JP2562853B2 - 整流装置 - Google Patents

整流装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、整流装置に内蔵され
た自己飽和形磁気増幅器の制御巻線側の回路に発生する
サージを抑制するための構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自己飽和形磁気増幅器を有する整流装置
は、例えば「三菱電機技報」、Vol.41,No.6
(1967年)の第822〜828頁に掲載された電気
化学用定電流制御盤に示されているように、大電流直流
電源として従来よりよく利用されている。図3は、自己
飽和形磁気増幅器を有する、3相全波整流方式の従来の
整流装置を示す回路図である。図において、1は例えば
1次側が位相巻線を有する星形結線されかつ2次側が三
角結線された三相変圧器、2u〜2zはこの三相変圧器
1の2次側に接続されたそれぞれU相〜Z相の整流用ダ
イオード(詳しく云えば、Ua相には2uおよび2x
が、Va相には2vおよび2yが、そしてWa相には2
wおよび2zが接続されている。)3u〜3zは各整流
用ダイオードと直列接続されたそれぞれU相〜Z相の自
己飽和形磁気増幅器、31u〜31zは自己飽和形磁気
増幅器3u〜3zの1次側巻線に相当する主回路導体、
32u〜32zは自己飽和形磁気増幅器3u〜3zの2
次側巻線に相当する制御巻線、33u〜33zは自己飽
和形磁気増幅器3u〜3zの鉄芯、4は直流リアクト
ル、5は制御用直流電源であり、そして直流リアクトル
4を介して制御巻線32uから32zまで順に主回路電
流と逆方向に鉄芯33u〜33zを励磁する方向に電流
を流す様に接続して制御回路を構成してある。図4は自
己飽和形磁気増幅器3u〜3zの内の1つの斜視図であ
る。図において、31は主回路導体、32は制御巻線、
そして33は鉄芯である。ここで、一般的には、主回路
導体31は1ターン、制御巻線32は5〜7ターン、鉄
芯33に巻かれている。図5は自己飽和形磁気増幅器3
u〜3zの磁束φと、磁界Hの関係を表したグラフ図で
ある。図において、横軸は磁界Hで、右方向に主回路電
流による励磁方向、左方向に制御巻線電流による励磁方
向を表し、また、縦軸は磁束φで、φrは制御巻線電流
をゼロとした時の主回路電流がゼロから定格値まで変化
した場合の磁束の変化量、そしてφcは制御巻線電流を
流した時の、主回路電流がゼロから定格値まで変化した
場合の磁束の変化量を表す。なお、図中、点Aは制御巻
線電流を流した時の、主回路電流が流れていない場合の
磁束φの位置、点Bは制御巻線電流を流していない時
の、主回路電流が流れていない場合の磁束φの位置、そ
して点Cは主回路電流が定格値まで流れた場合の磁束φ
の位置を示す。
【0003】次に動作について説明する。いま、図3の
U相のダイオード2uがON状態となり、電流が流れ始
めた場合を考える。自己飽和形磁気増幅器3uの制御巻
線32uには、制御用直流電源5より直流リアクトル4
を通して予め制御電流が流れており、図5の磁束φと磁
界Hのグラフ図の点Aまで磁化されているので、主回路
電流が流れ始めると、鉄芯33uの磁束はφcだけ変化
することになる。そして、主回路導体31uの両端に
は、その磁束の変化φcに対応するだけの電圧を吸収す
ることになる。さらにV相からZ相に関しても同様であ
る。この磁束の変化φcの値は、制御用直流電源5によ
り予め流しておく制御電流の値により、φr〜φcまで
調整することができ、従って制御用直流電源5の出力を
調整することにより、整流装置の出力電圧を調節するこ
とができるようになっている。なお、直流リアクトル4
は、自己飽和形磁気増幅器3u〜3zの制御巻線32u
〜32zに発生する電圧を吸収するためのものである。
すなわち、自己飽和形磁気増幅器3u〜3zは、直流リ
アクトル4が電圧を吸収している間は、主回路導体31
u〜31zと、制御巻線32u〜32zとの間で変圧器
として働くので、主回路導体31u〜31zの両端に発
生する電圧の5〜7倍(主回路導体と、制御巻線の巻数
比)の電圧が発生する。そしてこの電圧を直流リアクト
ル4で吸収することにより、制御用直流電源5に過大な
電圧が加わらないようにしている。
【0004】いま、ここで、三相変圧器1の1次側より
雷サージ等のサージが侵入した場合を考えると、そのサ
ージのタイミングや、三相変圧器1の巻線、変圧器内部
の浮遊容量等により現在OFF状態のダイオードが瞬間
的にONする場合がある。すなわち、U相とY相のダイ
オード2uと2yがON状態の時に、三相変圧器1の1
次側のある1相に雷サージが侵入した場合、その瞬間に
V相,W相およびX相のダイオード2v,2wおよび2
xの3つが同時にON状態になる場合がある。この場
合、三相変圧器1を通し、整流装置主回路側にその雷サ
ージ電圧が移行してくるが、さらに、その電圧が自己飽
和形磁気増幅器3v,3wおよび3xを通して制御巻線
32v,32wおよび32xに移行する。なお、この場
