JPS5961473A

JPS5961473A - 周波数電圧変換装置

Info

Publication number: JPS5961473A
Application number: JP17238082A
Authority: JP
Inventors: Tsugio Kubo; 久保二男
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-04-07

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】本発明は半導体制御整流器（以下ＳＣＲと云う）を強制
転流することによって、電源電圧の周波数と電圧および
その位相を適当に変えうる周波数電圧変換装置に関する
もので、その装置の周波数・電圧の変換方式に新方式を
用いることによって比較的簡単な主回路およびその制御
回路によって広範囲の周波数制御、出力波形のよい広い
範囲の電圧制御、電力回生も可能な周波数電圧変換装置
（以下周波数変換装置とする）を提供するのが目的であ
ります。

従来、ＳＣＲの自然転流を利用した、交流電源より他の
周波数の電力を発生する周波数変換装置はＳＣＲの数は
多く、制御回路も複数であり、また変換周波数も電源周
波数より低くする程度で、範囲もせまい。またＳＣＲの
強制転流によって周波数を変換する装置においても、出
力電圧中で１時出力電圧の出ない休止期間を作る電圧制
御方式、すなわち電圧チョッパー制御においては、休止
期間を大きくすると出力波形が悪くなり、また休止期間
においては電力の回生は出来ない。

本発明は、従来の強制転流方式における周波数・電圧の
制御方式を改良することによって、出力電圧の波形を良
好にすると共に、出力電圧の休止期間をなくし、常時、
電圧の回生を可能とした、ＳＣＲの数の少い、周波数制
御の範囲は直流より電源周波数の上下まで広い、相順の
正・逆転のできる、また静止セルビウスに適したすべり
周波数電力を発生しうる。種々のすぐれた特徴をもった
周波数変換装置を提供するものであります。

次に本発明の周波数変換装置の原理について説明します
。第１図は本発明の周波数変換装置の原理図であります
。

一般に、周波数ｆｏのＮ相交流電源を毎秒ｆ回電源の相
を切換えると、出力の基本波の周波数ＦはＦ＝ｆ／Ｎ〜
ｆｏで表わされる。Ｆはｆ／Ｎ＞ｆｏの時を相順を正と
するとｆ／Ｎ＜ｆｏは逆相、ｆ／Ｎ＝ｆｏは直流となる
。出力をＭ組とり出すと周波数がＦでＭ相の交流を発生
することができる。また相の切換ばかりでなく、相切換
中や相切換と相切換の間で１つの振幅の交流電圧より他
の振幅の交流電圧に電圧を切換えて、その電圧の印加期
間を制御することによって周波数と同時に周波数変換装
置の出力電圧を変えることもできます。

第２図は本発明の３相‐３相周波数変換装置の一実施例
を示す回路図であり、第３図のパルス波形図と比較しな
がら、その回路構成およびその動作を説明します。

第２図の１は基本パルス発生回路で、このパルスＰｏの
周波数は相切換の周波数であり、この周波数を調整する
と周波数変換装置の出力周波数を制御することができる
。２はパルス分配器で３進リングカウンタであり、第３
図のようにＰａ、Ｐｂ、Ｐｃの３組のパルスが発生する
。Ｐａは後述のＳＣＲ１０１、ＳＣＲ１０２、ＳＣＲ１
０３、ＰｂはＳＣＲ１０４、ＳＣＲ１０５、ＳＣＲ１０
６、ＰｃはＳＣＲ１０７、ＳＣＲ１０８、ＳＣＲ１０９
のそれぞれゲートパルスであり、それらの制御電極と陰
極間に加わり、それらを点弧・導通せしめる。３は基本
パルスＰｏより適当な時間だけ遅延したパルスＰｓを発
生する遅延パルス発生回路であり、この遅延時間は電圧
切換における１つの振幅の交流電圧と他の振幅の交流電
圧の印加時間の割合を決めるもので、この遅延時間を変
えると周波数変換装置の出力電圧を制御することができ
る。このパルスＰｓはＳＣＲ１１０、ＳＣＲ１１２、Ｓ
ＣＲ１１３のゲートパルスで、それらを点弧・導通せし
めるものであります。４は基本パルスと同期のパルスを
発生するもので、第３図のパルスＰＲであり、これはＳ
ＣＲ１１１、ＳＣＲ１１４，ＳＣＲ１１５のゲートパル
スで、それらを点弧・導通せしめるものであります。５
は基本パルスＰＲを２組のパルスＰＡ、ＰＢに分配する
分配器で、フリップフロップが使用される。このパルス
ＰＡは後述の単相全波制御整流器ブリツジ（以下単相全
波ＳＣＲブリツジとする）のＳＣＲ１１６、ＳＣＲ１１
７のゲートパルスでそれらを点弧・導通せしめるもので
あります。またＰＢはＳＣＲ１１８、ＳＣＲ１１９のゲ
ートパルスでそれらを点弧・導通せしめるものでありま
す。

