JPH0360362A

JPH0360362A - 電力処理回路

Info

Publication number: JPH0360362A
Application number: JP17765990A
Authority: JP
Inventors: Robert John Kakalec; ロバート　ジョン　カーカレク; Vladimir Zaltsman; ブラディミール　ザルツマン
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-07-21
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1991-03-15
Also published as: EP0409477A3; EP0409477A2

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】（産業上の利用分野）本発明は、誘導入力をもつ回路、および回路に初期電源
投入をした際の回路人力への突入電流（ｉｎｒｕｓｈ　
　ｃｕｒｒｅｎｔ）の制御に関する。さらに詳細には、
電流制限電源によりエネルギーを与えられるバッテリ充
電整流回路に関する。

（従来技術）突入電流は起動時に回路により引き起こされる大きな過
渡入力電流であり、その過渡インピーダンスが定常状態
インピーダンスと非常に穴なるという無効入力インピー
ダンスの特性に主として起因する。そうした突入電流は
保護素子を起動し、信号波形を歪ませ、−殻内に回路構
成要素に過剰ストレスを加えるので望ましくない。例え
ば、容量性人力インピーダンスを有する回路は定常状態
入力電流を大幅に超える大きな突入電流を引き起こす。

なぜなら容量性入力インピーダンスは、放電されたコン
デンサの非常に小さな直列インピーダンスによって起動
時に短絡回路として動作するからである。容量性人力突
入電流の防止は先行技術において広範に扱われており、
普通は初期電流レベルを制限するために入力電流経路中
に入力インピーダンスを押入する。インピーダンスは電
力消失（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）Ｒとなるため、定常
状態動作に達するとすぐにインピーダンスをバイパスす
る付加回路が一般的に包含される。

誘導回路に与えられた起動電流は、その入力回路中の誘
導素子が飽和する場合、大きな突入電流値に達する。こ
のような飽和が生じるのは、（誘導リアクタンス中に残
留磁束が存在しないと仮定すると、）起動時にたどられ
る磁束経路が、磁束密度−磁化力平面（すなわちＢ−Ｈ
平面）の原点から始まるために非対称であることによる
。この経路はヒステリシス曲線の屈曲部をすばやく超え
、その構成要素の飽和領域に達する。入力電流が正常な
定常状態入力端子の２０倍になるのも珍しいことではな
い。この電流がＵＰＳのような容量制限交流電源から供
給されるならば、ＵＰＳは過負荷となり、閉止されるか
過負荷損傷を被る。電流制限電源の場合、電源の入力電
圧波形は、（特にピーク−二乗平均比で表されるフレス
ト係数によると、）激しく歪み、その結果非常に大きな
高調波信号が発生する。

誘導入力突入電流の防止は、初期電流サージの制限のた
めの特別の巻線配置を包含する電気電動機人力の場合を
除き、−殻内に無視されてきた。

飽和し得る誘導入力インピーダンスを持つ静止回路は突
入電流の能動制御に関する限り、−殻内に無視されてき
た。入力突入電流の制限には人力と直列なインピーダン
スだけでは十分ではない。なぜなら人力と直列なインピ
ーダンスはヒステリシスループの初期非対称性の補償と
は無関係であり、典型的には入力電源の２５〜３５周期
の間持続する減衰した突入電流を許容するからである。

人力起動電流への反応では初期磁束曲線の屈曲点に達し
ない（すなわち定常状態磁束値は少なくとも鉄心飽和レ
ベルの２分の１以下である）ような特大の磁気素子を使
用することで、静止磁気素子の飽和は回避できる。そう
した構成要素の大きさはもっと小さな素子の使用で済む
定常状態動作の観点から見ると無能である。多くの応用
では大きさは重要な要素となるので、この解決策は一般
的に魅力的でない。

ある場合には、付加磁気構成要素が入力電流を制限する
ために誘導入力と直列に加えられる。しかし、これは初
期非対称磁束経路の問題を解決しない上に、付加磁気構
成要素を定常状態動作時には入力経路から切り離さねば
ならないため、特別のスイッチング回路を必要とする。

（発明の概要）本発明の原理に従って、オフライン整流回路の変圧器へ
の磁気起動突入電流は、入力が交流電源に接続される場
所での入力電圧の位相角を制御（単相人力及び標準的な
三相人力では９０度）することで制限される。

特に、オフライン整流回路への入力端子はゼロ交差点に
関してモニタされる。一つの配置では入力端子は直接モ
ニタされ、スイッチ・トリガ・パルスは９０度に相当す
る時間遅延を受け、その時点でスイッチが駆動され、入
力交流電圧を整流器に接続する。別の配置では入力電圧
は積分され、積分された波形のゼロ交差が、入力電圧を
整流器に接続するスイッチを閉じるトリガ・パルスの発
生のために用いられる。

