JPS5949793B2 - 整流回路の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、整流回路の制御方法に係り、特にそれぞれ複
数の整流単位を含む複数の整流器を並列動作させる場合
の整流単位の動作順序の選択方法に関する。

交流電気鉄道の車両に用いられる整流回路のご’とく、
容量が大きく、且つ広範囲に負荷電力が変化するもので
は、整流器を複数の小容量のものに分割する手段がとら
れる。

このような場合、整流器の電源側には整流器の分割数と
同一数の２次巻線を有する変圧器が設けられる。第１図
は従来のこの種の整流回路を示す。

交流電源ｅ、に変圧器Ａの１次巻線Ｃｌが接続され、こ
の変圧器Ａの２次巻線は４つに分割されている。この４
つの２次巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ、にはそれぞれ整流
単位Ｔｌ、Ｔ。、Ｔ。、Ｔ、が接続されてい゜る。これ
らの整流単位Ｔ、〜Ｔ、は直流側で直列接続されて１つ
の整流器Ｃが構成される。この整流器Ｃの直流出力側に
は平滑リアクトルＤＣＬ及び直流負荷Ｍが接続されてい
る。このような整流回路では、交流回路に多量の高調波
電流が流れるおそれがある。高調波電流は通信線や信号
線に誘導障害を及ぽすため、できるだけ少量に抑える必
要がある。そのためには、変圧器Ａのリアクタンスをあ
る程度大きくし適正な値に保持しなければならない。ま
た、車両に装備される装置には寸法及び重量に厳しい制
限があるから、変圧器Ａの構造も小型化する必要がある
。このような要求に応じ従来実際に使用されている変圧
器の構造は第２図に示すようなものである。

この変圧器の特徴は、鉄心Ｂに巻かれた１次巻線Ｃｐが
直列接続された３つのグループＣｐａ、ＣＰｂ、Ｃ、ｃ
から構成されていることと、上記グループＣｐａとＣＰ
ｂの間に２次巻線１と２が、ＣｐｂとＣｐｃの間に２次
巻線３と４が巻装されていることである。このような構
造にすると、変圧器の体格を小さくして、リアクタンス
を適正な値にすることが可能となる。即ち、２次巻線Ｗ
，〜Ｗ，が１次巻線の３つのグループＣｐａ，Ｃｐｂ，
Ｃｐ。の間に区分されて巻装されているので、各２次巻
線Ｗ，〜Ｗ，の一次側から見た漏れリアクタンスはそれ
ぞれ異なることになる。２次巻線Ｗ，〜Ｗ，のリアクタ
ンスがそれぞれ異なれば、それに接続されている各整流
単位Ｔ，〜Ｔ，の各々の転流時間が相違す．る。

この整流単位Ｔ，〜Ｔ。の各転流時間は、変圧器Ａのリ
アクタンスの２次側分布率が大きい程長くなるから、転
流時における電源電流Ｉ，の変化は緩やかなものとなり
、電源電流Ｉｓに含まれる高調波電硫は小さくなる。こ
のように、第２図のような変圧器を用いると高調波電流
を小さくすることができるが、例えば電車１編成中に複
数の整流器を使用するような場合には、高調波電流が重
畳されて大きくなるという問題がある。

この点について、第３図及び第４．図を参照して詳細に
説明する。第３図に示す整流回路は、電車１編成中に２
つの変圧器、整流器を設ける場合の例で、１つの交流電
源Ｅ。

に対して、第１図と同一構造の２つの変圧器Ａ，，Ａ２
、整流器Ｃ”，Ｃ。、平滑リアクトルＤＣＬ，，ＤＣＬ
。及び直流負荷Ｍ，，Ｍ。が設けられている。両変圧器
Ａ，，Ａ。

の１次巻線Ｃｐ，，Ｃｐ，は交流電源Ｅｓに並列に接続
されている。変圧器Ａ，，Ａ。としては、設計、製作を
容易にし、コストを引き下げるため、通常、鉄心及び巻
線構造の同一な変圧器が用いられる。このような整流回
路の制御は従来第４図のようにして行なわれている。

