本発明は、少なくとも１つの位相を有する交流出力電圧を供給するよう動作可能な交流電力源と、交流出力電圧を中間直流電圧に変換することにより中間直流リンクを設定するように動作可能な第１コンバータ装置と、この中間直流電圧を、外部負荷に供給するための少なくとも１つの位相を有する交流出力電圧に変換するように動作可能な第２コンバータ装置とを含む直列交流／交流変換回路とを含む電力供給システムに関する。 その様な電力供給システムは本明細書では、先に述べた種類の、電力供給システムと呼ばれる。 更に詳細には、非排他的ではあるが本発明は、発電システムおよび電動機始動システムまたはそのいずれかであるような、先に述べた種類の電力供給システムに関する。 本発明はまた、可変電圧発電機出力を生成するように動作可能な永久磁石発電機に係わり、この発電機には可変電圧発電機出力を整流するように動作可能な整流装置が具備されている。

WO 01/56133 は先に述べた種類の電力供給システムを開示しており、それは発電システムであり、かつ外部負荷が交流電力出力に接続されている際に中間直流リンクを監視し、速度制御装置にフィードバック信号を与え、これによって可変電圧発電機出力の変動に影響を与え、中間直流電圧の変動傾向を押さえるように動作可能なセンシング装置を含む。 WO 01/56133 で開示された発電システムに、外部負荷が交流電力負荷に接続されている際の短絡の結果から保護するために、トリップ・スイッチが交流電力出力または各々の位相に具備されていて、１つまたは各々のトリップ・スイッチは短絡状態が検出されるとそれに応答して交流電力出力および外部負荷を遮断するように動作可能である。 １つまたは各々のトリップ・スイッチはそこを流れる電流が或る水準に或る時間の間維持されるとトリップするように構成されている。

好適なトリップ・スイッチは電流／時間トリップ特性を有し、これは電動機始動またはランプ点灯に際してはそれらが高電流でトリップされる前に高電流で短い時間を、または低水準の電流に対してはそれらがトリップされる前に十分長い時間を与えることが可能である。 短絡電流は、トリップ・スイッチが低動作電流でトリップするように構成されている場合、高水準に立ち上がる傾向にある。

当然ながら、例えばトランジスタおよびその他のシステムの電子機器構成部品のような高周波自己切り替え素子は、トリップ・スイッチがトリップ時以外の時に受ける電力に耐えうる定格である必要がある。 従って、第２コンバータ装置がトランジスタ構造を含む場合、通常通り、それらのトランジスタ自体が通常負荷運転状態で受ける電流の数倍大きな電流に耐える定格であることが望ましいが、それは短絡回路状態を検出したことに応答して、最小時間遅延でトリップ・スイッチをトリップさせるために通常よりも高い電流が必要だからである。 この必要条件は大きなコスト負担となるが、それはトランジスタのコストがその電流定格とともに著しく増加するためである。 同様のトリップ・スイッチを電動機始動システムに採用して、永久磁石電動機に過電流保護を具備することができ、先の検討はトリップ・スイッチをWO 01/56133 に開示されているような発電システム内に具備して、外部負荷が交流電力に接続されている際に短絡の結果から保護し、その様なトリップ・スイッチを電動機始動システム内での過電流保護の使用に適するようにすることを考慮している。

US-A-629215 は先に述べた種類の電力供給システムを開示しており、これは１つのバイパス・スイッチを具備し、それは交流電源から与えられる交流出力電圧の１つまたは各々の位相を第２コンバータ装置の交流出力電圧のそれぞれの位相に直接接続し、これにより直列交流／交流変換回路をバイパスし、このバイパス回路は交流電源から与えられる交流出力電圧の１つまたは各々の位相に対して電子的に動作可能な単向性スイッチ構造を含み、この電子的に動作可能な単向性スイッチ構造はバイパス回路を通して、また同様に電力供給システムが外部負荷に接続されている際に直列交流／交流変換回路を通して電流を流すように動作可能であり、電力供給システムはまた電力供給システムがその負荷に接続されている際にその外部負荷を流れる電流を検出するように動作可能な電流検出装置と、該電流検出装置に応答して単向性スイッチ構造を制御するように動作可能であり、これによりバイパス回路を流れる電流を制御する制御装置を含む。 先に述べたUS-A-6295215 に開示されている種類の電力供給システムは、一般的に無停（または「無停電」）電源供給装置（UPS : Uninterrupted Power Supplies）、電動機駆動装置およびその他のアプリケーションの様な機器の中で使用されている。 先に述べたUS-A-6295215 に開示されている種類の電力供給システムの第１動作モードにおいて、直列交流／交流変換回路はバイパス回路が有効電力を交流電力源から外部負荷に優先的に転送させるように動作され、この有効電力は交流電力源から外部負荷への電力の第２成分であり、交流電力源から外部負荷への電力の第１成分が直列交流／交流変換回路により転送される。 第２動作モードにおいて、直列交流／交流変換回路は、バイパス回路の電子的に動作可能な単向性スイッチ構造が解放時の間、交流電力源から外部負荷に電力を転送し、従って交流電源から外部負荷にはバイパス回路を通して電力は転送されない。

