JPS586389B2 - 無効電力補償形変換装置の非常運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、入力側では互いに並列接続関係にて３相交流
電源に接続され、出力側では互いに直列もしくは並列接
続された２つの３相ブリッジ形変換器を備え、一方の変
換器は電源転流変換器として電源電圧に対して遅相の制
御角で制御され、他方の変換器は強制転流変換器として
電源電圧に対して進相の制御角で制御され、かつ強制転
流変換器は出力側端子を共通にする可制御電気弁からな
るブリッジ半分部のそれぞれに独立な強制転流回路を有
しているような無効電力補償形変換装置の非常運転方法
に関する。

無効電力補償形変換装置は、電源電流変換器が発生する
遅相の無効電力と強制転流変換器が発生する進相の無効
電力とを相殺させることにより、電源系統に発生する無
効電力を軽減ないしはほとんど零にすることができ、特
に大容量のサイリスク整流装置またはサイクロコンバー
タ装置として好適である。

しかしながら、このような無効電力補償形変換装置は、
強制転流回路の補助により転流を行う強制転流装置の存
在のため、電源転流変換器のみで構成されている通常の
変換装置に比べて信頼性が劣るという難点、つまり転流
失敗の確率が高くなるという難点がある。

このような無効電力補償形変換装置の転流失敗時の非常
運転方法として、強制転流変換器の制御角を転流失敗検
出時に進相から遅相へ切換えるようにする方法が既に提
案されている（特願昭５１−１２４５９９）。

これによれば、強制転流変換器は、電源転流変換器と同
様に３相ブリッジ結線された可制御電気弁（例えばサイ
リスタ）から構成されていて、しかも出力端子を共通に
するブリッジ半分部のそれぞれに独立な強制転流回路が
設けられている。

そして、強制転流変換器の個々の可制御電気弁は点弧パ
ルスを与えるパルス増幅器の入力側は、通常は進相の制
御角一αにて制御パルスを発生する点弧角調整器に接続
されているが、転流失敗が発生すると、遅相の制御角＋
αにて制御パルスを発生する電源転流整流器用の点弧角
調整器に切換え接続されるようになっている。

しかしながら、この既に提案された非常運転方法は、制
御角αが大きい場合には、上述の切換えの過渡期間に電
圧変動が起こり、場合によっては電流の著しい上昇がも
たらされることがある。

本発明の目的は、上記に鑑み、切換えの過渡期間におけ
る電圧変動を軽減できるように改良した非常運転方法を
提供することにある。

以上、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明による非常運転方法が適用され、る無効
電力補償形変換装置の主回路構成例を示す。

この装置は、３相ブリッジ結線されたサイリスタＵ１〜
Ｚ１からなる電源転流整流器１と、３相ブリッジ結線さ
れたサイリスタＵ２〜Ｚ２および強制転流回路からなる
強制転流整流器２とから構成され４ている。

整流器１の３相交流入力電圧ｅＲ１，ｅ８、，ｅＴｔと
、整流器２の３相交流入力電圧ｅＲ２，ｅ３２、ｅＴ２
とは、図示されていない変圧器を介して３相交流電源か
ら変えられる互いに絶縁された位相にひねりのない電圧
であり、また互いに等しい大きさの電圧である。

強制転流整流器２０強制転流回路は一方のブリッジ半分
部Ｕ２，ｖ２，Ｗ２に対して転流コンデンサＣ１、転流
リアクトルＬ１、および反転用サイリスタＳ１を備え、
そして他方のブリッジ半分部Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２に対して
転流コンデンサＣ２、転流リアクトルＬ２および反転用
サイリスタＳ２を備え、更にダイオードブリッジＤＢを
備えている。

このダイオードブリ２ツジＤＢは、転流回路を形成する
ばかりでなく補允電用の直流電圧を発生する整流器とし
ても役立ち転流コンデンサＣ１の補充電のために制動抵
抗ｒ１と補允電用サイリスタＳ３が設けられ、転流コン
デンサＣ２の補允電のために制動抵抗ｒ２と補允電用サ
イリスタＳ４が設けられている。

この種の強制転流回路は公知であるので、ここではその
動作の説明は省略することにする。

第２図に本発明による非常運転方法を実現するための原
理構成例を示す。

ここでは一方のブリツジ半分部Ｕ２，ｖ２，Ｗ２に対応
した部分についてのみ説明するが、他方のブリッジ半分
部Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２についても同様の構成である。

