JPS6399773A - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流電圧を可変電圧の直流あるいは可変周波・
可変電圧の交流に変換するサイリスタ変換器の制御装置
に関する。

〔従来の技術〕

交流電圧を可変電圧の直流あるいは可変周波・可変電圧
の交流に変換するサイリスタ変換器はサイリスタレオナ
ードやサイリスタモータなどに多く用いられている。サ
イリスタ変換器は点弧位相制御によって出力電圧の大き
さを調整できる。点弧位相制御はゲート制御回路からゲ
ート信号を付与することにより行われる。一方、サイリ
スタ変換器は通常、電源変圧器と電源開閉器を介して交
流電源に接続される。ゲート制御回路は点弧位相の基準
信号となる交流型′ｇ電圧を電源変圧器の２次側から入
力している。

ところで、サイリスタ変換器を制御するゲート制御回路
や速度制御回路（電流制御回路を含む）などの制御手段
の操作電源はサイリスタ変換器に給電する交流電源から
得るようにしてる。制御手段の操作電源は通常直流で、
５■〜１．０　Ｖ程度である。制御手段はＩＣなどの半
＞ｉ体素子で構成されるが、操作電源を投入して定格電
圧になるまで出力特性が正常にならない。すなわち、制
御手段は操作電源の投入時に不安定状態になる。制御手
段の不安定状態時にはサイリスタ変換器に与えるゲート
信号も不安定なものとなる。例えば、サイリスタ変換器
へのゲート信号の付与を停止するゲートサプレス操作を
不安定状態時に解除してしまうと異常なゲート信号を与
えることになる。

このように、操作電源の投入時における制御手段の不安
定状態によって異常なゲート信号を付与するのを防止す
るために、従来は第１図に示すような構成を採用してい
る。

第１図において、１０１は主回路用電源開閉器、１０２
は制御用電源開閉器、１０３は主回路用電源変圧器、１
０４は制御用電源変圧器、１０５は電流検出用変流器、
１０６はサイリスタ変換器、」０７は直流電動機、１０
８は速度検出器、１０９は変換８％　１０６の各サイリ
スタにゲート信号を加え点弧位相制御するゲート制御回
路、１１０は速度制御回路、１１１は電圧検出リレー、
１１２は速度指令の入力端子である。

この構成において、始動時には主回路用電源開閉器１０
１の投入に先立って制御用′電源開閉器１０２を投入し
、電圧が正常であることを電圧検出リレー１１１で検出
した後に主回路用電源開閉器１０１を投入する。又、交
流電源が停電になった時には主回路用電源開閉器１０１
を遮断してから制御用電源開閉器１０２を遮断する。

第１図に示す従来装置によれば操作電源の投入時、つま
り始動時における制御手段の不安定状態時にサイリスタ
変換器へ異常なグー１〜信号を付与するのを防止できる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、サイリスタ変換器を始動するため交流電源を
投入すると電源変圧器の磁気特性（ヒステリシス特性）
の過渡現象によって電源変圧器の２次電圧波形が歪むよ
うになる。２次電圧波形は復電時の前回停止時の残留磁
気（偏磁）によって歪むようになる。２次電圧の波形歪
は電源投入時から数Ｈｚから数十Ｈｚの間だけ発生する
。電圧波形歪みによってゲート制御回路の発生するゲー
ト信号の位相は不規則なものとなる。このため、点適位
相によっては過電流となり、サイリスタ変換器を破壊す
ることになる。なお、電源変圧器の過渡現象による２次
電圧波形歪は交流電源投入時だけでなく瞬時停電の復電
時や欠相した際にも偏磁によって同様に発生する。

第１図に示す従来装置は交流電源投入時における電源変
圧器の磁気特性の過渡現象による不具合について何ら考
慮されておらず、実用化する上で問題になっている。

本発明の目的は電源変圧器の２次電圧位相の不規則によ
る点弧位相制御の誤動作を確実に防止し安定な制御を行
えるサイリスタ変換器の制御装置を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は交流電源投入（ａ源開閉器を投入）に起因して
発生する電源変圧器の過渡現象に基づく２次電圧位相が
不規則となる異常を異常検出器で検出する。２次電圧位
相が正常状態に復帰した時から一定時間後にサイリスタ
変換器へゲート信号の付与を開始する。一定時間は電源
変圧器の過渡現象が制定する過渡現象制定時間に基づい
て設定される。

