JPH01218360A - 循環電流形電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は、循環電流形電力変換装置に係り、特に、出力
電流制御と無効電力制御を併用する電力変換装置として
使用するのに好適な循環電流形電力変換装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は本発明を適用する循環電流形電力変換装置の主
回路構成図で、図中、１は三相交流電源、２は電源変圧
器、３は進相コンデンサ、４１゜４２は電源変圧器、５
１，５３は負荷９に対して正極性のサイリスタ変換器、
５２，５４は負荷９に対して負極性のサイリスタ変換器
、５１１はサイリスタ変換器５１．５２間を流れる循環
電流、５２１はサイリスタ変換器５３．５４間を流れる
循環電流、７は循環電流抑制のための直流リアクトルで
あるが、電源変圧器４１．４２の漏れインダクタンスを
利用して省略する場合もある。

９１は出力電流、８１はスイッチである。第６図に示し
た動作タイムチャートにより第５図の主回路に特願昭５
８−１４７９４１号公報を適用した場合の動作を説明す
る。出力停止信号が出力される以前は進相コンデンサ３
の進み無効電力を打消すように同程度の大きさの循環電
流５１１，５２１を流しながら負荷９に出力電流９１を
供給する。

出力停止信号が出力されると、図示しない循環電流制御
装置、及び、出力電流制御装置により出力電流９１を減
少させ、循環電流５２１を循環電流５１１に移行する動
作が行われ、循環電流５１１として循環電流５１１と循
環電流５２１の和になった時点でスイッチ８１を無電流
状態で開放する。

このように、出力停止信号が出力されて循環電流５２１
が循環電流５１１に、完全に移行した時点でスイッチ８
１を開放すると、出力電流９１が零になり、三相交流電
源１の無効電力変動もなく安全である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、出力停止信号が出力されるたびに循環
電流５２１が循環電流５１１に移行されるため、電源変
圧器４１が温度上昇し、電源変圧器４１の二次側電圧が
低下するなどの問題が生じる。

本発明の目的は、循環電流による三相交流電源側の無効
電力調整を電流指令値にそって交互に行いながら出力電
流を零にして電力変換装置などの温度上昇を抑制する循
環電流形電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段〕

上記目的は、複数の循環電流制御装置を形成するように
、ブリッジ回路を複数段接続し、出力電流通電時には、
複数段接続のブリッジ回路にそれぞれ循環電流を流し、
出力電流停止時は少なくとも一つのブリッジ回路の循環
電流を零にし、残りのブリッジ回路に循環電流を流す動
作を電流指令値にそって交互に行わせるようにして達成
される。

〔作用〕

出力電流零時に複数段接続したブリッジ回路の一部に循
環電流を流しながら、他のブリッジ回路の循環電流を零
にする動作を電流指令値にそって交互に切換制御するこ
とにより、複数段接続したブリッジ回路に、それぞれ、
接続される電源変圧器の温度上昇が均一化されるため、
それぞれの電源変圧器の二次側電圧が低下することがな
い。

〔実施例〕

第７図は本発明の更に具体的実施例の、例えば、二和電
力変換装ＲＵ−ＷのうちＵ摺電力変換装置のみの主回路
構成図で、循環電流形電力変換装置１５１　（１６１）
はき電区分開閉器８１，８３゜・・・（８２，８４，・
・・）を介して、それぞれ、推進コイル７１，７３．・
・・（７２，７４・・・）に接続され、循環電流形電力
変換装置１５１，１６１を交互に動作させて車両２０を
駆動するりニアモータの給電装置である。循環電流形電
力変換装置ｉ！１５１゜１６１はそれぞれ制御極付半導
体開閉素子を使用した三相ブリッジ回路で構成された電
力変換装置５１〜５４．６１〜６４を逆並列接続した二
相直列接続回路で構成され、循環電流形電力変換装置１
５１動作時には、三相ブリッジ回路５１．５２に流れる
循環電流５１１と三相ブリッジ回路５３゜５４に流れる
循環電流５２１で三相交流電源側の力率調整を行い、循
環電流形電力変換装置１６１動作時には三相ブリッジ回
路６１．６２に流れる循環電流６１１と三相ブリッジ回
路６３．６４に流れる循環電流６２１で三相交流電源側
の力率調整を行う。

