JP3723868B2 - Rectifier control method and controller - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流装置の制御方法および制御装置に関する。さらに詳しくは、インバータ装置の入力部に配設される、整流素子の一部にサイリスタが用いられた整流回路を有する整流装置の制御方法および制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、いわゆるインバータ装置(広義のインバータ)は、整流素子としてダイオードのみを用いた整流回路(コンバータ)で入力交流を直流に変換して電力の制御を行うようにしたものが多い。
【0003】
このように、従来のインバータ装置では、整流回路をダイオードのみからなる比較的簡易な回路として構成することが多いのは、電源電圧が不規則に変動することがほとんどない良質な電力であることによる。
【0004】
ところが、インバータ装置が例えば電気鉄道車両の各種設備(例;新幹線車両の換気装置)の電力制御に用いられる場合には、下記のような事情があるため、一般産業用インバータ装置における場合とは異なる特別の配慮が必要とされる。
【0005】
(1)給電区間に車両が少なく給電区間内の電気的負荷が小さい場合や、車両減速時に給電側に電力回生を行う場合には、インバータ装置に定格電圧を大きく超える電圧が加わることがある。
【0006】
(2)給電区間が車両の走行中に切り替わる際に、電源の瞬低がしばしば発生する。
【0007】
(3)電圧変動が大きい。
【0008】
そして、このような電源環境の下で運転される鉄道車両用のインバータ装置では、良好な運転状態を確保するため、以下のような措置が従来講じられている。
【0009】
(a)前掲(1)による不都合を回避するため、3次電源(440V)に降圧用のトランスを挿入して、入力電圧を1割程度低下させ、インバータ装置へ定格電圧を大きく超える電圧が加わる頻度を低減させる。
【0010】
(b)前掲(2)のような電源瞬低が頻繁に発生する場合、整流回路付属のフィルタキャパシタへの過大な突入電流を防止するために、電磁開閉器および電力用抵抗器からなる突入電流抑制回路を設ける。
【0011】
しかしながら、前掲(a)、(b)のような措置は、以下のような問題を有している。
【0012】
(ア)前掲(a)の措置においては、トランスを設置することによって装置全体の重量・寸法が増大する。
【0013】
(イ)前掲(b)の措置においても、突入電流抑制回路を設置することによって装置全体の重量・寸法が増大する。
【0014】
(ウ)突入電流抑制回路の電磁開閉器には機械的寿命があるため、定期交換等のメンテナンスが必要となる。
【0015】
このような不都合を回避するために、従来より、整流素子の一部にサイリスタを用いるようにして、電源投入時のフィルタキャパシタへの突入電流を抑制するためのソフトスタート機能と、直流電圧の安定化機能および過大電圧の抑制機能とを整流回路に付与するようにしたハーフブリッジ整流回路が知られている(例えば、特開平10−111145号公報、特開平11−118520号公報および特開平09−265504号公報参照)。
【0016】
そして、このような従来のハーフブリッジ整流回路において、特開平10−111145号公報記載のものは、瞬低検知回路と、サイリスタ・ゲートパルス位相角を徐々に開いていくためのタイマ回路とを設けるものとしている。
【0017】
しかしながら、この構成には、以下のような問題がある。
【0018】
(い)瞬低検知回路が瞬低発生の有無を判定するための、電圧閾値や瞬低時間の時間閾値を適切に設定することが容易ではない。
【0019】
(ろ)負荷が軽い状態では瞬低中のフィルタキャパシタからの放電が少ないために、瞬低回復時に必ずしもソフトスタート機能を動作させる必要はない。しかるに、前掲の瞬低検知回路は、負荷の状態を監視するものとされていないので、ソフトスタート機能を動作させる必要がない場合にも、瞬低が検知されると同時にソフトスタート機能が起動して電力供給が制限されてしまうため、運転可能状態に復帰するまでの間、負荷の回路動作を停止する必要がある。
【0020】
(は)一般に、ソフトスタート機能においては、電流が規定値を超えない範囲で直流側電圧が規定値に達するまでの時間を最小にすることが望ましいものといえる。このため、ソフトスタート機能の動作中の各サイクルにおける位相角は、時間(サイクル数)に対して線形にではなく、例えば2次関数的に変化させる必要があるが、この場合、各サイクルにおける電流値のピークを揃える必要があるため、回路の構成が複雑となる。一方、位相角を線形的に変化させるようにして回路を簡易化した場合には、直流側電圧が規定値に達するまでの時間が長くなり、即応性が損なわれる。
【0021】
また、前掲の特開平11−118520号公報記載の従来技術は、前掲(2)の問題に関し、直流部電圧を安定化するために、直流部電圧と基準値とを比較した結果に基づいて、サイリスタ・ゲートパルス位相角をフィードバック制御するものとしている。
【0022】
しかしながら、一般に、サイリスタ・ゲートパルス位相角と直流部電圧との関係は線形ではなく、フィードバック制御を行った場合にも誤差が大きくなることが多い。このため、フィードバック制御の調整部に積分器を追加してPI制御を行うものとされることが多い。ところが、この方法では、入力電圧が急激に変化した場合に、積分器の出力値が本来の値に整定するのに時間がかかり対処しきれないことがある。すなわち、このような場合には、直流部電圧が過大となったり、過小となったりしてインバータ装置の運転が中断したり、故障を引き起こすことがある、といった問題がある。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、電源電圧の変動が大きい場合にも簡易に的確な整流がなし得る、整流素子の一部にサイリスタが用いられた整流回路を有する整流装置の制御方法および制御装置を提供することを目的としている。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明の整流装置の制御方法は、整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御方法であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすことを特徴とする。
【0025】
本発明の整流装置の制御方法においては、突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【0026】
また、本発明の整流装置の制御方法においては、直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【0027】
さらに、本発明の整流装置の制御方法においては、直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が45度〜60度の適宜時期になすのが好ましい。
【0028】
さらに、本発明の整流装置の制御方法においては、サイリスタのアノード−カソード間が順方向に印加されているときに点弧パルスを出力するのが好ましい。
【0029】
さらに、本発明の整流装置の制御方法においては、テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を、補間法により算出するのが好ましい。
【0030】
一方、本発明の整流装置の制御装置は、整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御装置であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすよう構成されてなることを特徴とする。
【0031】
本発明の整流装置の制御装置においては、突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【0032】
また、本発明の整流装置の制御装置においては、直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【0033】
さらに、本発明の整流装置の制御装置においては、直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が45度〜60度の適宜時期になすよう構成されてなるのが好ましい。
【0034】
さらに、本発明の整流装置の制御装置においては、サイリスタのアノード−カソード間が、順方向に印加されているときに点弧パルスを出力するよう構成されてなるのが好ましい。
【0036】
さらに、本発明の整流装置の制御装置においては、テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を補間法により算出するよう構成されてなるのが好ましい。
【0037】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、構成の簡素化および小型化を図りかつ即応性を担保しながら、整流装置における突入電流の抑制および直流電圧の安定化が図られる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【0039】
図1に、本発明の一実施形態にかかる整流装置の制御方法が適用されるコンバータ装置の概略構成をブロック図で示す。
【0040】
このコンバータ装置Kは、入力交流電圧の不規則変動が大きい、例えば新幹線車両の換気装置用インバータ装置(不図示である)に設けられ、鉄道架線を介して各車両に送電される交流電力を直流電力に変換し、逆変換回路(狭義のインバータ、不図示である)に供給するものとされる。
