JPS61120222A - 無効電力制御形サイクロコンバ−タ装置 - Google Patents

無効電力制御形サイクロコンバ−タ装置

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JPS61120222A
JPS61120222A JP24182484A JP24182484A JPS61120222A JP S61120222 A JPS61120222 A JP S61120222A JP 24182484 A JP24182484 A JP 24182484A JP 24182484 A JP24182484 A JP 24182484A JP S61120222 A JPS61120222 A JP S61120222A
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春男 池田
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三浦 和敏
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    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70Regulating power factor; Regulating reactive current or power

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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】 [発明の技術分野] 本発明は負荷に可変電圧可変周波数の交流電力を供給す
ると共に循環電流によって無効電力を任意に制御できる
無効電力制御形サイクロコンバータに関するものである
[発明の技術的背ell] 第2図に分割された進相コンデンサ01〜C5と並列運
転される従来の無効電力制御形サイクロコンバータの一
例を示す。この場合進相コンデンサCの分割数は5個の
ときを示している。また3相出力のサイクロコンバータ
の受電端の無効電力をフィードフォワード制御している
第2図において、Busは3相交流if源のWlil路
、C1,C2,C3,C4,C5はΔ又はY接続された
進相コンデンサ、T ru、T rv、T rwはWa
トランス、cc−u、cc−v、cc−wは循環電流式
サイクロコンバータ本体、U、V、Wは3相負荷、S 
1.S 2.S 3.S 4.S 5は進相コンデンサ
01〜C5を3相交流電源に接続する投入スイッチであ
る。
U相のサイクロコンバータCC−Uは正群コンバータ5
s−p、負群コンバータ5S−N及び直流リアクトル1
01. L02から構成されている。
cc−v、cc−wも同様に構成されている。また、C
0NT−IJ、C0NT−V、CONT−Wは各々U、
V、W相のサイクロコンバータの電流制御回路である。
制−回路C0NT−Uは、演算増幅器に1.に2.に3
 、比較器CI、C2、加算器A1.A2.A3及び位
相制御回路PH−P、PH−Nから構成されティる。C
0NT−V、C0NT−Wも同様に構成されている。さ
らに正群コンバータ5S−Pの出力i!流Ipυ、負群
コンバータ88−Nの出力電流■、υ及び負荷電流IL
uの各々を検出するために交流器CTpυ、CTNu。
CTt、uが設置されている。■、W相も同様である。
U相のサイクロコンバータCC−IJの電流制御の動作
を例にとって説明する。
まず、負荷電流制御の動作を説明する。
負荷電流指令ILLI″と実際に流れる負荷電流の検出
1m I L Uを比較し、その偏差ε2に比例した電
圧をサイクロコンバータから発生するように位相制御回
路PH−P、PH−Nを制御する。
PH−Pの出力位相αρUに対してPH−Nの出力位相
α8りは、α8υ−180°−αpりの関係を保つよう
に増幅器に2から反転増幅器に2を介して位相制御回路
PH−Nに入力される。すなわち、正群コンバータ5S
−Pの出力電圧Vpuと負群コンバータ38−Nの出力
電圧VNUは負荷端子でつり合った状態で通常の運転が
行われる負荷電流指令fLu’を正弦波状に変化させる
とそれに応じて偏差ε2も変化し、負荷に正弦波電流I
LUが流れるように前記αρ0及びα8υがlil制御
される。
次に正群コンバータ5s−pの出力電流Iρりと負群コ
