JP3927787B2 - 線路整流変換器においてゼロ電流レベルを検出する方法及びシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、交流電力源から負荷、通常は直流モータへの電力の変換を制御し且つ調整する装置及びシステムに関する。特に、本発明は、電力源とモータとの間に配置される制御自在の整流器ブリッジ、例えば、サイリスタブリッジの導通を制御する装置、及びブリッジの整流器の不適正な点弧(improper firing）によって起こる線路間故障を防止するように素子を監視する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような種類のモータ制御システムは、通常、モータ巻線を交流電圧供給線路に接続する少なくとも１つの整流器ブリッジを含む。従来の３相モータの場合、各交流位相線路は一般に１対の互いに接続されたサイリスタによりモータに結合されている。すなわち、３相システムにおいては、電圧源から負荷まで電力を移送するために、各位相の１／２ごとに１つずつ、合わせて６個のサイリスタが必要である。シリコン制御整流器（ＳＣＲ）などのサイリスタは、一般に、ゲート素子により制御される切り替え自在のダイオードとして定義されている。各サイリスタは、そのゲート素子に印加されているトリガ電流により順方向バイアスされるまで、電気エネルギーの流れに相対的に大きな阻止インピーダンスを与える。デジタル制御回路は、通常、供給線路電圧の半サイクルごとにサイリスタをトリガすべき適正な時点を判定する。ゲートへの所定の電流の印加によってサイリスタがトリガされると、順方向阻止インピーダンスは減少するので、電気エネルギーはダイオードのように作用するサイリスタを通って流れることができるようになる。導通がイネーブルされると、サイリスタを流れる電流がゼロ近くに減少する（すなわち、ゼロ交差を発生する）まで、サイリスタをオフすることは不可能である。ゼロ交差は、付加電流がゼロに到達するときに発生する。モータへ送り出される電力の量は、様々なサイリスタの導通の持続時間を変化させることにより制御される。これは、各サイリスタの点弧角、すなわち、交流波形の中でサイリスタが導通し始める時点を制御することにより実現される。サイリスタからサイリスタへの切り替えのプロセスは整流として知られている。
【０００３】
反転システム又は再生システム、すなわち、電力源からエネルギーを受け取ることと、電力源へエネルギーを転送することを交互に行うシステムでは、通常、背中合わせに配置されたサイリスタブリッジを使用し、各ブリッジは陽極と陰極及び陰極と陽極を接続された複数の背中合わせのサイリスタ対を有する。そのようなシステムにおいては、順方向バイアスモードから逆方向バイアスモードへの切り替えを制御するために、負荷電流がゼロに到達する瞬間を正確に判定することが必要である。そのような正確な判定が行われないと、一方のブリッジの１つのサイリスタが導通している間に、他方のブリッジのいずれかのサイリスタも導通しているとき、故障が発生して、回路内の２本の交流線路の短絡を引き起こすであろう。この種の故障は導通状態のサイリスタをそれぞれ激しく損傷又は破壊するおそれがある。更に、負荷ゼロ電流レベルの測定が不正確であれば、電流反転中に望ましくない断続が起こり、その結果、トルクの脈動が発生する可能性もある。
【０００４】
前述のように、サイリスタのオフポイントは負荷ゼロ電流レベルを測定することにより判定できる。更に、ゼロ電流レベルの検出があいまいであると、有害な影響を及ぼす可能性があるため、ゼロ電流レベルの検出はできる限り迅速に実行されるべきである。従来、この測定は交流変流器を使用して線路電流の少なくとも２つを感知するか、又は直流電流センサを使用して負荷電流を直接に測定することにより実行されている（例えば、Mitsuhashiの米国特許第４,５６７,４０８号を参照）。残念ながら、そのような電力制御装置を組み込んだ多くのシステムは極めて大きな電流／トルク帯域幅、すなわち、１０００アンペアから０.０２アンペアにわたる広い範囲の電流を利用する。更に、従来のセンサは、通常、アナログ値を生成するため、その測定値をデジタルコントローラに入力するために必要なアナログ／デジタル変換の間に誤差や時間遅延が導入されてしまうのが一般的である。また、費用の点からも、従来の電流センサの品質はゼロ電流レベル測定の正確さを制限する場合が多い。そのような電流範囲の広さ、様々な変換誤差及びセンサの品質の関係上、１００％正確なゼロ電流レベルの判定を実行することは非常に困難である。それどころか、従来のコントローラは、通常、ゼロ電流レベルを近似するためにゼロ電流レベル帯域幅（すなわち、複数の値を含むある範囲）を割り当てている。