【0041】
コンバータ装置Kは、具体的には、整流素子の少なくとも一部をサイリスタにより構成したサイリスタ整流・平滑回路部10と、サイリスタ整流・平滑回路部10のサイリスタを点弧する点弧回路20と、点弧回路20がサイリスタを適切な点弧角で点弧するよう制御する点弧角制御部30とを主要構成要素として備えてなるものとされる。
【0042】
図2に、コンバータ装置Kのより具体的な構成を示す。
【0043】
サイリスタ整流・平滑回路部10は、2つのサイリスタ11A、11Bおよび2つのダイオード12A、12Bを単相混合ブリッジ回路に形成してなるハーフブリッジ整流回路(以下、単に整流回路という)13と、これと並列に接続される平滑コンデンサ14からなる平滑回路15とから構成される。
【0044】
ここで、各サイリスタ11A、11Bは、ブリッジ回路の下部アームに配置されるが、これは各サイリスタ11A、11Bがトリガ可能かどうか、すなわちアノード−カソード間に順方向電圧が印加されているかどうかを判断するために用いられる検出回路の形成を容易にするためである。
【0045】
点弧回路20は、各サイリスタ11A、11Bを点弧するゲートドライブ回路21により構成される。このゲートドライブ回路21は、具体的には、ゲート1とゲート2からなるRSフリップ回路(リセットセット・フリップ回路)と、アンド回路からなるゲート3と、ノイズ除去および信号安定化のための1次遅れ回路と、アンド回路からなるゲート4と、スイッチング・トランジスタを有するパルス発生回路とを備えてなるものとされる(図5参照)。
【0046】
点弧角制御部30は、入力交流検出部10aにより検出される入力交流電圧Vacおよびその位相の検出信号と、点弧電圧検出部11a,11bにより検出されるサイリスタ11A、11Bの点弧電圧Vta、Vtb、つまりサイリスタ11A、11Bにおけるアノード−カソード間の電圧の各検出信号と、中間直流電圧検出部14aにより検出される平滑コンデンサ14間の電圧、つまり中間直流電圧Vdcの検出信号とをアナログ−デジタル変換するA/D変換器31と、A/D変換器31によりアナログ−デジタル変換された各検出信号に基づいて、ゲートドライブ回路21が各サイリスタ11A、11Bを点弧する点弧角を入力交流電圧Vacと中間直流電圧Vdcとで3次元的に表した点弧角参照テーブル(突入電流抑制処理用テーブル、直流電圧安定化処理用テーブル)(3次元テーブル)40を参照して設定するとともに、各種制御を実施するサイリスタ制御部32とから構成される。
【0047】
また、この実施形態のコンバータ装置Kには、回生動作時に動作する、回生抵抗51、回生用トランジスタ52が設けられており、また平滑回路15に入力される中間直流電圧Vdcの検出信号に基づいて、過電圧を検知するとともに回生用トランジスタ52を制御する過電圧検知・回生制御部50が設けられるものとされる。なお、過電圧検知・回生制御部50の構成は従来のものと同様とされているので、その詳細な説明は省略する。
【0048】
ここで、サイリスタ制御部32は、電源投入時や入力電圧の瞬低後にフィルタキャパシタ(平滑回路15)への突入電流が発生して主回路部品を破壊するおそれがあるため、これを回避するように突入電流を抑制するよう制御を実施するものとされる。また、サイリスタ制御部32は、平滑回路15に入力される中間直流電圧Vdcを安定化するための直流電圧安定化処理も実施するものとされる。
【0049】
なお、かかる構成とされた点弧角制御部30および過電圧検知・回生制御部50は、例えばマイコンにより実現される。
【0050】
以下、図3および図4を参照しながら、点弧角制御部30による突入電流抑制処理および直流電圧安定化処理について詳細に説明する。
【0051】
まず、突入電流抑制処理について説明する。
【0052】
突入電流を抑制するためには、交流側電圧値(Vac)が直流側電圧値(Vdc)に較べて過大であると判断されたときに、サイリスタ11A,11Bの点弧角を絞り込むこと、つまり点弧を遅らせて点弧角を遅らせる(点弧角を小さくさせる)ことが有効である。そうすれば、サイリスタ11A,11Bによって切り出された交流電圧の波高値が小さくなって突入電流が抑制される。
【0053】
かかる制御を実現するためには、入力交流電圧の半周期毎に、交流側電圧値(Vac)と直流側電圧値(Vdc)とに基づいて、適切な点弧角を設定する必要がある。このため、この実施形態では、交流側電圧値(Vac)と直流側電圧値(Vdc)とに対応した適切な点弧角を定めたものを予め3次元テーブル(突入電流抑制処理用テーブル)として用意し、これを参照して入力交流の半周期毎に点弧角を設定するものとされている。(なお、この3次元テーブルについては、後で詳細に説明する。)
【0054】
より具体的には、図3および図4に示すように、交流入力電圧の各ゼロクロスを検出した直後にイベントキャプチャにより割り込みをかけ、この直後に直流側電圧値(Vdc)を検出し、ついで交流側電圧値(Vac)を検出する。
【0055】
この交流側電圧値(Vac)の検出は、交流側電圧値(Vac)の最大値を検出することを目的としてなされるものであるため、交流側電圧値(Vac)が最大値となった時点でなされるのが好ましいが、点弧角の算出に要する時間等を考慮して、交流電圧の電気角が45度〜60度の間の適宜時期になされるものとされる。そして、この検出された交流側電圧値(Vac)に基づいて、交流側電圧が正弦波であると仮定してその半周期における最大値を推定するものとされている。なお、図4に示す交流入力電圧検出タイミングの設定手順は、一度なされた後は省略されてもよい。
【0056】
これらの検出した直流側電圧値(Vdc)および交流側電圧値(Vac)を、A/D変換器31によりそれぞれデジタル信号に変換し、また、このデジタル信号に変換した交流側電圧値(Vac)に基づいて、前述したように、半周期における交流側電圧値(Vac)の最大値を算出する。
【0057】
ついで、デジタル信号に変換した直流側電圧値(Vdc)および算出した交流側電圧値(Vac)の最大値を用いて突入電流抑制処理用テーブルからその組合せに対応した点弧角を選出し、その点弧角によりサイリスタゲートパルス(点弧パルス)を発生させるタイミングを算出する。
【0058】
しかるのち、算出した点弧パルス発生タイミングをトリガパルス指令としてアウトプットコンベアによりタイマー設定する。
【0059】
しかして、このタイマー設定したトリガパルス指令により、点弧パルス(トリガパルス)がサイリスタ11A,11Bに出力されてサイリスタ11A,11Bが導通される。つまり、サイリスタ11A,11Bが所望の点弧角により点弧される。なお、この点弧パルス(トリガパルス)の発生については後で詳細に説明する。
【0060】
従来、アナログ回路によって前述のような制御を実現する場合は、積分タイマー回路を用いて徐々に点弧角を広げていくようにするのが一般的である。しかしながら、この方法では、フィルタキャパシタ充電中に電源の瞬時変動や喪失があった場合、積分タイマーリセットをどのような条件で行うべきかを決めることが困難であり、それがため所期の電流抑制性能が得られないおそれがある。
【0061】
しかるに、この実施形態では従来のフィードバック制御によらず、テーブルにおける設定値にしたがって点弧角を制御するものとしているので、電源電圧の変動が大きい場合にも、有効に突入電流を抑制することが可能となる。
【0062】
次に、直流電圧安定化処理について説明する。
【0063】
新幹線車両では、電源電圧の変動が大きく、また、入力交流電圧値が定格値よりも25%以上高めとなることも多い(これは、架線電圧の定格値は25kVであるが、無負荷電圧は30kVが設計値とされていることによる。)。そこで、入力電圧値の変動にかかわらず、出力直流電圧値を一定にするための直流電圧安定化処理が実施される。ここでも、突入電流抑制処理におけると同様に、予め設定されたテーブル(直流電圧安定化処理用テーブル)を参照してサイリスタ11A,11Bの点弧角を制御するものとされる。
【0064】
すなわち、入力交流電圧の半周期毎に交流側電圧値(Vac)および直流側電圧値(Vdc)を検出し、その検出結果により直流側電圧値(Vdc)が予め設定された値より高くなると予想された場合は、直流電圧安定化処理用テーブルにおける交流側電圧値(Vac)と直流側電圧値(Vdc)との組合せに対応した点弧角を選出して、サイリスタ11A,11Bの点弧を遅らせて波高値を下げるようにする。つまり、点弧角を小さくして(点弧角を遅らせて)、波高値を下げるようにする。
【0065】
一方、交流側電圧値(Vac)および直流側電圧値(Vdc)の検出値から、直流側電圧値(Vdc)が予め設定された値よりも低くなると予想された場合は、同様に直流電圧安定化処理用テーブルにおける交流側電圧値(Vac)と直流側電圧値(Vdc)との組合せに対応した点弧角を選出して、サイリスタ11A,11Bの点弧角を進めて(点弧角を大きくして)波高値を上げるようにする。
【0066】
より具体的には、図3および図4に示すように、交流入力電圧の各ゼロクロスを検出した直後にイベントキャプチャにより割り込みをかけ、この直後に直流側電圧値(Vdc)を検出し、ついで交流側電圧値(Vac)を検出する。
【0067】
これらの検出された直流側電圧値(Vdc)および交流側電圧値(Vac)を、A/D変換器31によりそれぞれデジタル信号に変換し、また、このデジタル信号に変換した交流側電圧値(Vac)に基づいて、前述したように、半周期における交流側電圧値(Vac)の最大値を算出する。
【0068】
ついで、デジタル信号に変換された直流側電圧値(Vdc)および算出した交流側電圧値(Vac)の最大値を用いて直流電圧安定化処理用テーブルからその組合せに対応した点弧角を選出し、その点弧角によりサイリスタゲートパルス(点弧パルス)を発生させるタイミングを算出する。
