JPH04289790A - 誘導負荷に接続されたサイリスタ整流器の不連続電流制御方法 - 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、電流が不連続となる
誘導負荷を有するサイリスタ整流器の出力電流制御に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レオナード型直流駆動装置の速度は、発
電機のフィールド電流によって制御される。従って、速
度の制御性能は、フィールド電流制御の質によって変化
する。低速駆動を実現する為には、発電機のフィールド
電流を非常に低いレベルに制御しなければならない。減
速中または反転時には、フィールド電流は、ゼロレベル
を通って符号が反転する。

【０００３】サイリスタを使用して制御される整流器は
、フィールド電流制御に用いられる調整器のなかでコス
ト面で優れている。図１は、代表的なカスケード駆動制
御回路の発電器フィールド電力変換器の代表的なサイリ
スタと、双方向電力変換器の構成を示している。速度制
御装置２は、実速度を設定速度と比較してアマチャ電流
制御ループ３の基準入力となる適当なトルク指令Ｔを設
定する。アマチャ電流調整器４はＭＧ設定の発電機８の
発電機フィールドコイル７の出力電圧Ｖｇｆを設定する
ためにＳＣＲ変換器を起動する点弧角Ａを計算する。 ＳＣＲ変換器５は、電力変換器の代表的な正弦電圧源で
ある二次巻線１０に接続され、電力信号をうける。直流
巻上機１１は発電機のアマチャ電圧によって起動され、
アマチャ電流Ｉａに比例したトルクを発生してカウンタ
ウエイト１２及びかご１３を回転シーブ１４を介して駆
動する。実速度はフィードバックされ、タコメータ１５
によって設定速度に加算される。ディジタルの同期信号
が、電力変換器二次巻線１０を通るライン電圧の位相で
、１６によって発生される。

【０００４】変換器５は、非並列接続で二組のセンター
タップ接続されたサイリスタ（Ｔ１，Ｔ３）及び（Ｔ２
，Ｔ４）によって構成される双方向電力変換器で構成さ
れる。サイリスタ（Ｔ３）及び（Ｔ４）は正の方向の発
電機フィールド電流を発生するために点弧され、エレベ
ータを上昇方向に駆動するモータトルクを発生させる。 一方、サイリスタ（Ｔ１）及び（Ｔ２）は負の方向の発
電機フィールド電流を発生させて、エレベータを下降方
向に駆動するモータトルクを発生させる。ライン電圧の
正の半波用のサイリスタは（Ｔ２，Ｔ３）であり、ライ
ン電圧の負の半波用のサイリスタは（Ｔ１，Ｔ４）であ
る。ＳＣＲ１８のゲート１７は電流調整器４に接続され
ており、電流調整器は各ＳＣＲ１８の導通を制御する。 ＳＣＲ１８は交流電源の各位相において異なるタイミン
グで導通して、直流出力電圧を発生する。

【０００５】所定の電流が、図２に示すように固定した
点弧角でサイリスタを点呼することによって得られる。 サイリスタは点弧角に直接対応するサイリスタゲート電
流のスイッチングによって点弧される。ゲート電流は短
いパルスまたは長いパルスのいずれかである。即ち、ゲ
ート電流はインパルス状または次の交流電圧のゼロクロ
スで立ち下がるか、若しくは次のサイリスタの点弧によ
って立ち下がる矩形パルス状のいずれかとなる。

【０００６】負荷に抵抗がある場合、Ｉｇｆは主電圧の
半波が終了した後にゼロとなり、各サイリスタが次の半
波によって点弧されるまでゼロに保持される。誘導負荷
の場合は、負荷が同一のサイリスタ及び変換器巻線を通
るＩｇｆを、主電圧の極性が反転している次の半波の間
も次の半波によって各サイリスタが点弧されるまで強制
的に継続する。

【０００７】点弧角が９０゜乃至１８０゜の場合、発電
機フィールド電流は、平均値が所定の限界値よりも低い
場合には不連続となる。ここで不連続の意味は、フィー
ルド電流が主交流電圧の各半波の周期中のある期間の間
ゼロであることを意味する。不連続は、二つの影響の相
互作用によって生じる。第一は、フィールド電流のリッ
プルであり、このリップルは、フィールド電圧の波形と
、フィールドの誘導度及び抵抗に応じて変化する。第二
は、サイリスタの電流を保持電流またはラッチ電流以下
に降下させる特殊な動作である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】サイリスタ整流器を誘
導負荷とともに動作させる場合、従来の点弧方法は、以
下に説明する二つの理由で不利である。

