JP3307962B2 - 電力変換方式 - Google Patents
電力変換方式Info
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- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
- H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
- H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/75—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M7/757—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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- H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
- H02M7/53875—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は全般的に電力変換方式、更に
具体的に云えば、直流電流源及び交流電圧源の間での電
力の伝達を容易にする方式に関する。更に具体的に云え
ば、この発明は交流電流、従ってこの方式の電力の制御
に関する。
具体的に云えば、直流電流源及び交流電圧源の間での電
力の伝達を容易にする方式に関する。更に具体的に云え
ば、この発明は交流電流、従ってこの方式の電力の制御
に関する。
【０００２】直流電流源と交流電圧源の間で両方向で電
力を伝達したい場合は多数ある（この明細書で云う直流
電流源及び交流電圧源と云う用語は純粋な意味である。
即ち、何れも電力の源又はシンクであってよい）。その
例としては、配電線路が超導電磁石エネルギ貯蔵装置の
様なピ―ク形シンクに接続されていて、余分の時間に
は、エネルギをシンクに貯蔵しておいて、需要が増加し
た時に後で利用出来る様にする電力ピ―ク形ステ―ショ
ンがある。他の例としては、例えば回生能力を持つ交流
電動機を誘導性の強い整流装置の様な直流電流源に対し
て運転する電動機駆動装置、及び一般的にＨＶＤＣ方式
と呼ばれる中間の直流リンクを利用して１つの交流源か
ら別の交流源へ電力を送る方式がある。
力を伝達したい場合は多数ある（この明細書で云う直流
電流源及び交流電圧源と云う用語は純粋な意味である。
即ち、何れも電力の源又はシンクであってよい）。その
例としては、配電線路が超導電磁石エネルギ貯蔵装置の
様なピ―ク形シンクに接続されていて、余分の時間に
は、エネルギをシンクに貯蔵しておいて、需要が増加し
た時に後で利用出来る様にする電力ピ―ク形ステ―ショ
ンがある。他の例としては、例えば回生能力を持つ交流
電動機を誘導性の強い整流装置の様な直流電流源に対し
て運転する電動機駆動装置、及び一般的にＨＶＤＣ方式
と呼ばれる中間の直流リンクを利用して１つの交流源か
ら別の交流源へ電力を送る方式がある。
【０００３】こゝで考えている様な形式の電力変換方式
では、変換器の基本周波数を交流電圧源の周波数と釣合
わせ、交流電流の値を制御して、２つの源の間の電力の
伝達を制御することが一般的に望ましい。今日用いられ
ている典型的な変換器は、周波数及び電流の大きさを制
御する為に、多相ブリッジ形式の何等かの静止形スイッ
チ装置を用いている。融通性を高くしたい場合、こう云
うスイッチ装置はゲ―ト・タ―ンオフ・サイリスタ（Ｇ
ＴＯ）又は電力トランジスタである場合が多い。こう云
う装置はタ―ンオン及びタ―ンオフが容易に出来ると云
う能力を持ち、交流電圧源に送出す電流の大きさ及び位
相を独立に制御することが出来る。
では、変換器の基本周波数を交流電圧源の周波数と釣合
わせ、交流電流の値を制御して、２つの源の間の電力の
伝達を制御することが一般的に望ましい。今日用いられ
ている典型的な変換器は、周波数及び電流の大きさを制
御する為に、多相ブリッジ形式の何等かの静止形スイッ
チ装置を用いている。融通性を高くしたい場合、こう云
うスイッチ装置はゲ―ト・タ―ンオフ・サイリスタ（Ｇ
ＴＯ）又は電力トランジスタである場合が多い。こう云
う装置はタ―ンオン及びタ―ンオフが容易に出来ると云
う能力を持ち、交流電圧源に送出す電流の大きさ及び位
相を独立に制御することが出来る。
【０００４】１形式の電流の大きさの制御は、普通「ノ
ッチ方式」と呼ばれているものである。定電流源では、
ブリッジの基本的な出力は矩形波である。矩形波出力内
にノッチを入れることにより（即ち、ある期間の間、電
流をタ―ンオフすることにより）、ノッチの幅の関数と
して、実効電流が変えられる。云い換えれば、ノッチの
期間が長ければ長い程、実効電流が小さくなる。
ッチ方式」と呼ばれているものである。定電流源では、
ブリッジの基本的な出力は矩形波である。矩形波出力内
にノッチを入れることにより（即ち、ある期間の間、電
流をタ―ンオフすることにより）、ノッチの幅の関数と
して、実効電流が変えられる。云い換えれば、ノッチの
期間が長ければ長い程、実効電流が小さくなる。
【０００５】制御可能なタ―ンオン、タ―ンオフ装置
（例えば、ＧＴＯ及び電力トランジスタ）を用いると、
低い電力レベルでのノッチ方式は比較的簡単である。６
つの枝路を持つ３相ブリッジでは、直径上で向い合った
１対の装置を「点弧」する（導電させる）ことによっ
て、直流電流源を短絡して、ノッチ期間を開始するのが
普通である。所望の長さの時間の後、ブリッジをもとの
導電状態に戻して、基本周波数の矩形波電流パルスを完
成する。
（例えば、ＧＴＯ及び電力トランジスタ）を用いると、
低い電力レベルでのノッチ方式は比較的簡単である。６
つの枝路を持つ３相ブリッジでは、直径上で向い合った
１対の装置を「点弧」する（導電させる）ことによっ
て、直流電流源を短絡して、ノッチ期間を開始するのが
普通である。所望の長さの時間の後、ブリッジをもとの
導電状態に戻して、基本周波数の矩形波電流パルスを完
成する。
【０００６】電力レベルが更に高い時、装置の切換えに
よって生ずるデュ―ティ・サイクルが非常に厳しくな
り、この増大したデュ―ティ・サイクルが、こう云う装
置が比較的高価である為に重大な余分の費用を招くこと
があり、その能力が大きければ大きい程、そのコストが
一層大きくなる。特に電力レベルの高い時にそれ程高価
でない装置としては、普通のサイリスタがある。この装
置は、順方向電圧がかゝっていて、ゲ―ト信号が印加さ
れた時に、タ―ンオンされ、それを通る電流を略ゼロの
値に減少することによってタ―ンオフになる。直流電流
源を短絡するのに普通のサイリスタを使うと、関連する
タ―ンオン、タ―ンオフ・スイッチ装置のデュ―ティ・
サイクルが低下する。更に、サイリスタを使うと、変換
器に於ける全体的な損失が大幅に減少する。これは、普
通のサイリスタはＧＴＯよりも順方向電圧降下が一層小
さく、且つ直径上で向い合ったＧＴＯを使う時の１対の
装置を必要とする代りに、１個の装置を使って短絡を行
なうことが出来るからである。
よって生ずるデュ―ティ・サイクルが非常に厳しくな
り、この増大したデュ―ティ・サイクルが、こう云う装
置が比較的高価である為に重大な余分の費用を招くこと
があり、その能力が大きければ大きい程、そのコストが
一層大きくなる。特に電力レベルの高い時にそれ程高価
でない装置としては、普通のサイリスタがある。この装
置は、順方向電圧がかゝっていて、ゲ―ト信号が印加さ
れた時に、タ―ンオンされ、それを通る電流を略ゼロの
値に減少することによってタ―ンオフになる。直流電流
源を短絡するのに普通のサイリスタを使うと、関連する
タ―ンオン、タ―ンオフ・スイッチ装置のデュ―ティ・
サイクルが低下する。更に、サイリスタを使うと、変換
器に於ける全体的な損失が大幅に減少する。これは、普
通のサイリスタはＧＴＯよりも順方向電圧降下が一層小
さく、且つ直径上で向い合ったＧＴＯを使う時の１対の
装置を必要とする代りに、１個の装置を使って短絡を行
なうことが出来るからである。
【０００７】
【発明の要約】従って、この発明の目的は、直流電流源
