JPH0568946B2 - - Google Patents

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JPH0568946B2
JPH0568946B2 JP59060791A JP6079184A JPH0568946B2 JP H0568946 B2 JPH0568946 B2 JP H0568946B2 JP 59060791 A JP59060791 A JP 59060791A JP 6079184 A JP6079184 A JP 6079184A JP H0568946 B2 JPH0568946 B2 JP H0568946B2
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Tadao Mose
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はサイリスタ変換器と、平滑回路に飽和
特性を有するリアクトル及びコンデンサを用いた
電力変換装置に係り、電流の断続によつて生ずる
サイリスタ変換器出力電圧の非線形特性、及び流
れる電流の大きさによつて生ずるリアクトルの非
線形特性を補償して電流制御系の電流応答の改善
を計つた電力変換装置に関するものである。
〔発明の技術的背景と問題点〕
サイリスタ変換器の出力電圧(平均電圧)Ed
は一般に(1)式で示される。
Ed=Kcosα ……(1) 但し、Kは入力電圧、整流相数等で決まる定数
であり、αは制御遅れ角である。
従つて、逆余弦関数cos-1を介して位相制御信
号SPHを与えれば制御遅れ角αとの関係は(2)式と
なり、サイリスタ変換器の出力電圧Edと位相制
御信号SPHの関係は(3)式で示されるように比例関
係が成立する。
cosα=SPH ……(2) Ed=K・SPH ……(3) すなわち逆余弦関数特性を持つ位相制御装置
と、サイリスタ変換器を組合せれば比例増幅器と
考えることができる。
しかし、上記(1)式はサイリスタ変換器に流れる
電流が連続する条件で成立し、電流が断続する状
態では成立しない。
すなわち、電流断続期間のサイリスタ変換器出
力電圧瞬時値は電流断続の状態によつて決まり、
出力電圧Edは(3)式とは異なる非線形特性となる。
以上のことからサイリスタ変換器と位相制御装
置を組合せて制御系内の要素とすれば、制御系内
に非線形要素を含むことになり、この非線形特性
は電流の断続状態で現われてくる。
また、サイリスタ変換器の出力にリアクトルと
コンデンサに依る平滑回路を具備した電力変換装
置では、リアクトルのインダクタンス値、コンデ
ンサの容量及び充放電状態、負荷電流の大きさ等
でサイリスタ変換器の電流断続は生じ易く複雑と
なる。また、一般に電流平滑用及び電流断続をで
きるだけ防止するために挿入する平滑回路のリア
クトルは大きな電流で小さなインダクタンス、小
さな電流で大きなインダクタンスとなるように飽
和特性を持たせることによつて小形、軽量、低価
格化を計つている。このことは、電流断続状態の
複雑化やリアクトルの非線形特性がそのまま制御
系の非線形化となり電力変換装置の電流制御をよ
り複雑な非線形制御系としていた。
通常の電力変換装置の電流制御系では、電流の
断続しない状態で電流制御応答を調整すると、電
流断続の状態における電流制御応答は著しく遅く
なり、さらに負荷電流の大きい時と小さい時とで
も電流制御応答が異なるという欠点を持つてい
た。
この欠点は、電流断続による非線形特性と、リ
アクトルの飽和特性による非線形特性が電流制御
系内に含まれていることに起因するもので、電流
制御系の開ループ伝達利得が変化するためである
という認識に基づき、従来の装置では、前記欠点
の改善策として、電流制御系のマイナーループに
電圧制御系を設けて電流制御系全体の開ループ伝
達利得を増加させる方法や電流断続状態を検出し
て電流制御系内の利得を多段に切換て補償する等
の方法が用いられてきた。しかし、非線形特性に
起因する開ループ伝達利得の変化は、平滑回路の
リアクトルの飽和特性、コンデンサ容量及び充放
