JPH0120769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、無効電力制御装置用電圧形インバー
タに関し、特にその起動方法に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 第１図に示すごとく、交流電圧源１にリアクト
ル要素３を介して、新たな電圧源２を接続し、電
圧源１の電圧V〓_Sと、電圧源２の電圧V〓_Iを同周波
数、同位相に保ち、相互の電圧振巾の関係を変化
させると、両電源１，２の間に無効電力が流れる
ことは良く知られている。 第２図は、これを説明するためのベクトル図で
ある。第２図ａは、電源１の電圧V〓_Sと、電源２
の電圧V〓_Iの振巾の関係を｜V〓_S｜＜｜V〓_I｜とした
場合をしめしている。この場合、リアクトル３に
かかる電圧ベクトル△V〓は右から左へ向うベクト
ルとなり、リアクトル３を流れる電流I〓_Qは△V〓よ
り90゜遅れの電流となる。従つて、電源１は進相
電流を電源２に供給している。他方、電源２から
みると電源１に遅相電流を供給している。 次に、第２図ｂに示すごとく｜V〓_S｜＞｜V〓_I｜
の場合は、リアクトル３の電圧△V〓は左から右へ
向うベクトルとなり、リアクトル３を流れる電流
I〓_Qは△V〓より90゜遅れ、すなわち、電源１は電源２
に遅相電流を供給し、電源２は電源１に進相電流
を供給している。 電源１を電力系統とし、電力系統と並列にリア
クトル３を介して可変電圧電源２を設け、可変電
圧電源２の電圧V〓_Iを系統電圧V〓_Sに対し、同周波
数及び同相に保つた状態で振巾を制御すれば、進
相から遅相まで連続的に無効電力制御が行なえる
調相設備が実現できる。 調相設備の具体的な例としては、同期調相機が
あるが、近年の半導体技術の進歩により、同期調
相機の静止化を目ざした電圧形インバータによる
調相設備が、すでに知られている。 第３図は、自励式電圧形インバータによる可変
電圧源２を具体化した従来の無効電力制御装置を
示す構成図である。 第３図において、１は電圧V〓_Sの電力系統を示
す電圧源、３はリアクトルであり、このリアクト
ル３は変圧器のリーケージインダクタンスで代替
され、実際には設置されないこともある。４は無
効電力制御装置内で発生する損失分を供給し後述
のコンデンサ７に直流電圧を確立するための電力
を供給する補助交流電源、５はこの補助交流電源
の交流を直流に変換する順変換装置、６は直流リ
アクトル、７は平滑コンデンサ、８はこの平滑コ
ンデンサ７の端子電圧、すなわち直流電圧を交流
電圧に変換するインバータで、図示しないサイリ
スタおよびサイリスタの転流補助回路で構成され
る自励式電圧形インバータである。９はこのイン
バータ８の出力電圧を電力系統の電圧に変換する
出力変圧器、１０はしや断器等のスイツチであ
る。第３図では、電圧源１からインバータ８まで
の回路を単線図で示しているが、単相でも３相で
も可能であることは言うまでもない。１１は電圧
源１の系統電圧V〓_Sを検出する変成器、１２は電
圧源１から可変電圧源２に流入する電流を検出す
る変流器、１３は系統電圧V〓_Sの位相を検出する
位相信号発生器で、系統電圧V〓_Sの位相信号φ_Sを
出力する。１４は位相信号発生器１３の発生する
系統電圧V〓_Sの位相信号φ_Sと、可変電源２の発生
する電圧V〓_Iの位相に相当する位相信号φ_Iとの差
を求める減算器、１５はこの減算器１４の出力信
号により出力周波数を変化させるＶ／Ｆコンバー
タ、すなわち、電圧−周波数変換器、１６はＶ／
Ｆコンバータ１５の出力周波数を受けて、インバ
ータ８を形成するサイリスタ群に所定の出力電圧
を発生すべくゲート信号を分配するゲートアンプ
である。 インバータ８を形成するサイリスタ群の点弧タ
イミングと、可変電圧源２の出力電圧V〓_Iの位相
とは１対１に対応するため、可変電圧源２の電圧
位相はサイリスタ群の中から適当に選ばれたサイ
リスタのゲートを点弧するタイミングの位相情報
で代替される。 今、可変電圧源２の位相φ_Iが系統電圧の位相φ_S
に比し遅れている場合は、Ｖ／Ｆコンバータ１５
への入力信号が増加し、その出力周波数が上昇す
るため位相φ_Iは進む。逆に、位相φ_Iがφ_Sに対して
進んでいる場合は、Ｖ／Ｆコンバータ１５への入
力信号が減少し、出力周波数が低下するので位相
φ_Iは遅れる。以上のごとき制御が行なわれ、系統
