JPH0435996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、交流から直流への整流と直流電源か
ら交流供給源への電力回生を行なうことのできる
回生式整流器回路に関するものである。

回生特性は工作機械駆動装置が速度制御の変化
の応答を急速に行わせるために必要とされること
がしばしばある。工作機械のモーターへの周波数
コマンドが減少しかつモーターに負荷がかかつて
いないときには回生によつてモーターの慣性が電
気エネルギーに変換できれば摩擦や巻線損失によ
つて、モーターの速度が落ちるまで待つ必要はな
くなる。いくつかの先行技術による駆動方式で
は、回生エネルギーは、抵抗器によつて消費され
ている。

この発明の１つの目的は交流−直流−交流可変
電圧、可変周波数の交流モーター駆動装置から交
流電源への回生能力を与える回生式整流器回路を
提供することにある。

この発明のもう１つの目的は交流−直流−直流
可変電圧直流モーター駆動装置または、交流−直
流可変電圧直流モーター駆動装置から交流電源へ
の回生能力を与える回生式整流器回路を提供する
ことにある。

この発明のさらにもう１つの目的は交流−直流
整流器に直流出力の極性を反転させないで整流器
の直流出力の電源の流れの方向を反転させること
によつて、直流電源から交流電源への電力回生能
力を与える回生式整流器回路を提供することにあ
る。

発明の構成 本発明の構成は下記の示す通りである。即ち、
本発明は、ブリツジ形に配列された複数個のゲー
ト制御整流素子を有する移送制御３相整流装置
と、 各々のゲート制御整流素子とそれぞれ逆並列に
配列され、それぞれ自励転流能力を具え、インバ
ータを構成する複数の制御可能スイツチ手段と、 前記整流装置の出力電圧を検知する手段と、 外部負荷への電流の流れの方向を検知する手段
と、及び 整流装置の出力電圧を検知する手段と外部負荷
への電流の流れを検知する手段に感応し、前記複
数個のゲート制御整流素子と前記複数個の制御可
能スイツチ手段とに結合され、前記整流素子の位
相の遅れと前記制御可能スイツチ手段の位相の進
みを調整し、外部負荷への電流を流れの方向、な
らびに、直流電圧コマンド指令値と前記外部負荷
の端子間の実際直流電圧との差に応動し、負荷に
供給される電流が正であれば、コマンド指令した
直流電流を与えるように前記整流素子の位相の遅
れを調節し、前記負荷の前記電流がゼロか負であ
る場合には、制御スイツチ手段の位相の進みによ
つて交流電源に回生電流を流るようにする制御手
段とから構成される、３相交流電源から入力電力
を受入れ、外部負荷に直流電流を供給し、外部直
流電圧コマンド指令値に応動する、位相制御３相
交流用回生式整流器回路としての構成を有するも
のであり、或いはまた、 ブリツジ形に組まれ、３個のサイリスタのいず
れもがそれぞれ前記のブリツジの各枝の上半にあ
り、３個のダイオードのいずれもがそれぞれ前記
ブリツジの各枝の下半にあるように接続された３
個のサイリスタと３個の整流ダイオードと、 １個のトランジスタと１個のダイオードの直列
接続を３組構成するように接続され、そのいずれ
の組もそれぞれ前記のサイリスタの各１個と逆並
列に結合している３個のトランジスタと３個の阻
止ダイオードと、 ３個の付加トランジスタの１つずつが、前記の
ブリツジの下半においてそれぞれ前記の整流ダイ
オードの１個と逆並列に接続されている３個の付
加トランジスタと、 そのブリツジの直流出力の端子間に接続されて
いるフリーホイーリング・ダイオードと、 前記の負荷へ流れる電流の方向を測定する手段
と、及び、 前記トランジスタ及びサイリスタの各々に結合
され、かつ電流の流れを測定する手段に結合さ
れ、負荷への電流の流れの方向と、コマンド指令
した直流値に応動する、前記サイリスタの位相の
おくれと、前記トランジスタの位相の進みを調節
する制御手段とからなる、３相交流電源から電力
入力を受け、直流電流を負荷に供給し、直流電圧
コマンド指令値に感応する、位相制御３相交流用
回生式整流器回路としての構成を有するものであ
り、或いはまた、 前記制御手段は、 位相検出器と、 位相検出器の出力に結合された低域波器と、 １つの入力において前記低域波器の出力を受
け、もう一方の入力では、前記の実際電圧とコマ
ンドされた直流電圧との間の電圧差を受ける加算
増幅器と、及び、 加算増幅器の出力電圧に応答し、線間交流電源
の各相のゼロ交差点に対して、遅れまたは進みの
周波数を与え、前記サイリスタとトランジスタを
制御する電圧制御発振器と、 電圧制御発振器の位相した出力周波数と線間交
流電源の各相のゼロ点交差を表わす同期周波信号
とを比較する前記検出器とを具える、位相制御３
相交流用回生式整流器回路としての構成を有する
ものである。

発明の要約 この発明を１面から言えば３相交流用回生式整
流器は３相整流ブリツジを使用して交流から直流
へと電力の流れを変える。入力周波数で入力交流
電圧が反転されることによつて整流器装置中の電
流が転流される（即ち、ターンオフされる）。電
力用トランジスタまたは電界効果トランジスタの
ような自己転流能力（自己消弧能力）を持つ制御
スイツチが各整流装置に逆並列に接続されて電流
が回生期間中に整流器の直流出力から交流電源に
戻る通路を与えている。制御手段が３相電圧を検
知し、トランジスタを交流電源と位相を合せてス
イツチングする。トランジスタの転流はその自力
によるターンオフ能力によつて行なわれる。