【0069】
しかるのち、算出した点弧パルス発生タイミングをトリガパルス指令としてアウトプットコンベアによりタイマー設定する。
【0070】
しかして、このタイマー設定したトリガパルス指令により、点弧パルス(トリガパルス)がサイリスタ11A,11Bに出力されてサイリスタ11A,11Bが導通される。つまり、サイリスタ11A,11Bが所望の点弧角により点弧される。
【0071】
次に、図5および図6を参照しながら点弧パルス(トリガパルス)の生成について説明する。
【0072】
サイリスタ11A,11Bは、順方向に電圧が印加されていないと、点弧パルス(トリガパルス)を与えてもオンすることができない。したがって、前述の手順により生成されたトリガパルス指令により点弧パルス(トリガパルス)を出力したとしても、条件次第では点弧に失敗することがある。
【0073】
これを防ぐために、ゲートドライブ回路21では、トリガパルスを出力しようとする時点で点弧可能条件が整っていない場合は、点弧が可能となった時点で初めてトリガパルスを出力するようにされている。以下、詳細に説明する。
【0074】
ゲート1には入力交流電圧のゼロクロス信号が入力されて、RSフリップ回路が入力交流電圧の半周期毎にリセットされるようにされ、またゲート2には点弧角制御部30からの点弧パルス(トリガパルス)指令が入力されている。このRSフリップ回路の出力はゲート3に入力される。また、このゲート3には、サイリスタ11A(11B)の点弧電圧Vta(Vtb)を検出している点弧電圧検出部11a(11b)からサイリスタ11A(11B)が順方向に印加されていることを示すトリガ可能信号が入力される。これにより、ゲート3はトリガパルス指令およびトリガ可能信号がそれぞれオンのときにオンされてオン信号を出力する。
【0075】
ゲート3の出力は分岐されてゲート4および1次遅れ回路に入力される。この1次遅れ回路の出力は反転されてゲート4に入力される。これにより、ゲート3からの出力信号に随伴しているノイズ等の除去がなされて信号の安定化が図られる。また、ゲート4にはインバータ装置が稼動中であることを示すトリガイネーブル信号も入力される。これは、インバータ装置が稼動中でなければトリガパルスを発生させても意味がないことによる。
【0076】
ゲート4の出力はスイッチング・トランジスタのベースに入力されてそのスイッチングを行う。つまり、トリガパルス指令、トリガ可能信号、およびトリガイネーブル信号のそれぞれがオンであれば、スイッチング・トランジスタがオンされてトリガパルス(点弧パルス)がサイリスタ11A(11B)に出力される。
【0077】
ゲートドライブ回路21がかかる構成とされていることにより、トリガパルスは常にサイリスタ11A,11Bが順方向に印加されているときにサイリスタ11A,11Bに出力される。そのため、サイリスタ11A,11Bの点弧が確実になされる。
【0078】
次に、図7を参照しながら突入電流抑制処理用テーブルおよび直流電圧安定化処理用テーブルについて説明する。なお、図7は突入電流抑制処理用テーブルおよび直流電圧安定化処理用テーブルの作成要領を表したグラフ図である。
【0079】
図7に示す例においては、入力交流電圧の定格電圧が実効値で440Vとされ、中間直流電圧の負荷動作開始電圧および定格電圧がそれぞれ400Vおよび620Vとされている。また、中間直流電圧の回生動作開始電圧および過電圧異常閾値がそれぞれ784Vおよび833Vとされている。そして、負荷動作開始電圧以下の領域が突入電流抑制処理領域とされ、また、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との間の領域が直流電流安定化処理領域とされている。ここで、定格点(440Vrms,620V)と原点(0Vrms,0V)とを結ぶ線の上の領域(図中の黒く塗りつぶした領域)は制御不能領域とされて、サイリスタの点弧はなされない。
【0080】
図7に示すように、突入電流抑制処理では、突入電流の抑制を図るとともに即応性を担保するため、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低い場合には、点弧角が小さくなるように点弧角制御がなされる一方、交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高い場合には、点弧角が大きくなるように点弧角制御がなされる。つまり、改良されたソフトスタートがなされる。なお、図7において、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高い場合、および交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低い場合は、過大電圧領域では回路素子の破壊を防ぐため、および不足電圧領域では負荷に十分な電力供給が不可能なため、サイリスタの点弧はなされないためである。
【0081】
また、直流電圧安定化処理では、前述した理由により、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高い場合には、点弧角が小さくなるように点弧角制御がなされる一方、交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低い場合には、点弧角が大きくなるように点弧角制御がなされる。つまり、擬似フィードバック制御がなされて、直流電圧の安定化が図られる。なお、図7において、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低い場合、および交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高い場合は、過大電圧領域では回路素子の破壊を防ぐため、および不足電圧領域では負荷に十分な電力供給が不可能なため、サイリスタの点弧はなされないためである。
【0082】
次に、図8および図9を参照しながら、突入電流抑制処理用テーブルおよび直流電圧安定化処理用テーブルの作成手順の一例を説明する。テーブルは、制御1周期(交流半周期)毎に、直流電圧が50Vずつ変化するよう設定する。なお、電圧設定値は前記に限定されるものではなく任意に設定可能である。
【0083】
(1)入力交流電圧Vacを検出し、その最大値Vacpを推定する。
【0084】
(2)中間直流電圧Vdcを検出する。
【0085】
(3)以下の区別にしたがってサイリスタを点弧角を算出する。
【0086】
(3−1)中間直流電圧の目標値Vdcrと現在値Vdcの差が50ボルト以上あるとき:
次式(1)により点弧角αを算出する。
【0087】
Vacp・sinα=Vdc+50 (1)
【0088】
すなわち、
α=arcsin{(Vdc+50)/Vacp}
となる。
【0089】
(3−2)中間直流電圧の目標値Vdcrと現在値Vdcの差が50ボルト未満であるとき:
次式(2)により点弧角αを算出する。
【0090】
Vacp・sinα=Vdcr (2)
【0091】
すなわち、
α=arcsin{Vdcr/Vacp}
となる。
【0092】
このように、実施形態のコンバータ装置Kにおいては、瞬低発生時には予め設定される突入電圧抑制処理用テーブルを参照して点弧角が設定されるので、瞬低検知回路が不要となり、瞬低発生の有無を判定するための電圧閾値および瞬低時間の時間閾値を設定する必要がなくなる。つまり、構成の簡素化が図られる。
【0093】
また、負荷が軽い状態で瞬低が起こった場合にも、不必要に点弧角を小さくすることがないので、負荷が運転可能状態に復帰するまでの時間が最小となり、即応性が担保される。
【0094】
さらに、PI型フィードバック制御を実施する場合のような、急激な入力電圧の変化に対する即応性の欠如と、直流部電圧の変動が抑制される。
【0095】
さらにまた、ソフトスタートと直流部電圧の安定化制御とのモード切替の必要がなく、1つのマイコン(サイリスタ制御部)によって実現できて装置の小型化が図れる。
【0096】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態では単相交流を例に採り説明されているが、本発明の適用は単相交流に限定されるものではなく、適宜改変することにより多相交流にも適用でき、例えば三相交流にも適用できる。また、点弧角参照テーブルにない交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対する点弧角は、補間法により算出するようにしてもよい。
【0097】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、構成の簡素化および小型化を図りかつ即応性を担保しながら、整流装置への突入電流の抑制および出力電圧の安定化が図られるという優れた効果が得られる。
【0098】
また、本発明の好ましい形態によれば、サイリスタが順方向に印加されているときにトリガパルスが出力されるので、サイリスタの点弧が確実になされるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る整流装置の制御方法が適用されるコンバータ装置のブロック図である。
【図2】同実施形態に用いられているコンバータ装置の回路図である。
【図3】同実施形態の制御方法の説明図である。
【図4】同実施形態の制御手順を示すフローチャーチである。
【図5】ゲートドライブ回路の動作説明図である。
【図6】トリガパルスの発生手順を示すフローチャーチである。
【図7】サイリスタ点弧角と交流電圧・直流電圧との関係を示すグラフ図である。
【図8】点弧角算出に用いられる電圧のグラフ図の一例である。
【図9】同グラフ図の他の例である。
【符号の説明】