【０００５】
以上確認した問題点及び不正確さに加えて、負荷に与えられるインダクタンスの量も電流減衰の終末を非常に長くし、それにより、負荷電流の実際のゼロ到達を判定するために必要とされる時間を長くし、ひいては逆方向ブリッジを開始しうる時点を遅延させる結果を招くであろう。ここで説明した制約の全てが組み合わされてシステムにより実現できる最大帯域幅を縮小し、第１のブリッジが導通している間に電流反転を試みたときに２つのブリッジを短絡させるという危険が増大する。
【０００６】
Millerの米国特許第５,１１５,３８７号は、従来の電流感知手段ではなく、付加的な電圧感知手段を使用してサイリスタの導通を検出する方法を開示している。付加的な電圧感知手段は、１つのサイリスタの順方向バイアス電圧が所定の閾値電圧を超えたか否かを判定するように動作する。超えていれば、そのサイリスタは導通していると想定し、もう一方のブリッジの全てのサイリスタが点弧するのを防止する。同様に、Kelley, Jr.他の米国特許第３,６５４,５４１号もサイリスタの導通を判定する方法を開示しているが、この場合には、電圧検出手段は、サイリスタの電圧の瞬時値が導通時におけるサイリスタの電圧降下より高い所定の閾値レベルを超えるたびにそれを判定するように動作する。所定の閾値レベルを超えた場合、サイリスタが導通していないことを指示する信号が発生される。
【０００７】
この問題点を改善しようと試みた別の従来の技術は、負荷ゼロ電流レベルの判定にのみ使用される付加的な高利得センサをシステムに挿入することを含む。また、その他にも、各ブリッジの様々なサイリスタの電圧を高周波数電流によって測定することにより、加えられた電流のゼロ到達を感知して、ブリッジが導通を停止した時点を精密に判定する試みもなされている。残念ながら、これらの試みはいずれもシステムに追加のハードウェアを挿入することを必要としているため、システムの費用と複雑さを増大させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、電力制御システムの分野においては、システムの費用又は複雑さを増すことなくクロスブリッジ故障の確率を減少させるように、負荷のゼロ電流レベルを正確且つ迅速に測定するシステム及び方法が必要とされている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点を克服すると共に、素子を追加して複雑さ及び費用を増大させる必要なく可逆電力変換器におけるゼロ電流レベル発生を判定する方法及びシステムを提供することにより、付加的な利点を提供する。デジタルコントローラは、最も近い時点で点弧されたサイリスタ対に関して線路間電圧を選択的に判定する。この線路間電圧をブリッジ再構成電圧として識別し、導通状態のブリッジの実際のブリッジ出力電圧と比較する。これら２つの電圧の差をブリッジ誤差電圧として識別し、その値の符号は負荷電流ゼロレベル発生を示す。ブリッジ誤差電圧がゼロ未満に降下するたびに、ゼロ電流レベルの発生が起こる。この標識は確実且つ瞬時のものであり、クロスブリッジ短絡に起因する線路故障の危険なく電力の流れを安全に反転させることができる。
【００１０】
添付の図面と関連させながら以下の実施例の詳細な説明を読むことにより、本発明をより完璧に理解することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図、特に図１を参照すると、全体を図中符号１００で指示された従来の保護システムの一例を表すブロック線図が示されている。先に説明した通り、負荷１０６に向かうエネルギーの流れと、負荷１０６からのエネルギーの流れの双方を制御するように、２つのサイリスタブリッジ１０２及び１０４が背中合わせの関係で設けられている。ブリッジ１０２及び１０４のサイリスタのゲートは、ブリッジ反転論理回路１１２からの位相指令を順に受信する２つの点弧パルス発生器１０８及び１１０からの点弧指令により開始される点弧パルスによりトリガされる。サイリスタブリッジ１０２及び１０４と、負荷１０６との間に結合する電流センサ１１４は負荷電流を示す信号を電流変換器１１６へ送信するように動作する。そこで、電流変換器は信号をゼロ電流ウィンドウ検出器１１８へ送信し、ゼロ電流ウィンドウ検出器１１８は、測定された電流が所定のゼロウィンドウの中にあるか否かを判定する。ゼロ電流ウィンドウ検出器１１８は反転遅延回路１２０にも結合している。反転遅延回路１２０は負荷電流ゼロ状態を示すPERMIT REVERSAL（反転許可）信号をブリッジ反転論理回路１１２へ送信する。