ンバータ88−Nの出力電流■8υとの11]IPN 
−u =Ipu +INUをi+IJ Illするため
の動作説明を行なう。
加算器A1によって、Ipuと■8υの和を求め、比較
器C1によって、和電流指令値■ρ、−%と比較する。
その偏差ε1=IPN−IJ“−■ρ8−〇を増幅器に
1によって増幅し、加算器A 2.A 3に入力する。
その結果、前記位相制御回路PH−P及びPI−1−N
への入力ε3.C4は次式%式% 故に前記αNu=180”−αpuの関係はくずれ、K
1 ・C1ト比例した分だけ正群コンバータ5s−pの
出力電圧Vρυと負群コンバータ88−Nの出力電圧と
が不平衡になる。その差電圧、が直流リアクトルLo、
1及びLo2に印加され、(ip+zN)の値を制御す
る。
rpN−u<IpN u’の場合、C1が正とな’)V
p U −VN IJ ヲ増加すセ、IpN u=1ρ
υ+INUを増加し、IpN u=Iρ8−U′に落ち
着かせる。逆にIpN−〇> I P N−、Nとなっ
た場合ε1が負となり、VPLI −VNLI<Oとし
、Ips−u−1pu+rNuを減少させて、やはりI
PN  u岬Iρ、−U′に落ち着かせる。結果的には
正群コンバータと負群コンバータの出力電流の和1p 
N−Uはその指令値ニ等しくなるように制御される。
■相及びW相のサイクロコンバータ電流制御も同様な動
作を行なう。
第2図の従来例では受N@の無効電力検出は行なってい
ない。その代りに、当該受電端の無効電力があらかじめ
定められた値になるように、負荷電流指令値Iwu”、
ILV”、ILw’及び位相制御回路人力σαU、σα
■、σαWがら演算によって前記各相サイクロコンバー
タの正群及び負群コンバータの出力電流の和IpN−〇
−r  pu   +INU   N    I  p
  N  −v   5−IPV   +   I  
N  v   *Ip N −W −Ip v + I
Nwの各指令値IPN−LJ’l  IPN  V’l
  Ip、−W′を求めている。
第2図のRIPNはその和電流指令値の演算回路でその
具体的な構成を第3図に示している。なおVRは受電端
の無効電力の値を決める設定器である。
第3図において、K(Zu、にαv、にαW。
KMU 、KMVI KMWは演算増幅器、L〜Iu 
LMv、LMwはリミッタ回路、SQu 、SQV。
SQwは2乗演算回路、5QRu 、5QRV。
SQRwは平方根演算回路、M u 1 、 M v 
1 、 M w 1 。
Mu 2.Mv 2.Mv2.Mu 3.Mv 3.M
y 3は乗算器、DrVは割算器、ABSu 、ABS
■、ABSwは絶対値回路、A01〜A D 12には
加算器である入力σαυ、σαV、σαWは第1図の演
算増幅器に2の出力で、位相制御回路PH−P及びPH
−Nの入力信号の平均値である。すなわち、例えばσα
Uは、サイクロコンバータCC−Uの出力電圧(Vp 
u +VN u ) /2に比例した値となり、αNU
=18o°−αρ。の関係が成り立つ状態ではσαυO
e CO3αp、=−cosα、りとなっている。同様
にσαvO(QQ3αPv=(jO3αN■、σαy 
0eCO3(rp w ”=−CO3α8wが成り立っ
ている。
従って、第3図においてσαυを増幅器にα0によって
定数倍することによりCOSαりが求められる。リミッ
タ回路LMυは−1<cos a U<+1を満足させ
るために使われ、2乗演算回路SQuによって、cos
 2αりを計算する。加算器AD1は1−cos”αυ
を計算するもので、次の平方根演算回路SQRりによっ
て、sinαυ−−CO3αυが求められる。同様にσ
α■から3inαv”CTτ−丁11四−が、またσα
Wh%らsinαy!   −CO3−7コ71−が求
められる。
一方、負荷電流の指令値■、υ”、  IL V ’ 
*ILw’がRIPNに入力され、次の演算が行なわれ
る。
U相負荷電流の指令値ILLI’は絶対値回路ABSu
によってその絶対値1fLu’lとなり乗算器Mυ1、
演算増幅器KMU及び加算器AD10に入力される。演
算増幅器に2υは負荷電流ILLJを正規化するもので
、■2を例えばサイクロコンバータの最大出力電流に選
んだ場合、上記1rLu′4+を(1/IM)倍する。
そして次の加算器AD4によってku−”(111LL
+’1/1M)を計算している。kUは乗算器Mu2゜
Mv3に入力される。
rLV簑、ILW鱒も同様に演算され、kv−(1l 
