(57)【要約】【課題】転流発生期間に生じる波形歪を大幅に取り除いた波形を有する整流器交流電圧を実現する位相制御装置を提供すること。【解決手段】フィルタ５Ａによる位相遅れを小さくしつつ、転流時の電圧歪を除去し整流器交流電圧を平滑化させることにより、過渡時の交流電源電圧や位相の急激な変化に対する位相制御装置の応答性改善や定常時の交流電源周波数の変動による基準位相の変化、サイリスタ整流器の運転状態の変動による基準位相の変化の極小化を図ることが可能となり、安定したサイリスタ整流器の制御を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイリスタ整流器をゲート点弧する位相制御手段と、
前記位相制御手段からのゲートパルス入信号を所定期間保持して限時保持指示信号を出力する位相制御信号検出演算手段と、
前記限時保持指示信号と前記整流器に入力される整流器交流電圧とが入力される同期信号保持手段と、
前記限時保持指示信号にて指示される期間に前記整流器交流電圧、前記限時保持指示信号、および前記同期信号保持手段から出力される整流器交流電圧保持値とから算出された整流器交流電圧補正値を前記位相制御手段に出力する整流器交流電圧予測手段と、
を有する位相制御装置。
【請求項２】
前記位相制御信号検出演算手段は、ゲートパルス入信号の入力を検出するゲートパルス入信号検出手段と、前記ゲートパルス入信号を保持する期間を定める限時設定手段と、前記限時設定手段により定められた期間において前記限時保持指示信号を保持する限時保持手段を有する請求項１記載の位相制御装置。
【請求項３】
前記位相制御信号検出演算手段は、ゲートパルス入信号の入力を検出するゲートパルス入信号検出手段と、前記整流器の出力電流と前記整流器出力電圧と前記サイリスタの制御角とから前記限時保持指示信号を保持する保持期間を算出する転流完了演算手段と、前記転流完了演算手段により定められた期間において前記限時保持指示信号を保持する限時保持手段を有する請求項１記載の位相制御装置。
【請求項４】
前記整流器交流電圧予測手段は、前記限時保持指示信号で指示されるタイミングで前記整流器交流電圧の変化率を検出する変化率検出手段と、前記限時保持指示信号で指示される期間に前記整流器交流電圧の変化率を時間積分する時間積分手段と、前記同期信号保持手段から出力される整流器交流電圧保持値と前記時間積分手段から出力される整流器交流電圧変化率より推定した変化量とを加算し整流器交流電圧補正値を出力する加算手段を有する請求項１乃至請求項３いずれか記載の位相制御装置。
【請求項５】
前記変化率検出手段には、前記整流器交流電圧を重畳する雑音を除去するフィルタの出力が入力される請求項１乃至４いずれか記載の位相制御装置。
【請求項６】
前記同期信号保持手段には、前記整流器交流電圧を重畳する雑音を除去するフィルタの出力が入力される請求項１乃至５いずれか記載の位相制御装置。
【請求項７】
前記限時保持指示信号で指示されるタイミングで前記整流器交流電圧の変化率を検出する変化率検出手段から出力される変化率の総和が所定範囲外となったときに故障と判定して表示する故障検出表示手段を有する請求項１乃至６いずれか記載の位相制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施態様は、サイリスタ整流器の位相制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイリスタ整流器の位相制御は、発電機の励磁装置などに利用され、交流電源の周期毎におけるＯＮ時間の割合をサイリスタを用いて変化させることにより、出力電圧を連続的に制御するものである。
【０００３】