〔作用〕

電源変圧器の２次電圧位相が正常になってから一定時間
後にサイリスタ変換器へゲート信号を与えるようにして
いる。したがって、交流電源投入に起因して発生する電
源変圧器の過渡現象に基づく２次電圧位相の不規則の影
響を受けることがなくなる。

〔実施例〕 第２図に本発明の一実施例を示す。

第２図において第１図と同一記号のものは相当物を示す
、１１２は異常検出装置であり、電源変圧器１０３の２
次電圧を入力する。異常検出装置１１２はゲート制御回
路１０９および速度制御回路１１０を停止または運転さ
せる信号を出力する。

第３図に異常検出装置１１２の一例詳細を示す。

第３図において、１は電源変圧器１０３の２次側に接続
された変圧器、２は交流を直流に変換する整流回路、３
は電源電圧が異常となり予定値以下に低下しても一定時
間の間は一定出力電圧を保持するメモリ付定電圧回路、
４は整流回路２の直流出力電圧（電源変圧器１０３の２
次電圧）を比較レベルの電圧に下げる分圧器、５は電源
変圧器１０３の２次電圧位相が不規則となる異常を判定
するための基準レベルＬを設定する可変抵抗器、６は、
！Ａ準レしルＬと分圧器４で分圧した２次組圧Ｂを比較
し、Ｂ＞Ｌのとき出力Ｅを１１１１！レベルにする比較
器、７は比較器６の出力Ｅが（ｄ　ＯＩ＋レベルになっ
てから予め設定された時間ｔ３だけ遅れてオンとなるオ
ンタイムディレィ回路（以下ＯＮ　Ｔ　Ｄ回路と称する
）で、コンデンサ、抵抗。

ツェナーダイオード、出力トランジスタなどで構成され
る。○ＮＴＤ回路７はオン状態になると出力トランジス
タをオンして出力端を整流回路２の負酉端子（負側直流
電源母線）に接に’ｅ　Ｌｌ、オフ状態では出力トラン
ジスタをオフさせる。８は４６１式リレーで、８１はそ
の常開接点、９はコンデンサ１０と共に時定数回路を構
成し、２次電圧が栽ン曽レベルＬに達してから正常信号
を発生するまでの時間を調整する可変抵抗器、１１はコ
ンデンサ１０の電圧Ｉ］がツェナーダイオ−１へ１８で
設定される設定電圧Ｚまで充電されたとき出力トランジ
スタ２０をオンにする電圧検出回路、１３けダイオード
１４を介して整流回路２の出力電圧によって充電される
コンデンサ、１５はツェナーダイオード１７と直列接続
され、コンデンサ１３と並列接続された抵抗で、コンデ
ンサ１３．ダイオード１４、抵抗１５およびツェナーダ
イオード１７とでメモリ付定電圧回路３を構成する。１
８は０ＮＴＤ回路７の出力端とトランジスタ２０のベー
スとの間に接続されたツェナーダイオード、１９は０Ｎ
ＴＤ回路７の出力端と抵抗９およびコンデンサ１０の接
続点との間に接続された抵抗、２１はトランジスタ２０
のコレクタと整流回路２の正側端子との間に接続された
ダイオード、ＯＵＴはトランジスタ２０のコレクタから
得られる出力である。なお、２３は必要に応じてダイオ
ード２１の回路に挿入される電磁リレーである。

次に、その動作を第４図に示すタイムチャートを参照し
て説明する。第４図は始動時の動作を説明するためのタ
イムチャートである。

直流電動機１０７を始動するため主回路用電源開閉器１
０１を投入すると、メモリ付定電圧回路３のコンデンサ
１３は整流回路２の直流出力電圧によりダイオード１４
を介して短時間に充電されるゆツェナーダイオード１７
のツェナー電圧は整流回路２の出力電圧に比べて十分に
低く選ばれているので、メモリ付定電圧回路３の出力電
圧りは第４図のようにコンデンサ１３の充電が完了する
前に確立し一定電圧を供給できるようになる。比較器６
の出力信号Ｅは分圧器４の出力電圧Ｂが可変抵抗器５で
設定された基準レベルＬ以上になると“１″レベルとな
る。０ＮＴＤ回路７は信号ＥがＨ１１ルベルになると時
間遅れなくオフする（同図Ｆ）。一方、リレー８は整流
回路２の出力電圧Ａによって動作しその常開接点８１を
同図Ｇのようにオンする。この時、０ＮＴＤ回路７はオ
フしているので可変抵抗器９を通してコンデンサ１０が
充電を開始し、可変抵抗器９とコンデンサ１０で決めら
れた時定数でコンデンサ１０の電圧Ｈが上昇する。ｔ１
時間後にコンデンサ１０の電圧Ｈがツェナーダイオード
１８のツェナー電圧Ｚ（第４図Ｈ）以上に上昇すると、
トランジスタ２０がオンする。このためトランジスタ２
０のコレクタから取り出される出力ＯＵＴは１１０”レ
ベルとなる。速度制御回路１１０とゲート制御回路１０
９はトランジスタ２０のコレクタ電位が“ＯＩＩレベル
になると動作を開始しサイリスタ変換器１０６にゲート
信号を付与する。ゲート制御回路１０９は主回路用電源
開閉器１０１を投入してからｔ１時間後にゲート信号を
付与するようにしている。このため、ゲート制御回路１
０９は電源変圧器１０３の磁気特性による２次電圧波形
歪の影響を受けることなく所期の点弧位相でゲート信号
を発生することができる。

