(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御方法であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすことを特徴とする整流装置の制御方法。
【請求項２】
突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の整流装置の制御方法。
【請求項３】
直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の整流装置の制御方法。
【請求項４】
直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が４５度〜６０度の適宜時期になすことを特徴とする請求項１記載の整流装置の制御方法。
【請求項５】
サイリスタのアノード−カソード間が、順方向に印加されているときに点弧パルスを出力することを特徴とする請求項１記載の整流装置の制御方法。
【請求項６】
テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を補間法により算出することを特徴とする請求項１記載の整流装置の制御方法。
【請求項７】
整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御装置であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすよう構成されてなることを特徴とする整流装置の制御装置。
【請求項８】
突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項７記載の整流装置の制御装置。
【請求項９】
直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項７記載の整流装置の制御装置。
【請求項１０】
直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が４５度〜６０度の適宜時期になすよう構成されてなることを特徴とする請求項７記載の整流装置の制御装置。
【請求項１１】
サイリスタのアノード−カソード間が、順方向に印加されているときに点弧パルスを出力するよう構成されてなることを特徴とする請求項７記載の整流装置の制御装置。
【請求項１２】
テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を補間法により算出するよう構成されてなることを特徴とする請求項７記載の整流装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流装置の制御方法および制御装置に関する。さらに詳しくは、インバータ装置の入力部に配設される、整流素子の一部にサイリスタが用いられた整流回路を有する整流装置の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆるインバータ装置（広義のインバータ）は、整流素子としてダイオードのみを用いた整流回路（コンバータ）で入力交流を直流に変換して電力の制御を行うようにしたものが多い。
【０００３】
このように、従来のインバータ装置では、整流回路をダイオードのみからなる比較的簡易な回路として構成することが多いのは、電源電圧が不規則に変動することがほとんどない良質な電力であることによる。
【０００４】
ところが、インバータ装置が例えば電気鉄道車両の各種設備（例；新幹線車両の換気装置）の電力制御に用いられる場合には、下記のような事情があるため、一般産業用インバータ装置における場合とは異なる特別の配慮が必要とされる。
【０００５】
（１）給電区間に車両が少なく給電区間内の電気的負荷が小さい場合や、車両減速時に給電側に電力回生を行う場合には、インバータ装置に定格電圧を大きく超える電圧が加わることがある。
【０００６】
（２）給電区間が車両の走行中に切り替わる際に、電源の瞬低がしばしば発生する。
【０００７】
（３）電圧変動が大きい。
【０００８】
そして、このような電源環境の下で運転される鉄道車両用のインバータ装置では、良好な運転状態を確保するため、以下のような措置が従来講じられている。
【０００９】
（ａ）前掲（１）による不都合を回避するため、３次電源（４４０Ｖ）に降圧用のトランスを挿入して、入力電圧を１割程度低下させ、インバータ装置へ定格電圧を大きく超える電圧が加わる頻度を低減させる。
【００１０】
（ｂ）前掲（２）のような電源瞬低が頻繁に発生する場合、整流回路付属のフィルタキャパシタへの過大な突入電流を防止するために、電磁開閉器および電力用抵抗器からなる突入電流抑制回路を設ける。
【００１１】
しかしながら、前掲（ａ）、（ｂ）のような措置は、以下のような問題を有している。
