JPH09237554A

JPH09237554A - 直流遮断装置および直流電源装置

Info

Publication number: JPH09237554A
Application number: JP6714396A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kishimoto; 健岸本; Hirohide Hirayama; 博英平山; Hideki Kamo; 秀樹加茂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】直流回路の遮断器３を開く時、遮断器の電極
間にアークプラズマが発生し、電極が損傷を受け、寿命
が短くなる。電極間に逆電流が流れ、遮断が失敗すると
うの課題があった。【解決手段】少なくとも出力電圧を可変可能な直流電
源１と負荷との間に接続した遮断器３と、この遮断器を
開動作させる直前に目標電圧零制御し、間接的に目標電
流零制御を行なって負荷電流を開極可能なレベルまで減
少させる負荷電流減少手段６を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は直流電源と負荷、
例えば核融合装置におけるプラズマ閉じ込め用のコイル
との間の直流電力供給路を遮断する直流遮断装置、特に
電力供給停止後、開極時の負荷電流が十分減少していな
いと高電圧サージが問題となる誘導性負荷と直流電源と
の間の遮断器を開極する直流遮断装置および該直流遮断
装置を用いた直流電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３０（ａ）は電気学会から出版された
高電圧大電流工学の第２１７頁図８．４４（以下、文献
１と称する）に逆電流注入法として取り上げられる従来
の直流遮断装置の回路図であり、図示されるように遮断
部１１１と並列に、リアクトル１１２，コンデンサ１１
３およびスイッチ１１４が直列に接続されている。コン
デンサ１１３をあらかじめ図示の極性に充電しておき、
遮断部１１１の遮断時にスイッチ１１４を投入すると、
コンデンサ１１３とリアクトル１１２で決まる周波数の
電流Ｉｃが遮断部１１１を流れる直流電流Ｉ₀ に重畳さ
れ、図３０（ｂ）に示すように最初の半サイクル以内に
人為的に電流零点が作られるので、その電流零点のタイ
ミングで遮断部１１１を開極し電流を遮断する。

【０００３】図３１（ａ）は発振法として取り上げられ
ている従来の直流遮断装置の回路図であり、高気圧ガス
中アークの電圧電流特性が負性特性を示すことを利用
し、遮断部１１１に並列に、コンデンサ１１３とリアク
トル１１２を接続し、図３１（ｂ）に示すようにアーク
電圧の変動を起点として拡大振動電流を発生させ電流零
点を作る。この直流遮断装置の遮断器の種類はいずれの
場合もアーク電圧の大きい空気遮断器が用いられる。

【０００４】図３２（ａ）は限流法として取り上げられ
ている従来の直流遮断装置の回路図であり、電源１１５
をインダクタンス１１６を介して遮断部１１１に接続し
たもので、遮断部１１１の開極時に図３２（ｂ）に示す
ように発生する高いアーク電圧を利用して限流し、アー
ク電圧が電源電圧より高くなると、電流が零点を迎え遮
断する。

【０００５】なお、上記図３０（ａ）の逆電流注入法を
適用した従来例として例えば特公平２−２３６７号公報
に示すものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の直流遮断装置は
以上のように構成されているので、前記図３０（ａ）に
示す構成では、電源電圧の耐圧を有し、通電電流と同等
以上の電流を発生させるためのコンデンサ１１３および
該コンデンサを図示の極性に充電しておく充電装置およ
び零点を検出するための電流検出器あるいは半サイクル
振動が丁度零に達するまでの時間が決定出来るタイマー
などを必要とし、回路構成が複雑かつ高価になるとの課
題があった。

【０００７】また、図３１（ａ）に示す構成では、遮断
器を開いてから該遮断器に流れる電流が零になるまでの
間、遮断器の電極間にアークプラズマが発生することが
あるため、遮断器の電極が損傷を受けて、その寿命が短
くなってしまう。また、上記アークプラズマの存在のた
め、遮断器を流れる電流が零になることがあっても、次
の瞬間にそれまでと逆の電流が流れ易くなり、遮断が失
敗する可能性があるとの課題があった。

【０００８】さらに、図３１（ａ），図３２（ａ）の構
成では、遮断器を開くことによって電流の減少が開始
し、零になって勝手に開極されるため、上記アークプラ
ズマの発生、逆電流の流れ等が本質的な問題となるとの
課題があった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、遮断器の電極間にアークプラズマ
を発生されることなく、迅速かつ確実に直流給電回路を
遮断することができるようにして、遮断器の長寿命性、
信頼性の向上を図ることを目的とする。

【００１０】また、この発明は直並列接続した複数台の
直流電源から給電する直流給電回路を、迅速かつ確実に
遮断することができるようにして、遮断器の長寿命性、
信頼性の向上を図ることを目的とする。

【００１１】さらに、この発明は直並列接続した複数台
の直流電源間に循環電流が流れないようにして、迅速に
直流給電回路を遮断できるようにすることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決しようとするための手段】請求項１記載の
発明に係る直流遮断装置は、少なくとも出力電圧を可変
可能な直流電源と負荷との間に接続した遮断器と、前記
直流電源の出力電圧を検出する電圧検出器と、外部から
与えられた基準電圧設定値と前記電圧検出手段の出力値
とを互いに逆極性で加算して前記直流電源の出力電圧を
制御する電圧制御手段と、前記遮断器を開動作させる直
前に目標電圧零制御し、間接的に目標電流零制御を行な
って前記負荷電流を開極可能なレベルまで減少させる負
荷電流減少手段とを備えた直流遮断装置。

【００１３】請求項２記載の発明に係る直流遮断装置
は、少なくとも直流発電機と負荷との間に接続した遮断
器と、前記直流発電機の出力電圧を検出する電圧検出器
と、外部から与えられた基準電圧設定値と前記電圧検出
手段の出力値とを互いに逆極性で加算して前記直流発電
機の界磁電流を制御する電圧制御手段と、前記遮断器を
開動作させる直前に目標電圧零制御し、間接的に目標電
流零制御を行なって前記負荷電流を開極可能なレベルま
で減少させる負荷電流減少手段とを備えた直流遮断装
置。

【００１４】請求項３記載の発明に係る直流遮断装置
は、少なくとも出力電圧を可変可能な直流電源と負荷と
の間に接続した遮断器と、前記直流電源の出力電圧を検
出する電圧検出器と、外部から与えられた基準電圧設定
値と前記電圧検出手段の出力値とを互いに逆極性で加算
して前記直流電源の出力電圧を制御する電圧制御手段
と、前記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出器
と、前記電圧検出手段の出力値と前記負荷電流検出器の
出力値とを互いに逆極性で加算して目標電流零制御を行
ない、前記負荷電流を開極可能なレベルまで減少させる
負荷電流減少手段とを備えた直流遮断装置。

【００１５】請求項４記載の発明に係る直流遮断装置
は、少なくとも直流発電機と負荷との間に接続した遮断
器と、前記直流発電機の出力電圧を検出する電圧検出器
と、外部から与えられた基準電圧設定値と前記電圧検出
手段の出力値とを互いに逆極性で加算して前記直流発電
機の界磁電流を制御する電圧制御手段と、前記負荷に流
れる電流を検出する負荷電流検出器と、前記電圧検出手
段の出力値と前記負荷電流検出器の出力値とを互いに逆
極性で加算して目標電流零制御を行ない、前記負荷電流
を開極可能なレベルまで減少させる負荷電流減少手段と
を備えた直流遮断装置。

【００１６】請求項５記載の発明に係る直流遮断装置
は、少なくとも出力電圧を可変可能な直流電源と負荷と
の間に接続した遮断器と、前記負荷に流れる電流を検出
する負荷電流検出器と、前記直流電源の出力電圧を検出
する電圧検出器と、外部から与えられた電流設定値と前
記負荷電流検出器の出力値とを互いに逆極性で加算して
前記負荷電流を制御する電流制御手段と、基準電圧値と
前記電圧検出手段の出力値とを互いに逆極性で加算して
前記直流電源の出力電圧を制御する電圧制御手段と、前
記遮断器を開動作させる直前に、前記電流制御手段を前
記電圧制御手段に切り替えて目標電圧零制御させ、間接
的に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を開極可能
なレベルまで減少させる負荷電流減少手段とを備えた直
流遮断装置。

