JPS631023B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位相制御装置の改良に係り、特に電力
変換装置を制御する位相制御装置において、故障
またはその前段現象を監視する監視装置を内蔵し
た位相制御装置に関する。

制御整流素子を用いた電力変換装置は種々の回
路構成のものが案出され、実用化されているが、
その代表例は第１図に示すように６個のサイリス
タＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを直並列接続して成る
三相サイリスタブリツジ回路である。この電力変
換装置では各サイリスタの点弧角を交流電源の位
相に同期させながら制御することにより、負荷電
圧を制御でき、三相交流電源Ｒ，Ｓ，Ｔおよび負
荷端子Ｐ，Ｎ間において順変換が逆変換を行なわ
せたり、あるいは複数台を組合せることにより、
周波数変換装置やサイクロコンバータとして使用
することができる。

このような電力変換装置の制御整流素子の点弧
角を制御する位相制御装置は従来はアナログ回路
で構成されることが多かつたが、最近は、デジタ
ル集積回路技術等の発達によりデジタル的に処理
されることが多く、デジタル回路やマイクロコン
ピユータ等を用いて回路の集積化を図る試みもな
されるようになつてきた。

第２図はデジタル化した位相制御装置の一例を
示す。同図中、e_R，e_S，e_Tは第１図の交流三相電
源電圧Ｒ，Ｓ，Ｔと同相の三相信号であり、これ
はデジタル位相検出器１により、ｎビツトのデジ
タル位相信号θに変換されてデジタル位相制御回
路２にインプツトされる。この制御回路２にイン
プツトするデジタル位相制御信号Ecは、電力変
換装置の負荷変動に対応するか、あるいは予め設
定された基準（プレプログラム）等に対応してデ
ジタル回路やコンピユータ等により設定されるｎ
ビツトの信号であり、また制御信号CTLは第１
図の電力変換装置に特有のバイパスペア制御やゲ
ートシフト、ゲートブロツク等を行なわせるため
の信号である。これらの信号Ec，CTLを受ける
デジタル位相制御回路２は所定のタイミングで点
弧パルス信号TPを発信する。

このような位相制御装置を第１図の電力変換装
置に適用する場合、従来は、過電流や過電圧等を
検出してこれに応動する保護回路により異常時の
保護を行なつたり、あるいは装置を停止させて位
相制御回路や電力変換装置の各部を測定器でチエ
ツクする監視方式が採られてきたが、回路の複雑
化、集積化が進んだ今日では、このような監視方
式では不十分であり、各部品の監視を適時行なう
と共に、異常時には保護回路が動作する前にこれ
を検出できる監視装置が必要となつてきた。特
に、マイクロコンピユータのように集積度が高
く、ソフトウエアにより動作する素子を使用する
回路では、素子内部で異常が起きてプログラムが
誤動作したような場合には、外部でこれを阻止し
なければならず、そのための監視装置がどうして
も必要である。

従つて、位相制御装置に内蔵させる監視装置と
しては、故障または故障に至る前段現象を広範囲
に亘つて監視できること、回路構成が簡単で小形
であること、信頼性が高いこと等のほか、監視装
置自体が故障した場合、それが位相制御装置の他
の部分に波及するようなことがないこと等の条件
が必要とされる。

本発明は、このような条件を満足する監視装置
を備えた位相制御装置を提供しようとするもので
ある。

以下、図面に示す実施例につき、本発明の詳細
な説明する。

第３図に示す本発明装置の実施例において、交
流三相電源電圧Ｒ，Ｓ，Ｔの基準周波数と同相の
三相信号e_R，e_S，e_Tはデジタル位相検出器１によ
りｎビツトのデジタル位相信号θに変換され、ｎ
ビツトのデジタル位相制御信号Ecおよび制御信
号CTLと共にデジタル位相制御回路２に加えら
れる。この回路２では交流三相電源電圧と同期し
たデジタル位相信号θとデジタル位相制御信号
Ecと各ビツト毎に比較することにより点弧パル
スTPを出力する。なお、この点弧パルスTPには
第２図の場合と同様、制御信号CTLによるバイ
パスペア制御等の特殊制御情報も含まれている。

監視装置３には、デジタル位相信号θのうち、、
（e_R−e_S）信号の電気角で0゜〜60゜毎に同期して出
力される同期信号SYNCと、デジタル位相制御回
路２からの点弧パルスTPが入力される。