【００１２】
動作中、ブリッジ反転論理回路１１２は、位相指令がブリッジ１０２の点弧パルス発生器１１０の制御に当たるか、又はブリッジ１０４の点弧パルス発生器１０８の制御に当たるかを選択する。ブリッジ反転がブリッジ反転論理回路１１２により要求されている場合、負荷電流変換器１１６、ゼロ電流ウィンドウ検出器１１８及び反転遅延回路１２０が一斉に負荷電流はゼロウィンドウの中にあると判定し、それを指示するまで、反転は遅延される。その時点で、反転遅延回路１２０によりPERMIT REVERSAL信号が発生され、ブリッジ反転論理回路１１２へ送信されて、ブリッジ反転が起こる。
【００１３】
先に述べた通り、図１に示す従来のシステムの重大な欠点は、電流センサ１１４が完璧な素子ではないということである。高性能の素子の場合、負荷１０６に供給されるピーク電流は１０００アンペアを超えることもありうるが、一方のブリッジから他方のブリッジへの制御の引き渡しが起こり得る前には、損傷を引き起こす短絡を回避するために、電流は０.１アンペア未満まで減少していなければならない。この量より大きな電流が存在していると、線路間故障が起こり、ブリッジサイリスタ１０２及び１０４が損傷するおそれがある。従って、図１のシステムが有効に動作するためには、電流センサ１１４からの出力を処理する電流変換器１１６はそのゼロポイントを最適動作に要求される１００００：１の解像度範囲内に正確に維持しなければならない。更に、ゼロ電流ウィンドウ検出器１１８は電流変換器１１４の出力が所定のゼロウィンドウの中にあること、すなわち、電流変換器１１４の出力がゼロに近いことを判定するだけであるので、ゼロ電流ウィンドウ検出器１１８にも限界がある。従来、ゼロ電流ウィンドウ検出器１１８における検出帯域は、電流センサ１１４及び電流変換器１１６のドリフト及びその他の不正確さに十分に対応しうるように広く設定されている。そのような許容差を有しているため、ゼロ電流ウィンドウ検出器１１８の出力は負荷電流が低い値であることのみを示し、負荷電流がゼロの値に到達したことを示すわけではない。そのため、負荷１０６に流れる電流がゼロ電流ウィンドウ検出器１１８の範囲内に入った後も減少し続け、実際にはある遅延期間が経過した後にゼロに到達するという仮定に基づく検出の不確かさを減少させる目的で、反転遅延回路１２０が設けられる。残念なことに、この遅延は総反転時間を増し、システムの効率を低下させる。更に、前述のように、安全遅延期間は１つには回路の許容差と、負荷１０６のインダクタンスによって決まる。従って、ブリッジ故障によりヒューズが飛ぶ事態を引き起こさずにブリッジ間の制御の引き渡しを容認される程度に円滑に行わせる設備関連妥協遅延期間を実現するために、反転遅延回路１２０の調整を行う場合が多い。それにもかかわらず、回路のエージングに応じて遅延時間を定期的に調整することが必要になるであろう。また、電流センサ１１４にオフセットドリフトがあるため、電流変換器１１６のゼロポイントも定期的に調整しなければならないであろう。
【００１４】
従来の技術の不正確さと不効率の問題を克服するため、本発明の方法は、変換器の入力端子に入力される、既に線路同期に必要とされている測定済み線路間電圧（V_ab、V_ac、V_bc）と、電圧線形化及び制御のために従来より必要とされているブリッジ出力電圧と、セル点弧の時間のみを使用して負荷ゼロ電流レベルを判定する新奇な方法を提供する。以下に詳細に説明する方法により、コントローラはゼロ電流レベルをほぼ瞬時に認知し、それに従って、有害な遅延又は損傷を引き起こす故障状態を生じることなく電力の方向を切り替える。
【００１５】
好ましいコントローラはデジタルの性質を有しているため、受信される信号が測定された時点と、特定のサイリスタ実際に点弧される時点との間には必然的に遅延が存在している。ゼロ電流レベル検出方法においてはこの遅延を考慮に入れるのが好ましく、遅延は所定のコントローラサンプリング時間に対して実現可能な最大帯域幅を制限する主要な要因である。
