JP2021111979A - サイリスタ整流器の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子の短絡故障時における安全性を向上させてサイリスタ整流器を継続運転させる。【解決手段】実施形態におけるサイリスタ整流器の制御装置は、サイリスタ整流器の交流側電圧を入力して、前記交流側電圧の基準位相を出力する基準位相検出手段と、所定のサイリスタ制御角信号と前記基準位相検出手段より出力される基準位相とに基づいてゲートパルス入信号を発生させるゲートパルス発生手段と、前記サイリスタ整流器の交流側電流と前記サイリスタ整流器の直流側電流とをそれぞれ入力して、前記交流側電流と前記直流側電流との差電流が所定範囲外であるときに、前記サイリスタ整流器が故障であることを検出し、この故障を示す故障信号を出力する故障検出手段と、前記ゲートパルス発生手段からのゲートパルス入信号と前記故障検出手段からの故障信号とに基づいて前記ゲートパルス入信号から選択したゲートパルス信号を前記サイリスタ整流器へ出力するゲートパルス切替手段とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、サイリスタ整流器の制御装置および制御方法に関する。

従来のサイリスタ整流器の制御部の適用例を説明する。図７は、従来技術における、サイリスタ整流器の制御装置の一例を示す図である。この装置は、サイリスタ整流器の制御部に警報接点付きヒューズを適用したものである。

図７に示すように、交流電源１は、ＵＶＷ相（各相）の界磁遮断器３とＵＶＷ相の警報接点付きヒューズ４（４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ）とを介してサイリスタ整流器５に入力される。
サイリスタ整流器５は、Ｕ相のサイリスタ（サイリスタ素子）５Ｕ，５Ｘ、Ｖ相のサイリスタ５Ｖ，５Ｙ、Ｗ相のサイリスタ５Ｗ，５Ｚでなる。

サイリスタ５Ｘのカソードにはサイリスタ５Ｕのアノードが接続され、サイリスタ５Ｙのカソードにはサイリスタ５Ｖのアノードが接続され、サイリスタ５Ｚのカソードにはサイリスタ５Ｗのアノードが接続される。サイリスタ５Ｘ，５Ｙ，５Ｚのアノードは共通であり、サイリスタ５Ｕ，５Ｖ，５Ｗのカソードは共通である。サイリスタ５Ｗのカソードとサイリスタ５Ｚのアノードの間には負荷６が並列に接続される。

警報接点付きヒューズ（Ｕ相用）４Ｕはサイリスタ５Ｕのアノードに接続され、警報接点付きヒューズ（Ｖ相用）４Ｖはサイリスタ５Ｖのアノードに接続され、警報接点付きヒューズ（Ｗ相用）４Ｗはサイリスタ５Ｗのアノードに接続される。これにより、交流電源１からの各相の整流器交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが直流電圧ＶＤに変換されて負荷６に印加される。

サイリスタ整流器の制御装置としての制御部１５は、位相制御部２および警報部１６を有する。位相制御部２は、外部からのサイリスタ制御角信号αに応じて、サイリスタ整流器５を点弧するためのゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺを出力するもので、基準位相検出部２Ａと、ゲートパルス発生部２Ｂとを有する。

ゲートパルス信号ＰＵは、サイリスタ５Ｕを点弧するための信号であり、ゲートパルス信号ＰＸは、サイリスタ５Ｘを点弧するための信号であり、ゲートパルス信号ＰＶは、サイリスタ５Ｖを点弧するための信号であり、ゲートパルス信号ＰＹは、サイリスタ５Ｙを点弧するための信号であり、ゲートパルス信号ＰＷは、サイリスタ５Ｗを点弧するための信号であり、ゲートパルス信号ＰＺは、サイリスタ５Ｚを点弧するための信号である。

基準位相検出部２Ａは、整流器交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを入力し、その線間電圧が負電圧から正電圧へ移動するポイントを基準点（基準位相）とし、ＵＶＷ相の基準位相ＳＵ，ＳＶ，ＳＷをゲートパルス発生部２Ｂへ出力する。

ゲートパルス発生部２Ｂは、サイリスタ制御角信号αと、基準位相検出部２Ａからの基準位相ＳＵ，ＳＶ，ＳＷとをそれぞれ入力し、基準位相ＳＵ，ＳＶ，ＳＷよりサイリスタ制御角信号αだけ遅れたタイミングで、当該相のサイリスタ５Ｕ，５Ｘ，５Ｖ，５Ｙ，５Ｗ，５Ｚを点弧するためのゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺを出力して、整流動作を行なう。

