JP2554963B2

JP2554963B2 - 電力制御装置

Info

Publication number: JP2554963B2
Application number: JP3168637A
Authority: JP
Inventors: 徹二北村; 勇美乗越
Original assignee: MELS CORP
Current assignee: MELS CORP
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1996-11-20
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JPH04368424A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばスイッチング電
源に用いられ、複数の磁気増幅器を用いた電力制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】直流電圧をＦＥＴ（電界効果型トランジ
スタ）等の半導体スイッチにより高周波交流電圧に変換
し、この交流電圧を変圧器により電圧変換を行った後
に、これを再び整流・平滑することによって、元の直流
電圧とは異なる直流電圧を取り出すＤＣ−ＤＣコンバー
タが多用されている。このコンバータでは、変圧器の２
次巻線から整流回路への給電接続路の中間に磁気増幅器
を挿入し、磁気増幅器中の磁束リセット量を制御するこ
とにより、磁気増幅器の出力を点弧角制御により制御
し、整流・平滑後の出力直流電圧の制御を行うことが実
施されている。このようなＤＣ−ＤＣコンバータは、電
源の小型化や軽量化のために用いられることが多いた
め、個々の目的に合わせて定格出力が決定される。その
ため、磁気増幅器は少量多品種生産となってコストが高
くなりがちである。これを防ぐためには、複数の磁気増
幅器を並列に接続し、標準化した磁気増幅器を組合わせ
ることにより様々な定格出力を実現すればよい。

【０００３】図５は磁気増幅器を並列接続した電力安定
回路であり、図６はその１個だけを取り出して示した電
力安定回路である。図６の回路においては、交流電源１
に可飽和リアクタ２と電力用ダイオード３、負荷４から
成る直列回路が接続されている。そしてダイオード３は
アノードに可飽和リアクタ２とリセット用ダイオード５
のカソードが接続され、ダイオード５のアノードは制御
回路６を介して、交流電源１の他端つまり接地端子に接
続されている。可飽和リアクタ２は、図７に示すような
角形磁気ヒステリシスを有する軟磁性材料で造られた環
状のコアに負荷巻線を巻いたものであり、リセットされ
た状態ではコアの磁束が飽和するまでは高いインダクタ
ンスを示すが、電流が増加してコア内の磁束が飽和値φ
_s に達すると、インダクタンスがほぼ零になるものであ
る。ここで、可飽和リアクタ２とダイオード３、５を組
合わせたものを磁気増幅器と呼ぶことにする。

【０００４】交流電源１の出力は方形波で、ゲート半サ
イクルには矢印ｇ方向の起電力により負荷４に電流が流
れ、リセット半サイクルには矢印ｒ方向の起電力により
制御回路６及びダイオード５を介して可飽和リアクタ２
にリセット電圧が印加される。図７は可飽和リアクタ２
のコアの磁束をゲート方向を正として示したものであ
り、リセット半サイクルでは破線に示すように変化し、
磁束はゲート方向からリセット方向に変化してφ_R にな
る。その次のゲート半サイクルでは、磁束が増加してゲ
ート方向になるが、磁束がゲート方向の飽和値φ_S に達
するまでは殆ど電流が流れない。そして磁束がφ_S に達
すると、可飽和リアクタ２は急激に導通状態となり、そ
の後のゲート半サイクルの間は導通状態を保持する。

【０００５】図８は交流電源１の電圧Ｖと負荷４に印加
される電圧Ｖ’の変化を示すものであり、交流の周期を
Ｔとし、ゲート半サイクルにおいて可飽和リアクタ２が
飽和してインダクタンスが急激に零になる点弧時刻まで
の時間をτとする。負荷４に供給される電力は点弧時刻
τをずらすことで変化させることができ、またリセット
半サイクルに制御回路６を介して可飽和リアクタ２に印
加されるリセット電圧によって定まる磁束φ_R によって
点弧時刻τを決めることができる。つまり、可飽和リア
クタ２はリセット半サイクルにおいて、リセット電圧と
リセット時間の積に比例する磁束量だけゲート方向の飽
和値から磁束が減少して磁束φ_R となり、ゲート半サイ
クルにおいて同じ磁束量だけゲート方向に磁束が増加し
て飽和磁束φ_S となった時点から導通するというサイク
ルを繰り返す。このとき、ゲート半サイクルの始めから
導通するまでの時間τは、φ_S −φ_R に比例し印加電圧
に反比例する。

