JPS6127989B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、変調された誘導発電システムに関す
る。

静電インバータに関する誘導装置の使用におい
て、現在多大の研究がなされている。静電インバ
ータの回路に類する回路は誘導装置の出力側の導
体に結線出来、この装置が発電機として駆動され
る時は、「インバータ」は、該誘導装置の一方の
位相の巻線から他の巻線に対して無効エネルギを
リサイクル即ち再循環する為のスイツチングシス
テムとして作用する。この様に、このスイツチン
グシステム（即ち、インバータ回路）は、付勢の
為の別体の装置即ち前に使用したコンデンサーバ
ンクを置換する。この最初の段階の後、インバー
タ回路のサイリスタのスイツチング周波数は、前
記誘導装置が交流出力電圧（直流平均電位）を生
じる様に作用される基準周波数即ち同期周波数に
関してモジユレート出来る事が判つた。このモジ
ユレートされた誘導発電機システムの編成におい
ては、この装置は、システムが変調される時、有
効な交流矩波状の出力電圧は本装置により生じた
出力電圧の約半分である為に減少する事が判つ
た。

従つて、本発明の主要な観点は実質的に向上さ
せた効率、即ち発電機により供給される電力の利
用により変調された誘導発電機システムの提供に
ある。

別の重要な観点は、交流出力電圧が平均直流レ
ベルを持たない改良されたシステムの提供にあ
る。

本発明の更に別の重要な観点は、いずれかの極
の交流電圧か直流電圧によりインバータ回路が付
勢出来る様な誘導発電器に使用されるインバータ
回路の提供にある。

本発明の他の観点は、ヘテロダイン周波数変更
法により交流から直流への電流交換に利用価値の
ある改良された２極インバータ装置の提供にあ
る。

更に重要な観点としては、サイリスタブリツジ
を介して交流エネルギの供給源に対してエネルギ
のフイードバツク即ち再生作用を簡単にする改良
されたインバータの提供である。

本発明の更に他の重要な観点は、２極インバー
タ即ち電流交換回路に対する補助的な転流回路の
提供にある。

対応する観点から、補助転流回路と対照的にサ
イリスタの数を減してこの様な補助転流回路と、
補助整流回路に対する制御装置と対照的にサイリ
スタの投入の為の簡単な論理回路の提供にある。

本発明は、その一態様においては、ダイオード
ブリツジ装置と、このダイオードブリツジの通常
の出力端間に接続されたサイリスタとを設けてい
る。更に、電流スイツチ回路は、主要電流サイリ
スタを遮断する為の転流回路を含んでいる。

本発明の他の態様は、２極インバータの１線と
して直列に接続された２つのこの様な電流スイツ
チ回路使用して、２極性インバータに与えられた
付勢電圧の極性の如何を問はず、いずれの方向に
も電流を取扱う事である。

２極性ブリツジ装置を用いる２極性インバータ
に加えて、この２極性インバータは又、いずれの
方向にもスイツチ作用を行い電流を導通する為に
逆並列に結線された対をなすサイリスタをも含む
事が出来る。

補助的転流回路も又２極性インバータに使用出
来る。

添付図面のいくつかにおいては、同様の照合番
号同様な構様要素を示す。

誘導装置は発電機として駆動出来、コンデンサ
ーバンク即ち別個の装置の代りに、スイツチング
システムが無効エネルギを再循環させる誘導発電
機のターミナルに接続出来る事が知られている。
この様なシステムは、本願発明の譲受人に譲渡さ
れた昭和49年８月13日にジヨージ・Ｈ・スタツト
マン（Studtmann）の名義で発行された「交直流
発電システム」なる名称の米国特許第3829758号
に記述されている。又、その後、スイツチングシ
ステム自体の開閉瀕度は前記装置の両期周波数の
上下で変調して、変調入力電圧の作用である交番
出力電圧を生じる事が出来る事が判つた。本発明
の説明の起点を与える為、この様な変調された誘
導発電システムについて簡単に振返つてみよう。

第１図においては、ロード２２を供給する為軸
２１上に駆動される誘導装置２０を励起する為の
単相装置が示される。ブリツジインバータ全体
は、導線２３，２４とサイリスタ２５，２６，２
７，２８を含んでいる。ダイオード３０，３１，
３２，３３は、図示の如く導通してサイリスタの
隣接するものが遮断される時作用エネルギーの為
の通路を提供する様接続されている。即ち、もし
サイリスタ２５がONであり負荷電流を有し、サ
イリスタの転流作用と同時に（図示しないが周知
である回路により）作用負荷電流は最初ダイオー
ド３１を流れる。この様な作用も又周知である。
出力フイルターコンデンサ３４は導線２３と２４
間に接続され、抵抗３５と誘導部３６とを有する
負荷２２が前記導線間に接続されている。

論理回路３７は、発振回路４０からの配線３８
に受けるタイミング信号の作用として、その個々
の出力導線上に別個のゲート作用即ち投入信号を
与える様に接続されている。もち論、論理回路か
らの各単一出力配線３８は、２本の線で示し、ゲ
ートと各サイリスタのカソード間にゲート作用信
号を与える。当業者にとつて明らかな様に、パワ
ートランジスタ、サイラトロン、イグニトロン、
又は他のスイツチ素子の如き他のスイツチも又使
用出来る。発振器４０は、変調器回路４３からの
配線４２により４１で表示する変調信号を受取
る。スイツチ４４とバツテリ４５を含む始動回路
は、前述の係属中の米国出願および特許に説明し
た様に、システムの起動の間必要な場合に設けら
れる。

