KR100683010B1

KR100683010B1 - 전원 장치

Info

Publication number: KR100683010B1
Application number: KR1020000010100A
Authority: KR
Inventors: 아사이고이치; 시미즈모토히로; 에구치히로유키
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2007-02-15
Also published as: US6219268B1; JP3524417B2; CN1201478C; KR20010006719A; TW461170B; JP2000253698A; CN1266307A

Abstract

본 발명은 부하 특성에 기인하는 일시적인 전압 급상승이 발생한 경우에도 사이클로 컨버터를 구성하는 각 사이리스터에 인가되는 전압의 상승을 억제하는 것이 가능한 전원 장치를 제공한다. 사이클로 컨버터의 양(正) 및 음(負)의 컨버터는 3상 발전기의 3상 출력 권선에 접속되어, 한 쌍의 출력 라인을 통해 부하에 출력하는 단상의 교류 전류를 생성한다. 도통각(firing angle) 제어부는 상기 가변 제어 브릿지 회로를, 상기 단상의 교류 전류의 반주기마다 교대로 전환 동작시켜서 상기 단상의 교류 전류를 생성시킨다. 정류 브릿지 회로는 상기 한 쌍의 출력 라인 사이에 접속된다. 커패시터 축전 회로는 상기 정류 브릿지 회로로부터의 상기 정류 출력을 축전하기 위하여 그 출력부에 접속된다.

Description

전원 장치{POWER UNIT}

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 전원 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.

도 2a는 도 1의 교류 발전기의 횡단면도.

도 2b는 도 1의 교류 발전기의 종단면도.

도 3은 브릿지형 3상 전파 정류 회로의 구성을 나타내는 전기 회로도.

도 4a는 도 1의 양의 상단 컨버터의 각 사이리스터(SCRk＋)의 도통각(firing angle) 제어를 행하기 위한 톱니파의 일례를 나타내는 도면.

도 4b는 도 1의 양의 하단 컨버터의 각 사이리스터(SCRk＋)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파의 일례를 나타내는 도면.

도 5a는 도 1의 음의 상단 컨버터의 각 사이리스터(SCRk-)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파의 일례를 나타내는 도면.

도 5b는 도 1의 음의 하단 컨버터의 각 사이리스터(SCRk-)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파의 일례를 나타내는 도면.

도 6a는 도 1의 전원 장치의 상단(반파) 컨버터에 의해 생성된 전압 파형의 일례를 나타내는 도면.

도 6b는 도 1의 전원 장치의 하단(반파) 컨버터에 의해 생성된 전압 파형의 일례를 나타내는 도면.

도 6c는 도 1의 전원 장치의 상단 및 하단(반파) 컨버터의 합성 파형의 일례를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 3상 주출력 권선

2 : 3상 부출력 권선

3A, 3B : LC 필터

5A : 상단 반파 컨버터 전압 검출 회로

6B : 하단 반파 컨버터 전압 검출 회로

5C : 출력 전압 합성 회로

8 : 근사 실효치 연산 회로

9, 16, 17 : 비교기

10 : 기준 전압 발생 회로

11 : 제어 함수 연산 회로

12 : 진폭 제어 회로

13 : 정현파 발생기

14 : 목표파 형성 회로

15 : 도통각 제어부

18 : 동기 신호 형성 회로

CC : 사이클로 컨버터

본 발명은 상용 주파수 등의 단상 교류 전원으로서 사용되는 전원 장치에 관한 것으로, 특히 사이리스터로 구성된 사이클로 컨버터(cycloconverter)를 사용하고, 그 입력측에 비교적 출력 전력이 작은 발전기를 구비하며, 부하 특성에 기인하여 과전압이 사이리스터에 인가되는 것을 방지하는 수단을 구비하는 전원 장치에 관한 것이다.

종래에, 일정 주파수의 교류 전력을 그 밖의 다른 주파수의 교류 전력으로 직접 변환하는 장치로서, 사이리스터로 구성된 사이클로 컨버터라고 불리는 것이 공지되어 있다.

이러한 종래의 사이클로 컨버터는 통상적으로 상용 주파수의 전원 라인과 큰 출력의 발전기의 출력을 입력으로서 사용할 수 있는 것이고(예를 들면, 일본 특허 공개 소화60-9429호 공보 참조), 일반적으로는 교류 전동기의 구동용으로 사용되고 있다.

