JPS6118439B2 - - Google Patents

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JPS6118439B2
JPS6118439B2 JP52121257A JP12125777A JPS6118439B2 JP S6118439 B2 JPS6118439 B2 JP S6118439B2 JP 52121257 A JP52121257 A JP 52121257A JP 12125777 A JP12125777 A JP 12125777A JP S6118439 B2 JPS6118439 B2 JP S6118439B2
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JP
Japan
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output voltage
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short
control method
waveform
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JP52121257A
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JPS5454264A (en
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Mutsuhiro Terunuma
Kyoya Shima
Kunio Saito
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/162Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H02M7/1623Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration with control circuit
    • H02M7/1626Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration with control circuit with automatic control of the output voltage or current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静止レオナード装置に係り、特にサイ
リスタの点弧位相を制御して力率改善を行なう静
止レオナード装置に関する。
静止レオナード装置におけるサイリスタ変換装
置の直流出力電圧は、サイリスタの点弧位相を変
えることによつて調整されるため、交流電流の位
相は交流電圧に対して遅れとなり、大きな無効電
力が発生する。無効電力は直流出力電圧が低くな
ればなるほど増加し、したがつて力率は低下する
ことになる。
力率の低下はサイリスタ変換装置の容量が大き
くなる場合に、効率や電源に影響を与えることに
なるので、できるだけ無効電力を低減して力率を
改善する必要がある。
第1図は静止レオナード装置を示すもので、交
流電源1よりU,V,W各相に電力を供給され、
正側サイリスタU1,V1,W1および負側サイ
リスタU2,V2,W2を移相器3によつて移相
制御することにより、直流出力電圧を発生し電動
機2を駆動させる。
いま、正側サイリスタU1,V1,W1の点弧
角(制御進み角であらわす。以下同じ)をθ
負側サイリスタU2,V2,W2の点弧角をθ
とすると、例えば直流出力電圧を零にする場合、
従来の点弧制御方式では、第2図に示すように点
弧角をθ=θ=90゜としていた。そのため、
各相電流iU,iV,iWは120゜の長い期間に亘つ
て通流し、無効電力が増大して力率が低下すると
いう欠点があつた。第2図において、aは各相電
圧と点弧角の関係、bは点弧しているサイリス
タ、cはU,V,W各相に流れる交流電流iU
V,iWをそれぞれ示す。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、直流出力電圧が低い領域で点弧制御される場
合でも力率を改善することのできる静止レオナー
ド装置を提供するにある。
この目的を達成するため、本発明は、直流出力
電圧の低い領域では、3相全波ブリツジ回路内の
2つの直列サイリスタにより短絡されるモードを
有する第1の点弧制御(以下、短絡モードを有す
る制御方式と略称する)を行ない、各相電流の通
流期間を短かくして無効電力をその分だけ低減
し、また直流出力電圧の高い領域では、上記モー
ドを有しない第2の点弧制御(以下、短絡モード
を有しない制御方式と略称する)を行ない、直流
出力電圧の波形率の悪化を防ぐようにしたことを
特徴とする。
まず短絡モードを有する制御方式を第3図およ
び第4図について説明する。
この制御方式は、直流出力電圧を零にする場
合、第3図に示すように、点弧角θを0゜、θ
を180゜に近づける(図ではθ=10゜、θ
=170゜)。このようにすると、各相の直列サイリ
スタU1とU2、V1とV2、W1とW2は同一
期間(図では100゜)に亘つて共に点弧し、直流
側がこれら直列サイリスタによつて短絡されるた
め、各相電流の通流期間は短かくなり(図では20
゜)、それだけ無効電力が抵減することになる。
第3図において、aは各相電圧と点弧角の関係、
bは点弧しているサイリスタ、cは直流出力電圧
の波形、dは各相電流iU,iV,iWをそれぞれ
示す。
ここで、直流出力電圧の大きさEOを求めてみ
ると、 ただし、Eaは交流電源電圧 となる。いまθの最小値θ1nioは10゜、θ
最大値θ2naxは170゜程度と仮定した場合の点弧
角の制御は、第4図に示すように、θ=170゜
一定としておいて、θを10゜から増加させて行
けば正の電圧を出力し、また逆にθ=10゜一定