10 サイリスタ整流・平滑回路
10a 入力交流検出部
11A,11B サイリスタ
11a,11b 点弧電圧検出部
15 平滑回路
20 点弧回路
21 ゲートドライブ回路
30 点弧角制御部
31 A/D変換部
32 サイリスタ制御部
40 点弧角参照テーブル(3次元テーブル)
50 過電圧検知・回生制御部
K コンバータ装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method and a control device for a rectifier. More specifically, the present invention relates to a control method and a control device for a rectifier having a rectifier circuit provided in an input unit of an inverter device and using a thyristor as a part of a rectifier element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, many so-called inverter devices (inverters in a broad sense) have been designed to control electric power by converting input alternating current into direct current using a rectifier circuit (converter) using only a diode as a rectifier.
[0003]
As described above, in the conventional inverter device, the rectifier circuit is often configured as a relatively simple circuit including only a diode because the power supply voltage is a high-quality power that hardly fluctuates irregularly. .
[0004]
However, when the inverter device is used for power control of, for example, various facilities of an electric railway vehicle (for example, a ventilation device for a Shinkansen vehicle), there are the following circumstances, which is different from the case of a general industrial inverter device. Special consideration is required.
[0005]
(1) When the number of vehicles in the power feeding section is small and the electrical load in the power feeding section is small, or when power regeneration is performed on the power feeding side during vehicle deceleration, a voltage that greatly exceeds the rated voltage may be applied to the inverter device.
[0006]
(2) When the power feeding section is switched while the vehicle is running, the power supply often falls.
[0007]
(3) Voltage fluctuation is large.
[0008]
And in the inverter apparatus for railway vehicles which drive | operates under such a power supply environment, in order to ensure a favorable driving | running state, the following measures are conventionally taken.
[0009]
(A) In order to avoid the inconvenience due to the above (1), a step-down transformer is inserted into the tertiary power supply (440V), the input voltage is lowered by about 10%, and a voltage exceeding the rated voltage is applied to the inverter device. Reduce frequency.
[0010]
(B) In the case of frequent power supply sag as described in (2) above, in order to prevent an excessive inrush current to the filter capacitor attached to the rectifier circuit, an inrush current comprising an electromagnetic switch and a power resistor A suppression circuit is provided.
[0011]
However, the measures as described in the above (a) and (b) have the following problems.
[0012]
(A) In the measure described in (a) above, the weight and size of the entire device increase by installing a transformer.
[0013]
(B) Also in the measure of (b) above, the installation of the inrush current suppression circuit increases the weight and dimensions of the entire device.
[0014]
(C) Since the electromagnetic switch of the inrush current suppression circuit has a mechanical life, maintenance such as periodic replacement is required.
[0015]
In order to avoid such inconvenience, conventionally, a thyristor is used as a part of the rectifier element, and a soft start function for suppressing an inrush current to the filter capacitor at the time of power-on and a stable DC voltage. There are known half-bridge rectifier circuits in which a rectifier circuit and a function of suppressing an excessive voltage are provided to a rectifier circuit (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-111145, 11-118520, and 09-09). 265504).
[0016]
In such a conventional half-bridge rectifier circuit, the one described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-111145 is provided with a voltage sag detection circuit and a timer circuit for gradually opening the thyristor gate pulse phase angle. It is supposed to be.
[0017]
However, this configuration has the following problems.
[0018]
(Ii) It is not easy to appropriately set the voltage threshold value and the time threshold value of the voltage sag time for the voltage sag detection circuit to determine whether or not a voltage sag has occurred.