発明の詳細な説明 その中の数字が対応する要素を示している図面
を参照してみると、第１図は交流−直流変換器１
と制御装置３が図示してある。変換器１は６個の
ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５および
Ｄ６を持つ３相ダイオード・ブリツジで出来てい
る。このブリツジの各脚（leg）には３相交流電
源（図示されていない）の１相が印加されてい
る。Ａ相はダイオードＤ１とＤ４の間に接続さ
れ、Ｂ相はダイオードＤ３とＤ６の間、Ｃ相はダ
イオードＤ５とＤ２の間に接続されている。変換
器１の各ダイオードにはそれぞれの両端にＴ１か
らＴ６までのNPNトランジスタが接続され、各
トランジスタのコレクタは各ダイオードのカソー
ドに、各トランジスタのエミツタは各ダイオード
のアノードに接続されている。トランジスタのＴ
１からＴ６は１つのインバータを形成している。
トランジスタＴ５のコレクタとトランジスタＴ２
のエミツタの間には、インダクタ１７とコンデン
サ１９との直列組合せからなるフイルタが接続さ
れている。回生式整流器回路の直流出力はコンデ
ンサ１９の両端から得られる。電流制御か電圧制
御形かいずれの形のインバータでもこの整流器の
出力に接続できる。

制御装置３はそれぞれ２３ａ，２５ａおよび２
７ａの１次巻線を持つ３個の変成器からなり、各
変成器はそれぞれ２３ｂ，２３ｃおよび２３ｄ，
２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄそれに２７ｂ，２７
ｃおよび２７ｄからなる３個の２次巻線を持つて
いる。この３つの変成器の１次巻線はデルタ形に
接続されており、Ａ相電圧は巻線２３ａと２５ａ
の接合部に接続され、Ｂ相電圧は巻線２３ａと２
７ａの接合部に接続され、Ｃ相電圧は巻線２５ａ
と２７ａの接合部に接続されている。２次巻線２
３ｂ，２５ｂおよび２７ｂはデルタ形に接続され
ている。電流測定抵抗器２９の一端は巻線２３ｂ
と２５ｂの接合部に接続され、電流測定抵抗器３
１の１端は巻線２３ｂと２７ｂの接合部に接続さ
れ、電流測定抵抗器３２の１端は巻線２５ｂと２
７ｂの接合部に接続されている。抵抗器２９，３
１および３２のそれぞれのもう一方の端はダイオ
ードＤ７からＤ１２までを持つ３相全波ダイオー
ド・ブリツジ３５の単相入力となつている。ダイ
オード・ブリツジ３５の整流出力の両端にはイン
ダクタ３７と抵抗器３９が直列に接続されてい
る。

２次巻線２３ｃと２５ｃは直列に接続されてい
る。この直列組合せの両端には負荷抵抗器４１が
接続されている。抵抗器４１の１端は制御回路地
気に接続され、他の１端はＡ相の制御回路４３の
Ａ相線一中性線間電圧を与えている。Ａ相の制御
回路４３のもう一方の入力は、抵抗器２９の両端
から取られている。制御回路４３にある差動増幅
器４５は抵抗器２９の両端に接続されている。差
動増幅器４５の出力はＡ相の線電流と同位相にな
る。差動増幅器４５の出力は絶対値回路４７に接
続され、この回路は電流コンパレータ４９の非反
転入力に接続されている。反転入力は制御回路地
気に接続されている。負荷抵抗器４１からのＡ相
線−中性線電圧は制御回路４３を正コンパレータ
５１の非反転入力と負荷コンパレータ５３の反転
入力とに接続される。正コンパレータ５１の反転
入力と負コンパレータ５３の非反転入力とは制御
回路地気に接続される。電流コンパレータ４９の
出力は２入力アンド・ゲート５５の１方の入力に
接続される。正コンパレータ５１の出力は２入力
アンド・ゲート５５のもう１つの入力に接続され
る。２入力アンド・ゲート５５の出力はベース電
流増幅器とアイソレータ５７に接続され、これが
トランジスタＴ１のベース電流となる。２入力ア
ンド・ゲート５９な電流コンパレータ４９の出力
を１方の入力に、負コンパレータ５３の出力をも
う１方の端子に接続されている。２入力アンド・
ゲート５９の出力はベース電流増幅器とアイソレ
ータ６０に接続され、ついでこれがトランジスタ
Ｔ４のベース電流となる。Ｂ相の制御回路６１が
トランジスタＴ３とＴ６のベース電流を供給し、
これも制御回路４３と同じ構成と要素を持つてい
る。制御回路６１の１入力は巻線２７ｃと２３ｄ
の直列の組合せの両端に接続されている抵抗器６
２の１端から取られた線路−中断線電圧である。
制御回路６１のもう１つの入力は抵抗器３２の両
端の電圧である。同様に、制御回路６３はトラン
ジスタＴ５とＴ２にベース電流信号を送り、２次
巻線２５ｄと２７ｄの直列組合せに並列に接続さ
れた抵抗器６４の１端から取られたＣ相−中性線
電圧と電流測定用抵抗器３１の端子間の降下電圧
を入力にしている。

