JPS59206917A - 無効電力補償装置の過電圧保護回路 - Google Patents

無効電力補償装置の過電圧保護回路

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JPS59206917A
JPS59206917A JP58082948A JP8294883A JPS59206917A JP S59206917 A JPS59206917 A JP S59206917A JP 58082948 A JP58082948 A JP 58082948A JP 8294883 A JP8294883 A JP 8294883A JP S59206917 A JPS59206917 A JP S59206917A
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capacitor
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thyristor
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    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70Regulating power factor; Regulating reactive current or power

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
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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】 この発明は、サイリスタスイッチを用いてコンデンサな
開閉する無効電力補償装置の過電圧保護回路に関するも
のである。
第1図は、サイリスタスイッチを用いてコンデンサを開
閉する従来の無効電力補償装置の回路構成図を示す。図
において、1は交流電源、2は直列IJアクドル、6は
コンデンサ、4はサイリスタ11.12の逆並列回路て
構成されるサイリスタスイッチ、5は電流変成器、6は
電圧変成器、7はタイミング信号発生回路、8はAND
回路、9はゲート信号発生回路、10は過電流検出回路
11及び12はサイリスタ素子である。
次に動作について第2図に示す信号波形図と共(2) に説明する。
サイリスタスイッチ4がOFFになるときはコンデンサ
電流Icが零[A] w横切る時点でOFF’になるた
めコンデンサ6には交流電源電圧のピーク値に等しい電
圧Eが充電されることになる。この充電極性はサイリス
タスイッチ4がOFFになる時点で正又は負方向のいづ
れのコンデンサ電流Icが最後に流れたか否かにより決
定される。
第2図(a)は交流電源1の電源電圧■ム0の信号波形
図である。今、仮にサイリスタ素子12v通って電流が
流れた後、サイリスタスイッチ4がOFFになったもの
とすると、コンデンサ30両端充電電圧Vcは第2図(
b)に示すように負極性電圧−Eに充電されている。
サイリスタスイッチ4がOFFの期間はコンデンサ6に
はこの電圧−Eが充電されっばなしになっているため、
サイリスタスイッチ40両端電圧VTHY  は第2図
(C)に示すようにコンデンサ電圧Vcと電源電圧Va
cの重畳した電圧となり最大印加電圧2Eが印加される
ことになる。
第2図(e)に示すように時刻t、でコンデンサ6の投
入指令が投入信号端子aに入るとサイリスタスイッチ4
0両端電圧VTHT  が零〔V〕近傍の時点t。
でゲート点弧信号Sgがサイリスタスイッチ4に与えら
れ、サイリスタスイッチ4がONになってコンデンサ6
が交流電源1に接続される。サイリスタスイッチ両端電
圧VTHY  が零〔v〕の近傍でサイリスタスイッチ
4がONになった場合は第2図(d)に示すようにコン
デンサ電流Ic  には突入電流は含まれず定常状態か
ら電流が流れ始める。
サイリスタスイッチ両端電圧VTRY  の零〔V〕の
近傍で各サイリスタ素子にゲート点弧信号Sg ’に与
えるため交流電源1の電源電圧Vacy<電圧変成器6
を介して検出し、タイミング信号発生回路7において第
2図(f)に示すように両端電圧VTuy が零〔■〕
の近傍、即ち交流電源1の電源電圧Vacの負のピーク
位相に同期したタイミング信号St y発生している。
このタイミング信号Stはコンデンサ6の充電極性によ
り電源電圧の正のピーク位相か負のピーク位相かのいづ