【００１２】
（ア）前掲（ａ）の措置においては、トランスを設置することによって装置全体の重量・寸法が増大する。
【００１３】
（イ）前掲（ｂ）の措置においても、突入電流抑制回路を設置することによって装置全体の重量・寸法が増大する。
【００１４】
（ウ）突入電流抑制回路の電磁開閉器には機械的寿命があるため、定期交換等のメンテナンスが必要となる。
【００１５】
このような不都合を回避するために、従来より、整流素子の一部にサイリスタを用いるようにして、電源投入時のフィルタキャパシタへの突入電流を抑制するためのソフトスタート機能と、直流電圧の安定化機能および過大電圧の抑制機能とを整流回路に付与するようにしたハーフブリッジ整流回路が知られている（例えば、特開平１０−１１１１４５号公報、特開平１１−１１８５２０号公報および特開平０９−２６５５０４号公報参照）。
【００１６】
そして、このような従来のハーフブリッジ整流回路において、特開平１０−１１１１４５号公報記載のものは、瞬低検知回路と、サイリスタ・ゲートパルス位相角を徐々に開いていくためのタイマ回路とを設けるものとしている。
【００１７】
しかしながら、この構成には、以下のような問題がある。
【００１８】
（い）瞬低検知回路が瞬低発生の有無を判定するための、電圧閾値や瞬低時間の時間閾値を適切に設定することが容易ではない。
【００１９】
（ろ）負荷が軽い状態では瞬低中のフィルタキャパシタからの放電が少ないために、瞬低回復時に必ずしもソフトスタート機能を動作させる必要はない。しかるに、前掲の瞬低検知回路は、負荷の状態を監視するものとされていないので、ソフトスタート機能を動作させる必要がない場合にも、瞬低が検知されると同時にソフトスタート機能が起動して電力供給が制限されてしまうため、運転可能状態に復帰するまでの間、負荷の回路動作を停止する必要がある。
【００２０】
（は）一般に、ソフトスタート機能においては、電流が規定値を超えない範囲で直流側電圧が規定値に達するまでの時間を最小にすることが望ましいものといえる。このため、ソフトスタート機能の動作中の各サイクルにおける位相角は、時間（サイクル数）に対して線形にではなく、例えば２次関数的に変化させる必要があるが、この場合、各サイクルにおける電流値のピークを揃える必要があるため、回路の構成が複雑となる。一方、位相角を線形的に変化させるようにして回路を簡易化した場合には、直流側電圧が規定値に達するまでの時間が長くなり、即応性が損なわれる。
【００２１】
また、前掲の特開平１１−１１８５２０号公報記載の従来技術は、前掲（２）の問題に関し、直流部電圧を安定化するために、直流部電圧と基準値とを比較した結果に基づいて、サイリスタ・ゲートパルス位相角をフィードバック制御するものとしている。
【００２２】
しかしながら、一般に、サイリスタ・ゲートパルス位相角と直流部電圧との関係は線形ではなく、フィードバック制御を行った場合にも誤差が大きくなることが多い。このため、フィードバック制御の調整部に積分器を追加してＰＩ制御を行うものとされることが多い。ところが、この方法では、入力電圧が急激に変化した場合に、積分器の出力値が本来の値に整定するのに時間がかかり対処しきれないことがある。すなわち、このような場合には、直流部電圧が過大となったり、過小となったりしてインバータ装置の運転が中断したり、故障を引き起こすことがある、といった問題がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、電源電圧の変動が大きい場合にも簡易に的確な整流がなし得る、整流素子の一部にサイリスタが用いられた整流回路を有する整流装置の制御方法および制御装置を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の整流装置の制御方法は、整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御方法であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすことを特徴とする。
【００２５】
本発明の整流装置の制御方法においては、突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【００２６】
また、本発明の整流装置の制御方法においては、直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【００２７】
