JPS6315832B2 - - Google Patents
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- JPS6315832B2 JPS6315832B2 JP55028557A JP2855780A JPS6315832B2 JP S6315832 B2 JPS6315832 B2 JP S6315832B2 JP 55028557 A JP55028557 A JP 55028557A JP 2855780 A JP2855780 A JP 2855780A JP S6315832 B2 JPS6315832 B2 JP S6315832B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は直接AC/AC変換器、すなわち、交流
電流出力がいかなる中間的直流電流段階をも経る
ことなしに交流入力電流から直接得られ、入力に
おける多相ACシステムの周波数、振幅、力率な
どの特性に対して対応する出力特性を変更するこ
とができる変換器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a direct AC/AC converter, i.e., the alternating current output is obtained directly from the alternating current input current without going through any intermediate direct current steps, and the present invention provides a The present invention relates to a converter that can change output characteristics corresponding to characteristics such as frequency, amplitude, and power factor.
数多くの応用において、すぐに利用できる電源
とは異なる特性を持つ電源が必要とされることが
ある。例えば、供給電源の周波数と電圧を制御す
ることによつて誘導電動機の速度制御を行なうた
めとか、ジエツト機のタービンに結合された主同
期発電機によつて発生する電圧の周波数を減らし
たり、安定化したりするためとかにである。特
に、周波数変換という効果は、電動機や変圧器等
のすべての電気機器に対して有用である。すなわ
ち、そのような場合、供給送電に適した周波数よ
りも高い周波数の方が、小型で安価な構造を可能
にする。 In many applications, a power source with characteristics different from those readily available may be required. For example, to control the speed of an induction motor by controlling the frequency and voltage of the power supply, or to reduce the frequency or stabilize the voltage generated by the main synchronous generator coupled to the turbine of a jet machine. It's for the purpose of changing things. In particular, the effect of frequency conversion is useful for all electrical equipment such as motors and transformers. That is, in such cases, higher frequencies than those suitable for supply transmission allow for smaller and cheaper structures.
電圧と周波数を変更することに加えて、変換器
を通過するエネルギーの位相角を変更できるこ
と、そしてこれをリアクタンス素子を用いないで
行なうことが望ましい。 In addition to changing the voltage and frequency, it would be desirable to be able to change the phase angle of the energy passing through the transducer, and to do this without the use of reactive elements.
従つて、AC変換器の望ましい特長は次のよう
にまとめられる。 Therefore, the desirable features of an AC converter can be summarized as follows.
(1) 出力の振幅と周波数を制御できること。(1) The amplitude and frequency of the output can be controlled.
(2) 入出力波形は本質的に正弦波であること。あ
るいは、少なくともそれの望ましからざる調波
成分が基本波から十分分離されて明確により高
い周波数をもつているような波形であつて、分
数調波が全くないこと。(2) The input and output waveforms must be essentially sinusoidal. Or at least a waveform whose unwanted harmonic components are sufficiently separated from the fundamental to have a distinctly higher frequency, and no subharmonics at all.
(3) 電力の両方向性の流れを許容すること(例え
ば、電動機の回生制動のために)。(3) Allowing bidirectional flow of power (e.g., for regenerative braking of electric motors).
(4) リアクテイブ素子が存在しないこと。実際、
半導体技術の絶えざる進歩は固体スイツチのコ
ストと大きさの低減によつてその動作を大幅に
改善するであろうことは予測されるが、リアク
テイブ素子に対しては同様な進歩は期待でき
ず、従つてそれは変換器の技術的進歩の障害と
なる要素を常に構成するであろう。(4) No reactive elements are present. actual,
While it is anticipated that continued advances in semiconductor technology will greatly improve the operation of solid-state switches by reducing their cost and size, similar advances cannot be expected for reactive devices. It will therefore always constitute an obstacle to the technical progress of transducers.
(5) 変換器群を通して負荷に吸収されるエネルギ
ーの位相角を制御できること。(5) The phase angle of the energy absorbed by the load through the converter group can be controlled.
各種の型のAC変換器が既に提案されているが、
いろいろの理由から上述の5つの特長をすべてを
備えているものはない。現存の変換器は原理的に
AC/DC/AC変換器と直接変換器に分類できる。 Various types of AC converters have already been proposed, but
For various reasons, no product has all of the above five features. In principle, existing converters
They can be classified into AC/DC/AC converters and direct converters.
AC/DC/AC変換器は2つの段階を含んでい
る。第1の段階で、入力は直流の電流あるいは電
圧へ変換され、次にこの電流あるいは電圧が第2
の段階へと送られ、そこで所望の周波数の交流出
力を発生することによつて変換される。各種の型
のAC/DC/AC変換器の詳細な分析を行なうこ
とはしないが、それらは一般的に出力波形が良く
ないこと、フイルタが必要なこと、一方向性であ
ること、非常に多数の半導体が必要なこと、また
入力の波形あるいは出力インピーダンスに関して
制限がある等の欠点があり、使用に際して動作や
用途に制約がある。 The AC/DC/AC converter includes two stages. In the first stage, the input is converted to a direct current or voltage, and then this current or voltage is transferred to the second
stage where it is converted by producing an alternating current output at the desired frequency. I will not provide a detailed analysis of the various types of AC/DC/AC converters, but they generally have poor output waveforms, require filters, are unidirectional, and have a large number of There are drawbacks such as the need for semiconductors and limitations on input waveforms or output impedance, which impose restrictions on operation and applications.
これに対して、直接変換器はいかなる中間的な
直流段階も経ることなしに交流入力から交流出力
を直接的に合成する。この型の既知の変換器で最
もすぐれたものとしては次の3つがある。その1
つはサイクロコンバータで、これは各出力が本質
的にAC/DC変換器を構成している。そして、最
近ウエスチングハウス社より提案されたUFC
(Unrestricted Frequency Changer、無制限周
波数変換機)とSFC(Slow Frequency
Changer、低周波数変換機)と称される2つの変
換器がある。 In contrast, a direct converter directly combines an AC output from an AC input without any intermediate DC steps. The three best known converters of this type are: Part 1
One is the cycloconverter, in which each output essentially constitutes an AC/DC converter. And the UFC recently proposed by Westinghouse
(Unrestricted Frequency Changer) and SFC (Slow Frequency Changer)
There are two converters called Changers (low frequency converters).
特に後者の2つの変換器は、あらかじめ説定さ
れたプログラムと機能に従つて閉じられるように
なつたスイツチのマトリツクスによつて出力周波
数の「構成」を与えている。これらの変換器は出
力におけると同様入力における調波に関してもす
ぐれているが、負荷あるいは出力電圧における位
相のずれ制御ができないし、出力における調波成
分を減らすために多数の入力位相数を必要とす
る。 In particular, the latter two transducers provide a "configuration" of the output frequency by means of a matrix of switches that are closed according to a predetermined program and function. These converters are excellent with respect to harmonics at the input as well as at the output, but they do not provide phase shift control at the load or output voltage, and require a large number of input phases to reduce the harmonic content at the output. do.
従つて、本発明の目的は、改良された直接AC
変換器であつて、それの入力電流及び出力電圧に
おける望ましくない調波成分波形が高周波数へ容
易にシフトできる、また両方向性動作を可能に
し、出力における周波数、振幅、位相角の制御を
可能にする変換器を提供することである。 It is therefore an object of the present invention to provide an improved direct AC
A transducer in which undesired harmonic waveforms in its input current and output voltage can be easily shifted to higher frequencies, and which allows bidirectional operation and allows control of frequency, amplitude, and phase angle at the output. The object of the present invention is to provide a converter for
本発明によれば、平衡多相AC入力電圧システ
ム用の入力導体と、周波数、振幅、位相角あるい
は位相ずれのような特性の少なくとも1つがAC
入力電圧システムのそれと異なつているような
AC出力電圧システム用の出力導体と、各入力導
体と各出力導体を個々に接続している複数個の両
方向性スイツチとを含む直接AC変換器であつて、
上記AC入力電圧システムの相数と同数のパルス
からなる互に隣接した幅変調パルスのくりかえし
系列を作り出すタイミング手段を有する制御装置
を備えており、該制御装置は、上記パルスによつ
て上記スイツチが上記AC入力電圧システムの各
相を順番に上記AC出力電圧システムの各相に接
続するように閉じ、また任意の瞬間においては出
力導体の任意の1個に接続された上記スイツチの
1個だけが閉じられるように、上記スイツチに接
続されていることを特徴とする直接AC変換器が
与えられる。 According to the invention, an input conductor for a balanced polyphase AC input voltage system and at least one of the characteristics such as frequency, amplitude, phase angle or phase shift
It seems that the input voltage is different from that of the system.
A direct AC converter comprising an output conductor for an AC output voltage system and a plurality of bidirectional switches individually connecting each input conductor and each output conductor, the direct AC converter comprising:
a controller having timing means for producing a repeating sequence of adjacent width modulated pulses of as many pulses as the number of phases of the AC input voltage system; are closed to connect each phase of said AC input voltage system in turn to each phase of said AC output voltage system, and at any given moment only one of said switches is connected to any one of the output conductors. A direct AC converter is provided, characterized in that it is connected to said switch so as to be closed.
出力電圧システムは1相でも多相でもよい。幅
変調パルスの系列は、変調周波数の正弦波の等間
隔位相によつて変調された場合には、入力電圧シ
ステムの周波数とは変調周波数分異なる出力電圧
システムの周波数を与える。好ましくは、幅変調
パルスの系列は1秒間に1000ないし100000回の割
合でくりかえし、パルス系列によるスイツチの動
作によつて発生する高周波数成分を吸収するため
に出力導体中にフイルタが設けられる。 The output voltage system may be single phase or polyphase. The sequence of width modulated pulses, when modulated by equally spaced phases of a sine wave at the modulation frequency, provides a frequency of the output voltage system that differs from the frequency of the input voltage system by the modulation frequency. Preferably, the series of width modulated pulses repeats at a rate of 1,000 to 100,000 times per second, and a filter is provided in the output conductor to absorb high frequency components generated by operation of the switch by the pulse series.
パルス系列はアナログあるいはデイジタル手段
によつて作成される。適当なアナログ手段の1例
は制御可能な単安定マルチバイブレータのリング
であつて、1つのマルチバイブレータのリセツト
によつてリング中の次のマルチバイブレータがト
リガされるように接続されており、変調発振の等
間隔位相が各々のマルチバイブレータのセツト時
間を制御するために供給されている。同じ原理で
動作するデジタル手段も、デジタル微分解析機技
術を用いることによつて、あるいは適当なプログ
ラムされたマイクロプロセツサを用いることによ
つて、同じ用途に用いることができる。 The pulse sequence can be created by analog or digital means. One example of a suitable analog means is a ring of controllable monostable multivibrators, connected such that the reset of one multivibrator triggers the next multivibrator in the ring, producing a modulated oscillation. are provided to control the set time of each multivibrator. Digital means operating on the same principle can also be used for the same purpose by using digital differential analyzer technology or by using a suitably programmed microprocessor.