第２図において、１０は制御入力電圧によって制御角の
大きさαを指令され、電源転流整流器１の個々のサイリ
スタＵ１〜Ｚ１のための遅相の制御角十αの制御パルス
と、強制転流整流器２の個々のサイリスタＵ２〜Ｚ２の
ための進相の制御角−αの制御パルスとを発生する制御
パルス発生器である。

強制転流変換器２のサイリスタＵ２，Ｖ２，Ｗ２のそれ
ぞれに付属したパルス増幅器１１の入力側には切換ゲー
ト１２が設けられていて、この切換ゲートは正常運転時
にはスイッチング位置ａにあってサイリスタＵ２，ｖ２
，Ｗ２を進相の制御角−αで点弧することを可能にする
。

また、切換ゲート１２はスイッチング位置Ｃにおいてサ
イリスタＵ２，Ｖ２，Ｗ２を遅相の制御角十αで点弧す
ることを可能にする。

更に、切換ゲート１２のスイッチング位置ｂでは制御パ
ルス発生器１０からの制御パルスがパルス増幅器１１に
伝達されるのが阻止され、更にはパルス発生器１５によ
って所望のサイリスタを点弧する特別なパルスをパルス
増幅器１１へ伝達することもできる。

切換ゲート１２を切換制御する切換制御ロジック回路は
１３で示され、またブリッジ半分部Ｕ２，ｖ２，Ｗ２に
所属する転流失敗検出回路は１４で示されている。

転流失敗検出回路１４ぱ、例えば各サイリスタの制御パ
ルスと電流との関係から転流失敗を検出する公知の手段
からなる。

例えば制御パルスにより転流指令が与えられてから所定
時間が経過したにもかかわらず清弧すべきサイリスタが
電流を流し続けていたり、あるいは導通すべきサイリス
タに電流が立上らなかったりしたとき転流失敗と判定す
る。

転流失敗検出回路１４の転流失販検出信号を受け取った
切換制御ロジック回路１３はただちに切換ゲート１２を
スイッチング位置ｂへ切換えると共に、転流失敗により
電流を引き受けることのできなかったサイリスタを記憶
する。

更に切換制御ロジック回路１３は、遅相の制御角十αの
制御パルスを監視していて、前記の記憶サイリスタに対
応した制御パルスが到来するや否や切換ゲート１２をス
イッチング位置Ｃへ切換える。

パルス発生器１５の発生する特別なパルスは後述するこ
とにして，今はこのパルス発生器１５は考慮しないこと
にする。

第３図は、本発明による非常運転制御方法によって運転
された場合に波形図を示し、ここで制御角の大きさがＯ
≦α≦３０°の範囲にある。

図においてａは強制転流整流器２の出力電圧ｅ。

ｕｔ、ｂは強制転流変換器２の正側の出力端子の電位ｅ
，および負側の出力側端子の電位ｅｎの波形を示す。

そしてＣは進相の制御角一αでサイリスタＵ２，ｖ２，
Ｗ２が導通制御された場合の導通シーケンス、ｄは遅相
の制御角十αの場合の導通シーケンス、そしてｅは本発
明による導通シーケンスを示す。

図においては，時点ｔ１で転流失敗が発生したものとし
て示されている。

時点ｔ１以前においては、整流器２内の個々のサイリス
タは進相の制御角一αにて点弧制御され、その都度強制
転流回路の補助により転流を行なつている。

時点ｔ１の直前においては、第３図Ｃおよびｅから分る
ようにサイリスタＷ２およびＹ２が負荷電流Ｉｄを流し
ている。

時点ｔ１で、ザイリスタＵ２に点弧パルスが与えられ、
これにより負荷電流ＩｄがサイリスタＷ２からサイリス
タＵ２へ転流させられるべきであるのに、これが例えば
強制転流回路の異常により失敗したものと仮定する。

この転流失敗が検知されるや否や、転流失敗検出器１４
の出力信号が切換制御ロジック１３に伝達される。

切換制御ロジック回路１３は直ちに切換ゲート１２をス
イッチング位置ｂへ切換えると共に、電流を引き取れな
かったサイリスタＵ２を記憶する。

スイッチング位置ｂへの切換えによってパルス増幅器１
１から発せられる点弧パルスは阻止される。

サイリスタＷ２は電流Ｉｄを流し続けるが、時点ｔ２で
先に記憶したサイリスタＵ２に対応した遅相の制御角十
αの制御パルスが立上るや否や、切換制御ロジック回路
１３は切換ゲート１２をスイッチング位置Ｃへ切換える
。

