JP2000358384A - 電力制御装置 - Google Patents

電力制御装置

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JP2000358384A
JP2000358384A JP11166744A JP16674499A JP2000358384A JP 2000358384 A JP2000358384 A JP 2000358384A JP 11166744 A JP11166744 A JP 11166744A JP 16674499 A JP16674499 A JP 16674499A JP 2000358384 A JP2000358384 A JP 2000358384A
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JP
Japan
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power
power supply
voltage
thyristor
switching semiconductor
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JP11166744A
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Takeshi Tanaka
毅 田中
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電圧抑制用サイリスタの小容量化および過
電圧抑制抵抗の削減を図り、装置の小型化、低コスト化
のできる電力制御装置を得る。 【解決手段】 過電圧抑制用サイリスタ13をブレーキ
チョッパ6のスイッチング半導体素子6cのゲートに接
続することにより、直流電源1の過電圧時や制御用電源
12の停電時に過電圧抑制用サイリスタ13を点弧さ
せ、スイッチング半導体素子6cのゲートに電圧を印加
し、スイッチング半導体素子6cをオンさせ、フィルタ
コンデンサ4の電荷を発電エネルギー吸収用の抵抗6a
とスイッチング半導体素子6cを介して放電させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電気車などのモ
ータドライブ制御装置の過電圧防止および電動機の発電
エネルギー吸収用の回路を有する電力制御装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、例えば特開昭62−25087
8号公報に示された従来の放電用サイリスタ回路を用い
た3相誘導電動機のインバータ制御装置を示す図であ
り、1は直流電源、2は断流器、3はフィルタリアクト
ル、4はフィルタコンデンサ、5は電力変換回路である
三相インバータ、5U、5V、5W、5X、5Y、5Z
はそれぞれダイオードが逆並列された3相インバータを
構成するスイッチング半導体素子、7は三相誘導電動
機、6は三相誘導電動機7の発電エネルギーを吸収制御
するブレーキチョッパ、6aは発電エネルギーを吸収す
る抵抗、6bはフライホイールダイオード、6cは発電
エネルギーの吸収量を制御するダイオードが逆並列接続
されたスイッチング半導体素子、8は過電圧抑制抵抗、
9は過電圧抑制用サイリスタ、10は直流電源1の電圧
やフィルタコンデンサ4の電圧が過電圧になったときや
制御用電源電圧が低下・停電したときに過電圧抑制用サ
イリスタ9を点弧するためのサイリスタ点弧回路、11
は三相インバータ5を構成するスイッチング半導体素子
5U〜5Zを順番に点弧させるためのゲート制御回路、
12はゲート制御回路11やサイリスタ点弧回路10に
電源を供給する制御用電源である。
【0003】次に動作を説明する。サイリスタ9は通常
オフさせておく。断流器2を投入すると、直流電源1の
電圧がフィルタリアクトル3を介してフィルタコンデン
サ4に充電される。この状態で、ゲート制御回路11に
よりスイッチング半導体素子5U〜5Zを順番に点弧さ
せることによって三相誘導電動機7は三相交流電圧を与
えられ回転を加速する。この状態を通常、「力行」とい
う。また、三相誘導電動機7の回転を減速させる場合
は、三相誘導電動機7の発電エネルギーをフィルタコン
デンサ4や直流電源1に吸収させる。この状態を通常、
「回生」という。この回生時、直流電源1の内部インピ
ーダンスが高い場合には、上記発電エネルギーが吸収し
きれずに直流電源1やフィルタコンデンサ4の直流電圧
が上昇する。このような場合にはブレーキチョッパ6の
スイッチング半導体素子6cをスイッチングさせ、抵抗
6aによって上記発電エネルギーを吸収し直流電圧の上
昇を防止する。
【0004】この装置において、例えば直流電源1から
供給される電圧が過電圧になった場合、スイッチング素
子5U〜5Z、および6cを過電圧から保護するため
に、三相インバータ5を停止させ、断流器2を開放し、
直流電源1から三相インバータを切り離すとともに、過
電圧抑制用サイリスタ9を点弧させ、過電圧抑制抵抗8
を介してフィルタコンデンサ4の電荷を放電させるのが
一般的である。さらに、制御用電源12が停電した場合
も、スイッチング半導体素子5U〜5Z、および6cの
