JP5855183B2 - 高電圧インバータおよび高電圧コンバータ - Google Patents
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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回路を有する、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。この高電圧インバータは、各交流出力位相回路のために、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。各制御可能な陰極電界放出電子管は、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の制御可能な陰極電界放出電子管は、前記主変圧器巻線の第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の制御可能な陰極電界放出電子管は前記主変圧器巻線の第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、前記主変圧器巻線の第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の両制御可能な陰極電界放出電子管が交互に伝導するように、両制御可能な陰極電界放出電子管を制御する。
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、これらの制御可能な陰極電界放出電子管は、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、制御可能な陰極電界放出電子管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。制御可能な陰極電界放出電子管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に示す高電圧インバータ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の単一位相である交流入力位相回路20とは対照的に、代わりのインバータは、図3に示す高電圧インバータ70のような多位相の交流入力位相回路を備えるものとすることができる。高電圧インバータ70は、3つの交流入力位相回路86、88及び90を有する。3つの交流入力位相回路86、88及び90に該当するものは、集合的に符号71aで参照される3つの第2の、Y字形接続の巻線によって示される3つの関連する交流出力位相回路である。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の交流出力位相回路のような他の数の交流出力位相回路を備える。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角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。
図3Bは、複数の電力発生装置72aと、複数の変電所72bと、複数のユーザ72cとを示す。図3Aに示す高電圧インバータ70は、1以上の電力発生装置72aを実装することが可能である。複数の変電所72bは分配線72dを通してユーザ72cに対して電気エネルギを送る。これらのいくつかにのみ番号が付されている。
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。
したがって、直流電流調整器102は、好ましくは、三極管構造、四極管構造又は五極管構造の制御可能な冷陰極電界放出電子管からなる。直流電流調整器102は、図2に示され、またさらに前述の米国特許第4,950,962号に記載されているように、幾何学的構造を有する。代わりに、直流電流調整器102は、サイリスタのような高電圧半導体装置を備えるものであってもよい。制御管112は、必要とされる様々な種類の部品を減らすために直流電流調整器102と同様に組み入れられ、あるいは比較的低い電圧及び電流の要求をもつ装置により組み入れられる。
図6は、図1に示す交流入力位相回路20と同様な交流入力位相回路122を有する直流−交流−直流型の高電圧コンバータ120を示し、したがって同様の部品に共通の番号を付して交流入力位相回路20に同じものを使う。高電圧コンバータ120は、入力ノード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を有する主変圧器巻線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を有する全波ブリッジ整流器134を備える第2の巻線が、交流電圧を交流−直流変換すなわち交流−直流コンバータに供給する。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137,138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。全波ブリッジ整流器134とフィルタ回路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 (11)
- 直流入力電力を3以上の交流出力位相回路に、各交流出力位相回路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つの関連する交流入力位相回路を有する各交流出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変圧器とを備え、
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)前記制御可能な第1の冷陰極電界放出電子管が前記主変圧器巻線の第1の端部とグランドとの間で直列に接続され、かつ、前記制御可能な第2の冷陰極電界放出電子管が前記主変圧器巻線の第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)各制御可能な冷陰極電界放出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、前記制御可能な第1及び第2の冷陰極電界放出電子管が、前記主変圧器巻線の第1の端部がほぼ前記グランドの電位に、次いで前記主変圧器巻線の第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、各交流入力位相回路と、