이러한, 사이클로 컨버터의 입력측에 작은 출력, 예컨대 수백∼수천 W 출력의 발전기를 접속하면, 발전기의 전력 용량의 관계에서 대부하시의 출력 전압 저하가 커지는 경향이 있고, 특히 발전기로서 자석 발전기를 채용했을 때에는 출력 전압의 하강이 커지므로, 내압이 높은 사이리스터를 사용할 수밖에 없었다.

이에 비하여, 본원 양수인은 일본 특허 공개 평성10-52045호 공보(미국 특허 제5,886,893호 대응)에 있어서 양(正) 및 음(負)의 사이클로 컨버터를 각각 반파 컨버터의 2단 중첩 구성으로 함으로써, 사이클로 컨버터를 구성하는 각 사이리스터에 인가되는 전압을 낮은 값으로 억제하도록 한 전원 장치를 제안하고 있다.

그러나, 상기 종래의 전원 장치에서는 부하를 온/오프시킨 때의 과도 상태나 리액터(reactor) 부하가 접속되었을 때에 발생하는 출력 전압의 파형 일그러짐 등에 의해, 각 사이리스터에 인가되는 전압(즉 전원 장치의 출력 전압)의 파고치(波高値)가 일시적으로 급상승하는 경우가 있는데, 이러한 문제에 대해서도 새로운 대책을 실행할 필요가 발생하였다.

본 발명의 목적은 부하 특성에 기인하는 출력 전압의 일시적인 급상승이 발생한 경우에도 사이클로 컨버터를 구성하는 각 사이리스터에 인가되는 전압의 상승을 억제하는 것이 가능한 전원 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 3상 출력 권선을 구비한 발전기와, 상기 발전기의 3상 출력 권선에 접속되어 서로 역병렬 접속되는 1조의 가변 제어 브릿지 회로로서, 부하에 출력하는 단상의 교류 출력을 생성하고, 그 단상의 교류 출력을 출력하는 한 쌍의 출력 라인을 갖는 사이클로 컨버터를 구성하는 1조의 가변 제어 브릿지 회로와, 상기 가변 제어 브릿지 회로를 상기 단상의 교류 출력의 반주기마다 교대로 전환 동작시켜서 상기 사이클로 컨버터에 의해 상기 단상의 교류 출력을 생성시키는 브릿지 구동 회로와, 상기 한 쌍의 출력 라인 사이에 접속되어, 정류 출력을 출력하는 출력부를 갖는 정류 브릿지 회로와, 그리고 상기 정류 브릿지 회로로부터의 상기 정류 출력을 축전하기 위하여, 상기 출력부에 접속된 커패시터 축전 회로로 이루어진 전원 장치가 제공된다.

이 전원 장치에 따르면, 정류 브릿지 회로 및 커패시터 축전 회로에 의해서 단상의 교류 출력의 급격한 파고치 상승이 억제되기 때문에, 부하 특성에 기인하는 출력 전압의 일시적인 급상승이 생긴 경우에도 가변 제어 브릿지 회로에 인가되는 전압의 상승을 억제하는 것이 가능해지는 효과를 나타낸다.

바람직하게는 상기 전원 장치는 상기 단상의 교류 출력의 파고치를 감시하는 감시 수단과, 이 감시된 파고치가 소정치 이상으로 된 때에는 상기 가변 제어 브릿지 회로의 동작을 정지하도록 제어하는 제어 수단을 구비한다.