さらに、本発明の整流装置の制御方法においては、直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が４５度〜６０度の適宜時期になすのが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明の整流装置の制御方法においては、サイリスタのアノード−カソード間が順方向に印加されているときに点弧パルスを出力するのが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明の整流装置の制御方法においては、テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を、補間法により算出するのが好ましい。
【００３０】
一方、本発明の整流装置の制御装置は、整流回路をダイオードとサイリスタとによりハーフブリッジとしてなる整流装置におけるサイリスタの点弧をなす点弧回路を、点弧角参照テーブルを有する点弧角制御部により制御する制御装置であって、
前記点弧角参照テーブルは、負荷動作開始電圧以下の電圧範囲において、突入電流を抑制する処理をなすための突入電流抑制処理用テーブルと、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との電圧範囲において、直流電流を安定化させる処理をなすための直流電流安定化処理用テーブルとを含み、
交流側電圧値と直流側電圧値とを検出し、それらの検出された交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対して前記各テーブルに予め設定されている点弧角によりサイリスタの点弧をなすよう構成されてなることを特徴とする。
【００３１】
本発明の整流装置の制御装置においては、突入電流抑制処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【００３２】
また、本発明の整流装置の制御装置においては、直流電流安定化処理用テーブルは、検出された交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高いときは点弧角が小さくなるよう構成されるとともに、検出された交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低いときは点弧角が大きくなるよう構成されているのが好ましい。
【００３３】
さらに、本発明の整流装置の制御装置においては、直流電圧値の検出を交流電圧の各ゼロクロスの直後になし、交流電圧値の検出を交流電圧の電気角が４５度〜６０度の適宜時期になすよう構成されてなるのが好ましい。
【００３４】
さらに、本発明の整流装置の制御装置においては、サイリスタのアノード−カソード間が、順方向に印加されているときに点弧パルスを出力するよう構成されてなるのが好ましい。
【００３６】
さらに、本発明の整流装置の制御装置においては、テーブルにない交流電圧値と直流電圧値との組合わせに対する点弧角を補間法により算出するよう構成されてなるのが好ましい。
【００３７】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、構成の簡素化および小型化を図りかつ即応性を担保しながら、整流装置における突入電流の抑制および直流電圧の安定化が図られる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００３９】
図１に、本発明の一実施形態にかかる整流装置の制御方法が適用されるコンバータ装置の概略構成をブロック図で示す。
【００４０】
このコンバータ装置Ｋは、入力交流電圧の不規則変動が大きい、例えば新幹線車両の換気装置用インバータ装置（不図示である）に設けられ、鉄道架線を介して各車両に送電される交流電力を直流電力に変換し、逆変換回路（狭義のインバータ、不図示である）に供給するものとされる。
【００４１】
コンバータ装置Ｋは、具体的には、整流素子の少なくとも一部をサイリスタにより構成したサイリスタ整流・平滑回路部１０と、サイリスタ整流・平滑回路部１０のサイリスタを点弧する点弧回路２０と、点弧回路２０がサイリスタを適切な点弧角で点弧するよう制御する点弧角制御部３０とを主要構成要素として備えてなるものとされる。
【００４２】
図２に、コンバータ装置Ｋのより具体的な構成を示す。
【００４３】
サイリスタ整流・平滑回路部１０は、２つのサイリスタ１１Ａ、１１Ｂおよび２つのダイオード１２Ａ、１２Ｂを単相混合ブリッジ回路に形成してなるハーフブリッジ整流回路（以下、単に整流回路という）１３と、これと並列に接続される平滑コンデンサ１４からなる平滑回路１５とから構成される。
【００４４】
ここで、各サイリスタ１１Ａ、１１Ｂは、ブリッジ回路の下部アームに配置されるが、これは各サイリスタ１１Ａ、１１Ｂがトリガ可能かどうか、すなわちアノード−カソード間に順方向電圧が印加されているかどうかを判断するために用いられる検出回路の形成を容易にするためである。
【００４５】