警報部１６は、各相の警報接点付きヒューズ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの溶断の有無を示す各相の溶断信号ＦＵ，ＦＶ，ＦＷの論理和を、サイリスタ整流器５の素子の故障を示す警報信号ＡＬとして出力する。

サイリスタ整流器５は、位相制御部２が出力するゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺのタイミングに応じた直流電圧ＶＤを出力する。この出力により、負荷６に流れる負荷電流ＩＤが所望の値に調整され、警報信号ＡＬがオン出力した場合は界磁遮断器３を遮断してサイリスタ整流器５の運転を停止する。

特開２００９−２６８１６７号公報 特開平５−３４４７０７号公報

従来技術において、サイリスタ整流器５の１素子が短絡故障することで警報接点付きヒューズ４が溶断することに伴って溶断信号ＦＵ，ＦＶ，ＦＷが「ＯＮ」となって警報部１６へ入力された場合、この警報部１６はサイリスタ整流器５の運転を停止するために警報信号ＡＬを出力する。

例えば、ブラシレス発電機の励磁装置に適用されるサイリスタ整流器で、1S-1P-6A構成の３相均一ブリッジ構成を採用している場合、サイリスタ整流器の１素子が短絡故障することにより１相の警報接点付きヒューズ４が溶断することで、発電機の運転が停止する。しかしこの場合、給電負荷の停電や電力系統への悪影響が生じる。

具体例として、サイリスタ整流器５が上記の励磁装置に適用される場合、サイリスタ５Ｕにて短絡故障が生じて、警報接点付きヒューズ（Ｕ相用）４Ｕが溶断した場合、位相制御部２の警報部１６は、警報信号ＡＬ出力することで発電機の運転を停止する。

またサイリスタ整流器５は、実際の運転状態では該サイリスタ整流器の電流定格に対して大きな裕度をもたせて運転するケースがあり、サイリスタ整流器５の素子が短絡故障した場合でも警報接点付きヒューズ４が短時間に溶断しない場合がある。このようにサイリスタ整流器５のいずれかのサイリスタ素子で短絡故障が発生したにも関わらず警報接点付きヒューズ４が溶断しない場合、以下の問題が発生する可能性がある。

（１） 過電流状態が継続する事による、周辺機器の過熱・損傷
（２） サイリスタ整流器５の出力電圧の低下に伴う、不足励磁状態の発生
（３） サイリスタ整流器５のゲインの低下に伴う、制御系の応答性の悪化
また、従来技術においてサイリスタ整流器の１素子の故障を検出して電力変換器の運転が停止しない様にする技術がある。しかし、この技術は、直列接続されたサイリスタ素子に関するものであり、上記の問題を解決できない。

上記の問題に対し、最近は、サイリスタ整流器の１素子が短絡故障した場合でも周辺機器への過熱・損傷を抑制しつつ運転を停止せず継続運転する要望がある。また、１素子が短絡故障した場合でも警報接点付きヒューズ以外の手段で故障を検出したり表示したりして、素子の短絡故障時における安全性を確保したいとの要望があるが、かかる要望を実現する為の手段は知られていない。

本発明が解決しようとする課題は、素子の短絡故障時における安全性を向上させて継続運転させることが可能なサイリスタ整流器の制御装置および制御方法を提供することである。

実施形態におけるサイリスタ整流器の制御装置は、サイリスタ整流器の交流側電圧を入力して、前記交流側電圧の基準位相を出力する基準位相検出手段と、所定のサイリスタ制御角信号と前記基準位相検出手段より出力される基準位相とに基づいてゲートパルス入信号を発生させるゲートパルス発生手段と、前記サイリスタ整流器の交流側電流と前記サイリスタ整流器の直流側電流とをそれぞれ入力して、前記交流側電流と前記直流側電流との差電流が所定範囲外であるときに、前記サイリスタ整流器が故障であることを検出し、この故障を示す故障信号を出力する故障検出手段と、前記ゲートパルス発生手段からのゲートパルス入信号と前記故障検出手段からの故障信号とに基づいて前記ゲートパルス入信号から選択したゲートパルス信号を前記サイリスタ整流器へ出力するゲートパルス切替手段とを有する。

