JPS6043747B2 - 三相電源位相制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、三相電源を利用した電源回路の電圧制御や
インダクシヨン・モータの回転数制御などにおける入力
の導通角を制御する三相電源位相制御方式に関する。

従来、三相電源の位相制御を行うには、互いに関連する
二相間の電圧差を利用し、両相の電圧が等しい時点を基
準にして非導通角を定め、当該二相の電圧のうちｊπだ
け位相が遅れた相の入力の導通角を制御するようにして
いた。

第１図はこのような従来の三相電源の位相制御方式の一
例を示すものであり、この図において、１はスイッチン
グ主回路、２は負荷、３はスイッチング主回路１を制御
するための制御回路、４は制御回路３とスイッチング主
回路１とを結ぶ制御信号線群である。

スイッチング主回路１はＳＣＲとダイオードからなつて
おり、制御回路３によつて各相ごとに生じさせられる導
通制御信号を制御信号線群４を介して端子５、、５０お
よびｓ。に送出し、これによつてスイッチング主回路１
の各ＳＣＲの導通開始時点を制御している。制御回路３
は、二相間の入力電圧差を発生せしめる変成器３１、、
３１２および３１３と、各相の導通制御信号を端子Ｓ’
、、５’、およびＳ’。

に発生させる回路３２、、３２２および３２３とからな
つている。そして、変圧器３１、の入力端には入力電源
のＵとＷとが結線されている。したがつて、その出力は
両相の電圧差に比例した電圧となる。ところで、三相電
源の各電圧Ｕ、Ｖ、Ｗの位相は第２図に示すようにそれ
ぞれ２１ずつ異なつており、電圧Ｗが電圧Ｕより一π進
相である。このため、変成器３１、の出力はＵの位相範
囲が一！か・、２２πりｊπまでは正、ｊπから−ｉま
では負となる。

他方、制御信号発生回路３２、ではダイオードＤ１およ
びＤ２により変成器３１、の出力が正の場合のみ動作さ
せるようにしている。そして変成器３１１の出力が正に
なつた時点から抵抗Ｒおよび容量Ｃで構成された積分回
路の電圧と閾値電圧Ｖｔｈとを比較器ＣＯＭＰで検出し
、積分回路の電圧が閾値電圧Ｖｔｈより高くなつた時点
で導通制御信号を端子Ｓ″１に発生させている。なお、
変成器３１１，３１．および３１３は１次側の入力にお
ける相間結線上の違いはあるが、これらの変成器の構成
自体は基本的に同一である。

また、制御信号発生回路３２１，３２。および３２３の
構成も基本的に同一である。したがつて、変成器３１。
，３１３および制御信号発生回路３２２，３２３につい
ての説明は省略する。このような構成で制御信号発生回
路３２の抵抗Ｒの値を変化させると、導通制御信号の発
生時点を変更させることができ、これによつて三相交流
電源の位相制御を行うことができる。ところで、このよ
うな従来構成では関連する二相間の任力電源の電圧差を
利用して導通制御しているため、例えば入力電源Ｕの導
通制御をＵの位相範囲が−Ｉから−Ｉめ間で行うには入
力電源Ｗの電圧極性も正であることから、Ｕが非導通で
あつても負荷２にはｗから電源が供給される（他の入力
電源■の極性が負であるから）。

このため、−負荷２に供給する電源を完全に遮断するに
はＷも同時に非導通する必要があり、複雑な制御が必要
である。また、このように同時に二相間に渡る制御を避
け一相のみて制御するには、位相範囲が一晋から”Ｉの
間に限定する必要が生じる。

この場合には、導通角を大きく、即ち、非導通角を小さ
くするに必要な位相範囲−Ｉから−Ｉまでが制御出来な
い５欠点がある。この発明はこのような事情を考慮して
なされたものであり、簡単な構成でありながら、導通角
を十分に大きくすることも可能な三相交流電源の位く相
制御方式を提供することを目的としている。

この発明の三相電源位相制御方式は、このような目的を
達成するために、三相電源の各相の電圧ことに極性を判
別する極性判別回路と、非導通時間を設定する設定回路
とを具備し、各相の電圧ごとに、当該相の電圧に対して
←進相の電圧の極性が変化して当該相の電圧の極性が他
の相の極性に対して逆極性になつたことを前記極性判別
回路の判別出力に基づいて検出し、この検出時から前記
非導通時間だけ当該相の電圧を遮断するようにしている
。すなわち、三相電源の各相の電圧Ｕ，Ｖ，Ｗのノ極性
は第３図に示すように時間の経過にしたがつて変化し、
このため、矢印（図の上下方向の矢印）に示すように負
荷に電流が流れる。