サイリスタ整流器の入力電圧は、交流電源から変圧器を介した電圧となるが、この入力電圧は、サイリスタ整流器の運転状態に応じて電圧歪が生じる。この電圧歪を低減するためには、フィルタによる遅れを大きくする手法とフィルタによる遅れを小さくする手法がある。前者は、交流電源の電圧や位相に急激な変化が生じた場合に、電圧歪の影響を取り除いた交流電源電圧の基準位相とフィルタによる平滑後のサイリスタ整流器交流電圧の基準位相との差が、一時的に予め定めた一定の値ではなくなることにより、位相制御特性が悪化するおそれがある。一方、後者は、交流電源の周波数、サイリスタ制御角αまたは負荷に流れる電流の大きさが変化する場合に、フィルタによる平滑後のサイリスタ整流器交流電圧の基準位相が大きく変化することにより、位相制御特性が悪化するおそれがある。
【０００４】
従来、後者の改善策として、同期に用いる交流電源電圧に対し、ゲート開始時より一定期間に開始時の電圧を用いて、転流による電圧歪を０次補正する補正手段により対応していた。しかし、このような対策を施した場合であっても電圧歪の影響が残り、位相制御特性の低減を十分に抑制することができない課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６８１６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、整流器交流電圧の電圧歪を極小化する位相制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、実施形態の位相制御装置は、サイリスタ整流器をゲート点弧する位相制御手段と、前記位相制御手段からのゲートパルス入信号を所定期間保持して限時保持指示信号を出力する位相制御信号検出演算手段と、前記限時保持指示信号と前記整流器に入力される整流器交流電圧とが入力される同期信号保持手段と、前記限時保持指示信号にて指示される期間に前記整流器交流電圧、前記限時保持指示信号、および前記同期信号保持手段から出力される整流器交流電圧保持値とから算出された整流器交流電圧補正値を前記位相制御手段に出力する整流器交流電圧予測手段とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の位相制御装置。
【図２】第２の実施形態の位相制御装置。
【図３】第３の実施形態の位相制御装置。
【図４】第４の実施形態の位相制御装置。
【図５】第５の実施形態の位相制御装置。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の位相制御装置について、図１を参照して説明する。
【００１１】
交流電源１は、変圧器２を介してサイリスタ整流器３に入力され、交流電圧が直流電圧に変換され、負荷４に印加される。サイリスタ整流器３は、位相制御回路５が出力するゲートパルス信号のタイミングに応じた直流電圧を出力することにより、負荷４に流れる電流を所望の値に調整する。
【００１２】
位相制御回路５は、整流器交流電圧の含有リプルを除去するためのフィルタ５Ａ、整流器交流電圧の０Ｖ点を検出する基準位相検出回路５Ｂ、およびゲートパルス信号を基準位相からサイリスタ制御角αだけ遅らせて出力するゲートパルス発生回路５Ｃを有している。
【００１３】
位相制御回路５には、整流器交流電圧予測回路６、同期信号保持回路７、および位相制御信号検出演算回路８を有する補正回路９が適用される。
【００１４】
整流器交流電圧予測回路６は、整流器交流電圧の変化率を検出する変化率検出回路６Ａ、同期信号保持期間の整流器交流電圧の変化量を積分により推定する時間積分回路６Ｂ、および同期信号保持期間に時間積分回路６Ｂにて同期信号保持期間の開始時点における整流器交流電圧の変化率により推定した整流器交流電圧の変化量を、同期信号保持期間に同期信号保持回路７にて保持した同期信号保持期間の開始時点における整流器交流電圧に加算する加算回路６Ｃを有する。
【００１５】
位相制御信号検出演算回路８は、Ｕ〜Ｚ相のいずれかのゲートパルス信号が出力されるのか検出するゲートパルス入信号検出回路８Ａ、限時設定回路８Ｂにより定められた期間に出力を保持できる限時保持回路８Ｃを有する。
【００１６】
以下、第１の実施形態の位相制御装置の動作を説明する。