第２図の３相‐３相周波数変換装置の主回路の構成は３
相変圧器１２７、および各直流端子間にＳＣＲを接続し
た相切換用の単相全波半導体整流器ブリツシ（以下単相
全波ＳＲブリツジとする）２０１、２０２、２０３、２
０４、２０５、２０６、２０７２０８、２０９の３個１
組とした１２０、１２１、１２２の３組、および各直流
端子間にＳＣＲを接続した電圧切換用の３相全波半導体
整流器ブリツジ（以下３相全波ＳＲブリツジとする）１
２４、１２５の２組、および交流端子間のコンデンサ６
８とコイル６９を接続した相切換・強制転流用の単相全
波ＳＣＲブリツジ１２３および交流端子間にコンデンサ
ー７４とコイル７５を接続した電圧切換・強制転流用の
単相全波ＳＣＲブリツジ１２６より構成されている。そ
して入力端子はスイツチ７を接続して電源６に接続され
、また出力端子は例えば電動機のような負荷８に接続さ
れている。

３相変圧器１２７は３個の１時巻線１２７Ｕ、１２７Ｖ
，１２７Ｗおよび３個の２次巻線１２７Ｒ、１２７Ｓ、
１２７Ｔよりなり、１次巻線の入力端子はスイツチ７を
接続して電源６に接続されている。２次巻線の中性点に
対応する各コイルの端子ＲＯ、ＳＯ、ＴＯは電圧切換用
の３相全波ＳＲブリツジ１２４の３個の交流端子に接続
されており、また２次巻線の出力端子Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２
は９個の相切換用・単相全波ＳＲブリツジの各交流端子
の片側に接続されている。また２次巻線の各コイルの中
性点ＲＯ、ＳＯ、ＴＯより同巻数の所にタツプ端子Ｒ１
，Ｓ１、Ｔ１を作り、それらは電圧切換用の３相全波Ｓ
Ｒブリツジ１２５の交流端子にそれぞれ接続されている
。

９個の相切換用・単相全波ＳＲブリツジはそれぞれ４個
の半導体整流器（以下ダイオードとする）と、その直流
端子間の正側はＳＣＲの陽極、負側はＳＣＲに陰極とな
るようにＳＣＲを接続し、また転流をより正確ならしめ
るためにＳＣＲの陰極と直流端子の負側の間にインピー
ダンス素子を接続する場合もある。すなわち単相全波Ｓ
Ｒブリツジ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、
２０６、２０７２０８、２０９にはそれぞれ（１０、１
１、１２、１３）、（２０、２１、２２、２３）、（３
０、３１、３２、３３）、（４０、４１、４２、４３）
、（５０、５１、５２、５３）、（６０、６１、６２、
６３）、（７０、７１、７２、７３）、（８０、８１、
８２、８３）、（９０、９１、９２，９３）のダイオー
ドと、ＳＣＲ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５
、１０６、１０７、１０８、１０９、インピーダンス素
子７６、７７、７８、７９８４、８５、８６、８７、８
８がそれぞれ接続されている。

そして９個の単相全波ＳＲブリツジの交流端子の片側（
変圧器側）は、端子Ｒ２に２０１、２０４、２０７、端
子Ｓ２に２０２、２０５、２０８端子Ｔ２に２０３、２
０６、２０９がそれぞれ接続され、また交流端子の片側
（負荷側）は負荷の端子Ｒに２０１、２０５、２０９、
端子Ｓに２０２、２０６、２０７、端子Ｔに２０３、２
０４、２０８がそれぞれ接続されている。

相切換・強制転流用の単相全波ＳＣＲブリツジ１２３が
ＳＣＲ１１６、１１７、１１８、１１９よりなり、その
直流端子の負側のａ点は前述の９個の単相全波ＳＲブリ
ツジの各直流端子の正側とダイオード３４、３５、３６
、３７、３８、３９、４４、４５、４６によって連結さ
れている。また１２３の直流端子の正側のｂ点は前述の
９個の単相全波ＳＲブリツジの各直流端子の負側とダイ
オード４７、４８、４９、５４、５５、５６５７、５８
、５９によって連結されている。また１２３の交流端子
にはコンデンサ６８とコイル６９が接続されている。