と交流電圧源の間で電力を伝達する改良された電力変換
方式を提供することである。
と交流電圧源の間で電力を伝達する改良された電力変換
方式を提供することである。
【０００８】別の目的は、ノッチ方式を用いて、直流電
流源と交流電圧源の間で両方向で電力を伝達する改良さ
れた電力変換方式を提供することである。
流源と交流電圧源の間で両方向で電力を伝達する改良さ
れた電力変換方式を提供することである。
【０００９】別の目的は、多相ブリッジ形式でタ―ンオ
ン、タ―ンオフ・スイッチ装置を用いて、伝達される電
力の基本周波数を制御すると共に、持続時間が可変のノ
ッチを作る為に、選択的に直流電流源を短絡し、こうし
て電流、並びに伝達される電力の実効値を変える様に作
用し得るサイリスタを用いた改良された電力変換方式を
提供することである。
ン、タ―ンオフ・スイッチ装置を用いて、伝達される電
力の基本周波数を制御すると共に、持続時間が可変のノ
ッチを作る為に、選択的に直流電流源を短絡し、こうし
て電流、並びに伝達される電力の実効値を変える様に作
用し得るサイリスタを用いた改良された電力変換方式を
提供することである。
【００１０】上記並びにその他の目的が、この発明で
は、交流及び直流端子を持つ多相ブリッジ形式に配置さ
れた複数個のスイッチ装置を利用して、直流電流源と交
流電圧源間で選択的に電力を伝達する電力変換方式を提
供することによって達成される。各々のスイッチ装置
は、印加されたゲ―ト信号に応答して、選択的に導電及
び非導電にされる。直流及び交流母線が２つの源をブリ
ッジ回路に接続する。直流母線の間にサイリスタを接続
する。このサイリスタは、導電した時、直流源を短絡し
て、交流電力に不連続部又はノッチを作り、その実効値
を変える様に作用する。この様にサイリスタを使うと、
デュ―ティ・サイクルの内、直流電流源の短絡に装置を
使うことに伴う部分が、ブリッジ回路のスイッチ装置か
ら軽減される。サイリスタは、ゲ―ト信号を印加するこ
とによって導電させられ、その電流を略ゼロの値に減少
することによって、普通の様に非導電にされる。適当な
制御手段が、スイッチ装置及びサイリスタに選択的にゲ
―ト信号を供給する。装置の切換えは、交流源の周波数
に対応する基本周波数で行なわれるが、サイリスタは直
流電流源を選択的に短絡する様に作動される。制御手段
は、スイッチ装置を交流電圧源の各相電圧の関数として
選択的に導電させて、それらの装置の導電によってサイ
リスタを非導電にする様にも、スイッチ装置に別の信号
を供給する。サイリスタが導電する期間を変え、従って
直流源が短絡される期間を変えることにより、２つの源
の間の電流の実効値（並びに伝達される電力の値）が変
えられる。
は、交流及び直流端子を持つ多相ブリッジ形式に配置さ
れた複数個のスイッチ装置を利用して、直流電流源と交
流電圧源間で選択的に電力を伝達する電力変換方式を提
供することによって達成される。各々のスイッチ装置
は、印加されたゲ―ト信号に応答して、選択的に導電及
び非導電にされる。直流及び交流母線が２つの源をブリ
ッジ回路に接続する。直流母線の間にサイリスタを接続
する。このサイリスタは、導電した時、直流源を短絡し
て、交流電力に不連続部又はノッチを作り、その実効値
を変える様に作用する。この様にサイリスタを使うと、
デュ―ティ・サイクルの内、直流電流源の短絡に装置を
使うことに伴う部分が、ブリッジ回路のスイッチ装置か
ら軽減される。サイリスタは、ゲ―ト信号を印加するこ
とによって導電させられ、その電流を略ゼロの値に減少
することによって、普通の様に非導電にされる。適当な
制御手段が、スイッチ装置及びサイリスタに選択的にゲ
―ト信号を供給する。装置の切換えは、交流源の周波数
に対応する基本周波数で行なわれるが、サイリスタは直
流電流源を選択的に短絡する様に作動される。制御手段
は、スイッチ装置を交流電圧源の各相電圧の関数として
選択的に導電させて、それらの装置の導電によってサイ
リスタを非導電にする様にも、スイッチ装置に別の信号
を供給する。サイリスタが導電する期間を変え、従って
直流源が短絡される期間を変えることにより、２つの源
の間の電流の実効値（並びに伝達される電力の値）が変
えられる。
【００１１】この発明は特許請求の範囲に具体的に且つ
明確に記載してあるが、この発明は以下図面について説
明する所から、更によく理解されよう。
明確に記載してあるが、この発明は以下図面について説
明する所から、更によく理解されよう。
【００１２】
【詳しい記載】図１に、夫々ＡＰ，ＢＰ，ＣＰとＡＮ，
ＢＮ，ＣＮと記した６つのスイッチ装置で構成する３相
ブリッジが全体的に１０で示されている。Ｐ及びＮは夫
々ブリッジの正及び負の側を表わす。図示の様に、６つ
のスイッチ装置の各々はゲ―ト・タ―ンオフ・サイリス
タ（ＧＴＯ）であり、この明細書では便宜的に全体にわ
たってその名称を使う。然し、後で図６について述べる
様に、他の形の装置も同じ様に使うことが出来ることを
はっきりと述べておきたい。
ＢＮ，ＣＮと記した６つのスイッチ装置で構成する３相
ブリッジが全体的に１０で示されている。Ｐ及びＮは夫
々ブリッジの正及び負の側を表わす。図示の様に、６つ
のスイッチ装置の各々はゲ―ト・タ―ンオフ・サイリス
タ（ＧＴＯ）であり、この明細書では便宜的に全体にわ
たってその名称を使う。然し、後で図６について述べる
様に、他の形の装置も同じ様に使うことが出来ることを
はっきりと述べておきたい。
【００１３】ブリッジ１０は１対の直流端子１２，１４
を持ち、これに直流電流源１６が適当な母線１８によっ
て接続される。直流電流源１６は、例えば超導電磁石エ
ネルギ貯蔵手段、又は大形直列誘導子を持つ整流器ブリ
ッジの様な適当な形式であってよい。こゝで強調してお
きたい重要な特徴は、それが直流電流源であることであ
る。ブリッジ１０は各対のスイッチ装置の接続点に、夫
々交流端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを有する。これらの
端子が、系のＡ相、Ｂ相及びＣ相に夫々対応する個別の
線路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを持つ交流母線により、交
流電圧源２２に接続される。交流電圧源は、例えば配電
線路であってよい。
を持ち、これに直流電流源１６が適当な母線１８によっ
て接続される。直流電流源１６は、例えば超導電磁石エ
ネルギ貯蔵手段、又は大形直列誘導子を持つ整流器ブリ
ッジの様な適当な形式であってよい。こゝで強調してお
きたい重要な特徴は、それが直流電流源であることであ
る。ブリッジ１０は各対のスイッチ装置の接続点に、夫
々交流端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを有する。これらの
端子が、系のＡ相、Ｂ相及びＣ相に夫々対応する個別の
線路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを持つ交流母線により、交
流電圧源２２に接続される。交流電圧源は、例えば配電
線路であってよい。
【００１４】サイリスタ２４が直流母線の端子１２，１
４の間に接続され、直流電流源を短絡する。サイリスタ
２４及びブリッジ１０の各々のＧＴＯは、ゲ―ト駆動器
２６から適当なゲ―ト信号を受取る。サイリスタ２４の
場合、タ―ンオン信号だけを発生する。ブリッジのＧＴ
Ｏの場合、タ―ンオン及びタ―ンオフの両方の信号を発
生する。（図１では、簡単な為、ＧＴＯの２つのゲ―ト
の接続しか示してない。）ゲ―ト駆動器２６は適当な制
御論理回路２８によって制御される。この論理回路２８
は、交流電圧源の３つの各相電圧を表わす入力信号を線
３０を介して受取る。論理回路２８は３つの交流各相電
流を表わす信号（これは変流器４０の様な適当な手段に
よって取出される）を線４２を介して受取ると共に、直
流電流に比例する信号（ＩDC）を線３２を介して受取
る。直流電流は、直列接続の抵抗の様な適当な手段３４
によって感知される。
４の間に接続され、直流電流源を短絡する。サイリスタ
２４及びブリッジ１０の各々のＧＴＯは、ゲ―ト駆動器
２６から適当なゲ―ト信号を受取る。サイリスタ２４の
