JPS5911263B2 - 位相制御装置 - Google Patents

位相制御装置

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JPS5911263B2
JPS5911263B2 JP4129278A JP4129278A JPS5911263B2 JP S5911263 B2 JPS5911263 B2 JP S5911263B2 JP 4129278 A JP4129278 A JP 4129278A JP 4129278 A JP4129278 A JP 4129278A JP S5911263 B2 JPS5911263 B2 JP S5911263B2
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JP
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voltage
phase
reversible counter
signal
phase control
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JP4129278A
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賢一 大塚
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サイリスタ等の制御整流素子で構成される電
力変換装置に係り、特に制御整流素子に与えるべきゲー
ト信号を導出する位相制御装置に 。
関する。制御整流素子例えばサイリスタをブリッジ接続
し、可変直流出力を得る電力変換装置或は、逆並列接続
のサイリスタを交流母線の各相に設け、可変交流出力を
得る電力変換装置は広く使用されている。
このような電力変換装置の出力は、これを構成するサイ
リスタのゲート信号の位相をシフトすることによつて制
御される。
交流を入力として可変直流出力を得る電力変換装置は、
位相制御入力elによつて平均直流電圧出5 力Edc
が決まるため、一種の直流電圧増幅と見做すことが出来
る。
ここでEdcとelの関係は交流電源側の電圧変動や周
波変動があつても常にEdc/ei=一定となること力
積I剃上望ましい。第1図はU相サイリスタ1〜−W相
サイリスタ106で構成された3相全波制御整流を可能
とした電力変換装置の主回路図で、交流電源周波数の電
気角600ごとにU−(−V)、U−(−W)、V−(
−W)、V−(−U)、W−(−U)、W−(−V)の
順序でサイクリツクに転流を繰返して15平均直流電圧
Edcが発生する。転流は周期的にサイクリツクに行な
われるため、Edcは1通電期間の600について考え
れば求めることができる。
第2図は交流電源R−S相間の電圧Vuvの通電期間U
−(−V)の様子を示していマ0 る。転流は相間電圧
が零の点から600遅れた点から可能となり、その点が
点弧角α■0の点である。点弧角αが与えられた時の通
電期間中の直流出力電圧は斜線部分となり、この通電期
間中の平均値が平均直流電圧Edcとなる。従つてEd
cは、交流フ5 側の相間実効電圧をEAcとすれば次
式のように表わされる。
EdC■1ノ3づニニHドEAcsinθdθ・・・(
1)3V丁EAc cosα ’゜゜゜゜’(2) π すなわち、Edcはcosαに比例したものとなる。
第2図に示す交流信号電圧esはcosαに比例した(
5信号を示している。したがつて転流時点でのesの値
が常に次の通電期間の平均電圧を示すものとなつており
、位相制御入力ei(5esを比較することウ7−によ
つて点弧タイミングを得る位相制御を行なうことができ
る。
交流信号電圧Esは3相全波整流の場合は相間電圧の位
相に対して30゜進んだものであり、交流側の3相電圧
を合成することによつて容易に得ることができ、この場
合には電源の電圧変動や周波数変動に無関係に、位相制
御入力elと平均直流電圧出力Edcは常に一定の比例
関係となり非常に望ましい位相制御を実現することがで
きる。
この様な原理に基いた位相制御は従来から交直畳重法と
してアナログ比較で多く行なわれている。近年、変換器
の制御の面でも、制御性能向上の要求とマイクロコンビ
ユータの出現などにより、デイジタル制御がとり入れら
れるようになつてきた。
現在行なわれている多くのデイジタル位相制御の方法は
点弧角αを位相制御入力として与え、交流電圧の位相と
比較して点弧タイミングを得る方法がとられている。(
2)式からαは次式で与えられる。位相制御の前段で(
3)式の演算によつてαを求め、交流電圧の位相はたと
えば電圧零の点からクロツクパルスを積算し、両者の一
致した点で点弧のタイミングを得る方法がとられている
この方法によるデイジタル位相制御は交流電源の電圧変
動及び周波数変動が無視できる場合には精度上の問題は
ないが、αを求めるために(3)式の演算を行なわなけ
ればならない面倒さがある。さらに電圧変動や周波数変
動がある場合にはそれぞれ変動に対する補正が必要で、
たとえば電圧変動に対しては(3)式の演算はEACと