本発明による変換器は明らかな負の周波数の出
力電圧を作り出すように構成でき、すなわちその
出力電圧がリアクテイブ負荷に印加されるとき出
力導体中での電流と電圧間の位相ずれとは逆の位
相ずれが入力導体中に作られる。変換器はまた、
もし系列中のパルスが異なる周波数の2つの正弦
波発振の異なる位相の組合せ(独立に使用される
場合には大きさは等しくみえるが正と負の周波数
の出力電圧を生じる)によつて幅変調されていれ
ば、入力電源の力率制御が行なえるように使用す
ることができる。そのような変換器において出力
周波数と入力周波数の大きさが等しくまた入力と
出力の相数が同じなら、出力導体は入力導体に無
効電力発生器を形成するよう接続できる。このよ
うにして、出力電力により供給されるリアクテイ
ブ負荷が純粋な抵抗性負荷として入力電力に現わ
れるようにすることができる。そのような配置が
ある時点でスイツチによる供給電力の短絡回路を
作つてしまう場合には、適当なインダクタンスを
電力供給導体に接続して、さもないとスイツチを
通つて流れるはずの大電流を作り出すことが好ま
しい。 A converter according to the invention can be configured to produce an output voltage with an apparent negative frequency, i.e., out of phase with the phase shift between current and voltage in the output conductor when the output voltage is applied to a reactive load. A shift is created in the input conductor. The converter also
If the pulses in the sequence are width modulated by a different phase combination of two sinusoidal oscillations of different frequencies (which when used independently produce output voltages of positive and negative frequencies that appear equal in magnitude) If so, it can be used to control the power factor of the input power source. If in such a converter the output and input frequencies are of equal magnitude and the input and output phase numbers are the same, the output conductor can be connected to the input conductor to form a reactive power generator. In this way, the reactive load supplied by the output power can be made to appear to the input power as a purely resistive load. If such an arrangement at some point creates a short circuit for the power supplied by the switch, connect a suitable inductance to the power supply conductor to create the large current that would otherwise flow through the switch. is preferred.
本発明による変換器の応用例の中には、電動機
へ供給される電源の周波数を変えることによつて
達成される誘導電動機の速度制御がある。もし必
要ならば、電動機の軸速度を表わすを変換器へ帰
還させて、駆動周波数と電動機速度との間のずれ
を測定することによつて、電動機の定速動作ある
いは定トルク動作を行なわせることができる。 Among the applications of the converter according to the invention is speed control of induction motors achieved by varying the frequency of the power supply supplied to the motor. If necessary, constant speed or constant torque operation of the motor can be achieved by feeding a signal representative of the shaft speed of the motor back to the transducer and measuring the deviation between the drive frequency and the motor speed. Can be done.
本発明を完全に理解し、また容易に実施するこ
とができるようにするため、以下に図面を参照し
て説明する。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to enable a thorough understanding and easy implementation of the present invention, reference will now be made to the drawings.
本発明による変換器の理論的基盤について、第
1図から第5図を参照しながら説明する。 The theoretical basis of the converter according to the invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 5.
3相対3相のAC変換器は9個のスイツチを含
んでおり、それらは各入力ラインと各出力ライン
との間を接続するためのものである(第3図)。
この変換器における設計問題は次のように述べる
ことができる。 The 3-phase 3-phase AC converter includes 9 switches, each for connecting between each input line and each output line (Figure 3).
The design problem for this converter can be stated as follows.
入力周波数2πωiなる入力正弦波電圧の組
と、出力周波数2πωpなる出力正弦波電流の組
とが与えられた時、問題は、既に述べた出力周波
数、入力周波数、振幅をそれぞれ満たし、合成出
力電圧Vo1,Vo2,Vo3と入力電流Ii1,Ii2,Ii3の
低周波数部分が正弦波になるように、スイツチン
グ時間S11,S12,……S33を決定することである。
簡単のため、1出力ラインのみの合成についてま
ず考えてみよう(第1A図)。出力ラインは3つ
のスイツチS1,S2,S3によつて3つの入力に接続
されている。スイツチは連続的にかつ周期的に閉
じられる。k番目のスイツチング系列において、
スイツチS1,S2,S3の閉じている時間をt1 k,t2 k,
t3 kとする。ここで、
t1 k+t2 k+t3 k=Tseq=1/fseq
であり、Tseqは一定である(第1B図)。 A set of input sinusoidal voltages with input frequency 2πω i and a set of output sinusoidal currents with output frequency 2πω p When given, the problem is to satisfy the output frequency, input frequency, and amplitude described above, and to calculate the low frequency part of the composite output voltages Vo 1 , Vo 2 , Vo 3 and input currents Ii 1 , Ii 2 , Ii 3 The purpose is to determine the switching times S 11 , S 12 , . . . S 33 so that the signals become sinusoidal waves.
For simplicity, let's first consider the synthesis of only one output line (Figure 1A). The output line is connected to the three inputs by three switches S 1 , S 2 , S 3 . The switch is closed continuously and periodically. In the kth switching series,
The closing time of switches S 1 , S 2 , S 3 is t 1 k , t 2 k ,
Let t 3 k . Here, t 1 k +t 2 k +t 3 k =T seq =1/f seq , and T seq is constant (Figure 1B).
この時間t1 k,t2 k,t3 kで変換器の動作が決まる。 The operation of the converter is determined by these times t 1 k , t 2 k , and t 3 k .
出力電圧波形Voは不連続な関数で、3つの入
力電圧の部分をつなぎあわせたものになつてい
る。一般に、出力電圧のフーリエスペクトラムは
入力電圧、周波数及び変換器のスイツチング則に
依存する。しかし、出力フーリエスペクトラムの
低周波数部はωp≪2πfseqである限り、主に各系列
中での平均出力電圧に依存する。言換すれば、も
しfseq→∞であれば、時間Tseq中で同じ平均値を
持つすべての関数はそれがどのように合成された
かにかかわらず、同じスペクトラムを持つ。もし
正弦波を合成する時は、系列の平均出力値が正弦
波状に変化するようにスイツチング則を選ばねば
ならない。 The output voltage waveform Vo is a discontinuous function and is a combination of three input voltage parts. Generally, the Fourier spectrum of the output voltage depends on the input voltage, frequency and switching law of the converter. However, the low frequency part of the output Fourier spectrum mainly depends on the average output voltage in each series, as long as ω p <<2πf seq . In other words, if f seq →∞, then all functions with the same mean value in time T seq have the same spectrum, regardless of how they are synthesized. If sine waves are to be synthesized, the switching rule must be selected so that the average output value of the series changes in a sine wave manner.
その場合、ωi,ωp≪22πfseqを仮定する。 In that case, it is assumed that ω i , ω p ≪22πf seq .
上述の議論では、系列平均値のみを考慮した。
k番目の系列では平均出力電圧は次で近似でき
る。 In the above discussion, only series average values were considered.
In the kth series, the average output voltage can be approximated by:
Vok av=(V1t1 k+V2t2 k+V3t3 k)/Tseg …(3)
ここでV1,V2,V3はk番目の系列内の同時刻
に測つた入力ライン電圧であり、それぞれ時間
t1 k,t2 k,t3 kの間は一定であるとみなされる。Vo k av = (V 1 t 1 k + V 2 t 2 k + V 3 t 3 k )/T seg …(3) Here, V 1 , V 2 , and V 3 are measured at the same time in the k-th series. is the input line voltage, and each time
It is assumed that t 1 k , t 2 k and t 3 k are constant.
式(3)中の出力系列平均Vok avは、入力電圧を表
わし、角速度ωiで回転し、スイツチング時間t1 k,
t2 k,t3 kで重みづけした3つのベクトルを加算す
ることによつて決定する(第2図)。 The output series average Vo k av in equation (3) represents the input voltage, rotates at an angular velocity ω i , and has a switching time t 1 k ,
It is determined by adding three vectors weighted by t 2 k and t 3 k (Figure 2).
もしすべてのkに対して、例えばt1 k=t2 k=t3 k
ならば平均出力電圧は零となる。 If for all k, e.g. t 1 k = t 2 k = t 3 k
Then the average output voltage will be zero.
もしすべてのkに対して、例えばt1 k,t2 k,t3 k
がいずれも定数であれば、結果の出力ベクトルは
入力ベクトルに対して固定される。従つて、出力
電圧は入力周波数での正弦波となりそれの振幅と
位相はt1,t2,t3を変えることで調節できる。 If for all k, e.g. t 1 k , t 2 k , t 3 k
If both are constant, the resulting output vector is fixed with respect to the input vector. Therefore, the output voltage becomes a sine wave at the input frequency, and its amplitude and phase can be adjusted by changing t 1 , t 2 , and t 3 .
最後に、もし
(ここでqは定数、ωnは一定の角度変調周波数)
であれば、結果のベクトルVkは一定の振幅q・
Viを持ち、kの増大と共に入力ベクトルに対して
角周波数ωnで回転する。従つて、出力電圧は、
振幅q・Vi、角周波数ωp=ωi+ωnで特徴づけら
れる正弦波となる。 Finally, if (where q is a constant and ω n is a constant angular modulation frequency)
, the resulting vector V k has a constant amplitude q・
V i and rotates with an angular frequency ω n with respect to the input vector as k increases. Therefore, the output voltage is
It becomes a sine wave characterized by an amplitude q·V i and an angular frequency ω p =ω i +ω n .
式(4)中のωnは正の値である必要はないことが
注意されるべきである。もしωn=−ωiであれば、
この変換器はAC/DC変換器になる。もしωn<
−ωi、ωp<0であつても、ωpの正と負の値の間
に何ら差はない。何故ならば、両者は出力電圧に
おける正弦波変化を表わしているからである。従
つて、この変換器は2つの動作モードで同じ出力
周波数を合成することができ、
対称モード:ωn>−ωi ωp=ωi+ωn
反対称モード:ωn<−ωi ωp=−(ωi+ωn)
同じωpに対して2つのωnの可能な値を与える。 It should be noted that ω n in equation (4) does not need to be a positive value. If ω n =−ω i , then
This converter becomes an AC/DC converter. If ω n <
Even if −ω i , ω p <0, there is no difference between positive and negative values of ω p . This is because both represent sinusoidal changes in the output voltage. Therefore, this converter can synthesize the same output frequency in two operating modes: symmetrical mode: ω n >−ω i ω p = ω i + ω n antisymmetric mode: ω n <−ω i ω p =−(ω i +ω n ) Give two possible values of ω n for the same ω p .
第1A図の簡易化した変換器は3出力相へ容易
に拡張できる(第3図)。式(4)に従つて動作する
これらの単相変換器の組の両方向性スイツチは、
周期的置換における入力導体に接続される。従つ
て、もし入力の3相システムが平衡していれば、
当然3つの出力相は等距離的になる。そのような
変換器のブロツク図が第13図に示されている。
この変換器の総合的生成あるいは変調マトリツク
スは式(4)から容易に導出される。すなわち、
tx=[1/Tseq・t−int(1/Tseq・t)]・3
f′(t)=1+q・2・cos[ωn・Tse
q・int(1/Tseq・t)]
f″(t)=1+q・2・cos[ωn・Tse
q・int(1/Tseq・t)−2/3π]
とすると、
ここで記号1(t)はtのDiracステツプ関数を
表わす。注意しておくがE=ETであり、従つて
変換器は完全に対称的である。入力部と出力部と
の間に何ら差はない。この変換装置の対称性のた
めに、入力電圧が出力周波数での電圧へ変換され
る一方で、同じ変換が出力電流に対しても行なわ
れる。そのため、上述の変換器動作は、出力電圧
の周波数に関係なく(例え直流出力に対しても)、
入力電圧周波数における正弦波入力電流というこ
とで特徴づけられる。 The simplified converter of Figure 1A can be easily expanded to three output phases (Figure 3). The bidirectional switches of these single-phase converter sets operating according to equation (4) are:
Connected to the input conductor in periodic permutation. Therefore, if the input three-phase system is balanced, then
Naturally, the three output phases will be equidistant. A block diagram of such a converter is shown in FIG.
