JPS61112583A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPS61112583A
JPS61112583A JP60190013A JP19001385A JPS61112583A JP S61112583 A JPS61112583 A JP S61112583A JP 60190013 A JP60190013 A JP 60190013A JP 19001385 A JP19001385 A JP 19001385A JP S61112583 A JPS61112583 A JP S61112583A
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power
current
voltage
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power converter
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JP60190013A
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ドナルド　イー、フルトン
スタンリイ　ピー、サソウアー
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IMETSUKU CORP
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IMETSUKU CORP
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H02H7/1227—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the output circuit, e.g. short circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/06—Controlling the motor in four quadrants

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】 ［発明の背景］ 本発明は、回生電８磯制御装置に使用される固体電力変
換装置に関する。
電ｉ！ｌｌ１ｉ制御装置は、固定周波数の交流電力線路
の線間電圧を選定された電０」義を駆動するに適した電
圧及び電流に変換する。交流電動機制御装置は、たとえ
ば、普通、２つの部分、すなわち、電力変換装置、と電
動機駆動装置を備えている。電力変換装置は、線間電圧
に接続され、直流母線上に制御された電圧を生じ、直流
母線は電ａ磯逆変換装慢の入力端子に接続される。電動
機駆動装置は、所望の電動様速度とトルクを生じる電！
ＩＪ　ｎ用交流電流を発生する。
電動機は減速させられるとき、電力を回生ずる。
電動機駆動装置はこの回生電力を直流母線に送り返し、
直流母線においてこの電力はチョッパ回路を介して母線
の両端間に接続された抵抗器によって消散されるか又は
電力変換装置によって電力線路へ回生させられる。多数
の電力変換装置が技術的に知られており、また米国特許 第４．３５３．０２３号に開示されているものは固体制
御素子としてシリコン制御整流器（以下５ＣＲ）を普通
採用している。これらの先行技術回生電力変換装置は、
回生電力の相当部分を、有効電力ではなく無効電力、す
なわち、高調波電力として供給する。この結果、低力率
となり、引い−では、電力変換装置及び電動様駆動装置
の効率を低下させる。さらに、ＳＣＲ変換装置は−Ｈタ
ーンオンされるとこれをターンオフするのが困難であり
かつ電力潮流の方向変化に適合するために複合モードス
イッチング回路を必要とする関係上複雑である。
［本発明の要約］ 本発明は、固体スイッチを採用したものであって、回生
電力を電力線路に送り返す回生電力変換装置に関する。
特に、電力変換装置制御回路は、電力線路の線間電圧を
監視しかつ変換装置ブリッジ回路内の固体スイッチに対
する制御信号を生成し、この信号はさらにこれらのスイ
ッチを、回生電流が電力線路に同相で印加されるように
、逐次ターンオンさせる。
本発明の主たる目的は、効率的な電力変換装置を提供す
ることにある。これは、部分的には、電力変換装置が有
効電力を回生してこれを最大線間電圧を有する電力線路
の二相を通して電力線路に送り返ずという事実によって
達成される。
本発明の他の目的は、容易にターンオン及びオフされる
トランジスタ又はその他の固体スイッチング・デバイス
を採用する回生電力変換装置を提供することにある。本
発明の電力変換装置制御回路は、固体スイッチをターン
オン及びオフすることによって、複合モードのスイッチ
ング回路を必要とすることなく、双方向電力潮流を生じ
させる。
本発明の他の目的は、正規電動機制御動作を中断するこ
となく電流を制限することによって、変換５Ａ置のトラ
ンジスタを線路過渡現象又は過剰回生電力過渡現象から
保護することにある。電流センサは、電力線路に向けて