電圧V〓_Sと可変電圧源２の電圧V〓_Iの位相は同相に
制御される。ここで系統電圧V〓_Sの位相信号は１
つに限定されるものではなく複数個でもよく、複
数個の場合は可変電圧源２の位相信号も同一数と
なる。 以上が、可変電圧源２の周波数・位相制御であ
る。次に可変電圧源２の電圧振巾制御について説
明する。電圧形インバータの出力電圧は、３相の
場合、振巾が直流電圧に等しくパルス巾は120゜の
方形波電圧である。よく知られているように、電
圧形インバータの出力電圧の制御法には、通電巾
120゜一定の状態で直流電圧を変化させ、交流電圧
の振巾を変化させる方法と、直流電圧を一定すな
わち、交流電圧の振巾を一定にして、パルス巾を
変化させることにより交流電圧の大きさを制御す
る方法の２種類がある。いずれの方法も無効電力
制御用の可変電圧源として使用することは可能で
あるが、制御の簡便さから振巾可変形の電圧形イ
ンバータが使用される。本発明も振巾可変方式の
電圧形インバータに関するものである。 さて、第３図において、変成器１１で検出され
た系統電圧信号SV_Sと変流器１２で検出された電
流信号I_Qを無効電力検出回路１７に導入し、電圧
源１から可変電圧源２へ流入する無効電力の大き
さと種別（進相、遅相の別）に応じた信号ｑを出
力する。一方、無効電力基準信号発生器１８から
制御すべき無効電力の大きさと、その種別を明確
にした基準信号Qrが出力され、両信号が無効電
力制御回路１９に入力される。無効電力制御回路
１９は所定の伝達関数を有する演算増巾回路であ
り、基準信号Qrとフイードバツク信号ｑとの差
を演算増巾し、電圧基準信号Erを出力する。次
段の演算増巾回路は所定の伝達関数を有する電圧
制御回路２０であり、これには上記の電圧基準信
号Erと、平滑コンデンサ７の直流端子電圧Edを
電圧検出器２１で検出した電圧フイードバツク信
号edとが加えられる。電圧制御回路２０はこの
両信号の差を演算増巾し、ゲートアンプ２２にそ
の出力信号を与える。ゲートアンプ２２は電圧制
御回路２０からの出力信号に応じてサイリスタブ
リツジで構成される順変換装置５に所定のタイミ
ングでゲート信号を送出し、補助交流電源４から
与えられる交流電力を直流電力に変換する。な
お、通常、電圧制御回路２０の出力信号を電流基
準信号とし、順変換装置５から流出する直流電流
をフイードバツク信号として動作する図示しない
電流制御回路がマイナループとして、電圧制御回
路２０の内側に設置される。 以上の無効電力検出回路１７、無効電力基準信
号発生器１８、無効電力制御回路１９及び電圧制
御回路２０の動作は次のとおりである。進相の無
効電力を取るべく基準信号発生器１８から基準信
号Qrが与えられると、無効電力フイードバツク
信号ｑが０の場合、無効電力制御回路１９の出力
電圧Erは増加する。従つて、直流電圧フイード
バツク信号edに比しErが大となるため、電圧制
御回路２０の出力信号は増加する。この結果、順
変換装置５のサイリスタの点弧位相が進み、直流
電圧Edが増加する。Edが増加すると、可変電圧
源２の出力電圧V〓_Iの大きさが増加し系統電圧V〓_S
よりも大きくなる。よつて、電圧源１から進相の
無効電力が可変電圧源２に流入し、無効電力フイ
ードバツク信号ｑが増加する。よつて、基準信号
Qrと無効電力フイードバツク信号ｑの差が零に
近ずく。一方、直流電圧フイードバツク信号ed
も増加し、電圧基準信号Erとの差が零に近ずく。
以上のような動作により無効電力は目的の値に制
御される。 第４図は系統電圧V〓_Sと、可変電圧源２の電圧
V〓_Iの間に位相差をもたせた場合のベクトル図を
しめしている。例えば、第４図ａは｜V〓_S｜≒｜
V〓_I｜の状態で、V〓_Iの位相をδoだけ遅らせた状態
をしめすベクトル図である。図から明らかなとお
り、ベクトル△V〓は下から上を向くベクトルとな
るため、リアクトル３を流れる電流Ioは、ほゞ電
圧V〓_S及びV〓_Iと同相となる。これの意味するとこ
ろは、電力系統の電圧源１から可変電圧源２に有
効電力を供給していることをしめしている。この
状態を可変電圧源２が保つたとすれば、有効電力
は可変電圧源２に流入するばかりであるため、平
滑コンデンサ７へのエネルギーの注入が続き直流
電圧Edは上昇する。直流電圧Edが上昇した状態
を第４図ｂに示す。第４図ｂは電圧V〓_SとV〓_Iの位
相差がδ_Aで｜V〓_I｜＞｜V〓_S｜の状態を示している。
この場合、△V〓は右下から左上を向くベクトルと