３相全波ＳＲブリツジ１２４はダイオード１４、１５１
６、１７、１８、１９よりなり、その直流端子の正側は
ＳＣＲの陽極、負側はＳＣＲに陰極となるようにＳＣＲ
１１０が接続されている。その３個の交流端子は変圧器
１２７の２次巻線の端子ＲＯ、ＳＯ、ＴＯに接続されて
いる。また３相全波ＳＲブリツジ１２５はダイオード２
４、２５、２６、２７、２８、２９よりなり、その直流
端子の正側はＳＣＲの陽極、負側はＳＣＲの陰極となる
ようにＳＣＲ１１１が接続されている。その３個の交流
端子は変圧器１２７の２次巻線の端子Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１
に接続されている。

単相全波ＳＣＲブリツジ１２６は４個のＳＣＲ１１２、
１１３、１１４、１１５よりなり、その直流端子の負側
のＣ点は３相全波ＳＲブリツジ１２４、１２５の直流端
子の正側よりダイオード６４、６５によって連結されて
いる。そして１２６の直流端子の正側のｄ点は３相全波
ＳＲブリツジ１２４、１２５の直流端子の負側とダイオ
ード６６、６７によって連結されている。そして１２６
の交流端子にはコンデンサ７４とコイル７５が接続され
ている。

第２図の周波数変換装置の動作については、第３図のパ
ルス波形図と比較しながら説明する。最初、３相スイツ
チ７を投入すると、３相交流電源６よりの３相電圧によ
って、３相変圧器１２７の２次巻線に３相電圧が誘起す
る。しかし、ＳＣＲ１１０またはＳＣＲ１１１は非導通
なので、２次巻線は中性点が開放された結果となり、変
圧器１２７の出力電圧は出ない。

次に基本パルス発生回路１の最初のパルスＰＯ１と同期
のパルスＰＲ１によって３相全波ＳＲブリツジ１２５の
ＳＣＲ１１１、単相全波ＳＣＲブリツジ１２６のＳＣＲ
１１４、１１５が導通する。これによって変圧器１２７
の２次巻線の端子Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１は短絡状態となり、
変圧器１２７の出力端子Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２に端子Ｒ１、
Ｓ１、Ｔ１を中性点とした出力電圧が発生する。またＳ
ＣＲ１１１の点弧と同じ時点にリングカウンター２のパ
ズルＰａ１によってＳＣＲ１０１、１０２、１０３が同
時に点弧する。これによって変圧器１２７の出力電圧は
負荷の端子Ｒ，Ｓ，Ｔに現われる。またこれ同時に相切
換使用の単相全波ＳＣＲブリツジ１２３のＳＣＲ１１６
、１１７もパルスＰＡ１によって点弧する。これによっ
てコンデンサー６８は変圧器１２７のどの出力端子の極
性が正であっても充電できる。例えばＲ２が正なら、端
子Ｒ２→ダイオード１０→ダイオード３４→ＳＣＲ１１
６→コンデンサ６８→コイル６９→ＳＣＲ１１７→ダイ
オード４８→ダイオード２２→端子Ｓ２の通路を通って
●印側が正となるように充電される。同様にコンデンサ
ー７４についても、ゲートパルスＰＲ１によるＳＣＲ１
１４とＳＣＲ１１５の導通によって、例えば、端子ＲＯ
→ダイオード１４→ダイオード６５→ＳＣＲ１１４→コ
イル７５→コンデンサ７４→ＳＣＲ１１５→ダイオード
６７→ダイオード１８→端子ＳＯの通路によってコンデ
ンサ７４は●印のついていない側が正となるように充電
される。