The overall generation or modulation matrix for this converter is easily derived from equation (4). That is, t x = [1/T seq・t−int(1/T seq・t)]・3 f′(t)=1+q・2・cos[ω n・T se
q・int(1/T seq・t)] f″(t)=1+q・2・cos[ω n・T se
q・int(1/T seq・t)−2/3π], then Here, the symbol 1(t) represents the Dirac step function of t. Note that E= ET , so the transducer is completely symmetrical. There is no difference between the input section and the output section. Due to the symmetry of this converter, while the input voltage is converted to a voltage at the output frequency, the same conversion is performed on the output current. Therefore, the converter operation described above is independent of the frequency of the output voltage (even for DC output).
It is characterized by a sinusoidal input current at the input voltage frequency.
既に指摘したように、この変換器は、2つの動
作モードにおいて任意の出力周波数を合成でき
る。2つのモードの間の違いは第4図と第5図を
参照すれば理解できる。第4図において、Vi1,
Vi2,Vi3とVo1,Vo2,Vo3はそれぞれ入力電圧
と出力電圧を表わす。もし負荷が抵抗性のもので
あれば、Io1,Io2,Io3とIi1,Ii2,Ii3が出力と入
力の電流を表わす。出力部においてもし電流と電
圧の間に位相のずれが導入されると(第5図)、
それは入力電流合成における基準回転となる。従
つて、出力位相ずれは、入力部において不変であ
ることが見出されるであろう。しかし、対称モー
ドにおいて、出力での遅れ位相ずれは入力での遅
れであり、他方反対称モードにおいて、遅れの出
力位相ずれは入力の進みになる。この結果による
と、誘導性負荷はこの変換器によつて容量性負荷
へ変えられる。この変換器は無効電力を発生する
ことができる。 As already pointed out, this converter can synthesize any output frequency in two operating modes. The difference between the two modes can be understood with reference to FIGS. 4 and 5. In Figure 4, Vi 1 ,
Vi 2 , Vi 3 and Vo 1 , Vo 2 , Vo 3 represent input voltage and output voltage, respectively. If the load is resistive, Io 1 , Io 2 , Io 3 and Ii 1 , Ii 2 , Ii 3 represent the output and input currents. If a phase shift is introduced between the current and voltage at the output (Fig. 5),
It becomes the reference rotation in input current synthesis. Therefore, the output phase shift will be found to be unchanged at the input. However, in the symmetric mode, the lagging phase shift at the output is the lagging at the input, while in the antisymmetric mode, the lagging output phase shift is leading the input. According to this result, an inductive load is converted into a capacitive load by this converter. This converter is capable of generating reactive power.
上述の議論において、この新しい変換器動作が
前に掲げた満足すべき理想的な要求のすべてを可
能とすることが示された。回路素子として高スイ
ツチング速度変換器(HSRC)は、それを流れる
電気的エネルギーの周波数、振幅、位相を変える
ことができる一般化されたAC変換器とみなすこ
とができる。その変換は次の3つのパラメータに
よつて決定される。 In the above discussion it has been shown that this new converter operation allows all of the previously listed ideal requirements to be satisfied. As a circuit element, a high switching speed converter (HSRC) can be considered a generalized AC converter that can change the frequency, amplitude, and phase of the electrical energy flowing through it. The conversion is determined by three parameters:
S:(+1あるいは−1);変換モード(対称ある
いは反対称)
q:(0<q<0.5);出力−入力振幅比
ωn:(−∞<ωn<∞);入力−出力周波数シフト
これらのパラメータが設定されると、この変換器
は2入力、保存性、多相入力−多相出力回路素子
としてモデル化されることができ、それの構成関
係は正弦波あるいはDC波形については次のよう
である。S: (+1 or -1); Conversion mode (symmetric or anti-symmetric) q: (0<q<0.5); Output-input amplitude ratio ω n : (-∞<ω n <∞); Input-output frequency shift Once these parameters are set, the converter can be modeled as a two-input, conservative, polyphase input-polyphase output circuit element, whose configuration relationships are as follows for sine or DC waveforms: It seems like.
対称モード 反対称モード
S=1 S=−1
ωn>−ωi ωn<−ωi
ωp=ωi+ωn ωp=−(ωi+ωn)
φp=φi φp=−φi
上述の議論において、この変換器の動作は、
ωi、ωp≪2π・fseqの近似のもとで説明された。実
際には、この変換器スイツチング速度fseqは装置
のスイツチング効率を考慮することで制限され
る。従つて、fseqは有限値であるので、これまで
は無視してきた好ましからざる調波が或る程度、
変換器波形中に存在することになる。事実、実際
の変換器波形のフーリエスペクトラム低い周波数
にその望ましからざる成分と、別の望ましからざ
る成分のスペクトルを含んでいる。後者は合成波
形の不連続性のためと、変換器生成マトリツクス
を作り出すときに導入された近似によるものであ
る。しかし、fseqmax(ωi、ωp)/2π・8であれば
、
それら望ましからざる成分は、f1/2fseqの周波
数領域においてのみ重大で、入力および出力周波
数と同等もしくはそれらより低い周波数において
は所望の成分の1%以下であることがわかる。出
力波形の望ましからざる周波数成分はフイルタ作
用によつて除去することができる。対称モードと
反対称モードとを用いることによつて入力電力供
給に、逆の意味の2つの位相ずれを導入すること
ができることを説明した。これらの両モードを同
時に用いると、出力供給における位相ずれの入力
供給に対する効果は自己消去性のものにすること
ができる。このようにして、出力供給をリアクテ
イブ負荷に接続してしかも、入力供給の電流を電
圧波形を同相に保つことができ、変換器と負荷と
をいつしよにして一つの抵抗とみなすことができ
る。その他の力率調整もこの変換器で行なうこと
ができる。もし出力周波数が入力周波数に等しけ
れば、上述のように1つの変換器を用いて位相ず
れ消去を行なうことができる。 Symmetric mode Antisymmetric mode S=1 S=-1 ω n >-ω i ω n <-ω i ω p = ω i +ω n ω p =-(ω i +ω n ) φ p =φ i φ p =- φ i In the above discussion, the operation of this converter is
It was explained under the approximation that ω i , ω p ≪2π·f seq . In practice, this converter switching rate f seq is limited by device switching efficiency considerations. Therefore, since f seq is a finite value, the undesirable harmonics that have been ignored so far are to some extent
will be present in the converter waveform. In fact, the Fourier spectrum of the actual transducer waveform contains its undesirable component and the spectrum of other undesirable components at low frequencies. The latter is due to discontinuities in the composite waveform and to approximations introduced when creating the transducer generation matrix. However, if f seq max(ω i , ω p )/2π・8, these undesirable components are significant only in the f1/2 f seq frequency range, which is equal to or lower than the input and output frequencies. It can be seen that the frequency is 1% or less of the desired component. Unwanted frequency components of the output waveform can be removed by filtering. It has been explained that by using a symmetric mode and an anti-symmetric mode, two phase shifts of opposite meaning can be introduced into the input power supply. When both of these modes are used simultaneously, the effect of a phase shift on the output supply on the input supply can be self-cancelling. In this way, the output supply can be connected to a reactive load, yet the input supply current can be kept in phase with the voltage waveform, allowing the converter and load to be considered as a single resistor. . Other power factor adjustments can also be performed with this converter. If the output frequency is equal to the input frequency, phase shift cancellation can be performed using one transducer as described above.
3相入力供給と1組あるいは3相出力供給のほ
とんどの場合に対して理論を展開したが、本発明
はn相入力供給(n3)をp相出力供給(p
1)へ変換する場合に同様に適用できることは理
解されるであろう。 Although the theory has been developed for most cases of three-phase input supply and one set or three-phase output supply, the present invention converts n-phase input supply (n3) to p-phase output supply (p
It will be understood that the same applies when converting to 1).
3相入力供給の場合、もしVpとViの間のすべ
ての可能な位相関係を実現するように要求された
場合、例えば出力周波数が入力周波数と異なつて
いれば、VpVi/2であり従つてCiCp/2であること
は明らかであろう。更に、入力電力は出力電力に
等しく、すなわち、Vp・Cpcosφp=V1・Cicosφi
ここでφp,φiはそれぞれ出力位相ずれと入力位相
ずれである。 In the case of a three-phase input supply, if one is required to realize all possible phase relationships between V p and V i , e.g. if the output frequency is different from the input frequency, V p V i / 2 and therefore C i C p /2. Furthermore, the input power is equal to the output power, i.e., V p・C p cosφ p =V 1・C i cosφ i
Here, φ p and φ i are the output phase shift and the input phase shift, respectively.
以下では、本発明の実際の実施例について、第
6図から第12図を参照して説明する。第6図は
本発明による3相変換器の1例のブロツク図であ
る。この変換器は3相電圧制御発振器100を含
んでおり、その3つの出力は振幅−パルス長変換
器101へ与えられ、そこから別々になつた出力
となつて3つの休止(ドウエル)時間及び駆動回
路102,103,104へ与えられる。この回
路102の出力は駆動変圧器105の1次巻線へ
接続されている。この変換器の3本の2次巻線は
各々スイツチモジユール106,107,108
へ接続されている。同様に、回路103は駆動変
圧器109を通して3個のスイツチモジユール1
10,111,112を駆動し、回路104は駆
動変圧器113を通してスイツチモジユール11
4,115,116を駆動する。スイツチモジユ
ールは、3本の3相電力源導体117,118,
119を3本の3相出力導体120,121,1
22へ接続する3行3列のマトリツクスを構成し
ている。このスイツチモジールは両方向性である
ので、供給側と出力側の導体は交換してもよい。 In the following, actual embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 12. FIG. 6 is a block diagram of an example of a three-phase converter according to the present invention. The converter includes a three-phase voltage controlled oscillator 100 whose three outputs are provided to an amplitude-to-pulse length converter 101 from which separate outputs are provided for three dwell times and a drive. The signal is applied to circuits 102, 103, and 104. The output of this circuit 102 is connected to the primary winding of a drive transformer 105. The three secondary windings of this converter are switch modules 106, 107, 108, respectively.
connected to. Similarly, circuit 103 connects three switch modules 1 through drive transformer 109.
10, 111, and 112, circuit 104 connects switch module 11 through drive transformer 113.
4,115,116 are driven. The switch module has three three-phase power source conductors 117, 118,
119 to three three-phase output conductors 120, 121, 1
It forms a matrix of 3 rows and 3 columns connected to 22. Since this switch module is bidirectional, the supply and output conductors may be interchanged.
第6図の回路は、見てわかるように、供給側の
3相に対して対称であり、振幅−パルス長変換器
101の出力は、既に述べた原理に基づいて所望
の振幅、位相、周波数を持つ電圧を発生するため
に1つの出力導体から別の導体へ急速にスイツチ
されるような信号の形をとつている。従つて、任
意の時刻において、3つから成る1つの群のスイ
ツチモジユールは導通しており、他の2つの群の
スイツチモジユールは非導通である。 As can be seen, the circuit of FIG. 6 is symmetrical with respect to the three phases on the supply side, and the output of the amplitude-to-pulse length converter 101 is adjusted to the desired amplitude, phase, and frequency based on the principle already described. is in the form of a signal that is rapidly switched from one output conductor to another to produce a voltage with . Therefore, at any given time, one group of three switch modules is conducting, and the other two groups of switch modules are non-conducting.
さてここで第7、第8、第9図を参照して電圧
制御発振器について説明する。この3つの図面が
一緒になつてこの発振器の回路図を構成してい
る。 Now, the voltage controlled oscillator will be explained with reference to FIGS. 7, 8, and 9. These three drawings together constitute the circuit diagram of this oscillator.