たとえば、電圧Ｕの位相がゼロのときには電圧Ｕがわか
らそれぞれ電圧Ｖ，Ｗがわに矢印１１，１２で示すよ．
うに電流が流れる。なお、位相角は電圧Ｕについて示し
ている。そして、この図から明らかなように、位層の変
化がＩの範囲１〜６ごとで、特定の相の電圧極性が他の
２相の電圧極性と異なるとともに、１周期をなす６つの
範囲１〜６のうちの連続した前半の３つの範囲１〜３で
、他の２相の電圧極性と極性の異なる特定の相の電圧は
、電圧Ｕ，Ｗ，■の順で順次変化していく。また、連続
した後半の３つの範囲４〜６でも、同様に特定の相の電
圧は電圧Ｕ，Ｗ，Ｖと順次変化する。そこで、電圧Ｕ，
Ｗ，Ｖがそれぞれ特定の相の電圧になつた時点（第３図
に※で示す時点）で各電圧■，Ｗ，Ｕの負荷に対する導
通を遮断し、こののち、第３図にΔおよび印で示す時点
（Δおよび印は電圧の極性がそれぞれ正、負の場合の導
通開始時点を示す）で、負荷に対する導通開始させ、こ
れによつて、導通角の制御範囲を大きくしているのであ
る。つぎに、この発明の一実施例について第４図および
第５図を参照して説明する。

第４図において、この実施例の三相電源位相制御回路は
、スイッチング主回路１１、制御回路１３および制御信
号線群１４からなつている。スイッチング主回路１１は
３つのスイッチング回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとから
なつており、スイッチング回路１１ａはスイッチング●
トランジスタ１１１ａ，１１２ａおよび変成器１１３ａ
，１１４ａなどからなつている。スイッチング回路１１
ｂ，１１ｃもこのスイッチング回路１１ａと同様に構成
されている。また、三相電源の各相の電圧Ｕ，■，Ｗの
各電源線はそれぞれスイッチング回路１１ａ，１１ｂ，
１１ｃを介して負荷１２に接続されるとともに、制御回
路１３に直接に接続されている。

そして、のちに詳述する（第５図参照）制御回路１３か
ら制御信号が生じ、この制御信号が制御信号線群１４を
介してスイッチング回路１１ａ，１１ｂ９１１ｃの各端
子Ｓｌｌ９Ｓ２ｌ９Ｓ２２９Ｓｌ３９Ｓ２３に入力され
、これによつて、各スイッチング回路１１ａ，１１ｂ，
１１ｃがオン・オフされ負荷への電源供給が制御される
ようになつている。つぎに、第４図の制御回路１３の詳
細な構成を第５図を参照にして説明する。

第５図において、制御回路１３は、極性判別回路５１、
バッファ・ＮＯＴ論理回路５４，５５、ＮＡＮＤ論理回
路５６、単安定マルチバイブレータ（設定回路）５９お
よび駆動トランジスタ６０，６１などからなつている。
制御回路１３を構成するこれらの回路は、電圧の各相ご
とに、すなわち、３組ずつ設けられており、各相に応じ
て１，２，，３のサフイツクスを付してある。極性判別
回路５１１は差動増幅器５２１，５３１などからなり、
電圧Ｕが抵抗６２１，６３１で分圧されて、この極性判
別回路５１１に入力されるようになつている。

そして、電圧Ｕが正となり、この結果、抵抗６２１，６
３１間に生じる分圧電圧が正のときには、バッファ・Ｎ
ＯＴ論理回路５４１の入力が２値論理レベル“゜０゛と
なり、他方、バッファ・ＮＯＴ論理回路５５１の入力が
−２値論理レベルの゜゜１゛となる。また、電圧Ｕが負
となり、この結果、分圧電圧が負のときには、逆に、バ
ッファ・ＮＯＴ回路５４１，５５１がそれぞれ“１−゛
゜０゛になる。バッファ・ＮＯＴ論理回路５４１，５５
１のそ一れぞれの一方の出力（反転出力）はＮＡＮＤ論
理回路５６１に入力されている。