次に遅延パルス発生回路３のパルスＰＳ１によって３相
全波ＳＲブリツジ１２４のＳＣＲ１１０、および電圧切
換用の単相全波ＳＣＲブリツジ１２６のＳＣＲ１１２、
１１３が同時に導通すると、コンデンサー７４は導通状
態か、またはすでに非導通状態のＳＣＲ１１４、１１５
に逆極性の電圧を印加して、それらを完全に非導通状態
とすると共に、コンデンサー７４の電荷はコイル７５→
ＳＣＲ１１３→ダイオード６６→ダイオード２９→ダイ
オード２６→→ダイオード６４→ＳＣＲ１１２の通路を
通って、通路内の抵抗は無視できる程小さいので、通路
中のコイル７５の作用によって、コンデンサー７４は●
印を付けた方が正となつように反転する。この反転期間
中ＳＣＲ１１１はダイオード２９とダイオード２６の電
圧降下によって逆極性となり、非導通となる。このコン
デンサー７４の反転期間中はその電荷はダイオード６７
→ダイオード１９→ダイオード１６→ダイオード６５の
通路にも並行して流れ、ＳＣＲ１１０にも逆極性の電圧
を印加してこれを非導通ならしめようとするが、ＳＣＲ
１１０のゲートパルスＰＳ１のパルス幅をコンデンサー
７４の反転期間より大きくしておくとＳＣＲ１１０は非
導通とならない。このように単相全波ＳＣＲブリツジ１
２６の電圧切換作用によって、動作中の３相全波ＳＲブ
リツジ１２５はのの動作を中止し、３相全波ＳＲブリツ
ジ１２４が動作を開始し、変圧器１２７の２次巻線の端
子ＲＯ、ＳＯ、ＴＯは短絡状態となり、２次巻線の中性
点は端子Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１より端子ＲＯ、ＳＯ、ＴＯに
切換わる結果となる。これによって変圧器１２７の出力
電圧の振幅は２次巻線の中性点と出力端子間の巻数に応
じて上昇する。そしてＰＳ１の遅延時間が短い程、２次
巻線の中性点がＲＯ、ＳＯ、ＴＯとなる期間が長くなり
、総合的に変圧器１２７の出力端電圧は高くなり、逆に
遅延時間が長いと、出力電圧は低くなる。ここで端子Ｒ
１、Ｓ１、Ｔ１が変圧器１２７の２次巻線の中性点とな
る時の出力電圧の振幅をＥａとし、同様に端子ＲＯ、Ｓ
Ｏ、ＴＯが２次巻線の中性点となる時の出力電圧をＥｂ
とする。

次に基本パルス発生回路１のパルスＰＯ２の時点におい
て、リングカウンター２にパルスＰｂ１によって単相全
波ＳＲブリツジの組１２１のＳＣＲ１０４、１０５、１
０６が導通する。そして同時点にパルス分配器５のパル
スＰＢ１によって相切換用の単相全波ＳＣＲブリツジ１
２３のＳＣＴ１１８、１１９が導通する。この場合も電
圧切換の場合と同様に、コンデンサー６８の電圧はＳＣ
Ｒ１１６、ＳＣＲ１１７に逆極性の電圧を印加して、完
全に非導通とすると共に、コンデンサー６８の電圧は例
えばＳＣＲ１１９→ダイオード４７→インピーダンス素
子７６→ダイオード１２→ダイオード１０→ダイオード
３４→ＳＣＲ１１８→コイル６９の通路を通ってコイル
６９の作用によって反転する。この通路は並列のダイオ
ード群によって、相切換用のすべてに単相全波ＳＲブリ
ツジ１２０、１２１、１２２のダイオードを並列な通路
として、コンデンサー６８の電荷を通して、その単相全
波ブリツジの直流端子間に接続されたＳＣＲ１０１、１
０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０
８、１０９を逆極性として、それらを完全に非導通なら
しめようとする。そして、ＳＣＲ１０４、１０５、１０
６については同時点のリングカウンター２のパルスＰｂ
１のパルス幅をこのコンデンサー６８の反転期間より長
くしておくとＳＣＲ１０４、１０５、１０６は非導通に
ならず、結果的には単相全波ＳＲブリツジの組１２０の
ＳＣＲは相切換用の単相全波ＳＣＲブリツジ１２３の転
流作用によって導通から非導通となり、同時に単相全波
ＳＲブリツジの組１２１のＳＣＲが導通となる。いま、
変圧器１２７の出力端子Ｒ２の３相電圧の相をＵ相、端
子Ｓ２の相をＶ相、端子Ｔ２の相をＷ相とすると、負荷
の端子Ｒ、Ｓ、Ｔ、の相は単相全波ＳＲブリツジ１２０
の各ＳＣＲが導通の時は、ＲはＵ相、ＳはＶ相、ＴはＷ
相であったものが、単相全波ＳＲブリツジ１２１の各Ｓ
ＣＲが導通となると、ＲはＶ相、ＳはＷ相、ＴはＵ相に
切換わった結果となる。

