JPH1169822A - サイリスタ整流器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】交流電源のインピーダンスが大きい場合でも、
転流失敗することなくサイリスタ整流器を安定に動作さ
せること。 【解決手段】交流電源２に接続され、複数のサイリスタ
からなるサイリスタブリッジ１により交流を直流に変換
し、サイリスタの点弧の位相を制御することにより直流
電圧を制御するサイリスタ整流器の制御装置において、
サイリスタブリッジ１に入力される交流電圧のゼロクロ
ス位相を検出し、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス
検出手段４と、このゼロクロス信号に基づいて点弧信号
を生成し、当該点弧信号をサイリスタに与える点弧制御
手段５と、交流電源のインピーダンスを検出する交流イ
ンピーダンス検出手段６と、この電源インピーダンスに
基づいて、サイリスタブリッジ１のサイリスタの点弧の
位相を変化させるような変更信号を点弧制御手段５に与
える点弧位相変更手段7,8 とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源に接続さ
れて、複数のサイリスタからなるサイリスタブリッジに
より交流を直流に変換し、サイリスタの点弧の位相を制
御することにより直流電圧を制御するサイリスタ整流器
の制御装置に係り、特に交流電源のインピーダンスが大
きい場合に、交流電源の電圧波形に偶数次高調波が重畳
したりして、交流電圧波形の正側と負側にアンバランス
があった時でも、転流失敗することなくサイリスタ整流
器を安定に動作させるようにしたサイリスタ整流器の制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、産業機械、鉄道車両等、各種
装置の主回路、例えばサイリスタレオナード等の直流電
動機の駆動回路には、複数のサイリスタからなるサイリ
スタブリッジにより交流を直流に変換し、サイリスタの
点弧の位相を制御することにより直流電圧を制御するサ
イリスタ整流器の制御装置が使用されている。

【０００３】このサイリスタ整流器の制御装置において
は、サイリスタブリッジに入力される交流電圧のゼロク
ロス位相を検出し、この検出したゼロクロス位相に基づ
いて、サイリスタの点弧の位相を制御する点弧信号を与
えるようにしている。

【０００４】図３は、この種の従来のサイリスタ整流器
の制御装置の一例を示す構成図である。図３において、
サイリスタブリッジ１は、複数（図では６個）のサイリ
スタをブリッジ接続してなっており、点弧信号に基づく
位相制御により交流から直流への電力変換を行なう。

【０００５】このサイリスタブリッジ１は、その交流側
に３相交流電源２が接続され、また直流側に直流電動機
等の負荷３が接続されている。なお、３相交流電源２の
系統には、電源インピーダンスが存在する。

【０００６】一方、サイリスタブリッジ１のサイリスタ
の点弧の位相を制御するための位相制御装置は、ゼロク
ロス検出回路４と、点弧制御回路５とにより構成されて
いる。

【０００７】ゼロクロス検出回路４は、サイリスタブリ
ッジ１の受電点の交流電圧（相電圧若しくは線間電圧：
図では線間電圧）を入力とし、その交流電圧のゼロクロ
ス位相（線間電圧がゼロになる時刻）を検出し、ゼロク
ロス信号を出力する。

【０００８】さらに、点弧制御回路５は、ゼロクロス検
出回路４から出力されるゼロクロス信号に基づいて点弧
信号を生成し、この点弧信号をサイリスタブリッジ１の
サイリスタに与える。

【０００９】すなわち、この点弧制御回路５は、ゼロク
ロス検出回路４によりゼロクロスを検出した時刻から所
定の位相の遅れを与えて、サイリスタブリッジ１のサイ
リスタの点弧信号を出力する。

【００１０】この時、制御角は、あらかじめ一定の転流
余裕角を残すように制御角の最大値を固定して与える。
これにより、位相制御装置は、交流電圧のゼロクロスか
ら点弧角に相当する時間経過してから、サイリスタに次
々に点弧信号を与えることによって、サイリスタブリッ
ジ１を動作させるようにしている。

【００１１】この時、他の相のサイリスタが点弧するこ
とにより、それまで点弧していたサイリスタに逆方向の
電圧がかかり消弧する。これを転流と称する。転流余裕
角は、このサイリスタを転流させるために必要な逆電圧
の最低期間を表わしている。