れかのタイミングに同期して出される。
このタイミング信号St とコンデンサ投入信号S、と
のAND条件4AND回路8により求め条件が成立した
時点でゲート点弧信号発生回路9を駆動し、第2図(g
)のようにゲート点弧信号Sg ’r発生する。ゲート
点弧信号発生回路9は自励形見振器等で構成されており
一度駆動信号が入ると次に停止信号S、が端子(b)に
与えられるまでゲート点弧信号Sg Yサイリスタスイ
ッチ4に与え続ける。
通常は上述のようにサイリスタスイッチ4g0Nにする
場合はサイリスタスイッチ両端電圧VTHYが零〔v〕
の近傍にて行うのでコンデンサ6には突入電流が流れな
いが、例えばタイばング信号発生回路7の故障により正
規の位相と異なる時点でタイミング信号Stが出た場合
はサイリスタスイッチ4のON時に大きな突入電流が流
れサイリスタ素子11又は12が過負荷になることが考
えられる。このためサイリスタスイッチ4に流れる電流
?電流変成器5により検出し、タイミング信号Stのず
れ等によりサイリスタ素子11又は12の点弧位相がず
れた場合(この現象を以後誤点弧と称す)に流れる突入
電流を過電流検出回路10により検出して直ちにゲート
点弧信号発生回路9からの信号発生?停止させサイリス
タスイッチ4ヲOFFにする無効電力補償装置の保護回
路が用いられている。
従来の無効電力補償装置は以上のように構成されている
ので、サイリスタスイッチ4の誤点弧時に直ちにゲート
点弧信号Sg Y停止させる結果、コンデンサ6及びサ
イリスタスイッチ4に過大な印加電圧が印加される。そ
こで以下に過電圧が印加される現象を第3図とともに説
明する。
第3図(a) 〜(d)は、それぞれ第2図(a) 〜
(d)に対応した電源電圧Vac%コンデンサ電圧Vc
、サイリスタスイッチ両端電圧VTHY sコンデンサ
電流Icの誤点弧時の波形図であり、同図(C)に示す
ようにサイリスタスイッチ4に電圧2Eが印加される時
刻t1においてサイリスタスイッチ4が誤点弧した場合
が過電圧として最も厳しくなる。このとき第1図のコン
デンサ3とリアクトル2の直列回路により初期値振幅2
 E〔V)で自由振動が生じる。更に交流電圧Vacが
重畳されることによりコンデンサ電圧Vcは最大振幅3
 E l”V)進達する。この時には、コンデンサ6に
は定常電流の数倍の過電流1cが第3図(d)のように
流れる。従来の装置ではこの過電流が過電流検出回路1
0の設定値以上になると直ちにゲート点弧信号Sg Y
停止するため、コンデンサ電流1cが零rA)になった
時刻t、においてサイリスタスイッチ4はOFFになる
。この時点ではコンデンサ電圧Vcは第3図(b)のよ
うにピーク値に達しており最悪の時は3 E rV]の
両端電圧がコンデンサ3に充電されたままになる。
更にサイリスタスイッチ4にはコンデンサ3の充11甫
圧3 Emに交流電源1の電源電圧Vac(ピーク値E
)が重畳されるため、第3図(C)のように最大4 E
rV)の電圧が印加されることになる。
上述のように従来のこの種の無効電力補償装置において
はコンデンサ6及びサイリスタスイッチ4としては誤漬
弧時の過電圧に耐えるようにする必要があるために電圧
定格の大きなものが必要であり、著しく不経済となると
いう欠点があった。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたものであり、ゲート点弧信号Sg Y停
止するタイミングを適切に制御することにより、誤点弧
時においても大ぎな過電圧がサイリスタスイッチ及びコ
ンデンサに印加しないように機能すると共に、サイリス
タスイッチのOFF時点のタイミング?検出するのにコ
ンデンサ電圧を検出せずにより経済的な計測回路構成に
よって検知して制御する無効電力補償装置の過電圧保護
回路な提供することを目的としている。
以下この発明の一実施例?図について説明する。
第4図において第1図と同一符号は同−又は相当部分を
示し、さらに29は交流電源電圧を検出するための電圧
変成器、13a、13b;14a。
14b;15a、15b;はいずれも比較器、16゜1
7はAND回路、18.19はOR回路、20a。
20bはN01回路、218.21bはシングルショッ
ト回路、22はフリップフロップ回路、26゜24はA
ND回路%25はNOT回路%26はOR回路、27は
AND回路、28はゲート点弧信号発生回路である。
このような構成の本実施例の動作を述べる前に。
本実施例による無効電力補償装置の過電圧保護回路の原
理的動作を第5図(a)〜(C)の動作説明図に基づい