ここで第１図の動作を説明するが、この場合の
状態としては、コンデンサ１９の端子間に現われ
る電圧出力は電圧源インバータの直流リンク電圧
として働き、これはパルス幅変調電流または電圧
制御形であつて、可変電圧および可変周波数の電
力をモーターのような回生可能な負荷に供給して
いるものとする。第２図Ａ−Ｆは第１図の動作を
説明するのに役立つ。第２図Ａは交流の相線−中
性線間電圧の１相の波形説明図である。第２図Ｂ
は整流器の運転中での（交流から直流への電力を
流れ）ダイオード電流の波形の説明図を示す。第
２図Ｃは回生中のトランジスタ電流の波形説明図
を示す。第２図Ｄは運転中の交流線路電流の波形
説明図を示す。第２図Ｅは回生中の交流線路電流
の波形説明図を示す。第２図Ｆは運転中と回生中
のダイオードＤ１とトランジスタＴ１の両端の電
圧（第１図のV_1-2）の波形説明図を示す。

第１図に示すダイオード・ブリツジはコンデン
サ１９の両端に現われる直流リンク電圧により制
御や調整を受けない。運転中の連続通電時での入
力線路電流は交流入力線路を60°の無電流期間で
区切られた120°の期間の交流の形で流れる。それ
ぞれの電流の120°期間の中心は第２図Ａに示す相
線−中性線電圧波形の正のピークとほぼ合つてい
る。入力周波数での入力電圧の反転によつてダイ
オード電流は転流される。運転中のダイオード電
流は第２図Ｂに示される。モーター（図示されて
いない）からの電圧がインバータ（これも図示さ
れていない）を通つて反射され、コンデンサ１９
の端子間に現れた時に起る回生の間はコデンサ１
９の端子間の電圧は交流電源から供給される電圧
より大きい。コンデンサ１９の端子間の反射され
た電圧は直流電流の方向を反転させる。回生電流
の通路は６個の電力用トランジスタＴ１からＴ６
によつて作られる。第２図Ｇに示すように各トラ
ンジスタの通電角は入力交流サイクルの120°であ
り、通電幅は同期され対応する交流相の相線−中
性線間電圧の正のピーク値にほぼ中心が合つてい
る。６個のトランジスタへのベース駆動信号は制
御回路３から供給される。回生中の各トランジス
タからの電流の転流はそのトランジスタの自己タ
ーン・オフ能力によつて行なわれる。

３相低電力整流器（３相全波ダイオード・ブリ
ツジ）３５は電流を変成器２３，２５とおよび２
７から供給される。この変成器は電源と制御回路
４３，６１，６３の間を絶縁している。信号レベ
ル整流器（３相全波ダイオード・ブリツジ）３５
は運転中整流器を流れる電流の見本を与えてい
る。しかしこの見本信号は主電力回路が整流と逆
用変換する間のゼロ電流期間に転換する間もなく
ならない。即ち、インダクタ３７と抵抗器３９か
らなる直流負荷によつて、主整流器インダクタ１
７を流れる電流と位相が合つた、また特性のよく
似た電流が維持される。

電流測定用抵抗器２９，３１および３２は低電
力整流器へ行く交流入力リード中におかれてい
る。これらの抵抗器は電流信号に歪を与えないよ
うに、負荷抵抗器３９よりもずつと小さい抵抗値
を持つている。制御回路３の差動増幅器４５は、
回生式整流器回路のＡ相の線路電流と同位相であ
る電流測定用抵抗器２９の端子間の電圧降下を検
出する。差動増幅器４５の出力は信号地気を基準
にして、120°通電交流波形である。交流電流信号
は絶対値回路４７で整流され、電流コンパレータ
４９のゼロ・ボルトと比較される。出力信号は全
周期の中240°の間正である。

Ａ相の線路−中性線電圧は２次巻線２３ｃおよ
び２５ｃでの線路間電圧の相変換によつて得られ
る。２次巻線２３ｃと２５ｃは直列に接続され、
直列組合せの合成電圧は相線−中性線間電圧と同
位相でこれと比例する。このようにして得られた
相線−中性線電圧は正コンパレータ５１と負コン
パレータ５３のゼロ・ボルトと比較される。正と
負のコンパレータ５１と５３はそれぞれ相線−中
性線電圧を２つの信号に分ける。その１つは相線
−中性線電圧の正の半サイクルの180°の間正であ
るもの、もう１つの信号は相線−中性線電圧の負
の半サイクルの間正であるものである。

正のコンパレータ５１の出力信号と電流コンパ
レータ４９の出力信号とは２入力アンド・ゲート
５５で組合せられる。120°幅で相線−中性線電圧
の正のピークに中心が来ているアンド・ゲートか
らの出力信号は増幅され、ベース電流増幅器から
なるアイソレータ５７によつて抵抗的に分離され
て、トランジスタＴ１のベース電流信号となる。
負コンパレータ５３からの相線−中性線電圧の負
の半サイクル２入力アンド・ゲート５９で電流コ
ンパレータ４９の出力と組合せられて、相線−中
性線電圧の負のピークに中心のある120°幅の信号
をベース電流増幅器６０に供給し、トランジスタ
Ｔ４のベース電流信号となる。Ｂ相の制御回路６
１も同じようなやり方で動作しトランジスタＴ３
とＴ６にベース電流信号を供給する。同様に、Ｃ
相の制御回路６３はトランジスタＴ５とＴ２にベ
ース信号電流を送る。トランジスタＴ３，Ｔ５，
Ｔ６，Ｔ２ではＡ相からＢ相またはＣ相への代り
の通電路はできない。それは信号整流器内で電圧
波形からベース電流信号が作られる方法のために
これらのトランジスタはダイオードＤ１、トラン
ジスタＴ１、ダイオードＤ４またはトランジスタ
Ｔ４に電流が流れているとき、ベース電流信号を
受けないからである。コンバータ１の中のトラン
ジスタがバイアスされて通電する順序はＴ１，Ｔ
２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ１…、で同時に
組になつて（Ｔ１とＴ２，Ｔ２とＴ３、等）つぎ
つぎと通電する。

