JP2017147924A - 逆並列サイリスタの故障検出器 - Google Patents

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Abstract

【課題】逆並列サイリスタの故障検出器によって逆並列サイリスタの故障を容易に判別して、ユーザの便宜性を向上させることができ、メンテナンスの時間を短縮させる。【解決手段】本発明の逆並列サイリスタの故障検出器は、第１、２サイリスタに電源を供給する電源部と、第１サイリスタに流れる第１電流の測定値を出力する第１電流センサと、第２サイリスタに流れる第２電流の測定値を出力する第２電流センサと、第１、２電流の測定値が設定された故障条件を満足する場合、故障したサイリスタを知らせる検出器と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、逆並列サイリスタの故障検出器（Ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ａｎｔｉ―ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）に関するものである。
詳しくは、本発明は静止型無効電力補償装置（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、ＳＶＣ）に接続されているサイリスタレベル（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ Ｌｅｖｅｌ）の故障を検出するための故障検出器である。静止型無効電力補償装置に使用されるサイリスタバルブは逆並列（ａｎｔｉ―ｐａｒａｌｌｅｌ）に接続される。また、静止型無効電力補償装置は高電圧直流送電（ＨＶＤＣ）システムに適用可能である。
高電圧直流送電は、送電方式の１つである。高電圧直流送電（ＨＶＤＣ）システムは、発電所で発電される高圧の交流電力を電力変換機を利用して効率性の高い高圧の直流電力に変換して送電し、以後、所望の地域で電力変換機を介して直流電力を交流電力に再変換させる。ＨＶＤＣシステムは高圧交流送電に比べて電力損失の量が少ないため、長距離送電に有利である。
このようなＨＶＤＣシステムで使用される電力変換機のバルブ形態は、サイリスタを基盤にする電流源方式と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）を基盤にする電圧源方式に区分される。電流源方式は１９８０年代初めにＨＶＤＣシステムに採択されており、今までも商用として広く使用されている。反面、電圧源方式は２０００年代初めに商用としてＨＶＤＣシステムに採択されて、その容量が増加する傾向にあるが、まだ電流源方式に比べて容量が少ないため、主に大規模海上風力団地を交流電力網に連携するのに活用される。
ＨＶＤＣシステムに含まれる多数の構成要素のうち、直流を交流にそして交流を直流に変換する電力変換機が最も重要である。この電力変換機は動作電圧が非常に高いため、多数のサイリスタが直列に接続されて１つのバルブを構成している。このようなバルブは、電力変換機を設置する前に、動作時に印加される電圧と電力で動作を確認する必要がある。しかし、動作時に印加される電圧と電力で動作を確認するためには膨大な電力が消費され、安定上の問題が発生する可能性がある。
一方、静止型無効電力補償装置（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、ＳＶＣ）は回転機である同期調相機の無効電力制御機能をサイリスタバルブを利用して静止型形態として実現する。静止型無効電力補償装置（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、ＳＶＣ）はフレキシブルＡＣ送電システム(Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＦＡＣＴＳ)の一種として、送電系統の電圧調整、過渡安定度の向上などを可能にする装置である。
静止型無効電力補償装置（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、ＳＶＣ）は、電力系統に並列に接続されて無効電力を吸収または供給することで、電圧を一定に維持する、または所望の制御動作を行う装置である。
静止型無効電力補償装置は用途に応じて、サイリスタを利用してリアクタの位相を制御するＴＣＲ(Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅａｃｔｏｒ)、キャパシタをスイッチングするＴＳＣ(Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ)、固定型キャパシタバンク（Ｆｉｘｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）などを組み合せて構成することができる。
ＴＣＲ(Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅａｃｔｏｒ)とＴＳＣ(Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ)に使用されるサイリスタバルブは逆並列（ａｎｔｉ―ｐａｒａｌｌｅｌ）に接続される。
サイリスタは意図しない過電圧、インパルス過電流などによって故障することがある。一般的に、故障したサイリスタの抵抗値は０[Ω]となり、マルチメータ（Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ）を介して故障したサイリスタが容易に検出される。