【００１６】
次に図２を参照すると、本発明のゼロ電流レベル検出システムの一実施例を組み込んだ電力変換装置を示すブロック線図が示されている。特に、先に説明した通り、交流電力源（単相又は多相電力源）と負荷との間に順方向サイリスタブリッジ２０２及び逆方向サイリスタブリッジ２０４が接続している。ブリッジ点弧コントローラ２０６及びスーパーバイザコントローラ２０８は、ブリッジ２０２及び２０４の点弧を制御するシステムに電子的に接続している。本発明の一実施例によれば、ブリッジ点弧コントローラ２０６は、ブリッジ出力電圧と、電流ウィンドウ測定値と、線路間入力電圧とを示す信号をシステムから受信する。更に、ブリッジ点弧コントローラはブリッジ２０２及び２０４の各サイリスタに印加されるゲート信号を示す信号を受信する。以下に詳細に述べる方式により、ブリッジ点弧コントローラはそれらの信号を利用して、システムのゼロ電流レベル発生を正確且つ迅速に判定することにより、電流の流れを一方のブリッジから他方のブリッジへ安全に、効率良く反転させることができる。
【００１７】
次に図３を参照すると、本発明に従って負荷ゼロ電流レベルを判定する方法を説明したフローチャートが示されている。ステップ３００では、電力変換器の反転をトリガするために使用されるデジタルコントローラは、入力信号の位相ごとに、測定された線路間電圧を表す信号を受信する。先に述べた通り、それらの線路間電圧信号は従来は線路同期を補助するためにコントローラにより受信されていた。ステップ３０２では、コントローラは測定電圧を使用して、先に発生されたＰＬＬ角度の位相及びセル点弧のタイミングを考慮し、再構成ブリッジ出力電圧信号V_{br_Recon}を発生する。好ましい一実施例では、再構成ブリッジ電圧は３相システムに存在する３つの線路間電圧のうち、最も近い時点でコントローラにより点弧するように指令されていたサイリスタの対に基づいて選択される１つ（又は対のうち第２のサイリスタが導通状態である場合はその逆）から成る。線路間電圧のどれを使用すべきかを選択するための特定の方法については以下の更に詳細に説明する。ステップ３０４では、コントローラは実際のブリッジ出力電圧を表す信号V_{brg_Fbk}を受信する。
【００１８】
コントローラがV_{br_Recon}信号を発生し且つV_{brg_Fbk}信号を受信したならば、ステップ３０６で、コントローラはV_{br_Recon}信号からV_{brg_Fbk}信号を減算する。次に、ステップ３０８で、コントローラはそれら２つの信号の差に等しいブリッジ電圧誤差信号V_{brg_Error}を必要に応じて反転させて発生する。この反転ステップに関して、V_{brg_Error}信号の符号はシステムを流れる電流の方向によって決まることを理解すべきである。ブリッジが順方向に導通している間、V_{brg_Error}信号は主に正であり、ブリッジが逆方向に導通している間はV_{brg_Error}信号は主に負である。この符号変化の効果については以下に更に詳細に説明する。ステップ３１０では、コントローラはV_{brg_Error}信号の値が正であるか又は負であるかを判定する。ブリッジが順方向に導通している場合、一般に持続時間の短い短絡によって引き起こされるセル整流効果、すなわち、セル整流中に発生し、通常は実際のブリッジ出力信号を再構成ブリッジ電圧より低くする、再構成ブリッジ電圧信号には存在しない電圧ノッチによって、負荷に電流が存在しているとき、誤差信号V_{brg_Error}は一般に正又はゼロのいずれかである。同様に、ブリッジが逆方向に導通している間には、負荷に電流が存在しているとき、それらのセル整流効果によって、一般に、V_{brg_Error}信号は負又はゼロとなる。負荷電流がゼロになる、すなわち、ブリッジがもはや導通しなくなる瞬間に、ブリッジが導通している場合のように線路間電圧の１つにではなく、ブリッジの出力端子に負荷電圧（モータなどの能動負荷の場合、これは誘導逆起電力、すなわち、ＢＥＭＦとなるであろう）が現れる。従って、得られるV_{brg_Error}信号は即座に変化して、ゼロ電流レベルを示す。このような負荷電圧の変化はほぼ瞬時のものであり、その方向はコントローラのサンプリング速度によってのみ制限されるので、従来の保護システムで見られたような有害な遅延は回避される。