JPS58130778A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

電力変換装置の制御装置

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JPS58130778A
JPS58130778A JP57011569A JP1156982A JPS58130778A JP S58130778 A JPS58130778 A JP S58130778A JP 57011569 A JP57011569 A JP 57011569A JP 1156982 A JP1156982 A JP 1156982A JP S58130778 A JPS58130778 A JP S58130778A
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Buichi Sakurai
武一 桜井
Susumu Horiuchi
進 堀内
Tomoharu Nakamura
知治 中村
Tadao Kawai
河合 忠雄
Hiroo Konishi
小西 博雄
Hidefumi Shirahama
白浜 秀文
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Hitachi Ltd
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    • 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
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505Conversion of dc power input into ac 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
    • H02M7/515Conversion of dc power input into ac 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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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】 本発明はサイリスタで構成する電力変換装置の直流出力
をデジタル装置に取込むためのサンプリング入力法及び
入力装置に関する。
従来よりサイリスタを使用する電力変換装置が種々の目
的の用途で採用されているが、その多くは直流電圧ある
いは直流電流といった直流出力を一定とするための制御
系を構成し、前記直流出力を帰還入力としている。この
直流出力は周知のように脈動成分を含むところから、安
定な制御とする九めには脈動成分を除去し真の直流量の
みを抽出してこれを制御に使用する必要があり、殆んど
の場合フィルタが使用されてきた。
ところで最近では前記制御系をデジタル装置で実現する
傾向にあり、この場合にも何らかの形でフィルタリング
することが直流量のみを抽出するうえで有効である。し
かしながらフィルタリングには時間遅れを伴うために高
速動作とできない、過渡応答が遅く不安定傾向となる、
フィルタの記憶作用により入力変動の影響が長期的に継
続するといった問題がある。そしてフィルタめ脈動成分
除去精度向上を図るほど時間遅れは大きくなる関係にあ
り、電力変換装置の仕様に応じて特殊に設計されたフィ
ルタとせねばならない。
以上のことから、本発明においてはフィルタの設置が不
必要な電力変換装置出力のす/′プリング入力方法び入
力装置を提供することを目的とする。
本発明においては、脈動成分に規則性があることから、
脈動の一波ごとにサンプリングをしその値を直流量とし
て使用する。具体的には同一条件の波のときに同一値を
人力するために交流電源電圧の零点もしくは点弧パルス
の位相に同期した時点でサンプリングを行なう。
本発明の基本思想を第1図と第2図と第3図を参照して
説明する。まず第1図は電力変換装置Sとその主回路構
成を示す図で、電力変換装置Sは6組のサイリスタによ
るグレーツl!i!r緋とされている。R,8,Tは交
流電源の各相を意味しており、U、V、W、X、Y、Z
はグレーフ結線されたサイリスタの各相を示す。DCL
は直流リアクトルであり、Lは一般の負荷である。第2
図は第1図装置を順変換運転するときの、また第3図は
逆変換運転するときの各部波形を示している。まず、(
a)のVacは交流電源電圧であり、vH,、vs。
VTは夫々相電圧を表わす。(b)はサイリスタの点弧
パルスPを示しており、よく知られているように線間交
流電圧を同期信号として発生される。(C)はサイリス
タの各相に印加される相電圧VU。
vv、vw、vx、vy、vzを表わしており、点弧パ
ルスPの与えられた時点で転流をする。(d)は直流電
圧vdを、(e)は直流電流Idを示している。順変換
運転とするときと、逆変換運転するときとで各部波形の
関係が図示のようになることはすでによく知られたこと
であるのでこのことについての詳しい説明を省略する。
この図で注目すべきは点弧パルスPと、Vd及びIdの
変動分の関係であり、第2図においてF t  t4 
t  ’11等の偶数の添字を付けた時点は点弧パルス
Pの印加時点を示しているが、図上明らかなようにこれ
はまた転流時点てもある。このため直流電圧vdの脈動