またパルスＰＯ２と同時点の４のパルスＰＲ２によって
３相全波ＳＲブリツジ１２５のＳＣＲ１１１が導通し、
電圧切換用の単相全波ＳＣＲブリツジ１２６のＳＣＲ１
１４、１１５も導通してコンデンサー７４は●印のつい
ていない側が正となるように反転すると同時にＳＣＲ１
１２、１１３および３相全波ＳＲブリツジ１２４のＳＣ
Ｒ１１０は非導通となり、変圧器１２７の２次側の中性
点はＲ１、Ｓ１、Ｔ１に変り、変圧器１２７の出力電圧
はＥａとなる。

同様にして、遅延パルス発生回路３のパルスＰＳ２によ
って、電圧切換用の単相全波ＳＣＲブリツジ１２６が動
作し、変圧器１２７の２次側の中性点は３相全波ＳＲブ
リツジ１２４側の端子ＲＯ、ＳＯお、ＴＯ側に切換わり
、変圧器１２７の２次側の出力電圧はＥｂとなる。

以下同様にして、パルスＰＣ１、ＰＡ２によって、相切
換用の単相全波ＳＣＲブリツジ１２３が作用して単相全
波ＳＲブリツジの組は１２２が導通状態となり、負荷の
端子Ｒ、Ｓ、Ｔの相はＲはＷ相、ＳはＵ相、ＴはＶ相と
なる。またパルスＰＲ３によって電圧切換用の単相全波
ＳＣＲブリツジが１２６が作用して、変圧器１２７の２
次側の中性点は３相全波ＳＲブリツジ１２５側の端子Ｒ
１、Ｓ１、Ｔ１となり、出力電圧はＥａとなる。

このようにリングカウンター２のパルスＰａ、Ｐｂ、Ｐ
ｃによって負荷の端子Ｒ、Ｓ、Ｔの相はＲはＵ→Ｖ→Ｗ
、ＳはＶ→Ｗ→Ｕ、ＴはＷ→Ｕ→Ｖ→と変換され、また
パルスＰＲおよび遅延パルス発生回路３のパルスＰＳに
よって変圧器１２７の２次側の中性点は切換わり、２次
側の出力電圧は基本パルスＰＯの１周期の間でＥａより
Ｅｂに変えることができる。以上が周波数変換装置の動
作である。この周波数変換装置の基本波および高調波の
分布状態は、一般に変圧器の出力電圧の相数をＮとし、
電源電圧の周波数をｆｏ、基本波パルス発生回路１の基
本パルスＰｏの周波数をｆとするとｎ、ｍを正の整数と
して２つの系列があり、その１つをｎ１すると、ｎ１＝
ＮＸｍ＋１、ｍ＝０、１、２、・・・・∞、また他の１
つをｎ２とするとｎ２＝Ｎ×ｍ＋（Ｎ−１）、ｍ＝０、
１、２・・・∞なる基本波、高調波が対応し、その周波
数は、１つをＦ（ｎ１、ｍ）とするとＦ（ｎ１、ｍ）＝
（ｆ×ｎ１／Ｎ）〜ｆｏの系列と、他の１つをＦ（ｎ２
、ｍ）とするとＦ（ｎ２、ｍ）＝（ｆ×ｎ２／Ｎ）〜ｆ
ｏとなる。基本波はｎ１でｍ＝ｏの場合でＦ（ｎ１、ｏ
）＝ｆ／Ｎ）〜ｆｏとなる。股第１番目の高波長はｎ２
＝（Ｎ−１）の場合である。

