JP2000139076A - Ｐｗｍサイクロコンバータの保護装置およびその保護方法 - Google Patents

Ｐｗｍサイクロコンバータの保護装置およびその保護方法

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JP2000139076A JP10310843A JP31084398A JP2000139076A JP 2000139076 A JP2000139076 A JP 2000139076A JP 10310843 A JP10310843 A JP 10310843A JP 31084398 A JP31084398 A JP 31084398A JP 2000139076 A JP2000139076 A JP 2000139076A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＷＭサイクロコンバータを遮断する時に出
力側にサージ電圧や過電流を出さないＰＷＭサイクロコ
ンバータの保護装置とその保護方法を提供する。 【解決手段】 ＰＷＭサイクロコンバータの保護装置に
おいて,ＰＷＭサイクロコンバータの故障を検する故障
検出手段３０と、故障信号が発生したら、ＰＷＭサイク
ロコンバータの少なくとも一部の前記片方向半導体スイ
ッチ３〜２０をオフする運転停止手段２５と、ＰＷＭサ
イクロコンバータの少なくとも一部の出力相が開放とな
ってもＰＷＭサイクロコンバータの負荷電流を流し続け
る続流手段と、故障検出手段から出力される故障信号に
基づいてＰＷＭサイクロコンバータの片方向半導体スイ
ッチをオンオフする保護スイッチング手段５０とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は交流電圧を任意の交
流電圧あるいは直流電圧に変換するＰＷＭサイクロコン
バータの保護装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＰＷＭサイクロコンバータの出力
側のサージ電圧を抑制する保護回路を図８に示す。図８
中符号１は三相交流電源、１００は通常のＰＷＭサイク
ロコンバータ、２１は三相交流電動機、１１０は整流ス
ナバ回路、１２０は出力短絡回路、１１１、１１２、１
２１は三相整流ブリッジ、１１３、１２２は片方向半導
体スイッチ(片方向スイッチと略す)、１１４、１１５は
抵抗、１１６はコンデンサ、１１７は電圧検出回路、１
１８はゲートドライバである。ＰＷＭサイクロコンバー
タでは、電流が両方向に流せる双方向半導体スイッチ
(双方向スイッチと略す)で入力側と出力側を直接に接続
するため、転流の際に、同出力相に接続される三つの双
方向スイッチの中に二つ以上の双方向スイッチが同時に
オンになると、入力側が短絡となり、三つの双方向スイ
ッチが同時にオフになると、出力側が開放となる。これ
を防止する手段として負荷電流方向を検出し、その情報
を利用して、出力側が開放とならず、かつ入力短絡を生
じる事なく転流させることができる。しかし、転流中に
負荷電流方向の検出を間違えると(特に負荷電流がゼロ
付近で間違いやすい)、出力側が開放となる可能性があ
る。また、入力側および負荷側の過電流や過電圧、モー
タ巻線や主回路半導体素子の過熱など（以下運転異常と
略す）が発生した時、ＰＷＭサイクロコンバータの電流
を遮断する、すなわち急に運転を中止する必要がある。
同時に全部の双方向スイッチをオフすると、出力側が開
放となる。インダクションモータを駆動する場合には、
運転中にＰＷＭサイクロコンバータの出力側が開放とな
ると、ＰＷＭサイクロコンバータの出力側に大きなサー
ジ電圧が発生する。通常運転中に転流ミスでＰＷＭサイ
クロコンバータの出力側が開放となった時、負荷電流は
三相整流ブリッジ１１２を経由してコンデンサ１１６に
流れ続き、大きなサージ電圧は発生しない。電圧検出回
路１１７はコンデンサ１１６の電圧レベルを検出して、
コンデンサ１１６の電圧がある程度以上になったら、過
電圧信号OVを出力する。過電圧信号OVにより片方向スイ
ッチ１１３をオンしてコンデンサ１１６を放電させる。
運転異常が発生した時、まずＰＷＭサイクロコンバータ
の片方向スイッチを全部オフする。これから一定の間隔
(Δｔと略す)後に片方向スイッチ１２２をオンする。Δ