本発明によれば、素子の短絡故障時における安全性を向上させてサイリスタ整流器を継続運転させることができる。

第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置の機能構成例を示す図。 第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置の故障検出部の機能構成例を示すブロック図。 第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置のゲートパルス切替部の機能構成例を示すブロック図。 第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置の位相制御部の判定部にて判定する故障信号と、出力する切替指令信号の関係を表形式で示す図。 第２の実施形態に係る制御装置の半導体電力変換器制御装置の機能構成例を示す図。 第２の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置における出力電圧と電源位相の関係を示す波形図。 従来技術における、サイリスタ整流器の制御装置の一例を示す図。

以下、実施形態について図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
＜構成＞
図１は、第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置の機能構成例を示す図である。図１において、図７と同一の符号は同一部分又は相当部分を示し、すでに説明した部分は説明を省略する。

図７に示した構成と比較して、第１の実施形態における制御部１５は、交流電源１と各相の警報接点付きヒューズ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗとの間に各相のサイリスタ整流器変流器７Ｕ，７Ｖ，７Ｗが１対１で設けられる。また、サイリスタ５Ｗのカソードと負荷６の間にサイリスタ整流器変流器７Ｄが設けられる。サイリスタ整流器変流器７Ｕ，７Ｖ，７Ｗは、サイリスタ整流器５の各相の交流側電流である整流器交流電流ＣＵ，ＣＶ，ＣＷを１対１で出力する。サイリスタ整流器変流器７Ｄは、サイリスタ整流器５の直流側電流である整流器直流電流ＣＤＨを出力する。

また、図７に示した構成と比較して、第１の実施形態における制御部１５は、故障検出部１９をさらに有し、位相制御部２は、ゲートパルス切替部２Ｆをさらに有する。故障検出部１９は、サイリスタ整流器変流器７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ，７Ｄに接続される。

ゲートパルス切替部２Ｆは、出力するゲートパルス信号のＯＮ／ＯＦＦおよび種別を判定する。ゲートパルス切替部２Ｆは、ゲートパルス入信号を用いて出力するゲートパルス信号を判定結果に応じて切り替える。

図２は、第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置の故障検出部の機能構成例を示すブロック図である。
図２に示した故障検出部１９は、交流電流検出部１３と、直流電流検出部１４と、差電流演算部１２と、過電流検出部８Ｄと、各相に対応する流出方向過電流検出部８Ｕ，８Ｖ，８Ｗと、各相に対応する流入方向過電流検出部８Ｘ，８Ｙ，８Ｚと、論理積回路（論理積と称することもある）１０Ｕ，１０Ｘ，１０Ｖ，１０Ｙ，１０Ｗ，１０Ｚと、保持部１１Ｕ，１１Ｘ，１１Ｖ，１１Ｙ，１１Ｗ，１１Ｚとを有する。論理積回路１０Ｕ，１０Ｘ，１０Ｖ，１０Ｙ，１０Ｗ，１０Ｚを総称して論理積回路１０と称することがある。また、保持部１１Ｕ，１１Ｘ，１１Ｖ，１１Ｙ，１１Ｗ，１１Ｚを総称して保持部１１と称することがある。

故障検出部１９の動作を説明する。
交流電流検出部１３は、整流器交流電流ＣＵ，ＣＶ，ＣＷを入力し、これらの電流の全波整流値を検出し、この値に比例する信号である整流器交流電流ＣＡＣを出力する。

直流電流検出部１４は、整流器直流電流ＣＤＨを入力し、この信号の大きさに比例する信号である整流器直流電流ＣＤＣを出力する。

差電流演算部１２は、整流器交流電流ＣＡＣと整流器直流電流ＣＤＣとを入力し、これら整流器交流電流ＣＡＣと整流器直流電流ＣＤＣとの差分を示す差電流を演算し、この差電流の値に比例する信号である差電流ＣＳを出力する。

過電流検出部８Ｄは、差電流ＣＳを入力し、この差電流ＣＳで示される差電流の値が、あらかじめ設定した値を超過したときにサイリスタ整流器５の過電流を検出し、この検出を示す過電流故障信号（過電流検出信号）ＥＳを出力する。

