス直流電気機械は連続電磁回路を有する。
図6Aは、ブラシレス直流電気機械の第1の電子整流子回路を示す。この回路は、第1のダイオード2に直列接続された第1のサイリスタ1と第2のダイオード5に直列接続された第2のサイリスタ4とを含む。第1および第2のダイオード2と5は、リアクトル7の一次巻線8の左側に接続される。一次巻線8の右側は、スイッチングステージごとに2つのコイルを有する固定子巻線の巻線タップnに接続される。第1のダイオード2は、電流が直流端子DC1から第1のサイリスタ1、第1のダイオード2、およびリアクトル7の一次巻線8を通って巻線タップnに流れうるように適切な極性で一次巻線8に接続される。同様に、第2のダイオード5は、電流が巻線タップnから一次巻線8、第2のダイオード5、および第2のサイリスタ4を通って直流端子DC2に流れうるように適切な極性で一次巻線に接続される。
リアクトル7の機能が他の電子部品の影響を受けない(第1のダイオード2が短絡していると仮定)と考えられる場合、リアクトルのコアは定格機械巻線電流のほんの少しで飽和するように設計されていると理解されうる。一次巻線8にリアクトル7のコアの飽和に必要な電流よりも小さい電流が流れるとき、一次巻線の誘導は最大となる。他方、一次巻線8にリアクトル7のコアの飽和に必要な電流よりも大きい電流が流れるとき、一次巻線の誘導は最小となる。第1のサイリスタ1がターンオンすると、一次巻線8に流れる電流が最初は小さく一次巻線のインダクタンスが第1のサイリスタにおけるターンオン損失を減らすのに有利に働くのでリアクトル7は飽和しない。電子整流子回路内の他の部分のサイリスタ1が動作した結果として第1のサイリスタが転流されると、一次巻線のインダクタンスが増加して一次巻線8に流れる電流がほぼゼロとなる。一次巻線のインダクタンスは、第1のサイリスタ1におけるターンオフ損失を減らす役割を果たす。リアクトル7の機能は、第2のサイリスタ4のターンオン損失およびターンオフ損失を減らすのに同様に有利に働く。
実際には、リアクトル7の機能は追加部品の存在によってさらに複雑になる。ここで、これらの追加部品とリアクトル7との相互作用を説明する。電子整流子回路は、第1のダイオード2に並列接続された第1のコンデンサ3と第2のダイオード5に並列接続された第2のコンデンサ6とを含む。固定子巻線の隣接する巻線タップn+1が同様のリアクトル7n+1に接続される。このリアクトル7n+1は二次巻線9n+1を有し、この出力は第1のダイオード列10の半波整流作用によって第1のコンデンサ3を充電するために使用される。また、二次巻線9n+1の出力は、第2のダイオード列11の半波整流作用によって第2のコンデンサ6を充電するためにも使用されうる。一次および二次巻線を備えた可飽和リアクトルはパルストランスとしても使用されることができ、したがって、エネルギーはリアクトル7n+1の一次巻線8n+1から第1のコンデンサ3と第2のコンデンサ6に一時的に移されうることが、簡単に理解されるであろう。また、リアクトル7の二次巻線9は、隣接する巻線タップn−1に関連する電子整流子回路における1対のコンデンサ(図示せず)を充電するためにも使用されうる。
第1および第2のコンデンサ3と6が充電された場合の、第1および第2のサイリスタ1と4の転流に関するこれらのコンデンサの作用をここで説明する。第1のダイオード2が逆バイアスされるように第1のコンデンサ3が充電されるとき、分りやすくするために一次巻線インピーダンスを無視すると、図2および3の周知である電子整流子回路の第1のサイリスタ1に通常かかるオフ状態電圧に、第1のコンデンサ3の両端電圧がさらに印加される。したがって、第1のサイリスタ1がゲート駆動されると、第1のコンデンサ3両端の電圧は、図3の周知である電子整流子回路の第1のサイリスタ1に流れる電流の増加率に比べて第1のサイリスタ1の電流の増加率を大きくする。同様に、第1のサイリスタ1がゲート駆動されると、第1のコンデンサ3両端の電圧は、周知である電子整流子回路の等価サイリスタに流れる出力サイリスタ(別記されているが、この転流に関連する)の電流の、第1のサイリスタ1がゲート駆動されない場合の減少分を増強する。