ｔは半導体スイッチのオン時間あるいはオフ時間より長
いこと。負荷電流はΔｔの間に三相整流ブリッジ１１２
を経由してコンデンサ１１６に流れ続き、片方向スイッ
チ１２２がオンとなるから三相整流ブリッジ１２１と片
方向スイッチ１２２を経由して流れ続いてゼロまで減
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＰＷ
Ｍサイクロコンバータの保護方法では、運転中に片方向
スイッチ１２２をオンして出力三相を長い期間（例え
ば、遮断の終了まで）短絡すると、過大なモータ固定子
電流が流れ、設備を壊す可能性があった。次に整流スナ
バの作用は出力側が開放となる期間に発生するサージ電
圧を吸収する。以下の二つの場合には出力側が開放とな
る。一つは転流の時負荷電流方向の検出が間違った場
合、もう一つは遮断の時片方向スイッチが全部オフとな
り片方向スイッチ１２２がオンとなるまでΔｔの間であ
る。両者では出力側が開放となる期間はほぼ同じである
が、負荷電流方向の検出ミスは負荷電流のゼロ付近だけ
発生するのに、比べ故障等で遮断する場合は定格電流あ
るいは過電流の時遮断することが多い、したがって後者
の場合のサージ電圧は前者よりずっと大きく、その対策
としての整流スナバのコンデンサ容量が大きいという問
題もあった。さらに通常転流のミスより発生したサージ
電圧が整流スナバのコンデンサ１１６によって吸収さ
れ、整流スナバのコンデンサ１１６に溜まっている電力
が回生できないという問題もあった。そこで、本発明は
ＰＷＭサイクロコンバータを遮断する時に出力側にサー
ジ電圧も出さず、モータ固定子の過電流も出さずに出力
短絡回路が不要でしかも整流スナバ回路なし、または整
流スナバのコンデンサを容量を格段に小さくできるＰＷ
Ｍサイクロコンバータの保護装置とその保護方法を提供
することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、請求項１の発明は三相交流電源の各相とＭ(Ｍは２
以上の整数)相出力の電力変換器の各相とを電流が一方
向だけ流せる片方向半導体スイッチを2個組み合わせた
構成で、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双
方向半導体スイッチで直接接続する電力変換器であるＰ
ＷＭサイクロコンバータの保護装置において、前記ＰＷ
Ｍサイクロコンバータの故障を検する故障検出手段と、
前記故障信号が発生したら、前記ＰＷＭサイクロコンバ
ータの少なくとも一部の前記片方向半導体スイッチをオ
フする運転停止手段と、前記ＰＷＭサイクロコンバータ
の少なくとも一部の出力相が開放となっても前記ＰＷＭ
サイクロコンバータの負荷電流を流し続ける続流手段
と、前記故障検出手段から出力される故障信号に基づい
て前記ＰＷＭサイクロコンバータの前記片方向半導体ス
イッチをオンオフすることによって、前記負荷電流が前
記ＰＷＭサイクロコンバータを経由して前記三相交流電
源へ流し続ける保護スイッチング手段を備えたものであ
る。また、請求項２の発明は前記保護スイッチング手段
が、前記各双方向半導体スイッチの入力側の三端子の電
圧を三相入力電圧とし、前記三相入力電圧の大小関係が
判断できる情報を入力電圧情報として検出する入力電圧
情報検出手段と、 前記入力電圧情報に基づいて前記出
力各相から前記三相入力電圧の中に最大電圧となる入力
相への前記片方向半導体スイッチ、または前記三相入力
電圧の中に最小電圧となる入力相から出力各相への前記
片方向半導体スイッチだけをオンする回生スイッチング
手段とからなるものである。また、請求項３の発明は前
記保護スイッチング手段が、前記入力電圧情報検出手段
と、前記回生スイッチング手段と、前記三相交流電源の
任意の一相と前記出力の各相との間の前記片方向半導体
スイッチの少なくとも一部をオンする短絡スイッチング
手段と、前記回生スイッチング手段と前記短絡スイッチ
ング手段とを切り替えて使用する切り替える手段とから
なるものである。また、請求項４の発明は前記ＰＷＭサ
イクロコンバータの保護装置において、前記各双方向半
導体スイッチの入力側の三端子の電圧を三相入力電圧と
し、前記三相入力電圧の大小関係が判断できる情報を入
力電圧情報として検出する入力電圧情報検出手段と、
前記ＰＷＭサイクロコンバータの運転中および遮断中
