1．はじめに

パソコンによるサイクロコンバータの出力電圧波形表示

渋 谷 睦 夫＊ 山 本 ^聡＊＊

Waveform Display of Output Voltage of Cycloconvertor by Personal Computer

Mutsuo SHIBUTANI＊≠獅п@Satoshi YAMAMOTO＊ ＊

 This paper deals with a program for output voltages of a cycloconvertor in use of C language． lt consists of some parts that calculate the trigger timing of thyristors and display some waveforms of output voltages．

1．はじめに

 パワーエレクトロニクスの応用はあらゆる分野に及んで いるが，パワートランジスタやサイリスタをスイッチング 素子として使うため，電圧や電流の波形が複雑になり，効 率の低下や雑音発生の原因となる。そこで、半導体素子で 構成される装置の製品化に当たっては，事前に装置の特性 の検討を行うことが求められる。そのためにパソコンに よって電圧等の波形を作成し，その周波数成分を検討する ことも意義があるものと思われる。

 今回は，交流電動機の速度制御等に使われるサイクロコ ンバータを取り上げ，出力電圧の波形をパソコンで作り出 し，その波形を表示するプログラムを作成したので報告す

る。

2．サイクロコンバータ

 図1に三相入力三相出力6パルスブリッジ接続サイクロ コンバータを示す。これは，各相それぞれ6個のサイリス タからなる正群コンバータと負群コンバータにより構成さ れた周波数変換装置である。サイリスタのトリガータイミ ングを制御することによって，例えば，図2のように周波 数fiの入力電圧に対してf。＝fi／3またはfi／6の基本波 周波数を持った出力電圧を取り出すことができる。

 サイリスタのトリガータイミング制御法には種種の方法 があるが、余弦波制御法が最も良い方法と言われている。

1）これは，三コ入力電圧に基ずく6相の余弦波位相基準 電圧v1＝VtCOSαに対し，出力側の正弦波目標電圧v2＝

電気工学科

電気工学科平成4年度卒業生、現在関西電力㈱勤 務

平成5年8月13日受理

Vmcosωotとの交点を求めることによりサイリスタのトリ ガータイミングを決める方法で、トリガータイミングは次 式のように求めることができる。

・（・）＝＝ ・・s一・ i讐ω吟

3．Cプログラム

（1）

  表1に6パルスサイクロコンバータの出力電圧波形の 表示を行うためのC言語によるプログラムを示す。

 プログラムの流れを簡単に説明すると，まず，main関 数で、入力周波数f，（Hz），出力周波数f。（Hz），入力電圧

に対する出力電圧の振幅amp（％）を入力する。続いて，

sub関数において出力電圧の周期を2つの区間に分け，

fugo−1（正群コンバータが動作する区間）とfugo ・一1

（負群コンバータが動作する区間）について，それぞれ cross l関数とcross 2関数によって，入力側の余弦波基準 電圧V、と出力側の正弦波目標電圧V2の交点tを求める。

続いて各区間ごとにtrigger 1関数とtrigger 2関数によっ て，各サイリスタのトリガータイミングtを求める。

 次に，v−basic関数とcosine関数で6本の余弦波位相基 準電圧y1， y2， y3， y4， y5， y6と正弦波目標電圧y7，

を画面上に表示し，v＿output関数とwave関数で，トリガー タイングによって決まる継ぎはぎの出力電圧波形を画面上 に表示する。

4．出力電圧波形の表示例

 ＊＊＊

 図3から図6はCプログラムによる出力電圧波形の表示 例である。図3は入力周波数fi−60（Hz），出力周波数f。一 20（Hz）、出力電圧の入力電圧に対する振幅amp−100％の 場合の出力電圧波形である。サイリスタのトリガータイミ

ングは正弦波目標電圧と余弦波基準電圧の交点によって決

津山高専紀要 第33号  （1993）

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    VWm．s＝最大出力電圧（基本波実効値） @7

     lo・＝出力電流（実効値）

     VN＝入力変圧器2次相電圧（実効値）

    Z2＝循環電流リアクトル（本質的に必要というわけではない）

図1 三相入力三相出力6パルスブリッジ接続サイクロコンバータ    （コロナ社発行 基礎パワーエレクトロニクス P151）

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図2 余弦波制御法により6パルスサイクロコンバータを100％出力電圧で運転する場合の動作波形       （コロナ社発行 基礎パワーエレクトロニクス P155）

      表1 6パルスサイク．ロコンバータ出力電圧波形表示プUグラム

＃include ＜stdio．h＞

＃include ＜graph．h＞

Mnclude ＜math．h＞

：離講。fl亡｛86望P・P；

mainO_︷

       int tu；

       fioat ds，x；

       一setvideomode．（一98RESSCOLOR＞；

       轟？9甥繍E舗嬰≧1；

       scanf（ ％f ，＆fi）；

       一settext positioP〈O，27）．；

       出力周波数fo（Hz）＝ ）；

       Printf（

       ，。、。しf（・翻琶翻灘）1。，（％）（入旙圧の櫨。1・・（％））一・・）、

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       scanf（ ％f        p＝3．1415926535；

       amp＝amp／100．0；

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       懸1無

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sub（float︷  ＊ds，int ＊tu）

       int n，nn，i，fugo；

       float dn，mag，ko；

       double t；

       fugo＝1；

       dn＝Q；

       rin＝O； ．        mag＝fo／fi；

        lsettextposition（3，0）；

       うrintf（ 交点の算出中です。 ）；

       ｛茎「llで2麟翻芝主l11．。1）｛

       dn＋＋；

       盤il響1｝；

       nn＝nn＋6；

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       triggerl（＆t，＆dn，＆＊ds）；