이 바람직한 실시예에 따르면, 정류 브릿지 회로 및 커패시터 축전 회로에 의해서 단상의 교류 출력의 급격한 파고치 상승이 억제된 다음에, 상기 단상의 교류 출력의 파고치가 감시되고, 이 감시된 파고치가 소정치 이상으로 된 때에는 상기 가변 제어 브릿지 회로의 동작이 정지하기 때문에, 일시적인 전압 급상승을 억제하여 과전압의 검출이 용이하게 되고, 이에 따라 발전 정지 보호 기능을 충분히 발휘시킬 수 있다. 바람직하게는 상기 3상 출력 권선은 중성점(中性點)을 가지며, 상기 사이클로 컨버터의 상기 출력 라인 사이에는 상기 단상의 교류 출력에 관한 중성점이 형성되고, 상기 각 가변 제어 브릿지 회로는 상기 사이클로 컨버터의 상기 출력 라인 사이의 중성점이 상기 3상 권선의 중성점에 접속되어 반파 컨버터를 2단 중첩한 구성을 구비하며, 배전압 정류 동작을 한다. 이 바람직한 실시예에 의하면, 상기 각 가변 제어 브릿지는 상기 출력 라인 사이에 형성한 상기 단상의 교류 출력에 관한 중성점과 상기 3상 권선의 중성점이 접속되어 반파 컨버터를 2단 중첩한 구성으로 하여 배전압 정류 동작을 시키므로, 내압이 높지 않은 소형 사이리스터를 사용할 수 있다. 그리고, 부하 특성에 기인하는 일시적인 전압 급상승이 생겼다고 해도 이 소형 사이리스터를 그대로 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 발전기는 영구 자석 회전자를 갖는 자석 발전기이다. 바람직하게는, 상기 커패시터 축전 회로는 커패시터와 저항으로 이루어진다.

본 발명의 전술한 그 밖의 목적, 특징 및 이점은 첨부한 도면에 기초하는 하기의 상세한 설명에 의해 한층 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 전원 장치의 전체 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에서, 도면 부호 1 및 2는 각각 교류 발전기의 고정자에 독립적으로 감겨진 출력 권선으로서, 1은 3상 주출력 권선(메인 코일)이며, 2는 3상 부출력 권선(서브 코일)이다.

도 2a, 2b는 상기 교류 발전기의 횡단면도 및 종단면도이며, 동일한 도면에 있어서, 3상 메인 코일(1)은 영역(A1)내의 21극의 코일로 구성되고 3상 서브 코일(2)은 영역(A2)내의 3극의 코일로 구성되어 있다. 그리고, 회전자 R에는 8쌍의 영구 자석의 자극이 형성되어 있고, 내연 엔진(도시하지 않음)에 의해서 회전 구동되도록 구성되어 있다.

도 1에서, 3상 메인 코일(1)의 3개의 출력단 U, V, W는 각각 양(正) 및 음( 負)의 컨버터(BC1, BC2)의 입력단 U, V, W에 접속되며, 사이클로 컨버터(CC)의 출력측은 양의 컨버터(BC1)의 사이리스터(SCR1+∼SCR3+)로 구성되는 반파 컨버터인 상단 컨버터(이하, 「양의 상단 컨버터」라고 함) BC1U 또는 음의 컨버터 BC2의 사이리스터(SCRl-∼SCR3-)로 구성되는 반파 컨버터인 상단 컨버터(이하,「음의 상단 컨버터」라고 함) BC2U에 의해 생성되는 반파 전류의 고조파 성분을 제거하기 위한 LC 필터(3A), 그리고 양의 컨버터(BC1)의 사이리스터(SCR4+∼SCR6+)로 구성되는 반파 컨버터인 하단 컨버터(이하,「양의 하단 컨버터」라고 함) BC1L 또는 음의 컨버터 BC2의 사이리스터(SCR4-∼SCR6-)로 구성되는 반파 컨버터인 하단 컨버터(이하, 「음의 하단 컨버터」라고 함) BC2L에 의해 생성되는 반파 전류의 고조파 성분을 제거하기 위한 LC 필터(3B)에 접속되어 있다. 그리고, LC 필터(3A, 3B)의 접속점(C)은 3상 메인 코일(1)의 중성점에 접속되며, 이 중성점은 본 제어계의 그라운드(GND)로 되어 있다.

LC 필터(3A)의 출력측은 이 출력의 고조파 성분이 제거된 반파 전류에 따른 전압을 검출하기 위한 상단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5A)에 접속되며, LC 필터(3B)의 출력측은 이 출력의 고조파 성분이 제거된 반파 전류에 따른 전압을 검출하기 위한 하단 반파 컨버터 전압 검출 회로(6)에 접속되어 있다. 그리고, 상단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5)의 양(正)측 입력단 및 하단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5B)의 음(負)측 입력단은 각각 한 쌍의 출력 라인(51, 51)을 통해 한 쌍의 출력 단자(50, 50)에 접속되어, 거기에서 단상 출력을 얻도록 구성되어 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는 상기 접속점 C, 즉 단상 출력측에 형성된 중성 점과 3상 메인 코일(1)의 중성점을 접속하여 배전압 정류 동작을 시켰으므로, 각 컨버터(BC1, BC2)는 각각 상단 컨버터(BC1U, BC2U) 및 하단 컨버터(BC1L, BC2L)를 2단 중첩한 구성으로 되어 있다.