まず、モード１のように整流単位Ｔ，，とＴ，。の制御
角αを最大位相から最小位相方向に制御すると、整流器
Ｃ，とＣ。の直流出力電圧が上昇する。第４図では矢印
によつて制御角αの方向を示している。整流単位Ｔ，，
とＴ，。が最大電圧に達したら、次にモード２のように
整流単位Ｔ。，とＴ。。の制御角αを同様に最大位相か
ら最小位相方向に制御する。これにより直流出力電圧は
さらに上昇する。以下、同様のくり返しで、直流出力電
圧の上昇に応じて、モード３、モード４へと進み、最終
的にはモード５のようにすべての整流単位Ｔ，，〜Ｔ，
，，Ｔ。，〜Ｔ。，が最大電圧に達し、整流器Ｃ，，Ｃ
。の直流出力電圧が最大となる。従来の制御方法は、こ
のように各整流器Ｃ，，Ｃ。

内の整流単位Ｔ，，〜Ｔ，，，Ｔ。，〜Ｔ。，をそれぞ
れ１つすつ順番に位相制御をするいわゆる順序制御方式
をとつている。しかし、このような制御方法では、各整
流器Ｃ，，Ｃ。において、同時に制御される整流単位は
、各変圧器Ａ，，Ａ。における巻装位置が同一の２次巻
線に接続されたもの同志であるため、電源電流Ｉ。の波
形は変圧器Ａ，，Ａ２の１次巻線に流れる同一の電流波
形を２つ重ね合わせたものとなる。このため、電源電流
Ｉ，に含まれる高調波電流は整流回路が１つの場合の２
倍に増え、変圧器Ａ，，Ａ。のリアクタンスの２次側分
布率を大きくしたことによる効果が損なわれるという欠
点がある。このような欠点をなくすため、同一の交流電
源に接続される複数の変圧器のリアクタンス特性をそれ
ぞれ異ならせることも提案されているが（特願昭５２−
１５０４７２号）、この方法は各変圧器をそれぞれ別に
設計、製作する必要があるため不経済である。

本発明の目的は、上記のような従来の制御方法に基づく
欠点を除去し、同一構造の複数の変圧器にそれぞれ接続
させた複数の整流器を同時に制御する場合に、電源側に
流れる高調波電流を小さ＜できる整流回路の制御方法を
提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、各整流器毎に、同
時に制御される整流単位として、互いに各変圧器におけ
る巻装位置が異なる２次巻線に接続されたもの同志を選
択することを特徴とする。以下、本発明の実施例を図面
を参照して詳細に説明する。第５図は本発明の制御方法
を実施するのに用いられる整流回路の一例を示す。

この整流回路が第３図の整流回路と異なるところは、各
整流器Ｃ，，Ｃ。の中に制御型の整流単位と非制御型の
整流単位とが含まれていることである。即ち、一方Ｊの
整流器Ｃ，では、整流単位Ｔ，，だけがサイリスタを含
む制御型であり、残りの整流単位Ｔ。，，，Ｔ。，，，
Ｔ。，，はダイオードブリツジからなる非制御型となつ
ている。非制御型の整流単位Ｔ。，，，Ｔ３ｌｌ，Ｔ，
，，の交流側にはその各々をオンオフする開閉器Ｓ２ｌ
，Ｓ３ｌ，Ｓ４ｌが直列接続されている。また、他方の
整流器Ｃ２では、整流単位Ｔ２２だけがサイリスタを含
む制御型であり、残りの整流単位Ｔｌ２２，Ｔ３２２，
Ｔ４２２はダイオードブリツジからなる非制御型となつ
ている。非制御型の整流単位Ｔｌ２２，Ｔ３２２，Ｔ４
２２の交流側にはその各々をオンオフする開閉器Ｓｌ２
，Ｓ３２，Ｓ４２が直列接続されている。そして注意す
べきことは、整流回路Ｃ１内の制御型整流単位Ｔｌｌが
接続されている２次巻線Ｗｌｌの巻装位置は下から１段
目であるのに対し、整流回路Ｃ２内の制御型整流単位Ｔ
２２が接続されている２次巻線Ｗ２２の巻装位置は下か
ら２段目であり、それぞれ２次巻線の巻装位置が異なつ
ていることである。その他の構成は第３図に示すものと
同じであり、第３図と同一部分には同一符号を付してあ
る。次に上記のような整流回路を用いた場合の本発明の
一実施例を第６図を参照して説明する。