【０００９】第一は、サイリスタには、ラッチ電流と保
持電流の二つの電流マージンがあり、これらがサイリス
タの不連続電流に対する性能を決定する。これらの値は
約５０乃至８００ｍＡの間であり、サイリスタの形式や
連結部温度等のいくつかのパラメータに応じて変化する
。

【００１０】ＳＣＲは、閉成または導通状態を保持する
ために所定の最小アノード電流を必要とする。ゲート電
流がゼロの時に、アノード電流がこの最小電流以下に降
下すると、ＳＣＲは遮断または開放状態となる。ＳＣＲ
の保持電流は、負の温度係数を有している。即ちＳＣＲ
接続点の温度が下がると、保持電流が増大する。このた
め、起動初期においては、保持電流よりも幾分高い電流
がＳＣＲの導通保持に必要となる。この起動電流（アノ
ードラッチ電流）に達しない場合、ＳＣＲはゲート信号
が消滅すると同時に遮断状態となる。この初期起動の後
は、アノードの保持電流は通常のレベルとなる。

【００１１】ＳＣＲをトリガするために、アノード電流
は急激に立ち上がりトリガパルスの消滅以前に、ラッチ
電流レベルに達しなければならない。高い誘導性を持っ
たアノード回路に対しては、トリガ電流を保持してラッ
チ電流が形成されるまでゲートを確実に駆動することが
必要となる。図２の（Ａ）はライン電圧を示し、（Ｂ）
はサイリスタのゲート電流を示し、（Ｃ）はラッチ及び
保持電流を示している。高い点弧角においては、発電機
フィールド電流は不連続となる。点弧角の増加によって
電流の不連続性が増加する。

【００１２】サイリスタ電流が、ゲート電流消滅以前に
ラッチ電流に到達しない場合には、サイリスタはオフと
なる。また、サイリスタ電流がゲート電流消滅後に保持
電流を下回ると、サイリスタはオフされる。

【００１３】サイリスタのオン保持電流は、フィールド
電流に等しい。従って、フィールド電流がこれらのマー
ジンの一つよりも低く保持されまたはこれ以下に降下す
ると、サイリスタによりオフされる。この影響は上述し
たパラメータに応じて経時的に変化するので、安定状態
を形成することが出来ない。クローズとループ制御装置
においては、制御ループの時定数がこの影響に結合する
と発電機フィールド電流に振動が生じて駆動動作にも振
動が発生する。図３の（Ａ）はライン電圧を示し、（Ｂ
）はゲート電圧の波形を示し、（Ｃ），（Ｄ）はゲート
電流期間が短すぎる場合の発電機フィールド電流を示し
ている。（Ｃ）において、発電機フィールド電流波、ゲ
ート電圧の印加によって上昇を開始し、、ゲート電圧消
滅以前にサイリスタのラッチ電流が得られれば、保持さ
れる。しかしながら、ラッチ電流が得られない場合には
、発電機フィールド電流はゼロまで降下する（Ｃ）。（
Ｃ）においては、発電機フィールド電流が保持電流を下
回った場合に、発電機フィールド電流が急激に降下する
ことが示されている。

【００１４】第二の理由は、ゲート電流が、サイリスタ
電流がゼロまで効果した後まで継続された場合に、サイ
リスタに反転オフ電圧によるストレスが生じることであ
る。この場合、反転サイリスタ電流が多量に流れて、熱
損失を発生する。また、サイリスタが、半波中で遅れて
点弧された場合には、平均反転電流が順方向電流よりも
大きくなり平均が負の発電機フィールド電流となる。

【００１５】この影響は、フィールド電流が整流器の負
極に接続された第二の部分によってスイッチングが制御
される場合には一層やっかいとなる。弧の場合、フィー
ルド電流は以前の方向に、整流器の第二の部分のサイリ
スタＰ反転電流によって決定される平均値に向かって増
加する。これはトルクの遷移を生じ、駆動に振動を発生
する。

【００１６】図３の（Ｅ）及び（Ｆ）はゲート信号が負
の半波まで継続された場合の、発電機フィールド電流を
示している。

【００１７】本発明の目的は、サイリスタの出力電流の
不連続を検出することにある。

【００１８】また、本発明のもう一つの目的は、サイリ
スタ保持電流及びラッチ電流レベルによるサイリスタの
出力電流の振動またははね上がりを防止することにある
。

【００１９】さらに、本発明の目的は、反転サイリスタ
電流が流れた場合におけるサイリスタのストレスによる
熱損失を防止することにある。

【００２０】さらに、本発明の目的は、平均発電機フィ
ールド電流が負の値となることを防止することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第一の構成によれば、所定電流値以下の
整流器のサイリスタの電流を検出して、不連続検出信号
を発生し、前記不連続検出信号に応じて前記整流器のサ
イリスタへのゲート電流を保持するようにしたことを特
徴とするサイリスタ整流器の制御方法が提供される。