상기 한 쌍의 출력 라인(51, 51) 사이에는 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지형 전파 정류 회로(이하,「정류 브릿지 회로」라고 함)(20)의 입력측이 접속되고, 그 정류 출력측에는 커패시터(예컨대, 전해 커패시터)(21) 및 저항(22)으로 이루어진 커패시터 축전 회로(55)가 접속되어 있다.

전압 검출 회로(5A, 5B)의 각 출력측은 각각 검출된 전압을 합성하기 위한 출력 전압 합성 회로(5C)에 접속되며, 출력 전압 합성 회로(5C)의 출력측은 이 출력 전압의 근사 실효치를 연산하여 출력하는 근사 실효치 연산 회로(8)에 접속되고, 근사 실효치 연산 회로(8)의 출력측은 비교기(9)의 음(負)측 입력 단자에 접속되어 있다. 비교기(9)의 양(正)측 입력 단자에는 본 전원 장치의 기준 출력 전압값을 출력하는 기준 전압 발생 회로(10)가 접속되며, 비교기(9)의 출력측은 이 비교 결과에 따른 제어 함수(예컨대 일차 함수 등)를 연산하여 출력하는 제어 함수 연산 회로(11)가 접속되어 있다.

그리고, 제어 함수 연산 회로(11)의 출력측은 정현파 발진기(13)로부터 출력되는 정현파, 예컨대 상용 주파수 50Hz 또는 60Hz의 정현파의 진폭을 제어하는 진폭 제어 회로(12)에 접속되고, 진폭 제어 회로(12)에는 정현파 발진기(13)의 출력측도 접속되어 있다. 진폭 제어 회로(12)는 제어 함수 연산 회로(11)로부터 출력된 제어 함수에 따라서 정현파 발진기(13)로부터 출력되는 정현파의 진폭을 제어하 는 진폭 제어 신호를 출력한다.

상기 출력 전압 합성 회로(5C) 내에는 그 합성된 출력 전압의 파고치와 소정치[사이클로 컨버터(CC)를 구성하는 각 사이리스터 SCRk±에 인가되는 전압이 그 내전압을 넘지 못하도록 하는 상한치(일정한 마진을 포함하도록 하여도 좋음)]를 비교하는 비교 회로(5C1)와, 이 비교의 결과가 파고치

소정치일 때에는 사이클로 컨버터의 동작을 정지시키는(도통을 정지시킴) 제어 회로(5C2)가 설치되어 있다.

진폭 제어 회로(12)의 출력측은 이 출력 신호(진폭 제어 신호)에 따라서 목표파(desired wave)(진폭이 조정된 정현파)를 출력하는 목표파 형성 회로(14)에 접속되고, 목표파 출력 회로(l4)의 출력측은 사이클로 컨버터(CC)를 구성하는 사이리스터 SCRk±의 각 게이트의 도통각을 제어하는 도통각 제어부(15) 및 비교기(16, 17)의 각 양측 입력 단자에 접속되어 있다.

도통각 제어부(15)는 양의 상단 컨버터(BC1U)의 사이리스터(SCR1+∼SCR3+)의 각 게이트(이하, 「양의 상단 게이트」라고 함)의 도통각을 제어하는 양의 상단 게이트 제어부(15A)와, 음의 상단 컨버터(BC2U)의 사이리스터(SCRl-∼SCR3-)의 각 게이트(이하,「음의 상단 게이트」라고 함)의 도통각을 제어하는 음의 상단 게이트 제어부(15B)와, 양의 하단 컨버터(BC1L)의 사이리스터(SCR4+∼SCR6+)의 각 게이트(이하,「양의 하단 게이트」라고 함)의 도통각을 제어하는 양의 하단 게이트 제어부(l5C)와, 음의 하단 컨버터(BC2L)의 사이리스터(SCR4-∼SCR6-)의 각 게이트(이하,「음의 하단 게이트」라고 함)의 도통각을 제어하는 음의 하단 게이트 제어부(15D)로 구성되어 있다.

각 게이트 제어부(15A∼l5D)는 각각 3개의 비교기(도시하지 않음)를 가지며, 이 각 비교기는 상기 목표파와 후술하는 동기 신호(기준 톱니파)를 비교하여, 양자가 일치한 시점에서 해당 게이트를 도통한다.

