JP2001197745A - 電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置 - Google Patents

電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置

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JP2001197745A JP2000001282A JP2000001282A JP2001197745A JP 2001197745 A JP2001197745 A JP 2001197745A JP 2000001282 A JP2000001282 A JP 2000001282A JP 2000001282 A JP2000001282 A JP 2000001282A JP 2001197745 A JP2001197745 A JP 2001197745A
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秀夫 岡山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短絡保護による一斉点弧を制限して自己消弧
素子のみならずブスバーなどの構造部材のダメージを軽
減できるなど信頼性の高い電力変換装置の保護制御方法
および保護制御装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 負極側自己消弧素子ＧＣ２がゲートオン
パルス入力中に正極側アームの電流Ｉｐが過電流ＯＣ１
に達したとき、Ｉａｃ（交流側電流）≧−β（選択基準
値）が成立するとＧＣ２はオフ、ＧＣ１はＧＦ（ゲート
ブリーズ）させ他相のＧＣを一斉オフさせる第１の保護
処理モードを、Ｉａｃ＜−βが成立するとＧＣ１、ＧＣ
２をオンさせ他相のＧＣを一斉オンさせる第２の保護処
理モードを実行する。

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、自己消弧素子を
用いた電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２９は例えば特開平６−７８５６１号
公報に示された従来の電力変換装置を示す回路図であ
り、図において、１（１Ａ〜１Ｃ）は交流リアクトル、
６はこの交流リアクトル１に接続された第１の電力変換
器（コンバータ）、５はこの第１の電力変換器６に接続
された平滑コンデンサ、７はこの平滑コンデンサ５に接
続された第２の電力変換器（インバータ）、３（３Ａ〜
３Ｍ）はこの第２の電力変換器７および上記第１の電力
変換器６を構成する自己消弧素子、２（２Ａ〜２Ｍ）は
上記第１の電力変換器６および第２の電力変換器７を構
成する還流ダイオード、４（４Ａ〜４Ｆ）は上記第１の
電力変換器６および第２の電力変換器７を構成するアノ
ードリアクトル、８（８Ａ〜８Ｂ）は上記第１の電力変
換器６および第２の電力変換器７の直流電流を検出する
直流電流検出器である。
【０００３】次に動作について説明する。直流短絡が生
じた場合に、直流短絡が発生した電力変換器（例えばコ
ンバータ６）の直流回路に流れる短絡電流が電流検出器
８Ａにより検出される。この電流検出器８Ａの検出出力
に基づいて図示していない制御手段によりコンバータ６
の全自己消弧素子（３Ａ〜３Ｆ）が一斉に点弧され、平
滑コンデンサ５の充電電荷が全アームに分担して放電さ
れる。また平滑コンデンサ５の放電終了後、制御手段に
より、全自己消弧素子（３Ａ〜３Ｆ）が一斉に消弧され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】直流部のリップル抑制
のために平滑コンデンサ５を接続したコンバータ６およ
びインバータ７において、変換器内の自己消弧素子が誤
動作または一部破損し、直流短絡が生じた場合に平滑コ
ンデンサ５の放電電流が直流短絡を起こした相の素子の
みに流れ、当該相の素子を破壊させることを防止する手
段として一斉点弧が行われているが、平滑コンデンサ５
の放電電流はアノードリアクトル４と共振しながら減衰
するために、平滑コンデンサ５の放電電流が共振の過程
で零付近に落ち込んだ時点で全自己消弧素子を一斉に消
弧すると全自己消弧素子には平滑コンデンサ５の定挌電
圧相当が印加されることにより、短絡電流による素子損
失の増加で接合部温度が定挌値以上の高温状態にあるた
めにサーマルランを発生して全自己消弧素子を破壊する
恐れがある。このために上記の公報ではヒューズを直流
短絡経路に付加して直流短絡電流を抑制したものも示し
ているが、ヒューズを付加して素子を保護するのであれ
ば一斉点弧は不要であり、装置のコスト増を招くなどの
問題があった。また一斉点弧による直流短絡保護では、
一斉点弧の頻度が増えると自己消弧素子のみならずブス
バーなどの構造部材もダメージを受けて交換部品数およ
び交換時間の増加を招くなどの問題があった。
【０００５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、ヒューズを用いないで直流短
絡保護を可能にしたもので、一斉点弧を制限して自己消
弧素子のみならずブスバーなどの構造部材のダメージを
軽減できるなど信頼性の高い電力変換装置の保護制御方
法および保護制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電力変換装置の保護制御方法は、相毎に複数の自己消
弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲ
ートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交
流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御方
法であって、交流側電流を検出する交流電流検出手段、
および直流側電流を検出する直流電流検出手段を備え、
上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当
該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過
電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基
づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時
間経過した保護処理動作時点における上記各自己消弧素
子に流れる電流を予測し、当該過電流検出相および他相
の自己消弧素子を故障規模に応じて適切に保護するた
め、上記電流予測情報に応じて上記各自己消弧素子の保
護処理内容を予め設定された複数の保護処理モードの中
から選択するようにしたものである。
【０００７】また、請求項２に係る電力変換装置の保護
制御装置は、相毎に複数の自己消弧素子およびダイオー
ド、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給する
ゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換
を行う電力変換装置の保護制御装置であって、交流側電
流を検出する交流電流検出手段、直流側電流を検出する
直流電流検出手段、上記直流側電流が所定の過電流設定
値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流
側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲ
ートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護
動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点におい
て上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己
消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予
測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可
制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自
己消弧素子をオフまたはゲートフリーズ（そのときのゲ
ート状態を強制的に継続させる）させ他相の自己消弧素
子を一斉オフさせ、上記故障判別回路が可制御電流値を
越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素
子をオンまたはゲートフリーズさせ他相の自己消弧素子
を一斉オンさせる保護処理回路を備えたものである。
【０００８】また、請求項３に係る保護制御装置は、直
流側の両端子間に相毎に接続された、正極側自己消弧素
子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる正
極側アームと負極側自己消弧素子およびこれと逆並列接
続されたダイオードからなる負極側アームとの直列接続
体、および上記両自己消弧素子にゲートパルスを供給す
るゲートパルス発生手段を備え上記両アームの接続点を
交流側端子に接続する２レベルの電力変換装置の保護制
御装置であって、上記交流側端子に流れる電流を検出す
る交流電流検出手段、上記両アームに流れる電流を検出
する直流電流検出手段、上記両アームのいずれかに流れ
る電流が上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に
設定された所定の第１レベルの過電流設定値に達したと
き、当該過電流検出時点における上記交流側電流および
当該過電流検出相の両自己消弧素子へのゲートパルス信
号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な
所定時間経過した保護処理動作時点において上記両自己
消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮
断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故
障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以
内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子
を、ゲートオンパルス入力中のものはオフ、ゲートオフ
パルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己
消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上
記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したとき
は当該過電流検出相の両自己消弧素子をオンさせ他相の
自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを
実行する保護処理回路を備えたものである。
【０００９】また、請求項４に係る保護制御装置は、可
制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値を
ＯＣ１、直流側端子間の電圧をＥｄ、保護動作に必要な
所定時間をｔｏｃ、直流側端子からみた故障経路のイン
ダクタンスをＬとしたとき下式で得られる選択基準値β
を設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を両アー
ムの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義し
た場合、保護処理回路は、負極側自己消弧素子がゲート
オンパルス入力中に正極側アームの電流が過電流に達し
たとき、Ｉａｃ≧−βが成立すると第１の保護処理モー
ド、Ｉａｃ＜−βが成立すると第２の保護処理モードを
実行し、正極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中
に負極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≦
＋βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＞＋β
が成立すると第２の保護処理モードを実行するものであ
る。 β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ
【００１０】また、請求項５に係る保護制御装置は、直
流側端子間の電圧Ｅｄとして、想定されるその最大値Ｅ
ｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにした
ものである。
【００１１】また、請求項６に係る保護制御装置は、直
流側端子間の電圧Ｅｄを検出する直流電圧検出器を備
え、この直流電圧検出器の出力ＥｄＬを採用して選択基
準値βを設定するようにしたものである。
【００１２】また、請求項７に係る保護制御装置は、自
己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自
己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、
正極側および負極側自己消弧素子が共にオフ動作中に上
記故障を検出したとき、当該故障検出相の両自己消弧素
子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オ
フさせるようにしたものである。
【００１３】また、請求項８に係る保護制御装置は、交
流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点と
の接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流
検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続
線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極
端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流
電流検出器を備えたものである。
【００１４】また、請求項９に係る保護制御装置は、交
流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点と
の接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流
検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続
線に挿入された正極側直流電流検出器または直流側負極
端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流
電流検出器のいずれか一方を備え、いずれか他方の直流
電流は上記いずれか一方の直流電流検出器と上記交流電
流検出器との出力から演算により求めるようにしたもの
である。
【００１５】また、請求項１０に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アーム
との接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直
流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負
極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記両直流電
流検出器の出力から演算により求めるようにしたもので
ある。
【００１６】また、請求項１１に係る保護制御装置は、
第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの
過電流設定値を設定し、直流電流検出手段の出力が上記
第２レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を
一斉オンさせるようにしたものである。
【００１７】また、請求項１２に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重
系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高
い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２
の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設
定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるように
したものである。
【００１８】また、請求項１３に係る保護制御装置は、
過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場
合、当該他相の自己消弧素子の内、短絡防止期間Ｔｄで
オン動作からオフ動作に移行中のものは、上記期間Ｔｄ
開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間
Ｔｄ´迄、当該自己消弧素子をオフからオンにする信号
の供給を禁止する手段を備えたものである。
【００１９】また、請求項１４に係る保護制御装置は、
請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても同アーム内のダイオードが通電中のとき
は、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作
を解除するようにしたものである。
【００２０】また、請求項１５に係る保護制御装置は、
請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間
に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信
号供給禁止手段の動作を解除するようにしたものであ
る。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【００２１】また、請求項１６に係る保護制御装置は、
正極、中性極および負極を有する直流側の上記正負両極
間に相毎に接続された、第１ないし第４の自己消弧素子
の直列接続体、上記各自己消弧素子と逆並列接続されて
それぞれ第１ないし第４のアームを構成する第１ないし
第４のダイオード、上記中性極とそれぞれ上記第１、第
２のアームの接続点および上記第３、第４のアームの接
続点との間に接続された第５および第６のダイオード、
および上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲ
ートパルス発生手段を備え、上記第２、第３のアームの
接続点を交流側端子に接続する３レベルの電力変換装置
の保護制御装置であって、上記交流側端子に流れる電流
を検出する交流電流検出手段、上記第１のアームに流れ
る正極側の直流電流、第４のアームに流れる負極側の直
流電流および上記第５、第６のダイオードの接続点と上
記中性極との間に流れる中性極側の直流電流を検出する
直流電流検出手段、この直流電流検出手段が検出する直
流側電流のいずれかが上記ダイオードの逆回復電流より
も大きな値に設定された所定の第１の過電流設定値に達
したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流
および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパ
ルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に
必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記
各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素
子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別
する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電
流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧
素子を、ゲートオンパルス入力中のものは故障短絡経路
にある少なくとも１個をオフその他をゲートフリーズ、
ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、
他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モ
ードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判
別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲー
トオンパルス入力中のものはオン、ゲートオフパルス入
力中のものは故障短絡経路にあるものをオンその他をゲ
ートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オンさせ
る第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備え
たものである。
【００２２】また、請求項１７に係る保護制御装置は、
可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値
をＯＣ１、直流側の正極−中性極間および中性極−負極
間の電圧をそれぞれＥｄｐおよびＥｄｎ、保護動作に必
要な所定時間をｔｏｃ、および直流側の上記各極間から
みた故障経路のインダクタンスをそれぞれＬｐ、Ｌｎ、
Ｌｐｎとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定す
るとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を第２、第３のア
ームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義
した場合、保護処理回路は、第２、第３の自己消弧素子
がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲー
トオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達し
たとき、Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相
の第３の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第４の自己
消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を
一斉オフさせる第１−３の保護処理モード（Ｂ３）、Ｉ
ａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第
２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子を
ゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消
弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード
（ＣＰ）を実行し、上記第２、第３の自己消弧素子がゲ
ートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオ
フパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したと
き、Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第
２の自己消弧素子をオフ、第１、第３、第４の自己消弧
素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉
オフさせる第１−２の保護処理モード（Ｂ２）、Ｉａｃ
＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、
第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲー
トフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素
子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（Ｃ
Ｎ）を実行し、上記第３、第４の自己消弧素子がゲート
オンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパ
ルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したと
き、Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第
４の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第３の自己消弧
素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉
オフさせる第１−４の保護処理モード（Ｂ４）、Ｉａｃ
＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、
第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲー
トフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素
子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（Ｃ
Ｎ）を実行し、上記第３、第４の自己消弧素子がゲート
オンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパ
ルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３、
第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２の自己消弧素子
をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
させる第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）、Ｉａｃ
＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、
第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子
を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（Ｃ
ＰＮ）を実行し、上記第１、第２の自己消弧素子がゲー
トオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフ
パルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したと
き、Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第
１の自己消弧素子をオフ、第２、第３、第４の自己消弧
素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉
オフさせる第１−１の保護処理モード（Ｂ１）、Ｉａｃ
＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、
第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲー
トフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素
子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（Ｃ
Ｐ）を実行し、上記第１、第２の自己消弧素子がゲート
オンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパ
ルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、
第２の自己消弧素子をオフ、第３、第４の自己消弧素子
をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
させる第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）、Ｉａｃ
≧＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、
第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子
を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（Ｃ
ＰＮ）を実行するものである。 β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−ｔｏｃ｛Ｅｄｐ／Ｌｐ＋Ｅｄ
ｎ／Ｌｎ＋（Ｅｄｐ＋Ｅｄｎ）／Ｌｐｎ｝／３
【００２３】また、請求項１８に係る保護制御装置は、
第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）で過電流検出相
の第１、第２の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第
２の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第１の自己
消弧素子をオフさせるタイミングより、自己消弧素子の
ターンオフ時間のばらつきを考慮して設定された所定の
時間Ｔｙ遅らせ、第１−３４の保護処理モード（Ｂ３
４）で過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフ
させる場合、上記第３の自己消弧素子をオフさせるタイ
ミングを第４の自己消弧素子をオフさせるタイミングよ
り、上記所定の時間Ｔｙ遅らせるようにしたものであ
る。
【００２４】また、請求項１９に係る保護制御装置は、
直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極
と負極との間の電圧Ｅｄｎとして、想定されるその最大
値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するように
したものである。
【００２５】また、請求項２０に係る保護制御装置は、
直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極
と負極との間の電圧Ｅｄｎを検出する直流電圧検出器を
備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄｐまたはＥｄｎの
いずれか大きい方を選択し、当該選択した検出電圧を採
用して選択基準値βを設定するようにしたものである。
【００２６】また、請求項２１に係る保護制御装置は、
自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記
自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備
え、各相４個の自己消弧素子の内１個がオン他の３個が
オフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相
の全自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消
弧素子を一斉オフさせるようにしたものである。
【００２７】また、請求項２２に係る保護制御装置は、
交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アーム
の接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備
え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のア
ームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直