ブリッジ方向の変化を考慮するための、コントローラと関連するプログラミング又はハードウェア論理を簡略化する１つの方法は、ブリッジの逆方向導通時にV_{brg_Error}信号を反転させることを含む。このようにすれば、電流の流れる方向に関わらず、V_{brg_Error}信号はゼロでない負荷電流に対しては一貫して負にはならず、ゼロ電流レベル発生中に限り負になる。従来の測定システムとは異なり、V_{brg_Error}信号の値は負荷のインダクタンスの量や、モータの逆起電力のいずれによっても影響を受けない。V_{brg_Error}信号に存在する誤差の第１の原因はむしろ単純にサイリスタにおける電圧降下である。従って、システムの予備自己同調中に電圧降下の振幅を測定することにより、それらの誤差を補正できるであろう。
【００１９】
ステップ３１０で、V_{brg_Error}信号が正であるとコントローラが判定すれば、コントローラはステップ３００に戻り、次のサンプリングが実行される。これに対し、V_{brg_Error}信号が負であるとコントローラが判定した場合には、コントローラはステップ３１２で、負荷電流がゼロに到達し且つ非導通状態の逆方向サイリスタブリッジを点弧することにより、システム内の電力の流れを反転させても安全であることを示すZERO CURRENT LEVEL OCCURRENCE（ゼロ電流レベル発生）信号を発生する。
【００２０】
本発明によれば、ゼロ電流レベルに到達したことを確実に保証するために付加的な安全策を更に実現しても良い。特に、本発明の好ましい一実施例では、変換器の反転をトリガするのに先立って、１）コントローラにより指令される電流の方向がコントローラにより測定された電流の方向とは逆である（すなわち、変換器の反転が指令されている）；２）ブリッジ電圧誤差信号V_{brg_Error}が負の値であり且つ少なくとも所定の振幅を有する；３）測定された負荷電流が最小レベルに満たない（この条件は従来の技術で見られたゼロ電流ウィンドウ要件に類似している）；及び４）少なくとも２回の連続するサンプリングについて条件２及び３がTRUE(真)であるという４つの条件のいずれか又は全てが満たされることがコントローラにより要求されても良い。これにより、システムは雑音、妨害などが原因となる疑似信号又は誤った信号から保護されることになる。
【００２１】
そこで図４を参照すると、V_{br_Recon}信号を判定し、関連するV_{brg_Error}信号を発生するための方法の一実施例を表す論理図４００が示されている。論理図４００に示される論理は当該分野では良く知られているようにコントローラハードウェア又はコントローラソフトウェアのいずれかに組み込まれることを理解すべきである。先に説明した通り、本発明のコントローラは、３つの線路間電圧信号（V_ab、V_ac及びV_bc）のうちどれを再構成ブリッジ電圧信号V_{br_Recon}として使用すべきかを判定する。この要件に従って、本発明のコントローラはブリッジの各サイリスタ対に供給される線路間電圧を表すフィードバック信号及びその反転信号（V_{ab_Fbk}、V_{ac_Fbk}、V_{bc_Fbk}、−V_{ab_Fbk}、−V_{ac_Fbk}及び−V_{bc_Fbk}）を受信する。反転フィードバック信号は位相の第２の半分の間の線路間電圧を表すことを理解すべきである。
【００２２】
また、コントローラは、順方向ブリッジ及び逆方向ブリッジの双方にある１２個のサイリスタの各々のゲート素子に最も近い時点で印加されたゲート信号を示すゲート信号（Gt_Fwd_10_Old、Gt_Fwd_20_Old、Gt_Fwd_30_Old、Gt_Fwd_40_Old、Gt_Fwd_50_Old、Gt_Fwd_60_Old、Gt_Rev_10_Old、Gt_Rev_20_Old、Gt_Rev_30_Old、Get_Rev_40_Old、Gt_Rev_50_Old及びGt_Rev_60_Old）も受信する。各々のゲート信号は、ハイゲート信号又はローゲート信号のいずれかによって特定のサイリスタに対する点弧指令の有無を指示する論理信号である。ゲート信号を測定される線路間電圧と同期させるために、各々のゲート信号はコントローラにより遅延されていることを理解すべきである。
【００２３】
