JPH04229033A - 電源切換装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、広くは電源回路及び
方法に関し、特に、送電動作中の連続性を維持するため
の改良された送電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一つの電源から他の電源への電源システ
ムの切り換えにより、電子機器の動作に望ましくない中
断が生じる。この停電の期間は、揮発性のデータの損失
が生じるのに十分なものであり、複雑な電気機械の動作
をしばしばリセットしてしまう。電源の切り換えは、現
在の航空機設計における地上から航空機への送電のよう
な状況で生じる。電源の切り換えはまた、保守や機器故
障からの回復中に機器のローテーションを行うために、
電力使用会社によっても必要とされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電気機械式接触器の動
作速度は、その構成、温度、位置及びコイルに印加され
る電圧に依存する。数個の接触器を、それらの間の十分
な“デッドタイム”がオーバーラップを消去することな
く電源を切り換える目的のために相互に接続することは
得策でない。リレーのタイミングの可変性は、リレーの
逐次的な切り換え中のオーバーラップを消去するために
、何ミリ秒もの時間を必要とする。数ミリ秒程度と短い
時間での繰り返しの停電は、リレーで達成することは難
しく、敏感な機器ではあまりに長くて許容することがで
きない。同期していない電源システムは、相対的な電圧
の差により非常に大きな電流が発生して交流発電機を爆
発的に再調整し、大抵は両機械を破壊してしまうので、
決して相互に接続してはならない。もし非同期の電源シ
ステムを特別な注意を払わずに相互に電気的に接続した
ならば、電気的及び機械的な損傷が生じる危険性は著し
く高い。

【０００４】従って、この発明の目的は、一つの電源か
ら他の電源への送電中の望ましくない中断を防止する改
良された送電回路を提供することにある。

【０００５】この発明の他の目的は、従来よりもより正
確に電源間に負荷を伝送する改良された送電回路を提供
することにある。

【０００６】この発明の更に他の目的は、送電中にアー
クを発生しない改良された送電回路を提供することにあ
る。

【０００７】この発明の更に他の目的は、従来よりもよ
り良く制御された方法で電力接触器が多数の電源からの
電力を伝送することができる改良された送電回路を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の上記及び他の
目的、特徴及び利点は、以下に開示される改良された送
電回路によって達成される。

【０００９】３相Ｙ電力の切り換えは、２個またはそれ
以上の電源間の同期をとることなく効率的に実行するこ
とができる。同期がとれていないことは、一つの電源を
オフに切り換えてから非常に短い時間で第２の電源から
の電力を回復することにより克服することができる。停
電時間は、動作上の問題を引き起こすのに十分長い間負
荷がエネルギーを失うことが決してないように、制御及
び最小化することができる。この説明における中断時間
は、約１００ミリ秒の長さに制限され、この時間は別々
の電源間の相互作用を避けるのに十分に長く、負荷機器
の動作を可能とするのに十分に短い。

【００１０】電源間での負荷の電気的な伝送は、もし固
体電子素子を用いて切り換えが達成されれば、正確に制
御される。電子的切り換えは、より信頼性が高いもので
あり、機械式接触器の寿命を短くする送電中の電気アー
クを全く発生しない。固体切り換え素子は、非常に効率
が高く、高いピーク電力レベルを取り扱うことができる
。しかし、それらの内部損失により熱の散逸が生じる。 これらの熱損失により、熱的破壊を避けるための冷却が
必要となり、このため固体スイッチの重量及び大きさが
著しく増大する。

【００１１】送電装置（ＰＴＵ）により、多数の電力接
触器が、負荷の分断を最小化するために制御された方法
で多数の電源からの電力を伝送することが可能となる。 ＰＴＵは、電力制御リレーの接点と並列に、論理制御さ
れた電子スイッチを使用する。論理制御された固体スイ
ッチと電気機械式リレーとの組み合わせにより、電力リ
レーだけのものと同等の大きさのパッケージで、電力の
散逸が最小の正確な切り換えタイミングが得られる。Ｐ
ＴＵの物理的パッケージ及びそれに付随するリレーは、
アーク消光成分の除去及び過余裕の接点の必要により、
或いはアークを取り扱う必要があることにより、この発
明によるリレー設計と同様な大きさとすることができる
。

【００１２】

【実施例】図１は、負荷に電力を供給する一対の電力制
御リレーのタイミング動作を示す。停電時間は、リレー
タイミングの可変性を補償するために必要な“アンダー
ラップ”により、１０ミリ秒よりも長い。図２において
、一対のＰＴＵは、２組のリレー接点のタイミングをそ
ろえることにより、いずれかの電源から負荷が分離され
る間の“アンダーラップ”時間をより小さくすることが
できる。図３は、２個のＰＴＵ、それらの電力制御リレ
ー及びＰＴＵのデータインターフェースケーブルのブロ
ック図を示す。この図においては、ＰＴＵ及びリレー接
点に電力を供給する主電源ケーブルを太線で示している
。

【００１３】図４は、数個のＰＴＵの動作を互いに結合
し、それらのタイミングを調整するために用いられるデ
ータ相互接続ケーブルを示す。代表的な“相Ｘ終了”を
示すラインは、その相が関係するＰＴＵのＳＣＲを通る
電流通路を示す。図９に示されているゲート導通検出器
は、ＳＣＲの電流を監視し、ＳＣＲの電流阻止能力を検
出するために用いられる。これらのデータラインは、“
新しい”ＰＴＵアッセンブリにおけるＳＣＲを順序化し
、それによってどの相でも停電時間を１００マイクロ秒
に制限するために用いられる。他の制御ラインは、送電
に伴う２個のＰＴＵ間のデータ制御の初期接続手順に関
係するものである。図５は、初期接続手順データフロー
のタイミング図であり、電力リレー“Ｘ”及び“Ｙ”の
典型的なＰＴＵ間支援伝送中の制御ラインの進展を示し
ている。