第7図の回路は振幅は同じだが極性の異なる2
つの出力電圧をそれぞれ端子A1とA2とに発生
する。これらの端子はそれぞれ2つの演算増幅器
130,131の出力へ接続されている。ポテン
シヨメータ132の摺動によつて得られる可変電
圧が増幅器130の非反転入力へ、抵抗133を
通して増幅器131の反転入力へ与えられる。増
幅器130はそれの出力からそれの反転入力への
直接帰還接続を有しており、そのためその出力電
圧はその入力電圧に等しくなつている。増幅器1
31は、抵抗133と同じ抵抗値を持つ抵抗13
4を通しての抵抗性負帰還接続を有しており、そ
のためその出力電圧はポテンシヨメータ132の
摺動部電圧の反転になつている。ポテンシヨメー
タの摺動部はコンデンサ135を通してアースさ
れており、雑音と摺動によるにせの電圧変化を吸
収することになつている。 The circuit in Figure 7 has two circuits with the same amplitude but different polarity.
Two output voltages are generated at terminals A1 and A2, respectively. These terminals are connected to the outputs of two operational amplifiers 130, 131, respectively. The variable voltage obtained by sliding potentiometer 132 is applied to the non-inverting input of amplifier 130 and through resistor 133 to the inverting input of amplifier 131. Amplifier 130 has a direct feedback connection from its output to its inverting input so that its output voltage is equal to its input voltage. amplifier 1
31 is a resistor 13 having the same resistance value as the resistor 133.
4, so that its output voltage is the inverse of the slide voltage of potentiometer 132. The sliding portion of the potentiometer is grounded through a capacitor 135 to absorb noise and spurious voltage changes due to sliding.
第7図の端子A1とA2は第8図の端子A1と
A2に接続されており、後者は例えば型名
MC14066のような2つのスイツチ140,14
1の入力の対へ接続されている。これらのスイツ
チは4装置であるが、その出力接続が対で一本に
なつており、出力の各対は積分器142から14
5の各1つへ接続されている。積分器の出力電圧
はシユミツトトリガ回路146から149のうち
の各1つの入力へつながれている。トリガ回路1
46,147,148の出力は論理回路150,
151,152の入力へ与えられ、各論理回路は
2つの出力信号を発し、それらはスイツチ14
0,141の入力へ接続されて、積分器142か
ら145へ端子A1とA2に与えられる信号の進
行を制御する。 Terminals A1 and A2 in Figure 7 are connected to terminals A1 and A2 in Figure 8, the latter being, for example,
Two switches like MC14066 140,14
1 input pair. These switches are four devices, but their output connections are in pairs, with each pair of outputs connected to integrators 142 to 14.
5 each. The output voltage of the integrator is coupled to the input of each one of Schmitt trigger circuits 146-149. Trigger circuit 1
The outputs of 46, 147, 148 are the logic circuit 150,
151 and 152, each logic circuit produces two output signals, which are applied to the switch 14.
0,141 to control the progression of the signals applied to terminals A1 and A2 from integrator 142 to 145.
第4番目のトリガ回路149の出力は、例えば
型名74C164のようなカウンタ154の入力へイ
ンバータ153を通して与えられる。このカウン
タ154は4ビツトカウンタであつて、4個の出
力線を有しており、それらは論理回路155へ与
えられ、その出力は論理回路150から152の
入力へそれら回路を制御するために供給される。
積分器142,143,144の出力波形はま
た、代表的には型名ICL8038のような波形発生器
156,157,158のどれかへ与えられる。
波形発生器の機能は積分器142,143,14
4から受け取る三角波形を正弦波形出力に変換す
ることであり、その正弦波出力は各々端子B1,
B2,B3へ送られる。特定な電圧レベルを発生
器156から158へ与えて、出力波形の正弦波
形を最適化するためにポテンシヨメータPが備え
られている。 The output of the fourth trigger circuit 149 is applied through an inverter 153 to the input of a counter 154, such as model number 74C164. This counter 154 is a 4-bit counter and has four output lines, which are fed to a logic circuit 155 whose outputs are fed to the inputs of logic circuits 150 to 152 to control those circuits. be done.
The output waveforms of the integrators 142, 143, 144 are also provided to any one of waveform generators 156, 157, 158, typically model name ICL8038.
The functions of the waveform generator are integrators 142, 143, 14
4 to convert the triangular waveform received from terminals B1 and 4 into a sine waveform output, respectively.
Sent to B2 and B3. A potentiometer P is provided to apply a specific voltage level to the generators 156-158 to optimize the sinusoidal shape of the output waveform.
第8図の回路の動作は以下の通りである。端子
A1,A2の電圧は第7図のポテンシヨメータ1
32の調整によつて設定され、スイツチ140と
141とによつて積分器142から145へ導び
かれる。積分器145は、積分器142,14
3,144の時定数の6分の1の特定数を有して
おり、そのためそれは、積分器142,143,
144の出力に三角波が作成される1サイクルの
期間内に6サイクルの三角波発生を行なう。トリ
ガ回路149は引続く出力パルス列を発生し、そ
れらはカウンタ154によつて計数される。カウ
ンタ154中の計数値が増大するにつれて、論理
回路155は、積分器142,143,144へ
の端子A1とA2の電圧の進行を調節するための
制御信号を論理回路150,151,152へ与
え、それによつてこれら3個の積分器が同じ周波
数であるが位相が互に等距離はなれた三角出力波
形を発生するようにする。論理回路150,15
1,152,155の機能は三角波形の異なる傾
斜が正確な時刻に始まることを保証し、それによ
つて積分器142−144中の部品の定数値のわ
ずかなばらつきによつて生ずる周波数差が3つの
三角波形の間に累積的な位相あるいは周波数誤差
をもたらさないようにすることである。上述のよ
うに、波形発生器156から158は、積分器1
42−144の三角出力波形を対応する正弦波形
へ変換する。この正弦波は再び位相において等距
離すなわち2π/3ラジアンだけ互に離れている
ものであり、端子B1,B2,B3に現われる。
ポテンシヨメータ132(第7図)の調整によつ
て端子A1とA2に与えられる電圧の大きさが変
わり、従つて第8図の回路中に発生する三角波及
び正弦波の両方の周波数が変調され、すなわち電
圧の増大は周波数の増大をもたらし、それらの間
には本質的に直線的な比例関係があることが明ら
かになるであろう。 The operation of the circuit of FIG. 8 is as follows. The voltage at terminals A1 and A2 is determined by potentiometer 1 in Figure 7.
32 and is guided from integrators 142 to 145 by switches 140 and 141. The integrator 145 is the integrator 142, 14
3,144, so it has a specific number of one-sixth of the time constant of 3,144;
Six cycles of triangular wave generation are performed within one cycle period in which a triangular wave is generated at the output of 144. Trigger circuit 149 generates a subsequent train of output pulses which are counted by counter 154. As the count value in counter 154 increases, logic circuit 155 provides a control signal to logic circuits 150, 151, 152 to adjust the progression of the voltage at terminals A1 and A2 to integrators 142, 143, 144. , thereby causing the three integrators to produce triangular output waveforms of the same frequency but equidistant from each other in phase. Logic circuits 150, 15
The function of 1,152,155 ensures that the different slopes of the triangular waveform begin at precise times, thereby minimizing frequency differences caused by small variations in the constant values of the components in the integrators 142-144. The goal is to avoid introducing cumulative phase or frequency errors between the two triangular waveforms. As mentioned above, waveform generators 156 to 158 are integrated into integrator 1
Convert the triangular output waveform of 42-144 to the corresponding sine waveform. The sine waves are again equidistant in phase, ie 2π/3 radians apart, and appear at terminals B1, B2, and B3.
Adjustment of potentiometer 132 (FIG. 7) changes the magnitude of the voltage applied to terminals A1 and A2, thus modulating the frequency of both the triangular and sine waves generated in the circuit of FIG. , ie an increase in voltage results in an increase in frequency, and it will become clear that there is an essentially linear proportional relationship between them.
第9図は電圧制御発振器100の第3の部分を
示しており、第8図の端子B1,B2,B3へ接
続される入力端子B1,B2,B3を有してい
る。第9図において、端子B1からB3は各々演
算増幅器160,161,162の非反転入力へ
接続されている。これら増幅器は、それらの出力
からそれらの反転入力への直接負帰還を有してお
り、そのためそれらによつて生ずる出力電圧はそ
れらの非反転入力へ与えられる電圧に等しい。増
幅器160,161,162の出力は各々端子1
63,164,165に現われる。 FIG. 9 shows a third portion of voltage controlled oscillator 100, having input terminals B1, B2, B3 connected to terminals B1, B2, B3 of FIG. In FIG. 9, terminals B1 to B3 are connected to non-inverting inputs of operational amplifiers 160, 161, and 162, respectively. These amplifiers have direct negative feedback from their output to their inverting input, so that the output voltage produced by them is equal to the voltage applied to their non-inverting input. The outputs of amplifiers 160, 161, and 162 are respectively connected to terminal 1.
Appears in 63, 164, 165.
第6図から明らかなように、電圧制御発振器の
3つの出力は振幅−パルス長変換器101へ与え
られる。この変換器の回路は第10図に示されて
おり、電圧制御発振器の3つの出力は各々端子2
00,201,202へ与えられる。変換器は代
表的には型名555の3つのカウンタ・タイマ回路
203,204,205を含んでいる。端子20
0,201,202はカウンタ・タイマの端子5
へ与えられる。これらタイマは単安定回路を形成
するように抵抗206から208及びコンデンサ
209から211へ接続される。単安定回路はコ
ンデンサ212,213,214で接続されて3
段リングを形成しそれによつて各タイマがリケツ
トされると次のタイマがセツトされるようになつ
ている。ここで時定数は、セツト状態がリング中
を1秒間に5000ないし25000回まわるように設定
されている。トランジスタ215,216,21
7を含む定電流源が接続されて、単安定回路の時
定数が本質的に同一であることを保証している。
共通振幅制御は、エミツタフオロワ接続されたト
ランジスタ219と協同して、ダイオードを通し
て時定数コンデンサ209ないし211へ接続さ
れた導体220上へ電圧を設定するポテンシヨメ
ータ218によつて行なわれる。 As is clear from FIG. 6, the three outputs of the voltage controlled oscillator are applied to an amplitude-to-pulse length converter 101. The circuit of this converter is shown in Figure 10, with the three outputs of the voltage controlled oscillator each connected to terminal 2
00, 201, 202. The converter typically includes three counter/timer circuits 203, 204, 205, model number 555. terminal 20
0, 201, 202 are counter/timer terminals 5
given to. These timers are connected to resistors 206 to 208 and capacitors 209 to 211 to form a monostable circuit. The monostable circuit is connected with capacitors 212, 213, 214 and has 3
A tiered ring is formed so that as each timer is requested, the next timer is set. Here, the time constant is set so that the set state rotates around the ring 5,000 to 25,000 times per second. Transistors 215, 216, 21
A constant current source including 7 is connected to ensure that the time constants of the monostable circuits are essentially the same.
Common amplitude control is provided by a potentiometer 218 which, in conjunction with an emitter follower connected transistor 219, sets a voltage on a conductor 220 connected through a diode to a time constant capacitor 209-211.
第10図の変換器の機能は、端子200,20
1,202へ与えられる比較的ゆつくり振動する
正弦波信号(例えば50−200Hz)の振幅の差に応
答して、互に相対的に単安定回路がセツトされる
時間長を、従つて出力端子221,222,22
3にあらわれるパルス長を変化させることであ
る。パルス長の変化の量は振幅制御ポテンシヨメ
ータ218によつて調整できる。また、既に述べ
た理論から、この調整によつて交流出力電圧の振
幅が調節されることが明らかであろう。 The function of the converter in FIG.