【００１７】請求項６記載の発明に係る直流遮断装置
は、少なくとも直流発電機と負荷との間に接続した遮断
器と、前記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出器
と、前記直流発電機の出力電圧を検出する電圧検出器
と、外部から与えられた電流設定値と前記負荷電流検出
器の出力値とを互いに逆極性で加算して前記直流発電機
の界磁電流を制御する電流制御手段と、基準電圧値と前
記電圧検出手段の出力値とを互いに逆極性で加算して前
記界磁電流を制御する電圧制御手段と、前記遮断器を開
動作させる直前に、前記電流制御手段を前記電圧制御手
段に切り替えて目標電圧零制御させ、間接的に目標電流
零制御を行なって前記負荷電流を開極可能なレベルまで
減少させる負荷電流減少手段とを備えた直流遮断装置。

【００１８】請求項７記載の発明に係る直流遮断装置
は、電流制御手段から電圧制御手段への切り替えを、外
部からのタイマ信号によって行うものである。

【００１９】請求項８記載の発明に係る直流遮断装置
は、出力電圧を検出する低レンジ電圧検出器を電圧制御
手段に設けたものである。

【００２０】請求項９記載の発明に係る直流遮断装置
は、負荷電流検出器の出力信号が基準設定値より小さく
なった時の信号を、電流制御手段から電圧制御手段への
切り替え信号とするものである。

【００２１】請求項１０記載の発明に係る直流遮断装置
は、低レンジ電圧検出器の出力を、電流制御手段から電
圧制御手段への切り替え信号とするものである。

【００２２】請求項１１記載の発明に係る直流遮断装置
は、低レンジ電圧検出器は、直列接続された抵抗器と定
電圧素子および該定電圧素子と並列接続した電圧測定回
路とからなるものである。

【００２３】請求項１２記載の発明に係る直流遮断装置
は、回転子が同軸上に取り付けられた同一仕様の直流発
電機を直列に接続した直流発電機群と、並列に接続した
２以上の直流発電機群と負荷との間に接続した遮断器
と、前記各直流発電機群から負荷に供給される電流を検
出する各群負荷電流検出器と、前記直流発電機群の出力
電圧を検出する電圧検出器と、外部から与えられた電流
設定値と前記各群負荷電流検出器の出力値とを互いに逆
極性で加算して前記直流発電機群の界磁電流を制御する
各群電流制御手段と、基準電圧値と前記電圧検出手段の
出力値とを互いに逆極性で加算して前記直流発電機群の
界磁電流を制御する各群電圧制御手段と、前記遮断器を
開動作させる直前に、前記各群電流制御手段を前記各群
電圧制御手段に切り替えて目標電圧零制御させ、間接的
に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を開極可能な
レベルまで減少させる各群負荷電流減少手段とを備えた
ものである。

【００２４】請求項１３記載の発明に係る直流遮断装置
は、並列に接続した２以上の直流発電機群の各群から１
ずつ選択した直流発電機の界磁巻線を直列に接続したも
のである。

【００２５】請求項１４記載の発明に係る直流遮断装置
は、出力電圧が遮断器の開極可能な電流限界における電
圧以下であることを確認して指令回路に開極指令を与え
る電圧確認手段を備えたものである。

【００２６】請求項１５記載の発明に係る直流遮断装置
は、正負両方向でツェナー特性を有する双方向制御素子
を、遮断器の電源側および負荷側に並列に接続したもの
である。

【００２７】請求項１６記載の発明に係る直流遮断装置
は、定常電圧に対する立ち上げ時の電圧比および立ち下
げ時の電圧比を最適調整可能とするリミッタを電流制御
手段の後段に設けたものである。

【００２８】請求項１７記載の発明に係る直流遮断装置
は、設定された定常電圧に対する立ち上げ時の電圧比お
よび立ち下げ時の電圧比を、電流設定値に比例させて該
電流設定値にかかわらず常に電流の応答波形が相似形と
したものである。

【００２９】請求項１８記載の発明に係る直流遮断装置
は、直流発電機に一定の界磁電流を与え、負荷に給電す
ることで前記直流発電機を制動させる場合、負荷インダ
クタンスＬ_c （Ｈ），負荷抵抗ｒ_c （Ω），発電機のＧ
Ｄ² （ｋｇ−ｍ２），負荷電圧ｖ_c （Ｖ）／回転数ｎ
（ｒｐｍ）＝ｋ（一定）とするとき、下記式により、直
流発電機を逆転することなく、安定に停止させることの
できる範囲を決定するものである。 ◎

【数２】

【００３０】請求項１９記載の発明に係る直流遮断装置
は、直流電源または直流発電機の入力側を低レベル電圧
コントローラに切り替えるのに連動して、前記直流電源
または直流発電機の出力側に低レンジ電圧検出器を接続
したものである。

【００３１】請求項２０記載の発明に係る直流電源装置
は、直流電源と負荷との間に接続した遮断器を遮断して
直流電流を遮断するために、請求項１から請求項１９の
うちのいずれか１項記載の直流遮断装置を用いたもので
ある。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す構
成図であり、図において、１は出力電圧を可変可能な直
流電源であり、外部から与えられた基準電圧設定値ｖ_ar
とフィードバックされた電圧検出器５の出力電圧ｖ_a を
逆極性に加算する加算器１６と、この加算器１６の出力
を増幅する電力増幅器ＰＡを備えている。２は直流電源
１の出力端子間に遮断器３を介して接続した負荷、７は
遮断器３を開閉制御する指令回路である。

【００３３】次に図９を参照して動作を説明する。本実
施の形態は、一定の通電信号期間だけ負荷電圧設定値ｖ
_arを与え、期間内に出力電圧ｖ_a を電流零制御時定常負
荷電圧ｖ_aoに制御するものである。このような矩形波状
の設定電圧に対しては電力増幅器はｖ_ao−ｖ_a を入力と
して、これが零になるようにフィードバック制御する。
そのため、ｖ_a は零から増加してｖ_aoに到達後これをキ
ープする。一方、負荷電流は例えばＬ_c −ｒ_c 直列負荷
の場合では、回路時定数にしたがってｖ_a より遅れて立
ち上がり、定常値ではｉ_c ＝ｖ_ao／ｒ_c に至る。通電信
号ＯＮ期間終了後ｔ＝ｔ₁ 〜ｔ₂ に亘り電圧設定値ｖ_ar
＝０として電圧零制御を行う。前述の電圧立ち上げ時と
異なりｖ_ar−Ｖ_ao＝−Ｖ_aoと極性が負となるため、ｖ_a
はＶ_aoから零に向かって急減する。一方、ｉ_c は負荷の
回路時定数にしたがって零に向かって減衰する。この時
の電圧零制御時のｖ_a の値は前述した制御系、電圧検出
器の精度やこれらに内在するオフセットの関係で電圧設
定零でも実際には電圧を生じる。図９に示されるように
この値をｖ_aoとおく。その結果、電流はｉ_co＝ｖ_ao／ｒ
_c となる。

【００３４】実施の形態２．図２はフライホール付きの
直流発電機を直流電源とした実施の形態２を示す構成図
である。図において、１は出力電圧を可変可能な直流電
源としての直流発電機であり、この直流発電機１の電機
子巻線１ａの両端間には負荷２と遮断器３との直列回路
と電圧検出器５が接続されている。電圧検出器５で検出
された電機子巻線１ａの出力電圧ｖ_a は、直流発電機１
の磁気回路に残留磁束が存在しない場合にはほぼ直流発
電機の電機子巻線１ａにおける誘起々電圧に等しく、こ
の値は直流発電機の回転数ｎと界磁巻線１ｂの励磁電流
ｉ_f による磁束に比例する。ただし、残留磁束が存在す
る場合にはこの値が加算される。

【００３５】したがって、出力電圧ｖ_a を零とするため
には、図１２に示すように残留磁束に基づく誘起々電圧
を励磁電流ｉ_f による磁束に基づく誘起々電圧によって
打ち消すことになる。

【００３６】６は制御回路（負荷電流減少手段）であ
り、ＡＣ／ＤＣコンバータ６ａ、制御回路６ｂを有す
る。７は遮断器３を開極するための指令回路であり、予
め設定された時間ｔ３にＯＮとなる信号Ｓｂｒによって
開極動作を開始する。

【００３７】この発明の目的の電流零制御を行うために
は、制御系，電流検出器の精度やこれらに内在するオフ
セットの関係で電流設定零でも実際には正負両極性の電
源電圧を必要とする。また。直流発電機の磁気回路に残
留磁束が存在する時には、これに伴う正負両極性が予想
される誘起々電圧を打ち消すための電圧を発生させる必
要があり、正負両極性の界磁電流を要求される。