なり、電流I〓_Aは右上りのベクトルとなる。電流I〓_A
の電圧V〓_Sに対する直角成分IQ_Aが進相無効電流で
あり、V〓_Sと同相成分I_pAが有効電流である。この
ように、系統電圧V〓_Sと可変電圧源２の電圧V〓_Iの
位相差を制御すれば、電力系統から無効電力だけ
でなく有効電力も取ることができる。したがつ
て、電力系統から取つた有効電力で可変電圧源２
装置内の損失を満たし、平滑コンデンサ７の端子
電圧を確立することが出来るので、電圧形インバ
ータの機能になんらの支障もなく通常の運転が可
能となる。 位相角δ_Aから位相角δ_Bに減少させると、装置の
損失が系統から流入する有効電力を上まわるた
め、平滑コンデンサ７に蓄積されたエネルギーが
消費されて、平滑コンデンサ７の直流電圧が低下
する。この状態を示したのが第４図Ｃである。第
４図Ｃで明らかなとおり、系統電圧V〓_Sに対し、
可変電圧源２の出力電圧V〓_Iが小となるため、系
統からは遅相電流I_QBと、その時の装置内の損失
をおぎなうだけの有効電流I_PBの合成電流I〓_Bが流入
する。 以上で明らかなごとく第３図で示した構成の可
変電圧源、又は無効電力制御装置は第５図に示す
ように、直流電源部の補助交流電源４、順変換装
置５及び直流リアクトル６を省略した主回路構成
とでき、このことはすでに良く知られている。第
５図において、位相信号発生器１３で検出された
系統電圧の位相信号φ_Sと、可変電圧源２の出力電
圧の位相信号φ_Iとの位相差が、減算器１４で演算
され、位相フイードバツク信号として位相基準信
号とともに位相制御回路２３に加えられ、その偏
差が演算制御された後、Ｖ／Ｆコンバータ１５に
入力される。 位相基準信号は電圧制御回路２０の出力信号で
ある。所定の無効電力が得られるよう無効電力制
御回路１９が電圧制御回路２０に電圧基準信号を
与え、上記したように電圧基準信号と等しい直流
電圧が発生するような位相基準信号が出力され
る。この位相基準信号と系統電圧−可変電圧源電
圧間の位相差が等しくなるよう、減算器１４、位
相制御回路２３、Ｖ／Ｆコンバータ１５及びゲー
トアンプ１６の位相制御フイードバツクループが
動作をする。 以上の動作により、第３図の補助交流電源４、
順変換装置５及び直流リアクトル６を省略した電
圧形インバータによる無効電力制御が行なわれて
来た。 〔発明が解決しようとする課題〕 従来のものは上記のように、第３図に示す直流
電源部を省略した第５図に示すような電圧形イン
バータにより無効電力制御が行なわれて来たが、
起動時には直流電源部を必要とする大きな課題を
有していた。 すなわち、従来のものの起動法は次のごとき方
法によつていた。第３図において、スイツチ１０
を開いた状態で、まず、補助交流電源４、順変換
装置５、直流リアクトル６、平滑コンデンサ７、
電圧制御回路２０、電圧検出器２１及びゲートア
ンプ２２を動作させて、通常の運転状態における
値に対し1/2〜1/5以下の直流電圧に平滑コンデン
サ７をチヤージアツプする。次に、減算器１４、
Ｖ／Ｆコンバータ１５、ゲートアンプ１６及びイ
ンバータ８の回路を動作させて、インバータ８の
サイリスタ群にゲートパルスを与え1/2〜1/5Ed
の電圧で交流電圧を発生させる。直流電圧を1/2
〜1/5の値としているのは、インバータ８の動作
開始の瞬間に出力トランス９の鉄心の飽和を防ぐ
ための処置であり、もし、高い電圧で動作を開始
して鉄心が飽和し大きな電流が流れると、インバ
ータは転流失敗を生じ運転が不能となるからであ
るる。 さて、低電圧で運転がスタートした後、位相信
号発生器１３、減算器１４、Ｖ／Ｆコンバータ１
５及びゲートアンプ１６の回路で系統電圧V〓_Sと
の位相合せ制御が行なわれる一方、無効電力制御
回路１９、電圧制御回路２０、電圧検出器２１、
ゲートアンプ２２、補助交流電源４、順変換装置
５、直流リアクトル６、平滑コンデンサ７及びイ
ンバータ８の回路で、系統電圧V〓_Sと等しい振巾
となるような電圧振巾制御が開始される。 そして、系統電圧V〓_Sと可変電圧源２の出力電
圧V〓_Iが同振巾、同位相となつたことを確認して
スイツチ１０が閉じられて起動が完了する。 系統電圧V〓_Sと可変電圧源２の出力電圧V〓_Iが同
相、同振巾でない時、スイツチ１０を閉じること
は、次の理由により避けなければならない。即
ち、可変電圧源２と電力系統の電圧源１との間に
設置されるリアクトル３のインピーダンスは、可