【００１４】ＰＴＵは、もしすでに負荷に電力を供給す
る他のＰＴＵがなければ、そのＰＴＵに関連するリレー
コイルが付勢されるとすぐに、並列経路のシリコン制御
整流器（ＳＣＲ）をターンオンする。このＳＣＲ素子は
、マイクロ秒で完全に導通状態となり、リレーの慣性が
機械式接点の閉成を数ミリ秒遅延させる間にどのような
負荷注入電流も取り扱うことができる。その後、このリ
レー接点は閉じ、約２ボルトのＳＣＲ電圧降下付近でア
ークを生じることなく電流を分流し、ＰＴＵのＳＣＲに
おける抵抗熱損失を除去する。

【００１５】このＰＴＵの新規な特徴は、他のＰＴＵ装
置と通信して、一つの電源から他の電源への調整負荷伝
送を行うことである。一つの電源の選択により他の電源
が置換されるので、ＰＴＵは、相終了ラインを用いて１
相ずつ電源分離ギャップの期間をまとめて制御する。Ｐ
ＴＵのタイミングの調整は、第１のリレーがターンオフ
してから新しいリレーが閉じる前までの期間中に行われ
る。このＰＴＵ間の電力の協動のハンドオフは、切り換
えを行う前の中断中の時間ギャップを短くする。各ＰＴ
Ｕは、その内部の各電源ラインのＳＣＲの導通状態を示
すためのモニタを有する。“古い”ＰＴＵのためのＳＣ
Ｒの導通状態は、装置間制御のために他の全てのＰＴＵ
に対して専用バスを介して使用可能である。各々の“新
しい”ＰＴＵ　　ＳＣＲのセットターンオンタイミング
は、“古い”ＰＴＵの対応する相のターンオフによって
制御される。ＰＴＵはタイミングを制御することにより
、関連接触器の応答速度とは無関係に、各相の所定時間
の電力の中断を可能とする。

【００１６】ＰＴＵは、接触器が閉じる前に“回路を形
成”し、接触器が開いた後に“回路を開く”ように設計
されている。一つの例の場合には、一対の非同期Ｙ構成
電源の負荷を交互に接続するために２個の接触器が用い
られる。各接触器は、図３に示されているように、それ
と並列に接続されたＰＴＵを有する。接触器“Ｘ”にコ
イル電流が供給された時には、“Ｘ”ＰＴＵは、三つの
ラインの全てのＳＣＲ部をイネーブルとし、完全な負荷
電力の伝送を開始する。１０〜２０ミリ秒後には、接触
器は機械的に閉じ、ＳＣＲを分路することにより負荷電
流を運び、それによってそれらの内部の電力消費を停止
する。上述の一連の事象は、他のＰＴＵがオンとされな
い場合の典型的なＰＴＵ動作である。

【００１７】接触器のコイルの通電が停止された時には
、接点は慣性により数ミリ秒間閉じたままで、負荷に電
力を伝送し続ける。ＳＣＲ素子は、接点が開き始まると
、アークを消去するために特定の期間連続的にゲートが
オンとされる。ＰＴＵの“オーバーラップ”の期間は、
もしそれが選択されれば、他の接触器の閉止をオーバー
ラップさせるのに十分に長くなるように調整される。送
電シーケンスにおいて、このＳＣＲ導通期間は５０〜１
００ミリ秒程度であり、従ってＰＴＵの加熱は最小とな
る。もし“新しい”接触器／ＰＴＵ経路が選択されなけ
れば、ＰＴＵのタイマはＳＣＲをオフし、負荷から電力
を除去する。

【００１８】もし負荷に電力を供給するために他の電力
制御リレー（Ｙ）が選択されれば、“新しい”リレーＹ
のコイルに電流を流すことにより、Ｙ　　ＰＴＵがＸ　
　ＰＴＵにスイッチ保留状態信号を送って、内部のタイ
ムアウト時間が経過する前にそのＳＣＲの全てをターン
オフするであろう。この動作により、Ｘ　　ＰＴＵにお
けるオーバーラップ動作が停止し、Ｙ　　ＰＴＵがリレ
ーＹの遅い方の機械式接点が閉じる前に電力を伝送する
ことが可能となる。Ｘ　　ＰＴＵの電流モニタは、特定
の相が電力の伝送を停止したことを示すので、“相終了
”論理信号がＹＰＴＵに送出され、その結果、１００マ
イクロ秒の遅延後に、同一の電源ライン相に関連するＳ
ＣＲをターンオンさせる。

【００１９】Ｘ　　ＰＴＵのＳＣＲは全て結局は負荷に
電力を伝送する能力を失い、この遅延は電源の負荷力率
及び回転角位置に依存する。ＳＣＲは、ゲート駆動が除
去された時に伝送を停止しないが、それを流れる負荷電
流が最小しきい値以下に減衰するまで遅延される。負荷
及び電源によって、特定のＳＣＲが非導通になる前に１
／２サイクル程度の時間が経過する。また、電源ライン
の周波数によって、この時間は１．２５〜８．３３ミリ
秒（４００〜６０Ｈｚ）の範囲にわたる。この最悪の場
合の時間遅れはしかし、“新しい”電力接触器が機械的
に閉じるのに必要な時間よりも短く、従って通常の動作
を妨げない。

【００２０】ＰＴＵの設計は、機械式リレー接点の開閉
の応答時間に関連する停電を減少させるために多数の接
触器を連動する信頼性の高い方法を提供する。電力は、
電源を分離するために設けられた１００マイクロ秒のギ
ャップの間中断される。

【００２１】典型的には、Ｙ電源の線間電圧は、相−中
性点間（ｐｈａｓｅ−ｔｏ−ｎｅｕｔｒａｌ）電圧を３
の平方根（１．７３２）倍したものである。送電中のタ
イミング事象の組み合わせが起こり得る最悪なものであ
るとすると、線間電圧の最も高い割合は、公称のものか
ら＋２７％までずれる。交さ接続された互いに１８０°
位相がずれた２個の電源をベクトル的に加算することに
より、線−中性点間電圧の２倍の線間電圧が得られる。 典型的な１１５ボルトの電源システムでは、線間電圧は
１９９．１８ボルトであり、最悪の場合のスイッチ遷移
中では、これは１／３サイクル以下の間、二つの線端子
間で２３０ボルトまで上昇する。この電圧変動は、スイ
ッチング時における２個の電源間の特定のミスマッチの
結果生じるものであり、めったに生じない。典型的な結
果は、負荷が新しい電源に移動する時に小さな電圧降下
が生じることであろう。この電源の交さ接続により、新
しい電源の相がいかにしてどの角度でも古い電源の相と
接続されるかを示す図６に図示されている“レージー相
”が発生する。これにより損傷が生じることはなく、最
悪の誤差は前に述べたように公称値よりも＋２７％大き
いものである。いずれかの電源に接続された全ての単相
負荷は、線−中性点間の振幅がスイッチング時間中の公
称のＲＭＳ値からずれないので、影響を受けないであろ
う。

