JP2589070B2 - 変換器の位相制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、交流を直流に、また直流を交流に変換する
変換器の位相制御装置にかかわり、特に変換器を流れる
電流により発生する変換器の交流側電圧の歪の悪影響を
受けにくくした変換器の位相制御装置に関する。

（従来の技術） 以下、説明を容易にする為に、軸駆動発電システムを
例にとり、それに使われている変換器の位相制御装置に
ついて説明する。

近年、省エネルギーの為主機関の余剰電力を利用して
発生する軸駆動発電システムを装備する船舶が増加して
いる。そしてその軸駆動発電システムの可変速主機関と
交流発電機との結合方法も従来の増速ギアを介する方法
以外に可変速主機関軸に直結する方法など色々な要求が
出て来ている。また出力電圧もより歪の少ない電圧が要
求され色々な工夫がなされている。

第３図は交流発電機を可変速主機関軸に直結した場合
の軸駆動発電システムの例を示した図である。同図にお
いて１は可変速主機関、２は可変速主機関１によって駆
動される交流発電機、３は交流発電機２の交流電力を直
流電力に変換する順変換器（以下第一変換器と言う）、
４は第一変換器で変換された直流電力を定周波数の交流
電力に変換する逆変換器（以下第二変換器と言う）、５
は第二変換器４及び図示していない負荷に無効電力を供
給する同期調相機、６は交流リアクトル、７および８は
第一変換器３および第二変換器４の位相制御装置、９は
主制御装置である。

このような構成に於いて交流発電機２は可変速主機関
１と直結しており、しかも、船舶の可変速主機関は低回
転速度であるため、交流発電機２の電機子漏れリアクタ
ンスは大きなものとなる。従って第一変換器３からみた
交流側リアクタンスは、増速ギアを介して結合される高
回転速度の交流発電機に比べ大きくなっている。また出
力電圧の歪を小さくするために第二変換器４の交流側に
交流リアクトル６が挿入されており、第二変換器４から
みた交流側リアクタンスも大きくなっている。

第４図は従来のこのような軸駆動発電システムの第一
変換器３の位相制御装置７の一例を示したものである。
同図において、11は基準位相信号を入力しそれに応じた
位相の交流電圧信号を発生する交流電圧発生器、11は交
流電圧発生器11の交流電圧信号と第一変換器３と交流側
電圧信号とを入力して両電圧信号の位相差信号を出力す
る位相差検出器、13は位相差検出器12から出力された位
相差信号の高周波リップルを除去するローパスフィル
タ、14はローパスフィルタ13で高周波リップルが除去さ
れた位相差信号を入力してその信号に応じた周波数の位
相信号に変換し、その信号を交流電圧発生器11の基準位
相信号とすると共に次に述べるゲート信号の基準位相信
号とするPLL制御器、15はPLL制御器14から出力される基
準位相信号と点弧位相指令信号を比較して両信号が一致
した時点で第一変換器３へゲート信号を発生するパルス
信号発生器である。

第４図において第３図と同番号の物は同一構成要素を
示す。この装置では11および12、13、14からなるフェー
ズ・ロックド・ループを用いて第一変換器３の交流側電
圧基本波の位相を検出し、パルス信号発生器15の基準位
相信号としている。このように構成した本位相制御装置
は第一変換器３の交流側電圧が歪んでいても、その為に
発生する位相差信号の高周波リップルをローパスフィル
タ13で除去するため、基本波電圧の位相を精度良く検出
できる良好な特性を持っている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のように第一変換器３から見た交
流側のリアクタンスが大きな場合は、第一変換器３を流
れる電流によって交流発電機２の内部誘起電圧と第一変
換器３の交流側基本波電圧の間に位相差が生じて特性を
悪化させていた。第５図はこの現象を説明する為の各電
圧の関係図である。

第５図において、一般に第一変換器３のゲート信号
は、SCRが導通していない時の電圧波形すなわち波形Ａ
の発電機内部誘起電圧を基準に決められるのが最良であ
る。しかし発電機内部誘起電圧を検出するためには、交
流発電機に特別の検出巻線を設けねばならず実用的では
なかった。そのため第一変換器３の交流側電圧から検出
しようとしているわけであるが、第一変換器３から見た
交流側のリアクタンスが大きな場合、第一変換器３の交
流側電圧は波形Ｂのように転流期間中が波形Ａより異な
る歪んだ電圧波形となる。よってその基本波は波形Ｃの
ようになり波形Ａと位相差を生じる。

従来の位相制御装置の場合は波形Ｃの信号を基準位相
信号としているが、この位相差は大きい場合10度を超え
るため、その位相差によって位相制御装置の精度を著し
く悪化させていた。なお第４図および第５図において、
第一変換器３の位相制御装置７を例にとって説明を行な
ったが、第二変換器４の位相制御装置８についてもほぼ
同様の事がいえる。いわゆる、交流側にリアクタンスの
大きな同期機が接続されており交流を直流に、直流を交
流に変換する変換器の位相制御装置についてほぼ同様な
問題がある事がいえる。

本発明の目的は、同期機に別個の検出巻線を設けず、
変換機へ出力するゲート信号を同期機の内部誘起電圧の
位相を基準に制御するようにし、変換器から見た交流側
のリアクタンスが大きな場合でも良好な精度を得る変換
器の位相制御装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段および作用） 本発明の変換器の位相制御装置は、フェーズ・ロック
ド・ループ中の位相差信号に同期機の内部誘起電圧と変
換器の交流側電圧との位相差信号を加算して、同期機の
内部誘起電圧と位相差のない基準位相信号を求め、この
信号と変換器の点弧位相指令信号とを比較するよう構成
したことを特徴とするものである。

