JPS6389069A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は交流電源を整流して直流電力を負荷に供給する
と共に負荷の直流電力を交流電源に回生可能な直流電源
装置に関する。

（従来の技術） 回生可能な直流電源装置の従来の一例を第５図に示す。

第５図において、交流電源１０の交流電圧ｅ１はダイオ
ード整流器１１および平滑コンデンサ１２を介して直流
電圧ｅｄに変換されて負荷に供給される。

一方直流電圧ガは直流リアクトル１７を介してサイリス
タ逆変換器１６に接続され、その交流出力は交流電源ｅ
１をｅ２に昇圧する昇圧トランス１４の二次側電圧ｅ２
に接続されている。

直流電圧ｅｄは電圧検出器１８で検出されレベル検出器
２０を介して位相制御装置２２にフィードバックされ、
これによって逆変換器１６の位相を制御して直流電圧ｅ
ｄを一定に制御している。

交流電圧ｅ１の実効値をＥｌ、順変換時の直流電圧ｅｄ
をＥ、とすると、一般に Ｅ、−１，３５Ｅ、　　　　　　　　・・・・・・（１
）となる。

また回生時の直流電圧ｅｄをＥ、′とし、交流電圧ｅ２
の実効値をＥＳすると Ｅｄ’−１，３５Ｅ８・ｃｏｓβ　−−−−・−（２＞
となる。

ここにβはサイリスタの点弧制御角であり、直流のため
のβリミットが設けられ、９０″≦β≦１５０°に制御
される。

回生時には負荷からの回生エネルギによってコンデンサ
ー２が充電されて直流電圧ｅ、は上昇しＥｄ’＞Ｅ、　
　　　　　　　　　・・・・・・（３）となる。

従って回生を安定に行なうには式（１）。

（２）、　　（３）から Ｅ　〉□拳Ｅ ８ＣＯ８β　　　ｐ ＋１．１５Ｅ（β−１５０°）・・・（４）が成立する
ことが要求され、サイリスタ逆変換器１６の交流側電圧
ｅ２は電源電圧ｅ１より高いことが必要となり、昇圧ト
ランス１４は省略できない。

またサイリスタの転流条件により回生できる直流電圧は
（２）式およびβリミットによって電圧範囲が制限され
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 昇圧トランス１４を備えることは、昇圧トランスの価格
及び設置面積が大きくなり、かつ回生可能直流電圧の範
囲か限定される欠点があった。

ここにおいて本発明は、従来装置の難点を克服し、逆変
換器をトランジスタなど自己消弧可能な素子で構成し、
これによって回生電源側の昇圧トランスを不用とすると
共に回生可能な直流電圧の範囲を拡大した小形高性能の
回生可能直流電源装置を提供することを、その目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、 亨滞雷昭１ご排排六り角蒲へ直ジ寄雷千ルム女ス館流器
と、 整流器の負荷側出力端に接続された平滑コンデンサと、 コンデンサの両端から自己消弧可能なスイッチング素子
で１つのアームに正側の素子と負側の素子を縦続接続に
して各アームをブリッジに構成した逆変換器と、 逆変換器の出力端と交流電源に接続された交流リアクト
ルと、 交流電源の交流電圧位相を検出する位相検出器と、 負荷側の直流電圧を検出する電圧検出器と、逆変換器の
各素子を駆動する搬送周波電圧を発生する搬送周波発生
器と、 電圧検出器の出力電圧が基準値を超え、かつ搬送周波発
生器の出力電圧がレベル条件を満たしたときに出力する
レベル検出器と、 レベル検出器出力と位相検出器出力を導入し、同一のア
ームにおける正側の素子と負側の素子が同時に導通しな
いようにして逆変換器の各素子へ駆動信号を分配する分
配器と、 を具備する直流電源装置である。

（作　用） 交流電源をダイオード整流器１１及び平滑コンデンサ１
２を介して直流に変換して負荷に供給すると共に、負荷
電力を逆変換器を介して交流？ｌｌＳ源に回生できる回
生可能な直流電源装置に於いて、逆変換器３１を自己消
弧可能なスイッチング素子で構成し、電圧検出器１８の
出力が基準値を超え、なおかつ搬送周波発生器１９より
三角波を発生させてレベル検出器２ＯＡに入力させ、レ
ベル検出器２ＯＡでは前記各々の入力信号が検出レベル
に達していれば出力２１を出力分配器３８に入力すると
ともに、分配器３８は逆変換器のスイッチング素子のオ
ンするタイミングを正側の素子と負側の素子とがラップ
しないように制御する分配回路を設け、これによってス
イッチング素子のスイッチング周波数を規制し、さらに
回生電流リップルをへらし、かつ回生用の昇圧トランス
を不用として、負荷電圧が基準値を超えた負荷電力を交
流電源へ帰還する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例の回路構成を示すブロック
図である。