そして、負荷端子Ｒ、Ｓ、Ｔの出力相電圧の基本波電圧
Ｅは、２次巻線の中性点がＲ１、Ｓ１、Ｔ１の変圧器の
出力相電圧（最大値）をＥＡとし、ＲＯ、ＳＯ、ＴＯが
中性点の時の変圧器の出力相電圧（最大値）をＥＢ、Ｅ
ＢＡ＝ＥＢ−ＥＡ、基本パルスＰＯ、の周期をＴＯ、遅
延パルスＰＳのＰＯより遅延時間をＴＳとし、α＝（Ｔ
Ｏ−ＴＳ／ＴＯとして、このαを導通率と定義する。そ
して、τ＝−２π／Ｎとし、π＝３、１４１５とすると
、ｎに対する基本波、高調波の第Ｍ相目の電圧はＳ（ｎ、α）＝Ｎ、Ｓｉｎ（ｎπα／Ｎ）　　　　　　
　　　　・・・・・・・・・・・・（１）Ｃ１（ｎ、α
）＝Ｃｏｓ［（ｎω／Ｎ−ωｏ）ｔ　　　−ｎπα／Ｎ
＋（Ｍ−１）τ］　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・（２）
Ｃ２（ｎ、α）＝Ｃｏｓ［（ｎω／Ｎ−ωｏ）ｔ　　　
−ｎπα／Ｎ＋（Ｍ−１）τ］　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・（３）
とし、また基本波および高調波ｎ１、ｎ２に対する第Ｍ
相目の電圧をｅｎ１、ｅｎ２とするとｅｎ１＝ＥＡ・Ｓ
（ｎ１、１）・Ｃ１（ｎ１、１）　　　＋ＥＢＡ・Ｓ（
ｎ１、α）・Ｃ１（ｎ１、α）　　　　　　　　　　・
・・・・・・・・・・・（４）ｅｎ２＝ＥＡ・Ｓ（ｎ２
、１）・Ｃ２（ｎ２、１）　　　＋ＥＢＡ・Ｓ（ｎ２、
α）・Ｃ２（ｎ２、α）　　　　　　　　　　・・・・
・・・・・・・・（５）となる。ここでω＝２πｆ、ω
ｏ＝２πｆｏ、ｔは時間を示し、変圧器１２７の２次コ
イルや端子Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２より、負荷の端子Ｒ、Ｓ、
Ｔまでの内部抵抗は小さく無視している。

ここで出力相電圧の基本波は（４）式でｎ１＝１の場合であり、α＝０の場合はｅ１
＝ＥＡ・Ｓ（１、１）・Ｃ１（１、１）　　　　　　　
　・・・・・・・・・・・・・・（６）となり、これは
相切換のみで電圧切換はしない変圧器１２７の２次側の
中性点はＲ１、Ｓ１、Ｔ１のみの場合であり、またα＝
１の場合は出力電圧の基本波は（４）式とＥＢＡ＝（Ｅ
Ｂ−ＥＡ）よりｅ１＝ＥＡ・Ｓ（１、１）・Ｃ１（１、
１）＋ＥＢＡ・Ｓ（１、１）・Ｃ１（１、１）＝（ＥＡ
＋ＥＢＡ）・Ｓ（１、１）・Ｃ１（１、１）＝ＥＢ・Ｓ
（１、１）・Ｃ１（１、１）　　　　　　　　・・・・
・・・・・・・・・・（７）となり、これは相切換のみ
で、電圧切換はなく、変圧器１２７の２次側の中性点は
ＲＯ、ＳＯ、ＴＯのみの場合である。そして、出力電圧
の基本波相電圧ｅ１は遅延パルスＰＳの遅延時間を変え
て、導通率αを零より１まで適当に変えることによって
ＥＡ（最大値）よりＥＢ（最大値）まで連続に変えられ
ることがわかる。

出力電圧の高調波について、第４図は出力電圧の基本波
と第１高調波の振幅の比■、すなわち第１高調波の振幅
を基本波の振幅で割ったものを縦軸とし、横軸は切換相
数Ｎを示し、導通率αを色々変えて■の変化をしめした
ものであります。ただしβ＝ＥＢＡ／ＥＢとしている。

本周波数変換装置の場合はβ＝１／２の例の場合でα＝
０よりα＝１の間においては第１高調波が１番大きのは
α＝１／２の場合であり、α＝０とα＝１の場合は第（
６）式と（７）式を比較すればわかるように、出力波形
は同じであるので、αの任意のものは第４図のα＝１／
２〜α＝１の曲線の間の斜線の部分に入ってしまう。

この事より、αを変えて電圧制御する場合においても波
形はα＝１／２の場合より悪くならない事がわかる。

また、第４図のβ＝１の場合はＥＡ＝Ｏの場合で、従来
のように遅延パルスＰＳにて出力電圧Ｅｂが発生するま
では出力電圧の出ない休止期間を作って出力電圧を制御
する場合で、この場合の導通率をα′で示している。α
′が零に近づくと、休止期間は長くなり、第１高調が大
きくなって、出力電圧の波形が悪くなる。それでα′を
あまり小さく出来ないことがわかる。