としておいて、θを170゜から減少させて行け
ば負の電圧を出力する。最大直流出力電圧は(1)式
より1.33Eaとなる。
以上のように、短絡モードを有する制御方式を
用いることにより、無効電力を減少力率を改善す
ることができる。しかしこのような点弧制御方式
では次のような欠点がある。
すなわち、第1に直流出力電圧のの大きさがあ
る程度以上の範囲では、力率の改善の効果がなく
なることである。第5図では煩雑さを避けるため
U相について取り扱つたが、点弧角θ=110
゜、θ=170゜における正電圧発生時の(a)U相
電圧波形、(b)直流出力電圧の波形、(c)U相の電流
Uの波形を示す。直流出力電圧が大きくなるに
従いU相電流の通流期間は広くなり、第5図に示
すθ=110゜、θ=170゜のときにはU相電流
の通流期間は120゜となり、この時点で第2図に
示した従来の点弧制御方式との差がなくなつてし
まう。この点弧角での直流出力電圧の大きさを求
めると、(1)式より0.896Eaとなる。これは最大直
流出力電圧の2/3の大きさである。また、この時
点では直流出力電圧の波形率が悪くなり、電動機
の騒音が増大すると思われる。
次の欠点としては交流側に低次の偶数高調波が
発生することである。第1図に示した3相全波サ
イリスタブリツジのような6相整流の場合に、発
生する高調波は5次、7次、11次、13次等とな
る。しかし短絡モードを有する制御方式の場合に
は、前述の高調波と新たに2次、4次、8次等の
低次の偶数高調波が発生する。このように低次の
高調波があらわれるのは電源側に対する影響が問
題になると思われている。
以上述べたように、短絡モードを有する制御方
式は、直流出力電圧の低い範囲において力率改善
効果はあるが、直流出力電圧が最大出力電圧の2/
3以上では、力率が第2図に示した従来の点弧制
御方式と等しくなり、逆に直流出力電圧の波形率
が悪くなり、低次の偶数高調波があらわれるとい
う欠点を有する。
そこで、本発明においては、直流出力電圧の絶
対値の低い範囲では、力率改善の効果のある短絡
モードを有する制御方式を用い、出力電圧の絶対
値が高い範囲では、従来の短絡モードを有しない
制御方式を用いるようにする。
この発明の一実施例を第6図〜第11図を用い
て説明する。
本実施例は出力電圧の絶対値の低い範囲で短絡
モードを有する制御方式を用いるが、まずこの方
式を用た場合の有効な範囲を求めてみる。前述し
たようにこの制御方式の欠点は、低次高調波を発
生することと、出力電圧の波形率が悪くなること
である。このうち高調波については電流の実効値
そのものを減少すれば、高調波成分はそれ以上に
減少するため、それほど問題ないと思われる。従
つて、波形率についてだけ考える。
第6図に正電圧発生時の各波形を示す。aはU
相電圧の波形である。bはθ=30゜、θ
170゜における直流出力電圧の波形を示し、その
大きさEpはEp=0.08Eaとなる。cはその場合の
U相に流れる電流iUを示す。dはθ=60゜、
θ=170゜における直流出力電圧の波形で、Ep
=0.327Eaとなる。eはその場合のU相に流れる
電流iUを示す。
直流出力電圧の波形率はその実効値Eeと出力
電圧Epとの比であらわされる。直流出力電圧の
実効値Eeで求められる。bの場合にはθ=30゜、θ
170゜を代入すれば、 Ee=0.212Ea ………(3) となり、波形率は2.65となる。
一方、短絡モードを有しない制御方式で直流出
力電圧が0.08Eaとなるときの点弧角は93.45゜
(θ=θ)であるから、このときの出力電圧
の実効値Eeは Ee=0.423Ea ………(4) となり、波形率は5.3となる。
このように出力電圧の低い範囲では、短絡モー
ドを有する制御方式により波形率が改善されてい
る。
次に第6図dの場合には(2)式にθ=60゜、θ
=170゜を代入すれば、 Ee=0.543Ea ………(5) となり、波形率は1.66となる。
一方、短絡モードを有しない制御方式でEp
0.327Eaとなるときの点弧角は104゜(θ=θ
)であるので Ee=0.505Ea ………(6) となり、波形率は1.55となる。
なお、負電圧発生時の波形は正電圧発生時の波
形とほぼ同様になる。
したがつて、短絡モードを有する制御方式は力
率と出力電圧の波形率について、|Ep|=0.3Ea
程度までであれば良好になり、|Ep|=0.896Ea
までは力率は良くなるが、波形率は悪くなる。|
p|=0.896Ea以上では力率は等しく、波形率は
悪くなる。
出力電圧の波形率は電動機の騒音に関連するた
め力率の改善を行なうと共に波形率の改善も行な
うとすれば、−0.3Ea≦Ep≦0.3Ea程度の範囲内で
は短絡モードを有する制御方式を用い、これ以外
の範囲では短絡モードを有しない制御方式を用い
ればよいことになる。
そこで、短絡モードを有する制御方式と短絡モ
ードを有しない制御方式との無効電力について考
える。第7図は理想化理論における無効電力の計
算値を示す図である。横軸には無制御時における
直流出力電圧と移相制御時の直流出力電圧との比
をあらわし、縦軸には皮相電力と無効電力との比
をあらわしている。曲線Aは短絡モードを有する
制御方式、曲線Bは短絡モードを有しない制御方
式を示す。直流出力電圧比の絶対値が0.75以上の
範囲では、短絡モードを有する制御方式と短絡モ
ードを有しない制御方式とでは差がなく、したが
つて力率は等しいことが知られる。0.75以下の範
囲では短絡モードを有する制御方式の無効電力は
減少し、短絡モードを有しない制御方式との差が
出始め、特に直流出力電圧比の小さい領域すなわ
ち出力電圧の低い範囲では減少の割合が大きく、
力率改善の効果のあることが知られる。
したがつて、−0.3Ea≦Ep≦0.3Eaの範囲では短
絡モードを有する制御方式、これ以外では短絡モ
ードを有しない制御方式を用いる場合の理想的な
移相特性は第8図のようになる。すなわち、点弧
角θとθとの差を所要のものとするようバイ
アスを加えるのである。理想的には第8図の一点
鎖線で示すバイアス量Cが望ましいが、実際的に