第１図に於いて、交流電源１０、ダイオード整流器１１
、平滑コンデンサー２、電圧検出器１８は従来の第５図
と同じである。但し第１図では、従来のサイリスタ逆変
換器１６の代りにトランジスタ逆変換器３コを用い、そ
の交流側を昇圧トランス１４を用いることなく、交流リ
アクトル３２を介して、直接に交流電源１０に接続して
いる。

レベル検出器２９Ａは搬送周波発生器１９の三角波の出
力電圧レベルと、電圧検出器１８の出力レベルが共に検
出レベルに達しているときに出力２１を出力する。直流
電圧ｅ、は電圧検出器１８で検出されて電流基準発生回
路３４に入力され、電流基準Ｉ　＊を出力する。トラン
ジスタ逆変換器３１の回生電流Ｉ８は変流器３３及び電
流検出器３６を介して検出され、比較器３５で電流基準
■Ｂ＊と比較されその出力信号４０は分配器３８に入力
される。分配器３８にはさらに位相検出器３７の出力３
９及びレベル検出器２ＯＡの出力２１も入力される。

そして、分配回路３８において信号２１．　３９および
４０が論理演算され、ベース駆動信号が逆変換器の各ト
ランジスタへ分配されてこれらをドライブし、トランジ
スタ逆変換器を介し交流リアクトル３２を経て、負荷電
圧ｅｄの基準値より高いときの直流電力が直接交流電源
１０へ回生される。

第２図は、回生電流基準の特性を表わす図である。

また、第１図における位相検出回路の動作を示す波形図
を第３図に表わす。

第４図は、第１図における分配回路の詳細を示す回路図
である。

では、本発明の一実施例を第１図から第４図で、詳細に
説明する。

第１図に於いて直流電圧ｅｄは電圧検出器１８で検出さ
れて、電流基準発生回路３４に入力され、直流電圧ガに
対応して第２図で与えられる電流基準Ｉ　＊が出力され
、直流電圧ｅ　がｅ　を超Ｂ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ｄ　　　　ｄｉえると電流基準１　本が発
生して回生電流が指令される。

位相検出器３７は交流電源１０の各相の電圧Ｕ。

Ｖ、Ｗを入力して第３図に示すような６相の位相信号子
ＵＳ〜−ＷＳを出力する。なお、位相信号＋ＵＳ〜−Ｗ
Ｓはそれぞれ内蔵するフィルタの影響によって数度遅れ
た位相で出力される。

トランジスタ逆変換器３１の回生電流ＩＢは変流器３３
及び電流検出器３６を介して検出され、比較器３５で電
流制限基準■　１と比較され、その出力信号４０（電流
制限値以下でＨ１電流制限域でＬ）は分配器３８に入力
される。分配器３８には、さらに位相検出器３７の出力
３９　（十ＵＳ〜−ＷＳ）及びレベル検出器２ＯＡの出
力２１（回生側勤行ｅ　ａ　＞　ｅ　ａ＝で、なおかつ
搬送周波発れによってトランジスタ逆変換器３１の各相
のベース入力信号が出力される。

分配器３８の回路構成を示す第４図に於いて、６相の位
相信号子ＵＳ〜−ＷＳはアンド（論理積）素子ＡＮＤ１
〜ＡＮＤ３及びオア（論理和）素子ＯＲＩを介して６０
°ずつに分割され第３図示の１　−１　．１　−１　．
１　−１　　の位相信号４１を出力する。

上記位相信号４１及びこれをインバータＩＮＶを介して
極性反転した位相信号４２はそれぞれオア素子ＯＲ２，
ＯＲ３に入力され、それぞれ前記比較器出力信号４０（
電流制限域でＬ）とＯＲ出力４３．４４がアンド素子Ａ
ＮＤ４．ＡＮＤ５に入力される。

アンド素子ＡＮＤ４．ＡＮＤ５はそれぞれ信号４３．４
４とレベル検出器出力２１（回生域でＨでなおかつ搬送
周波発生器１つの三角波出力が十出力でＨ）とのアンド
を取り、その出力４５゜４６がそれぞれ前記子ＵＳ、＋
ＶＳ、＋ＷＳおよび−ＵＳ、−ＶＳ、−ＷＳと共にアン
ド素子ＡＮＤ６〜ＡＮＤＩＩに入力され、そのアンド信
号がトランジスタ＋Ｕ〜−Ｗへのベース信号として出力
される。