に、前記入力電圧情報に基づいて、前記出力各相から前
記三相入力電圧の中に最大電圧となる入力相への前記片
方向半導体スイッチと前記三相入力電圧の中に最小電圧
となる入力相から出力各相への前記片方向半導体スイッ
チとを常にオンするゲートドライブ手段とからなるもの
である。また、請求項５の発明は三相交流電源の各相と
Ｍ(Ｍは２以上の整数)相出力の電力変換器の各相とを電
流が一方向だけ流せる片方向半導体スイッチを2個組み
合わせた構成で、かつ各々が独立にオンオフできる構成
とする双方向半導体スイッチで直接接続する電力変換器
であるＰＷＭサイクロコンバータの保護方法において、
前記ＰＷＭサイクロコンバータの故障を検し、前記故障
信号が発生したら前記ＰＷＭサイクロコンバータの少な
くとも一部の前記片方向半導体スイッチをオフし、前記
ＰＷＭサイクロコンバータの少なくとも一部の出力相が
開放となっても前記ＰＷＭサイクロコンバータの負荷電
流を流し続け、前記故障検出手段から出力される故障信
号に基づいて前記ＰＷＭサイクロコンバータの前記片方
向半導体スイッチをオンオフすることによって、前記負
荷電流が前記ＰＷＭサイクロコンバータを経由して前記
三相交流電源へ流し続けるようにしたものである。ま
た、請求項６の発明は前記各双方向半導体スイッチの入
力側の三端子の電圧を三相入力電圧とし、前記三相入力
電圧の大小関係が判断できる情報を入力電圧情報として
検出し、前記入力電圧情報に基づいて前記出力各相から
前記三相入力電圧の中に最大電圧となる入力相への前記
片方向半導体スイッチ、または前記三相入力電圧の中に
最小電圧となる入力相から出力各相への前記片方向半導
体スイッチだけをオンするようにしたものである。ま
た、請求項７の発明は前記入力電圧情報に基づいて前記
出力各相から前記三相入力電圧の中に最大電圧となる入
力相への前記片方向半導体スイッチ、または前記三相入
力電圧の中に最小電圧となる入力相から出力各相への前
記片方向半導体スイッチだけをオンする回生スイッチン
グ手段と、前記三相交流電源の任意の一相と前記出力の
各相との間の前記片方向半導体スイッチの少なくとも一
部をオンする短絡スイッチング手段とを、切り替えるよ
うにしたものである。また、請求項８の発明は前記ＰＷ
Ｍサイクロコンバータの保護方法において、前記各双方
向半導体スイッチの入力側の三端子の電圧を三相入力電
圧とし、前記三相入力電圧の大小関係が判断できる情報
を入力電圧情報として検出し、前記ＰＷＭサイクロコン
バータの運転中および遮断中に、前記入力電圧情報に基
づいて、前記出力各相から前記三相入力電圧の中に最大
電圧となる入力相への前記片方向半導体スイッチと前記
三相入力電圧の中に最小電圧となる入力相から出力各相
への前記片方向半導体スイッチとを常にオンするように
したものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明の実施例１のＰＷＭサ
イクロコンバータの構成(例１では相数Ｍ＝３)を示すブ
ロック構成図である。図１中符号１は三相交流電源、２
は交流ラインフィルタ、６１、６２、６３はリアクト
ル、６４、６５、６６はコンデンサである。３、４、
５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、
１５、１６、１７、１８、１９、２０は電流が一方向だ
け流せ、自己消弧能力をもつ片方向半導体スイッチ(片
方向スイッチと略す)で、それぞれSru、 Sur、 Ssu、 S
us、 Stu、 Sut、 Srv、 Svr、 Ssv、 Svs、 Stv、 Sv
t、 Srw、 Swr、 Ssw、 Sws、 Stw、 Swtで表す。この
片方向スイッチは例えばＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴなど
である。Sxyは入力のx相から出力のy相へ、Syxは出力の
y相から入力のx相への片方向スイッチ(x=r、s、t; y=
u、v、w)である。２１は三相交流電動機、２２は電源電
圧検出回路、２３はコントローラ、２４はゲート信号合
成部、２５はゲートドライバ、３０は入力電圧情報検出
部。この入力電圧情報検出部３０は各片方向スイッチの
入力側の三端子の電圧(入力電圧と略す)を入力して、三