場合、タ―ンオン信号だけを発生する。ブリッジのＧＴ
Ｏの場合、タ―ンオン及びタ―ンオフの両方の信号を発
生する。（図１では、簡単な為、ＧＴＯの２つのゲ―ト
の接続しか示してない。）ゲ―ト駆動器２６は適当な制
御論理回路２８によって制御される。この論理回路２８
は、交流電圧源の３つの各相電圧を表わす入力信号を線
３０を介して受取る。論理回路２８は３つの交流各相電
流を表わす信号（これは変流器４０の様な適当な手段に
よって取出される）を線４２を介して受取ると共に、直
流電流に比例する信号（ＩDC）を線３２を介して受取
る。直流電流は、直列接続の抵抗の様な適当な手段３４
によって感知される。
【００１５】線３０の信号から、交流電圧の大きさ及び
位相関係を決定することが出来る。線３２の直流電流信
号が直流源の電流の大きさを表わし、線４０の信号が交
流ブリッジ電流の大きさ及び位相を表わす。
位相関係を決定することが出来る。線３２の直流電流信
号が直流源の電流の大きさを表わし、線４０の信号が交
流ブリッジ電流の大きさ及び位相を表わす。
【００１６】制御論理回路２８は公知の任意の適当な形
式（アナログ又はディジタル）であってよい。この論理
回路は、今述べた電圧及び電流信号及び他の２つの信号
に応答して、ゲ―ト駆動器２６を介して、ＧＴＯ及びサ
イリスタ２４の導電状態を制御する。別の２つの信号
は、線３６，３８を介して制御論理回路に印加される
が、交流母線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに発生しようとす
る実効電流（ＩD * ）及び無効電流（ＩQ * ）のレベル
を表わす指令信号である。（この明細書では、信号の符
号に星印をつけたことは、その量が指令された値である
ことを表わす。）制御論理回路２８は、その入力に基づ
いて、ブリッジのＧＴＯ及びサイリスタ２４の導電時間
を決定する。この制御には、図２に示す様に、２つの角
度、即ちα及びβを用いる。図２について説明すると、
１番上のグラフはＡ相とＣ相の対中性点線路電圧（Ａ−
Ｎ及びＣ−Ｎ）とＡ−Ｃ線路間電圧を示す。これらは時
間的な基準となるものである。２番目のグラフφＡ（α
＝０°）は、力率１の電流となる様にゲ―ト動作をした
場合の、短絡期間又はノッチ作用がない時の普通の３相
ブリッジのＡ相電流を示す。その為、波形φＡはＡ−Ｎ
電圧波形に中心合せされていて、電気角で１２０°の間
オンであり、Ａ−Ｃ線路間電圧波形のゼロ交差の時から
始まる。ＧＴＯをゲ―トするこの位置を、角度αのゼロ
の値（α＝０°）と定義する。図２の３番目のグラフφ
Ａ（遅延）は、ブリッジのＧＴＯのゲ―ト作用を角度α
（図面では約３０°として示す）だけ遅延させることに
よって発生された電流波形を示す。即ち、この明細書で
は、角度αは、線路間電圧のゼロ交差と対応するブリッ
ジの各相電流の導電期間の初めとの間の角度と定義す
る。この例では、今述べた電流は、ＧＴＯ ＡＰ（図
１）をオンにゲ―ト駆動することによって開始される。
式（アナログ又はディジタル）であってよい。この論理
回路は、今述べた電圧及び電流信号及び他の２つの信号
に応答して、ゲ―ト駆動器２６を介して、ＧＴＯ及びサ
イリスタ２４の導電状態を制御する。別の２つの信号
は、線３６，３８を介して制御論理回路に印加される
が、交流母線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに発生しようとす
る実効電流（ＩD * ）及び無効電流（ＩQ * ）のレベル
を表わす指令信号である。（この明細書では、信号の符
号に星印をつけたことは、その量が指令された値である
ことを表わす。）制御論理回路２８は、その入力に基づ
いて、ブリッジのＧＴＯ及びサイリスタ２４の導電時間
を決定する。この制御には、図２に示す様に、２つの角
度、即ちα及びβを用いる。図２について説明すると、
１番上のグラフはＡ相とＣ相の対中性点線路電圧（Ａ−
Ｎ及びＣ−Ｎ）とＡ−Ｃ線路間電圧を示す。これらは時
間的な基準となるものである。２番目のグラフφＡ（α
＝０°）は、力率１の電流となる様にゲ―ト動作をした
場合の、短絡期間又はノッチ作用がない時の普通の３相
ブリッジのＡ相電流を示す。その為、波形φＡはＡ−Ｎ
電圧波形に中心合せされていて、電気角で１２０°の間
オンであり、Ａ−Ｃ線路間電圧波形のゼロ交差の時から
始まる。ＧＴＯをゲ―トするこの位置を、角度αのゼロ
の値（α＝０°）と定義する。図２の３番目のグラフφ
Ａ（遅延）は、ブリッジのＧＴＯのゲ―ト作用を角度α
（図面では約３０°として示す）だけ遅延させることに
よって発生された電流波形を示す。即ち、この明細書で
は、角度αは、線路間電圧のゼロ交差と対応するブリッ
ジの各相電流の導電期間の初めとの間の角度と定義す
る。この例では、今述べた電流は、ＧＴＯ ＡＰ（図
１）をオンにゲ―ト駆動することによって開始される。
【００１７】グラフφＡ（α＝０°）が力率１の（基
本）動作を表わすから、角度αは変位力率に対する力率
角度と定義することが出来る。即ち 力率＝ cosα ＧＴＯでは、αの値は、これらの装置は任意の時にタ―
ンオフすることが出来るので、無制限である。αが任意
の値であってよいから、力率は＋１．０及び−１．０の
間で変えることが出来る。正の力率は直流源から交流源
への電力の流れを表わす。負の力率は交流源から直流源
への電力の流れを表わす。＋１及び−１の間の力率が、
力率の普通の定義に従って、比例的な量の無効電流を表
わす。
本）動作を表わすから、角度αは変位力率に対する力率
角度と定義することが出来る。即ち 力率＝ cosα ＧＴＯでは、αの値は、これらの装置は任意の時にタ―
ンオフすることが出来るので、無制限である。αが任意
の値であってよいから、力率は＋１．０及び−１．０の
間で変えることが出来る。正の力率は直流源から交流源
への電力の流れを表わす。負の力率は交流源から直流源
への電力の流れを表わす。＋１及び−１の間の力率が、
力率の普通の定義に従って、比例的な量の無効電流を表
わす。
【００１８】角度βは、短絡期間（又は出力電流のノッ
チ）の幅を定める。今の例では、これは１サイクルに６
回起る。図２の４番目のグラフ（βと記してある）は、
各相電流波形に対するこう云う短絡期間の場所を示して
いる。図２の５番目のグラフは、各相電流に対するこう
云うパルスの影響を示している。パルスβ及びその効果
は後で図３、４及び５について詳しく説明する。
チ）の幅を定める。今の例では、これは１サイクルに６
回起る。図２の４番目のグラフ（βと記してある）は、
各相電流波形に対するこう云う短絡期間の場所を示して
いる。図２の５番目のグラフは、各相電流に対するこう
云うパルスの影響を示している。パルスβ及びその効果
は後で図３、４及び５について詳しく説明する。
【００１９】図１の装置の伝達関数は、最大電流の大き
さの比として、略線形である。
さの比として、略線形である。
【００２０】
【数１】 とすると、（３相ブリッジでは）下記の式が図１の回路
の動作を表わす。
の動作を表わす。
【００２１】
【数２】 制御論理回路２８（図１）は次の関数に従って図１の回
路の動作を制御する様に作用する。
路の動作を制御する様に作用する。
【００２２】
【数３】 回路の動作が、サイリスタ２４が自然に転流する様にな
っていれば、ゲ―ト時間は前掲の式（５）及び（６）に
よって制御される。動作が、サイリスタが自然に転流さ
れないようになっていれば、ゲ―ト時間を一時的に変更
して、後で述べる様に転流の為に必要な「安全角度」を
設ける。周知の様に、サイリスタの転流に必要な安全角
度は、サイリスタ自体と、転流すべき電流、ある回路電
圧及び線路のインダクタンスを含む種々の回路パラメ―
タの関数である。安全角度について更に詳しいことは、
ヨハネス・シェ―ファの著書「整流器回路：理論と設
計」（１９６５年、ジョン・ワイリ―・アンド・サンズ
・インコ―ポレ―テット社。議会図書館カタログ・カ―
ド番号６５−１２７０３）、特に第１８５頁乃至第１９
０頁を参照されたい。
っていれば、ゲ―ト時間は前掲の式（５）及び（６）に
よって制御される。動作が、サイリスタが自然に転流さ
れないようになっていれば、ゲ―ト時間を一時的に変更
して、後で述べる様に転流の為に必要な「安全角度」を