直流母線内を流れる電流の大きさを監視し、この大きさ
が予め設定した制限を超えると、トランジスタは短い時
間長だけターンオフされる。入力インダクタは線電流が
急速に崩壊するのを防ぎ、かついわゆる「バングバング
」電流制限動作が起こる。
本発明の上述の目的及び他の目的並びに利点は、次の説
明から明かになるはずである。この説明において、説明
の一部を形成する付図を参照するが、これには図解上本
発明の好適実施例が示されている。しかしながら、この
ような実施例は、本発明　゛の全範囲を必ずしも表して
いるのではなく、したがって、本発明の範囲の解釈に当
っては、本明細書に収録されている特許請求の範囲を参
照することになる。
［好適実施例の説明］ 、第１図を参照すると、電ａｍｉに対する交流電動機駆
動装置は、直流比Ｉ！３に接続された逆変換装置２を含
む。直流母線３は、直流電圧電流を伝送するが、これは
本発明の電力変換装置によって供給される。電力変換装
置は、三相電力線路（図には示されていない）に接続す
る１組３つの入力端子４，５．６とフィルタコンデンサ
７の両端間を通して直＠母線に接続する１対の出力端子
を有する。逆変換装置２は、直流比１！３から電力を引
き出して電肋義１を命令された速度及び所望のトルクで
駆動する。逆変換装置２は、なおまた、電動別１を減速
し、この場合は、電動機１が回生じた電力は逆変換装置
２によって直流母線へ送り返される。このような回生に
よって直流母線電圧が上昇させられる。
電力変換装置は、１組６つのダイオード１０〜１５を含
み、これらは三相ブリッジ配置に接続される。このダイ
オードブリッジは、入力端子４゜５．６に印加される三
相電力を直流電力に変換し後者は母１３に印加される。
３つのインダクタ１６’、１７’、１８’は電力変換装
置内を循環でる電流を制限するように働いて、「バング
バング」電流制限時中に電力変換装置によって生じる電
圧ステップが入力端子４．５．６から電力線路４．５．
６に帰還されるのを防止し、また、入力端子４．５．６
に接がるこれらの電力線路上の電圧スパイクをフィルタ
除去する。インダクタ１６’、１７’、１８’を単一の
三相インダクタで構成してもよい。フィルタコンデンサ
７は、直流母線３上の電圧を平滑化しかつ電力変換装置
と逆変換装置２との間の干渉を制限する。
ダイオード１０〜１５のそれぞれ並列に、１組のＰＮＰ
スイッチングトランジスタ１６〜２１が接続されている
。スイッチングトランジスタ１６〜２１もまた三相ブリ
ッジを形成するが、しかし、これらは電流を反対方向に
流すように、すなわち、直流ｆＸｉ線３から入力端子４
．５．６を経て電力線路に送り返すように接続される。
トランジスタ１６〜２１のベースリードは、次に詳しく
説明されるように制御される結果線間電圧の各サイクル
期間中適当なトランジスタをスイッチする。直流母線電
圧が平均整流電力線間電圧より低く下がるとダイオード
１０〜１５を通して流れる電流が減少する。また直流母
線電圧が回生時中に平均整流線間電圧を超えて上昇する
と、トランジスタを通して電力線路の入力端子４．５．
６へ流れる電流が増大する。
スイッチングトランジスタ１６〜２１を動作させる電力
変換装置制御回路は１組６つのＡＮＤゲート２５〜３０
を含み、これらはそれぞれのトランジスタ１６〜１９の
ベースを駆動する絶縁ベース駆動回路を通して接続され
る。各ＡＮＤゲート２５〜３０の１つの入力は所望線路
３１によって駆動され、第２人力は３つのＮＯＴゲート
３２゜３３、．３４の１つの出力によって駆動され、ま
た第３人力は３つの差動比較器３５．３６．３７の１つ
によって駆動される。比較器３５，３６゜３７は、さら
に、３つの低域通過フィルタ３８゜３９．４０からの信
号によって順次駆動され、これらはそれぞれの電力線路
の入力端子４．５．６に接続する。変換装置制御回路は
、線間電圧どうしを比較しかつ図の向って上側トランジ
スタ１６゜１８．２０のうち最高電圧にある電力線路に
接続されているものをターンオンする一方、下側トラン
ジスタ１１．１３．１５のうち最低電圧にある電力線路
に結合されているものをターンオンする。
このことによって、回生時中、導通させられたトランジ
スタを通して電力線路へ送り返される電流も！猛Ｊ力率
を改善する。
電力変換ｉ置制御回路の動作を、これから、第１図と第
２図を引用して説明する。三相線間電圧は、減衰抵抗器
５１．５２．５３を通して低域通過フィルタ３８．３９
．４０に印加され、ここでフィルタ処理される結果第２
図に示される３つの波形ｕ’、ｖ’、ｗ’を生成する。
低域通過フィルタ３８．３９．４０は１ｋｌ−（Ｚの遮
断周波数を有するものであって、５０ないし６０Ｈ７の
電力線路周波数成分はほとんど影響を与えることなく通
過させるが、電力変換装置が「バングバング」電流制限
時中に発生する５〜１０ｋＨ７のスイッチング電圧を著
しく減衰する。「バングバング」電流制限時中、電力変
換装置の入力端子は、直流母線電圧の間で急速にスイッ
チする。この電圧の分圧が、電力線路誘導性インピーダ
ンスとインダクタ１６’、１７’、１８’のインピーダ
ンスとの間の分圧器動作に因って電力線路の入力端子に