【００２２】図７は、ＰＴＵがどのようにして実装され
るかを示す図である。この設計は薄いものとなっていて
、既存のシステムにおける電力リレーの下部または上部
にアド−オンＰＴＵを載せることができるようになって
いる。ＰＴＵ及びリレーパッケージは、標準的なリレー
と類似のものであって、スペースが制限され、送電中の
停電を防止する必要がある現在の設計と置き換えること
ができる。

【００２３】図８は、Ａ相に接続されている第１の電源
からＡ´相に接続されている第２の電源へのＡ負荷に対
する送電を可能とするゲート検出制御回路を示す。第１
のＳＣＲ１　　２４は、第１の電源ＡとＡ負荷間に接続
されたカソード−アノード経路を有し、第２のＳＣＲ２
　　２４´は第２の電源Ａ´とＡ負荷間に接続されたそ
のカソード−アノード経路を有している。この目的は、
ＳＣＲ１を流れる電流が０になる時を検出することであ
り、これはＳＣＲ１　　３２のゲートに接続された第１
の入力とＳＣＲ１のカソード４４に接続された第２の入
力とを有する第１のゲート導通検出器２０によって達成
される。同様なゲート導通検出器２０´は、ＳＣＲ２　
　３２´のゲート及びＳＣＲ２のカソード４４´と同様
にして接続されている。上述のように、ゲート導通検出
器は、ＳＣＲ１のカソード−アノード経路を流れる電流
が０になる時を検出する。次に、ゲート導通検出回路２
０は、図８の論理制御装置２２に信号を出力する。この
論理制御装置２２は、送電シーケンスを開始してＳＣＲ
２をターンオンし、これによって移動（ｔａｋｅｏｖｅ
ｒ）電源Ａ´を負荷Ａに接続する。この動作は、ＳＣＲ
１とＳＣＲ２間のシーケンスの監視及び移動における動
作ステップを示す図１１の論理フロー図によってよりよ
く理解することができる。

【００２４】図８に示されているゲート検出制御回路は
単極性の経路だけを示している。図１０には、３相の送
電装置用の６個のＳＣＲアレイが示されており、そのう
ちの２個のＳＣＲは各極性Ａ、Ｂ及びＣに対して接続さ
れており、各ＳＣＲは各方向の電流を取り扱う。ＳＣＲ
の対のこのバックツーバック配置は、全波導通を行わせ
るために用いられる。

【００２５】ＳＣＲのターンオフを予期するゼロ交さ点
を決定するためには、電源電圧または負荷電圧をモニタ
する装置が用いられる。電力システムにおける電源供給
、無効負荷及び分布インダクタンスにより、電源電圧が
電気的ゼロ点を通過して極性が反転した後に流れ続ける
遅れ位相電流が発生し得る。この位相差は、電圧ゼロ交
さ点と負荷電流の反転間のタイミング間隔が最大で１／
４サイクルすなわち９０°となるので、測定誤差が生じ
る。

【００２６】“実世界”の負荷は典型的には、多数の高
調波周波数を含む非常に急峻な電流波形を示す。これら
の破壊電流は、電源及び負荷の動作条件の関数である。 高周波成分は電流波形に対しては小振幅領域でより明ら
かになるので、アノード−カソード間電流の検出値を０
とすることは非常に難しい。雑音の最低値がこのように
大きいことにより、信号対雑音比は著しく減少し、ＳＣ
Ｒのゼロ電流ターンオフ点の決定における測定誤差が大
きくなる。

【００２７】ＳＣＲを使用する用途では、ＳＣＲが実際
にエネルギーを導通している時間を決定することがしば
しば必要である。ＳＣＲのゲートがオンされた後、ＳＣ
Ｒは、それが制御している“負荷”の電源からそれ自身
のゲート駆動信号を内部で再生することができる。負荷
電流が中断されるか或いは最小持続レベル以下のレベル
に減少するまで、ＳＣＲは完全な導通状態にあり続ける
であろう。

【００２８】ＳＣＲのゲートを“調べ”てこの素子が電
流を伝導する能力を失う点を決定することが可能である
ことが見出された。この特性は、タイミングの考察が重
要である回路において有効である。この“無雑音”のゲ
ート信号は、ＳＣＲを負荷電流が流れる間発生され、Ｓ
ＣＲのカソードで測定される正のゲート電圧信号を発生
する。この再生されたゲート電圧は、カソードとゲート
間のＰＮ接合を順方向にバイアスするために必要である
。ＳＣＲを導通状態にトリガするために必要な振幅は、
たったの数ボルトである。ＳＣＲがターンオンされた後
には、もし十分な負荷電流が利用できるならば、ＳＣＲ
はそれ自身のゲート駆動電圧を発生し続ける。外部から
のゲート駆動は、典型的な用途ではターンオン間の数マ
イクロ秒の間必要とされるだけであり、その後は除去す
ることができる。

【００２９】実際、ゲート−カソード間電圧を検出する
ことにより、ＳＣＲの導通状態は決定される。もし負荷
及び電源が適当な電流経路を与えれば、ＳＣＲはエネル
ギーを伝導し、ゲートの電位は外部ゲート駆動なしで約
１．５ボルトとなるであろう。

【００３０】外部ゲート駆動が除去され、負荷電流がそ
のＳＣＲに対する最小持続電流以下に減衰した時、ＳＣ
Ｒのゲートの電位は０ボルトに降下するであろう。ゲー
ト駆動信号の除去とゲート電圧の減衰との間には遅延が
あり、これは数マイクロ秒必要である。この遅延は測定
誤差ではなく、ＳＣＲの接合の内部の電荷の再結合に必
要な時間である。この減衰時間の前に負荷電圧を再び印
加することにより、ゲート−カソード接合における蓄積
電荷によるＳＣＲの導通が再び開始する。