この監視装置３は第４図に例示するように、入
力ボート６、中央演算装置７、記憶装置８、タイ
マー９および出力ポート１０から構成されてお
り、点弧パルスTPの情報は入力ポート６を通し
て中央演算装置７にインプツトされる。また、同
期信号SYNCは中央演算装置に割込み信号として
入力し、これにより駆動されるプログラム（ドラ
イバー）の開始信号となる。記憶装置８にはプロ
グラムやデータが書込まれており、中央演算装置
７の指示に従い、それとの間で適時、情報のやり
とりが行なわれる。

タイマー９は、いわゆるウオツチ・ドツグ・タ
イマーであり、中央演算装置７との間で情報のや
りとりを行ない、条件が合わない場合（例えば、
一定時間内に中央演算装置７からクリア信号
CLERが送信されない場合）、監視信号WDTを割
込み信号として中央演算装置７に加える。出力ポ
ート１０は中央演算装置７により処理された情報
を外部に送出するもので、警報信号WSGLやゲ
ートブロツク信号WGBを第３図の警報回路４や
ゲート５に伝える。

以上の如く構成した本発明装置の動作を、以下
に説明する。

本装置の運転開始に際し制御がスタートすると
デジタル位相検出器１は電源電圧の周波数に同期
したｎビツトのデジタル位相信号θをデジタル位
相制御回路２に加える。この位相制御回路２はｎ
ビツトのデジタル位相制御信号Ecとデジタル位
相制御信号θとの比較を行なつて点弧パルスTP
を出力する。この点弧パルスTPの出力の様子が
第５図に例示した通りである。同図ｃのe_RSは第
１図の三相交流電源電圧Ｒ，Ｓの線間電圧であ
り、例えば第１図のサイリスタＶの点弧パルスは
区間（１−２）の内に点弧パルスTPを出力され
なければならない。また、ｎビツトデジタル位相
信号θのうち同期信号SYNCは同図ｂに示すよう
に電圧e_RSの電気角60゜毎に出力されており、サイ
リスタＶの点弧パルスは区間（１〜２）に対応す
る同期信号SYNCのａ〜ｄの間で出力されること
が必要である。これは他のサイリスタでも同様で
あり、例えばサイリスタＸは同期信号SYNCのｂ
〜ｄの間で出力されることが必要である。通常、
サイリスタの点弧パルスの順序は、第１図の場
合、Ｕ→Ｚ→Ｖ→Ｘ→Ｗ→Ｙと順次出力されるの
で点弧パルスTPの出力は第５図ａのようになる。
従つて、例えばサイリスタＶについてみれば、同
期信号SYNCのａ，ｂ，ｃ，ｄが出力される時間
内に、サイリスタＶに相当する点弧パルスTP−
Ｖが出力されなけれが異常となる。また、例えば
サイリスタＸの点弧パルスTP−Ｘが出力された
後にサイリスタＶの点弧パルスTP−Ｖが出力さ
れた場合も、点弧パルスTPは正規の順序で出力
されていないこととなり、異常となる。

点弧パルスTPの出力は平常時は前述のように
Ｕ→Ｚ→Ｖ→Ｘ→Ｗ→Ｙの順でサイリスタのゲー
トに出力されているが、電力変換装置を特定のモ
ードで制御する場合、例えば直列接続されたサイ
リスタＵ，Ｘ群をバイパスペア運転する場合や制
御信号CTLにより点弧パルスTpを遮断するゲー
トブロツク等の指令がデジタル位相制御回路２に
入力した場合には、点弧パルスTPの順番が平常
時と異なつてくる。従つて、点弧パルスTPの一
部によりバイパスペア運転であることが確認され
ると監視装置３は点弧パルスTPがバイパスペア
運転モードで出力されるのを正常と判断して作動
する。バイパスペア運転が解除されると、監視装
置３はこの解除が正しく行なわれたかどうかを判
別し、正しく行なわれている場合には、以降、平
常時の動作を監視する。監視装置３は上述のバイ
パスペア運転以外にも電力変換装置特有の運転制
御について、それが正常であるか否かを判断する
基準を持つており、点弧パルスTP信号により妥
当と判断された場合には平常の監視動作を続け
る。

次に監視装置３の動作の詳細を説明すると、監
視開始と同時に、中央演算装置７は内蔵のレジス
タ類および入出力ポート６，１０、記憶装置８、
タイマー９の初期化を行なうため、イニシヤライ
ズプログラムを実行し、続いて、入力ポート６を
走査（ボーリング）することにより点弧パルス
TPが出力されたかどうかを調べる。