【００１７】
整流器交流電圧（ＵＸ相、ＶＹ相、ＷＺ相）は、位相制御回路５における基準位相検出回路５Ｂによって基準位相の検出を行い、これを位相制御の基準点として、ゲートパルス発生回路５Ｃによりサイリスタ整流器３にゲートパルス信号を、ゲートパルス入信号検出回路８Ａにゲートパルス信号が出力される所定時間以前の信号であるゲートパルス入信号を出力する。所定時間は、補正回路９によって生じる遅れを考慮し電源電圧が転流の影響を受け始める前に補正が開始できるように選定する。
【００１８】
位相制御信号検出演算回路８は、ゲートパルス発生回路５Ｃよりゲートパルス入信号が入力され、ゲートパルス入信号検出回路８Ａで検出するタイミングから限時保持回路８Ｃにより限時設定回路８Ｂにより定められた期間に信号を保持し、限時保持指示信号として同期信号保持手回路７および変化率検出回路６Ａに出力する。
【００１９】
同期信号保持回路７は、限時保持回路８Ｃからの限時保持指示信号と変圧器２が出力する整流器交流電圧とが入力され、限時保持指示信号の入力期間のみ、限時保持指示信号の入力開始時点の整流器交流電圧を保持し、加算回路６Ｃへ出力する。
【００２０】
変化率検出回路６Ａは、限時保持回路８Ｃからの限時保持指示信号と変圧器２が出力する整流器交流電圧とが入力され、限時保持指示信号の入力期間のみ、限時保持指示信号の入力開始時点の整流器交流電圧変化率を保持し、時間積分回路６Ｂへ出力する。時間積分回路６Ｂは、限時保持回路８Ｃからの限時保持指示信号と変化率検出回路６Ａからの限時保持指示信号の入力開始時点の整流器交流電圧変化率とが入力され、限時保持指示信号の入力期間のみ、整流器交流電圧変化率を時間積分し、加算回路６Ｃへ出力する。加算回路６Ｃは、同期信号保持回路７の出力と時間積分回路６Ｂの出力が入力され、これら出力を加算して、整流器交流電圧補正値として位相制御回路５（具体的にはフィルタ回路５Ａ）に出力する。
【００２１】
第１の実施形態においては、補正回路９に、整流器交流電圧予測回路６を付加したことにより、位相制御回路５に入力される整流器交流電圧は転流発生期間に生じる波形歪を大幅に取り除いた波形となり、フィルタ５Ａによる位相遅れを小さくすることができる。フィルタ５Ａによる位相遅れを小さくしつつ、転流時の電圧歪を除去し整流器交流電圧を平滑化させることにより、過渡時の交流電源電圧や位相の急激な変化に対する位相制御装置の応答性改善や定常時の交流電源周波数の変動による基準位相の変化、サイリスタ整流器の運転状態の変動による基準位相の変化の極小化を図ることが可能となり、安定したサイリスタ整流器の制御を行うことができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の位相制御装置について、図２を参照して説明する。
【００２３】
図２は、位相制御信号検出演算回路８において、第１の実施形態と比較して、限時設定回路８Ｂの代わりに、転流完了演算回路８Ｄ、サイリスタ整流器用変流器からの出力電流を検出する電流検出回路８Ｅ、および各整流器交流電圧の点弧相に対応する線間電圧の実効値を選択検出する電圧検出回路８Ｆを有する点が異なる。そのほか図１と同一の符号は同一部分又は相当部分を示し、すでに説明した部分は同様である。
【００２４】
以下、第２の実施形態の位相制御装置の動作を説明する。
【００２５】
転流完了演算回路８Ｄは、電流検出回路８Ｅ、電圧検出回路８Ｆ、および限時保持回路８Ｃに接続される。転流完了演算回路８Ｄは、サイリスタ整流器の出力電流、入力電圧、およびサイリスタ制御角が入力され、以下の演算式により転流期間ＴＵ（Ｕ：重なり角）を算出し、限時保持回路８Ｃに保持すべき期間、出力する。
【００２６】
ＴＵ＝[ＣＯＳ−１{ＣＯＳα−（％ＩＺ・Ｉ／Ｖ）}−α]／２πｆ
％ＩＺ：電源の内部インピーダンス
Ｉ    ：サイリスタ整流器の出力電流
Ｖ    ：サイリスタ整流器の出力電圧
α    ：サイリスタ制御角
ｆ    ：電源周波数
