JP2540945B2 - 静止形電力変換装置のディジタル位相制御装置 - Google Patents

静止形電力変換装置のディジタル位相制御装置

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JP2540945B2 JP1164988A JP16498889A JP2540945B2 JP 2540945 B2 JP2540945 B2 JP 2540945B2 JP 1164988 A JP1164988 A JP 1164988A JP 16498889 A JP16498889 A JP 16498889A JP 2540945 B2 JP2540945 B2 JP 2540945B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサイリスタ等のスイッチング素子の位相制御
により電力変換を行う静止形電力変換装置のディジタル
位相制御装置に関する。
〔従来の技術〕
サイリスタ等のスイッチング素子の位相制御により電
力変換を行う静止形電力変換装置として単相サイリスタ
電力変換装置の場合を例として述べる。第3図の回路図
では、4個のサイリスタU,V,X,Yがブリッジに接続さ
れ、R,Sは交流入力端子、P,Nは直流出力端子、10は交流
入力側のしや断器である。各サイリスタU,V,X,Yのゲー
トには所定の位相角の位相制御パルスが入力され、これ
によって、交流電圧を可変の直流電圧に変換する。この
位相制御パルスの制御装置としてはアナログ形とディジ
タル形があるが、本発明はディジタル形に関するもので
あるので以下にディジタル形の位相制御装置の従来例に
ついて述べる。
第3図の11は交流入力電圧と同相の信号用電圧を得る
ための電圧変成器であり、本例では交流入力電源の正相
及び負相の電圧と同相の信号用電圧Vs(以下同期信号電
圧と称する)を中性点の電圧端子Kを基準として電圧端
子J及びLに出力する。
この種のディジタル位相制御装置では、位相制御パル
スの位相角は交流入力電源の各サイクルごとに指令され
るが、実際の制御では位相制御の精度をあげるために、
この位相角の指令値とその時点における位相角の実際値
とから、前回に出力された位相制御パルス(以下前回位
相制御パルスと称する)から今回出力する位相制御パル
ス(以下今回位相制御パルスと称する)までのパルス間
隔を指令値として出力し、位相角指令値を位相角実際値
で補正しつつ位相制御を行っている。以下に、その詳細
を述べる。
同期信号電圧Vsの正相及び負相の電圧端子J及びLに
各々波形整形回路1が接続され、中性点の電圧端子Kは
接地されている。波形整形回路1は入力の電圧が正の期
間のみ矩形波電圧を発生し、その各出力1a及び1bは同期
信号パルスと称される。この同期信号パルス1a及び1bは
位相角カウンタ2に入力される。位相角カウンタ2は位
相制御パルスVpの位相角の実際値を計測するためのもの
であって、前記の周期信号パルス1aあるいは1bの立上り
ごとにリセットされ、交流入力電圧の零点からの経過時
間、すなわち位相角をカウントする。この位相角カウン
タ2はエンドレスカウンタであり入力の同期信号パルス
が欠除してリセットがかからずカウンタがオーバーフロ
ーすれば再び始めよりカウントを繰り返し、何時でもリ
セットに応じられるようになっている。このカウントの
基準となるクロックパルス3aはマイクロプロセツサ3か
ら出力される。パルス間隔カウンタ6は前回位相制御パ
ルスから今回位相制御パルスまでのパルス間隔の実際値
を計測するためのものであって、前回位相制御パルスの
出力時点からの経過時間をカウントする。このカウント
の基準となるクロックパルス3aは、同様、マイクロプロ
セツサ3から出力される。4は比較器で、マイクロプロ
セツサ3から出力され前回位相制御パルスから今回位相
制御パルスまでのパルス間隔を指令するパルス間隔指令
値Cと、パルス間隔カウンタ6によって計測された前回
位相制御パルス出力時点からの経過時間であるパルス間
隔カウント値Dとを比較し、一致した時にマイクロプロ
セツサ3に割込信号4aを出力する。マイクロプロセツサ
3では、この割込信号4aを受けて位相制御パルスVpを所
定のサイリスタのゲートに出力する。比較器4は、同時
に、リセット信号4bをパルス間隔カウンタ6に出力して
このカウンタをリセットする。パルス間隔カウンタ6は
再びこの位相制御パルスの出力時点からの経過時間のカ
ウントを始める。マイクロプロセツサ3は、位相制御パ
ルスVpの出力と同時に、位相角カウンタ2から出力され
た位相角カウント値Bから位相角の実際値を読みこむ。