点弧回路２０は、各サイリスタ１１Ａ、１１Ｂを点弧するゲートドライブ回路２１により構成される。このゲートドライブ回路２１は、具体的には、ゲート１とゲート２からなるＲＳフリップ回路(リセットセット・フリップ回路)と、アンド回路からなるゲート３と、ノイズ除去および信号安定化のための１次遅れ回路と、アンド回路からなるゲート４と、スイッチング・トランジスタを有するパルス発生回路とを備えてなるものとされる(図５参照)。
【００４６】
点弧角制御部３０は、入力交流検出部１０ａにより検出される入力交流電圧Ｖａｃおよびその位相の検出信号と、点弧電圧検出部１１ａ，１１ｂにより検出されるサイリスタ１１Ａ、１１Ｂの点弧電圧Ｖｔａ、Ｖｔｂ、つまりサイリスタ１１Ａ、１１Ｂにおけるアノード−カソード間の電圧の各検出信号と、中間直流電圧検出部１４ａにより検出される平滑コンデンサ１４間の電圧、つまり中間直流電圧Ｖｄｃの検出信号とをアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１によりアナログ−デジタル変換された各検出信号に基づいて、ゲートドライブ回路２１が各サイリスタ１１Ａ、１１Ｂを点弧する点弧角を入力交流電圧Ｖａｃと中間直流電圧Ｖｄｃとで３次元的に表した点弧角参照テーブル（突入電流抑制処理用テーブル、直流電圧安定化処理用テーブル）(３次元テーブル)４０を参照して設定するとともに、各種制御を実施するサイリスタ制御部３２とから構成される。
【００４７】
また、この実施形態のコンバータ装置Ｋには、回生動作時に動作する、回生抵抗５１、回生用トランジスタ５２が設けられており、また平滑回路１５に入力される中間直流電圧Ｖｄｃの検出信号に基づいて、過電圧を検知するとともに回生用トランジスタ５２を制御する過電圧検知・回生制御部５０が設けられるものとされる。なお、過電圧検知・回生制御部５０の構成は従来のものと同様とされているので、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
ここで、サイリスタ制御部３２は、電源投入時や入力電圧の瞬低後にフィルタキャパシタ（平滑回路１５）への突入電流が発生して主回路部品を破壊するおそれがあるため、これを回避するように突入電流を抑制するよう制御を実施するものとされる。また、サイリスタ制御部３２は、平滑回路１５に入力される中間直流電圧Ｖｄｃを安定化するための直流電圧安定化処理も実施するものとされる。
【００４９】
なお、かかる構成とされた点弧角制御部３０および過電圧検知・回生制御部５０は、例えばマイコンにより実現される。
【００５０】
以下、図３および図４を参照しながら、点弧角制御部３０による突入電流抑制処理および直流電圧安定化処理について詳細に説明する。
【００５１】
まず、突入電流抑制処理について説明する。
【００５２】
突入電流を抑制するためには、交流側電圧値（Ｖａｃ）が直流側電圧値（Ｖｄｃ）に較べて過大であると判断されたときに、サイリスタ１１Ａ，１１Ｂの点弧角を絞り込むこと、つまり点弧を遅らせて点弧角を遅らせる(点弧角を小さくさせる)ことが有効である。そうすれば、サイリスタ１１Ａ，１１Ｂによって切り出された交流電圧の波高値が小さくなって突入電流が抑制される。
【００５３】
かかる制御を実現するためには、入力交流電圧の半周期毎に、交流側電圧値（Ｖａｃ）と直流側電圧値（Ｖｄｃ）とに基づいて、適切な点弧角を設定する必要がある。このため、この実施形態では、交流側電圧値（Ｖａｃ）と直流側電圧値（Ｖｄｃ）とに対応した適切な点弧角を定めたものを予め３次元テーブル(突入電流抑制処理用テーブル)として用意し、これを参照して入力交流の半周期毎に点弧角を設定するものとされている。（なお、この３次元テーブルについては、後で詳細に説明する。）
【００５４】
より具体的には、図３および図４に示すように、交流入力電圧の各ゼロクロスを検出した直後にイベントキャプチャにより割り込みをかけ、この直後に直流側電圧値（Ｖｄｃ）を検出し、ついで交流側電圧値（Ｖａｃ）を検出する。
【００５５】
この交流側電圧値（Ｖａｃ）の検出は、交流側電圧値（Ｖａｃ）の最大値を検出することを目的としてなされるものであるため、交流側電圧値（Ｖａｃ）が最大値となった時点でなされるのが好ましいが、点弧角の算出に要する時間等を考慮して、交流電圧の電気角が４５度〜６０度の間の適宜時期になされるものとされる。そして、この検出された交流側電圧値（Ｖａｃ）に基づいて、交流側電圧が正弦波であると仮定してその半周期における最大値を推定するものとされている。なお、図４に示す交流入力電圧検出タイミングの設定手順は、一度なされた後は省略されてもよい。
【００５６】
これらの検出した直流側電圧値（Ｖｄｃ）および交流側電圧値（Ｖａｃ）を、Ａ／Ｄ変換器３１によりそれぞれデジタル信号に変換し、また、このデジタル信号に変換した交流側電圧値（Ｖａｃ）に基づいて、前述したように、半周期における交流側電圧値（Ｖａｃ）の最大値を算出する。
