JPH0251359A

JPH0251359A - デイジタル移相器

Info

Publication number: JPH0251359A
Application number: JP63197170A
Authority: JP
Inventors: Wataru Miyake; 亙三宅
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1990-02-21
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2710792B2

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、１１１力変換機の制御装置に係り、特に、交
流電気車等の電力変換機の位相制御のために用いて好適
なディジタル移相器に関する。

［従来の技術］電力変換機の位相制御を行うために用いられる移相器に
関する従来技術として、例えば、マイコン等からの制御
遅れ角指令に従って移相パルスを発生する技術が知られ
ている。以下、この種従来技術の一例を図面により説明
する。

第５図は従来技術による移相器の一例の構成を示すブロ
ック図、第６図はその動作を説明する波形図である。第
５図において、４１〜４４はタイマである。

第５図に示す従来技術は、タイマ４１〜４４を移相器と
して用いるものである。このタイマ４１〜４４は、第６
図に示す電源である交流電圧１４のゼロクロス信号１５
をタイミング信号として動作し、その出力は、それぞれ
、対応する整流ブリッジ１段の制御のために用いられる
。

第６図に示す波形図は、１つのタイマ、例えば、タイマ
４１について、その動作を説明するものである。第５図
、第６図において、制御遅れ角指令４５は、タイマ４１
のプリセット値として指令される。この制御遅れ角指令
４５は、交流電圧１４のゼロクロス信号１５に同期して
タイマ４１に取り込まれ、タイマ４１は、直ちに与えら
れた指令４５の減算を開始する。そして、タイマ４１は
、そのカウント値が０”となったとき、整流ブリッジ八
点弧信号４６を出力する。この点弧信号４６は１次のゼ
ロクロス信号１５によって、指令４５がタイマ４１に取
り込まれるまで、継続して出力される。従って、第５図
に示す従来技術は、タイマ４１に与えられる制御遅れ角
指令４５の大きさを変化させることによって、整流ブリ
ッジ制御用の点弧信号４６のパルス幅を調節することが
できる。他のタイマ４２〜４４も、同様に、それぞれに
印加される制御遅れ角指令を受けて、対応する整流ブリ
ッジを制御する点弧信号４６を出力する。

なお、前述のような移相器に関する従来技術として、例
えば、特開昭５７−１６８３１５号公報、特開昭６０−
９６１９４号公報等に記載された技術が知られている。

［発明が解決しようとする課題］前記従来技術は、タイマのカウント値が時々刻々に変化
するため、制御遅れ角指令４５を任意のタイミングで変
更することが困難であり、従って。

電源電圧の半周期内に制御遅れ角指令４５を複数回変更
することが、はとんど不可能であった。このため、前記
従来技術は、制御の応答を高速に行わせることが困難で
あり、例えば、電源電圧の変動等の外乱があった場合に
、即座に制御遅れ角指令を変更して、その影響を低減す
ることが困難であるという問題点を有していた。

また、前記従来技術は、整流ブリッジが複数備えられる
電力変換機を制御する場合には、整流ブリッジの数と同
数の移相器が必要であるという問題点があった。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、制御
遅れ角指令を任意のタイミングで変更できるようにして
、制御の応答性を向上させ、整流ブリッジの数が複数の
場合にも、１つの移相器でこれらを制御できるようにし
たディジタル移相器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、前記目的は、交流電圧の電気角に対応
した値と、制御遅れ角指令に対応した値とを、コンパレ
ータにより比較し、このコンパレータの出力を選択して
、指定した整流ブリッジの点弧指令とすることにより達
成される。

［作用］コンパレータの一方の入力には、交流電圧の電気角に対
応した値が与えられ、他方の入力には、制御遅れ角指令
が与えられる。そして、これらの大小関係がコンパレー
タで比較され、その比較結果が点弧指令として出力され
る。このような構成によれば、制御遅れ角指令を、交流
の電気角によって変化させる必要がないので（前記従来
技術においては、交流電圧のゼロクロス点以外で制御指
令を変化させたい場合には、その電気角に応じて指令値
を変化させる必要がある。）、制御遅れ角指令を任意の
タイミングで変更することが可能となる。

また、コンパレータの出力、すなわち、点弧指令をデマ
ルチプレクサ等による選択回路により、ある整流ブリッ
ジへの点弧指令として与え、その他の整流ブリッジに対
しては、オンまたはオフ指令を与えるようにすれば、１
つの移相器で複数の整流ブリッジの制御を行うことが可
能となる。

［実施例］以下、本発明によるディジタル移相器の一実施例を図面
により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図はその動作を説明する波形図である。