同様に、第2のコンデンサ6両端の電圧は、第2のサイリスタ4に関連する転流を促進するために使用されうる。第1および第2のサイリスタ1と4の電流変化率の増加によって、重なり角が減少し、このために、サイリスタのターンオフ時間が、周知である電子整流子回路に対して増加する。リアクトル7の適切な設計によって、転流過程の速度を回転子速度から十分に分離することができるので、軸速度が低くて、コイル電圧自体が確実な自然転流を行うのに不十分なときにでも、大きい電流が強制転流されうる。
前述された電子整流子回路は、可変速駆動アプリケーションを反転させるときに許容できない方向過敏性を有することがありうる。このような機械の転流シーケンスは、一度に1スイッチングステージずつ間欠駆動(index)し、たとえば、図6Aの標示付け規約に従って巻線タップn−1、巻線タップn、巻線タップn+1、巻線タップn+2などである。このような電子整流子回路においては、第1および第2のコンデンサ3と6とが、それぞれ第1および第2のサイリスタ1と4のゲート駆動前に相応に充電されることが不可欠である。したがって、これらのコンデンサを、巻線タップn+2から巻線タップn+1への転流(すなわち、巻線タップn+1から巻線タップnへの転流直前の転流)中に充電し、それによって、コンデンサ充電と切替え放電の間の時間を最小にし、コンデンサが十分に充電される前に放電する危険性を軽減することがより有効であるかもしれない。この場合、充電と切替え放電の間の時間は1つの固定子巻線ピッチの角度間隔に関連することになる。各リアクトル7は、直流電気機械の回転子が完全に1回転する間に2回の転流を行い、各転流の間隔は固定子の基本周波数において180度であるので、直流電気機械が反対方向に回転する場合、コンデンサ充電は切替え放電の前に180度から1つの固定子巻線ピッチの角度間隔を差し引いた値で行われることになる。
この方向過敏性は、第1および第2のコンデンサ3と6を充電するために固定子の基本周波数において約90度に配置されたリアクトルを使って解決されうる。実際に、リアクトルの二次巻線と、関連する第1および第2のコンデンサとの間の角度のずれは固定子巻線ピッチの適当な整数個に設定されることができる。さらに、第1および第2のコンデンサ3と6を充電するために複数の二次巻線が使用されうる。この場合、各コンデンサは二次巻線の各々に対してダイオード列を必要とすることになる。
第1および第2のダイオード列10と11は、過剰な割合の負荷電流が第1および第2のダイオード2と5からリアクトル7n+1の二次巻線9n+1に転流しないために十分な順電圧降下を有していなければならない。第1および第2のダイオード2と5に負荷電流が流れているとき、二次巻線9n+1に転流される負荷電流の割合はリアクトル7n+1を飽和させるのに必要な電流よりもはるかに小さくなければならない。
方向過敏性を回避するもう1つの方法は、直流的に絶縁された補助電源(図示せず)を使用して第1および第2のコンデンサ3と6を充電することである。直流絶縁のためにパルストランスを使用することができ、パルストランスの二次巻線はリアクトル7の二次巻線9に代用される。都合のよい数のパルストランスと電源が使用されてもよく、パルストランスは共通の一次巻線のほかに必要な数の二次巻線を備えてもよい。図6Bは図6Aの電子整流子回路の変形形態を示し、ここでは、一次巻線19を有するパルストランス18に交流電圧を供給するためにスイッチング電源20が使用される。図6Aの電子整流子回路の二次巻線9と9n+1は、パルストランス18に置き換えられて示され、これにより、電力がスイッチング電源20から二次巻線9と9n+1に変成されうる。実際には、パルストランス18は、都合のよい数の二次巻線が施されていてもよい。たとえば、4つの二次巻線9、9n+1、9n+2、および9n+3がパルストランス18に施され、4つの二次巻線9n+4、9n+5、9n+6、および9n+7が第2のパルストランス(図示せず)に施されていてもよく、以下同様である。