【００５７】
ついで、デジタル信号に変換した直流側電圧値（Ｖｄｃ）および算出した交流側電圧値（Ｖａｃ）の最大値を用いて突入電流抑制処理用テーブルからその組合せに対応した点弧角を選出し、その点弧角によりサイリスタゲートパルス(点弧パルス)を発生させるタイミングを算出する。
【００５８】
しかるのち、算出した点弧パルス発生タイミングをトリガパルス指令としてアウトプットコンベアによりタイマー設定する。
【００５９】
しかして、このタイマー設定したトリガパルス指令により、点弧パルス(トリガパルス)がサイリスタ１１Ａ，１１Ｂに出力されてサイリスタ１１Ａ，１１Ｂが導通される。つまり、サイリスタ１１Ａ，１１Ｂが所望の点弧角により点弧される。なお、この点弧パルス(トリガパルス)の発生については後で詳細に説明する。
【００６０】
従来、アナログ回路によって前述のような制御を実現する場合は、積分タイマー回路を用いて徐々に点弧角を広げていくようにするのが一般的である。しかしながら、この方法では、フィルタキャパシタ充電中に電源の瞬時変動や喪失があった場合、積分タイマーリセットをどのような条件で行うべきかを決めることが困難であり、それがため所期の電流抑制性能が得られないおそれがある。
【００６１】
しかるに、この実施形態では従来のフィードバック制御によらず、テーブルにおける設定値にしたがって点弧角を制御するものとしているので、電源電圧の変動が大きい場合にも、有効に突入電流を抑制することが可能となる。
【００６２】
次に、直流電圧安定化処理について説明する。
【００６３】
新幹線車両では、電源電圧の変動が大きく、また、入力交流電圧値が定格値よりも２５％以上高めとなることも多い（これは、架線電圧の定格値は２５ｋＶであるが、無負荷電圧は３０ｋＶが設計値とされていることによる。）。そこで、入力電圧値の変動にかかわらず、出力直流電圧値を一定にするための直流電圧安定化処理が実施される。ここでも、突入電流抑制処理におけると同様に、予め設定されたテーブル(直流電圧安定化処理用テーブル)を参照してサイリスタ１１Ａ，１１Ｂの点弧角を制御するものとされる。
【００６４】
すなわち、入力交流電圧の半周期毎に交流側電圧値（Ｖａｃ）および直流側電圧値（Ｖｄｃ）を検出し、その検出結果により直流側電圧値（Ｖｄｃ）が予め設定された値より高くなると予想された場合は、直流電圧安定化処理用テーブルにおける交流側電圧値（Ｖａｃ）と直流側電圧値（Ｖｄｃ）との組合せに対応した点弧角を選出して、サイリスタ１１Ａ，１１Ｂの点弧を遅らせて波高値を下げるようにする。つまり、点弧角を小さくして(点弧角を遅らせて)、波高値を下げるようにする。
【００６５】
一方、交流側電圧値（Ｖａｃ）および直流側電圧値（Ｖｄｃ）の検出値から、直流側電圧値（Ｖｄｃ）が予め設定された値よりも低くなると予想された場合は、同様に直流電圧安定化処理用テーブルにおける交流側電圧値（Ｖａｃ）と直流側電圧値（Ｖｄｃ）との組合せに対応した点弧角を選出して、サイリスタ１１Ａ，１１Ｂの点弧角を進めて(点弧角を大きくして)波高値を上げるようにする。
【００６６】
より具体的には、図３および図４に示すように、交流入力電圧の各ゼロクロスを検出した直後にイベントキャプチャにより割り込みをかけ、この直後に直流側電圧値（Ｖｄｃ）を検出し、ついで交流側電圧値（Ｖａｃ）を検出する。
【００６７】
これらの検出された直流側電圧値（Ｖｄｃ）および交流側電圧値（Ｖａｃ）を、Ａ／Ｄ変換器３１によりそれぞれデジタル信号に変換し、また、このデジタル信号に変換した交流側電圧値（Ｖａｃ）に基づいて、前述したように、半周期における交流側電圧値（Ｖａｃ）の最大値を算出する。
【００６８】
ついで、デジタル信号に変換された直流側電圧値（Ｖｄｃ）および算出した交流側電圧値（Ｖａｃ）の最大値を用いて直流電圧安定化処理用テーブルからその組合せに対応した点弧角を選出し、その点弧角によりサイリスタゲートパルス(点弧パルス)を発生させるタイミングを算出する。
【００６９】
しかるのち、算出した点弧パルス発生タイミングをトリガパルス指令としてアウトプットコンベアによりタイマー設定する。
【００７０】
しかして、このタイマー設定したトリガパルス指令により、点弧パルス(トリガパルス)がサイリスタ１１Ａ，１１Ｂに出力されてサイリスタ１１Ａ，１１Ｂが導通される。つまり、サイリスタ１１Ａ，１１Ｂが所望の点弧角により点弧される。
【００７１】
次に、図５および図６を参照しながら点弧パルス(トリガパルス)の生成について説明する。
【００７２】
サイリスタ１１Ａ，１１Ｂは、順方向に電圧が印加されていないと、点弧パルス(トリガパルス)を与えてもオンすることができない。したがって、前述の手順により生成されたトリガパルス指令により点弧パルス(トリガパルス)を出力したとしても、条件次第では点弧に失敗することがある。