設ける。周知の様に、サイリスタの転流に必要な安全角
度は、サイリスタ自体と、転流すべき電流、ある回路電
圧及び線路のインダクタンスを含む種々の回路パラメ―
タの関数である。安全角度について更に詳しいことは、
ヨハネス・シェ―ファの著書「整流器回路：理論と設
計」（１９６５年、ジョン・ワイリ―・アンド・サンズ
・インコ―ポレ―テット社。議会図書館カタログ・カ―
ド番号６５−１２７０３）、特に第１８５頁乃至第１９
０頁を参照されたい。
【００２３】この発明の電力変換方式の動作は、図３、
４及び５を見ると、一番判り易い。然し、これらの図に
ついて具体的に説明する前に、基本的な原理を述べてお
くのが有利であると思われる。電力変換の分野で周知の
様に、３相系の基本的な点弧方式は、電気角で１２０°
の相次ぐ期間の間、各相を導電させることである。この
点弧方式が、ブリッジを介して得られる最大の電力の伝
達を表わしている。公知の様に、１２０°未満にすれ
ば、これより少ない電流及び低い電力レベルを達成する
ことが出来る。典型的には、ブリッジは基本的な点弧順
序を持っており、図１について云うと、これはスイッチ
装置の対の下記の表で表わされる。
４及び５を見ると、一番判り易い。然し、これらの図に
ついて具体的に説明する前に、基本的な原理を述べてお
くのが有利であると思われる。電力変換の分野で周知の
様に、３相系の基本的な点弧方式は、電気角で１２０°
の相次ぐ期間の間、各相を導電させることである。この
点弧方式が、ブリッジを介して得られる最大の電力の伝
達を表わしている。公知の様に、１２０°未満にすれ
ば、これより少ない電流及び低い電力レベルを達成する
ことが出来る。典型的には、ブリッジは基本的な点弧順
序を持っており、図１について云うと、これはスイッチ
装置の対の下記の表で表わされる。
【００２４】ＡＰ−ＢＮ ＡＰ−ＣＮ ＢＰ−ＣＮ ＢＰ−ＡＮ ＣＰ−ＡＮ ＣＰ−ＢＮ各々のＧＴＯの対は、電気角で６０°の間隔
を次々において導電させることが出来る。
を次々において導電させることが出来る。
【００２５】更に、一定直流電流源を用いる時、実効的
なブリッジ電流、従って伝達される電力は、１２０°の
期間の内、電流が存在する時間の長さを変えることによ
って、変えられることが判っている。この電流を変える
１つの方法は、普通「ノッチ方式」と呼ばれる。ノッチ
方式を達成する１つの方法は、前に述べた様に直流電流
源を短絡することである。やはり前に述べたが、このノ
ッチ作用は、サイリスタ２４を選択的に導電及び非導電
にすることによって、この発明に従って達成される。
なブリッジ電流、従って伝達される電力は、１２０°の
期間の内、電流が存在する時間の長さを変えることによ
って、変えられることが判っている。この電流を変える
１つの方法は、普通「ノッチ方式」と呼ばれる。ノッチ
方式を達成する１つの方法は、前に述べた様に直流電流
源を短絡することである。やはり前に述べたが、このノ
ッチ作用は、サイリスタ２４を選択的に導電及び非導電
にすることによって、この発明に従って達成される。
【００２６】次に最も基本的なこの発明の一面の基本的
な動作を示す図３について説明する。上側のグラフは、
ブリッジ１０の交流端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから見
た各相（線路間）電圧並びにこれらの電圧の反転を表わ
す６つの正弦状波形を示す。３つのグラフφＡ，φＢ，
φＣは、１２０°導電するブリッジの３つの端子２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに直流源１６から送られる理論的な
電流を表わす。図３は、電力が交流電圧源から直流電流
源へ伝達される場合を示す。この場合、電流ＩDCは図１
に示す方向であり、サイリスタと直流電流源の間には負
の平均電圧が存在する。
な動作を示す図３について説明する。上側のグラフは、
ブリッジ１０の交流端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから見
た各相（線路間）電圧並びにこれらの電圧の反転を表わ
す６つの正弦状波形を示す。３つのグラフφＡ，φＢ，
φＣは、１２０°導電するブリッジの３つの端子２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに直流源１６から送られる理論的な
電流を表わす。図３は、電力が交流電圧源から直流電流
源へ伝達される場合を示す。この場合、電流ＩDCは図１
に示す方向であり、サイリスタと直流電流源の間には負
の平均電圧が存在する。
【００２７】βと記す次のグラフは、この発明によるノ
ッチ作用パルスを表わす。図示の様に（必要条件ではな
いが）、パルスβはＧＴＯブリッジの通常の切換え点を
中心としている。即ち、パルスβは、理論的な電流波形
φＡ，φＢ，φＣの立上り及び立下りを中心としてい
る。この様な立上り及び立下りが６個あるから、電気角
で６０°ずつ離れたパルスβが６個ある。（パルスβを
「中心合せ」して示してあるが、これは必要条件ではな
く、重要なことは、パルスが理論的な波形の縁を「取囲
む」……その前から始まり、その後で終わる……ことで
ある。）パルスβはサイリスタの導電時間を表わし、従
って直流電流源が短絡される時間を表わす。容易に判る
様に、パルスβの長さが、実効電流、従って伝達される
実効電力を決定する。この点、電気角で約１５°の持続
時間を持つ最初の４つのパルスβ（左から見て）及び大
体その２倍、電気角で３０°の最後の３つのパルスに注
目されたい。こう云うパルスβの持続時間（従って、ノ
ッチの幅）は、タ―ンオン及びタ―ンオフ時間と導電期
間の実効的な長さを含む限界内で、任意であり、交流電
流の大きさを制御するパラメ―タであることを承知され
たい。
ッチ作用パルスを表わす。図示の様に（必要条件ではな
いが）、パルスβはＧＴＯブリッジの通常の切換え点を
中心としている。即ち、パルスβは、理論的な電流波形
φＡ，φＢ，φＣの立上り及び立下りを中心としてい
る。この様な立上り及び立下りが６個あるから、電気角
で６０°ずつ離れたパルスβが６個ある。（パルスβを
「中心合せ」して示してあるが、これは必要条件ではな
く、重要なことは、パルスが理論的な波形の縁を「取囲
む」……その前から始まり、その後で終わる……ことで
ある。）パルスβはサイリスタの導電時間を表わし、従
って直流電流源が短絡される時間を表わす。容易に判る
様に、パルスβの長さが、実効電流、従って伝達される
実効電力を決定する。この点、電気角で約１５°の持続
時間を持つ最初の４つのパルスβ（左から見て）及び大
体その２倍、電気角で３０°の最後の３つのパルスに注
目されたい。こう云うパルスβの持続時間（従って、ノ
ッチの幅）は、タ―ンオン及びタ―ンオフ時間と導電期
間の実効的な長さを含む限界内で、任意であり、交流電
流の大きさを制御するパラメ―タであることを承知され
たい。
【００２８】直流電流源を短絡する効果、即ち種々の各
相電流に対するパルスβの効果が、図３の最後の３つの
グラフによって例示されている。ＩA ，ＩB ，ＩC と記
したこれらのグラフは、種々の各相電流内のノッチを示
している。電流の実効的な大きさがノッチ幅の関数とし
て変わることは容易に明らかであるが、これは各相電流
を角度１５°のパルスβ及び角度３０°のβと比較すれ
ば実証されよう。これまで図３について述べてきたこと
は、、大体周知のことである。
相電流に対するパルスβの効果が、図３の最後の３つの
グラフによって例示されている。ＩA ，ＩB ，ＩC と記
したこれらのグラフは、種々の各相電流内のノッチを示
している。電流の実効的な大きさがノッチ幅の関数とし
て変わることは容易に明らかであるが、これは各相電流
を角度１５°のパルスβ及び角度３０°のβと比較すれ
ば実証されよう。これまで図３について述べてきたこと
は、、大体周知のことである。
【００２９】ＧＴＯ形のスイッチ装置と共にサイリスタ
を使うことは、サイリスタを非導電にする方式と関連し
て、この発明の中枢となるものである。サイリスタは、
ブリッジ１０内の適当な１対のＧＴＯを導電させること
によって、交流電圧源の幾つかの各相電圧のその時の値