パルストランス18は、その物理的な大きさを最小にし絶縁設計を簡素化するために、比較的高いパルス繰返し周波数、たとえば、約20kHzで動作することができる。パルストランス18の設計は、初期コストを削減し、実用的な数だけの二次巻線を有することによって初期的に装置が簡素化されることと、多すぎる二次巻線によってパルストランスの二次巻線の絶縁、終端、製造、および取付けが複雑になりすぎることとの妥協となる。図6Bに示されていない簡素化の一手段は、単一のスイッチング電源から複数のパルストランスの一次巻線に給電することである。スイッチング電源は電力定格規模の経済利益による利点があり、各パルストランスには都合の良い数の二次巻線が施される。
以下に、図7〜10を参照して第1の電子整流子回路の動作をさらに説明する。固定子巻線の巻線タップnに関連する第1のスイッチングステージと、固定子巻線の隣接する巻線タップn+1に関連する第2のスイッチングステージとの一般的な場合についての動作が示される。転流シーケンスは、直流電気機械の回転子に関連する界磁の回転に合わせて固定子巻線における巻線電流の入口点および出口点を間欠駆動するように構成される。以下に記載される状況では、第1のサイリスタからの負荷電流は第2のサイリスタに転流され、その間第3のサイリスタに電流が流れ続ける。
実用的には、固定子巻線の出口点で行われる転流シーケンスは、固定子巻線の入口点で行われる転流シーケンスの影響を受けない。出口点と入口点における転流は同時に行われてもよいし、入口点の転流が出口点の転流より先であってもよく、またその逆であってもよいが、多角形巻線に電流が循環するためにはタイミングのずれ(skew)が大きすぎてはならない。いずれにしても転流シーケンスは同じである。したがって、図7〜10を参照した詳細説明は、第1の巻線タップnに関する第1のサイリスタ1nから、隣接する巻線タップn+1に関連する第1のサイリスタ1n+1への転流に重点を置く。第1の巻線タップnに関連する第2のサイリスタ4nから、隣接する巻線タップn+1に関連する第2のサイリスタ4n+1への転流は、電流と電圧の極性が反転されていることを別として同じである。固定子巻線の入口点における転流が第1のサイリスタ1nから第1のサイリスタ1n+1に行われるとき、固定子巻線の出口点における転流は第2のサイリスタ4n+mから第2のサイリスタ4n+m+1に行われることになり、ここで、mは特定の多角形巻線または重ね巻き巻線における共通結合点の数の1/2に対応するオフセットである。相次ぐ転流によって固定子巻線の入口点と出口点が指定されるにつれて、入口点は最終的に出口点から固定子基本波周波数で180度ずれた点となる。
転流の前、巻線電流は、図2に示されるように固定子巻線を流れ、固定子巻線の入口点から流入し固定子巻線の出口点から流出する。転流の開始点は図7に示される。巻線タップn+1に関連するコンデンサ3n+1は、初期電圧Vcapacitorまで充電され、固定子巻線内の負荷電流が供給される点に接続される。コンデンサ3n+1に関連するサイリスタ1n+1には、コンデンサ電圧Vcapacitorとコイル電圧Vcoilの和に等しい順電圧Vthyristorがかかる。通常であれば、コイル電圧Vcoilが単独で素早く通電するのに十分でないときでも、コンデンサ電圧Vcapacitorが存在することによって、巻線タップn+1に関連するサイリスタ1n+1はゲート駆動されると素早く通電されうる。
図8に示されるように、電流の転流はサイリスタ1n+1の点弧によって開始される。サイリスタ1n+1にかかる順電圧Vthyristorが消滅すると、電圧がリアクトル7n+1に印加され、電流が初期の低い変化率(di/dt)で増加し始める。電流はさらに増加して(定格機械巻線電流のほんの少しで)リアクトル7n+1が飽和し、電流の変化率(di/dt)はリアクトルのインダクタンスが減少する結果として増加する。電流は、最初コンデンサ3n+1を通り、コンデンサ3n+1は、これにより電流がダイオード2n+1に移るまで放電する。こうして、最終的には、図9に示されるように、巻線タップnと巻線タップn+1の間の固定子巻線のコイルを流れる電流が反転する。