変電圧源２の容量ベースで、たかだか10％〜20％
である。例えば、インピーダンスが10％であると
仮定すると、V〓_SとV〓_Iとの間に10％の差があるだ
けで、100％の電流が流れることになる。20％差
があれば200％の電流が流れる。位相差が０の状
態では、この電流は進相か、遅相の無効電流とな
るため、直流電圧のリツプルは増すものの、平均
的な直流電圧の低下を引き起すことはない。とこ
ろが、位相差が０でない時、第４図のベクトル図
で説明したとおり、可変電圧源２に対し有効電力
の流出入が発生し、コンデンサ７の端子電圧は過
大になつて構成要素が過電圧にさらされ、破壊す
ることになる。また、電圧が急速に低下し電圧形
インバータとしての動作が不可能となる。 よつて、可変電圧源２の発生する電圧の振巾と
位相が、系統電圧のそれと同一であることを確認
した後スイツチ１０を閉じる必要がある。 この発明は上記欠点を解消するためになされた
もので、起動時にあつても直流電源部を要せず、
小形化を図ることのできる無効電力制御装置用電
圧形インバータの起動方法を得ることを目的とし
ている。 〔課題を解決するための手段〕 この発明においては、インバータの全サイリス
タのゲート信号を阻止する手段と、インバータの
交流端子に交流電圧を印加することにより、上記
インバータを構成するダイオードを介して直流コ
ンデンサを充電しておく手段と、上記インバータ
が交流系統の電圧と同相の出力電圧を発生するよ
うに上記ゲート信号の位相を制御する位相制御手
段と、交流系統の電圧位相と上記ゲート信号の位
相差を検知する位相一致検出手段とを有する。 〔作用〕 この発明の無効電力制御装置用電圧形インバー
タの起動方法は、起動前、全サイリスタのゲート
信号を阻止しておき、位相制御手段の制御により
交流系統とゲート信号の位相が一致したことを位
相一致検出手段が検知したとき、ゲート信号の阻
止を解除すると共に、点弧しない主サイリスタと
並列の転流用サイリスタにのみゲート信号を与え
るようにし、起動するものである。 〔実施例〕 第６図は本発明の構成をしめしている。図にお
いて、１，３，７〜１１，１３〜１６，２１，２
３は従来と同様である。２４はＶ／Ｆコンバータ
１５の出力周波数を分配し、インバータ８を構成
するサイリスタに、所定のタイミングでゲート信
号を送出する分配器で、通常、リングカウンター
が用いられる。２５は系統電圧の振巾を検出する
系統電圧検出器、２６は電圧検出器２１及び２５
の出力信号の差を演算制御する電圧制御回路、２
７は電圧制御回路２６を動作又は不動作状態に制
御するスイツチ、２８はインバータ８中の転流用
サイリスタのゲート信号を発生する補助パルス発
生器、２９はインバータ８中の主サイリスタへの
ゲート信号を通過又は、阻止するための主パルス
用AND回路、３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ，３０Ｘ，
３０Ｙ，３０Ｚは補助サイリスタ用ゲート信号を
通過、あるいは阻止するための補助パルス用
AND回路、３１Ｖ，３１Ｘ，３１ＺはOR回路、
３２は系統電圧とインバータ出力電圧の位相一致
を検出する位相一致検出回路、３３は位相一致検
出回路３２の出力信号を記憶する記憶回路で、フ
リツプフロツプが使用される。３４は第２の記憶
回路で、フリツプフロツプで構成されている。３
５は単パルス発生器で、通常、ワンシヨツトマル
チバイブレータが用いられる。 以下、本発明の動作について説明する。本発明
の動作を説明するために、まず、第７図及び第８
図についてインバータ８の構成と動作について説
明する。第７図はインバータ８の構成図であり、
最も基本的な電圧形３相インバータである。コン
デンサ７の両端子である直流母線に６個の主サイ
リスタMU，MV，MW，MX，MY，MZ、６個
の補助サイリスタAU，AV，AW，AX，AY，
AZ及び６個のダイオードDU，DV，DW，DX，
DY，DZが図示のように接続されている。転流要
素として、６個の転流リアクトル３６Ｕ，３６
Ｖ，３６Ｗ，３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗと、３個の
転流コンデンサ３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗが図示の
ごとく結線される。 インバータ８の出力端子はリアクトル３７Ｕ，