この結果サイリスタＵ２に点弧パルスが与えられ、電源
転流により、負荷電流ＩｄがサイリスタＷ２からＵ２へ
転流する。

以後強制転流変換器２のブリッジ半分部のサイリスタＵ
２，ｖ２，Ｗ２は遅相の制御角十αで制御され、電源電
圧を利用した転流動作を行う。

他方の健全なブリッジ半分部のサイリスタＸ２，Ｙ２，
Ｚ２はそのま匁進相の制御角一αで制御され続ける。

ところで線間電圧の実効値をＶとすると、進相の制御角
−αで制御される整流器の出力電圧ｅｏｕｆの平均値は
、よく知られているようににて表わすことができる。

これに対して一方のブリッジ半分部Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は
遅相の制御角＋αで、他方のブリッジ半分部を進相の制
御角一αで制御した場合にはｅ。

ｕｔの平均値ｌｅｏｕｔｌは、第３図より となり、これは市常な強制転流時における平均値と同じ
である。

第４図ａ，ｂは３０°≦α≦９０°の範囲のα（≒５４
°）ついての第３図ａ，ｂに対応した波形を示している
。

この場合にも出力電圧ｅ。ｕｔの平均値は転流失散発生
前後のいずれにおいても同じ式 で表わされること は容易に確めることができる。

第５図においてはα−１５０°の場合について出力電圧
波形ｅ。

ｕｔが示され、（ａ１）は今まで説明した本発明による
非常運転方法に従った場合、（ａ２）は更にそれを発展
させた非常運転方法に従った場合、（ａ３）は特願昭５
１−１２４５９９号明細書に記載された非常運転方法に
従った場合について示している。

時点ｔ１は転流失散発生時点を表わし、サイリスタＷ２
が消弧されサイリスタＵ２が導通すべきにもかかわらず
、サイリスタＷ２が電流を流し続けサイリスタＵ２が電
流を引き受けることができなかったものとする。

時点ｔ２後の破線で示す波形は転流失敗が起きなかった
と仮定した場合の波形であり、従って斜線部は制御パル
スの切換え過渡期間における電圧誤差を表わす。

今まで説明した本発明方法の場合（ａ１）は、転流失敗
を発生したブリッジ半分部のみを遅相の制御角十αでの
運転に切換え、健全なブリッジ半分部にはそのま又進相
の制御角−αでの運転を続行させるやり方であり、従来
方法の場合（ａ３）は転流失敗を発生したブリッジ半分
部と健全なブリッジ半分部とを区別することなく、両者
を同時に遅相の制御角一αでの運転へ切換えるやり方で
ある。

このような切換えを行なった後の定常状態に到るまでの
過渡期間における電圧誤差は、本発明方法（ａ１）の場
合、従来方法（ａ３）に比べて著しく改善されているこ
とが分る。

更に次に説明する本発明による発展形態に従えば、第２
図（ａ２）から分るように電圧誤差を更に一段と軽減す
ることができる。

この本発明による発展形態というのは、第２図における
パルス発生器１５による特別な点弧パルスを所定の条件
で与えることである。

これは次の認識に基づいている。

即ち切換制御回路１３によ、ってサイリスタＵ２，ｖ２
，Ｗ２の点弧パルスが阻止されている期間において、α
＞１２０°の場合ならば、転流失敗を起したサイリスク
によって決まる特定のサイリスタを点弧すれば電源転流
により転流動作が可能であるということである。

例えべば第５図（ａ２）において、時点Ｌ１でサイリス
タＷ２が消弧されずにそのま匁流れ続け、導通すべきサ
イリスタＵ２が電流を引き受けることができなかったと
すると、転流失敗検出器１４からの情報によりパルス発
生器１５はサイリスタｖ２に点弧する制御パルスを発生
する。

このとき切換ゲート１２はスイッチング位置ｂにあるの
で、その制御パルスはパルス増幅器１１に伝達され、サ
イリスタｖ２に点弧パルスが与えられる。

α〉１２０°の場合には、このときｅｓ２＞ｅＴ２であ
るため線間電圧ｅｓ２−ｅＴ２がサイリスタｖ２を介し
てサイリスタＷ２に逆バイアス電圧として印加され、そ
れ故電源転流が可能である。