転流過程が続くと、サイリスタ1nの電流はゼロに向かって減少する。ダイオード2nはサイリスタ1nよりも速い逆回復を持つものが選択され、したがって、ダイオード2nはサイリスタ1nが逆回復を完了する前に逆電圧を維持し始める。このためサイリスタ1nの逆回復損失は最小となるが、ターンオフ時間(Tq)失敗を回避するためにコイル電圧Vcoilはサイリスタ1nが十分に回復するのに十分な期間正のままでなければならない。ダイオード2nとサイリスタ1nの回復過程は、可飽和リアクトル7nの存在によって支援され、電流がゼロに近づいて可飽和リアクトル7nのコアが非飽和になると可飽和リアクトル7nのインダクタンスによってサイリスタ1nの電流変化率(di/dt)が減少する。このため、逆回復電流が減少する。図10は、転流過程終了後のスイッチングステージの状態を示す。
直流電気機械がモータリングモードで動作しているとき(すなわち、電流が電子整流子回路から固定子巻線の直列接続コイルに供給されているとき)のサイリスタ波形は、図11に示される波形と同様の形態をとる。サイリスタが逆バイアスされている時間(「A」と表示)の比率は比較的小さく、電圧リップルは固定子巻線のコイル数に依存する。サイリスタのソフトな逆回復電流が明確に示されている。「B」と表示された波形部分は、電荷が関連コンデンサに注入されてサイリスタ電圧Vthyristorが増加している時間を表わす。「C」と表示された波形部分は、サイリスタがゲート駆動されてターンオンする時点を表わす。「D」と表示された波形部分は、サイリスタのソフトな逆回復電流を表わす。図12では、転流過程、特にサイリスタのターンオフ時間Tqおよび重なりμがよく分かるように図11の波形がさらに拡大されている。
直流電気機械が発電モードで動作しているとき(すなわち、電流が固定子巻線の直列接続コイルから電子整流子回路に供給されているとき)のサイリスタ波形は、図13に示される波形と同様の形態をとる。サイリスタが逆バイアスされている間の時間(「A」と表示)の比率は比較的大きい。サイリスタのソフトな逆回復電流が明確に示されている。「B」と表示された波形部分は、電荷が関連コンデンサに注入されてサイリスタ電圧Vthyristorが増加している時間を表わす。「C」と表示された波形部分は、サイリスタがゲート駆動される時点を表わす。「D」と表示された波形部分は、サイリスタのソフトな逆回復電流を表わす。
モータリングと発電の両アプリケーションが可能な直流電気機械では、直流端子の電流は一方向であり、極性は関連する直流端子に対するサイリスタの極性によって決定される。モータリングおよび発電モードの制御は、固定子の位置に対するサイリスタの点弧位置を調整することによって行うことができ、それによって、周知であるサイリスタ変換装置の位相制御原理に従って直流端子電圧の平均値の調整と反転が可能となる。これによって、サイリスタが逆バイアスされる時間の比率が調整されうる。また、位相制御によって、回転方向は、直流端子電圧の極性に対して制御されうる。また、直流電気機械の動作点は、たとえば、整流および逆変換が可能なサイリスタ電源ブリッジなどの外部手段で直流端子電流を調整することによって制御されうる。
したがって、電気的に転流される直流電気機械は以下のモードで動作されうる。
(i)直流出力電圧がその巻線電圧にほぼ比例する発電機として
(ii)直流出力電圧がその巻線電圧に関して調整されることができ、したがって、直流側障害電流を自己制限するように使用されうる発電機として
(iii)直流出力電圧がその巻線電圧にほぼ比例するモータとして
(iv)直流端子電圧がその巻線電圧に関して調整されることができ、したがって、その動作性能を積極的に制御するか、またはその動作性能の制御に寄与するように使用されうるモータとして
(v)巻線電圧に関する直流端子電圧の大きさと極性の調整によってモータリングまたは発電が可能であり、したがって、周知である「四象限」アプリケーションに使用されうる機械として
(i)直流出力電圧がその巻線電圧にほぼ比例する発電機として