【００７３】
これを防ぐために、ゲートドライブ回路２１では、トリガパルスを出力しようとする時点で点弧可能条件が整っていない場合は、点弧が可能となった時点で初めてトリガパルスを出力するようにされている。以下、詳細に説明する。
【００７４】
ゲート１には入力交流電圧のゼロクロス信号が入力されて、ＲＳフリップ回路が入力交流電圧の半周期毎にリセットされるようにされ、またゲート２には点弧角制御部３０からの点弧パルス(トリガパルス)指令が入力されている。このＲＳフリップ回路の出力はゲート３に入力される。また、このゲート３には、サイリスタ１１Ａ(１１Ｂ)の点弧電圧Ｖｔａ（Ｖｔｂ）を検出している点弧電圧検出部１１ａ(１１ｂ)からサイリスタ１１Ａ(１１Ｂ)が順方向に印加されていることを示すトリガ可能信号が入力される。これにより、ゲート３はトリガパルス指令およびトリガ可能信号がそれぞれオンのときにオンされてオン信号を出力する。
【００７５】
ゲート３の出力は分岐されてゲート４および１次遅れ回路に入力される。この１次遅れ回路の出力は反転されてゲート４に入力される。これにより、ゲート３からの出力信号に随伴しているノイズ等の除去がなされて信号の安定化が図られる。また、ゲート４にはインバータ装置が稼動中であることを示すトリガイネーブル信号も入力される。これは、インバータ装置が稼動中でなければトリガパルスを発生させても意味がないことによる。
【００７６】
ゲート４の出力はスイッチング・トランジスタのベースに入力されてそのスイッチングを行う。つまり、トリガパルス指令、トリガ可能信号、およびトリガイネーブル信号のそれぞれがオンであれば、スイッチング・トランジスタがオンされてトリガパルス(点弧パルス)がサイリスタ１１Ａ（１１Ｂ）に出力される。
【００７７】
ゲートドライブ回路２１がかかる構成とされていることにより、トリガパルスは常にサイリスタ１１Ａ，１１Ｂが順方向に印加されているときにサイリスタ１１Ａ，１１Ｂに出力される。そのため、サイリスタ１１Ａ，１１Ｂの点弧が確実になされる。
【００７８】
次に、図７を参照しながら突入電流抑制処理用テーブルおよび直流電圧安定化処理用テーブルについて説明する。なお、図７は突入電流抑制処理用テーブルおよび直流電圧安定化処理用テーブルの作成要領を表したグラフ図である。
【００７９】
図７に示す例においては、入力交流電圧の定格電圧が実効値で４４０Ｖとされ、中間直流電圧の負荷動作開始電圧および定格電圧がそれぞれ４００Ｖおよび６２０Ｖとされている。また、中間直流電圧の回生動作開始電圧および過電圧異常閾値がそれぞれ７８４Ｖおよび８３３Ｖとされている。そして、負荷動作開始電圧以下の領域が突入電流抑制処理領域とされ、また、負荷動作開始電圧と回生動作開始電圧との間の領域が直流電流安定化処理領域とされている。ここで、定格点(４４０Ｖｒｍｓ，６２０Ｖ)と原点(０Ｖｒｍｓ，０Ｖ)とを結ぶ線の上の領域(図中の黒く塗りつぶした領域)は制御不能領域とされて、サイリスタの点弧はなされない。
【００８０】
図７に示すように、突入電流抑制処理では、突入電流の抑制を図るとともに即応性を担保するため、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低い場合には、点弧角が小さくなるように点弧角制御がなされる一方、交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高い場合には、点弧角が大きくなるように点弧角制御がなされる。つまり、改良されたソフトスタートがなされる。なお、図７において、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高い場合、および交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低い場合は、過大電圧領域では回路素子の破壊を防ぐため、および不足電圧領域では負荷に十分な電力供給が不可能なため、サイリスタの点弧はなされないためである。
【００８１】
また、直流電圧安定化処理では、前述した理由により、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が高い場合には、点弧角が小さくなるように点弧角制御がなされる一方、交流電圧値が低くかつ直流電圧値が低い場合には、点弧角が大きくなるように点弧角制御がなされる。つまり、擬似フィードバック制御がなされて、直流電圧の安定化が図られる。なお、図７において、交流電圧値が高くかつ直流電圧値が低い場合、および交流電圧値が低くかつ直流電圧値が高い場合は、過大電圧領域では回路素子の破壊を防ぐため、および不足電圧領域では負荷に十分な電力供給が不可能なため、サイリスタの点弧はなされないためである。
【００８２】