変調信号４１の周波数はある所望の数値に一定
に保たれる。この変調信号は、ある平均周波数の
上下にインバータスイツチング周波数を変更する
様に作用する。変更の周波数は変調周波数のそれ
に等しく、周波数の偏移量は変調信号の振巾に比
例する。この方法の正味の結果は、発電機の出力
電圧が第２図に示す方法で形成消滅させられる。
インバータのターミナルの両端にかゝる出力電圧
は第３図に示す如くである。直流レベルでない交
番電圧を得る為、直流成分は、通常大容量のコン
デンサである別の装置により除去される。

前述のシステムの別の欠点は、発電機の利用率
が稍々非効率である事である。例えば、第４図
は、誘導電動機に関連して使用する時、インバー
タ直流ターミナルの両端にかゝるフイルタされな
い出力電圧を示し、その出力電圧は、振巾Ｅの矩
形波とする。直流成分の除去の後、出力電圧は第
５図に示す如く発生する。同図に示す如く、この
矩形波の振巾はＥ／２迄減少させられる。電流Ｉ
を生じる抵抗負荷が通常の発電機として作用する
発電機から供給される場合は、電流の矩形波が流
れて、FIの出力が生じる。発電機が変調された
システムにおいて使用される時、出力電流と発電
機の電流が一致する。この様に、発電機のターミ
ナルから流れる電流Ｉは負荷に流れるが、第５図
に示され如く、出力電圧がＥ／２である為、交流
出力の２から１への減少が示されている。発電機
の利用率の低下即ち効率の悪い使用は、変調され
るシステムが唯１の極性の電圧により提供可能な
従来周知のインバータを使用する時不可避であ
る。

公知のインバータと共に使用される変調誘導発
電機の欠点は、２極インバータ（BPI）を用いて
克服出来る。本文に用いる「２極性」なる用語
は、２極性の直流入力エネルギ又は交流入力エネ
ルギにより励起される時、負荷に対して交番出力
エネルギを与える事が出来るスイツチ作用装置を
意味する。この様なインバータの簡単な構成は第
６図に示される。

同図に示される如く、サイリスタ又は他のスイ
ツチ要素は、４つの機換的スイツチ５５，５６，
５７および５８により表わされる。説明の為、ど
のスイツチの閉路も、与えられた電圧の極性の如
何を問はず、電流をスイツチを介して流す為の経
路を完成するのに有効である。負荷６０は、図示
の如く接続された誘導要素６１と抵抗素子６２を
含んでいる。交流電圧６３の電源が提供され、前
記各スイツチが接続された導線６４と６５に接続
される。このBPI装置は、適当なスイツチの閉路
によりいずれの方向にも負荷に電流を流す事が出
来、その入力ターミナルに与えられたいずれの極
性の電圧によつてもこの作用を行う事が出来る。

例えば、比較的高い正の電位の平面から比較的
低い正の電位の平面に対して電流が流れるものと
し、又導線６４における電位が導線６５における
電位に対して正であるものとし、もしスイツチ５
５と５８が閉路されるならば、電流はスイツチ５
５と負荷スイツチ５８を流れる。この時もしスイ
ツチ５５と５８が開路され、スイツチ５６と５７
が閉路されるならば、電位差は同じ状態に止ま
り、電流は最初、誘導エネルギがなくなる迄負荷
を通つて同じ方向に流れ続ける。次に、電流は負
荷を通つて逆の方向に形成する。この様に、負荷
を流れる電流の方向は、どの対のスイツチが閉路
されるかにより制御される。この事は又、導線６
５が導線６４よりも高い正の極性である時にも妥
当する。

第６図に全体的に示される２極インバータを構
成する為には各種の回路装置がある。例えば、ス
イツチ５５〜５８の各々は、ゲート作用パルスに
よりトリガーされる時いずれの方向にも電流を導
通する事が出来るトライアツク（triac）又はあ
る類似のスイツチでも良い。もしスイツチ５５〜
５８の各々にトライアツクが使用されるならば、
第１図のSCR−ダイオードの対（２５，３０の
如き）の各々はサイリスタ５５〜５８の１つによ
り置換されて第７図に示される如き単相のシステ
ムを提供する事が出来る。転流回路は省略されて
いるが、当業者にとつては、この様な回路はいか
に前記トライアツクを遮断する為接続され作用さ
れるかが明瞭であろう。このシステムにおいて
は、出力電圧がＥ／２でなくＥとなる為、発電機
はその全容量迄使用される。

第６図には、２極インバータ装置を構成する別
の回路装置が全体的に示され、特に第７図には誘
導装置を有するものが示される。もしシリコン制
御流器（SCR）がトライアツクの代りに使用さ
れるならば、第８図に示す如き回路が提供され
る。同図に示す如く、発電機７０は、インバータ
の導線の一方に対する給電導線７１，７２により
交流エネルギを供給する様に接続されている。こ
の配線は第６および７図のスイツチ５５，５６に
相当するものである。第８図において、図示の如
くスイツチ７５を提供する様に接続された第１の
対の逆並列サイリスタ７３，７４を含む。別の逆
並列に接続されたサイリスタ７６，７７の対は別
のスイツチ７８を形成する。このスイツチ７５，
７８は導線７１，７２間で直列に接続されてい
る。転流回路８０は共通の結線８１に接続され、
負荷導線８２も又この同じ回路上の地点に接続さ
れている。転流回路は、サイリスタの一方のON
のゲート作用に先立つてサイリスタの他方を遮断
する為に使用される。例えば、スイツチ７５にお
けるサイリスタ７３は、導線７１からの電流がサ
イリスタ７３を経て導線８２から負荷に流れる様
に導通するならば、転流回路は、サイリスタ７４
又はサイリスタ７６と７７のいずれかゞONにゲ
ートされる以前に、サイリスタ７３を遮断する様
駆動される。