限時保持回路８Ｃは、ゲートパルス入信号検出回路８Ａが検出したタイミングから、転流完了演算回路８Ｄが算出した保持期間にタイミングを保持し、限時保持指示信号として、同期信号保持回路７および変化率検出回路６Ａに出力する。
【００２７】
第２の実施形態においては、第１の実施形態同様の効果を有するほか、さらに、運転状態から算出した転流期間だけ転流時の電圧歪を除去し整流器交流電圧を平滑化させることができるため、安定したサイリスタ整流器の制御を行うことが可能となる。
【００２８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の位相制御装置について、図３を参照して説明する。
【００２９】
図３は図１と比較して、補正回路９に、整流器交流電圧予測回路用フィルタ１０を設けた点が異なる。そのほか図１と同一の符号は同一部分又は相当部分を示し、すでに説明した部分は同様である。
【００３０】
以下、第３の実施形態の位相制御装置の動作を説明する。
【００３１】
整流器交流電圧予測回路用フィルタ１０は、入力される整流器交流電圧に重畳する雑音の影響を除去し、整流器交流電圧予測回路６へ出力する。
【００３２】
第３の実施形態においては、第１の実施形態同様の効果を有するほか、さらに、整流器交流電圧に雑音が重畳した場合においても、安定したサイリスタ整流器の制御を行うことが可能となる。
【００３３】
（第４の実施形態）
第４の実施形態の位相制御装置について、図４を参照して説明する
図４は、図１と比較して、同期信号保持回路７に入力される整流器交流電圧に対して、同期信号保持回路用フィルタ１１を設けた点が異なる。そのほか図１と同一の符号は同一部分又は相当部分を示し、すでに説明した部分は同様である。
【００３４】
以下、第４の実施形態の位相制御装置の動作を説明する。
【００３５】
同期信号保持回路用フィルタ回路１１は、入力される整流器交流電圧に重畳する雑音の影響を除去し、同期信号保持回路７へ出力する。
【００３６】
第４の実施形態においては、第１の実施形態同様の効果を有するほか、さらに、整流器交流電圧に雑音が重畳した場合においても、安定したサイリスタ整流器の制御を行うことが可能となる。
【００３７】
（第５の実施形態）
第５の実施形態の位相制御装置について、図５を参照して説明する。
【００３８】
図５は、図１と比較して、故障検出表示回路１２を設けた点が異なる。そのほか図１と同一の符号は同一部分又は相当部分を示し、すでに説明した部分は同様である。
【００３９】
以下、第５の実施形態の位相制御装置の動作を説明する。
【００４０】
故障検出表示回路１１は、各相の整流器交流電圧変化率が入力され、各相の整流器交流電圧変化率の総和が所定範囲外となった場合に変化率検出回路６Ａの故障を検出し、表示する。
【００４１】
第５の実施形態においては、第１の実施形態同様の効果を有するほか、さらに、変化率検出回路６Ａの故障状態を検出・表示することにより、故障時の原因特定を容易にでき、サイリスタ整流器の保守性を改善することが可能となる。
【００４２】
本発明の実施形態をいくつか説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組合せ（例えば、第３の実施形態と第４の実施形態との組合せ）、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１ ：交流電源
２ ：変圧器
３ ：サイリスタ整流器
４ ：負荷
５ ：位相制御回路
６ ：整流器交流電圧予測回路
７ ：同期信号保持回路
８ ：位相制御信号検出演算回路
９ ：補正回路
１０ ：整流器交流電圧予測回路用フィルタ
１１ ：同期信号保持回路用フィルタ
１２ ：故障検出表示回路
【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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