JPS5828820B2

JPS5828820B2 - チヨツパ制御装置

Info

Publication number: JPS5828820B2
Application number: JP1763878A
Authority: JP
Inventors: 正彦射場本; 博成田; 道正堀内; 英昭六反
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-02-20
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1983-06-18
Also published as: JPS54110421A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はチョッパ制御装置に係り、特に、サイリスクチ
ョッパ装置のゲート制御装置に関する。

まず、本発明が適用されるサイリスクチョッパ回路で電
動機の速度制御を行なう場合を第１図について説明する
。

第１図において、直流電源電圧■ｓと直列に、電動機電
機子Ｍ１重電機界磁Ｆ１平滑りアクドルＭ、ＳＬ及びチ
ョッパＣＨが接続され、前記電動機電機子Ｍ１前記電動
機界磁Ｆ及び平滑リアクトルＭＳＬの直列回路と並列に
、フリホイールダイオードＤＦが接続されている。

前記チョッパＣＨでは、２つの巻線をもつ可飽和リアク
トル形変流器ＳＣＴの１次巻線Ｎ１と直列に、主として
電動機電流■やを通流する主サイリスクＭＴｈが接続さ
れ、該主サイリスクＭＴｈと並列に、ダイオードＤＣと
補助サイリスタＡＴｈが接続されている。

さらに、前記補助サイリスタＡＴｈと並列に、前記可飽
和リアクトル形変流器ＳＣＴの２次巻線Ｎ２と転流コン
デンサＣｏが接続される。

前記可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴに巻かれた１次巻
線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の極性は、０印で示した極性が同
一極性を表わしている。

ゲート制御装置ＧＣＥから、前記主サイリスクＭＴｈと
前記補助サイリスタＡＴｈにゲート信号Ｓｏｎ並びにＳ
。

ｆｆを与えたときのチョッパＣＨの動作を示したのが第
２図である。

チョッパＣＨの動作周期がＴで、時点ｔ。

では、転流コンデンサＣｏの電圧ＶＣＯは、１周期前に
充電された値、可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴの磁束
φｓｃＴ？Ｌ１次巻線Ｎ１に流れていたチョッパ電流ｉ
ｃＨがＯであるから正の飽和値φ□、チョッパＣＨの各
都電流１ＭＴｈ、１ＡＴｈ、ｉｏは０、補助サイリスタ
ＡＴｈの電圧ＶＡＴ１１は転流コンデンサ電圧ｖｃｏに
等しくなっている。

時点ｔ１において、主サイリスクＭＴｈにゲート信号Ｓ
。

ｎが与えられると、前記主サイリスクＭＴｈが導通とな
り、該主サイリスク電流ｉＭｒｈとチョッパ電流ｉｃＨ
は電動機電流ＩＭと等しくなる。

可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴの磁束φＳＯＴは、す
でに正の飽和値φ□にあるので、チョッパ電流ｉｃＨに
よっても変化しない。

時点ｔ２において、チョッパＣＨを非導通にすべく、補
助サイリスクＡＴｈにオフ信号Ｓ。

ｆｆを与えると、転流コンデンサＣｏ→可飽和リアクト
山形変流器ＳＣＴの２次巻線Ｎ２→補助サイリスクＡＴ
ｈ→転流コンデンサＣ６の閉回路が構成される。

可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴの磁束φＳＯＴは、２
次巻線Ｎ２に印加される転流コンデンサ電圧のために、
正の飽和値φヨから負の飽和値−φ□に向って引き戻さ
れる。

このとき、可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴの１次巻線
Ｎ、に電動機電流ＩＭに等しいチョッパ電流ｉｃＨが流
れているため、前記閉回路の電流、すなわち、転流電流
ｉ０並びに補助サイリスク電流１ＡＴｈは、可飽和リア
クトル形変流器ＳＣＴの変流器作用によってＮｓＩ
ヤとなる。