b)各交流入力位相主変圧器巻線のためにこれに結合された関連する交流出力位相回路の各第2の変圧器巻線であって、各主変圧器巻線と関連する第2の変圧器巻線とが多位相変圧器の一部を形成する、各第2の変圧器巻線と、
c)各交流入力位相回路の電流を調整するための手段であって、
i)一つの関連する交流出力位相回路における負荷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回路の電流のレベルを制御するための変調回路であって、前記制御可能な第1の冷陰極電界放出電子管と前記主変圧器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、前記制御可能な第2の冷陰極電界放出電子管と前記主変圧器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調整回路とを含む、高電圧インバータ。 - a)前記高電圧インバータは、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回路を接続するための手段と、
b)複数ある個々の出力位相回路間の電力均衡を調整するための電流調整手段とを含む、請求項1に記載の高電圧インバータ。 - 前記制御可能な第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、
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)前記細長い円筒状の陽極は、前記細長い冷陰極及び前記円筒状のグリッドと軸対称でありかつ前記細長い円筒状の冷陰極及び前記円筒状のグリッドを取り巻いている、請求項1に記載の高電圧インバータ。 - a)前記制御可能な第1の冷陰極電界放出電子管は、前記主変圧器巻線の第1の端部とグランドとの間に接続された唯一の制御可能な冷陰極電界放出電子管であり、
b)前記制御可能な第2の冷陰極電界放出電子管は、前記主変圧器巻線の第2の端部とグランドとの間に接続された唯一の制御可能な冷陰極電界放出電子管であり、
c)前記制御可能な第3の冷陰極電界放出電子管は、前記制御可能な第1の陰極電界放出電子管と前記主変圧器巻線との間に直列に接続された唯一の制御可能な冷陰極電界放出電子管であり、
d)前記制御可能な第4の冷陰極電界放出電子管は、前記制御可能な第2の陰極電界放出電子管と前記主変圧器巻線との間に直列に接続された唯一の制御可能な冷陰極電界放出電子管である、請求項1に記載の高電圧インバータ。 - 前記各第2の変圧器巻線が、前記各第2の変圧器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に記載の高電圧インバータ。
- 出力電流制御を有する直流−交流−直流型の高電圧コンバータであって、
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)前記制御可能な第1の冷陰極電界放出電子管が前記主変圧器巻線の第1の端部とグランドとの間で直列に接続され、かつ、前記制御可能な第2の冷陰極電界放出電子管が前記主変圧器巻線の第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)各制御可能な陰極電界放出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、前記制御可能な第1及び第2の冷陰極電界放出電子管が、前記主変圧器巻線の第1の端部がほぼ前記グランドの電位に、次いで前記主変圧器巻線の第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回路と、
c)前記第2の変圧器巻線からの出力電圧を出力直流高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供給される前記高電圧コ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、前記高電圧コンバータの出力の電力レベルを制御するための調整回路であって、前記制御可能な第1の冷陰極電界放出電子管と前記主変圧器巻線との間で直列に接続された第3の制御可能な冷陰極電界放出電子管と、前記制御可能な第2の陰極電界放出電子管と前記主変圧器巻線との間で直列に接続された第4の制御可能な冷陰極電界放出電子管とを備える調整回路とを含む、直流−交流−直流型の高電圧コンバータ。 - a)前記制御可能な第1の冷陰極電界放出電子管は、前記主変圧器巻線の第1の端部とグランドとの間に接続された唯一の冷陰極電界放出電子管であり、
b)前記制御可能な第2の冷陰極電界放出電子管は、前記主変圧器巻線の第2の端部とグランドとの間に接続された唯一の制御可能な冷陰極電界放出電子管であり、
c)前記制御可能な第3の冷陰極電界放出電子管は、前記制御可能な第1の陰極電界放出電子管と前記主変圧器巻線との間に直列に接続された唯一の制御可能な冷陰極電界放出電子管であり、
d)前記制御可能な第4の冷陰極電界放出電子管は、前記制御可能な第2の陰極電界放出電子管と前記主変圧器巻線との間に直列に接続された唯一の制御可能な冷陰極電界放出電子管である、請求項6に記載の直流−交流−直流型の高電圧コンバータ。 - 前記調整回路が、前記各交流出力位相回路の電流のレベルを連続可変の態様で制御する、請求項1ないし5何れかに記載の高電圧インバータ。
- 前記調整回路が、前記直流−直流コ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、請求項6または7に記載の直流−交流−直流型の高電圧コンバータ。
- 複数ある個々の交流出力位相回路間の電力均衡を、前記複数の交流出力位相回路間の平均電力の少なくとも1パーセント程度調整するための電流調整手段を含む、請求項2に記載の高電圧インバータ。
- 前記高電圧コンバータの出力電力を、平均電力レベルの少なくとも1パーセント程度制御するための制御手段を含む、請求項6に記載の直流−交流−直流型の高電圧コンバータ。
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