しかし、逆並列サイリスタのうち１つのサイリスタを第１サイリスタとし、他の１つを第２サイリスタとし、第１、２サイリスタの内部抵抗をそれぞれＲ１、Ｒ２とすれば、合成抵抗はＲ＝Ｒ１＊Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２であるため、Ｒ１、Ｒ２のいずれかが０[Ω]であれば合成抵抗がＲ＝０[Ω]となって、第１、２サイリスタのうち故障したサイリスタを把握することができない。
即ち、逆並列サイリスタの構造上、故障したサイリスタの故障を判別するためには、逆並列サイリスタを分離した後、それぞれのサイリスタをマルチメータ（Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ）を利用して判別しなければならない不便がある。
本発明は、逆並列サイリスタの故障検出器によって逆並列サイリスタの故障を容易に判別して、ユーザの便宜性を向上させることができ、メンテナンスの時間を短縮させることができる。
本発明の実施例によれば、逆並列に接続される第１サイリスタ及び第２サイリスタの故障を検出する逆並列サイリスタの故障検出器は、前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタに電源を供給する電源部と、前記第１サイリスタに流れる第１電流の測定値を出力する第１電流センサと、前記第２サイリスタに流れる第２電流の測定値を出力する第２電流センサと、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値が設定された故障条件を満足する場合、故障したサイリスタを知らせる検出器と、を含む。
前記故障条件は、前記第１サイリスタと前記第２サイリスタのうちの少なくとも１つが故障であるときの電流の測定範囲が、前記第１サイリスタと前記第２サイリスタが正常動作であるときの電流の測定範囲を超過することである。
前記検出器は、前記第１電流センサ及び前記第２電流センサに接続される比較器と、前記比較器に接続される検出ロジックと、前記検出ロジックに接続される第１出力部及び第２出力部と、を含む。
前記比較器は、正常であると判定されるための正常範囲と故障であると判定されるための故障範囲を設定させる。
前記故障範囲は前記正常範囲より大きい。
前記比較器は、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値を前記正常範囲と比較して、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値が前記正常範囲に該当する場合、いかなる信号も出力しない。
前記比較器は、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値を前記故障範囲と比較して、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値が前記故障範囲に該当する場合、離散信号を出力する。
前記離散信号は、前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタに対して互いに異なるレベルを有する第１信号及び第２信号を含む。
前記検出ロジックは、前記第１信号を基に故障信号を生成して前記第１出力部に送信する。
前記検出ロジックは、前記第２信号を基に故障信号を生成して前記第２出力部に送信する。
前記第１出力部または前記第２出力部は、前記故障信号に対応する故障通知信号を出力する。
前記第１電流センサ及び前記第２電流センサのそれぞれは、ロゴスキーコイル電流センサである。
前記第１電流センサは、前記第１サイリスタと非接触状態で前記第１サイリスタに流れる電流を測定し、前記第２電流センサは、前記第２サイリスタと非接触状態で前記第２サイリスタに流れる電流を測定する。
前記電源部は、外部から電源の供給を受けて前記検出器の内部と前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタに電源を供給する。
前記逆並列に接続される前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタはＲＣスナバ回路を更に含み、前記ＲＣスナバ回路は、抵抗とキャパシタが直列に接続される。
本発明の一実施例に係る逆並列サイリスタ故障検出器を示した図である。 図１のバルブの構成を詳しく示した図である。 図１の検出器の構成を詳しく示した図である。 本発明の一実施例として、サイリスタバルブのうち故障したバルブへの逆並列サイリスタ故障検出器の接続を説明するための図である。 本発明の一実施例である逆並列サイリスタ故障検出器の正常状態サイリスタの周期に応じた電流の状態を説明するための図である。 本発明の一実施例である逆並列サイリスタ故障検出器の故障状態サイリスタの周期に応じた電流の状態を説明するための図である。 本発明の一実施例である逆並列サイリスタ故障検出器の電流センサで検出される電流を比較器が比較し、比較の結果、逆並列サイリスタのうち１つが故障であるときの故障通知信号を出力する波形を説明するための図である。 本発明の一実施例である逆並列サイリスタ故障検出器の電流センサで検出される電流を比較器が比較し、比較の結果、逆並列サイリスタのうち他の１つが故障であるときの故障通知信号を出力する波形を説明するための図である。
図１は、本発明の一実施例に係る逆並列サイリスタ故障検出器を示した図である。