[0019]
(B) Since the discharge from the filter capacitor during the sag is small when the load is light, it is not always necessary to operate the soft start function when the sag recovers. However, since the voltage drop detection circuit described above is not intended to monitor the load status, even if it is not necessary to operate the soft start function, the soft start function is activated at the same time as the voltage drop is detected. Therefore, it is necessary to stop the circuit operation of the load until the operation is restored.
[0020]
In general, in the soft start function, it can be said that it is desirable to minimize the time until the DC side voltage reaches the specified value within a range where the current does not exceed the specified value. For this reason, the phase angle in each cycle during the operation of the soft start function needs to be changed, for example, in a quadratic function rather than linearly with respect to time (number of cycles). Since it is necessary to align the peak values, the circuit configuration becomes complicated. On the other hand, when the circuit is simplified by linearly changing the phase angle, the time until the DC side voltage reaches the specified value becomes long, and the responsiveness is impaired.
[0021]
In addition, the prior art described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-118520 is based on the result of comparing the DC part voltage with the reference value in order to stabilize the DC part voltage with respect to the problem (2). The thyristor gate pulse phase angle is feedback controlled.
[0022]
However, in general, the relationship between the thyristor / gate pulse phase angle and the DC voltage is not linear, and the error often increases even when feedback control is performed. For this reason, PI control is often performed by adding an integrator to the feedback control adjustment unit. However, in this method, when the input voltage changes suddenly, it may take time to settle the output value of the integrator to the original value, and may not be able to cope with it. That is, in such a case, there is a problem that the direct current section voltage becomes excessive or excessive and the operation of the inverter device is interrupted or a failure may occur.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a problem of the prior art, and has a rectifier circuit in which a thyristor is used as a part of a rectifier that can easily and accurately rectify even when a fluctuation in power supply voltage is large. It aims at providing the control method and control apparatus of a rectifier.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
  The rectifier control method according to the present invention includes a rectifier in which a rectifier circuit is formed as a half bridge by a diode and a thyristor.The ignition circuit that forms the ignition of the thyristor is controlled by an ignition angle control unit having an ignition angle reference table.A control method,
  The firing angle reference table includes an inrush current suppression processing table for performing an inrush current suppression process in a voltage range equal to or lower than a load operation start voltage, and a voltage range of a load operation start voltage and a regenerative operation start voltage. And a DC current stabilization processing table for performing a process of stabilizing the DC current,
  Detects the AC side voltage value and the DC side voltage value, and for the combination of the detected AC side voltage value and DC side voltage value.For each tableThe thyristor is fired at a preset firing angle.
[0025]
In the control method of the rectifier of the present invention,The inrush current suppression processing table isWhen the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is low, the firing angleButsmallAs configured to beWhen the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is high, the firing angleButbigConfigured to beIs preferred.
[0026]
In the control method of the rectifier of the present invention,The DC current stabilization processing table isWhen the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is high, the firing angleButsmallAs configured to beWhen the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is low, the firing angleButbigConfigured to beIs preferred.
[0027]
Furthermore, in the method for controlling a rectifier according to the present invention, the DC voltage value is detected immediately after each zero cross of the AC voltage, and the AC voltage value is detected at an appropriate time when the electrical angle of the AC voltage is 45 degrees to 60 degrees. It is preferable to make it.
[0028]
Furthermore, in the method for controlling a rectifier according to the present invention, it is preferable to output an ignition pulse when a forward direction is applied between the anode and the cathode of the thyristor.
[0029]
Furthermore, in the method for controlling a rectifier according to the present invention, it is preferable to calculate the firing angle for a combination of an AC voltage value and a DC voltage value not included in the table by an interpolation method.
[0030]
On the other hand, the control device for a rectifier of the present invention is a rectifier in which a rectifier circuit is formed as a half bridge by a diode and a thyristor.The ignition circuit that forms the ignition of the thyristor is controlled by an ignition angle control unit having an ignition angle reference table.A control device,
  The firing angle reference table includes an inrush current suppression processing table for performing an inrush current suppression process in a voltage range equal to or lower than a load operation start voltage, and a voltage range of a load operation start voltage and a regenerative operation start voltage. And a DC current stabilization processing table for performing a process of stabilizing the DC current,
  Detects the AC side voltage value and the DC side voltage value, and for the combination of the detected AC side voltage value and DC side voltage value.For each tableThe thyristor is configured to be fired at a preset firing angle.
[0031]
  In the control device of the rectifier of the present invention,The inrush current suppression processing table isWhen the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is low, the firing angleButsmallAs configured to beWhen the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is high, the firing angleButbigConfigured to beIs preferred.
[0032]
  In the control device of the rectifier of the present invention,The DC current stabilization processing table isWhen the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is high, the firing angleButsmallAs configured to beWhen the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is low, the firing angleButbigConfigured to beIs preferred.
[0033]
Furthermore, in the control device for the rectifier of the present invention, the DC voltage value is detected immediately after each zero cross of the AC voltage, and the AC voltage value is detected at an appropriate time when the electrical angle of the AC voltage is 45 degrees to 60 degrees. It is preferable that it is configured to be made.
[0034]
Furthermore, in the control device of the rectifier according to the present invention, it is preferable that the thyristor is configured so as to output an ignition pulse when being applied in the forward direction between the anode and the cathode.
[0036]
Furthermore, it is preferable that the controller for the rectifier of the present invention is configured to calculate an ignition angle for a combination of an AC voltage value and a DC voltage value that are not in the table by an interpolation method.
[0037]
[Action]
Since the present invention is configured as described above, it is possible to suppress the inrush current and stabilize the DC voltage in the rectifier while simplifying the configuration and reducing the size and ensuring the quick response.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although the present invention is explained based on an embodiment, referring to an accompanying drawing, the present invention is not limited only to this embodiment.
[0039]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a converter device to which a rectifier control method according to an embodiment of the present invention is applied.
[0040]
This converter device K is provided in, for example, an inverter device (not shown) for a ventilator of a Shinkansen vehicle, and the AC power transmitted to each vehicle via a railway overhead line is converted into direct current. The power is converted into electric power and supplied to an inverse conversion circuit (inverter in a narrow sense, not shown).
[0041]
Specifically, the converter device K includes a thyristor rectification / smoothing circuit unit 10 in which at least a part of the rectifying element is formed of a thyristor, an ignition circuit 20 for igniting the thyristor of the thyristor rectification / smoothing circuit unit 10, The arc circuit 20 includes a firing angle control unit 30 that controls the thyristor to fire at an appropriate firing angle as a main component.
[0042]
FIG. 2 shows a more specific configuration of the converter device K.
[0043]
The thyristor rectifying / smoothing circuit unit 10 includes a half-bridge rectifier circuit (hereinafter simply referred to as a rectifier circuit) 13 formed by forming two thyristors 11A and 11B and two diodes 12A and 12B in a single-phase mixed bridge circuit, And a smoothing circuit 15 including a smoothing capacitor 14 connected in parallel.
[0044]
Here, each thyristor 11A, 11B is arranged in the lower arm of the bridge circuit, and this indicates whether each thyristor 11A, 11B can be triggered, that is, whether a forward voltage is applied between the anode and the cathode. This is for facilitating formation of a detection circuit used for determination.
