JPH02231991A - 交流電流調整器の制御方法および装置 - Google Patents

交流電流調整器の制御方法および装置

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JPH02231991A
JPH02231991A JP2013435A JP1343590A JPH02231991A JP H02231991 A JPH02231991 A JP H02231991A JP 2013435 A JP2013435 A JP 2013435A JP 1343590 A JP1343590 A JP 1343590A JP H02231991 A JPH02231991 A JP H02231991A
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デイートハルト、ルングガルディール
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ベー、クラウス、デルワルト
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using supply voltage with constant frequency and variable amplitude
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
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    • H02M1/084Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体弁の導通角制御により単相または多
相の交流電流調整器を制御するための方法および装置に
関するものである。
〔従来の技術〕
交流回路網で電気的負荷に供給される電力を調整するた
め、半導体弁の導通角制御により制御される交流電流調
整器が使用される。特に交流電動機の作動の際には、た
とえばスイッチオンおよびスイッチオツの際の始動また
は遅延相の間の相異なる負荷のような電動機の交番する
作動条件が、系統、電動機および駆動装置を不必要な負
荷から保護するため、電動機に供給される電力の調節を
必要とする。
英国特許第2084359号明細書から、交流電動機に
対する交流電流調整器を制御するための装置であって、
たとえば電動機の不足負荷により惹起される望ましくな
い力率を改善する装置は知られている。そのために電動
機に各供給相に対して制御可能な半導体弁、特に導通角
制御を介して電動機の現在の作動条件に関係する電力供
給を可能にする1つのトライアックまたは1つの逆並列
のサイリスタ回路が対応付けられている。力率の改善は
この公知の装置では、制御装置のなかで各相に対する電
流と電圧との間の位相差が検出され、また点弧角、すな
わちそのつどの相に対する電流零通過と点弧時間との間
に経過する時間の増大により減少されることにより達成
される。点弧時点を求めるための時間基準として公知の
装置では、トライアックを介して与えられている電圧の
測定により求められる電流零通過の時点が用いられる。
この電圧は1つのコンパレータに与えられ、その出力状
態がこのトライアックのスイッチング状態に相応する。
その場合、電流零通過はコンパレータの出力信号の1つ
の側縁に一致し、それから1つのモノフロップにより供
給電圧の零通遇と同期化されたランプ電圧に対する1つ
のサンプリングパルスが発生される。ランプ電圧のサン
プリングされた値は1つのボテンシ9メータを介して入
力される1つの外部基準電圧から差し引かれ、また差動
増幅器の反転入力端に与えられ、その出力電圧はランプ
電圧と一緒に別のコンパレータに供給され、このコンパ
レータは後段に接続されているトリガパルス回路を介し
て、ランプ電圧が差動増幅器の出力電圧を上回るときに
、一次点弧パルスを発生する.こうして、この回路によ
り電動機電流と電動機電圧との位相差及び従って力率が
、ポテンシッメー夕で設定された基準電圧により与えら
れている1つの値に安定化される。
しかし、中性線なしにたとえば星形または三角形回路で
