JP2011250679A

JP2011250679A - 点火パルスを分配するための手段、かかる点火パルスを分配するための手段を有する電力制御装置の制御のための回路配置、およびかかる回路配置で実施するための、電力制御装置による制御のための方法

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Publication number: JP2011250679A
Application number: JP2011115279A
Authority: JP
Inventors: Wallmeier Peter; ヴァルマイアー，ペーター; Paul Wolfgang; ポール，ヴォルフガング
Original assignee: AEG Power Solutions BV
Current assignee: AEG Power Solutions BV
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2011-12-08
Also published as: CA2739742A1; TW201211382A; CN102255553A; EP2388471A1; US8829867B2; US20110285371A1; KR20110128234A; RU2011120442A

Abstract

【課題】上述のタイプの回路配置、かかる回路配置のための構成要素、およびかかる構成要素、特に、点火パルス発生手段のよりよい利用とより高い分解能を実現する、回路配置を駆動するための方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、点火パルスを分配するための手段（１３）、かかる点火パルスを分配するための手段（１３）を有する電力制御装置の制御のための回路配置（１０）、およびかかる回路配置（１０）で実施するための、電力制御装置（２０）による制御のための方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、点火パルスを分配するための手段、かかる点火パルスを分配するための手段を有する電力制御装置の制御のための回路配置、およびかかる回路配置で実施するための、電力制御装置による制御のための方法に関する。

AEG Power Solutions B.V., AEG Power Solutions GmbH, AEG Power Supply Systems GmbHなどの実用新案公報および特許出願公開公報において、電力制御装置を有する給電装置であって、電圧制御としても記載される順次制御によって駆動される給電装置が知られる。非特許文献１にはこのような給電装置が記載されている。

順次制御によって駆動される電力制御装置を有する給電装置の場合、二次側に複数のタップを備えた変圧器が通常設けられる。これらのタップのそれぞれは、電力制御装置の入力部と結合される。電力制御装置の出力部は、バスバーに共に集められる。バスバーは、給電装置の出力部と結合される。給電装置の出力部と基準電位との間では電圧が低下し、少なくとも１つの、多くの場合、２つの電力制御装置によって有効値が調整される。

１つの位相断面を通して、電圧の実効値は各電力制御装置の出力部において調整される。電力制御装置の入力部と変圧器の種々の二次側タップと結合に基づき、電力制御装置の出力部で予め準備可能な最大電圧の有効値が区別される。変圧器の、最大電圧が供給される変圧器のタップと入力部が結合される電力制御装置によって、０Ｖから最大電圧の全電圧範囲において電圧を調整することが理論的には可能である。実際にはいずれにせよ難題にぶつかる。強い調波につながる高い電圧上昇が維持され、これが給電装置の力率を低下させる。このような理由から、変圧器の２つのタップの電圧レベル間の１つの電圧を調整するための順次制御の場合、一方の電力制御装置は、配電網電圧が完全半波長の間は結合され、制御角に対応して他方の電力制御装置は位相制御によって駆動される。したがって、このような電力供給では、２つの電力制御装置を稼働させることがしばしばである。

これまでに知られる給電装置の場合、各電力制御装置には、点火パルス発生手段が設けられている。各点火パルス発生手段は、制御および／または調整手段と結合されている。制御および／または調整手段では、給電装置の出力部における所望の電圧に応じて、電圧を調整するためには、電力制御装置のどれを駆動させねばならないかを算出する。この場合、より高い電位と入力側で結合される電力制御装置が調整せねばならない制御角も算出される。

順次制御において駆動される電力制御装置であって、通常は２つだけが駆動される電力制御装置を有する給電装置の場合、このような給電装置の運転中は、多くの構成要素、特に、多くの点火パルス発生手段は利用されない。

制御および／または調整手段と点火パルス発生手段との間の結合は、バスを介して行われる。よく使用されるバスは、１６ビットのバンド幅を有する、すなわち、１６ビットの幅でデータエレメントを伝送することが可能である。バスを介して送られるデータエレメントによって、２^１６の種々の状態を示すこと、または、よく言われるように、アドレスすることが可能である。これは、過去においては、給電装置の各電力制御装置に、アドレス可能な空間のセクションが割り当てられるように利用された。アドレス可能な空間の１つのセクションにおける各状態に、さらに制御角が割り当てられた。データエレメントが、制御および／または調整手段からバスに与えられると、同時に、全電力制御装置のために、それらにおいて調整されるべき制御角がバスに与えられた。各点火パルス発生手段においては、それよりもあとにオンとなる電力制御装置の制御角に対する情報を有するデータエレメントのセクションが有効に利用された。