て説明する。なお、第5図(a)〜(C)は、それぞれ
第3図に対し【図示したコンデンサ電圧Vc、コンデン
サ電流Ic、@源電圧Vacの各信号波形図である。
今、サイリスタスイッチ4が第5図(alの時刻t。
において誤点弧した場合を想定すると誤点弧により第5
図(b)に示すように大ぎな突入電流Tcがコンデンサ
3に流れ、その結果同図(a)に示すようにコンデンサ
電圧Vcは第4図に示したりアクドル2とコンデンサ3
の自由振動と交流電圧との重畳した波形となる。最もき
びしい場合を考えるため第3図(c) K述べたのと同
様にサイリスタ電圧が2E〔■〕の時に誤点弧したとす
ると自由振動振巾は2E(V)となり更に交流電圧が重
畳されるためコンデンサ電圧Vcは減衰を無視すると次
式で表わされる。
Vc =EOO8ω1 j + 2 Esll1ω、 
t   @@@@1111@ (1)但し ω、は交流
電源の角周波数 ω、は自由振動の角周波数 (1)式から蕉ω、i=l、3iiω、t=1が成立す
る時はVc = 3 E トtx、 Q % マタ逆V
Cctygω1t = −1、atiω、t=1が成立
する時はVc = Eとなることは明らかである。この
ことは第5図(a)に示すようにコンデンサ電圧Vcの
自由振動成分と電源電圧成分とが逆極性になったt、で
はコンデンサ電圧Vcは電源電圧E [V]に近い値に
なるためこの位相でサイリスタスイッチ4g’OFFに
するように制御すればコンデンサ電圧VcはほぼE〔■
〕に近くなりサイリスタスイッチ4及びコンデンサ6の
過電圧な避けることかできることになる。
しかしながら回路電圧が高い場合にはコンデンサ電圧V
c Y計測するのは大がかりな計測回路を必要とし、不
経済となる欠点がある。
本実施例はコンデンサ電圧を計測することなく適切なサ
イリスタスイッチのOFFFF時点小検出サイリスタ素
子の誤点弧時においても過電圧がサイリスタスイッチ及
びコンデンサに印加されないように制御する無効宵力補
償装置の保獲回路を提供するものである。
次に上述した動作原理?考慮I−て第4図実施例の動作
について第5図(a)〜(k)に従い説明する。
交流電源電圧Vacは電圧変成器29により検出され比
較器13a及び13bに入力される。この比較器13a
及び13bでは電源電圧Vacのピーク値とほぼ等しい
電圧ピークレベル値と比較され、比較器13a及び13
bからは第5図(d) 、 (e)に示す様に電源電圧
Vacのピーク付近で「1」の出力信号が出力される。
なお第4図実施例では電源電圧Vacの正のピーク値と
負のピーク値を区別して検出するため2つの比較器13
a、16b、¥用いている。一方、コンデンサ乙に流れ
るコンデンサ電流Icは電流変成器5を介して検出され
、シャント抵抗Rにより電流値Icに比例した電圧信号
に変換される。なお説明の便宜上、上記の電圧信号に変
換した電流信号を以下コンデンサ電流信号Icと称する
。コンデンサ電流信号Icは第5図fb)のように比較
器14a、14bにおいてあらかじめ設定された正、負
のそれぞれの過電流レベルと比較される。第4図では両
極性の比較?行うために2つの比較器14a及び14b
v用いている。
又、このコンデンサ電流信号Icは更に電流値の零点を
みつけるための比較器15a、15bにも入力される。
電流の両極性の比較を行うため2つの比較器15a及び
15bv用いている。すなわち、比較器15aではコン
デンサ電流Icが正方向に流れ始めてから負方向に反転
するまでの期間中「1」を出力する。又比較器15bで
はコンデンサ電流Icが負方向に流れ始めてから正方向
に反転するまでの期間中[1」を出力する。各比較器1
5a、15bの出力信号YNOT回路20a。
20b)2通してシングルショット回路21a、21b
に入力することにより電流値が零(A] w横切る時点
でパルス状の出力信号?出すようにしている。
コンデンサ3に充電される電圧Vcは、電流値が零を横
切る時点でピーク値に達しシングルショット回路21a
が「1」?出方する時点では正のピークに又、別のシン
グルショット回路21bが「1」?出力する時点では負
のピークに達していることになる。上述(1)式に示し
たようにコンデンサ3のピーク電圧の極性と電源電圧V
acの極性とが逆極性になる時にはコンデンサ3には過
電圧が印加されていないので比較器13aの出方信号と
シングルショット回路21bの出力信号を、又、比較器
13bの出力信号と別のシングルショット回路21aの
出力信号を、それぞれAND回路16及び17でAND