イニシヤライズプログラムの実行後、最初に入
力した点弧パルスTPにより中央演算装置７は次
に同期信号SYNCが４回入力されるまでの間に、
続いて出力されるべき点弧パルスTP信号を決定
する。即ち、例えば最初に入力した点弧パルス
TPがサイリスタＺを点弧するパルスであつたと
すると、中央演算装置７は、第５図から明らかな
ように、同期信号SYNCのａ，ｂ，ｃ，ｄがデジ
タル位相検出器１から出力される間に、サイリス
タＶを点弧するパルスが点弧パルスTPとして出
力されなければならないことを判定する。従つ
て、同期信号SYNCのａ，ｂ，ｃ，ｄが出力され
る期間内に点弧パルスTPがサイリスタＶを点弧
するパルスでないパルスを出力したり、あるいは
サイリスタＶ点弧用のパルスが出力されない場合
には、中央演算装置７はデジタル位相制御回路２
に異常が発生したものと判定する。この場合に
は、中央演算装置７はゲート５に向けてゲートブ
ロツク信号WGBを出力して点弧信号TPの出力
を処理し、同時に警報回路４に警報信号WSGL
を出力し、デジタル位相制御回路２に異常が発生
したことを表示させる。

点弧パルスTPが異常なく出力された場合、中
央演算装置７は次の点弧パルスTPが異常でない
かどうかをポーリングにより順次調べる。このポ
ーリング中に、同期信号SYNCが割込み入力する
と、中央演算装置７はポーリングを一時中断し、
次の割込みを禁止し、タイマー９から監視信号
WDTが出力されないようクリア信号CLERを出
力し、タイマー９の初期化を行ない、記憶装置８
に割当てられている同期カウンタをカウントアツ
プする。この操作が終つた後で、割込みを解除
し、同期信号SYNCが入力される前に実行してい
たポーリングを実行する。

初期化が終了した後では、タイマー９は電源の
周期で電気角60゜に相当する時間毎に入力すべき
同期信号SYNCが入力されない場合、デジタル位
相検出器１に異常が発生したものと判断し監視信
号WDTを出力する。この信号WDTを受けると
中央演算装置７はデジタル位相検出器１の異常を
認めゲートブロツク信号WGBによりゲート５に
点弧パルスTPの処理を行なわせると共に、警報
信号WSGLにより警報回路４にデジタル位相検
出器１の異常発生を表示させる。

なお、上記において、割込み信号である同期信
号SYNCと監視信号WDTとは前者の方が後者の
監視信号WDTよりも優先順位が低く、両信号が
同時入力した場合には監視信号WDTが優先され
る。

監視装置３の動作を第６図のフローチヤートに
基いて説明すると、次の通りである。先ず、監視
開始と共に監視装置３の内部状態の初期化11を行
ない、点弧パルスTPの有無12をポーリングによ
つて調べる。点弧パルスTPがあればそれが正常
に出力されたかどうかを判定13する。点弧パルス
の出力が正常であれば、次に出力されるべき点弧
パルスを判断してこの情報を記憶装置に蓄えてお
き、次に同期信号TPが入力した場合、これと前
記記憶情報とを突き合わせることにより点弧パル
スTPが正常であるか否かを判定する。点弧パル
スTPが正常でなければゲート５にゲートブロツ
ク信号WGBを送つて点弧パルスTPの出力処理
14を行ない、警報回路４に警報信号を出力15させ
る。

同期信号SYNCが割込み信号として入力16する
と、次の割込みを禁止17し、タイマー９から監視
信号WDTが出力されないようクリア信号CLER
を出力18し、同期カウンタのカウントアツプ19を
行ない、その後、割込みが行なわれる前に実行し
ていた処理20に戻る。

また、監視信号WDTが割込み信号として入力
21すると、ゲートブロツク信号WDGにより点弧
パルスTPの出力停止処理22が行なわれ、警報信
号WSGLにより警報回路５は出力23を発信し、
必要な位相制御回路処理24が行なわれる。