（実施例の説明）回路構成要素すなわち磁気構成要素の典型的な誘導ヒス
テリシス軌跡は第１図のグラフに示される。ヒステリシ
ス軌跡１０１は原点１００に関して対称であり、軌跡上
の点１０２及び点１０３間で高い透磁率を持つ。（軌跡
１０１上の）高い透磁率のときは、印加励磁電流は相当
的なりアクタンスを受けて、電流は第一の大きさに制限
される。

印加励磁電流がヒステリシス軌跡上の点１０２または点
１０３を超える値をとるとき、磁気素子は飽和し、軌跡
１０４及び軌跡１０５上で明らかなように、素子の透磁
率は非常に減少する。透磁率の減少のために、増加励磁
電流により発生する磁束は不飽和条件の場合に比べて非
常に少なくなる。

従って、電流を制限するりアクタンスはより少なくなる
。

典型的な回路配置では動作パラメータは、交流励磁電流
に対する磁束応答が＋Ｂｍａｘ及び−Ｂｍａｘ間を振動
し、かつ原点１００に関して対称であるようになってい
る。リアクタンスは電流を第１図のグラフに示されてい
るｌ　　の値に制限　Ｓする。しかし起動特は、（残留磁束が存在しないと仮定
すると、）初期磁束振動は原点１００から始まり、かつ
起動励磁電流は、ヒステリシス特性の飽和領域に位置す
る２Ｂｍａｘの磁束レベルに達する。低下したりアクタ
ンスにより、第１図のグラフに示されるようなより大き
な過渡電流値■ｔｒａｎｓが許容される。

この過渡突入電流２００は本質的に周期的であり、かつ
−殻内に多数の動作サイクルの間持続する。第２図はそ
うした過渡突入電流を示し、かつそれを、定常状態電流
と比較している。この第２図に示されているように、初
期サイクルの電流は、本質的に単極性で、非常に高いピ
ーク値２０１に達する。電流のピーク値は後続のサイク
ルに向かって低下する。この低下は比較的緩慢であり、
波形は本質的に単極性を維持する。明らかなように、過
渡突入電流レベルのピークは、長い０開にわたり、定常
状態電流２０５のピークより上にとどまっている。

この突入電流制限のための配置は図式的に第３図に示さ
れる。電流制限交流電源３００は、導線３０１及び３０
２により、誘導入力インピーダンスを持つ電力回路３０
４に結合されている。この電力回路はバッテリ充電回路
であるが、本発明は、バッテリ充電回路に限定されない
。

交流電源３００は、非中断電力供給電源中または他の予
ｉ電源中の静止インバータ回路よりなる。

回路３０４の誘導人力リアクタンスは、変圧器３０５の
ような磁気構成要素に起因する。サイリスタ型素子より
なるスイッチ３０６は、導線３０１中に設けられ、回路
３０４を交流電源３００から接続／切断する。

電圧モニタ回路３１０は、電流制限交流電源の出力と交
差して接続され、印加交流入力電圧のほぼ正弦波の波形
を検出する。この検出された電圧は波形の位相を人力交
流電圧の位相から９０度移動する動作をする積分回路３
１１に与えられる。

移動された波形のゼロ交差は、ゼロ交差検出器３１２に
より判定される。ゼロ交差のマーカーは点弧（ｆ　ｉ　
ｒ　ｉｎｇ）回路３１３のトリガに使われる。点弧回路
３１３は駆動パルスを発生してスイッチ３０６をトリガ
して導通状態にし、これによって、入力交流電源を回路
３０４に結合する。

接続スイッチ接点のはね返りといった他の点の考慮から
、電源を回路３０４に直ちに接続することは望ましくな
いので、人力交流電源は遅延回路３１５に持続される。

遅延時間が経過した後、後続のゲート回路３１６が点弧
回路３１３のトリガ信号出力と結合して駆動され、スイ
ッチ３０６を駆動する。別の誘導突入電流制限のための
配置は、第４図により詳細に示される。電流制限容量を
もつ交流電源４０１は、示されているように、導線４０
２及び４０３及びに１リレーの接点４４２及び４４３を
経由して、整流回路４０５に結合されており、この整流
回路４０５は、負荷４０６に電圧を加えるために接続さ
れている。導線４０３中には、交流電源４０１と整流回
路４０５との接続を制御するトライアック・スイッチが
設けられている。