In response to the difference in amplitude of relatively slowly oscillating sinusoidal signals (e.g. 50-200 Hz) applied to the output terminals 1 and 202, the length of time that the monostable circuits are set relative to each other is determined by 221, 222, 22
This is to change the pulse length appearing in 3. The amount of pulse length change can be adjusted by amplitude control potentiometer 218. It will also be clear from the theory discussed above that this adjustment will adjust the amplitude of the AC output voltage.
第11図は休止時間及び駆動回路の回路を示し
ており、その回路のうちの3個へ第10図の変換
器101の3つの出力が与えられる。変換器から
の出力信号は第11図の端子250へ与えられ、
そこから抵抗251とダイオード252の並列接
続を通つてトランジスタ253のベースへ接続さ
れている。トランジスタ253のベースとアース
の間にコンデンサ254が接続されている。トラ
ンジスタ253のエミツタもまたアースされてお
り、このコレクタは直列に接続された抵抗255
と256を通つて供給電源導体257へ接続され
ている。抵抗255と256の連結部はトランジ
スタ258のベースへ接続されており、このトラ
ンジスタのエミツタ電極は導体257へ接続れて
いる。トランジスタ258のコレクタは変圧器1
次巻線259を通して2次供給導体260へ接続
され、巻線259と並列に、ツエナーダイオード
261と別のダイオード262が直列になつたも
のが接続されている。 FIG. 11 shows the circuitry of the rest time and drive circuits to which three outputs of the converter 101 of FIG. 10 are applied. The output signal from the converter is provided to terminal 250 in FIG.
From there, it is connected to the base of a transistor 253 through a parallel connection of a resistor 251 and a diode 252. A capacitor 254 is connected between the base of transistor 253 and ground. The emitter of transistor 253 is also grounded, and its collector is connected in series with resistor 255.
and 256 to the supply power conductor 257. The junction of resistors 255 and 256 is connected to the base of a transistor 258 whose emitter electrode is connected to conductor 257. The collector of transistor 258 is connected to transformer 1
It is connected through a secondary winding 259 to a secondary supply conductor 260, and in parallel with the winding 259 is connected a Zener diode 261 and another diode 262 in series.
第11図の回路の主な機能は、変圧器105の
2次巻線が接続された3つのスイツチSM1−SM3
を動作させるのに適した駆動を供給することであ
る。それはまた、抵抗251とコンデンサ254
とによつて与えられる時定数の効果によつて、端
子250へ与えられる正のパルスに応答して1次
巻線259へ流れる電流の立上がりを少し遅らせ
る働きもする。代表的には、抵抗251は1KΩ
の抵抗値のもので、コンデンサ254は0.001μF
である。端子250の正パルスが終端すると、コ
ンデンサ254はダイオード252を通して急速
に放電する。回路のこの部分の効果は、スイツチ
SMの休止時間に対して、スイツチが開放回路に
なるために必要な時間を確保し、それによつてい
かなる時間にも導通スイツチを通して同じ出力導
体へ接続される2つの入力導体がないことを保証
し、さもないと発生した場合故障をもたらす大き
な電流の発生を避けることである。ツエナーダイ
オード261とダイオード262は、トランジス
タ258が非導通になつた場合に電流を流し、そ
れによつてトランジスタを破壊するおそれのある
比較的高い電圧がトランジスタ258のコレクタ
に現われるのを防ぐ。第11図に示された休止時
間及び駆動回路によつて駆動される1次巻線は、
第6図に示された駆動変圧器105,109,1
13のうちの1つの1部分である。一例では、1
次巻線は45ターンであり、3個の2次巻線はそれ
ぞれ10ターンであり、ポツトコアの大きさは直径
30ミリの長さ19ミリであつた。コアの空隙は0.51
ミリであつた。 The main functions of the circuit of FIG. 11 are three switches SM 1 -SM 3 to which the secondary winding of transformer 105 is connected.
The objective is to provide a drive suitable for operating the It also includes resistor 251 and capacitor 254
The effect of the time constant provided by , also serves to slightly delay the rise of the current flowing to primary winding 259 in response to a positive pulse applied to terminal 250 . Typically, resistor 251 is 1KΩ
The capacitor 254 has a resistance value of 0.001 μF.
It is. When the positive pulse at terminal 250 terminates, capacitor 254 rapidly discharges through diode 252. The effect of this part of the circuit is that the switch
For SM rest times, allow the necessary time for the switch to become open circuit, thereby ensuring that no two input conductors are connected to the same output conductor through a continuity switch at any time. , to avoid the generation of large currents that would otherwise result in failure. Zener diode 261 and diode 262 conduct current when transistor 258 becomes non-conducting, thereby preventing relatively high voltages from appearing at the collector of transistor 258, which could destroy the transistor. The primary winding driven by the rest time and drive circuit shown in FIG.
Drive transformers 105, 109, 1 shown in FIG.
It is one part of one of 13. In one example, 1
The secondary winding has 45 turns, each of the three secondary windings has 10 turns, and the size of the pot core is diameter
It was 30mm long and 19mm long. Core void is 0.51
It was millimeter hot.
駆動変圧器の各々上の3個の2次巻線の各々は
スイツチモジユールを駆動するように接続されて
おり、代表的なスイツチモジユールは第12図に
示されている。2次巻線は、第12図に示されて
おり、基準点300を有しており、トランジスタ
301のベースエミツタダイオードの両端に駆動
信号を供給するように接続されている。ベース電
極への接続中に電流制限抵抗302が設けられて
おり、望ましからざる過負荷に対してトランジス
タを保護し、それの正孔蓄積時間を制限するため
にダイオード303,304,305とツエナー
ダイオード306が設けられている。スイツチそ
のものはダイオード307,308,309,3
10を含むダイオードブリツジで構成されてお
り、スイツチは端子311と312を有してい
る。スイツチモジユールの動作は従来のものであ
り、ダイオード307−310が逆向き対で接続
されているので、トランジスタ301が非導通状
態のとき、端子311から端子312へあるいは
それと逆方向に電流は流れない。しかし、トラン
ジスタ301が導通している時は、ダイオード3
07、トランジスタ301、ダイオード310を
通つて端子311から端子312へ電流が流れ得
る。また、ダイオード308トランジスタ30
1、ダイオード309を通つて逆方向にも電流が
流れ得る。 Each of the three secondary windings on each of the drive transformers are connected to drive a switch module, a typical switch module being shown in FIG. The secondary winding is shown in FIG. 12 and has a reference point 300 and is connected to provide a drive signal across the base-emitter diode of transistor 301. A current limiting resistor 302 is provided in connection to the base electrode, diodes 303, 304, 305 and a Zener to protect the transistor against undesired overloads and limit its hole accumulation time. A diode 306 is provided. The switch itself is a diode 307, 308, 309, 3
10, the switch has terminals 311 and 312. The operation of the switch module is conventional, with diodes 307-310 connected in an opposite pair so that when transistor 301 is non-conducting, current flows from terminal 311 to terminal 312 or vice versa. do not have. However, when the transistor 301 is conductive, the diode 3
07, a current can flow from the terminal 311 to the terminal 312 through the transistor 301 and the diode 310. In addition, the diode 308 transistor 30
1. Current can also flow in the opposite direction through the diode 309.
第6図から第12図を参照してここに述べた回
路構成は、入力電圧に対して出力電圧の振幅、周
波数、位相を調節することができる。しかし、既
に第5図を参照して述べたように、同じ出力周波
数ωpを2つの異なる方法で、すなわちωiを入力
周波数とした時、変調周波数ωn=ωp−ωiを用い
てωp=ωn+ωiなるように変調する方法、あるい
は、ωnをωp+ωiに等しいように選んでωp=ωi−
ωnなるように変調を行なう方法のいずれかであ
る。第1の方法において、変調周波数は入力周波
数と同じ意味であり、従つてそれに加算される。
そして第2の方法においては、変調周波数は入力
周波数と逆の意味であり、従つて入力周波数をそ
れから差引かれる。更に第5図を参照して、変調
の逆の意味のために、上述の2つの異なる方法を
用いて得られる出力電圧における電流と電圧の間
の位相角度差は逆の方法に発生し、従つてこの2
つの電圧を組合せることによつて入力導体へ与え
られる供給電圧において、電流と電圧との間の位
相角度差を完全に打消すことができる。この原理
を用いて変換器を得るためには、2つの電圧制御
発振器(一方は変調周波数ωn=−(ωp+ωi)で発
振しており、他方はωn=ωp−ωiで発振する)が
必要である。第13図はそのような変換器の1つ
の例の回路図である。その2つの電圧制御発振器
は400と401である。発振器400は変調周
波数ωn=ωp−ωiを表わす電圧を、アナログ加算
器402から受取る。その加算器には、ポテンシ
ヨメータ403から得られるωpを表わす入力と、
周波数−電圧変換器404から得られるωiを表わ
す第2入力とが与えられる。また供給入力が周波
数−電圧変換器へ与えられている。また変換器4
04の出力ωiは2倍されてアナログ加算器405
へ与えられ、その後反転器406で反転されて、
発振器401のためのωnを表わす電圧が−(ωp+
ωi)に等しくなるように与えられる。ここで負の
符号は発振器401の出力位相差が逆であること
を示す。発振器400と401の出力の振幅は、
アナログ乗算器407−412によつて、制御可
能な値qへ設定される。値qはポテンシヨメータ
413上に実現され、増幅器414中で2倍され
る。 The circuit configurations described herein with reference to FIGS. 6-12 are capable of adjusting the amplitude, frequency, and phase of the output voltage relative to the input voltage. However , as already mentioned with reference to FIG . Modulate it so that ω p = ω n + ω i , or choose ω n equal to ω p + ω i so that ω p = ω i −
This is one of the methods of performing modulation so that ω n . In the first method, the modulation frequency has the same meaning as the input frequency and is therefore added to it.
And in the second method, the modulation frequency is the inverse of the input frequency, so the input frequency is subtracted therefrom. Still referring to FIG. 5, due to the inverse meaning of modulation, the phase angle difference between the current and voltage at the output voltage obtained using the two different methods described above will occur in an inverse manner and thus Tsuteko 2
By combining two voltages, the phase angle difference between current and voltage can be completely canceled out in the supply voltage applied to the input conductor. To obtain a converter using this principle, two voltage-controlled oscillators, one oscillating at a modulation frequency ω n =−(ω p +ω i ) and the other at ω n =ω p −ω i , are required. oscillation) is required. FIG. 13 is a circuit diagram of one example of such a converter. The two voltage controlled oscillators are 400 and 401. Oscillator 400 receives a voltage representing a modulation frequency ω n =ω p −ω i from analog summer 402 . The adder has an input representing ω p obtained from potentiometer 403;
A second input representing ω i obtained from a frequency-to-voltage converter 404 is provided. A supply input is also provided to the frequency to voltage converter. Also converter 4
The output ω i of 04 is doubled and sent to the analog adder 405.
and then inverted by an inverter 406,
The voltage representing ω n for the oscillator 401 is −(ω p +
ω i ). Here, a negative sign indicates that the output phase difference of the oscillator 401 is opposite. The amplitude of the output of oscillators 400 and 401 is
Analog multipliers 407-412 set it to a controllable value q. The value q is realized on potentiometer 413 and doubled in amplifier 414.