相入力電圧の大小関係の情報(入力電圧情報と略す)を作
成して出力する。５０は保護ゲート信号発生部である。
【０００６】図１の電源電圧検出回路２２は電源電圧を
入力して電源電圧の位相と電源電圧の瞬時値を出力す
る。コントローラ２３は出力電圧指令と電源電圧の位相
と電源電圧の瞬時値と負荷電流方向より１８個の片方向
スイッチのゲート信号G1xy、G1yx(x=r、s、t; y=u、v、
w)(G1と略す)を作成して出力する。例１では、Sxyをオ
ンする時 G1xy=1とし、Sxyをオフする時 G1xy=0とし、S
yxをオンする時 G1yx=1とし、Syxをオフする時 G1yx=0
とする(x=r、s、t; y=u、v、w)。
【０００７】図２は入力電圧情報検出部３０の構成図で
ある。図２中符号３１、３２、３３、３４、３５、３６
は同一構成で、電流検出回路である。図２中符号３７は
抵抗である。電流検出回路３１を例として説明する。４
１、４２はダイオード、４３はフォトカプラ、４４は抵
抗、４５は出力端子、Vccは直流電源の正極である。ダ
イオード４１に電流が流れると、出力端子４５の電圧は
Lowになる。ダイオード４１に電流が流れない場合に
は、出力端子４５の電圧はHighである。例えば、ｒ相の
電圧が最大の時、/Rmax=0となり、最小の時、/Rmin=0と
なる。ｓ、ｔ相も同様である。
【０００８】図１の保護ゲート信号発生部５０は例えば
入力電圧情報検出部３０からの入力電圧情報によってゲ
ート信号G2xy、G2yx(x=r、s、t; y=u、v、w) (G2と略
す)を作成して出力する。図３は保護ゲート信号発生部
５０の構成図である。５１、５２、５３、５４、５５、
５６はインバータである。G2xy=1の時、Sxyをオンし、G
2yx=1の時Syxをオンする(x=r、s、t; y=u、v、w)。G2yx
(x=r、s、t)によって出力y相から三相入力電圧の中に最
大電圧となる入力相(入力最大電圧相と略す)への片方向
スイッチ(Sypと表す)をオンする(y=u、v、w)。G2xy(x=
r、s、t)によって三相入力電圧の中に最小電圧となる入
力相(入力最小電圧相と略す)から出力y相への片方向ス
イッチ(Snyと表す)をオンする(y=u、v、w)。入力の三相
の中で入力最大電圧相と入力最小電圧相以外の入力相を
入力中間電圧相と表す。
【０００９】図１のゲート信号合成部２４は(1)式によ
りG1xy、G1yxとG2xy、G2yxの論理和をそれぞれGxy、Gyx
(x=r、s、t; y=u、v、w)として出力する。 Gxy=G1xy+G2xy、 Gyx=G1yx+G2yx (x=r、s、t; y=u、v、w) (1)
【００１０】図１のゲートドライバ２５はゲート信号合
成部２４からの１８個の半導体スイッチのゲート信号(G
xy、Gyx)(x=r、s、t; y=u、v、w)(Gと略す)によってそ
れぞれ１８個の半導体スイッチ３〜２０(Sxy、Syx)をオ
ンオフ制御する(x=r、s、t;y=u、v、w)。１の時オフ
し、０の時オフする。
【００１１】上述の実施例１によれば、G2によって図４
に示すように出力各相から入力最大電圧相への片方向ス
イッチSup、Svp、Swpと、入力最小電圧相から出力各相
への片方向スイッチSnu、Snv、Snwは常にオンさせる。
図４中のVp、Vm、Vnはそれぞれ三相入力電圧の中に最大
電圧、中間電圧、最小電圧である。通常運転の場合に
は、G1によってSup、Svp、Swp、Snu、Snv、Snwをオフす
る時、G2によってSup、Svp、Swp、Snu、Snv、Snwをオン
しても、Sup、Svp、Swp、Snu、Snv、Snwには逆バイアス
が加わっているため導通しない。すなわち、Sup、Svp、
Swp、Snu、Snv、Snwを常にオンしても、通常運転に影響
を及ぼさない。他方、Syp、Sny(y=u、v、w)を常にオン
すれば、転流中に負荷電流方向の検出が間違った場合に
は、通常のコントローラ２３からのG1によってＰＷＭサ
イクロコンバータ制御して出力が開放となる時に、出力
y相(y=u、v、w)にサージ電圧が発生するが、Syp、Snyの
中の一つが導通になるため、サージ電圧は入力側のコン
デンサによって吸入される。運転異常の時ＰＷＭサイク
ロコンバータを遮断する場合には、G1の信号を全部０に