US-A-2003/0043521 は電源装置と複数の負荷との間にフューズを具備することを開示している。 このフューズは故障状態の検出に応答して制御回路により溶断される。 これはフューズが、負荷をバイパスするバイパス回路を通してフューズを接地することで実現され、バイパス回路はフューズが溶断するように低抵抗を有する。

本発明の１つの目的は、発電システム内に組み込まれている先に述べた種類の電源供給システムを外部負荷が交流電力出力間に接続されている時に、短絡回路の結果から保護するかまたは、電動機始動システムに過電流保護を用意するかいずれかのために具備されている、１つまたは複数のトリップ・スイッチが、短絡回路または過電流条件が検出された後に最短遅延でトリップされることを可能とし、一方で低価格、低電流定格電子部品を第１および第２コンバータ並びに先に述べた種類の電力供給システムの全ての検出装置内で使用できるようにすることである。

本発明の１つの特徴によれば、少なくとも１つの位相を有する交流出力電圧を提供するように動作可能な交流電力源と、交流出力電圧を中間直流電圧に変化することにより中間直流リンクを確立するように動作可能な第１コンバータ装置と、中間直流電圧を、外部負荷に給電するための少なくとも１つの位相を有する１つの交流出力電圧に変換するように動作可能な第２コンバータ装置とを含む直列交流／交流変換回路と、電源から供給される交流出力電圧の１つまたは各々の位相を第２コンバータ装置の交流出力電圧のそれぞれの位相に直接接続し、それにより直列交流／交流変換回路をバイパスするバイパス回路とを含む電力供給システムが提供されており、該バイパス回路は電源から供給される交流出力電圧の１つまたは各々の位相に対する電子的に動作可能な単向性スイッチ構造であって、バイパス回路を通して、また同様に電力供給システムが外部負荷に接続されている際に直列交流／交流変換回路を通して電流を流せるように動作可能である電子的に動作可能な単向性スイッチ構造と、電力供給システムが負荷に接続されている際に、直列交流／交流変換回路からの出力電流を検出するように動作可能な電流検出装置と、該電流検出装置に応答して単向性スイッチ構造を制御するように動作可能で、これによりバイパス回路を通る電流を制御する制御装置とを含み、此処においてそれぞれのトリップ・スイッチが第２コンバータ装置の交流出力電圧の１つまたは各々の位相およびバイパス回路のそれぞれの位相に対して具備されており、単向性スイッチ構造は、通常、開放状態にあって通常時はバイパス回路を通って電流は流れないが、制御装置は、電流検出装置が直列交流／交流変換回路を流れる電流が予め定められた電流を予め定められた時間超過したことを検出したことに応答して単向性スイッチ構造を閉路するように動作可能であり、これにより直列交流／交流変換回路から外部負荷へ１つまたは複数のトリップ・スイッチを通って流れる電流が、バイパス回路を通る電流により増加され、これにより１つまたは各々のトリップ・スイッチがそこを流れる増加された電流によりトリップされる。

本発明の別の特徴によれば、２組の星形接続された多相ステータ巻線を含む永久磁石発電機が提供されており、各２組のステータ巻線の各々は、正および負出力を有するそれぞれの多相ダイオード整流器構造のそれぞれの分岐のダイオードの間に接続されており、各整流器構造の正出力は、本発明の１つの特徴に基づく発電システムの第１コンバータ装置の正入力に接続され、各整流器構造の負出力は、本発明の１つの特徴に基づく発電システムの第１コンバータ装置の負入力に接続され、そして２組の星形接続された多相巻線の共通端子は発電システムの中立点に接続されている。

先に述べた種類の電力供給システムに、本発明の１つの特徴に基づくバイパス回路を用意することにより、先に述べた種類の電源システムの交流電力源として特に有用な、本発明の他の特徴に基づく永久磁石発電機構造を提供する。

本発明の好適な実施例において、電子的に動作可能な単向性スイッチ構造はサイリスタで形成されており、これはトランジスタに比較して高い電流を運搬するより高い能力を有する。 サイリスタにトリガを掛けるとその結果、負荷には直接発電機から高電流が供給され、これはトリップ・スイッチをトリップさせ、これにより交流／交流変換回路の構成部品を保護する。 発電機は可変高周波出力電圧を供給するのに対して、交流／交流変換回路の出力電圧の周波数は比較的低い。 この結果サイリスタは発電機出力電圧によって自然に切り替えられる。 電流の短いパルスはサイリスタがトリップさせられた時に交流／交流変換回路をバイパスするバイパス回路により通過され、いくつかのその様な短い電流パルスが交流／交流変換回路の出力電圧の１半サイクルの間に通過される。 バイパス回路は交流／交流変換回路からの出力の各半サイクルに対して多数の電流パルスを生成するように構成することが可能で、これはシステムからの高品質出力電圧および電流につながる。 これは各々自体の単向性スイッチ構造を具備した多数のバイパスを用意することで実現される。 例えば、発電機出力電圧の各位相を交流／交流変換回路の出力の各位相に、それ自体の単向性スイッチ構造を含む自体のバイパスを経由して接続できる。 その様な構造は短絡保護を提供するのに適しているのみならず、電動機始動システム内の過電流保護を提供するのにも適している。