全位相制御のためには発振器400と401の
出力を差分的に乗ずることが必要である。そして
このことはα1を表わす値をポテンシヨメータ4
15上へ設定することによつて達成される。そし
てその値は、増幅器において1/3倍され、発振器
400の出力が与えられているアナログ乗算器4
17,418,419へ与えられる。この値α1
はインバータ420で反転され、アナログ加算器
421中で1ボルトに加えられ1−α1に等しい
信号が作られる。この信号は次に増幅器422中
で1/3倍され、1/3(1−α1)を表わす信号とな
つてアナログ乗算器423,424,425へ与
えられる。これらアナログ乗算器には発振器41
0の出力が与えられている。9個のアナログ加算
器426−434が設けられ、それへ3個の乗算
器417,418,419の各々からの出力が与
えられ、乗算器423,424,425の出力と
9個の異なる組合せによつて結合させられる。そ
れら組合せは、3個の乗算器の各組から1つの出
力をとり出すことで作られる。更に、1/3ボルト
に等しい一定入力が加算器426−434のすべ
てへ与えられ、それらの出力は各々スイツチモジ
ユールSM1−SM9(第10図から第12図参
照)へ与えられ、これらスイツチは3個の入力導
体435,436,437を3個の出力導体43
8,439,440と接続している。スイツチ
SM1−SM9は、第6図に示すような振幅−パ
ルス長変換器101、休止時間及び駆動回路10
2−104、駆動変圧器105,109に接続さ
れている。スイツチSM1−SM9中の単安定回
路は第10図に関連して上述したように動作する
3つの別々のリングを形成するように接続され
る。各リングが異なる出力導体に接続されるの
で、供給を短絡するおそれなしに成立的にステツ
プすることができる。 For full phase control it is necessary to differentially multiply the outputs of oscillators 400 and 401. And this means that the value representing α1 can be changed to potentiometer 4.
This is achieved by setting it above 15. The value is then multiplied by 1/3 in the amplifier, and the analog multiplier 4 is fed with the output of the oscillator 400.
17,418,419. This value α1
is inverted in inverter 420 and added to 1 volt in analog adder 421 to produce a signal equal to 1-α1. This signal is then multiplied by 1/3 in amplifier 422 and applied to analog multipliers 423, 424, and 425 as a signal representing 1/3 (1-.alpha.1). These analog multipliers include an oscillator 41
An output of 0 is given. Nine analog adders 426-434 are provided to which the outputs from each of the three multipliers 417, 418, 419 are applied, and which are combined with the outputs of multipliers 423, 424, 425 in nine different combinations. It is then combined. The combinations are made by taking one output from each set of three multipliers. Additionally, a constant input equal to 1/3 volt is provided to all of the adders 426-434, and their outputs are provided to switch modules SM1-SM9, respectively (see FIGS. 10-12), which switches Three input conductors 435, 436, 437 are connected to three output conductors 43
It is connected to 8,439,440. switch
SM1-SM9 are an amplitude-pulse length converter 101, a pause time and drive circuit 10 as shown in FIG.
2-104, and are connected to drive transformers 105 and 109. The monostable circuits in switches SM1-SM9 are connected to form three separate rings which operate as described above in connection with FIG. Since each ring is connected to a different output conductor, it can be stepped constructively without fear of shorting out the supplies.
インバータ、アナログ加算器、アナログ乗算器
に適した回路は、例えば、マグロウヒルブツク社
から1970年に出版されたN.R.スコツト著の
「Electronic Computer Technology」中に述べ
られている。 Circuits suitable for inverters, analog adders, and analog multipliers are described, for example, in "Electronic Computer Technology" by NR Scott, published by McGraw-Hill Books in 1970.
第14図は、高スイツチング速度変換器500
を応用して、導体502を通して供給される電力
の周波数を変化させることによつて誘導電動機5
01の速度制御を行なつたものである。電動機の
出力軸504へ回転発電機503が接続され、そ
れが導体505上へ電圧を発生し、その電圧は処
理回路506へ与えられて角周波数ωnの多相正
弦波出力と振幅制御信号qを発生する。これらの
信号は既述のように変換器500中のスイツチを
制御して、電動機501へ与えられる供給電源の
周波数の安定化を行なうために用いられる。この
構成は2つのモードで運転できる。第1のモード
においては、電動機の速度はそれに加えられる負
荷にかかわらず一定に保たれ、その場合、導体5
05上に設定された電圧は基準と比較され、電動
機501へ与えられる供給電源の周波数及びqに
依存するそれの振幅を増大させるために用いられ
る。このように、供給周波数と電動機速度との間
のずれが負荷と共に増大すると、電動機速度をよ
り一定に保つために供給周波数が増大させられ
る。第2のモードにおいては、それは一定トルク
モードであつて、電動機速度と供給周波数との間
のずれが測定され、電動機によつて与えられるト
ルクが一定であることを保証するように、一定値
に保たれる。 FIG. 14 shows a high switching speed converter 500.
By applying this, the induction motor 5 can be
01 speed control is performed. A rotary generator 503 is connected to the output shaft 504 of the motor, which generates a voltage on a conductor 505, which is applied to a processing circuit 506 to generate a polyphase sinusoidal output with an angular frequency ω n and an amplitude control signal q. occurs. These signals are used to control the switches in converter 500 to stabilize the frequency of the power supplied to electric motor 501, as described above. This configuration can be operated in two modes. In the first mode, the speed of the motor remains constant regardless of the load applied to it, in which case conductor 5
The voltage set on 05 is compared with a reference and used to increase its amplitude, which depends on the frequency and q of the power supply applied to the motor 501. Thus, as the deviation between supply frequency and motor speed increases with load, the supply frequency is increased to keep the motor speed more constant. In the second mode, it is a constant torque mode, in which the deviation between the motor speed and the supply frequency is measured and set to a constant value to ensure that the torque provided by the motor is constant. It is maintained.
第14図の回路構成は、変調信号の角周波数
ωnを調整して、発電機の軸速度の変動による出
力周波数の変動を補償することによつて、可変速
度で運転される発電機によつて発生する供給電圧
の周波数を安定化するためにも用いることができ
る。この構成はまた、発生電力を既存電力と同期
させて前者が後者に加えられるよう用いることも
できる。 The circuit configuration shown in Figure 14 allows a generator operated at variable speed to be used by adjusting the angular frequency ω n of the modulation signal to compensate for fluctuations in the output frequency due to fluctuations in the shaft speed of the generator. It can also be used to stabilize the frequency of the supply voltage that is generated. This configuration can also be used to synchronize the generated power with existing power so that the former is added to the latter.
第15図は、スイツチS1ないしS9を動作さ
せるために必とされる幅変調パルスを発生させる
ためにマイクロプロセツサ520を用いる方法を
示す。このマイクロプロセツサはクロツク521
によつて駆動され、アドレス出力ライン522、
データ入出力ライン523、走査出力ライン52
4、データ出力ライン525を有している。キイ
ボード526はライン524から走査パルスを受
取り、導体523上へ対応する入力パルスを発生
する。ROM527がマイクロプロセツサ520
用のプログラムを記憶し、RAM528がキイボ
ード526から入力されたデータ及び計算中に得
られたデータを記憶する。4桁7セグメント表示
装置529が設けられて、ライン524上のアド
レス母線からの走査パルスによつて駆動され、キ
イボート526によつて入力されるデータや操作
者によつて必要とされるその他の情報を表示す
る。アドレス母線522はまたセレクタ530を
動作させるように接続されている。セレクタ53
0はライン525上に受取られたデータを、各々
スイツチS1−S9に必要とされる導通状態を記
憶している9個のラツチ531へ導びく。動作時
に、マイクロプロセツサ520は、どのラツチ5
31が「1」の状態にあつて対応するスイツチが
導通しているべきか、またどのラツチが「0」状
態にあつて対応するスイツチが非導通であること
を表示すべきであるかを決定するために必要な計
算を実行する。この計算は既に述べた理論に基づ
いている。 FIG. 15 illustrates how microprocessor 520 is used to generate the width modulated pulses required to operate switches S1-S9. This microprocessor has clock 521
address output lines 522,
Data input/output line 523, scanning output line 52
4, has a data output line 525. Keyboard 526 receives scan pulses from line 524 and generates corresponding input pulses on conductor 523. ROM527 is microprocessor 520
RAM 528 stores data input from keyboard 526 and data obtained during calculation. A four-digit seven-segment display 529 is provided, driven by scan pulses from the address bus on line 524, to display data entered by keyboard 526 and other information required by the operator. Display. Address bus 522 is also connected to operate selector 530. selector 53
0 directs data received on line 525 to nine latches 531, each storing the required conduction state for switches S1-S9. In operation, microprocessor 520 determines which latch 5
Determine which latch should be in the ``1'' state to indicate that the corresponding switch is conducting, and which latch should be in the ``0'' state to indicate that the corresponding switch is non-conducting. perform the necessary calculations to This calculation is based on the theory already mentioned.
第16図は第12図に示されたスイツチモジユ
ールの変形であつて、トランジスタのコレクタリ
ードにインダクタLが設けられて、それに並列に
ダイオードDと抵抗Rが直列になつて接続されて
いる。これらの部品は過渡時にスイツチ電流上昇
速度を安全な値に制限するための電圧スナツバと
して働く。 FIG. 16 is a modification of the switch module shown in FIG. 12, in which an inductor L is provided in the collector lead of the transistor, and a diode D and a resistor R are connected in series in parallel with it. These components act as voltage snubbers to limit the rate of switch current rise to a safe value during transients.
第17図は、トランジスタのエミツタ−コレク
タ経路に並列に接続されたコンデンサCと直列の
ダイオードDにより定められる電流経路からなる
電流型のスナツバの使用例である。抵抗Rがダイ
オードDに並列に接続されている。 FIG. 17 shows an example of the use of a current type snubber consisting of a current path defined by a diode D in series with a capacitor C connected in parallel to the emitter-collector path of a transistor. A resistor R is connected in parallel to the diode D.
第18図は、第12図、第16図、第17図に
用いられたのと同じ型のダイオードブリツジ中に
電力用FET Fを用いた例である。そのようなト
ランジスタは非常に高いスイツチング周波数を与
えるために、入力及び出力のフイルタの必要性を
軽減することができる。現時点では電力用FET
の定格は数キロワツトに制限されているが、近い
将来により大きな電力を取扱かえる素子が実用化
されるであろうと期待される。 FIG. 18 is an example of using a power FET F in a diode bridge of the same type as used in FIGS. 12, 16, and 17. Such transistors can provide very high switching frequencies and thus reduce the need for input and output filters. At present, power FET
Its rating is limited to a few kilowatts, but it is expected that devices that can handle larger amounts of power will be put into practical use in the near future.
スイツチモジユールの別の形ではサイリスタが
用いられ、各半サイクルの始点におけるその導通
を保証するための強制転流駆動回路が逆並列に接
続されている。本発明では、すべてのスイツチが
同時に動作するので、変圧器結合を用いているす
べての電力素子用に単1の強制転流回路を用いる
ことができる。 Another form of switch module uses a thyristor, which is connected in antiparallel with a forced commutation drive circuit to ensure its conduction at the beginning of each half cycle. In the present invention, since all switches operate simultaneously, a single forced commutation circuit can be used for all power elements using transformer coupling.
更に別の形のスイツチモジユールが第19図に
示されている。ここではトランジスタのベース中
に蓄積される正孔を制限し放電させるためにダイ
オードを用いた進歩した高速スイツチングダーリ
ントン回路が用いられている。 Yet another form of switch module is shown in FIG. An advanced fast switching Darlington circuit is used here which uses diodes to limit and discharge the holes stored in the base of the transistor.