第９図は、第６図に関して論議された基礎スイ
ツチ装置を構成する為の別の回路を示す。同図に
示す如く、１対のスイツチ回路８３，８４は給電
用導線７１と７２の間に直列に接続されている。
このスイツチ回路の各々は、ダイオードブリツジ
をサイリスタを含んでいる。上方のスイツチ回路
８３においては、例えば４つのダイオード８５〜
８８が通常のブリツジ構成部に接続され、SCR
であるサイリスタ９０はダイオードブリツジの通
常の出力結線間に接続される。更に、転流回路９
１は、必要に応じてこのサイリスタの転流作用を
行う様にサイリスタ回路に接続される様示されて
いる。同様に、下方のスイツチ装置８４は、ブリ
ツジ構成部に結線された４つのダイオード９２〜
９５を含み、サイリスタ９６を通常の出力結線の
両端に接続させ、転流回路９７をサイリスタ９６
が動作させられる時その遮断を行う様に結線させ
ている。

サイリスタ９０が導通すると時、電流は上方の
スイツチ８３を介して導線７１から負荷導線８２
に対し、あるいは導線８２からスイツチ回路８３
を介して導線７１に対して流れる。第８図の構成
における如く、第９図の上方のスイツチ８３は、
下方のスイツチ構成部８４においてサイリスタ９
６に対してゲートする以前に遮断され、もちろん
スイツチ８４はスイツチ回路８３が再びONにゲ
ートされる以前に遮断される事になる。第８およ
び９図の両回路においては、給電装置７０からの
電圧はいずれの極性でも良く、エネルギは負荷に
対しあるいは負荷からのいずれの方向にも流れる
事が出来、この２種の極性が基準導線７１，７２
上に生じる。この様に、これ等の両方の構成部
は、第６図に関して前に述べた如き変調された誘
導発電機システムの効率を向上させる上で有効で
ある。

第１０図は、転流回路９１の詳細と共に、第９
図の上方のスイツチ回路８３を示している。同図
に示す如く、転流誘導子９８はサイリスタ９０に
対し直列に結線されている。照合番号１００から
１０６を有する全ての構成要素は転流回路９１の
一部である。これ等の構成要素は、コンデンサ１
００と誘導子１０１と補助サイリスタ１０２から
なる直列の回路を含み、この直列回路はサイリス
タ９０と並列に接続されている。ダイオード１０
３は、図示の如く補助SCR１０２と並列に接続
されている。更に、転流回路は、抵抗１０４とダ
イオード１０５とバツテリ即ち外部の電圧源１０
６とからなる第２の直列回路を含み、この第２の
直列回路も又サイリスタ９０と並列に接続されて
いる。

作用において、初めに電源７０は導線８２にお
ける電位に関して正である電位を導体７１に与え
ており、サイリスタ９０は未だONにゲートされ
ていないものとする。初めにコンデンサ１００を
充電する為、補助サイリスタ１０２はONにゲー
トされて、導線７１からダイオード８５、誘導子
９８、コンデンサ１００、誘導子１０１、補助
SCR１０２、ダイオード８６および導線８２を
経て負荷に至る電流の経路を完成する。補助給電
源１０６も又、コンデンサを充電し、かつ主電源
の電圧が低いか非負荷作用の場合は、主電源から
の充電作用を補足する。この充電作用の後、サイ
リスタ９０を最初に投入し、コンデンサ１００
は、サイリスタ９０、ダイオード１０３、および
誘導子１０１を含む回路の周囲からコンデンサ１
００の他の極板に放電してコンデンサの両端でそ
の下方に示される如き極性を有するチヤージを与
える。サイリスタ９０を遮断する必要がある時、
補助サイリスタ１０２はONにゲートされ、コン
デンサ１００は、誘導子１０１、補助サイリスタ
１０２を含むループの周囲で最初サイリスタ９０
の逆方向にコンデンサ１００の他の側に対して放
電する。サイリスタ９０が逆の電流を阻止する
時、転流パルスは、ダイオード８５，８８および
ダイオード８６，８７により形成される経路に送
られる。コンデンサ１００は次いで、コンデンサ
の上方に示された極性で再充電される。ダイオー
ド８５，８８と８６，８７が導通するある時間の
間、誘導子９８の両端に発生する電圧は、装置の
遮断時間を最短にする事が望ましい主要サイリス
タ９０を逆方向にバイアスする。サイリスタ９０
がONにゲートされる次の時間、コンデンサ１０
０の両端のチヤージの極性は、再び次の転流サイ
クルの為の回路を調製する様に反転される。

もしコンデンサ１００が、最初のサイクルにお
いて有効な転流作用を行う様十分に高い値迄充電
されなければ、補助電源１０６を用いて転流の為
の必要なエネルギレベルを与える。即ち、補助サ
イリスタ１０２がONにゲートされる時、コンデ
ンサ１００の充電経路が形成完了する。この経路
は、バツテリ１０６からダイオード１０５、抵抗
１０４、コンデンサ１００、誘導子１０１、補助
サイリスタ１０２を経てバツテリ１０６の他の端
に戻る。これにより、前述の如く、コンデンサ１
００の最初の充電が完了し、サイリスタ９０を初
めてONにして、コンデンサの両端のチヤージ
は、通常の方法で転流を行う様に逆になる。もし
給電導体の両端の作用電圧レベルがいつまでも有
効に転流する為には低すぎる場合は、必要な充電
レベルが前述の回路を介してバツテリ１０６から
供給される。この時、第９図に示された汎用２極
インバータ構成部と第１０および１６図に示され
た転流回路は、本発明の実施の為に最も適したも
のと考えられる。