【０００６】図６の磁気増幅器を用いた電力安定回路を
並列に接続して、図５に示すような構成とすると、個々
の可飽和リアクタ２を流れる電流の和に相当する電流が
負荷４に供給され、全体の定格電流は個々の定格電流の
和となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の構
成においては、全ての可飽和リアクタ２を同時に点弧す
る必要があり、可飽和リアクタ２のコアの有効断面積の
不揃いや制御回路６の動作の不揃いを無くす必要があ
る。つまり、不揃いがあると最初に点弧した可飽和リア
クタ２に電流が集中し、この集中のために他の可飽和リ
アクタ２は印加電圧が低下して点弧しなくなるため、負
荷の分担が不均等になり易く、負荷の重い可飽和リアク
タ２が過熱故障を起こすことがある。つまり、コアの特
性に僅かな差異があるだけで、全体の定格電流は個々の
定格電流の和よりも小さくなってしまう。このような不
揃いを無視できるほど小さくするために、可飽和リアク
タ２のコアを精密に選別する必要があり、歩留まりが悪
く量産にとって大きな障害となる。

【０００８】本発明の目的は、上述の欠点を解決し、並
列接続された複数の磁気増幅器の点弧時刻が常に一致す
る電力制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る電力制御装置は、主巻線の一端を共通
に結線した複数の磁気増幅器を有し、前記複数の磁気増
幅器には何れも平衡巻線を設け、該平衡巻線の両端をそ
れぞれ共通に結線したことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上述の構成を有する電力制御装置は、平衡巻線
に発生する起電力が等しく保たれることにより、磁気増
幅器のリセット磁束量が等しくなるため、結線された磁
気増幅器が全て同時に点弧する。

【００１１】

【実施例】本発明を図１〜図４に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は第１の実施例の構成図を示
し、周波数、位相、電圧が何れも互いに等しい交流電源
V1〜Vnが、一端は点Ｑに共通に結線され、他端はそれぞ
れ可飽和リアクタSR1 〜SRn の主巻線の始端に結線され
ており、可飽和リアクタSR1 〜SRn の主巻線の終端は電
力用ダイオードPD1 〜PDn のアノードとリセット用ダイ
オードRD1 〜RDn のカソードに接続されている。ダイオ
ードPD1 〜PDn のカソードは共通に結線されて点Ｐに接
続されており、点Ｐと点Ｑは負荷Ｒを介して接続されて
いて、ダイオードRD1 〜RDn のアノードはそれぞれが個
別に、図示しない制御回路中の能動素子による制御用抵
抗を介して点Ｑに接続されている。また、可飽和リアク
タSR1 〜SRn には平衡巻線AB1 〜ABn が設けられ、ゲー
ト時に正の起電力を発生する始端A1〜Anが共通に結線さ
れ、負の起電力を発生する終端B1〜Bnが共通に結線され
並列に接続されている。可飽和リアクタSR1 〜SRn の主
巻線の巻数は互いに等しく、また平衡巻線AB1 〜ABn の
巻数は実施例においては１ターンである。

【００１２】定常状態においては、ゲート半サイクルの
終了時に可飽和リアクタSR1 〜SRnの全てのコアがゲー
ト方向の磁束で飽和している。そして、リセット半サイ
クルでは図示しない制御用抵抗とリセット用ダイオード
RD1 〜RDn を通って、可飽和リアクタSR1 〜SRn の主巻
線にリセット電流が流れ、主巻線の両端にはリセット電
圧が生ずる。同時に、可飽和リアクタSR1 〜SRn の磁束
が減少して逆向きつまりリセット方向になり、リセット
方向に増加してゆく。このとき、可飽和リアクタSR1 〜
SRn の平衡巻線AB1 〜ABn には磁束の時間変化に比例し
た起電力が発生し、この平衡巻線AB1 〜ABn が並列接続
されているため、コアの有効断面積等の差によらず可飽
和リアクタSR1 〜SRn のコアの磁束は等しく変化する。

【００１３】リセット半サイクルの終了時には、可飽和
リアクタSR1 〜SRn のコアは制御用抵抗で規定される共
通の磁束量だけリセットされている。そして、ゲート半
サイクルでは電力用ダイオードPD1 〜PDn及び共通の負
荷Ｒを通って可飽和リアクタSR1 〜SRn の主巻線に電流
が流れ、コアの磁束はゲート方向に増加してやがて飽和
する。ここで、主巻線に発生する自己誘導起電力が等し
く、かつコアのリセット磁束量が等しいため、可飽和リ
アクタSR1 〜SRn は同時に飽和し導通状態になる。

【００１４】定常状態に達するまでは、可飽和リアクタ
SR1 〜SRnは飽和する時期が揃っていないことがある
が、コアが飽和していない可飽和リアクタは平衡巻線の
電流によって磁束変化が等しくされるため、やがてリセ
ット磁束量が等しくなって、飽和する時期が揃うように
なる。