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       trigger2（＆t，＆dn，＆＊ds）；

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       ｝

        一settextposition（3，0）；

       prin七f（ 波形の表示中です。 ）；

        V．．basicO；

        一moveto （O，60）；

        一setcolor（7）；

        V−output（＆＊tu）；

津山高専紀要第33号 （1993）

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crossl（int ＊n，double ＊t）︷

       double td，vl，v2，g，is，khO；

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       ＊t＝kho＊＊n；

       is＝p＊＊n／3；．

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       td＝＊t；

       ＊t＝（aeos（g）＋is）／（double）（2＊p＊fi）；

   ｝while（O ！＝ fabs（td一 ＊t））；︸

triggerl（double ＊t，float ＊dn，float ＊ds）︷

       ＊t＝aeos（amp＊coS（2＊p＊fo＊（＊t）））／（2＊p＊fo）＋＊dn＊．（81ds）；︸

cross2（int ＊n，double ＊t）︷

       Sftg2］i9（；，kgs ，；i・v2，g，is，kh．；

       c＝kho＊＊n；

       is＝P＊＊n／3；

       ＊t＝c；

   do｛

       儲1綴麟識1；；

       g＝（vl−v2）／2；

       td＝＊t；

       ＊t＝（acos（g）＋is）！（2＊p＊fi）；

       ＊し＝2＊c印＊t；

   ｝while（O ！＝ fabs（tdL ＊t））；︸

trigger2（double ＊t，float ＊dn，float ＊ds）︷

       ＊t＝＊ds−acos（amp＊cos（2＊p＊fo＊（＊t）））／（2＊p＊fo）＋＊cln＊（＊ds）；︸

v…basicO

｛一

       int i；

       float t，x，yl，y2，y3，y4，y5，y6，y7；

       ．setco，lo；｛3）：，

       lmovetb （O，220）；

       Jlineto （640，220）；

       t＝．o；

       for（i＝O；i〈＝2000；i＋＋）

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       x＝t＊6400；

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       Isetpixel （x）y7）；

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cosine（float ＊y1，float．＊y2；fユoat ＊y3，float ．＊y4，float ＊y5，float ＊y6，float ＊t）

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        float b；

        b＝2＊fi＊p＊＊t；

        ＊yl＝160＊cos（b）＋220；

        ＊y2＝160＊cos（b＋p＊1／3）＋220；

        ＊y3＝160＊c6s（b＋p＊2／3）＋220；

       ＊y4＝160＊cos（b＋p＊3／3）＋220；

        ＊y5＝160＊cos〈b＋p＊413＞＋220；

       ＊y6＝160＊cos（b＋p＊5／3） ＋220；︸

v−output（int ＊tu）︷

       int z，n，v；

       float ko，mag；

       doubユe t，k，」；

       k＝．O；

       n＝O；

       mag＝（float）（fo）／（fi）；

       ko＝1／（fi＊6）；

   do｛

       t＝ko／2＋ko＊n；

       t＝f［n＋1］＊mag＋t；

       wave（＆t，＆k，＆n）；

       ni＋；

  ｝while（tく＝◎。1）；

﹀

wave（doubユe ＊t，double ＊k，int ＊n）︷

       float x，y；・

   do〈

       y＝一160＊cos（2＊p＊fi＊＊k−p＊＊n／3）＋220；

       x＝＊k＊6400；

       ＊k＝＊k＋．OOOOI；

       Hlineto（x，y）；

   ｝while（＊kく＝＊t）；︸

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      津山高専紀要第33号 （1993）

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 図3 出力電圧波形（f、＝60Hz f。 ・ 20Hz amp＝100％）

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出力電圧波形（f，・＝ 60Hz C， ・＝ 10Hz alnp＝100％）

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      図5 出力電圧波形（f、＝60Hz f。＝20Hz amp＝50％）

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 出力電圧波形（f、＝240Hz f。＝20Hz amp＝100％）

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津山高専紀要第33号 （1993）

まるので、1サイクル当りの交点の数によって出力波形の 継ぎはぎの数が決まる。図4は入力周波数と一出力電圧の振 幅を変えないで、出力周波数を10（Hz）に下げた場合であ る。周波数の比が大きくなるにつれ，交点の数が増えるの で，出力電圧の波形は疑似正弦波に近ずくことが分かる。

図5は入力周波数と出力周波数は図3と同じであるが，出 力電圧の振幅を50（％）にした場合である。振幅100（％）の 場合に比べ，交点の数が増えている。図6は入力周波数を 240（Hz）と高くした場合で，出力電圧の波形は疑似正弦波 にかなり近ずくことが分かる。

5．あ と が き

 今回は6パルスサイクロコンバータの出力電圧波形をパ ソコンの画面上に表示するためのCプログラムを作成した が，引き続いて出力電圧波形の周波数分析を行うためのプ ログラムを作成する予定である。

文  献

1）Richard G． Hoft（著）・河村篤男ほか3名（訳）；基礎 パワーエレクトロニクス，（1988），144，コロナ社