JPS5952453B2 - 内部電力供給の必要条件の最少化された交流ソリツドステ−ト電力制御器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、交流電源からある負荷への電力供給を制御す
るためのハイブリッドＩＣ化されうる電力制御器に関す
るものであり、特に、大きさ及び重量が最少とされねば
ならないところに使用するのに適し電気機械的構成部品
でなくソリッドステート構成部品から成るようなこの種
の電力制御器に関するものである。

配電系統に於いて切り換え機能及び保護機能を果すため
電気機械的リレー及び熱的過負荷装置に換えてソリッド
ステートな電力制御器を使用することの利点が認められ
ている。

航空機系統に於ける如きこの種の電力制御器の適用には
障害があつた。何故ならば、必要とされる機能を果すた
めには回路が複雑となつてしまい、その複雑な回路には
、本来的に、費用が余計かかること、大きさが大きくな
ること、重量が重くなること、熱損失が多くなること、
信頼性が低くなることの欠点が伴つてしまうからである
。従来の交流ソリッドステート制御器は、交流線路電圧
から直流電圧を発生するために多重の内部電力供給を必
要とするものであつた。

代表的には、３つの分割した直流供給源が必要とされ、
そして、それら直流供給源は、別々の調整を必要とする
ことのあるものであつた。それ故に、複数の別々の分岐
回路に於ける内部回路部分のそれぞれに給電するための
別々の導体が必要とされていた。Ｓｈｕｅｙ等の出願第
３３７９６９号は、主としては電力供給要件に向けられ
たものではないが、本発明が関係すると同じ一般型の電
力制御器を示している。この種の電力制御器に関する有
用な背景を示す別の文献としては、１９７１年５月のＮ
ＡＥＣＯＮＰｒＯｃｅｅｄｉｇｓに於けるＤ．Ｅ．Ｂａ
ｋｅｒによる「ＰＯｗｅｒＣＯｎｔｒＯｌｌｅｒｓｆＯ
ｒＡｕｔＯｍａｔｉｃａｌｌｙＣＯｎｔｒＯｌｌｅｄＥ
ｌｅｃｔｒｉｃａｌＳｙｓｔｅＭｓ」と題する論文があ
る。従来技術によるソリツドステート電力制御器の代表
例であつて第１図に示したものでは、次のような内部電
力供給の必要がある。「電力供給回路」とされた回路部
分は、線路１０から交流電力を取つて、３つの別々の分
離母線に直流を発生する。これらの母線の１つは、「電
力供給回路」から「駆動回路」への「ソリツドステート
スイツチ」を駆動するための第１の直流母線１２である
。第２の直流母線１４は、「電力供給回路」と「駆動回
路」（２つの反対向きに並列接続されたサイリスタから
成るソリツドステートスイツチのための従来の駆動回路
は、代表的には、２つの別々の電力供給を必要としてい
た）との間に設けられ、「過電流保護回路」「交叉回路
」及び「制御論理回路」を付勢するものである。第３の
直流母線１６は、「電力供給回路」と「直流制御回路」
との間に設けられる。電気的な分離が必要とされている
ため、各直流母線１２，１４及び１６は、別々の電気供
給構成部品を必要としている。通常、これらとしては、
１次巻線が線路に接続され各母線に対する別々の２次巻
線を有した交流変圧器、別々の整流器及びフイルタ及び
調整部品がある。多量の電力供給が必要とされるという
ことは、少なくとも高価な複雑な電力変圧器が必要とさ
れ、それを製造する上での取扱いの問題が増えるという
ことを意味している。

その電力変圧器の場合には、各電力供給に対して特別な
整流ユニツト及びフイルタ要件が必要とされる。その上
、単一の電力変圧器から種々な直流供給回路を作り出す
場合には、それら直流供給が名目上分離されているとし
ても、それらの回路間に相互作用が生じて、その性能及
び信頼性が損われる可能性がある。本発明は、従来のも
のに比較して内部電力供給の必要条件が最小化された電
力制御器を開発しようとしてなされたものである。

本発明によれば、直流電力を発生する単一の電力供給源
によつて給電される駆動回路を有したスイツチを有し、
その過電流保護回路の如き制御及び保護回路、零交叉検
出回路及び制御論理回路が別個の直流源による付勢なし
に作動し駆動回路と同じ直流供給源及び交流線路によつ
てのみ付勢されるような交流ソリツドステート電力制御
器が提供される。