流出方向過電流検出部８Ｕ，８Ｖ，８Ｗは、各相の整流器交流電流ＣＵ，ＣＶ，ＣＷを１対１で入力し、サイリスタ整流器５に対する流出方向の電流が、あらかじめ設定した値を超過したときにサイリスタ整流器５の過電流を検出し、この検出を示す各相の過電流信号ＯＣＵ，ＯＣＶ，ＯＣＷを１対１で出力する。

流入方向過電流検出部８Ｘ，８Ｙ，８Ｚは、各相整流器交流電流ＣＵ，ＣＶ，ＣＷを１対１で入力し、サイリスタ整流器５に対する流入方向の電流が、あらかじめ設定した値を超過したときにサイリスタ整流器５の過電流を検出し、この検出を示す各相の過電流信号ＯＣＸ，ＯＣＹ，ＯＣＺを１対１で出力する。

具体的には、過電流信号ＯＣＵは、論理積回路１０Ｕ，１０Ｙ，１０Ｚに出力され、過電流信号ＯＣＸは、論理積回路１０Ｘ，１０Ｖ，１０Ｗに出力され、過電流信号ＯＣＶは、論理積回路１０Ｖ，１０Ｘ，１０Ｚに出力され、過電流信号ＯＣＹは、論理積回路１０Ｙ，１０Ｕ，１０Ｗに出力され、過電流信号ＯＣＷは、論理積回路１０Ｗ，１０Ｘ，１０Ｙに出力され、過電流信号ＯＣＺは、論理積回路１０Ｚ，１０Ｕ，１０Ｖに出力される。

故障検出部１９では、論理積回路１０による論理積演算よってサイリスタ整流器５における短絡故障したサイリスタ素子を特定し、過電流故障信号ＥＳＵ，ＥＳＸ，ＥＳＶ，ＥＳＹ，ＥＳＷ，ＥＳＺとして保持部１１へ出力する。

具体的には、論理積回路１０Ｕは、過電流故障信号ＥＳと、過電流信号ＯＣＵ，ＯＣＹ，ＯＣＺとを入力し、論理積による論理演算により、短絡故障したサイリスタ５Ｕを検出し、この検出を示す過電流故障信号ＥＳＵを出力する。

論理積回路１０Ｘは、過電流故障信号ＥＳと、過電流信号ＯＣＸ，ＯＣＶ，ＯＣＷとを入力し、論理積による論理演算により、短絡故障したサイリスタ５Ｘを検出し、この検出を示す過電流故障信号ＥＳＸを出力する。

論理積回路１０Ｖは、過電流故障信号ＥＳと、過電流信号ＯＣＶ，ＯＣＸ，ＯＣＺとを入力し、論理積による論理演算により、短絡故障したサイリスタ５Ｖを検出し、この検出を示す過電流故障信号ＥＳＶを出力する。
論理積回路１０Ｙは、過電流故障信号ＥＳと、過電流信号ＯＣＹ，ＯＣＵ，ＯＣＷとを入力し、論理積による論理演算により、短絡故障したサイリスタ５Ｙを検出し、この検出を示す過電流故障信号ＥＳＹを出力する。

論理積回路１０Ｗは、過電流故障信号ＥＳと、過電流信号ＯＣＷ，ＯＣＸ，ＯＣＹとを入力し、論理積による論理演算により、短絡故障したサイリスタ５Ｗを検出し、この検出を示す過電流故障信号ＥＳＷを出力する。
論理積回路１０Ｚは、過電流故障信号ＥＳと、過電流信号ＯＣＺ，ＯＣＵ，ＯＣＶとを入力し、論理積による論理演算により、短絡故障したサイリスタ５Ｚを検出し、この検出を示す過電流故障信号ＥＳＺを出力する。

保持部１１Ｕ，１１Ｘ，１１Ｖ，１１Ｙ，１１Ｗ，１１Ｚは、過電流故障信号ＥＳＵ，ＥＳＸ，ＥＳＶ，ＥＳＹ，ＥＳＷ，ＥＳＺを１対１で入力し、これらの過電流故障信号ＥＳＵ，ＥＳＸ，ＥＳＶ，ＥＳＹ，ＥＳＷ，ＥＳＺをサイリスタ整流器５の運転が停止されるまで保持したのち、このサイリスタ素子の故障を示す故障信号ＥＵ，ＥＸ，ＥＶ，ＥＹ，ＥＷ，ＥＺを、出力する。故障信号ＥＵ，ＥＸ，ＥＶ，ＥＹ，ＥＷ，ＥＺは、過電流故障信号ＥＳＵ，ＥＳＸ，ＥＳＶ，ＥＳＹ，ＥＳＷ，ＥＳＺに１対１で対応する。