本発明が組み込まれている電力供給システムのいくつかの形式を、次に添付図を参照して例として説明する。

図１は発電装置の構成部品を図式的形式で示す。 発電装置はディーゼル・エンジンの様な発電機１１のロータと機械的に結合された原動力機１０を含み、これによりロータを発電機１１のステータに対して回転させ、これにより三相可変周波数および可変電圧交流出力を発電機１１から生成させる。 発電機１１の好適な形式は永久磁石発電機である。

原動力機１０は電子式速度センサ１２、速度制御装置１３および電子制御燃料噴射システムを有する。 速度センサ１２は出力信号Sspを生成し、これは検出された原動力速度を表す。 速度制御装置１３は４つの入力ポートを有する。 これらの入力ポートの１つは最低速度基準信号Srmisを受け取る。 これらの入力ポートの別の１つは速度センサ１２から発せられる実速度信号Sspを受け取る。 速度制御装置１３の３番目の入力ポートは最大速度基準信号Srmaxを受け取り、そして第４入力ポートは以下に説明するように発電装置の動作により生成される速度訂正信号Srsを受け取る。 速度制御装置１３は４つの入力信号Ssp,Srs,SrmisおよびSrmaxに応答して原動力機１０の燃料噴射システムの動作を制御して原動力機１０を制御し、原動力機１０の速度を最低および最高速度の間で、速度訂正信号Srsに関連する水準に維持する。

発電機１１の三相可変周波数および可変電圧出力Ｒ，Ｓ，Ｔは直列交流／交流変換回路１４に接続されている。 図２は直列交流／交流変換回路１４を示し、これは双整流回路と双電圧ブースタ回路１６である第１コンバータ１５、ブレーキ制御装置３０そして三相ＤＣ／ＡＣインバータである第２コンバータ１７とを含む。 双整流回路は共通陰極３パルス整流器１８と共通陽極３パルス整流器１９とを含む。 発電機１１の出力Ｒ，Ｓ，Ｔは共通陰極３パルス整流器１８の陽極と共通陽極３パルス整流器１９の陰極に並列接続されており、各々の２つの整流器１８および１９で整流される。 各々の整流器１８および１９は１つの出力端子を有する。 整流器１８の陰極に接続された出力端子は正であり、整流器１９の陽極に接続された出力端子は負である。 発電機１１は中立端子Ｎを有する。

双電圧ブースタ回路１６の各ブースタ回路部品は整流器１８および１９の出力端子のそれぞれ１つと中立端子Ｎの間に、好適に図示されていないフィルタを経由して接続されている。 各々のブースタ回路部品はインダクタ２１，２２を含み、これはそれぞれの整流器１８，１９の出力とそれぞれの電流センサ２３，２４の一方の側との間に接続されている。 電流センサ２３の反対側はトランジスタ２５のコレクタとダイオード２６の陽極とに接続されている。

電流センサ２４の反対側はトランジスタ２７のエミッタに接続されている。 トランジスタ２５のエミッタおよびトランジスタ２７のコレクタは共に中立端子Ｎに接続されている。 電流センサ２４のもう一方の側はまたダイオード２８の陰極に接続されている。 ダイオード２６の陰極はキャパシタ２９の一方に接続されている。 ダイオード２８の陽極は別のキャパシタ３１の一方に接続されている。 各々のキャパシタ２９および３１の反対側は中立端子に接続されている。

キャパシタ２９に架かる電圧はインダクタ２１と並列接続されたトランジスタ２５および直列接続されたダイオード２６のスイッチングとの組み合わせ効果により押し上げられる。 キャパシタ３１に架かる電圧はインダクタ２２と並列接続されたトランジスタ２７および直列接続されたダイオード２８のスイッチングとの組み合わせ効果により押し上げられる。 双ブースタ回路１６の出力はキャパシタ２９および３１に架かる電圧であり、これらの電圧の合計が一定に維持されて直流リンク電圧を形成する。

ブレーキ制御装置３０は直流リンク電圧の間に接続されている。 ブレーキ制御装置３０は抵抗器Rhと直列接続されたトランジスタThとを含み、抵抗器RhはトランジスタThのコレクタに接続されている。 逆バイアス・ダイオードDhが抵抗器Rhと並列接続されている。 トランジスタThのベースはブレーキ電圧制御装置に接続されているが、これは図示していない。

電圧センサ３２がキャパシタ２９の両端に接続されており、これによりキャパシタ２９に架かる電圧Vaを監視するように動作可能である。 更に電圧センサ３２はまたキャパシタ３１の両端にも接続されており、これによりキャパシタ３１に架かる電圧Vbを監視するように動作可能である。 それ故、電圧センサ３２は直流リンク電圧を監視するように動作可能である。 電圧センサ３２は２つの出力信号SVaおよびSVbを発し、これらはそれぞれキャパシタ２９およびキャパシタ３１に架かる電圧を示す。