第１図において、１はカウンタ、２，５，７はフリップ
フロップ、３はコンパレータ、４はデマルチプレクサ、
６は論理回路、８はゲートパルス発生器、９はパンタグ
ラフ、１０は変圧器、１１は整流器、１２は負荷、１４
は架線である。

第１図に示す本発明によるディジタル移相器の一実施例
は、クロック信号２７を計数し、第２図に示す交流電圧
１４のゼロクロス信号１５でリセットされることにより
交流電圧１４の電気角に対応したデータを出力するカウ
ンタ１．制御遅れ角指令２８をラッチするフリップフロ
ップ２．カウンタ１の出力とフリップフロップ２の出力
を比較するコンパレータ３、コンパレータ３の出力光を
切り換えるデマルチプレクサ４、点弧指令２９をラッチ
するフリップフロップ５、デマルチプレクサ４とフリッ
プフロップ５の出力の論理演算を行う論理回路６、論理
回路６の出力をゼロクロス信号１５が与えられる迄保持
するフリップフロップ７から構成される。

前述のように構成される本発明の一実施例によるディジ
タル移相器が制御の対象とする電力変換機は、例えば、
交流電気車における主回路であり、ゲートパルス発生器
８と整流器１１と変圧器１０とにより構成されている。

そして、この主回路は、パンタグラフ９を介して得た架
線１４からの交流電力を変圧器１０で受け、整流器１１
を介して車両駆動用モータ等の負荷１２を駆動する。整
流器１１は、複数の整流ブリッジが直列接続されて構成
されており、ゲートパルス発生器８より与えられるゲー
ト制御信号により、１個の整流ブリッジが制御され、他
の整流ブリッジが、オンまたはオフに制御されて、その
出力電圧が制御されるものである。

第２図に示す波形図において、三角波１６は、クロック
２７をカウントするカウンタ１の出力をアナログ信号で
示したもので、交流電圧１４の電気角に対応したもので
ある。また、階段状の波形１７は、制御遅れ角指令２８
を受けるフリップフロップ２により１旦ラッチされた後
に出力される制御遅れ角指令である。コンパレータ３は
、カウンタ１の出力とフリップフロップ２の出力とを比
較し、フリップフロップ２の出力、すなわち、制御遅れ
角指令１７が大きくなったとき出力を発生する。この出
力は、制御遅れ角指令１７が大きくなると、そのパルス
幅が広がる移相信号であり、整流ブリッジに対する点弧
信号となるもので、波形１８に示すようになる。この信
号は、デマルチプレクサ４に入力される。

いま、デマルチプレクサ４の２つの出力２０゜２１に注
目することにする。デマルチプレクサ４は、その制御信
号１９が′０″のときに、入力信号１８を出力２０に、
また、制御信号１９がｔｌＩｌｌのときに、移相信号１
８を出力２１に伝達するように動作し、時刻ｔ１以前で
前述の制御信号１９が“０”、フリップフロップ５の出
力２２．２３が“０”であるとする。フリップフロップ
５は、点弧指令２９を受け、整流器１１内のどの整流ブ
リッジをオン状態とするかを示す情報をラッチしている
。

前述の時刻ｔ１以前の状態で、制御信号１９がＨＯＩＴ
であるため、移相信号１８は、デマルチプレクサ４の出
力２０に伝達され、論理回路６に印加される。論理回路
６に与えられるフリップフロップ６の出力２２は“Ｏ”
となっているので、出力２０からの移相信号１゛８は、
このままの形で、次のゼロクロス信号まで、この移相信
号１８をラッチするフリップフロップを介して、点弧指
令信号２４としてゲートパルス発生器８に与えられる。

ゲートパルス発生回路８は、これにより、整流器１１の
最下段の第１の整流ブリッジに、移相信号１８に基づく
ゲート制御信号を与えて、整流ブリッジを制御する。こ
のとき、他の整流ブリッジは、時刻ｔ１になると、デマ
ルチプレクサ４の制御信号１９が′″１″となり、フリ
ップフロップ５の出力２２が′１″となる。この結果、
移相信号１８は、デマルチプレクサの出力２１、論理回
路６゜フリップフロップ７を介して、点弧指令信号２５
としてゲートパルス発生器８に与えられる。また、フリ
ップフロップ５の出力２２、すなわち、第１の整流ブリ
ッジに対する点弧指令が′″１″となったことにより、
フリップフロップ７の出力である点弧指令信号２４は、
制御遅れ角ＩＩ　Ｏｌｊの信号となる。ゲートパルス発
生器８は、これにより、前記最下段の第１の整流ブリッ
ジをオン状態に制御し、その次の段の第２の整流ブリッ
ジに、移相信号１８に基づくゲート制御信号を与゛えて
、整流ブリッジを制御する。このとき、さらに上段にあ
る他の整流ブリッジは、オフ状態となっているので、整
流器１１の出力電圧は、第１の整流ブリッジによる制御
されていない出力電圧に、制御された第２の整流ブリッ
ジの出力電圧が加算されて、時刻ｔ１以降の波形２６の
ようになる。このような制御を続けることにより、整流
器１１の出力電圧は、徐々に上昇するように制御される
。同様にして。