変換器に用いられるスイツチのスイツチ周波数
は例えば1000から100000Hzの間にあつて、変換器
の供給周波数や出力周波数よりもずつと高い。ス
イツチングによつて入出力波形中に望ましからざ
る調波が現われるのは避けがたく、そのようなも
のは2つに分類される。まずスイツチされた波形
の不連続性から生ずる調波は、パルス幅変調変換
器で発生した調波と同程度であつて、スイツチン
グ周波数の倍数の周波数付近に集まつている。そ
れらは供給周波数よりずつと高いので、誘導性負
荷に対してはそれ程大きな欠点とならず、どのよ
うな場合にも供給電源から、例えば従来の直列イ
ンダクタと並列コンデンサを用いることによつて
除去することができる。調波の第2の群は、スイ
ツチング周波数が無限に大きいので、入力波形も
出力波形もスイツチング周波数のサイクル内で変
化しないという仮定から生ずるものである。この
調波はスイツチング周波数に対しての、入力、出
力の周波数の和と差の周波数を有しており、従つ
てこれも十分高周波であり、変換器を通つて与え
られる負荷の動作に干渉することはない。また変
換器の入力あるいは出力に分数調波は存在しな
い。 The switching frequency of the switch used in the converter is, for example, between 1000 and 100000 Hz, which is significantly higher than the supply frequency and output frequency of the converter. Undesirable harmonics inevitably appear in the input and output waveforms due to switching, and such harmonics can be classified into two types. First, the harmonics resulting from the discontinuity in the switched waveform are of the same magnitude as the harmonics generated by the pulse width modulation converter, and are clustered around frequencies that are multiples of the switching frequency. Since they are significantly higher than the supply frequency, they are not a significant drawback for inductive loads and can in any case be removed from the supply supply, for example by using a conventional series inductor and parallel capacitor. be able to. The second group of harmonics arises from the assumption that the switching frequency is infinitely large so that neither the input nor the output waveform changes within a cycle of the switching frequency. This harmonic has a frequency that is the sum and difference of the input and output frequencies with respect to the switching frequency, and is therefore also sufficiently high frequency to interfere with the operation of the load applied through the converter. Never. Also, there are no fractional harmonics at the input or output of the converter.
本発明による変換器に必要な多相入力は、例え
ば、適当なリアクテイブ素子により、単相AC電
源から得ることができる。 The polyphase input required for the converter according to the invention can be obtained, for example, from a single-phase AC power supply by means of suitable reactive elements.
本発明による変換器は、基準周波数が入力電源
から得られその後切換スイツチがその周波数を出
力導体から取り出すために設けられる場合を除い
ては、入力と出力が互に交換可能であるという点
で可逆的動作が可能であることが理解されよう。
このことは、入力電力を電圧のステツプ状昇圧が
必要であるという事実にもかかわらず出力電力か
ら得ることができることを意味する。出力波形を
平滑化する目的のために出力導体に接続されたイ
ンダクタがスイツチによる電流のしや断の結果と
してこの電圧のステツプ状昇圧をもたらす。明ら
かに、そのようなインダクタはまた、最大出力電
圧が入力電圧の半分であるという制限を除くため
に入力導体中に設けることができる。 The converter according to the invention is reversible in that the input and output are interchangeable, except that a reference frequency is derived from the input power supply and a transfer switch is then provided to take that frequency from the output conductor. It will be understood that similar operations are possible.
This means that the input power can be derived from the output power despite the fact that a step-up of the voltage is required. An inductor connected to the output conductor for the purpose of smoothing the output waveform provides a step increase in this voltage as a result of the current interruption by the switch. Obviously, such an inductor can also be provided in the input conductor to remove the restriction that the maximum output voltage is half the input voltage.
もし第13図に示された型の変換器が入力と周
波数が同じで相数が同じ出力を与えるように構成
されるなら、入力及び出力導体は変換器が無効電
力発生器となるように一緒に接続することができ
る。スイツチS1−S9を通る電流を制限するた
めにスイツチに直列にインダクタを接続すること
が望ましい。 If a converter of the type shown in Figure 13 is configured to give an output with the same input and frequency and the same number of phases, the input and output conductors will be connected together such that the converter is a reactive power generator. can be connected to. It is desirable to connect an inductor in series with the switches to limit the current through the switches S1-S9.
本発明は特定の例、特に3入力3出力を有する
例に関して説明してきたが、本発明がまたここに
述べた構成の望ましい修正例及び任意の多相供給
電源に対しても同様に適用できることは当業者に
明らかであろう。 Although the invention has been described with respect to a particular example, particularly one having three inputs and three outputs, it is understood that the invention is also equally applicable to desirable modifications of the configuration described herein and to any polyphase power supply. It will be clear to those skilled in the art.
以上の説明に関連して更に以下の項を開示す
る。 In connection with the above description, the following sections are further disclosed.
(1) 平衡多相AC入力電圧システム用の入力導体
と、周波数、振幅、位相角あるいは位相ずれの
ような少なくとも1つの特性がAC入力電圧シ
ステムのそれと異なつているようなAC出力電
圧システム用の出力導体と、各入力導体を各出
力導体へ個々に接続する複数個の両方向性スイ
ツチとを含む直接AC変換器であつて、上記AC
入力電圧システムの相数と同数のパルスからな
る互に隣接した幅変調パルスのくりかえし系列
を作り出すタイミング手段を有する制御装置を
備えており、該制御装置は、上記パルスによつ
て上記スイツチが上記AC入力電圧システムの
各相を順番に上記AC出力電圧システムの各相
に接続するように閉じ、また任意の瞬間におい
ては出力導体の任意の1個に接続された上記ス
イツチの1個だけが閉じられ、さらに各入力導
体が常に少なくとも1個の出力導体に接続され
るように、上記スイツチに接続されていること
を特徴とする変換器。(1) Input conductors for balanced polyphase AC input voltage systems and AC output voltage systems whose at least one characteristic, such as frequency, amplitude, phase angle, or phase shift, differs from that of the AC input voltage system. A direct AC converter comprising an output conductor and a plurality of bidirectional switches individually connecting each input conductor to each output conductor, the direct AC converter comprising:
a controller having timing means for producing a repeating sequence of adjacent width modulated pulses of as many pulses as the number of phases of the input voltage system; Each phase of the input voltage system is closed in turn to connect each phase of the AC output voltage system, and at any given moment only one of the switches connected to any one of the output conductors is closed. , and further connected to said switch such that each input conductor is always connected to at least one output conductor.
(2) 第1項の変換器であつて、上記AC出力電圧
システムが単相システムである変換器。(2) A converter according to paragraph 1, wherein the AC output voltage system is a single-phase system.
(3) 第1項の変換器であつて、上記AC出力電圧
システムが多相システムである変換器。(3) The converter of item 1, wherein the AC output voltage system is a polyphase system.
(4) 第3項の変換器であつて、各出力導体に対し
て、その出力導体へ接続されているスイツチの
各々へ系列のパルスが与えられるようになつて
おり、系列のパルスと入力導体との対応は、異
なる出力導体に対して周期的にシフトされるよ
うになつた変換器。(4) A converter according to item 3, in which a series of pulses is given to each output conductor to each switch connected to the output conductor, and the series of pulses and the input conductor are The correspondence with the transducer is now shifted periodically for different output conductors.
(5) 第4項の変換器であつて、上記タイミング手
段が単安定回路のリングを含んでおり、そのリ
ング中で1つの回路をリセツトすることが次の
回路をセツトするように接続されており、各単
安定回路が回路のセツト時間を決定する幅変調
信号用入力を有しており、幅変調パルスの系列
は単安定回路から取り出されるようなつた変換
器。(5) A converter according to clause 4, wherein the timing means comprises a ring of monostable circuits connected in such a way that resetting one circuit sets the next circuit. A converter in which each monostable circuit has an input for a width modulation signal that determines the set time of the circuit, and the sequence of width modulation pulses is taken from the monostable circuit.
(6) 第5項の変換器であつて、単安定回路へ可変
電圧を供給し、それによつて幅変調信号へのそ
の回路の応答を調整するための手段を含む変換
器。(6) A converter according to paragraph 5, which includes means for providing a variable voltage to a monostable circuit and thereby adjusting the response of that circuit to a width modulated signal.
(7) 第1項から第6項までのうちの任意の変換器
であつて、入力電圧システムの相数と同数の等
位相角ずれた正弦波を発生する多相正弦波形発
生器を含み、各正弦波が系列中の対応するパル
スの幅の中で変調のために変調器へ与えられる
ようになつた変換器。(7) Any converter from paragraphs 1 to 6, including a polyphase sine waveform generator that generates sine waves shifted by equal phase angles, the same number as the number of phases of the input voltage system; A transducer in which each sine wave is applied to a modulator for modulation within the width of the corresponding pulse in the sequence.
(8) 第7項の変換器であつて、上記発生器によつ
て発生する正弦波の振幅を調整するための手段
を含む変換器。(8) A converter according to paragraph 7, including means for adjusting the amplitude of the sine wave generated by the generator.
(9) 第1項から第8項のうちの任意の変換器であ
つて、系列パルスが1秒間に1000ないし100000
回くりかえされる変換器。(9) Any converter from items 1 to 8, which has a pulse sequence of 1000 to 100000 per second.
A repeatable converter.
(10) 第1項の変換器であつて、上記制御装置が幅
変調パルスのくりかえし系列を発生させるため
にデジタル微分解析機技術を用いている変換
器。(10) The converter of paragraph 1, wherein the controller uses digital differential analyzer technology to generate a repeating sequence of width modulated pulses.
(11) 直線AC変換器であつて、平衡N相交流入力
電圧システム用の入力導体と、周波数、振幅、
位相角あるいは位相ずれ等のうち少なくとも1
つの特性において入力電圧システムのそれと異
なつた特性を有する平衡多相AC出力電圧シス
テム用の出力導体と、各入力導体を各出力導体
へ個々に接続する複数個の両方向性電子式スイ
ツチとを含み、制御システムであつて、各々が
等位相角ずれた正弦波出力を発生す2個の周波
数可制御正弦波発振器であつて、1個の発振器
の周波数は入力システムの周波数を望みの出力
周波数から差引いた周波数に等しく、他方の発
振器の周波数は入力および出力システムの周波
数の和に等しく、ただし位相のずれた出力は後
者の発振器の出力と逆の意味になつているよう
な2個の発振器、共通信号に応答して発振器の
出力振幅を制御するための装置、1つの発振器
の出力振幅を他方の発振器の出力に対して差動
的に制御するための装置、1つの発振器の各出
力と他方の発振器の各出力とを別々に組合せる
ための加算装置、加算装置を電子式スイツチへ
接続する手段、を含むような制御システムを含
むことを特徴とする変換器。(11) A linear AC converter having an input conductor for a balanced N-phase AC input voltage system, and a frequency, amplitude,
At least one of phase angle or phase shift, etc.
an output conductor for a balanced multiphase AC output voltage system having characteristics that differ from those of the input voltage system in one characteristic, and a plurality of bidirectional electronic switches individually connecting each input conductor to each output conductor; A control system comprising two frequency controllable sine wave oscillators, each producing a sinusoidal output with an equal phase angle, the frequency of one oscillator being determined by subtracting the frequency of the input system from the desired output frequency. two oscillators in common, such that the frequency of the other oscillator is equal to the sum of the frequencies of the input and output systems, but the out-of-phase output is opposite to the output of the latter oscillator, Apparatus for controlling the output amplitude of an oscillator in response to a signal; Apparatus for differentially controlling the output amplitude of one oscillator relative to the output of another; A converter characterized in that it includes a control system including a summing device for separately combining each output of the oscillator, and means for connecting the summing device to an electronic switch.