ゲート制御電圧が0になることによる素子破壊を防止す
るため、制御用電源12の電圧は常に監視され、その電
圧の停電や異常低下を招いた場合にはそれを検知し、制
御用電源12の電圧が完全に0Vになる前にサイリスタ
点弧回路10から過電圧抑制用サイリスタ9のゲートに
パルスを送出し、過電圧抑制用サイリスタ9を点弧させ
ると共に、上記と同様、三相インバータ5を停止させ、
断流器2を開放し、フィルタコンデンサ4の電荷を放電
させる。このとき、制御用電源12の電圧が最終的に0
Vまで低下しても、フィルタコンデンサ4の電圧が0V
になるまで過電圧抑制用サイリスタ9が点弧し続け、各
スイッチング半導体素子への印加電圧は、最終的に0V
まで低下させることが出来る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような場
合、フィルタコンデンサ4の電荷をいち早く放電させる
ことが必要なため、過電圧抑制用サイリスタ9や過電圧
抑制抵抗8には大容量のものが要求され、装置の小型化
や低コスト化の弊害となっていた。例えば、一般的には
過電圧抑制用サイリスタ9などは、500A〜600A
の容量のものが適用されている。
【0006】この発明は上記の問題を解決するためにな
されたもので、三相インバータとブレーキチョッパを有
する三相誘導電動機の電力制御装置において、過電圧抑
制用サイリスタの小容量化および過電圧抑制抵抗の削減
を図り、装置の小型化、低コスト化のできる電力制御装
置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電力制御
装置は、負荷電動機に接続され、直流電源から供給され
る直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、上記
電力変換回路に並列に接続され上記負荷電動機の発電エ
ネルギーを吸収する抵抗とスイッチング半導体素子から
なる発電エネルギー吸収制御回路とを備えた電力制御装
置であって、上記スイッチング半導体素子の制御端子に
スイッチ素子を介して上記直流電源から直流電圧を加え
るようにしたものである。
【0008】また、スイッチ素子としてサイリスタを用
いたものである。
【0009】また、スイッチ素子として電磁開閉器を用
いたものである。
【0010】また、スイッチング半導体素子の制御端子
と陰極端子との間に抵抗と定電圧ダイオードとの並列回
路を接続したものである。
【0011】また、スイッチ素子を、直流電源端が過電
圧となったときにオンするようにしたものである。
【0012】また、スイッチ素子を、電力変換回路制御
用電源電圧が低下したときにオンするようにしたもので
ある。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図について説明する。図1において、1
〜7および10〜12は従来の技術として示した図3と
同一のため説明を省略する。13はスイッチング半導体
素子6cの制御端子であるゲートに接続された過電圧抑
制用サイリスタ、14と15は過電圧抑制用サイリスタ
13がオンしたときにスイッチング半導体素子6cのゲ
ートに過電圧が加わらないようにするための分圧抵抗、
16はスイッチング半導体素子6cのゲートに過電圧が
加わらないようにするための定電圧ダイオードである。
【0014】例えば、直流電源1の電圧が過電圧になっ
た場合や、制御用電源12が停電したとき、サイリスタ
点弧回路10からサイリスタ点弧のためのパルス信号を
送出し、過電圧抑制用サイリスタ13をオンさせる。こ
のとき、スイッチング半導体素子6cはそのゲートに定
電圧ダイオードによって決まるゲート電圧が印加されオ
ンする。同時に、三相インバータ5を停止すると共に、
断流器2を開放し、直流電源1と三相インバータ5を切
り離す。フィルタコンデンサ4の電荷は発電エネルギー
吸収用の抵抗6aからスイッチング素子6cを介して放
電される。例えば、制御用電源12が停電した場合で
も、過電圧抑制用サイリスタ13を一度点弧させると、
サイリスタはその陽極電流が消弧しないとオフしないこ
とから、フィルタコンデンサ4の電圧が低下するまで、
フィルタコンデンサ4→分圧抵抗14→過電圧抑制用サ
イリスタ13→定電圧ダイオード16を介して電流が流
れ続けるため、スイッチング半導体素子6cのゲートに
は電圧が与え続けられる。
【0015】実施の形態2.次に、この発明の実施の形
態2を図2によって説明する。図2において、1〜7お
よび11〜12は従来の技術として示した図3と同一の
ため説明を省略する。17はスイッチング半導体6cの
ゲートに接続された通常は閉路となるb接点の電磁開閉
器、14と15は電磁開閉器17がオンしたときにスイ
ッチング半導体素子6cのゲートに過電圧が加わらない
ようにするための分圧抵抗、16はスイッチング半導体
素子6cのゲートに過電圧が加わらないようにするため
の定電圧ダイオード、18は直流電源1の供給電圧が過
電圧になったとき電磁開閉器17のコイル電圧をオフ
し、電磁開閉器17をオンさせる電磁開閉器1次回路で
ある。
【0016】図2において、通常、電磁開閉器1次回路
18により電磁開閉器17を開放状態にしておく。直流
電源1の電圧が過電圧になった場合、三相インバータ5