の関数として、非導電にさせられる。サイリスタ２４を
タ―ンオフする為に導電させるべきＧＴＯの対は、次に
導電する計画になっている対にするのが好ましい。然
し、この為には、その対のＧＴＯ装置に関連する線路間
電圧が負であって、その対の点弧に対し、サイリスタの
転流を行なうのに適切な安全角度が存在することが必要
である。
を使うことは、サイリスタを非導電にする方式と関連し
て、この発明の中枢となるものである。サイリスタは、
ブリッジ１０内の適当な１対のＧＴＯを導電させること
によって、交流電圧源の幾つかの各相電圧のその時の値
の関数として、非導電にさせられる。サイリスタ２４を
タ―ンオフする為に導電させるべきＧＴＯの対は、次に
導電する計画になっている対にするのが好ましい。然
し、この為には、その対のＧＴＯ装置に関連する線路間
電圧が負であって、その対の点弧に対し、サイリスタの
転流を行なうのに適切な安全角度が存在することが必要
である。
【００３０】もう一度図３について説明すると、時刻ｔ
1 、即ち最初のパルスβの終りに、Ａ−Ｂ線路間電圧が
負であることが判る。即ち、端子２０Ａ（図１）が端子
２０Ｂに対して負である。従って、必要な負の電圧が存
在し、この好ましい状況で、転流にとって十分な安全角
度が存在する。この為、時刻ｔ1 に、ＧＴＯ ＢＮ及び
ＡＰを導電させることにより、サイリスタが転流され
る。他の時刻ｔ2 −ｔ6 は、他の相に対する転流を示
す。サイリスタの両端の電圧が、図３の上側のグラフの
太い線によって示されている。これがサイリスタを転流
する最も簡単で最も望ましい場合である。
1 、即ち最初のパルスβの終りに、Ａ−Ｂ線路間電圧が
負であることが判る。即ち、端子２０Ａ（図１）が端子
２０Ｂに対して負である。従って、必要な負の電圧が存
在し、この好ましい状況で、転流にとって十分な安全角
度が存在する。この為、時刻ｔ1 に、ＧＴＯ ＢＮ及び
ＡＰを導電させることにより、サイリスタが転流され
る。他の時刻ｔ2 −ｔ6 は、他の相に対する転流を示
す。サイリスタの両端の電圧が、図３の上側のグラフの
太い線によって示されている。これがサイリスタを転流
する最も簡単で最も望ましい場合である。
【００３１】前に述べた様に、次に点弧する計画になっ
ているＧＴＯの対の線路間電圧が負でないか、或いは安
全角度が不十分である場合、別の点弧方式をしなければ
ならない。この発明では、この別の方式は、異なる１対
のＧＴＯを最初にタ―ンオンする様に選ぶ。一旦サイリ
スタの転流が行なわれたら、最初に選ばれた対をタ―ン
オフし、次に計画されている対を予定の計画に従って点
弧する。この別の方式を達成する１つの方法は、関連し
た線路間電圧が負であって十分な安全角度を持つ任意の
１対のＧＴＯを選び、その対を一時的に（サイリスタを
転流するのに十分な時間の間）点弧し、その後その対を
オフに切換えると共に、本来の計画の次の対をオンに切
換えることである。真先に考えられることであるが、最
初に選択すべきこの様な１対のＧＴＯの１例は、線路間
電圧が最も負である対である。図４は最も負である電圧
を持つ対を利用するこの動作モ―ドに関連した波形を示
している。
ているＧＴＯの対の線路間電圧が負でないか、或いは安
全角度が不十分である場合、別の点弧方式をしなければ
ならない。この発明では、この別の方式は、異なる１対
のＧＴＯを最初にタ―ンオンする様に選ぶ。一旦サイリ
スタの転流が行なわれたら、最初に選ばれた対をタ―ン
オフし、次に計画されている対を予定の計画に従って点
弧する。この別の方式を達成する１つの方法は、関連し
た線路間電圧が負であって十分な安全角度を持つ任意の
１対のＧＴＯを選び、その対を一時的に（サイリスタを
転流するのに十分な時間の間）点弧し、その後その対を
オフに切換えると共に、本来の計画の次の対をオンに切
換えることである。真先に考えられることであるが、最
初に選択すべきこの様な１対のＧＴＯの１例は、線路間
電圧が最も負である対である。図４は最も負である電圧
を持つ対を利用するこの動作モ―ドに関連した波形を示
している。
【００３２】図４の最初の７つのグラフは、次に述べる
２つの例外があるが、図３に示すものと略同一である。
第１に、電力の流れの方向が逆になっており、従って直
流源及びサイリスタの両端の平均電圧は正の極性であ
る。交流電圧源の電流は、電力の流れの方向の反転を実
現する為に、電圧に対して時間的な位相が１８０°ずれ
ている。この１８０°のずれが、一番上のグラフの線路
間電圧に示されている。この動作モ―ドの反転は、次に
点弧すべき対のＧＴＯに対し負の線路間電圧を必要とす
ることを強調するものである。２番目の違いは、この図
は、全てのパルスβを同じ持続時間、大体電気角で１５
°にすることによって、簡単にしてあることである。前
と同じく、１番目のグラフの太線が、サイリスタの電圧
を示す。
２つの例外があるが、図３に示すものと略同一である。
第１に、電力の流れの方向が逆になっており、従って直
流源及びサイリスタの両端の平均電圧は正の極性であ
る。交流電圧源の電流は、電力の流れの方向の反転を実
現する為に、電圧に対して時間的な位相が１８０°ずれ
ている。この１８０°のずれが、一番上のグラフの線路
間電圧に示されている。この動作モ―ドの反転は、次に
点弧すべき対のＧＴＯに対し負の線路間電圧を必要とす
ることを強調するものである。２番目の違いは、この図
は、全てのパルスβを同じ持続時間、大体電気角で１５
°にすることによって、簡単にしてあることである。前
と同じく、１番目のグラフの太線が、サイリスタの電圧
を示す。
【００３３】最初に時刻ｔ1 、即ち最初のパルスβ又は
ノッチ・パルスの終りを考えると、この例では、ＡＰ及
びＢＮ ＧＴＯが点弧される計画になっている。然し、
図４から、Ａ−Ｂ線路間電圧が負でなく、従って、線路
間電圧が最も負である１対のＧＴＯを点弧する判定を下
す。この場合、この結果、ＢＰ及びＣＮ ＧＴＯが点弧
される。時刻ｔ1 から始まる夫々のグラフに伴う２つの
小さいパルスで示す様に、これらのＧＴＯは非常に短い
期間の間点弧される。最初のグラフで示す様に、この点
弧により、サイリスタ電圧が負になり、従ってこのサイ
リスタが転流される。その後、ＡＰ及びＢＮ ＧＴＯ
（計画通りの対）を点弧して、それらを導電させること
が出来る。各々のパルスβの時刻に、ＧＴＯに対して同
様な解析をすることが出来る。然し、図４に示したこと
から、これ以上の詳しい説明は不要と思われる。しかし
ながら、転流用ＧＴＯに対する点弧パルスが、見やすく
する為に、持続時間を著しく誇張してあることを承知さ
れたい。必要とされる実際のパルスは非常に短く、従っ
て電流に対する影響は無視し得る。
ノッチ・パルスの終りを考えると、この例では、ＡＰ及
びＢＮ ＧＴＯが点弧される計画になっている。然し、
図４から、Ａ−Ｂ線路間電圧が負でなく、従って、線路
間電圧が最も負である１対のＧＴＯを点弧する判定を下
す。この場合、この結果、ＢＰ及びＣＮ ＧＴＯが点弧
される。時刻ｔ1 から始まる夫々のグラフに伴う２つの
小さいパルスで示す様に、これらのＧＴＯは非常に短い
期間の間点弧される。最初のグラフで示す様に、この点
弧により、サイリスタ電圧が負になり、従ってこのサイ
リスタが転流される。その後、ＡＰ及びＢＮ ＧＴＯ
（計画通りの対）を点弧して、それらを導電させること
が出来る。各々のパルスβの時刻に、ＧＴＯに対して同
様な解析をすることが出来る。然し、図４に示したこと
から、これ以上の詳しい説明は不要と思われる。しかし
ながら、転流用ＧＴＯに対する点弧パルスが、見やすく
する為に、持続時間を著しく誇張してあることを承知さ
れたい。必要とされる実際のパルスは非常に短く、従っ
て電流に対する影響は無視し得る。
【００３４】図４に示す方法は、サイリスタの転流を保
証する点で非常によく作用するが、ブリッジのＧＴＯを
導電及び非導電にすることがかなり増えると云う重大な
欠点がある。これがそのデュ―ティ・サイクルを高く
し、損失を一層大きくする。その為、この発明の好まし
い形式は、図５に示す中間動作モ―ドを用いる。この中
間モ―ドは、ブロック２８（図１）にマイクロプロセッ
サ及びその他のデ―タ処理装置の形で利用し得る様な論