(ii)直流出力電圧がその巻線電圧に関して調整されることができ、したがって、直流側障害電流を自己制限するように使用されうる発電機として
(iii)直流出力電圧がその巻線電圧にほぼ比例するモータとして
(iv)直流端子電圧がその巻線電圧に関して調整されることができ、したがって、その動作性能を積極的に制御するか、またはその動作性能の制御に寄与するように使用されうるモータとして
(v)巻線電圧に関する直流端子電圧の大きさと極性の調整によってモータリングまたは発電が可能であり、したがって、周知である「四象限」アプリケーションに使用されうる機械として
図14は、直流電気機械の第2の電子整流子回路を示す。この回路は、リアクトル7の一次巻線8の左側に接続された、第1のサイリスタ1および第2のサイリスタ4を含む。一次巻線8の右側は固定子巻線の巻線タップnに接続される。第1のサイリスタ1は、電流が第1のサイリスタとリアクトル7の一次巻線8を介して直流端子DC1から巻線タップnに流れうるように適切な極性で一次巻線8に接続される。同様に、第2のサイリスタ4は、電流が一次巻線8と第2のサイリスタを介して巻線タップnから直流端子DC2に流れうるように適切な極性で一次巻線に接続される。
リアクトル7は、前述された第1の電子整流子回路のリアクトルと同様に機能する。同じく、第1および第2のコンデンサ12と15は、スイッチングによるこれらの放電がそれぞれ第3および第4の補助サイリスタ14と17のゲート駆動によって開始されることを除き、前述された第1の電子整流子回路の第1および第2のコンデンサ3と6と同様に機能する。補助サイリスタ14と17を点弧すると第1および第2のサイリスタ1と4は瞬時に逆バイアスされるので、補助サイリスタが順バイアスされて確実にターンオンし、その際に補助サイリスタ14と17をそれぞれ転流させるために、第1および第2のサイリスタのゲート駆動は補助サイリスタの点弧に対して一瞬遅らせなければならない。その他の点で、第1および第2のサイリスタ1と4の機能は前述された第1の電子整流子回路を参照して説明された通りである。
第1および第2のダイオード13と16の機能は、第1の電子整流子回路のダイオード列10と11それぞれの説明と全く同じであるが、補助サイリスタ14と17の転流によって電流がリアクトル7n+1の二次巻線9n+1から転流されるので高い順電圧降下を発生させるための直列接続されたダイオード列を必要としない。
また、第1および第2のコンデンサ12と15の充電は、第1の電子整流子回路を参照してさらに詳しく前述されたように、パルストランスおよび直流的に絶縁された電源を使って行われうる。
以下に、図15〜20を参照して第2の電子整流子回路の動作をさらに説明する。固定子巻線の巻線タップnに関連する第1のスイッチングステージと、固定子巻線の隣接する巻線タップn+1に関連する第2のスイッチングステージとに関する一般的な場合についての動作が示される。ここでもやはり、転流シーケンスは、直流電気機械の回転子に関連する界磁の回転に合わせて固定子巻線における巻線電流の入口点および出口点を指定するように構成される。以下に記載される状況では、第1のサイリスタからの負荷電流は第2のサイリスタに転流され、その間第3のサイリスタに電流が流れ続ける。転流は補助サイリスタによって開始される。
転流の前、巻線電流は、図2に示されるように、固定子巻線を流れ、固定子巻線の入口点から流入し固定子巻線の出口点から流出する。転流の開始点は図15に示される。コンデンサ12n+1は、初期電圧Vcapacitorまで充電され、固定子巻線内の負荷電流が供給される点に接続される。コンデンサ12n+1に関連する補助サイリスタ14n+1には、コンデンサ電圧Vcapacitorとコイル電圧Vcoilの和に等しい順電圧Vaux_thyristorがかかる。通常であれば、コイル電圧Vcoilが単独で素早く通電するのに十分でないときでも、コンデンサ電圧Vcapacitorが存在することによって、補助サイリスタ14n+1はゲート駆動されると素早く通電されうる。