電の状態、負荷電流の大きさ、さらにサイリスタ
素子の特性にも関係するため、断続状態での開ル
ープ伝達利得は非常に複雑になつており、上記従
来の補償方法では、満足のいく補償を施こすこと
は困難であり若干の特性改善が得られる程度であ
るという問題があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記従来における問題点に鑑
みてなされたもので、サイリスタ変換器における
電流連続状態と電流断続状態、及び負荷電流の大
小によつて電流制御応答が大きく変化しないよう
にした電流制御系を持つ電力変換装置を提供する
ことである。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するために、サイリス
タ変換器とリアクトル及びコンデンサから成る平
滑回路を具備して負荷に電力を供給し、前記サイ
リスタ変換器のサイリスタ点弧タイミングを制御
する位相制御装置と、前記サイリスタ変換器に流
れる電流を検出する電流検出器と、電流指令値か
ら前記電流検出器出力信号を減算して得られる偏
差信号を増幅する主電流制御増幅器とを具備し、
前記主電流制御増幅器出力信号が、前記位相制御
装置の第1の位相制御信号となるように電流制御
系が構成された電力変換装置において、前記平滑
回路の出力である負荷電流を検出、あるいは演算
によつて求める負荷電流検出器と、前記サイリス
タ変換器、平滑回路を含めて前記主電流制御系を
模擬した模擬電流制御系と前記電力変換装置の出
力電圧に対応した出力電圧信号を得る電圧検出回
路と前記模擬電流制御系から得られる出力模擬電
圧信号から前記電圧検出回路によつて検出された
出力電圧信号を減算して得られる偏差信号を増幅
する補償増幅器とを具備し、前記模擬電流制御系
の直流出力模擬端子に、前記負荷電流検出器を接
続して前記模擬電流制御系からの模擬負荷電流信
号とし、前記補償増幅器の出力信号を第2の位相
制御信号とし、前記第1の位相制御信号と第2の
位相制御信号とを加算して前記位相制御装置の入
力信号としたことによりサイリスタ変換器におけ
る電流連続状態と電流断続状態及び負荷電流の大
小によつて電流制御応答が大きく変化しないよう
にしたことを特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下に、本発明による電力変換装置をメツキ用
電流制御装置等の負荷に指令された電流を供給す
る電流源装置に適用した実施例について第1図を
参照して説明する。
負荷2に電力を供給する電力変換装置1はサイ
リスタ変換器3と平滑回路4を具備し、平滑回路
4は飽和特性をもつリアクトル5とコンデンサ6
によつて構成されている。サイリスタ変換器3は
位相制御装置7によつてα制御され、サイリスタ
変換器3に流れる電流は電流検出器8によつて検
出され、この電流検出信号が電流帰還信号とな
り、電流指令値9との差がとられ、電流偏差信号
となる。この電流偏差信号が主電流制御増幅器1
0によつて増幅されて得られた第1の位相制御信
号11と後述する第2の位相制御信号12が加算
され位相制御装置7への入力信号となるように主
電流制御系13が構成されている。
次に、平滑回路4と同じ構成をもつ模擬平滑回
路14に位相制御装置7とサイリスタ変換器3を
模擬した比例増幅器15が接続され、比例増幅器
15に流れる電流信号に相当する信号を検出する
模擬電流検出器16により検出された電流相当信
号は電流帰還信号となり電流指令値9との差がと
られて模擬電流増幅器17により増幅して得られ
た信号が比例増幅器15の入力となり模擬電流制
御系18を構成している。この模擬電流制御系1
8の模擬負荷電流は負荷電流検出器19によつて
模擬平滑回路14に接続されて負荷2を模擬して
いる。また主電流制御系13の出力電圧に対応し
た信号を検出する電圧検出器20からの出力であ
る出力電圧信号と模擬電流制御系18から得られ
る模擬出力電圧信号との差がとられて補償増幅器
21によつて増幅される。増幅されて得られた信
号が第2の位相制御信号として上記主電流制御増
幅器10の出力信号である第1の位相制御信号と