使用される三和電動機では、導通角制御の際に、常に少
な《とも2つの相が同時に導通しているように注意され
なければならない。60″を越える点弧角では、それは
、点弧をトリガする相とならんで第2の相も点弧される
場合に限る。
この第2の相はその際に交流電圧の回転方向および点弧
トリガする相により決定される.公知の装置ではこれは
、6つのアンドゲートから成っており、それぞれ2つが
1つの相に対応付けられている1つの論理回路により実
現される。
1つの回転方向検出器により交流電圧の回転方向に応じ
て1つの2進信号が回転方向検出器の2つの出力線の1
つに与えられる.これらの出力線はそれぞれトリガする
相の一次点弧信号に対する出力線と共通に種々のアンド
ゲートに接続されており、それらの出力端が他の両トラ
イアックの一方のゲートに二次点弧信号を供給する. トライアックまたはサイリスクのゲートに与えられる点
弧信号の長さは、当該の電流回路の確実な点弧を保証す
るために十分でなければならない。
このことは、経験値から出発して、すべての作動条件に
対して1つの点弧をひき起こすのに十分に大きい1つの
固定的な時間長さが予め定められることにより行われる
。しかし、点弧信号のあまりに長い継続時間は、前段に
接続されている点弧増幅器、特に点弧変圧器の過負荷を
回避するために望ましくない.このことは実際に点弧信
号の時間長さを選定する際の常に満足すべきではない妥
協に通ずる. 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、単相または多相の交流電流調整器を制
御するための方法であって、半導体弁の点弧のために使
用される点弧信号が一方では確実な点弧を保証するため
に十分に長く、また他方では点弧増幅器の過負荷を回避
するために十分に短く選定され得る方法を提供すること
である。さらに本発明の課題は、この方法を実施するた
めの装置を提供することである。
(課題を解決するための手段〕 上記の課題を解決するため、本発明の方法においては、 a)導通角制御のために可変の時間長さを有する二次点
弧信号が用いられており、 b)二次点弧信号が時間遅延された一次点弧信号から導
き出されており、 C)一次点弧信号が1つの固定的に予め定められた時間
長さを有しており、 d)二次点弧信号が少なくとも近{以的に、点弧された
相を流れる電流の再上昇と共に終了するものである。ま
た本発明の装置においては、a)点弧された電流の再上
昇を検出するための手段と、 b)それと接続されており、固定的に予め定められた時
間長さを有する一次点弧信号を発生するための装置と、 C)これらの一次点弧信号から、可変の時間長さを有し
少なくとも近イ以的に電流の再上昇と共に終了する二次
点弧信号を導き出す手段とを含むものである。
導通角制御のために可変の時間長さを有する二次点弧信
号が用いられており、二次点弧信号が時間遅延された一
次点弧信号から導き出されており、一次点弧信号が1つ
の固定的に予め定められた時間長さを有しており、二次
点弧信号が少なくとも近偵的に、点弧された相を流れる
電流の再上昇と共に終了するので、点弧パルスの十分な
長さにおいて1つの点弧が必要な時間を越えることなく
行われることが保証されている。
本方法を実施するための装置は、点弧された電一11 流の再上昇を指示し、、また1つの相応の電気的信号を
、この信号を相応に時間的に制限された点弧信号を発生
するために利用する装置に伝達するための手段を含んで
いる。
〔実施例〕
以下、図面により本発明を一層詳細に説明する。
第1図で1つの負荷、たとえば1つの電動機2は1つの
半導体弁4、たとえば1つのトライアックまたは複数の
半導体弁から成る1つの回路、たとえばサイリスク回路
を介して1つの単相交流回路網の相に接続されている。
半導体弁4は1つの制御電極5を設けられており、また
半導体弁4に対して必要な点弧増幅器12、たとえばオ
プトトライアックまたは点弧変圧器を含んでいる1つの
点弧装置10の部分である.1つの電気的に点弧される
半導体弁4の代わりに、光学的に点弧される半導体弁が
設けられていてもよい。
半導体弁の制御は導通角制御または点弧角制御により行
われる。そのために制御電極5に位相に関係して半導体