このＮＡＮＤ論理回路５６１は電圧Ｕの極性の反転時を
検出するものである。すなわち、電圧Ｕの極性が反転す
るときには、バッファ・ＮＯＴ回路５４１，５５１の入
力・がともに一旦゜゜０゛になる。たとえば、電圧Ｕが
負から正に反転する際には、これに基づいてバッファ・
ＮＯＴ論理回路５４１の入力が“１゛から“゜０゛にな
り、これよりやや遅れてバッファ・Ｍ冗論理回路５５１
の入力が“０゛から“゜１゛になる。こうして遅れた時
間だけ、バッファ・ＮＯＴ論理回路５４１，５５１の入
力がともに４６『２になるのである。そして、この結果
、ＮＡＮＤ論理回路５６１の出力が“゜０゛になると、
容量Ｃおよび抵抗Ｒで決定される時定数だけ単安定マル
チバイブレータ５９１の出力が゜゛０゛になる。また、
バッファ・ＮＯＴ論理回路５４１，５５Ｊ１のそれぞれ
の他方の出力はそれぞれＡＮＤ論理回路５７１，５８１
の各第１入力端に入力されている。

これらＡＮＤ論理回路５７１，５８１の各第２入力端に
は、電圧Ｗに対応した単安定マルチバイブレータ５９３
が入力されている。この単安定マルチバイブレータ５９
３は前述の単安定マルチバイブレータ５９１と同様に構
成されており、電圧Ｗの極性が反転した時点から所定時
間だけ“゜０゛の出力を生じるものである。この点につ
いては説明を繰り返さない。そこで、単安定マルチバイ
ブレータ５９３の出力が゛０゛のとき、すなわち、電圧
Ｕよりくπ進相の電圧Ｗの極性が反転した時点から所定
時間だけＡＮＤ論理回路５７１，５８１の出力がともに
“゜０゛になり、この結果、駆動トランジスタ６０１，
６１１がオフになり、端子Ｓ″２１，Ｓ″１１の電位が
低くなる（非導通信号）。

他方、その他の時点ではＡＮＤ論理回路５７１，５８１
の出力のうち一方が゜゜１゛となり、この結果、端子Ｓ
″２１，Ｓ″１１の一方が高電位となる（導通信号）。
なお、サフイツクス２，３を付した回路、すなわち電圧
■，Ｗに対応する各回路は、すでに述べた電圧Ｕに対応
する各回路と同様の構成である。

たとえば極性判別回路５１２，５１３は極性判別回路５
１１と同様の構成である。したがつて、サフイツクス２
，３を付した各回路については説明を繰り返さない。つ
ぎに、この実施例の動作について説明する。

π１１なお、以下
の説明では電圧Ｕの位相が−ｉ−ｉπ（＝ーＩ＋２ｊ）
の範囲、すなわち一周期の範囲において説明する。他の
周期でも同様な動作が行われることは明らかである。第
３図〜第５図において、まず電圧Ｕの位相が一Ｉになる
と、電圧Ｗの極性が正から負に反転する。

このため、以降、電圧Ｕの位相が晋となり、電圧■の極
性が負から正になるまで、電圧Ｕのみの極性が正で、他
の電圧■，Ｗの極性が負となる。また電圧Ｗの極性が正
から負に反転すると、対応する単安定マルチバイブレー
タ５９３の出力がこの時点から所定の非導通時間だけ“
゜０゛になり、この間端子Ｓ″２１，Ｓ″１１に非導通
信号が生じる。この結果、電圧Ｕの負荷１２に対する導
通が一Ｉの位相から非導通時間だけ遮断される。なお、
他の相の電圧■，Ｗの極性はともに負であるから、その
非導通時間でこれら電圧■，Ｗを制御する必要はない。
また、非導通時間は抵抗Ｒまたは容量Ｃを変えることに
よつて増減できる。。つぎに、電圧Ｕの位相がＩになり
、電圧■の極性が負から正に反転すると、今度は電圧Ｗ
の極性のみが負となり、他の相の電圧Ｕ，Ｗの極性は正
となる。同時に、電圧■に対応する単安定マルチバイブ
レータの出力が所定の非導通時間だけ“゜０゛となる。
この結果、この非導通時間で電圧Ｖの負荷１２に対する
導通が遮断される。また、導通の遮断されない電圧Ｕ，
Ｗの極性はこのときともに正であるから、このときにも
他の２相の電圧を制御する必要がない。
、π５ 同様にして、以降、電圧Ｕの位相が一 −π、γ
２ゝ６πおよび卜でそれぞれ電
圧■，Ｕ，ｗ，■の負荷１２に対する導通が制御される
。