第4図は前述の制御動作を時間を横軸として示したもの
で、波形図(1)は電圧変成器の正相及び負相の同期信
号電圧Vs、(2)は波形整形回路1の正相側1a及び負相
側1bの同期信号パルス、(3)は位相角カウンタ2の正
相側及び負相側の位相角カウント値B、(4)は位相制
御パルスVpを示している。第4図でα(n) は今回位相
制御パルスの位相角指令値、α(n-1) は前回位相制御
パルスの位相角指令値、α(n+1) は次に出すべき位相
制御パルス(以下次回位相制御パルスと称する)の位相
角指令値、αist(n)は今回位相制御パルスの位相角実際
値、αist(n-1)は前回位相制御パルスの位相角実際値、
△α(n) は前回位相制御パルスから今回位相制御パル
スまでのパルス間隔指令値、△α(n+1) は今回制御パ
ルスから次回位相制御パルスまでのパルス間隔指令値で
ある。パルス間隔指令値は、前述のように、マイクロプ
ロセツサ3によって位相角指令値と位相角カウント値よ
り求められる位相角実際値とから(1)式によって演算
される。
△α(n) =α(n+1) −αist(n)+180 …………………
(1) ここで △α(n) :前回位相制御パルスから今回位相制御パル
スまでのパルス間隔指令値 α(n+1) :次回位相制御パルスの位相角指令値 αist(n):今回位相制御パルスの位相角実際値 単位は電気角(度)とする。
(1)式によって明らかなように次回位相制御パルス
の位相角指令値α(n+1) から今回位相制御パルスの位
相角実際値αist(n)を差引くことにより位相角実際値で
位相角指令値を補正し精度の高い位相制御となってい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら前述の静止形電力変換器のディジタル形
位相制御装置においては、交流入力電源異常により周期
信号電圧が消失した場合誤制御を防止するためこの時点
で位相制御装置の運転を停止している。このため、交流
入力電源が正常に戻った時点で再び位相制御装置の運転
を行うためのリセットの手順が必要で再運転に時間を要
した。また交流入力電源の異常を同期信号電圧で検出し
ているので、電源の電圧損失、欠相などの電源そのもの
の異常と交流入力側しや断器のしや断のために生ずる電
圧消失との判別ができずこのために一律に位相制御装置
を停止していた。
本発明の課題は、瞬時の電源異常に対しては運転を停
止することなく位相制御動作を続行し、かつ、交流入力
側のしや断器のしや断時には、自動的に待機状態とな
り、次に、このしゃ断器が投入の際は、直ちに、位相制
御動作を再開するようにした静止形電力変換装置のディ
ジタル形位相制御装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
交流入力電圧と同相の同期信号電圧を出力する電圧変
成器と、前記同期信号電圧を入力し、この入力の電圧が
正の期間のみ矩形波の同期信号パルスを出力する波形整
形回路と、前記同期信号パルスの立ち上がりごとにリセ
ットされ、前記交流入力電圧の零点からの経過時間をカ
ウントし位相角カウント値として出力するとともにリセ
ットがかからなければオーバーフローして再び始めから
カウントを繰り返す位相角カウンタと、前記位相角カウ
ント値及び別途設定される位相制御パルスの位相角指令
が入力され、この位相角指令及び前記位相角カウント値
から求められる位相角実際値から演算しパルス間隔指令
値を出力するマイクロプロセッサと、このマイクロプロ
セッサに接続され、前記位相制御パルスの出力時点から
の経過時間をパルス間隔カウント値として出力するパル
ス間隔カウンタと、このパルス間隔カウンタおよび前記
マイクロプロセッサに接続され、前記パルス間隔カウン
ト値と前記パルス間隔カウント値とを比較しその値が一
致したときにこのマイクロプロセッサに割り込み信号を
出力する比較器とを備え、前記マイクロプロセッサはこ
の割り込み信号を受けると位相制御パルスを出力する静
止形電力変換装置のディジタル位相制御装置において、
交流入力のしゃ断器にその開閉状態を検出する開閉検出
手段を設け、前記交流入力側のしゃ断器が閉の条件で、
かつ、同期信号電圧が消失して位相角実際値が計測不能
となった場合には、位相角指令値を位相角実際値とみな
して制御し、また、前記交流入力側のしゃ断器が開の条
件では、前記位相角カウンタにリセットをかけずに制御
するものとする。
〔作用〕
交流入力電源が正常、すなわち、同期信号電圧が正常
のときには、位相制御パルスの位相角指令値と位相角実
際値とは大略等しい。
本発明の静止形電力変換装置のディジタル位相制御装
置においては、この位相制御装置のマイクロプロセツサ