次に、図８および図９を参照しながら、突入電流抑制処理用テーブルおよび直流電圧安定化処理用テーブルの作成手順の一例を説明する。テーブルは、制御１周期（交流半周期）毎に、直流電圧が５０Ｖずつ変化するよう設定する。なお、電圧設定値は前記に限定されるものではなく任意に設定可能である。
【００８３】
（１）入力交流電圧Ｖａｃを検出し、その最大値Ｖａｃｐを推定する。
【００８４】
（２）中間直流電圧Ｖｄｃを検出する。
【００８５】
（３）以下の区別にしたがってサイリスタを点弧角を算出する。
【００８６】
（３−１）中間直流電圧の目標値Ｖｄｃｒと現在値Ｖｄｃの差が５０ボルト以上あるとき：
次式（１）により点弧角αを算出する。
【００８７】
Ｖａｃｐ・sinα＝Ｖｄｃ＋５０                              （１）
【００８８】
すなわち、
α＝arcsin｛（Ｖｄｃ＋５０）／Ｖａｃｐ｝
となる。
【００８９】
（３−２）中間直流電圧の目標値Ｖｄｃｒと現在値Ｖｄｃの差が５０ボルト未満であるとき：
次式（２）により点弧角αを算出する。
【００９０】
Ｖａｃｐ・sinα＝Ｖｄｃｒ                                （２）
【００９１】
すなわち、
α＝arcsin｛Ｖｄｃｒ／Ｖａｃｐ｝
となる。
【００９２】
このように、実施形態のコンバータ装置Ｋにおいては、瞬低発生時には予め設定される突入電圧抑制処理用テーブルを参照して点弧角が設定されるので、瞬低検知回路が不要となり、瞬低発生の有無を判定するための電圧閾値および瞬低時間の時間閾値を設定する必要がなくなる。つまり、構成の簡素化が図られる。
【００９３】
また、負荷が軽い状態で瞬低が起こった場合にも、不必要に点弧角を小さくすることがないので、負荷が運転可能状態に復帰するまでの時間が最小となり、即応性が担保される。
【００９４】
さらに、ＰＩ型フィードバック制御を実施する場合のような、急激な入力電圧の変化に対する即応性の欠如と、直流部電圧の変動が抑制される。
【００９５】
さらにまた、ソフトスタートと直流部電圧の安定化制御とのモード切替の必要がなく、１つのマイコン（サイリスタ制御部）によって実現できて装置の小型化が図れる。
【００９６】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態では単相交流を例に採り説明されているが、本発明の適用は単相交流に限定されるものではなく、適宜改変することにより多相交流にも適用でき、例えば三相交流にも適用できる。また、点弧角参照テーブルにない交流側電圧値と直流側電圧値との組合せに対する点弧角は、補間法により算出するようにしてもよい。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、構成の簡素化および小型化を図りかつ即応性を担保しながら、整流装置への突入電流の抑制および出力電圧の安定化が図られるという優れた効果が得られる。
【００９８】
また、本発明の好ましい形態によれば、サイリスタが順方向に印加されているときにトリガパルスが出力されるので、サイリスタの点弧が確実になされるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る整流装置の制御方法が適用されるコンバータ装置のブロック図である。
【図２】同実施形態に用いられているコンバータ装置の回路図である。
【図３】同実施形態の制御方法の説明図である。
【図４】同実施形態の制御手順を示すフローチャーチである。
【図５】ゲートドライブ回路の動作説明図である。
【図６】トリガパルスの発生手順を示すフローチャーチである。
【図７】サイリスタ点弧角と交流電圧・直流電圧との関係を示すグラフ図である。
【図８】点弧角算出に用いられる電圧のグラフ図の一例である。
【図９】同グラフ図の他の例である。
【符号の説明】
１０              サイリスタ整流・平滑回路
１０ａ            入力交流検出部
１１Ａ，１１Ｂ    サイリスタ
１１ａ，１１ｂ    点弧電圧検出部
１５              平滑回路
２０              点弧回路
２１              ゲートドライブ回路
３０              点弧角制御部
３１              Ａ／Ｄ変換部
３２              サイリスタ制御部
４０              点弧角参照テーブル(３次元テーブル)
５０              過電圧検知・回生制御部
Ｋ              コンバータ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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