図１に示されたように、本発明の一実施例に係る逆並列サイリスタ故障検出器１は、バルブ２、検出器２００及び電源部１００を含むことができる。電源部１００は検出器２００に含まれてもよいが、これについては限定しない。電源部１００は第１、２サイリスタ１０、２０に電源を供給することができる。
バルブ２は、互いに逆並列に接続される第１及び第２サイリスタ１０、２０を含むことができる。
第１電流センサ４０は、第１サイリスタ１０の一側に設置されて、第１サイリスタ１０に供給される電流に対する第１測定値を測定することができる。
第２電流センサ５０は、第２サイリスタ２０の一側に設置されて、第２サイリスタ２０に供給される電流に対する第２測定値を測定することができる。
第１及び第２電流センサ４０、５０は検出器２００に含まれてもよいが、これについては限定しない。
第１電流センサ４０と第２電流センサ５０それぞれは、ロゴスキーコイル（Ｒｏｇｏｗｓｋｉ ｃｏｉｌ）電流センサである。ロゴスキーコイル電流センサは変流器（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、ＣＴ）と類似した形態であり、鉄心がなく、大電流を測定するのに容易であり、また、安価な利点がある。また、ロゴスキーコイル電流センサは電圧信号を出力させることができる。
ロゴスキーコイルは、電流の変換によって生じる磁束の変化を利用して電流を測定するためのコイルであり、トーラス（Ｔｏｒｕｓ）状に導線が巻回される。
検出器２００は、第１、２電流センサ４０、５０から入力を受けた第１、２測定値を比較し、第１、２測定値を比較した結果が設定された故障条件を満足するか確認することができる。また、検出器２００は、その比較結果が故障条件を満足する場合、第１、２サイリスタ１０、２０のうちの少なくとも１つに対する故障通知信号を出力することができる。
故障条件は、第２範囲が第１範囲を超過することであり、第１範囲は第１サイリスタ１０と第２サイリスタ２０が正常動作であるときの電流の測定範囲であり、第２範囲は第１サイリスタ１０と第２サイリスタ２０のうちの少なくとも１つが故障であるときの電流の測定範囲である。
検出器２００は、第１、２電流センサ４０、５０に接続される比較器６０と、比較器６０に接続される検出ロジック７０と、検出ロジック７０にそれぞれ接続される第１出力部８０及び第２出力部９０を含むことができる。
比較器６０は、第１、２電流センサ４０、５０から入力される第１、２測定値の入力を受けて比較し、比較を介して第１、２サイリスタ１０、２０の状態を示す離散信号（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｓｉｇｎａｌ）を出力することができる。
離散信号は、第１信号または第２信号である。例えば、第１サイリスタ１０が故障であれば、第１信号が出力され、第２サイリスタ２０が故障であれば、第２信号が出力される。例えば、第１信号はハイレベル（ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ）を有し、第２信号はローレベル（ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ）を有することができるが、これについては限定しない。
検出ロジック７０は、第１信号または第２信号の入力を受けて、第１、２サイリスタ１０、２０のうち故障したサイリスタを判別して故障信号を生成することができる。
第１出力部８０と第２出力部９０は故障信号を出力することができる。
検出ロジック７０は第１信号を受信すると、第１信号に応答して第１サイリスタ１０が故障したことを示す故障信号を生成して第１出力部８０に伝達することができる。検出ロジック７０は第２信号を受信すると、第２信号に応答して第２サイリスタ２０が故障したことを示す故障信号を生成して第２出力部９０に伝達することができ、第１、２出力部８０、９０のうち故障信号の入力を受けた出力部は故障通知信号を出力することができる。
第１及び第２出力部８０、９０それぞれは、発光素子（ＬＥＤ）であってもよいが、これについては限定しない。
他の例として、第１及び第２出力部８０、９０の代わりに、第１サイリスタ１０または第２サイリスタ２０が故障したことをディスプレイするディスプレイ部を使用することもできるが、これについては限定しない。
比較器６０の第１入力端６１は第１、２電流センサ４０、５０のうちの１つと接続され、比較器６０の第２入力端６２は第１、２電流センサ４０、５０のうちの他の１つと接続される。
電源部１００は、外部から電源の供給を受けて前記検出器２００の内部と前記第１、２サイリスタ１０、２０に電源を供給することができる。
逆並列に接続される前記第１、２サイリスタ１０、２０はＲＣスナバ（ｓｎｕｂｂｅｒ）回路３２、３４を更に含むことができる。ＲＣスナバ回路３２、３４は抵抗３４とキャパシタ３２が直列に接続される。ＲＣスナバ回路３２、３４はＲＣローパスフィルタ（ｌｏｗ―ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）ともいう。
電源部１００は、負荷１０２と接続され、電源部１００と負荷１０２は直列接続される。
負荷１０２は電気的、機械的エネルギーを発生する装置の出力エネルギーを消費するものであってもよく、または消費する動力の大きさであってもよい。
図２は、図１のバルブの構成を詳しく示した図である。
図２に示されたように、バルブ２は逆並列サイリスタ１０、２０とＲＣスナバ回路３２、３４で構成される。
詳しくは、逆並列サイリスタ１０、２０は第１サイリスタ１０と第２サイリスタ２０が相互逆並列に接続される。
好ましくは、ＲＣスナバ回路３２、３４は逆並列に接続された第１サイリスタ１０と第２サイリスタ２０との間に並列に接続される。