弁4の点弧をひき起こす1つの点弧信号が与えられる。
半導体弁4に、図面に示されている好ましい実施例では
、1つの基準検出器6が対応付けられており、それによ
って電流回路を流れる電流Iの電流零通過が半導体弁4
における電圧降下を介して検出される。電流零通過は導
通角制御に対する時間基準を決定する役割をする.1つ
の相応の基準信号Xが基準検出器6の出力端8に与えら
れる。
基準検出器6はそのため、電圧降下の絶対値を半導体弁
4を介して1つの予め定められたしきい値と比較する1
つのコンパレータを含んでいる。こうして出力端8には
2つのレベルを有する1つの基準信号Xが生ずる。その
際に一方のレベルにより、しきい値に付属の1つの限界
値よりも小さい相を流れる1つの電流に属する1つの状
態が検出される。このしきい値を相応に低い値、たとえ
ば10Vに選定する際には、このレベルは本質的に電流
零に相当し、また基準信号Xは本質的に半導体弁4のス
イッチング状態を表す。この場合、これらの両スイッチ
ング状態の間の側縁は少なくとも近似的に時間的に、半
導体弁4を通って流れる電流Iの零通過と合致する。
基準検出器6の出力端8は、基準信号Xがら予め定めら
れた点弧角に相応して時間遅延された点弧信号ZZを導
き出し、また制御出力端141に与える制御装置14、
たとえばマイクロプロセッサと接続されている。点弧角
はたとえば外部で選択可能な制御プログラムならびに外
部から入力可能な電動機パラメータの範囲内で制御装置
14により決定される。点弧角は内部で制御装置14の
なかをランするプログラムにより時間に関係していてよ
い。こうしてたとえば、1つの予め定められた初期値か
ら出発して1つの最小値まで減ずる1つの時間に関係す
る点弧角により電動機2の滑らかな始動が可能にされる
第2図には、電流回路を流れる電流が時間を横軸にとっ
て記入されている。時点T5およびT11での電流零遭
過の際にこの電流回路に対応付けられている半導体弁は
時点T6およびTI2での新たな再点弧まで消弧する。
基準検出器は第3図−1 5= に相応して、本質的に半導体弁の導通または非導通状態
に対応する2つの信号レベル30および32を有する1
つの基準信号Xを発生する。この信号レベル30および
32は第1および第2の側縁34または36により互い
に隔てられている。その際に第1の、図面の例では立下
り側縁34によりそれぞれ電流零点の到達の時点T5ま
たはT11が、また第2の、図面の例では立上り側縁3
6によりそれぞれ再点弧の時点T6またはTI2が定め
られている。
制御ユニットのなかではそれぞれ基準信号Xの立下り側
縁34により1つのカウンタが始動され、そのカウンタ
内容が制御ユニットにより読出される。次いで制御装置
は1つの予め定められたカウンタ内容の到達の後に、1
つの所続の時間シフトDTに相応して、時点T5+DT
およびT12+DTで第4図中に参照符号50を付され
ている点弧信号zzを発生する。この点弧信号zzはそ
れぞれ電流の再上昇と少なくとも近イ以的に時間的に合
致する時点T6またはT12で終了する。こう−1 6
一 して点弧信号zZは1つの可変の時間長さWVを有し、
また相のなかの電流が実際に点弧されている間のみ持続
する。その際にこの点弧信号Zzの時間長さは、半導体
弁の保持電流が上方超過されていることを保証するため
に十分に大きくなければならない。このことは、電流が
必要な保持電流を上回するときに初めて側縁36がトリ
ガされるように基準検出器にたいするしきい値が十分に
高く、例えば約10Vにセットされることにより有利な
仕方で行われる。従って時点T5、T6、T11および
T12は、第2図による簡単化した表し方と異なり、電
流が予め定められたしきい値を電流零の付近で下回るま
たは上回る時点として理解されるべきである。
半導体弁に伝達される点弧信号ZZの継続時間の制限は
たとえば、第5v!JによりlilJ御装置14のなか
で基準信号Xから、時間長さが固定的に予め定められて
おりまた1つの予め定められた点弧角に相応して遅延さ
れている1つの一次点弧信号Zが導き出されることによ
り発生される。この一次点弧信号は次いでたとえば制御
装置14の制御出力端141に与えられ、また基準信号
と共通に論理ゲートl5に供給され、その出力端に点弧