第７図は本発明装置の他の実施例を示すもので
ある。なお、同図では第１図および第３図に示す
実施例におけると同一部分にはそれらと同一の符
号を付し、説明を省略する。第７図の実施例では
デジタル位相検出器１からの出力信号の一部θ₁は
監視装置３の入力ポート６（第４図）に入力する
よう構成されている。この信号θ₁は同期信号
SYNCのａ，ｂ，ｃ，ｄといつた信号判別を行な
う信号であり、従つて、電力変換装置におけるど
のサイリスタを点弧すべきかを示す信号である。
例えば、第５図の例において、平常時に入力信号
（e_R−e_S）に同期して信号ａが出力された場合、
次に信号ｂが出力されるまでの間にはサイリスタ
Ｕ，Ｘ，Ｖのいずれかに点弧信号TPを出力する
必要のあることはあらかじめ分つているから、前
回の点弧信号TPがサイリスタＸを点弧する信号
であれば、同期信号SYNCのａに続いてｂ，ｃが
出力された後、ｄが出力されるまでに、サイリス
タＹを点弧するための点弧信号TPが出力されな
ければならないことが判定できる。このように、
デジタル位相信号θの一部θ₁を第７図のように、
監視装置３に入力するようにすれば監視開始と同
時に点弧パルス信号TPが正常か否かを判定でき
るという利点が得られる。

なお、以上の説明では、本発明を三相サイリス
タブリツジ回路から電力変換装置の位相制御装置
に適用した例につき述べたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、監視装置３のプログラム
や入出力の変更により、サイクロコンバータや自
励式インバータ回路等にも適用可能である。ま
た、デジタル位相検出器の入力も三相に限らず、
単相や多相でもよい。

以上の如く、本発明においては、位相制御回路
に、中央演算装置、記憶装置およびタイマー等を
備えた監視装置を付属させたので、位相制御回路
に故障が発生した場合には、これが電力変換装置
に出力されて誤作動させる以前に、すみやかに故
障処理を行なつて警報を発することができ、小形
で信頼性の高い監視装置内蔵の位相制御装置を得
ることができる。また、監視装置への入出力やソ
フトウエアの変更のみで種々の電力変換装置の位
相制御装置に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三相サイリスタブリツジ回路をもつて
構成した電力変換装置を例示する回路図、第２図
は従来の位相制御装置の概要を示すブロツク図、
第３図は本発明の位相制御装置の一実施例を示す
ブロツク図、第４図は本発明装置における監視装
置の一実施例を示すブロツク図、第５図と第６図
は本発明の作動を説明するための波形図とフロー
チヤート、第７図は本発明装置の他の実施例を示
すブロツク図である。 １……デジタル位相検出器、２……デジタル位
相制御回路、３……監視装置、４……警報回路、
５……ゲート、６……入力ポート、７……中央演
算装置、８……記憶装置、９……タイマー（ウオ
ツチドツグ）、１０……出力ポート、θ……デジ
タル位相信号、Ec……デジタル位相制御信号、
CTL……制御信号、TP……点弧パルス信号、
SYNC……同期信号、CLEP……クリア信号、
WDT……監視信号、WSGL……警報信号、
WGB……ゲートブロツク信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御整流素子を用いた電力変換装置をデジタ
   ル的に位相制御する位相制御装置において、基準
   周波数に同期した位相をデジタル的に検出するデ
   ジタル位相検出器と、この検出器からのデジタル
   位相信号θとデジタル位相制御信号Ecとを比較
   し、かつこの比較結果と、バイパスペア制御、ゲ
   ートシフト、ゲートブロツクを含む電力変換装置
   の動作を制御するための制御信号CTLを加味し
   て点弧パルス信号TPを出力するデジタル位相制
   御回路と、前記デジタル位相信号θが所定数与え
   られる毎に発せられる同期信号SYNCと点弧パル
   ス信号TPとを入力とし、前記同期信号SYNCが
   所定期間毎に与えられなかつたとき前記デジタル
   位相検出器の故障と判定し、前記同期信号SYNC
   を所定数計数しても前記点弧パルス信号が与えら
   れなかつたとき前記デジタル位相制御回路が異常
   であると判定する監視装置と、この監視装置の出
   力である警報信号WSGL、ゲートブロツク信号
   WGBに基いて作動する警報装置およびゲートと
   から成る位相制御装置。 ２ 監視装置は入出力ポートと、中央演算装置と
   から成り、同期信号のSYNCと、ウオツチドツグ
   タイマーからの監視信号WDTとが割込み信号と
   して前記中央演算装置に入力することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の位相制御装置。 ３ 監視信号WDTが同期信号SYNCより優先順
   位で割込むようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の位相制御装置。 ４ デジタル位相信号がデジタル位相制御回路の
   ほか、監視装置にもインプツトされ、点弧パルス
   信号の異常検出に利用されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の位相制御装置。