３７Ｖ，３７Ｗの中点であり、端子記号はそれぞ
れＵ，Ｖ，Ｗとする。 第８図ｅ〜ｊは各主サイリスタと各補助サイリ
スタへのゲート信号の印加タイミングを示したも
のである。主サイリスタMU〜MZには系統電圧
の1/2周期間に相当する時間の間ゲート信号が加
わり、補助サイリスタAU〜AZには主サイリス
タMU〜MZを転流させる時の瞬時にのみ短パル
スが加えられる。第８図ｅ〜ｊの矩形波ゲート信
号上についている添字が各サイリスタMU〜MZ，
AU〜AZの記号に一致しており、各サイリスタ
に対応する期間ゲート信号が加わる。 第８図ｅ〜ｊのタイミングで各サイリスタのゲ
ートにゲート信号を加えると、インバータ８の出
力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには第８図ｂ，ｃ，ｄに示す振
巾UV−Ｉ，VW−Ｉ，WU−Ｉが、平滑コンデ
ンサ７の直流電圧Edに等しくパルス巾が120゜の
矩形波交流電圧が発生する。 第８図ａには系統電圧３相分UV−Ｓ，VW−
Ｓ，WU−Ｓをまとめてしめしているが、系統電
圧と各サイリスタに与えるゲート信号の関係を第
８図に示す関係に制御すれば、系統電圧３相とイ
ンバータ８の出力電圧は同相となる。 このような、運転状態が電圧形インバータによ
る無効電力制御装置の基本運転状態である。なお
６個のダイオードDU〜DZは無効電力を通すため
の帰還ダイオードである。 第６図に示す可変電圧源２の起動は次のように
行なわれる。 本起動法では、制御回路を動作させた状態で、
スイツチ１０を閉じても良いし、スイツチ１０を
閉じてから制御回路を動作させてもよい。しか
し、起動前にはスイツチ１０は閉じていることが
必要であり、かつ、制御回路は動作していても、
インバータ８を構成する各サイリスタへのゲート
信号だけは一定の条件になるまで阻止されている
必要がある。 よつて、本起動法は一定の条件が整つた状態で
インバータ８のサイリスタに一斉にゲート信号が
加わりインバータ８が動作を開始するので、それ
以前であれば任意の期間にスイツチ１０を閉じて
も良い。 ここで述べる起動法の焦点は、起動できる一定
の条件とそれを検知する方法とゲート信号の制御
法についてである。 サイリスタへのゲート信号の全てを阻止した状
態におけるインバータ８は、ダイオードDU〜DZ
で構成される３相全波整流器である。 したがつて、この状態でスイツチ１０を閉じる
と系統の３相電圧が出力変圧器９を介して１次側
に発生し、インバータ８の３相出力端子には３相
交流電圧が印加される。よつて、この交流電圧が
ダイオードDU〜DZで整流され、直流コンデンサ
７はほゞ出力変圧器９の１次巻線に加わる３相交
流電圧のピーク値まで充電される。よつて、第３
図で示す順変換装置５及び直流リアクトル６の直
流電源部なしでコンデンサ７の電圧確立ができ、
電圧形インバータの運転条件が１つ整つたことに
なる。 可変電圧源に対して起動操作が行なわれるとま
ずＶ／Ｆコンバータ１５、分配器２４、補助パル
ス発生器２８が動作する。もちろん、AND回路
２９，３０Ｕ〜３０Ｚも動作するが、起動操作瞬
時には系統電圧V〓_Sとインバータ８の出力電圧V〓_I
との位相が一致しているという条件が満たされて
いないため、記憶回路３４の出力信号はLOW状
態にあり、この信号がAND回路２９，３０Ｕ〜
３０Ｚの入力信号であるため、各AND回路は分
配器２４及び補助パルス発生器２８からの信号の
通過を阻止している。よつて、ゲートアンプ１６
からサイリスタへのゲート信号は阻止状態にあ
る。 Ｖ／Ｆコンバータ１５への入力信号は位相制御
回路２３の出力信号である。位相制御回路２３の
入力信号の１つは電圧制御回路２６の出力となつ
ているが、電圧制御回路２６は起動瞬時まで、そ
の入出力端子をスイツチ２７により短絡している
ので出力は０である。よつて、起動瞬時まで無関
係となつている。位相制御回路２３へのもう一方
の入力信号は、系統電圧の位相信号φ_Sとインバー
タ８の出力電圧の位相角と等しい分配器２４の１
つの出力信号φ_Iとの位相差信号である。前にも述
べたとおり、インバータ８の出力電圧の位相は各
サイリスタの点弧位相と対応するので、インバー
タ８の出力電圧を監視せずとも、サイリスタへの
ゲート信号を監視すれば良いことは明らかであ
る。系統電圧の位相信号φ_Sは変成器１１によつて
検出された系統電圧の１相が位相検出回路１３に
よりパルス信号に変換された半周期間はHIGH