このような制御角情報の伝送方法は、たとえば、１６ビットのエレメント幅の場合、総計６５５３６の状態を示すことが可能となる。４つの電力制御装置を有する給電装置において、各電力制御装置には４ビットのセクションが割り当てられる。各電力制御装置には、２^４＝１６の状態を配分することが可能である。調整可能な制御角が、０〜１８０°の間にある場合、１８１°：１６＝１１.３１３°の分解能が可能である。この分解能は、より大きくより現実的なエレメント幅の場合もっと良くなる。例は、この分解能をどのように算出することが可能であるかを示している。

給電装置がもっと多くの電力制御装置を有している場合には、分解能はもっと悪くなる。大きな電圧上昇を調整すべき場合、多数の電力制御装置を必要とすることがあり得る。また多数の電力制御装置は、力率を増加させるべき場合には利点がある。個々の電力制御装置から生じる電圧上昇は、多数の電力制御装置を介して低下させることが可能である。各電力制御装置にカバーされない電圧範囲が小さくなればなるほど、調和振動の割合が小さくなる。

G. K. Dubey, S. R. Doradla, A. Joshi, R. M. K. Sinha, "Thyristorized Power Controllers", ISBN 978-0-85226-190-3

ここで、本発明が提供される。
本発明は、上述のタイプの回路配置、かかる回路配置のための構成要素、およびかかる構成要素、特に、点火パルス発生手段のよりよい利用とより高い分解能を実現する、回路配置を駆動するための方法を提供することを課題とする。

本発明が基礎とする課題は、まず、回路配置のための新しい構成によって達成される。発明に従えば、点火パルスを分配するための手段が提案される。点火パルス分配手段は、少なくとも１つの点火パルス発生手段によって発生される点火パルスを給電装置の電力制御装置に分配するという機能を有する。このために、発明に従った点火パルス分配手段は、
少なくとも１つの点火パルス発生手段との結合のための少なくとも２つの入力部と、
制御および／または調整手段との結合のための結合ポイントと、
電力制御装置との結合のための少なくとも３つの出力部とを含み、
点火パルス分配手段は、結合ポイントにある少なくとも１つの選択情報に依存して、３つの出力部の内の１つと、前記少なくとも２つの入力部のそれぞれとを結合するための制御可能な要素を有している。

発明に従った点火パルス分配手段は、電力制御装置の順次制御のための発明に従った回路配置に組み込まれ、
発明に従った回路配置は制御および／または調整手段を有し、制御および／または調整手段は少なくとも１つの結合ポイントを有し、該結合ポイントにおいて選択情報と制御角情報とは予め準備可能であって、電力制御装置のうちの１つがどの制御角によって駆動されるべきであるかを制御角情報は示し、選択情報は、どの電力制御装置がその制御角で駆動されるべきであるかを示し、
少なくとも１つの点火パルス発生手段が設けられ、該点火パルス発生手段は、結合ポイントを有し、その結合ポイントを介して、制御角情報の少なくとも１つが点火パルス発生手段内に読み取り可能であって、および該点火パルス発生手段は少なくとも１つの出力部を有し、該出力部において、該少なくとも１つの制御角情報に対応して点火パルスを予め準備することが可能である。

発明に従った回路配置の場合、回路配置を越えて制御可能な電力制御装置には、点火パルス発生手段は設けられていない。点火パルス発生手段の数は、回路配置に接続され得る電力制御装置の数よりも少ない。少しの点火パルス発生手段によって発生された点火パルスは、発明に従った点火パルス分配手段によって電力制御装置に分配される。どの電力制御装置に、点火パルス発生手段によって発生された点火パルスが与えられるかは、点火パルス分配手段の結合ポイントにある、制御および／または調整手段によって作成される選択情報から示される。