このことからも本周波数変換装置によって、従来のもの
より、出力波形は大きく改善されることがわかる。また
切換相数はＮ＝６以上において急に出力波形がよくなる
ことがわかる。

第５図はＮ＝３の場合、横軸を相切換周波数ｆとして、
基本波および高調波の周波数変化を示したものでＮＯは
Ｎ＝３で１、Ｎ＝６で２、Ｎ＝９で３である。ＦＯは基
本波でありｆ＝ｆｓの時は出力電圧は直流でありｆ＞ｆ
ｓの場合、出力電圧の相順を正相とすればｆ＜ｆｓの場
合は出力電圧の相順は逆相となる。第５図のｆｓ点より
右側の部分は本波から高調波が大分はなれているので有
用な領域である。

第６図は相数Ｎ＝６の場合でＮｏ＝２である。これは第
５図のＦ１、Ｆ２、Ｆ５、Ｆ６が無くなっていて、波形
が充分改善されていることがわかる。なおＮｏ＝３の場
合は第６図のＦ３、Ｆ４もなくなり、変換装置の出力波
形は大変良くなることもわかる。

このように第２図の実施例は３相‐３相変換の場合だが
、その変換相数Ｎを６、９と増す出力電圧の波形は大変
良くなり、また電圧切換においても第２図の実施例では
２段であるが、変圧器の２次巻線のタップの数を３段、
４段と増せば、電圧切換用の単相全波ＳＣＲブリツジは
１つのままで多相全波ＳＲブリツジを増すだけで、簡単
なゲート制御回路で、出力電圧の良好な、広範囲にわた
る連続な出力電圧制御が可能な優れた周波数電圧変換装
置を提供することができる。

また、第２図の実施例では電圧切換用の中性点のタップ
は２次巻線に作ったが、２次巻線は切換をせず、１次巻
線にタップを作って電圧切換を行うこともできる。

また第７図のように相または電圧切換用の単相全波ＳＣ
Ｒブリツジの転流用のコンデンサーの充電・電圧が低い
場合は９の直流電源と９′のインピーダンス素子によっ
てコンデンサーの電圧を適当に上げることもできる。ま
たこれは転流時にコンデンサーの電圧を上昇し過ぎない
ようにする効果もある。

また転流用のコイル６９、７５はブリツジの外の回路の
コンデンサ６８、７４の反転誘導板ロに挿入してもよい
。

第２図の実施例では電圧切換用と相切換用の単相全波Ｓ
ＣＲブリツジを使用しているが、これを１つの単相全波
ＳＣＲブリツジによって行なうこともできる。この場合
は相切換用の単相全波ＳＲの半導体制御整流器のゲート
制御パルスの幅を大きくする必要がある。

また第２図の実施例の１次巻線と２次巻線のかわりに、
共通の単巻線を使用することもできる。

また基本ゲートパルスの位相を変えると周波数変換装置
の出力電圧の位相を変えることができる。

そして第２図の実施例では相切換用と電圧切換用の単相
全波ＳＣＲブリツジが転流失敗をしない場合はその他の
ブリツジが転流失敗をしても、転流の復帰が可能である
。

このように自然転流の周波数変換装置よりも、制御回路
、主回路は簡単であり、出力電圧の波形はよく、電流の
制御性もよく、即応性や、力率などもよく、すぐれた周
波数、電圧、位相の制御が可能な周波数電圧変換装置を
提供するものであります。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の周波数電圧変換装置の原理図でありま
す。第２図は本発明の周波数電圧変換装置の一実施例の
回路図であります。第３図は第２図の一実施例の回路の
パルスの時間関係を示すパルス波形図であります。第４
図は周波数電圧変換装置における、切換相数の変化に対
する出力電圧の基本波と第１高調波の関係を示す特性図
であります。第５図、第６図は周波数電圧変換装置にお
ける、相切換周波数の変化に対する出力電圧の基本波お
よび高調波の関係を示す特性図であります。第７図は第
２図の回路に付加する直流電源の回路であります■