して、G2の信号によってSup、Svp、Swp、Snu、Snv、Snw
だけがオンのままとなる。その時、主回路は図４の回路
と等価である。この回路はDC-ACインバータが遮断され
た時の回路と近似している。出力各相にサージ電圧が出
て、モータの固定子に残っている電流はSup、Svp、Sw
p、Snu、Snv、Snwの中の三つを経由して入力側に流れ続
けた後にゼロになる。負荷電流がゼロになってから、全
部の片方向スイッチをオフし、ＰＷＭサイクロコンバー
タの遮断を終える。上述のＰＷＭサイクロコンバータの
遮断過程はDC-ACインバータの遮断過程と同様、出力側
に、短絡モードも開放モードもないので、負荷電流も増
えず、大きなサージ電圧も出ない。
【００１２】図５は本発明の実施例２のＰＷＭサイクロ
コンバータの構成(例２では相数Ｍ＝３)を示すブロック
構成図である。図において同じ名称にはできる限り同一
符号を付け重複説明を省略する。図５中符号１〜２２と
２５は図１との同様、１１０〜１１８は図８との同様で
ある。通常運転の場合には、コントローラ２６は図１コ
ントローラ２３との同様に18個の片方向スイッチを制御
する。転流ミスより発生した出力サージ電圧は整流スナ
バ１１０によって吸収される。運転異常があってＰＷＭ
サイクロコンバータを遮断する場合には、コントローラ
２６によってまず同出力相に接続される片方向スイッチ
の中に負荷電流の方向と同方向でオンの状態の片方向ス
イッチをオンのまま、その以外の片方向スイッチを全部
オフする。これからΔｔ後に電源電圧検出回路から出力
した電源電圧の位相に基づいて入力電圧情報を推算し
て、Sup、Svp、Swpと、Snu、Snv、Snwとをオンする。こ
れからΔｔ後にSup、Svp、Swp、 Snu、Snv、Snw以外の
片方向スイッチを全部オフする。次の過程は実施例１の
遮断過程と同様である。Sup、Svp、Swp、Snu、Snv、Snw
がオンとなるから負荷電流がゼロとなるまでの間に、入
力最大電圧相あるいは入力最小電圧相が変わる時、片方
向スイッチの転流を行う必要がある。その場合には、ま
ず転流先の片方向スイッチをオンして、Δｔ後に転流元
の片方向スイッチをオフする。
【００１３】上述の実施例１および実施例2では、従来
の出力短絡回路１２０を設ける必要がなく、ＰＷＭサイ
クロコンバータを遮断する時、負荷電流は大きくならな
い。実施例１では、整流スナバ回路１１０は必要ない。
しかし、通常運転中に入力電圧情報が間違うと、入力側
が短絡となる可能性があるので、精度の高い入力電圧情
報の検出回路が必要である。実施例２では、入力最大電
圧相と入力最小電圧相さえ間違えなければ、入力最大電
圧相または入力最小電圧相と入力中間電圧相を間違えて
も入力短絡が起こらないので、入力電圧情報の精度は低
くてもよい、したがって例えば電源電圧の位相に基づい
て入力電圧情報を推算してもよい。そのため実施例２で
は入力電圧情報検出部３０を設ける必要がない。また、
整流スナバ回路１１０が必要であるが、整流スナバの作
用は負荷電流方向検出のミスにより発生した出力サージ
電圧を吸収だけでよいので、整流スナバのコンデンサの
容量は従来と比べてかなり小さくできる。
【００１４】上述の実施例１および実施例2では、ＰＷ
Ｍサイクロコンバータを遮断する時、SxpとSnxを両方同
時にオンせず、出力x相の負荷電流が出力相から入力相
へ流れる時Sxpのみを、出力x相の負荷電流が入力相から
出力相へ流れる時Snxのみをオンしても良い(x=u、v、
w)。
【００１５】上述の実施例１および実施例2では、ＰＷ
Ｍサイクロコンバータを遮断する時、モータ21の固定子
に残っているエネルギー(残エネと略す)がSup、Svp、Sw
p、Snu、Snv、Snwを経由してＰＷＭサイクロコンバータ
の入力側に急に回生される。ＰＷＭサイクロコンバータ
の入力側に交流ラインフィルタ2のリアクトル61、62、6
3のリアクタンスがコンデンサ64、65、66のキャパシタ
ンスより相対的に大きい場合には、遮断時モータ21の残
エネが三相交流電源1に急に回生できないので、コンデ
ンサ64、65、66の電圧が高くなり、整流スナバのコンデ
ンサの電圧も一緒に高くなり、半導体スイッチ３〜２０
を壊す可能性がある。この場合には、大きな整流スナバ
のコンデンサを利用しなければならない。この問題の対