まず、直流出力電圧をＯから上昇させる場合には、モー
ド１のように制御型整流単位ＴｌｌとＴ２２の制御角α
を最大位相から最小位相方向に制御する（矢印参照）。
モード１において制御型整流単位ＴｌｌとＴ２２が最大
電圧に達した後、さらに直流出力電圧を上昇させる場合
には、モード２のようになる。即ち、開閉器Ｓ２ｌとＳ
３２を同時に投入して非制御型整流単位Ｔ２ｌｌとＴ３
２２を導通させ、これと同時に制御型整流単位Ｔｌｌと
Ｔ２２の制御角αを瞬時に最大位相まで戻して、再びそ
の整流単位ＴｌｌとＴ２２の制御角αを最大位相から最
小位相方向に制御する。以後、さらに直流出力電圧を上
昇させる．場合にはモード３、モード４のようにする。
即ち、モード３、モード４において、制御型整流単位Ｔ
ｌｌとＴ２２はモード２の場合と同様な位相制御のくり
返しであり、モード３では開閉器Ｓ３ｌとＳ４２を同時
に投入して非制御型整流単位Ｔ３ｌｌとＴ４２２を３導
通させ、モード４では開閉器Ｓ４ｌとＳｌ２を同時に投
入して非制御型整流単位Ｔ４ｌｌとＴｌ２２を導通させ
る。モード４の最終段階では制御型整流単位ＴｌｌとＴ
２２が最大電圧に達してモード５のようになり、整流器
Ｃｌ，Ｃ２の直流出力電圧は最大とな・る。上記の制御
方法は、各整流器Ｃｌ，Ｃ２において、制御型整流単位
Ｔｌｌ，Ｔ２２だけをくり返し位相制御し、他の非制御
型整流単位をオンオフ制御する、いわゆるバーニア制御
である。次に上記のような制御方法による効果を説明す
る。

変圧器Ａ１の２次巻線Ｗｌｌ，Ｗ２ｌ，Ｗ３ｌ，Ｗ４ｌ
の内部リアタタンスは前述のように全て異なる。変圧器
Ａ２についても同様である。また変圧器Ａ１とＡ２は全
く同一のものを使用しているから、２次巻線の内部リア
クタンスは、ＷｌｌとＷｌ２，Ｗ２ｌとＷ２２，Ｗ３ｌ
とＷ３２，Ｗ４ｌとＷ４２において、それぞれ等しい。
上記の制御方法では、各モードにおいて、同時に制御さ
れる整流単位は、各々が接続されている２次巻線の巻装
位置が異なるもの同志となるように選択されている。即
ち、モード１〜４では制御型整流単位ＴｌｌとＴ２２が
同時に位相制御されるが、これらはそれぞれ２次巻線Ｗ
ｌｌとＷ２２に接続されており、両者のリアタタンスは
異なつている。モード２では非制御型整流単位Ｔ２ｌｌ
とＴ３２２が同時にオンオフ制御されるが、これらはそ
れぞれ２次巻線Ｗ２ｌとＷ３２に接続されており、両者
のリアクタンスは異なる。モード３で同時にオンオフ制
御されるＴ３ｌｌとＴ４２２、モード４で同時にオンオ
フ制御されるＴ４ｌｌとＴｌ２２についても同様のこと
がいえる。このように同時に制御される整流単位の交流
側のリアタタンスが異なれば、各々の整流単位の転流時
間に差異が生じる。第７図は、第６図のような制御をし
た場合の各部の電流波形を示す。Ｉｌｌ〜Ｉ４ｌ，ｉｌ
２〜Ｉ４２はそれぞれ第５図に示すように各２次巻線の
電流波形であり、Ｉ５は電源電流波形である。各モード
とも、同時に制御される整流単位の転流時間に差がある
ため、電源電流１８は、同一波形を重ねる場合よりも折
れ曲りが増えて波形歪が改善される。したがつて、上記
のような制御方法によれば、電源電流に含まれる高調波
電流を低減することができる。第８図は、全く同一構造
の第２図に示すような変圧器を２個使用した、第３図の
整流回路と第５図の整流回路について、それぞれ従来の
制御方法（第４図）と上記実施例の制御方法（第６図）
を実施した場合における電源側高調波電流、特に信号線
や通信線に悪影響を及ぼす等価妨害電流Ｌの実測結果を
示す。