循環電流形電力変換装置１５１，１６１のそれぞれの三
相ブリッジ回路５１〜５４．６１〜６４の中間点に接続
された直流リアクトル７．７′は図示しない電源変圧器
の漏れインダクタンスを利用して省略する場合もある。

第８図に三相電力変換装置Ｕ−ＷのうちＵ摺電力変換装
置の動作のみ示した動作タイムチャートにより車両２ｏ
が推進コイル７１に進入して退出するまでの第７図の主
回路構成図の動作を説明する。

車両２０が推進コイル７１に進入すると（時点ｔ１）、
循環電流形電力変換装置１５１が動作し。

そのため１時点ｔ１以前に投入されているき電区分開閉
器８１を介して推進コイル７１に給電する。

この時点では、車両２０が推進コイル７１とその前の推
進コイルの渡りになるため、循環電流形電力変換装置１
６１も動作している。

車両２０が時点ｔｚに達すると、車両２ｏが完全に推進
コイル７１に移行しているため、循環電流形電力変換装
Ｗ１６１の電流指令値を零にして出力電流９１′を零に
するように作動させるとともに、三相ブリッジ回路６３
．６４の循環電流６２１を三相ブリッジ回路６１．６２
に移行させて循環電流６１１として倍の電流を流し、そ
の後、三相ブリッジ回路６３．６４をゲートストップし
て推進コイル７１の前の推進コイルへの給電を停止させ
る。車両２０が時点ｔ２から時点ｔｘｏの期間を走行し
ている場合には、循環電流形電力変換装置１５１が出力
電流９１を流して推進コイル７１に給電しているだけで
循環電流形電力変換装置１６１の出力電流９１′は零で
あるが、三相ブリッジ回路６１．６２と６３．６４には
循環電流６１１．６１２の和の電流が電流指令値の正負
にそって交互に流れるように、第８図（９）　、　（１
０）に示したように三相ブリッジ回路６１．６２と６３
゜６４に交互に停止信号を与えている。

一方、車両２０が時点ｔ１Ｇに達すると、車両２０が推
進コイル７２に進入する直前であるから、その前から閉
路されているき電区分開閉器８２を介して循環電流形電
力変換装置１６１の電流指令値を所定値に設定して推進
コイル７２に給電し、循環電流形電力変換装置１５１，
１６１がともに出力電流９１．９１’　を流す。

この状態は時点ｔ１１まで続く。車両２０が時点１１１
に達すると車両２０が完全に推進コイル７２に移行する
ため、循環電流形電力変換装！！１５１の電流指令値を
零にして出力電流９１を零にするように作動させ、三相
ブリッジ回路５３．５４の循環電流５２１を三相ブリッ
ジ回路５１．５２に移行させて循環電流５１１として倍
の電流を流し、その後、三相ブリッジ回路５３，５４を
ゲートストップして推進コイル７１への給電を停止させ
る。

車両２０が時点ｔｘｔから時点Ｉｔｓの期間を走行して
いる場合には、循環電流形電力変換装置１６１が出力電
流９１′を流して推進コイル７２に給電しているだけで
、循環電流形電力変換装置１５１の出力電流９１は零で
あるが、三相ブリッジ回路５１．５２と５３．５４には
循環電流５１１と５２１の和の電流が電流指令値の正負
にそって交互に流れるように、第８図（７）、　（８）
に示したように三相ブリッジ回路５１．５２と５３．５
４に交互に停止信号を与えている。このような動作を繰
返しながら車両２０が進行する。そして循環電流形電力
変換装置１５１，１６１がそれぞれ停止する期間では三
相ブリッジ回路５１．５２と５３゜５４及び６１，６２
と６３．６４が交互に起動停止を行なうため１図示しな
い電源変圧器の二次側などの温度上昇が均一化されるた
め、それらの電圧に不平衡が生じることはない、第９図
は本発明を適用する他の循環電流形電力変換装置の主回
路構成図で、第７図の構成図と異なるのは電源変圧器４
の構成法だけで動作は第７図の構成図と同じであるから
説明は省略する。これらの主回路構成図に対して１例え
ば、循環電流形電力変換装置１５１について、第８図の
（７）、　（８）に示した動作を行うための具体的な制
御回路構成の一例を第１図に示した。