現れる。フィルタ３８．３９．４０は、このスイツチン
ｌ１ｉＩ］作が電力変換装置の正規相順動作に干渉する
のを防止する。
３つの波形ｕ’、ｖ’、ｗ’は、その大きさを、それぞ
れの比較！３５．３６．３７で比較され、これらの比較
器はその出力端子に第２図に示される波形ｃ、ａ、ｂを
発生する。これらの波形Ｃ１ａ、ｂを反転したものが否
定ゲート３２．３３゜３４によって生成され、これら全
て６つの信号がＡＮＤゲート２５〜３０で組合わせられ
る結果、６つの出力信号ｕ　　、ｖ　　、ｗ　　、ｕ　
　、ｖ　　。
ＴＴＢＢ Ｗ、が生成される。
第２図において波形ｕ’、ｕ　　、ｕ８内に斜線■ によって示されたように、スイッチングトランジスター
６．１７を駆動する出力信号は入力端子４におりる線間
電圧と同相である。このように、入力端子４における線
画ｆｆ１ｉ氏が最大のトランジスタ１６は制御信号Ｕ■
によったターンオンされまたこの信号が最小のとき制御
信号ＵＢによってタージオンされる。ブリッジの他の２
つの脚は、端子５．６の線間電圧に関して、上記と同じ
ように動作し、この結果、回生電流は３つの印加線間電
圧と実質的に同相となる。
これまでに説明した電力変換装置は、構造上また動作上
著しく簡単である。電力が電ｖＪｎｉによって消費され
る結果直流母線電圧がもし低下するならば、ダイオード
１０〜１５を通って流れる電流が増大して母線電圧を回
復する。もし電ｖＪ機１及び逆変換装置２が電力を回生
ずるならば、直流母線電圧は上昇し、スイッチングトラ
ンジスタ１６へ・２１を通って流れる電流は増大して直
流母線電圧の上昇を制限し、電力線路へ実施的に同相な
電力を回生ずる。直流母線から電力が流れない状態の下
では、小さな電流が連続的にインダクタ１６’、１７’
；　１８’、ダイオード１０〜１５及びスイッチングト
ランジスタ１６〜２１を通って連続的に流れる。電力変
換装置は、自動調節を行い、いかなるモードのスイッチ
ング回路も必要としない。
線間電圧はきわめて変動的であるので、本発明の効適実
施例は電流制限装置を含み、この￥Ａ置でスイッチング
トランジスタ１６〜２１を線間電圧の瞬時降下から保ｖ
！！する。インダクタ１６，１７゜１８は短時間幅、高
振幅の電力線路スパイクに対する保護を行う。しかしな
がら、合理的な寸法のインダクタは近くの電動機又は変
圧器がスイッチオンされたときに起こる半サイクル電圧
降下に対しては保護を行うことができない。したがって
、電流はンザ回路６０が直流母線３に接続されて直流母
線３から電流線路へ流れる電流を監視する。
ホールセンサがこの目的に使用されこれが電流帰還信号
を線路６１に供給し、この信号が比較器６２の否定入力
端子に印加される。ポテンシオメータ６３によって生成
された電流参照電圧は他の入力端子に印加され、また？
Ｈ流帰還電流がこの参照電圧を超えると、比較器の出力
が論理低電圧へ駆動される。比較器の出力端子は時間遅
延回路６４を経由して動作禁止線路３１に接続され、ま
た過剰電流が感知されると、ＡＮＤゲート２５〜３０が
全て動作禁止される結果、トランジスタ。
１６〜２１が導通するのを妨止する。時間遅延回路６４
は約３０マイクロ秒の間、この系統をこの動作禁止状態
に保持し、その後、もし電流レベルが許容値に降下した
ならば、トランジスタが導通させられる。
電流制限装置は、電力線路へ回生されることのできる平
均電流の大きさを制限するように働く。
もし逆変換装＠２が電力変換装置の電力線路に供給可能
電流より予示の電流を供給するならば、直流母線電圧は
コンデンサ７の充電に従って上昇するであろう。この場
合に、系統を保護するために、母線過剰電圧感知回路（
付図には示されていない）が普通採用されこれによづて
逆変換装置２をこれが直流母線３への回生電流を制限す
るように制御する。
水用ｉｓに説明された本発明の好適実施例において本発
明の範囲から逸脱することなく変更が可能であることは
、当業者にとってもとより明らかである。たとえば、ゲ
ート・ターンオフ・サイリスタ（ＧＴＯ）などのような
他の電子スイッチをトランジスタの代りに採用してもよ
く、また数値フィルタ、時間遅延回路及び電流センサ回
路は技術的に既知である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、交流電動機駆動装置に採用された本発明の電
力変換装置の好適実施例の概略回路図、第２図は、第１
図の回路に生成される信号波形図、である。 ［符号の説明］ １：電動機、２：逆変換装置、３：直流母線。 ４．５，６：入力端子、１０〜１５：ダイオード。 １６〜２１ニスイツチングトランジスタ。 １６’、１７’、１８’　：インダクタ。 ２５〜３０：”ＡＮＤゲート。 ３２．３３．３４：ＮＯＴゲート。 ３５．３６，３７：比較器、 ３８．３９，４０　：低域通過フィルタ、６０：電流セ
ンサ回路、６２：比較器。 ６４：時間遅延回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電動機制御装置用電力変換装置であつて、１対の
    出力端子間に接続された３つの脚を有する三相ダイオー
    ドブリッジと、及び該ブリッジにおいて各該脚は１対の