ＲＣスナバ回路３２、３４に含まれたキャパシタ３２と抵抗３４は直列に接続される。
ＲＣスナバ回路３２、３４は逆並列サイリスタ１０、２０に並列に接続される。
詳しくは、第１サイリスタ１０のカソード端１１と第２サイリスタ２０のアノード端２２が接続され、第２サイリスタ２０のカソード端２１と第１サイリスタ１０のアノード端１２が接続される。
また、ＲＣスナバ回路３２、３４の一端は第１サイリスタ１０のカソード端１１と第２サイリスタ２０のアノード端２２が接続される第１ノードに接続され、ＲＣスナバ回路３２、３４の他端は第２サイリスタ２０のカソード端２１と第１サイリスタ１０のアノード端１２が接続される第２ノードに接続される。
ＲＣスナバ回路３２、３４は、入力脈流電圧を一定出力電圧に昇圧するときのスイッチング損失を減らすことができる。
図３は、図１の検出器の構成を詳しく示した図である。
図３に示されたように、検出器２００は、比較器６０、検出ロジック７０及び第１、２出力部８０、９０を含むことができる。
図示されていないが、第１及び第２電流センサ４０、５０が検出器２００に含まれてもよいが、これについては限定しない。
検出器２００は、電源部１００から供給された電源によって動作して、第１、２サイリスタ１０、２０の故障を検出することができる。
比較器６０は、第１、２電流センサ４０、５０と検出ロジック７０に接続され、検出ロジック７０は第１、２出力部８０、９０と接続される。
詳しくは、第１、第２電流センサ４０、５０それぞれは、比較器６０の第１及び第２入力端６１、６２に接続される。
第１、２電流センサ４０、５０それぞれは、第１、２サイリスタ１０、２０に接続されて、第１、２サイリスタ１０、２０それぞれに流れる電流を測定することができる。
第１、２電流センサ４０、５０それぞれは、ロゴスキーコイル電流センサであり、例えば、それぞれのロゴスキーコイル電流センサのうちの１つは逆並列サイリスタのうちの正方向サイリスタ、例えば第１サイリスタ１０にコイルが巻回され、他の１つは逆並列サイリスタのうちの逆方向サイリスタ、例えば第２サイリスタ２０にコイルが巻回される。
コイルが巻回されるということは、第１、２電流センサ４０、５０がそれぞれの逆並列サイリスタ１０、２０に直接接触することではなく、非接触状態で電流を測定することを意味することができる。
逆並列サイリスタ、つまり第１及び第２サイリスタ１０、２０が分離されなくても、第１、２電流センサ４０、５０が逆並列サイリスタ１０、２０それぞれに非接触状態で巻回されて電流を測定することができる。これによって、逆並列サイリスタ１０、２０を分離しなくても逆並列サイリスタ１０、２０それぞれの故障を検出することができるため、ユーザの利便性を高めることができる。
比較器６０は、第１、２電流センサ４０、５０それぞれから第１及び第２測定値の入力を受けることができ、第１及び第２測定値を基に、１（ｈｉｇｈ）または０（Ｌｏｗ）を有する離散信号を出力することができる。例えば、１は第１信号であり、０は第２信号であるが、これについては限定しない。
検出ロジック７０は、比較器６０から入力を受けた離散信号を基に、逆並列に接続された第１、２サイリスタ１０、２０のうち故障したサイリスタを判別することができる。
検出ロジック７０は、簡単なロジック回路であってもよく、多様な形態のプロセッサであってもよく、また、比較器６０の１（ｈｉｇｈ）または０（Ｌｏｗ）を有する離散信号のうち離散信号が１（ｈｉｇｈ）であれば、第１サイリスタ１０が故障であると判別することができ、離散信号が０（Ｌｏｗ）であれば、第２サイリスタ２０が故障であると判別することができる。
これとは異なり、離散信号が１（ｈｉｇｈ）であれば、第２サイリスタ２０が故障であると判別することができ、離散信号が０（Ｌｏｗ）であれば、第１サイリスタ１０が故障であると判別することもできる。
第１、２出力部８０、９０は故障通知信号を出力することができる。
出力部８０、９０はスピーカ、ランプ、電灯、モニタなどであり、好ましくはＬＥＤランプとして、光信号を出力することができる。
比較器６０は、第１入力端６１、第２入力端６２及び離散信号出力端６３を含むことができる。
比較器６０の第１入力端６１は第１電流センサ４０及び第２電流センサ５０のうちの１つ、好ましくは第１電流センサ４０に接続され、第２入力端６２は第１電流センサ４０及び第２電流センサ５０のうちの他の１つ、好ましくは第２電流センサ５０に接続される。後述する説明では、第１電流センサ４０は比較器６０の第１入力端６１と接続され、第２電流センサ５０は比較器６０の第２入力端６２と接続されることと仮定するが、これについては限定しない。
比較器６０は、第１及び第２測定値それぞれに含まれる電流値の大きさを比較することができる。詳しくは、第１または第２測定値それぞれに含まれる電流値の大きさが第１範囲または第２範囲と比較される。
第１範囲は、正常であると判定されるための正常範囲であり、第２範囲は、第１範囲より大きく、故障であると判定されるための故障範囲である。
このような比較を介して、比較器６０の出力値として１（ｈｉｇｈ）または０（Ｌｏｗ）を有する離散信号が出力される。１（ｈｉｇｈ）を有する離散信号は第１サイリスタ１０の故障信号であり、０（Ｌｏｗ）を有する離散信号は第２サイリスタ２０の故障信号である。詳しくは、比較器６０は第１サイリスタ１０を対象に、第１電流センサ４０から測定された第１測定値が正常であると判定されるための正常範囲より大きな故障範囲に該当する電流であれば、１（ｈｉｇｈ）を有する離散信号を出力することができ、正常であると判定されるための範囲であれば、いかなる離散信号も出力しない。