このように、電源変圧器１０３の２次電圧位相が正常に
なってから一定時間後岬こサイリスタ変換器１０６にゲ
ート信号を与えてるようにしている。

したがって、交流電源投入に伴う２次電圧位相の不規則
の影響を受けることなく点弧位相制御を行える。

次に、以上のようにして直流電動１１０７を始動して運
転しているときに交流電源が異常となり′な圧低下した
ときの動作と瞬時停電の場合の動作を説明する。

まず、第４図により電圧低下した場合の動作を説明する
。

第４図ＡのＴＩで示す時刻に交流電源が異常となり電圧
低下し始めたとする。メモリ付定電圧回路３のコンデン
サ１３の充電電圧Ｃはダイオード１４によりカットされ
ているためコンデンサ１３と抵抗１５で決まる時定数で
放゛Ｃされる。この放電時定数を大きく選ぶことにより
、メモリ付定電圧回路３の出力′６圧りは電源電圧（２
次電圧）がなくなってもし２時間の間は一定電圧に保持
される。一方、分圧器４の出力電圧Ｂは２次電圧の低下
に従って低下する。分圧器・１の出力電圧Ｂが基準レベ
ルＬ以下になると、比較器６の出力信号Ｅは″０″ルベ
ルとなる。したがって、ＯＮ　Ｔ　ｒ）回路７は信号Ｅ
がＩ／　ＯＩ＋リレルになってから予め定められた遅延
時間Ｌ３の後にオンする。０ＮＴＤ回路７はオン状態に
なると出力端を整流回路２の負側端子に接続する。０Ｎ
ＴＤ回路７がオンするとコンデンサ１０の充電電圧Ｈは
抵抗１９を介して放電される。電圧検出回路１１の入力
電圧Ｉ（が検出レベル２以下になるとトランジスタ２０
がオフする。トランジスタ２０のコレクタ電位はその時
の整流回路２の出力電圧Ａの大きさに応じた値でＩＩ　
Ｉ　Ｉ＋リレルになる。速度制御回路１１０とゲート制
御回路１０９はトランジスタ２０のコレクタ電位が１１
１　Ｉ＋リレルになると動作を停止する。

したがって、ゲート制御回路１０９はサイリスタ変換器
１０６にゲート信号を付与するのを中止する。なお、こ
の際、比較器６と０ＮＴＤ回路７の駆動電源はメモリ付
定電圧回路３の出力電圧によって確保されている。

次に、交流電源が瞬時停電（０，２秒程度の間停電）シ
た場合の動作を第５図を用いて説明する。

第５図のＴｉ時点より電ｇ電圧（２次電圧）が下がり始
め、Ｔ３時点で零となり再び復帰（上昇）を開始し１５
時点で元に復帰したものとする。

１２時点で２次電圧が基準レベルＬ以下となると。

比較器６の出力信号ＥがＩＩ　ＯＩ＋リレルとなる。２
次電圧の低下状態がｔ３時間（２ｍｓ〜５ｍ５）以上連
続すると、０ＮＴＤ回路７はオンする。そのため、電圧
検出回路１１への入力電圧Ｈは瞬時に検出レベル２以下
となりトランジスタ２０がオフする。トランジスタ２０
のコレクタ電位がＩＩ　Ｌ　ＩＩリレルになるとゲート
制御回路１０９および速度制御回路１１０はその動作を
停止する。ゲート制御回路１０９はサイリスタ変換器１
０６にゲート信号の付与？停止し６、いわゆるゲートサ
プレスを行う。リレー８は電圧の低下に伴なって同図Ｇ
のように１２時点の前で消勢され、常開接点８１をオフ
する。つづいて、第５図Ａに示したように２次電圧が元
に復帰すると、まずリレー８が付勢されてその接点８１
をオンし、その後Ｔ４時点で分圧器４の出力電圧Ｂが基
準レベルＬ以上となる。