補助転流回路について考察するに先立ち、第１
５図に示される汎用２極インバータ回路について
見るのが有用であろう。電位差の電源２０はこの
様なシステムにおける交流電源でなければならな
いが、電源２０は更に全体的に示される。その理
由は、補助転流回路を有する電力変換回路が交直
流変換装置とは別の用途を有する為である。図示
の如く、電源２０からの電位差は、バス導線２
１，２２上を４つの電力スイツチ２３，２４，２
５，２６を含む電力変換装置に対して与えられ
る。この２つの電力スイツチ２３，２６は、共通
のターミナル即ち負荷結線２７において相互に接
続されている。同様に、他の電力スイツチ２５，
２４は、別の負荷結線を与える共通のターミナル
２８と一緒に接続されている。誘導装置３０は、
電力変換回路の負荷結線２７，２８から導線３
１，３２経由でエネルギを受取る。もし電力スイ
ツチ２３〜２６がいずれの方向にもエネルギーを
通す意味でのスイツチであるならば、電源２０か
らの交流電圧はこれ等の電力スイツチにより開閉
された導線３１，３２を介して異なる周波数で交
流電圧を提供して、誘導装置又は他の交流負荷を
励起する。然しながら、誘導電動機を駆動し、電
源２０は第１の周波数で交番電圧を供給し、電力
スイツチ２３〜２６は異なる周波数で開閉される
時、誘導装置の巻線は、基本周波数の他に和と差
の周波数の両方を検出する。差の周波数は非常に
低い為、誘導装置はこの低い周波数におけるエネ
ルギにより電動機として駆動出来、比較的高い周
波数のエネルギは前記装置の作用に対して殆んど
作用を与えない。電力スイツチの開閉作用は、当
業者にとつて周知の如く、発振器兼論理回路３３
から与えられるパルスにより調節される。発振器
兼論理回路３３は、各個別の電力スイツチ２３−
２６に対してゲート作用インパルスを与える為の
装置を示す様に全体的に示されている。電力スイ
ツチが完全に対称形態に接続される場合、電力ス
イツチ自体は、いずれの方向にも電流を送れ、い
ずれの極性の電圧もブロツク出来、かつこれ等の
どの条件下でもON位置にゲート作用又は遮断作
用出来るものでなければならない。第１５図に示
す構成においては、電力スイツチ２３がONにな
る時、前記回路の同じ配線脚におけるスイツチ２
６は遮断され、あるいはその逆となるものとす
る。この様に、この構成は、各電力成分を節減
し、更にもし同じ配線脚の他の電力スイツチ２６
がONにゲートされる時、電力スイツチ２３は自
動的に遮断出来るならば、論理回路３３を簡単に
する。

本文および頭書の特許請求の範囲の説明の為、
電力スイツチ２３−２６を含む電力変換回路は、
脚２３，２６および他の脚２５，２４の如き２つ
の脚を有するものと考える事が出来る。当業者に
とつて明らかな様に、単一の電源２０から３相の
作用を与える為更に別の脚を設けかつ別の負荷コ
ンデンサを追加出来る。

第１６図は、第１５図に更に全体的に示された
電力スイツチ２３，２６を含む電力変換回路の１
つの配線脚を示す。第１６図は、バス導線２１，
２２の間に連結されたこれ等のスイツチを示す。
前記電力スイツチの間には負荷用結線２７であ
り、これに対して負荷導線３１の一方が接続され
ている。誘導子３４はバス導線２１に接続される
様に示される。誘導子３４は、本発明を構成せ
ず、本発明の構成および作用に関して必要ではな
い。

第１の電力スイツチ２３は、バス導線２１と負
荷用結線２７間に接続されている。電力スイツチ
の一部は、１対の負荷ターミナル３５，３６と１
対のスイツチ作用ターミナル３７，３８を有する
ダイオード即ち整流ブリツジを含んでいる。電力
スイツチ２３は、更に直流回路がスイツチ作用タ
ーミナル３７，３８間に形成される時は常に負荷
ターミナル３５，３６間に電流を導通する様に示
される如く接続された４つのダイオード４０〜４
３を有する。この第１の電力スイツチも又、サイ
リスタ４４がONにゲートされる時この様な直流
回路を形成する様にスイツチ作用ターミナル３
７，３８間に接続されたサイリスタ４４を有す
る。

同様に、第２の電力スイツチ２６は負荷結線２
７と他のバス導線２２間に接続されている。電力
スイツチ２６は、１対の負荷ターミナル４５，４
６と１対のスイツチ作用ターミナル４７，４８を
含んでいる。４つのダイオード５０〜５３は電力
スイツチ２６で接続されて、交流回路はスイツチ
作用ターミナル４７，４８間に形成される時、負
荷ターミナル４５，４６間に電流を導通する。こ
の目的の為、第２のサイリスタ５４は図示の如く
スイツチ作用４７，４８間に接続されてサイリス
タ５４がONにゲートされる時この様な直接経路
を形成する。もち論、実施においては、もし整流
器ブリツジが単一の一体パツケージ又は他の構成
部に構成される場合、負荷ターミナル４５，４６
およびスイツチ作用ターミナル４７，４８の如き
物理的「ターミナル」でなくても良いが、本発明
を説明する為にこの様な用語が有効である。

特に、本発明によれば、電力変換用脚は、補助
的な転流回路を含んでいる。この転流回路は、ス
イツチ作用ターミナル３７と第１の電力スイツチ
の第１のサイリスタ４４のカソード間に結線され
る様図示されている。誘導子６０とサイリスタ４
４間に共通の結線６１がある。同様に、補助転流
回路の第２の誘導子６２は、第２の電力スイツチ
におけるスイツチ作用ターミナル間に第２のサイ
リスタと直列で接続され、共通の結線６３を誘導
子６２とサイリスタのカソード間に設ける。この
転流回路は、各電力スイツチにおける結線間で第
３の誘導子６５と直列に接続された第１のコンデ
ンサ６４を有する。第２のコンデンサ６６は、第
１の電力スイツチにおけるスイツチ作用ターミナ
ル３８と第２の電力スイツチにおいて対応するス
イツチ作用ターミナル４８間に接続されている。
誘導子６０，６２は電力スイツチにおいて接続さ
れる様に見えるが、これ等誘導子は実際には補助
転流回路である事が強調される。更に、第３の誘
導子６５は本発明の実施の為に周知の最良のモー
ドにおいて示され使用され（di／dt保護の為）て
いるが、本発明の基本的構成にとつて必要ではな
い。