理回路が極めて融通性があって、比較的低廉である為
に、容易に達成出来る。即ち、全体として動作回路が利
用し得る選択が極めていろいろある。
証する点で非常によく作用するが、ブリッジのＧＴＯを
導電及び非導電にすることがかなり増えると云う重大な
欠点がある。これがそのデュ―ティ・サイクルを高く
し、損失を一層大きくする。その為、この発明の好まし
い形式は、図５に示す中間動作モ―ドを用いる。この中
間モ―ドは、ブロック２８（図１）にマイクロプロセッ
サ及びその他のデ―タ処理装置の形で利用し得る様な論
理回路が極めて融通性があって、比較的低廉である為
に、容易に達成出来る。即ち、全体として動作回路が利
用し得る選択が極めていろいろある。
【００３５】図５に示した選択は、図３及び４について
述べた２つの方式の中間のモ―ドとなるものである。こ
の中間モ―ドは、図３について述べた選択（即ち、計画
通りにゲ―トすべき対が負のサイリスタ電圧を持つこ
と）が利用出来ない場合、論理回路は次に、サイリスタ
を転流するのに十分な負の電圧及び安全角度を持ち、且
つその一方が次に導電させる計画になっている様な１対
のＧＴＯが存在するかどうかを決定する。図５は、図４
と１対１の関係で、この中間モ―ドを例証している。時
刻ｔ1 に、やはりＡＰ及びＢＮ ＧＴＯを計画通りに点
弧すべき時、電圧は負ではない。従って、これらの２つ
のＧＴＯの点弧は選択としてとることが出来ない。然
し、時刻ｔ1 に示す様に、ＡＰ及びＣＮの組合せは十分
な負の電圧及び転流を行なうのに十分な安全角度を持っ
ている。その為、時刻ｔ1 （最初のパルスβの終り）
に、ＡＰ及びＣＮ ＧＴＯを点弧してサイリスタ２４を
消弧する。その転流が行なわれたら直ぐに、ＣＮ ＧＴ
Ｏをタ―ンオフし、ＢＮ ＧＴＯを導電させ、こうして
計画通りの対の導電を設定する。６０°ずつの各々の間
隔に対し、同様な解析を行なうことが出来る。例えば、
時刻ｔ2 に、２番目のパルスβが終了し、計画では次に
点弧すべき対のＧＴＯがＡＰ及びＣＮである時、最初の
導電はＢＰ及びＣＮの対で、その後計画通りの対ＡＰ及
びＣＮに切換える。この中間動作モ―ドの利点は、図４
で示すモ―ドに較べて、必要とするＧＴＯの余分な切換
えがずっと少なくなる（半分にもなる）ことである（こ
れは図４及び５の６つの波形ＡＰ乃至ＣＮを比較すれば
明らかである）。切換え回数が減少することにより、Ｇ
ＴＯ並びに装置全体としての損失が減少する。
述べた２つの方式の中間のモ―ドとなるものである。こ
の中間モ―ドは、図３について述べた選択（即ち、計画
通りにゲ―トすべき対が負のサイリスタ電圧を持つこ
と）が利用出来ない場合、論理回路は次に、サイリスタ
を転流するのに十分な負の電圧及び安全角度を持ち、且
つその一方が次に導電させる計画になっている様な１対
のＧＴＯが存在するかどうかを決定する。図５は、図４
と１対１の関係で、この中間モ―ドを例証している。時
刻ｔ1 に、やはりＡＰ及びＢＮ ＧＴＯを計画通りに点
弧すべき時、電圧は負ではない。従って、これらの２つ
のＧＴＯの点弧は選択としてとることが出来ない。然
し、時刻ｔ1 に示す様に、ＡＰ及びＣＮの組合せは十分
な負の電圧及び転流を行なうのに十分な安全角度を持っ
ている。その為、時刻ｔ1 （最初のパルスβの終り）
に、ＡＰ及びＣＮ ＧＴＯを点弧してサイリスタ２４を
消弧する。その転流が行なわれたら直ぐに、ＣＮ ＧＴ
Ｏをタ―ンオフし、ＢＮ ＧＴＯを導電させ、こうして
計画通りの対の導電を設定する。６０°ずつの各々の間
隔に対し、同様な解析を行なうことが出来る。例えば、
時刻ｔ2 に、２番目のパルスβが終了し、計画では次に
点弧すべき対のＧＴＯがＡＰ及びＣＮである時、最初の
導電はＢＰ及びＣＮの対で、その後計画通りの対ＡＰ及
びＣＮに切換える。この中間動作モ―ドの利点は、図４
で示すモ―ドに較べて、必要とするＧＴＯの余分な切換
えがずっと少なくなる（半分にもなる）ことである（こ
れは図４及び５の６つの波形ＡＰ乃至ＣＮを比較すれば
明らかである）。切換え回数が減少することにより、Ｇ
ＴＯ並びに装置全体としての損失が減少する。
【００３６】従って、この発明では、直流電流源と交流
電圧源の間の電流を変える為のノッチ作用が、直流電流
源を短絡する為に導電させられるサイリスタを設けるこ
とによって行なわれる。このサイリスタに対する転流方
式は、交流源の線路間電圧のその時の値に応ずる論理ア
ルゴリズムに基づいている。このアルゴリズムが、好ま
しい実施例では、最初に、次に点弧する計画になってい
る対のＧＴＯに十分な負の線路間電圧が存在するかどう
かを判定し、そうなっていれば、その対を導電させる工
程を含む。そう云う場合になっていない場合、アルゴリ
ズムは、その一方が次に導電させる計画になっている様
な１対のＧＴＯに関連して負の線路間電圧が存在するか
どうかを判定し、関連する安全角度が転流を行なうのに
十分であれば、その対を使うと云う次の工程に進む。更
にこの発明の考えを延長して、３番目の代案は、これま
でのどの選択も使えない場合、負の線路間電圧及び十分
な安全角度を持つ対を決定し、サイリスタをオフに転流
するのに十分な長さの時間の間、そのＧＴＯの対を導電
させる。後に述べた２つの場合、短絡サイリスタがタ―
ンオフされた後、導電は本来の計画通りの対のＧＴＯに
切換える。
電圧源の間の電流を変える為のノッチ作用が、直流電流
源を短絡する為に導電させられるサイリスタを設けるこ
とによって行なわれる。このサイリスタに対する転流方
式は、交流源の線路間電圧のその時の値に応ずる論理ア
ルゴリズムに基づいている。このアルゴリズムが、好ま
しい実施例では、最初に、次に点弧する計画になってい
る対のＧＴＯに十分な負の線路間電圧が存在するかどう
かを判定し、そうなっていれば、その対を導電させる工
程を含む。そう云う場合になっていない場合、アルゴリ
ズムは、その一方が次に導電させる計画になっている様
な１対のＧＴＯに関連して負の線路間電圧が存在するか
どうかを判定し、関連する安全角度が転流を行なうのに
十分であれば、その対を使うと云う次の工程に進む。更
にこの発明の考えを延長して、３番目の代案は、これま
でのどの選択も使えない場合、負の線路間電圧及び十分
な安全角度を持つ対を決定し、サイリスタをオフに転流
するのに十分な長さの時間の間、そのＧＴＯの対を導電
させる。後に述べた２つの場合、短絡サイリスタがタ―
ンオフされた後、導電は本来の計画通りの対のＧＴＯに
切換える。
【００３７】以上の説明は、スイッチ装置としてＧＴＯ
を用いた例であり、今日最も普通の場合であるが、この
他の装置も利用し得る。図６はトランジスタ４０及び直
列接続のダイオ―ドを用いる場合を示す。周知の様に、
この組合せをＧＴＯ ＡＰ乃至ＣＮの代りに使うことが
出来る。同様に、図１に示したことは、対称形ＧＴＯを
用いるものであることを承知されたい。非対称ＧＴＯを
使う場合、図６に示すのと同様な直列接続のダイオ―ド
が必要になることがある。勿論、この発明の範囲内で、
他の形式のスイッチ装置を使うことが出来る。
を用いた例であり、今日最も普通の場合であるが、この
他の装置も利用し得る。図６はトランジスタ４０及び直
列接続のダイオ―ドを用いる場合を示す。周知の様に、
この組合せをＧＴＯ ＡＰ乃至ＣＮの代りに使うことが
出来る。同様に、図１に示したことは、対称形ＧＴＯを
用いるものであることを承知されたい。非対称ＧＴＯを
使う場合、図６に示すのと同様な直列接続のダイオ―ド
が必要になることがある。勿論、この発明の範囲内で、
他の形式のスイッチ装置を使うことが出来る。
【００３８】以上この発明の好ましい実施例を例示した
が、当業者にはいろいろな変更が容易に考えられよう。
考えられる幾つかの変形及び変更は前に説明した。特に
重要なのは、パルスβの配置に関する特徴である。現在
の切換え時刻に置くのが、そうするとスイッチ装置の動
作回数が最も少なくなるので、図示した基本的な装置に
とって最も有利な場所であるが、パルスβは、前に述べ
た転流の限界内で、電気角で１２０°の導電期間内の任
意の場所に置くことが出来る。用途によっては、パルス
βをこの様に他の場所に置くことが望ましいことがあ
る。従って、この発明が図面に示し、こゝに説明した特
定の実施例に制約されるものと解してはならない。特許