策は遮断時Sup、Svp、Swp、Snu、Snv、Snwだけをオンす
る回生モードと、入力の同一相と出力三相の間の片方向
スイッチだけをオンする短絡モードを切り替えて使用す
ることである。図６に短絡モードの等価回路を示す。回
生モードの時電力が出力側から入力側に流れ、短絡モー
ドの時出力側と入力側の間に電力の交換がない。すなわ
ち、モータ21の残エネは断続的に交流ラインフィルタ2
を経由して三相交流電源1にゆっくり回生される。図６
に示す短絡モードでは、入力最小電圧相ではなく任意の
入力相と出力三相の間の片方向スイッチだけをオンして
もよい。また短絡モードでは、入力の同一相と出力三相
の間の片方向スイッチを全部オンせずに、出力相の負荷
電流の方向と同方向の片方向スイッチだけをオンしても
よい。
【００１６】図７は本発明の実施例３のＰＷＭサイクロ
コンバータの構成(例３では相数Ｍ＝３)を示すブロック
構成図である。実施例３の構成は実施例２と基本的に同
じ、違うのは実施例３の電圧検出回路１１７の出力信号
OVをコントローラ２７に入力することである。コントロ
ーラ２７は通常運転の場合には、実施例２のコントロー
ラ２６と同様に18個の片方向スイッチを制御し、遮断す
る場合には、まず実施例２のコントローラ２６と同様に
Sup、Svp、Swp、Snu、Snv、Snwだけをオンする回生モー
ドとし、整流スナバのコンデンサ１１６の電圧がある程
度以上あがったら、図７に示すような短絡モードとし、
またコンデンサ１１６の電圧がある程度以下にさがった
ら、回生モードに戻す。そういうふうに回生モードと短
絡モードを切り替えてモータ21の残エネを断続的に三相
交流電源1にゆっくり回生する。遮断の時、どのように
回生モードと短絡モードを切り替えるかいろいろな方法
があるが、実施例３の方法は交流ラインフィルタ2のコ
ンデンサ64、65、66と整流スナバのコンデンサ１１６を
最大限に利用して、モータの固定子の電流も増えず、遮
断時間が一番短い方である。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、ＰＷＭサイクロコン
バータの保護ために、本発明によれば、出力短絡回路１
２０が不要で、整流スナバのコンデンサは小さくでき、
ＰＷＭサイクロコンバータを遮断する時、出力側にサー
ジ電圧も出なく、モータ電流も増えないという効果があ
る。または、整流スナバ回路が不要で、転流ミスより生
じる電力損失は少ないという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の三相/三相ＰＷＭサイクロ
コンバータの構成図である。
【図２】本発明の入力電圧情報の検出部の回路図であ
る。
【図３】本発明の保護ゲート信号発生部の回路図であ
る。
【図４】本発明の三相/三相ＰＷＭサイクロコンバータ
を遮断する時の回生モードの等価回路図である。
【図５】本発明の実施例２の三相/三相ＰＷＭサイクロ
コンバータの構成図である。
【図６】三相/三相ＰＷＭサイクロコンバータを遮断す
る時の短絡モードの等価回路図である。
【図７】本発明の実施例３の三相/三相ＰＷＭサイクロ
コンバータの構成図である。
【図８】従来の三相/三相ＰＷＭサイクロコンバータの
保護回路図である。
【符号の説明】
１ 三相交流電源 ２ 交流ラインフィルタ ３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１
３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０ 片方
向半導体スイッチ ２１ 三相交流電動機 ２２ 電源電圧検出部 ２３ コントローラ ２４ ゲート信号合成部 ２５ ゲートドライバ ２６ コントローラ ２７ コントローラ ３０ 入力電圧情報検出部 ５０ 保護ゲート信号発生部 ３１、３２、３３、３４、３５、３６ 電流検出回路 ３７ 抵抗 ４１、４２ ダイオード ４３ フォトカプラ ４４ 抵抗 ４５ 出力端子 ６１、６２、６３ リアクトル ６４、６５、６６ コンデンサ １００ 通常のＰＷＭサイクロコンバータ １１０ 整流スナバ回路 １２０ 出力短絡回路 １１１、１１２、１２１ 三相整流ブリッジ １１３、１２２ 片方向スイッチ １１４、１１５ 抵抗 １１６ コンデンサ １１７ 電源電圧検出回路 １１８ ゲートドライバ G Gxy、Gyx(x=r、s、t; y=u、v、w) Gxy、Gyx(x=r、s、t; y=u、v、w) Sxy、Syx(x=r、s、