また、比較器６０は第２サイリスタ２０を対象に、第２電流センサ５０から測定された第２測定値が正常であると判定されるための正常範囲より大きな故障範囲に該当する電流であれば、０（Ｌｏｗ）を有する離散信号を出力することができ、正常であると判定されるための正常範囲に該当すれば、いかなる離散信号も出力しない。
逆に、比較器６０は第１サイリスタ１０を対象に、第１電流センサ４０から測定された第１測定値が正常であると判定されるための正常範囲より大きな故障範囲に該当する電流であれば、０（Ｌｏｗ）を有する離散信号を出力することができ、正常であると判定されるための正常範囲に該当する電流であれば、いかなる離散信号も出力しない。
また、比較器６０は第２サイリスタ２０を対象に、第２電流センサ５０から測定された第２測定値が正常であると判定されるための範囲より大きな故障範囲に該当する電流であれば、１（ｈｉｇｈ）を有する離散信号を出力することができ、正常であると判定されるための正常範囲に該当する電流であれば、いかなる離散信号も出力しない。
検出ロジック７０は、比較器６０の離散信号出力端６３と接続される。
検出ロジック７０は、比較器６０から入力を受けた離散信号（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｓｉｇｎａｌ）を基に、逆並列サイリスタを構成する第１及び第２サイリスタ１０、２０のうちどのサイリスタが故障したかを判別することができ、判別結果を基に故障信号を生成して、第１出力部８０及び／又は第２出力部９０に出力することができる。
検出ロジック７０は、離散信号の入力を受ける離散信号入力端７１と故障信号を出力する第１及び第２故障信号出力端７２、７３を含むことができる。
検出ロジック７０の離散信号入力端７１は、比較器６０の離散信号出力端６３と接続される。
出力部８０、９０は、第１出力部８０と第２出力部９０を含むことができる。第１及び第２出力部８０、９０はスピーカ、ランプ、電灯、モニタなどであり、好ましくはＬＥＤランプとして、光信号がＬＥＤランプを介して出力される。
第１出力部８０は、検出ロジック７０の第１故障信号出力端７２に接続され、第２出力部９０は検出ロジック７０の第２故障信号出力端７３に接続される。これとは異なり、第１出力部８０は検出ロジック７０の第２故障信号出力端７３に接続され、第２出力部９０は検出ロジック７０の第１故障信号出力端７２に接続されてもよい。
後述する説明では説明の便宜のために、第１出力部８０は第１故障信号出力端７２に接続され、第２出力部９０は第２故障信号出力端７３に接続されると説明することができる。
第１出力部８０と第２出力部９０それぞれは、故障信号を光、音などの信号で出力することができる。
図４は、本発明の一実施例として、サイリスタバルブのうち故障したサイリスタを含むバルブ２への逆並列サイリスタ故障検出器１の接続を説明するための図である。
図１ないし図４に示されたように、第１電流センサ４０は第１サイリスタ１０に接触しない状態で第１サイリスタ１０の電流を測定することができ、第２電流センサ５０は第２サイリスタ２０に接触しない状態で第２サイリスタ２０の電流を測定することができる。
第１サイリスタ１０と第１電流センサ４０との接続と、第２サイリスタ２０と第２電流センサ５０との接続は、ロゴスキーコイル電流センサのコイルがサイリスタに非接触状態で巻回されることである。
検出器２００に含まれる電源部１００はＲＣスナバ回路３２、３４に接続され、ＲＣスナバ回路３２、３４は逆並列サイリスタ１０、２０と並列に接続されている。
詳しくは、電源部１００の一端はＲＣスナバ回路３２、３４のキャパシタ３２の一端と接続され、キャパシタ３２の他端はＲＣスナバ回路３２、３４の抵抗３４の一端と接続され、抵抗３４の他端は電源部１００の他端と接続される。
検出器２００の電源部１００は、サイリスタバルブ２に含まれた第１及び第２サイリスタ１０、２０のうちの少なくとも１つのサイリスタが故障であるとき、サイリスタバルブ２に電源を印加することができ、検出器２００の第１、２電流センサ４０、５０はサイリスタバルブ２に接続されて、故障サイリスタと正常サイリスタを両方とも測定することができる。
故障サイリスタの内部抵抗は０［Ω］に近接するため、正常サイリスタに比べてさらに大きな電流が流れ、これによって第１、２電流センサ４０、５０が故障サイリスタから測定した電流の測定値または正常サイリスタから測定した電流の測定値を比較器６０に伝達すると、比較器６０は故障サイリスタの内部抵抗が０［Ω］に近接するため、正常サイリスタに比べてさらに大きな電流が流れるかを比較して離散信号に出力することができる。このとき、比較器には正常であると判定されるための第１範囲と故障であると判定されるための第２範囲が設定される。第２範囲は第１範囲より大きい。
例えば、逆並列サイリスタを構成する第１及び第２サイリスタ１０、２０のうち第１サイリスタ１０は第１内部抵抗がＲ１を有し、第２サイリスタ２０は第２内部抵抗がＲ２を有することができる。
第１、２サイリスタ１０、２０にかかる電圧Ｖが１００［ｖ］であり、第１サイリスタ１０が正常であり、Ｒ１が１０［Ω］であれば、Ｉ１は１０［Ａ］が出力される。
しかし、第１、２サイリスタ１０、２０にかかる電圧Ｖが１００［ｖ］であり、第２サイリスタ２０が故障であり、Ｒ２が０［Ω］に近ければ、Ｉ２は１０［Ａ］より大きくなる。
バルブ２は、並列に接続された第１サイリスタ１０と第２サイリスタ２０を含んでいるため、バルブ２の抵抗は第１サイリスタ１０と第２サイリスタ２０の合成抵抗であり、合成抵抗をＲと称することができる。