비교기(16)의 음측 입력 단자에는 상기 상단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5A)의 출력측이 접속되며, 비교기(17)의 음측 입력 단자에는 상기 하단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5B)의 출력측이 접속되어 있다. 비교기(16)의 출력측은 양의 상단 게이트 제어부(15A) 및 음의 상단 게이트 제어부(15B)에 접속되며, 비교기(17)의 출력측은 양의 하단 게이트 제어부(15C) 및 음의 하단 게이트 제어부(15D)에 접속되어 있다. 비교기(16)는 상단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5)에 의해 출력되는 상단 반파 전압과 상기 목표파를 비교하고, 그 비교결과에 따라서 고(H) 레벨 신호 또는 저(L) 레벨 신호를 출력한다. 한편, 비교기(17)도 마찬가지로, 하단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5B)에 의해 출력되는 하단 반파 전압과 상기 목표파를 비교하고, 그 비교 결과에 따라서 고(H) 레벨 신호 또는 저(L) 레벨 신호를 출력한다.

비교기(16)로부터 H 레벨 신호가 출력된 경우에는 양의 상단 게이트 제어부(15A)가 작동하는 한편, 음의 상단 게이트 제어부(15B)는 정지하고, L 레벨 신호가 출력된 경우에는 이와 반대로 양의 상단 게이트 제어부(l5A)가 정지하는 한편, 음의 상단 게이트 제어부(15B)는 작동되도록 구성되어 있다. 마찬가지로, 비교기(17)로부터 H 레벨 신호가 출력된 때에는 양의 하단 게이트 제어부(15C)가 작동하는 한편, 음의 하단 게이트 제어부(15D)는 정지하고, L 레벨 신호가 출력된 때 에는 양의 하단 게이트 제어부(l5C)가 정지하는 한편, 음의 하단 게이트 제어부(15D)는 작동되도록 구성되어 있다.

상기 3상 서브 코일(2)의 출력측은, 예컨대 도 3의 3상 전파 정류 회로 FR을 갖는 동기 신호 형성 회로(18)에 접속되어 있다. 동기 신호 형성 회로(l8)는 3상 서브 코일(2)로부터의 3상 출력에 따라서 도 4a 내지 도 5b에 나타낸 톱니파를 형성하여 출력한다.

도 4a, 4b는 양의 컨버터(BC1)의 각 사이리스터(SCRk+)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파의 일례를 나타내며, 도 4a는 양의 상단 컨버터(BC1U)의 각 사이리스터(SCR1+∼SCR3+)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파를 나타내고, 도 4b는 양의 하단 컨버터(BC1L)의 각 사이리스터(SCR4+∼SCR6+)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파를 나타내고 있다.

한편, 도 5a, 5b는 음의 컨버터(BC2)의 각 사이리스터(SCRk-)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파의 일례를 나타내고, 도 5a는 음의 상단 컨버터(BC2U)의 각 사이리스터(SCR1-∼SCR3-)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파를 나타내며, 도 5b는 음의 하단 컨버터(BC2L)의 각 사이리스터(SCR4-∼SCR6-)의 도통각 제어를 행하기 위한 톱니파를 나타내고 있다.

동기 신호 형성 회로(18)의 출력측은 양의 상단 게이트 제어부(15A), 음의 상단 게이트 제어부(15B), 양의 하단 게이트 제어부(15c) 및 음의 하단 게이트 제어부(15D)에 접속되어 있다. 여기서, 동기 신호 형성 회로(18)와 각 게이트 제어부(15A∼15D)를 접속하는 각 접속 라인은 각각 3개의 신호선으로 구성되며, 그 각 신호선은, 각각 상기 게이트 제어부(15A∼15D)의 각 비교기에 접속되고 각 비교기에는 상기 도면 4a∼5b에서 설명한 확대한 진폭 부분을 갖는 톱니파가 공급된다. 즉, 도 4a 및 도 4b에 도시된 각 3종류의 확대한 폭의 톱니파는 각각 양의 상단 게이트 제어부(15A) 및 양의 하단 게이트 제어부(15C)의 대응하는 비교기에 도 4a, 4b에 나타내는 타이밍으로 공급되며, 도 5a 및 5b에 도시된 각 3종류의 확대한 폭의 톱니파는 각각 음의 상단 게이트 제어부(15B) 및 음의 하단 게이트 제어부(15D)의 대응하는 비교기에 도 5a, 5b에 나타내는 타이밍으로 공급된다.