【００３１】ＳＣＲはそれ自身のゲート信号を再生する
能力を有しており、全てのダイオード素子と同様にその
Ｐ−Ｎ接合の内部に電荷を蓄積することができる。この
ゲート電荷の蓄積により、ＳＣＲは、電荷が散逸するの
に十分な時間が経過しなければ、負荷電流が０に降下し
た後に再び導通を開始することができる。重要な用途で
は、ＳＣＲが完全にオフとなり、印加電圧を阻止するこ
とができる正確な点を知ることは非常に有益である。

【００３２】ここで述べられる測定技術は、ゲート端子
におけるＳＣＲの電圧振幅を検出するものである。駆動
信号が除去された後、カソードに対するゲート電圧の振
幅がモニタされる。このアプローチでは、ＳＣＲが完全
にターンオフする時を決定するために０．１ボルトのし
きい値電圧レベルが選ばれる。電圧比較器により、ゲー
ト電圧が０．１ボルトのＤＣレベルを超える時を指示す
るための論理出力レベルが得られる。

【００３３】図９の概略図は、比較器と電圧基準とを用
いるＳＣＲのゲートしきい値検出を達成する一つの方法
を示す。この概略図は、抵抗を介してＳＣＲのゲートに
接続されている比較器の負の入力を有している。この抵
抗は、短絡保護のために加えられたものであり、さもな
ければ必要ないものである。ＩＣ２の正の入力には、調
整可能なしきい値レベルが供給される。このしきい値レ
ベルは、この例ではＤＣ０．１ボルトである。

【００３４】ＳＣＲが電流を伝導せず、外部ゲート駆動
がない時には、比較器は、ハイの出力論理レベルを出力
することによりこの状態を示す。この信号は、ＳＣＲが
電流を阻止することができ、オフとなったと考えられる
点に対応する。低コストであることに加えて、この検出
方法の速度及び精度は、ＳＣＲ素子をモニタするための
魅力的な方法を提供するものである。ＳＣＲのゲートに
おける信号は、負荷電流に乱れを全く持たないローのＤ
Ｃレベルである。この減少した雑音検出アプローチによ
り、ゼロ電流検出素子で負荷をモニタする必要がなくな
る。

【００３５】数個のＳＣＲを用いるＳＣＲ回路では、こ
のゲート検出アプローチは、各ＳＣＲのターンオフ点を
より良く記述することによって、システム制御を改善す
ることができる。前述のように、ＳＣＲのゲートリード
のこのゲート監視は内部バイアスを示し、本質的に“無
負荷雑音”である。このカソード基準信号により、ＳＣ
Ｒ素子の動作に対する共通駆動及び検出点が得られる。

【００３６】ゲート電圧の減衰は、ＳＣＲが導通を保持
するために必要な内部再生駆動を実際に失う時を示す信
頼性のある指標となる。所定の素子上の特定のゲート電
圧点を正確に監視することより、特定のＳＣＲが非導通
状態であると考えることができる点が規定される。この
点は、この素子の内部ダイ温度に良く追従する。この方
法でタイミング誤差は除去され、回路電流がゼロ値を通
過することを検出するためのライン電流センサをモニタ
する必要がない。ＳＣＲのゼロライン電流弁は、このＳ
ＣＲが内部的に順方向にバイアスされている間に発生す
ることができ、その点でＳＣＲは付加的な外部ゲートト
リガを行うことなく導通を再び開始することができる。

【００３７】図１１において、論理フロー図は、ライン
上に送電装置があるか否かを決定するステップ５０から
開始する。もしライン上に送電装置があれば、どのよう
な動作も開始されない。もしライン上に送電装置がなけ
れば、コイル電流が使用できるか否かを決定するステッ
プ５２に進む。もしコイル電流が使用できなければ、遅
延が強制的に行われる。もしコイル電流が使用できれば
、システムが全てのＳＣＲのゲートをオンとするステッ
プ５４に進む。次に、コイル電流がオンか否かを決定す
るステップ５６に進み、もしそれがオンであれば、ルー
プ遅延が強制的に行われる。もしコイル電流がオンでな
ければ、ＳＣＲを遮断する１００ミリ秒のタイマを開始
するステップ５８に進む。次に、“スイッチ保留”状態
のラインがあるか否かを決定するステップ６０に進む。 もしスイッチ保留状態のラインがなければ、ループ遅延
が強制的に行われる。もしいくつかの“スイッチ保留”
状態のラインがあれば、ステップ６４に進む。ステップ
６４はＳＣＲをターンオフし、各“相終了”状態のライ
ンがあればそれを示す。次に、全ての三つの“相終了”
状態が生じたか否かを決定するステップ６６に進む。も
しそれらが生じなかったならば、遅延が強制的に行われ
る。もしそれらが生じなかったならば、送電終了が生じ
たか否かを決定するステップ６８に進む。もし送電終了
が生じなかったならば、１００ミリ秒のタイムアウト間
隔が経過したか否かをステップ６９で決定する。 もし経過したならば、全ての状態のラインが落とされる
ステップ７０に進む。もしステップ６８で送電終了が生
じたと決定されたならば、再びステップ７０に進み、全
ての状態ラインが落とされる。

【００３８】このようにして、第１のＳＣＲ１の導通状
態の破壊と第２のＳＣＲ２の導通状態の形成との間の遷
移が滑らかに行われる。

【００３９】図１１の論理フロー図において、ステップ
６２は１００ミリ秒タイマが経過したか否かを決定する
。もしこの１００ミリ秒タイマが経過しなかったならば
、ステップ６０に戻り、“スイッチ保留”状態のライン
があるか否かを決定する。

【００４０】図１１のステップ６６において、３相終了
状態の全てが生じていなかったことが決定されれば、所
定の数ミリ秒が経過したか否かを決定するステップ６５
に進む。もしこの所定の数ミリ秒が経過したならば、見
掛け上の故障が生じ、故障信号が出力される。もし所定
の数ミリ秒がステップ６５で経過しなかったならば、再
びステップ６６に戻り、全ての三つの“相終了”状態が
生じたか否かを決定する。