非常に負荷が軽い状態で直流リンク・インダク
タンスが限定されている時には与えられた120°幅
の時間中は電流は例えば、ダイオードＤ１でもト
ランジスタＴ１でも、どちらでも流れることがで
きる。運転中および回生中にベース電流信号を加
えると、システムは円滑に運転状態から回生状態
に変換する。

第３図は第１図の回生式整流器回路でトランジ
スタと反転ダイオード（reverse diode）の各並
列組合せを電力用MOSFETで変換した状態を示
す。初めから一体に集積化された反転接合型整流
器（reverse junction rectifier）である、Ｎチヤ
ネル・エンハンスメント形MOSFETを示す。ダ
イオードＤ１とトランジスタＴ１はMOSFET、
Ｍ１でおきかえられ、ダイオードＤ２とトランジ
スタＴ２はMOSFET、Ｍ２でおきかえられ、同
様にして、ダイオードＤ３からＤ６までとＴ３か
らＴ６まではそれぞれMOSFET、Ｍ３からＭ６
までによつて置きかえられている。反転PN接合
型整流器を一体化した電力用MOSFETも例え
ば、カリフオルニア州のＥ１セグメントにあるイ
ンターナシヨナルレクテイフアイヤー社から入手
することができる。

第１図の制御器３の線路電流測定の別の方法が
第３図に示されている。ダイオードＤ７からＤ１
２までを有する低電力３相全波整流器に電流測定
用抵抗器６５，６７および６９を通じて、高圧３
相電源により直接圧力がかかつている。第１図に
見るように、ダイオード・ブリツジの出力の両端
に抵抗器３９とインダクタ３７が直列に接続され
ており、主整流器と同位置で運転（電力の流れは
交流から直流）特性の近似した電流信号を出して
いる。信号整流器（３相全波ダイオード・ブリツ
ジ）３５を流れている電流は小さいが、信号整流
器（３相全波ダイオード・ブリツジ）３５に印加
されている電圧は定格３相電源電圧である。第１
図の制御回路４３，６１および６３の差動増幅器
４５は第３図では同相電圧成分弁別比（common
mode voltage rejection ratio）（ここでは、同
相成分弁別比は差動増幅器が両方の入力端子に同
時に同じ位相で現われる信号をどれだけ無視でき
るかについての電圧比で表わした尺度として定義
される）が非常に高い計測用増幅器７１によつて
おきかえられている。それは電流測定用抵抗器６
５，６７，６９の両端での電圧降下はそれぞれ制
御回路４３，６１，６３に対する望ましい入力信
号であるからである。計測用増幅器７１への入力
の抵抗器によつて、入力電源とロジツク・レベル
制御回路４３，６１および６３の間のインピーダ
ンスは非常に高くなるが抵抗的にアイソレート
（分離）はしない。

第３図の回路の動作は本質的に第１図の回路と
同じである。電力用MOSFET回生回路を第１図
の制御回路３の代りに使用することができる。第
３図の制御装置３をバイポーラ・トランジスタを
持つて第１図の制御装置３の代りに使用すること
もできる。第３図の回路の単相の具体例が第９図
に示されており、これについては後で述べる。

第４図Ａと第４図Ｂは本発明のもう１つの具体
例を示すものであつて、６個のサイリスタSCR
１からSCR６を持つ３相サイリスタ・ブリツジ
によつて構成された位相制御回生式整流器回路７
３から成り、３相電源電圧のＡ相が直列接続のサ
イリスタSCR１およびSCR４の間の接合部に接
続されている。Ｂ相電圧は直列接されたサイリス
タSCR３とSCR６の接合部に接続され、Ｃ相電
圧は直列接続されたサイリスタSCR５とSCR２
の接合部に接続される。回生式整流器回路７３は
さらに、各サイリスタとそれぞれ並列に接続され
たダイオードとトランジスタの直列の組合せたも
のでそれぞれ構成されている。ダイオード７７の
アノードはサイリスタSCR１のカソードと接続
されている。トランジスタ７９のコレクタはダイ
オード７７のカソードに接続される。トランジス
タ７９のエミツタはサイリスタSCR１のアノー
ドおよびＡ相電圧に接続される。ダイオード８１
のアノードはサイリスタSCR４のカソードおよ
びＡ相電圧に接続され、ダイオード８１のカソー
ドはトランジスタ８３のコレクタに接続される。
トランジスタ８３のエミツタはサイリスタSCR
４のアノードに接続される。サイリスタSCR３、
SCR６、SCR５およびSCR２のそれぞれの両端
のダイオードとトランジスタ直列の組合せはそれ
ぞれ８５と８７，８９と９１，９３と９５、およ
び９７と９９である。

制御装置７５は線路電圧Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ
変成器１０５，１０７，１０９で受ける。変成器
１次巻線１０５ａは線路電圧ＡとＢの間に接続さ
れ、１次巻線１０７ａは線路電圧ＢとＣの間に接
続され、１次巻線１０９ａは線路電圧ＣとＡの間
に接続される。正のコンパレータ１１１，１１３
および１１５はデルタ接続された２次側の１０５
ｂ，１０７ｂ，１０９ｂの線路電圧のそれぞれの
正の180°の部分を検出する。負のコンパレータの
１１７，１１９，１２１はデルタ接続された２次
側の１０５ｂ，１０７ｂ，１０９ｂの線間電圧の
それぞれの負の180°の部分を検出する。コンパレ
ータ１１１，１１３，１１５，１１７，１１９、
及び１２１の各出力はそれぞれの単安定マルチバ
イブレータ１２３，１２５，１２７，１２９，１
３１、及び１３３に接続され、それはいずれも入
力パルスの立上り部によつてトリガーされたと
き、出力パルを出す。単安定マルチバイブレータ
の出力信号はオア・ゲート１３５で組合せられ
る。