請求の範囲は、この発明の範囲内に含まれるこの様な全
ての変更を包括するものであることを承知されたい。
が、当業者にはいろいろな変更が容易に考えられよう。
考えられる幾つかの変形及び変更は前に説明した。特に
重要なのは、パルスβの配置に関する特徴である。現在
の切換え時刻に置くのが、そうするとスイッチ装置の動
作回数が最も少なくなるので、図示した基本的な装置に
とって最も有利な場所であるが、パルスβは、前に述べ
た転流の限界内で、電気角で１２０°の導電期間内の任
意の場所に置くことが出来る。用途によっては、パルス
βをこの様に他の場所に置くことが望ましいことがあ
る。従って、この発明が図面に示し、こゝに説明した特
定の実施例に制約されるものと解してはならない。特許
請求の範囲は、この発明の範囲内に含まれるこの様な全
ての変更を包括するものであることを承知されたい。
【図１】この発明の好ましい実施例の回路を示す簡略ブ
ロック図。
ロック図。
【図２】この発明を説明するのに役立つ一連の波形図。
【図３】この発明を説明するのに役立つ一連の波形図。
【図４】この発明を説明するのに役立つ一連の波形図。
【図５】この発明を説明するのに役立つ一連の波形図。
【図６】この発明で同じ様に使える場合を示す回路図。
１０ ３相ブリッジ １２，１４ 直流端子 １６ 直流源 １８ 直流母線 ２０ 交流端子 ２２ 交流電圧源 ２４ サイリスタ ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ 交流母線 ２６ ゲ―ト駆動器 ２８ 制御論理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−231664（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−74171（ＪＰ，Ａ) 西独国特許出願公開3113490（ＤＥ, Ａ１) 欧州特許出願公開296840（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/757 H02J 5/00 H02M 7/48 H02M 7/515
Claims (7)
- 【請求項１】 直流電流源及び交流電圧源の間で選択的
に電力を伝達する電力変換方式に於て、 直流端子及び交流端子を持っていて多相ブリッジ回路と
して構成され、何れも印加されたゲ―ト信号に応答して
選択的に導電及び非導電にされる複数個のスイッチ装置
と、 前記直流電流源を前記直流端子に接続する直流母線と、 前記交流電圧源を前記交流端子に接続する交流母線と、 前記直流母線の間に接続されていて、導電している時
は、前記直流電流源を短絡する様に作用し、ゲ―ト信号
をそれに対して印加することによって導電させられると
共に、それを通る電流を実施的にゼロの値に減少するこ
とによって非導電にされるサイリスタ手段と、 ゲ―ト信号を選択的に供給する制御手段とを有し、 該制御手段は、前記スイッチ装置に所定の順序でゲ―ト
信号を供給して、該装置を選択的に導電させて電流を作
り、こうして前記直流電流源及び交流電圧源の間で電力
の伝達を行ない、前記電流は前記交流電圧源の周波数に
対応する基本周波数である様にし、 更に前記制御手段は前記サイリスタ手段にゲ―ト信号を
供給して該サイリスタ手段を導電させ、こうして前記直
流電流源を短絡させ、 更に前記制御手段は前記スイッチ装置にゲ―ト信号を供
給して、前記交流電圧源の幾つかの各相電圧のその時の
値の関数として、スイッチ装置を選択的に導電させて、
前記サイリスタ手段を非導電にし、こうして前記サイリ
スタ手段の導電期間を定め、更に前記サイリスタを導電させる為に前記サイリスタ手
段にゲ―ト信号が供給されるのと略同時に、その時導電
しているスイッチ装置にゲ―ト信号を供給して該装置を
非導電にし、 こうして前記直流電流源及び交流電圧源の間の電流の実
効的な大きさが、前記サイリスタ手段の導電期間の関数
として変えられる様にした電力変換方式。 - 【請求項２】 直流電流源及び交流電圧源の間で選択的
に電力を伝達する電力変換方式に於て、 直流端子及び交流端子を持っていて多相ブリッジ回路と
して構成され、何れも印加されたゲ―ト信号に応答して
選択的に導電及び非導電にされる複数個のスイッチ装置
と、 前記直流電流源を前記直流端子に接続する直流母線と、 前記交流電圧源を前記交流端子に接続する交流母線と、 前記直流母線の間に接続されていて、導電している時
は、前記直流電流源を短絡する様に作用し、ゲ―ト信号
をそれに対して印加することによって導電させられると
共に、それを通る電流を実施的にゼロの値に減少するこ
とによって非導電にされるサイリスタ手段と、 ゲ―ト信号を選択的に供給する制御手段とを有し、 該制御手段は、前記スイッチ装置に所定の順序でゲ―ト
信号を供給して、該装置を選択的に導電させて電流を作
り、こうして前記直流電流源及び交流電圧源の間で電力
の伝達を行ない、前記電流は前記交流電圧源の周波数に
対応する基本周波数である様にし、 更に前記制御手段は前記サイリスタ手段にゲ―ト信号を
供給して該サイリスタ手段を導電させ、こうして前記直
流電流源を短絡させ、 更に前記制御手段は前記スイッチ装置にゲ―ト信号を供
給して、前記交流電圧源の幾つかの各相電圧のその時の
値の関数として、スイッチ装置を選択的に導電させて、
前記サイリスタ手段を非導電にし、こうして前記サイリ
スタ手段の導電期間を定め、更に前記制御手段が、前記交流電圧源の電圧の値を感知
する手段と、 該感知された値に応答して、 イ）前記所定の順序に従って導電させる計画になってい
る１対のスイッチ装置の線路間電圧が負であって、前記
サイリスタ手段の転流を行なうのに十分な安全角度が存
在する場合は、その対を導電させ、そうでなければ、 ロ）負の線路間電圧、及び前記サイリスタ手段の転流を
行なうのに十分な安全角度を持つ１対の中間のスイッチ
装置を選択して、該中間の１対を導電させると共に、そ
の後前記中間の１対の装置を非導電にしながら、その後
導電させる計 画になっているスイッチ装置を導電させる
と云う論理アルゴリズムに基づいて動作する手段を有
し、 こうして前記直流電流源及び交流電圧源の間の電流の実
効的な大きさが、前記サイリスタ手段の導電期間の関数
として変えられる様にした電力変換方式。 - 【請求項３】 選ばれる前記１対の中間のスイッチ装置
が、線路間電圧が最も負である対である請求項２記載の
電力変換方式。 - 【請求項４】 前記制御手段が、前記サイリスタを導電
させる為に前記サイリスタ手段にゲ―ト信号が供給され
るのと略同時に、その時導電しているスイッチ装置にゲ
―ト信号を供給して該装置を非導電にする請求項２また
は３に記載の電力変換方式。 - 【請求項５】 直流電流源及び交流電圧源の間で選択的
に電力を伝達する電力変換方式に於て、 直流端子及び交流端子を持っていて多相ブリッジ回路と
して構成され、何れも印加されたゲ―ト信号に応答して
選択的に導電及び非導電にされる複数個のスイッチ装置
と、 前記直流電流源を前記直流端子に接続する直流母線と、 前記交流電圧源を前記交流端子に接続する交流母線と、 前記直流母線の間に接続されていて、導電している時
は、前記直流電流源を短絡する様に作用し、ゲ―ト信号
をそれに対して印加することによって導電させられると
共に、それを通る電流を実施的にゼロの値に減少するこ
とによって非導電にされるサイリスタ手段と、 ゲ―ト信号を選択的に供給する制御手段とを有し、 該制御手段は、前記スイッチ装置に所定の順序でゲ―ト
信号を供給して、該装置を選択的に導電させて電流を作
り、こうして前記直流電流源及び交流電圧源の間で電力
の伝達を行ない、前記電流は前記交流電圧源の周波数に
対応する基本周波数である様にし、 更に前記制御手段は前記サイリスタ手段にゲ―ト信号を
供給して該サイリスタ手段を導電させ、こうして前記直
流電流源を短絡させ、 更に前記制御手段は前記スイッチ装置にゲ―ト信号を供
給して、前記交流電圧源の幾つかの各相電圧のその時の
値の関数として、スイッチ装置を選択的に導電させて、
前記サイリスタ手段を非導電にし、こうして前記サイリ
スタ手段の導電期間を定め、更に前記制御手段が、前記交流電圧源の電圧の値を感知