のために使用される二次点弧信号ZZが生ずる。
付属の信号の時間的経過は第6図ないし第9図に示され
ている.第8図に相応して制御装置のなかで、図面中に
参照符号40を付されている一次点弧信号Zが発生され
る。これらの一次点弧信号は時点T5およびTllにく
らべて時間シフトDTだけ遅延されており、また1つの
固定的に予め定められた時間幅Wを有する。図面からわ
かるように、一次点弧信号Zは、電流が既に点弧されて
いるときにも生ずる。第9図中に示されている二次点弧
信号ZZは実施例では第8図による一次点弧信号Zと第
7図による基準信号Xとの論理演算(ZAX)により生
ずる。
その際に一次点弧信号Zの固定的に予め定められた時間
長さWは、それから導き出された二次点弧信号Zzが望
ましくない作動状況のもとでもそのつどの相の確実な点
弧のために十分であるように十分な長さに選定されてい
る。こうして二次点弧信号ZZの時間的制限と共に、点
弧信号の時間長さの十分な余裕にもかかわらす点弧増幅
器の過負荷が回避され得ることが達成される。
第6図ないし第9図により説明された方法は、60゜を
上回る点弧角において少なくとも2つの相が同時に点弧
されなければならない三権電流調整器の制御のためにも
用いられ得る。そのために先に説明した方法と類似して
各相に対して固定的に予め定められた時間長さを有し時
間遅延された一次点弧信号が導き出され、それから1つ
の論理回路により、それぞれ2つの相を交流電流の回転
方向に相応して同時に点弧する二次点弧信号が導き出さ
れる。一次点弧信号と基準信号との論理演算により、一
方では、二次点弧信号の時間長さが必要な限度に制限さ
れていること、また他方では二重相点弧がまだ必要でな
い小さい点弧角において点弧がそれぞれ電流零を有する
相でのみ行われることが保証されている。
第10図によれば1つの多相交流回路において電動機2
がそれぞれ半導体弁4A,4Bまたは4Cを介して三和
電力系統の3つの相に接続されている。半導体弁4A、
4Bおよび4Cはそれぞれ制御電極5A、5Bまたは5
Cを設けられており、またそれぞれ半導体弁4A、4B
および4Cに対して必要な点弧増幅器12A,12Bま
たは12Cを含んでいる点弧装置10A,IOBまたは
10Cの部分である。制御電極5A、5Bまたは5Cに
は位相に関係して、当該の半導体弁4A、4Bまたは4
Cの点弧をひき起こす二次点弧信号が与えられる。半導
体弁4A、4Bまたは4Cにはそれぞれ1つの基準検出
器6A,6Bまたは6Cが対応付けられており、それに
より相A,BおよびCをそれぞれ流れる電流IA,IB
またはICの電流零通過が半導体弁4A、4Bまたは4
Cにおける電圧降下を介して検出される。基準検出器6
A,6Bまたは6Cの出力端8A、8Bおよび8Cにそ
れぞれ基準信号XA,XBまたはXCが与えられる。こ
れらの基準信号は、第1図により説明した実施例に類似
して、本質的に半導体弁4A、4Bまたは4Cのスイッ
チング状態を表す。
これらの両スイッチング状態の間の側縁は、半導体弁4
A,4Bおよび4Cを通ってそれぞれ流れる電流の電流
零通過と時間的に合致している。基準検出器6A、6B
または6Cの出力端8A28Bおよび8Cは、基準信号
XA,XBおよびXCから1つの予め与えられた点弧角
に相応して時間遅延された一次点弧信号ZA,ZBおよ
びZCを導き出し、またそれぞれ1つの相A,Bまたは
Cに対応付けられている制御装置141、142または
143に与える制御装置14、たとえばマイクロプロセ
ッサと接続されている。
追加的に制御装置14から別の制御出力端144および
145に、2進制御信号S1およびS2も与えられる。
これらの制御信号はそのレベルに相応して制御の作動形
式および三和電流の回転方向を指示する。この回転方向
を求めるため図面の例では、回転方向に相応して2進符
号化された出力信号を制御装置14に伝達する回転方向
検出器13が設けられていてよい。制御出力端141な
いし145は固定値メモリl6、好ましくはプログラム
可能な固定値メモリ(FROM),特にEFROMまた
はEEFROMの制御入力端161ないし165に接続
されている。さらに固定値メモリ16は、それぞれ基準