電力変換回線が励起され、電源２０は、導線上
の電位に対してバス導体２１上では正である電位
差を与える。実際問題としては、論理装置３３に
おける回路を介して、上方の電力スイツチにおけ
るサイリスタ４４が最初コンデンサ６４を充電す
る為ONにゲートされる事を確保する事は簡単で
ある。サイリスタ４４がONにされる時、電流
は、バス導線からダイオード４０、サイリスタ４
４、誘導子６５、コンデンサ６４、誘導子６２お
よびダイオード５１を経てコンデンサ２２に流れ
る。これは、他の極板の電位に関して誘導子６５
に隣接する上方の極板側でコンデンサ６４を正に
充電する。サイリスタ４４が初めコンデンサを充
電する為トリガーされない場合ですら、サイリス
タ４４が初めONにゲートされ、負荷電流をバス
からダイオード４０、サイリスタ４４、誘導子６
０、ダイオード４１および負荷結線２７を経て負
荷導線に導通し、コンデンサ６４を充電する為の
前述の経路も又形成されて、前述の如く充電され
る。この時コンデンサ６６を充電する経路はな
い。

第２の電力スイツチ２６における第２のサイリ
スタ５４は、この時論理回路３３からのパルスに
より、作動させられてこの電力スイツチを投入
し、かつ補助転流回路を介して第１のサイリスタ
４４を遮断する。サイリスタ５４は投入される
時、コンデンサ６４の放電の為の経路を形成す
る。最初、コンデンサ６４からの放出電流が形成
され始め、導線６５、逆方向のサイリスタ４４、
コンデンサ６６およびサイリスタ５４を経てコン
デンサ６４の他の極板に放出し始める。コンデン
サ６４からの放出電流の強さが、サイリスタ５４
が投入される時負荷電流のレベル迄形成する時、
サイリスタ４４は遮断され、コンデンサ６４の放
出の為の経路は、誘導子６５，６０、ダイオード
４１，５０およびサイリスタ５４を経てコンデン
サ６４の他の側迄延在している。

実施において、誘導子６５はインダクタンスが
小さく、この為放出電流の立上りが早い。誘導作
用サイリスタ５４も又、バス導線２１からダイオ
ード４０、コンデンサ６６、サイリスタ５４、誘
導子６２、ダイオード５１を経て他のバス導線２
２に至るコンデンサ６６の為の充電経路を形成す
る。コンデンサ６６は、前記バス電圧のレベル迄
充電を開始する。この様に、比較的小さな誘導子
６５の値を無視すればサイリスタ４４の遮断電圧
は、コンデンサ６４と６６の両端の電圧間の差に
略々等しい。従つて、サイリスタ４４の遮断時間
は、これ等２つのコンデンサの両端の電圧が等し
くなる時終了する。

コンデンサ６６の両端の電圧がバス電圧に達す
る時、このコンデンサはもはや充電作用を継続し
ない。もしこの誘導子を前に流れた充電電流の為
に誘導子６２に捕捉される余分なエネルギがある
ならば、これが消滅する迄ダイオード５１，５２
とサイリスタ５４を循環する。然しながら、誘導
子６０においては、コンデンサ６４の両端の電位
が逆になる時ですら、依然としてある負荷電流が
流れている。従つて、この余分なエネルギは、過
充電としてコンデンサ６４に送られる。この転流
サイクルの後、負荷電流は次に負荷から導線３
１、ダイオード５０、サイリスタ５４、誘導子６
２およびダイオード５１を経てバス導線２２迄流
れる。コンデンサ６４は、その上部の極板の電位
に対してその下部の極板の電位を正にして充電さ
れ、コンデンサ６６はその下部の極板の電位に対
して上部の極板の電位を正とする。

サイリスタ５４を導通状態にしてこのサイリス
タを遮断し、サイリスタ４４をONに投入させる
事が必要とされるものと仮定する。これを達成す
る為、ゲートパルスが論理回路３３からサイリス
タ４４に与えられる。これにより、コンデンサ６
６の上部極板からサイリスタ４４、誘導子６５、
コンデンサ６４、およびサイリスタ５４を逆方向
に介してコンデンサ６６の他の端に至る電流の放
電経路が形成される。この放電電流のレベルが負
荷電流レベルに形成されると、直ちにサイリスタ
５４が遮断される。コンデンサ６６の為の放電電
流は、サイリスタ４４、誘導子３０およびダイオ
ード４１，５０を経て、このコンデンサが零ボル
ト迄放電される迄その他の側に流れ続ける。コン
デンサ６６は、零ボルトで保持され、反対の方向
には充電出来ないので、このコンデンサは転流サ
イクルの間バス電圧と零ボルトの間で変動するの
みである。コンデンサ６６が放電される間、コン
デンサ６４も又、導線２１からダイオード４０、
サイリスタ４４、コンデンサ６４、誘導子６２、
およびダイオード５１を経て導線２２迄延する回
路上に放電される。次いで、コンデンサ６４は、
反対の極性の電圧プラスその下部の極板に対する
上部の極板上の電圧を有する同じ回路上で再び充
電される。従つて、この回路はこの時その以前の
状態に戻り、コンデンサ６４はその下部の極板に
対して上部の極板上で正に充電され、コンデンサ
６６は零ボルトにあり、負荷電流はバス導線２１
からダイオード４０、サイリスタ４４、誘導子６
０、ダイオード４１、負荷結線２７および負荷導
線３１を経て負荷に流れる。