【００１２】サイリスタ整流器は、交流側の電圧変動、
直流側の負荷の変動等に応じて、サイリスタの点弧角を
変化させて、直流電流または電圧を制御する。これを位
相制御と称する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなサイリスタ整流器の制御装置においては、定常時で
かつ６個のサイリスタの点弧角が一定であれば、サイリ
スタ整流器から交流側に流出する高調波は、５次、７次
等の奇数次の高調波のみである。

【００１４】しかしながら、交流電圧が変化したり、直
流電流を変化させる等の過渡時には、６個のサイリスタ
の点弧角が順次変化することになる。すなわち、正側
（上側）のサイリスタと負側（下側）のサイリスタの点
弧角が順次変化することになる。そして、この時、サイ
リスタ整流器は、奇数次の高調波に加えて、偶数次の高
調波を交流側に流出する。

【００１５】交流側、すなわち電力系統は、あるインピ
ーダンスを有するため、流出した高調波電流とその周波
数におけるインピーダンスとの積で決まる高調波電圧を
発生させる。

【００１６】３相交流電源２に偶数次の高調波が重畳す
ると、図４に示すような波形が、３相交流電源２の線間
電圧に現われる。この波形は、主に４次の高調波が重畳
している場合である。そして、このような波形が線間電
圧に現われると、図３に示した従来のサイリスタ整流器
の制御装置では、次のような不具合が発生する。

【００１７】すなわち、図４に示すような波形では、電
圧の正側と負側が非対称になっている。このことは、交
流電圧の波形の立上がり時に検出するゼロクロス位相
と、波形の立下がり時に検出するゼロクロス位相とに差
が生じることになる。

【００１８】サイリスタ整流器の制御装置では、サイリ
スタの転流のための転流余裕角以上に転流を遅らせない
ようにしないと、転流失敗、すなわち他のサイリスタが
点弧しても、それまで点弧していたサイリスタが消弧し
ないという不具合を生じる。

【００１９】そして、転流を失敗すると、上下のサイリ
スタが同時に点弧することを招くため、正側と負側との
間の短絡による過電流を引起こす。さらに、ゼロクロス
として検出した位相に誤差が生じると、すなわち転流失
敗すると、サイリスタブリッジ１の６個のサイリスタの
動作が不均一になるため、サイリスタブリッジ１への流
入電流に更に多くの偶数次の高調波を含むことになる。

【００２０】この高調波電圧は、３相交流電源２のイン
ピーダンスが大きいと、更に大きくなる。さらに、電
車、クレーン等が交流を給電されながら移動する場合、
給電位置によってインピーダンスが変化してしまい、同
一の直流電流の変化であっても、ゼロクロス位相の誤差
が位置によって変化する。

【００２１】特に、インピーダンスの大きい場所では、
急激な電流変化による転流失敗を発生する可能性が高く
なってしまう。本発明の目的は、交流電源のインピーダ
ンスが大きい場合に、交流電源の電圧波形に偶数次高調
波が重畳したりして、交流電圧波形の正側と負側にアン
バランスがあった時でも、転流失敗することなくサイリ
スタ整流器を安定に動作させることが可能なサイリスタ
整流器の制御装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、交流電源に接続され、複数のサイリス
タからなるサイリスタブリッジにより交流を直流に変換
し、サイリスタの点弧の位相を制御することにより直流
電圧を制御するサイリスタ整流器の制御装置において、
サイリスタブリッジに入力される交流電圧のゼロクロス
位相を検出し、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検
出手段と、ゼロクロス検出手段から出力されるゼロクロ
ス信号に基づいて点弧信号を生成し、当該点弧信号をサ
イリスタに与える点弧制御手段と、交流電源のインピー
ダンスを検出する交流インピーダンス検出手段と、交流
インピーダンス検出手段により検出された電源インピー
ダンスに基づいて、サイリスタブリッジのサイリスタの
点弧の位相を変化させるような変更信号を点弧制御手段
に与える点弧位相変更手段とを具備している。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の
形態によるサイリスタ整流器の制御装置の一例を示す構
成図であり、図３と同一要素には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００２４】すなわち、本実施の形態のサイリスタ整流
器の制御装置は、図１に示すように、交流インピーダン
ス検出回路６と、点弧位相変更手段である余裕角変更回
路７および減算回路８とを、図３に付加した構成として
いる。

【００２５】交流インピーダンス検出回路６は、３相交
流電源２のインピーダンスを検出する。また、余裕角変
更回路７は、交流インピーダンス検出回路６により検出
された電源インピーダンスに基づいて、サイリスタブリ
ッジ１のサイリスタの点弧の位相を変化させ、変更され
た転流余裕角信号βを出力する。