して実測値を用いて行ない、周波数変動に対してはクロ
ツクパルスの周波数は実測した電源周波数に比例させる
などの処置が必要となる。また位相制御入力からみた平
均直流電圧は(2)式で表わされるものであり比例関係
ではない。従つて、本発明の目的は交流電源に電圧変動
や周波数変動があつても、何ら補正をする必要がなく常
に位相制御入力elと出力電圧との関係が一定の比例関
係になるようなデイジタル位相制御装置を実現すること
にある。第3図は本発明の一実施例を3相全波整流の場
合について示したもので、位相制御回路についてはその
機能が同一であるので6相中の1相について示している
図において、1〜6は3相全波整流の主回路を構成する
サイリスタ、7〜9は電源R.S.T各相の電源インビ
ーダンス、10は交流主回路から電圧および位相をとり
だすための絶縁変圧器、11は1相分の位相制御回路で
本図はU−V相間電圧に対する点弧位相を与えるもので
ある。
12は偏差増巾器、13は一定以上の負入力があると論
理レベル“1゛゜を出力するシユミツトトリガ増巾器、
14は一定以上の正入力があると論理レベル″1″を出
力するシユミツトトリガ増巾器、15,16はANDの
論理ゲート、17は可逆カウンタ、18はD/A変換器
、19は一致検出回路、20はパルス発生増巾回路であ
る。
第3図のように接続構成された可逆カウンタ17の内容
は、交流信号電圧Esに追従するように動作する。
可逆カウンタ17の内容がD/A変換器18によりアナ
ログ信号に変換されて、交流信号電圧Esと比較され、
その偏差が偏差増巾器12によつて増巾され、一定以上
の負または正の出力があると、シユミツトトリガ増巾器
13又は14が動作し、15または16のANDゲート
が成立して可逆カウンタ17に加算パルスUPまたは減
算パルスDPを与える。したがつて可逆カウンタ17の
内容が交流信号電圧Esに比べて小さければ偏差増巾器
12の出力は負となり、シユミツトトリガ増巾器13が
動作してその出力は″11となり、15のANDゲート
が成立して、可逆カウンタ17にはクロツクパルスFc
が加算パルスUPとして与えられ、可逆カウンタ17の
内容はそのアナログ変換されたものがEsに等しくなる
まで増大する。また可逆カウンタ17の内容がEsに比
べて大きければ偏差増巾器12の出力は正となり、シユ
ミツトトリガ増巾器14が動作してその出力は“1″と
なり、16のANDゲートが成立して、可逆カウンタ1
7にはクロツクパルスFcが減算パルスDPとして与え
られ、可逆カウンタ17の内容は、そのアナログ変換さ
れたものがEsに等しくなるまで減少する。すなわち可
逆カウンタ17の内容は1カウントの遅れで、また1カ
ウントに相当する電圧の範囲内で常にEsに追従する。
第3図の位相制御回路はU−相間電圧の通電期期間の点
弧タイミングを与えるものであるが、先に説明したごと
く、6相整流の場合には相間電圧に対して30゜位相の
進んだ交流信号電圧が出力の平均直流電圧を示すもので
あり、U−V相間電圧に対して30゜位相進んだ信号と
してU相電圧を使うことができる。したがつて交流信号
電圧Esは交流主回路電圧より絶縁変圧器10を介して
容易に得ることができる。以上の説明から判るように可
逆カウンタ17の内容は常に変換器出力の平均直流電圧
Edcをデイジタル量で示していることになり、デイジ
タル量で与えられる制御入力e1と一致検出回路19に
て比較し、一致したとき点弧パルスを発生させ転流させ
ることにより、elに比例してEdcを制御することが
できる。
第3図は1相分の位相制御回路しか示していないが、実
際の3相全波整流では6相整流となり、それぞれ相に対
応する位相制御が6組必要である。U−相間への転流の
場合には交流信号電圧EsはU相電圧を信号としたが、
Esは転流相に対し30゜位相の進んだ信号が必要で、
転流相と交流信号電圧Esの関係は次のようになり交流
電源電圧から容易に得ることができる。次に可逆カウン
タ17の交流信号電圧Esに対する追従性であるが、E
sの基本波に対して忠実に追従することが望ましい。
一般に整流回路に接続された交流電源電圧は転流サージ
などにより歪波形となつている。したがつて相電圧から
単純に絶縁変圧器を介して得た交流信号電圧Esも同様
に歪んだ波形となつている可能性がある。信号電圧とし
ては基本波が必要である。そこで可逆カウンタ17の追
従性は電源周波数の基本波の最大電圧変化率(零点を切
る時点での電圧の傾斜)に丁度追従し、それ以上の電圧
変化率に追従し得ないように、クロツクパルスFcの周
波数と1カウント当りの電圧重みを決定すればよい。1
カウント当りの電圧重みはシユミツトトリガ増巾器13
又は14のデツドバンドによつて決定される。
クロツク周波数と1カウントの電圧重みは交流電圧の基
本波の最大電圧変化率、すなわち基本波は正弦波である
ために零電圧点における電圧変化率に追従するように選
択する。
周波数変動のある場合には最大周波数の基本波の零電圧
点における電圧変化率に追従するように選択する。最大
周波数fの交流電圧をその電気角θの精度で位相の分解