各々の電流センサ２３，２４の出力はそれぞれの電流制御装置３３，３４に接続されており、これはパルス幅変調駆動をそれぞれのブースタ・トランジスタ２５，２７のベースに与え、これはそれぞれのキャパシタ２９，３１に架かる電圧Va，Vbをそれぞれの電圧制御装置３５，３６で制御されるように一定に維持するための制御された電流を発生する。

各々の電圧制御装置３５および３６は４つの入力ポートを有し、それらの入力ポートの１つで電圧センサ３２から発せられた出力信号SVaおよびSVbのそれぞれ１つを受け取る。 各々の電圧制御装置３５，３６それぞれの基準信号SVar，SVbrを別の入力ポートで受け取る。 速度センサ１２からの出力信号Sspが各電圧制御装置３５，３６の第３入力ポートに供給され、基準信号Stが第４入力ポートに供給される。 この基準信号Stは最大許可電流である。 これは指定された定常電力要求での速度を制限するように変換されるが、それは電流が原動力機１０の速度変化により変動するからである。 基準Stは原動力機１０が、選択された最大および最小エンジン速度SrmaxとSrmisの間で、負荷が中間直流電圧の両端に接続されている際の、或る作動速度で動作している時に流れる電流として選ばれている。 各々の電圧制御装置３５，３６は１つの出力を有しこれはそれぞれの電流需要信号SImxa，SImxbを発し、これはそれぞれの電流制御装置３３，３４の入力に供給される。

第２コンバータ１７は、ダイオード２６の陰極とキャパシタ２９の一方に接続された正入力と、第３電流センサ３７を通してダイオード２８の陽極とキャパシタ３１の一方に接続された負入力とを有する。 第２コンバータ１７は電力出力端末Ｕ，Ｖ，Ｗを各位相に対して有し、これは外部負荷に接続するためのものである。 各位相Ｕ，Ｖ，Ｗはそれぞれのそれぞれ直列接続されたインダクタ３８，３９，４１およびキャパシタ４２を含むそれぞれのフィルタ回路を通して中立端子に接続されている。

第３電流センサ３７は双電圧ブースタ回路１６と第２コンバータ１７の間を流れる電流を測定する。 この電流センサ３７は信号SIdbを発し、これは速度訂正回路４５の３つの入力の１つに供給される。 速度訂正回路４５の別の入力は基準信号SrLCを受け取り、速度訂正回路４５の出力は信号Srsであって、これは速度制御装置１３に供給される。

第２コンバータ１７の三相出力の各位相Ｕ，Ｖ，Ｗへの交流電力出力は３対のトランジスタ４６と４７；４８と４９；５１と５２のそれぞれ１つの双安定スイッチング装置としての動作により生成され、これらのトランジスタ対は互いにまたキャパシタ２９および３１の対と並列接続されている。 トランジスタの各対４６と４７，４８と４９，５１と５２の間の直列接続はそれぞれの電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗにそれぞれのインダクタ３８，３９，４１を通して接続されている。 これらの電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗは図１に示された直列交流／交流変換回路１４の電力出力端子である。

直列交流／交流変換回路１４の各電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗが外部負荷５３，５４，５５に接続されているとき、トリップ・スイッチ５６，５７，５８はそれぞれの電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとシステムの中立ラインＮの間に、それぞれの外部負荷５３，５４，５５を通して接続され、各々のトリップ・スイッチ５６−５８はそれぞれの電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続された１つの極と、それぞれの外部負荷５３−５５に接続された別の極とを有する。 各々の位相用の別の電流センサ５９，６１，６２（図２参照）がそれぞれの電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとそれぞれのトリップ・スイッチ５６，５７，５８の間で、それぞれのインダクタ３８，３９，４１の一方の側（図示されるよう）またはその反対側のどちらかに接続されており、そのインダクタ３８，３９，４１を通る電流を測定する。 電圧センサ６３は各電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと中立点Ｎとに接続されている各ライン間の出力電圧を検出する。 各々のトリップ・スイッチ５６，５７，５８はそのライン内を流れる電流が或る水準に或る時間達した時にトリップし、それぞれの負荷５３，５４，５５を遮断するように構成されている。 図３に示す曲線はそこでトリップ・スイッチ５６−５８がトリップする電流値と経過時間をプロットしたものである。