【００３８】そのため、ＡＣ／ＤＣコンバータ６ａとし
ては、二組のブリッジ回路を逆並列接続した正負両極性
の電圧および電流を供給できる４象限コンバータ方式が
用いられる。制御回路６ｂはフィードバック制御された
電圧検出器５の出力電圧ｖ_aと減算する加算器１６、こ
の加算器１６の出力電圧を制御する電圧コントローラ
（電圧制御手段）１７、この電圧コントローラ１７の出
力電圧を電圧検出器１８で検出された励磁電圧ｖ_f と減
算する加算器１９、この加算器１９の出力電圧をＡＣ／
ＤＣコンバータ６ａに供給する界磁電圧コントローラ２
０を備えている。

【００３９】制御回路６ｂは上記の構成によってＡＣ／
ＤＣコンバータ６ａを制御し、界磁巻線１ｂに励磁電圧
ｖ_f を供給するものであり、制御特性に関連したゲイン
や位相を調整できる伝達特性を有する。当然ながら最大
励磁電圧ｖ_fmaxや最大負荷電圧ｖ_cmaxに関連する最大励
磁電流ｉ_fmaxなどを規定するリミッタ等が含まれてい
る。

【００４０】次に前記図９の波形図を参照して動作を説
明する。本実施の形態２は、一定の通電信号期間だけ負
荷電圧設定値Ｖ_ar＝Ｖ_aoを与え、期間内にＶ_a を設定値
Ｖ_a0に制御するものである。このような矩形波状の設定
信号に対してはｉ_f がＶ_a0に対応するｉ_fmaxに達するま
ではＶ_f ＝Ｖ_fmaxのＶ_f 一定制御によりｉ_f を上昇させ
る。Ｖ_a ＝Ｖ_a0に到達後Ｖ_a0をキープする。一方負荷電
流は例えばＬ_c −ｒ_c直列負荷の場合では回路時定数に
したがってＶ_a より遅れて立ち上がり定常値ではＩ_co＝
Ｖ_a0／ｒ_c に至る。この間フライホールの蓄積エネルギ
ーが供給されると共に直流発電機の回転数ｎは減少す
る。通電信号ＯＮ期間終了後ｔ＝ｔ₁ 〜ｔ₂ に亘り電圧
設定値Ｖ_ar＝０として電圧零制御を行う。前述の電圧立
ち上げ時と異なりＶ_ar−Ｖ_a の極性が負となるため、立
ち上げ時とは逆にＶ_f ＝−Ｖ_fmaxを経てＶ_a は零に向か
って急減する。その結果は負荷の回路時定数にしたがっ
て零に向かって減衰する。この時の電圧零制御時のＶ_a
の値は前述した制御系、電圧検出器の精度やこれらに内
在するオフセットの関係で電圧設定零でも実際には電流
を生じる。図９に示されるようにこの値をｖ_aoと置く。
その結果、ｉ_c0＝ｖ_ao／ｒ_c となる。

【００４１】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示す構成図であり、前記図１と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態は、大
電流かつ大遮断回数の要求に対応するためになされたも
ので、図３において図１と異なる部分を示すと、図１の
電圧検出器５が高レンジ電圧検出器２１と低レンジ電圧
検出器２２とに分けられ、その高レンジ電圧検出器２１
の出力電圧を入力とする加算器１６とその出力を入力と
する電圧コントローラ１７および低レンジ電圧検出器２
２の出力電圧を入力とする加算器２５とその出力を入力
とする低レンジ電圧コントローラ２６が設けられ、これ
らは図１０に示すｔ＜ｔ₂ ，t ≧ｔ₂ でスイッチ１５の
切替で使い分けられている。そして、基準値（図示例は
０）と逆極性で加算する加算器２５に対する低レンジ電
圧検出器２２の出力路にリミッタ２３を設けて低レンジ
電圧検出器用リミッタ２４を構成している。このリミッ
タ２３の特性は、例えば零電圧制御に必要な電圧範囲Ｖ
_ic＞Ｖ_i ＞−Ｖ_imのときＶ₀ ＝ＫＶ_i （Ｋ：比例定
数），範囲外のＶ_i ＞Ｖ_imのときＶ₀ ＝ＫＶ_im，Ｖ_i ＜
−Ｖ_imのときＶ₀ ＝ＫＶ_imとなる。例えばＶ_imを１０Ｖ
程度に選ぶ。その結果Ｖ_a はＶ_a0からより小さいＶ_a00
に変化し電流はｉ_c ＝ｉ_c00 ＋（ｉ_c0−ｉ_coo ）ｅ−
（ｒ_c ／Ｌ_c ）ｔにしたがって、ｉ_c0から負荷の時定数
Ｌ_c ／ｒ_c にしたがって、ｉ_c00 減衰して至る。

【００４２】次に図１０の波形図を参照して動作を説明
する。本実施の形態３は、特に、大電流かつ大遮断回数
なる要求に対応するためになされたものである。例えば
定格１ＫＶ，１０ＫＡクラス（したがってｒ_c は０．１
Ωクラス、５０００〜１００００回の遮断回数をガス遮
断器によって実現するためには開極開始時の電極を１０
Ａ程度（定格の０．１％）まで絞り込むことが要求され
る。しかしながらこのような場合を図１のような方式に
より実現する場合定格１０ＫＶ〜０．１Ｖ（１００００
倍）の広レンジの電圧検出器が必要となり１台で実現す
ることが難しく、本来の定格負荷電圧をフルレンジとし
た場合、精度良く電圧零制御を行うことは難しい。そこ
で開極可能な条件の判定の指標となる電圧零制御用電圧
検出器として対象となる電圧範囲のみ正確に検出できる
低レンジ電圧検出器２２を設けるとともに電圧コントロ
ーラも必要に応じて電圧零制御にのみ最適な伝達特性を
設定しうる低レンジ電圧コントローラ２６を設けるもの
である。

【００４３】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示す構成図であり、前記図２に前記図３の大電流
かつ大遮断回数の要求に対応するための構成を付加した
もので、その動作は図２、図３から明らかであるから重
複説明を省略する。

【００４４】実施の形態５．図５はこの発明の実施の形
態５を示す構成図であり、前記図１に電流フィードバッ
ク系を付加したものである。図１と同一部分には同一符
号を付して重複説明を省略した。図において、４は負荷
電流を検出する負荷電流検出器、１３は電圧コントロー
ラ１７の出力値と負荷電流検出器４の出力値を逆極性で
加算する加算器（電流制御手段）である。

【００４５】次に図９を参照しながら動作を説明する。
本実施の形態５は一定の通電信号期間だけ負荷電圧設定
値Ｖ_ar＝Ｖ_a0を与え、期間内にＶ_a を設定値Ｖ_a0に制御
するものである。このような矩形波状の設定信号に対し
ては電力増幅器はＶ_ao−Ｖ_aを入力としてこれが零にな
るようにフィードバック制御する。そのため、Ｖ_a は零
から増加してＶ_a0に到達後Ｖ_a0をキープする。電源投入
時電流が過渡的に大きくなる場合に対処して電流検出器
から電流をフィードバックしてリミッタ値以上にならな
いようにした場合を示す（電源は一般にこのようなシス
テムが多い）。その結果として、電流がリミットされて
いる時Ｖ_a はこの間Ｖ_ao以下になり、過渡状態を過ぎた
後Ｖ_aoに達する。負荷電流は定常値ではＩ_co＝Ｖ_a0／ｒ
_c に至る。通電信号ＯＮ期間終了後ｔ＝ｔ₁ 〜ｔ₂ に亘
り電圧設定値Ｖ_ar＝０として電圧零制御を行う。前述の
電圧立ち上げ時と異なりＶ_ar−Ｖ_a0＝Ｖ_a0と極性が負と
なるため、Ｖ_a はＶ_a0から零に向かって急減する。その
結果は負荷の回路時定数にしたがって零に向かって減衰
する。この時の電圧零制御時のＶ_a の値は前述した制御
系、電圧検出器の精度やこれらに内在するオフセットの
関係で電圧設定零でも実際には電流を生じる。図９に示
されるようにこの値をＶ_a と置く。その結果、ｉ_c0＝Ｖ
_ao／ｒ_c となる。