[0045]
The starting circuit 20 includes a gate drive circuit 21 that starts the thyristors 11A and 11B. Specifically, the gate drive circuit 21 includes an RS flip circuit (reset set flip circuit) including a gate 1 and a gate 2, a gate 3 including an AND circuit, and a primary for noise removal and signal stabilization. A delay circuit, a gate 4 composed of an AND circuit, and a pulse generation circuit having a switching transistor are provided (see FIG. 5).
[0046]
The firing angle control unit 30 detects the input AC voltage Vac detected by the input AC detection unit 10a and its phase detection signal, and the ignition voltages Vta of the thyristors 11A and 11B detected by the ignition voltage detection units 11a and 11b. , Vtb, that is, the detection signal of the voltage between the anode and the cathode in the thyristors 11A and 11B and the voltage between the smoothing capacitors 14 detected by the intermediate DC voltage detection unit 14a, that is, the detection signal of the intermediate DC voltage Vdc are analog- Based on the A / D converter 31 for digital conversion and the detection signals analog-digital converted by the A / D converter 31, the gate drive circuit 21 inputs the firing angle for firing each thyristor 11A, 11B. An ignition angle reference table (inrush current suppression processing test) expressed three-dimensionally by the AC voltage Vac and the intermediate DC voltage Vdc. Bull, and sets with reference to the DC voltage stabilization table) (3-dimensional table) 40, and a thyristor control unit 32 which performs various control.
[0047]
Further, the converter device K of this embodiment is provided with a regenerative resistor 51 and a regenerative transistor 52 that operate during a regenerative operation, and based on a detection signal of the intermediate DC voltage Vdc input to the smoothing circuit 15. The overvoltage detection / regeneration control unit 50 that detects the overvoltage and controls the regenerative transistor 52 is provided. The configuration of the overvoltage detection / regeneration control unit 50 is the same as that of the conventional one, and a detailed description thereof is omitted.
[0048]
Here, the thyristor control unit 32 avoids this because there is a possibility that an inrush current to the filter capacitor (smoothing circuit 15) is generated when the power is turned on or after the input voltage is suddenly reduced, thereby destroying the main circuit components. The control is performed so as to suppress the inrush current. The thyristor control unit 32 also performs DC voltage stabilization processing for stabilizing the intermediate DC voltage Vdc input to the smoothing circuit 15.
[0049]
The ignition angle control unit 30 and the overvoltage detection / regeneration control unit 50 configured as described above are realized by, for example, a microcomputer.
[0050]
Hereinafter, the inrush current suppression process and the DC voltage stabilization process performed by the firing angle control unit 30 will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
[0051]
First, the inrush current suppression process will be described.
[0052]
In order to suppress the inrush current, when it is determined that the AC side voltage value (Vac) is larger than the DC side voltage value (Vdc), the firing angles of the thyristors 11A and 11B are narrowed down, that is, It is effective to delay the starting angle by delaying the starting point (decreasing the starting angle). Then, the peak value of the AC voltage cut out by the thyristors 11A and 11B becomes small, and the inrush current is suppressed.
[0053]
In order to realize such control, it is necessary to set an appropriate firing angle for each half cycle of the input AC voltage based on the AC side voltage value (Vac) and the DC side voltage value (Vdc). For this reason, in this embodiment, an appropriate firing angle corresponding to the AC side voltage value (Vac) and the DC side voltage value (Vdc) is determined in advance as a three-dimensional table (inrush current suppression processing table). Prepared and referred to this, the firing angle is set for each half cycle of the input AC. (Note that this three-dimensional table will be described in detail later.)
[0054]
More specifically, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, immediately after detecting each zero cross of the AC input voltage, an interrupt is applied by event capture, and immediately after this, the DC side voltage value (Vdc) is detected, and then AC The side voltage value (Vac) is detected.
[0055]
Since the detection of the AC side voltage value (Vac) is made for the purpose of detecting the maximum value of the AC side voltage value (Vac), the time point when the AC side voltage value (Vac) becomes the maximum value. However, in consideration of the time required for calculating the firing angle, the electrical angle of the AC voltage is set to an appropriate time between 45 degrees and 60 degrees. Based on the detected AC side voltage value (Vac), the maximum value in the half cycle is estimated assuming that the AC side voltage is a sine wave. Note that the procedure for setting the AC input voltage detection timing shown in FIG. 4 may be omitted after it has been performed once.
[0056]
The detected DC side voltage value (Vdc) and AC side voltage value (Vac) are each converted into a digital signal by the A / D converter 31, and the AC side voltage value (Vac) converted into the digital signal is converted into the digital signal. As described above, the maximum value of the AC side voltage value (Vac) in the half cycle is calculated based on.
[0057]
Next, using the maximum value of the DC side voltage value (Vdc) converted into the digital signal and the calculated AC side voltage value (Vac), the firing angle corresponding to the combination is selected from the inrush current suppression processing table, The timing for generating the thyristor gate pulse (ignition pulse) is calculated based on the ignition angle.
[0058]
Thereafter, the calculated firing pulse generation timing is set as a trigger pulse command by a timer by the output conveyor.
[0059]
Accordingly, in response to the trigger pulse command set by the timer, an ignition pulse (trigger pulse) is output to the thyristors 11A and 11B, and the thyristors 11A and 11B are turned on. That is, the thyristors 11A and 11B are fired at a desired firing angle. The generation of this ignition pulse (trigger pulse) will be described in detail later.
[0060]
Conventionally, when the above-described control is realized by an analog circuit, it is common to gradually increase the firing angle using an integration timer circuit. However, with this method, it is difficult to determine under what conditions the integration timer reset should be performed if there is an instantaneous fluctuation or loss of the power supply while the filter capacitor is being charged. Performance may not be obtained.
[0061]
However, in this embodiment, since the firing angle is controlled according to the setting value in the table, instead of the conventional feedback control, the inrush current can be effectively suppressed even when the power supply voltage fluctuates greatly. It becomes possible.
[0062]
Next, the DC voltage stabilization process will be described.
[0063]
In Shinkansen vehicles, the fluctuation of the power supply voltage is large, and the input AC voltage value is often higher by 25% or more than the rated value (this is because the rated value of the overhead line voltage is 25 kV, but the no-load voltage is This is because 30 kV is the design value.) Therefore, DC voltage stabilization processing is performed to keep the output DC voltage value constant regardless of fluctuations in the input voltage value. Here, as in the inrush current suppression processing, the firing angles of the thyristors 11A and 11B are controlled with reference to a preset table (DC voltage stabilization processing table).
[0064]
That is, the AC side voltage value (Vac) and the DC side voltage value (Vdc) are detected every half cycle of the input AC voltage, and the DC side voltage value (Vdc) is expected to be higher than a preset value based on the detection result. If it is, the firing angle corresponding to the combination of the AC side voltage value (Vac) and the DC side voltage value (Vdc) in the DC voltage stabilization processing table is selected, and the thyristors 11A and 11B are fired. Delay to lower the peak value. In other words, the firing angle is reduced (the firing angle is delayed), and the peak value is lowered.
[0065]
On the other hand, if it is predicted from the detected values of the AC side voltage value (Vac) and the DC side voltage value (Vdc) that the DC side voltage value (Vdc) is lower than a preset value, the DC voltage stabilization The firing angle corresponding to the combination of the AC side voltage value (Vac) and the DC side voltage value (Vdc) in the conversion processing table is selected, and the firing angles of the thyristors 11A and 11B are advanced (the firing angle is changed). Increase) to increase the peak value.