【００１５】このような動作のため、可飽和リアクタSR
1 〜SRn はそのコアの不揃いによって負荷の分担が片寄
ることがなく、動作中に電流の集中で過熱したりするこ
とはない。

【００１６】図２は第２の実施例の構成図を示し、セン
タタップ付きトランスに２つの磁気増幅器を結線して構
成されたコンバータが並列にｎ個接続されている。トラ
ンスTr1 は１次巻線が共通の交流電源Ｖに接続され、２
次巻線はセンタタップが直接に共通の負荷RLの一端に接
続され、始端は可飽和リアクタSR1aの主巻線を介して、
電力用ダイオードPD1aのアノードとリセット用ダイオー
ドRD1aのカソードに接続され、終端は可飽和リアクタSR
1bの主巻線を介して、電力用ダイオードPD1bのアノード
とリセット用ダイオードRD1bのカソードに接続されて、
電力用ダイオードPD1a、PD1bのカソードは負荷RLの他端
に接続されている。トランスTr2 〜Trnには同様に可飽
和リアクタSR2a〜SRna、SR2b〜SRnbが接続され、電力用
ダイオードPD2a〜PDna、PD2b〜PDnb、リセット用ダイオ
ードRD2a〜RDna、RD2b〜RDnbが接続されている。そし
て、リセット用ダイオードRD1a〜RDna、RD1b〜RDnbには
２次巻線のセンタタップとの間に図示しない制御用抵抗
が接続されている。更に、可飽和リアクタSR1a〜SRnaに
は環状コアの中に導線を通して構成された平衡巻線La1
〜Lan が設けられ、全て並列に結線されている。同様
に、可飽和リアクタSR1b〜SRnbにも平衡巻線Lb1 〜Lbn
が設けられ、並列に結線されている。

【００１７】このような構成において、リセット用ダイ
オードRD1a〜RDnaを流れる電流により可飽和リアクタSR
1a〜SRnaのリセット磁束量が決まり、この磁束量は平衡
巻線La1 〜Lan によって等しくなる。同様に、可飽和リ
アクタSR1b〜SRnbのリセット磁束量も平衡巻線Lb1 〜Lb
n によって等しくされる。このため、可飽和リアクタSR
1a〜SRnaは全て同時に点弧し、同様に可飽和リアクタSR
1b〜SRnbの点弧も同時になる。

【００１８】図３は第３の実施例を示し、１個の交流電
源Ｖから並列接続されたｎ個の電力制御回路を介して１
個の負荷RLに直流が供給されるようになっている。ｎ個
の電力制御回路は全て同じ構成となっていて、それぞれ
２個の磁気増幅器を有している。可飽和リアクタSR1aは
主巻線の一端が交流電源Ｖの一端とダイオードD1a のカ
ソードに、他端がゲート用ダイオードGD1aのアノードと
リセット用ダイオードRD1aのカソードに接続されてい
る。交流電源Ｖの他端には可飽和リアクタSR1bの主巻線
の一端とダイオードD1b のカソードが接続され、可飽和
リアクタSR1bの主巻線の他端はゲート用ダイオードGD1b
のアノードとリセット用ダイオードRD1bのカソードに接
続されている。ゲート用ダイオードGD1a、GD1bのカソー
ドは共に負荷RLの一端に結線され、負荷RLの他端はダイ
オードD1a 、D1b のアノードに結線されている。交流電
源Ｖには同様に可飽和リアクタSR2a〜SRna、SR2b〜SRn
b、ゲート用ダイオードGD2a〜GDna、GD2b〜GDnb、リセ
ット用ダイオードRD2a〜RDna、RD2b〜RDnb、ダイオード
D2a 〜Dna 、D2b 〜Dnb が接続されている。そして、可
飽和リアクタSR1a〜SRnaには平衡巻線La1 〜Lan がそれ
ぞれ環状コアの中に通され、並列に接続されている。同
様に、可飽和リアクタSR1b〜SRnbにも平衡巻線Lb1 〜Lb
n が通され並列に接続されている。

【００１９】可飽和リアクタSR1a〜SRnaの導通時には、
ゲート用ダイオードGD1a〜GDnaとダイオードD1b 〜Dnb
を通って負荷RLの電流が流れ、このとき可飽和リアクタ
SR1b〜SRnbはリセット用ダイオードRD1b〜RDnbを流れる
電流によりリセットされていて、その磁束変化は平衡巻
線Lb1 〜Lbnに流れる電流によって共通にされている。
そして、次のサイクルでは導通とリセットが入れ換わ
る。