【００４６】実施の形態６．図６はこの発明の実施の形
態６を示す構成図であり、前記図２に前記図５の電流フ
ィードバック系を付加したものである。次に図９を参照
しながら動作を説明する。本実施の形態６は、一定の通
電信号期間だけ負荷電圧設定値Ｖ_ar＝Ｖ_aoを与え、期間
内にＶ_a を設定値Ｖ_a0に制御するものである。このよう
な矩形波状の設定信号に対してはｉ_f がＶ_a0に対応する
ｉ_fmaxに達するまではＶ_f ＝Ｖ_fmaxのＶ_f 一定制御によ
りｉ_f を上昇させる。Ｖ_a＝Ｖ_a0 に到達後Ｖ_a0 をキー
プする。一方電流は電源が負荷の容量に比べて余裕がな
い場合や負荷と並列したコンデンサがある場合などで、
電源投入時電流が過渡的に大きくなる場合に対処して電
流検出器から電流をフィードバックしてリミッタ値以上
にならないようにした場合を示す（電源は一般にこのよ
うなシステムが多い）。電流がリミットされている間、
Ｖ_a はＶ_a0以下になり、電流の過渡状態が過ぎたのちＶ
_aoに達する。負荷電流は定常値ではＩ_co＝Ｖ_a0／ｒ_c に
至る。この間フライホールの蓄積エネルギーが供給され
ると共に直流発電機の回転数ｎは減少する。通電信号Ｏ
Ｎ期間終了後ｔ＝ｔ₁〜ｔ₂に亘り電圧設定値Ｖ_ar＝０と
して電圧零制御を行う。前述の電圧立ち上げ時と異なり
Ｖ_ar−Ｖ_a の極性が負となるため、立ち上げ時とは逆に
Ｖ_f＝−Ｖ_fmaxを経てＶ_a は零に向かって急減する。そ
の結果は負荷の回路時定数にしたがって零に向かって減
衰する。この時の電圧零制御時のＶ_a の値は前述した制
御系、電圧検出器の精度やこれらに内在するオフセット
の関係で電圧設定零でも実際には電流を生じる。図９に
示されるようにこの値をｖ_aoと置く。その結果、ｉ_c0＝
ｖ_ao／ｒ_c となる。

【００４７】実施の形態７．図７はこの発明の実施の形
態７を示す構成図であり、前記図３，図５の構成を組合
せたもので、図３，図５と同一部分には同一符号を付
し、その動作は両図から明らかであるから説明を省略す
る。

【００４８】実施の形態８．図８はこの発明の実施の形
態８を示す構成図であり、前記図４，図６の構成を組合
せたもので、図４，図６と同一部分には同一符号を付
し、その動作は両図から明らかであるから説明を省略す
る。

【００４９】実施の形態９．図１１はこの発明の実施の
形態９を示す構成図であり、前記図２の制御回路６ｂの
入力側に外部から与えられる負荷電流設定値ｉ_crと負荷
電流検出器４の出力値とを逆極性で加算器１３と、この
加算器１３の出力を制御する電流コントローラ（電流制
御手段）１４と、この電流コントローラ１４の出力値と
基準設定値（図示例は無し）を切替え選択するスイッチ
１５を備えたものである。図１２は電圧検出器の出力電
圧を零とするための説明図、図１３はこの実施の形態９
における動作説明図、図１４は図１３の内、電流零制御
時および遮断器開極時を拡大した動作説明図である。

【００５０】次に図１３，図１４を参照しながら本実施
の形態９の動作を説明する。この実施の形態は一定の通
電信号期間だけ負荷電流設定値ｉ_cr＝ｉ_coを与え、期間
内に負荷電流ｉ_c を設定値ｉ_coに制御するものである。
このような矩形波状の設定信号に対しては励磁電流ｉ_f
が最大負荷電圧Ｖ_cmaxに対応する最大励磁電流ｉ_fmaxに
達するまでは励磁電圧Ｖ_f ＝最大励磁電圧Ｖ_fmaxの励磁
電圧Ｖ_f 一定制御により励磁電流ｉ_f を上昇させる。

【００５１】その後負荷電圧ｖ_c ＝大負荷電圧ｖ_cmaxの
負荷電圧ｖ_c 一定制御により負荷電流ｉ_c を最大負荷電
流ｉ_cmax＝最大負荷電圧ｖ_cmax／ｒ_c （ｒ_c ：負荷抵
抗）に向けて上昇させ設定値Ｉ_c に近づくと負荷電流ｉ
_c 一定制御に入る。この間フライホールの蓄積エネルギ
ーが供給されると共に、直流発電機の回転数ｎは減少す
る。通電信号ｏｎ期間終了後ｔ＝ｔ₁ 〜ｔ₂ に亘り電流
設定値ｉ_rc＝０として電流零制御を行う。

【００５２】前述の電流立ち上げ時と異なり電流設定値
ｉ_cr−負荷電流ｉ_c の極性が負となるため、立ち上げ時
とは逆に励磁電圧ｖ_f ＝−最大励磁電圧ｖ_fmax，負荷電
圧ｖ_c ＝−最大負荷電圧ｖ_cmaxおよび負荷電流ｉ_c ＝０
一定制御を経て一定期間Ｔ後の負荷電流ｉ_c が開極可能
な値において、遮断器３を開極開始する。

【００５３】負荷電圧ｖ_c ＝−最大負荷電圧ｖ_cmaxおい
ては負荷電流ｉ_c ＝最大負荷電流−ｉ_cmaxに向けて急速
に減少し零を越えて負になった後零に収束する。この時
の零制御時の負荷電流ｉ_c の値は前述した制御系、電流
検出器の精度やこれらに内在するオフセットの関係で電
流設定零でも実際には電流を生じる。図９に示されるよ
うにこの値をｉ_c0と置く。

【００５４】その後ｔ＝ｔ₁ において、不図示のタイマ
信号によって制御回路６ｂの切り替えスイッチ１５の接
点Ｓ１を接点Ｓ２に切り替えて電流零制御から電圧零制
御に変化させる。その結果、これまで電流制御の結果と
してｖ_a0＝ｒ_cxic0 と決まった電圧が電圧零制御の結果
に変化する。この値をｖ_a ＝ｖ_a00 とし、ｉ_c0＞ｖ_a0 ₀
／ｒ_c と仮定すると、ｖ_a00 ／ｒ_c ＝ｉ_c00 に向けて時
定数Ｌ_c ／ｒ_c で自然減衰する。

【００５５】逆にｉ_c0＜ｖ_a00 ／ｒ_c の場合にはｖ_a00
／ｒ_c に向けて時定数Ｌ_c ／ｒ_c で増加する。いずれに
してもその後ｔ＝ｔ₃ において遮断器３を開極すると、
アーク電圧がｖ_br＝−Ｅｖ（ｔ−ｔ₃ ）「Ｅ：単位時間
当りのアーク電界強度（ｖ／ｍ）、ｖ：開極速度（ｍ／
ｓ）」と直線的に変化し、Ｌ_c ｄ_i ／ｄ_t ＝−ｖ_br＝−
Ｅｖ（ｔ−ｔ₃ ）（Ｖ）を解くと、ｉ_c ＝ｉ_c00 −
（０．５Ｅ_v ／Ｌ_c ）・（ｔ−ｔ₃ ）２とｔ₃ からの経
過時間の２乗に比例して減少し、ｔ＝√（２Ｌ_ci_co _o ／
Ｅ_v ）ｓｅｃ後にｉ_c ＝０となる。

【００５６】このように、遮断器を開動作とする目的
で、その直前、本来出力電圧制御を行うために用いられ
る電圧検出器を兼用して目標電圧零制御させて、間接的
に目標電流零制御を行い、負荷電流を開動作可能なレベ
ルまで減少させる。

【００５７】なお、時間ｔ₃ 以前の電流零制御期間にお
いて、ｉ_c0が開極可能な値であっても一定電流制御され
ているため、開極を強行した場合は発生したアーク電圧
分を補償する形で定電流を流し続けるため、この状態で
は電流をｏｆｆに出来ない。

【００５８】以上のような直流発電機式の直流電源につ
いて、この発明の遮断方法を適用した実施の形態を示し
たが、この発明は、最終的に電圧零制御を行い、開極動
作直前に電流が開極可能なレベルにまで絞られることが
ポイントであり、その前の電流立ち上げの方法、通電時
の制御方法、立ち下げの方法（回生制御の有無など）等
に依存しないことはいう迄もない。

【００５９】さらに、上記直流発電機はフライホール付
き直流発電機の蓄積エネルギーを利用する場合を示した
が、発電終了後の加速方法については言及していない。
その加速方法としては、電動機Ｍ−発電機Ｇセットとし
て電動機駆動する方法や、発電電動機として発電機を電
動機運転して加速し、エネルギーを蓄積する方法等が挙
げられる。またフライホール付きとし、発電時それを放
出する場合においては駆動、発電が繰り返され、発電終
了後に遮断が必要のため、特にこの発明は有効である。
しかし、この発明はこのような用途に限定されず、電動
機Ｍ−発電機Ｇセットとして常に電動機からエネルギー
を与えながら連続的に発電する用途の遮断においても適
用されるのはいう迄もない。