する手段と、 該感知された値に応答して、 イ）前記所定の順序に従って導電させる計画になってい
る１対のスイッチ装置の線路間電圧が負であって、前記
サイリスタ手段の転流を行なうのに十分な安全角度が存
在する場合、該対を導電させ、そうでなければ、 ロ）その一方が次に導電させる計画になっている様な１
対のスイッチ装置に関連して負の線路間電圧が存在し、
前記サイリスタ手段の転流を行なうのに十分な安全角度
があれば、最初に後で述べた１対の装置を導電させ、そ
の導電が行なわれた後、計画通りの１対のスイッチ装置
に導電を切換え、そうでなければ、 ハ）負の線路間電圧、及び前記サイリスタ手段の転流を
行なうのに十分な安全角度を持つ１対の中間のスイッチ
装置を選択し、該中間の対を導電させ、その後該中間の
１対の装置を非導電にしながら、導電させる計画になっ
ているスイッチ装置を導電させると云う論理アルゴリズ
ムに従って動作する手段を有し、 こうして前記直流電流源及び交流電圧源の間の電流の実
効的な大きさが、前記サイリスタ手段の導電期間の関数
として変えられる様にした電力変換方式。 - 【請求項６】 選ばれる前記１対の中間のスイッチ装置
が、線路間電圧が最も負である対である請求項５記載の
電力変換方式。 - 【請求項７】 前記制御手段が、前記サイリスタを導電
させる為に前記サイリスタ手段にゲ―ト信号が供給され
るのと略同時に、その時導電しているスイッチ装置にゲ
―ト信号を供給して該装置を非導電にする請求項５また
は６に記載の電力変換方式。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US567,021 | 1990-08-14 | ||
| US07/567,021 US5091840A (en) | 1990-08-14 | 1990-08-14 | Power conversion scheme employing shorting means to control current magnitude |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229080A JPH04229080A (ja) | 1992-08-18 |
| JP3307962B2 true JP3307962B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=24265416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16616691A Expired - Lifetime JP3307962B2 (ja) | 1990-08-14 | 1991-06-12 | 電力変換方式 |
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|---|---|
| US (1) | US5091840A (ja) |
| EP (1) | EP0471435B1 (ja) |
| JP (1) | JP3307962B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5970095A (en) * | 1997-04-14 | 1999-10-19 | Lockheed Martin Corporation | Secure data transmission on a TDM isochronous network |
| AUPQ775100A0 (en) * | 2000-05-26 | 2000-06-15 | Cleansun Pty Ltd | Power conversion system |
| WO2003010877A1 (en) * | 2001-07-23 | 2003-02-06 | Northern Power Systems, Inc. | Control system for a power converter and method of controlling operation of a power converter |
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| CN104471816B (zh) * | 2012-06-01 | 2019-01-15 | 香港大学 | 输入ac电压控制双向功率转换器 |
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|---|---|---|---|---|
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| DD155711A3 (de) * | 1980-05-27 | 1982-06-30 | Siegfried Thamm | Indirekter umrichter zur stellung der drehzahl von asynchronmaschinen |
| GB2140987B (en) * | 1983-04-15 | 1986-11-19 | Hitachi Ltd | Control apparatus for current type inverter |
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| US4720776A (en) * | 1984-12-04 | 1988-01-19 | Square D Company | DC bus shorting apparatus and method for polyphase AC inverter |
| US4757435A (en) * | 1986-03-19 | 1988-07-12 | Westinghouse Electric Corp. | Static-controlled current-source AC/DC power converter and DC/AC power converter, and protection system embodying the same |
| US4730242A (en) * | 1986-09-25 | 1988-03-08 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Static power conversion and apparatus having essentially zero switching losses |
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-
1990
- 1990-08-14 US US07/567,021 patent/US5091840A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-06-12 JP JP16616691A patent/JP3307962B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-13 EP EP91305369A patent/EP0471435B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-13 DE DE69108140T patent/DE69108140T2/de not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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| EP0471435A2 (en) | 1992-02-19 |
| DE69108140D1 (de) | 1995-04-20 |
| JPH04229080A (ja) | 1992-08-18 |
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| US5091840A (en) | 1992-02-25 |
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