양의 상단 게이트 제어부(15A)의 3개의 비교기의 출력측은 각각 양의 상단 컨버터(BC1U)의 사이리스터(SCR1+∼SCR3+)의 각 게이트에 접속되며, 음의 상단 게이트 제어부(15B)의 3개의 비교기의 출력측은 각각 음의 상단 컨버터(BC2U)의 사이리스터(SCRl-∼SCR3-)의 각 게이트에 접속되고, 양의 하단 게이트 제어부(15C)의 3개의 비교기의 출력측은 각각 양의 하단 컨버터(BClL)의 사이리스터(SCR4+∼SCR6+)의 각 게이트에 접속되며, 음의 하단 게이트 제어부(15D)의 3개의 비교기의 출력측은 각각 음의 하단 컨버터(BC2L)의 사이리스터(SCR4-∼SCR6-)의 각 게이트에 접속되어 있다.

또, 본 실시예에서, 동기 신호 형성 회로(18)는 3상 서브 코일(2)로부터의 3상 출력에 따라서 동기 신호(기준 톱니파)를 형성하도록 구성되었지만, 이에 한정되지 않고, 3상 서브 코일(2) 대신에 단상 서브 코일을 이용하여 이 단상 출력에 따라서 동기 신호를 형성하도록 하여도 좋다.

이하, 이상과 같이 구성된 전원 장치의 동작을 설명한다.

상기 회전자 R이 엔진에 의해 회전 구동되면, 3상 메인 코일(1)의 각 상 사이에는 전술한 바와 같이 전압이 인가된다. 그리고, 도통각 제어부(15)에 의해 사이리스터(SCRk±)의 각 게이트가 도통되면, 이에 따라서 3상 중성점을 그라운드(GND)로 한 것에 의해 사이클로 컨버터(CC)에서는 2개의 반파 전류가 출력되며, 2개의 반파 전류는 각각 필터 3A 및 3B에 의해 그 고조파 성분이 제거되고, 상단 및 하단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5A, 5B)에 의해 각 전압이 검출된다. 이와 같이 하여 검출된 각 전압은 출력 합성 회로(5C)에 의해 가산되고, 근사 실효치 연산 회로(8)에 의해 그 근사 실효치 전압이 연산되어 출력된다.

이 근사 실효치 전압은 비교기(9)에 의해 기준 전압 발생 회로(10)로부터 출력된 기준 전압치와 비교되고, 그 비교 결과에 따라서 제어 함수 연산 회로(11)에 의해 제어 함수(비례 함수)가 연산되며, 이 연산된 제어 함수에 따라서 정현파 발진기(13)로부터 출력된 50 Hz 또는 60 Hz의 정현파의 진폭이 진폭 제어 회로(12)에 의해 제어되어, 목표파 출력 회로(14)에 의해 목표파(정현파)가 출력된다. 즉, 이 목표파의 진폭은 동기 신호 형성 회로(18)로부터 출력된 톱니파의 진폭과 크게 다르지 않은 진폭으로 조정된다.

목표파 형성 회로(14)로부터 출력된 목표파는 비교기(16)에 의해 상단 반파 컨버터 전압 검출 회로(5A)에서 출력된 검출 전압과 비교되며, 목표파의 전압이 검출 전압보다 높은 경우에는 비교기(16)로부터 H 레벨 신호가 출력되어 양의 상단 게이트 제어부(15A)가 작동하도록 선택되는 한편, 목표파의 전압이 검출 전압보다 낮은 경우에는 비교기(16)로부터 L 레벨 신호가 출력되어 음의 상단 게이트 제어부(15B)가 작동하도록 선택된다. 마찬가지로, 이 목표파는 비교기(17)에 의하여 하단 반파 컨버터 전압 검출 회로(6B)에서 출력된 검출 전압과 비교되고, 목표파의 전압이 검출 전압보다 높은 경우에는 비교기(17)로부터 H 레벨 신호가 출력되어 양의 하단 게이트 제어부(15C)가 작동하도록 선택되는 한편, 목표파의 전압이 검출 전압보다 낮은 경우에는 비교기(17)로부터 L 레벨 신호가 출력되어 음의 하단 게이트 제어부(15D)가 작동하도록 선택된다.