本発明においては、変換器へ出力されるゲート信号を
あたかも同期機の内部誘起電圧を基準に決めているよう
に制御でき、変換器から見た交流側のリアクタンスが同
期機の如き大きな電源の場合でも、位相精度を良好なも
のとすることができる。

（実施例） 以下本発明を第１図および第２図に示す実施例につい
て説明する。第１図および第２図において、第３図およ
び第４図と同一符号は同一部分を示すものであるからそ
の説明を省略する。

まず第１図に示す実施例は、第３図と同様の軸駆動発
電システムにおける第４図に示す第一変換器３の位相制
御装置７に適用した場合を示すものである。第１図にお
いて本発明によって新たに付加した21は第一変換器３の
交流側電流値を検出し、それに応じた電流信号を出力す
る電流検出器、22は電流値検出器21から出力される電流
信号を入力し、その電流信号に適当な定数を乗じて交流
発電機２の内部誘起電圧と第一変換器３の交流側電圧と
の位相差に応じた位相差補正信号を出力する補正信号発
生器、23は位相差検出器12から出力された位相差信号と
補正信号発生器22から出力された位相差補正信号とを加
算して修正位相差信号を出力する加算器である。

そして、第４図と同じく次のローパスフィルタ13で加
算器23から出力される修正位相差信号の高周波リップル
を除去し、PLL制御器14でその信号に応じた周波数の位
相信号に変換している。

しかして、このような軸駆動発電システムでは第一変
換器３から見た交流側リアクタンスすなわち転流リアク
タンスはほぼ一定でありまた第一変換器３の制御角もほ
ぼ一定であるから、第５図における電圧の切れ込みの期
間は第一変換器３の交流側電流値に比例する。一方、波
形Ａと波形Ｃの位相差は電圧切れ込みの期間にほぼ比例
するので、結局位相差と電流値も比例すると考えられ
る。

従って、このように電流値検出器21で第一変換器３の
交流側電流値を検出して適当な定数を補正信号発生器22
で乗じ、その出力信号を位相検出器12から出力される位
相差信号に加算してローパスフィルタ13に入力すること
により、第５図に示す波形Ａと波形Ｃの位相差を補正す
る位相差補正信号とすることができる。

その結果、第一変換器３のゲート信号をあたかも発電
機内部誘起電圧を基準に決めているように制御でき、位
相精度を良好なものとすることができる効果がある。

第１図に示す実施例では、第一変換器３の位相制御装
置７を例にとって説明を行なったが、第２図に示す他の
実施例のように第二変換器４の位相制御装置８について
も同様の効果が得られる。尚、いままでは、軸駆動発電
システムの例について説明したが、なにもこれに限るも
のではなく、要は交流を直流に、直流を交流に変換する
変換器の位相制御装置であればよいことは理解されよ
う。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、変換器を流れる電流値
から同期機の如く電源の内部誘起電圧と変換器の交流側
電圧との位相差信号を求め、その信号で変換器の点弧位
相指令信号と比較する基準位相信号を補正するように構
成したので、変換器へ出力されるゲート信号をあたかも
同期機の内部誘起電圧を基準に決めているように制御で
き、位相精度を良好なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による変換器の位相制御装
置のそれぞれ異なる実施例を示すブロック系統図、第３
図は交流発電機を可変速主機関軸に直結した場合の軸駆
動発電システムを示すブロック系統図、第４図は従来の
軸駆動発電システム変換器の位相制御装置を示すブロッ
ク系統図、第５図は従来の位相制御装置を採用したとき
の各電圧の関係図である。 １……可変速主機関、２……交流発電機 ３……順変換器、４……逆変換器 ５……同機調相機、６……交流リアクトル 7,8……位相制御装置、９……主制御装置 11……交流電圧発生器、12……位相差検出器 13……ローパスフィルタ、14……PLL制御器 15……パルス信号発生器、21……電流検出器 22……補正信号発生器、23……加算器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流側にリアクタンスの大きな同期機の如
   き電源が接続され、変換器により交流を直流に、また直
   流を交流に変換する変換器の位相制御装置において、基
   準位相信号を入力してそれに応じた位相の交流電圧信号
   を発生する交流電圧発生器と、この交流電圧発生器から
   出力される交流電圧信号と前記変換器の交流側電圧信号
   とを入力して両電圧信号の位相差信号を出力する位相差
   検出器と、前記変換器の交流側の電流値を検出してそれ
   に応じた電流値信号を出力する電流値検出器と、この電
   流値検出器の電流値信号を入力してその信号から前記電
   源の内部誘起電圧と前記変換器の交流側電圧との位相差
   に応じた位相差補正信号を演算する補正信号発生器と、
   前記位相差検出器の位相差信号とこの補正信号発生器の
   位相差補正信号とを加算して修正位相差信号を出力する
   加算器と、前記加算器の修正位相差信号を入力してその
   信号に含まれている高周波リップルを除去した修正位相
   差信号をその信号に応じた周波数の位相信号に変換して
   その信号を前記交流電圧発生器の基準位相信号として出
   力するPLL制御器と、このPLL制御器の位相信号を前記変
   換器の点弧位相指令信号の基準位相信号とし、前記点弧
   位相指令信号に応じて変換器へゲート信号を発生するパ
   ルス信号発生器とから構成したことを特徴とする変換器
   の位相制御装置。
2. 【請求項２】電流値検出器は変換器の直流側の電流値を
   検出することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   変換器の位相制御装置。