JP2011511608A - 高電圧インバータ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
本発明は、好ましい態様において、1以上の交流出力位相を有する、直流電力を交流電力に変換するための高電圧インバータを提供する。このインバータは、各交流出力位相のために、三極管構造、四極管構造又は五極管構造の第1及び第2の制御可能な冷陰極電界放出電子管を有する1つの交流入力位相回路を備える。各電子管は、20KVを超える高電圧直流電位への接続のための第1の入力ノードと、グランドへの接続のための第2の入力ノードとを有する。主変圧器巻線は第1の端部と、第2の端部と、中心タップとを有する。前記第1の電子管は、前記主巻線の第1の端部とグランドとの間で直列に接続され、また、前記第2の電子管は前記主巻線の第2の端部とグランドとの間で直列に接続されている。制御回路は、前記主巻線の第1の端部及び第2の端部が、交互に、ほぼグランドの電位に至るようにするために前記第1及び第2の両電子管が交互に伝導するように、両電子管を制御する。
図1に示す入力交流位相20は、三極管構造の制御可能な冷陰極電界放出電子管30及び32を含む。代わりに、これらの電子管は、当業者には明らかであるように、電気回路に対して適当な調整をする四極管構造又は五極管構造の電子管に置き換えることができる。図2は、好ましい三極管構造の制御可能な冷陰極電界放出電子管38を示す。図2において、管38は、円筒状のグリッド42により取り巻かれた円筒状の陰極40を含み、円筒状のグリッド42はさらに円筒状の陽極44により取り巻かれている。陰極40、グリッド42及び陽極44は、これらの中心円筒軸線に沿って互いに軸対称に配列されている。管38についてさらに詳細には、「High Voltage Switch Tube」と題して1990年8月21に発行された米国特許第4,950,962号に見ることができる。前述の特許が開示する全ての事項は、参照により本明細書に組み入れられている。前述の特許に開示された回路の時定数は、図1に示すインバータ10の出力に接続された前記変圧器の効果的使用を可能にする十分に高い切り替え速度を提供するように調整される。
図1に示す高電圧インバータ10の単一位相20とは対照的に、代わりのインバータは、3つの位相86、88及び90を有する図3に示すインバータ70のような多位相を備えるものとすることができる。本発明に係る代わりの複数のインバータは、例えば6又は12の交流出力位相のような他の数の交流出力位相を備える。電力分配グリッドに対して要求される種々の位相の同期と、このようなグリッドに接続されない場合における位相間の位相分離とを確保するための適当な位相制御回路が以下に示されている。
回路84は、これらの信号を制御ライン86a、86b、88a、88b及び90a、90bを通して前記複数のインバータ位相に送信する。
1.前記した及び前記分配グリッドの電力均衡に関する全3つのバッファ内の位相値を検査する。
2.これらの値が等しい場合、出力インターフェース回路84が、120度の位相で分離された同一の複数の信号を前記3つの出力ステージのそれぞれに送るようにさせる。
3.複数の前記入力バッファ値が等しくない場合、前記3つのバッファが等しい値をもつまで複数の低い値を有する1又は複数のバッファに増大させるエネルギ量を送る。
図6は、図1に示す入力位相20と同様な入力位相122を有する高電圧直流‐直流インバータ120を示し、したがって同様の部品に共通の番号を付して入力位相120に同じものを使う。直流‐直流インバータ120は、ノード124に、グランド126に対して正の直流入力を有する。変圧器128は、中心タップ130aを有する主巻線130を備える。図示のように相互接続された複数のp‐nダイオード又は複数の他の一方向電流バルブ136を有するフルブリッジ整流器134を備える第2の巻線が、交流電圧を交流‐直流変換に供給する。整流器134の出力極性は、図示のp‐nダイオードの極性を逆にすることにより、逆にすることができる。全波整流器134の出力は、図示のように相互接続されたコンデンサ136,138とインダクタ140とを備えるフィルタ回路135によってフィルタにかけられる。フルブリッジ整流器134とフィルタ135とが交流‐直流変換を提供する。フィルタ回路135の出力ノード142が、入力ノード124における直流電圧とは異なる直流電圧を与える。交流‐直流変換を行うための他の回路は、本開示に基づき、当業者には明らかであろう。
Claims (7)
- 直流入力電力を3以上の交流出力位相に、各出力位相の個々の電流制御により、変換するための高電圧インバータであって、
a)1つの交流入力位相回路を有する各交流出力位相であって
i)三極管構造、四極管構造又は五極管構造の制御可能な第1及び第2の陰極電界放出電子管と、
