JPH0636670B2 - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばＧＴＯサイリスタ（以後、単にＧＴＯ
と呼ぶ。）などの自己消弧可能な可制御電気弁（スイツ
チング素子）と、自己消弧できない通常のサイリスタ
（以後、単にサイリスタと呼ぶ。）とを逆並列に接続し
た可逆ブリツジ整流器を複数個備えてなる電力変換装置
において、いかなる点弧位相にてもＧＴＯの点弧を可能
ならしめるゲートパルスの制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第４図は出願人が先に提案した（特願昭６０−１４４６
２，１４４６５号）可逆ブリツジ整流器を示す回路図、
第４Ａ図は第４図における或るＧＴＯの印加電圧を示す
波形図である。

これは、第４図の如く、ＧＴＯ整流器１１とサイリスタ
整流器１２とを互いに逆並列接続して可逆ブリツジ整流
器を構成し、ＧＴＯが導通しているときは電源に進み位
相の無効電流が流れる様にその制御角を調整するもので
あり、次の様な特徴を有している。

(1)上記可逆整流器の複数台から構成される多相出力サ
イクロコンバータにおいては、サイリスタが発生する遅
れ位相の無効電流とＧＴＯが発生する進み位相の無効電
流とが相殺され、合成された電源の無効電流が低減され
る。

(2)上記可逆整流器を例えば２台直列に接続し、一方で
サイリスタが導通していときは他方ではＧＴＯが導通す
る様に構成することにより、(1)項と同様に、合成され
た電源の無効電力が低減される。

つまり、ＧＴＯはサイリスタの発生する遅れ位相の無効
電流を相殺するために、進み位相の無効電流が流れる様
に点弧角が制御されることにその特徴がある。すなわ
ち、ＧＴＯはその点弧角が、サイリスタの場合は０度か
ら１８０度の範囲であるのに対し、−１８０度から０度
の範囲（あるいは、１８０度から３６０度とも云え
る。）でなければならない。一方、ＧＴＯが点弧できる
ためには、オンゲート信号が与えられているときにＧＴ
Ｏには順電圧が印加されていなければならないが、点弧
角が−１８０度から０度の範囲では、起動時の如く負荷
電流が零の状態から始めてＧＴＯにオンゲート信号が与
えられるような場合には、必ずしも順電圧が印加されて
いるとは限らない。すなわち、第４図において、例えば
出力電流を示矢の方向に流し、かつ電圧は零から徐々に
上昇させるものとすると、ＧＴＯ整流器１１の制御角α
は例えば−９０度から起動される。いま、Ｕ_１にα＝−
９０度でオンゲート信号が与えられるとすると、第４Ａ
図（イ）の実線で示す如く、Ｕ_１には逆電圧が印加され
ており、Ｕ_１は点弧できない。また、電流を流すために
は電源−ＧＴＯ−負荷−ＧＴＯ−電源の閉ループをつく
らなければならないことから、一般にはＹ_１にもオンゲ
ート信号が与えられる。第４Ａ図（ロ）はＹ_１に印加さ
れる電圧波形を示す。Ｕ_１がα＝−９０度の時点（第４
Ａ図点参照）では、Ｙ_１は負の電圧から正の電圧に移
行する過程であり、Ｙ_１は点弧される。Ｙ_１が点弧する
ことによりＹ_１のインピーダンスはほぼ零になり、ＧＴ
Ｏに印加される電圧分担が変わり、Ｕ_１には第４Ａ図
（イ）の破線で示される電圧が印加されるが、やはりＵ
_１には逆電圧が印加されているためＵ_１は点弧すること
ができない。