第１図において、１０は単位正弦波発生回路。

１１は電流指令値１２を変える電流指令調節器、１３は
電流指令値工２と出力電流９１を比較する比較器、１４
は出力電流制御装置、１５〜１８は加算器、２００は循
環電流指令器、２０１は循環電流指令値、２１は循環電
流指令値２０１を分割するための分割器、２２は比例増
幅器、２３〜２５は加算器、２０６は加算器２４の出力
と循環電流６１１を比較する比較器、２７は加算器２５
の出力と循環電流５２１を比較する比較器、２８゜２９
は循環電流制御装置、１１１〜１１４はゲート制御装置
、１０１は単位正弦波発生回路１０の正側を矩形波に変
換する正側矩形波変換回路、１０２は単位正弦波発生回
路１ｏの負側を矩形波に変換する負側矩形波変換回路、
４０は単位正弦波発生回路１０の正負波形に応じて加算
器２４゜２５のいずれか一方に循環電流指令値２０１を
与え、他方を零にする循環電流指令切換回路、３１は出
力停止信号３０が出力をしたときに循環電流指令切換回
路４０に出力をさせ、出力停止信号３０が出力をしない
ときには循環電流指令切換回路４０の出力を零にする動
作を行うようにする設定回路、３２．３３は論理積回路
、３４は三相ブリッジ回路５１．５２のゲートサプレス
信号、３５は三相ブリッジ回路５３．５４のゲートサプ
レス信号、１００は循環電流切換制御回路で、分割器２
１．比例増幅器２２及び循環電流指令切換回路４０から
構成される。

三相ブリッジ５１．５２及び５３．５４のそれぞれに流
れる循環電流５１１，５２１は循環電流指令値２０１を
分割器２１の比率で分割された値を分担して流れている
。

すなわち、三相ブリッジ回路５３．５４には循環電流指
令値２０１を分割器２１と比例増幅器２２で分割した循
環電流５２１が流れ、三相ブリッジ回路５１．５２には
循環電流指令値２０１から循環電流指令値２０１を分割
器２１と比例増幅ｌＩ２２で分割した値を差し引いた循
環電流５１１が流れる。このような状態で出力停止信号
３０が出力されると、電流指令調節器１１の出力が絞ら
れて零になるので電流指令値１２が零になり、出力電流
制御装置１４は出力電流９１を零にするように動作する
。一方、循環電流切換制御回路１００は単位正弦波発生
回路１０の出力が正側期間では循環電流指令切換回路４
０により加算器２４の出力が循環電流指令値２０１にな
り、加算器２５の出力が零になるように作動して三相ブ
リッジ回路５１．５２にだけ循環電流５１１が流れ、正
側矩形波変換回路１０１．論理積回路３３及び三相ブリ
ッジ回路５３．５４のゲートサプレス信号３５を介して
三相ブリッジ回路５３．５４の動作を停止させる。単位
正弦波発生回路１０の出力が負側期間では循環電流指令
切換回路４０により加算器２５の出力が循環電流指令値
２０１になり、加算器２４の出力が零になるように作動
して三相ブリッジ回路５３，５４にだけ循環電流５２１
が流れ、負側矩形波変換回路１０２．論理積回路３２及
び三相ブリッジ回路５１．５２のゲートサプレス信号３
４を介して三相ブリッジ回路５１．５２の動作を停止さ
せる。