周期は点弧パルスPの周期である。そして直流電流■d
の脈動周期についてみると、これも点弧パルスの周期で
変化する。
従って点弧時点F 、t4 e  ’6等から一定の時
間Td後にId、vdのサンプリングをするなら、これ
は脈動成分の同一位相でサンプリングをしたに等しい。
同一位相サンプリングできることは、点弧パルスの位相
変化後の新たな条件下(第2図の時点t14 * t1
6等)でも成立している。このようにして得たデジタル
値は脈動成分の同一位相のものであるから、これを直流
量として扱うことに支障はない。しかもフィルタと全く
無縁のものであるからフィルタ設置に伴う種々の問題が
一挙に解決されている。この方式は点弧・;ルス同期方
式とでも言うべきものである。
これに対し、第2図の11 m  ’39 15等寄数
の添字の時刻は2組の相電圧の値が等しくなる(線間電
圧が零となる)時刻であり、この時刻の一定時間T d
 /後にサンプリングしても同等の効果を挙げることが
できる。つまり、例えばtl と12間の時間は、点弧
パルスの位相に対応するものであるから、点弧パルスの
位相が固定であるなら脈動成分の同一位相でサンプリン
グすることができる。このため、この値を直流量として
利用し得る。但し、点弧パルス位相の異なるときは脈動
成分を同一位相でサンプリングすることにはならないが
、点弧パルス位相とこのときの脈動成分の位相の関係は
予め知ることができるものであり、必要に応じて補正す
ることで、実質的に同一位相サンプリングし九と等価な
効果を奏し得る。この方式は交流電源電圧同期方式と称
すべきものである。
第4図は点弧パルス同期方式の一実施例を示しておシ、
ここでは直流電流、電圧をサンプリング入力する例を示
している。まず、DCCTは直流変流器、DCPTは直
流変圧器であり、夫々の出力波形は第2図、第3図の■
d、vdのごときものである。S/Hはサンプルホール
ド回路、A/Dはアナログデジタル変換回路であシ、後
述するように点弧パルスPに同期して処理時点が定めら
れる。尚、実際にはまずサンプルホールド回路a/4I
に信号が与えられ■d、vdの瞬時値が記憶爆れたのち
にアナログデジタル変換回路に信号が印加されてこれを
デジタル値とするように時間協調される。CPUはデジ
タル装置であり、Id、Vd等についての瞬時値を入力
として制#電圧ECを出力する。CPUの内部処理は瞬
時値にもとづくデジタル処理とされるがその考え方は従
来公知のアナログ型の電力変換装置の制御装置と全く同
じものである。例えば直流送電用の制御装置は直流電流
制御系と直流電圧制御系とを有し、順変換運転のとき前
者により逆変換運転のとき後者により制御電圧ECを定
める。また電動1幾の速度制御装置の場合は、速度制御
系と電流制御系さらには必要に応じて電流変化率制御系
がカスケードに設置される。APP8は自動移相制御装
置であり、制御電圧ECに対応した制御角の点弧パルス
Pを発生する。この点弧パルスはパルス間隔一定となる
ように位相拘束されて発振され、例えば第1図のグレー
ツ結線であればパルス間隔は交流電源電圧の60(度)
に相当する一定時間間隔とされる。尚、Trは変換用変
圧器であシ、その−次側から変成器FTによって取出さ
れる線間電圧を同期信号として点弧パルスの位相が定め
られる。l)eは遅延回路であり、点弧パルスPを第2
図に示す時間Tdだけ遅延させてその出力時点で入力■
d 、Vdのサンプリングを行なわしめる。点弧パルス
同期方式サンプリング入力法は以上のようにして実現し
得る。
又、サイリスタの転流時には、第2図のId波形に示し
たような転流振動が発生する。もし、この転流振動のピ
ーク値をサンプリングするような事があれば、サンプリ
ングデータの信頼性を下げる事になる。ところが、この
転流振動は、ゲートの点弧パルスが出た時点、即ち、サ
イ′リスタの転流時に発生するものである。上記、点弧
パルス同期方式によるサンプリングを行なえば、この転
流振動を確実に避けてサンプリングできる九め、サンプ
リングデータの信頼性を高くできるという効果がある。
第5図は電源電圧同期法の一実施例を示しておシ、サン
プリング指令信号のIjえ方のみが第4図の実施例と異
なるので、この部分の動作を第6図の波形図を参照して
説明する。まず、PTはVH2。
V8T、 VTRのごとき線間電圧を検出し出力する変
成器であり、その出力(第6図a]は矩形波回路THに
おいて零値を境界値として416図すの如き矩形波とさ
れる。d/dtは微分回路であり、矩形信号の立上シで
正パルスを立下りで負パルスを与える。Dはダイオード
であり正・2ルスのみが取出される。このため、遅延回
路D Cの人力としては三相線間電圧のケ上りごとにパ
ルス人力が得られる。このパルスは120(i)間隔の
ものである。
遅延回路Deは第6図(d)のように微分回路+’dt
の出力の立上り時点からT d 7時間後にサンプルホ
ールド信号等を与える。ところで、脈動成分は点弧パル
スに同期して定まり、点弧パルスは第6図(e)のよう
に前記微分回路d/dt出力の立上り時点から前記制御
電圧ECに対応して定まる時間TI)後に出力される。
この可変の時間とはサイリスタの点弧角に相当するもの
であり、整流器運転であれば0°〜9Cfの範囲で、ま
た逆変換器運転であれば90°〜180°の範囲で可変
とされる。但し、実際には種々の制約の為によシ狭い範
囲でしか可変とされてはおらず、その許容可変範囲に対
応して遅れ時間T d /を定めることで一波の脈動成
分に対して1回のサンプリングとすることができる。