【００２６】さらに、減算回路８は、基準となる制御角
指令（α^* ）９より、余裕角変更回路７から出力される
転流余裕角信号βを減算し、サイリスタブリッジ１のサ
イリスタの点弧角信号αを前記点弧制御回路５に与え
る。

【００２７】以上により、電源インピーダンスに応じ
て、サイリスタブリッジ１のサイリスタの点弧の位相を
変化させるようにしている。次に、以上のように構成し
た本実施の形態のサイリスタ整流器の制御装置の作用に
ついて説明する。

【００２８】図１において、サイリスタブリッジ１の入
力交流電圧（線間電圧）が、ゼロクロス検出回路４に入
力される。次に、ゼロクロス検出回路４により、入力交
流電圧のゼロクロス位相が検出され、そのゼロクロス信
号が点弧制御回路５に入力される。

【００２９】次に、点弧制御回路５により、ゼロクロス
検出回路４からのゼロクロス信号を基に点弧信号が生成
され、この点弧信号がサイリスタブリッジ１のサイリス
タに与えられる。

【００３０】これにより、交流電圧のゼロクロスから点
弧角に相当する時間経過してから、サイリスタブリッジ
１のサイリスタに次々に点弧信号を与えることによっ
て、サイリスタ変換器を動作させる。

【００３１】一方、交流インピーダンス検出回路６によ
り、３相交流電源２のインピーダンスが検出される。次
に、余裕角変更回路７により、交流インピーダンス検出
回路６で検出した電源インピーダンスに応じて、サイリ
スタブリッジ１のサイリスタの点弧の位相を変化させる
ような転流余裕角信号βが得られる。

【００３２】そして、減算回路８により、基準となる制
御角指令（α^* ）９から余裕角変更回路７で得た転流余
裕角信号βが減算され、サイリスタブリッジ１のサイリ
スタの点弧角信号αが点弧制御回路５に与えられる。

【００３３】すなわち、交流インピーダンス検出回路６
で検出した電源インピーダンスが大きい場合には、この
電源インピーダンスに比例させて転流余裕角信号βの値
を大きくする、換言すれば、サイリスタブリッジ１のサ
イリスタの点弧角信号αの最大値を小さくするような点
弧角信号αが、点弧制御回路５に与えられる。

【００３４】すると、点弧制御回路５により、ゼロクロ
ス検出回路４からのゼロクロス信号と、減算回路８から
の点弧角信号α（＝α^* −β）とを基に点弧信号が生成
され、この点弧信号がサイリスタブリッジ１のサイリス
タに与えられる。

【００３５】これにより、サイリスタ変換器が接続され
ている３相交流電源２のインピーダンスが大きい場合で
も、転流余裕角βを大きくできるため、高調波等により
交流電圧波形の正側と負側にアンバランスがあった時
（非対称の交流電圧波形になった時）でも、転流に必要
な逆電圧が確保でき、転流失敗を防止してサイリスタブ
リッジ１を安定に動作させることができる。

【００３６】図２は、サイリスタブリッジ１のサイリス
タの動作状態の一例を示す概念図である。図２におい
て、サイリスタは点弧角αだけ経過してから導通し、位
相制御はこの点弧角αを所定の範囲変更することにより
実現している。この点弧角αがとれる最大値は、図２に
示す転流余裕角βよりも小さな値である。この転流余裕
角βは、サイリスタを転流させるのに必要な逆電圧を示
している。

【００３７】この場合、通常は、転流余裕角βを一定と
考えて、点弧角αの上限を決めているが、本実施の形態
では、検出した３相交流電源２のインピーダンスが大き
い場合には、このインピーダンスに比例させて転流余裕
角βの値を大きくしている。

【００３８】すなわち、サイリスタ整流器から流出する
偶数次高調波電流が大きくなり、３相交流電源２のイン
ピーダンスで決まる高調波電圧が大きくなり、その結
果、交流電圧波形に含まれる偶数次高調波成分によるゼ
ロクロス位相の検出誤差が大きくなり、転流余裕角βが
確保できないほどになっても、３相交流電源２のインピ
ーダンスを検出することにより点弧角αの最大値を小さ
くしているため、転流に必要な逆電圧が確保でき、転流
失敗を防ぐことができる。