【００２２】本発明の第二の構成によれば、所定電流値
以下の整流器のサイリスタの電流を検出して、不連続検
出信号を発生し、前記不連続検出信号を反転させてサイ
リスタゲート許可信号を点弧角信号及び不連続検出信号
に応じて発生し、前記点弧角信号とサイリスタゲート許
可信号に応じてチャネリング信号を発生してゲートを開
放する整流器内のサイリスタを指定するようにしたこと
を特徴とする供給電圧の所定角度でサイリスタを点呼し
てサイリスタに電流を流通させるサイリスタ整流器のサ
イリスタ点弧方法が提供される。

【００２３】本発明の第三の構成によれば、所定電流値
以下の整流器のサイリスタの電流を検出して、不連続検
出信号を発生する手段と、前記不連続検出信号に応じて
前記整流器のサイリスタへのゲート電流を保持する手段
とによって構成したことを特徴とするサイリスタ整流器
の制御装置が提供される。

【００２４】本発明の第四の構成によれば、所定電流値
以下の整流器のサイリスタの電流を検出して、不連続検
出信号を発生する手段と、前記不連続検出信号を反転さ
せてサイリスタゲート許可信号を点弧角信号及び不連続
検出信号に応じて発生する手段と、前記点弧角信号とサ
イリスタゲート許可信号に応じてチャネリング信号を発
生してゲートを開放する整流器内のサイリスタを指定す
る手段とによって構成したことを特徴とする供給電圧の
所定角度でサイリスタを点呼してサイリスタに電流を流
通させるサイリスタ整流器のサイリスタ点弧装置が提供
される。

【００２５】

【実施例】以下に本発明の実施例を、レオナード型エレ
ベータ装置を例として説明する。なお、本発明は、以下
に示す実施例に限定されるものではなく、種々の構成に
おいて採用し得るものである。

【００２６】図４は、本発明によるサイリスタ点弧電流
の発生回路を示している。この方法は、点弧指令の許可
処理１９とチャネリング処理２０とゲート処理２１に分
かれている。図５はこれらの角処理によって与えられる
タイミング信号を示している。

【００２７】処理の入力信号として、電流調整器４は、
電流方向信号Ｄと、ＳＣＲゲート点弧指令Ｆを供給し、
オフ状態検出器２２はオフ状態信号Ｏを供給し、主検出
器１６は同期信号Ｓと、負の半波においてロー、正の半
波においてハイとなる矩形を供給する。同期信号Ｓの状
態は、主電圧のゼロクロスに応じて変化する。処理結果
の出力として、４つの点弧信号（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ
４）が図１のサイリスタを点弧するために発生される。 方向信号Ｄは信号調整器によって与えられる。

【００２８】調整器７の時点ｆ１乃至ｆ６の点弧角に対
応して、発電機フィールド内の電流Ｉｇｆが流れる。電
流は、時点Ｘ３乃至Ｘ６で不連続となる。

【００２９】オフ状態検出器２２（図４、図６）は発電
機フィールド電流Ｉｇｆの不連続を検出して対応するオ
フ状態信号Ｏを発生する。遮断抵抗２３は、サイリスタ
整流器６より与えられる電流を受ける。遮断抵抗の電圧
は発電機フィールド電流を与えるオフ状態検出器２２に
よって測定される。オフ状態検出器の出力信号Ｏは、電
流が流れている場合論理値ゼロとなり、流れていない場
合には論理値１となる。この信号は論理回路１９に供給
される。論理回路１９は、サイリスタ点弧電流を波形成
形する。

【００３０】Ｉｓｃｒのオン／オフのデューティー比は
電流の不連続の長さを示す。オフ状態検出器は以下の動
作を行う。ＳＣＲ変換器の電流は図６の遮断抵抗２３Ｒ
ｓｈによって計測され、Ｉｓｃｒのオフ状態は４つの比
較器２４の出力レベルによって検出される。なおこの比
較器は遮断抵抗の電圧に応じて状態を変化する。二つの
論理信号Ｖ１，Ｖ２が光学的に結合された遮断器２５に
供給する。Ｉｓｃｒが流れている間、Ｖ１，Ｖ２は等し
い値となる。Ｉｓｃｒは消滅すると、Ｖ１，Ｖ２が異な
る値となる。Ｖ１，Ｖ２は論理ＸＯＲ２６に供給される
。ＸＯＲＮＯ出力がＰＷＭ信号となる。ＸＯＲの出力信
号ＯはＩｓｃｒが流れていない場合には論理値１となり
、流れている場合には論理値０となる。