条件を求めることによりサイリスタスイッチ4vOF’
Fにするタイミング信号ることがで辣る。
一方、第1図の場合と同様に投入信号SIが入るとこの
投入信号S1とサイリスタスイッチ4の印加電圧の零〔
■〕近傍を検出するタイミング信号Stと4AND回路
23に入力してAND条件を求め、条件が成立した時点
でAND回路24?介してゲート点弧信号発生回路28
を駆動してサイリスタスイッチ4にゲート点弧信号sg
ヲ与える。このゲート点弧信号発生回路28は自己保持
形のゲート点弧信号発生回路であり、1度スタート信号
が入ると次に停止信号S、が入らない限りゲート点弧信
号Sg ft出力し続ける。サイリスタスイッチ4の誤
点弧が生じ過電流が流れると比較回路14が過電流?検
出してOR回路19を介してフリップフロップ22をセ
ットし、このフリップフロップ22の出力信号はOR回
路26?介してAND回路27に入力される。このAN
D回路27ではOR回路18の出力信号とのAND条件
を求め条件が成立した時点でゲート点弧信号発生回路2
8に停止信号S、ヲ送りゲート点弧信号Sg ’Y停止
してサイリスタスイッチ4の電流が零になった時点でサ
イリスタスイッチ4vOFFにする。OR回路18の出
力信号が「1」になる時点では前述のようにコンデンサ
電圧Vcのピーク電圧の極性と電源電圧Vacの極性が
互に逆になっており、この時点t、で前述した様にサイ
リスタスイッチ44 OFFにすればコンデンサ6やサ
イリスタスイッチ4に過電圧が印加されることは避ける
ことができる。
上述の動作?より具体的に示すために第5図?用いて説
明する。時刻t、において誤点弧が生じた場合同図(b
)に示す過電流Icが流れコンデンサ電圧Vcは同図(
a)のような振動波形が印加される。
一方、第5図(c)は電源電圧Vaci示しておりピー
ク付近の位相?求めるため電圧ピークレベルが設けられ
ている。比較器13aと16bでは同図(d)及び(e
)に示すように電源電圧が電圧ピークレベル?超過した
期間中パルス出力信号「1」を出力している。比較回路
15a及び15bの各出力信号は、同図(f)と(g)
に示されているとおり、同図(b)に示−flW流の正
の期間中、比較器15aが「1」を出力し、負の期間中
比較器15bが「1」?出力している。これ等の比較器
15a及び15bの出力信号の立下り時で同図(h)及
び(i)に示すように各シングルショット回路21a及
び21bはパルス信号な出力する。AND回路16及び
17の出力信号は同図01及び(k)に示している様に
、この場合はt、の時刻でAND回路17の出力信号が
「1」となる。
t、の時刻では第5図(a)に示すようにコンデンサ電
圧Vcはほぼ電源電圧Vacに等しくなっており。
この時点でゲート点弧信号Sg Y停止にしてサイリス
タスイッチ4=rOFFにすればコンデンサ6及びサイ
リスタスイッチ4に過電圧が印加されることは避けるこ
とができる。この目的のため第4図ではAND回路27
によりOR回路18の出力信号と停止指令S2であるO
R回路26の出力信号とのAND条件な求めてゲート点
弧信号発生回路28の出力信号Sg ?停止するように
している。
この実施例では電流が零に達する時点でゲート点弧信号
Sgヲ停止するためサイリスタスイッチ4のターンオフ
期間が十分確保できない場合が考えられる。そのため■
流が零に達てる一定時間前にゲート点弧信号Sg Y停
止てるタイミングを見つげることが望ましい。
第6図は、このような点に鑑み改良された第2の実施例
による過電圧保護回路の入力段の回路構成図である。薗
6図において、60は■混層波電圧の位相を進めるため
の位相進みフィルタであり。
31はリアクトル2とコンデンサ3で決まる振動周波数
に基づいて流れる電流の検出位相を進めるための位相進
みフィルタである。
それぞれの位相進みフィルタ30及び31v用いること
により実際に電流が0に達する以前にサイリスタスイッ
チ4.−0FFにすべきタイミングを知ることができゲ
ート点弧信号Sg、l0FFにする場合にサイリスタス
イッチ4のターンオフ期間を十分確保てることができる
なお、上記実施例では、サイリスタスイッチ4としてサ
イリスタの逆並列接続の場合な示したが、サイリスタと
ダイオードの逆並列接続の場合でもよく上記実施例と同
様の効果を奏する。
また上記実施例ではサイリスタスイッチ4に流れる電流
の過電流検出回路な設けているが、この検出回路が無く
ても、電源電圧のピーク付近に達した時点と、電流が零
rA) yx横切る時点とのAND条件な求めることに