具体的には、保持部１１Ｕは、過電流故障信号ＥＳＵを用いて故障信号ＥＵを出力し、保持部１１Ｘは、過電流故障信号ＥＳＸを用いて故障信号ＥＸを出力し、保持部１１Ｖは、過電流故障信号ＥＳＶを用いて故障信号ＥＶを出力し、保持部１１Ｙは、過電流故障信号ＥＳＹを用いて故障信号ＥＹを出力し、保持部１１Ｗは、過電流故障信号ＥＳＷを用いて故障信号ＥＷを出力し、保持部１１Ｚは、過電流故障信号ＥＳＺを用いて故障信号ＥＺを出力する。

図３は、第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置のゲートパルス切替部の機能構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、ゲートパルス切替部２Ｆは、判定部２Ｇと、切替部２Ｈとを有する。判定部２Ｇは、ゲートパルス発生部２Ｂ、故障検出部１９、切替部２Ｈに接続される。判定部２Ｇは、出力するゲートパルス信号のＯＮ／ＯＦＦおよび種別を故障信号ＥＵ，ＥＸ，ＥＶ，ＥＹ，ＥＷ，ＥＺにより判定する。この判定の詳細については後述する。切替部２Ｈは、ゲートパルス入信号を用いて出力するゲートパルス信号を判定部２Ｇによる判定結果に応じて切り替える。

ゲートパルス切替部２Ｆの各部の動作を説明する。
ゲートパルス切替部２Ｆの判定部２Ｇは、故障検出部１９より故障信号ＥＵ，ＥＸ，ＥＶ，ＥＹ，ＥＷ，ＥＺを入力する。判定部２Ｇは、ゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＸ，ＰＬＶ，ＰＬＹ，ＰＬＷ，ＰＬＺをゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺに切り替える信号である切替指令信号ＰＳＵ，ＰＳＸ，ＰＳＶ，ＰＳＹ，ＰＳＷ，ＰＳＺを図４に示される関係に従って判定し、この判定した切替指令信号を切替部２Ｈに出力する。ゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＸ，ＰＬＶ，ＰＬＹ，ＰＬＷ，ＰＬＺと、切替指令信号ＰＳＵ，ＰＳＸ，ＰＳＶ，ＰＳＹ，ＰＳＷ，ＰＳＺと、ゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺとは１対１で対応する。

図４に示した例では、故障信号ＥＵ〜ＥＺがすべてＯＦＦのときは、出力される切替指令信号ＰＳＵ〜ＰＳＺはすべてＯＮである。ＯＮである切替指令信号は、ゲートパルス入信号をゲートパルス信号として、そのまま出力するよう指令する信号である。ＯＦＦである切替指令信号は、ゲートパルス入信号をゲートパルス信号として出力しないよう指令する信号である。

切替部２Ｈは、切替指令信号ＰＳＵ，ＰＳＸ，ＰＳＶ，ＰＳＹ，ＰＳＷ，ＰＳＺと、ゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＸ，ＰＬＶ，ＰＬＹ，ＰＬＷ，ＰＬＺとをそれぞれ入力する。
切替部２Ｈは、切替指令信号ＰＳＵ，ＰＳＸ，ＰＳＶ，ＰＳＹ，ＰＳＷ，ＰＳＺのうちＯＮである信号があるときに、このＯＮである信号に対応するゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＸ，ＰＬＶ，ＰＬＹ，ＰＬＷ，ＰＬＺを、ゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺとして出力する。
一方で、切替部２Ｈは、切替指令信号ＰＳＵ，ＰＳＸ，ＰＳＶ，ＰＳＹ，ＰＳＷ，ＰＳＺのうちＯＦＦである信号があるときに、このＯＦＦである信号に対応するゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＸ，ＰＬＶ，ＰＬＹ，ＰＬＷ，ＰＬＺを、ゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺとして出力しない。