を停止させると共に断流器2を開放し、直流電源1と三
相インバータ5とを切り離す。同時に電磁開閉器1次回
路18により電磁開閉器17をオンさせ、スイッチング
半導体素子6cのゲートに電圧を与え、スイッチング半
導体素子6cをオンさせ、発電エネルギー吸収用の抵抗
6aを介してフィルタコンデンサ4の電荷を放電させ
る。また、制御用電源12が停電した場合は、電磁開閉
器1次回路18の電源も停電するため電磁開閉器17の
コイル電圧がなくなり、電磁開閉器17はオンする。従
って、上記と同様、スイッチング半導体素子6cのゲー
トには電圧が与えられ、スイッチング半導体素子6cは
オンし、発電エネルギー吸収用の抵抗6aを介してフィ
ルタコンデンサ4の電荷は放電される。
【0017】なお、以上の実施の形態の説明図では、ス
イッチング半導体素子にIGBT(lnsulated
Gate Bipor Transistor)を用
いたが、サイリスタ、GTO、トランジスタ、GCTな
どの他の半導体を用いた電力制御装置においても同様の
効果を得ることができる。また、実施の形態2において
電磁開閉器を用いたが、その他の機構を有する開閉器で
も同様の効果を得ることができる。
【0018】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、過電圧
抑制用サイリスタまたは開閉器(スイッチ素子)をブレ
ーキチョッパを構成するスイッチング半導体素子のゲー
ト(制御端子)に接続したので、フィルタコンデンサの
放電は、スイッチング半導体素子を介して行われるた
め、過電圧抑制用サイリスタまたは開閉器はスイッチン
グ半導体素子のゲートに電圧を与えるのに必要なだけの
容量でよく、1A〜数A程度の小容量サイリスタを適用
することができる。このため、従来のような大容量のス
イッチ素子が必要なく、かつ、ブレーキチョッパを構成
する発電エネルギー吸収用の抵抗をフィルタコンデンサ
の放電用に適用でき、従来の過電圧抑制抵抗が不要とな
るため、装置の小型化や低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る三相誘導電動
機の電力制御装置を示す図である。
【図2】 この発明の実施の形態2に係る三相誘導電動
機の電力制御装置を示す図である。
【図3】 従来の三相誘導電動機の電力制御装置を示す
図である。
【符号の説明】
1 直流電源、 2 断流器、3
フィルタリアクトル、 4 フィルタコンデン
サ、5 三相インバータ、 6 ブレーキ
チョッパ、6a 発電エネルギー吸収用抵抗、 6b
フライホイールダイオード、6c スイッチング半導体
素子、 7 三相誘導電動機、10 サイリスタ点
弧回路、 11 ゲート制御回路、12 制御用
電源、 13 過電圧抑制用サイリス
タ、14 分圧抵抗、 15 分圧抵
抗、16 定電圧ダイオード、 17 電磁開
閉器、18 電磁開閉器1次回路。
フロントページの続き Fターム(参考) 5G065 AA08 BA01 EA01 GA09 JA02 LA01 MA02 MA10 NA02 NA07 NA08 NA10 5H007 AA17 BB01 BB06 CA01 CA03 CB05 CC01 DA06 DB03 FA01 FA03 FA12 FA17 5H530 AA02 CC23 CE16 DD03 EE05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷電動機に接続され、直流電源から供
    給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路
    と、上記電力変換回路に並列に接続され上記負荷電動機
    の発電エネルギーを吸収する抵抗とスイッチング半導体
    素子を含む発電エネルギー吸収制御回路とを備えた電力
    制御装置であって、上記スイッチング半導体素子の制御
    端子にスイッチ素子を介して上記直流電源から直流電圧
    を加えるようにしたことを特徴とする電力制御装置。
  2. 【請求項2】 スイッチ素子としてサイリスタを用いた
    ことを特徴とする請求項1記載の電力制御装置。
  3. 【請求項3】 スイッチ素子として電磁開閉器を用いた
    ことを特徴とする請求項1記載の電力制御装置。
  4. 【請求項4】 スイッチング半導体素子の制御端子と陰
    極端子との間に抵抗と定電圧ダイオードとの並列回路を
    接続したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいず
    れか一項記載の電力制御装置。
  5. 【請求項5】 スイッチ素子を、直流電源端が過電圧と
    なったときにオンするようにしたことを特徴とする請求
    項1乃至請求項4のいずれか一項記載の電力制御装置。
  6. 【請求項6】 スイッチ素子を、電力変換回路制御用電
    源電圧が低下したときにオンするようにしたことを特徴
    とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載の電力
    制御装置。
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