【００４１】この送電装置により、必ずしも同期がとら
れない２個またはそれ以上のＹ構成電源間の送電中の電
力の連続性が得られる。

【００４２】１／２相の図である図８は、ＰＴＵに関連
した機能素子のいくつかを示す。これらの素子において
は、２個のリレーがある。これらは２個の電源としての
Ａ相からのもの及びＡ´相からのものである。これらは
、リレー１０及びリレー１０´として識別される１組の
接触器を通り、これらの各々はＳＣＲ２４及びＳＣＲ２
４´の並列接続によって橋絡されている。この設計にお
けるＳＣＲは、２０及び２０´で識別される素子駆動装
置ＤＤによって制御される。これらの装置は基本的には
、ＳＣＲがそれ自身の再生効果で導通している時に、そ
れをターンオンすることによって、またその動作をモニ
タして必要な時に示すことによって、ＳＣＲの動作を制
御する。これらの素子駆動装置は、図８に示され、論理
制御素子２２及び２２´を互いに接続するために用いら
れるデータケーブル３４及び３４´によって互いに接続
されている。これらの２個の素子駆動装置及び検出回路
ＤＤ２０及び２０´の組み合わせの間においては、論理
制御装置２２及び２２´は、Ａ相と負荷の新しい電源の
Ａ´相との間の切り換えが可能である。負荷端子は、Ａ
及びＡ´に共通接続される。

【００４３】図９は、素子駆動回路及び検出回路を示す
。基本的には、素子が動作する方法は、ＳＣＲ１がトラ
ンジスタＱ１によってターンオンされることである。 Ｑ１は光アイソレータＩＣ１により制御される。ゲート
駆動信号Ａがアイソレータによりターンオンされる時に
はいつでも、光電流がトランジスタＩＣ１をターンオン
してトランジスタＱ１のゲートに電流を供給する。この
電流は、トランジスタをターンオンする１６ボルトの電
源から供給される。次に、この電流は、抵抗Ｒ１３を介
してＳＣＲ１のゲートに供給される。Ｒ１３は、数オー
ム程度の非常に小さな抵抗であり、Ｑ１に供給される駆
動量を電流制御トランジスタＱ４がモニタ及び制御する
ことを可能とする十分な検出能力を与えるために用いら
れるに過ぎない。この配置により、ＳＣＲのゲートに入
る電流は、Ｒ１３のしきい値によって設定され、Ｑ４に
よって制御されるある値となる。これによって、ゲート
電流を供給する１６ボルトの電源により素子をターンオ
ンすることができる。ある時点では、ＳＣＲ１をターン
オフすることが望ましい場合があり、このような場合に
は、フォトダイオードへのゲート駆動Ａは電源から切り
離される。ＩＣ１がターンオフし、それによってＱ１へ
の駆動が除去され、ＳＣＲ１に供給されるゲート電流が
ターンオフされる。しかし、ＳＣＲ１はすぐにはターン
オフしない。これは、電力伝導曲線を通してのサイクル
の途中におけるものであるからである。このサイクルの
途中の事象は、ＳＣＲ１が電源ライン周波数によって何
ミリ秒後かにターンオフすることを意味する。ＳＣＲ１
がターンオフする時間は、いくつかの素子を互いに接続
する場合にしばしば重要となり得る。この特別な用途で
は、数千オームの抵抗値を有する抵抗Ｒ１８は、ＳＣＲ
１のゲート電圧をモニタする。この電圧は、ＩＣ２上で
基準として用いられる１００ミリボルトのしきい値を与
える基準電圧と比較される。比較器ＩＣ２は、ＳＣＲの
ゲート電圧をモニタし、ＳＣＲのゲート電圧が１００ミ
リボルト以下に減衰した点でＩＣ２の出力は論理的にロ
ーとなり、ＩＣ３のＬＥＤフォトダイオードを通して１
６ボルトの電源から電流を引き抜く。次にこのＬＥＤは
、光アイソレータを介して出力電流を流してＩＣ３すな
わち出力トランジスタをターンオンする。これによって
、光学的に分離されたインターフェースにより、ＳＣＲ
１がターンオフする時点を決定することができる。これ
を全てモニタする方法は、ＳＣＲのゲート電流が除去さ
れた時に、このＳＣＲはアノード−カソードの極性が反
転される時まで導通状態を継続するという事実を利用す
る。これは、電源ラインの周波数によって、発生するの
に数ミリ秒かかる。この実施例では、再生効果のＳＣＲ
によって内部的に供給されるゲート電圧を実際に監視す
る。この再生は、負荷の下でＳＣＲの振幅及び極性が適
当なものである限り生じるものである。このゲート電圧
をモニタして１００ミリボルト以下に降下する時を見出
すことにより、ＳＣＲの条件を高信頼性でモニタして約
３０マイクロ秒以内にそれがターンオフする時を決定す
ることができた。これは、標準的な電流プローブを用い
た場合に比べて数オーダー正確である。

【００４４】図１０において、基本のＰＴＵはブロック
図で示されている。このＰＴＵは、３組の端子と電源相
Ａ、Ｂ及びＣと負荷端子Ａ´、Ｂ´及びＣ´とから成る
。このＰＴＵは、ＰＴＵの切り換え動作を制御する論理
制御装置の制御の下で接触器と並列に設けられるもので
ある。図１０に示されている各素子すなわち文字ｅは本
質的に、図９において前述された素子駆動装置及び検出
器のうちの一つによって制御されるＳＣＲである。これ
らのバックツーバックのうちの二つを合成することによ
り、ＰＴＵ素子を介して電源から負荷への完全な導通あ
るいは３６０°の導通を得ることができる。これらの全
ての利点は、ＰＴＵが接触器を分路することができるこ
と及びより正確なタイミングが得られて、遷移スイッチ
ング時間の間の停電を最小にして制御することができる
方法で一つの電源から負荷に送電することができること
である。以前は、この場合、機械式接触器の機械的な時
間遅延及びヒスチリシスに頼らなければならなかった。 ＰＴＵ内の論理制御装置の構成要素は、元のＰＴＵと新
しいＰＴＵとの間のＰＴＵ素子が両方とも初期接続手順
が一致していることを確実にする初期接続手順ルーチン
を単に与える素子である。これによって、ＰＴＵは、一
つの電源から他の電源への電力の伝送の経過をモニタし
追跡することを可能になる。これについては図５に示さ
れている。