    直列接続ダイオードを含むと共に各該１対のダイオード
    の接続点は３つの電力線路の各１つに接続されているこ
    とと、 １組６つの固体スイッチと、及び各該固体スイッチは制
    御信号が前記固体スイッチの制御端子に印加されるとき
    前記ダイオードにとつて逆方向に電流を導通するように
    前記ダイオードのうちのそれぞれ１つに並列に接続され
    ていることと、前記三相ダイオードブリッジの出力端子
    に接続されかつ電動機に電流を供給するように前記電動
    機に結合されかつ回生時中前記電動機から電流を受け取
    る直流母線と、 電力線路に接続された入力端子を有する電力変換装置制
    御回路であつて、 （ａ）いかなる瞬間においても３つの電力線路のいずれ
    が最高電圧を有するかをかついかなる瞬間においても３
    つの電力線路のいずれが最低電圧を有するかを判定する
    比較装置と、 （ｂ）前記比較装置に接続されかついかなる瞬間におい
    ても最大線間電圧を有する１対の電力線路に回生電流を
    導通可能にする固体スイッチに対して制御信号を生成す
    るように動作するゲート装置と を含む前記電力変換装置制御回路と を備えることを特徴とする前記電力変換装置。
  2. （２）特許請求の範囲第１項記載の電力変換装置におい
    て、前記電力変換装置制御回路は、 （ｃ）電流制限装置中を流れる電流の大きさを感知する
    ために前記直流母線に接続されかつ感知された電流の大
    きさが所定限界を超えると前記制御信号の生成を不能に
    するように前記ゲート装置に結合された前記電流制限装
    置を含むことを特徴とする前記電力変換装置。
  3. （３）特許請求の範囲第２項記載の電力変換装置におい
    て、前記電流制限装置は前記感知電流が前記所定限界を
    超えた後に所定時間長にわたつて前記制御信号の生成を
    不能にする時間遅延回路を含むことを特徴とする前記電
    力変換装置。
  4. （４）特許請求の範囲１項記載の電力変換装置において
    、前記比較装置は電力線路の逐次の対上に電圧の大きさ
    を比較しかつ各比較された対のうちのいずれの電力線路
    の線間電圧がより大きいかを表示する論理状態を持つ第
    １組の３つの論理信号を生成する３つの比較器を含むこ
    とを特徴とする前記電力変換装置。
  5. （５）特許請求の範囲第４項記載の電力変換装置におい
    て、前記ゲート装置は前記３つの論理信号を入力するよ
    うに接続されかつ前記固体スイッチに対して前記制御信
    号を出力する１組６つのＡＮＤゲートを含むこと、 及び前記ゲート装置においていかなる瞬間において他の
    １つのＡＮＤゲートは固体スイッチに最高電圧を有する
    電力線路に電流導通を起こさせるための制御信号を生成
    するように動作可能とされかつ第２ゲートが他の固体ス
    イッチに最低電圧を有する電力線路に電流導通を起こさ
    せるための制御信号を生成するように動作可能にされる
    ことを特徴とする前記電力変換装置。
  6. （６）特許請求の範囲第１項記載の電力変換装置におい
    て、インダクタが各電力線路と前記三相ダイオードブリ
    ッジ中の各１対のダイオードの接続点との間に接続され
    ていることを特徴とする前記電力変換装置。
  7. （７）特許請求の範囲第２項記載の電力変換装置におい
    て、フィルタ回路が各電力線路と前記電力変換装置制御
    回路入力端子との間に接続されていることを特徴とする
    前記電力変換装置。
  8. （８）特許請求の範囲第７項記載の電力変換装置におい
    て、前記フィルタ回路は電力線路周波数電圧の減衰を実
    質的に生じることのない低域フィルタであることを特徴
    とする電力変換装置。
JP60190013A 1984-08-31 1985-08-30 電力変換装置 Pending JPS61112583A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/646,411 US4620272A (en) 1984-08-31 1984-08-31 Line-regenerative motor controller with current limiter
US646411 1984-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61112583A true JPS61112583A (ja) 1986-05-30

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ID=24592958

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EP (1) EP0176766A3 (ja)
JP (1) JPS61112583A (ja)

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