能を得る場合のクロツク周波数Fcは次式で与えられる
。また交流電源の基本波電圧の最大波高値を!2Eとす
れば、1カウントの電圧重みは!2Es1nθとなる。
たとえば電源最大周波数f=80Hz、位相の分解能を
80Hzの電気角1゜とすれば1カウントの電圧重みは
VlEsinlすであり、最大カウント量の重みはVΣ
Eであるため26よりも小さく正負の極性を示すビツト
を含めて、可逆カウンタは7ビツトのカウンタでよいこ
とになる。
以上のようにクロツク周波数および1カウント当りの電
圧重みを設定することにより、可逆カウンタの内容は交
流電源に電圧変動や周波数変動があつても、その電圧基
本波に1カウントの遅れで忠実に追従する。
また基本波の最大電圧変化率よりも大きい電圧変動はク
ロツク周波数が制限となつてフイルタ効果を発揮し減衰
される。第4図はそのフイルタ効果の特性を示すもので
横軸は電圧変化率、縦軸は減衰の度合である。減衰を開
始する点は基本波の最大電圧変化率の点であり、減衰の
度合は電圧変化率の大さきに比例したものとなる。第5
図は交流電圧21に急峻な落込や立上りがある場合の可
逆カウンタ17の追従性を示したものである。
即ち時刻t1で急峻な落込み、或は時刻T2で急峻な立
上りがあつた場合、第3図の偏差増幅器12の入力は瞬
時に増大し、時刻t1ではANDゲート16が、時刻T
2ではANDゲート15が開かれるが、可逆カウンタ1
7の内容は瞬時にこの電圧変動に追従することなく、ク
ロツクパルスFcの周波数と、交流電圧の1カウント当
りの重みに応じて追従するため第5図の交流電圧21に
対し、可逆カウンタ17の内容は22のようになる。交
流信号電圧Esは交流電源の瞬時値からとり込んでいる
ため電圧変動や周波数変動を自動的に含んだものとなつ
ているため、電圧変動や周波数変動があつてもEdま平
均直流電圧を示すことになり、常にEiとEdcは比例
関係にある。
またe?信号を変換器の交流入力直前からとることによ
つて、転流によつて生じる電源インビーダンスによる電
圧降下分も自動的に補償しe1とEdcの比例関係を保
つている。以上説明したように本発明の位相制御によれ
ば従来のデイジタル位相制御では達成し得なかつた、あ
るいは非常に複雑な補正を必要とした、交流電源の電圧
変動や周波数変動に非常に簡単な回路構成で対処するこ
とができる。
また位相制御入力と平均直流電圧出力と関係が常に比例
関係にあり、システムを構成する上で取扱い易い。本発
明の内容を3相全波整流の場合の実施例について説明し
たが、3相全波整流のみならず相数の如何にかかわらず
適用し得ることは言うまでもない。
すなわち相数によつて決まる通電期間の平均直流電圧に
比例する交流信号電圧を電源電圧より合成して作り、そ
れを可逆カウンタで追従させ、可逆カウンタの内容とデ
ジタル量で与えられる入力信号を比較することによつて
点弧タイミングを得る構成とすればよい。更に、交流母
線に逆並列接続のサイリスタを挿入し、負荷に加わる交
流電圧を可変するようにした電力変換装置にも同様に実
施出来るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用出来る電力変換装置の主回路図、
第2図は第1図の動作を説明するための図、第3図は本
発明の一実施例を示すプロツク図、第4図、第5図は本
発明の動作を説明するための図である。 1〜6・・・・・・サイリスタ、7〜9・・・・・・イ
ンビーダンス、10・・・・・・絶縁変圧器、11・・
・・・・位相制御回路、12・・・・・・偏差増巾器、
13,14・・・・・・シユミツトトリガ増巾器、15
,16・・・・・・ANDゲート、17・・・・・・可
逆カウンタ、18・・・・・・デイジタルアナログ変換
器、19・・・・・・一致検出回路、20・・・・・・
パルス増巾器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 制御整流素子で構成される電力変換装置において、
    前記電力変換装置の入力交流電源電圧に対し所定の位相
    関係を有する交流電圧信号と、可逆カウンタの内容をア
    ナログ変換した信号とを比較し、その結果の極性に応じ
    て前記可逆カウンタに一定周波数のクロックパルスを加
    算カウント又は減算カウントさせ前記可逆カウンタの内
    容を前記交流電圧信号に追従させ、前記可逆カウンタの
    内容がディジタル量で与えられる位相制御信号と一致し
    たことを一致検出回路で検出しこの一致信号で前記制御
    整流素子を制御するようにした位相制御装置。
JP4129278A 1978-04-10 1978-04-10 位相制御装置 Expired JPS5911263B2 (ja)

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JPS60221667A (ja) * 1984-04-18 1985-11-06 日立化成工業株式会社 ヒ−トポンプ式冷暖房・給湯・浴槽加熱システム

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