[0066]
More specifically, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, immediately after detecting each zero cross of the AC input voltage, an interrupt is applied by event capture, and immediately after this, the DC side voltage value (Vdc) is detected, and then AC The side voltage value (Vac) is detected.
[0067]
These detected DC side voltage value (Vdc) and AC side voltage value (Vac) are each converted into a digital signal by the A / D converter 31, and the AC side voltage value (Vac) converted into this digital signal is also converted. ), The maximum value of the AC side voltage value (Vac) in a half cycle is calculated as described above.
[0068]
Next, using the maximum value of the DC side voltage value (Vdc) converted into the digital signal and the calculated AC side voltage value (Vac), the firing angle corresponding to the combination is selected from the DC voltage stabilization processing table. The timing for generating the thyristor gate pulse (ignition pulse) is calculated based on the ignition angle.
[0069]
Thereafter, the calculated firing pulse generation timing is set as a trigger pulse command by a timer by the output conveyor.
[0070]
Accordingly, in response to the trigger pulse command set by the timer, an ignition pulse (trigger pulse) is output to the thyristors 11A and 11B, and the thyristors 11A and 11B are turned on. That is, the thyristors 11A and 11B are fired at a desired firing angle.
[0071]
Next, generation of an ignition pulse (trigger pulse) will be described with reference to FIGS.
[0072]
The thyristors 11A and 11B cannot be turned on even when an ignition pulse (trigger pulse) is applied unless a voltage is applied in the forward direction. Therefore, even if an ignition pulse (trigger pulse) is output according to the trigger pulse command generated by the above procedure, the ignition may fail depending on the conditions.
[0073]
In order to prevent this, the gate drive circuit 21 is configured to output the trigger pulse for the first time when the ignition is enabled if the conditions for enabling the ignition are not satisfied when the trigger pulse is output. Yes. Details will be described below.
[0074]
A zero cross signal of the input AC voltage is input to the gate 1 so that the RS flip circuit is reset every half cycle of the input AC voltage, and the ignition pulse from the ignition angle control unit 30 is applied to the gate 2. (Trigger pulse) command is input. The output of the RS flip circuit is input to the gate 3. Further, the thyristor 11A (11B) is applied to the gate 3 in the forward direction from the ignition voltage detector 11a (11b) that detects the ignition voltage Vta (Vtb) of the thyristor 11A (11B). A trigger enable signal indicating is input. Thereby, the gate 3 is turned on and outputs an on signal when the trigger pulse command and the trigger enable signal are on.
[0075]
The output of the gate 3 is branched and input to the gate 4 and the primary delay circuit. The output of the first-order lag circuit is inverted and input to the gate 4. As a result, noise associated with the output signal from the gate 3 is removed, and the signal is stabilized. A trigger enable signal indicating that the inverter device is in operation is also input to the gate 4. This is because it is meaningless to generate a trigger pulse unless the inverter device is in operation.
[0076]
The output of the gate 4 is input to the base of the switching transistor for switching. That is, if each of the trigger pulse command, trigger enable signal, and trigger enable signal is on, the switching transistor is turned on and a trigger pulse (ignition pulse) is output to the thyristor 11A (11B).
[0077]
Since the gate drive circuit 21 is configured as described above, the trigger pulse is always output to the thyristors 11A and 11B when the thyristors 11A and 11B are applied in the forward direction. Therefore, the thyristors 11A and 11B are reliably fired.
[0078]
Next, the inrush current suppression processing table and the DC voltage stabilization processing table will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing how to create the inrush current suppression processing table and the DC voltage stabilization processing table.
[0079]
In the example shown in FIG. 7, the rated voltage of the input AC voltage is 440 V in terms of effective value, and the load operation start voltage and the rated voltage of the intermediate DC voltage are 400 V and 620 V, respectively. Further, the regenerative operation start voltage of the intermediate DC voltage and the overvoltage abnormality threshold are 784 V and 833 V, respectively. A region below the load operation start voltage is defined as an inrush current suppression processing region, and a region between the load operation start voltage and the regenerative operation start voltage is defined as a direct current stabilization processing region. Here, the area above the line connecting the rated point (440 Vrms, 620 V) and the origin (0 Vrms, 0 V) (the black area in the figure) is an uncontrollable area, and the thyristor is not fired.
[0080]
As shown in FIG. 7, in the inrush current suppression process, in order to suppress the inrush current and ensure quick response, when the AC voltage value is high and the DC voltage value is low, the firing angle is reduced. While the ignition angle control is performed, when the AC voltage value is low and the DC voltage value is high, the ignition angle control is performed so that the ignition angle becomes large. In other words, an improved soft start is made. In FIG. 7, when the AC voltage value is high and the DC voltage value is high, and when the AC voltage value is low and the DC voltage value is low, the circuit element is prevented from being destroyed in the overvoltage region, and the undervoltage region. This is because the thyristor is not ignited because sufficient power cannot be supplied to the load.
[0081]
Further, in the DC voltage stabilization process, for the reasons described above, when the AC voltage value is high and the DC voltage value is high, the ignition angle control is performed so that the ignition angle is reduced, while the AC voltage value is When the DC voltage value is low and the ignition voltage is low, the ignition angle is controlled so that the ignition angle becomes large. That is, pseudo feedback control is performed to stabilize the DC voltage. In FIG. 7, when the AC voltage value is high and the DC voltage value is low, and when the AC voltage value is low and the DC voltage value is high, the circuit element is prevented from being destroyed in the overvoltage region, and the undervoltage region. This is because the thyristor is not ignited because sufficient power cannot be supplied to the load.
[0082]
Next, an example of a procedure for creating the inrush current suppression processing table and the DC voltage stabilization processing table will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The table is set so that the DC voltage changes by 50 V every control cycle (AC half cycle). The voltage setting value is not limited to the above, and can be set arbitrarily.
[0083]
(1) The input AC voltage Vac is detected, and the maximum value Vacp is estimated.
[0084]
(2) The intermediate DC voltage Vdc is detected.
[0085]
(3) Calculate the firing angle of the thyristor according to the following distinction.
[0086]
(3-1) When the difference between the target value Vdcr of the intermediate DC voltage and the current value Vdc is 50 volts or more:
The firing angle α is calculated by the following equation (1).
[0087]
Vacp · sinα = Vdc + 50 (1)
[0088]
That is,
α = arcsin {(Vdc + 50) / Vacp}
It becomes.
[0089]
(3-2) When the difference between the target value Vdcr of the intermediate DC voltage and the current value Vdc is less than 50 volts:
The firing angle α is calculated by the following equation (2).
[0090]
Vacp · sinα = Vdcr (2)
[0091]
That is,
α = arcsin {Vdcr / Vacp}
It becomes.
[0092]
As described above, in the converter device K according to the embodiment, when the voltage sag occurs, the firing angle is set with reference to the preset rush voltage suppression processing table, so that the voltage sag detection circuit becomes unnecessary, and the voltage sag is reduced. It is not necessary to set a voltage threshold value for determining whether or not it has occurred, and a time threshold value for the instantaneous drop time. That is, the configuration can be simplified.