つまり、第7図を参照して直流送電の例で述べるならば
、通常運転時順変換運転のときの制御角αは15°〜3
0°とされ、逆変換運転のときαは130゜〜155°
とされる。尚、保護動作及び起動停止時はこの範囲外と
なるが、この場合は電流検出の精度がさほど要求されな
い。図でり、は4−=15°のときのまた)mlはα=
30°のときの脈動電流を示しており、夫々60°周期
のものである。この場合、例えばαニ30°からα=8
5°の範囲に遅れ時間を定めることで脈動成分の一波に
一回のサンプリングとできる。冑、可変制御角をこのよ
うに制限する主たる理由は転流失敗の防止、電力変換装
置の発生する高調波を制御角を制限とすることで所定量
以下のものとし交流系統に設置するフィルタを小型にす
る、力率を一定にするなどである。
以上、交流電源同期方式は、殆んどの用途の電力変換装
置の制御角の許容可変範囲が600以下であるので、脈
動成分の一波に一回のサンプリング可能である。又、第
7図より明らかなように、Ta2が固定であるために■
。、とIm2とではそのサンプリングされる脈動成分自
体の位相が相違し、検出入力に誤差6を含むが、εはそ
の時の1J]制御角に応じて予め知9得るのでこのこと
が検出誤差として問題となすことはない。つまり、サン
プリング入力後のデータに対して制御角に応じた補正を
することで、脈動成分の同一位相の値を推定することが
可能である。
以上述べた本発明において、遅れ時間T d /は電力
変換装置の用途に応じて適宜定められるものであり、例
えば直流送電用のときには脈動成分のピーク値近くとす
るのが、検出誤差を小さくする上で有効で纏る。無整流
子電動機のときには電流断続時の脈動成分の零点付近と
するのがよく、このようにすることで、その断続起動の
際に電流零を正しく検知できる。
この本発明では、脈動成分の一波ごとにサンプリングを
することで、本質的にフィルタとしての処理が不要であ
る。また特にデジタル装置は一定周期で駆動されること
がその稼動率向上の九めに有効であるが、本発明では交
流電源及びパルス移相器出力自体が一定周期のものであ
るために、デジタル装置と結合するうえでも有意義な方
式である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の適用される電力変換装置を示す図、第
2図、第3図は夫々順変換運転、逆変換運転とするとき
の電力変換装置の各部信号波形図、g4図は本発明の一
実施例である点弧パルス同期方式の一実施例図、第5図
は交流電源同期方式の一実施例図、第6図は交流電源同
期方式のときの各部信号を示す図であり、第7図は交流
電源同期方式のときの遅れ時間T d /と脈動成分と
の関係を示す図である。 S・・・電力変換装置、I)C))T−・・直流変成器
、DCCT・・・直流変流器、De・・・遅延回路、C
I)Uに4Lフ■3【4えテλ1t7tδ九1式−LI
、tc尤1(罠44t(bt1g第1g 佑4列 \ 45囚 亭60 活7国 ゴーーー 第1頁の続き 0発 明 者 白浜秀文 日立市幸町3丁目1番1号株式 %式% 0出 願 人 株式会社日立製作所 東京都千代田区丸の内−丁目5 番1号

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、直流量と交流量との間の変換を行なうサイリスタを
    用いた電力変換装置出力の直流量を、その直流量に含ま
    れる脈動成分の一波ごとにサンプリングしデジタル装置
    に入力してこれを直流量として使用することを特徴とす
    る電力変換装置出力のサンプリング入力法。 2、脈動成分の一波ごとにサンプリングするために、電
    力変換装置に与えられる点弧パルスに同期してサンプリ
    ングを行なうことを特徴とする第1項記載の電力変換装
    置出力のサンプリング入力法。 3、脈動成分の一波ごとにサンプリングするために、電
    力変換装置の交流量に同期してサンプリングを行なうこ
    とを特徴とする第1項記載の電力変換装置のサンプリン
    グ入力法。 4、自動移相制御装置の与える点弧パルスによってサイ
    リスタの点弧位相が制御され直流量と交流量との間の変
    換を行なう電力変換装置において、前記直流量の検出器
    、該検出器出力をす/プリンクしデジタル値に変換する
    サンプリング手段、該手段の出力を得これを制御入力と
    して使用するデジタル装置、前記自動移相制御装置のJ
    )える点弧パルスを所定遅延時間ののち前記す/プリン
    グ手段のサンプリング指令信号として与える荏延回路と
    より成ることを特徴とする電力変換装置のサンプリング
    入力装置。 5、交流量を同期信号として与える自動移相制御装置の
    点弧パルスによってサイリスタの点弧位相が制御され直
    流量と交流量との間の変換を行なう電力変換装置におい
    て、前記直流量の検出器、該検出器出力をサンプリング
    しデジタル値に変侠するサンプリング手段、該手段の出
    力を得これを制御入力として使用するデジタル装置、前
    記交流量からこれに同期して信号を与える第2の検出器
    、該検出器の出力を所定遅延時間ののち前記サンプリン
    グ手段のサンプリング指令伯号占しC与える遅延回路と
    より成ることを特徴とする電力変換装置のサンプリング
    入力装置。
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