【００４５】図１０に示されている論理制御装置２２は
、図１１の機能フロー図に示されている機能を実行する
記憶されたプログラムステップシーケンスを記憶するメ
モリにバスによって接続されたＣＰＵを含むマイクロプ
ロセッサとすることができる。実行される機能は、図１
０に示されているそれらの各素子からの入力を必要とす
る。これらの機能は、図１１に示されているように実行
され、制御信号は論理制御装置から図１０の送電装置の
各素子に出力される。図１１に示されている機能を実行
するために、図１０の論理制御装置のためのプログラム
されたマイクロプロセッサを用いる代わりに、ハード配
線された複合論理を設けることができることはこの発明
の範囲に含まれるものである。

【００４６】図８は、Ａ相として特徴付けられる第１の
電源１４からＡ´相として特徴付けられる第２の電源１
４´への負荷１２の移動を可能とするように接続された
２個の送電装置（ＰＴＵ）２５及び２５´の配置の全体
回路図である。スイッチ１８は、コイル電流電圧源１６
を導線１９を介して第１のリレー１０のリレーコイル２
８に選択的に接続するか、或いは電圧源１６を導線１９
´を介して第２のリレー１０´のコイル２８´に接続す
る。第１のリレー１０は、第１の電源１４と負荷１２と
の間に電流導通経路を選択的に与えるようにコイル２８
によって作動される対応する一対の導体接点２６を有す
る。第２のリレー１０´は、第２の電源１４´と負荷１
２とを選択的に接続するようにコイル２８´によって作
動される対応する一対のリレー接点２６´を有する。ス
イッチ１８は、例えば、２極単投スイッチで、それで、
リレー１０及びリレー１０´は同時にオンにならない。

【００４７】図１に示すように、接点２６が閉じられる
と、スイッチ１８が導線１９に接続された時には電源１
４から負荷１２に電力が伝導される。もし、例えば、ス
イッチ１８が瞬間的に変化して他方の導線１９´と接触
すると、接点２６の接点の機械的慣性及び第２のリレー
１０´上の接点２６´の機械的慣性により、リレー１０
の開放及びリレー１０´の閉止に最小の遅延が生じる。 これは、接点２６が開放する瞬間とそれよりも後の接点
２６´が閉止する瞬間との間の、図１に示されている１
０ミリ秒以上の停電について示されている。従来では問
題を生じ、この発明によって解決されるのは、１０ミリ
秒以上のこの長い停電である。

【００４８】図８において、ノード４２及び４４でリレ
ー接点２６と並列に接続されている端子を有する送電装
置（ＰＴＵ）２５が示されている。これに対応して、第
２の送電装置２５´は、ノード４２´及び４４´でリレ
ー１０´のリレー接点２６´と並列に接続されている端
子を有する。送電装置２５は、ノード４２と４４間に接
続された一次アノード−カソード間電流導通経路を有す
るＳＣＲ２４を有する。ＳＣＲ２４のゲート導線３２は
、図９に詳細に示されているゲート駆動及び検出回路２
０の第１の入力に接続されている。

【００４９】図８に示されている送電装置は更に、２入
力ＡＮＤゲート３６を有する論理部を含む。この２入力
ＡＮＤゲート３６は、リレーコイル２８に電流を供給す
る導線１９に接続された第１の入力と、１００マイクロ
秒の遅延３８に接続された第２の入力とを有する。第２
のＰＴＵ２５´からのライン３４´は、ＰＴＵ２５´の
ＳＣＲ２４´が電流を導通していることを示す２値信号
を伝送する。この２値信号は、インバータ４０で反転さ
れ、この加算反転信号は１００マイクロ秒の遅延３８を
介してＡＮＤゲート３６の第２の入力に供給される。ラ
イン３０上のＡＮＤゲート３６の出力は、図９に示され
ているゲート駆動及び検出回路２０の一部分である発光
ダイオードＩＣ１に印加される。

【００５０】ＰＴＵ２５´の対応素子は、´を付した符
号で示されている。この例では、ＰＴＵ２５´は、第１
のＰＴＵ２５における素子と同等である。

【００５１】動作時には、スイッチ１８が、リレー１０
のコイル２８にコイル電流を供給する導線１９に電圧源
１６を接続すると仮定しよう。これによって、接点２６
が閉止状態となり、電源１４から負荷１２に電流が流れ
る。コイル２８に印加されコイル電流を発生する正電圧
は、ＡＮＤゲート３６の一方の入力にも印加される。そ
して、この例では、ＳＣＲ２４´及び第２のＰＴＵ２５
´を通って電流が流れないので、ライン３４´上の２値
ロー信号はインバータ４０で反転され、遅延３８を介し
てＡＮＤゲート３６の第２の入力に供給される２値ハイ
信号になる。これによって、ライン３０上に正電圧が得
られ、これがＬＥＤ　　ＩＣ１を連続的に付勢する。そ
して、これによって、図９のゲート駆動及び検出回路が
ライン３４上に出力信号を与える。

【００５２】図９を参照すると、ゲート駆動及び検出回
路２０は、発光ダイオードＩＣ１に電流を供給するライ
ン３０を有していることがわかる。この発光ダイオード
ＩＣ１は、光アイソレータ構成の対応するフォトトラン
ジスタに光を照射し、それによってＦＥＴ素子Ｑ１のゲ
ートに相対的に正の電圧が印加される。これによって、
比較器ＩＣ２の端子４６に印加される正の電圧が得られ
る。そして、これによって、ライン３４上に出力信号を
供給する第２の光アイソレータＩＣ３に信号が供給され
る。