発明に従った回路配置は、発明に従えば、一方では点火パルス分配手段に、および他方では少なくとも１つの点火パルス発生手段に与えられる選択情報および制御情報がデータエレメントがコード化されるように駆動されることが可能である。選択情報のコード化のためには、非常にわずかの幅を有するデータエレメントのセクションが必要である。４つの電力制御装置との結合のために発明に従った１つの回路配置が設けられる場合、選択情報がコード化されるセクションは、２ビットの幅を有する。１６ビットのデータエレメントの内、制御角情報用１４ビットはそのままである。通常は電力制御装置は２つだけが同時に駆動されるので、制御角情報は２つだけは伝送されねばならない。２つの制御角情報のそれぞれの伝送のために、７ビットが残っている。この７ビットで、１２８の状態を示すことが可能である。これは１８１°：１２８＝１．４１４の分解能につながる。伝送されるべきデータエレメントのエレメント長が同じで、電力制御装置の数が同じである場合、明らかにより大きな分解能、すなわち明らかにより微細な電力制御装置の調整が達成される。

発明に従った点火パルス分配手段の制御可能な要素は、結合のために、制御可能なスイッチ、特にトランジスタを有してもよい。発明に従った、点火パルス分配手段は、スイッチ回路を有し、該スイッチ回路は、結合ポイントと結合用要素の制御端子とに結合される。１つの統合されたスイッチ回路であってもよいスイッチ回路は、制御されるスイッチ要素の制御のための信号に選択情報を変換するためであってもよい。

発明に従ったスイッチ回路の制御および／または調整手段によって、多くとも２つの電力制御装置の選択が可能であって、その選択は、選択情報として結合ポイントで予め準備可能である。さらにまた、制御および／または調整手段によって、多くとも２つの制御角を定めることが可能であり、それらの制御角は、制御角情報として結合ポイントにおいて予め準備される。点火パルス発生手段は少なくとも２つの出力部を有し、該出力部において、双方の制御角情報に応じて、点火パルスが予め準備される。それぞれ１つの出力部を有する２つの点火パルス発生手段を設けてもよい。

発明に従った回路配置の、制御および／または調整手段、点火パルス発生手段、および点火パルス分配手段の結合ポイントは、バスを介して互いに結合してもよい。バスはIEC 61158 ないしは IEC 61784に従ったバスとすればよい（PROFIBUS：プロセスフィールドバス）。

さらに詳しくは、本発明は、少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）によって発生される点火パルスを分配するための手段（１３）であって、
少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）との結合のための少なくとも２つの入力部（１３１）と、
制御および／または調整手段（１１）との結合のための結合ポイント（１３３）と、
電力制御装置（２０）との結合のための少なくとも３つの出力部（１３２）とを含み、
点火パルス分配手段（１３）は、結合ポイント（１３３）にある少なくとも１つの選択情報に依存して、３つの出力部（１３２）の内の１つと、前記少なくとも２つの入力部（１３１）のそれぞれとを結合するための制御可能な要素を有していることを特徴とする、点火パルス分配手段（１３）である。

また本発明において、前記結合するための制御可能な要素は、制御可能なスイッチ、特にトランジスタであることを特徴とする。

また本発明において、前記点火パルス分配手段（１３）は、スイッチ回路を有し、該スイッチ回路は、結合ポイント（１３３）と結合用要素の制御端子とに結合されることを特徴とする。

また本発明は、電力制御装置（２０）の順次制御のための回路配置（１０）であって、
制御および／または調整手段（１１）を有し、制御および／または調整手段（１１）は少なくとも１つの結合ポイント（１１１）を有し、該結合ポイントにおいて選択情報と制御角情報とは予め準備可能であって、電力制御装置（２０）のうちの１つがどの制御角によって駆動されるべきであるかを制御角情報は示し、選択情報は、どの電力制御装置（２０）がその制御角で駆動されるべきであるかを示し、
少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）が設けられ、該点火パルス発生手段（１２）は、結合ポイント（１２１）を有し、その結合ポイントを介して、制御角情報の少なくとも１つが点火パルス発生手段（１２）内に読み取り可能であって、および該点火パルス発生手段は少なくとも１つの出力部（１２２）を有し、該出力部において、該少なくとも１つの制御角情報に対応して点火パルスを予め準備することが可能である、回路配置（１０）において、
前記回路配置（１０）は、上述の点火パルス分配手段（１３）を有することを特徴とする、回路配置（１０）である。