流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負
極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第
６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極
側直流電流検出器を備えたものである。
【００２８】また、請求項２３に係る保護制御装置は、
交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アーム
の接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備
え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のア
ームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直
流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負
極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第
６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極
側直流電流検出器の内いずれか２台の直流電流検出器を
備え、いずれか他の１台の直流電流検出器に係る直流電
流は上記２台の直流電流検出器と上記交流電流検出器と
の出力から演算により求めるようにしたものである。
【００２９】また、請求項２４に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアーム
との接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側
負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側
直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６の
ダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直
流電流検出器を備え、交流側電流は上記各直流電流検出
器の出力から演算により求めるようにしたものである。
【００３０】また、請求項２５に係る保護制御装置は、
第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの
過電流設定値を設定し、正極側直流電流が上記第２レベ
ルの過電流設定値に達すると全第１、第２、第３の自己
消弧素子を一斉オンさせ、負極側直流電流が上記第２レ
ベルの過電流設定値に達すると全第２、第３、第４の自
己消弧素子を一斉オンさせるようにしたものである。
【００３１】また、請求項２６に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重
系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高
い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２
の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設
定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるように
したものである。
【００３２】また、請求項２７に係る保護制御装置は、
過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合
であって、当該他相の第１、第２の自己消弧素子がオ
ン、第３、第４の自己消弧素子がオフ動作中に上記第
２、第３、第４の自己消弧素子をオンさせるときは、先
ず、上記第１の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防
止期間Ｔｄ経過後、上記第３、第４の自己消弧素子をオ
ンさせ、当該他相の上記第３、第４の自己消弧素子がオ
ン、第１、第２の自己消弧素子がオフ動作中に上記第
１、第２、第３の自己消弧素子をオンさせるときは、先
ず、上記第４の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防
止期間Ｔｄ経過後、上記第１、第２の自己消弧素子をオ
ンさせるようにしたものである。
【００３３】また、請求項２８に係る保護制御装置は、
請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフ
させるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせると
き、当該各自己消弧素子と同アーム内のダイオードが通
電中のときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たず
に直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさ
せ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにした
ものである。
【００３４】また、請求項２９に係る保護制御装置は、
請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフ
させるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせると
き、交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成
立するときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たず
に直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさ
せ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにした
ものである。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【００３５】また、請求項３０に係る保護制御装置は、
過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合
であって、当該他相の第１、第２、第３、第４の自己消
弧素子の内、１個の自己消弧素子が短絡防止期間Ｔｄで
オン動作からオフ動作に移行中のときは、上記期間Ｔｄ
開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間
Ｔｄ´迄、上記各自己消弧素子をオフからオンにする信
号の供給を禁止する手段を備えたものである。
【００３６】また、請求項３１に係る保護制御装置は、
請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても同アーム内のダイオードまたは対の自己
消弧素子が通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン
信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたものであ
る。
【００３７】また、請求項３２に係る保護制御装置は、
請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間
に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信
号供給禁止手段の動作を解除するようにしたものであ
る。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【００３８】また、請求項３３に係る保護制御装置は、
各自己消弧素子に一斉オン信号が送出された場合であっ
て、第１、第２、第３、第４の自己消弧素子を同時にオ
ンさせるときは、上記第１の自己消弧素子をオンさせる
タイミングを第２の自己消弧素子をオンさせるタイミン
グより、自己消弧素子のターンオン時間のばらつきを考
慮して設定された所定の時間Ｔｘ遅らせ、上記第４の自
己消弧素子をオンさせるタイミングを第３の自己消弧素
子をオンさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｘ遅
らせるようにしたものである。
【００３９】また、請求項３４に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載された電力変換装
置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場
合、上記平滑コンデンサを第１の平滑コンデンサと、ス
イッチング手段を介して上記第１の平滑コンデンサと並
列に接続された第２の平滑コンデンサとで構成し、保護
制御装置で出力された自己消弧素子への一斉オン信号に
基づき上記スイッチング手段をオフすることにより、上
記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子へ
の放電を抑制するようにしたものである。
【００４０】また、請求項３５に係る保護制御装置は、
請求項１６ないし３３のいずれかに記載の３レベルの電
力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを
備えた場合、上記平滑コンデンサを、正極端子と中性極
端子とに接続された第１の正極側平滑コンデンサと正極
側スイッチング手段を介して上記第１の正極側平滑コン
デンサと並列に接続された第２の正極側平滑コンデン
サ、および中性極端子と負極端子とに接続された第１の
負極側平滑コンデンサと負極側スイッチング手段を介し
て上記第１の負極側平滑コンデンサと並列に接続された
第２の負極側平滑コンデンサで構成し、保護制御装置で
出力された第１、第２、第３の自己消弧素子または第
２、第３、第４の自己消弧素子への一斉オン信号に基づ
き上記正極側スイッチング手段または負極側スイッチン
グ手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから
上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するよう
にしたものである。
【００４１】また、請求項３６に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を
複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置のいずれかの保護制御装置で出力さ
れる自己消弧素子への一斉オン信号を他の電力変換装置
の自己消弧素子へも同時に送出するよう、上記一斉オン
信号を上記各電力変換装置で共通化するよう構成したも
のである。
【００４２】また、請求項３７に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を
複数台、各電力変換装置の直流端子間に接続された平滑
コンデンサを備え、上記各電力変換装置の直流側を共通
に接続してなるものにおいて、上記各電力変換装置毎に
設けられたスイッチング素子を介して各直流側を共通に
接続するとともに、いずれかの上記電力変換装置の保護
制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に
基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフする
ことにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサから当
該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放
電を阻止するようにしたものである。
【００４３】また、請求項３８に係る保護制御装置は、
各電力変換装置の直流側を共通に接続する共通接続点の
正負両極間に接続された共通平滑コンデンサを備えた場
合、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力
される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力
変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他
の電力変換装置の平滑コンデンサおよび上記共通平滑コ
ンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己
消弧素子への放電を阻止するようにしたものである。
【００４４】また、請求項３９に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置で
あって互いに同一容量の電力変換装置を複数台、各直流
側を共通に接続してなるものにおいて、上記各電力変換
装置で検出された交流側電流および直流側電流のそれぞ
れ最大値を選択する最大値選択回路、上記各電力変換装
置の自己消弧素子に共通のゲートパルスを供給するゲー
トパルス発生器、上記最大値選択回路から出力される交
流側電流信号、直流側電流信号および上記ゲートパルス
信号に基づき故障の予測判別を行う故障判別回路、およ
びこの故障判別回路の判別出力に基づき上記各電力変換
装置の自己消弧素子に対して共通の保護処理を行う保護
処理回路を備えたものである。
【００４５】また、請求項４０に係る保護制御装置は、
複数の各電力変換装置の交流側は、それぞれ互いに独立
した交流電源または交流負荷に接続されているものであ
る。
【００４６】また、請求項４１に係る保護制御装置は、
複数の各電力変換装置の交流側は、その各１次側を互い
に直列にして交流電源または交流負荷に接続される複数
の変圧器の各２次側に接続されているものである。
【００４７】また、請求項４２に係る保護制御装置は、
複数の各電力変換装置の交流側は、上記各電力変換装置
毎に設けられた交流リアクトルを介して共通の交流電源
または交流負荷に接続されているものである。
【００４８】
【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を図に基づいて説明する。図１（ａ）に示
す３相２レベル方式の電力変換装置において、８Ｒ、８
Ｓ、８Ｔ、８Ｕ、８Ｖ、８ＷはそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ
相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の正極Ｐ側の直流電流の瞬時値を
検出する直流電流検出器である。ここで、正確には、例
えばＲ相の正極Ｐ側の直流電流とは、自己消弧素子３Ａ
と還流ダイオード２Ａとで構成されるＲ相正極側アーム
に流れる直流電流のことである。９Ｒ、９Ｓ、９Ｔ、９
Ｕ、９Ｖ、９Ｗは上記各相の交流電流の瞬時値を検出す
る交流電流検出器である。また図１（ｂ）に示す直流短
絡保護回路において、１０はコンバータ６のゲートパル
ス発生器、１１はインバータ７のゲートパルス発生器、
１２Ｒ、１２Ｓ、１２Ｔ、１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗは上
記各相の保護制御装置としての直流短絡保護回路、１３
Ｒ、１４Ｒ、１５Ｒはそれぞれ上記Ｒ相の直流短絡保護
回路１２Ｒを構成するそれぞれ電流レベル判別回路、故
障判別回路、保護処理回路である。
【００４９】次に上記直流短絡保護回路１２の代表１相
分の詳細を示す図２において、説明の都合上、正極Ｐ側
に接続された正極側の第１の自己消弧素子をＧＣ１（上
記Ｒ相の３Ａに相当）、負極Ｎ側に接続された負極側の
第２の自己消弧素子をＧＣ２（上記Ｒ相の３Ｄに相
当）、正極Ｐ側に接続された正極側の第１の還流ダイオ
ードをＤＦ１（上記Ｒ相の２Ａに相当）、負極Ｎ側に接
続された負極側の第２の還流ダイオードをＤＦ２（上記
Ｒ相の２Ｄに相当）に統一している。またＰ側の直流電
流Ｉｐ、Ｎ側の直流電流Ｉｎ、交流電流Ｉａｃの極性は
図示の方向を正と定義する。
【００５０】電流レベル判別回路１３において、直流電
流検出器８からＰ側直流電流の検出信号Ｉｐと交流電流
検出器９からＡＣ側交流電流信号Ｉａｃが入力される。
１３３Ａおよび１３３Ｂはこの交流電流信号Ｉａｃのレ
ベルを判別する比較器であって、それぞれ選択基準値β
（この選択基準値βについては後述する）と比較して、
交流電流信号Ｉａｃがこの選択基準値−βおよび＋βよ
りも大きい場合にはそれぞれ比較器１３３Ａおよび１３
３ＢからＨレベルの信号−βＨおよび＋βＨを出力す
る。１３４Ａおよび１３４ＢはＮＯＴ回路であって、上
記比較器１３３Ａおよび１３３Ｂの出力信号−βＨおよ
び＋βＨ の符号反転した信号−βＬおよび＋βＬを出
力する。１３１は極性反転器であって、上記交流電流信
号Ｉａｃの極性を反転する。１３２は加算器であって、
この極性反転器１３１の出力信号と上記Ｐ側直流電流信
号Ｉｐを加算する。１３３Ｃは比較器であって、上記Ｐ
側直流電流信号Ｉｐを第１レベルの過電流設定値＋ＯＣ
１（この第１レベルの過電流設定値ＯＣ１については後
述する）と比較してこの設定値＋ＯＣ１よりも大きい場
合にはＨレベルの信号ＩＰＯＣ１を出力する。１３３Ｄ
は比較器であって、上記加算器１３２の出力を第１レベ
ルの過電流設定値＋ＯＣ１と比較してこの設定値＋ＯＣ
１よりも大きい場合にはＨレベルの信号ＩＮＯＣ１を出
力する。
【００５１】故障判別回路１４において、１４１Ａ〜Ｆ
はそれぞれ上記電流レベル判別回路１３からの出力信号
−βＨ、＋βＨ、−βＬ、＋βＬ、ＩＰＯＣ１、ＩＮＯ
Ｃ１の保持回路であって、後述の故障信号ＦＯ（Ｌレベ
ル）の発生によりＡＮＤ回路１４７の出力がＬレベルに
なると保持動作を行う。１４２Ａおよび１４２Ｂは２入
力のＡＮＤ回路であって、それぞれこの保持回路１４１
Ｅの出力と後述のゲートパルス信号ＧＰ２Ａおよびこの
保持回路１４１Ｆの出力と後述のケ−トパルス信号ＧＰ
１ＡのＡＮＤ動作を行う。１４３Ａおよび１４３Ｂは２
入力のＮＡＮＤ回路であって、それぞれこのＡＮＤ回路
１４２Ａの出力と上記保持回路１４１Ａおよび１４１Ｂ
のＮＡＮＤ動作を行う。１４３Ｃおよび１４３Ｄは２入
力のＮＡＮＤ回路であって、それぞれ、上記ＡＮＤ回路
１４２Ｂの出力と上記保持回路１４１Ｃおよび１４１Ｄ
のＮＡＮＤ動作を行う。１４４は２入力のＡＮＤ回路で
あって、この ＮＡＮＤ回路１４３Ｄの出力と上記ＮＡ
ＮＤ回路１４３Ａの出力のＡＮＤ動作を行い、Ｌレベル
の一斉点弧信号ＣＯを出力して他相の直流短絡保護回路
へ与えるとともに逆に他相からの一斉点弧信号ＣＯも同
じ信号線に共通に接続されて、いわゆるワイヤ−ドＯＲ
機能を有する。１４５は６入力のＡＮＤ回路であって、
上記ＮＡＮＤ回路１４３Ａ〜Ｄの出力と後述の自己消弧
素子ＧＣ１およびＧＣ２のゲート駆動回路ＧＤ１および
ＧＤ２からの素子故障信号ＧＤ１Ｆ０、ＧＤ２Ｆ０のＡ
ＮＤ動作を行い、故障信号ＦＯ（Ｌレベル）を発生す
る。
【００５２】保護処理回路１５において、１５１Ａおよ
び１５１Ｂはそれぞれ当該相のゲートパルス発生器１０
（１１）からのゲートパルス信号ＧＰ１およびＧＰ２の
保持回路であって、上記故障信号ＦＯの発生によりＡＮ
Ｄ回路１４７の出力がＬレベルになると保持動作を行
う。そして、この出力は上記ＡＮＤ回路１４２Ａおよび
１４２Ｂへ与えられる。１５２Ａおよび１５２Ｂは２入
力のＡＮＤ回路であって、それぞれこの保持回路１５１
Ａおよび１５１Ｂの出力とＮＡＮＤ回路１４３Ｃおよび
１４３Ｂの出力のＡＮＤ動作を行い、信号ＧＰ１Ｂおよ
びＧＰ２Ｂを出力する。１５３Ａおよび１５３Ｂはパル
ス発生器であって、それぞれこのＡＮＤ回路１５２Ａお
よび１５２Ｂの出力信号ＧＰ１ＢおよびＧＰ２Ｂの立ち
下がりのタイミングでＬレベルの所定幅のパルスを発生
する。１５４はＮＯＴ回路であって、上記ＡＮＤ回路１
４４の出力信号ＣＯを符号反転する。１５５はフリップ
フロップ回路であって、このＮＯＴ回路１５４の出力が
ＨレベルになるとＨレベルの信号を出力し続ける。１５
６Ａおよび１５６Ｂは２入力のＡＮＤ回路であって、そ
れぞれこのフリップフロップ回路１５５の出力と上記パ
ルス発生器１５３Ａおよび１５３Ｂの出力とのＡＮＤ動
作を行う。１５７Ａおよび１５７ＢはＯＲ回路であっ
て、それぞれこのＡＮＤ回路１５６Ａおよび１５６Ｂと
上記ＡＮＤ回路１５２Ａおよび１５２Ｂの信号ＧＰ１Ｂ
およびＧＰ２ＢとのＯＲ動作を行う。
【００５３】ＧＤ１およびＧＤ２はゲート駆動回路であ
って、それぞれこのＯＲ回路１５７Ａおよび１５７Ｂの
出力信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃに基づき、自己消弧素
子ＧＣ１およびＧＣ２のゲートを制御する。
【００５４】次に動作について説明する。まず、正常時
の各部の動作について説明する。図２の故障判別回路１
４において、正常時は、ＡＮＤ回路１４５および１４４
の各入力信号はいずれもＨレベルであるので、故障信号
ＦＯおよび一斉点弧信号ＣＯは共にＨレベルであり、各
保持Ａ回路は保持動作をしない。更に、ＮＯＴ回路１５
４の出力はＬレベルであるからフリップフロップ回路１
５５の出力はＬレベルに保持されている。このような状
態に、ＧＰ１がＨレベルになると、ＡＮＤ回路１５２Ａ
とそれに続くＯＲ回路１５７Ａの出力は共にＨレベルに
なり、ゲート駆動回路ＧＤ１を介して自己消弧素子ＧＣ
１にゲートオンパルスを供給する。また、ＧＰ２がＨレ
ベルになると、ＡＮＤ回路１５２Ｂとそれに続くＯＲ回
路１５７Ｂの出力は共にＨレベルになり、ゲート駆動回
路ＧＤ２を介して自己消弧素子ＧＣ２にゲートオンパル
スを供給する。
【００５５】次に、故障時の動作について説明するが、
己消弧素子ＧＣ１、ＧＣ２および還流ダイオードＤＦ１
およびＤＦ２の故障モードを分析した結果と短絡保護動
作を整理したものを表の形で図３に示し、図３の各故障
ケース１〜６が発生し得るタイミングを図４のタイミン
グチャートに示す。
【００５６】図３において、ケース１はＧＣ１およびＧ
Ｃ２がともにオフゲートパルスが与えられている短絡防
止期間Ｔｄ（いわゆる上下アームの短絡を防止するため
に同時にオフさせる期間Ｔｄを設けることが一般的であ
り、自己消弧素子の種類により数μ〜数十μ秒に設定さ
れる。）にＧＣ１の故障が検出された場合である。ＧＣ
１がオン動作からオフ動作へ移行時に遮断失敗を生じた
場合やオフ動作する前のオン期間中に高ｄｉ／ｄｔによ
るターンオン破壊を生じた場合には、ＧＣ１のゲートと
カソ−ド間が短絡するためにオフゲート電圧をゲート駆
動回路ＧＤ１からＧＣ１に供給した時点で負極性のオフ
ゲート電流が過大になる。正常なオフ動作であればＧＣ
１のゲートに蓄積された電荷を引き出した後はオフゲー
ト電流は零に減衰してゲート駆動回路ＧＤ１のオフゲー
ト電圧（約−２０Ｖ）が印加されるが、 ＧＣ１がオン
動作からオフ動作時に遮断失敗を生じた場合やオフする
前のオン期間中に高ｄｉ／ｄｔによるターンオン破壊を
生じた場合には、ＧＣ１のゲートとカソ−ド間が短絡す
るためにオフゲート電圧をゲート駆動回路ＧＤ１からＧ
Ｃ１に供給した時点で負極性のオフゲート電流が過大に
なることはよく知られている。
【００５７】なお、オンゲート電圧が与えられている期
間にＧＣ１がターンオン破壊を生じてもゲート駆動回路
ＧＤ１内では一般にオンゲート電流を制限する機能が内
臓されているために正極性のオンゲート電流は過大にな
らない。このためにゲート駆動回路ＧＤ１ではオフゲー
ト電流の過電流レベルあるいはオフゲート電圧のレベル
の低下を監視してＧＣ１の故障を検出するようにしてお
り、この故障信号ＧＤ１ＦＯ（Ｌレベル）はＧＤ１から
上記故障判別回路１４内のＡＮＤ回路１４５に与えられ
る。
【００５８】即ち、このケース１の短絡保護動作は、自
己消弧素子ＧＣ１の遮断失敗をＴｄ期間中に見つけて保
護処理して直流短絡を未然に防止するもので、ＧＣ１お
よびＧＣ２ともに現状のゲート状態を強制的に継続すべ
くゲートフリーズ（ＧＦ）動作を行い、他相の自己消弧
素子に対してはゲートオフ動作を行う（保護処理モード
Ａと表示）。このゲートフリーズは上記故障判別回路１
４内のＡＮＤ回路１４５の出力信号ＦＯの発生（Ｌレベ
ル）によりＡＮＤ回路１４７を介して、上記保護処理回
路１５内の保持Ａ回路１５１Ａ、１５１Ｂが上記ゲート
パルス発生器１０からのゲートパルス信号ＧＰ１および
ＧＰ２を保持した信号ＧＰ１ＡおよびＧＰ１Ｂを出力す
ることにより行う。また他相の自己消弧素子に対するゲ
ートオフは上記ＡＮＤ回路１４５の出力信号ＦＯが与え
られる上記ゲートパルス発生器１０（１１）から全相に
対してオフのゲートパルス信号を一斉に発生して実行さ
れる。このようにＴｄ期間中に素子故障を検出し、かつ
当該相のゲートパルスをゲートフリーズ動作することに
より、直流短絡への波及を未然に防止する。
【００５９】次にケース４は、Ｔｄ期間中にＧＣ２が故
障検出された場合であり、ＧＣ２の故障がゲート駆動回
路ＧＤ２で検出されて、この故障信号ＧＤ２ＦＯ（Ｌレ
ベル）はＧＤ２から上記故障判別回路１４内のＡＮＤ回
路１４５に与えられ、ケース１と同様の保護処理モード
Ａの保護動作を行う。即ち、このケース４の短絡保護動
作は、自己消弧素子ＧＣ２の遮断失敗をＴｄ期間中に見
つけて保護処理して直流短絡を未然に防止するものであ
る。
【００６０】次にケース２および３は、ＧＣ２のみオン
のゲートパルス信号が与えられている場合に、対のアー
ムのＧＣ１あるいはＤＦ１が故障を発生して直流短絡を
生じる場合であり、交流側電流Ｉａｃのレベルに応じて
適切な保護動作が選択される。ＧＣ２のみにオンのゲー
トパルス信号が与えられて正常状態の場合に、交流側電
流Ｉａｃの極性が負のときには交流側電流ＩａｃはＧＣ
２を通って上記平滑コンデンサ５の負極Ｎ側に流れ、逆
に交流側電流Ｉａｃの極性が正のときには交流側電流Ｉ
ａｃは上記平滑コンデンサ５の負極Ｎ側からＤＦ２を通
って流れる。このとき、図示の極性の定義に従えば、Ｐ
側の直流電流Ｉｐ＝０、Ｎ側の直流電流Ｉｎ＝−Ｉａｃ
である。 ＧＣ１あるいはＤＦ１が故障を発生して直流
短絡を生じた場合には直流短絡電流Ｉｓは上記平滑コン
デンサ５のＰ側から故障したＧＣ１あるいはＤＦ１とＧ
Ｃ２あるいはＤＦ２（Ｉａｃ＞０で、Ｉａｃ＞Ｉｓの期
間）を通って上記平滑コンデンサ５のＮ側へ流れ、Ｉｓ
＝Ｅｄ×ｔ／Ｌで上昇する。
【００６１】ここでＥｄは上記平滑コンデンサ５の直流
電圧、ｔは短絡発生後からの経過時間、Ｌは故障経路の
インダクタンスで、アノードリアクトル４のインダクタ
ンスＬａと直流短絡経路のブスバーのインダクタンスＬ
ｂを加算したインダクタンスである。短絡発生後の短期
間を考慮してこの期間では交流側電流Ｉａｃを一定と仮
定すれば、Ｉｐ＝Ｉｓ、Ｉｎ＝−Ｉａｃ＋Ｉｓとなる。
このケースでは短絡発生後Ｐ側直流電流Ｉｐが第１の過
電流設定値ＯＣ１に達すると保護動作に入る。このＯＣ
１のレベルは正常運転での転流時におけるＤＦ２の逆回
復電流のピ−ク値ＩＲＭよりも大きい値に設定され、誤
動作を防止する。
【００６２】ここで上記転流動作の具体例としてＤＦ１
からＧＣ２への転流を図５を参照して説明する。Ｔｄ期
間中にＧＣ１、ＧＣ２ともにオフ状態のときにＩａｃの
極性が負であればＤＦ１を通ってＰ側へＩａｃが流れて
おり、Ｔｄ後にＧＣ２をオンするとＰ側からＤＦ１、Ｇ
Ｃ２を通ってＮ側へ転流電流Ｉｃ（部分的には直流短絡
電流Ｉｓと同じ）が流れる。ＩｃがＩｃ＞−Ｉａｃ＞０
に上昇してＤＦ１の逆回復電流のピ−ク値ＩＲＭに達す
る（このときＩｃ＝−Ｉａｃ＋ＩＲＭ）と、ＤＦ１は完
全にオフすると同時にＩｃも−Ｉａｃレベルまで急減衰
して、以後ＧＣ２を通ってＮ側へ交流側電流Ｉａｃは流
れる。この逆回復電流のピ−クが生じる時点ではＩｐ＝
ＩＲＭ、Ｉｎ＝−Ｉａｃ＋ＩＲＭであり、ＩｎはＧＣ２
の遮断限界である可制御電流値ＩＴＱＲＭまで達して直
流短絡と誤判断する場合があるために、ＧＣ２がオンの
場合には正常状態ではＩＲＭが最大となるＩｐ側で短絡
発生を早期に検出している。なお、上記逆回復電流のピ
ーク値ＩＲＭは、転流値のｄｉ／ｄｔに依存するが、例
えば、定格電流３０００Ａの素子の場合、ＩＲＭ＝１０
００〜１５００Ａ程度である。また、可制御電流値ＩＴ
ＱＲＭは、上掲素子の場合、６０００Ａ程度である。
【００６３】また、比較器１３３Ａで判別するしきい値
−βは一斉点弧かゲートオフかの保護処理内容の選択を
行う選択基準値であり、この基準値−βの設定根拠を図
６に基づいて説明する。図は直流短絡発生時点を基準に
したＩｐ、Ｉｎの時間変化を示しており、Ｉａｃが基準
値−βの場合に時刻ｔ2でＩｎが次式のように可制御電
流値ＩＴＱＲＭ に到達する。 Ｉｎ＝Ｉｐ＋β＝ＩＴＱＲＭ （１） Ｉｐ＝ＯＣ１＋Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （２） ここでｔｏｃは、Ｉｐの第１レベルの過電流設定値ＯＣ
１に到達する時刻t1から、この過電流を検出してＧＣ２
をオフ動作させるまでの時間である。この時間ｔｏｃと
しては、電流検出に要する時間に素子のターンオフ動作
に必要な時間を加えて、例えば、５μｓ程度に設定す
る。上記（１）および（２）式からβは次式で得られ
る。 β＝ＩＴＱＲＭ − ＯＣ１− Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （３）
【００６４】すなわちＩｎの直流短絡発生直前値のＩａ
ｃが−βのときにＧＣ２は遮断限界であり、ケース２の
ようにＩａｃが−βより小さいときには時刻ｔ2では可
制御電流値ＩＴＱＲＭを超えることが予測できるために
当該相はゲートフリーズして他相を一斉点弧する（保護
処理モードＣ）。逆にケース３のように、Ｉａｃが−β
より大きいときには、時刻ｔ2では可制御電流値ＩＴＱ
ＲＭを超えないことが予測できるために当該相のＧＣ１
をゲートフリーズするとともにＧＣ２をゲートオフし、
他相をゲートオフする（保護処理モードＢ２）。
【００６５】このように時刻ｔ1の時点で早期に短絡電
流を検出するとともに交流側電流Ｉａｃが−βより大き
いか小さいかを判別して保護方法を選択するようにして
おり、図２の直流短絡保護回路でこのケース２、３の保
護動作を実行している。Ｉｐが電流レベル判別回路１３
内の比較器１３３ＣでＯＣ１に達したと判別されるとそ
の出力信号ＩＰＯＣ１はＨレベルになる。一方Ｉａｃは
比較器１３３Ａで−β以上（ケース３）と判別されると
その出力信号−βＨがＨレベルになり、逆に−β未満
（ケース２）と判別されるとＮＯＴ回路１３４Ａの出力
信号−βＬがＨレベルになる。ケース２，３ではＧＣ２
がオン動作中であるから上記ゲートパルス発生器１０の
ゲートパルス信号ＧＰ２のみがＨレベルであり、それに
続く保護処理回路１５内の保持Ａ回路１５１Ｂの出力信
号ＧＰ２ＡもＨレベルである。従って故障判別回路１４
内のＡＮＤ回路１４２Ａの出力はＨレベルになり、ケー
ス２では保持Ａ回路１４１Ａの出力がＨレベルであるか
らそれに続くＮＡＮＤ回路１４３Ａの出力がＬレベルに
なる。
【００６６】その結果、ＡＮＤ回路１４５からＬレベル
のＦＯ信号を出力して各保持Ａ回路を保持動作させると
ともにＡＮＤ回路１４４からＬレベルの一斉点弧信号Ｃ
Ｏを出力する。この一斉点弧信号ＣＯは他相の直流短絡
保護回路へ与えられるとともに、当該相の保護処理回路
１５に与えられる。一斉点弧信号ＣＯがＬレベルになる
とＮＯＴ回路１５４の出力がＨレベルになり、フリップ
フロップ回路１５５の出力はＨレベルになる。このフリ
ップフロップ回路１５５の出力は、図示しないリセット
手段によってリセットされるまでＨレベルを継続し、そ
れに続くＡＮＤ回路１５６Ａおよび１５６Ｂを経由して
ＯＲ回路１５７Ａおよび１５７Ｂからオン（Ｈレベル）
のゲートパルス信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃをゲート駆
動回路ＧＤ１およびＧＤ２へ与える。
【００６７】一方、ケース３では保持Ａ回路１４１Ｂの
出力がＨレベルであるからそれに続くＮＡＮＤ回路１４
３Ｂの出力がＬレベルになる。その結果、ＡＮＤ回路１
４５からＬレベルのＦＯ信号を出力して各保持Ａ回路を
保持動作させるとともに保護処理回路１５内のＡＮＤ回
路１５２Ｂの出力をＬレベルに反転させてＯＲ回路１５
７Ｂからオフ（Ｌレベル）のゲートパルス信号ＧＰ２Ｃ
をゲート駆動回路ＧＤ２へ与える。
【００６８】次にケース５および６はＧＣ１にのみオン
のゲートパルス信号が与えられている場合に、対のアー
ムのＧＣ２あるいはＤＦ２が故障を発生して直流短絡を
生じる場合であり、交流側電流Ｉａｃのレベルに応じて
上記ケース２および３と同様に適切な保護動作が選択さ
れる。 ＧＣ１のみにオンのゲートパルス信号が与えら
れて正常状態の場合に、交流側電流Ｉａｃの極性が負の
ときには交流側電流ＩａｃはＤＦ１を通って上記平滑コ
ンデンサ５の正極Ｐ側に流れ、逆に交流電流Ｉａｃの極
性が正のときには交流側電流Ｉａｃは上記平滑コンデン