【００５３】図８に戻ると、この例のこの段階において
、スイッチ１８を、導線１９から切り離され、第２の導
線１９´に接続されるように切替える。これによって、
第１のリレー１０のコイル２８を流れるコイル電流が終
了され、第２のリレー１０´のコイル２８´を通って電
流が流れ始める。しかしながら、前述のように、第１の
リレー１０の接点２６及び第２のリレー１０´の接点２
６´の機械的慣性のため、第１のリレー１０の接点の開
放と第２のリレー１０´の接点の閉止間には少なくとも
１０ミリ秒の遅延があるであろう。しかしながら、第１
のＰＴＵ２５の動作及び第２のＰＴＵ２５´の第２の動
作を通して、停電時間は１０ミリ秒以上から、約１００
マイクロ秒またはそれ以下に減少される。これは以下の
ようにして達成される。

【００５４】図９からわかるように、ＳＣＲ２４のゲー
ト電極３２は、抵抗Ｒ１８を介して比較器ＩＣ２の端子
４６に接続されている。比較器ＩＣ２の他方の端子４８
は、この例では約１００ミリボルトの基準電圧に接続さ
れている。ＳＣＲ２４は、アノードに接続されたＰ型に
ドープされたシリコンと、Ｎ型層と、ゲート３２に接続
されたＰ型層と、カソード端子に接続されたＮ型層とか
ら成る。もしアノードがカソードに対して相対的に正に
バイアスされれば、初期正電圧がゲート電極３２に印加
されるまで、アノードからカソードに電流は流れないで
あろう。アノードからカソードに流れる電流が持続電流
よりも一旦大きくなると、正のゲート電圧を印加する必
要はもはやなくなり、アノード−カソード間電流の大き
さが持続電流の大きさ以下に減少するまで電流が流れ続
けるであろう。ゲート電極とカソード間のＰＮ接合は、
アノードからカソードに電流が流れている場合、平行板
コンデンサと同様な方法で電荷を蓄積する。通常の動作
電流がアノードからカソードに流れている期間中のゲー
ト電極３２とカソード間の電位差は、シリコンダイオー
ドの順方向バイアスダイオード降下である０．７ボルト
程度である。この発明によれば、ゲートとカソード間の
電位差を監視することにより、アノードからカソードに
流れる電流の終了を決定することができる。ＳＣＲ２４
の電極３２は、図９に示されているように、比較器ＩＣ
２の端子４６に接続されている。比較器ＩＣ２の端子４
８は、約０．１ボルトの基準電位に接続されている。従
って、ＳＣＲ２４のアノードとカソード間に流れる電流
がほぼ０アンペアに降下すると、比較器ＩＣ２の端子４
６で検出されるゲート電極３２とカソードとの間の電位
差は、端子４８に印加される基準電圧である０．１ボル
ト以下に降下する。これによって、比較器ＩＣ２は、光
アイソレータＩＣ３への出力信号の供給を停止し、ライ
ン３４上の出力信号が終了する。これによって、図２に
示されている１００マイクロ秒の停電期間が開始する。

【００５５】ライン３４上での出力信号の正レベルから
ローレベルへの遷移は、第２のＰＴＵ´のインバータ４
０´によって反転され、１００ミリ秒の遅延３８´を介
される。図２に示されている停電期間を支配するのはこ
の遅延３８´である。この遅延３８´による１００マイ
クロ秒の遅延後、正に立ち上がる信号は、２入力ＡＮＤ
ゲート３６´の第２の入力に印加される。この例の第２
段のスイッチ１８は導線１９´に接続されるので、ＡＮ
Ｄゲート３６´の第１の入力に正の信号が得られ、ライ
ン３０´上で第２のＰＴＵ２５´のゲート駆動及び検出
回路２０´のＬＥＤ　　ＩＣ１´に正の信号が印加され
る。図９を参照して、ＰＴＵ２５´のゲート駆動及び検
出回路２０´を示す回路図を考える。光アイソレータＩ
Ｃ１が付勢され、ＦＥＴ素子Ｑ１が第２のＳＣＲ２４´
のゲート電極に導線３２´を介してゲート電圧を印加す
る。これによって、このＳＣＲ２４´がターンオンし、
第２の電源１４´がＳＣＲ２４´を通って負荷１２に電
流を流す。従って、第２のリレー１０´の接点２６´の
機械的慣性が閉止の過程になおあり、まだ電気的に閉止
していなくても、１００マイクロ秒以下の遅延で負荷１
２に電流を回復することができる。第２のリレー１０´
のリレー接点２６´が閉止した後、このリレー１０´は
電源１４´と負荷１２間に並列経路を提供し、負荷１２
に電流を供給する。ＳＣＲ２４´をオンのままにしてお
くか否かは自由であり、この発明の他の実施例において
は、ＳＣＲ２４´は、リレー接点２４´が閉止された後
にターンオフされることができる。これによって、ＳＣ
Ｒ２４´を通って電流が流れることから生じる電力の消
費とゲート駆動及び検出回路２０´の動作とを最小にす
ることができる。

【００５６】図８に示されている実施例は、Ａ相におけ
る半波電流導通とＡ´相における半波電流導通とを調節
する。全波電流導通の場合、Ａ相は２個のＰＴＵ２５を
有する。第１のＰＴＵは図８に示されているようなＳＣ
Ｒ極性を有し、第２のＰＴＵはＳＣＲ２４と並列に接続
されているが逆極性である。これに対応して、ＰＴＵ２
５´と逆極性の第２のＰＴＵもまた、Ａ´相の全波処理
に用いられる。