ILV’ l/1M>及び、kW−(1−lfLw’l
/IM)が求められる。
乗算器Mu 1 、 Mv 1 、 My 1によって
各々IILU” 1−sinα、、 l ILv’ 1
−sinα■及び111−w’l ・sinαWが求め
られ、次の加算器AD7によって l 1wu’ l −5in au+11L、v’ l
 。
5inav+l ILl#’ l ・SinαWが計算
され、さらに次の加算器AD3によって、外部の無効電
力設定器VRの出力1cap’との差が計算される。
a−ICal)−(l ILLI ’ 1−sinα。
+IILV’l ・sinαV+IILW’l ・si
nαW)       ・・・(aaは割算器DIVに
入力される。
また、乗算器M u 2.M v 2.M w 2によ
って各々k 、 −5in au、に■−5in a■
、に、 −5in aWが求められ、次の加算器AD2
によって b−kU−sinαu+kv−sinαV+kw−si
nαw      ”” (4)が計算され、割算器D
IVに入力される。
割算器DIVによって、[o2’=a/bを求め。
次の乗算器M u 3.IVI v 3.M v 3に
よって、各々ku−1o2’、kv−1o2’及びkW
−(o2’が計算される。
最後に加算器AD10.AD11.AD12によって次
式で示される各相サイクロコンバータの正群及び負群コ
ンバータの出力電流の和の指令値が出力される。
If)N  u’=l ILU” l+kU・102′
・・・(5) IPN−V’−I ILV’ Ifkv−io2’・・
・(a IPN  v’−l ILW’ l+kw e lo2
’・・・(′7) このようにして求められた指令値IPN−リ0IPHV
’l  IpN−w”に応じて、各相サイクロコンバー
タの1pN−u、IpN  v及びIpN−wが制御さ
れるので、きわめて追従性の良い制■が期待できる。
ここで、I G)N  IJ”IPN  U”、II:
IN  V=IPN  V”l  Ip、4 w=Ip
N W’に制御されている場合の受電端の無効電力を考
察する3相出力サイクロコンバータの受電端の無効電力
Qは、サイクロコンバータの遅れ無効電流Iq E A
 CTと進相コンデンサの進み無効N流l capとの
差に計数Koを乗じた値で表わせる。
Iq 、:A CTは次の(8)式のようになる。ただ
し、αN U ”= 180 ” −αPLJ+ αN
v=iso’−αpV、αNw =180 ’ −αP
Wが成り立っているとする。
IREACT− に1(Ipu +INu ) ・sinαU+に1(I
pv +INV ) ・SinαV+に1(lp w 
+ IN w ) ・Si00w  −(81上記(I
pu+INu)−IpN−uは指令値■ρ8−〇〇に等
しく制御され−(IPV+INV)” Ip N−Vは
指令111pN−v″に等しくM御され、(Ipv+1
.4v)−1pN−wは指令値t P N −’11 
’に等しく制御されるのであるから(S〜(7)式の関
係を8)式に代入することにより、受電端の無効電力Q
=Ka (lR1:Acv  tcap )が求められ
る。IM E A CTは次のように変形される。
IqtAcv=に1((l ILυ″1+k g−1o
2″)・sinαu + (I ILV’ 1+kv−
Io2’)−3inαV+(l ILW” 1+kw1
02″)−3in αW) =kl((l  ILIJ ’  l  ・sin α
υ+l  I+−v’  l  −5in  αV”l
  ILw”  1  番s+n  αW+   Io
2’   −(k   、   −5in   α u
  +k   ■  −5in   α V+kw−s
inαw))       ’・・■1o2″−a/b
で、bは(4)式で与えられるから1o2″     
 (ku   ・ sin   α u+kv−sin
   α V+に、−5in  αw)+ma となる。また(3式の関係を0式に代入することによっ
て IR):^a丁=kl(ICaD’−a+a)klo 
I cap ”    ・(10)となる。
受電端の無効電力Qを零にするには、 IRl:Acy−1cap−に1−)cap’  ・”
(11)が成り立つように1cap’を設定してやれば
よ0゜上記111t[Iにおいて、ku、kv−kwは
各相サイクロコンバータの循環電流の値を負荷電流の大
きさに応じ配分させる係数である。
(5)式のようにU相すイクOコンバータの正群及び負