すなわち、出力停止信号３０が出力されると単位正弦波
発生回路１０の出力が正側期間では三相ブリッジ回路５
３．５４の動作が停止されて循環電流指令値２０１は三
相ブリッジ回路５１．５２の循環電流制御装置２８に与
えられ、単位正弦波発生回路１０の出力が負側期間では
三相ブリッジ回路５１．５２の動作が停止されて循環電
流指令値２０１は三相ブリッジ回路５３．５４の循環電
流制御装置２９に与えられ、一方、電流指令値１２は単
位正弦波発生回路１０の正、負側期間に関係なく、出力
停止信号３０が出力されている間は零であるから出力電
流９１も零になる。従って、無効電力制御を継続しなか
ら三相ブリッジ回路５１〜５４の出力側のスイッチ８１
を無電流状態で開放することができる。

なお、三相ブリッジ回路５１〜５４を確実に非導通状態
にするため、ゲートサプレス信号３４゜３５が与えられ
ており、循環電流の移行を速やかに行うために、第５図
に破線で示したゲートシフト信号をも与えている。

以上述べた動作を第２図に示した動作タイムチャートを
用いて説明する。第２図は第８図の時点ｔｌ〜時点ｔｔ
ｏを拡大し、三相電力変換装置Ｕ〜Ｗの動作を示したも
のである。

車両２０が１例えば、Ｕ−Ｗ相推進コイル７１１〜７１
３に進入した時点ｔ１では、循環電流形電力変換装置１
５１が動作し、循環電流形電力変換装置１６１も動作し
ている。いわゆる、セクション渡りであるから三相ブリ
ッジ回路５１〜５４及び６１〜６４のそれぞれに流れる
循環電流５１１〜６２１はほぼ同じになり、この状態が
時点ｔｚまで継続される。ここで、１５０は循環電流形
電力変換装置１５１を構成する三相電力変換装置Ｕ〜Ｗ
のそれぞれに流れる出力電流で１．、．９１はＵ相出力
電流、９２はＶ相出力電流、９３はＷ相出力電流である
。

また、１６０は循環電流形電力変換装置１６１を構成す
る三相電力変換装置！Ｕ−Ｗのそれぞれに流れる出力電
流で、９１′はＵ相出力電流、９２′はＶ相出力電流、
９３′はＷ相出力電流である。

５１１．５２１は循環電流形電力変換装置１５１を構成
するＵ摺電力変換装置の上側三相ブリッジ回路５１，５
２と下側三相ブリッジ回路５３゜５４のそれぞれに流れ
る循環電流、５１２，５２２は循環電流形電力変換装置
１５１を構成する図示しないＶ摺電力変換装置の上側三
相ブリッジ回路と下側三相ブリッジ回路のそれぞれに流
れる循環電流、５１３，５２３は循環電流形電力変換装
置１５１を構成す名図示しないＷ摺電力変換装置の上側
三相ブリッジ回路と下側三相ブリッジ回路のそれぞれに
流れる循環電流、６１１，６２１は循環電流形電力変換
装置１６１を構成するＵ摺電力変換装置の上側三相ブリ
ッジ回路６１，６２と下側三相ブリッジ回路６３．６４
のそれぞれに流れる循環電流、６１２，６２２は循Ｉｍ
流形電力変換装置１６１を構成する図示しないＶ摺電力
変換装置の上側三相ブリッジ回路と下側三相ブリッジ回
路のそれぞれに流れる循環電流、６１３，６２３は循環
電流形電力変換装置１６１を構成する図示しないＷ摺電
力変換装置の上側三相ブリッジ回路と下側三相ブリッジ
回路のそれぞれに流れる循環電流である。