このため、比較器６の出力信号ＥがＬＬ　Ｉ　Ｉ＋リレ
ルとなり、０ＮＴＤ回路７はオフとなる。これによって
コンデンサ１０の充電が開始され、電圧検出回路１１の
入力電圧Ｈは第５図Ｈのように、可変抵抗器９の抵抗と
コンデンサ１０によって決まる時定数にしたがって上昇
し、ｔ１時間後に検出レベルＺに達する。すると、トラ
ンジスタ２０がオンするので出力０１ＪＴ　（コレクタ
電位）は１１　Ｑ　１１レベルとなる。出力ＯＵＴがＬ
Ｌ　ＯＩ＋リレルになると速度制御回路１１０とゲート
制御回路１０９が動作し、サイリスタ変換器１０６にゲ
ート信号を付与する。

ここで、上述の実施例は交流電源電圧（電源変圧器１０
３の２次電圧）を整流した整流電圧の電圧レベル１こよ
って電圧位相の不規則を検出している。そのため、電圧
レベルの比較によって簡単に電圧位相の不規則を検出す
ることができる。また。

整流電圧を平滑しないと（小さな時定数で平滑する場合
も含む）、１相欠和した相の電圧が低下する。したがっ
て、検出レベルを適宜選定すると１相欠相による２次電
圧の位相の不規則を検出できる。

このように、本発明の実施例では瞬時停電あるいは１相
欠相に起因して発生する電源変圧器の２次電圧波形歪に
よってゲート信号の位相が乱れ。

点弧位相制御が誤動作するのを防止することもできる。

なお、トランジスタ２０のコレクタから出力ＯＵＴを取
出す代りに、リレー２３の励磁によってゲート制御回路
１０９および速度制御回路１１０の動作と停止の制御を
行なってもよいことは容易に理解されるところである。

次に、本発明は交流−直流サイリスタ変換器のみならず
交流−交流サイリスタ変換器の制御にも適用し得るもの
である。

第６図はその一例を示すブロック図で、２０１はサイリ
スタから構成される交流−交；（Ｌサイリスタ変換器、
２０２は交流電動機、２０３は交流電動機に直結され交
流電動機の回転子の相対位置を検出する分配器で、その
他は第２図と同じである。

この場合も、第２図、第３図に関して前述したと同じ効
果が得られる。

〔発明の効果〕

以」二説明したように本発明によれば交流電源投入に起
因して発生する電源変圧器の２次電圧位相の不規則にな
る異常による点弧位相制御の誤動作を簡単に防止できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の１例を示すブロック図、第２図は本
発明の一実施例のブロック図、第３図は第２図中の異常
検出器の１例回路図、第４図および第５図は本発明の動
作説明図、第６図は本発明の他の実施例のブロック図で
ある。 ３・・・メモリ付電圧装置、６・・・比較器、７・・・
０ＮＴＯ回路、８・・・リレー、１１・・・電圧検出回
路、１０６・・・サイリスタ変換器、１０７・・直流モ
ータ、１０８・・・速度検出器、１ｏ９・・・ゲート制
御回路、１１０・・・速度制御回路、１１２・・・異常
検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、１次側を電源開閉器を介して交流電源に接続される
   電源変圧器と、該電源変圧器を介して供給される交流を
   可変電圧の直流あるいは可変周波・可変電圧の交流に変
   換するサイリスタ変換器と、前記電源変圧器の２次電圧
   位相を基準にしてゲート信号の発生時期を演算し、前記
   サイリスタ変換器の点弧制御を行うゲート制御手段と、
   前記電源開閉器の投入に起因して前記電源変圧器の２次
   電圧位相が不規則となる異常を検出する異常検出手段と
   を具備し、該異常検出手段は前記電源開閉器の投入に基
   づき前記２次電圧位相が不規則状態となつた後に正常状
   態に復帰した時から一定時間後に前記ゲート制御手段か
   ら前記サイリスタ変換器にゲート信号を付与させるよう
   にしたことを特徴とするサイリスタ変換器の制御装置。