誘導子３４は、実際の回路使用においては、バ
スの１ブランチと直列におかれる。これは、コン
デンサ６６の充電速度を低下させる要素を有し、
この為サイリスタ４４の比較的長い遮断時間と、
コンデンサ６６がバス電圧に充電される時誘導子
６２に捕捉された最少エネルギ量、およびサイリ
スタ５４の為の転流間隔の終期におけるコンデン
サ６４に対する比較的小さな過充電とを確保す
る。もし誘導子３４が誘導子６０又は６２のイン
ダクタンスの10倍のオーダのインダクタンスを有
する場合、サイリスタ５４の遮断の為の転流過程
は既に記述したものとは異なる。サイリスタ５４
が遮断される時、誘導子３４はバス電圧を吸収し
て、バス誘導子間の有効電圧は零である。これ
は、サイリスタ５４の遮断作用の間、コンデンサ
６４の放電経路をして以下の如く変更させる。

サイリスタ５４が導通すると、サイリスタ５４
を遮断し、サイリスタ４４をONにさせる事が望
ましいものとする。以前の場と丁度同じように、
ゲートパルスは局部回路３３からサイリスタ４４
に与えられる。この為、コンデンサ６６の上部極
板からサイリスタ４４、誘導子６５、コンデンサ
６４およびサイリスタ５４の逆方向を経てコンデ
ンサ６６の他の側に至る電流の放電経路が形成さ
れる。この放電電流のレベルが負荷電流のレベル
迄形成されると直ぐに、サイリスタ５４は遮断さ
れ、電流は、サイリスタ５４の代りに誘導子６２
とダイオード５１，５２を介して流れる。コンデ
ンサ６６の為の放電電流は、コンデンサ６６が電
圧零迄放電される迄流れ続ける。コンデンサ６６
は零ボルトにクランプされ、反対方向に充電出来
ず、こうしてこのコンデンサは、転流サイクルの
間バス電圧と零ボルトの間を振動するのみであ
る。コンデンサ６６がクランプされた後、コンデ
ンサ６４からの電流は、コンデンサ６４が反対の
極性によりその下部極板に対して上部極板にこれ
以上の電圧で再充電する時、その下部極板から誘
導子６２、ダイオード５３、ダイオード４２サイ
リスタ４４および誘導子６５を経てコンデンサ６
４の他の極板に戻る様に流れ続ける。従つて、こ
の回路は、この時その前の状態に戻り、コンデン
サ６４はその下部極板に対して上部極板に正に充
電され、コンデンサ６６は零ボルトになり、負荷
電流は、バスコンデンサ２１からダイオード４
０、サイリスタ４４、誘導子６０、ダイオード４
１、負荷結線２７および負荷導線３１を経て負荷
に向けて流れている。

従つて、誘導子３４をバスにおいて、電源は転
流間隔においてはコンデンサ６４に対してエネル
ギを添加しない。この過程の間誘導子３４には少
量のエネルギが保存され、このエネルギはコンデ
ンサ６４に対する過充電となる。それにも拘わら
ず、誘電子３４がバスの両端に有効にかゝる時間
が最少である為、過充電の正味の減少が生じる。

誘電子３４の添加も又、サイリスタ４４の転流
作用の間コンデンサ６６を過充電させる傾向を有
する。然しながら、これは回路の動作に重大な影
響を与えず、誘電子３４で得られる利点は欠点を
りよう駕する。

第１７図は、電力スイツチ２３のスイツチ作用
ターミナル３７，３８の両端に結合されるスナバ
ー（Snubber）回路７０を示す。同様なスナバー
回路は電力スイツチ２６のスイツチ作用ターミナ
ルの両端に結線されて、転流作用時間の終りに電
力スイツチのダイオードの両端に大きな過渡電流
がかゝるのを阻止する。スナバー回路７０は、コ
ンデンサ７２と並列に接続されたダイオード７１
を有し、抵抗７３はコンデンサ７２と並列に接続
されている。現在ではこの様なスナバー回路は本
発明の実施の為の最善のモードで使用される。

本発明の重要な利点は、前述の如く誘導発電機
システムにおける使用にあるが、この場合誘導装
置自体の使用度は、第１図に関して記述されるシ
ステムと比較して実際２倍にもなる。第７図は、
制御された周波数システムを与える為誘導装置と
関連する２極インバータの用例を示し、第７Ａ図
はBPIシステムの出力電圧を示す。当業者は、イ
ンバータの両端の電圧が類似矩形波即ちパルス巾
変調電圧である事を論理回路３７が保証する事が
判るであろう。位相反転回路４６は第７図に示さ
れ、変調出力電圧を示す矩形波形の各零交点にお
ける形成を確保する様に作用する。即ち、本装置
の励起作用は各半サイクルの終期に消滅し、ある
装置を使用して本システムを再励起しなければな
らない。この回路は、本装置を再び励起する為バ
スターミナルに瞬間与えられる小形の直流電源即
ち充電されたコンデンサからなるのがその典型で
ある。もし負荷が十分に誘導性を有するならば、
負荷電流はシステムを再び立上らせるが、その理
由は電圧が崩壊し適当な極性の電圧でコンデンサ
を再充電しようとする時負荷電流が流れ続ける為
である。

種々の回路形態がBPIを用いて可能である。例
えば、３相の装置は３相のBPIと共に使用して非
常に小さなリツプル巾を有する単相の出力電圧を
形成する事が出来る。コンデンサはこの場合必要
ではない。

３相の出力電圧も又第１０Ａ図に全体的に示す
如く３つの単相システムを接続する事により得る
事が可能である。３個の分離された発電機が必要
で、結線は図示の如く行われる。３相の変調器信
号は各インバータ制御回路に与えられる。