양의 상단 게이트 제어부(15A) 및 음의 상단 게이트 제어부(15B), 또는 양의 하단 게이트 제어부(15C) 및 음의 하단 게이트 제어부(15D) 중 선택된 게이트 제어부의 각 비교기에 있어서, 목표파 형성 회로(14)로부터의 목표파와 동기 신호 형성 회로(18)로부터의 톱니파가 비교되고, 양자가 일치한 시점에서 그 사이리스터 SCRk±의 게이트에 대하여 소정 폭을 갖는 원샷 펄스가 출력되어 도통각 제어가 이루어진다.

도 6a∼6c는 본 실시예의 전원 장치에 의해 생성된 전압 파형의 일례를 나타내는 도면이며, 상기 도면 중 도 6a는 상단(반파) 컨버터(BC1U, BC2U)에 의해 생성된 전압 파형을 나타내고, 도 6b는 하단(반파) 컨버터(BClL, BC2L)에 의해 생성된 전압 파형을 나타내며, 도 6c는 도 6a 및 도 6b의 파형을 합성한 파형, 즉 본 실시예의 전원 장치에 의해 생성된 전압 파형을 나타내고 있다.

이와 같이, 상단(반파) 컨버터(BC1U, BC2U)에 의하여 도 6c의 단상 출력 파형의 진폭의 1/2의 진폭의 파형이 생성되는 동시에, 하단(반파) 컨버터(BClL, BC2L)에 의하여 도 6c의 단상 출력 파형의 진폭의 1/2의 진폭의 파형이 생성되고, 양자가 합성, 즉 중첩되어 단상 출력으로서 상기 부하에 공급된다. 여기서, 도 6a 및 6b의 전압 파형의 생성 방법은 참조로서 인용된 본원 양수인의 미국 특허 제5,886,893호의 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명되어 있는 방법과 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.

이와 같이, 본 실시예에서는 단상 출력측에 형성한 중성점과 3상 메인 코일의 중성점이 접속되어 배전압 정류 동작이 이루어지고, 각 컨버터(BC1, BC2)는 각각 상단 컨버터(BC1U, BC2U) 및 하단 컨버터(BClL, BC2L)를 2단 중첩 구성하였으므로, 사이클로 컨버터(CC)의 입력측에 수백∼수천 W 정도의 소형 출력 용량의 발전기를 접속한 경우라도, 무부하시의 전압 상승에 기인하는 각 사이리스터(SCRk±)로의 인가 전압을 낮은 값으로 억제할 수 있고, 이에 따라서 내압이 높지 않은 소형 사이리스터를 사용할 수 있다.

상기 부하를 온/오프했을 때의 과도 상태와 상기 부하로서 리액터 부하가 접속된 때에 발생하는 (출력 전압의) 파형 왜곡 등에 의하여 이 단상 출력(즉, 전원 장치의 출력 전압)의 파고치가 일시적으로 급상승하는 경우가 있다. 이 경우에는 단상 출력의 파고치의 상승분은 정류 브릿지 회로(20)를 통해 커패시터(21)에 흡수된다. 즉, 단상 출력의 파고치의 상승분은 상기 회로 20 및 55에 의해서 제거된 후에 사이클로 컨버터(CC)를 구성하는 각 사이리스터(SCRk±)에 인가된다. 따라서, 단상 출력의 파고치가 일시적으로 급상승하더라도, 이 상승분이 각 사이리스터(SCRk±)에 미치는 영향은 거의 무시할 수 있다. 이 때문에, 사이클로 컨버터(CC)를 구성하는 각 사이리스터(SCRk±)로서 상기 내압이 높지 않은 소형 사이리스터를 그대로 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는 출력 라인(51, 51) 사이에 정류 브릿지 회로(20)를 접속하고, 그 출력측에 커패시터(21) 및 저항(22)으로 이루어지는 커패시터 축전 회로(55)를 접속하였기 때문에, 부하 특성에 기인하는 일시적인 전압 급상승이 생긴 경우에도 사이클로 컨버터를 구성하는 각 사이리스터에 인가되는 전압의 상승을 억제할 수 있다.