に位相角実際値を位相角指令値で置き換える位相角置換
手段を備え、交流入力電源が異常で同期信号電圧が消失
しこのため計測不能となった位相角実際値を、前述のよ
うに大略等しい位相角指令値で置き換えて演算し、パル
ス間隔指令値が出力でき、多少位相制御の精度は下がる
が、運転を停止することなく位相制御が続行できる。ま
た、交流入力側のしや断器にその開閉検出回路を設け、
同期信号電圧の消失が交流入力電源そのものの異常か、
しや断器のしや断によるものかが検出できる。瞬時の電
源異常に対いては運転を停止することなく位相制御を続
行し、しや断器のしや断時は位相角カウンタがリセット
がかからずカウンタがオーバフローすれば再び始めから
カウントを繰り返す待機状態となり次にしや断器投入時
に直ちに位相制御動作を再開し運転に入ることができ
る。
〔実施例〕
サイリスタ等のスイッチング素子の位相制御により電
力変換を行う静止形電力変換装置として、単相サイリス
タ電力変換装置の場合のディジタル形位相制御装置の一
実施例について述べる。
第1図はその回路を示し第3図と対応している。同図
で4個のサイリスタU,V,X,Yが全波整流ブリッジに接続
され、R,Sは交流入力端子、P,Nは直流出力端子、10は交
流入力側のしや断器である。各サイリスタU,V,X,Yのゲ
ートには所定の位相制御パルスが入力されこれによって
交流電圧を可変の直流電圧に変換する。5はしゃ断器10
の開閉検出回路である。以下、第3図に示した従来例と
同様の機能を有するものには同一の符号を付してその説
明を省略する。
7はマイクロプロセツサ3内に設けられた位相角置換
手段であって、位相角実際値を位相角指令値で置き換え
る機能を有している。以下に位相角置換手段7を使用し
た本発明の制御動作について述べる。交流入力電源が正
常、すなわち、同期信号電圧Vsが正常のときは位相制御
パルスVpの位相角指令値と位相角実際値は大略等しい。
交流入力電源が異常で同期信号電圧Vsが消失すると位相
角実際値は計測できなくなる。この場合に、位相角置換
手段7により計測不能となった位相角実際値〔(1)式
においてαist(n)〕に置き換えて大略等しい位相角指令
値〔(1)式においてα 〕から演算してパルス間隔
指令値〔(1)式において▲△α* n▼〕を出力し、多
少、位相制御の精度は下がるが、運転を停止することな
く位相制御が続行できる。また、交流入力電源が正常に
復帰すれば再び前記位相角指令値を位相角実際値に置き
換え正常運転に復帰する。従って、交流入力電源の瞬時
の異常に対しては電力変換装置の運転は停止することは
ない。なお、長期の異常で保護リレーが動作し交流入力
側のしや断器10がしや断される時は勿論運転は停止され
る。
また、交流入力電源が正常であって、交流入力側のし
や断器10のしや断により交流入力電圧が消失し、このた
め同期信号電圧Vsが消失した場合は、しや断器10に設け
られた開閉検出回路5によりしや断器の開を確認しこの
位相制御装置は位相角実際値〔αist(n)〕を位相角指示
値〔α 〕に置き換えることなく待機状態となり、次
に、しや断器が投入された時しや断器の閉を確認し位相
制御を再開する。第2図はこの動作を時間を横軸として
示したもので、波形図(1)はしや断器開閉検出回路5
の開閉検出信号5aであり、出力ONの時は閉、出力OFFの
時は開である。(2)は同期信号電圧Vsで開閉検出信号
5aが開の場合零となる。(3)は同期信号パルスの正相
側1a,負相側1bを、(4)はカウンタ2の正相側及び負
相側の位相角カウント値Bを示している。開閉検出信号
5aが閉の場合の動作は第4図の動作と同じであるが、開
閉検出信号5aが開の場合は同期信号パルス1a,1bは消失
し位相角カウンタ2にはリセット信号が入力されず、カ
ウンタがオーバフローすれば再び始めよりカウントを繰
り返して何時でもリセットに応じられるようになってい
る。開閉検出信号5aが開から閉に切り換えると、すなわ
ち、しや断器が投入されると位相カウンタ2にリセット
がかかり位相制御動作は再開し、サイリスタ変換装置は
運転が開始される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、交流入力電源の異常により同期信号
電圧が消失し、このため、計測不能となった位相角実際
値を大略等しい位相角指令値で置き換えて演算しパルス
間隔指令値を出力して位相制御パルスを出力するように
したので、従来、交流入力電源の異常の場合、その都度
運転を停止していたものが、瞬時の電源異常のときは連
続して運転することが可能となり運転効率を上げること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の静止形電力変換装置のディジタル位相