発電装置の通常運転で生成される出力周波数と電圧の要求値に対する基準レベルは、振幅および周波数訂正回路６４（図２参照）から与えられ、これは７入力および３出力を有する。 これは電圧センサ３２から出力信号SVaとSVbを複数入力のそれぞれ１つで受け取り、これはキャパシタ２９および３１に架かる電圧を表し、これは共に直流リンク電圧を含む。 残りの５つの入力で、それぞれの基準信号SRIF，SRRF，Sru1,Srv1およびSrw1を受け取る。 電圧、振幅および周波数訂正回路６４からの３つの出力Sru2,Srv2およびSrw2はインバータ制御装置６５の３入力のそれぞれ１つに供給される。 インバータ制御装置６５は別の入力を有し、これは中立ラインＮに接続されている。 これはまた３つの入力信号Svu,SvvおよびSvwを電圧センサ６３から、また３つの入力信号SIu,SIvおよびSIwをそれぞれの電流センサ５９，６１，６２から受け取り、この電流センサはそれぞれのインダクタ３８，３９，４１を通る電流を測定する。 インバータ制御装置６５はインバータ１７の３対のトランジスタ４６，４７，４８，４９，５１および５２のスイッチング動作をそれぞれのパルス幅変調信号をそれぞれのTau，Tbu，Tav，Tbv，Taw，Tbwから発することにより制御し、これはそれぞれのトランジスタ４６，４７，４８，４９，５１，５２のベースに接続されている。 その結果、各位相の交流出力Ｕ，Ｖ，Ｗはほぼ一定の周波数および電圧を有し、これはすなわちほぼ一定の周波数および電圧交流出力となり、これが通常それぞれの負荷５３，５４，５５にそれぞれのトリップ・スイッチ５６−５８を通して供給される。

発電機１１の可変周波数および電圧交流出力の各位相はそれぞれのスイッチ構造６６，６７，６８を通して交流／交流変換回路１４の３つの電力出力Ｕ，Ｖ，Ｗの各々１つに接続されている。 各スイッチ構造６６，６７，６８は電子的に動作される単向性スイッチの並列接続対、Thr1およびThr2，Ths1およびThs2，そしてTht1およびTht2に接続されている。 各々の電子的に動作される単向性スイッチの並列接続対、Thr1，Thr2，Ths1，Ths2，Tht1，Tht2はサイリスタである。 スイッチThr1およびThr2，Ths1およびThs2，Tht1およびTht2の各対は逆方向にバイアスされており、したがって導通時で位相が正の時にはそれらの１つThr1，Ths1，Tht1が発電機１１の３つの位相出力そのそれぞれの位相を伝送し、位相が負の時は並列接続対のもう一方のスイッチ、Thr2，Ths2，Tht2がそれぞれの位相を伝送する。

単向性スイッチThr1−Tht2は発電装置の制御装置に接続されており、これはそれらの各々をオンおよびオフするように適合されている。 本発明の１つの実施例において、各単向性スイッチThr1−Tht2はインバータ制御装置６５のそれぞれの出力に接続されており、これは交流／交流変換回路１４からそれぞれの負荷５３−５５へ流れる電流を測定するそれぞれの電流センサ５９，６１および６２から入力信号SIu，SIvおよびSIwを受け取り、このインバータ制御装置６５はそれぞれの各単向性スイッチThr1−Tht2をオフ状態からオン状態にトリガを掛ける点弧信号を発するように適合されている。

システムの通常動作中、各単向性スイッチThr1−Tht2は非導通状態にあるので、それらを通って電力出力Ｕ，Ｖ，Ｗには電流は流れない。 電流センサ５９，６１および６２が、出力Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか１つを通って電流が、短絡回路または電動機始動システム内の過電流に相当する或る水準で或る時間流れたことを検出し、それぞれのトリップ・スイッチ５６−５８をトリップさせる必要がある場合に、インバータ制御装置６５は単向性スイッチThr1−Tht2を導通させ、インバータ制御装置６５と速度訂正回路４５の第３入力との間の好適な接続により発電機１１の速度を上げる。 これは発電機出力を増加させる。 この出力は直接電力出力Ｕ，Ｖ，ＷにそれぞれのスイッチThr1−Tht2を通って供給され、従ってかなり高い電流がそれらの出力に交流／交流変換回路１４をバイパスして供給されるのでトリップ・スイッチ５６，５７，５８を直ちにトリップさせる。 発電機１１の交流出力の周波数は交流／交流変換回路１４の３相出力の周波数よりもかなり高く、例えば２倍程度高い。 従って、発電機出力電圧は端子Ｕ，Ｖ，Ｗにおいて出力電圧の半サイクルの間に正から負に変化する。 その結果、単向性スイッチThr1−Tht2は、発電機出力電圧が交流／交流変換回路１４の出力電圧以下に落ち、それぞれの単向性スイッチThr1−Tht2を通る電流がゼロに落ちると自然に非導通となる。

しかしながら、図１−図３に図示されている本発明の好適な実施例において、単向性スイッチThr1−Tht2をオフ状態からオンに交流／交流変換回路１４の出力のほぼ固定の周波数および発電機１１の出力の可変周波数、後者は前者の２倍程度の周波数、に同期してトリガを掛ける用意がなされている。

従って、各位相に対する更に別の電流センサ６９，７１，７２（図１参照）がそれぞれのスイッチ構造６６，６７，６８と交流／交流変換回路１４のそれぞれの電力出力Ｕ，Ｖ，Ｗとの間に接続されている。 各電流センサ６９，７１，７２は実電流信号Iui-act，Ivi-act，Iwi-actを生成し、これはスイッチ構造６６−６８を通るイパス回路のそれぞれの位相を流れる電流を示す。