転流コンデンサ電圧ＶＣＯは、転流金気仝’ ｌｉ
Ｍｏ）ため次第に減少する。

２時点ｔ３で転流コンデンサ電圧ＶＣＯが零になると、今
度は、可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴの２次巻線Ｎ２
に流れる電流（転流電流ｉ０並びに補助サイリスク電流
１ＡＴｈに等しい＞、１ｒＭが、転流コンデンサＣｏの
充電電流として流ｈ、転流コンデンサ電圧ｖＯｏをこれ
までの図示極性とは逆極性にする。

その結果、可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴの磁束φＳ
ＯＴは再び正の飽和値輻に向って引き戻される。

時点ｔ４で、可飽和リアクトル形変流器ＳＣＴの磁束φ
５（３Ｔが正の飽和値φ□に達すると、２次巻線Ｎ２の
インダクタンスは飽和インダクタンスのみで非常に小さ
な値（数μＨ）となる。

そのため、図示と逆極性に充電された電流コンデンサ電
圧ＶＣＯにより、前記飽和インダクタンスと転流コンデ
ンサＣｏによる振動周期に従って転流電流ｉ０は急激に
逆向きに流れようとする。

時点ｔ５において、転流電流ｊ□が零になると、補助サ
イリスタＡＴｈはオフする。

時点ｔ２から時点ｔ５までは、転流コンデンサＣｏに図
示と逆極性の電圧を充電するための、転流の正半周期τ
１となる。

時点ｔ５から時点ｔ６までの時間τヤは、図示と逆向き
の転流電流ｉ０が主サイリスクＭＴｈを流れる期間で、
時点ｔ６において、転流電流ｉ０が主サイリスク電流ｉ
ＭＴｈ（電動機電流ＩＭに等しい）を打消して主サイリ
スクＭＴｈをオフする。

すなわち、時間τＭは転流の負半周期の一部である。

時点ｔ６以降は、チョッパ電流１０Ｈ（Ｉ−こ等しい）
はＤｃ−＋ＳＣＴのＮ２→ＣＯを通って流れ、転流コン
デンサｃｏに電動機電流ＩＭに応じた図示極性の電圧を
充電し、主サイリスクＭＴｈが所要の順方向電圧を確立
した時点ｔ７で、チョッパ電流ｉｃＨが零、つまりチョ
ッパＣＨがオフされる。

時点ｔ６から時点ｔ７までの時間τ、は転流の負半周期
の大部分である。

すなわち、補助サイリスクＡＴｈにオフ信号５ｏｆｔが
与えられてチョッパＣＨがオフするまでの転流に要する
時間Ｔ。

はＴ。−τ７＋τヤ＋τＣとなる。

なお、転流時間Ｔ。の中の夫々の時間τＴ。τヤ、τＣ
は、前述したようにチョッパを転流させるために必要な
動作を行なう期間であり、チョッパを転流させるための
動作期間と考えてよい。

時点ｔ。

から時点ｔ７までがチョッパ動作周期Ｔ１時点ｔ１から
時点ｔ７までがチョッパの通流期間Ｔ１、時点ｔ２から
時点ｔ７までがチョッパの転流時間Ｔｏで、以後、時点
ｔ。

−ｔ７に示す動作が繰返し行なわれる。

ところで、オフ信号Ｓ。

ｆｆが与えられてチョッパＣＨが転流し所要の順方向電
圧が印加されるまでｌこ要する転流時間Ｔ。

内にオン信号Ｓ。０が与えられると、チョッパＣＨの転
流動作が途中で中断するので、チョッパＣＨをオフする
ことができず転流失販となる。

すなわち、チョッパＣＨの転流動作を確実に行なわせる
ためにはオン信号ＳがＯ口オフ信号Ｓ。

ｆｆに最も近づいたときでも、オフ信号Ｓ。

ｆｆから最低転流時間Ｔ。を経過してからオン信号Ｓ。

ｎを与える必要がある。また、第３図は可飽和リアクト
ル形変流器を用いず、単に転流コンデンサＣｏと直列に
転流リアクトルＬＯを接続した公知のチョッパ回路で、
第４図は転流時の動作波形を第２図の経過時間に合せて
示したものである。