V_{br_Recon}信号判定を実行するとき、コントローラは各サイリスタのゲート信号に次の論理を適用する。順方向ブリッジの点弧検出論理は、各サイリスタ対１及び２、２及び３、３及び４、４及び５、５及び６、６及び１に対応する１対のゲート信号に結合する１対の入力端子をそれぞれ有する複数のＡＮＤゲート４０２、４０４、４０６、４０８、４１０及び４１２を具備する。ＡＮＤゲート４０２〜４１２の出力端子は論理スイッチ４１４、４１６、４１８、４２０、４２２及び４２４にそれぞれ結合している。各ＡＮＤゲート４０２〜４１２は関連する論理スイッチ４１４〜４２４へ、ＡＮＤ演算の結果を示す論理状態信号を出力する。サイリスタ対の２つのサイリスタに共にハイゲート信号が現れている場合に限り、特定のＡＮＤゲート４０２〜４１２によりハイ論理状態信号（すなわち、１）が発生される。そうでない場合には、ＡＮＤゲート４０２〜４１２はロー論理状態信号（すなわち、０）を発生する。ＡＮＤゲート４０２〜４１２がロー論理状態信号を発生するたびに、それに対応する論理スイッチ４１４〜４２４は０.０V信号を戻す。しかし、ＡＮＤゲートがハイ論理状態信号を発生したならば、対応するスイッチは導通状態のサイリスタ対と関連する線路電圧フィードバック信号を戻す。
【００２４】
逆方向ブリッジに対しても同様の点弧検出論理が設けられており、論理は複数のＡＮＤゲート４２６、４２８、４３０、４３２、４３４及び４３６と、対応する論理スイッチ４３８、４４０、４４２、４４４、４４６及び４４８とを具備する。順方向ブリッジについて先に説明した方式により、ＡＮＤゲートは、各サイリスタ対のゲート素子へのハイ又はローのゲート信号の印加を表すゲート信号を受信する。１つの対の２つのサイリスタが共にハイゲート信号を受信していれば、対応する論理スイッチにハイ論理状態が与えられ、論理スイッチはその対と関連する線路電圧フィードバック信号を戻す。
【００２５】
Brg＿Select論理スイッチ４５０には、順方向ブリッジ及び逆方向ブリッジの双方から線路間電圧フィードバック出力が供給される。ある任意の時点（故障状態の間を除く）で導通するブリッジは１つだけであり、導通するサイリスタ対はそのブリッジの中の１対のみであるので、Brg＿Select論理スイッチ４５０はゼロでない値を有する線路間電圧フィードバック出力信号を選択するように動作する。その後、この信号は先に説明したV_{br_Recon}信号として送信される。次に、加算器４５２において、実際のブリッジ出力電圧を表すV_{brg_Fbk}信号がV_{br_Recon}信号から減算される。その結果得られた信号はV_{brg_Error}信号として出力され、コントローラはV_{brg_Error}信号を使用して、先に詳細に説明したようにゼロ電流レベルを判定する。前述のように、自然のV_{brg_Error}信号の符号は逆方向ブリッジの導通時に反転するため、この反転を考慮に入れることが必要である。
【００２６】
本発明の一実施例では、加算器４５２の出力は信号インバータ４５４により反転される。電流の流れが反転すると、コントローラは論理スイッチ４５６を順方向ブリッジ状態（０）と、逆方向ブリッジ状態（１）との間で切り替えることにより、加算器４５２の反転出力をV_{brg_Error}信号にさせるように動作する。
【００２７】
次に図５を参照すると、図５は、２つの異なるゼロ電流レベル発生５０２及び５０４を示す、V_{brg_Error}信号と時間との関係を表すグラフ５００である。先に説明した通り、負荷電流がゼロに等しいときを除いて、V_{brg_Error}信号の値は正である。この時点で、ブリッジが導通している場合のように線路間電圧の１つに負荷電流が現れるからではなく、ブリッジの出力端子に負荷電流が現れるために、V_{brg_Fbk}の値は増加する。V_{brg_Fbk}信号がV_{br_Recon}信号より大きくなると、V_{brg_Error}信号は負になることにより、電力方向の反転を安全に実行できることを指示する。
【００２８】
可逆電力変換器において素子の追加による複雑さ及び費用の増大を必要とせずにゼロ電流レベル発生を判定するための正確で且つ時間効率の良いシステム及び方法を提供することにより、本発明は、クロスブリッジ短絡に起因する線路故障の危険なく電力の流れを安全に反転させることができる。先に説明したように、線路間電圧のうち選択された１つ電圧を利用してブリッジ出力電圧を再構成し、この電圧を実際のブリッジ出力信号と比較することにより、ゼロ電流レベル発生を確実に且つ瞬時に指示する誤差信号を発生し、それにより、従来の技術の問題点及び欠点を回避している。
【００２９】