で、もう半周期はLOW状態であるような信号で
ある。もちろん、インバータ８の出力電圧の位相
信号φ_Iの情報を含む分配器２４の出力信号も半周
期はHIGHで、半周期はLOWのパルス信号であ
る。分配器２４の出力信号は複数個あるが、この
うちのどれを減算器１４に加えるかは系統電圧の
どの相の信号を用いるかと対応しており、系統電
圧信号を変えれば分配器２４の出力信号も変える
必要がある。 この説明においては、系統電圧としては星形電
圧Ｕ相を用い、分配器２４の出力としてはＵ相の
主サイリスタMUへのゲート信号を用いた場合に
ついて以下説明する。インバータ８が正規の運転
状態にある場合は、系統電圧とインバータ８の出
力電圧はほゞ同相に保たれており、この場合は位
相検出回路１３の出力信号と分配器２４のＵ相へ
のゲート信号とは同相となつている。 したがつて、起動操作直後は両信号の位相に差
があつても減算器１４、位相制御回路２３、Ｖ／
Ｆコンバータ１５及び分配器２４からなる自動位
相制御ループの働きにより、短時間で両信号は同
相となる。位相が一致していない状態では、減算
器１４の出力信号はパルスとなつているが、位相
が一致すれば時間的に変化しない０の状態とな
る。位相制御回路２３には通常、積分形の制御回
路が使われるため、位相が一致した後は位相制御
回路２３の出力は変化せず一定値を保つ。よつ
て、Ｖ／Ｆコンバータ１５の出力周波数も一定値
となり、系統電圧の位相が変化しない限り分配器
２４の各ゲート信号の位相も変化しない。 以下、第６図と第９図について説明する。位相
一致検出回路３２は減算器１４の出力信号が、

〔０〕状態にあれば位相一致と検知し、パルス状
態にあれば位相は不一致と検知する。若干のヒス
テリシス特性をもたせ、パルス巾が一定値以上短
かくなると位相一致とみなすことも可能である。
また、減算器１４の出力信号によつて検知せずと
も他の方法によつても可能である。 位相一致検出回路３２が、第９図において信号
３２ｓに示すごとく時間t₁に位相一致を検知し、
出力信号がＬ（LOW）からＨ（HIGH）に変化す
る。信号３２ＳがＬからＨる変る時点で、フリツ
プフロツプで構成された記憶回路３３はその状態
を記憶し、記憶回路３３の出力信号３３Ｓも時間
t₁にＬからＨになる。記憶回路３３を使用するの
は位相一致検出回路３２の出力信号が、位相の
少々の変化によりＨからＬに戻つても位相一致と
いう状態を保つために設けられている。 信号３３Ｓは記憶回路３４の１つの入力信号と
なり、記憶回路３４へのもう一方の信号は分配器
２４のサイリスタMUへのゲート信号である。 分配器２４は、第９図のごとく時間t₁以前から
各ゲート信号MUS〜MZSを出力しているので、
記憶回路３４のＴ端子にパルス信号が加わつてい
る。記憶回路３４はＴ端子への入力信号が、Ｌか
らＨに変化する時点でのＤ端子への入力信号のレ
ベルをＱ端子に出力するようなフリツプフロツプ
である。 よつて、記憶回路３４の出力は第９図の信号３
４Ｓに示すように位相一致が行なわれて次のゲー
ト信号MUSの立上りの状態すなわち、時間t₂に
ＬからＨに変る信号となる。 信号３４ＳがＬからＨに変ると、AND回路２
９，３０Ｕ〜３０Ｚは信号３４Ｓ以外の入力信号
をそのまゝ通過させるため、主サイリスタ用ゲー
ト信号MUS〜MZSは第９図の斜線部のとおり、
各主サイリスタMU〜MZのゲートに印加され、
ゲート信号を印加されたサイリスタは直流電圧す
なわち、コンデンサ７の電圧が確立しているため
一斉に点弧する。 一方、補助パルス発生器２８の働きによつて補
助ゲート信号AUS〜AZSはAND回路３０Ｕ，３
０Ｗ，３０Ｙと、OR回路３１Ｖ，３１Ｘ，３１
Ｚを介してAND回路３０Ｖ，３０Ｘ，３０Ｚと
に第９図のごとく短パルスが補助サイリスタAU
〜AZのゲートに加えられている。しかし、信号
３４ＳがＬレベルの間はサイリスタのゲートまで
伝達されることが阻止されている。 時間t₂で信号３４ｓがＬからＨになると、
AND回路２９，３０Ｕ〜３０Ｚを通過状態にす
ると同時に、ワンシヨツトマルチ３５をトリガー
して時間t₂に短かい巾のパルス信号３５ｓが発生
する。この単パルス信号３５ｓはOR回路３１
Ｖ，３１Ｘ，３１ＺおよびAND回路３０Ｖ，３
０Ｘ，３０Ｚおよびゲートアンプ１６を通じて補
助サイリスタAV，AX，AZにゲート信号AVS，
AXS，AZSを送る。時間t₂では他の補助サイリ
スタAU，AW，AYにゲート信号AUS，AWS，