外部直流電圧コマンド（指令値）E_dc ^*が加算器
１３７の１つの入力に加えられ、コンデンサ１１
３の端子の実際の直流電圧に比例した信号が演算
増幅器１３９によつて加算器の他の１方の入力に
加えれる。この演算増幅器はコンデンサ１１３の
端子間に直列に接続された抵抗器１４０と１４１
からなる分圧器から入力電圧を受けている。加算
器１３７に加えられる２つの信号の間の電圧差ま
たは誤差信号が制御スイツチ１４３に印加され
る。スイツチ位置はスイツチ制御器１４４によつ
て決められる。誤差信号は直接、移相制御回路１
４２に加えられるか、または、最初信号変換器１
４５によつて変換される。移相制御回路１４２は
入力が２つある移送検出器から成つている。第１
の入力はオア・ゲート１３５の出力に接続されて
いる。移相検出器の出力はループ・フイルタ１４
７に接続している。ループ・フイルタの出力は加
算器１３７からの誤差信号と一緒になつて、加算
増幅器１４８で加算されて電圧制御発振器１４９
の入力電圧となり、発振器出力信号は３つのフリ
ツプ・フロツプ１５０，１５１，１５２をクロツ
クする。フリツプ・フロツプはそれぞれ反対の状
態にある２つの出力を持つている。フリツプ・フ
ロツプはお互いに、環状計数器状に接続され、適
当な順序で状態を変え、それは表示された順序に
従つてSCR１からSCR６までか、またはトラン
ジタの７９，９９，８７，８３，９５、及び９１
に信号を送る。

電流測定用抵抗器１５７の一端はトランジスタ
９９のエミツタとコンデンサ１１３の接合点に、
もう１つの端は回生式整流器回路の直流出力の負
端子に接続される。電流測定（検知）用抵抗器１
５７は電流センサとして使用される。抵抗器端子
間と電圧降下は演算増幅器１５９の入力となる。
抵抗器１５７とコンデンサ１１３との接続点は回
生式整流器回路の直流出力の負側でもあるが、ロ
ジツク回路の接地点となつている。

演算増幅器１５９の出力は正のコンパレータ１
６１と負のコンパレータ１６２に接続される。正
と負のコンパレータの反転入力と非反転入力はそ
れぞれ制御回路接地に接続される。12個の２入力
アンド・ゲート１６３から１７４まではそれぞれ
ゲート駆動およびベース駆動回路１８３から１９
４までを通してサイリスタSCR１からSCR６ま
でへのゲート駆動回路とアイソレータへそれぞれ
信号を送り、トランジスタ７９，８３，８７，９
１，９５、及び９９へのベース駆動信号アイソレ
ータへそれぞれ信号を送つている。サイリスタ・
ゲート駆動回路と一緒になつて２入力アンド・ゲ
ートはそれぞれ負コンパレータ１６２の出力から
入力信号を受ける。ベース駆動回路と一緒になつ
てそれぞれの２入力アンド・ゲートは正コンパレ
ータ１６１から入力を受ける。２入力アンド・ゲ
ート１６３と１６９はいずれもフリツプ・フロツ
プ１５０の最初の出力から入力信号を受ける。２
入力アンド・ゲート１６６と１７２はいずれもフ
リツプ・フロツプ１５０の第２の出力から入力信
号を受ける。２入力アンド・ゲート１６５と１７
１はいずれもフリツプ・フロツプ１５１の最初の
出力から入力信号を受ける。２入力アンド・ゲー
ト１６８と１７４はいずれもフリツプ・フロツプ
１５１の第２の出力から入力信号を受ける。２入
力アンド・ゲート１６７と１７３とはいずれもフ
リツプ・フロツプ１５２の最初の出力から入力信
号を受ける。２入力アンド・ゲート１６４と１７
０はいずれもフリツプ・フロツプ１５２の第２の
出力から入力信号を受ける。

第４図の動作は次のとおりである。直流コマン
ド（指令値）E_dc ^*が制御装置（回路）７５に加え
られる。回生式整流器回路７３の直流出力は例え
ば、６段電圧電源インバータ（図示していない）
に供給することもできよう。コンデンサ１１３の
端子間の実際の直流電圧は演算増幅器１３９によ
つて検知されこの増幅器がインピーダンス・アイ
ソレージヨンとなる。コマンドと実際電圧の差で
ある誤差電圧がトランジスタまたはサイリスタの
ターン・オンに関連する進みまたは遅れを制御す
るのに使用され、整流器の平均直流出力電圧を制
御する。制御遅れを与える方法は沢山ある（例え
ば、GE・SCRマニユアル第６版、276−282ペー
ジ参照）。この具体例で使用している方法は移相
制御回路１４２に示す電圧制御発振器を使用して
移相ロツク・ループ制御を行なうものである。