車両２０が進行して時点ｔ２に達すると、車両２０はＵ
−Ｗ相推進コイル７１１〜７１３に完全に移行するため
、Ｕ−Ｗ相推進コイル７１１〜７１３の前の推進コイル
への給電を停止するために出力停止信号３０が発生する
。出力停止信号３０が出力すると、まず、電流指令調節
器１１の出力を絞って電流指令値１２を零にして出力電
流９１′を零にする。一方、循環電流は循環電流形電力
変換装置１６１を構成するＵ−Ｗ摺電力変換装置により
異なり、Ｕ摺電力変換装置とＷ摺電力変換装置は下側三
相ブリッジ回路の循環電流が上側三相ブリッジ回路に移
行し、Ｖ摺電力変換装置では上側三相ブリッジ回路の循
環電流が下側三相ブリッジ回路に移行するようにＵ−Ｗ
摺電力変換装置のそれぞれに設けられた第１図の回路の
循環電流指令切換回路４０により行われる。また、Ｕ〜
Ｗ相電相変力変換装置れぞれに設けられた第１図の回路
のゲートサプレス信号３４，３５によりＵ摺電力変換装
置とＷ摺電力変換装置は下側三相ブリッジ回路が、Ｖ摺
電力変換装置は上側三相ブリッジ回路がそれぞれ停止さ
れるから循環電流形電力変換装置１６１を構成するＵ−
Ｗ摺電力変換装置のそれぞれの出力電流９１′〜９３′
を零にし、その後、無電流状態でき電区分開閉器を開く
。

Ｕ−Ｗ相単位正弦波発生回路の出力によりＵ〜Ｗ相電相
変力変換装置れぞれの上側三相ブリッジ回路の循環電流
６１１〜６１３と下側三相ブリッジ回路の循環電流６２
１〜６２３のそれぞれの和を上側三相ブリッジ回路ある
いは下側三相ブリッジ回路に交互に流して時点ｔｘｏま
で車間２０を進行させる。車両２０が時点１０に達する
と、出力停止信号３０がなくなるから、循環電流指令切
換回路４０とゲートサプレス信号３４．３５がともに出
力をしなくなるため、循環電流形電力変換装置１６１が
動作してＵ−Ｗ相推進コイル７２１〜７２３に給電し、
循環電流はＵ−Ｗ摺電力変換装置のそれぞれの上側三相
ブリッジ回路も下側三相ブリッジ回路もほぼ同・じ値が
流れる。

第１図に示した制御装置で第７図を構成した実施例によ
れば、第２図に示したように、循環電流形電力変換装置
１５１，１６１のいずれか一方の出力電流が零になる場
合、零になった側のＵ−Ｗ摺電力変換装置を構成するそ
れぞれの上側三相ブリッジ回路、下側三相ブリッジ回路
のいずれか一方に循環電流を流して他方は循環電流を零
にし、これらを単位正弦波発生回路の出力により交互に
行わせ、その後に、き電区分開閉器を開路することによ
り循環電流形電力変換装置の無効電力制御機能を損うこ
となく、き電区分開閉器の無電流開閉が可能で、かつ、
循環電流指令値が上側三相ブリッジ回路と下側三相ブリ
ッジ回路に交互に与えられるから電源変圧器の温度上昇
が均一化されるなど効果がある。

第３図は本発明による他の一実施例は制御回路構成図で
、第１図の構成図と異なるところは循環電流制御を上側
三相ブリッジ回路と下側三相ブリッジ回路のそれぞれの
循環電流の和で行うようにし、循環電流移行制御を循環
電流制御装置２８の出力側で行うようにした点である。

ここで、循環電流の和は、例えば、第９図に示した直流
リアクトル７に流れる電流方向を矢印のように設置し、
この循環電流７０から出力電流９１の絶対値１９１１を
差し引き算することにより得られる。出力停止信号３０
が出力された場合の動作は第２図の動作タイムチャート
と同様であるから説明を省略する。