群のコンバータの出力電流の和IPN−リ・=Ipす+
■、υが制御された場合 ■ ρ υ + 1.  リ − IIL  リ  1
 + 2 ・ ■ 0 υ・・・(12) の関係から、循環電流Iouは次の随に制御されている
と同じである。
1ou = (ku ・Io2″)/2ILu”−IR
l−3ijlωtと与えた場合、■、m1mに選定すれ
ば、ILu″が農大値ll11になったとき循環電流I
oりは零となり、逆にILLI″=0になるとIou−
1o2″/2の値となる。すなわち負荷電流の絶対値+
1LLJIが大きいときには循IjI電流Iouの直は
小さく、逆にIfLulが小さいときには、Iouの値
は大きくなるように制御される。正群コンバータ33−
Pの出力電流【ρUあるいは負群コンバータ88−Nの
出力電流INUの値は負荷電′流ILUの正あるいは負
方向の半波値に上記循環電流!0υを加えた値となるが
、上記のように負荷電流ILLJの大きざに応じて、循
環電流Iouの値を配分することにより、コンバータの
最大電流客員の増大を小さくすることができる。
■相、W相のサイクロコンバータの循環電流rov及び
lowもkv、kwによって同様に配分されている。こ
の場合、各相の負荷電流は各々120゛ずつ位相がずれ
ているため同時に循環電流が零又は最大になることはな
く、例えばIouが小さくなっているときはIov又は
lowが大きくなって受電端の無効電力Qは一定に保持
されている。
各相の循環電流IOす+  Iov、lowを同一値に
して制御させたいときには、正規化定数1Mを■に選定
すればよい。具体的には、第3図の演算増幅器K MU
 * K M V + K MWの利得を零にすればよ
い。
[背景技術の問題点] 以上のように無効電力制御の制御応答を上げるためにフ
ィードフォワード制御を用いた従来の無効電力制御形サ
イクロコンバータは、受電端の基本波力率を1に保つ状
態で、制御応答の速い無効電力制御ができるが、受電端
に分割して設置された進相コンデンサの投入時に大きな
問題点があるすなわち(11)式が常に満足しなければ
受電端の無効電力Qを零にすることができない。従って
分割された進相コンデンサを順序投入した場合1、進相
コンデンサ側に流れる電流1 capは進相コンデンサ
の投入個数に比例して変化する。そのために(11)式
が満足しなくなり、受電端の基本波力率を1にすること
ができないという欠点があった[発明の目的コ 本発明は以上に鑑みてなされたもので、受N端に分割し
て設置された無効電力制御形サイクロコンバニタ装置に
おいて分割された進相コンデンサを投入する毎に(11
)式を満足させるように無効電力設定値1eap’を自
動的に設定するようにした無効電力制御形サイクロコン
バータ装置を提供することを目的としている。
[発明の概要] 本発明は受i!端部に進相コンデンサを分割して設置し
た無効電力制御形サイクロコンバータにおいて各進相コ
ンデンサを投入した場合に流れる三相交流電流を検出し
、その検出値を無効電力設定値)cap’として与える
ようにした無効電力制御形サイクロコンバータ装置であ
る。
[発明の実施例コ 第1図は本発明の無効電力料陣形サイクロコンバータの
一実施例の要部のみを示すブロック図である。ただし実
施例においても進相コンデンサの分割数は5II!で示
した。
第2図の従来例と異なる点は無効電力設定器VRの代り
に、進相コンデンサC1,C2,C3,C4゜C5を投
入した際に流れる電流を検出する変流器CTr 、CT
s 、CTtと絶対値回路ABSr 。
ABSs、ABSt及び加算器AD13と増幅器KCを
設けたことである。その他、サイクロ本体の回路構成及
び制御動IYは第2図の従来例と同じなので省略する。
次に本発明の詳細な説明する。回路は進相コンデンサC
1,C2,C3,C4,C5を投入した際に流れる電流
を検出する変流器CTr 、CTs 、CTtとこの検
出値を入力とする絶対値回路ABSr 。
ABSs 、ABStと、この出力値11rc1゜11
scl 、  l ItCIを加算器AD13で加算す
る。
この加算器AD13の出力値I Ircl + l l
5cl +11tclは、増幅器Al11りを介して無
効電力設定値1eap’として和電流指令値の演算回路
RIPNに与えられる。
以上のようにこの回路は変流器CTr 、CTS。
CTtの検出電圧値を三相全波整流を行う回路と同じ構
成をしている。