加算され位相制御装置7の入力となる。
ここで、比例増幅器15及び模擬平滑回路14
の模擬リアクトル22は線形であり非線形特性を
もたないように選定される。また負荷電流検出器
19の出力は負荷電流に対応した電流源信号であ
り模擬平滑回路14の模擬コンデンサ23と並列
に接続されている。
以上のように構成された主電流制御系13と模
擬電流制御系18を比較してみると、それぞれの
構成要素が対応していることがわかる。したがつ
て主電流増幅器10と模擬電流増幅器17とは同
一特性とし、主電流制御系13の開ループ伝達利
得と模擬電流制御系18の開ループ伝達利得を同
じくすれば両者の電流制御系の特性は同じとな
る。電流指令9の変化に伴なう状態変数の過渡状
態での動き、及び負荷電流の変化に伴なう状態変
数の過渡状態での動きをすべての条件の基に同じ
くするには主電流制御系13内のすべての要素が
線形特性を有していることが必要となる。なぜな
ら模擬電流制御系18内の構成要素はすべて線形
特性を有しているからである。
上記のことを換言すれば両者の状態変数に過渡
状態で差が生じることは主電流制御系13内の構
成要素のもつ非線形特性に起因することは明らか
である。従がつて両者状態変数の差である第2の
位相制御信号12はサイリスタ変換器3による電
流断続現象やリアクトル5の飽和特性によつて生
ずる信号となる。主電流制御系13と模擬電流制
御系18の要素特性が同じ状態では第2の位相制
御信号12は零であり、何ら模擬電流制御系18
は主電流制御系13に影響を与えない。次に、負
荷電流が小さくなつた状態を考えると、飽和特性
をもつリアクトル5は大きなインダクタンス値と
なり、さらにサイリスタ変換器3の電流が断続し
たとすると、そのとき主電流制御系13の開ルー
プ伝達利得は非常に低下するが、模擬電流制御系
18の開ループ伝達利得は変化しない。従がつ
て、負荷変動や電流指令9の変化による主電流制
御系13の電流応答は遅れるが、模擬電流制御系
18の電流応答は遅れないためにその差が第2の
位相制御信号12として現われる。したがつて、
この第2の位相制御信号12を第1の位相制御信
号11に加えることにより、主電流制御系13の
伝達利得の低下分を直ちにサイリスタ変換器3の
出力電圧を強制することにより補償する。
以上の作用により、サイリスタ変換器3の電流
断続や負荷電流の大小によつて電流制御応答が大
きく変化しないようにすることができる。
尚、実施例において模擬平滑回路14の構成要
素としてリアクトルとコンデンサによつて表現し
ているが特性が模擬できる要素であればリアクト
ル、コンデンサ以外の何でもよい。
第2図は本発明による電力変換装置の他の実施
例について示した構成図である。主電流制御系1
3及び模擬電流制御系18などの電力変換装置1
の内部構成は前述第1図で構成された電流源装置
と同様であるため説明は省略するが、負荷2aは
直流から交流に電力変換するようなインバータ装
置等の場合、電力変換装置1の出力電圧は定めら
れた電圧になる様に電圧制御増幅器24が設けら
れて電圧制御系が構成されている。したがつて、
電力変換装置1の中の主電流制御系13は電圧制
御系のマイナループとなる様に構成される。この
ような適用例の場合、負荷2aは電圧制御系や電
力変換装置1とは無関係に負荷電流を流す。ある
いは負荷2aの運転方式によつて電圧制御系の電
圧指令が定められる場合もあり、負荷2aによつ
て電力変換装置1内の状態が定められるといつて
よい。このことは、負荷によつて電力変換装置1
の出力電圧が変動されることを意味するが前述の
ように電力変換装置1内の主電流制御系13が特
性改善されて全状態で遅れのない同じ電流応答特
性を有しているため、この主電流制御系13をマ
イナーループとしている電圧性御系の応答も早く
することができ負荷による電圧変動を小さくする
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明の電力変換装置によれば、サイリスタ変
換器に流れる電流が連続するか断続するかの制御
条件により非線形特性を有する制御要素(位相制