【００６０】実施の形態１０．図１５はこの発明の実施
の形態１０を示す構成図であり、前記実施の形態１を示
す図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略
する。図において、２１は高レンジ電圧検出器、２２は
低レンジ電圧検出器、２３は低電圧検出器用のリミッタ
とで構成した低レンジ電圧検出用のリミッタ、２５は零
電圧と低レンジ電圧検出器用のリミッタ２３の出力電圧
を減算する減算器、２６は減算器２５の出力信号を制御
する低レンジ電圧コントローラである。これらはそれぞ
れ図１３および図１４に示すｔ＜ｔ₂ ，ｔ≧ｔ₂ で使い
分けられている。

【００６１】この発明は特に、大電流かつ大遮断回数な
る要求に対応するためになされたものである。例えば定
格１ｋｖ，１０ｋａクラス（したがってｒ_c は０．１Ω
クラス、５０００〜１００００回の遮断回数をガス遮断
器によって実現するためには開極開始時の電流を１０Ａ
程度（定格の０．１％）まで絞り込むことが要求され
る。しかしながらこのような場合を図１１のような方法
により実現することは、定格１０ｋｖ〜０．１ｖ（１０
０００倍）の広レンジの電圧検出器が必要となり、１台
で実現することが難しく、本来の定格負荷電圧をフルレ
ンジとした場合、精度良く電圧零制御を行うことは難し
い。

【００６２】そこで、開極可能な条件の判定の指標とな
る電圧零制御用電圧検出器として、対象となる電圧範囲
のみ正確に検出できる低レンジ電圧検出器２２を設ける
とともに、電圧コントローラも必要に応じて電圧零制御
にのみ最適な伝達特性を設定し得る低レンジ電圧コント
ローラ２６を設けるものである。

【００６３】低レンジ電圧検出器２２の特性は、例えば
零電圧制御に必要な電圧範囲ｖ_im＞ｖ_i ＞−ｖ_imのとき
ｖ_o ＝ｋｖｉ（ｋ：比例定数）、範囲外のｖ_i ＞ｖ_imの
ときｖ_o ＝ｋｖｉｍ，ｖ_i ＜−ｖ_imのとき、ｖ_o ＝−ｋ
ｖｉｍのようなリミッタであり、例えばｖｉｍを１０ｖ
程度に選ぶ。

【００６４】実施の形態１１．図１６は図１５に示した
低レンジ電圧検出器２２のリミッタの具体的構成図を示
したもので、リミッタ値をツェナーダイオード（定電圧
素子）２７ａ，２７ｂを逆方向に直列接続することで実
現している。２８は入力抵抗（抵抗値ri）、２９は出力
増幅器であり、図では増幅率１の例を示しているが任意
のケースが考えられる。ｒ_o は図１６では出力増幅器２
９の入力抵抗として示しているが、ツェナーダイオード
２７ａ、２７ｂの内部抵抗やこれと並列して挿入する場
合も含めて、ツェナーダイオード２７ａ、２７ｂに並列
接続される回路の出力抵抗である。

【００６５】図１７は図１６の入出力特性であり、同図
ａはｒ_o →∞、同図ｂはｒ_o が有限の場合である。ｒ_o
が有限の場合の特性を第４図と比較すると、ｖ_im＝
（（ｒ_i＋ｒ_o ）／ｒ_o ）Ｅ_z ，ｖ_o ＝Ｅ_z したがっ
て、ｋ＝ｒ_o ／（ｒ_i +ｒ_o ）の関係がある。

【００６６】ここで、ｖ_i がコイル電圧ｖc であるとす
る。ｖ_i ＝ｖ_cmaxのとき、抵抗ｒ_iおよびツェナーダイ
オードを流れる電流はそれぞれＩ₁ およびi_zとすると、ｉ₁ ＝（Ｖ_cmax. −Ｅ_z ）／ｒ₁ ｉ_z ＝ｉ₁ −Ｅ_z ／ｒ_o で表わされる。そこでの電力損失はそれぞれＰ_i ＝ｒ₁ ｉ₁ ²＝（ｖ_cmax. −Ｅ_z）２／ｒ₁ Ｐ_z ＝Ｅ_zi_z と表わされる。

【００６７】検出器の設計の要点としてはＰ_i ，Ｐ_z 精
度を小さく押さえながら感度に影響するｋを大きく設定
できることにあり、そのためにはｒ₁ を大きく出来るよ
うに出力抵抗ｒ_o を大きくすること、すなわち入力イン
ピーダンスが大きい出力増幅器２９や漏れ抵抗の大きい
ツェナーダイオード２７ａ，２７ｂを選ぶ必要がある。

【００６８】実施の形態１２．図１８はこの発明の実施
の形態１２を示す構成図であり、前記実施の形態９を示
す図１１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。本実施の形態１２においては、同軸の回転子４
台（同一の仕様）が直流発電機群Ａ，Ｂとして直並列接
続されている。また、それぞれ電機子巻線１ａ−１，１
ａ−２の直列回路３０および電機子巻線１ａ−３，１ａ
−４の直列回路４０に給電するため、直列接続した励磁
巻線１ｂ−１，１ｂ−２，または１ｂ−３，１ｂ−４に
２台のＡＣ／ＤＣコンバータ６ａ−１，６ａ−２が並列
接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ６ａ−１，６ａ
−２は基本的には前記図１１および前記図１５に使用し
たものと同じであるが、必要に応じて、上記二組の直列
発電機の電流バランスをとるために、制御回路６ｂ−
１，６ｂ−２にＣＢ３１−１，３１−２が設けられ電機
子電流ｉ₁ と同ｉ₂ の差を補償するような極性でフィー
ドバック制御することができる。

【００６９】実施の形態１３．図１９はこの発明の実施
の形態１３を示す構成図であり、前記実施の形態１２を
示す図１８と同一部分には同一符号を付して重複説明を
省略する。本実施の形態１３によれば、界磁電流が４台
の直流発電機の構造が同じであればつねに正極側発電機
の出力電圧においてｖ_a1＝ｖ_a3、負極側の発電機の出力
電圧においてｖ_a2＝ｖ_a4が成立する。したがって、並列
接続された直列発電機グループは２組のそれぞれの電流
ｉ₁ ，ｉ₂ が平衡し易いという特長がある。ただし出力
電圧ｖ_a1，ｖ_a3あるいは出力電圧ｖ_a2，ｖ_a4を平衡させ
るためには必要に応じ、上記正極側、負極側それぞれの
電圧差をなくするような極性に、制御回路６ｂ−１，６
ｂ−２、ＡＣ／ＤＣコンバータ６ａ−１，６ａ−２を介
してフィードバック制御することが考えられる。

【００７０】本実施の形態１３においては、出力の電圧
零制御は、図１９に示すようにＡＣ／ＤＣコンバータ６
ａ−１による界磁電圧ｖ_f2を零とし，ＡＣ／ＤＣコンバ
ータ６ａ−１のみで行われる。図２０は本実施の形態１
３による電圧零制御の原理を示す等価回路図を示す。ま
た、図２１にｉ_f1と並列接続する直列ＤＣＧブロックそ
れぞれにおける誘起々電圧ｅ_t1，ｅ_t3の関係を表わす。
ｅ_t1，ｅ_t3はｉ_f1に比例する線形項と残留磁気などに起
因する制御系では外乱と考えられる項に分けられる。こ
の制御はこの外乱による電圧をｉ_f1に比例する線形項に
よってキャンセルしようとするものである。図６より次
式が成り立つ。ｅ_ti−（ｒ_a1＋ｒ_a2）ｉ₁＝ｅ_t3−（ｒ_a3＋ｒ_a4）ｉ₂
＝ｒ_c（ｉ₁＋ｉ₂）＝ｖ_c ｉ₁ ＝｛（ｒ_c＋ｒ_a3＋ｒ_a4）ｅ_ti−ｒ_cｅ_t3｝／ｒ_x ² ｉ₂ ＝｛−ｒ_cｅ_t1（ｒ_c＋ｒ_a1＋ｒ_a2）ｅ_t3｝／ｒ_x ² ただしｒ_x ²＝（ｒ_c＋ｒ_a1＋ｒ_a2）（ｒ_c＋ｒ_a3＋
ｒ_a4）−ｒ_c ² ここで、ｖ_c＝ｒ_c｛（ｒ_a3＋ｒ_a4）ｅ_t1＋（ｒ_a1＋ｒ
_a2）ｅ_t3｝／ｒ_x ²＝０の条件を求めると（ｒ_a3＋ｒ_a4）ｅ_t1＋（ｒ_a1＋ｒ_a2）ｅ_t3＝０が成り立つ。説明を簡単にするためｒ_a1＝ｒ_a2＝ｒ_a3＝ｒ_a4≡ｒ_aとおくとｅ_t3＝−ｅ_t1≡
ｅ_t0 ｉ_loop＝ｉ₁ −ｉ₂＝｛（２ｒ_c＋ｒ_3a＋ｒ_4a）ｅ_t1−
（２ｒ_c＋ｒ_1a＋ｒ_2a）ｅ_t2｝／ｒ_x ²＝ｅ_t0／｛２（ｒ
_c＋ｒ_a）｝が得られる。図７からも明らかなようにｅ_t3＝−ｅ_t1≡
ｅ_t0が成り立つような界磁電流ｉ_f1＝ｉ_f0が一義的に決
まり電圧零制御できることが示される。以上、実施の形
態１２，１３構成によれば、単一の直流発電機を複数台
接続して、大容量化を図ることができる。