整流器１１の出力電圧を降下させる制御を行うことも可
能である。

前述した本発明の実施例は、制御遅れ角指令２８と点弧
指令２９とにより、前述のようにして、整流器１１内の
整流ブリッジの１個に対するゲート制御を行い、他の整
流ブリッジをオンまたはオフに制御することができるの
で、直列接続された複数の整流ブリッジにより構成され
る整流器を、１個の移相器で制御することが可能であり
、制御遅れ指令の変更を、交流電圧の電気角に規制され
ずに任意の時点で行うことができ、応答性の高い制御を
行うことが可能となる。

第３図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図、
第４図は動作を説明する波形図である。

第３図において、１３はＲＯＭであり、他の符号は第１
図の場合と同一である。

第３図に示す本発明の他の実施例は、カウンタ１の出力
をＲＯＭ１３のアドレス信号とし、ＲＯＭ１３の出力２
７を交流電圧１４の電気角に対応した信号としてコンパ
レータ３に与えている点で第１図に示す実施例と相違し
、その他は、同様に構成されている。

一般に、交流電圧の位相制御では、整流器の直流出力電
圧の交流電圧に対する比は、制御遅れ角をαとすれば、
（１＋ｃｏｓα）／２となる。従って、第３図に示す本
発明の実施例では、ＲＯＭ１３のデータを、第４図の波
形２７に示すように、（１＋ｃｏｓα）／２の波形が出
力されるように設定している、第３図に示す実施例は、
これにより、制御遅れ角指令２８と整流器１１の出力電
圧とが比例関係となるようにすることができ、非線形性
を打ち消すことができるので、制御性能を向上させるこ
とができる。

前述した本発明の実施例は、電気車の主回路における整
流器の制御に用いるとして説明したが、本発明は、負荷
に加える直流電圧を変化させるような、他の技術分野に
おいても用いることができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、制御遅れ角指令
を任意のタイミングで変更できるので、例えば、電源電
圧の変動等の外乱に対しても、高速に応答して制御遅れ
角指令を調整することが可能であり、外乱の影響を低減
することができる等の制御性能の向上を計ることができ
、また、整流ブリッジが複数備えられる場合にも、１台
の本発明による移相器で対応することができるため、特
に、多段構成の整流器の制御のための制御装置の小形化
を計ることができる。

また、本発明によれば、ＲＯＭを用いることにより、制
御遅れ角指令と整流器出力電圧とが比例関係となるよう
な信号を発生することができるので、指令と出力電圧の
非線形性を打ち消すことが可能となり、制御性能をさら
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図はその動作を説明する波形図、第３図は本発明の他
の実施例の構成を示すブロック図、第４図はその動作を
説明する波形図、第５図は従来技術の一例の構成を示す
ブロック図、第６図はその動作を説明する波形図である
。１・・・・・・カウンタ、２，５．７・・・・・・フリ
ップフロップ、３・・・・・・コンパレータ、４・・・
・・・デマルチプレクサ、６・・・・・・論理回路、８
・・・・・・ゲートパルス発生器、９・・・・・・パン
タグラフ、１０・・・・・・変圧器、１１・・・・・・
整流器、１２・・・・・・負荷、１３・・・・・・ＲＯ
Ｍ、１４・・・・・・架線。第図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１、整流ブリッジに対する点弧指令を生成する移相器に
おいて、電源電圧の電気角に相当する信号を出力する手
段と、制御遅れ角指令を保持する手段と、これらの手段
の出力を比較する比較手段と、該比較手段の出力を交流
電圧の次のゼロクロス位置まで保持する手段とを備え、
前記比較手段の出力を保持する手段の出力を点弧指令と
して出力することを特徴とするディジタル移相器。２、前記比較手段の出力を複数の整流ブリッジの１つに
分配するために、さらに分配手段を備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のディジタル移相器。３、前記分配手段の出力と、該分配手段の出力によつて
制御されない他の整流ブリッジに対する点弧指令とを論
理演算する手段をさらに備えることを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載のディジタル移相器。４、前記電源電圧の電気角に相当する信号を出力する手
段がカウンタにより構成されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項、第２項または第３項記載のディジタル
移相器。５、前記電源電圧の電気角に相当する信号を出力する手
段がＲＯＭにより構成されることを特徴とする特許請求
の範囲第１項、第２項または第３項記載のディジタル移
相器。