【００２０】図４は３相交流から直流電力を得る電力制
御回路を示し、ｎ個の電力制御回路の出力が並列に１個
の負荷RLに接続されている。可飽和リアクタSRa1+ の主
巻線は、一端が負荷RLの一端に接続され、他端はゲート
用ダイオードGDa1+ のアノードに接続されていて、ゲー
ト用ダイオードGDa1+ のカソードは３相交流電源Ｖの出
力Vaに接続されている。可飽和リアクタSRa1- の主巻線
は一端が負荷RLの他端に接続され、主巻線の他端はゲー
ト用ダイオードGDa1- のカソードに接続されており、ゲ
ート用ダイオードGDa1- のアノードは電源Ｖの出力Vaに
接続されている。そして、出力Vaの極性によって可飽和
リアクタSRa1+ 、SRa1- の何れかがスイッチングを行
う。可飽和リアクタSRb1+ 、SRb1- も同様に、ゲート用
ダイオードGDb1+ 、GDb1- を介して電源Ｖの出力Vbに接
続され、負荷RLに接続されており、電源Ｖの出力Vcも同
様に可飽和リアクタSRc1+ 、SRc1- とゲート用ダイオー
ドGDc1+ 、GDc1- を介して負荷RLに接続されている。ま
た、可飽和リアクタSRa1〜SRc1のそれぞれには、環状コ
アの中に導線を通して１ターンとした平衡巻線La1 〜Lc
1 が設けられている。

【００２１】以上のような６個の可飽和リアクタSRa 〜
SRc を用いた３相全波型の磁気増幅器が並列にｎ個接続
されており、更に平衡巻線La1+〜Lan+が全て並列に接続
され、同様に平衡巻線La1-〜Lan-も並列接続され、平衡
巻線Lb+ 、Lb- 、Lc+、Lc-もそれぞれ並列接続されてい
る。可飽和リアクタSRa 〜SRc は何れもそれぞれ電源Ｖ
からの電流が流れない半サイクルにおいて、図示しない
制御回路を通して主巻線にリセット電流が流れるように
なっており、このリセット電流によるコアの磁束変化
は、平衡巻線が並列接続されていることにより、互いに
等しくなる。例えば、出力Vaが負で動作するｎ個の可飽
和リアクタSRa+は、平衡巻線La+ により磁束量が等しく
なるため同時に点弧する。同様のことが、可飽和リアク
タSRa-を始め他の可飽和リアクタSRについても云える。

【００２２】以上の何れの実施例においても、平衡巻線
が並列接続されている可飽和リアクタは、飽和磁束量か
らのリセット磁束量が等しく、またゲート半サイクルの
点弧するまでの磁束変化が等しいため同時に点弧する。
このため、導通状態が複数の可飽和リアクタ間で片寄る
ことがなく、また加熱の虞れなく磁気増幅器を有効に並
列接続することができる。即ち、並列接続された個々の
磁気増幅器の定格電流の和が全体の定格電流となる。

【００２３】なお、実施例では磁気増幅器の特性を揃え
て平衡巻線の巻数は全て１ターンとしたが、これは必ず
しも１ターンでなくともよく、各磁気増幅器が点弧する
までに平衡巻線に印加した電圧時間積が等しくなる巻数
であれば、磁気増幅器ごとに巻数が異なっていてもよ
い。また、実施例の可飽和リアクタは環状コアのものと
したが、漏れ磁束が充分少なければ他の形状のコアを用
いた可飽和リアクタを用いてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電力制
御装置は、磁気増幅器が不揃いであっても、点弧時刻が
一致しているため負荷の分担の不均等による過熱の虞れ
がなく、標準化された磁気増幅器を組合わせて多種の定
格を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】第２の実施例の構成図である。

【図３】第３の実施例の構成図である。

【図４】第４の実施例の構成図である。

【図５】電力制御回路の回路図である。

【図６】電力制御回路の回路図である。

【図７】可飽和リアクタの動作説明図である。

【図８】可飽和リアクタのコアの動作説明図である。

【符号の説明】

Ｖ交流電源 SR 可飽和リアクタ PD 電力用ダイオード RD リセット用ダイオードＲ、RL 負荷 AB、L 平衡巻線 GD ゲート用ダイオードＤダイオード

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主巻線の一端を共通に結線した複数の磁
気増幅器を有し、前記複数の磁気増幅器には何れも平衡
巻線を設け、該平衡巻線の両端をそれぞれ共通に結線し
たことを特徴とする電力制御装置。