は第9図のようなバイアス量Dを加えても、相当
の効果が得られ、何ら問題はない。
第10図にこのような方式を用いる場合の具体
的な電気回路の一例を示す。交流電源1より電力
を供給され、サイリスタU1〜W1、U2〜W2
を移相制御して直流出力電圧を発生し、電動機2
を駆動させる静止レオナード装置において、直流
出力側に抵抗6と変圧器7の直列回路を接続し
て、出力電圧が低い範囲では直流出力電圧に交流
分が重畳されることから、この交流分を変圧器7
で検出し、抵抗8を介して整流回路9および平滑
回路10で整流、平滑を行ない、点弧角θを制
御する移相器4および点弧角θを制御する移相
器5にバイアスを加えるものである。ただし移相
器4と5とでは逆バイアスとなる。したがつて、
出力電圧の低い範囲では交流分が大きいため十分
なバイアス量が得られ、|Ep|=0.3Ea程度では
交流分は小さくバイアス量は少なくなる。また|
p|>0.3Eaとなると出力電圧にはほとんど交流
分は含まれないと考えてよいから、バイアスは加
わらない。このように第10図の実施例によれば
バイアス量を連続的に変化することができる。
第11図は本実施例の効果を示す実測結果であ
る。第11図aはバイアスのない場合の相電流i
U、bはバイアスのある場合の相電流iU、またc
はバイアスのない場合の出力電圧、dはバイアス
のある場合の出力電圧の波形である。このように
移相器にバイアスを加えることにより、相電流の
通流期間は短くなつており、無効電力は減少する
ことがわかる。また出力電圧の波形率も改善され
ている。
以上説明したように、本発明によれば、静止レ
オナード装置の出力電圧の波形率の悪化を招くこ
となく、出力電圧の低い範囲における力率を改善
することができ、定格電圧に対して低い電圧で動
作する区間の多い高速エレベータや電気車等の電
動機制御に好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用される静止レオナード装
置の電気回路図、第2図は従来の短絡モードを有
しない制御方式の説明図、第3図ないし第5図は
短絡モードを有する制御方式の説明図、第6図お
よび第7図は本発明の一実施例に係る短絡モード
を有する制御方式と短絡モードを有しない制御方
式を併用した場合の両制御方式の有効範囲を示す
説明図、第8図および第9図は上記両制御方式を
併用した場合の移相特性およびバイアス量を示す
説明図、第10図は上記両制御方式を併用した静
止レオナード装置の一例を示す電気回路図、第1
1図は上記両制御方式を併用した場合の効果を示
す波形図である。 1……交流電源、2……直流電動機、3……移
相器、4……正側サイリスタの移相器、5……負
側サイリスタの移相器、7……変圧器、U1,V
1,W1……正側サイリスタ、U2,V2,W2
……負側サイリスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 全アームにサイリスタが接続された3相全波
    ブリツジ回路と、こ3相全波ブリツド回路の交流
    端子に接続された交流電源と、上記3相全波ブリ
    ツジ回路の直流端子間に接続された直流負荷と、
    上記サイリスタへ点弧信号を与える移相器とを備
    えたものにおいて、直流出力電圧の低い領域で
    は、上記3相全波ブリツジ回路の直流端子間がこ
    の3相全波ブリツジ回路の2つの直列サイリスタ
    により短絡されるモードを有する第1の点弧制御
    を行ない、直流出力電圧の高い領域では、上記モ
    ードを有しない第2の点弧制御を行なうようにし
    たことを特徴とする静止レオナード装置。 2 特許請求の範囲第1項において、上記第1の
    点弧制御の点弧角から上記第2の点弧制御の点弧
    角へ連続的に移行させるようにしたことを特徴と
    する静止レオナード装置。 3 特許請求の範囲第2項において、上記直流出
    力電圧に重畳される交流分を検出する検出装置を
    設け、この検出装置の出力により上記移相器にバ
    イアスを与え、上記第1および第2の点弧制御の
    いずれか一方に選択的に切換えるようにしたこと
    を特徴とする静止レオナード装置。 4 特許請求の範囲第3項において、上記検出装
    置は変圧器であることを特徴とする静止レオナー
    ド装置。
JP12125777A 1977-10-08 1977-10-08 Static leonard device Granted JPS5454264A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12125777A JPS5454264A (en) 1977-10-08 1977-10-08 Static leonard device
US05/949,120 US4245293A (en) 1977-10-08 1978-10-06 Power converter system
FR7828648A FR2405583A1 (fr) 1977-10-08 1978-10-06 Ensemble convertisseur de puissance

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JP12125777A JPS5454264A (en) 1977-10-08 1977-10-08 Static leonard device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5454264A JPS5454264A (en) 1979-04-28
JPS6118439B2 true JPS6118439B2 (ja) 1986-05-12

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US4245293A (en) 1981-01-13
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