サ５の正極Ｐ側からＧＣ１を通って流れる。このとき、
図示の極性の定義に従えば、Ｐ側の直流電流Ｉｐ＝ Ｉ
ａｃ、Ｎ側の直流電流Ｉｎ＝０である。 ＧＣ２あるい
はＤＦ２が故障を発生して直流短絡を生じた場合の過電
流検出方法は、ケース２および３の場合に正常時の直流
電流が少ないＰ側の直流電流Ｉｐで過電流検出を行った
のと対称的に、正常時の直流電流が少ないＮ側の直流電
流Ｉｎで行う。
【００６９】また、比較器１３３Ｂで判別するしきい値
βは一斉点弧かゲートオフかの選択基準値であり、この
基準値βの設定根拠を図６を参考にして説明する。ケー
ス２および３の場合にはＩｎ＞Ｉｐであったのに対し
て、ケース５および６の場合には（Ｉｐ）、（Ｉｎ）で
図示しているようにＩｐ＞Ｉｎになる。Ｉａｃが基準値
βの場合に時刻ｔ2でＩｐが次式のように可制御電流値
ＩＴＱＲＭ に到達する。 Ｉｐ＝Ｉｎ＋β＝ＩＴＱＲＭ （４） Ｉｎ＝ＯＣ１＋Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （５） ここでｔｏｃはＩｎの第１レベルの過電流設定値ＯＣ１
に到達する時刻t1から、この過電流を検出してＧＣ１を
オフ動作させるまでの時間である。上記（４）および
（５）式からβは次式で得られる。 β＝ＩＴＱＲＭ −ＯＣ１− Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （６）
【００７０】すなわち、Ｉｐの直流短絡発生直前値のＩ
ａｃがβのときにＧＣ１は遮断限界であり、ケース６の
ようにＩａｃが＋βより大きいときには時刻ｔ2では可
制御電流値ＩＴＱＲＭを超えることが予測できるために
当該相はゲートフリーズして他相を一斉点弧する（保護
処理モードＣ）。逆にケース５のようにＩａｃが＋βよ
り小さいときには、時刻ｔ2では可制御電流値ＩＴＱＲ
Ｍを超えないことが予測できるために当該相のＧＣ２を
ゲートフリーズするとともにＧＣ１をゲートオフし、他
相をゲートオフする（保護処理モードＢ１）。
【００７１】図２において、このケース５、６の保護動
作を説明する。Ｉｎは図示の電流極性の定義に基づけ
ば、Ｉｎ＝Ｉｐ−Ｉａｃであり、電流レベル判別回路１
３内のＩａｃの極性を反転する極性反転器１３１と加算
器１３２とでＩｎを演算している。Ｉｎが比較器１３３
ＤでＯＣ１に達したと判別されるとその出力信号ＩＮＯ
Ｃ１はＨレベルになる。一方Ｉａｃは比較器１３３Ｂで
＋β以上（ケース６）と判別されるとその出力信号＋β
ＨがＨレベルになり、逆にβ未満（ケース５）と判別さ
れるとＮＯＴ回路１３４Ｂの出力信号＋βＬがＨレベル
になる。ケース５，６ではＧＣ１がオン動作中であるか
ら上記ゲートパルス発生器１０のゲートパルス信号ＧＰ
１のみがＨレベルであり、それに続く保護処理回路１５
内の保持Ａ回路１５１Ａの出力信号ＧＰ１ＡもＨレベル
である。従って故障判別回路１４内のＡＮＤ回路１４２
Ｂの出力はＨレベルになり、ケース６では保持Ａ回路１
４１Ｄの出力がＨレベルであるからそれに続くＮＡＮＤ
回路１４３Ｄの出力がＬレベルになる。その結果、ＡＮ
Ｄ回路１４５からＬレベルのＦＯ信号を出力して各保持
Ａ回路を保持動作させるとともにＡＮＤ回路１４４から
Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＯを出力する。
【００７２】この一斉点弧信号ＣＯは他相の直流短絡保
護回路へ与えられるとともに、当該相の保護処理回路１
５に与えられてケース２と同様にＯＲ回路１５７Ａおよ
び１５７Ｂからオン（Ｈレベル）のゲートパルス信号Ｇ
Ｐ１ＣおよびＧＰ２Ｃをゲート駆動回路ＧＤ１およびＧ
Ｄ２へ与える。一方、ケース５では保持Ａ回路１４１Ｃ
の出力がＨレベルであるからそれに続くＮＡＮＤ回路１
４３Ｃの出力がＬレベルになる。その結果、ＡＮＤ回路
１４５からＬレベルのＦＯ信号を出力して各保持Ａ回路
を保持動作させるとともに保護処理回路１５内のＡＮＤ
回路１５２Ａの出力をＬレベルに反転させてＯＲ回路１
５７Ａからオフ（Ｌレベル）のゲートパルス信号ＧＰ１
Ｃをゲート駆動回路ＧＤ１へ与える。
【００７３】次に直流短絡を発生した過電流検出相から
他相に一斉点弧信号ＣＯ （Ｌレベル）が与えられた場
合の動作を図２に基づいて説明する。まず、過電流検出
相から一斉点弧信号ＣＯが与えられると故障判別回路１
４のＡＮＤ回路１４７を介して各保持Ａ回路で電流判別
信号やゲートパルス信号が保持される。このとき、例え
ばＧＣ１のゲートパルス信号がオンからオフに切り替わ
った直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＯが与えられた
ときにはＧＣ１のゲートパルス信号を直ちにオンに切り
替えると、オフ動作中に強制的にオンさせることにな
り、反ってＧＣ１を破壊する恐れがある。この破壊を防
止するためにＧＣ１のオフ動作（図示していないが、Ｇ
Ｃ１に並列接続されたスナバコンデンサがＧＣ１のター
ンオフ時に過充電され、その過充電分の電荷が放電して
このスナバコンデンサの電圧が直流電圧レベルに落ち着
くまでの動作を含む）が完了する時間 Ｔｄ´（このＴ
ｄ´はスナバの回路方式とその定数により決まり、一般
にＴｄと同程度である。）を経過した後にオンするよう
にしている。
【００７４】すなわち、ＧＣ１のゲートパルス信号ＧＰ
１がオンからオフに切り替わると保護処理回路１５内の
パルス発生器１５３Ａはこの期間（Ｔｄ´）にＬレベル
の出力を発生し、一斉点弧信号ＣＯによってフリップフ
ロップ回路１５５の出力がＨレベルに保持されていても
ＡＮＤ回路１５６Ａの出力はＬレベルのままであり、Ｇ
Ｃ１のオン動作を禁止する。 Ｔｄ´期間を経過した後
にパルス発生器１５３Ａの出力はＨレベルに戻って、
ＯＲ回路１５７Ａの出力からオン（Ｈレベル）のゲート
パルス信号ＧＰ１Ｃをゲート駆動回路ＧＤ１へ与える。
【００７５】なお、この実施の形態１では、自己消弧素
子へのゲートパルス信号の状態、各相の直流電流のレベ
ル、交流側電流のレベルおよび自己消弧素子自身の故障
信号からなる直流短絡の発生の予測手段もしくは直流短
絡電流の立ち上がり初期時点における早期直流短絡検出
手段により故障素子を特定し、適切な保護手段を選択し
て健全素子を保護するようにしたので、一斉点弧のケー
スを制限できて信頼性の高い装置を得ることができる。
【００７６】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、Ｎ側の直流電流ＩｎをＰ側の直流電流検出値Ｉｐと
交流電流検出値Ｉａｃから演算して求めたものを示した
が、図７に示すようにＮ側の直流電流検出値Ｉｎと交流
側電流検出値Ｉａｃから演算してＰ側の直流電流Ｉｐを
求めるように構成したものであってもよい。図において
１６はＮ側の直流電流検出器、１３Ａは電流レベル判別
回路であって、このＮ側の直流電流検出器１６の出力Ｉ
ｎと交流側電流検出信号Ｉａｃが入力され、Ｐ側の直流
電流Ｉｐを加算器１３５で求めている。すなわち電流の
極性を図示の方向を正と定義すればＩｐ＝Ｉａｃ＋Ｉｎ
であるから、この加算器１３５はＩａｃとＩｎの加算演
算を行い、Ｉｐを求めている。以上のような構成によ
り、上記実施の形態１と同様な効果を奏するものが得ら
れる。
【００７７】実施の形態３．また、上記実施の形態１お
よび２では交流側電流検出値Ｉａｃと片側の直流電流検
出値ＩｐあるいはＩｎからもう片側の直流電流Ｉｎある
いはＩｐを演算により求めたものを示したが、図８に示
すように両側の直流電流検出値Ｉｐ、Ｉｎから交流側電
流Ｉａｃを求めるように構成したものであってもよい。
図において１３Ｂは電流レベル判別回路であって、 Ｐ
側の直流電流検出器８の出力ＩｐとＮ側の直流電流検出
器１６の出力Ｉｎが入力され交流側電流Ｉａｃを加算器
１３７で求めている。すなわち電流の極性を図示の方向
を正と定義すればＩａｃ＝Ｉｐ−Ｉｎであるから、この
加算器１３７はＩｎの極性を反転する極性反転器１３６
の出力とＩｐの加算演算を行い、Ｉａｃを求めている。
以上のような構成により、上記実施の形態１と同様な効
果を奏するものが得られる。なお、上記実施の形態１、
２および３では、装置のコスト低減のために交流電流検
出器９、Ｐ側直流電流検出器８、Ｎ側直流電流検出器１
６の内、ひとつの電流検出器を省略して構成したものを
示したが、当然ながら、すべての電流検出器を設けて構
成したものであってもよい。
【００７８】実施の形態４．なお、上記実施の形態１で
は、自己消弧素子へのゲートパルス信号の状態、各相の
直流電流のレベル、交流側電流のレベルおよび自己消弧
素子自身の故障信号からなる直流短絡の発生の予測手段
もしくは直流短絡電流の立ち上がり初期時点における早
期直流短絡検出手段により故障素子を特定し、適切な保
護手段を選択して健全素子を保護するように構成したも
のを示したが、さらに一斉点弧保護手段を付加して素子
保護の信頼性を向上させたものについて説明する。図２
の主回路構成と同じ構成を示す図９において、１７は電
圧検出器であって、アノードリアクトル４の印加電圧か
らＩｐの第３レベルの過電流（ＯＣ３）を検出する。こ
の電圧検出器１７は例えば特公平３−６７４０号公報の
第３図に示されているようなものであって、アノードリ
アクトル４の印加電圧Ｖａの時間積から短絡電流値を予
測しており、この時間積値が所定値に達すると双方向ス
イッチング素子を導通させてこの電圧検出器から過電流
信号を出力している。この出力の絶縁手段としては図示
されているような変圧器による方法以外に光伝送方法で
あってもよく、この場合にはＬレベルの過電流信号ＯＣ
３が発生する。ここで、アノードリアクトル４の印加電
圧Ｖａは、Ｖａ＝ Ｅｄ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）であ
る。
【００７９】１３Ｃは電流レベル判別回路であって、図
２の電流レベル判別回路１３に対してＰ側およびＮ側の
直流電流ＩｐおよびＩｎの第２レベルの過電流ＯＣ２を
それぞれ比較器１３３Ｅおよび１３３Ｆで検出してそれ
ぞれＮＯＴ回路１３４ＣおよびＮＯＴ回路１３４Ｄの出
力からＬレベルの信号を発生する。１４Ａは故障判別回
路であって、図２の故障判別回路１４に示すＡＮＤ回路
１４４および１４５をそれぞれ、５入力のＡＮＤ回路１
４４Ａおよび９入力のＡＮＤ回路１４５Ａに変更してい
る。このＡＮＤ回路１４４Ａおよび１４５Ａの入力には
上記電圧検出器１７からの第３レベルの過電流信号ＯＣ
３と電流レベル判別回路１３Ｃからの第２レベルの過電
流信号（ＩＰＯＣ２およびＩＮＯＣ２）が共通に追加さ
れている。
【００８０】この動作を図１０に基づいて説明する。図
は、図３のケース５（ＧＣ１にオンゲート信号が与えら
れている状態でＧＣ２あるいはＤＦ２が短絡故障を発
生）に相当するものについて直流短絡発生時点を基準に
したＩｐ、Ｉｎの時間変化を示している。Ｉａｃの瞬時
値が基準値＋β以下でそれに近い場合に、時刻ｔ1でＩ
ｎの第１の過電流レベルＯＣ１が検出されると保護処理
モードＢＰが選択され、時刻ｔ2でＩｐが（４）、
（５）式のように可制御電流値ＩＴＱＲＭに近いレベル
に到達したところでＧＣ１が遮断される。正常にＧＣ１
が遮断されると、Ｉｐ、Ｉｎは図示の実線波形で示され
るように急減衰するが、仮にＧＣ１の遮断動作中にゲー
ト駆動回路ＧＤ１等の部品が同時に故障を発生した場合
にはＧＣ１は遮断失敗を生じて図示の一点鎖線のように
Ｉｐ、Ｉｎは上昇し続ける。ＩｐあるいはＩｎが時刻ｔ
3で第２レベルの過電流設定値ＩＰＯＣ２およびＩＮＯ
Ｃ２に達すると一斉点弧動作を行う。ここでこの第２レ
ベルの過電流設定値ＩＰＯＣ２およびＩＮＯＣ２は自己
消弧素子の可制御電流値ＩＴＱＲＭ以上のレベルに設定
してゲートオフによる正常な保護動作時に誤作動させな
いように配慮している。
【００８１】この場合の一斉点弧動作は、図９において
電流レベル判別回路１３Ｃ内の比較器１３３Ｅの出力を
符号反転するＮＯＴ回路１３４Ｃの出力信号ＩＰＯＣ２
がＬレベルになることにより、故障判別回路１４Ａ内の
ＡＮＤ回路１４４ＡがＬレベルの一斉点弧信号ＣＯを出
力して実行される。さらに直流電流検出器８の故障が重
なった場合には上記第２レベルの過電流ＯＣ２の検出が
不可能になり、一斉点弧動作が行えない。その場合に
は、Ｉｐが上記電圧検出器１７の検出レベルである第３
レベルの過電流設定値ＯＣ３に達すると一斉点弧動作を
行う。この場合の一斉点弧動作は、電圧検出器１７の出
力信号ＯＣ３がＬレベルになることにより、故障判別回
路１４Ａ内のＡＮＤ回路１４４ＡがＬレベルの一斉点弧
信号ＣＯを出力して実行される。なお、図９ではアノー
ドリアクトル４と電圧検出器１７をＰ側に設けたものを
示したが、Ｎ側に設けたものであってもよく、またＰ側
とＮ側の両側に設けたものであってもよい。以上のよう
に電力変換装置と直流短絡保護回路を構成することによ
り、素子やブスバーの保護に対して信頼性の高いものが
得られる。
【００８２】実施の形態５．なお、上記実施の形態１で
は、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）を上記
（３）および（６）式から得たものを示したが、平滑コ
ンデンサ５の直流電圧Ｅｄが定格（最大）値で変動しな
いと仮定した場合に適用できる。現実にはこの直流電圧
Ｅｄは負荷変動等により変動を生じるために、上記
（３）および（６）式のＥｄ×ｔｏｃ／Ｌの項がＥｄの
変動により変化する。従って、交流側電流Ｉａｃの基準
値＋β（−β）は直流電圧Ｅｄが最大値（Ｅｄｍａｘ）
の場合を考慮して、次式に基づいて基準値βを低減す
る。 β＝ＩＴＱＲＭ − ＯＣ１− Ｅｄｍａｘ×ｔｏｃ／Ｌ （７） この（７）式に基づいて基準値βを設定すれば、直流電
圧Ｅｄの変動が生じても自己消弧素子をオフさせる保護
モードのときには可制御電流値ＩＴＱＲＭ以下のレベル
で確実に遮断でき、信頼性の高いものが得られる。
【００８３】実施の形態６．また、上記実施の形態５で
は交流側電流Ｉａｃの基準値βを直流電圧Ｅｄが最大値
（Ｅｄｍａｘ）の場合を考慮して設定する方法である
が、直流短絡が直流電圧Ｅｄが低い状態のときに生じた
場合の動作を説明する。図１１において、ＩｐおよびＩ
ｎの実線波形はＥｄ＝Ｅｄｍａｘのときに直流短絡が発
生した場合を示しており、上記（７）式から得られる基
準値βよりも交流側電流Ｉａｃの瞬時値がやや小さいケ
ースに相当し、Ｐ側の自己消弧素子ＧＣ１を時刻ｔ2で
オフする。このときのＧＣ１の遮断電流はほぼ可制御電
流値ＩＴＱＲＭレベルである。図のＩｐおよびＩｎの点
線波形は直流電圧ＥｄがＥｄＬに低下しているときに直
流短絡が発生した場合を示しており、時刻ｔ1ＬでＯＣ
１が検出されて、その後ｔｏｃの期間を経過した時刻ｔ
2ＬにてＰ側の自己消弧素子ＧＣ１をオフする。そのと
きのＧＣ１の遮断電流Ｉｐのレベルは図示のＡ点のレベ
ルであり、可制御電流値ＩＴＱＲＭよりもかなり低いレ
ベルで遮断することになる。裏を返せば、低い基準値β
に設定されると一斉点弧の機会が増えることになる（短
絡電流値からは一斉点弧が必要でないのに、一斉点弧動
作をするケースが起こり得る）。図のＩｐの一点鎖線波
形は直流電圧Ｅｄの大きさに応じて交流側電流Ｉａｃの
基準値βをβａに調整した場合を示しており、図示のＢ
点（ＩＴＱＲＭに相当）で遮断することになる。
【００８４】ここで基準値βａは次式に基づいて調整す
る。 βａ＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−ＥｄＬ×ｔｏｃ／Ｌ （８） Ｅｄ＝Ｅｄｍａｘのときの基準値βを使って、この
（８）式を変形すると次式が得られる。 βａ＝β＋（Ｅｄｍａｘ−ＥｄＬ）×ｔｏｃ／Ｌ （９） この（９）式のＥｄＬの項に直流電圧の瞬時値Ｅｄを適
用すれば、直流電圧Ｅｄの大きさに応じて基準値βを調
整でき、自己消弧素子の遮断電流レベルが可制御電流値
ＩＴＱＲＭを超えることを確実に予測して一斉点弧によ
る保護動作を実行できるために、一斉点弧の機会を低減
できる。
【００８５】図１２は上記図９に基準値βの調整手段を
付加したものである。図において、１８は直流電圧検出
器であって、平滑コンデンサ５の電圧を検出して直流電
圧信号−Ｅｄを出力する。１９は交流側電流の基準値調
整回路であって、この直流電圧検出器１８の出力信号−
Ｅｄの大きさに応じて可変基準値信号βａを出力する。
この基準値調整回路１９において１９１は加算器であっ
て、上記直流電圧検出器１８の出力信号−Ｅｄと直流電
圧Ｅｄの最大値に相当する信号Ｅｄｍａｘの加算演算を
行う。１９２はゲイン調整器であって、この加算器１９
１の出力（ Ｅｄｍａｘ−Ｅｄ）に対し、上記（９）式
に基づいてゲインの調整を行い、調整信号△βを出力す
る。１９３は加算器であって、このゲイン調整器１９２
の出力信号△βと上記（７）式に基づいて得られる直流
電圧が最大時の基準値βを加算し、可変基準信号＋βａ
を出力して電流判別回路１３Ｃ内の比較器１３３Ｂに与
えている。１９４は極性反転器であって、この加算器１
９３の出力信号βａの極性を反転し、可変基準信号−β
ａを出力して電流判別回路１３Ｃ内の比較器１３３Ａに
与えている。このように基準値βを直流電圧に応じて調
整するように構成したことにより、一斉点弧保護動作の
機会を低減でき、信頼性の高いものが得られる。
【００８６】実施の形態７．また、上記実施の形態１で
は自己消弧素子がオフした直後に一斉点弧信号ＣＯが発
生しても上記図２の保護処理回路１５内のパルス発生器
１５３Ａおよび１５３Ｂとそれに続くＡＮＤ回路１５６
Ａおよび１５６Ｂにより、自己消弧素子にゲートオフ信
号が与えられてからオフ動作が完了する期間Ｔｄ´を経
過した後に一斉点弧動作を行うように構成したものにつ
いて述べたが、自己消弧素子にゲートオフ信号が与えら
れてオフ動作する際に交流側電流の極性によって、この
自己消弧素子に逆並列接続された還流ダイオードを通っ
て交流側電流が流れている場合にはすぐに一斉点弧動作
を行っても構わない。
【００８７】この一斉点弧動作の延期手段を解除する方
法を、図１３に基づいて説明する。図において、１５Ａ
は保護処理回路であって、上記図２に示す保護処理回路
１５内のパルス発生器１５３Ａおよび１５３Ｂの出力に
それぞれ２入力のＯＲ回路１５８Ａおよび１５８Ｂを追
加している。このＯＲ回路１５８Ａおよび１５８Ｂのも
う一方の入力へはそれぞれ上記故障判別回路１４内の保
持Ａ回路１４１Ａおよび１４１Ｄの出力信号−βＬおよ
び＋βＨが与えられている。例えばＧＣ１のオフ直後に
一斉点弧信号ＣＯが発生した場合にはパルス発生器１５
３Ａの出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交
流側電流Ｉａｃ が−βよりも小さいならばＤＦ１を通
ってＰ側へ交流側電流が流れていると判断できる。そし
て、このとき保持Ａ回路１４１Ａの出力−βＬはＨレベ
ルであるから、 ＯＲ回路１５８Ａの出力はＨレベルの
ままであり、一斉点弧信号ＣＯに基づいてフリップフロ
ップ回路１５５の出力がＨレベルになるとただちにＧＣ
１へはオンゲート信号ＧＰ１Ｃが与えられる。
【００８８】同様に、ＧＣ２のオフ直後に一斉点弧信号
ＣＯが発生した場合にはパルス発生器１５３Ｂの出力か
らＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａ
ｃの大きさが＋βよりも大きいならば保持Ａ回路１４１
Ｄの出力＋βＨはＨレベルであるから、 ＯＲ回路１５
８Ｂの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＯ
に基づいてフリップフロップ回路１５５の出力がＨレベ
ルになるとただちにＧＣ２へはオンゲート信号ＧＰ２Ｃ
が与えられる。このように直流短絡保護回路を構成した
ので、一斉点弧動作において各相の一斉点弧タイミング
のばらつきを抑制できて、各相の直流短絡電流の分流が
よくなる効果があり、信頼性の高いものが得られる。
【００８９】なお、上記図１３では交流側電流Ｉａｃの
極性判別手段として保護処理モードの選択基準となる交
流側電流の基準値βを使用したもので示したが、別に交
流側電流の瞬時値の零レベルを基準値として極性の正、
負を判別するように構成したものであってもよい。
【００９０】実施の形態８．上記実施の形態１〜７で
は、図１および図２に示すように自己消弧素子が平滑コ
ンデンサ５の正極Ｐと負極Ｎ間に接続構成される２レベ
ルの電力変換装置（コンバータ、インバータ）における
直流短絡時の保護制御方法を述べたが、図１４に示すよ
うに正極Ｐ、負極Ｎおよび中性極Ｃから成る３レベルの
電力変換装置（コンバータ、インバータ）に直流短絡時
の保護制御方法を適用した場合について説明する。図１
４の主回路構成は公知の３レベルの電力変換装置（コン
バータ、インバータ）の代表の１相分について示してお
り、５Ｐ、５Ｎは平滑コンデンサであって、直列接続さ
れて正極Ｐ、負極Ｎおよび中性極（中点）Ｃを有する。
ＧＣ１〜ＧＣ４は第１〜４の自己消弧素子であって、こ
の正極Ｐと負極Ｎ間にＰ側およびＮ側のアノードリアク
トル４Ｐおよび４Ｎを介して直列接続され、この自己消
弧素子ＧＣ２とＧＣ３の中点から交流側端子ＡＣを得て
いる。ＤＦ１〜ＤＦ４は第１〜４の還流ダイオードであ
って、それぞれこの自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４に逆
並列に接続されている。ＤＣ１、ＤＣ２は第５、第６の
ダイオードとしての第１、第２の結合ダイオード（クラ
ンプダイオードと呼ばれる場合もある）であって、それ
ぞれ上記自己消弧素子ＧＣ１とＧＣ２の中間接続点と上
記中性極Ｃ間および上記自己消弧素子ＧＣ３とＧＣ４の
中間接続点と上記中性極Ｃ間に接続される。８Ｐ、８
Ｃ、８Ｎは直流電流検出器であって、それぞれ図に示す
Ｐ側、Ｃ側、Ｎ側の直流電流Ｉｐ、Ｉｃ，Ｉｎを検出す
る。ここでこの直流電流Ｉｐ、Ｉｃ，Ｉｎの極性を図示
方向を正と定義する。
【００９１】１０Ａ（１１Ａ）は３レベル電力変換装置
のコンバータ（インバータ）の代表１相分のゲートパル
ス発生器であって、上記自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４
へのゲートパルス信号ＧＰ１〜ＧＰ４を発生する。１３
Ｄ、１４Ｂ、１５Ｂはそれぞれ電流レベル判別回路、故
障判別回路、保護処理回路であって、上記実施形態１〜
７と同様に直流短絡保護回路を構成する。この電流レベ
ル判別回路１３Ｄにおいて、入力にはＣ側の直流電流検
出信号Ｉｃが付加され、このＩｃの両極性電流に対して
比較器１３３Ｅとそれに続くＮＯＴ回路１３４Ｅから負
極性の第１レベルの過電流信号ＩＣ−ＯＣ１を、また比
較器１３３Ｆから正極性の第１レベルの過電流信号ＩＣ
＋ＯＣ１をＬレベルで出力する。
【００９２】故障判別回路１４Ｂ（詳細は図１５に示
す）において、入力にはこの電流レベル判別回路１３Ｄ
の出力信号である各種の電流レベルの判別信号、保護処
理回路１５Ｂからのゲートパルス信号ＧＰ１Ａ〜ＧＰ４
Ａ、上記自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４のゲート駆動回
路ＧＤ１〜ＧＤ４からの素子故障信号ＧＤ１ＦＯ〜ＧＤ
４ＦＯが与えられ、出力からは故障信号ＦＯ、ゲートオ
フ信号Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ１２、Ｂ３４、一斉点弧信号ＣＰ
Ｏ、ＣＮＯを発生する。保護処理回路１５Ｂ（詳細は図
１６に示す）は、上記故障判別回路１４Ｂからのゲート
フリーズ指令（ＦＯ）、ゲートオフ指令、一斉点弧指令
（ＣＰＯ、ＣＮＯ）に基づき、短絡保護処理を実行した
出力信号をゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ４にゲートパル
ス信号として与える。
【００９３】次に、動作について説明する。まず、正常
時の各部の動作について説明する。図１５の故障判別回
路１４Ｂにおいて、故障信号ＦＯおよび正極側（ＧＣ
１、ＧＣ２、ＧＣ３）一斉点弧信号ＣＰＯ、負極側（Ｇ
Ｃ２、ＧＣ３、ＧＣ４）一斉点弧信号ＣＮＯは共にＨレ
ベルであり、ＡＮＤ回路１４７の出力はＨレベルで各保
持Ａ回路は保持動作をしない、更に、図１６の保護処理
回路１５Ｂにおいて、ＮＯＴ回路１５４Ｐおよび１５４
Ｎの出力はＬレベルであるからフリップフロップ回路１
５５Ｐおよび１５５Ｎの出力とそれに続くＯＲ回路１５
Ｂ９の出力はＬレベルであって、ＡＮＤ回路１５６Ａ、
１５６Ｂ、１５６Ｃ、１５６Ｄの出力もＬレベルであ
る。またＯＲ回路１５８Ｐおよび１５８Ｎの出力はＨレ
ベルである。一方ゲートオフ信号Ｂ１〜Ｂ４およびＢ１
２、Ｂ３４も正常時にはＨレベルである。したがってこ
のような論理回路の状態である場合にＧＰ１〜ＧＰ４の
パルス状態はそのまま、保持Ａ回路１５１Ａ〜１５１
Ｄ、ＡＮＤ回路１５２Ａ〜１５２Ｄを介してＯＲ回路１
５７Ａ〜Ｄへ伝達されてＧＤ１〜４へ与えられる。
【００９４】次に、故障時の動作について説明する。上
記図１および図２に示す２レベルの電力変換装置では直
流短絡は平滑コンデンサ５から成る直流電源の正極Ｐと
負極Ｎ間の構成素子の経路で生じるのに対して、図１４
に示す３レベルの電力変換装置では直流短絡はＰ、Ｃ
間、Ｃ、Ｎ間、Ｐ、Ｎ間の３ケースの経路で生じる。表
の形で示す図１７は、各自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４
および各ダイオードＤＦ１〜ＤＦ４、ＤＣ１、ＤＣ２の
故障モードを分析した結果と短絡保護動作を整理したも
のである。
【００９５】また、図１８は、図１７の各故障ケース１
〜１６が発生し得るタイミングを示すタイミングチャー
トである。ケース１、４、７、１２はＴｄ期間中に自己
消弧素子の故障が検出された場合であり、２レベルの場
合（図３のケース１，４に相当）と同様に、当該相はゲ
ートフリーズ（ＧＦ）して健全な他相をゲートオフ（Ｏ
ＦＦ）する保護処理モードＡに相当する。すなわち、ケ
ース１は自己消弧素子ＧＣ１がオン状態からオフへ移行
するＴｄ期間中に、自己消弧素子ＧＣ１自身の故障がゲ
ート駆動回路ＧＤ１で検出された場合であり、Ｔｄ後に
ＧＣ３にオンゲート信号が与えられる前に保護処理モー
ドＡで保護してＰ、Ｃ間の短絡を予防する。ケース４は
自己消弧素子ＧＣ４がオン状態からオフへ移行するＴｄ
期間中に、自己消弧素子ＧＣ４自身の故障がゲート駆動
回路ＧＤ４で検出された場合であり、Ｔｄ後にＧＣ２に
オンゲート信号が与えられる前に保護処理モードＡで保
護してＣ、Ｎ間の短絡を予防する。
【００９６】ケース７は自己消弧素子ＧＣ２がオン状態
からオフへ移行するＴｄ期間中に、自己消弧素子ＧＣ２
自身の故障がゲート駆動回路ＧＤ２で検出された場合で
あり、Ｔｄ後にＧＣ４にオンゲート信号が与えられる前
に保護処理モードＡで保護してＣ、Ｎ間の短絡を予防す
る。ケース１２は自己消弧素子ＧＣ３がオン状態からオ
フへ移行するＴｄ期間中に、自己消弧素子ＧＣ３自身の
故障がゲート駆動回路ＧＤ３で検出された場合であり、
Ｔｄ後にＧＣ１にオンゲート信号が与えられる前に保護
処理モードＡで保護してＰ、Ｃ間の短絡を予防する。
【００９７】続いてこのケース１、４、７、１２におけ
る直流短絡保護動作を図１５に示す故障判別回路１４Ｂ
に基づき、説明する。ゲート駆動回路ＧＤ１〜４から素
子故障信号ＧＤ１ＦＯ、ＧＤ２ＦＯ、ＧＤ３ＦＯ、ＧＤ
４ＦＯ（故障時はＬレベル信号）が１６入力構成（入力
側の（ ）内の数字は図１７のケースＮｏに対応させて
表示している）で図示されたＡＮＤ回路１４５に与えら
れると、この出力信号（故障信号）ＦＯがＬレベルにな
り、ゲートパルス発生器１０Ａ（１１Ａ）で他相の全自
己消弧素子をゲートオフするとともにＡＮＤ回路１４７
を介して保護処理回路１５Ｂ（図１６）の保持Ａ回路で
ゲートパルス信号を保持してゲートフリーズ動作を実行
する。
【００９８】次にケース２、３、５、６はＧＣ２および
ＧＣ３のゲートパルス信号がオンゲートの状態のときに
ＧＣ１側あるいはＧＣ４側の素子が故障してＰ、Ｃ間あ
るいはＣ、Ｎ間の直流短絡が発生する場合を示してお
り、２レベルの場合（図３のケース２，３，５，６の相
当）と同様に、交流側電流Ｉａｃの選択基準値βに対す
る大小関係でゲートオフあるいは一斉点弧の保護処理モ
ードを選択する。
【００９９】但し、３レベルの場合は、直流短絡は正極
Ｐ−中性極Ｃ間、中性極Ｃ−負極Ｎ間および正極Ｐ−負
極Ｎ間の３種類の経路が考えられ、厳密には、各経路で
短絡電流が異なることになる。しかし、現実の装置で
は、Ｐ−Ｃ間の電圧をＥｄｐ、Ｃ−Ｎ間の電圧をＥｄ
ｎ、Ｐ−Ｎ間の電圧をＥｄｐｎ、Ｐ−Ｃ間のインダクタ
ンスをＬｐ、Ｃ−Ｎ間のインダクタンスをＬｎ、Ｐ−Ｎ
間のインダクタンスをｌｐｎとすると、 Ｅｄｐ≒Ｅｄｎ＝Ｅｄｐｎ／２ が成立し、また、アノードリアクトル４ｐ、４ｎの存在
を考慮すると、 Ｌｐ≒Ｌｎ≒Ｌｐｎ／２ が成立する。
【０１００】従って、２レベルの場合の（６）式に準じ
て、３レベルの場合の選択基準値βは、実用上、以下の
（１０）式により設定することができる。 β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１ -toc｛ Edp /Ｌｐ+ Edn /Ｌｎ+（Edp +Edn）/Ｌｐｎ｝/３ （１０） 以下、この（１０）式で求めた選択基準値βを基に、各
故障ケースにおける動作を説明する。
【０１０１】まず、ケース２、３ではＧＣ１あるいはＤ
Ｆ１が故障してＰ、Ｃ間の直流短絡を発生する場合であ
り、Ｐ側の直流電流Ｉｐが第１レベルの過電流設定値Ｏ
Ｃ１を超えたときに、ケース２のように交流側電流Ｉａ
ｃの瞬時値が基準値−βよりも小さければＧＣ３の遮断
電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭ
を超えるために、Ｐ側短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ１
〜３）のみ一斉点弧（保護処理モード：ＣＰ）し、ケー
ス３のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよ
りも大きければ当該相のＧＣ３および他相の全自己消弧
素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ３）。
【０１０２】ケース５，６ではＧＣ４あるいはＤＦ４が
故障してＣ、Ｎ間の直流短絡を発生する場合であり、Ｎ
側の直流電流Ｉｎが第１レベルの過電流設定値ＯＣ１を
超えたときに、ケース６のように交流側電流Ｉａｃの瞬
時値が基準値＋βよりも大きければＧＣ２の遮断電流が
保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超え
るために、Ｎ側短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ２〜４）
のみ一斉点弧（保護処理モード：ＣＮ）し、ケース５の
ように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも小
さければ当該相のＧＣ２および他相の全自己消弧素子を
ゲートオフする（保護処理モード：Ｂ２）。
【０１０３】続いてこのケース２，３，５，６における
直流短絡保護動作を図に基づき、説明する。図１５の故
障判別回路１４Ｂにおいてゲートパルス信号ＧＰ２Ａと
ＧＰ３ＡがＨレベルであるからＡＮＤ回路１４６Ｂの出
力信号ＧＰ２３がＨレベルである。ケース２では図１４
の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＬが
Ｈレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ａの出力がＨレ
ベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ａの出力がＬレ
ベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦ
Ｏ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｐの出力か
らＬレベルのＣＰＯ信号（Ｐ側短絡経路ＧＣ１〜ＧＣ３
の一斉点弧信号）を発生する。ケース３では図１４の電
流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＨがＨレ
ベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ａの出力がＨレベル
で、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｄの出力からＬレベ
ルのＢ３信号（ＧＣ３のゲートオフ信号）を発生すると
ともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信
号を発生する。
【０１０４】ケース５では図１４の電流判別回路１３Ｄ
の出力信号ＩＮＯＣ１と＋βＬがＨレベルであるから、
ＡＮＤ回路１４２Ｄの出力がＨレベルで、それに続くＮ
ＡＮＤ回路１４３Ｉの出力からＬレベルのＢ２信号（Ｇ
Ｃ２のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回