【００３１】点弧指令許可処理１９は、点弧指令Ｆと、
オフ状態信号Ｏに応じて起動され、点弧指令許可信号Ｅ
（図５）を供給する。点弧指令許可信号Ｅはゲート電流
がいずれかのサイリスタに流れるタイミングを決定する
。点弧指令Ｆは点弧指令許可信号Ｅをオフ状態信号Ｏと
独立に設定し、サイリスタを点弧する。サイリスタの点
弧がフィールド電流が流れているときのみに制限される
とすると、不連続電流においてはすべてのサイリスタを
点弧出来ないこととなる。従って、点弧指令許可信号Ｅ
は、オフ状態信号がハイの場合にも設定される。従って
、信号Ｅは、点弧指令Ｆがハイ場合、強制的に論理値１
とされ、オフ状態検出の効果を停止させる。信号Ｆが主
電圧の半波の終端付近で０になる。しかしながら不連続
の電流は次の半波の開始点近傍で現れることがある。

【００３２】オフ状態信号Ｏは、発電フィールドの電流
がゼロになると点弧指令許可信号Ｅ遮断して、サイリス
タの点弧を終了させる（図５）。点弧指令許可処理は、
二つのＤ−フリップフロップ２７，２８（図７）を使用
して行われる。オフ状態検出出力Ｏは第一のフリップフ
ロップ２７に与えられ、クロック入力がハイの時にこれ
を通過させる。第二のフリップフロップ２８は点弧角指
令信号を、クロック入力がハイのときに通過させる。第
二のフリップフロップ２８の反転出力によって第一のフ
リップフロップ２７はリセットされる。第一のフリップ
フロップ２７の反転出力が点弧指令許可信号となる。

【００３３】本発明の残りのステップは、点弧するサイ
リスタの選択処理である。

【００３４】処理２０は点弧指令許可信号Ｅと、点弧指
令Ｆ及び同期信号Ｓに応じて起動され、二つの点弧指令
チャネリング信号Ｃ１，Ｃ２（図４、図５、図７）を形
成する。点弧指令チャネリング信号は正の半波の新たな
点弧角においていずれのサイリスタを点弧するかを決定
するとともに、主電圧の負の半波において点弧するサイ
リスタも決定する。点弧指令チャンネング処理２０はフ
リップフロップと論理ＡＮＤゲート（図７）によって行
われる。第三のＤ−フリップフロップは同期信号Ｓとフ
リップフロップ２８の出力に応じて動作する。フリップ
フロップ２９の非反転出力と反転出力は一対のＡＮＤゲ
ート３０に供給される。このチャンネリング用フリップ
フロップに換えてインバータを使用することも可能であ
る。しかしながら、好適実施例においては、フリップフ
ロップをチャンネリング信号を主電圧に同期させるため
に使用して遅延の伝搬を防止している。

【００３５】最後にゲート処理２１は、点呼指令チャネ
リング信号Ｃ１，Ｃ２と方向信号Ｄとに応じて４つの点
弧信号（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）を形成し、これらは
それぞれＳＣＲＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に対応する。方
向信号Ｄは正の発電機フィールド電流に対して論理値１
、負の発電機フィールド電流に対して論理値０となる。 発電機フィールド電流は、一般にエレベータの正の方向
に対して正となっている。しかしながら減速期間（回生
期間）の終端において方向が変化して、負の発電機アマ
チャ電圧を発生してアマチャ電流を低速においても保持
するようになっている。点弧信号Ｇ３，Ｇ４は正の発電
機フィールド電流を発生し、点弧信号Ｇ１，Ｇ２は負の
発電機フィールド電流を発生する。Ｄがハイの間、サイ
リスタＴ１，Ｔ２は導通しない。また、Ｄがローの場合
、Ｔ３，Ｔ４は導通しない。発電機フィールド電流の方
向が変化する場合、方向信号が反転する。回路の短絡を
防止するために、新しい方向のサイリスタは、第一の方
向の電流がゼロとなってから点弧される。図５は電流が
流れるサイリスタが点弧されることを示している。不連
続電流の場合、発電機フィールド電流がゼロトなるとサ
イリスタの点弧信号はカットオフされる。一方、連続電
流の場合、点弧信号は、次のサイリスタが点弧されると
カットオフされる。方向信号Ｄが反転した場合（図５）
一つのサイリスタ（Ｔ４）がオンの場合、Ｔ４がオンの
間はゲート電流はＴ１にスイッチされない。 これは、Ｔ１，Ｔ４が同時にオンすることによる短絡回
路の形成を防止するためである。