【００７１】実施の形態１４．図２２はこの発明の実施
の形態１４を示す要部の回路図であり、前記図１９の実
施の形態と異なる点は、並列した二組の直列発電機の電
機子巻線１ａ−１，１ａ−２，１ａ−３，１ａ−４の何
れか一方の接続順を変えた構成である。各発電機の界磁
電流が変わらないため、それら界磁巻線の出力電圧も同
様で両者に差がないため、動作は前記図１９に示す実施
の形態１３と全く同じとなる。

【００７２】実施の形態１５．図２３はこの発明の実施
の形態１５を示す構成図であり、以上の実施の形態では
予め設定された時間ｔ₂ において、信号Ｓｂｒがｏｆｆ
からｏｎに変わった時に開極を開始する例を示したが、
この発明は電圧コンパレータ３３によってコイル電圧が
開極可能な電流ｉ_lim に対応した限界の電圧ｖ_lim （負
荷抵抗をｒ_c とするとｖ_lim ＝ｒ_rcx ｉ_lim ）以下であ
ることを確認して、上記信号Ｓｂｒと電圧コンパレータ
３３の出力とをアンドゲート３４に入力し、このアンド
ゲート３４から指令回路７に開極指令を与えるものであ
る。

【００７３】実施の形態１６．図２４はこの発明の実施
の形態１６を示す構成図である。遮断器３の開極開始
後、電流遮断の途中で陰極点が安定に維持される電流値
以下に電流が低下すると、アークが不安定になって電流
裁断現象を生じ、本来の電流零点以前に電流が遮断され
ることがある。負荷２が直列で並列にキャパシタンスＣ
がないと、原理的には電流裁断時の電流値によらず無限
大のを生じることになる。キャパシタンスＣがある場合
に負荷２のコイルＬに発生する電圧は抵抗分を無視する
と、 ◎

【数３】と大きさがＬ／Ｃの平方根に比例する減衰振動を生じ、
大きな影響を及ぼす場合がある。この振動は遮断器３を
境に負荷側と電源側の双方に生じる。特に負荷側のコイ
ルＬが大きい場合、負荷側に大きいサージ電圧を生じ
る。電源側は発電機の電機子巻線のＬが影響する。キャ
パシタンスＣとしてはサージアブゾーバとして負荷およ
び電源側に挿入された値やケーブルと対地間のキャパシ
タンスの総和が影響する。このようなサージ電圧を抑制
するために、本実施の形態１６では目的で正負両方向で
ツェナー特性を有しアレスタとして用いられる酸化亜鉛
（ＺｎＯ）素子やツェナーダイオードを逆方向に直列接
続した双方向制御素子９，１０を負荷２および電機子巻
線１ａ側の遮断器近傍に接続したものである。なお、前
述の電圧コンパレータと組み合わせて万一、ｉ_lim 以上
でチョッピングが起こってもサージ電流を吸収できるよ
うにすれば極めて信頼性の高い遮断装置が実現できる。

【００７４】実施の形態１７．図２５は実施の形態１７
を示す要部の構成図であり、制御回路６ｂの電流コント
ローラ１４の後段にリミッタ３５を設け、このリミッタ
３５を制御する制御回路３６を備えたものである。図２
６は本実施の形態の動作説明図であり、立ち上がり時の
速度と安定性に関係する定常電圧に対する立ち上げ電圧
比αおよび立ち下げの速度と収束速度に関係する定常電
圧に対する立ち下げ時の電圧比βを可変とし最適調整可
能とする。また、設定された電圧比αおよび電圧比βを
電流設定値Ｉcrに比例させて電流設定値にかかわらず常
に電流の応答波形が相似形とする。

【００７５】実施の形態１８．図２７は実施の形態１８
を示す構成図、図２８はその動作説明図である。本実施
の形態は電機子巻線１ａに一定の界磁電流を与え、負荷
２に給電することで直流発電機を制動させるものであ
る。この直流発電機の時間当りの回転数の減少の仕方
は、界磁電流（ｖｃ０／初期回転数）が一定（この場
合、下記ｋ一定となる）の基準を境にそれ以上では振動
的、以下では単純な減衰特性となる。直流発電機ではブ
ラシが整流子に対して垂直でないものがあり、一定方向
のみ回転が望ましい。いま、負荷インダクタンスＬ_c
（Ｈ），負荷抵抗ｒ_c （Ω），発電機のＧＤ²（ｋｇ−
ｍ２），負荷電圧ｖ_c （Ｖ）／回転数ｎ（ｒｐｍ）＝ｋ
（一定）とすれば、発電機が安定に停止するための範囲
を ◎

【数４】と設定することを特長とする。界磁電流ｋ一定で直流発
電機が複数台同軸に配された場合、電機子巻線や界磁巻
線の直並列に係わらず、直流発電機一台あたりについ
て、上記関係が成り立てばよい。なお、ＧＤ² について
は全体のＧＤ² を直結台数で割った一台当りの数値をと
る。

【００７６】実施の形態１９．図２９はこの発明の実施
の形態１９を示す回路図であり、前記図３，図４，図
７，図８，図１５の各実施の形態では、高レンジ電圧検
出器２１と低レンジ電圧検出器２２は常時、直流電源１
の出力端子間に接続されているが、本実施の形態１９で
は、切り換えスイッチ３７によって高レンジ電圧検出器
２１と低レンジ電圧検出器２２を選択的に直流電源１の
出力端子間に接続したものである。本実施の形態では高
レンジ電圧検出器２１の使用時、低レンジ検出器２２の
接点間に高電圧が印加されることや、接点に起因して寿
命が短くなるが、高，低レンジ電圧検出器を必要な時だ
け、選択的に使用できるメリットがある。なお、この切
り換えスイッチ３７は、制御回路６ｂの切り換えスイッ
チと連動して切り換えが行われる。

【００７７】遮断機を介して負荷に直流電流を供給する
直流電源装置は、その遮断機の遮断のために、上記各実
施の形態のいずれかの直流遮断装置を用いて構成する。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、少なくとも出力電圧を可変可能な直流電源と負荷
との間に接続した遮断器を開動作させる直前に目標電圧
零制御し、間接的に目標電流零制御を行なって負荷電流
を開極可能なレベルまで減少させるように構成したの
で、負荷電流を打ち消して電流零点を発生すべきコンデ
ンサあるいは該コンデンサを充電すべき電源装置等を必
要とすることなく、また、遮断器の電極間にアークプラ
ズマを発生させることなく、簡単なシステム構成で安価
に得ることができる効果がある。

【００７９】請求項２記載の発明によれば、少なくとも
直流発電機と負荷との間に接続した遮断器を開動作させ
る直前に目標電圧零制御し、間接的に目標電流零制御を
行なって前記負荷電流を開極可能なレベルまで減少させ
るように構成したので、簡単なシステム構成とし、安価
に得ることができる効果がある。

【００８０】請求項３記載の発明によれば、外部から与
えられる基準電圧設定値と直流電源の出力電圧を検出す
る電圧検出器の出力値および負荷電流検出器の出力値に
より、遮断器を開動作させる直前に目標電圧零制御し、
間接的に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を開極
可能なレベルまで減少させるように構成したので、簡単
なシステム構成とし、安価に得ることができる効果があ
る。

【００８１】請求項４記載の発明によれば、外部から与
えられる基準電圧設定値と直流電源の出力電圧を検出す
る電圧検出器の出力値および負荷電流検出器の出力値に
より、遮断器を開動作させる直前に目標電圧零制御し、
間接的に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を開極
可能なレベルまで減少させるように構成したので、簡単
なシステム構成とし、安価に得ることができる効果があ
る。