また本発明において、制御および／または調整手段（１１）によって、多くとも２つの電力制御装置を選択することが可能であって、該選択は、選択情報として結合ポイント（１１１）に予め準備可能であることを特徴とする。

また本発明において、制御および／または調整手段（１１）によって、多くとも２つの制御角を定めることが可能であって、該角は、制御角情報として結合ポイント（１１１）に予め準備可能であることを特徴とする。

また本発明において、点火パルス発生手段（１２）が２つの出力部（１２２）を有し、該出力部にて２つの制御情報に対応して点火パルスが予め準備されることを特徴とする。

また本発明において、制御および／または調整手段（１１）、少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）、点火パルス分配手段（１３）の結合ポイント（１１１，１２１，１３３）がバス（１４）を介して互いに結合されることを特徴とする。

また本発明は、上述の回路配置（１０）によって行われる方法であることを特徴とする、電力制御装置（２０）の順次制御方法である。

また本発明において、制御および／または調整手段（１１）からの選択情報と制御角情報とは、１つのデータエレメントで、結合ポイント（１１１）を経て、バス（１４）に付与され、かかるデータエレメントは、選択情報のための第１のセクションと、制御情報のための第２のセクションを有することを特徴とする。

発明に従った回路配置のさらなる特徴と利点は、発明の実施形態の説明から明らかになるであろう。実施形態は図に示されている。

発明に従った回路配置を有する給電装置の概略回路図である。

図１に示された発明に従った給電装置は、発明に従った回路配置１０に加えて、一連の電力制御装置２０を含み、これらの電力制御装置２０は、回路配置１０によってガイドされる。電力制御装置２０は、変圧器３０の２次側タップと結合される入力部２２を有する。変圧器３０の1次側は、交流配電網と結合されている。電力制御装置２０は、さらにまた、バスバー４０に共に導かれる。バスバー４０は、給電装置の出力部５０の端子５１と結合される。給電装置の出力部５０の第２の端子５２は、変圧器３０の２次側タップと結合され、この２次側タップは、給電装置の基準電位にある。

電力制御装置２０は、知られた方法で順次制御において駆動される。発明に従った回路配置１０は、順次制御の電力制御装置２０を駆動するために設けられる。各電力制御装置は、制御端子２１を有し、該ゲート端末２１は発明に従った回路配置２１と結合される。制御端子２１を介して点火パルスが電力制御装置２０に付与される。

点火パルスは発明に従った回路配置１０において発生される。点火パルスが出力される時点と、点火パルスが付与される電力制御装置２０とは、発明に従った回路配置１０の制御および／または調整手段１１を介して設定される。点火パルスが出力される時点は、制御角を介して決定され、制御角は、制御および／または調整手段１１において測定される。順次制御の場合、通常、最大２つの電力制御装置２０が稼働されるので、同時に２つの制御角を決定することだけが必要である。この２つの制御角が、制御角情報にコード化される。点火パルスが付与される電力制御装置２０は、制御および／または調整手段１１を介して選択され、選択情報にコード化される。選択情報と制御角情報とは、１つのデータエレメントにまとめられる。データエレメントの第１のセクションは、選択情報を含み、データエレメントの第２のセクションは制御角情報を含む。制御および／または調整手段１１は、結合ポイント１１１を介してバス１４と結合される。データエレメントはバス１４を介して送信される。

制御および／または調整手段１１の結合ポイント１１１に対する結合部に加えて、バス１４は、２つの点火パルス発生手段１２の結合ポイント１２１に対する結合部と、１つの点火パルス分配手段１３の結合ポイント１３３に対する結合部とを有している。

点火パルス発生手段１２において、バス１４を介して伝送されるデータエレメントに含まれる両制御角情報が復号化され、制御および／または調整手段１１によって選択される電力制御装置２０の点火のために用意される点火パルスに変換される。この点火パルスは、点火パルス発生手段１２の出力部１２２にて予め準備され、ライン１５を介して、入力部１３１を経て点火パルス分配手段１３に付与される。

点火パルス分配手段１３は、入力部１３１に加えて、さらに、電力制御装置２０の制御端子２１に、制御ライン１６によって結合される出力部を有する。入力部１３１の出力部１３２の１つとの結合を介して、入力部１３１にある点火パルスが出力部１３２に導かれ、次いでこの出力部１３２と結合される制御ライン１６によって、この制御ライン１６と結合される電力制御装置２０に導かれる。