【００３６】第４のＤフリップフロップ３１と４つのＡ
ＮＤゲート３２が上記の反転切り替えに使用される。な
お、この構成は本発明の必須な構成ではなく、適宜変更
可能なものである。

【００３７】電流調整器からの点弧信号Ｆとオフ状態検
出信号Ｏは点弧指令許可処理１９に送られる。点弧指令
許可処理１９はサイリスタの一つに電流がある場合、即
ちオフ検出信号がローの場合は点弧指令許可信号をハイ
に保持する。点弧指令許可信号は、点弧指令がハイの間
ハイに維持される。点弧指令許可信号は、点弧指令がト
リガされた後もハイに維持される、サイリスタの電流が
ゼロとなるとローとなる。

【００３８】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、サイリス
タの出力電流の不連続を検出することが出来る。また、
本発明によれば、サイリスタ保持電流及びラッチ電流レ
ベルによるサイリスタの出力電流の振動またははね上が
りを防止することが出来る。また、さらに、本発明によ
れば、反転サイリスタ電流が流れた場合におけるサイリ
スタのストレスによる熱損失を防止することが出来る。 さらに、本発明によれば、平均発電機フィールド電流が
負の値となることを防止することが出来る。

【００３９】なお、本発明は、上記の構成に限定される
ものではなく、種々の変更、変形が可能であり、上記に
示した実施例は、本発明を実施する為の一態様を示すも
のである。従って、本発明は、特許請求の範囲の記載か
ら逸脱しない一切の構成を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】サイリスタ整流器を使用したレオナード駆動装
置のブロック図である。

【図２】従来のシステムの入出力のタイミングチャート
である。

【図３】サイリスタの動作を示すタイミングチャートで
ある。

【図４】本発明の装置のブロック図である。

【図５】本発明のサイリスタ制御に使用するタイミング
信号を示す図である。

【図６】本発明に用いるオフ状態検出器のブロック図で
ある。

【図７】図４の部分を示すブロック図である。

【符号の説明】

４　　電流調整器 １６　　主検出器 １９　　点弧指令許可処理 ２０　　チャネリング処理 ２１　　ゲート処理 ２２　　オフ状態検出器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定電流値以下の整流器のサイリスタ
   の電流を検出して、不連続検出信号を発生し、前記不連
   続検出信号に応じて前記整流器のサイリスタへのゲート
   電流を保持するようにしたことを特徴とするサイリスタ
   整流器の制御方法。
2. 【請求項２】　　所定電流値以下の整流器のサイリスタ
   の電流を検出して、不連続検出信号を発生し、前記不連
   続検出信号を反転させてサイリスタゲート許可信号を点
   弧角信号及び不連続検出信号に応じて発生し、前記点弧
   角信号とサイリスタゲート許可信号に応じてチャネリン
   グ信号を発生してゲートを開放する整流器内のサイリス
   タを指定するようにしたことを特徴とする供給電圧の所
   定角度でサイリスタを点呼してサイリスタに電流を流通
   させるサイリスタ整流器のサイリスタ点弧方法。
3. 【請求項３】　　所定電流値以下の整流器のサイリスタ
   の電流を検出して、不連続検出信号を発生する手段と、
   前記不連続検出信号に応じて前記整流器のサイリスタへ
   のゲート電流を保持する手段とによって構成したことを
   特徴とするサイリスタ整流器の制御装置。
4. 【請求項４】所定電流値以下の整流器のサイリスタの電
   流を検出して、不連続検出信号を発生する手段と、前記
   不連続検出信号を反転させてサイリスタゲート許可信号
   を点弧角信号及び不連続検出信号に応じて発生する手段
   と、前記点弧角信号とサイリスタゲート許可信号に応じ
   てチャネリング信号を発生してゲートを開放する整流器
   内のサイリスタを指定する手段とによって構成したこと
   を特徴とする供給電圧の所定角度でサイリスタを点呼し
   てサイリスタに電流を流通させるサイリスタ整流器のサ
   イリスタ点弧装置。