検出器6A,6Bまたは6Cの1つの出力端8A,8B
または8Cと接続されている別の制御入力端166ない
し16Bを有する。制御入力端161ないし165に生
ずる一次点弧信号ZA,ZBおよびZCならびに制御信
号S1およびS2は、制御入力端166ないし168に
生ずる基準信号XA,XBおよびXCと共に、固定値メ
モリ16のなかにプログラムされているテーブルに従っ
て処理される。固定値メモリ16のデータ出力端16A
、16Bおよび16Cには、この予め定められたテーブ
ルに相応して3つの相に対して求められた二次点弧信号
zZA,ZZBまたはZZCが1つの2進データ語の形
態で生ずる。データ出力端16A、16Bおよび16C
はそれぞれ1つの点弧装置10A、10BまたはIOC
と接続されており、それらのなかで二次点弧信号ZZA
,ZZBまたはZZCは増幅されかつ電気的に絶縁され
てスイッチング可能な半導体弁4A,4Bまたは4Cに
伝達される。
固定値メモリ16のなかで一次点弧信号ZA,ZBおよ
びZCは基準信号XA,XBおよびXCと、同時に基準
信号XA,XBまたはXCがその状態、例えばO(アク
ティブ低)により当該の相に電流が流れないことを指示
するときにのみ零と異なる(アクティブ高)二次点弧信
号ZZA,ZZBまたはZZCが発生されるように論理
演算される。
この固定値メモリ16のなかで実現される一次点弧信号
ZA,ZBおよびZCと基準信号XA,XBおよびxC
との論理演算により、二次点弧信号ZZA,ZZBまた
はZZCは時間的に点弧のために必要な継続時間に制限
される。この対策により、固定値メモリ16のなかにプ
ログラムされている二重相点弧が、点弧信号が60゜の
値を上回るときに初めて有効になることも保証されてい
る。
なぜならば、この条件のもとに初めて、すべての3つの
相が同時に電流を流していないという状況が生じ得るか
らである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による方法を実施するための装置のブロ
ック回路図、第2図ないし第4図は点弧過程に対して使
用される電気的信号を時間を横軸にとって示す図、第5
図は本発明による方法を実施するための別の装置のブロ
ック回路図、第6図ないし第9図はこの実施例における
電気的信号を時間的経過を詳細に示す図、第10図は三
和回路で本発明による方法を実施するための特に有利な
装置のブロック回路図である。 2・・・電動機 4、4A〜4C・・・半導体弁 5、5A〜5C・・・制御電極 6、6A〜6C・・・基準検出器 8、8A〜8C・・・出力端 10、IOA〜IOC・・・点弧装置 l2、12A〜12C・・・点弧増幅器13・・・回転
方向検出器 14・・・制御装置 141〜145・・・制御出力端 15・・・論理ゲート 16・・・固定値メモリ 161〜168・・・制御入力端 16A−16C・・・データ出力端 30、32・・・信号レベル 34、36・・・第1、第2の側 40・・・一次点弧信号 50・・・(二次)点弧信号 T5〜T12・・・時点 X・・・基準信号 DT・・・時間シフト WV・・・可変時間長さ W・・・時間幅 A−C・・・相 IA−IC・・・電流 Z,ZA−ZC・・・一次点弧信号

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)半導体弁(4)の導通角制御により単相または多相
    の交流電流調整器を制御するための方法において、 a)導通角制御のために可変の時間長さ(WV)を有す
    る二次点弧信号(ZZ)が用い られており、 b)二次点弧信号(ZZ)が時間遅延された一次点弧信
    号(Z)から導き出されており、c)一次点弧信号(Z
    )が1つの固定的に予め定められた時間長さ(W)を有
    しており、d)二次点弧信号(ZZ)が少なくとも近似
    的に、点弧された相を流れる電流の再上昇 と共に終了する ことを特徴とする交流電流調整器の制御方法。 2)単相の交流電流調整器を制御するための方法であっ
    て、 a)相を流れる電流から2つの論理状態を有する1つの
    基準信号(X)が導き出され、 その一方の状態は大きさが1つの予め定め られたしきい値よりも小さい1つの電流強 度に相応しており、また他方の状態はこの しきい値を越える1つの電流強度に属して おり、 b)これらの両輪理状態の間の、電流零点の到達に相応