つまり、ゲートパルス切替部２Ｆは、ゲートパルス発生部２Ｂから出力されるゲートパルス入信号と、故障検出部１９から入力される故障信号とを入力してサイリスタ整流器５へ出力するゲートパルス信号を選択する。

上記の交流電流検出部１３は、整流器交流電流ＣＵ，ＣＶ，ＣＷの瞬時値のうち正の値が加算された流入電流を算出して、整流器交流電流ＣＡＣとして出力してもよいし、整流器交流電流ＣＵ，ＣＶ，ＣＷの瞬時値のうち負の値が加算された値の絶対値である流出電流を算出して、整流器交流電流ＣＡＣとして出力してもよいし、整流器交流電流ＣＵ，ＣＶ，ＣＷの各絶対値が加算された値の１／２倍の値を整流器交流電流ＣＡＣとして出力してもよい。

＜作用＞
第１の実施形態における作用を説明する。例えば、サイリスタ５Ｕが短絡故障した場合、短絡故障後にサイリスタ５Ｖと５Ｗが導通（点弧）した際に過電流となる。この場合、サイリスタ整流器変流器７Ｕからの整流器交流電流ＣＵが流出方向過電流検出部８Ｕに入力されることで、Ｕ相では流出方向の過電流信号ＯＣＵがＯＮとなり、サイリスタ整流器変流器７Ｖ，７Ｗからの整流器交流電流ＣＶとＣＷが流入方向過電流検出部８Ｘに入力されることで、Ｖ相とＷ相では流入方向の過電流信号ＯＣＹとＯＣＺがＯＮとなる。

このとき、過電流故障信号ＥＳもＯＮとなるので、論理積回路１０Ｕは、過電流故障信号ＥＳ、過電流信号ＯＣＵ，ＯＣＹ，ＯＣＺの論理積として、Ｕ相の過電流故障信号ＥＳＵをＯＮ出力し、保持部１１Ｕを介して故障信号ＥＵがＯＮとなる。尚、過電流状態は連続しないので、保持部１１Ｕは、Ｕ相の過電流信号ＯＣＵを保持して上記故障信号ＥＵを出力する。

故障信号ＥＵがＯＮで、その他の故障信号がＯＦＦの時は、判定部２Ｇは、出力するゲートパルス信号ＰＶ，ＰＷをＯＦＦするための切替指令信号ＰＳＶ，ＰＳＷを切替部２ＨへＯＦＦ出力する。このようにして短絡時の過電流を供給するサイリスタ５Ｖ，５Ｗへのゲートパルス信号ＰＶ，ＰＷを停止することによりゲートブロックし、過電流が流れないようにする。つまり、上記のように短絡故障したサイリスタ５Ｕを導通させたまま、運転継続をする事ができる。

また、故障信号ＥＵ，ＥＸ，ＥＶ，ＥＹ，ＥＷ，ＥＺのうち複数の信号がＯＮとなった場合、サイリスタ整流器５の運転は不可能である。そこで、判定部２Ｇは、出力するゲートパルス信号ＰＵ〜ＰＺを全てＯＦＦとするための、ＯＦＦである切替指令信号を切替部２Ｈへ出力する。

図４は、第１の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置のゲートパルス切替部の判定部にて判定する、出力する切替指令信号の種別と故障信号との関係を表形式で示す図である。
図４に示すように、第１に、故障信号ＥＵがＯＮで、その他の故障信号がＯＦＦの時は、切替指令信号ＰＳＶ，ＰＳＷがＯＦＦとなり、その他の切替指令信号がＯＮとなることで、ゲートパルス入信号ＰＬＶ，ＰＬＷに対応するゲートパルス信号ＰＶ，ＰＷがＯＦＦとなり、残りのゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＸ，ＰＬＹ，ＰＬＺがゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＹ，ＰＺに切り替えて出力される。

第２に、故障信号ＥＸがＯＮで、その他の故障信号がＯＦＦの時は、切替指令信号ＰＳＹ，ＰＳＺがＯＦＦとなり、その他の切替指令信号がＯＮとなることで、ゲートパルス入信号ＰＬＹ，ＰＬＺに対応するゲートパルス信号ＰＹ，ＰＺがＯＦＦとなり、残りのゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＸ，ＰＬＶ，ＰＬＷがゲートパルス信号ＰＵ，ＰＸ，ＰＶ，ＰＷに切り替えて出力される。