運転（電力が交流から直流に流れる）中にはコ
ンデンサ１１３の直流電圧は相線路−中性線交流
電圧に対してサイリスタのゲーテイングの位相を
遅らすことによつて制御される。位相角を90°遅
らせるとコンデンサにかかる平均電圧はゼロにな
る。位相角と電圧との関係を第５図に示す。運転
動作中は６個の電力用トランジスタにはベース駆
動信号は加えられない。運転中は電流測定用抵抗
器（検知器）１５７はベース駆動回路に接続して
いるすべてのアンド・ゲートに対して与える入力
はゼロである。コンパレータ１１１，１１３，１
１５，１１７，１１９、及び１２１のそれぞれに
よつて、線路間電圧がゼロ点と交差する時に出さ
れる180°のパルスは各単安定マルチバイブレータ
１２３等にそれぞれ180°パルスの立上り端に応答
する短かいパルスを起させる。第７図Ａに示され
るようにオア・ゲート１３５の出力は入力周波数
の６倍の周波数のパルス列で各パルスは60°の間
隔を持つている。このオア・ゲートからの出力信
号は位相ロツク・ループ回路１４２を同期させる
のに使用する。遅れと進みは実際電圧とコマンド
電圧との差から得られた誤差電圧によつて位相ロ
ツク・ループに導き入れられる。その応答が遅れ
になるか進みになるかは誤差信号の正負と検知さ
れる電流が交流電源からコンデンサの方に流れて
いるか（運転）、流れていないか、または逆方向
に流れでるか（回生）によつて決まつてくる。第
５図を見て分るように回生時の正の誤差の増加に
対しては位相の進みを増やすことによつて応答す
ることが必要であり、一方、運転中に正の誤差が
増加するのに対しては位相の遅れを大きくするこ
とによつて応答することが必要である。これは電
流測定用抵抗器１５７を通じてインバータのよう
な負荷にかけられる電流の方向を検知し、運転が
検知された時には実際の直流電圧とコマンドの直
流電圧との差から生じる誤差信号を逆変換させる
ことによつて行なわれる。加算器１３７によつて
生じた誤差信号は信号変換器（インバータ）１４
５で逆変換される（運転が検知された時）。加算
増幅器１４８からの位相誤差直流電圧は電圧制御
発振器１４９の周波数を制御する。電圧制御発振
器に加えられる電圧信号振幅が大きくなると出力
周波数が高くなる。運転の場合と回生の場合の電
圧制御発振器の出力パルス周波数が第７図Ｂおよ
びＣにそれぞれ示されている。フリツプ・フロツ
プ１５０，１５１，１５２の１つの出力が第７図
ＤとＥに運転と回生についてそれぞれ示してあ
る。SCR１からSCR６までのサイリスタは入力
周波数で入力電圧の反転によつて転流される。サ
イリスタがゲートされる順序はSCR１，SCR２，
SCR３，SCR４，SCR５，SCR６である。

回生は直流がゼロになつてから適当な時間をお
いて始まり、すべてのサイリスタが確実にブロツ
クしてからトランジスタへのベース駆動信号がか
かるようにする。ベース駆動信号は回生電流を制
御し直流電圧の大きさを交流電圧電源の大きさに
合せるために相線−中性線交流電圧より位相を進
めてある。

運転動作中は６個の電力用トランジスタにはベ
ース駆動信号がかからない。相線−中性線間電圧
と、60°位相のおくれたサイリスタ電流と、運転
中の相電流と、運転中のサイリスタ電圧と、60°
位相の進んだトランジスタ電流と、回生中の交流
相電流と、回生中のトランジスタ電圧が第６図Ａ
からＧまでにそれぞれ示してある。

第４図の回生式整流器回路は単相交流入力に対
しては180°通電で、４個のサイリスタと４個のト
ランジスタ（４個の直列ダイオードを加えて）で
形成することができる。

第８図は３相交流用回生式整流器回路１７５を
示し、その中での構成整流器は３個のサイリスタ
１７６，１７７，１７８と４個のダイオード１７
９，１８０，１８１，１８２から作られている。
回生式整流器回路１７５の第１の脚（leg）では
サイリスタ１７６がダイオード１７９と直列にな
つている。ダイオード１７９のカソードはサイリ
スタ１７６のアノードに接続されている。回生式
整流器回路の第２のアームではサイリスタ１７７
のアノードはダイオード１８０のカソードと接続
されており、第３の脚ではサイリスタ１７８のア
ノードはダイオード１８１のカソードと接続され
ている。３相電源（図示されでない）の相の１つ
は各脚のサイリスタとダイオードの接合部に接続
されている。フリーホイーリング・ダイオード１
８２はサイリスタ１７８のカソードとダイオード
１８１のアノードの間に接続されている。インダ
クタ１９５がフリーホイーリング・ダイオード１
８２のカソードとコンデンサ１９６の一方の間に
接続されている。コンデンサ１９６の他方はフリ
ーホイーリング・ダイオード１８２のアノードに
接続される。整流器の出力はコンデンサ１９６の
端子間から取ることができる。

回生式整流器回路１７５の回生回路は１９７か
ら２０２までの６個のトランジスタと２０３から
２０５までの３個のダイオードから出来ている。
トランジスタ１９７はダイオード２０３と直列に
接続されダイオード２０３のカソードはトランジ
スタ１９７のコレクタに接続されている。この直
列接続品はサイリスタ１７６と逆並列に接続され
ている。ダイオード２０３は送電圧がトランジス
タ１９７にかかるのを防止している。同様にダイ
オード２０４はトランジスタ１９９と直列に接続
され、その直列接続品がサイリスタ１７７と逆並
列に接続されている。ダイオード２０５はトラン
ジスタ２０１と直列に接続され、その直列接続品
はサイリスタ１７８の両端に接続されている。ト
ランジスタ１９８，２００，２０２はダイオード
１７９，１８０，１８１とそれぞれ逆並列に接続
されている。トランジスタがサイリスタでなくダ
イオードと逆並列に接続されている時には並列の
逆接続されたダイオードの導通によつてトランジ
スタに逆電圧がかからないのでトランジスタに直
列にダイオードを接続する必要はない（第４図Ａ
とＢの通り）。反転回路では使用するデバイスは
交流電圧の反転に関係なくターン・オフ出来なけ
ればならないので制御されないデバイス（ダイオ
ード）は使用されない。