図16に示されるように、電流の転流は補助サイリスタ14n+1の点弧によって開始される。補助サイリスタ14n+1にかかる順電圧Vaux_thyristorが消滅すると、電圧がリアクトル7n+1に印加され、電流が初期の低い変化率(di/dt)で増加し始める。この電流は補助サイリスタ14n+1とコンデンサ12n+1を流れる。この電流はさらに増加して(定格機械巻線電流のほんの少しで)リアクトル7n+1が飽和し、電流変化率(di/dt)はリアクトルのインダクタンスが減少する結果として増加する。この電流が増加すると、サイリスタ1nから巻線タップnへの電流が減少する。コンデンサ12n+1を流れる電流によってコンデンサ電圧Vcapacitorは低下する。
図17に示されるように、コンデンサ12n+1を流れる電流によって、コンデンサ電圧Vcapacitorは最終的に反転し、それによって、サイリスタ1n+1は順バイアスされ、さらにダイオード13n+1を流れる電流は、関連するリアクトル7n+2の二次巻線に流れる。コンデンサ電圧Vcapacitorのこの反転は適当な制御手段(図示せず)によって検出され、この検出によってサイリスタ1n+1はゲート駆動されうる。したがって、サイリスタ14n+1は転流され、巻線電流はサイリスタ1n+1に移る。また、図18に示されるように、ダイオード13n+1とその関連リアクトル7n+2の電流は遮断される。図19に示されるように、サイリスタ1n+1を流れる電流が引き続き増加すると、最終的に巻線タップnと巻線タップn+1の間の固定子巻線コイルを流れる電流が反転することになる。図20に示されるように、この後にサイリスタ1nの逆回復が続く。
コイル電圧Vcoilは、ターンオフ時間(Tq)失敗を回避するためにサイリスタ1nが完全に回復するまでの十分な期間正のままでなければならない。サイリスタ1nの回復過程は可飽和リアクトル7nの存在によって支援され、電流がゼロに近づいてそのコアが非飽和になると、可飽和リアクトルのインダクタンスによってサイリスタ1nの電流変化率(di/dt)が減少する。サイリスタ波形は、図11〜13に示されるように、第1の電子整流子回路の波形に似ている。主な違いは、ターンオンする前のサイリスタ14n+1の瞬時逆バイアスである。
第2の電子整流子回路は、第1の電子整流子回路と同じ動作能力および特性を有する直流電気機械を提供する。
Claims (19)
- ブラシレス直流電気機械の固定子巻線用の電子整流子回路であって、前記固定子巻線はいくつかのコイルを有し、該コイルは同数の共通結合点(巻線タップn、巻線タップn+1)によって連結され、前記電子整流子回路は同数のスイッチングステージを備え、各スイッチングステージは前記共通結合点(巻線タップn、巻線タップn+1)のそれぞれ1つと第1および第2の直流端子(DC1、DC2)との間に接続されており電圧を前記固定子巻線に選択的に放電する容量性強制転流手段を含むことを特徴とする電子整流子回路。
- 各スイッチングステージは、
アノードが前記第1の直流端子(DC1)に接続された第1のサイリスタ(1)と、
カソードが前記第2の直流端子(DC2)に接続された第2のサイリスタ(4)と、
電圧を前記固定子巻線に選択的に放電するための前記共通結合点(巻線タップn)に接続された第1のコンデンサ(3)を含む前記第1のサイリスタ(1)に関連する第1の強制転流手段と、
電圧を前記固定子巻線に選択的に放電するための前記共通結合点(巻線タップn)に接続された第2のコンデンサ(6)を含む前記第2のサイリスタ(4)に関連する第2の強制転流手段と、
をさらに含む、請求項1に記載の電子整流子回路。
- 前記第1の強制転流手段は前記第1のサイリスタ(1)のカソードと前記共通結合点(巻線タップn)との間に接続された第1のダイオード(2)をさらに含み、前記第1のコンデンサ(3)は前記第1のダイオード(2)と並列に接続され、前記第2の強制転流手段は前記第2のサイリスタ(4)のアノードと前記共通結合点(巻線タップn)との間に接続された第2のダイオード(5)をさらに含み、前記第2のコンデンサ(6)は前記第2のダイオード(5)と並列に接続される、請求項2に記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの1つは、