Claims

【特許請求の範囲】

多相交流変圧器の入力端子に交流電源および電源開閉用
のスイッチを接続し、該変圧器の２次巻線の各中性点端
子を、多相全波半導体整流器ブリツジ（以下多相全波Ｓ
Ｒブリツジとする）の交流端子に接続し、また該変圧器
の各２次巻線の中性点より同様な巻数の所に作ったタツ
プ端子のそれぞれを、別の多相全波ＳＲブリツジの交流
端子に接続する結線の組を、２次巻線に適当な数だけ作
り、各多相全波ＳＲブリツジの直流端子間にそれぞれ半
導体制御整流器を接続し、別に交流端子間にコンデンサ
とコイルを接続した電圧切換用の単相全波半導体制御整
流器ブリツジ（以下単相全波ＳＣＲブリツジとする）の
直流端子の負側と上記各多相全波ＳＲブリツジの直流端
子の各正側と、その正側から電流が流れるように半導体
整流器（以下ダイオードとする）を接続し、また該単相
全波ＳＣＲブリツジの直流端子の正側と、上記各多相全
波ＳＣＲブリツジの直流端子の各負側と、その正側から
電流が流れるようにダイオードを接続して電圧切換回路
を構成し、適当な２つの上記多相全波ＳＲブリツジの片
方の半導体制御整流器の１個と、該電圧切換用の単相全
波ＳＣＲブリツジの２個の半導体制御整流器の制御電極
と陰極間に同時にゲート制御パルスを加えて、それらを
普通せしめ、次のゲート制御パルスによって、いま１つ
の他の上記多相全波ＳＲブリツジの半導体制御整流器と
、該電圧切換用の単相全波ＳＣＲブリツジの他の２個の
半導体制御整流器を同時に導通せしめて、該電圧切換用
の単相全波ＳＣＲブリツジのコンデンサを反転さして、
前のゲート制御パルスで導通していた３個の半導体制御
整流器を非導通ならしめ、以下同様、ゲート制御パルス
によって、次々と交互に上記３個づつ２組の半導体制御
整流器を導通、非導通ならしめて、該負荷の端子の出力
電圧を変えるようにし、また該変圧器の出力端子と、同
じ個数の負荷の端子（周波数電圧変換装置の出力端子）
との間に、相変換と同数の単相全波半導体整流器ブリツ
ジ（以下単相全波ＳＲブリツジとする）を作りその各々
の交流端子の片側をそれぞれ該変圧器の出力端子に接続
し、各単相全波ＳＲブリツジの交流端子の他の片側をそ
れぞれ該負荷の端子に接続し、各単相全波ＳＲブリツジ
の直流端子の正側に相切換の相数と同数の半導体制御整
流器のそれぞれの陽極を接続し、その半導体制御整流器
の陰極とその単相全波ＳＲブリツジの直流端子の負側の
間にインピーダンス素子を接続し、このような構造の相
変換の相数と同数の単相全波ＳＲブリツジを１組とした
組を、相変換の相数と同数の組作り、各組の単相全波Ｓ
Ｒブリツジの各交流端子の片側を該変圧器の出力端子に
接続し、その他の片側を該負荷端子に接続し、別に交流
端子にコンデンサとコイルを接続した相切換用の単相全
波ＳＣＲブリツジの直流端子の負側と、上記各組の単相
全波ＳＲブリツジの直流端子の正側の間と、正側から負
側に電流が流れるようにダイオードを接続し、また相切
換用の単相全波ＳＣＲブリツジの直流端子の正側と、上
記各組の半導体制御整流器の陰極の間を正側から陰極側
へ電流が流れるようにダイオードを接続し、１組の単相
全波ＳＲブリツジ中の各半導体制御整流器と相切換用の
単相全波ＳＣＲブリツジの２つの半導体制御整流器をそ
の制御電極と陰極間に同時にゲート制御パルスを加えて
それらを導通せしめ、次のゲート制御パルスによって次
の１組の単相全波ＳＲブリツジ中の各半導体制御整流器
と相切換用の単相全波ＳＣＲブリツジの他の２個の半導
体制御整流器を同時に導通せしめて、相切換用の単相全
波ＳＣＲブリツジのコンデンサを反転させて、前のゲー
ト制御パルスで導通していた半導体制御整流器を非導通
ならしめ、以下同様、ゲート制御パルスによって次々と
各組の半導体制御整流器を導通、非導通として、該変圧
器の出力端子の交流電圧の相順を該負荷の端子において
順次変換し、ゲート制御パルスの周波数を変えて該負荷
の端子の出力電圧の周波数を制御し、またゲート制御パ
ルスの位相を変えると該負荷の端子の出力端子の位相を
変えられるので、先の出力電圧の制御と合わせて、ゲー
ト制御パルスによって該負荷の端子の出力電圧の周波数
および電圧および位相を制御できるようにした周波数電
圧変換装置。