オフ信号Ｓ。

ｆｆが与えられると、転流リアクトルＬＯと転流コンデ
ンサＣｏ０）共振周期で決まる転流半周期τＰ（πＪ口
襲著）で、転流電流ｉ。

が第３図の矢印方向に流れる。

これによって、転流コンデンサＣｏには第３図と逆極性
の電圧が充電され、前記共振周期の負のサイクルで、主
サイリスク電流１ＨＴｈと補助サイリスク電流１ＡＴｈ
が、それぞれ時点１６．１５で零となる。

時点ｔ６以後は、第１図の回路と同様に、チョッパ電流
ｉｃＨはり。

→Ｌｏ−＋ｃｏの経路で流れ、転流コンデンサＣｏには
図示極性の電圧ＶＣＯが充電される。

この第３図の公知のチョッパ回路では、オン信号Ｓ。

０がオフ信号Ｓ。ｆｆに一番近づいたときでも、オフ信
号Ｓ。

、ｆから次のオン信号Ｓ。ｎまでは一定時間が保たれる
ように次のようにしていた。

すなわち第３図では、転流時間Ｔｏの正の半周期τＰは
一定であるのに対し、負の半周期（τＣ＋τＭ）は電動
機電流ＩＭに応じて変り、電動機電流ＩＭが大きいとき
短かく、小さいときに長くなる。

そこで、電動機電流ＩＭが最小時の負の転流半周期（τ
Ｃ＋τＭ）ｍａｘと正の半周期τＰの和、すなわち、転
流時間Ｔｏが最大となる時間（Ｔｏ）ｍａｘ内には、オ
ン信号が与えられないようにしていた。

第５図は第３図のチョッパ回路のゲート制御回路である
。

移相器１０１の出力Ｗｏ１の立下がりを微分する微分回
路１０２を介してオフ信号Ｓ。

ｆｆとする。

信号Ｓ。ｆｆによりワンショット回路１０３を動作せし
めて、転流時間の最大値（Ｔｏ）ｍａｘにほぼ等しい時
間幅の出力Ｗ。

２を得る。そして、移相器１０１の出力Ｗ。

１を、短絡回路１０４によりワンショット回路１０３の
出力Ｗ。

２の時間幅だけ短絡し、短絡回路１０４の出力Ｗ。

３の立上がりを微分する微分回路１０５を介して、オン
信号Ｓ。

ｎとしていた。

第６図がこの場合の動作波形であり、移相器出力Ｗ。

１の移相がワンショット出力Ｗ。２の時間幅以上に進ん
でも、オフ信号Ｓ。

ｆｆからオン信号Ｓ。ｎまではワンショット出力Ｗ。

２の時間幅だけ確保されるので、チョッパの転流は確実
に行なわれる。

ところで、第１図のチョッパ回路では、第２図と第４図
の波形を比較してわかるように、第３図の公知のチョッ
パ回路より転流の正の半周期に流れる電流の波高値が大
幅に小さくでき、補助サイリスタＡＴｈの電流容量並び
に転流コンデンサ容量を小さくできる特徴があるが、ゲ
ート制御に関して次のような問題が生じる。

すなわち、第２図で説明したように、第３図の回路と異
なり転流の正の半周期τＴも電動機電流■ヤの大きさに
よって変る。

第７図は、第１図の回路による転流の正半周期τＴと負
半周期（τＭ＋τＣ）の実測結果の一例で、電動機電流
ＩＭが小さいときには、正の半周期τＴが大幅に長くな
る。

そのため、第３図と同じ方法により、オン信号Ｓ。

ｎが、転流時間Ｔｏの最大値（電動機電流が最小時の転
流時間）以上にオフ信号Ｓ。

ｆｆに近づかないようにすると、電動機電流ＩＭが太き
いときには転流時間Ｔｏは小さいにもかかわらず、オン
信号Ｓ。

０はオフ信号Ｓ。ｆｆから一定時間経過しないと与えら
れない。

つまり、オン信号Ｓ。ｎは、まだオフ信号Ｓ。

ｆｆに近づく余裕があるのに、近づくことができない。

このことは、チョッパの最大の通流時間を無駄に短かく
シ、制御範囲を狭くすることになる。

また、第３図に比して転流時間Ｔｏの最大値が大きいの
で、ワンショット回路１０３で得る出力Ｗｏ２の時間幅
を大きくする必要があり、ワンショット回路の時定数、
すなわちコンデンサ容量を太きくしなけれはならない。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、チ
ョッパの制御範囲を最大限に利用できるチョッパ制御装
置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、転流動作期間を検
出し、この転流動作期間に応じてオフ信号から次のオン
信号が与えられるまでの時間を自動的に調整するように
したことを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を図面について説明する。