AYSが加わるタイミングでないため他のサイリ
スタは点弧しない。よつて、時間t₂に同時に３個
の主サイリスタMU，MY，MWと、３個の補助
サイリスタAX，AV，AZが点弧することにな
る。 ３個の主サイリスタMU，MY，MWの点弧に
よつて、インバータ８の出力端子間には第９図の
UV_-〓，VW_-〓，WU_-〓で示す出力電圧が発生す
る。これら３相インバータ出力電圧は、系統から
励起された出力変圧器９の１次巻線に加わる電圧
と同相の電圧であることは明らかである。 よつて、時間t₂以後、主サイリスタには第９図
の信号MUS〜MZSに斜線を施したとおりのゲー
ト信号が与えられることにより、系統電圧と同相
の出力電圧を発生し起動が成功する。 ところで、起動が成功するためには各主サイリ
スタのゲート信号がなくなる時期に、各サイリス
タが確実に消弧されOFF状態になる必要がある。
これを行なうために、３個の補助サイリスタ
AX，AV，AZが時間t₂で一斉に点弧するのであ
る。 第９図の３８US，３８VS，３８WSの記号で
示す波形は、第７図のインバータ８中の転流コン
デンサ３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗの端子電圧を左側
を正にとつて表したものである。 時間t₂以前は全てのサイリスタが点弧していな
いため、各コンデンサ３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗの
端子電圧は全て

〔０〕である。時間t₂でサイリス
タMU−AX、AV−MY、MW−AZにゲート信
号が送られ、これらのサイリスタが全て点弧する
ので、各コンデンサ３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗは直
流コンデンサ７の電圧により第９図の３８US，
３８VS，３８WSに示すごとく、短時間にほゞ
直流コンデンサ７の電圧と等しい値まで充電され
る。すなわち、コンデンサ３８Ｕは負に、コンデ
ンサ３８Ｖは正に、コンデンサ３８Ｗは負に充電
される。各転流コンデンサ３８Ｕ〜３８Ｗが第９
図に示す極性に充電されたことにより、主サイリ
スタMU〜MZは以後、確実な転流が可能となり、
主サイリスタのゲート信号がなくなる時点で対応
する補助サイリスタが点弧し、その主サイリスタ
をOFFするので、インバータ８は正常な運転状
態となる。 例えば、起動後の時間t₃では早くもサイリスタ
MWをOFFする必要があるが、時間t₃で第９図に
示すごとくサイリスタAWにゲート信号AWSが
加わる。よつて、サイリスタAWが点弧し負に充
電されたコンデンサ３８Ｗは、コンデンサ３８Ｗ
→リアクトル３７Ｗ→サイリスタMW→サイリス
タAW→リアクトル３６Ｗ→コンデンサ３８Ｗの
ループで短絡電流が流れ、主サイリスタMWの電
流を

〔０〕とした後、逆電圧を所定の時間印加し
て主サイリスタMWを完全にOFFさせる。図で
は、詳細に示していないが、微視的には、主サイ
リスタMWがOFFして後、すぐ主サイリスタMZ
が点弧するため、コンデンサ３８Ｗが図示のごと
く時間t₃で正に充電され、主サイリスタMZの消
弧にそなえる。 各サイリスタのペアーは上記のような動作をし
た後、繰返してインバータは正常な運転を続ける
ことになる。上記では主サイリスタMUのゲート
信号MUSの立上りからスタートすることで説明
したが、他の主サイリスタのゲート信号の立上り
時点からスタートさせることも可能である。その
場合、単パルス発生器３５からの単一パルスを印
加する補助サイリスタの組み合せも変えることは
明らかである。 ところで、時間t₂で図示しない回路が動作し、
第６図における電圧制御回路２６の入力短絡スイ
ツチ２７が開となる。よつて、電圧制御回路２６
が動作を開始する。電圧制御回路２６への入力信
号は、系統電圧の大きさを検出する電圧検出回路
２５の出力と、直流コンデンサ７の端子電圧の大
きさを検知する直流電圧検出器２１の出力信号で
ある。電圧検出回路２５の出力信号が基準信号で
あり、直流電圧検出器２１の出力信号がフイード
バツク信号である。よつて、電圧制御回路２６は
この両信号の差を演算増巾し、出力信号を位相制
御回路２３の入力に送る。電圧制御回路２６の出
力信号は系統電圧と、インバータ８の出力電圧と
の位相差基準信号であり、この位相差基準信号に
等しくなるようインバータ８の出力電圧位相が制