制御装置（回路）２０６は第４図ＡとＢの制御
装置とは似ているが、ただ、必要な２入力アン
ド・ゲートは１２でなく９個である。制御装置
（回路）２０６は電流測定用（検知）抵抗器１５
７、抵抗器１４０と１４１からなる分圧器、それ
と、３つの線路間信号から入力を受けている。第
８図ＡとＢの回路の動作は第４図ＡとＢの回路動
作と同じであるが、ただ第５図で示すように３個
のサイリスタのゲーテイングを位相を120°遅らせ
るために平均直流出力がゼロになる。フリーホイ
ーリング・ダイオード１８２は３個のサイリスタ
がすべて無誘導になりまた位相の遅れた状態で差
動している時にインダクタの電流に通路を与え
る。

第９図は本発明による単相回生式整流器回路を
示す。４個のＮチヤネルMOSFET２１０，２１
１，２１２，２１３はそれぞれ、単相完全ブリツ
ジ形に接続されている。外部電源によつて（図示
されていない）単相交流電力がMOSFET２１
０，２１１，２１２，２１３の間に供給される。
インダクタ２１４とコンデンサ２１５の直列接続
からなる直流波器が直列接続のMOSFET２１
０と２１１、および直列接続のMOSFET２１２
と２１３に並列に接続されている。直流出力電圧
はコンデンサ２１５の端子間から取出すことがで
きる。１次巻線２１９ａを持つ変換器からなる制
御装置（回路）２１７が交流電源に接続され、変
成器２１９ｂの２次巻線はコンパレータ２２１と
コンパレータ２２３の２つの入力に接続されてい
る。２次巻線２１９ｂの第１の端はコンパレータ
２２１と２２３の反転および非反転端子にそれぞ
れ接続され、２次巻線２１９ｂの他の端はコンパ
レータ２２１と２２３の非反転および反転端子に
それぞれ接続されている。コンパレータ２２１の
出力はゲート駆動回路２２５に結合され、この回
路はMOSFET２１２と２１１にゲート信号を送
る。コンパレータ２２３の出力信号はゲート駆動
回路２２７に結合され、この回路はMOSFET２
１０と２１３にゲート信号を送る。

第９図の回路の動作をここで説明する。どの
MOSFETにも固有のものである。反転集積化pn
接合ダイオードが整流器として作動してコンデン
サ２１５の端子間に直流出力電圧を出す。外部電
源（図示されていない）からの入力電圧は変成器
２１９によつてアイソレート（絶縁分離）され、
コンパレータ２１１に入力電圧をかけ、交流電源
の正の半サイクルに対応する180°の出力パルスを
出し、またコンパレータ２２３は電源の負の半サ
イクルに対応する180°の正の半サイクルの出力パ
ルスを出す。MOSFETはゲーテイングされ、運
転中も回生中も導通状態となり、回生整流器を通
して直流電流のどちらの極性に対しても通路を与
える。

これまで述べて来たことは直流出力極性を反転
させるのではなく整流器中の電流の流れる方向を
反転させることによつて、直流電源から交流電源
への電力回生を行なうことのできる、可変周波
数、可変電圧交流モータ駆動システムまたは、可
変電圧直流モータ駆動システムと一緒に使用する
のに適した回生式整流器回路についての説明を行
つたものである。