第８図は、本発明の一実施例に係るチョッパ回路を示す
図で、電動機電流ＩＭを一定電流制御した場合で示しで
ある。

電流指令値ＩＰと電動機電流ＩＭの帰還値工Ｍ′の偏差
を移相器１の入力とする。

移相器１の電源回路２はチョッパ動作周期に合った周波
数のものである。

移相器１の出力電圧Ｗ１の立下がりを微分する微分回路
３を介した出力がオフ信号Ｓ。

ｆｆで、補助→ナイリスタＡＴｈのゲートに与えられる
。

補助サイリスタＡＴｈの電圧ＶＡＴ１１を検出し、その
値が零以下の値で出力を出す電圧検出器４を設け、前記
電圧検出器４の出力Ｗ２と、該出力Ｗ２の立下がりで動
作するワンショット回路５を介した出力ｗ３を論理和回
路６に与える。

前記論理和回路６が出力ｗ４を出している期間中は移相
器１の出力ｗ１を短絡する短絡回路７を設け、該短絡回
路７の出力Ｗ、の、立上がりを微分する微分回路８を介
した出力がオン信号Ｓ。

ｎで、主サイリスクＭＴｈのゲートに与えられる。

このようなゲート制御装置ＧＣＥによれば、次のような
動作となる。

第９図は第８図の動作波形を示す図である。

電動機Ｍの回転数が低い場合には、電動機誘起電圧が小
さく、電流指令値ＩＰと電動機電流ＩＭの帰還値■Ｍ′
の偏差が小さいので、移相器１の出力ｗ１の移相幅も小
さい。

該出力Ｗ、の移相幅が、論理和回路６の出力ｗ４の時間
幅に達しないうちは、出力Ｗ、の立上がりでオン信号、
５ｏｎ１立下がりでオフ信号Ｓ。

ｆｆが与えられている。電動機Ｍの回転数が高くなるに
従って、移相器１の出力ｗ１の移相幅が大きくなり、論
理和回路６の出力ｗ４の時間幅内に入ったとする（第９
図）。

このような状態では、移相器１の出力ｗ１は、出力ｗ４
と重った部分（第９図、波形ｗ１の斜線部分）だけ短絡
され、論理和回路６の出力ｗ４の立下がり部分の微分に
よってオン信号Ｓ。

０が与えられる。すなわち、移相器１の出力幅がα０以
上になっても、オン信号Ｓｏｏは常にα０の時点で与え
られることになる。

第９図から明らかなように、補助サイリスタＡＴｈの電
圧ＶＡＴｈは、オフ信号Ｓ。

ｆｆが与えられた正の半周期中は零、転流コンデンサ電
圧ＶＣＯの逆電圧期間中（第２図参照）は負電圧となル
ノテ、そ” 時間幅Ｔ。

、では電圧検出器４が出力ｗ２を出している。

さらに、補助サイリスタＡＴｈに正電圧がかかると電圧
検出器４の出力Ｗ２は零となるが、該出力ｗ２が零にな
ることによりワンショット回路５が動作して、時間幅Ｔ
ｏρ出力ｗ３を出す。

ところで、ワンショット回路５の出力ｗ３の時間幅Ｔ。

２は次のように設定する。補助サイリスタＡＴｈに正電
圧がかかり始めて所定の電圧値に達する時間に、転流の
負半周期（τＣ＋τＭ）の一部分であるので、電動機電
流ＩＭによって変化し、電動機電流ＩＭが最小のときに
一番長くなる。