合成抵抗は（Ｒ＝Ｒ１＊Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２）であるため、Ｒ１、Ｒ２のいずれかが０[Ω]であれば合成抵抗はＲ＝０[Ω]になって、故障したサイリスタを把握することができないが、第１、第２の電流センサ４０、５０でサイリスタそれぞれの電流を測定すれば、故障したサイリスタから測定された電流値が、故障していないサイリスタから測定された電流値より大きくなるため、故障したサイリスタをさらに容易に判別することができる。
また、比較器６０は第１及び第２サイリスタ１０、２０それぞれから測定された第１及び第２測定値の入力を受けて、サイリスタの故障時に１（ｈｉｇｈ）または０（Ｌｏｗ）を有する離散信号を出力することができ、検出ロジック７０は離散信号の入力を受けて、このような離散信号を基に、故障したサイリスタを判別することができる。もし、サイリスタが故障していない場合、比較器６０からいかなる離散信号も出力されないが、これについては限定しない。
検出ロジック７０は、第１、２出力部８０、９０に接続される。例えば、第１出力部８０を介して第１サイリスタ１０の故障有無が通知され、第２出力部９０を介して第２サイリスタ２０の故障有無が通知される。即ち、故障したサイリスタに対応するように設定された出力部を介して故障通知信号が出力されるため、さらに容易に故障したサイリスタを確認及び識別することができる。
図５は、本発明の一実施例である逆並列サイリスタ故障検出器の正常状態の周期に応じた電流の状態を説明するための図であり、図６は、本発明の一実施例である逆並列サイリスタ故障検出器の故障状態の周期に応じた電流の状態を説明するための図である。
図５は、第１、２サイリスタ１０、２０が正常動作であるとき周期Ｔに応じてサイリスタに流れる電流Ｉに対する第１、２測定値を示し、図６は、第１、２サイリスタ１０、２０のうちの１つが故障であるときの周期Ｔに応じた電流Ｉに対する第１、２測定値を示すことができる。
説明の便宜のために、図５及び図６は直交座標系の第１象限のみを説明することができ、横軸は第１、２サイリスタ１０、２０の動作周期Ｔであり、縦軸は第１、２サイリスタ１０、２０に流れる電流Ｉに対する第１、２測定値である。
図５（ａ）は、電源部１００が第１、２サイリスタ１０、２０に交流電源を供給するとき周期Ｔに応じて第１サイリスタ１０に流れる電流Ｉを示した図である。このとき、第１サイリスタ１０は奇数周期（Ｔ１、Ｔ３など）で一定電流値Ｉaを出力することができる。
一定電流値Ｉaは、例えば１０Ａであり、故障電流値Ｉb、Ｉcは例えば２０Ａである。
一定電流値Ｉaは第１範囲に含まれ、故障電流値Ｉb、Ｉcは第１範囲を超過する第２範囲に含まれる。
図５（ｂ）は、電源部１００が第１、２サイリスタ１０、２０に交流電源を供給するとき周期Ｔに応じて第２サイリスタ２０に流れる電流Ｉを示した図である。このとき、第２サイリスタ２０は偶数周期（Ｔ２、Ｔ４など）で一定電流値Ｉaを出力することができる。
図５（ｃ）は、電源部１００が第１、２サイリスタ１０、２０に交流電源を供給するとき周期Ｔに応じて第１、２サイリスタ１０、２０に流れる電流Ｉを示す図である。このとき、第１、２サイリスタ１０、２０はすべての周期（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４など）で一定電流値Ｉaを出力することができる。
即ち、比較器６０は一定電流値Ｉaの入力を受けて、いかなる離散信号も出力させず、検出ロジック７０は比較器６０からいかなる離散信号も入力されないことを基に、第１、２サイリスタが正常動作すると判断することができる。
図６（ａ）は、第１サイリスタ１０の故障を示すことができる。また、電源部１００が第１、２サイリスタ１０、２０に交流電源を供給するとき周期Ｔに応じて第１サイリスタ１０に流れる電流Ｉを示した図である。このとき、第１サイリスタ１０が故障であるため、内部抵抗が０［Ω］に近く、よって、第１サイリスタ１０のすべての周期（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４など）で故障電流値Ｉb、Ｉcが出力される。
図６（ｂ）は、電源部１００が第１、２サイリスタ１０、２０に交流電源を供給するとき周期Ｔに応じて第２サイリスタ２０に流れる電流Ｉを示す図である。このとき、第２サイリスタ２０が正常であれば、第２サイリスタ２０は偶数周期（Ｔ２、Ｔ４など）で一定電流値Ｉaを出力することができる。
図６（ｃ）は、電源部１００が第１、２サイリスタ１０、２０に交流電源を供給するとき周期Ｔに応じて第１、２サイリスタ１０、２０に流れる電流Ｉを示す図である。このとき、第１サイリスタ１０が故障であり、第２サイリスタ２０が正常であれば、第１、２サイリスタ１０、２０は奇数周期（Ｔ１、Ｔ３など）で１０Ａの正常電流値を出力するが、偶数周期（Ｔ２、Ｔ４など）では２０Ａの故障電流値Ｉb、Ｉcを出力することができる。
即ち、比較器６０は一定電流値Ｉaと故障電流値Ｉb、Ｉcの入力を受けて、一定電流値Ｉaに対してはいかなる離散信号も出力させず、故障電流値Ｉb、Ｉcに対しては０（ｌｏｗ）を有する離散信号を出力させることができる。検出ロジック７０は、比較器６０からいかなる離散信号も出力されないことを基に、第１サイリスタ１０が正常であると判別し、比較器６０から０（ｌｏｗ）を有する離散信号が出力されることを基に、第２サイリスタ２０が故障であると判別することができる。
逆並列サイリスタ１０、２０のうち故障したサイリスタは短絡（Ｓｈｏｒｔ）状態になって、内部抵抗値が０［Ω］に近い回路になる。