路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。ケ
ース６では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＮ
ＯＣ１と＋βＨがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４
２Ｄの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４
３Ｌの出力がＬレベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力
からＬレベルのＦＯ信号を発生するとともにＡＮＤ回路
１４４Ｎの出力からＬレベルのＣＮＯ信号（Ｎ側短絡経
路ＧＣ２〜ＧＣ４の一斉点弧信号）を発生する。
【０１０５】このゲートオフ信号Ｂ２、Ｂ３および一斉
点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯは図１６に示す保護処理回路１
５Ｂに与えられる。図において当該相ではゲートパルス
信号ＧＰ２とＧＰ３がゲートオン状態でＨレベルになっ
ている。このとき、ゲートオフ信号Ｂ２（Ｌレベル）が
与えられると、ＡＮＤ回路１５０Ｂの出力がＬレベル
で、それに続くＡＮＤ回路１５２Ｂの出力信号ＧＰ２Ｂ
もＬレベルになる。また、一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯ
は共にＨレベルであるから、フリップフロップ回路１５
５Ｐ、１５５Ｎの出力は共にＬレベルであり、それに続
くＡＮＤ回路１５６Ａ〜１５６ＤもＬレベルとなってい
る。従って、ＯＲ回路１５７ＢからＬレベルのゲートパ
ルス信号ＧＰ２Ｃがゲート駆動回路ＧＤ２へ与えられて
ＧＣ２はオフ動作する。また、ゲートオフ信号Ｂ３（Ｌ
レベル）が与えられると、同様にしてＡＮＤ回路１５２
Ｃの出力信号ＧＰ３ＢがＬレベルになり、Ｌレベルのゲ
ートパルス信号ＧＰ３Ｃがゲート駆動回路ＧＤ３へ与え
られてＧＣ３はオフ動作する。
【０１０６】Ｐ側短絡経路の一斉点弧信号ＣＰＯ（Ｌレ
ベル）が与えられると、フリップフロップ回路１５５Ｐ
およびそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力がＨレベルに
なり、ＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｃを介し
てそれぞれＯＲ回路１５７Ａ、１５７Ｂ、１５７Ｃから
Ｈレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃ、ＧＰ２Ｃ、ＧＰ
３Ｃがゲート駆動回路ＧＤ１、ＧＤ２、ＧＤ３へ与えら
れてＧＣ１〜３はオン動作する（ただし、ＧＣ２とＧＣ
３はすでにオン動作中）。Ｎ側短絡経路の一斉点弧信号
ＣＮＯ（Ｌレベル）が与えられると、フリップフロップ
回路１５５Ｎおよびそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力
がＨレベルになり、ＡＮＤ回路１５６Ｂ、１５６Ｃ、１
５６Ｄを介してそれぞれＯＲ回路１５７Ｂ、１５７Ｃ、
１５７ＤからＨレベルのゲートパルス信号ＧＰ２Ｃ、Ｇ
Ｐ３Ｃ、ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路ＧＤ２、ＧＤ３、Ｇ
Ｄ４へ与えられてＧＣ２〜４はオン動作する（ただし、
ＧＣ２とＧＣ３はすでにオン動作中）。
【０１０７】次にケース８〜１１はＧＣ３とＧＣ４のゲ
ートパルス信号がオンゲートの状態のときにＧＣ１側あ
るいはＧＣ２側の素子が故障してＰ、Ｎ間あるいはＣ、
Ｎ間の直流短絡が発生する場合を示しており、２レベル
の場合（図３のケース２，３，５，６の相当）と同様
に、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）に対する大
小関係でゲートオフあるいは一斉点弧の保護処理モード
を選択する。
【０１０８】すなわち、ケース８、９ではＧＣ２、ＤＦ
２あるいはＤＣ２が故障してＣ、Ｎ間の直流短絡を発生
する場合であり、Ｃ側の直流電流Ｉｃが第１レベルの過
電流設定値＋ＯＣ１を超えたときに、ケース９のように
交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも小さけれ
ばＧＣ４の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電
流値ＩＴＱＲＭを超えるために、Ｎ側短絡経路の自己消
弧素子（ＧＣ２〜４）のみ一斉点弧（保護処理モード：
ＣＮ）し、ケース８のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値
が基準値−βよりも大きければ当該相のＧＣ４および他
相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理モー
ド：Ｂ４）。
【０１０９】ケース１０，１１ではＧＣ１あるいはＤＦ
１が先に故障すると直流電源のＰＮ間電圧がＧＣ２（Ｄ
Ｆ２）に集中して印加されるためにこれに耐えられず、
ＧＣ２あるいはＤＦ２が過電圧破壊してＰ、Ｎ間の直
流短絡を発生する場合であり、Ｐ側の直流電流Ｉｐが第
１レベルの過電流設定値ＯＣ１を超えたときに、ケース
１０のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよ
りも小さければＧＣ３およびＧＣ４の遮断電流が保護動
作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるため
に、ＰＮ間短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ１〜４）を一
斉点弧（保護処理モード：ＣＰＮ）し、ケース１１のよ
うに交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも大き
ければ当該相のＧＣ３、ＧＣ４および他相の全自己消弧
素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ３４）。
【０１１０】続いてこのケース８〜１１における直流短
絡保護動作を図に基づき、説明する。図１５の故障判別
回路１４Ｂにおいてゲートパルス信号ＧＰ３ＡとＧＰ４
ＡがＨレベルであるからＡＮＤ回路１４６Ｃの出力信号
ＧＰ３４がＨレベルである。ケース９では図１４の電流
判別回路１３Ｄの出力信号ＩＣ＋ＯＣ１と−βＬがＨレ
ベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｆの出力がＨレベル
で、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｃの出力がＬレベル
になり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信
号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｎの出力からＬ
レベルのＣＮＯ信号（Ｎ側短絡経路の一斉点弧信号）を
発生する。ケース８では図１４の電流判別回路１３Ｄの
出力信号ＩＣ＋ＯＣ１と−βＨがＨレベルであるから、
ＡＮＤ回路１４２Ｆの出力がＨレベルで、それに続くＮ
ＡＮＤ回路１４３Ｆの出力からＬレベルのＢ４信号（Ｇ
Ｃ４のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回
路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。
【０１１１】ケース１１では図１４の電流判別回路１３
Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＨがＨレベルであるか
ら、ＡＮＤ回路１４２Ｂの出力がＨレベルで、それに続
くＮＡＮＤ回路１４３Ｅの出力からＬレベルのＢ３４信
号（ＧＣ３およびＧＣ４のゲートオフ信号）を発生する
とともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ
信号を発生する。ケース１０では図１４の電流判別回路
１３Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＬがＨレベルである
から、ＡＮＤ回路１４２Ｂの出力がＨレベルで、それに
続くＮＡＮＤ回路１４３Ｂの出力がＬレベルになり、Ａ
ＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生す
るとともにＡＮＤ回路１４４Ｐおよび１４４Ｎの出力か
らＬレベルのＣＰＯ信号およびＣＮＯ信号を同時に発生
する。
【０１１２】このゲートオフ信号Ｂ３４、Ｂ４および一
斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯは図１６に示す保護処理回路
１５Ｂに与えられる。図において当該相ではケ−トパル
ス信号ＧＰ３とＧＰ４がゲートオン状態でＨレベルにな
っている。このとき、ゲートオフ信号Ｂ３４（Ｌレベ
ル）が与えられると、ＡＮＤ回路１５０Ｄの出力が先に
Ｌレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ｄの出力
信号ＧＰ４ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７Ｄから
Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路
ＧＤ４へ与えられてＧＣ４はオフ動作する。またオフデ
ィレイ回路１５Ｂ１４を介することで上記ＡＮＤ回路１
５０ＤよりもＴｙ時間だけ遅れてＡＮＤ回路１５０Ｃの
出力はＬレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ｃ
の出力信号ＧＰ３ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７
ＣからＬレベルのゲートパルス信号ＧＰ３Ｃがゲート駆
動回路ＧＤ３へ与えられてＧＣ３はオフ動作する。この
ようにＧＣ３をＧＣ４よりもＴｙ時間だけ遅らせてオフ
させる理由は、ＧＣ３が先にオフするとＰＮ間の直流電
圧がＧＣ３に集中して印加されて過電圧破壊する恐れが
あり、これを防止するためである。このＴｙ時間は自己
消弧素子のターンオフ時間のばらつきを考慮して設定さ
れる。
【０１１３】ゲートオフ信号Ｂ４（Ｌレベル）が与えら
れると、上記と同様にして出力信号ＧＰ４ＢがＬレベル
になり、Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ４Ｃがゲート
駆動回路ＧＤ４へ与えられてＧＣ４はオフ動作する。Ｐ
側およびＮ側短絡経路の一斉点弧信号ＣＰＯおよびＣＮ
Ｏ（Ｌレベル）が同時に与えられると、フリップフロッ
プ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１
５Ｂ９の出力がＨレベルになり、ＡＮＤ回路１５６Ａ〜
Ｄを介してそれぞれＯＲ回路１５７Ａ〜ＤからＨレベル
のゲートパルス信号ＧＰ１Ｃ〜ＧＰ４Ｃがゲート駆動回
路ＧＤ１〜４へ与えられてＧＣ１〜４はオン動作する
（ただし、ＧＣ３とＧＣ４はすでにオン動作中）。
【０１１４】次にケース１３〜１６はＧＣ１とＧＣ２の
ゲートパルス信号がオンゲートの状態のときにＧＣ３側
あるいはＧＣ４側の素子が故障してＰ、Ｎ間あるいは
Ｐ、Ｃ間の直流短絡が発生する場合を示しており、２レ
ベルの場合（図３のケース２，３，５，６の相当）と同
様に、交流側電流Ｉａｃの基準値βに対する大小関係で
ゲートオフあるいは一斉点弧の保護処理モードを選択す
る。
【０１１５】すなわちケース１３、１４ではＧＣ３、Ｄ
Ｆ３あるいはＤＣ１が故障してＰ、Ｃ間の直流短絡を発
生する場合であり、Ｃ側の直流電流Ｉｃが第１レベルの
過電流設定値−ＯＣ１を超えたときに、ケース１４のよ
うに交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも大き
ければＧＣ１の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制
御電流値ＩＴＱＲＭを超えるために、Ｐ側短絡経路の自
己消弧素子（ＧＣ１〜３）のみ一斉点弧（保護処理モー
ド：ＣＰ）し、ケース１３のように交流側電流Ｉａｃの
瞬時値が基準値＋βよりも小さければ当該相のＧＣ１お
よび他相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理
モード：Ｂ１）。
【０１１６】ケース１５，１６ではＧＣ４あるいはＤＦ
４が先に故障すると直流電源のＰＮ間電圧がＧＣ３（Ｄ
Ｆ３）に集中して印加されるためにこれに耐えられず、
ＧＣ３あるいはＤＦ３が過電圧破壊してＰ、Ｎ間の直
流短絡を発生する場合であり、Ｎ側の直流電流Ｉｎが第
１レベルの過電流設定値ＯＣ１を超えたときに、ケース
１５のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値βより
も大きければＧＣ１およびＧＣ２の遮断電流が保護動作
時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるため
に、ＰＮ間短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ１〜４）を一
斉点弧（保護処理モード：ＣＰＮ）し、ケース１６のよ
うに交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも小さ
ければ当該相のＧＣ１、ＧＣ２および他相の全自己消弧
素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ１２）。
【０１１７】続いてこのケース１３〜１６における直流
短絡保護動作を図に基づき、説明する。図１５の故障判
別回路１４Ｂにおいてゲートパルス信号ＧＰ１ＡとＧＰ
２ＡがＨレベルであるからＡＮＤ回路１４６Ａの出力信
号ＧＰ１２がＨレベルである。ケース１４では図１４の
電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＣ−ＯＣ１と＋βＨが
Ｈレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｅの出力がＨレ
ベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｊの出力がＬレ
ベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦ
Ｏ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｐの出力か
らＬレベルのＣＰＯ信号（Ｐ側短絡経路の一斉点弧信
号）を発生する。ケース１３では図１４の電流判別回路
１３Ｄの出力信号ＩＣ−ＯＣ１と＋βＬがＨレベルであ
るから、ＡＮＤ回路１４２Ｅの出力がＨレベルで、それ
に続くＮＡＮＤ回路１４３Ｇの出力からＬレベルのＢ１
信号（ＧＣ１のゲートオフ信号）を発生するとともに、
ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生
する。
【０１１８】ケース１６では図１４の電流判別回路１３
Ｄの出力信号ＩＮＯＣ１と＋βＬがＨレベルであるか
ら、ＡＮＤ回路１４２Ｃの出力がＨレベルで、それに続
くＮＡＮＤ回路１４３Ｈの出力からＬレベルのＢ１２信
号（ＧＣ１およびＧＣ２のゲートオフ信号）を発生する
とともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ
信号を発生する。ケース１５では図１４の電流判別回路
１３Ｄの出力信号ＩＮＯＣ１と＋βＨがＨレベルである
から、ＡＮＤ回路１４２Ｃの出力がＨレベルで、それに
続くＮＡＮＤ回路１４３Ｋの出力がＬレベルになり、Ａ
ＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生す
るとともにＡＮＤ回路１４４Ｐおよび１４４Ｎの出力か
らＬレベルのＣＰＯ信号およびＣＮＯ信号を同時に発生
する。
【０１１９】このゲートオフ信号Ｂ１２、Ｂ１および一
斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯは図１６に示す保護処理回路
１５Ｂに与えられる。図において当該相ではケ−トパル
ス信号ＧＰ１とＧＰ２がゲートオン状態でＨレベルにな
っている。このとき、ゲートオフ信号Ｂ１２（Ｌレベ
ル）が与えられると、ＡＮＤ回路１５０Ａの出力が先に
Ｌレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ａの出力
信号ＧＰ１ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７Ａから
Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃがゲート駆動回路
ＧＤ１へ与えられてＧＣ１はオフ動作する。またオフデ
ィレイ回路１５Ｂ１３を介して上記ＡＮＤ回路１５０Ａ
よりもＴｙ時間だけ遅れてＡＮＤ回路１５０Ｂの出力は
Ｌレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ｂの出力
信号ＧＰ２ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７Ｂから
Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ２Ｃがゲート駆動回路
ＧＤ２へ与えられてＧＣ２はオフ動作する。このように
ＧＣ２をＧＣ１よりも遅らせてオフさせる理由は、ＧＣ
２が先にオフするとＰＮ間の直流電圧がＧＣ２に集中し
て印加されて過電圧破壊する恐れがあり、これを防止す
るためである。
【０１２０】ゲートオフ信号Ｂ１（Ｌレベル）が与えら
れると、上記と同様にして出力信号ＧＰ１ＢがＬレベル
になり、Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃがゲート
駆動回路ＧＤ１へ与えられてＧＣ１はオフ動作する。一
斉点弧信号ＣＰＯおよびＣＮＯ（Ｌレベル）が同時に与
えられると、 Ｈレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃ〜
ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路ＧＤ１〜４へ与えられてＧＣ
１〜４はオン動作するが、上記ケース１０の場合と同様
であるので説明を省略する。
【０１２１】次に直流短絡を発生した過電流検出相から
他相に一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯ（Ｌレベル）が与え
られた場合の動作を表の形で示した図１９に基づいて説
明する。一斉点弧信号が与えられる直前の自己消弧素子
ＧＣ１〜ＧＣ４の正常な動作状態は７ケースに分類でき
る。その中でケース２，４，６，７はターンオフ後のＴ
ｄ期間中の状態を示している。ケース１のＧＣ１，２が
オン状態にあるときに保護処理モードＣＰに基づき、一
斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ３をすぐにオン
する。また保護処理モードＣＮに基づき、一斉点弧信号
ＣＮＯが与えられると、Ｐ、Ｎ間の直流短絡を防止する
ためにＧＣ１をすぐにオフして、そのＴｄ後にＧＣ３を
オンし、続いてＴｘ後にＧＣ４をオンする。また保護処
理モードＣＰＮに基づき、一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯ
が与えられるとＧＣ３をすぐにオンし、続いてＴｘ後に
ＧＣ４をオンする。
【０１２２】次にケース２のＧＣ１がＴｄ中にあるとき
に一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ１のオフ動
作完了時間Ｔｄ´後にＧＣ３をオンし、続いてＴｘ後に
ＧＣ１をオンする。また一斉点弧信号ＣＮＯが与えられ
るとＴｄ´経過した後にＧＣ３をオンし、続いてＴｘ後
にＧＣ４をオンする。また一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯ
が同時に与えられると、Ｔｄ´経過した後にＧＣ３をオ
ンし、続いてＴｘ後にＧＣ１とＧＣ４をオンする。ここ
でＧＣ１とＧＣ４とをＧＣ１に対してＴｘ時間だけ遅れ
てオンさせる理由は、このケースでは仮にＧＣ３のみ遅
れてオンする場合にはＧＣ３にＰ、Ｎ間の直流電圧が集
中して印加されて、過電圧破壊を引き起こす可能性があ
るためである。Ｔｘは自己消弧素子間のターンオン時間
のばらつきを考慮して設定される。なお、図１９では制
御回路構成の単純化のためにもＧＣ１やＧＣ４をオンさ
せるときにはＧＣ２やＧＣ３をオンさせるタイミングよ
りもＴｘだけ遅らせてオンするように統一している。
【０１２３】次にケース３のＧＣ２とＧＣ３がオン中に
一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ１をＴｘ時間
経過後にオンする。また一斉点弧信号ＣＮＯが与えられ
るとＧＣ４をＴｘ時間経過後にオンする。また一斉点弧
信号ＣＰＯとＣＮＯが同時に与えられると、ＧＣ１とＧ
Ｃ４をＴｘ時間経過後にオンする。
【０１２４】次にケース４のＧＣ２がＴｄ中にあるとき
に一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ１のオフ動
作完了時間Ｔｄ´後にＧＣ２をオンし、続いてＴｘ後に
ＧＣ１をオンする。また一斉点弧信号ＣＮＯが与えられ
るとＴｄ´経過した後にＧＣ２をオンし、続いてＴｘ後
にＧＣ４をオンする。また一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯ
が同時に与えられると、Ｔｄ´経過した後にＧＣ２をオ
ンし、続いてＴｘ後にＧＣ１とＧＣ４をオンする。
【０１２５】次にケース５のＧＣ３、４がオン中に一斉
点弧信号ＣＰＯが与えられると、まずＧＣ４をオフさせ
てＰ、Ｎ間直流短絡を防止し、Ｔｄ後にＧＣ２をオン
し、続いてＴｘ後にＧＣ１をオンする。このようにこの
ケースでは上記ケース１と、自己消弧素子ＧＣ１，２の
グル−プとＧＣ３，４のグル−プに対して対称な一斉点
弧動作を行う。
【０１２６】次にケース６はＧＣ４がＴｄ中である場
合、ケース７はＧＣ３がＴｄ中である場合であり、Ｔｄ
後のゲートパルス信号の状態がそれぞれケース４、ケー
ス２と同一になるために一斉点弧時の動作も同一にな
る。
【０１２７】図１９の一斉点弧時の制御を図１６の保護
処理回路１５Ｂで実行している。まず、過電流検出相か
ら一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯが与えられると、故障判
別回路１４ＢのＡＮＤ回路１４７を介して保持Ａ回路１
５１Ａ〜Ｄはゲートパルス信号ＧＰ１〜４を保持する。
図１９のケース１の場合にはＧＰ１とＧＰ２がＨレベル
であり、Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると
フリップフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＯＲ回路１
５Ｂ９を介してＧＣ３へのゲートパルス信号ＧＰ３Ｃが
Ｈレベルになり、ＧＣ３をオンする。またＬレベルの一
斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとＯＲ回路１５８Ｐの出
力はＬレベルになり、それに続くＡＮＤ回路１５９Ｐに
より、ＧＣ１へのゲートパルス信号ＧＰ１ＣがＬレベル
になり、ＧＣ１をオフする。このＡＮＤ回路１５９Ｐが
ＨからＬレベルになるとＡＮＤ回路１５Ｂ３を介してパ
ルス発生器１５Ｂ５はＴｄ時間幅のＬレベルのパルスを
発生する。このＴｄ時間を経過後にこのパルス発生器１
５Ｂ５の出力がＨレベルに復帰するとフリップフロップ
回路１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してＧ
Ｃ３へのゲートパルス信号ＧＰ３ＣがＨレベルになり、
ＧＣ３をオンする。一方、フリップフロップ回路１５５
Ｎの出力はＡＮＤ回路１５６Ｄとそれに続くオンディレ
イ回路１５Ｂ１２を介してＴｘ時間後にはＧＣ４へのゲ
ートパルス信号ＧＰ４ＣがＨレベルになり、ＧＣ４をオ
ンする。またＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが
与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５
５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してＧＰ３Ｃを
ＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ４ＣをＨレベル
にしてＧＣ３およびＧＣ４をオンする。
【０１２８】次に図１９のケース２の場合にはＧＰ２の
みＨレベルであり、また一斉点弧信号が発生する直前に
ゲートパルス信号ＧＰ１（ＧＰ１Ｂ）がＨからＬレベル
に反転してＧＣ１をターンオフした状態にある。このと
きパルス発生器１５３ＡはＴｄ´時間幅のＬレベルのパ
ルスを発生してＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｃ、１５６
Ｄの出力をＬレベルにする。このような回路状態のとき
にＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられるとフリッ
プフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９
はＨレベルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５
３Ａの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ３ＣをＨレ
ベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣをＨレベルにし
てＧＣ１およびＧＣ３をオンする。またＬレベルの一斉
点弧信号ＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１
５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになる
が、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ａの出力がＨレ
ベルに復帰した時点でＧＰ３ＣをＨレベルにするととも
にＴｘ後にはＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ３およびＧ
Ｃ４をオンする。またＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯと
ＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐお
よび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベル
になるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ａの出力
がＨレベルに復帰した時点でＧＰ３ＣをＨレベルにする
とともにＴｘ後にはＧＰ１ＣおよびＧＰ４ＣをＨレベル
にしてＧＣ１、ＧＣ３、ＧＣ４をオンする。
【０１２９】次に図１９のケース３の場合にはゲートパ
ルス信号ＧＰ２（ＧＰ２Ｂ）とＧＰ３（ＧＰ３Ｂ）がＨ
レベルの状態であり、Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが
与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐとそれに続
くＡＮＤ回路１５６Ａを介してＴｘ後にゲートパルス信
号ＧＰ１ＣがＨレベルになり、ＧＣ１をオンする。また
Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとフリップ
フロップ回路１５５Ｎとそれに続くＡＮＤ回路１５６Ｄ
を介してＴｘ後にゲートパルス信号ＧＰ４ＣがＨレベル
になり、ＧＣ４をオンする。またＬレベルの一斉点弧信
号ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路
１５５Ｐおよび１５５Ｎの出力がレベルになり、それに
続くＡＮＤ回路１５６Ａおよび１５６Ｄを介してＴｘ後
にゲートパルス信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ４ＣをＨレベル
にしてＧＣ１およびＧＣ４をオンする。
【０１３０】次に図１９のケース４の場合にはＧＰ３の
みＨレベルであり、また一斉点弧信号が発生する直前に
ゲートパルス信号ＧＰ２（ＧＰ２Ｂ）がＨからＬレベル
に反転してＧＣ２をターンオフした状態にある。このと
きパルス発生器１５３ＢはＴｄ´時間幅のＬレベルのパ
ルスを発生してＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６
Ｄの出力をＬレベルにする。このような回路状態のとき
にＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられるとフリッ
プフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９
はＨレベルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５
３Ｂの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ２ＣをＨレ
ベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣをＨレベルにし
てＧＣ１およびＧＣ３をオンする。またＬレベルの一斉
点弧信号ＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１
５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになる
が、 Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ｂの出力がＨ
レベルに復帰した時点でＧＰ２ＣをＨレベルにするとと
もにＴｘ後にはＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ２および
ＧＣ４をオンする。またＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯ
とＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐ
および１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベ
ルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ｂの出
力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ２ＣをＨレベルにす
るとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣおよびＧＰ４ＣをＨレベ
ルにしてＧＣ１、ＧＣ３、ＧＣ４をオンする。
【０１３１】次に図１９のケース５の場合にはＧＰ３と
ＧＰ４がＨレベルであり、Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＰ
Ｏが与えられるとＯＲ回路１５８Ｎの出力はＬレベルに
なり、それに続くＡＮＤ回路１５９Ｎにより、ＧＣ４へ
のゲートパルス信号ＧＰ４ＣがＬレベルになり、ＧＣ４
をオフする。このＡＮＤ回路１５９ＮがＨからＬレベル
になるとＡＮＤ回路１５Ｂ４を介してパルス発生器１５
Ｂ６はＴｄ時間幅のＬレベルのパルスを発生する。Ｔｄ
時間を経過後にこのパルス発生器１５Ｂ６の出力がＨレ
ベルに復帰するとフリップフロップ回路１５５Ｐとそれ
に続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してゲートパルス信号ＧＰ
２ＣをＨレベルにするとともにＴｘ時間後にはゲートパ
ルス信号ＧＰ１ＣをＨレベルにしてＧＣ１、ＧＣ２をオ
ンする。またＬレベルの一斉点弧信号ＣＮＯが与えられ
るとフリップフロップ回路１５５Ｎとそれに続くＯＲ回
路１５Ｂ９を介してＧＣ２へのゲートパルス信号ＧＰ２
ＣがＨレベルになり、ＧＣ２をオンする。またＬレベル