御装置とサイリスタ変換器)や、負荷電流の大き
さにより定数が変わる非線形特性を有する制御要
素(飽和特性をもつリアクトル)を制御系内に持
つた場合、その制御系内の状態変数と、制御系を
線形要素で模擬した模擬制御系内の状態変数とを
比較して得られた信号で補償することにより、非
線形特性によつて生じた伝達利得の変化分を補償
して、電力変換装置の電流制御応答が大きく変化
しないようにした電力変換装置を提供することが
できる。従がつて、低電流においても特別の補償
をしなくても高性能な電力変換装置であり、さら
に本発明による電力変換装置をマイナーループ系
とするような構成で適用するならば、そのメジヤ
ーループ系の特性改善も可能となる電力変換装置
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電力変換装置をメツキ等
の電流制御に適用した実施例を示した構成図、第
2図は直流から交流に電力変換するインバータ装
置の直流電圧供給装置に適用された本発明の他の
実施例を示した構成図である。 1……電力変換装置、2……負荷、3……サイ
リスタ変換器、4……平滑回路、5……リアクト
ル、6……コンデンサ、7……位相制御装置、8
……電流検出器、9……電流指令値、10……電
流制御増幅器、11……第1の位相制御信号、1
2……第2の位相制御信号、13……主電流制御
系、14……模擬平滑回路、15……比例増幅
器、16……模擬電流検出器、17……模擬電流
制御増幅器、18……模擬電流制御系、19……
負荷電流検出器、20……電圧検出器、21……
補償増幅器、22……模擬リアクトル、23……
模擬コンデンサ、24……電圧制御増幅器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 サイリスタ変換器とリアクトル及びコンデン
    サから成る平滑回路を具備して負荷に電力を供給
    し、前記サイリスタ変換器のサイリスタ点弧タイ
    ミングを制御する位相制御装置と前記サイリスタ
    変換器に流れる電流を検出する電流検出器と、電
    流指令値から前記電流検出器出力信号を減算して
    得られる偏差信号を増幅する主電流制御増幅器と
    を具備し、前記主電流制御増幅器出力信号が、前
    記位相制御装置の第1の位相制御信号となるよう
    に電流制御系が構成された電力変換装置におい
    て、前記平滑回路の出力である負荷電流を検出、
    あるいは演算によつて求める負荷電流検出器と、
    前記サイリスタ変換器、平滑回路を含めて前記主
    電流制御系を模擬した模擬電流制御系と、前記電
    力変換装置の出力電圧に対応した出力電圧信号を
    得る電圧検出回路と、前記模擬電流制御系から得
    られる出力模擬電圧信号から前記電圧検出回路に
    よつて検出された出力電圧信号を減算して得られ
    る偏差信号を増幅する補償増幅器とを具備し、前
    記模擬電流制御系の直流出力模擬端子に、前記負
    荷電流検出器を接続して前記模擬電流制御系から
    の模擬負荷電流信号とし、前記補償増幅器の出力
    信号を第2の位相制御信号とし、前記第1の位相
    制御信号と第2の位相制御信号とを加算して前記
    位相制御装置の入力信号としたことを特徴とした
    電力変換装置。
JP59060791A 1984-03-30 1984-03-30 電力変換装置 Granted JPS60207455A (ja)

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JPS6352696A (ja) * 1986-08-21 1988-03-05 Mitsubishi Electric Corp 直流母線方式の交流可変速装置
JPH02212783A (ja) * 1989-02-13 1990-08-23 Sony Tektronix Corp 可変直流電圧発生回路

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