또한, 단상 출력의 파고치가, 전술한 바와 같이 일시적으로 급상승하는 경우 이외에, 어떠한 원인으로 서서히 상승하여 사이클로 컨버터(CC)를 구성하는 각 사이리스터(SCRk±)의 내전압을 초과하는 것을 생각할 수 있다. 이 때에는 출력 전압 합성 회로(5C) 내의 상기 비교 회로(5C1)에 의해 파고치

소정치로 판별되고, 상기 제어 회로(5C2)에 의하여 사이클로 컨버터(CC)의 동작이 정지한다.

그리고, 이 정지한 사이클로 컨버터의 동작을 재개시키기 위하여는, 우선 엔진을 일단 정지시켜 발전 출력을 0으로 한 다음에 다시 엔진을 시동시켜 발전 출력을 취출(取出)한 때에 파고치<소정치가 됨에 따라서 사이클로 컨버터의 동작 재개가 가능하게 된다. 만약, 파고치

소정치의 조건이 해소되지 않으면(예컨대, 과부하 조건이 제거되지 않는 경우 등), 상기 사이클로 컨버터의 동작 정지가 반복된다.

이와 같이, 본 실시예에서는 정류 브릿지 회로(20) 및 커패시터(21)와 저항(22)으로 이루어지는 커패시터 축전 회로(55)에 의해서 단상의 교류 출력의 급 격한 파고치 상승이 억제된 다음, 단상 출력의 파고치가 감시되어 이 파고치가 소정치 이상으로 된 때에는 사이클로 컨버터(CC)의 동작이 정지되기 때문에 일시적인 전압 급상승을 억제하여 과전압의 검출이 용이하게 되고, 이에 따라서 발전 정지 보호 기능을 충분히 발휘시킬 수 있다.

Claims

3상 출력 권선을 구비한 발전기와;

상기 발전기의 3상 출력 권선에 접속되어 서로 역병렬 접속되는 1조의 가변 제어 브릿지 회로로서, 부하에 공급되는 단상 교류 출력을 생성하며, 상기 단상 교류 출력을 출력하는 한 쌍의 출력 라인을 갖는 사이클로 컨버터(cycloconverter)를 구성하는 1조의 가변 제어 브릿지 회로와;

상기 가변 제어 브릿지 회로를 상기 단상 교류 출력의 반주기마다 교대로 전환 동작시켜서, 상기 사이클로 컨버터에 상기 단상 교류 출력을 생성시키는 브릿지 구동 회로와;

상기 한 쌍의 출력 라인 사이에 접속되고, 정류 출력을 출력하는 출력측을 갖는 정류 브릿지 회로와;

상기 정류 브릿지 회로에 입력된 일시적인 고전압에 대응하여 발생하는 정류 출력을 흡수하기 위해 그 정류 출력측에 접속된 커패시터 축전 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 단상 교류 출력의 파고치를 감시하는 감시 수단과;

상기 감시된 파고치가 소정치 이상이 되는 경우에는 상기 가변 제어 브릿지 회로의 동작을 정지시키도록 제어하는 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 3상 출력 권선은 중성점을 갖고,

상기 사이클로 컨버터의 상기 출력 라인 사이에는 상기 단상 교류 출력에 관한 중성점이 형성되며,

상기 각 가변 제어 브릿지 회로는 2개의 반파 컨버터를 2단 중첩한 구성을 갖고, 그리고

상기 가변 제어 브릿지 회로가 배전압 정류 동작을 하도록, 상기 사이클로 컨버터의 상기 출력 라인 사이의 중성점이 상기 3상 출력 권선의 중성점에 접속되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제2항에 있어서, 상기 3상 출력 권선은 중성점을 갖고,

상기 사이클로 컨버터의 상기 출력 라인 사이에는 상기 단상 교류 출력에 관한 중성점이 형성되며,

상기 각 가변 제어 브릿지 회로는 2개의 반파 컨버터를 2단 중첩한 구성을 갖고, 그리고

상기 가변 제어 브릿지 회로가 배전압 정류 동작을 하도록, 상기 사이클로 컨버터의 상기 출력 라인 사이의 중성점이 상기 3상 출력 권선의 중성점에 접속되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 발전기는 영구 자석으로 형성된 회전자를 구비하는 자석 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제4항에 있어서, 상기 발전기는 영구 자석으로 형성된 회전자를 구비하는 자석 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 커패시터 축전 회로는 커패시터와 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.