この発明についてそのいくつかの好ましい実施
例に関して特に図示説明したが当業技術者には本
発明の精神や範囲から逸脱することなしにその形
式や細部をいろいろと変えることができるという
ことが理解できるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３相回生式整流器回路の
一部回路図、一部ブロツク線図の説明図である。
第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦは第１図の動
作の説明に役立つ波形図である。第３図は本発明
による電界効果トランジスタを使用した３相回生
式整流器回路の一部回路図、一部ブロツク線図の
説明図である。第４図ＡとＢは本発明による位相
制御整流器を持つた回生式整流器回路の一部回路
図、一部ブロツク線図の説明図である。第５図は
位相制御整流器と自励転流インバータに対して位
相角と装置毎の直流電圧の間の関係を示すチヤー
トである。第６図ＡからＧまでは第４図ＡとＢと
の動作を説明するのに役立つ波形図である。第７
図Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは第４図Ｂ及び第８図
Ｂの移相制御回路の動作を説明するのに役立つ波
形図である。第８図ＡおよびＢは本発明による３
個のサイリスタ、４個のダイオード整流器を持つ
回生式整流器回路の一部回路図、一部ブロツク線
図の説明図である。そして、第９図は本発明によ
る単相回生式整流器回路の一部回路図、一部ブロ
ツク線図の説明図である。 １……変換器、３，７５，２０６，２１７……
制御装置（回路）、１７，３７，１０１，１９５，
２１４……インダクタ、１９，１１３，１９６，
２１５……コンデンサ、２３，２５，２７，１０
５，１０７，１０９……変成器、２３ａ，２５
ａ，２７ａ，１０５ａ，１０７ａ，１０９ａ，２
１９ａ……変成器用１次巻線、２３ｂ，２５ｂ，
２７ｂ，２３ｃ，２５ｃ，２７ｃ，２３ｄ，２５
ｄ，２７ｄ，１０５ｂ，１０７ｂ，１０９ｂ，２
１９ｂ……変成器用２次巻線、２９，３１，３
２，６５，６７，６９，１５７……電流測定用抵
抗器、３５……３相全波ダイオード・ブリツジ
（信号レベル整流器３相低電力整流器）、３９，１
４０，１４１，１５７……抵抗器、４１，６２，
６４……負荷抵抗器、４３……Ａ相の制御回路、
４５……差動増幅器、４７……絶対値回路、４９
……電流コンパレータ、５１，１１１，１１３，
１１５，１６１，２２１……正コンパレータ、５
３，１１７，１１９，１２１，１６２，２２３…
…負コンパレータ、５５，５９，１６３，１６
４，１６５，１６６，１６７，１６８，１６９，
１７０，１７１，１７２，１７３，１７４……２
入力アンドゲート、５７，６０……アイソレー
タ、６１……Ｂ相の制御回路、６３……Ｃ相の制
御回路、７１……計測用増幅器、７３……位相制
御回生式整流器回路、７７，８５，９３，８１，
８９，９７，１７９，１８０，１８１，２０３，
２０４，２０５……ダイオード、７９，８７，９
５，８３，９１，９９，１９７，１９８，１９
９，２００，２０１，２０２……トランジスタ、
１２３，１２５，１２７，１２９，１３１，１３
３……単安定マルチバイブレータ、１３５……オ
ア・ゲート、１３７……加算器，１３９，１５９
……演算増幅器、１４２……移相制御回路、１４
３……制御スイツチ、１４４……スイツチ制御
器、１４５……信号変換器、１４６……移相検出
器、１４７……ループ・フイルタ、１４８……加
算増幅器、１４９……電圧制御発振器、１５０，
１５１，１５２……フリツプ・フロツプ、１７
６，１７７，１７８……サイリスタ、１８２……
フリーホイーリング・ダイオード、１８３，１８
５，１８７，１８９，１９１，１９３……ゲート
駆動アイソレータ、１８４，１８６，１８８，１
９０，１９２，１９４……ベース駆動アイソレー
タ、２１０，２１１，２１２，２１３……
MOSFET、２２５，２２７……ゲート駆動回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ブリツジ形に配列された複数個のゲート制御
   整流素子を有する位相制御３相整流装置と、 各々のゲート制御整流素子とそれぞれ逆並列に
   配列され、それぞれ自励転流能力を具え、インバ
   ータを構成する複数の制御可能スイツチ手段と、 前記整流装置の出力電圧を検知する手段と、 外部負荷への電流の流れの方向を検知する手段
   と、及び、 整流装置の出力電圧を検知する手段と外部負荷
   への電流の流れを検知する手段に感応し、前記複
   数個のゲート制御整流素子と前記複数個の制御可
   能スイツチ手段とに結合され、前記整流素子の位
   相の遅れと前記制御可能スイツチ手段の位相の進
   みを調整し、外部負荷への電流の流れの方向、な
   らびに、直流電圧指令値と前記外部負荷の端子間
   の実際直流電圧との差に応動し、負荷に供給され
   る電流が正であれば、指令した直流電流を与える
   ように前記整流素子の位相の遅れを調節し、前記
   負荷の前記電流がゼロか負である場合には、制御
   スイツチ手段の位相の進みによつて交流電流に回
   生電流を流すようにする制御手段とから構成され
   る、３相交流電源から入力電力を受入れ、外部負
   荷に直流電流を供給し、外部直流電圧指令値に応
   動する、位相制御３相交流用回生式整流器回路。 ２ ブリツジ形に組まれ、３個のサイリスタのい
   ずれもがそれぞれ前記のブリツジの各枝の上半に
   あり、３個のダイオードのいずれもがそれぞれ前
   記のブリツジの各枝の下半にあるように接続され
   た３個のサイリスタと３個の整流ダイオードと、 １個のトランジスタと１個のダイオードの直列
   接続を３組構成するように接続され、そのいずれ
   の組もそれぞれ前記のサイリスタの各１個と逆並
   列に結合している３個のトランジスタと３個の阻
   止ダイオードと、 ３個の付加トランジスタの１つずつが、前記の
   ブリツジの下半においてそれぞれ前記の整流ダイ
   オードの１個と逆並列に接続されている３個の付
   加トランジスタと、 そのブリツジの直流出力の端子間に接続されて
   いるフリーホイーリング・ダイオードと、 前記の負荷へ流れる電流の方向を測定する手段
   と、及び、 前記トランジスタ及びサイリスタの各々に結合
   され、かつ電流の流れを測定する手段に結合さ
   れ、負荷への電流の流れの方向と、指令した直流
   値に応動する、前記サイリスタの位相のおくれ
   と、前記トランジスタの位相の進みを調節する制
   御手段とからなる、３相交流電源から電力入力を
   受け、直流電流を負荷に供給し、直流電圧指令値
   に感応する、位相制御３相交流用回生式整流器回
   路。 ３ 前記制御手段は、 位相検出器と、 位相検出器の出力に結合された低域波器と、 １つの入力において前記低域波器の出力を受
   け、もう一方の入力では、前記の実際電圧と直流
   電圧指令値との間の電圧差を受ける加算増幅器
   と、及び、 加算増幅器の出力電圧に応答し、線間交流電源
   の各相のゼロ交差点に対して、遅れまたは進みの
   周波数を与え、前記サイリスタとトランジスタを
   制御する電圧制御発振器と、 電圧制御発振器の移相した出力周波数と線間交
   流電源の各相のゼロ点交差を表わす同期周波信号
   とを比較する前記検出器とを具える、特許請求の
   範囲第２項記載の位相制御３相交流用回生式整流
   器回路。