そこで、本来の所望する点弧角とは異なつた位相でＧＴ
Ｏを点弧させ、一旦ＧＴＯを導通した後に所望する位相
でＧＴＯにオンゲート信号を与える方法が容易に考えら
れる。つまり、一旦ＧＴＯが導通すれば、電源のインダ
クタンスに蓄積されたエネルギーによつて次に点弧する
ＧＴＯには順電圧が印加されてＧＴＯの転流が可能とな
ることを利用する方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このように起動時に所望する点弧角とは
異なつた位相でＧＴＯをオンすることは、負荷に好まし
くない電圧あるいは電流を与えることであり、極力避け
なければならないのは当然である。

したがつて、この発明は負荷に対して有害な電圧，電流
を与えることなくＧＴＯに順電圧を印加し、あらゆる点
弧位相にてＧＴＯの点弧を可能にするとを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

起動時の如く負荷電流が零の状態から始めてＧＴＯにオ
ンゲート信号が与えられるときに、この点弧すべきＧＴ
Ｏと逆並列接続されたサイリスタをも点弧するゲート信
号発生回路を設ける。

〔作用〕

例えば第４図において、起動時の如く負荷電流が零のと
きにＵ_１,Ｙ_１を点弧するものとすると、このとき上記
ゲート信号発生回路からＵ_１,Ｙ_１と逆並列接続された
サイリスタＸ_２,Ｖ_２にもゲート信号を与えてこれを点
弧するようにする。そして、このサイリスタが消弧する
ときに発生する電圧を利用してＧＴＯに順電圧を印加す
ることにより負荷に有害な電圧，電流を与えずにＧＴＯ
整流器を起動し得るようにする。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す構成図である。これはゲ
ート信号発生回路を示すもので、ＧＴＯに与えるべき点
消弧パルスを形成する点消弧パルス発生器１、サイリス
タに与えるべき点弧パルスを形成する点弧パルス発生器
２、アンドゲート３，４、オアゲート５およびインバー
タゲート６等より構成される。信号ａは所望する電流の
正，負に対応してＧＴＯまたはサイリスタのいずれにゲ
ート信号Ｕ〜Ｚを与えるかを選択するための信号であ
り、例えばＧＴＯを選択するとき“１”、サイリスタを
選択するとき“０”となる。また、信号ｂはＧＴＯが選
択されたときにおいてもサイリスタにゲート信号を発生
させるための信号であり、起動時または電流極性が反転
するときもしくは電流断続が生じているとき“１”とな
る。

以下、第２図を参照して第１図の動作を説明する。な
お、第２図はオンゲート信号を示すタイミングチヤート
である。

いま、起動時の如く負荷電流が零のときに、第２図
（イ），（ヘ）の如くＵ_１,Ｙ_１を点弧するものとする
と、信号ａが同図（ワ）の如く“１”にされてアンドゲ
ート３を開くとともに、信号ｂが同図（カ）の如く所定
の時間だけ“１”となってアンドゲートを開くので、こ
れによってＵ_１，Ｙ_１と対応するサイリスタＸ_２，Ｖ_２
が同図（ヌ），（リ）の如く点弧されることになる。な
お、これはＵ_１とＹ_１を点弧する場合だけでなく、他の
素子を点弧する場合も同様である。

すなわち、起動時等に例えばＵ_１，Ｙ_１をα＝−９０度
で点弧するものとすると、サイリスタ整流器はα＝９０
度で点弧される。第３Ａ図はサイリスタＸ_２（イ）およ
びＹ_２（ロ）に印加される電圧波形を示したものであ
り、それぞれ第４Ａ図（イ），（ロ）の波形に対して逆
極性となつている。なお、第４Ａ図の点と第３Ａ図の
点とは同一時刻を表わしており、Ｘ_２は第３Ａ図
（イ）に示される如くゲート信号が与えられたときに順
電圧が印加されていることから、これが点弧される。ま
た、Ｘ_２が点弧することにより、Ｖ_２には第３Ａ図
（ロ）の破線で示された電圧が印加され、これも点弧す
る。なお、Ｘ_２とＶ_２が点弧することにより負荷には所
望する電流と逆極性の電流が流れることになるが、これ
は電流脈動分だけであり、特に負荷に有害な作用をおよ
ぼすおそれはない。なぜならば、Ｕ_１とＹ_１が点弧して
もＸ_２とＶ_２が点弧しても出力電圧波形は同一であり、
またその出力電圧平均値は零だからである。