このようにして負荷電流ＬｄはサイリスタＷ２からサイ
リスタｖ２へ転流される。

このとき他方のブリッジ半分部ではサイリスタＹ２が導
通中であり、従って整流器２は出力電圧零のバイパス動
作モードになる。

このようにパルス発生器１５から特殊な制御パルスが発
せられた際には切換制御回路１３の記憶サイリスタがパ
ルス発生器１５の出力信号により変更される。

即ち、時点ｔ１で切換制御回路１３は転流失敗検出回路
１４からの情報によりサイリスタＵ２が電流を引き受け
ることができなかつたことを記憶していて、サイリスタ
Ｕ２の遅相の制御角十αの制御パルスの到来時に切換ゲ
ート１２をスイッチング位置Ｃへ切換えるよう待機して
いるが、パルス発生器１５の出力信号が与えられると記
憶サイリスタがＵ２ではなく、進み位相の他のサイリス
タＷ２に変更される。

この場合時点ｔ３で切換ゲート１２がスイッチング位置
Ｃに切換えられる。

このようにすることによって強制転流から自然転流への
渡り期間における電圧変動を著しく軽減することができ
る。

なお、全制御角範囲にわたって第５図（ａ１）のような
非常運転方法のみを行う場合には切換ゲート１２におけ
るスイッチング位置ｂは省略することができ、この場合
には転流失敗により直ちａからＣへ切換えが行なわれる
ので切換制御ロジック回路１３は極めて簡単な構成とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明非常運転方法が適用される無効電力補償
形変換装置の主回路構成例を示す回路図第２図は本発明
による非常運転方法の原理的構成例を示すブロック図、
第３図ないし第５図は本発明による非常運転方法を説明
するための波形図である。 １・・・・・・電源転流変換器、２・・・・・一強制転
流変換器、１０・・・・・一制御パルス発生器、１１・
・・・・・パルス増幅器、１２・・・・・・切換ゲート
、１３・・・・・・切換制御ロジック回路、１４・・・
・・・転流失敗検出器、１５・・・・・・パルス発生器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人力側では互いに並列接続関係にて３相交流電源に
   接続され、出力側では互いに直列もしくは並列接続され
   た２つの３相ブリッジ形変換器を備え、一方の変換器は
   電源転流変換器として電源電圧に対して遅相の制御角で
   制御され、他方の変換器は強制転流変換器として電源電
   圧に対して進相の制御角で制御され、かつ強制転流変換
   器は出力側端子を共通にする可制御電気弁からなるブリ
   ッジ半分部のそれぞれに独立な強制転流回路を有してい
   るような無効電力補償形変換装置において、強制転流変
   換器内に転流失敗が発生した際にその転流失敗を起こし
   たほうのブリッジ半分部のみを遅相の制御角での制御へ
   切換えるようにしたことを特徴とする無効電力補償形変
   換装置の非常運転方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、遅相の
   制御角での制御への切換えは、転流失敗検出により直ち
   に転流失敗を起こしたほうのブリッジ半分部のすべての
   可制御電気弁の点弧パルスを一旦阻止した後、転流失敗
   により電流を引き取ることができなかった可制御電気弁
   に対応した遅相の制御角の制御パルスの発生と同時に行
   うようにしたことを特徴とする無効電力補償形変換装置
   の制御方法。 ３ 特許請求の範囲第２項において、その都度の制御角
   の大きさが１２０°よりも大きいことを条件として前記
   点弧パルスの阻止後に、転流失敬により電流を引き取る
   ことができなかった可制御電気弁（例えばＵ２）の次に
   点弧されるべき当該ブリッジ半分部内可制御電気弁（例
   えばＶ２）を付加的に点弧するようにしたことを特徴と
   する無効電力補償形変換装置の制御方法。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記付加的な点弧
   が行なわれた際には、遅相の制御角での制御への切換え
   が、転流失敗により電流を引き取ることができなかった
   可制御電気弁（例えばＵ２）の前に点弧されるべき当該
   ブリッジ半分部内可制御電気弁（例えばＷ２）に対応し
   た遅相の制御角の制御パルスの発生と同時に行われるよ
   うに変更することを特徴とする無効電力補償形変換装置
   の制御方法。