そこで、余裕をみて電動機電流ＩＭが最小のときの時間
幅より、やや長い時間幅に設定する。

すなわち、論理和回路６の出力ｗ４は、出力ｗ２と出力
ｗ３の論理和となるので、転流時間Ｔｏよりやや大きな
時間幅（ＴＯ１＋ＴＯ２）が得られる。

この第８図の回路では、オフ信号Ｓ。

ｆｆを与えてからの転流時間Ｔｏが変化しても転流時間
Ｔｏの大部分を占める時間を電圧検出器４により検出し
ているので、短絡回路７の出力時間幅が自動的に変る。

このことは、オフ信号Ｓ。ｆｆが与えられてから次のオ
ン信号Ｓ。

ｎが与えられるのは、電動機電流ＩＭの大小にかかわら
ず、常にチョッパの転流が終了した直後となる。

すなわち、チョッパは電動機電流に応じてその最大通流
時間を変えるので、チョッパの制御範囲が狭くならない
。

従って、本実施例によれば、チョッパの制御範囲を最大
限利用できると同時に、ワンショット回路の出力幅を小
さくできるので、ワンショット回路の時定数、すなわち
コンデンサ容量を小さくすることができる。

第８図の実施例では、補助サイリスタＡＴｈの電圧を検
出した場合で説明したが、第２図からもわかるように、
補助サイリスタＡＴｈを流れる電流１ＡＴｈを検出して
も作用、効果は同等である。

さらに、転流電流ｉ０を検出した場合には、検出後整流
することにより、転流時間Ｔｏ全全体検出が可能であり
、第８図で述べた効果のほかに、ワンショット回路が不
要となる効果がある。

以上述べたように、本発明によれば、チョッパの最大通
流時間を主電流に応じて変えるので、チョッパの制御範
囲を最大限に活用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に好適なチョッパ回路の結線図、第２図
は第１図の動作説明用波形図、第３図は従来のチョッパ
回路の結線図、第４図は第３図の動作説明用波形図、第
５図は第３図のゲート制御回路のブロック図、第６図は
第５図の動作説明用波形図、第７図は第１図に示したチ
ョッパ回路の転流時間特性図、第８図は本発明の一実施
例に係るチョッパ制御装置の電気回路図、第９図は第８
図の動作説明用波形図である。ＣＨ・・・・・・チョッパ、ＭＴｈ・・・・・・主サイ
リスク、ＡＴｈ・・・・・・補助サイリスク、ｃｏ・・
・・・・転流コンデンサ、ＳＣＴ・・・・・・可飽和リ
アクトル形変流器、Ｎ１・・・・・・ＳＣＴの１次巻線
、Ｎ２・・・・・・ＳＣＴの２次巻線、ＧＥＣ・・・・
・・ゲート制御装置、Ｓｏｏ・・・・・・チョッパのオ
ン信号、５ｏｆｆ・・・・・・チョッパのオフ信号。

Claims

【特許請求の範囲】１サイリスタによるチョッパ装置として主電流を流す
主サイリスクと、該主サイリスクを転流せしめるための
転流サイリスクと、転流エネルギを蓄える転流コンデン
サと、該転流コンデンサの転流エネルギを反転せしめる
ための２つの巻線ヲ有する可飽和リアクトル形変流器と
を備え、該可飽和リアクトル形変流器の第１の巻線には
主電流を、第２の巻線には転流コンデンサ電流を通流す
るようにしたものにおいて、前記転流サイリスクの転流
動作期間を検出する手段と、該転流サイリスクの転流動
作期間０）検出後所定の期間経過後に該主サイリスクに
ゲート信号を与える手段とを設けたことを特徴とするチ
ョッパ制御装置。２、特許請求の範囲第１項において、前記転流動作期間
検出手段は前記転流サイリスクの端子電圧により転流動
作期間を検出するものであることを特徴とするチョッパ
制御装置。３％許請求の範囲第１項において、前記転流動作期間
検出手段は、前記転流サイリスクを流れる電流により転
流動作期間を検出するものであることを特徴とするチョ
ッパ制御装置。４特許請求の範囲第１項において、前記転流動作期間
検出手段は、前記転流コンデンサを流れる電流により転
流動作期間を検出するものであることを特徴とするチョ
ッパ制御装置。