Ｘ_２とＶ_２が点弧して微小電流が流れた後、直ちに電流
は減少する。第３Ｂ図はこのときのＸ_２とＶ_２に印加さ
れる電圧を示しているが、電流が零になつた後にＸ_２と
Ｖ_２には逆電圧が印加され、Ｘ_２とＶ_２は消弧する。す
なわち、Ｕ_１とＹ_１からみればこの消弧によつて順電圧
が印加され、したがつてＵ_１とＹ_１にオンゲート信号を
与えるならばＵ_１とＹ_１が導通し、所望の極性に電流を
流すことが可能となる。第３Ｃ図はこの様にして制御さ
れる電力変換装置の出力電圧，電流波形の一例を示して
いる。

なお、以上ではＵ_１とＹ_１を点弧する場合について説明
したが、他の素子についても同様であり、また起動時は
α＝−９０度からに限らず、あらゆる点弧位相からでも
点弧することができる。また、サイリスタが導通してい
るモードから電流極性を反転するためにＧＴＯを点弧す
るとき、および負荷電流が微少で電流断続が生じたとき
などにＧＴＯにオンゲート信号が与えられる時点におい
て負荷電流が零の場合においても、上述したと同様な制
御が行なわれる。また、断続電流が流れる微小電流時に
おいて、所望する負荷電流の極性にかかわらずＧＴＯと
サイリスタの両方に点弧パルスを与えるようにすれば電
流断続がなくなり、かつＧＴＯからサイリスタへの切換
えあるいはその逆の切換え時における切換むだ時間もな
くなつて好都合である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＧＴＯに逆電圧が印加されて一般には
ＧＴＯが点弧できない位相においても、オンゲート信号
が与えられるＧＴＯと互いに逆並列に接続されたサイリ
スタを点弧することにより、サイリスタを消弧するとき
に発生する電圧を利用してＧＴＯに順電圧を印加し、負
荷に有害な電圧，電流を与えずにＧＴＯ整流器を起動す
ることが可能となる利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は第１図
の動作を説明するためのタイムチヤート、第３Ａ図はサ
イリスタの印加電圧を示す波形図、第３Ｂ図はサイリス
タの印加電圧と負荷電流の関係を示す波形図、第３Ｃ図
は電力変換装置の出力電圧，電流を示す波形図、第４図
は出願人が先に提案した可逆ブリツジ整流器を示す回路
図、第４Ａ図は第４図における或るＧＴＯの印加電圧を
示す波形図である。 符号説明 １……ＧＴＯ整流器用点消弧パルス発生器、２……サイ
リスタ整流器用点弧パルス発生器、３，４……アンドゲ
ート、５……オアゲート、６……インバータゲート、１
１……ＧＴＯ整流器、１２……サイリスタ整流器、１３
……負荷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自己消弧可能なスイッチング素子からなる
   第１の整流器と自己消弧不能なスイッチング素子からな
   る第２の整流器とを互いに逆並列接続してなる可逆ブリ
   ッジ整流器を複数台設け、前記第１の整流器については
   電源に進み位相の無効電流が流れるようにその制御角を
   調整し、これにより前記第２の整流器に発生する遅れ位
   相の無効電流を相殺して電源の無効電力を低減する電力
   変換装置において、 少なくとも負荷電流が零の状態で前記第１の整流器にオ
   ンゲート信号が与えられるときは、該オンゲート信号が
   与えられる第１整流器のスイッチング素子と対応しこれ
   と逆並列に接続される第２整流器のスイッチング素子に
   もオンゲート信号を与えることを特徴とする電力変換装
   置の制御方法。