合も、自己飽和形磁気増幅器3v,3wおよび3xは、
変圧器として働き、主回路側の5〜7倍のサージ電圧が
発生する。さらに、制御巻線側は、直列に接続されてい
るため、それらが合計されて非常に高いサージ電圧とな
る。そしてこの非常に高いサージ電圧のために、制御巻
線と、主回路間や対地間の絶縁が破壊されてアークを発
生し、整流装置内で火災が発生したり、直流リアクトル
4の絶縁が破壊し、制御用直流電源5にサージが侵入
し、制御不能となることがあつた。なお、三相変圧器1
次側のサージ電圧波形に関し、三相変圧器の結線や浮遊
容量の影響により、例えば1次側電圧が正のピーク時に
瞬間的に負側に反転するような場合にも上述のようなこ
とが起きる場合があり、従って三相変圧器1次側に、高
性能なサージアレスタを設置した場合も、防ぐことがで
きなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】自己飽和形磁気増幅器
を有する従来の整流装置は上述したように構成されてい
るので、雷等のサージが発生した場合、自己飽和形磁気
増幅器の制御巻線側に非常に大きなサージ電圧が発生
し、制御回路が破壊され、制御不能となったり、また、
場合によっては、整流装置内部にアークが発生し、火災
に至るという問題点があった。
【0006】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、雷等のサージが発生した場合で
も、制御不能になったり、火災に至ることのない整流装
置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る整流装置
は、その内蔵自己飽和形磁気増幅器U相とX相の制御
巻線を直列に接続して構成された第1の制御巻線組と
V相とY相の制御巻線を直列に接続して構成された第2
の制御巻線組と、W相とZ相の制御巻線を直列に接続し
て構成された第3の制御巻線組とを備え、これら第1−
第3の制御巻線を直列に接続し、かつ前記第1、第
2、第3の制御巻線組にそれぞれ第1、第2、第3の
流リアクトルを直列に接続したものである。
【0008】
【作用】この発明における整流装置は、各相の自己飽和
形磁気増幅器の制御巻線間の結線を最適になるように組
合せ、また複数個の直流リアクトルによりサージ電圧を
分散させて吸収するようにしたことにより、制御回路側
のサージ電圧を比較的低く抑えることが可能となる。
【0009】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例を図について説明する。この
発明の実施例1を回路図で示す図1において、従来例と
同一部品には同一符号をつけて示す。なお、この発明で
は、U相とX相の制御巻線32wと32xを直列に接続
して第1の制御巻線組を構成し、V相とY相の制御巻線
32vと32yを直列に接続して第2の制御巻線組を構
成し、かつW相とZ相の制御巻線32wと32zを直列
に接続して第3の制御巻線組を構成した上で、これら第
1−第3の制御巻線組を直列に接続する。401は第1
の制御巻線組と直列に接続され、詳しくは制御用直流電
源5とU相の制御巻線32uとの間に設けられ、従来の
直流リアクトル4の1/3のインダクタンスを持つ第1
直流リアクトルであり、402は第2の制御巻線組と
直列に接続され、詳しくはX相の制御巻線32xとV
の制御巻線32vとの間に設けられ、第1の直流リアク
トル401と同等の第2の直流リアクトルであり、そし
て403は第3の制御巻線組と直列に接続され、詳しく
Y相の制御巻線32yW相の制御巻線32wとの間
に設けられ、第1の直流リアクトル401と同等の第3
の直流リアクトルである。また、制御回路は、制御用直
流電源5、第1の直流リアクトル401、制御巻線32
uと32x、第2の直流リアクトル402、制御巻線3
2vと32y、第3の直流リアクトル403、そして制
御巻線32wと32zをこの順に通って再び制御用直流
電源5に戻るように構成されている。なお、従来例と同
様に、各制御巻線は、主回路電流と逆方向に鉄芯を励磁
する方向に制御電流が流れるように接続されている。
【0010】次に、この発明の動作について説明する。
まず、三相全波整流装置では、通常の運転時、最低限2
個のダイオードがON状態となっており、例えばU相の
ダイオード2uがONしている場合、Y相のダイオード
2yかZ相のダイオード2zが必ず同時にONしてい
る。また、これら2つのON状態のダイオードには定格
の主回路電流が流れており、従って図5の自己飽和形磁
気増幅器の磁束φと磁界Hのグラフ図において、磁束φ
はC点にあり、自己飽和形磁気増幅器は完全に飽和状態
となっている。また、これら2つのON状態のダイオー
ドの相と反対方向の自己飽和形磁気増幅器(U相に対し
てはX相の3x,Y相に対してはV相の3v、またはZ
相に対してはW相の3w)の磁束φは図5の点Aの状態
にある。ここで、サージ電圧により、三相変圧器2次側
の電圧が瞬間的に反転した場合を考えると、現在ダイオ