図１はスイッチ構造６６−６８のサイリスタThr1，Thr2，Ths1，Ths2，Tht1，Tht2の導通を制御し、先に述べた同期を提供するためのシステムの図示を含む。 この制御システムは統合電圧センサ７３を含み、これは各電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと中立点Ｎとに接続された各ライン間の出力電圧を検出する。 好適に図１に示されるセンサ７３は、図２に示される電圧センサ６３と同じセンサであるが、別のセンサでも構わない。 どちらにせよ、センサ７３は各位相に対する実電圧出力信号Vui-act，Vvi-act，Vwi-actと、各位相に対するｒｍｓ出力電圧信号Vurms-act，Vvrms-act，Vwrms-actを発生するように動作する。

各位相上に３つのｒｍｓ電圧調整器７４，７５，７６が存在する。 各々のｒｍｓ電圧調整器７４，７５，７６はその１つの入力に統合電圧センサ７３からそれぞれのｒｍｓ出力電圧信号Vurms-act，Vvrms-act，Vwrms-actと、別の入力で基準ｒｍｓ電圧信号Vurms-ref，Vvrms-ref，Vwrms-refを受け取る。 各ｒｍｓ電圧調整器７４，７５，７６はそれぞれの基準電流信号Iui-act，Ivi-act，Iwi-actをその出力に生成する。 通常、各実効ｒｍｓ出力電圧信号Vurms-act，Vvrms-act，Vwrms-actの大きさは基準ｒｍｓ電圧信号Vurms-ref，Vvrms-ref，Vwrms-refよりも大きく、その場合それぞれの出力基準電流信号Iui-ref，Ivi-ref，Iwi-refはゼロである。 しかしながら交流／交流変換回路のそれぞれの電力出力ラインＵ，Ｖ，Ｗを流れる電流が、短絡または永久磁石電動機駆動システム内の過電流状態によって或る水準まで或る時間上昇すると、それぞれのトリップ・スイッチ５６，５７，５８をトリップさせてそれぞれの負荷を遮断する必要が有り、それぞれの実ｒｍｓ出力電圧信号Vurms-act，Vvrms-act，Vwrms-actは基準ｒｍｓ電圧信号Vurms-ref，Vvrms-ref，Vwrms-ref以下に低下するはずであり、その場合それぞれの出力基準電流信号Iui-ref，Ivi-ref，Iwi-refはゼロより大きな強度の正弦波信号となる。

各位相に対して１つ、３個の電流調整器７７，７８，７９が存在する。 各電流調整器７７，７８，７９は３つの入力と１つの出力を有する。 各電流調整器７７，７８，７９はそれぞれの実電圧出力信号Vui-act，Vvi-act，Vwi-actをその１つの入力部に統合電圧センサ７３から、それぞれの基準電流信号Iui-ref，Ivi-ref，Iwi-refを別の入力部にそれぞれのｒｍｓ電圧調整器７４，７５，７６から、そして実効電流信号Iui-act，Ivi-act，Iwi-actをそれぞれの電流センサ６９，７１，７２から受け取る。 各電流調整器７７，７８，７９はそれぞれの基準信号Aru,Asv,Atwをその出力に、それぞれの正弦波基準電流信号Iui-ref，Ivi-ref，Iwi-refの大きさがゼロより大きい時に生成する。 各電流調整器７７，７８，７９から、それぞれのトリップ・スイッチ５６，５７，５８がトリップした際に発せられるそれぞれの基準信号Aru,Asv,Atwは良く知られている角度信号である。 それぞれの基準信号Aru,Asv,Atwは、それぞれの実効電圧出力信号Vui-act，Vvi-act，Vwi-actが正の時には正で、それぞれの実効電圧出力信号Vui-act，Vvi-act，Vwi-actが負の時には負である。

各基準信号Aru,Asv,Atwはサイリスタ点孤制御装置８１に供給される。 同期ユニット８２は４つの入力と１つの出力を有する。 同期ユニット８２の４つの入力の各々は、発電機１１の電力出力Ｒ，Ｓ，Ｔのそれぞれ１つおよび中立点Ｎに接続されている。 同期ユニット８２の出力は出力電圧の各位相Ｒ，Ｓ，Ｔの瞬時電気角を表し、サイリスタ点孤制御装置８１の第４入力に接続されている。

サイリスタ点孤制御装置８１は受け取った各々の角度信号Aru,Asv,Atwをそれぞれのサイリスタ点孤信号に変形し、それらのサイリスタ点孤信号を発電機出力電圧のそれぞれの位相Ｒ，Ｓ，Ｔの電気角との関係で制御する。 各角度信号Aru,Asv,Atwが正の場合、それぞれのサイリスタ点孤信号は発電機出力のそれぞれの位相Ｒ，Ｓ，ＴのそれぞれのサイリスタThr1，Ths1，Tht1にトリガを掛けるように導かれる。 各角度信号Aru,Asv,Atwが負の場合、それぞれのサイリスタ点孤信号は発電機出力のそれぞれの位相Ｒ，Ｓ，ＴのそれぞれのサイリスタThr2，Ths2，Tht2にトリガを掛けるように導かれる。