その直流制御回路は、電力制御器内に別個の電源を必要
とせず、印加制御入力信号によつてのみ付勢される。本
発明によればハイブリツド化されうる交流電力制御器の
回路としてＳｃＲ駆動回路、制御論理回路、過電流保護
回路、零交差回路および直流制御回路に必要な直流電力
をた・゛一組のキヤパシタ分圧器、整流平滑回路より構
成される直流電力発生回路によりえることであり、完全
なるリレープラスサーキツドブレーカ機能をもちしかも
ハイブリツドＩＣ化により超小型化された交流電力制御
器をうるものである。

本発明の実施にあたつては、従来では別々の直゛流供給
源を必要とした種々な個々の回路部分を本質的に「自己
付勢されるもの」とすることが必要である。

ここで「自己付勢されるもの」という意味は、交流線路
から自分自身の電力を作り出すもの、又は、駆動回路を
付勢するのと同じ直流母線から自分自身の電力を作り出
すもの、又は、直流制御回路の場合には、もう１つ別の
利用しうる直流電圧から自分自身の電力を作り出すもの
という意味である。装置をそのように配列することによ
り、その装置又は過電流保護装置又は零交叉回路を付勢
するため直流制御回路に対する別個の直流電力供給は必
要とされなくなる。従つて、その電力制御器に於けるす
べての内部機能のために単一の直流供給電圧しか必要と
されない。その結果、本発明によれば、必要とされる部
品の量が最小とされ、その装置の価格及び大きさも最小
とされ、更に、その電力制御器の信頼性が向上される。
次に、添付図面の第２図及び第３図に基づいて本発明の
実施例について本発明を詳細に説明する。第２図を参照
するに、交流電源８から交流線路１０にての負荷９への
電力供給を制御するためのソリツドステート電力制御器
が単線回路図にて示されている。

この電力制御器は、電源８及び負荷９にそれぞれ接続さ
れた電源端子及び負荷端子２１及び２２を有したスイツ
チ２０を有しており、また、そのスイツチ２０の導通状
態を変更するため所定の駆動信号を選択的に印加するた
めの少なくとも１つ、この例では、２つの駆動端子２３
を有している。種々なスイツチが使用されうるが、本発
明の実施にあたつて都合がよいのは、主として反対向き
に並列接続された一組のサイリスタから成るスイツチで
ある。スイツチ２０へ駆動信号を加えるために駆動回路
２６が設けられ、それは、そのスイツチの駆動端子２３
にそれぞれ電気的に結合される少なくとも１つ、この例
では２つの出力端子２７を有している。

駆動回路２６は、電力端子２９と応答する制御信号を受
ける制御入力端子２８を有している。電力供給回路３２
が設けられ、これは、交流電源及びある基準電位（アー
ス又は中性点）に接続するための入力端子３３と直流母
線３６によつて駆動回路の電力入力端子に接続された出
力端子３４を有している。

この電力供給回路３２は、交流電力を直流電力へ変換す
るための素子を備えている。母線３６の出力電力に対し
てはろ波及び調整が望ましい。制御論理回路３８が設け
られ、これは、駆動回路２６の制御入力端子２８に接続
された出力端子３９と、直流母線３６によつて電力供給
回路の出力端子に接続される電力入力端子４０とを有し
ている。

回路３８は、また信号入力端子４１，４２及び４３を有
している。電力スイツチ２０の切換えを最終的に制御す
るため種々な回路状態又は入力を考慮するため制御論理
回路３８へ信号を導入するための複数の付加回路が設け
られる。

一代表例では、制御論理回路３８の入力端子４１，４２
及び４３にそれぞれ接続された過電流保護回路４８、零
交叉回路５０及び直流制御回路５２がある。過電流保護
回路４８は、負荷が損傷過電流を受けないようにスイツ
チ２０の導通を制御する信号を最終的に与えるためのも
のである。