中間タツプ形の発電機１４０の使用で、第１０
Ｂ図に示す単相のシステムに示される如く電力ス
イツチのいくつかを除く事が出来る。第１０Ｃ図
は、３個の分離された中間タツプ形の単相装置１
４０，１４１および１４２を用いて３相の出力電
圧を形成する為のシステムを示す。他の種々の形
態も当業者にとつて明らかであろう。

本発明の用途の他の重要な分野は、エネルギの
回生の分野にある。屡々、この主電源は、交流電
圧を形成するもので、前記交流電流は次いでサイ
リスタ制御ブリツジの如き回路により整流され、
LCフイルタでフイルタされ、次にインバータに
与えられる。従つて、回生されたエネルギを電源
に戻す必要のある時、第２の完全なサイリスタブ
リツジが第１１図に示す如く付加される。正弦波
形電圧の従来周知の電源７０は、サイリスタ１１
０，１１１，１１２，１１３を含む第１のサイリ
スタブリツジにより整流される交流エネルギを供
給する様に接続されている。この様にして得た直
流エネルギは、バス導線１１４，１１５とフイル
タ１１６を流れ、前記フイルタは直列接続の誘導
子１１７と並列接続のコンデンサ１１８を含み、
従来周知のインバータ１２０を励起する。回生エ
ネルギを周知のインバータ１２０とフイルタ１１
６を介して電源７０に対して還流させる事が必要
な時、４つのサイリスタ１２１，１２２，１２
３，１２４を含む第２のサイリスタブリツジを付
加しなければならない。バス１１４，１１５にお
ける電圧の極性は、コンデンサ１１８の両端の極
性と同様に同じ状態を維持するが、フイルタ誘導
子を流れる電流の方向は従来周知のインバータを
用いる回生作用過程において反転する。

回生エネルギのフイードバツクを簡素化する為
の２極インバータの使用については第１２図に示
される。サイリスタ１１０〜１１３を含む唯１つ
のブリツジはバス導体と電源７０間に必要とされ
る事が強調されている。更に、コンデンサ１１８
は２極コンデンサ１２６により置換される。この
構成においては、電流の方向は常に同じで電源か
らフイルタを経て２極インバータへの状態を維持
するが、電圧は、エネルギが２極インバータを経
て戻される時コンデンサの両端で反転する。

２極インバータは、ヘテロダイン周波数変換の
分野においては別の用途がある。この様な変換器
に対する一般的な構成が第１３図に示されるが、
インバータスイツチ回路は、電力スイツチ８３，
８４，８３Ａおよび８４Ａとして簡単な形態で示
される。電源７０は、ある周波数fsにおいてある
交流電圧を提供する。インバータの周波数はfiで
識別される。バス導線７１，７２においては、フ
イルタ１３０の手前に、インバータの和（fi＋
fs）、差（fi−fs）の周波数の相方と電源が存在す
る。図示した一般的な事例においては、フイルタ
１３０が、低域フイルタであり、従つて比較的高
い周波数（fi＋fs）をブロツクする。フイルタ１
３０は、高域フイルタであり得て、比較的低い周
波数（fi−fs）をブロツクする。又、この様な構
成においては調波周波数が生成されるが、図示の
システムはヘテロダイン周波数変換法により１周
波数を生成する様容易に利用可能である。この方
法は、中間直流リンクを用いる事なく、例えば直
接交流−交流電圧変換の為に使用されて固定又は
可変電源のいずれかからの制御された周波数電圧
を形成出来る。

単相電源からの３相交流電圧の形成回路は第１
４図に示される。

３本のレツグ（leg）１４６，１４７，１４８
を有する３相２極インバータは、単相電源７０に
結線される様に示されている。各レツグは１対の
電力スイツチ８３，８４と、８３Ａ，８４Ａと、
８３Ｂ，８４Ｂを有する。電力スイツチのゲート
作用は、周知の類似矩形波形でスイツチ作用を行
う様に制御される場合、出力ターミナルの両端に
生じる電圧は、知と差の両成分を含んでいる。例
えば、和の成分が除去されるものとすれば、出力
電圧は差の周波数におけるバランスした３相電圧
を含む事になる。

更に強調する事は、第１０図に示される回路８
３の如き個々の電力スイツチが２極インバータ回
路内の結線から分離したユテイリテイを有してい
る事である。回路８３は、例えばエネルギ源と負
荷の間の電力スイツチとして使用出来る。

独立した即ちaux−comm整流回路と対照的
に、本発明の相補転流回路は、所要の構成要素の
数を減らし、かつ論理回路即ちゲート作用制御回
路における回路を簡単化する事により種々の利点
を与えるものである。空心誘電子６０，６２，６
５に使用して経費および回路の構造寸法を小さく
する事が出来る。この回路は、第１５図に関して
図示する如くに使用して誘導発電機を励起する事
が出来、あるいはこの装置が電動機として作用す
る時は、エネルギは電力変換回路の各レツグを通
して回生作用が可能である。他のレツグを当業者
に明らかな方法で第１５図の回路に付加して、単
相電源２０から３相交流エネルギを供給する事が
出来る。