    する第1の側縁(34)から固 定的に予め定められた時間長さを有する1 つの時間遅延された一次点弧信号(Z)が 導き出され、その際に c)この一次点弧信号(Z)から二次点弧信号(ZZ)
    が発生され、その時間長さはそ れぞれ基準信号(X)の第2の側縁(36)により制限
    される ことを特徴とする請求項1記載の方法。 3)請求項1記載の方法を実施するための装置において
    、 a)点弧された電流の再上昇を検出するための手段(8
    )と、 b)それと接続されており、固定的に予め定められた時
    間長さ(W)を有する一次点弧 信号(Z)を発生するための装置(14) と、 c)これらの一次点弧信号(Z)から、可変の時間長さ
    (WV)を有し少なくとも近似 的に電流の再上昇と共に終了する二次点弧 信号(ZZ)を導き出す手段(15)と を含んでいることを特徴とする交流電流調整器の制御装
    置。 4)請求項2記載の方法を実施するための装置において
    、1つの基準信号(X)に対する1つの基準検出器(8
    )と、一次点弧信号(Z)を導き出すための1つの制御
    装置(14)と、制御装置(14)および基準検出器(
    8)と接続されており、その出力端に二次点弧信号(Z
    Z)を生ずる論理ゲート(15)とを含んでいることを
    特徴とする交流電流調整器の制御装置。 5)多相の交流電流調整器を制御するための方法におい
    て、 a)1つの相(A、BおよびC)をそれぞれ流れる電流
    から、2つの論理状態(30、 32)を有するそれぞれ1つの基準信号( XA、XBまたはXC)が導き出され、そ の一方の状態(32)は大きさが1つの予 め定められたしきい値よりも小さい1つの 電流強度に相応しており、また他方の状態 (30)はこのしきい値を越える1つの電 流強度に属しており、 b)これらの両論理状態の間の、電流零点の到達に相応
    する第1の側縁(34)から各 相に対して固定的に予め定められた時間長 さ(W)を有する時間遅延された一次点弧 信号(ZA、ZB、ZC)が導き出され、 その際に c)これらの一次点弧信号(ZA、ZB、ZC)からそ
    れぞれ2つの相に対して同時に トリガされる二次点弧信号(ZZA、ZZ B、ZZC)が、当該の相に予め定められ たしきい値よりも小さい電流が流れるとき のみ導き出される ことを特徴とする多相の交流電流調整器の制御方法。 6)請求項5記載の方法を実施するための装置において
    、 a)各相(A、BおよびC)に1つの基準検出器(6A
    、6Bまたは6C)および1つ の点弧装置(10A、10Bまたは10C)が対応付け
    られており、 b)基準検出器(6A、6B、6C)の出力端(8A、
    8B、8C)が、それぞれ基準 信号(XA、XBおよびXC)から導き出 されており、制御装置(14)により予め 定められた1つの点弧角に相応して遅延さ れた一次点弧信号(ZA、ZBおよびZC)を発生する
    ための制御装置(14)と接続 されており、前記一次点弧信号は、互いに 隔てられておりまたそれぞれ1つの相(A)B、C)に
    対応付けられている制御出力端 (141、142または143)に生じて おり、 c)この制御装置(14)に二次点弧信号(ZZA、Z
    ZBおよびZZC)を発生する ための1つの固定値メモリ(16)が対応 付けられており、 d)制御装置(14)の制御出力端(141、142お
    よび143)および基準検出器( 6A、6Bまたは6C)の出力端(8A) 8Bおよび8C)がそれぞれ固定値メモリ (16)の制御入力端(161ないし16 8)と接続されており、 e)各相(A、BおよびC)に1つのデータ出力端(1
    6A、16Bまたは16C)が 対応付けられており、このデータ出力端に 二次点弧信号(ZZA、ZZBおよびZZ C)が生ずる ことを特徴とする多相の交流電流調整器の制御装置。
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