零交叉回路５０は、サイリスタスイツチの場合に必要と
されるように交流供給電圧の波形の零点通過と所望の関
係にてスイツチ２０の導通を制御するため最終的に信号
を与えるためのものである。直流制御回ノ路５２は、電
力制御器を初期動作させるための押しボタン等によるス
イツチの手動閉の如き外部刺激の発生時に制御論理回路
３８へ入力信号を導入するためのものである。これらの
３つの回路部分４８，５０及び５２は、ここで時々「少
なくとも１つの制御及び保護回路」と称されるものの例
である。過電流保護回路４８は、交流線路１０に接続さ
れた交流電力入力端子５４及び母線３６に接続された直
流電力入力端子５５とを有している。

ま・た、その過電流保護回路４８は、回路３８の入力端
子４１に接続された出力端子５５を有している。零交叉
回路５０は、交流線路１０に接続された交流電力入力端
子６０と、母線３６に接続された直流電力入力端子６１
とを有している。

また、その零交叉回路５０は、回路３８の入力端子４２
に接続された出力端子６２を有している。直流制御回路
５２は、直流供給を全く必要とせず即ち直流母線３６へ
の接続を必要としない。

そｌの直流制御回路５２は、電力制御器が一緒に使用さ
れている電気系統の別の部分から直流制御信号を受ける
ための入力端子６５を有している。また、その回路５２
は、回路３８の入力端子４３に接続された出力端子６６
を有している。制御論理回路３８は、通常、その電力制
御器の特定の状態を指示するため、駆動回路２６への図
示された出力以外の付加的な出力を有するであろう。

例えば、スイツチのオン又はオフ状態と共にスイツチ２
０のトリツプの発生を示すためランフッの如きある指示
器への接続のための状態指示器出力端子及びトリツプ指
示器出力端子が通常ある。これらの回路部分は、以前に
なされたように与えられえて電力供給要件に影響しない
ので、図示していない。第３図を参照するに、第２図の
回路部分に対応する参照番号を付した枠内に対応する回
路部分を示した本発明の一実施例の詳細回路が例示され
ている。

主要部分に於いて、その種々な回路部分の動作態様は当
業者には明らかであろう。この例示した一回路例が良好
に動作するに適当な特定の構成部品を、次の一覧表に示
している。交流電源８４００圧２３０Ｖ（実効値） ソリツドステートスイツチ２０ サイリスタＳ１及びＳ２型２Ｎ６９０ 抵抗器Ｒ１及びＲ２５ＯＯΩ （回路２０は、一般的には、反対向きに並列接続された
一組のサイリスタから成るものとして特徴付けられる）
駆動回路２６ （回路２６は、一般的には、自走鉄心タイムド発振器か
ら成るものとして特徴付けられる）回路部分２６に示さ
れた次の素子は、直流母線３６からの駆動回路に対する
直流電圧レベルを設定するためのものである。

（この回路は、一般的には、公称直流３０Ｖが電力母線
３６により端子３４に供給されるキヤパシタ分圧器（Ｃ
３及びＣ４）として特徴づけられうる。

母線６３は、直流復帰母線即ち共通母線である。）制御
論理回路３８ にの回路は、一般的には、状態変化信号が所望時に駆動
回路２６に加えられることを決定するよう回路４８，５
０及び５２からの種々な入力に応答する論理ゲートＧ２
，Ｇ３及びＧ４から成るものとして特徴づけられうる）
回路部分３８に示された次の素子は、直流母線３６から
の制御論理回路に対する直流電圧レベルを設定するもの
である。

（この種の過電流保護回路の説明として（ＪＭｉｔｃｈ
ｅｌｌ及びＢｉｌｌｌｎｇｓの出願（代理人のケース号
４４５４９号）及びＳｈｕｅｙ及びＢａｋｅｒの出願３
３７９６９号明細書が参照されうる。

回路４８は、流母線３６と直接接続されておらず、その
代り制御論理回路３８に示された要素を介して電力受け
ている）零交叉回路５０ にの種零交叉回路の説明としては、Ｂｉｌｌｌｎｌ及び
ＴｉｐｔＯｎの出願（代理人のケース番号４４５１号）
明細書が参照されうる。

回路５０は、母線６から直流電力をとつている）直流制
御回路５２ （回路５２は、一般的には、制御信号に比例した１つの
入力及び制御信号から発生される基準レベルのもう１つ
の入力を有した差動増巾器を含むものとして特徴づけら
れる。