本発明のゼロ電流レベル検出システムをＳＣＲを含む直流ブリッジにおける電流反転に関連して説明したが、モータ、発電機などの交流負荷の制御に際して交流電圧を発生するために複数の反転直流ブリッジを利用するサイクロコンバータにおけるＳＣＲブリッジの制御にも同じ方法を適用することが可能なことは理解されるべきである。
【００３０】
以上の説明は数多くの詳細な事項及び特殊事項を含んでいるが、それらは説明の便宜上含まれていたにすぎず、本発明を限定するものとして解釈されてはならないことを理解すべきである。特許請求の範囲及び法律上それと同等のものにより包含されるべき本発明の趣旨から逸脱せずに、以上説明した実施例に対し数多くの変形を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 負荷電流感知を利用する従来の保護回路を示すブロック線図。
【図２】 本発明によるゼロ電流レベル検出システムを組み込んだ電力変換器を示すブロック線図。
【図３】 本発明に従ってゼロ電流レベル発生を判定する１つの方法を示すフローチャート。
【図４】 V_{br_Recon}信号を判定し、図４で識別される関連V_{brg_Error}信号を発生する方法の一実施例を示す論理図。
【図５】 ２つの別個のゼロ電流レベル発生を示す、ブリッジ誤差電圧と時間との関係の一例を表すグラフ。
【符号の説明】
２０２…順方向サイリスタブリッジ、２０４…逆方向サイリスタブリッジ、２０６…ブリッジ点弧コントローラ、２０８…スーパーバイザコントローラ、４０２〜４１２…ＡＮＤゲート、４１４〜４２４…論理スイッチ、４２６〜４３６…ＡＮＤゲート、４３８〜４４８…論理ゲート、４５０…Brg＿Select論理スイッチ、４５２…加算器、４５４…信号インバータ、４５６…論理スイッチ

Claims (12)

1. 電力源と負荷との間の電力の流れの反転を可能にする少なくとも２つのサイリスタブリッジ（２０２、２０４）を有する電力変換器におけるゼロ電流レベルの発生を検出する方法において、入力信号の位相ごとに１つずつの複数の線路間電圧信号を受信する過程（３００）と、
   前記複数の線路間電圧信号のうち選択された１つの電圧信号に基づいて再構成ブリッジ電圧信号を発生する過程（３０２）と、
   実際の測定ブリッジ電圧を現す実際ブリッジ電圧信号を受信する過程（３０４）と、
   前記再構成ブリッジ電圧信号を前記実際ブリッジ電圧信号と比較する過程（３０６）と、
   前記比較に基づいてブリッジ電圧誤差信号を発生する過程（３０８）と、
   前記ブリッジ電圧誤差信号の符号を判定する過程（３１０）と、
   前記ブリッジ電圧誤差信号の符号が所定の符号と一致する場合にゼロ電流レベル発生信号を発生する過程（３１２）とから成る方法。
2. 通常は前記変換器の負荷電流の値を示す負荷電流信号を電流センサから受信する過程を更に含む請求項１記載の方法。
3. 前記負荷電流信号が所定の電流ウィンドウの中に入っているときにゼロ電流ウィンドウ内信号を発生する過程を更に含む請求項２記載の方法。
4. 前記複数の線路間電圧信号のうち選択された１つの電圧信号に基づいて再構成ブリッジ電圧信号を発生する過程（３０２）は、前記少なくとも２つのサイリスタブリッジ（２０２、２０４）に含まれる複数のサイリスタの各々について、ハイゲート信号と、ローゲート信号とを含む複数のゲート信号を受信する過程であって、前記サイリスタブリッジの各々に含まれる前記複数のサイリスタはそれぞれ隣接するサイリスタに結合されて、複数のサイリスタ対を形成している過程と、前記複数のサイリスタ対の各々を導通される電流の位相に基づいて、前記複数のサイリスタ対の各々と特定の線路間電圧信号を関連付ける過程と、前記受信されたゲート信号に基づいて導通状態のサイリスタ対を判定する過程と、前記導通状態のサイリスタ対と関連する特定の線路間電圧信号を再構成ブリッジ電圧信号として識別する過程とを更に含む請求項１記載の方法。
5. 各々が１つの特定のサイリスタ対と関連している複数のＡＮＤゲート（４０２〜４１２、４２６〜４３６）で前記ゲート信号を受信する過程と、前記複数のＡＮＤゲート（４０２〜４１２、４２６〜４３６）の各々から複数の関連する論理スイッチ（４１４〜４２４、４３８〜４４８）へ論理状態信号を出力する過程と、前記特定のサイリスタ対と関連する前記線路間電圧信号を前記複数の論理スイッチ（４１４〜４２４、４３８〜４４８）で受信する過程と、関連するサイリスタ対の前記サイリスタの双方からハイゲート電流信号が受信された場合に限り、前記ＡＮＤゲート（４０２〜４１２、４２６〜４３６）の各々からハイ論理状態信号を発生して、導通状態のサイリスタ対を指示する過程と、ハイ論理状態信号を受信して、前記導通状態のサイリスタ対と関連する特定の線路間電圧信号を表す信号を前記関連する論理スイッチ（４１４〜４２４、４３８〜４４８）から出力する過程とを更に含む請求項４記載の方法。