第４図は第１図及び第３図の構成図における、第２図と
は少し異なる動作タイムチャートである。

すなわち、循環電流形電力変換装置１６１を構成するＵ
−Ｗ摺電力変換装置のそれぞれの上側三相ブリッジ回路
と下側三相ブリッジ回路に交互に循環電流指令値２０１
を与える動作が終了したのちの循環電流形電力変換装置
１６１の復帰は、第２図の動作タイムチャートでは循環
電流形電力変換装置１６１が通電開始時に行っていたが
、第４図の動作タイムチャートではき電区分開閉器が開
始された時点より速やかに行うことにした。この時点で
は、次のき電区分開閉器が投入されるから三相ブリッジ
回路６１〜６４のそれぞれを構成する制御極付半導体開
閉素子に接続されるサージアブソーバの電流が推進コイ
ルに流れるが、電流積　。

令値は零であるから出力電流は流れないため、き電区分
開閉器の接点が荒れることはない。

しかし、き電区分開閉器開放時には小電流でも回路のイ
ンダクタンスなどでアークが発生するから接点が荒れる
ため、無電流状態で開放する必要がある。第４図のよう
に、循環電流形電力変換装置１６１の復帰を早めると、
循環電流による機器の発熱が第２図の動作タイムチャー
トよりも減少するなどの効果がある。

以上は本発明を磁気浮上式鉄道に用いた場合について述
べたが、これに限らず、制御極付半導体間ｉ素子で構成
される循環電流形電力変換装置を用いて構成された回路
にも本発明を適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数段接続したブリッジ回路を構成す
る機器の発熱を均一化し、循環電流による３相交流電源
側の無効電力制御機能を損うことなく出力電流を零にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例制御回路構成図、第２図は第
１図の構成図の動作を説明するための動作タイムチャー
ト、第３図は本発明の他の実施例の制御回路構成図、第
４図は第１図及び第３図の構成図の他の動作タイムチャ
ート、第５図は本発明を適用する循環電流形電力変換装
置の主回路構成図、第６図は第５図に従来の制御装置を
適用した場合の動作を説明するためのタイムチャート、
第７図は本発明の一実施例の主回路構成図、第８図は第
７図の構成図の動作を説明するための動作タイムチャー
ト、第９図は本発明の他の実施例の循環電流形電力変換
装置の主回路構成図である。 １・・・三相交流電源、４・・・電源変圧器、１００・
・・循環電流切換制御回路、１５１，１６１・・・循環
電流形電力変換装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互に逆極性に並列接続された制御極付半導体開閉素
   子からなるブリッジ回路と、前記制御極付半導体開閉素
   子にゲート信号を与えるゲート制御装置と、前記ゲート
   制御装置に前記ゲート信号の移相制御信号を与えて前記
   ブリッジ回路の出力電流を制御する出力電流制御装置と
   、前記ゲート制御装置に前記ゲート信号の移相制御信号
   を与えて前記ブリッジ回路の循環電流を制御する循環電
   流制御装置とを備え、前記ブリッジ回路に循環電流を流
   しながら負荷に出力電流を供給するようにした循環電流
   形電力変換装置において、 前記ブリッジ回路を複数段接続し、そのうちの一部の前
   記ブリッジ回路に循環電流を流しながら他の前記ブリッ
   ジ回路の循環電流を零にする動作を交互に行わせる循環
   電流切換制御手段を設けたことを特徴とする循環電流形
   電力変換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記循環電流切換制御手段は、循環電流を零にすべき前
   記ブリッジ回路の循環電流をその他の前記ブリッジ回路
   に電流指令値にそつて移行させて零にすることを特徴と
   する循環電流形電力変換装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記循環電流切換制御手段は、循環電流を零にすべき前
   記ブリッジ回路の前記制御極付半導体開閉素子のゲート
   をサプレスする回路を備えて前記電流指令値にそつてそ
   の他の前記ブリッジ回路への循環電流が移行する動作を
   早めることを特徴とする循環電流形電力変換装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、 前記循環電流制御装置は、複数段接続の前記ブリッジ回
   路のそれぞれの前記ゲート制御装置に共通に一つだけ設
   けられて複数段接続の前記ブリッジ回路の循環電流の総
   和を制御し、前記循環電流切換制御手段を前記循環電流
   制御装置の出力側に設けたことを特徴とする循環電流形
   電力変換装置。