ードがONし、定格電流の流れている相の自己飽和形磁
気増幅器はその相の導体等によるリアクタンスのため
に、急には電流がゼロにはならないため、磁束φの値は
ほとんど変化せずに点Cに留るが、現在ダイオードがO
FFしている相の自己飽和形磁気増幅器は電圧が反転す
ると同時に磁束φが点Aから点Cの方向へ急激に変化
し、磁束φの大きな変化が生じ、結果として、制御巻線
側に大きなサージ電圧を発生させる。また、両方のダイ
オード例えばW相とZ相のダイオード2wと2zが共に
OFF状態で、両方の自己飽和形磁気増幅器の磁束φが
点Aにある場合は、そのサージ電圧波形の極性により、
例えば正方向に反転した場合であれば、ダイオード2w
がONし、制御巻線32w側にのみ大きなサージ電圧が
発生し、逆に負方向に反転した場合であれば、ダイオー
ド2zがONし、制御巻線32z側にのみ大きなサージ
電圧が発生することになる。すなわち、サージ電圧は、
第1、第2および第3の制御巻線32uと32x,3
2vと32y,および32wと32zのどちらか一方
制御巻線のみに発生することになる。そしてそれぞれ
の制御巻線組に、図1に示すように、第1、第2および
第3の直流リアクトル401,402および403を
列に接続することにより、それぞれの直流リアクトルは
各制御巻線1つ分の発生サージ電圧分を吸収すればよ
く、また対主回路電圧や対地電圧も、最大制御巻線1つ
分の発生サージ電圧分のみとなり、従来方式に比して約
1/3に低減することができる。従って、絶縁が簡単に
なり、制御用直流電源5を破壊したり、アークによる火
災が生じたりしない整流装置を簡単に得ることができる
ようになる。
【0011】実施例2. なお、上記実施例では、直流リアクトル401,40
2,403を3個用いた例について説明したが、これを
図2のように、従来例の直流リアクトル4の1/4のイ
ンダクタンスの直流リアクトル411,412,41
3,414を4個用いて制御回路を構成してもよく、こ
のような制御回路において、例えば制御用直流電源5を
ほぼ対地電位に固定した場合、各制御巻線の発生サージ
電圧を対地電位に対して均等に正負に振り分けることが
でき、結果として従来方式に比して約1/4に対地サー
ジ電圧を低減することができる。
【0012】なお、上記実施例1および2では、制御巻
線32u,32xの次に、32v,32y,そして最後
に32w,32zとしているが、この順番は、特に問題
はなく、例えば32u,32xの次に、32w,32
z,そして最後に32v,32yとしても同一の効果が
得られる。
【0013】また、上記実施例1において、3個の直流
リアクトル401,402および403の位置は特に問
題はなく、例えば制御用直流電源5から直接制御巻線3
2uに接続し、代りに制御巻線32zと制御用直流電源
5の間に直流リアクトル401を設けても同一の効果が
得られる。
【0014】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、自己
飽和形磁気増幅器U相とX相の制御巻線を直列に接続
して構成された第1の制御巻線組と、V相とY相の制御
巻線を直列に接続して構成された第2の制御巻線組と
相とZ相の制御巻線を直列に接続して構成された第3
の制御巻線組とを備え、これら第1−第3の制御巻線組
を直列に接続し、かつ前記第1、第2、第3の制御巻線
組にそれぞれ第1、第2、第3の直流リアクトルを直列
に接続したので、制御回路側のサージ電圧を、従来方式
に比べて1/3〜1/4程度に低く抑えることが出来、
従って簡単な絶縁により制御用直流電源をサージから保
護し、またアークによる火災の起こりにくい整流装置が
得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】この発明の他の実施例を示す回路図である。
【図3】従来の整流装置を示す回路図である。
【図4】自己飽和形磁気増幅器の斜視図である。
【図5】自己飽和形磁気増幅器の磁束φと磁界Hのグラ
フ図である。
【符号の説明】
3u〜3z 自己飽和形磁気増幅器 32u〜32z 自己飽和形磁気増幅器の制御巻線 401〜403,411,414 直流リアクトル

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自己飽和形磁気増幅器を有する整流装置
    において、前記自己飽和形磁気増幅器のU相とX相の制
    御巻線を直列に接続して構成された第1の制御巻線組
    、V相とY相の制御巻線を直列に接続して構成された
    第2の制御巻線組と相とZ相の制御巻線を直列に接
    続して構成された第3の制御巻線組とを備え、これら第
    1−第3の制御巻線組を直列に接続し、かつ前記第1、
    第2、第3の制御巻線組にそれぞれ第1、第2、第3の
    直流リアクトルを直列に接続したことを特徴とする整流
    装置。
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