6. 前記ブリッジ電圧誤差信号は、前記再構成ブリッジ電圧信号から前記実際ブリッジ電圧信号を減算することにより発生する、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 少なくとも２つのサイリスタブリッジ（２０２、２０４）と、電力源と負荷との間の電力の流れを反転させるコントローラ（２０６）とを含み、電力源と負荷との間の電力の流れを制御する電力変換器において、前記コントローラ（２０６）は、入力信号の位相ごとに１つずつの複数の線路間電圧信号を受信する（３００）複数の入力端子と、前記複数の線路間電圧信号のうち選択された１つの電圧信号に基づいて再構成ブリッジ電圧信号を発生する（３０２）論理手段（４００）と、実際の測定ブリッジ電圧を現す実際ブリッジ電圧信号を受信する（３０４）入力端子と、前記再構成ブリッジ電圧信号を前記実際ブリッジ電圧信号と比較する（３０６）処理手段と、前記比較に基づいてブリッジ電圧誤差信号を発生する（３０８）処理手段と、前記ブリッジ電圧誤差信号の符号を判定する（３１０）処理手段と、前記ブリッジ電圧誤差信号の符号が所定の符号と一致する場合にゼロ電流レベル発生信号を発生する（３１２）処理手段とを具備するコントローラ。
8. 電流センサから負荷電流信号を受信する入力端子を更に具備し、前記負荷電流信号は通常は前記電力変換器における負荷電流の値を示す請求項７記載のコントローラ。
9. 前記負荷電流信号が所定の電流ウィンドウに入っているときにゼロ電流ウィンドウ内信号を発生する処理手段を更に具備する請求項８記載のコントローラ。
10. 前記複数の線路間電圧信号のうち選択された１つの電圧信号に基づいて再構成ブリッジ電圧信号を発生する（３０２）前記処理手段は、前記少なくとも２つのサイリスタブリッジに含まれる複数のサイリスタの各々について、ハイゲート信号と、ローゲート信号とを含む複数のゲート信号を受信する処理手段であって、前記サイリスタブリッジの各々に含まれる前記複数のサイリスタはそれぞれ隣接するサイリスタに結合されて、複数のサイリスタ対を形成している処理手段と、前記複数のサイリスタ対の各々を導通される電流の位相に基づいて、前記複数のサイリスタ対の各々と特定の線路間電圧信号とを関連付ける処理手段と、前記受信されたゲート信号に基づいて導通状態のサイリスタ対を判定する処理手段と、前記導通状態のサイリスタ対と関連する特定の線路間電圧信号を再構成ブリッジ電圧信号として識別する処理手段とを更に具備する請求項９記載のコントローラ。
11. 各々が１つの特定のサイリスタ対と関連し、前記ゲート信号を受信する複数のＡＮＤゲート（４０２〜４１２、４２６〜４３６）と、前記複数のＡＮＤゲート（４０２〜４１２、４２６〜４３６）の各々から出力された論理状態信号を受信する複数の関連する論理スイッチ（４１４〜４２４、４３８〜４４８）とを更に具備し、前記複数の論理スイッチ（４１４〜４２４、４３８〜４４８）は前記特定のサイリスタ対と関連する前記線路間電圧信号を受信し、前記複数のＡＮＤゲート（４０２〜４１２、４２６〜４３６）は、関連するサイリスタ対の前記サイリスタの双方からハイゲート信号が受信された場合に限り、前記ＡＮＤゲート（４０２〜４１２、４２６〜４３６）の各々からハイ論理状態信号を発生して、導通状態のサイリスタ対を指示し、且つ前記複数の論理スイッチ（４１４〜４２４、４３８〜４４８）の各々は、ハイ論理状態信号を受信すると、前記導通状態のサイリスタ対と関連する特定の線路間電圧信号を表す信号を出力する請求項１０記載のコントローラ。
12. 前記ブリッジ電圧誤差信号は、前記再構成ブリッジ電圧信号から前記実際ブリッジ電圧信号を減算することにより発生する、請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載のコントローラ。

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