よりサイリスタスイッチ4YOFFに丁べきタイミング
な見つけることができる。
以上のように、この発明の無効電力補償装置の過電圧保
護回路によればサイリスタスイッチの誤点弧時にコンデ
ンサに過電圧が印加されない時点に同期してサイリスタ
スイッチ1OFFにするようにしたので、サイリスタス
イッチ及びコンデンサの耐圧を従来より低くすることか
でき経済的な装置が得られるばかりてなく、さらにコン
デンサ電圧を計測する必要がないので、このための犬が
かりな計測回路が不要となり、経済的な価値も向上する
。また、第6図に示すように位相進みフィルタを採用す
ると、サイリスタスイッチのターンオフ期間な充分に確
保できるので、保護装置としての信頼性も向上する効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の無効電力補償装置の保護回路を示す回路
構成図、第2図は第1図の無効電力補償装置の正常時の
動作を示す各部の信号波形図、第3図は第1図の無効電
力補償装置のサイリスタスイッチが誤点弧時の各部の信
号波形図、第4図はこの発明の第1の実施例による無効
電力補償装置の過電圧保護回路を示す回路構成図、第5
図は第4図に示した第1の実施例の過電圧保護回路の各
部の信号波形図、第6図はこの発明の第2の実施例によ
る無効′イカ補償装置の過電圧保護回路Y示す入力部回
路構成図である。 1・・・交流電源、2・・・リアクトル、3・・・コン
デンサ、4・・・サイリスタスイッチ、5・・・■流変
成器。 6・・・電圧変成器、7・・・タイミング信号発生回路
、8・・・AND回路、9・・・ゲート信号発生回路、
10・・・過電流検出回路、11.12・・・サイリス
タ素子。 13a、13b;14a、14b;15a、15b・・
・比較器& 16.17・・・A N D回路、18,
19、、、OR11a[L 20 、、・N OT回路
、2ta、21b・・、シングルショット回路、22・
・・フリップフロップ回路、25.24・−・ANI)
回路、25・・・NOT回路、26・・・OR回路、2
7・・・A N I)回路、2B・・・ゲート点弧信号
発生回路、29・・・電圧変成器。 30.31・・・位相進みフィルタ。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分?示イ。 代理人 大岩増雄 第3図 (a)  亀源亀丘Vac 第  5  図 (k) 17の出力          ”第  6 

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)コンデンサに直列接続されるサイリスタ・スイッ
    チにより上記コンデンサの投入な制御する際に上記サイ
    リスタスイッチ及び上記コンデンサを保護する無効電力
    補償装置の過電圧保護回路罠おいて、電源電圧が正及び
    負の各ピーク値付近に達する時点をそれぞれ検出する第
    1及び第2検出回路と、上記サイリスタ・スイッチな流
    れるスイッチ電流の極性が正から負方向及び負から正方
    向に切替る時点?それぞれ検出する第3及び第4検出回
    路とを有し、上記第1検出回路の出力信号と上記第4検
    出回路の出力信号との論理積条件、又は上記第2検出回
    路の出力信号と上記第3検出回路の出力信号との論理積
    条件のいずれかの該条件が成立した時点に上記サイリス
    タスイッチ?停止するように制御したことを特徴とする
    無効電力補償装置の過電圧保護回路。 (1)                      
        1cす(2)上記電源電圧のピーク値付近に達
    する時点を第1の位相進みフィルタを介して、また上記
    サイリスタ・スイッチを流れるスイッチ電流の極性が切
    替る時点を第2の位相進みフィルタ?介してそれぞれ検
    出したことな特徴とする特許請求の範囲第1項記載の無
    効電力補償装置の過電圧保護回路。
JP58082948A 1983-05-10 1983-05-10 無効電力補償装置の過電圧保護回路 Granted JPS59206917A (ja)

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KR20170110314A (ko) * 2016-03-23 2017-10-11 엘에스산전 주식회사 사이리스터 보호장치 및 그의 보호방법

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