本願の特許請求の範囲においては、用語「接
続」とは、実質的に零の直流抵抗を２つの要素時
においたこの２つの要素間の直流接続を意味す
る。用語「連結」とは、２つの要素間の機能的関
係がある事を示し、２つの要素間の他の要素のあ
り得る挿入を「連結した」は「相互連結した」と
記述する。用語「電力スイツチ」とは、トライア
ツク、１対の逆並列接続のサイリスタ（第８図の
７３，７４の如き）、サイリスタと転流回路（第
１０図に示す如き）を有するダイオードブリツ
ジ、および相等の各構成部を含むものである。第
１０図のダイオードブリツジ８５〜８８において
は、「負荷接続」はバス導線７１と負荷導線８２
への２つのターミナル、「スイツチ作用接続」は
ダイオード８５，８７のカソードに接続されたタ
ーミナルとダイオード８６，８８のアノードに接
続されたターミナルである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部分を略図的に示したブロツク図、
第２図乃至第５図は先行技術による構成の理解の
為のグラフ、第６図は交番電圧により励起される
２極インバータの簡単なダイヤグラム、第７図は
２極インバータと組合わされた変調誘導発電機の
一部を略図的に示すブロツク図、第７Ａ図は第７
図に示すシステムの理解の為のグラフ、第８図は
逆並列連結のサイリスタを有する２極インバータ
の１つのポールの簡単なダイヤグラム、第９図は
各ブリツジに接続されたサイリスタを有するダイ
オードブリツジを用いる別の２極インバータの簡
単な略図、第１０図は第９図に更に全体的に示さ
れた１つの電力スイツチの略図、第１０Ａ図は３
つの誘導発電機を用いて３相変調発電機システム
の略図、第１０Ｂ図は中間タツプ巻線を有する発
電機を用いる単相システムの略図、第１０Ｃ図は
各々中間タツプ巻線を有する３相発電機を用いる
３相システムの略図、第１１図はエネルギの交流
源に対して周知のインバータからエネルギを回生
する為の周知の構成部の略図、第１２図は交流源
に対してエネルギを回生させる２極インバータを
含むシステムの略図、第１３図はヘテロダイン周
波数変換システムにおける交流源と共に使用され
る２極インバータを示すブロツク図、第１４図は
単相交流源により作動する３相の２極インバータ
の略図、第１５図は電力変換回路に対して供給さ
れた励起作用電位差の極性の如何を問はず、交流
エネルギを用いて負荷を励起する為の２極電力変
換回路の略図、第１６図は第１５図に更に全体的
に示され、本発明の相補転流回路を含む電力変換
回路の１つのレツグの略図、および第１７図は本
発明と共に使用出来るダイオードスナバー回路の
略図である。 ２０……誘導装置、２２……負荷、２１……入
力軸、２３，２４……バス導線、３４……コンデ
ンサ、３７，３８……論理回路、４０……発振回
路、４３……変調器、４６……位相反転回路、５
５……第１の電力スイツチ、５６……第３の電力
スイツチ、５７……第２の電力スイツチ、５８…
…第４の電力スイツチ、６０……第１の誘導子、
６２……第２の誘導子、６４……第１のコンデン
サ、６５……第３の誘導子、７０……誘導発電
機、７１，７２……バス導線、７３，７４……サ
イリスタ、７５，７８……電力スイツチ、８０…
…転流回路、８３，８４……電力スイツチ、８５
〜８８……ダイオードブリツジ、９０……サイリ
スタ、９１……転流回路、１１０，１１１，１１
２，１１３……サイリスタブリツジ回路、１１６
……フイルタ、１１７……誘導子、１２６……コ
ンデンサ、１２７……２極インバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エネルギーがインバータに対して供給される
   １対のバス導体２１，２２に対して与えられ励起
   作用電位差（20からの）の極性の如何に拘わらず
   負荷に対してエネルギーを送る事が出来る２極イ
   ンバータ回路において、 各々が１対の負荷結線とスイツチ作用結線とを
   有し、かつその負荷結線を前記バス導体の一方に
   連結させた第１の電力スイツチと第２の電力スイ
   ツチと、 各々が１対の負荷結線と１対のスイツチ作用結
   線とを有し、かつその負荷結線の一方を前記バス
   導体の他方に連結させた第３の電力スイツチと第
   ４の電力スイツチと、 前記第１と第３のスイツチの他方の負荷結線は
   相互にかつ第１の負荷結線に対して接続され、前
   記第２と第４のスイツチの他方の負荷結線は相互
   にかつ第２の負荷結線に対して接続されて、どち
   らかの極性の直流又は交流電圧が前記バス導線に
   与えられるかについて方向性を有するエネルギー
   を前記負荷導線に供給する事を特徴としており、 前記２極インバータ回路の各レツグは バス導体２１の１つと負荷結線２７との間に連
   結され、１対の負荷ターミナル３５，３６と、１
   対のスイツチ作用ターミナル３７，３８と、直流
   回路がスイツチ作用ターミナル間に形成される時
   負荷ターミナル間に電流を導通させる様に接続さ
   れた４つのダイオード４０〜４３と、ONにゲー
   トされる時直流回路を形成する様に接続された第
   １のサイリスタ４４とを含む第１の電力スイツチ
   ２３と、 負荷結線２７と他のバス導線２２との間に連結
   され、１対の負荷ターミナル４５，４６と、１対
   のスイツチ作用ターミナル４７，４８と、直流回
   路がスイツチ作用ターミナル間に形成される時負
   荷ターミナル間に電流を導通する様接続された４
   つのダイオード５０〜５３と、サイリスタがON
   にゲートされる時直流回路を形成する様に接続さ
   れた第２のサイリスタ５４とを含む第２の電力ス
   イツチ２６と、 第１の電力スイツチにおけるスイツチ作用ター
   ミナル間の第１のサイリスタ４４と直列に連結さ
   れた第１の誘導子６０と、第２の電力スイツチに
   おける第２のサイリスタ５４と直列に連結された
   第２の誘導子６２と、第１のサイリスタと第１の
   誘導子間の共通結線６１に一方の極板を連結され
   かつ第２のサイリスタと第２の誘導子間の共通結
   線６３に他方の極板を連結された第１のコンデン
   サ６４と、そして第１の電力スイツチの１つのス
   イツチ作用ターミナル３８と第２の電力スイツチ
   の１つのスイツチ作用ターミナル４８間に連結さ
   れた第２のコンデンサ６６とを含む相補整流回路
   ６０〜６６とを設け、前記相補整流回路は、第１
   と第２のサイリスタの一方がONにゲートされる
   時その他方の導通作用を有効に遮断する事を特徴
   とする２極インバータ回路。