【００５７】もし３相の全波電流処理を望むならば、図
３に概略的に示されているように、６個ずつ一体となっ
た全部で１２個のＰＴＵが用いられる。

【００５８】この発明の動作を図１２及び図１３ととも
に以下に説明する。図１２は、ＳＣＲ２４の概略図であ
る。この図１２は、特に、Ｐ型領域８４に接続されたア
ノード８０と、ＰＮ接合を介してこのＰ型領域８４に接
続されたＮ型領域８６と、ＰＮ接合を介してこのＮ型領
域８６に接続されたＰ型領域８８と、ＰＮ接合を介して
このＰ型領域８８に接続されたＮ型領域９０とから成る
内部構造を示している。このＰ型領域８８にはゲート電
極３２が接続され、Ｎ型領域９０にはカソード８２が接
続されている。ＳＣＲの動作は従来より周知であり、次
のように特徴付けることができる。ＳＣＲは動作を特徴
付ける三つの特徴を有する。第１の特徴は、アノードか
らカソードへの一次電流が流れるように再生状態を開始
するために端子３２にゲートトリガ電流が必要であるこ
とである。ＳＣＲの第２の特徴は、Ｐ型領域８８とＮ型
領域９０との間のＰＮ接合における再生を持続するため
に、しばしば“ラッチング電流”と呼ばれる、アノード
からカソードへの最小主電流が必要であることである。 ＳＣＲの第３の特徴は、アノード８０とカソード８２間
の主電流の減少により、しばしば“保持電流”と呼ばれ
る、大きさが０よりも少し大きい、あるレベルの電流の
流れでターンオフすることである。この発明の発明者に
より見出されたことは、ゲート端子３２とカソード８２
間で測定することができるオフ状態のゲート電圧しきい
値が存在し、このしきい値以下では、アノード８０とカ
ソード８２間に更に電流が流れないことである。シリコ
ン材料から成る典型的なシリコン制御整流器の場合、Ｐ
型領域８８とＮ型領域９０間の順方向バイアスダイオー
ド降下は、全波電流がアノード８０からカソード８２に
流れている場合には０．７ボルトである。本発明者によ
り、アノードからカソードへの電流がほぼ０に降下する
と、これは、０．１ボルト以下のゲート３２とカソード
８２間の電位差を測定することにより検出することがで
きることが見出された。これが、図１３に示されている
動作の原理である。これはまた、ゲート駆動及び検出回
路２０がＳＣＲ２４の電流導通状態をモニタし、切り換
え信号を発生してＳＣＲ２４のアノード８０からカソー
ド８２への電流の流れが終了したことを示す原理でもあ
る。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、一つの
電源から他の電源への送電中の望ましくない中断を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】負荷に交互に電力を供給する一対の電力制御リ
レーのタイミング動作を示すタイミング図である。

【図２】図１のリレー接点のタイミングと同様に、いず
れかの電源から負荷が分離される間の制御された時間の
長さを短くすることができる送電装置を示す図である。

【図３】２個の送電回路、それらの電力制御リレー及び
データインターフェース制御ケーブルのブロック図であ
る。

【図４】２個の送電回路の動作を互いに結合し、それら
のタイミングを調整するために用いられるデータ相互接
続ケーブルを示す図である。

【図５】送電装置間の制御伝送中の制御ラインの経過を
示す、初期接続手順データフローのタイミング図である
。

【図６】新しい電源相が任意の相対位相角で古い電源相
になることを説明するための“レージー相”を示す図で
ある。

【図７】送電装置を実装化する方法を示す図である。

【図８】送電装置の１／２相の実行を説明するための回
路図である。

【図９】ゲート導通検出回路の回路図である。

【図１０】３相送電装置のＳＣＲアレイのブロック図で
ある。

【図１１】送電装置間の制御のための監視及び送電シー
ケンスを示す論理フロー図である。

【図１２】ＳＣＲの詳細図である。

【図１３】ＳＣＲのオフ状態のゲート電圧プロット図で
ある。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　負荷に接続された第１の電源から上記
   負荷に接続された第２の電源に電力を伝送するための送
   電装置であって、上記第１の電源と上記負荷との間に接
   続されたアノード−カソード経路とゲート端子とを有す
   る第１のＳＣＲ素子及び上記第２の電源と上記負荷との
   間に接続されたアノード−カソード経路とゲート端子と
   を有する第２のＳＣＲ素子と、上記第１のＳＣＲ素子の
   上記ゲート端子と上記カソードとの間に接続され、出力
   端子を有するゲート導通検出器と、上記ゲート導通検出
   器の上記出力に接続された入力と上記第２のＳＣＲ素子
   の上記ゲートに接続された出力とを有する論理制御回路
   とを備え、上記ゲート導通検出器は、上記第１のＳＣＲ
   素子の上記ゲートと上記カソード間の電圧が所定のしき
   い値電圧よりも低く、上記第１のＳＣＲ素子の上記アノ
   ード−カソード経路を流れる電流が最小の時に上記論理
   制御回路に信号を出力し、上記論理制御回路は、上記ゲ
   ート導通検出器からの上記信号の受信に応答して所定の
   遅延時間を設定した後、上記第２のＳＣＲ素子の上記ゲ
   ートに供給されるゲート付勢信号を出力し、上記第１の
   ＳＣＲ素子の導通と上記第２のＳＣＲ素子の導通との間
   に正確な停電時間が実現されることを特徴とする送電装
   置。
2. 【請求項２】　　その接点が上記第１のＳＣＲ素子と並
   列に接続された、通電コイルを有する第１のリレー及び
   その接点が上記第２のＳＣＲ素子と並列に接続された第
   ２のリレーを更に備え、上記第１のリレーの上記通電コ
   イルは上記論理制御回路に接続され、上記論理制御回路
   は、上記第１のリレーの上記通電コイルを流れる電流が
   オフとなる時を検出し、それに応答して上記所定の遅延
   時間よりも長い遅延時間を開始することを特徴とする請
   求項１記載の送電装置。
3. 【請求項３】　　上記論理制御回路は、上記ゲート導通
   検出器の上記出力に接続され、出力を有するインバータ
   と、上記インバータの上記出力に接続され、出力を有す
   る選択遅延タイマと、上記選択遅延タイマの上記出力に
   接続され、その出力が上記０ート導通検出器に接続され
   た２入力ＡＮＤゲートとを有することを特徴とする請求
   項２記載の送電装置。
4. 【請求項４】　　上記所定のしきい値電圧は１００ミリ
   ボルトに設定されていることを特徴とする請求項１記載
   の送電装置。
5. 【請求項５】　　上記選択遅延タイマは１００マイクロ
   秒に設定されていることを特徴とする請求項３記載の送
   電装置。
6. 【請求項６】　　負荷と第１及び第２の多相電源間で高
   速で電力を伝送する方法であって、上記負荷と上記第１
   の電源間の第１の伝導経路に設けられた電子スイッチの
   電気的導通を検出するステップと、上記第１の伝導経路
   の中断の検出に応答して上記第１の伝導経路の除去を指
   示するステップと、上記第１の伝導経路の中断後の所定
   時間に第２の伝導経路を形成するステップとを有するこ
   とを特徴とする送電方法。