の一斉点弧ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとフリップフロ
ップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路
１５Ｂ９を介してＧＰ２ＣをＨレベルにするとともにＴ
ｘ後にはＧＰ１ＣをＨレベルにしてＧＣ１およびＧＣ２
をオンする。
【０１３２】次に図１９のケース６の場合にはＧＣ３の
みオン状態で、ＧＣ４はＴｄ期間中であるから、パルス
発生器１５３Ｄの出力からＴｄ´時間幅のＬレベルのパ
ルスを発生しており、それに続くＡＮＤ回路１５６Ａ、
１５６Ｂ、１５６Ｄの出力は上記ケース４の場合と同様
に、Ｔｄ´期間中、Ｌレベルを維持する。従って一斉点
弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯが与えられた場合の動作は上記ケ
ース４の場合と同様である。
【０１３３】次に図１９のケース７の場合にはＧＣ２の
みオン状態で、ＧＣ３はＴｄ期間中であるから、パルス
発生器１５３Ｃの出力からＴｄ´時間幅のＬレベルのパ
ルスを発生しており、それに続くＡＮＤ回路１５６Ａ、
１５６Ｃ、１５６Ｄの出力は上記ケース２の場合と同様
に、Ｔｄ´期間中、Ｌレベルを維持する。従って一斉点
弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯが与えられた場合の動作は上記ケ
ース２の場合と同様である。
【０１３４】以上のように３レベルの主回路構成でなる
電力変換装置において、自己消弧素子へのゲートパルス
信号の状態、各相の直流電流のレベル、交流出力電流の
レベルおよび自己消弧素子自身の故障信号からなる直流
短絡の発生の予測手段もしくは直流短絡電流の立ち上が
り初期時点における早期直流短絡検出手段により故障素
子を特定し、適切な保護手段を選択して健全素子を保護
するようにしたので、上記実施の形態１と同様な効果を
奏するものが得られる。
【０１３５】実施の形態９．なお、上記実施の形態８で
は、交流電流検出器９とＰ、Ｃ、Ｎ側の直流電流検出器
８Ｐ、８Ｃ、８Ｎを設けて各電流Ｉａｃ、Ｉｐ、Ｉｃ，
Ｉｎの電流判別を行うものを述べたが、この４個所の電
流検出器の内、１個所の検出器を省略したものであって
もよい。すなわち、上記４個所の電流Ｉａｃ、Ｉｐ、Ｉ
ｃ，Ｉｎには、図１４に図示する各電流の極性の定義に
従えば、次の関係式が成り立つ。 Ｉａｃ＝Ｉｐ＋Ｉｃ−Ｉｎ （１１） この（１１）式から、各直流電流は次式のように展開で
きる。 Ｉｐ＝Ｉａｃ−Ｉｃ＋Ｉｎ （１２） Ｉｃ＝Ｉａｃ−Ｉｐ＋Ｉｎ （１３） Ｉｎ＝Ｉｐ＋Ｉｃ−Ｉａｃ （１４）
【０１３６】上記（１１）〜（１４）式から１個所の電
流検出器を省略して、残りの３個所の電流検出器から、
電流検出器を省略した個所の電流を求めることが可能で
ある。図２０は例えばＩｃの電流検出器８Ｃを省略し
て、上記（１３）式に基づき、Ｉｃを演算するものであ
る。図の電流レベル判別回路１３Ｅにおいて、Ｉａｃと
Ｉｎが加算器１３２Ａで加算され、それに続く極性反転
器１３１Ａで−（Ｉａｃ＋Ｉｎ）を出力する。この出力
とＩｐが加算器１３２Ｂで加算され、それに続く極性反
転器１３１ＢでＩａｃ−Ｉｐ＋Ｉｎを出力してＩｃが演
算される。以上のような構成により、上記実施の形態８
と同様な効果を奏し、かつ安価な装置を得ることができ
る。
【０１３７】実施の形態１０．なお、上記実施の形態８
では、自己消弧素子へのゲートパルス信号の状態、各相
の直流電流のレベル、交流側電流のレベルおよび自己消
弧素子自身の故障信号からなる直流短絡の発生の予測手
段もしくは直流短絡電流の立ち上がり初期時点における
早期直流短絡検出手段により故障素子を特定し、適切な
保護手段を選択して健全素子を保護するように構成した
ものを示したが、さらに一斉点弧保護手段を付加して素
子保護の信頼性を向上させたものについて説明する。図
１４の主回路構成と同じ構成を示す図２１において、１
７Ｐおよび１７Ｎは電圧検出器であって、それぞれアノ
ードリアクトル４Ｐおよび４Ｎの印加電圧からＩｐおよ
びＩｎの第３レベルの過電流（ＯＣ３）を検出する。こ
の電圧検出器１７Ｐ、１７Ｎは上記図９に示された電圧
検出器１７と同じものである。１３Ｆは電流レベル判別
回路であって、図１４の電流レベル判別回路１３Ｄに対
してＰ側およびＮ側の直流電流ＩｐおよびＩｎの第２レ
ベルの過電流（ＯＣ２）をそれぞれ比較器１３３Ｇおよ
び１３３Ｈで検出してそれぞれＮＯＴ回路１３４Ｃおよ
びＮＯＴ回路１３４Ｄの出力からＬレベルの信号を発生
する。
【０１３８】１４Ｃは故障判別回路（図２２）であっ
て、図１５の故障判別回路１４Ｂに示すＡＮＤ回路１４
４Ｐ、１４４Ｎおよび１４５をそれぞれ、６入力のＡＮ
Ｄ回路１４４ＰＡ、１４４ＮＡおよび２０入力のＡＮＤ
回路１４５Ａに変更している。このＡＮＤ回路１４４Ｐ
Ａの入力には上記電圧検出器１７Ｐからの第３レベルの
過電流信号ＩＰＯＣ３と上記電流レベル判別回路１３Ｆ
からの第２レベルの過電流信号ＩＰＯＣ２が追加されて
いる。また上記ＡＮＤ回路１４４ＮＡの入力には上記電
圧検出器１７Ｎからの第３レベルの過電流信号ＩＮＯＣ
３と上記電流レベル判別回路１３Ｆからの第２レベルの
過電流信号ＩＮＯＣ２が追加されている。また上記ＡＮ
Ｄ回路１４５Ａの入力には上記電圧検出器１７Ｐおよび
１７Ｎからの第３レベルの過電流信号ＩＰＯＣ３および
ＩＮＯＣ３と上記電流レベル判別回路１３Ｆからの第２
レベルの過電流信号ＩＰＯＣ２およびＩＮＯＣ２が追加
されている。
【０１３９】このように構成された直流短絡保護回路に
おいて、例えば上記図１７のケース３（ＧＣ１が故障し
てＰ、Ｃ間の直流短絡が発生した場合にＩＰＯＣ１を検
出してＧＣ３をゲートオフする。）において、仮にＧＣ
３が遮断失敗を生じた場合には自己消弧素子の可制御電
流値ＩＴＱＲＭ以上のレベルに設定された第２レベルの
過電流設定値ＯＣ２にＩｐが達して上記電流レベル判別
回路１３Ｆからの信号ＩＰＯＣ２がＬレベルなると、上
記ＡＮＤ回路１４４ＰＡの出力からＬレベルのＣＰＯ信
号を発生して保護処理モードＣＰに移行し、Ｐ側短絡経
路のＧＣ１〜３を一斉点弧する。また例えば上記図１７
のケース５（ＧＣ４が故障してＣ、Ｎ間の直流短絡が発
生した場合にＩＮＯＣ１を検出してＧＣ２をゲートオフ
する。）において、仮にＧＣ２が遮断失敗を生じた場合
には自己消弧素子の可制御電流値ＩＴＱＲＭ以上のレベ
ルに設定された第２レベルの過電流設定値ＯＣ２にＩｎ
が達して上記電流レベル判別回路１３Ｆからの信号ＩＮ
ＯＣ２がＬレベルなると、上記ＡＮＤ回路１４４ＮＡの
出力からＬレベルのＣＮＯ信号を発生して保護処理モー
ドＣＮに移行し、Ｎ側短絡経路のＧＣ２〜４を一斉点弧
する。
【０１４０】さらに直流電流検出器８Ｐあるいは８Ｎの
故障が重なった場合には上記第２レベルの過電流ＩＰＯ
Ｃ２あるいはＩＮＯＣ２の検出が不可能になり、一斉点
弧動作が行えない。その場合には、Ｉｐが上記電圧検出
器１７Ｐの検出レベルである第３レベルの過電流設定値
ＩＰＯＣ３に達すると、上記ＡＮＤ回路１４４ＰＡの出
力からＬレベルのＣＰＯ信号を発生して保護処理モード
ＣＰに移行し、Ｐ側短絡経路のＧＣ１〜３を一斉点弧す
る。またＩｎが上記電圧検出器１７Ｎの検出レベルであ
る第３レベルの過電流設定値ＩＮＯＣ３に達すると、上
記ＡＮＤ回路１４４ＮＡの出力からＬレベルのＣＮＯ信
号を発生して保護処理モードＣＮに移行し、Ｎ側短絡経
路のＧＣ２〜４を一斉点弧する。以上のように３レベル
の電力変換装置と直流短絡保護回路を構成することによ
り、素子やブスバーの保護に対して信頼性の高いものが
得られる。
【０１４１】実施の形態１１．なお、上記実施の形態８
では、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）を上記実
施の形態１と同様に上記（３）および（６）式から得た
ものを示したが、平滑コンデンサ５Ｐおよび５Ｎの直流
電圧ＥｄｐおよびＥｄｎが定挌値で変動しないと仮定し
た場合に適用できる。現実にはこの直流電圧Ｅｄｐ、Ｅ
ｄｎは負荷変動等により変動を生じるために、上記実施
の形態５の場合と同様に、交流側電流Ｉａｃの基準値＋
β（−β）は直流電圧Ｅｄｐ、Ｅｄｎが最大値（Ｅｄｍ
ａｘ）の場合を考慮して、上記（７）式に基づいて基準
値βを設定したものであってもよい。このようにして基
準値βを設定すれば、直流電圧Ｅｄｐ、Ｅｄｎの変動が
生じても自己消弧素子をオフさせる保護モードのときに
は可制御電流値ＩＴＱＲＭ以下のレベルで確実に遮断で
き、信頼性の高いものが得られる。
【０１４２】また、上記実施の形態６と同様に、基準値
βを直流電圧Ｅｄｐ、Ｅｄｎに応じて調整するものであ
ってもよい。すなわち上記（９）式を変形して、Ｐ側直
流短絡経路（Ｐ、Ｃ間直流短絡ル−プ）の場合の基準値
βａｐとＮ側直流短絡経路（Ｃ、Ｎ間直流短絡ル−プ）
の場合の基準値βａｎを求めると次式になる。 βａｐ＝β＋（Ｅｄｐｍａｘ−Ｅｄｐ）×ｔｏｃ／Ｌ （１５） βａｎ＝β＋（Ｅｄｎｍａｘ−Ｅｄｎ）×ｔｏｃ／Ｌ （１６） ここで、βは直流電圧ＥｄｐおよびＥｄｎが最大値Ｅｄ
ｐｍａｘおよびＥｄｎｍａｘのときの基準値、Ｅｄｐお
よびＥｄｎはＰ側およびＮ側直流電圧の瞬時値である。
なお、Ｌｐ＝Ｌｎ＝Ｌとしている。
【０１４３】この場合の制御構成を図２３に基づき、説
明する。図において１８Ｐおよび１８Ｎは直流電圧検出
器であって、それぞれ平滑コンデンサ５Ｐおよび５Ｎの
電圧を検出して直流電圧信号−Ｅｄｐおよび−Ｅｄｎを
出力する。１９Ａは交流電流の基準値調整回路であっ
て、この直流電圧検出器１８Ｐ、１８Ｎの出力信号−Ｅ
ｄｐ、−Ｅｄｎの大きさに応じて可変基準値信号βａを
出力する。この基準値調整回路１９Ａにおいて１９１Ｐ
および１９１Ｎは加算器であって、それぞれ上記直流電
圧検出器１８Ｐ、１８Ｎの出力信号−Ｅｄｐ、−Ｅｄｎ
と直流電圧ＥｄｐおよびＥｄｎの最大値に相当する信号
ＥｄｐｍａｘおよびＥｄｎｍａｘの加算演算を行う。１
９５は最小値選択回路であって、この加算器１９１Ｐお
よび１９１Ｎの出力信号（Ｅｄｐｍａｘ−Ｅｄｐ）およ
び（Ｅｄｎｍａｘ−Ｅｄｎ）の内、小さい方の信号を選
択して出力する。１９２はゲイン調整器であって、この
最小値選択回路１９５の出力に対し、上記（１５）、
（１６）式に基づいてゲインの調整を行い、調整信号△
βを出力する。１９３は加算器であって、このゲイン調
整器１９２の出力信号△βと上記（７）式に基づいて得
られる直流電圧が最大時の基準値βを加算し、可変基準
信号βａを出力して電流判別回路１３Ｇ内の比較器１３
３Ｂに与えている。１９４は極性反転器であって、この
加算器１９３の出力信号βａの極性を反転し、可変基準
信号−βａを出力して電流判別回路１３Ｇ内の比較器１
３３Ａに与えている。
【０１４４】なお、上記基準値調整回路１９Ａでは回路
の単純化のために最小値選択回路１９５を設けたものを
示したが、上記（１５）、（１６）式に基づいてβａｐ
およびβａｎを演算する回路を備えて、Ｐ、Ｃ間直流短
絡が検出される場合（図１７においてＩＰＯＣ１あるい
はＩＣ−ＯＣ１が検出された場合）には基準値としてβ
ａｐを選択し、Ｃ、Ｎ間直流短絡が検出される場合（図
１７においてＩＮＯＣ１あるいはＩＣ＋ＯＣ１が検出さ
れた場合）には基準値としてβａｎを選択するように構
成したものであってもよい。このように基準値βを直流
電圧に応じて調整するように構成したことにより、一斉
点弧保護動作の機会を低減でき、信頼性の高いものが得
られる。
【０１４５】実施の形態１２．また、上記実施の形態８
では自己消弧素子がオフした直後に一斉点弧信号ＣＰ
Ｏ、ＣＮＯが発生しても上記図１６の保護処理回路１５
Ｂ内のパルス発生器１５３Ａ〜１５３Ｄとそれに続くＡ
ＮＤ回路１５６Ａ〜１５６Ｄにより、自己消弧素子にゲ
ートオフ信号が与えられてからオフ動作が完了する期間
Ｔｄ´を経過した後に一斉点弧動作を行うように構成し
たものについて述べたが、自己消弧素子にゲートオフ信
号が与えられてオフ動作する際に交流側電流の極性によ
って、この自己消弧素子に逆並列接続された還流ダイオ
ードを通って交流側電流が流れている場合には上記実施
の形態７と同様に、すぐに一斉点弧動作を行っても構わ
ない。
【０１４６】この一斉点弧動作の延期手段を解除する方
法を、図２４に基づいて説明する。図において１５Ｃは
保護処理回路であって、上記図１６に示す保護処理回路
１５Ｂ内のパルス発生器１５３Ａ〜１５３Ｄの出力にそ
れぞれ２入力のＯＲ回路１５０Ａ〜１５０Ｄを追加し、
またパルス発生器１５Ｂ５および１５Ｂ６の出力にそれ
ぞれ２入力のＯＲ回路１５０Ｎおよび１５０Ｐを追加し
ている。このＯＲ回路１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｎの
もう一方の入力へは上記図１５に示す故障判別回路１４
Ｂ内の保持Ａ回路１４１Ａの出力信号−βＬが与えら
れ、またこのＯＲ回路１５０Ｃ、１５０Ｄ、１５０Ｐの
もう一方の入力へは上記図１５に示す故障判別回路１４
Ｂ内の保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨが与えられ
ている。
【０１４７】例えば上記図１９のケース２のように、Ｇ
Ｃ１のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発
生した場合にはパルス発生器１５３Ａの出力からＬレベ
ルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大き
さが−βよりも小さいならばＤＦ１を通ってＰ側へ交流
側電流が流れていると判断できる。そして、このとき上
記保持Ａ回路１４１Ａの出力信号−βＬはＨレベルであ
るから、ＯＲ回路１５０Ａの出力はＨレベルのままであ
り、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロップ回
路１５５Ｐの出力がＨレベルになると直ちにＧＣ１およ
びＧＣ３へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ３Ｃが
与えられる。また上記図１９のケース４のように、ＧＣ
２のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発生
した場合にはパルス発生器１５３Ｂの出力からＬレベル
のパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさ
が−βよりも小さいならばＧＣ２と対のＧＣ３を通って
Ｃ側へ交流側電流が流れていると判断できる。そして、
このとき上記保持Ａ回路１４１Ａの出力信号−βＬはＨ
レベルであるから、ＯＲ回路１５０Ｂの出力はＨレベル
のままであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップ
フロップ回路１５５Ｐおよびそれに続くＯＲ回路１５Ｂ
９の出力がＨレベルになると直ちにＧＣ１およびＧＣ２
へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃが与えられ
る。
【０１４８】また上記図１９のケース６のように、ＧＣ
４のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発生
した場合にはパルス発生器１５３Ｄの出力からＬレベル
のパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさ
がβよりも大きいならばＤＦ４を通ってＮ側から交流側
電流が流れていると判断できる。そして、このとき上記
保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨはＨレベルである
から、ＯＲ回路１５０Ｄの出力はＨレベルのままであ
り、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロップ回
路１５５Ｐの出力がＨレベルになるとただちにＧＣ１お
よびＧＣ２へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃ
が与えられる。また上記図１９のケース７のように、Ｇ
Ｃ３のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発
生した場合にはパルス発生器１５３Ｃの出力からＬレベ
ルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大き
さがβよりも大きいならばＧＣ３と対のＧＣ２を通って
Ｃ側から交流側電流が流れていると判断できる。そし
て、このとき上記保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨ
はＨレベルであるから、ＯＲ回路１５０Ｃの出力はＨレ
ベルのままであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリ
ップフロップ回路１５５Ｐの出力がＨレベルになるとた
だちにＧＣ１およびＧＣ３へはオンゲート信号ＧＰ１Ｃ
およびＧＰ３Ｃが与えられる。
【０１４９】また上記図１９のケース１のように、一斉
点弧信号ＣＮＯが与えられてＧＣ１をオフにしてＴｄ後
にＧＣ３およびＧＣ４をターンオンするような場合には
パルス発生器１５Ｂ５の出力からＬレベルのパルスが発
生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさが−βよりも
小さいならばＤＦ１を通ってＰ側へ交流側電流が流れて
いると判断できる。そして、このとき上記保持Ａ回路１
４１Ａの出力信号−βＬはＨレベルであるから、ＯＲ回
路１５０Ｎの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信
号ＣＮＯに基づいてフリップフロップ回路１５５Ｎおよ
びそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力がＨレベルになる
とただちにＧＣ３およびＧＣ４へはオンゲート信号ＧＰ
３ＣおよびＧＰ４Ｃが与えられる。また上記図１９のケ
ース５のように、一斉点弧信号ＣＰＯが与えられてＧＣ
４をオフにしてＴｄ後にＧＣ１およびＧＣ２をターンオ
ンするような場合にはパルス発生器１５Ｂ６の出力から
Ｌレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃ
の大きさがβよりも大きいならばＤＦ４を通ってＮ側か
ら交流側電流が流れていると判断できる。そして、この
とき上記保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨはＨレベ
ルであるから、ＯＲ回路１５０Ｐの出力はＨレベルのま
まであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロ
ップ回路１５５Ｐの出力がＨレベルになるとただちにＧ
Ｃ１およびＧＣ２へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧ
Ｐ２Ｃが与えられる。
【０１５０】このように直流短絡保護回路を構成したの
で、一斉点弧動作において各相の一斉点弧タイミングの
ばらつきを抑制できて、各相の直流短絡電流の分流がよ
くなる効果があり、信頼性の高いものが得られる。
【０１５１】なお、上記図２４では交流側電流Ｉａｃの
極性判別手段として保護処理モードの選択基準となる交
流側電流の基準値βを使用したもので示したが、別に交
流側電流の瞬時値の零レベルを基準値として極性の正、
負を判別するように構成したものであってもよい。
【０１５２】実施の形態１３．なお、上記実施の形態１
では、２レベルの第１の電力変換器（コンバータ）と第
２の電力変換器（インバータ）で構成された電力変換装
置における直流短絡の保護制御方法について述べたが、
各電力変換器が上記実施の形態８のような３レベルで構
成されたものであってもよく、また独立した交流電源あ
るいは交流負荷に接続された電力変換器が共通の平滑コ
ンデンサを介して３台以上で接続構成された電力変換装
置であってもよく、各相ごとに直流短絡の保護制御手段
を設けて各電力変換器の各相に対して一斉点弧信号を共
通化するように構成しているために、一斉点弧信号の本
数が削減できて信頼性の高い装置が得られる。
【０１５３】また第１の電力変換器（コンバータ）ある
いは第２の電力変換器（インバータ）の単体で構成され
た電力変換装置であってもよく、また第１の電力変換器
（コンバータ）がダイオード整流器のみで構成されたも
のであってもよい。例えば交流系統に接続される無効電
力補償装置などでは第１の電力変換器（コンバータ）６
のみが図２５のように交流系統に接続されて、無効電力
の制御を行っているが、低次の高調波電流成分も補償す
る場合には一般に平滑コンデンサの全容量Ｃが増大する
ために、直流短絡の発生により一斉点弧を行うと、各相
の短絡電流のピ−ク値Ｉｓｐは、例えば３相の場合では
次式のように平滑コンデンサの全容量Ｃに応じて増加
し、健全素子まで破壊する可能性がある。 Ｉｓｐ＝Ｅｄ√（Ｃ／３Ｌ） （１７）
【０１５４】このように平滑コンデンサの容量が大きい
場合の直流短絡の保護制御方法について、図２５に基づ
き、説明する。５Ａおよび５Ｂは第１および第２の平滑
コンデンサであって、この第１の平滑コンデンサ５Ａは
上記第１の電力変換器（コンバータ）のＰ、Ｎ端間に接
続され、第２の平滑コンデンサ５Ｂはこの第１の平滑コ
ンデンサ５Ａに並列にスイッチング手段としての双方向
の限流手段２０を介して接続され、いわば平滑コンデン
サの全容量Ｃを第１の平滑コンデンサ５Ａと第２の平滑
コンデンサ５Ｂに分割して構成している。この限流手段
２０はダイオード２０１と自己消弧素子２０２との逆並
列接続で構成される。第１の電力変換器６のいずれかの
相で直流短絡が発生して全相の一斉点弧を行う場合に、
故障相からの一斉点弧信号ＣＯにより、上記限流手段２
０の自己消弧素子２０２をただちにオフして第２の平滑
コンデンサ５Ｂからの放電を阻止する。この場合の各相
の短絡電流のピ−ク値Ｉｓｐは、上記（１７）式から平
滑コンデンサの全容量Ｃが適当な容量に分割された第１
の平滑コンデンサ５Ａのみになるために低減されて、健
全素子を確実に保護できる装置が得られる。
【０１５５】なお、図２５では単独の電力変換器で構成
されたのもについて述べたが、上記第１の平滑コンデン
サ５Ａに複数台の電力変換器が接続された電力変換装置
であってもよく、共通に構成された一斉点弧信号によ
り、上記限流手段２０の自己消弧素子２０２をオフす
る。また上記限流手段２０では上記自己消弧素子２０２
に直列にアノードリアクトルあるいは抵抗器などの限流
器２０３あるいは限流器２０４を接続して、この自己消
弧素子２０２に流れる電流を制限するように構成したも
のであってもよく、この場合にはこの自己消弧素子２０
２の信頼性を向上できる。なお、上記限流手段２０では
ダイオード２０１と自己消弧素子２０２を一体化した逆
導通型の自己消弧素子を使用してもよく、また図２５で
は上記第１の電力変換器６を２レベルの電力変換器で構
成したものを示したが、その他の３レベルで構成された
電力変換器であってもよく、上記限流手段２０および平
滑コンデンサ５ＢをＰ、Ｎ側の両側に設け、一斉点弧信
号ＣＰＯ、ＣＮＯに応じて各限流手段内の自己消弧素子
をオフすることにより、健全素子を確実に保護できる装
置が得られる。
【０１５６】実施の形態１４．また、上記実施の形態１
３では第１の電力変換器（コンバータ）あるいは第２の
電力変換器（インバータ）が単独で構成された電力変換
装置における直流短絡の保護制御方法について述べた
が、図２６に示すように多重電力変換器で構成された電
力変換装置に適用した場合について説明する。図におい
て、２１Ａおよび２１Ｂは１次側が互いに直列接続され
て交流電源に接続された変圧器、６Ａおよび６Ｂは電力
変換器であって、この変圧器２１Ａおよび２１Ｂの２次
側に接続される。５Ａ１および５Ａ２は第１の平滑コン
デンサであって、それぞれこの電力変換器６Ａおよび６
ＢのＰ、Ｎ間に接続される。２０Ａおよび２０Ｂは限流
手段であって、それぞれこの第１の平滑コンデンサ５Ａ
１および５Ａ２の中間接続点Ｐ´間に設けられる。１２
Ａおよび１２Ｂはそれぞれ上記電力変換器６Ａおよび６
Ｂの直流短絡保護回路であって、一斉点弧信号ＣＯＡお
よびＣＯＢをこの限流手段２０Ａおよび２０Ｂに与える
ように構成している。
【０１５７】例えば上記電力変換器６Ａで直流短絡が発
生した場合には直流短絡保護回路１２Ａから一斉点弧信
号ＣＯＡが上記限流手段２０Ａに与えられ、第１の平滑
コンデンサ５Ａ２からの放電が阻止される。このとき、
健全な上記電力変換器６Ｂは一斉点弧する必要はなく、
ゲートオフしてもよい。この場合には上記変圧器２１Ａ
のみ２次側が短絡されたことになるために、一斉点弧し
た上記電力変換器６Ａへの交流電源側からの流入電流が
抑制できる効果がある。なお、第２の平滑コンデンサ５
Ｂが上記限流手段２０Ａおよび２０Ｂの中間接続点Ｐ´
に設けられてあってもよく、この放電を阻止できる。ま
た図２５では上記多重電力変換器６Ａおよび６Ｂを２レ
ベルの電力変換器で構成したものを示したが、その他の
３レベルで構成された電力変換器であってもよく、上記
限流手段２０Ａ、２０Ｂおよび平滑コンデンサ５Ｂを
Ｐ、Ｎ側の両側に設け、一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯに
対応した側の限流手段内の自己消弧素子をオフする（例
えば直流短絡保護回路１２Ａから一斉点弧信号ＣＰＯが
発生した場合にはＰ側に接続された限流手段をオフす
る。）ことにより、健全素子を確実に保護できる装置が
得られる。このように直流短絡の保護手段を構成するこ
とにより、多重電力変換器の健全素子を確実に保護でき
る装置が得られる。
【０１５８】実施の形態１５．また、上記実施の形態１
３では第１の電力変換器（コンバータ）あるいは第２の
電力変換器（インバータ）の単独で構成された電力変換
装置における直流短絡の保護制御方法について述べた
が、図２７に示すように並列接続の電力変換器で構成さ
れた電力変換装置に適用した場合について説明する。図
において、６Ａおよび６Ｂは上記図１に示すような第１
の電力変換器（コンバータ）であって、それぞれ交流リ
アクトル１ＸＡおよび１ＸＢを介して共通の交流電源側
に接続され、また直流側のＰ、Ｎ端子は共通に接続され
て並列運転を行う。
【０１５９】２２は交流電流の最大値選択回路であっ
て、この両変換器６Ａおよび６Ｂの各相毎の交流側電流
の検出信号ＩａｃａおよびＩａｃｂの瞬時値を比較して
大きい方を選択し、各相の選択された交流側電流の出力
信号Ｉａｃを図２に示すように構成された直流短絡保護
回路１２へ与える。また２３は直流電流の最大値選択回
路であって、上記変換器６Ａおよび６Ｂの各相毎の直流
電流の検出信号ＩｐａおよびＩｐｂの瞬時値を比較して
大きい方を選択し、各相の選択された直流電流の出力信
号Ｉｐを直流短絡保護回路１２へ与える。また２４はＡ
ＮＤ回路であって、上記変換器６Ａおよび６Ｂのゲート
駆動回路からのＬレベルの素子故障信号ＧＤＦＯａおよ
びＧＤＦＯｂのＡＮＤ演算を行い、その出力を直流短絡
保護回路１２に与える。２５は交流電流バランス制御回
路であって、電力変換器からのゲートパルス信号ＧＰＣ
と上記両変換器６Ａおよび６Ｂの交流側電流の検出信号
ＩａｃａおよびＩａｃｂとから各交流側電流のバランス
制御を行い、ゲートパルスのオンあるいはオフのタイミ
ングが調整されたゲートパルス信号ＧＰＤａおよびＧＰ
Ｄｂを上記変換器６Ａおよび６Ｂのゲート駆動回路へ与
える。
【０１６０】例えば上記変換器６Ａで直流短絡が発生す
ると、この変換器６ＡのＰ側の直流電流が増加するため
に上記直流電流の最大値選択回路２３出力信号Ｉｐには
Ｉｐａが選択される。上記直流短絡保護回路１２では電
流レベルの判別を行い、故障モードを特定して保護処理
されたゲートパルス信号ＧＰＣを発生し、上記交流電流
バランス制御回路２５を介して上記変換器６Ａおよび６
Ｂのゲート駆動回路へ同時に与える。このように上記変
換器６Ａおよび６Ｂに対して共通に設けられた上記直流
短絡保護回路１２により、上記変換器６Ａおよび６Ｂの
直流短絡保護を行うように構成したので、回路が単純化
でき、信頼性の高いものが得られる。
【０１６１】なお、図２７では２レベルの電力変換器を
２台並列接続したものについて示したが、２台以上の複
数台が並列接続されて構成されたものであってもよく、
この場合には最大値選択回路２２、２３、ＡＮＤ回路２
４、交流電流バランス回路２５の入力へは各電力変換器
からの交流電流検出信号、直流電流検出信号、素子故障
信号が与えられる。また３レベルの電力変換器で構成さ
れたものであってもよく、例えば２台並列接続された電
力変換器ではＮ側の直流電流検出器からの出力信号Ｉｎ
ａとＩｎｂの最大値選択回路を追加して設け、その出力
信号を直流短絡保護回路１２に与えるように構成するこ
とにより、２レベルの電力変換器と同様な効果を奏す
る。
【０１６２】実施の形態１６．また、上記実施の形態１
３では第１の電力変換器（コンバータ）あるいは第２の
電力変換器（インバータ）が単独で構成された電力変換
装置における直流短絡の保護方法について述べたが、図
２８に示すように第１の電力変換器（コンバータ）６に
対して複数台の第２の電力変換器（インバータ）７Ａ
１，７Ａ２がそれぞれ限流手段２０Ａ１、２０Ａ２を介
して直流端子Ｐ´、Ｎ間に接続されて構成された電力変
換装置に適用した場合について説明する。２６Ａ１、２
６Ａ２はそれぞれ上記電力変換器７Ａ１，７Ａ２の交流
側に接続された負荷あるいは独立した交流電源であり、
また５Ａ１、５Ａ２はそれぞれ上記電力変換器７Ａ１，
７Ａ２の直流端子間に接続された平滑コンデンサであ
る。
【０１６３】例えば上記電力変換器７Ａ１が故障して直
流短絡が発生した場合には直流短絡保護回路１２Ａ１に
より、上記電力変換器７Ａ１の保護処理が行われるとと
もに一斉点弧信号ＣＯＡ１が上記限流手段２０Ａ１内の
自己消弧素子に与えられてオフされる。その結果、健全
な電力変換器６および７Ａ２で運転を継続できる。ま
た、上記電力変換器６が故障して直流短絡が発生した場
合には直流短絡保護回路１２により、上記電力変換器６
の保護処理が行われるとともに一斉点弧信号ＣＯが上記
限流手段２０内の自己消弧素子に与えられてオフされ
る。この場合には上記電力変換器７Ａ１，７Ａ２で運転
を継続できる。なお、図２８では第１の電力変換器（コ
ンバータ）６を１台で構成したものを示したが、第２の
電力変換器（インバータ）７Ａ１，７Ａ２のように複数
台で構成されてあってもよく、この場合には健全な第１
の電力変換器（コンバータ）６の運転を継続できる。ま
た直流端子Ｐ´、Ｎ間に平滑コンデンサ５ｂが接続され
てあってもよい。また各電力変換器を３レベルの電力変
換器で構成されたものであってもよく、上記限流手段２
０、２０Ａ１、２０Ａ２および平滑コンデンサ５、５Ａ
１、５Ａ２をＰ、Ｎ側の両側に設け、一斉点弧信号ＣＰ
Ｏ、ＣＮＯに対応した側の限流手段内の自己消弧素子を
オフすることにより、健全素子を確実に保護できる装置
が得られる。同様な効果を奏する。
【０１６４】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
る電力変換装置の保護制御方法は、相毎に複数の自己消
弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲ
ートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交
流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御方
法であって、交流側電流を検出する交流電流検出手段、
および直流側電流を検出する直流電流検出手段を備え、
上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当
該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過
電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基
づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時
間経過した保護処理動作時点における上記各自己消弧素
子に流れる電流を予測し、当該過電流検出相および他相
の自己消弧素子を故障規模に応じて適切に保護するた
め、上記電流予測情報に応じて上記各自己消弧素子の保
護処理内容を予め設定された複数の保護処理モードの中
から選択するようにしたので、一律の保護でなく、故障
規模に応じた保護処理モードを選択することにより電力
変換装置に与えるダメージが少なく信頼性が高まる。
【０１６５】また、請求項２に係る電力変換装置の保護
制御装置は、相毎に複数の自己消弧素子およびダイオー
ド、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給する
ゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換
を行う電力変換装置の保護制御装置であって、交流側電
流を検出する交流電流検出手段、直流側電流を検出する
直流電流検出手段、上記直流側電流が所定の過電流設定
値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流
側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲ
ートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護
動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点におい
て上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己
消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予
測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可
制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自
己消弧素子をオフまたはゲートフリーズ（そのときのゲ
ート状態を強制的に継続させる）させ他相の自己消弧素
子を一斉オフさせ、上記故障判別回路が可制御電流値を
越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素
子をオンまたはゲートフリーズさせ他相の自己消弧素子
を一斉オンさせる保護処理回路を備えたので、電力変換
装置に与える影響が大きい、自己消弧素子の一斉オンに
よる保護処理の機会が減少し、装置の信頼性が向上す
る。
【０１６６】また、請求項３に係る保護制御装置は、直
流側の両端子間に相毎に接続された、正極側自己消弧素
子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる正
極側アームと負極側自己消弧素子およびこれと逆並列接
続されたダイオードからなる負極側アームとの直列接続
体、および上記両自己消弧素子にゲートパルスを供給す
るゲートパルス発生手段を備え上記両アームの接続点を
交流側端子に接続する２レベルの電力変換装置の保護制
御装置であって、上記交流側端子に流れる電流を検出す
る交流電流検出手段、上記両アームに流れる電流を検出
する直流電流検出手段、上記両アームのいずれかに流れ
る電流が上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に
設定された所定の第１レベルの過電流設定値に達したと
き、当該過電流検出時点における上記交流側電流および
当該過電流検出相の両自己消弧素子へのゲートパルス信
号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な
所定時間経過した保護処理動作時点において上記両自己
消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮
断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故
障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以
内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子
を、ゲートオンパルス入力中のものはオフ、ゲートオフ
パルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己
消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上
記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したとき
は当該過電流検出相の両自己消弧素子をオンさせ他相の
自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを
実行する保護処理回路を備えたので、故障の規模を確実
に予測して適切な保護処理が実現し、自己消弧素子の一
斉オンによる保護処理の機会が確実に減少し、２レベル
の電力変換装置の信頼性が向上する。
【０１６７】また、請求項４に係る保護制御装置は、可
制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値を
ＯＣ１、直流側端子間の電圧をＥｄ、保護動作に必要な
所定時間をｔｏｃ、直流側端子からみた故障経路のイン
ダクタンスをＬとしたとき下式で得られる選択基準値β
を設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を両アー
ムの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義し
た場合、保護処理回路は、負極側自己消弧素子がゲート
オンパルス入力中に正極側アームの電流が過電流に達し
たとき、Ｉａｃ≧−βが成立すると第１の保護処理モー
ド、Ｉａｃ＜−βが成立すると第２の保護処理モードを
実行し、正極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中
に負極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≦
＋βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＞＋β
が成立すると第２の保護処理モードを実行するので、保
護処理モードの選択がより確実になされる。 β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ
【０１６８】また、請求項５に係る保護制御装置は、直
流側端子間の電圧Ｅｄとして、想定されるその最大値Ｅ
ｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにした
ので、過電流発生の予測が安全サイドのなされる。
【０１６９】また、請求項６に係る保護制御装置は、直
流側端子間の電圧Ｅｄを検出する直流電圧検出器を備
え、この直流電圧検出器の出力ＥｄＬを採用して選択基
準値βを設定するようにしたので、過電流発生の予測精
度が向上し、保護処理の選択がより適切になされる。
【０１７０】また、請求項７に係る保護制御装置は、自
己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自
己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、
正極側および負極側自己消弧素子が共にオフ動作中に上
記故障を検出したとき、当該故障検出相の両自己消弧素
子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オ
フさせるようにしたので、直流側端子間短絡を伴わない
自己消弧素子の故障時にも確実な保護処理がなされる。
【０１７１】また、請求項８に係る保護制御装置は、交
流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点と
の接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流
検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続
線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極
端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流
電流検出器を備えたので、必要な各部の電流検出が確実
になされる。
【０１７２】また、請求項９に係る保護制御装置は、交
流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点と
の接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流
検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続
線に挿入された正極側直流電流検出器または直流側負極
端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流
電流検出器のいずれか一方を備え、いずれか他方の直流
電流は上記いずれか一方の直流電流検出器と上記交流電
流検出器との出力から演算により求めるようにしたの
で、直流電流検出器の必要台数を減じてコストの低減が
実現する。
【０１７３】また、請求項１０に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アーム
との接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直
流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負
極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記両直流電
流検出器の出力から演算により求めるようにしたので、
交流電流検出器が不要であり、コストの低減が実現す
る。
【０１７４】また、請求項１１に係る保護制御装置は、
第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの
過電流設定値を設定し、直流電流検出手段の出力が上記
第２レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を
一斉オンさせるようにしたので、保護処理として動作し
た自己消弧素子が遮断失敗したときのバックアップ保護
がなされるので、保護動作の信頼性が向上する。
【０１７５】また、請求項１２に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重
系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高
い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２
の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設
定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるように
したので、直流電流検出器自体の故障発生時のバックア
ップ保護がなされるので、保護動作の信頼性が向上す
る。
【０１７６】また、請求項１３に係る保護制御装置は、
過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場
合、当該他相の自己消弧素子の内、短絡防止期間Ｔｄで
オン動作からオフ動作に移行中のものは、上記期間Ｔｄ
開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間
Ｔｄ´迄、当該自己消弧素子をオフからオンにする信号
の供給を禁止する手段を備えたので、自己消弧素子に無
理なオン動作を強制することがなく、信頼性が向上す
る。
【０１７７】また、請求項１４に係る保護制御装置は、
請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても同アーム内のダイオードが通電中のとき
は、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作
を解除するようにしたので、自己消弧素子に無理な動作
を強いることなく一斉オンのタイミングのばらつきが抑
制され、電流分担特性が改善される。
【０１７８】また、請求項１５に係る保護制御装置は、
請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間
に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信
号供給禁止手段の動作を解除するようにしたので、オン
信号供給禁止／解除の判断が簡便になされる。Ｉａｃ＜
−β または Ｉａｃ＞＋β
【０１７９】また、請求項１６に係る保護制御装置は、
正極、中性極および負極を有する直流側の上記正負両極
間に相毎に接続された、第１ないし第４の自己消弧素子
の直列接続体、上記各自己消弧素子と逆並列接続されて
それぞれ第１ないし第４のアームを構成する第１ないし
第４のダイオード、上記中性極とそれぞれ上記第１、第
２のアームの接続点および上記第３、第４のアームの接
続点との間に接続された第５および第６のダイオード、
および上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲ
ートパルス発生手段を備え、上記第２、第３のアームの
接続点を交流側端子に接続する３レベルの電力変換装置
の保護制御装置であって、上記交流側端子に流れる電流
を検出する交流電流検出手段、上記第１のアームに流れ
る正極側の直流電流、第４のアームに流れる負極側の直
流電流および上記第５、第６のダイオードの接続点と上
記中性極との間に流れる中性極側の直流電流を検出する
直流電流検出手段、この直流電流検出手段が検出する直
流側電流のいずれかが上記ダイオードの逆回復電流より
も大きな値に設定された所定の第１の過電流設定値に達
したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流
および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパ
ルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に
必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記
各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素
子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別
する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電
流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧
素子を、ゲートオンパルス入力中のものは故障短絡経路
にある少なくとも１個をオフその他をゲートフリーズ、
ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、
他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モ
ードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判
別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲー
トオンパルス入力中のものはオン、ゲートオフパルス入
力中のものは故障短絡経路にあるものをオンその他をゲ
ートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オンさせ
る第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備え
たので、故障の規模を確実に予測して適切な保護処理が
実現し、自己消弧素子の一斉オンによる保護処理の機会
が確実に減少し、３レベルの電力変換装置の信頼性が向
上する。
【０１８０】また、請求項１７に係る保護制御装置は、
可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値
をＯＣ１、直流側の正極−中性極間および中性極−負極
間の電圧をそれぞれＥｄｐおよびＥｄｎ、保護動作に必
要な所定時間をｔｏｃ、および直流側の上記各極間から
みた故障経路のインダクタンスをそれぞれＬｐ、Ｌｎ、
Ｌｐｎとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定す
るとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を第２、第３のア
ームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義
した場合、保護処理回路は、第２、第３の自己消弧素子
がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲー
トオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達し
たとき、Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相
の第３の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第４の自己
消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を
一斉オフさせる第１−３の保護処理モード（Ｂ３）、Ｉ
ａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第
２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子を
ゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消
弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード
（ＣＰ）を実行し、上記第２、第３の自己消弧素子がゲ
ートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオ
フパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したと
き、Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第
２の自己消弧素子をオフ、第１、第３、第４の自己消弧
素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉
オフさせる第１−２の保護処理モード（Ｂ２）、Ｉａｃ
＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、
第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲー
トフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素
子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（Ｃ
Ｎ）を実行し、上記第３、第４の自己消弧素子がゲート
オンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパ
ルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したと
き、Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第
４の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第３の自己消弧
素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉
オフさせる第１−４の保護処理モード（Ｂ４）、Ｉａｃ
＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、
第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲー
トフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素
子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（Ｃ
Ｎ）を実行し、上記第３、第４の自己消弧素子がゲート
オンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパ
ルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３、
第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２の自己消弧素子
をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
させる第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）、Ｉａｃ
＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、
第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子
を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（Ｃ
ＰＮ）を実行し、上記第１、第２の自己消弧素子がゲー
トオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフ
パルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したと
き、Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第
１の自己消弧素子をオフ、第２、第３、第４の自己消弧
素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉
オフさせる第１−１の保護処理モード（Ｂ１）、Ｉａｃ
＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、
第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲー
トフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素
子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（Ｃ
Ｐ）を実行し、上記第１、第２の自己消弧素子がゲート
オンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパ
ルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、
第２の自己消弧素子をオフ、第３、第４の自己消弧素子
をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
させる第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）、Ｉａｃ
≧＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、
第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子
を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（Ｃ
ＰＮ）を実行するので、保護処理のモードの選択がより
確実になされる。 β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−ｔｏｃ｛Ｅｄｐ／Ｌｐ＋Ｅｄ
ｎ／Ｌｎ＋（Ｅｄｐ＋Ｅｄｎ）／Ｌｐｎ｝／３
【０１８１】また、請求項１８に係る保護制御装置は、
第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）で過電流検出相
の第１、第２の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第
２の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第１の自己
消弧素子をオフさせるタイミングより、自己消弧素子の
ターンオフ時間のばらつきを考慮して設定された所定の
時間Ｔｙ遅らせ、第１−３４の保護処理モード（Ｂ３
４）で過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフ
させる場合、上記第３の自己消弧素子をオフさせるタイ
ミングを第４の自己消弧素子をオフさせるタイミングよ
り、上記所定の時間Ｔｙ遅らせるようにしたので、自己
消弧素子のターンオフ時間のばらつきに伴う直流ＰＮ間
短絡が確実に防止され、信頼性が向上する。
【０１８２】また、請求項１９に係る保護制御装置は、
直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極
と負極との間の電圧Ｅｄｎとして、想定されるその最大
値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するように
したので、過電流発生の予測が安全サイドになされる。
【０１８３】また、請求項２０に係る保護制御装置は、
直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極
と負極との間の電圧Ｅｄｎを検出する直流電圧検出器を
備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄｐまたはＥｄｎの
いずれか大きい方を選択し、当該選択した検出電圧を採
用して選択基準値βを設定するようにしたので、過電流
発生の予測精度が向上し、保護処理の選択がより適切に
なされる。
【０１８４】また、請求項２１に係る保護制御装置は、
自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記
自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備
え、各相４個の自己消弧素子の内１個がオン他の３個が
オフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相
の全自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消
弧素子を一斉オフさせるようにしたので、直流側端子間
短絡を伴わない自己消弧素子の故障時にも確実な保護処
理がなされる。
【０１８５】また、請求項２２に係る保護制御装置は、
交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アーム
の接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備
え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のア
ームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直
流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負
極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第
６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極
側直流電流検出器を備えたので、必要な各部の電流検出
が確実になされる。
【０１８６】また、請求項２３に係る保護制御装置は、
交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アーム
の接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備
え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のア
ームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直
流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負
極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第
６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極
側直流電流検出器の内いずれか２台の直流電流検出器を
備え、いずれか他の１台の直流電流検出器に係る直流電
流は上記２台の直流電流検出器と上記交流電流検出器と
の出力から演算により求めるようにしたので、直流電流
検出器の必要台数を減じてコストの低減が実現する。
【０１８７】また、請求項２４に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアーム
との接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側
負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側
直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６の
ダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直
流電流検出器を備え、交流側電流は上記各直流電流検出
器の出力から演算により求めるようにしたので、交流電
流検出器が不要となりコストの低減が実現する。
【０１８８】また、請求項２５に係る保護制御装置は、
第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの
過電流設定値を設定し、正極側直流電流が上記第２レベ
ルの過電流設定値に達すると全第１、第２、第３の自己
消弧素子を一斉オンさせ、負極側直流電流が上記第２レ
ベルの過電流設定値に達すると全第２、第３、第４の自
己消弧素子を一斉オンさせるようにしたので、保護処理
として動作した自己消弧素子が遮断失敗したときのバッ
クアップ保護がなされるので、保護動作の信頼性が向上
する。
【０１８９】また、請求項２６に係る保護制御装置は、
直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重
系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高
い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２
の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設
定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるように
したので、直流電流検出器自体の故障発生時のバックア
ップ保護がなされるので、保護動作の信頼性が向上す
る。
【０１９０】また、請求項２７に係る保護制御装置は、
過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合
であって、当該他相の第１、第２の自己消弧素子がオ
ン、第３、第４の自己消弧素子がオフ動作中に上記第
２、第３、第４の自己消弧素子をオンさせるときは、先
ず、上記第１の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防
止期間Ｔｄ経過後、上記第３、第４の自己消弧素子をオ
ンさせ、当該他相の上記第３、第４の自己消弧素子がオ
ン、第１、第２の自己消弧素子がオフ動作中に上記第
１、第２、第３の自己消弧素子をオンさせるときは、先
ず、上記第４の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防
止期間Ｔｄ経過後、上記第１、第２の自己消弧素子をオ
ンさせるようにしたので、直流ＰＮ間短絡が確実に防止
され、信頼性が向上する。
【０１９１】また、請求項２８に係る保護制御装置は、
請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフ
させるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせると
き、当該各自己消弧素子と同アーム内のダイオードが通
電中のときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たず
に直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさ
せ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにした
ので、直流ＰＮ間短絡を発生することなく一斉オンのタ
イミングのばらつきが抑制され、電流分担特性が改善さ
れる。
【０１９２】また、請求項２９に係る保護制御装置は、
請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフ
させるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせると
き、交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成
立するときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たず
に直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさ
せ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにした
ので、オンまでの期間Ｔｄ経過要否の判断が簡便になさ
れる。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【０１９３】また、請求項３０に係る保護制御装置は、
過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合
であって、当該他相の第１、第２、第３、第４の自己消
弧素子の内、１個の自己消弧素子が短絡防止期間Ｔｄで
オン動作からオフ動作に移行中のときは、上記期間Ｔｄ
開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間
Ｔｄ´迄、上記各自己消弧素子をオフからオンにする信
号の供給を禁止する手段を備えたので、自己消弧素子に
無理なオン動作を強制することがなく、信頼性が向上す
る。
【０１９４】また、請求項３１に係る保護制御装置は、
請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても同アーム内のダイオードまたは対の自己
消弧素子が通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン
信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたので、無
理な動作を強いることなく、一斉オンのタイミングのば
らつきが抑制され、電流分担特性が改善される。
【０１９５】また、請求項３２に係る保護制御装置は、
請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧
素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間
に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信
号供給禁止手段の動作を解除するようにしたので、オン
信号供給禁止／解除の判断が簡便になされる。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【０１９６】また、請求項３３に係る保護制御装置は、
各自己消弧素子に一斉オン信号が送出された場合であっ
て、第１、第２、第３、第４の自己消弧素子を同時にオ
ンさせるときは、上記第１の自己消弧素子をオンさせる
タイミングを第２の自己消弧素子をオンさせるタイミン
グより、自己消弧素子のターンオン時間のばらつきを考
慮して設定された所定の時間Ｔｘ遅らせ、上記第４の自
己消弧素子をオンさせるタイミングを第３の自己消弧素
子をオンさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｘ遅
らせるようにしたので、自己消弧素子のターンオン時間
のばらつきに伴う直流ＰＮ間短絡が確実に防止され、信
頼性が向上する。
【０１９７】また、請求項３４に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載された電力変換装
置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場
合、上記平滑コンデンサを第１の平滑コンデンサと、ス
イッチング手段を介して上記第１の平滑コンデンサと並
列に接続された第２の平滑コンデンサとで構成し、保護
制御装置で出力された自己消弧素子への一斉オン信号に
基づき上記スイッチング手段をオフすることにより、上
記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子へ
の放電を抑制するようにしたので、一斉オン時の自己消
弧素子の短絡電流が減少して信頼性が向上する。
【０１９８】また、請求項３５に係る保護制御装置は、
請求項１６ないし３３のいずれかに記載の３レベルの電
力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを
備えた場合、上記平滑コンデンサを、正極端子と中性極
端子とに接続された第１の正極側平滑コンデンサと正極
側スイッチング手段を介して上記第１の正極側平滑コン
デンサと並列に接続された第２の正極側平滑コンデン
サ、および中性極端子と負極端子とに接続された第１の
負極側平滑コンデンサと負極側スイッチング手段を介し
て上記第１の負極側平滑コンデンサと並列に接続された
第２の負極側平滑コンデンサで構成し、保護制御装置で
出力された第１、第２、第３の自己消弧素子または第
２、第３、第４の自己消弧素子への一斉オン信号に基づ
き上記正極側スイッチング手段または負極側スイッチン
グ手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから
上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するよう
にしたので、３レベルの電力変換装置において、一斉オ
ン時の自己消弧素子の短絡電流が減少して信頼性が向上
する。
【０１９９】また、請求項３６に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を
複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置のいずれかの保護制御装置で出力さ
れる自己消弧素子への一斉オン信号を他の電力変換装置
の自己消弧素子へも同時に送出するよう、上記一斉オン
信号を上記各電力変換装置で共通化するよう構成したの
で、保護制御回路の構成が簡便となり、コスト低減と信
頼性向上が実現する。
【０２００】また、請求項３７に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を
複数台、各電力変換装置の直流端子間に接続された平滑
コンデンサを備え、上記各電力変換装置の直流側を共通
に接続してなるものにおいて、上記各電力変換装置毎に
設けられたスイッチング素子を介して各直流側を共通に
接続するとともに、いずれかの上記電力変換装置の保護
制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に
基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフする
ことにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサから当
該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放
電を阻止するようにしたので、一斉オン時の自己消弧素
子の短絡電流が減少して信頼性が向上する。
【０２０１】また、請求項３８に係る保護制御装置は、
各電力変換装置の直流側を共通に接続する共通接続点の
正負両極間に接続された共通平滑コンデンサを備えた場
合、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力
される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力
変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他
の電力変換装置の平滑コンデンサおよび上記共通平滑コ
ンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己
消弧素子への放電を阻止するようにしたので、一斉オン
時の自己消弧素子の短絡電流が減少して信頼性が向上す
る。
【０２０２】また、請求項３９に係る保護制御装置は、
請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置で
あって互いに同一容量の電力変換装置を複数台、各直流
側を共通に接続してなるものにおいて、上記各電力変換
装置で検出された交流側電流および直流側電流のそれぞ
れ最大値を選択する最大値選択回路、上記各電力変換装
置の自己消弧素子に共通のゲートパルスを供給するゲー
トパルス発生器、上記最大値選択回路から出力される交
流側電流信号、直流側電流信号および上記ゲートパルス
信号に基づき故障の予測判別を行う故障判別回路、およ
びこの故障判別回路の判別出力に基づき上記各電力変換
装置の自己消弧素子に対して共通の保護処理を行う保護
処理回路を備えたので、保護制御回路の構成が簡便とな
り、コスト低減と信頼性向上が実現する。
【０２０３】また、請求項４０に係る保護制御装置は、
複数の各電力変換装置の交流側は、それぞれ互いに独立
した交流電源または交流負荷に接続されているので、健
全な電力変換装置と独立の交流系統とで運転を継続する
ことが可能となる。
【０２０４】また、請求項４１に係る保護制御装置は、
複数の各電力変換装置の交流側は、その各１次側を互い
に直列にして交流電源または交流負荷に接続される複数
の変圧器の各２次側に接続されているので、一斉オンし
た電力変換装置への交流側からの流入電流を抑制するこ
とができる。
【０２０５】また、請求項４２に係る保護制御装置は、
複数の各電力変換装置の交流側は、上記各電力変換装置
毎に設けられた交流リアクトルを介して共通の交流電源
または交流負荷に接続されているので、各電力変換装置
のバランス制御が容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における２レベル電
力変換装置の保護制御装置の全体を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における２レベル保
護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図３】 各故障ケースの動作を表の形で示した図であ
る。
【図４】 各故障ケースのタイミングを示すタイミング
チャートである。
【図５】 転流動作時の波形を示すタイミングチャート
である。
【図６】 過電流検出動作を説明するための図である。
【図７】 この発明の実施の形態２における保護制御装
置の１相分を示す構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態３における保護制御装
置の１相分を示す構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４における保護制御装
置の１相分を示す構成図である。
【図１０】 過電流検出動作を説明するための図であ
る。
【図１１】 この発明の実施の形態６における保護制御
装置の過電流検出動作を説明するための図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６における保護制御
装置の１相分を示す構成図である。
【図１３】 この発明の実施の形態７における保護制御
装置の１相分を示す構成図である。
【図１４】 この発明の実施の形態８における３レベル
電力変換装置の保護制御装置の１相分を示す構成図であ
る。
【図１５】 図１４の故障判別回路１４Ｂの内部構成を
示す図である。
【図１６】 図１４の保護処理回路１５Ｂの内部構成を
示す図である。
【図１７】 各故障ケースの動作を表の形で示した図で
ある。
【図１８】 各故障ケースのタイミングを示すタイミン
グチャートである。
【図１９】 一斉点弧信号が出力されたときの動作を表
の形で示した図である。
【図２０】 この発明の実施の形態９における保護制御
装置の１相分を示す構成図である。
【図２１】 この発明の実施の形態１０における保護制
御装置の１相分を示す構成図である。
【図２２】 図２１の故障判別回路１４Ｃの内部構成を
示す図である。
【図２３】 この発明の実施の形態１１における保護制
御装置の１相分を示す構成図である。
【図２４】 この発明の実施の形態１２における保護処
理回路１５Ｃの内部構成を示す図である。
【図２５】 この発明の実施の形態１３における電力変
換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２６】 この発明の実施の形態１４における電力変
換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２７】 この発明の実施の形態１５における電力変
換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２８】 この発明の実施の形態１６における電力変
換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２９】 従来の２レベル電力変換装置を示す構成図
である。
【符号の説明】
１ 交流リアクトル、２ 還流ダイオード、３ 自己消
弧素子、５ 平滑コンデンサ、６ コンバータ、７ イ
ンバータ、８ 直流電流検出器、９ 交流電流検出器、
１０，１１ ゲートパルス発生器、１２ 直流短絡保護
回路、１３ 電流レベル判別回路、１４ 故障判別回
路、１５ 保護処理回路、２０ 限流手段、２１ 変圧
器、２２，２３ 最大値選択回路、２６ 交流電源また
は交流負荷。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｚ (72)発明者 椋木 誠 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 岡山 秀夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 土谷 多一郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H006 AA05 CA03 CB01 CC02 DB01 DB07 DC02 FA02 GA04 5H007 AA06 AA12 AA17 CA03 CB05 CC03 DB01 DB07 DC02 FA03 FA06 FA13 FA18 GA08

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相毎に複数の自己消弧素子およびダイオ
    ード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給す
    るゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変
    換を行う電力変換装置の保護制御方法であって、 交流側電流を検出する交流電流検出手段、および直流側
    電流を検出する直流電流検出手段を備え、 上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当
    該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過
    電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基
    づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時
    間経過した保護処理動作時点における上記各自己消弧素
    子に流れる電流を予測し、当該過電流検出相および他相
    の自己消弧素子を故障規模に応じて適切に保護するた
    め、上記電流予測情報に応じて上記各自己消弧素子の保
    護処理内容を予め設定された複数の保護処理モードの中
    から選択するようにしたことを特徴とする電力変換装置
    の保護制御方法。
  2. 【請求項２】 相毎に複数の自己消弧素子およびダイオ
    ード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給す
    るゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変
    換を行う電力変換装置の保護制御装置であって、 交流側電流を検出する交流電流検出手段、直流側電流を
    検出する直流電流検出手段、上記直流側電流が所定の過
    電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における
    上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素
    子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点
    より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時
    点において上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が
    当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か
    否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別
    回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検
    出相の自己消弧素子をオフまたはゲートフリーズ（その
    ときのゲート状態を強制的に継続させる）させ他相の自
    己消弧素子を一斉オフさせ、上記故障判別回路が可制御
    電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の自
    己消弧素子をオンまたはゲートフリーズさせ他相の自己
    消弧素子を一斉オンさせる保護処理回路を備えたことを
    特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  3. 【請求項３】 直流側の両端子間に相毎に接続された、
    正極側自己消弧素子およびこれと逆並列接続されたダイ
    オードからなる正極側アームと負極側自己消弧素子およ
    びこれと逆並列接続されたダイオードからなる負極側ア
    ームとの直列接続体、および上記両自己消弧素子にゲー
    トパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え上記両
    アームの接続点を交流側端子に接続する２レベルの電力
    変換装置の保護制御装置であって、 上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手
    段、上記両アームに流れる電流を検出する直流電流検出
    手段、上記両アームのいずれかに流れる電流が上記ダイ
    オードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所定の
    第１レベルの過電流設定値に達したとき、当該過電流検
    出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相
    の両自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記
    過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した
    保護処理動作時点において上記両自己消弧素子に流れる
    電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制
    御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およ
    びこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したとき
    は当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパル
    ス入力中のものはオフ、ゲートオフパルス入力中のもの
    はゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
    させる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路が可
    制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相
    の両自己消弧素子をオンさせ他相の自己消弧素子を一斉
    オンさせる第２の保護処理モードを実行する保護処理回
    路を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装
    置の保護制御装置。
  4. 【請求項４】 可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベル
    の過電流設定値をＯＣ１、直流側端子間の電圧をＥｄ、
    保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、直流側端子からみ
    た故障経路のインダクタンスをＬとしたとき下式で得ら
    れる選択基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａ
    ｃの極性を両アームの接続点から交流側端子に流出する
    方向を正と定義した場合、保護処理回路は、 負極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に正極側
    アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≧−βが成
    立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＜−βが成立す
    ると第２の保護処理モードを実行し、 正極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に負極側
    アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≦＋βが成
    立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＞＋βが成立す
    ると第２の保護処理モードを実行することを特徴とする
    請求項３記載の電力変換装置の保護制御装置。 β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ
  5. 【請求項５】 直流側端子間の電圧Ｅｄとして、想定さ
    れるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設
    定するようにしたことを特徴とする請求項４記載の電力
    変換装置の保護制御装置。
  6. 【請求項６】 直流側端子間の電圧Ｅｄを検出する直流
    電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄＬを
    採用して選択基準値βを設定するようにしたことを特徴
    とする請求項４記載の電力変換装置の保護制御装置。
  7. 【請求項７】 自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路
    の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故障
    検出手段を備え、正極側および負極側自己消弧素子が共
    にオフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出
    相の両自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己
    消弧素子を一斉オフさせるようにしたことを特徴とする
    請求項３ないし６のいずれかに記載の電力変換装置の保
    護制御装置。
  8. 【請求項８】 交流電流検出手段として交流側端子と両
    アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器
    を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極
    側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器
    および直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入
    された負極側直流電流検出器を備えたことを特徴とする
    請求項３ないし７のいずれかに記載の電力変換装置の保
    護制御装置。
  9. 【請求項９】 交流電流検出手段として交流側端子と両
    アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器
    を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極
    側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器
    または直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入
    された負極側直流電流検出器のいずれか一方を備え、い
    ずれか他方の直流電流は上記いずれか一方の直流電流検
    出器と上記交流電流検出器との出力から演算により求め
    るようにしたことを特徴とする請求項３ないし７のいず
    れかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  10. 【請求項１０】 直流電流検出手段として直流側正極端
    子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電
    流検出器および直流側負極端子と負極側アームとの接続
    線に挿入された負極側直流電流検出器を備え、交流側電
    流は上記両直流電流検出器の出力から演算により求める
    ようにしたことを特徴とする請求項３ないし７のいずれ
    かに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  11. 【請求項１１】 第１レベルの過電流設定値より高い所
    定の第２レベルの過電流設定値を設定し、直流電流検出
    手段の出力が上記第２レベルの過電流設定値に達すると
    全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたことを特徴
    とする請求項３ないし１０のいずれかに記載の電力変換
    装置の保護制御装置。
  12. 【請求項１２】 直流電流検出手段を第２の直流電流検
    出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過
    電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を
    設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３
    レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉
    オンさせるようにしたことを特徴とする請求項１１記載
    の電力変換装置の保護制御装置。
  13. 【請求項１３】 過電流検出相から他相に一斉オン信号
    が送出された場合、当該他相の自己消弧素子の内、短絡
    防止期間Ｔｄでオン動作からオフ動作に移行中のもの
    は、上記期間Ｔｄ開始から上記オフ動作が完了するのに
    要する所定の時間Ｔｄ´迄、当該自己消弧素子をオフか
    らオンにする信号の供給を禁止する手段を備えたことを
    特徴とする請求項３ないし１２のいずれかに記載の電力
    変換装置の保護制御装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３において、短絡防止期間Ｔ
    ｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオー
    ドが通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン信号供
    給禁止手段の動作を解除するようにしたことを特徴とす
    る電力変換装置の保護制御装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１３において、短絡防止期間Ｔ
    ｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選
    択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消
    弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するよう
    にしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
  16. 【請求項１６】 正極、中性極および負極を有する直流
    側の上記正負両極間に相毎に接続された、第１ないし第
    ４の自己消弧素子の直列接続体、上記各自己消弧素子と
    逆並列接続されてそれぞれ第１ないし第４のアームを構
    成する第１ないし第４のダイオード、上記中性極とそれ
    ぞれ上記第１、第２のアームの接続点および上記第３、
    第４のアームの接続点との間に接続された第５および第
    ６のダイオード、および上記各自己消弧素子にゲートパ
    ルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、上記第
    ２、第３のアームの接続点を交流側端子に接続する３レ
    ベルの電力変換装置の保護制御装置であって、 上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手
    段、上記第１のアームに流れる正極側の直流電流、第４
    のアームに流れる負極側の直流電流および上記第５、第
    ６のダイオードの接続点と上記中性極との間に流れる中
    性極側の直流電流を検出する直流電流検出手段、この直
    流電流検出手段が検出する直流側電流のいずれかが上記
    ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所
    定の第１の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出
    時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の
    各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過
    電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保
    護処理動作時点において上記各自己消弧素子に流れる電
    流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御
    電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、および
    この故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは
    当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス
    入力中のものは故障短絡経路にある少なくとも１個をオ