なお、負荷変動、回転数変動などの量を検出しこの変化
量に応じ単安定マルチバイブレータ５９の時定数を自動
的に変化せしめれば、定電圧電源、インダクシヨンモー
タの回転数制御などに広く応用することができる。

以上で一実施例の説明を終える。

なお、以上の説明では、単安定マルチバイブレ−ター５
９を各相の電圧Ｕ，■，Ｗごとに設けたが、たとえば第
６図に示すように、単安定マルチバイブレータをすべて
の電圧の制御に兼用させるようにしてもよい。すなわち
、第６図において、７０，７１および７６はバッファ・
論理回路、７２および７４はＡＮＤ論理回路、７３はレ
ジスタ、７５はＮＯＲ論理回路であり、入力電圧の極性
が変化した相に対応した論理回路７２および７６の出力
を“１゛とすることにより当該相レジスタ７３の出力を
゜“１゛とする。

また、いずれの相の極性が変化してもレジスタ７３全て
を事前にリセットするとともに三相で共通して使用する
単安定マルチバイブレータ５９に入力し、その出力と前
記レジスタ７３の出力とをＡＮＤ操作するものである。
この構成では単安定マルチバイブレータによる導通制御
を３相の各々の制御で互いに共通して使用できるので、
各相の位相制御バラツキを抑えるのに効果がある。以上
、説明したように、この発明の三相電源位相制御方式は
、三相電源の各相の電圧ごとに極性を判別する極性判別
回路と、非導通時間を設定する設定回路とを具備し、各
相の電圧に対してくπ進相の電圧の極性が変化して前記
各相の電圧の極性が他の２相の極性に対して逆極性にな
つたことを前記極性判別回路の判別出力に基づいて検出
し、この検出に基づいて、前記各相の電圧がそれぞれ他
の２相の電圧と逆極性になつた時点から前記非導通時間
だけ、前記各相の電圧の負荷に対する導通をそれぞれ遮
断するようにしている。

したがつて、負荷に対して導通の遮断されない２相の゛
電圧の極性が同一であるため、回路構成を複雑にするこ
となく三相電源の位相制御を行うことができる。また、
各相の電圧の極性は晋ごとに反転し、この反転時から予
め定めた非導通時間だけ所定電圧の導通を遮断するよう
にしている。したがつて、導通角制御範囲が大きく、と
くに、非導通角の小さなわずかな制御にも極めて有効で
ある。また、この発明の三相電源位相制御方式では、単
一の設定回路で各相の電圧の非導通期間を設定”するよ
うにもしている。したがつて、各相の位相制御のバラツ
キを抑えることもできる。図面の簡単な説明第１図は従
来の三相電源位相制御方式を示すブロック図、第２図は
三相電源の各相の電圧の関係を示すベルト図、第３図は
この発明を説明するためのもので、各相の電圧Ｕ，■，
Ｗの極性などを示すタイムチャート、第４図はこの発明
の一実施例を全体的に示す概略ブロック図、第５図は第
４図の制御回路１３の詳細を示すブロック図、第６図は
変形例を示すブロック図でる。

５１・・・・・・極性判別回路、５９・・・・・・設定
回路（単安定マルチバイブレータ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 三相電源の各相の電圧ごとに極性を判別する極性判
   別回路と、非導通時間を設定する設定回路とを具備し、
   各相の電圧に対して２／３π進相の電圧の極性が変化し
   て前記各相の電圧の極性が他の２相の極性に対して逆極
   性になつたことを前記極性判別回路の判別出力基づいて
   検出し、この検出に基づいて、前記各相の電圧がそれぞ
   れ他の２相の電圧と逆極性になつた時点から前記非導通
   時間だけ前記各相の電圧の負荷に対する導通をそれぞれ
   遮断することを特徴とする三相電源位相制御方式。 ２ 前記設定回路を１つとし、この設定回路を各相の電
   圧の導通制御で共用する特許請求の範囲第１項記載の三
   相電源位相制御方式。