交流電源４０１は導線４０８及び４０９を経由して、整
流回路４０５を操作する制御回路４１１に接続される。

起動スイッチ４１２はに２リレーコイル４１３に電圧を
加えるために接続される。

Ｋ２接点４１４を閉じると、コンデンサ４１５の充電が
始まることで遅延タイミングが開始される。

設定した遅延時間が経過した後、トランジスタ４１６は
バイアスされて導通し、Ｋ３リレーコイル４１９に電圧
を加える。Ｋ３リレー接点４１７はそれにより閉じて、
遅延時間の終了時に以下に述べるような突入電流制御回
路の動作を可能にする。

この時間遅延は、起動スイッチ４１２を閉じたときの、
Ｋ１接触器の接点のはね返りによるシステムの機能不全
を防止することを意図して行われる。

変圧器４２０の一次巻線４２１は、交流電源４０１に接
続され、二次巻線４２２は、整流器４２４に接続されて
いる。整流器４２４の出力により電圧を加えられるコン
デンサ４２５は、フォト・トランジスタ４３０を経由し
てトライアック・スイッチ４０７に接続されており、こ
のトライアック・スイッチ４０７に電圧を加える。フォ
ト・トランジスタ４３０の導電率は、そのベース接合に
光学的に結合される発光ダイオード４５１の光出力によ
り制御される。二次巻線４２３に接続されるゼロ交差検
出器４５２は交流電源４０１の電圧波形のゼロ交差と一
致するパルスを識別し、発生する。Ｋ３リレーコイル４
１９がひとたび駆動すると、ゼロ交差検出器４５２のパ
ルス出力は、入力電圧波形の４分の１サイクルに等しい
時間だけパルスを遅らせる時間遅延回路４５４に接続さ
れる。６０Ｈｚの印加交流信号の場合、パルスに与えら
れる時間遅延は、４．３３ミリ秒となる。この時間遅延
パルスは、発光ダイオード４５１を発光させ、フォト・
トランジスタを導通状態にし、コンデンサ４２５の電圧
を、トライアック・スイッチにバイアスして導通状態に
する。その結果、交流電源４０１は整流器４０５に接続
される。

なお、上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので
、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形
例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲
に包含される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、回路の誘導入力インピーダンスのヒステリシ
ス軌跡のグラフを示す図、第２図は、回路の定常状態電流と比較した誘導回路への
典型的な過渡誘導突入電流のグラフを示す図、第３図は、誘導入力インピーダンスをもつ回路のための
突入電流を制限する配置のブロック図を示す図、第４図は、誘導入力インピーダンスをもつ回路のための
突入電流を制限する配置の別のブロック図を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）誘導入力を備え、交流電源による電力供給に適合
した電力処理回路において、交流電源を誘導入力に結合するスイッチ（３０６）；交流電源を誘導入力に結合するためにスイッチを駆動す
る制御回路；を有し、該制御回路は、スイッチにスイッチを導通状態に駆動するトリガ信号を
与えるために結合されるトリガ駆動回路（３１３）：交流電源の入力電圧波形のゼロ交差を検出するモニタ回
路（３１０）；入力電圧波形の４分の１サイクルの位相遅延でトリガ駆
動回路の動作をゼロ交差と同期動作させる手段（３１１
）とを含むことを特徴とする電力処理回路。
（２）入力電圧の電圧波形の検出回路を包含するモニタ
回路、及び検出回路により検出される電圧波形を積分す
る積分回路を包含する同期手段を有することを特徴とす
る請求項１記載の電力処理回路。
（３）初期点弧（ｔｕｒｎ−ｏｎ）回路過渡現象を減衰
させるために、スイッチを駆動するトリガ駆動回路の結
合を遅らせる手段を有することを特徴とする請求項２記
載の電力処理回路。
（４）交流電源から電圧を得る手段を包含するトリガ駆
動回路、及び積分回路に応答し電圧をスイッチに結合さ
せるゲートを有することを特徴とする請求項３記載の電
力処理回路。
（５）入力電圧の電圧波形の検出回路を包含するモニタ
回路、及び交流電源サイクルの４分の１の時間を指定さ
れた信号時間遅延回路を包含する同期手段を有すること
を特徴とする請求項１記載の電力処理回路。
（６）初期点弧（ｔｕｒｎ−ｏｎ）回路過渡現象を減衰
させるために、スイッチを駆動するトリガ駆動回路の結
合を遅らせる手段を有することを特徴とする請求項５記
載の電力処理回路。
（７）交流電源から電圧を得る手段を包含するトリガ駆
動回路、及び積分回路に応答し電圧をスイッチに結合さ
せるゲートを有することを特徴とする請求項６記載の電
力処理回路。