ii)第1の端部、第2の端部、及び中心タップを有する主変圧器巻線とを備え、
iii)前記中心タップが20KVを超える直流電位に接続されており、
iv)前記第1の電子管が前記主巻線の第1の端部とグランドとの間で直列に接続され、かつ、前記第2の電子管が前記主巻線の第2の端部とグランドとの間で直列に接続されており、また、
v)各電子管の伝導状態が前記主変圧器巻線を介して20KVを超える電位の直流電力を交流電力に変換するように制御され、前記第1及び第2の電子管が、前記主巻線の第1の端部がほぼ前記グランドの電位に、次いで前記主巻線の第2の端部がほぼ前記グランドの電位に交互に至るようにするために交互に伝導する、各交流出力位相と、
b)各交流入力位相主巻線のためにこれに結合された関連する交流出力位相の各第2の巻線であって、各主巻線と関連する第2の巻線とが多位相変圧器を形成する、各第2の巻線と、
c)各位相の電流を調整するための手段であって、
i)各交流出力位相における電圧、電流及び位相角を決定するための手段と、
ii)前記決定手段に応答して各出力位相の電流のレベルを連続可変の態様で制御するための電流制御手段であって、前記第1の電子管と前記主巻線との間で直列に接続された制御可能な第3の冷陰極電界放出電子管と、前記第2の電子管と前記主巻線との間で直列に接続された制御可能な第4の冷陰極電界放出電子管とを有する電流制御手段とを含む、高電圧インバータ - a)前記インバータは、複数の電力発生器とユーザに電力を分配するための複数の変電所とを有する電力分配グリッドに複数の前記交流出力位相を接続するための手段と、
b)個々の出力位相間の電力均衡を、前記複数の交流出力位相間の平均電力の少なくとも約1パーセント程度調整するための電流調整手段とを含む、請求項1に記載のインバータ。 - 前記第1、第2、第3及び第4の電子管は、それぞれ、
a)細長い円筒状の冷陰極と、
b)細長い円筒状の陽極と、
c)前記陰極と前記陽極との間に配置されたゲートとして機能する円筒状のグリッドとを備え、
d)前記陽極は、前記陰極及び前記グリッドと軸対称でありかつ前記陰極及び前記グリッドを取り巻いている、請求項1に記載のインバータ。 - a)前記第1、第2、第3及び第4の冷陰極電界放出電子管は、それぞれ、第1及び第2の主導電電極を有し、
b)前記インバータは、前記第1、第2、第3又は第4の冷陰極電子管と並列に接続された任意の他の冷陰極電界放出電子管の制約を受けない、請求項1に記載のインバータ。 - 前記主及び第2の変圧器巻線が、前記第2の巻線上に少なくとも10KVの電圧を生じさせるように設定されている、請求項1に記載のインバータ。
- 出力電流制御を有する高電圧直流‐直流インバータであって、
a)交流入力位相回路であって、
i)三極管構造、四極管構造又は五極管構造の制御可能な第1及び第2の冷陰極電界放出電子管と、
ii)第1の端部、第2の端部、及び中心タップを有する主変圧器巻線とを備え、
iii)前記中心タップが20KVを超える直流電位に接続されており、
iv)前記第1の電子管が前記主巻線の第1の端部とグランドとの間で直列に接続され、かつ、前記第2の電子管が前記主巻線の第2の端部と前記グランドとの間で直列に接続されており、また、
v)各電子管の伝導状態が前記主変圧器巻線を介して20KVを超える電位の直流電力を交流電力に変換するように制御され、前記第1及び第2の電子管が、前記主巻線の第1の端部がほぼ前記グランドの電位に、次いで前記主巻線の第2の端部がほぼ前記グランドの電位に交互に至るようにするために交互に伝導する、交流入力位相回路と、
b)前記主変圧器巻線に結合された第2の変圧器巻線を備える出力交流位相と、
c)前記第2の変圧器巻線からの出力電圧を50KVを超える出力高直流電圧に変換するための交流‐直流整流器と、
d)前記高電圧直流の送電線に平均電力レベルの少なくとも約1パーセント程度まで供給される前記直流‐直流インバータの出力電力を調整するための手段であって、
i)前記出力高電圧直流における電圧及び電流を決定するための手段と、
ii)前記決定手段に応答して、前記直流‐直流インバータの出力の電力レベルを連続可変の態様で制御するための電流制御手段であって、前記第1の電子管と前記主巻線との間で直列に接続された制御可能な第3の冷陰極電界放出電子管と、前記第2の電子管と前記主巻線との間で直列に接続された制御可能な第4の冷陰極電界放出電子管とを備える電流制御手段とを含む、高電圧直流‐直流インバータ。 - a)前記第1、第2、第3及び第4の冷陰極電界放出電子管は、それぞれ、第1及び第2の主導電電極を有し、
b)前記インバータは、前記第1、第2、第3又は第4の冷陰極電子管に平行に接続された任意の他の冷陰極電界放出電子管の制約を受けない、請求項6に記載のインバータ。
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