前記第1のダイオード(2)のカソードと前記第2のダイオード(5)のアノードとに接続された第1の端子と、前記共通結合点(巻線タップn)に接続された第2の端子とを有する一次巻線(8)と、
前記一次巻線(8)に磁気的に結合された二次巻線(9)と、
を有する第1のリアクトル(7)をさらに備える、請求項3に記載の電子整流子回路。
- 前記第1のリアクトル(7)は前記直流電気機械の定格機械巻線電流のほんの少しで飽和するコアを含む、請求項4に記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの別の1つに関連する第1のダイオードのカソードと前記スイッチングステージの前記別の1つに関連する第2のダイオードのアノードとに接続された第1の端子と、前記スイッチングステージの前記別の1つに関連する前記共通結合点(巻線タップn+1)に接続された第2の端子とを備えた一次巻線(8n+1)と、
第1の端子と第2の端子とを備えた前記一次巻線(8n+1)に磁気的に結合される二次巻線(9n+1)であって、
該第1の端子は、
(i)前記スイッチングステージの前記1つの前記第1のダイオード(2)のカソードと、前記第1のリアクトル(7)の前記一次巻線(8)との間の接合点と、
(ii)前記スイッチングステージの前記1つの前記第2のダイオード(5)のアノードと、前記第1のリアクトル(7)の前記一次巻線(8)との間の接合点と、
に接続され、
該第2の端子は、
(i)第1のダイオード列または等価ダイオード(10)を介して前記第1のダイオード(2)のアノードと、
(ii)第2のダイオード列または等価ダイオード(11)を介して前記第2のダイオード(5)のカソードと、
に接続される前記二次巻線(9n+1)と、
を有する第2のリアクトル(7n+1)をさらに備える、請求項4または請求項5に記載の電子整流子回路。
- スイッチング電源(20)に接続された一次巻線(19)と該一次巻線(19)に磁気的に結合された二次巻線(9n+1)とを有するパルストランス(18)をさらに備え、前記二次巻線(9n+1)は前記第1のダイオード(2)のカソードと前記第2のダイオード(5)のアノードとに接続された第1の端子と、第1のダイオード列または等価ダイオード(10)を介して前記第1のダイオード(2)のアノードと第2のダイオード列または等価ダイオード(11)を介して前記第2のダイオード(5)のカソードとに接続された第2の端子とを有する、請求項4〜6のいずれかに記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの前記別の1つは前記第1のリアクトル(7)に関連する前記スイッチングステージの前記1つに隣接する、請求項6または請求項7に記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの前記別の1つに関連する前記第2のリアクトル(7n+1)と前記第1のリアクトル(7)とは整数個のスイッチングステージだけずらされる、請求項6または請求項7に記載の電子整流子回路。
- 前記第1の強制転流手段は、第1の補助サイリスタ(14)が前記第1のサイリスタ(1)と同じ極性を有するように、互いに直列に接続され、さらに第1のサイリスタ(1)に並列に接続された前記第1の補助サイリスタ(14)と第1のコンデンサ(12)とをさらに含み、前記第2の強制転流手段は、第2の補助サイリスタ(17)が前記第2のサイリスタ(4)と同じ極性を有するように、互いに直列に接続され、さらに前記第2のサイリスタ(4)に並列に接続された前記第2の補助サイリスタ(17)と第2のコンデン
サ(15)とをさらに含む、請求項2に記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの1つは第1のリアクトル(7)をさらに備え、
該第1のリアクトル(7)は、