[0093]
In addition, even if a voltage drop occurs when the load is light, the firing angle is not unnecessarily reduced, so the time required for the load to return to the operable state is minimized, ensuring responsiveness. The
[0094]
Furthermore, lack of quick response to a sudden change in input voltage and fluctuations in the DC voltage as in the case of performing PI type feedback control are suppressed.
[0095]
Furthermore, there is no need for mode switching between soft start and DC part voltage stabilization control, which can be realized by a single microcomputer (thyristor control part), and the apparatus can be downsized.
[0096]
As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on embodiment, this invention is not limited only to this embodiment, A various change is possible. For example, in the embodiment, a single-phase alternating current is described as an example, but the application of the present invention is not limited to a single-phase alternating current, and can be applied to a multi-phase alternating current by appropriately modifying, for example, a three-phase alternating current. It can also be applied to exchanges. Further, the firing angle for the combination of the AC side voltage value and the DC side voltage value that are not in the firing angle reference table may be calculated by an interpolation method.
[0097]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to suppress the inrush current to the rectifier and stabilize the output voltage while ensuring the simplification and downsizing of the configuration and ensuring the quick response. An effect is obtained.
[0098]
Further, according to the preferred embodiment of the present invention, since the trigger pulse is output when the thyristor is applied in the forward direction, an excellent effect that the thyristor is reliably fired can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a converter device to which a rectifier control method according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a circuit diagram of a converter device used in the embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a control method according to the embodiment;
FIG. 4 is a flow church showing a control procedure of the embodiment.
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of a gate drive circuit.
FIG. 6 is a flowchart showing a trigger pulse generation procedure;
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a thyristor firing angle and an AC voltage / DC voltage.
FIG. 8 is an example of a graph of a voltage used for calculating an ignition angle.
FIG. 9 is another example of the graph.
[Explanation of symbols]
10 Thyristor rectification / smoothing circuit
10a Input AC detector
11A, 11B Thyristor
11a, 11b ignition voltage detector
15 Smoothing circuit
20 ignition circuit
21 Gate drive circuit
30 firing angle controller
31 A / D converter
32 Thyristor controller
40 Firing angle reference table (3D table)
50 Overvoltage detection / regenerative control unit
K converter device

Claims (12)

整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御方法であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすことを特徴とする整流装置の制御方法。
A control method for controlling a firing circuit for firing a thyristor in a rectifier comprising a rectifier as a half bridge with a diode and a thyristor, using a firing angle control unit having a firing angle reference table ,
The firing angle reference table includes an inrush current suppression processing table for performing an inrush current suppression process in a voltage range equal to or lower than a load operation start voltage, and a voltage range of a load operation start voltage and a regenerative operation start voltage. And a DC current stabilization processing table for performing a process of stabilizing the DC current,
The AC side voltage value and the DC side voltage value are detected, and the point of the thyristor is determined by the firing angle preset in each table for the combination of the detected AC side voltage value and the DC side voltage value. A method of controlling a rectifier characterized by forming an arc.
突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項1記載の整流装置の制御方法。 The inrush current suppression processing table is configured such that when the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is low, the firing angle is reduced, and the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is high. 2. The method of controlling a rectifier according to claim 1, wherein the firing angle is configured to be large. 直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項1記載の整流装置の制御方法。 The DC current stabilization processing table is configured such that when the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is high, the firing angle is reduced, and the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is the method of the rectifier device according to claim 1, characterized in that it is configured such that firing angle is increased is low when. 直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が45度〜60度の適宜時期になすことを特徴とする請求項1記載の整流装置の制御方法。  2. The rectifier according to claim 1, wherein the DC voltage value is detected immediately after each zero crossing of the AC voltage, and the AC voltage value is detected at an appropriate time when the electrical angle of the AC voltage is 45 degrees to 60 degrees. Control method. サイリスタのアノード−カソード間が、順方向に印加されているときに点弧パルスを出力することを特徴とする請求項1記載の整流装置の制御方法。  2. The method of controlling a rectifier according to claim 1, wherein an ignition pulse is outputted when an anode and a cathode of the thyristor are applied in a forward direction. テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を補間法により算出することを特徴とする請求項記載の整流装置の制御方法。The method of the rectifier device of claim 1, wherein the calculating the firing angle for the combination of the not in the table AC voltage and the DC voltage value by interpolation. 整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御装置であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすよう構成されてなることを特徴とする整流装置の制御装置。
A control device for controlling a starting circuit for starting a thyristor in a rectifier comprising a rectifier as a half bridge with a diode and a thyristor, by means of a starting angle control unit having a starting angle reference table ,
The firing angle reference table includes an inrush current suppression processing table for performing an inrush current suppression process in a voltage range equal to or lower than a load operation start voltage, and a voltage range of a load operation start voltage and a regenerative operation start voltage. And a DC current stabilization processing table for performing a process of stabilizing the DC current,
The AC side voltage value and the DC side voltage value are detected, and the point of the thyristor is determined by the firing angle preset in each table for the combination of the detected AC side voltage value and the DC side voltage value. A control device for a rectifying device, wherein the control device is configured to form an arc.
突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項記載の整流装置の制御装置。 The inrush current suppression processing table is configured such that when the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is low, the firing angle is reduced, and the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is high. 8. The control device for a rectifier according to claim 7, wherein the ignition angle is configured to increase. 直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項記載の整流装置の制御装置。 The DC current stabilization processing table is configured such that when the detected AC voltage value is high and the DC voltage value is high, the firing angle is reduced, and the detected AC voltage value is low and the DC voltage value is lower when it is configured to firing angle is increased the control unit of the rectifier device according to claim 7, wherein. 直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が45度〜60度の適宜時期になすよう構成されてなることを特徴とする請求項記載の整流装置の制御装置。The DC voltage value is detected immediately after each zero cross of the AC voltage, and the AC voltage value is detected at an appropriate time in which the electrical angle of the AC voltage is 45 degrees to 60 degrees. 8. The control device for the rectifier according to 7 . サイリスタのアノード−カソード間が、順方向に印加されているときに点弧パルスを出力するよう構成されてなることを特徴とする請求項記載の整流装置の制御装置。8. The control device for a rectifier according to claim 7 , wherein an igniting pulse is output between the anode and the cathode of the thyristor when applied in the forward direction. テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を補間法により算出するよう構成されてなることを特徴とする請求項記載の整流装置の制御装置。8. The control device for a rectifier according to claim 7 , wherein an ignition angle for a combination of an AC voltage value and a DC voltage value not included in the table is calculated by an interpolation method.
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JP2007202305A (en) * 2006-01-26 2007-08-09 Mitsumi Electric Co Ltd Power supply unit
DE102008007659A1 (en) * 2008-02-06 2009-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Indirect voltage converter, has upper and lower valve branches of each phase module of load-sided multi-phase power inverter with two-pole subsystem, and multi-phase network-guided power inverter provided as network-sided power inverter
JP6994686B2 (en) * 2018-08-10 2022-01-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Power converter
US11485244B2 (en) * 2020-03-16 2022-11-01 Lear Corporation Voltage and PFC based OBC pre-charge system
CN112737366B (en) * 2020-12-29 2023-09-08 核工业西南物理研究院 Thyristor power supply control system powered by pulse generator

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