各々の角信号Aru,Asv,Atwは、それぞれのサイリスタThr1−Tht2がそのオフ状態からオンにトリガを掛けられるべき、それぞれのサイクル内での電気角位置を決定する。 正弦波出力電圧Vui-act，Vvi-act，Vwi-actが正の時およびそれが負の時に、どのサイリスタThr1−Tht2に対して各々のサイリスタ点孤信号を導いて、そのサイリスタThr1−Tht2をオフ状態からオンにトリガを掛けるかを決定するために論理装置を使用できることは理解されよう。

従って、交流／交流変換回路１４の電力出力のそれぞれの位相が正、それは約１０ミリ秒の間、でそれぞれの出力基準電流信号Iui-ref，Ivi-ref，Iwi-refがゼロよりも大きな場合は常に、発電機出力電流が正の時にそれを転送するサイリスタThr1，Ths1，Tht1が繰り返しトリガを掛けられ、発電機出力電流の複数の正パルスがそれぞれのスイッチ構造６６−６８を通して出力Ｕ，Ｖ，Ｗに、交流／交流変換回路１４の電力出力の正の半サイクルの間転送される。 更に、サイリスタThr1−Tht2にトリガを掛けるタイミングを、発電機出力電流の正弦波波形および交流／交流変換回路１４の出力と同期させて、それぞれのバイパス回路スイッチ構造６６，６７，６８を通して、交流／交流変換回路１４の出力電流の１つの半サイクルの間に供給される発電機出力電流のパルス数を最大とする用意がされている。

先に図１から図３を参照して説明した、短絡または過電流保護用にサイリスタの様な高電流単向性スイッチを具備した非同期バイパス回路を含む発電システムに関して、図１に示すような中立ラインＮを含むことは必須ではない。 その様なシステムでのバイパス動作の原理は、図１から図３を参照して説明してきたものと類似であろう。

図４は先に図１から図３を参照して説明したものとは、発電機、整流器および電子的に動作される単向性スイッチの詳細な構造において異なる。 簡便のためサイリスタのスイッチング制御はシステムの図から省略されている。 図４に示される発電機ＰＭＧは永久磁石発電機であり、これは２つの三相可変周波数および可変電圧出力ＰＭＧ１およびＰＭＧ２を有する。 ２つの三相可変周波数および可変電圧出力ＰＭＧ１およびＰＭＧ２の各々は、全波ブリッジ整流器Re1およびRe2のそれぞれ１つで整流される。 各々のブリッジ整流器Re1、Re2は中立端子への接続を有し、またこの中立端子に関してブリッジ整流器Re1の場合は正で、またブリッジ整流器Re2の場合は負である電力出力端子を有する。 図４に示される発電設備の交流出力の中立点Ｎは、先に図１および図２に図示され説明された発電機１１の中立端子に接続される代わりに、２つのブリッジ整流器Re1およびRe2の共通中立端子に接続されている。

三相発電機巻線ＰＭＧ１からの三相交流出力の各位相はそれぞれの電子的に動作される単向性スイッチTyup,Tyvp,Tywp、これはサイリスタ、を通してシステムの３つの電力出力Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれ１つに接続されている。 同様に三相発電機巻線ＰＭＧ２からの三相交流出力の各位相はそれぞれの電子的に動作される単向性スイッチTyun,Tyvn,Tywn、これもまたサイリスタ、を通してシステムの３つの電力出力Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれ１つに接続されている。 ３つのスイッチTyup,Tyvp,Tywpは、位相が正の時に発電機巻線ＰＭＧ１からの三相交流出力の各位相を転送するようにバイアスされ、別の３つのスイッチTyun,Tyvn,Tywnは位相が負の時に発電機巻線ＰＭＧ２からの三相交流出力の各位相を転送するように逆にバイアスされている。 此処でも単向性スイッチTyup−Tywnはシステムの制御装置に接続されており、これはそれら各々をオフ状態からオンへ適切なサイリスタ点孤信号でトリガを掛けるように適合されている。 図４に図示され、参照して説明したシステムは、その他は図１から図３を参照して先に説明したものと同様の方法で動作する。

図５は図１および図２に図示されそれを参照して先に説明したシステムの別の改変であり、此処で図１および図２に図示されたシステムの三相発電機１１と整流器１８および１９が永久磁石発電機の異なる構成および整流器Re1,Re2,Re3およびRe4で置き換えられている。