【００８２】請求項５記載の発明によれば、出力電圧を
可変可能な直流電源と負荷との間に接続した遮断器と、
外部から与えられた電流設定値と前記負荷電流検出器の
出力値とを互いに逆極性で加算して前記負荷電流を制御
する電流制御手段と、基準電圧値と前記電圧検出手段の
出力値とを互いに逆極性で加算して前記直流電源の出力
電圧を制御する電圧制御手段とを備え、負荷電流減少手
段は前記遮断器を開動作させる直前に、前記電流制御手
段を前記電圧制御手段に切り替えて目標電圧零制御さ
せ、間接的に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を
開極可能なレベルまで減少させるように構成したので、
負荷電流を打ち消して電流零点を発生すべきコンデンサ
あるいは該コンデンサを充電すべき電源装置等を必要と
することなく、また、遮断器の電極間にアークプラズマ
を発生させることなく遮断器を迅速に遮断することがで
きる効果がある。

【００８３】請求項６記載の発明によれば、直流発電機
と負荷との間に接続した遮断器と、外部から与えられた
電流設定値と前記負荷電流検出器の出力値とを互いに逆
極性で加算して前記直流発電機の界磁電流を制御する電
流制御手段と、基準電圧値と前記電圧検出手段の出力値
とを互いに逆極性で加算して前記界磁電流を制御する電
圧制御手段とを備え、負荷電流減少手段は前記遮断器を
開動作させる直前に、前記電流制御手段を前記電圧制御
手段に切り替えて目標電圧零制御させ、間接的に目標電
流零制御を行なって前記負荷電流を開極可能なレベルま
で減少させる用に構成したので、負荷電流を打ち消して
電流零点を発生すべきコンデンサあるいは該コンデンサ
を充電すべき電源装置等を必要とすることなく、また、
遮断器の電極間にアークプラズマを発生させることなく
遮断器を迅速に遮断することができる効果がある。

【００８４】請求項７記載の発明によれば、電流制御手
段から電圧制御手段への切り替えを、外部からのタイマ
信号によって行うように構成したので、切り替え信号の
発生が容易である効果がある。

【００８５】請求項８記載の発明によれば、出力電圧を
検出する低レンジ電圧検出器を電圧制御手段に設けるよ
うに構成したので、電圧検出を正確に行うことができる
ため、信頼性の向上と遮断器の長寿命化が図れる効果が
ある。

【００８６】請求項９記載の発明によれば、負荷電流検
出器の出力信号が基準設定値より小さくなった時の信号
を、電流制御手段から電圧制御手段への切り替え信号と
するように構成したので、切替を正確に行うことができ
るため、信頼性の向上と遮断器の長寿命化が図れるとの
ことができる効果がある。

【００８７】請求項１０記載の発明によれば、低レンジ
電圧検出器の出力を、電流制御手段から電圧制御手段へ
の切り替え信号とするように構成したので、切替を正確
に行うことができる効果がある。

【００８８】請求項１１記載の発明によれば、低レンジ
電圧検出器は、直列接続された抵抗器と定電圧素子およ
び該定電圧素子と並列接続した電圧測定回路とで構成す
るようにしたので、一般的な回路部品で容易にかつ安価
に得られる。また、調整が容易である効果がある。

【００８９】請求項１２記載の発明によれば、並列に接
続した２以上の直流発電機群と負荷との間に接続した遮
断器と、外部から与えられた電流設定値と前記各群負荷
電流検出器の出力値とを互いに逆極性で加算して前記直
流発電機群の界磁電流を制御する各群電流制御手段と、
基準電圧値と前記電圧検出手段の出力値とを互いに逆極
性で加算して前記直流発電機群の界磁電流を制御する各
群電圧制御手段とを備え、各群負荷電流減少手段前記遮
断器を開動作させる直前に、前記各群電流制御手段を前
記各群電圧制御手段に切り替えて目標電圧零制御させ、
間接的に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を開極
可能なレベルまで減少させるように構成したので、負荷
に見合った電源容量を選択できる、また、発電機１台以
上の大容量の直流電源を容易に実現できる効果がある。

【００９０】請求項１３記載の発明によれば、並列に接
続した２以上の直流発電機群の各群から１つずつ選択し
た直流発電機の界磁巻線を直列に接続するように構成し
たので、制御を簡単かつ正確に行うことができる効果が
ある。

【００９１】請求項１４記載の発明によれば、出力電圧
が遮断器の開極可能な電流限界における電圧以下である
ことを確認して指令回路に開極指令を与えるように構成
したので、信頼性の向上、遮断器の寿命を向上できる効
果がある。

【００９２】請求項１５記載の発明によれば、正負両方
向でツェナー特性を有する双方向制御回路を、遮断器の
電源側および負荷側に並列に接続するように構成したの
で、信頼性の向上、遮断器の寿命を向上できる効果があ
る。

【００９３】請求項１６記載の発明によれば、定常電圧
に対する立ち上げ時の電圧比および立ち下げ時の電圧比
を最適調整可能とするリミッタを電流制御手段の後段に
設けるように構成したので、整定時間の短時間化を図
り、遮断器の遮断時間を早くすることができる効果があ
る。

【００９４】請求項１７記載の発明によれば、設定され
た定常電圧に対する立ち上げ時の電圧比および立ち下げ
時の電圧比を、電流設定値に比例させて該電流設定値に
かかわらず常に電流の応答波形が相似形として構成した
ので、電流設定値の大きさに拘らず電流の整定される時
間（定常状態に達する時間）が等しく、例えばプラズマ
の点火時期の設定が容易となる。また、電流零制御開始
後の応答波形が相似であると、電流零制御→電圧零制御
への切り替えのタイミングが取りやすく、結果的に応答
が早くなる効果がある。

【００９５】請求項１８記載の発明によれば、直流発電
機に一定の界磁電流を与え、負荷に給電することで前記
直流発電機を制動させる場合、下記式により、直流発電
機を逆転することなく、安定に停止させることのできる
範囲を決定するように構成したので、発電機を逆転させ
ることなく、短時間に停止することができる効果があ
る。

【００９６】請求項１９記載の発明によれば、直流電源
または直流発電機の入力側の低レベル電圧コントローラ
の切り替えに連動して、前記直流電源または直流発電機
の出力側に低レンジ電圧検出器を接続するように構成し
たので、常時接続による低レンジ電圧検出器の損傷を未
然に防止することができる効果がある。

【００９７】請求項２０記載の発明によれば、直流電源
と負荷との間に接続した遮断器を遮断して直流電流を遮
断するために、請求項１から請求項１９のうちのいずれ
か１項記載の直流遮断装置を用いたので、遮断器を損傷
することなく、迅速に負荷回路を遮断することのできる
直流電源装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図２】この発明の実施の形態２による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図３】この発明の実施の形態３による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図４】この発明の実施の形態４による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図５】この発明の実施の形態５による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図６】この発明の実施の形態６による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図７】この発明の実施の形態７による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図８】この発明の実施の形態８による直流遮断装置
を示す回路図である。