制御装置の一実施例を示す回路図、第2図は第1図の回
路図で交流入力側のしや断器が開における条件における
制御動作の説明図、第3図は従来の静止形電力変換装置
のディジタル位相制御装置の一例の回路図、第4図は従
来の静止形電力変換装置のディジタル位相制御装置の制
御動作の説明図である。 1……波形整形回路、1a……同期信号パルス(正相
側)、1b……同期信号パルス(負相側)、2……位相カ
ウンタ、3……マイクロプロセツサ、4……比較器、4a
……割込信号、5……開閉検出回路、6……パルス間隔
カウンタ、7……位相角置換手段、10……しや断器、11
……電圧変成器、A……位相角指令値、B……位相角カ
ウント値、C……パルス間隔指令値、D……パルス間隔
カウント値、R,S……交流入力端子、Vs……同期信号電
圧。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流入力電圧と同相の同期信号電圧を出力
    する電圧変成器と、 前記同期信号電圧を入力し、この入力の電圧が正の期間
    のみ矩形波の同期信号パルスを出力する波形整形回路
    と、 前記同期信号パルスの立ち上がりごとにリセットされ、
    前記交流入力電圧の零点からの経過時間をカウントし位
    相角カウント値として出力するとともにリセットがかか
    らなければオーバーフローして再び始めからカウントを
    繰り返す位相角カウンタと、 前記位相角カウント値及び別途設定される位相制御パル
    スの位相角指令が入力され、この位相角指令及び前記位
    相角カウント値から求められる位相角実際値から演算し
    パルス間隔指令値を出力するマイクロプロセッサと、 このマイクロプロセッサに接続され、前記位相制御パル
    スの出力時点からの経過時間をパルス間隔カウント値と
    して出力するパルス間隔カウンタと、 このパルス間隔カウンタおよび前記マイクロプロセッサ
    に接続され、前記パルス間隔カウント値と前記パルス間
    隔カウント値とを比較しその値が一致したときにこのマ
    イクロプロセッサに割り込み信号を出力する比較器とを
    備え、 前記マイクロプロセッサはこの割り込み信号を受けると
    位相制御パルスを出力する静止形電力変換装置のディジ
    タル位相制御装置において、 交流入力のしゃ断器にその開閉状態を検出する開閉検出
    手段を設け、 前記交流入力側のしゃ断器が閉の条件で、かつ、同期信
    号電圧が消失して位相角実際値が計測不能となった場合
    には、位相角指令値を位相角実際値とみなして制御する
    ことを特徴とする静止形電力変換装置のディジタル位相
    制御装置。
  2. 【請求項2】交流入力電圧と同相の同期信号電圧を出力
    する電圧変成器と、 前記同期信号電圧を入力し、この入力の電圧が正の期間
    のみ矩形波の同期信号パルスを出力する波形整形回路
    と、 前記同期信号パルスの立ち上がりごとにリセットされ、
    前記交流入力電圧の零点からの経過時間をカウントし位
    相角カウント値として出力するとともにリセットがかか
    らなければオーバーフローして再び始めからカウントを
    繰り返す位相角カウンタと、 前記位相角カウント値及び別途設定される位相制御パル
    スの位相角指令が入力され、この位相角指令及び前記位
    相角カウント値から求められる位相角実際値から演算し
    パルス間隔指令値を出力するマイクロプロセッサと、 このマイクロプロセッサに接続され、前記位相制御パル
    スの出力時点からの経過時間をパルス間隔カウント値と
    して出力するパルス間隔カウンタと、 このパルス間隔カウンタおよび前記マイクロプロセッサ
    に接続され、前記パルス間隔カウント値と前記パルス間
    隔カウント値とを比較しその値が一致したときにこのマ
    イクロプロセッサに割り込み信号を出力する比較器とを
    備え、 前記マイクロプロセッサはこの割り込み信号を受けると
    位相制御パルスを出力する静止形電力変換装置のディジ
    タル位相制御装置において、 交流入力のしゃ断器にその開閉状態を検出する開閉検出
    手段を設け、 前記交流入力側のしゃ断器が開の条件では、前記位相角
    カウンタにリセットをかけずに制御することを特徴とす
    る静止形電力変換装置のディジタル位相制御装置。
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