次に分割した進相コンデンサを投入した場合の動作につ
いて説明する。ただし分割された進相コンデンサCI、
C2,C3,C4,C5の容量は同じとする。
第1図において、最初進相コンデンサC1をスイッチS
1で投入すると、進相コンデンサC1には電流IC1が
流れ、同様に変流器CT側にも同じ値の′pl流■ca
pが流れる。この場合電流icl。
l capは線路r、 s、 tを流れる電流を呼ぶこ
とにする。
整流器回路を構成する加算器A D 13は電流l c
apに比例した直流レベルの信号1dcが出力する。こ
の出力値idcは増幅器1nl)でKO−Jdc−[C
ap″−I Cat)となり、前記(11)式を満足し
無効電力設定1m I Ca1l ’として和電流指令
値の演算回路RIPNに与えられる。
従って受電端の無効電力は零になり、基本力率は1に保
持することができる。
次に上記の状態で進相コンデンサC2を投入した場合を
考える。
コンデンサC2を投入すると21cao = Icl+
[C2となり、増幅器A D 13の出力は2・KC・
Iticとなる。従って(11)式は 2−Kc −IdC−2−rcap ”−2−lCa1
lとなって満足する。
以上のように分割された進相コンデンサCI。
C2,C3,C4,C,5の投入■数にかかわらずに常
に入力基本波力率を1に制御できる。
上記・は分割された進相コンデンサの電流を検出して無
効電力設定値1cag”を自動的にlI+II Ill
させる場合ついて説明したが、進相コンデンサの投入ス
イッチSWの動作に同期して可変する無効電力設定器V
Rを用いてもよい。
[発明の効果] 以上のように本発明は受電端部に進相コンデンサを分割
して設置した無効電力制御形サイクロコンバータにおい
て、各進相コンデンサを投入した場合に流れる電流値を
検出し、その検出値から無効電力設定値を与えることに
よって進相コンデンサの投入個数に関係なく、自動的に
入力基本波力率を1にできる理想的な無効電力制御形サ
イクロコンバータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の要部の一実施例を示したブロック図、
第2図は従来の無効電力制御形サイクロコンバータの構
成図、第3図は第2図における無効電力設定値を決める
和電流指令値の演算回路の詳細回路図である。 C1〜C5・・・進相コンデンサ、RIPN・・・和電
流指令値演算回路、A1−A3・・・加算器、PH−P
、PH−N・・・位相制御器、5s−p・・・正群コン
バータ、5S−N・・・負群コンバータ、Tr・・・ト
ランス、$1〜S5・・・投入スイッチ、U、V、W・
・・負荷、cc−u、cc−v、cc−w・・・サイク
ロコンバータ、C0NT−Ll、CPNT−V、C0N
 T −W ・・・電流制御回路、ABSr 、ABS
s 。 ABSt・・・絶対値回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 負荷に可変電圧可変周波数の交流電力を供給すると共に
    循環電流によって遅れ無効電力を任意に制御できるサイ
    クロコンバータを分割された進相コンデンサと並列に運
    転して受電端力率を改善する無効電力制御形サイクロコ
    ンバータ装置において、上記無効電力制御をフィードフ
    ォワード制御で行なう場合、その無効電力設定値を分割
    された進相コンデンサを投入した際に流れるコンデンサ
    電流値より演算して与える手段を備えたことを特徴とす
    る無効電力制御形サイクロコンバータ装置。
JP59241824A 1984-11-16 1984-11-16 無効電力制御形サイクロコンバ−タ装置 Expired - Lifetime JPH0753034B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60223474A (ja) * 1984-04-18 1985-11-07 Toshiba Corp 無効電力制御形サイクロコンバ−タの起動方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60223474A (ja) * 1984-04-18 1985-11-07 Toshiba Corp 無効電力制御形サイクロコンバ−タの起動方法

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