点火パルス分配手段１３においては、点火パルス分配素子（図示せず）が設けられる。これは制御可能なスイッチ手段、たとえばトランジスタによって準備される。制御される点火パルス分配素子が点火パルスを出力部１３２に分配するように、点火パルス分配手段１３が、バス１４と結合される結合ポイント１３３を介して、バス１４に伝送されたデータエレメントから除去することが可能な選択情報から生じる。点火パルス分配手段１３は、データエレメントにコード化された選択情報を復号化することが可能であり、選択情報に応じて、入力部１３１は、出力部１３２と結合することが可能である。そこに設けられるスイッチ要素は、閉、または開に合わせて制御され、それによって、入力部１３１と出力部１３２との間の結合がオン・オフされる。各入力部１３１は、制御可能なスイッチ要素を介して、各出力部と結合可能である。

Claims

少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）によって発生される点火パルスを分配するための手段（１３）であって、
少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）との結合のための少なくとも２つの入力部（１３１）と、
制御および／または調整手段（１１）との結合のための結合ポイント（１３３）と、
電力制御装置（２０）との結合のための少なくとも３つの出力部（１３２）とを含み、
点火パルス分配手段（１３）は、結合ポイント（１３３）にある少なくとも１つの選択情報に依存して、３つの出力部（１３２）の内の１つと、前記少なくとも２つの入力部（１３１）のそれぞれとを結合するための制御可能な要素を有していることを特徴とする、点火パルス分配手段（１３）。
前記結合するための制御可能な要素は、制御可能なスイッチ、特にトランジスタであることを特徴とする、請求項１に記載の点火パルス分配手段（１３）。
前記点火パルス分配手段（１３）は、スイッチ回路を有し、該スイッチ回路は、結合ポイント（１３３）と結合用要素の制御端子とに結合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の点火パルス分配手段（１３）。
電力制御装置（２０）の順次制御のための回路配置（１０）であって、
制御および／または調整手段（１１）を有し、制御および／または調整手段（１１）は少なくとも１つの結合ポイント（１１１）を有し、該結合ポイントにおいて選択情報と制御角情報とは予め準備可能であって、電力制御装置（２０）のうちの１つがどの制御角によって駆動されるべきであるかを制御角情報は示し、選択情報は、どの電力制御装置（２０）がその制御角で駆動されるべきであるかを示し、
少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）が設けられ、該点火パルス発生手段（１２）は、結合ポイント（１２１）を有し、その結合ポイントを介して、制御角情報の少なくとも１つが点火パルス発生手段（１２）内に読み取り可能であって、および該点火パルス発生手段は少なくとも１つの出力部（１２２）を有し、該出力部において、該少なくとも１つの制御角情報に対応して点火パルスを予め準備することが可能である、回路配置（１０）において、
前記回路配置（１０）は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の点火パルス分配手段（１３）を有することを特徴とする、回路配置（１０）。
制御および／または調整手段（１１）によって、多くとも２つの電力制御装置を選択することが可能であって、該選択は、選択情報として結合ポイント（１１１）に予め準備可能であることを特徴とする、請求項４に記載の回路配置（１０）。
制御および／または調整手段（１１）によって、多くとも２つの制御角を定めることが可能であって、該角は、制御角情報として結合ポイント（１１１）に予め準備可能であることを特徴とする、請求項５に記載の回路配置（１０）。
点火パルス発生手段（１２）が２つの出力部（１２２）を有し、該出力部にて２つの制御情報に対応して点火パルスが予め準備されることを特徴とする、請求項６に記載の回路配置（１０）。
制御および／または調整手段（１１）、少なくとも１つの点火パルス発生手段（１２）、点火パルス分配手段（１３）の結合ポイント（１１１，１２１，１３３）がバス（１４）を介して互いに結合されることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項に記載の回路配置（１０）。
請求項４〜８のいずれか１項に記載の回路配置（１０）によって行われる方法であることを特徴とする、電力制御装置（２０）の順次制御方法。
制御および／または調整手段（１１）からの選択情報と制御角情報とは、１つのデータエレメントで、結合ポイント（１１１）を経て、バス（１４）に付与され、かかるデータエレメントは、選択情報のための第１のセクションと、制御情報のための第２のセクションを有することを特徴とする、請求項９に記載の方法。