(12) 第1項から第11項のうちの任意の変換器であ
つて、上記制御システムがマイクロプロセツサ
と、スイツチに各々対応している複数個の出力
ラツチ、を含み、マイクロプロセツサは対応す
るスイツチを閉じたり開いたりすべき時刻にラ
ツチをセツトしたりリセツトしたりするように
プログラムされている変換器。(12) Any converter according to paragraphs 1 to 11, wherein the control system includes a microprocessor and a plurality of output latches, each corresponding to a switch, and the microprocessor A transducer that is programmed to set or reset a latch at the times when the corresponding switch is to be closed or opened.
(13) 第1項から第12項のうちの任意の変換器で
あつて、各スイツチを閉じさせる信号に対する
各スイツチの応答を遅らせ、他方開かせる信号
の伝達は遅れなしに行なうことによつて、制御
信号に応答するスイツチの開動作の遅れを補償
するための手段を含む変換器。(13) Any converter among items 1 to 12, which delays the response of each switch to a signal that causes each switch to close, and transmits a signal that causes the other switch to open without delay. , a converter including means for compensating for delays in opening of the switch in response to a control signal.
(14) 第1項から第13項のうちの任意の変換器で
あつて、各スイツチが4−ダイオードブリツジ
回路とブリツジの対角につながれた制御可能な
半導体装置を含み、ブリツジの他の対角が入力
導体と出力導体をつなぐ電流経路の途中につな
がれている変換器。(14) Any converter according to paragraphs 1 to 13, wherein each switch includes a four-diode bridge circuit and a controllable semiconductor device connected diagonally to the bridge; A converter whose diagonal is connected in the middle of the current path connecting the input conductor and output conductor.
(15) 第14項の変換器であつて、上記制御可能な
半導体装置がバイポーラトランジスタである変
換器。(15) The converter according to item 14, wherein the controllable semiconductor device is a bipolar transistor.
(16) 第14項の変換器であつて、上記制御可能な
半導体装置がバイポーラトランジスタのダーリ
ントン対である変換器。(16) The converter according to item 14, wherein the controllable semiconductor device is a Darlington pair of bipolar transistors.
(17) 第15項あるいは第16項の変換器であつて、
スイツチオフされた時にトランジスタの正孔蓄
積時間を減らすために接続されたダイオード装
置を含む変換器。(17) A converter according to paragraph 15 or 16,
A converter containing a diode device connected to reduce the hole accumulation time of the transistor when switched off.
(18) 第14項の変換器であつて、上記制御可能な
半導体装置が電力用電界効果トランジスタであ
る変換器。(18) The converter according to item 14, wherein the controllable semiconductor device is a power field effect transistor.
(19) 第14項の変換器であつて、上記制御可能な
半導体装置が、スイツチが閉じている時に各半
サイクル中に導通を保証するための強制転流駆
動回路を備えた、逆並列接続のサイリスタ対で
ある変換器。(19) A converter according to paragraph 14, in which the controllable semiconductor device is connected in anti-parallel configuration with a forced commutation drive circuit for ensuring continuity during each half-cycle when the switch is closed. A converter that is a thyristor pair.
(20) 第14項から第19項のうちの任意の変換器で
あつて、スイツチされた時の高電圧過渡現象か
ら制御可能な半導体装置を保護するための手段
を含む変換器。(20) A converter according to any of paragraphs 14 to 19, which includes means for protecting the controllable semiconductor device from high voltage transients when switched.
(21) 第1項から第20項の任意の変換器を含む回
路構成であつて、多相主供給電源と誘導電動機
との間に接続され、電動機の軸へつながれた回
転計、電動機速度を基準速度あるいは変換器の
出力周波数と比較するように接続され、電動機
を一定速度あるいは一定トルクのどちらかの状
態に保つように変換器を制御するように接続さ
れた、制御システムを含む回路構成。(21) A circuit configuration including any of the converters set forth in paragraphs 1 to 20, which is connected between a multiphase main power supply and an induction motor, and includes a tachometer connected to the shaft of the motor, and a tachometer that measures the motor speed. A circuit arrangement including a control system connected to compare to a reference speed or output frequency of the transducer and to control the transducer to maintain the motor at either constant speed or constant torque.
(22) 第14項から第21項のうちの任意の変換器を
含む回路構成であつて、多層供給電源システム
と多相発電機との間に接続され、発電機の軸に
つながれて軸の速度を代表する電圧を発生する
回転計、回転計の出力に応じて発電機の軸速度
の変動にかかわらず一定の周波数供給を供給導
体へ供給するように変換装置に作用する、変換
器用の制御システムの含む回路構成。(22) A circuit configuration including any of the converters of paragraphs 14 to 21, connected between the multi-layer power supply system and the multi-phase generator, connected to the shaft of the generator and connected to the shaft of the generator. A tachometer that generates a voltage representative of the speed; a control for the converter that, depending on the output of the tachometer, acts on the converter to provide a constant frequency supply to the supply conductor regardless of variations in the shaft speed of the generator; Circuit configuration included in the system.
第1A図は、3相入力単相出力の変換器の動作
説明に用いられる回路図である。第1B図は、第
1A図の変換器のスイツチング時間を示す。第2
図は、第1A図の変換器の出力電圧合成を示すベ
クトル図である。第3図は、3相入力3相出力変
換器の原理を示す。第4図と第5図は、第3図の
変換器の動作を説明するのに用いられるベクトル
図である。第6図は、3相入力3相出力変換器の
実際の実施例のブロツク図である。第7図、第8
a図及び第8b図、第9図は、いつしよになつて
第6図の変換器に適した3相電圧制御発振器の詳
細な図面を構成する。第10図は、第6図の変換
器中に用いるのに適した振幅−パルス長変換器の
図面である。第11図は、第6図の変換器中に用
いるのに適した休止時間及び駆動回路である。第
12図は、第6図中に用いるのに適したスイツチ
モジユールの1例である。第13a図及び第13
b図は、位相ずれ制御を行なうことのできる変換
器を示す。第14図は、本発明に従う変換器を用
いた電動機速度制御回路を示す。第15図は、ス
イツチング時間の制御を行なうためにマイクロプ
ロセツサを採用した、本発明の実施例を示す。第
16図、第17図、第18図、第19図は、本発
明による変換器中に採用されうるスイツチの別の
形を示す。
FIG. 1A is a circuit diagram used to explain the operation of a three-phase input single-phase output converter. FIG. 1B shows the switching time of the converter of FIG. 1A. Second
The figure is a vector diagram showing the output voltage combination of the converter of FIG. 1A. FIG. 3 shows the principle of a three-phase input three-phase output converter. 4 and 5 are vector diagrams used to explain the operation of the converter of FIG. 3. FIG. 6 is a block diagram of an actual embodiment of a three-phase input three-phase output converter. Figures 7 and 8
Figures 8a, 8b and 9 together constitute detailed drawings of a three-phase voltage controlled oscillator suitable for the converter of figure 6. FIG. 10 is a drawing of an amplitude to pulse length converter suitable for use in the converter of FIG. FIG. 11 is a dwell time and drive circuit suitable for use in the converter of FIG. FIG. 12 is an example of a switch module suitable for use in FIG. Figures 13a and 13
Figure b shows a transducer capable of performing phase shift control. FIG. 14 shows a motor speed control circuit using a converter according to the invention. FIG. 15 shows an embodiment of the invention that employs a microprocessor to control switching time. 16, 17, 18 and 19 show alternative forms of switches that can be employed in a converter according to the invention.
Claims (1)
力相導体と、周波数、振幅、位相角あるいは位相
ずれ等のうちの少なくとも1つの特性において該
入力電圧システムのそれと異なつた特性を有する
多相AC出力電圧システム用の複数の出力相導体
と、各入力相導体を各出力相導体へ個々に接続す
る複数個の両方向性スイツチ手段とを含み、互に
隣接した重ならない幅変調された駆動パルスのく
りかえし系列を作り出す手段を備えて前記入力お
よび出力電圧システム双方の周波数よりも実質的
に高い周波数で前記両方向性スイツチ手段を動作
させ、各出力相導体に関してその出力相導体へ一
度にただ1つの入力相導体を直接接続し、かつ前
記入力電圧システムまたは前記出力電圧システム
のいかなるサイクル中にも前記入力相導体の全て
を少なくとも1つの出力相導体へ複数回接続する
ことを特徴とするAC変換器。 2 平衡多相AC入力電圧システム用の複数の入
力相導体と、周波数、振幅、位相角あるいは位相
ずれ等のうちの少なくとも1つの特性において該
入力電圧システムのそれと異なつた特性を有する
多相AC出力電圧システム用の複数の出力相導体
と、各入力相導体を各出力相導体へ個々に接続す
る複数個の両方向性スイツチ手段とを含み、互に
隣接した重ならない幅変調された駆動パルスのく
りかえし系列を作り出す手段を備えて前記入力お
よび出力電圧システム双方の周波数よりも実質的
に高い周波数で前記両方向性スイツチ手段を動作
させ、各出力相導体に関してその出力相導体へ一
度にただ1つの入力相導体を直接接続し、かつ前
記入力電圧システムまたは前記出力電圧システム
のいかなるサイクル中にも前記入力相導体の全て
を少なくとも1つの出力相導体へ複数回接続する
ことを特徴とするAC変換器を含む機関速度制御
システムであつて、前記機関に前記入力相導体ま
たは前記出力相導体のいずれかを結合する手段
と、タコメータ手段から軸速度を示す出力信号を
受けとるように接続され、前記タコメータ手段の
出力信号を用いて前記タイミング手段によつて作
り出された幅変調された駆動パルスを調節するこ
とにより前記機関の速度を制御する機関速度制御
システム。[Scope of Claims] 1. A plurality of input phase conductors for a balanced multiphase AC input voltage system and characteristics that differ from those of the input voltage system in at least one characteristic of frequency, amplitude, phase angle or phase shift, etc. a plurality of output phase conductors for a multiphase AC output voltage system having a plurality of adjacent non-overlapping width modulation conductors and a plurality of bidirectional switch means for individually connecting each input phase conductor to each output phase conductor operating said bidirectional switch means at a frequency substantially higher than the frequencies of both said input and output voltage systems, said bidirectional switch means comprising means for producing a repeating series of driven pulses, once for each output phase conductor to said output phase conductor; and connecting all of said input phase conductors to at least one output phase conductor multiple times during any cycle of said input voltage system or said output voltage system. AC converter. 2. A plurality of input phase conductors for a balanced polyphase AC input voltage system and a polyphase AC output having characteristics that differ from those of the input voltage system in at least one of the following characteristics: frequency, amplitude, phase angle, or phase shift. including a plurality of output phase conductors for the voltage system and a plurality of bidirectional switch means individually connecting each input phase conductor to each output phase conductor for repeating adjacent, non-overlapping, width-modulated drive pulses; operating said bidirectional switch means at a frequency substantially higher than the frequencies of both said input and output voltage systems, with means for producing a series of voltages of only one input phase at a time to that output phase conductor for each output phase conductor; an AC converter characterized in that the conductors are connected directly and all of the input phase conductors are connected to at least one output phase conductor multiple times during any cycle of the input voltage system or the output voltage system. An engine speed control system, comprising: means for coupling either the input phase conductor or the output phase conductor to the engine; and means connected to receive an output signal indicative of shaft speed from a tachometer means, an output of the tachometer means; An engine speed control system for controlling the speed of the engine by adjusting width modulated drive pulses produced by the timing means using signals.
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DK (1) | DK95380A (en) |
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GB (1) | GB2048588B (en) |
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