イは従来の制御方法によるもの、口は上記実施例の制御
方法によるものである。このように上記実施例によれば
等価妨害電流Ｌが大幅に低減されることがわかる。特に
、従来では等価妨害電流Ｌが大きく発生しているモード
２〜４において、上記実施例の効果が顕著に現われてい
る。また、上記実施例の制御方法によれば、従来のよう
に全ての整流単位をサイリスタとダイオードの混合ブリ
ツジ（制御型）で構成する必要はなく、混合ブリツジは
一つのみとし他はダイオードブリツジ（非制御型）で構
成できるので、ゲート制御回路が簡単となり、経済的で
あるという利点もある。

第９図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は第３図のような整流回路、即ち整流単位が
全て制御型で構成されている整流回路を用いた場合の制
御方法を示す。モード１では整流単位Ｔ，，とＴ。

。の制御角αを最大位相から最小位相方向に制御する。
この点は第６図の実施例と同様である。次にモード２で
は整流単位Ｔ，，とＴ。。を最小位相にしたまま、整流
単位Ｔ，，とＴ，。の制御角αを最大位相から最小位相
方向に制御する。以下同様にして、モード３ではＴ，，
とＴ，。、Ｔ。，とＴ。。を最小位相にしたまま、Ｔ。
，とＴ，。の位相制御を行ない、モード４ではＴ，，と
Ｔ。。、Ｔ，，とＴ。。、Ｔ。，とＴ，。を最小位相に
したまま、Ｔ，，とＴ。。の位相制御を行ない、最終的
にはモード５のようになる。このような制御方法でも、
同時に制御される整流単位は、各々が接続されている２
次巻線の巻装．置が異なるもの同志となるので、第６図
の実施例の場合と同様な理由により、電源電流に含まれ
る高調波電流を低減することができる。

上記各実施例では、変圧器及び整流器が２つの場合につ
いて説明したが、３つ以上の場合についても本発明は同
様に適用できる。

また、上記各実施例では変圧器の２次巻線の数、即ち１
つの整流器の中の整流単位の数が４つの場合について説
明したが、これ以外の数の場合にも本発明は同様に適用
できる。以上説明したように、本発明によれば、同一構
造の変圧器を複数台使用した場合における電源に流れる
高調波電流を減少させることができ、その経済的効果は
きわめて大である。

【図面の簡単な説明】 第１図は電車１編成中に整流器が１つの場合の整流回路
の結線図、第２図は電車用等の整流回路に用いられてい
る変圧器の概略構成図、第３図は電車１編成中に整流器
が２つの場合の整流回路の結線図、第４図は第３図の整
流回路を用いた従来の制御方法を示す説明図、第５図は
電車１編成中に整流器が２つの場合の本発明の実施に好
適な整流回路の結線図、第６図は第５図の整流回路を用
いた本発明の一実施例に係る制御方法を示す説明図、第
７図は第６図の制御方法による場合の各部の電流波形を
示すグラフ、第８図は第６図の制御方法と第４図の制御
方法による場合の等価妨害電流の実測結果を示すグラフ
、第９図は第３図の整流回路を用いた本発明の他の実施
例に係る制御方法を示す説明図である。 Ｅ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同一の交流電源に、複数の２次巻線を有していて鉄
   心及び巻線構造が同一な複数の変圧器の１次巻線を並列
   接続し、前記各変圧器の複数の２次巻線にそれぞれ整流
   単位を接続し、この各整流単位を直流側で直列接続して
   前記各変圧器に対応する整流器を構成し、この整流器の
   直流出力側にそれぞれ平滑リアクトル及び直流負荷を直
   列接続してなる整流回路を用い、前記各整流器とも要求
   される直流電圧に応じ複数の整流単位を順次動作させて
   整流を行なうものにおいて、前記各整流器毎に、同時に
   制御される整流単位として、互いに各変圧器における巻
   装位置が異なる２次巻線に接続されたもの同志を選択す
   ることを特徴とする整流回路の制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記各整流器の複
   数の整流単位のうち、１つを制御型整流単位としてこれ
   をくり返し位相制御し、残りを非制御型整流単位として
   これをオンオフ制御することを特徴とする整流回路の制
   御方法。