【図９】この発明の実施の形態１、２、５および６の
動作説明図である。

【図１０】この発明の実施の形態３、４、７および８
の動作説明図である。

【図１１】この発明の実施の形態９による直流遮断装
置を示す回路図である。

【図１２】電圧検出器の出力電圧を零とするための説
明図である。

【図１３】この発明の実施の形態９の動作説明図であ
る。

【図１４】図１３の一部の拡大図である。

【図１５】この発明の実施の形態１０による直流遮断
装置を示す回路図である。

【図１６】この発明の実施の形態１１による低レンジ
電圧検出器のリミッタの具体的構成図である。

【図１７】低レンジ電圧検出器のリミッタの動作説明
図である。

【図１８】この発明の実施の形態１２による直流遮断
装置を示す回路図である。

【図１９】この発明の実施の形態１３による直流遮断
装置を示す回路図である。

【図２０】この発明の実施の形態１３による電圧零制
御の原理を示す等価回路図である。

【図２１】その等価回路の動作特性図である。

【図２２】この発明の実施の形態１４による直流遮断
装置を示す要部の回路図である。

【図２３】この発明の実施の形態１５による直流遮断
装置を示す回路図である。

【図２４】この発明の実施の形態１６による直流遮断
装置を示す回路図である。

【図２５】この発明の実施の形態１７による直流遮断
装置を示す要部の回路図である。

【図２６】この発明の実施の形態１７の動作説明図で
ある。

【図２７】この発明の実施の形態１８による直流遮断
装置を示す要部の回路図である。

【図２８】この発明の実施の形態１８の動作説明図で
ある。

【図２９】この発明の実施の形態１９の動作説明図で
ある。

【図３０】従来の直流遮断装置の回路図および動作説
明図である。

【図３１】従来の直流遮断装置の回路図および動作説
明図である。

【図３２】従来の直流遮断装置の回路図および動作説
明図である。

【符号の説明】

１直流電源，直流発電機、１ｂ界磁巻線、２負
荷、３遮断器、４負荷電流検出器、５電圧検出
器、６制御回路（負荷電流減少手段）、７指令回
路、９，１０アレスタ（双方向制御素子）、１３加
算器（電流制御手段）、１４電流コントローラ（電流
制御手段）、１６加算器（電圧制御手段）、１７電
圧コントローラ（電圧制御手段）、２２低レンジ電圧
検出器、２７ａ，２７ｂツェナーダイオード（定電圧
素子）、３３電圧コンパレータ（電圧確認手段）、
Ａ，Ｂ直流発電機群。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも出力電圧を可変可能な直流電
源と負荷との間に接続した遮断器と、前記直流電源の出
力電圧を検出する電圧検出器と、外部から与えられた基
準電圧設定値と前記電圧検出器の出力値とを互いに逆極
性で加算して前記直流電源の出力電圧を制御する電圧制
御手段と、前記遮断器を開動作させる直前に目標電圧零
制御し、間接的に目標電流零制御を行なって前記負荷電
流を開極可能なレベルまで減少させる負荷電流減少手段
とを備えた直流遮断装置。
【請求項２】少なくとも直流発電機と負荷との間に接
続した遮断器と、前記直流発電機の出力電圧を検出する
電圧検出器と、外部から与えられた基準電圧設定値と前
記電圧検出器の出力値とを互いに逆極性で加算して前記
直流発電機の界磁電流を制御する電圧制御手段と、前記
遮断器を開動作させる直前に目標電圧零制御し、間接的
に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を開極可能な
レベルまで減少させる負荷電流減少手段とを備えた直流
遮断装置。
【請求項３】少なくとも出力電圧を可変可能な直流電
源と負荷との間に接続した遮断器と、前記直流電源の出
力電圧を検出する電圧検出器と、外部から与えられた基
準電圧設定値と前記電圧検出器の出力値とを互いに逆極
性で加算して前記直流電源の出力電圧を制御する電圧制
御手段と、前記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検
出器と、前記電圧検出手段の出力値と前記負荷電流検出
器の出力値とを互いに逆極性で加算して目標電流零制御
を行ない、前記負荷電流を開極可能なレベルまで減少さ
せる負荷電流減少手段とを備えた直流遮断装置。
【請求項４】少なくとも直流発電機と負荷との間に接
続した遮断器と、前記直流発電機の出力電圧を検出する
電圧検出器と、外部から与えられた基準電圧設定値と前
記電圧検出手段の出力値とを互いに逆極性で加算して前
記直流発電機の界磁電流を制御する電圧制御手段と、前
記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出器と、前記
電圧検出器の出力値と前記負荷電流検出器の出力値とを
互いに逆極性で加算して目標電流零制御を行ない、前記
負荷電流を開極可能なレベルまで減少させる負荷電流減
少手段とを備えた直流遮断装置。
【請求項５】少なくとも出力電圧を可変可能な直流電
源と負荷との間に接続した遮断器と、前記負荷に流れる
電流を検出する負荷電流検出器と、前記直流電源の出力
電圧を検出する電圧検出器と、外部から与えられた電流
設定値と前記負荷電流検出器の出力値とを互いに逆極性
で加算して前記負荷電流を制御する電流制御手段と、基
準電圧値と前記電圧検出器の出力値とを互いに逆極性で
加算して前記直流電源の出力電圧を制御する電圧制御手
段と、前記遮断器を開動作させる直前に、前記電流制御
手段を前記電圧制御手段に切り替えて目標電圧零制御さ
せ、間接的に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を
開極可能なレベルまで減少させる負荷電流減少手段とを
備えた直流遮断装置。
【請求項６】少なくとも直流発電機と負荷との間に接
続した遮断器と、前記負荷に流れる電流を検出する負荷
電流検出器と、前記直流発電機の出力電圧を検出する電
圧検出器と、外部から与えられた電流設定値と前記負荷
電流検出器の出力値とを互いに逆極性で加算して前記直
流発電機の界磁電流を制御する電流制御手段と、基準電
圧値と前記電圧検出器の出力値とを互いに逆極性で加算
して前記界磁電流を制御する電圧制御手段と、前記遮断
器を開動作させる直前に、前記電流制御手段を前記電圧
制御手段に切り替えて目標電圧零制御させ、間接的に目
標電流零制御を行なって前記負荷電流を開極可能なレベ
ルまで減少させる負荷電流減少手段とを備えた直流遮断
装置。
【請求項７】電流制御手段から電圧制御手段への切り
替えを、外部からのタイマ信号によって行うことを特徴
とする請求項５または請求項６記載の直流遮断装置。
【請求項８】出力電圧を検出する低レンジ電圧検出器
を電圧制御手段に設けたことを特徴とする請求項１から
請求項６記載のうちのいずれか１項記載の直流遮断装
置。
【請求項９】負荷電流検出器の出力信号が基準設定値
より小さくなった時の信号を、電流制御手段から電圧制
御手段への切り替え信号とすることを特徴とする請求項
３から請求項６記載のうちのいずれか１項記載の直流遮
断装置。
【請求項１０】低レンジ電圧検出器の出力を、電流制
御手段から電圧制御手段への切り替え信号とすることを
特徴とする請求項８記載の直流遮断装置。
【請求項１１】低レンジ電圧検出器は、直列接続され
た抵抗器と定電圧素子および該定電圧素子と並列接続し
た電圧測定回路とからなることを特徴とする請求項８記
載の直流遮断装置。
【請求項１２】回転子が同軸上に取り付けられた同一
仕様の直流発電機を直列に接続した直流発電機群と、並
列に接続した２以上の直流発電機群と負荷との間に接続
した遮断器と、前記各直流発電機群から負荷に供給され
る電流を検出する各群負荷電流検出器と、前記直流発電
機群の出力電圧を検出する電圧検出器と、外部から与え
られた電流設定値と前記各群負荷電流検出器の出力値と
を互いに逆極性で加算して前記直流発電機群の界磁電流
を制御する各群電流制御手段と、基準電圧値と前記電圧
検出器の出力値とを互いに逆極性で加算して前記直流発
電機群の界磁電流を制御する各群電圧制御手段と、前記
遮断器を開動作させる直前に、前記各群電流制御手段を
前記各群電圧制御手段に切り替えて目標電圧零制御さ
せ、間接的に目標電流零制御を行なって前記負荷電流を
開極可能なレベルまで減少させる各群負荷電流減少手段
とを備えた直流遮断装置。
【請求項１３】並列に接続した２以上の直流発電機群
の各群から１ずつ選択した直流発電機の界磁巻線を直列
に接続したことを特徴とする請求項１２記載の直流遮断
装置。
【請求項１４】出力電圧が遮断器の開極可能な電流限
界における電圧以下であることを確認して指令回路に開
極指令を与える電圧確認手段を備えたことを特徴とする
請求項１から請求項１３のうちのいずれか１項記載の直
流遮断装置。
【請求項１５】正負両方向でツェナー特性を有する双
方向制御素子を、遮断器の電源側および負荷側に並列に
接続したことを特徴とする請求項１から請求項１４のう
ちのいずれか１項記載の直流遮断装置。
【請求項１６】定常電圧に対する立ち上げ時の電圧比
および立ち下げ時の電圧比を最適調整可能とするリミッ
タを電流制御手段の後段に設けたことを特徴とする請求
項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の直流遮
断装置。
【請求項１７】設定された定常電圧に対する立ち上げ
時の電圧比および立ち下げ時の電圧比を、電流設定値に
比例させて該電流設定値にかかわらず常に電流の応答波
形が相似形であることを特徴とする請求項１６記載の直
流遮断装置。
【請求項１８】直流発電機に一定の界磁電流を与え、
負荷に給電することで前記直流発電機を制動させる場
合、負荷インダクタンスＬ_c （Ｈ），負荷抵抗ｒ_c
（Ω），発電機のＧＤ² （ｋｇ−ｍ２），負荷電圧ｖ_c
（Ｖ）／回転数ｎ（ｒｐｍ）＝ｋ（一定）とするとき、
下記式により、直流発電機を逆転することなく、安定に
停止させることのできる範囲を決定することを特徴とす
る請求項２、４、６、３、１２のうちのいずれか１項記
載の直流遮断装置。 ◎ 【数１】
【請求項１９】直流電源または直流発電機の入力側を
低レベル電圧コントローラに切り替えるのに連動して、
前記直流電源または直流発電機の出力側に低レンジ電圧
検出器を接続することを特徴とする請求項５または請求
項６記載の直流遮断装置。
【請求項２０】直流電源と負荷との間に接続した遮断
器を遮断して直流電流を遮断するために、請求項１から
請求項１９のうちのいずれか１項記載の直流遮断装置を
用いたことを特徴とする直流電源装置。