図５に示す永久磁石発電機ＰＭＧは星形接続二重三相ステータ巻線ＰＭＧ１およびＰＭＧ２を有する。 星形接続二重三相ステータ巻線ＰＭＧ１およびＰＭＧ２の共通端子は中立ラインＮに接続されている。 星形接続二重三相ステータ巻線ＰＭＧ１およびＰＭＧ２の各々のもう一方の端は共通陰極３パルス整流器Re1,Re2のそれぞれの陽極と共通陽極３パルス整流器Re3,Re4のそれぞれの陰極との間に接続されている。 ３パルス整流器Re1およびRe2の各々の共通陰極は結合されたインダクタLraの対のそれぞれ１つを通して、システムのブースタ回路の正ラインのインダクタLbaに接続されている。 ３パルス整流器Re3およびRe4の各々の共通陽極は２つの結合されたインダクタLrbのそれぞれ１つを通して、システムのブースタ回路の負ラインのインダクタLbbに接続されている。 結合されたインダクタLraは共通陰極３パルス整流器Re1およびRe2の並行動作を保証している。 同様に結合されたインダクタLrbは共通陽極３パルス整流器Re3およびRe4の並行動作を保証している。 従って、共通陰極３パルス整流器Re1およびRe2のそれぞれの対からの直流出力整流電圧間の差は、結合されたインダクタLraによって減少され、また共通陽極３パルス整流器Re3およびRe4のそれぞれの対からの直流出力整流電圧間の差は、結合されたインダクタLrbによって減少される。 その結果、システムのブースタ回路に給電しているそれぞれ正および負ラインのインダクタLba,Lbbに接続された直流出力は６パルス整流器の出力特性を有する。

共通陰極３パルス整流器Re1と、共通陽極３パルス整流器Re3との間に接続されている、永久磁石発電機ＰＭＧの星形接続二重三相ステータ巻線の３つの巻線ＰＭＧ１はまた、各々電子的に動作するスイッチ構造Tu,Tv,Twのそれぞれ１つを通してシステムの３つの電力出力Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれ１つに接続されている。 システムの動作は、その他の部分は先に図１から図３に図示され、参照して説明したものと同じである。

図６は、先に図５に図示されこれを参照して説明されたシステムと類似なシステムを示す。 その違いは、共通陰極３パルス整流器Re2と、共通陽極３パルス整流器Re4との間に接続されている、永久磁石発電機ＰＭＧの別のグループの星形接続二重三相ステータ巻線の３つの巻線ＰＭＧ２がまた、それぞれのスイッチTu2,Tv2そしてTw2を通して３つの電力出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれ１つに接続されている点である。 スイッチTu2,Tv2そしてTw2の各々は逆バイアスされた単向性スイッチの並列接続対、Tyup2とTyun2；Tyvp2とTyvn2；そしてTywp2とTywn2を含み、これらのスイッチはサイリスタである。 図６に示されるシステムの動作は先の説明から理解されよう。

図７は図１から図３を参照して先に説明した発電システムで使用される非同期バイパス回路の１つの改変形態を示し、これは特に電動機始動システムとして使用するのに適したものを表している。 図７に示されるシステムの部品で、図１に示されるシステムと同様の部品に対応するものは、同一参照記号で識別されている。 この改変により、発電機１１の可変電圧かつ高周波出力の各位相Ｒ，Ｓ，Ｔは交流／交流変換回路１４の比較的低い固定周波数出力の各位相Ｕ，Ｖ，Ｗに、それぞれのスイッチ構造を通して接続されている。 更に詳細には、出力位相Ｕがスイッチ構造６６により接続されることに加えて、発電機出力位相Ｒが出力位相Ｖにスイッチ構造８３により、また出力位相Ｗにスイッチ構造８４で接続されている。 また、出力位相Ｖがスイッチ構造６７により接続することに加えて、発電機出力位相Ｓが出力位相Ｕにスイッチ構造８５により、また出力位相Ｗにスイッチ構造８６で接続されている。 更に、出力位相Ｗがスイッチ構造６８により接続することに加えて、発電機出力位相Ｔが出力位相Ｕにスイッチ構造８７により、また出力位相Ｖにスイッチ構造８８で接続されている。

電流センサ５９，６１および６２が、出力Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか１つを通って電流が、短絡または電動機始動システム内の過電流に相当する或る水準で或る時間流れたことを検出し、それぞれのトリップ・スイッチ６６，８３，８４または６７，８５，８６または６８，８７，８８をトリップさせる必要がある場合に、先に図１を参照して説明した原理に基づき構築された制御システムが、これら３つのスイッチのグループへのトリガを制御して、図１を参照して先に説明した構造よりも３倍の回数の電流パルスが順番に各バイパス回路を通して、交流／交流変換回路１４それぞれの位相Ｕ，Ｖ，Ｗに、変換回路の各半サイクルの間に供給されるようにし、その結果電動機を始動するために好適な高い品質の電圧および電流が供給される。

図１はその中に本発明が組み込まれている発電システムの１形式の図式的表現である。

図２は図１に示す発電システムの交流／交流変換回路の図式的表現である。

図３は電流対時間のグラフであり、図１に図示されている各々のトリップ・スイッチのトリップ特性を図示する。

図４はその中に本発明が組み込まれている発電システムの別の形式の図式的表現である。

図５はその中に本発明が組み込まれている発電システムの更に別の形式の図式的表現である。

図６はその中に本発明が組み込まれている発電システムのまた更に別の形式の図式的表現である。

図７はその中に本発明が組み込まれている発電システムの別の形式の図式的表現である。