    フその他をゲートフリーズ、ゲートオフパルス入力中の
    ものはゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉
    オフさせる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路
    が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検
    出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のもの
    はオン、ゲートオフパルス入力中のものは故障短絡経路
    にあるものをオンその他をゲートフリーズさせ、他相の
    自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを
    実行する保護処理回路を備えたことを特徴とする請求項
    ２記載の電力変換装置の保護制御装置。
  17. 【請求項１７】 可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベ
    ルの過電流設定値をＯＣ１、直流側の正極−中性極間お
    よび中性極−負極間の電圧をそれぞれＥｄｐおよびＥｄ
    ｎ、保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、および直流側
    の上記各極間からみた故障経路のインダクタンスをそれ
    ぞれＬｐ、Ｌｎ、Ｌｐｎとしたとき下式で得られる選択
    基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性
    を第２、第３のアームの接続点から交流側端子に流出す
    る方向を正と定義した場合、保護処理回路は、 第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、
    第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正極側
    の直流電流が過電流に達したとき、 Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３の
    自己消弧素子をオフ、第１、第２、第４の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
    させる第１−３の保護処理モード（Ｂ３）、 Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、
    第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己
    消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード
    （ＣＰ）を実行し、 上記第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第
    １、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負
    極側の直流電流が過電流に達したとき、 Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２の
    自己消弧素子をオフ、第１、第３、第４の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
    させる第１−２の保護処理モード（Ｂ２）、 Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２、
    第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己
    消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード
    （ＣＮ）を実行し、 上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第
    １、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中
    性極側の直流電流が過電流に達したとき、 Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第４の
    自己消弧素子をオフ、第１、第２、第３の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
    させる第１−４の保護処理モード（Ｂ４）、 Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第２、
    第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己
    消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード
    （ＣＮ）を実行し、 上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第
    １、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正
    極側の直流電流が過電流に達したとき、 Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３、
    第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
    させる第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）、 Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、
    第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消
    弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モー
    ド（ＣＰＮ）を実行し、 上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第
    ３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中
    性極側の直流電流が過電流に達したとき、 Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１の
    自己消弧素子をオフ、第２、第３、第４の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
    させる第１−１の保護処理モード（Ｂ１）、 Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、
    第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己
    消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード
    （ＣＰ）を実行し、 上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第
    ３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負
    極側の直流電流が過電流に達したとき、 Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、
    第２の自己消弧素子をオフ、第３、第４の自己消弧素子
    をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフ
    させる第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）、 Ｉａｃ≧＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、
    第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消
    弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モー
    ド（ＣＰＮ）を実行することを特徴とする請求項１６記
    載の電力変換装置の保護制御装置。 β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−ｔｏｃ｛Ｅｄｐ／Ｌｐ＋Ｅｄ
    ｎ／Ｌｎ＋（Ｅｄｐ＋Ｅｄｎ）／Ｌｐｎ｝／３
  18. 【請求項１８】 第１−１２の保護処理モード（Ｂ１
    ２）で過電流検出相の第１、第２の自己消弧素子をオフ
    させる場合、上記第２の自己消弧素子をオフさせるタイ
    ミングを第１の自己消弧素子をオフさせるタイミングよ
    り、自己消弧素子のターンオフ時間のばらつきを考慮し
    て設定された所定の時間Ｔｙ遅らせ、第１−３４の保護
    処理モード（Ｂ３４）で過電流検出相の第３、第４の自
    己消弧素子をオフさせる場合、上記第３の自己消弧素子
    をオフさせるタイミングを第４の自己消弧素子をオフさ
    せるタイミングより、上記所定の時間Ｔｙ遅らせるよう
    にしたことを特徴とする請求項１７記載の電力変換装置
    の保護制御装置。
  19. 【請求項１９】 直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅ
    ｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎとして、想
    定されるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値β
    を設定するようにしたことを特徴とする請求項１７また
    は１８記載の電力変換装置の保護制御装置。
  20. 【請求項２０】 直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅ
    ｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎを検出する
    直流電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力Ｅｄ
    ｐまたはＥｄｎのいずれか大きい方を選択し、当該選択
    した検出電圧を採用して選択基準値βを設定するように
    したことを特徴とする請求項１７または１８記載の電力
    変換装置の保護制御装置。
  21. 【請求項２１】 自己消弧素子を駆動するゲート駆動回
    路の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故
    障検出手段を備え、各相４個の自己消弧素子の内１個が
    オン他の３個がオフ動作中に上記故障を検出したとき、
    当該故障検出相の全自己消弧素子をゲートフリーズさ
    せ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせるようにしたこ
    とを特徴とする請求項１６ないし２０のいずれかに記載
    の電力変換装置の保護制御装置。
  22. 【請求項２２】 交流電流検出手段として交流側端子と
    第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流
    電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極
    端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流
    電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線
    に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極
    端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿
    入された中性極側直流電流検出器を備えたことを特徴と
    する請求項１６ないし２１のいずれかに記載の電力変換
    装置の保護制御装置。
  23. 【請求項２３】 交流電流検出手段として交流側端子と
    第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流
    電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極
    端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流
    電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線
    に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極
    端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿
    入された中性極側直流電流検出器の内いずれか２台の直
    流電流検出器を備え、いずれか他の１台の直流電流検出
    器に係る直流電流は上記２台の直流電流検出器と上記交
    流電流検出器との出力から演算により求めるようにした
    ことを特徴とする請求項１６ないし２１のいずれかに記
    載の電力変換装置の保護制御装置。
  24. 【請求項２４】 直流電流検出手段として直流側正極端
    子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電
    流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に
    挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端
    子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入
    された中性極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上
    記各直流電流検出器の出力から演算により求めるように
    したことを特徴とする請求項１６ないし２１のいずれか
    に記載の電力変換装置の保護制御装置。
  25. 【請求項２５】 第１レベルの過電流設定値より高い所
    定の第２レベルの過電流設定値を設定し、正極側直流電
    流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第１、
    第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせ、負極側直流
    電流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第
    ２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせるように
    したことを特徴とする請求項１６ないし２４のいずれか
    に記載の電力変換装置の保護制御装置。
  26. 【請求項２６】 直流電流検出手段を第２の直流電流検
    出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過
    電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を
    設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３
    レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉
    オンさせるようにしたことを特徴とする請求項２５記載
    の電力変換装置の保護制御装置。
  27. 【請求項２７】 過電流検出相から他相に一斉オン信号
    が送出された場合であって、 当該他相の第１、第２の自己消弧素子がオン、第３、第
    ４の自己消弧素子がオフ動作中に上記第２、第３、第４
    の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上記第１の
    自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間Ｔｄ経過
    後、上記第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、 当該他相の上記第３、第４の自己消弧素子がオン、第
    １、第２の自己消弧素子がオフ動作中に上記第１、第
    ２、第３の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上
    記第４の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間
    Ｔｄ経過後、上記第１、第２の自己消弧素子をオンさせ
    るようにしたことを特徴とする請求項１６ないし２６の
    いずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２７において、先ず、第１の自
    己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子
    をオフさせるとき、当該各自己消弧素子と同アーム内の
    ダイオードが通電中のときは、所定の短絡防止期間Ｔｄ
    の経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消
    弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさ
    せるようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制
    御装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２７において、先ず、第１の自
    己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子
    をオフさせるとき、交流側電流Ｉａｃと選択基準値βと
    の間に下式が成立するときは、所定の短絡防止期間Ｔｄ
    の経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消
    弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさ
    せるようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制
    御装置。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
  30. 【請求項３０】 過電流検出相から他相に一斉オン信号
    が送出された場合であって、 当該他相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子の
    内、１個の自己消弧素子が短絡防止期間Ｔｄでオン動作
    からオフ動作に移行中のときは、上記期間Ｔｄ開始から
    上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間Ｔｄ´
    迄、上記各自己消弧素子をオフからオンにする信号の供
    給を禁止する手段を備えたことを特徴とする請求項１６
    ないし２９のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御
    装置。
  31. 【請求項３１】 請求項３０において、短絡防止期間Ｔ
    ｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオー
    ドまたは対の自己消弧素子が通電中のときは、当該自己
    消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するよ
    うにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装
    置。
  32. 【請求項３２】 請求項３０において、短絡防止期間Ｔ
    ｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選
    択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消
    弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するよう
    にしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。 Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
  33. 【請求項３３】 各自己消弧素子に一斉オン信号が送出
    された場合であって、 第１、第２、第３、第４の自己消弧素子を同時にオンさ
    せるときは、上記第１の自己消弧素子をオンさせるタイ
    ミングを第２の自己消弧素子をオンさせるタイミングよ
    り、自己消弧素子のターンオン時間のばらつきを考慮し
    て設定された所定の時間Ｔｘ遅らせ、上記第４の自己消
    弧素子をオンさせるタイミングを第３の自己消弧素子を
    オンさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｘ遅らせ
    るようにしたことを特徴とする請求項１６ないし３２の
    いずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  34. 【請求項３４】 請求項２ないし３３のいずれかに記載
    された電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コン
    デンサを備えた場合、 上記平滑コンデンサを第１の平滑コンデンサと、スイッ
    チング手段を介して上記第１の平滑コンデンサと並列に
    接続された第２の平滑コンデンサとで構成し、 保護制御装置で出力された自己消弧素子への一斉オン信
    号に基づき上記スイッチング手段をオフすることによ
    り、上記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧
    素子への放電を抑制するようにしたことを特徴とする電
    力変換装置の保護制御装置。
  35. 【請求項３５】 請求項１６ないし３３のいずれかに記
    載の３レベルの電力変換装置の直流端子間に接続された
    平滑コンデンサを備えた場合、 上記平滑コンデンサを、正極端子と中性極端子とに接続
    された第１の正極側平滑コンデンサと正極側スイッチン
    グ手段を介して上記第１の正極側平滑コンデンサと並列
    に接続された第２の正極側平滑コンデンサ、および中性
    極端子と負極端子とに接続された第１の負極側平滑コン
    デンサと負極側スイッチング手段を介して上記第１の負
    極側平滑コンデンサと並列に接続された第２の負極側平
    滑コンデンサで構成し、 保護制御装置で出力された第１、第２、第３の自己消弧
    素子または第２、第３、第４の自己消弧素子への一斉オ
    ン信号に基づき上記正極側スイッチング手段または負極
    側スイッチング手段をオフすることにより、上記平滑コ
    ンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子への放電を
    抑制するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保
    護制御装置。
  36. 【請求項３６】 請求項２ないし３３のいずれかに記載
    の電力変換装置を複数台、各直流側を共通に接続してな
    るものにおいて、 上記各電力変換装置のいずれかの保護制御装置で出力さ
    れる自己消弧素子への一斉オン信号を他の電力変換装置
    の自己消弧素子へも同時に送出するよう、上記一斉オン
    信号を上記各電力変換装置で共通化するよう構成したこ
    とを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  37. 【請求項３７】 請求項２ないし３３のいずれかに記載
    の電力変換装置を複数台、各電力変換装置の直流端子間
    に接続された平滑コンデンサを備え、上記各電力変換装
    置の直流側を共通に接続してなるものにおいて、 上記各電力変換装置毎に設けられたスイッチング素子を
    介して各直流側を共通に接続するとともに、いずれかの
    上記電力変換装置の保護制御装置で出力される自己消弧
    素子への一斉オン信号に基づき当該電力変換装置のスイ
    ッチング手段をオフすることにより、他の電力変換装置
    の平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オン
    した自己消弧素子への放電を阻止するようにしたことを
    特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  38. 【請求項３８】 各電力変換装置の直流側を共通に接続
    する共通接続点の正負両極間に接続された共通平滑コン
    デンサを備えた場合、いずれかの上記電力変換装置の保
    護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号
    に基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフす
    ることにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサおよ
    び上記共通平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記
    一斉オンした自己消弧素子への放電を阻止するようにし
    たことを特徴とする請求項３７記載の電力変換装置の保
    護制御装置。
  39. 【請求項３９】 請求項２ないし３３のいずれかに記載
    の電力変換装置であって互いに同一容量の電力変換装置
    を複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおい
    て、 上記各電力変換装置で検出された交流側電流および直流
    側電流のそれぞれ最大値を選択する最大値選択回路、上
    記各電力変換装置の自己消弧素子に共通のゲートパルス
    を供給するゲートパルス発生器、上記最大値選択回路か
    ら出力される交流側電流信号、直流側電流信号および上
    記ゲートパルス信号に基づき故障の予測判別を行う故障
    判別回路、およびこの故障判別回路の判別出力に基づき
    上記各電力変換装置の自己消弧素子に対して共通の保護
    処理を行う保護処理回路を備えたことを特徴とする電力
    変換装置の保護制御装置。
  40. 【請求項４０】 複数の各電力変換装置の交流側は、そ
    れぞれ互いに独立した交流電源または交流負荷に接続さ
    れていることを特徴とする請求項３７ないし３９のいず
    れかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  41. 【請求項４１】 複数の各電力変換装置の交流側は、そ
    の各１次側を互いに直列にして交流電源または交流負荷
    に接続される複数の変圧器の各２次側に接続されている
    ことを特徴とする請求項３７ないし３９のいずれかに記
    載の電力変換装置の保護制御装置。
  42. 【請求項４２】 複数の各電力変換装置の交流側は、上
    記各電力変換装置毎に設けられた交流リアクトルを介し
    て共通の交流電源または交流負荷に接続されていること
    を特徴とする請求項３７ないし３９のいずれかに記載の
    電力変換装置の保護制御装置。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0678561A (ja) * 1992-08-26 1994-03-18 Hitachi Ltd 電力変換装置及びその制御方法
JPH07135766A (ja) * 1993-11-08 1995-05-23 Mitsubishi Electric Corp 直流チョッパ装置
JPH07184374A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Hitachi Ltd 電力変換装置
JPH07264875A (ja) * 1994-03-23 1995-10-13 Hitachi Ltd 電力半導体変換器の制御装置
JPH089647A (ja) * 1994-06-17 1996-01-12 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置、交直変換装置および周波数変換装置
JPH0888973A (ja) * 1994-09-14 1996-04-02 Hitachi Ltd 電力半導体変換器の制御方法および装置
JPH09247862A (ja) * 1996-03-05 1997-09-19 Nissin Electric Co Ltd 自励式無効電力補償装置
JPH1056781A (ja) * 1996-08-07 1998-02-24 Shinko Electric Co Ltd インバータ回路
JPH10164855A (ja) * 1996-11-29 1998-06-19 Hitachi Ltd 電力変換装置
JPH10337029A (ja) * 1997-05-27 1998-12-18 Toshiba Corp サイリスタ変換器
JPH11113263A (ja) * 1997-09-30 1999-04-23 Hitachi Ltd 電力変換器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0678561A (ja) * 1992-08-26 1994-03-18 Hitachi Ltd 電力変換装置及びその制御方法
JPH07135766A (ja) * 1993-11-08 1995-05-23 Mitsubishi Electric Corp 直流チョッパ装置
JPH07184374A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Hitachi Ltd 電力変換装置
JPH07264875A (ja) * 1994-03-23 1995-10-13 Hitachi Ltd 電力半導体変換器の制御装置
JPH089647A (ja) * 1994-06-17 1996-01-12 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置、交直変換装置および周波数変換装置
JPH0888973A (ja) * 1994-09-14 1996-04-02 Hitachi Ltd 電力半導体変換器の制御方法および装置
JPH09247862A (ja) * 1996-03-05 1997-09-19 Nissin Electric Co Ltd 自励式無効電力補償装置
JPH1056781A (ja) * 1996-08-07 1998-02-24 Shinko Electric Co Ltd インバータ回路
JPH10164855A (ja) * 1996-11-29 1998-06-19 Hitachi Ltd 電力変換装置
JPH10337029A (ja) * 1997-05-27 1998-12-18 Toshiba Corp サイリスタ変換器
JPH11113263A (ja) * 1997-09-30 1999-04-23 Hitachi Ltd 電力変換器

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