制御信号があるしきい値レベルを越える時のみ０Ｃ２へ
の出力が生ずる）第３図の回路は、良好に動作した本発
明の好ましい実施例である。

前述の説明により、本発明の特徴及び動作を理解でき、
そして、それら細部には多くの変形例が考えられるので
、ここで図示したそのものに本発明が限定されるもので
もないことが理解されよう。単一の直流電力母線３６の
みが必要であるだけなので、その電力供給は非常に小と
なり、又一組のキヤパシタ分圧器、整流平滑回路を電力
供給の主構成部分として用いることにより変圧器による
構成に比較して相当に簡単且つコンパクトなものである
。

この種の回路に於いては、２つのキヤパシタＣ３及びＣ
４は、単巻変圧器が交流電圧を分割するのと同様にして
交流電圧を所望のレベルに分割する。それから、ダイオ
ードＤ４から成る整流器が、その所望部分に対して全波
整流を行ない、次に、それはＣ５によつてろ波され、公
称３０Ｖ電圧とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による交流ソリツドステート電力制
御器の概略回路図である。 第２図は、本発明によるハイブリツドＩＣ化されうる交
流電力制御器の概略回路図である。第３図は、本発明の
一実施例のより詳細例を示す回路図である。８・・・・
・・交流電源、９・・・・・・負荷、１０・・・・・・
交流線路、２０・・・・・・ソリツドステートスイツチ
、２１・・・・・・供給端子、２２・・・・・・負荷端
子、２３・・・・・・駆動端子、２６・・・・・・駆動
回路、２７・・・・・・出力端子、２８・・・・・・制
御入力端子、２９・・・・・・電力入力端子、３２・・
・・・・電力供給回路、３３・・・・・・入力端子、３
４出力端子、３６・・・・・・直流母線、３８・・・・
・・制御論理回路、３９・・・・・・出力端子、４０・
・・・・・電力入力端子、４１，４２，４３・・・・・
・信号入力端子、４８・・・・・・過電流保護回路、５
０・・・・・・零交叉回路、５２・・・・・・直流制御
回路、５４・・・・・・交流電力入力端子、５５・・・
・・・直流電力入力端子、５６・・・・・・出力端子、
６０・・・・・・交流電力入力端子、６１・・・・・・
直流電力入力端子、６２・・・・・・出力端子、６５・
・・・・・入力端子、６６・・・・・・出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハイブリットＩＣ化されうる交流電力制御器におい
   て供給及び負荷端子を有したスイッチにして少なくとも
   １つの駆動端子を有しその駆動端子に所定の駆動信号が
   選択的に印加されることによりそのスイッチの導通性が
   変化されるようなソリッドステートスイッチと、前記ソ
   リッドステートスイッチに駆動信号を加えるための駆動
   回路にして前記スイッチの前記少なくとも１つの駆動端
   子にそれぞれ電気的に結合される少なくとも１つの出力
   端子を有し且つ制御入力端子及び電力入力端子を有した
   駆動回路と、交流電源に接続するための入力端子及び前
   記駆動回路の前記電力入力端子に接続される出力端子を
   有し交流電力を単一電力母線への直流電力に変換するた
   めに一組のキャパシタ分圧器と整流平滑回路を備えた電
   力供給回路と、前記駆動回路の前記制御入力端子に接続
   される出力端子及び前記電力供給回路の前記出力端子に
   接続される電力入力端子を有し前記電力供給回路よりの
   単一の電力供給源によつて給電される制御論理回路と、
   前記制御論理回路に接続される少なくとも１つの出力信
   号端子を有し且つ交流電源に接続される少なくとも１つ
   の入力信号端子を有しており前記駆動回路と同じ直流電
   力供給源及び交流線路によつてのみ付勢される過電流保
   護回路並びに零交差回路と、前記制御論理回路の１つの
   入力端子に接続される出力端子を有し且つ前記電力制御
   器内に別個の電源を要せず印加制御入力信号によりのみ
   付勢されるための制御入力信号端子を有する直流制御回
   路と、を備えたことを特徴とするハイブリッドＩＣ化さ
   れうる交流電力制御器。