t; y=u、v、w)のゲート信号 G1 G1xy、G1yx(x=r、s、t; y=u、v、w) G1xy、G1yx(x=r、s、t; y=u、v、w) コントローラか
ら出力したSxy、Syx(x=r、s、t; y=u、v、w)のゲート信
号 G2 G2xy、G2yx(x=r、s、t; y=u、v、w) G2xy、G2yx(x=r、s、t; y=u、v、w) 保護ゲート信号発
生部から出力したSxy、Syx(x=r、s、t; y=u、v、w)のゲ
ート信号 Sxy(x=r、s、t; y=u、v、w) 入力のx相から出力のy相
への片方向スイッチ Syx(x=r、s、t; y=u、v、w) 出力のy相から入力のx相
への片方向スイッチ Syp(y=u、v、w) 出力y(y=u、v、w)相から入力最大電圧
相への片方向スイッチ Sny(y=u、v、w) 入力最小電圧相から出力y(y=u、v、w)
相への片方向スイッチ /Rmax、/Rmin、/Smax、/Srmin、/Tmax、/Tmin 入力電圧
情報 Vp、Vm、Vn 三相入力電圧の中に最大電圧、中間電圧、
最小電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 栄治 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 (72)発明者 原 英則 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 Ｆターム(参考） 5H576 BB10 CC05 DD02 DD04 EE11 HB04 LL22 LL24 MM02 MM03 MM06 5H750 AA10 BA01 BA06 BB14 CC06 FF02 FF05 GG02 GG04 GG11 GG17

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 三相交流電源の各相とＭ(Ｍは２以上の
    整数)相出力の電力変換器の各相とを電流が一方向だけ
    流せる片方向半導体スイッチを2個組み合わせた構成
    で、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双方向
    半導体スイッチで直接接続する電力変換器であるＰＷＭ
    サイクロコンバータの保護装置において、 前記ＰＷＭサイクロコンバータの故障を検する故障検出
    手段と、 前記故障信号が発生したら、前記ＰＷＭサイクロコンバ
    ータの少なくとも一部の前記片方向半導体スイッチをオ
    フする運転停止手段と、 前記ＰＷＭサイクロコンバータの少なくとも一部の出力
    相が開放となっても前記ＰＷＭサイクロコンバータの負
    荷電流を流し続ける続流手段と、 前記故障検出手段から出力される故障信号に基づいて前
    記ＰＷＭサイクロコンバータの前記片方向半導体スイッ
    チをオンオフすることによって、前記負荷電流が前記Ｐ
    ＷＭサイクロコンバータを経由して前記三相交流電源へ
    流し続ける保護スイッチング手段とからなることを特徴
    とするＰＷＭサイクロコンバータの保護装置。
  2. 【請求項２】 前記保護スイッチング手段が、 前記各双方向半導体スイッチの入力側の三端子の電圧を
    三相入力電圧とし、前記三相入力電圧の大小関係が判断
    できる情報を入力電圧情報として検出する入力電圧情報
    検出手段と、 前記入力電圧情報に基づいて前記出力各
    相から前記三相入力電圧の中に最大電圧となる入力相へ
    の前記片方向半導体スイッチ、または前記三相入力電圧
    の中に最小電圧となる入力相から出力各相への前記片方
    向半導体スイッチだけをオンする回生スイッチング手段
    とからなることを特徴とする請求項１に記載のＰＷＭサ
    イクロコンバータの保護装置。
  3. 【請求項３】 前記保護スイッチング手段が、前記入力
    電圧情報検出手段と、前記回生スイッチング手段と、 前記三相交流電源の任意の一相と前記出力の各相との間
    の前記片方向半導体スイッチの少なくとも一部をオンす