故障したサイリスタは短絡（Ｓｈｏｒｔ）状態であるため、逆並列サイリスタ１０、２０のスイッチング動作に関係なく常に電流が流れることになり、故障したサイリスタは内部抵抗が０［Ω］であるため、正常の電流より大きな電流が流れる。
比較器６０は、正常であるサイリスタから測定される電流と故障したサイリスタから測定される電流が同時に検出されて、逆並列サイリスタ１０、２０のサイリスタが正常であるときより大きな電流の入力を受けることになり、これによって、出力値として１（ｈｉｇｈ）または０（ｌｏｗ）を有する離散信号を生成することができる。
図７及び図８は、本発明の一実施例である逆並列サイリスタ故障検出器の第１、２サイリスタ１０、２０に流れる電流と、比較器６０に入力される電流、比較器６０から出力される電流、第１、２出力部８０、９０から出力される信号を示した図である。
説明の便宜のために、図７及び図８は直交座標系の第１象限のみを説明することができ、横軸は時間ｔ軸であり、縦軸は電流Ｉ値である。
図７（ａ）は、第１、２電流センサ４０、５０が第１、２サイリスタ１０、２０に流れる時間ｔに応じた電流Ｉを示す図である。
図７（ａ）の実線ｋ１は、第１電流センサ４０が第１サイリスタ１０に流れる電流を測定したものであり、図７（ａ）の点線ｋ２は、第２電流センサ５０が第２サイリスタ２０に流れる電流を測定したものである。
図７（ａ）によって、第１サイリスタ１０に流れる電流と第２サイリスタ２０に流れる電流の大きさの差が分かる。
図７（ｂ）の実線ｋ１は、比較器６０に入力された第１サイリスタ１０に流れる時間ｔに応じた電流Ｉの波形を示したものであり、図７（ｃ）の点線ｋ２は、比較器６０に入力された第２サイリスタ２０に流れる時間ｔに応じた電流Ｉの波形を示したものである。
即ち、図７（ｂ）は、第１電流センサ４０を介して比較器６０の第１入力端に第１サイリスタ１０の電流が入力されることを示す図であり、図７（ｃ）は、第２電流センサ５０を介して比較器６０の第２入力端に第２サイリスタ２０の電流が入力されることを示す図である。
図７（ａ）ないし図７（ｃ）によって、第１サイリスタ１０と第２サイリスタ２０に流れる電流の大きさが異なることが分かる。
例えば、第１、２電流センサ４０、５０がロゴスキーコイル電流センサであれば、第１、２電流センサ４０、５０は第１、２サイリスタ１０、２０の変化によって生じる磁束の変化を介して電流を測定し、これを第１、２電流センサ４０、５０が比較器６０に出力して電流の大きさを比較することができる。
実施例によって電流を測定して電流を出力するが、電流センサが電流を測定して電圧を出力するセンサであってもよい。
図７（ｄ）は、比較器６０から出力される離散信号を示したものであり、図７（ｄ）の縦軸Ｈは離散信号のｈｉｇｈ信号またはｌｏｗ信号であり、横軸は時間ｔの経過を示す。即ち、図７（ｄ）はｈｉｇｈ信号の出力を示すことができる。
図７（ｅ）は、第１出力部８０からの故障通知信号の出力を示したものである。
図７（ｆ）の第２出力部９０は、信号を出力しない状態を示したものである。
図７（ｅ）及び図７（ｆ）の縦軸Ｆは故障（ｆａｕｌｔ）を示し、横軸ｔは時間の経過を示すことができる。
即ち、比較器６０は第１サイリスタ１０に流れる電流と第２サイリスタ２０に流れる電流の比較を介して第１サイリスタ１０の電流がより大きいことを感知して、離散信号を出力することができる。
検出ロジック７０は、第１サイリスタ１０が故障であると判別して、第１出力部８０から故障通知信号を出力することができる。
図８（ａ）は、第１、２電流センサ４０、５０が第１、２サイリスタ１０、２０に流れる時間ｔに応じた電流Ｉを示す図である。
図８（ａ）の実線ｋ１は、第２サイリスタ２０に流れる電流を示すことができ、点線ｋ２は第１サイリスタ１０に流れる電流を示すことができる。
図８（ｂ）の点線（ｋ２）は、比較器６０の第１入力端に入力される第１サイリスタ１０に流れる電流Ｉの波形を示したものであり、図８（ｃ）の実線ｋ１は比較器６０の第２入力端に入力される第２サイリスタ２０に流れる電流Ｉの波形を示したものである。
図８（ｄ）は、比較器６０から出力される離散信号を示したものであり、図８（ｄ）の縦軸Ｈは離散信号のｈｉｇｈ信号またはｌｏｗ信号であり、横軸は時間ｔの経過を示す。即ち、図８（ｄ）はｈｉｇｈ信号の出力を示すことができる。
図８（ｅ）の第１出力部９０は、信号を出力しない状態を示したものである。
図８（ｆ）は、第２出力部９０からの故障通知信号の出力を示したものである。
図８（ｅ）ないし図８（ｆ）の縦軸Ｆは故障（ｆａｕｌｔ）を示し、横軸ｔは時間の経過を示すことができる。
即ち、比較器６０は第１サイリスタ１０に流れる電流と第２サイリスタ２０に流れる電流の比較を介して、第２サイリスタ２０の電流がより大きいことを感知して、離散信号を出力することができる。
検出ロジック７０は、第２サイリスタ２０が故障であると判別し、第２出力部９０から故障通知信号を出力することができる。
本発明の逆並列サイリスタの故障検出器は、電流センサを介して逆並列サイリスタの電流をそれぞれ測定し測定値を比較することで、逆並列サイリスタの故障を容易に判別することができる。
また、第１電流センサと第２電流センサがロゴスキーコイル電流センサであり、逆並列サイリスタに接触せずに逆並列サイリスタの電流を検出することができるため、逆並列サイリスタの故障検出が簡単になる利点がある。
また、逆並列サイリスタの故障検出器は、測定値を介して第１、２出力部から故障通知信号の出力を受けることで、容易に故障した逆並列サイリスタが分かる。
また、比較器は第１、２電流センサで測定した第１、２測定値の比較を通じて逆並列サイリスタのうち故障したサイリスタを正確に把握できるため、メンテナンスの時間を節約することができる。