第１図の分配回路として第４図の回路を用いると、回生
時に回生電流が電流制限基準値以下の時は、前記入力信
号４０、及び前記入力信号２１が共にＨになる時アンド
素子ＡＮＤ４．ＡＮＤ５の出力４５．４６は共にＨにな
り、６相の位相信号＋ＵＳ〜−ＷＳに応じてトランジス
タ＋Ｕ〜−Ｗが順次ベース入力を与えられ、搬送周波数
に規制されたスイッチング周期で電力回生が行われる。

回生時に回生電流■８が増大して電流基準１　本を超え
ると比較器３５の出力４０がＬとなり す、この場合は第４図に於けるオア素子ＯＲ２゜ＯＲ３
はオア索子ＯＲＩの出力４１およびインバータＩＮＶの
出力４２によって６０°ごとに交互にＨとなり、それぞ
れアンド素子ＡＮＤ４及びＡＮＤ５を介してアンド素子
ＡＮＤ６〜ＡＮＤ８とアンド素子ＡＮＤ９〜ＡＮＤＩＩ
とを交互にＨにし、これによってトランジスタ＋Ｕ、＋
Ｖ。

＋Ｗと−Ｕ、　　−Ｖ、　　−Ｗを交互にオフにして電
流を制限する。

第１図の回路ではトランジスタ逆変換器３１から交流リ
アクトル３２を介して直接交流電源１０に回生できるの
で、従来の様な昇圧トランスは必要とせず、トランジス
タ逆変換器のスイッチング周波数を規制した、リップル
電流の少ない直流電源装置となる。

尚上記実施例は逆変換器としてトランジスタ素子を用い
たが、ＧＴＯその他自己消弧可能な素子を用いることが
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、回生可能な直流電
源装置に於いて、回生用逆変換器をトランジスタなど自
己消弧可能な素子で構成すると共に、逆変換器のスイッ
チング周波数を規制しなおかつ、電流リップルをへらし
、昇圧トランスを省略することが可能な、設備面積の小
さい、経済性で有利な直流電源装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は回生
電流基準の特性を示す図、第３図は第１図における位相
検出回路３７の動作を示す波形図、第４図は第１図にお
ける分配回路３８の詳細を示す回路図、第５図は従来の
回生可能直流電源装置の一例を示す系統図である。 １０・・・交流電源、１１・・・ダイオード整流器、１
２・・・平滑コンデンサ、１４・・・昇圧トランス、１
６・・・サイリスタ逆変換器、１７・・・直流リアクト
ル、１８・・・電圧検出器、１９・・・搬送周波発生器
、２０・・・レベル検出器、２０Ａ・・・レベル検出器
、２２・・・位相制御装置、３１・・・トランジスタ逆
変換器、３２・・・交流リアクトル、３４・・・電流基
準発生回路、３５・・・比較器、３６・・・電流検出器
、３７・・・位相検出器、３８・・・分配回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電源に接続され負荷へ直流電圧を与える整流器
   と、 整流器の負荷側出力端に接続された平滑コンデンサと、 コンデンサの両端から自己消弧可能なスイッチング素子
   で１つのアームに正側の素子と負側の素子を縦続接続に
   して各アームをブリッジに構成した逆変換器と、 逆変換器の出力端と交流電源に接続された交流リアクト
   ルと、 交流電源の交流電圧位相を検出する位相検出器と、 負荷側の直流電圧を検出する電圧検出器と、逆変換器の
   各素子を駆動する搬送周波電圧を発生する搬送周波発生
   器と、 電圧検出器の出力電圧が基準値を超え、かつ搬送周波発
   生器の出力電圧がレベル条件を満たしたときに出力する
   レベル検出器と、 レベル検出器出力と位相検出器出力を導入し、同一のア
   ームにおける正側の素子と負側の素子が同時に導通しな
   いようにして逆変換器の各素子へ駆動信号を分配する分
   配器と、 を具備することを特徴とする直流電源装置。 ２、逆変換器と交流リアクトの間に設けた回生電流を検
   出する電流検出器と、 電圧検出器の出力電圧に対応した電流制限基準を発生す
   る電流基準発生器と、 電流検出器出力と電流基準発生器出力を比較し、回生電
   流が電流制限基準を超えたとき分配器へ信号を導出して
   逆変換器における回生出力を減少させ回生電流を電流基
   準以下に抑制する比較器と、をそなえる特許請求の範囲
   第１項記載の直流電源装置。