    る短絡スイッチング手段と、 前記回生スイッチング手段と前記短絡スイッチング手段
    とを切り替えて使用する切り替える手段とからなること
    を特徴とする請求項１に記載のＰＷＭサイクロコンバー
    タの保護装置。
  4. 【請求項４】 前記ＰＷＭサイクロコンバータの保護装
    置において、 前記各双方向半導体スイッチの入力側の三端子の電圧を
    三相入力電圧とし、前記三相入力電圧の大小関係が判断
    できる情報を入力電圧情報として検出する入力電圧情報
    検出手段と、 前記ＰＷＭサイクロコンバータの運転中
    および遮断中に、前記入力電圧情報に基づいて、前記出
    力各相から前記三相入力電圧の中に最大電圧となる入力
    相への前記片方向半導体スイッチと前記三相入力電圧の
    中に最小電圧となる入力相から出力各相への前記片方向
    半導体スイッチとを常にオンするゲートドライブ手段と
    からなることを特徴とするＰＷＭサイクロコンバータの
    保護装置。
  5. 【請求項５】 三相交流電源の各相とＭ(Ｍは２以上の
    整数)相出力の電力変換器の各相とを電流が一方向だけ
    流せる片方向半導体スイッチを2個組み合わせた構成
    で、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双方向
    半導体スイッチで直接接続する電力変換器であるＰＷＭ
    サイクロコンバータの保護方法において、 前記ＰＷＭサイクロコンバータの故障を検し、 前記故障信号が発生したら前記ＰＷＭサイクロコンバー
    タの少なくとも一部の前記片方向半導体スイッチをオフ
    し、 前記ＰＷＭサイクロコンバータの少なくとも一部の出力
    相が開放となっても前記ＰＷＭサイクロコンバータの負
    荷電流を流し続け、 前記故障検出手段から出力される故障信号に基づいて前
    記ＰＷＭサイクロコンバータの前記片方向半導体スイッ
    チをオンオフすることによって、前記負荷電流が前記Ｐ
    ＷＭサイクロコンバータを経由して前記三相交流電源へ
    流し続けることを特徴とするＰＷＭサイクロコンバータ
    の保護方法。
  6. 【請求項６】 前記各双方向半導体スイッチの入力側の
    三端子の電圧を三相入力電圧とし、前記三相入力電圧の
    大小関係が判断できる情報を入力電圧情報として検出
    し、 前記入力電圧情報に基づいて前記出力各相から前記三相
    入力電圧の中に最大電圧となる入力相への前記片方向半
    導体スイッチ、または前記三相入力電圧の中に最小電圧
    となる入力相から出力各相への前記片方向半導体スイッ
    チだけをオンすることを特徴とする請求項５に記載のＰ
    ＷＭサイクロコンバータの保護方法。
  7. 【請求項７】 前記入力電圧情報に基づいて前記出力各
    相から前記三相入力電圧の中に最大電圧となる入力相へ
    の前記片方向半導体スイッチ、または前記三相入力電圧
    の中に最小電圧となる入力相から出力各相への前記片方
    向半導体スイッチだけをオンする回生スイッチング手段
    と、前記三相交流電源の任意の一相と前記出力の各相と
    の間の前記片方向半導体スイッチの少なくとも一部をオ
    ンする短絡スイッチング手段とを、切り替えることを特
    徴とする請求項５に記載のＰＷＭサイクロコンバータの
    保護方法。
  8. 【請求項８】 前記ＰＷＭサイクロコンバータの保護方
    法において、 前記各双方向半導体スイッチの入力側の三端子の電圧を
    三相入力電圧とし、前記三相入力電圧の大小関係が判断
    できる情報を入力電圧情報として検出し、 前記ＰＷＭサイクロコンバータの運転中および遮断中
    に、前記入力電圧情報に基づいて、前記出力各相から前
    記三相入力電圧の中に最大電圧となる入力相への前記片
    方向半導体スイッチと前記三相入力電圧の中に最小電圧
    となる入力相から出力各相への前記片方向半導体スイッ
    チとを常にオンすることを特徴とするＰＷＭサイクロコ
    ンバータの保護方法。
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