１ 逆並列サイリスタ故障検出器
１０ 第１サイリスタ
２０ 第２サイリスタ
３２ ＲＣスナバ回路のキャパシタ
３４ ＲＣスナバ回路の抵抗
４０ 第１電流センサ
５０ 第２電流センサ
６０ 比較器
７０ 検出ロジック
８０ 第１出力部
９０ 第２出力部
１００ 電源部
２００ 検出器

Claims (14)

  1. 逆並列に接続される第１サイリスタ及び第２サイリスタの故障を検出する逆並列サイリスタの故障検出器であって、
    前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタに電源を供給する電源部と、
    前記第１サイリスタに流れる第１電流の測定値を出力する第１電流センサと、
    前記第２サイリスタに流れる第２電流の測定値を出力する第２電流センサと、
    前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値が設定された故障条件を満足する場合、故障したサイリスタを知らせる検出器と、
    を含み、
    前記故障条件は、
    前記第１サイリスタと前記第２サイリスタのうちの少なくとも１つが故障であるときの電流の測定範囲が、前記第１サイリスタと前記第２サイリスタが正常動作であるときの電流の測定範囲を超過することである、逆並列サイリスタの故障検出器。
  2. 前記検出器は、
    前記第１電流センサ及び前記第２電流センサに接続される比較器と、
    前記比較器に接続される検出ロジックと、
    前記検出ロジックに接続される第１出力部及び第２出力部と、を含む、請求項１に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  3. 前記比較器は、正常であると判定されるための正常範囲と故障であると判定されるための故障範囲を設定されている、請求項２に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  4. 前記故障範囲は前記正常範囲より大きい、請求項３に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  5. 前記比較器は、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値を前記正常範囲と比較して、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値が前記正常範囲に該当する場合、いかなる信号も出力しない、請求項３または４に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  6. 前記比較器は、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値を前記故障範囲と比較して、前記第１電流の測定値または前記第２電流の測定値が前記故障範囲に該当する場合、離散信号を出力する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  7. 前記離散信号は、前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタに対して互いに異なるレベルを有する第１信号及び第２信号を含む、請求項６に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  8. 前記検出ロジックは、前記第１信号を基に故障信号を生成して前記第１出力部に送信する、請求項７に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  9. 前記検出ロジックは、前記第２信号を基に故障信号を生成して前記第２出力部に送信する、請求項７または８に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  10. 前記第１出力部または前記第２出力部は前記故障信号に対応する故障通知信号を出力する、請求項８または９に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  11. 前記第１電流センサ及び前記第２電流センサのそれぞれは、ロゴスキーコイル電流センサである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  12. 前記第１電流センサは、前記第１サイリスタと非接触状態で前記第１サイリスタに流れる電流を測定し、
    前記第２電流センサは、前記第２サイリスタと非接触状態で前記第２サイリスタに流れる電流を測定する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  13. 前記電源部は、外部から電源の供給を受けて前記検出器の内部と前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタに電源を供給する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
  14. 前記逆並列に接続される前記第１サイリスタ及び前記第２サイリスタはＲＣスナバ回路を更に含み、
    前記ＲＣスナバ回路は、抵抗とキャパシタが直列に接続される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の逆並列サイリスタの故障検出器。
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