御される。 コンデンサ７の直流電圧の大きさとインバータ
８の出力電圧の大きさは一定の比例関係にあるこ
とは明らかである。上記の制御の目的は系統電圧
V〓_Sの大きさと、インバータ８の出力電圧V〓_Iの大
きさが等しくなるよう制御することであり、結局
起動時に無効電流の流出入を零にしたいためであ
る。 もちろん、起動直後にある値の無効電流の流出
入になるように制御することも可能である。その
ためには、電圧制御回路２６への入力信号に一定
のバイアスを加えても良いし、第３図及び第５図
に示すように電圧制御回路２０の前に無効電力制
御回路１９を設けることで達成できる。 前に述べたとおり、サイリスタを点弧しない状
態でスイツチ１０を閉じると、コンデンサ７は交
流電圧のピーク値まで充電されているため、起動
直後のインバータ８の出力電圧は系統電圧よりも
高いことが普通であり、進相の無効電流が突入電
流となつて流入する。この現象を速やかに消滅さ
せることが電圧制御の目的である。系統電圧とイ
ンバータ出力電圧が起動直後等しくなるよう制御
されるため、突入電流の流入は極く短時間で消滅
することになる。 〔発明の効果〕 この発明によると、次の如き効果が発生するこ
とは明らかである。すなわち、 (1) 直流電源部を省略したインバータによる無効
電力制御装置を実施出来るため小形化できる。 (2) 起動時、インバータ部から出力変圧器の励磁
電流を供給する必要がないため、直流電圧を定
格時の1/2〜1/5のレベルに設定して後、インバ
ータにゲート信号を与え、その後、定格電圧に
するという過程が省略できるので起動時間が短
縮出来る。 (3) 起動前は電圧制御回路を不動作にしておき、
起動直後、電圧制御回路を生かして系統電圧と
等しいインバータ電圧を出すので、起動突入電
流を速やかに減衰させることができる。 (4) ゲート信号のみのON−OFFで、起動、停止
が可能であるため、しや断器の開閉はインバー
タの事故以外には開閉が不要となり、制御回路
のみ生かしておけば、迅速に起動出来る無効電
力制御装置が実現でき、かつ、しや断器の機構
的な劣化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は無効電力制御の原理をしめす構成回路
図、第２図は無効電力制御の原理をしめすベクト
ル図、第３図は従来の電圧形インバータによる無
効電力制御装置の構成図、第４図は有効電力を取
り入れる場合のベクトル説明図、第５図は直流電
源部を省略した無効電力制御装置の構成図、第６
図は本発明に基づく起動方法を実現するための無
効電力制御装置の構成図、第７図は本発明に用い
る電圧形インバータの構成図、第８図はインバー
タの動作説明図、第９図は本起動法の動作説明図
である。図において、１は電力系統の電圧源、３
はリアクトル、７は直流コンデンサ、８はインバ
ータ、１３は位相検出回路、２２は位相制御回
路、３２は位相一致検出回路である。なお各図中
同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力系統と並列運転される直流コンデンサを
   直流電源とし、一対の主サイリスタを転流リアク
   トルを挾んで直列に接続した複数の直列体および
   一対の補助サイリスタを転流リアクトルを挾んで
   直列に接続した複数の直列体を前記直流コンデン
   サと並列に接続し、前記各主サイリスタに対し逆
   並列に接続されたダイオードと、前記主サイリス
   タの直列体の転流リアクトルと前記補助サイリス
   タの直列体の転流リアクトルとの間に接続した転
   流用コンデンサとを有する無効電力制御装置用電
   圧形インバータの起動方法において、 起動前は上記全サイリスタのゲート信号を阻止
   した状態で、インバータの交流端子に交流電圧を
   印加した上記直流コンデンサを充電し、 上記交流系統の電圧と同相の出力電圧を発生す
   るように上記ゲート信号の位相を制御する位相制
   御回路と、上記交流系統の電圧の位相と上記ゲー
   ト信号の位相差を検知する位相一致検出回路を有
   し、位相が一致するよう制御しておき位相が一致
   した時上記全サイリスタに上記ゲート信号が与え
   られるよう上記ゲート信号の阻止状態を解除する
   と共に点弧しない前記主サイリスタと並列の前記
   転流用サイリスタにのみ上記ゲート信号を与える
   ようにして起動する無効電力制御装置用電圧形イ
   ンバータの起動方法。