【００３９】上述したように、本実施の形態のサイリス
タ整流器の制御装置においては、３相交流電源２のイン
ピーダンスを検出してその電源インピーダンスが大きい
場合に、電源インピーダンスに比例して転流余裕角βの
値を大きくする（点弧角αの最大値を小さくする）こと
によって、サイリスタブリッジ１のサイリスタの点弧の
位相を変化させるため、高調波等により交流電圧波形が
非対称の波形になった時でも、転流に必要な逆電圧が確
保でき、転流失敗することなくサイリスタブリッジ１を
安定に動作させることが可能となる。

【００４０】また、電車、クレーン等が交流を給電され
ながら移動する場合、給電位置によってインピーダンス
が異なる時にも、インピーダンスの大きい給電位置では
転流余裕角βの値を大きくする（点弧角αの最大値を小
さくする）ことによって、サイリスタブリッジ１のサイ
リスタの点弧の位相を変化できるため、転流に必要な逆
電圧が確保でき、転流失敗することなくサイリスタブリ
ッジ１を安定に動作させることが可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のサイリス
タ整流器の制御装置は、交流電源に接続され、複数のサ
イリスタからなるサイリスタブリッジにより交流を直流
に変換し、サイリスタの点弧の位相を制御することによ
り直流電圧を制御するサイリスタ整流器の制御装置にお
いて、サイリスタブリッジに入力される交流電圧のゼロ
クロス位相を検出し、ゼロクロス信号を出力するゼロク
ロス検出手段と、ゼロクロス検出手段から出力されるゼ
ロクロス信号に基づいて点弧信号を生成し、当該点弧信
号をサイリスタに与える点弧制御手段と、交流電源のイ
ンピーダンスを検出する交流インピーダンス検出手段
と、交流インピーダンス検出手段により検出された電源
インピーダンスに基づいて、サイリスタブリッジのサイ
リスタの点弧の位相を変化させるような変更信号を点弧
制御手段に与える点弧位相変更手段とを具備して構成し
たものである。

【００４２】従って、交流電源のインピーダンスを検出
してその電源インピーダンスが大きい場合に、電源イン
ピーダンスに応じて、（転流余裕角の値を大きくする
（点弧角の最大値を小さくする）ことによって、）サイ
リスタブリッジのサイリスタの点弧の位相を変化させる
ため、高調波等により交流電圧波形が非対称の波形にな
った時でも、転流に必要な逆電圧が確保でき、転流失敗
することなくサイリスタ整流器を安定に動作させること
が可能となる。

【００４３】また、電車、クレーン等が交流を給電され
ながら移動する場合、給電位置によってインピーダンス
が異なる時にも、インピーダンスの大きい給電位置で
は、（転流余裕角の値を大きくする（点弧角の最大値を
小さくする）ことによって、）サイリスタブリッジ１の
サイリスタの点弧の位相を変化できるため、転流に必要
な逆電圧が確保でき、転流失敗することなくサイリスタ
整流器を安定に動作させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサイリスタ整流器の制御装置の一
実施の形態を示す構成図。

【図２】同実施の形態のサイリスタ整流器の制御装置に
おけるサイリスタブリッジのサイリスタの動作状態の一
例を示す概念図。

【図３】従来のサイリスタ整流器の制御装置の一例を示
す構成図。

【図４】偶数次の高調波が重畳した際の交流線間電圧波
形の一例を示す図。

【符号の説明】 １…サイリスタブリッジ、 ２…３相交流電源、 ３…負荷、 ４…ゼロクロス検出回路、 ５…点弧制御回路、 ６…交流インピーダンス検出回路、 ７…余裕角変更回路、 ８…減算回路、 ９…基準となる制御角指令（α^* ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続され、複数のサイリスタ
   からなるサイリスタブリッジにより交流を直流に変換
   し、前記サイリスタの点弧の位相を制御することにより
   直流電圧を制御するサイリスタ整流器の制御装置におい
   て、 前記サイリスタブリッジに入力される交流電圧のゼロク
   ロス位相を検出し、ゼロクロス信号を出力するゼロクロ
   ス検出手段と、 前記ゼロクロス検出手段から出力されるゼロクロス信号
   に基づいて点弧信号を生成し、当該点弧信号を前記サイ
   リスタに与える点弧制御手段と、 前記交流電源のインピーダンスを検出する交流インピー
   ダンス検出手段と、 前記交流インピーダンス検出手段により検出された電源
   インピーダンスに基づいて、前記サイリスタブリッジの
   サイリスタの点弧の位相を変化させるような変更信号を
   前記点弧制御手段に与える点弧位相変更手段と、 を具備して成ることを特徴とするサイリスタ整流器の制
   御装置。