前記第1のサイリスタ(1)のカソードと前記第2のサイリスタ(4)のアノードとに接続された第1の端子と、前記共通結合点(巻線タップn)に接続された第2の端子とを備えた一次巻線(8)と、
前記一次巻線(8)に磁気的に結合された二次巻線(9)と、
を有する、請求項10に記載の電子整流子回路。
- 前記第1のリアクトル(7)は前記直流電気機械の前記定格機械巻線電流のほんの少しで飽和するコアを含む、請求項10に記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの別の1つに関連する第1のサイリスタのカソードと前記スイッチングステージの前記別の1つに関連する第2のサイリスタのアノードとに接続された第1の端子と、前記スイッチングステージの前記別の1つに関連する前記共通結合点に接続された第2の端子とを備えた一次巻線(8n+1)と、
第1の端子と第2の端子とを備えた前記一次巻線(8n+1)に磁気的に結合された二次巻線(9n+1)であって、
該第1の端子は、
(i)前記スイッチングステージの前記1つの前記第1のサイリスタ(1)のカソードと、前記第1のリアクトル(7)の前記一次巻線(8)との間の接合点と、
(ii)前記スイッチングステージの前記1つの前記第2のサイリスタ(4)のアノードと前記第1のリアクトル(7)の前記一次巻線(8)との間の接合点と、
に接続され、
該第2の端子は、
(i)第1のダイオード列または等価ダイオード(13)を介して前記第1の補助サイリスタ(14)と前記第1のコンデンサ(12)との接合点と、
(ii)第2のダイオード列または等価ダイオード(16)を介して前記第2の補助サイリスタ(17)と前記第2のコンデンサ(15)との接合点と、
に接続される前記二次巻線(9n+1)と、
を有する第2のリアクトル(7n+1)をさらに備える、請求項11または請求項12に記載の電子整流子回路。
- スイッチング電源に接続された一次巻線と前記一次巻線に磁気的に結合された二次巻線とを有するパルストランスをさらに含み、前記二次巻線は前記第1のサイリスタのカソードと前記第2のサイリスタのアノードとに接続された第1の端子と、第1のダイオード列または等価ダイオードを介して前記第1の補助サイリスタと前記第1のコンデンサとの接合点と第2のダイオード列または等価ダイオードを介して前記第2の補助サイリスタと前記第2のコンデンサとの接合点とに接続された第2の端子とを有する、請求項11〜13のいずれかに記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの前記別の1つは前記第1のリアクトル(7)に関連する前記スイッチングステージの前記1つに隣接する、請求項13または請求項14に記載の電子整流子回路。
- 前記スイッチングステージの前記別の1つに関連する前記第2のリアクトル(7n+1)および前記第1のリアクトル(7)は整数個のスイッチングステージだけずらされる、請求項13または請求項14に記載の電子整流子回路。
- 前記第1および第2のコンデンサ(12、15)は少なくとも1台の直流的に絶縁された補助電源によって充電される、請求項2〜16のいずれかに記載の電子整流子回路。
- 回転子と、固定子と、いくつかのコイルであって同数の共通結合点によって連結されたコイルを有する固定子巻線と、請求項1〜17のいずれかの請求項に記載の電子整流子回路とを備えるブラシレス直流回転機械であって、前記電子整流子回路の各スイッチングステージは前記共通結合点のそれぞれの1つと第1および第2の直流端子との間に接続される、ブラシレス直流回転機械。
- トランスレータと、固定子と、いくつかのコイルであって同数の共通結合点によって連結されたコイルを有する固定子巻線と、請求項1〜17のいずれかに記載の電子整流子回路とを備える直流線形機械であって、前記電子整流子回路の各スイッチングステージは前記共通結合点のそれぞれの1つと第1および第2の直流端子との間に接続される、直流線形機械。
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