第３に、故障信号ＥＶがＯＮで、その他の故障信号がＯＦＦの時は、切替指令信号ＰＳＵ，ＰＳＷがＯＦＦとなり、その他の切替指令信号がＯＮとなることで、ゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＷに対応するゲートパルス信号ＰＵ，ＰＷがＯＦＦとなり、残りのゲートパルス入信号ＰＬＸ，ＰＬＶ，ＰＬＹ，ＰＬＺがゲートパルス信号ＰＸ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＺに切り替えて出力される。

第４に、故障信号ＥＹがＯＮで、その他の故障信号がＯＦＦの時は、切替指令信号ＰＳＸ，ＰＳＺがＯＦＦとなり、その他の切替指令信号がＯＮとなることで、ゲートパルス入信号ＰＬＸ，ＰＬＺに対応するゲートパルス信号ＰＸ，ＰＺがＯＦＦとなり、残りのゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＶ，ＰＬＹ，ＰＬＷがゲートパルス信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＹ，ＰＷに切り替えて出力される。

第５に、故障信号ＥＷがＯＮで、その他の故障信号がＯＦＦの時は、切替指令信号ＰＳＵ，ＰＳＶがＯＦＦとなり、その他の切替指令信号がＯＮとなることで、ゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＶに対応するゲートパルス信号ＰＵ，ＰＶがＯＦＦとなり、残りのゲートパルス入信号ＰＬＸ，ＰＬＹ，ＰＬＷ，ＰＬＺがゲートパルス信号ＰＸ，ＰＹ，ＰＷ，ＰＺに切り替えて出力される。

第６に、故障信号ＥＺがＯＮで、その他の故障信号がＯＦＦの時は、切替指令信号ＰＳＸ，ＰＳＹがＯＦＦとなり、その他の切替指令信号がＯＮとなることで、ゲートパルス入信号ＰＬＸ，ＰＬＹに対応するゲートパルス信号ＰＸ，ＰＹがＯＦＦとなり、残りのゲートパルス入信号ＰＬＵ，ＰＬＶ，ＰＬＷ，ＰＬＺがゲートパルス信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ，ＰＺに切り替えて出力される。

＜効果＞
第１の実施形態によれば、サイリスタ整流器５の１素子に短絡故障が生じたにも関わらず警報接点付きヒューズ４が短時間に溶断しない場合でも、整流器交流電流と整流器直流電流の大小関係と、素子故障による過電流の流入相と流出相の関係とから、故障したサイリスタ素子を検出する事ができる。

よって、過電流状態の長時間継続による周辺機器の過熱・損傷を抑制しつつ、運転を停止せず、短絡故障したサイリスタ整流器５を用いて縮退して運転継続できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態について、第１の実施形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
＜構成＞
図５は、第２の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置の機能構成例を示す図である。図５において、図１と同一の符号は同一部分又は相当部分を示し、すでに説明した部分は説明を省略する。

図１に示した構成と比較して、位相制御部２は、ゲートパルス発生部２Ｂに入力されるサイリスタ制御角信号αを補正する補正部２Ｊをさらに有する。補正部２Ｊはゲートパルス発生部２Ｂの入力側に設けられる。

補正部２Ｊの動作を説明する。補正部２Ｊは、サイリスタ制御角信号αと、故障検出部１９からの故障信号ＥＵ，ＥＸ，ＥＶ，ＥＹ，ＥＷ，ＥＺとをそれぞれ入力する。
これらの故障信号ＥＵ，ＥＸ，ＥＶ，ＥＹ，ＥＷ，ＥＺの何れか１つでもオン出力されている期間は、補正部２Ｊは、サイリスタ制御角信号αの制御ゲインが２倍(α＝９０°からの偏差を２倍)に切り替えられたサイリスタ制御角信号αＡとして出力する。

＜作用＞
第２の実施形態における作用を説明する。図６は、第２の実施形態に係る半導体電力変換器制御装置における出力電圧と電源位相の関係を示す波形図である。
例えば、サイリスタ５Ｕが短絡故障して、短絡後にサイリスタ５Ｖ，５ＷへのゲートパルスＰＶ，ＰＷが停止した場合、サイリスタ整流器５が出力する直流電圧ＶＤは、図６に示すように、短絡故障前の直流電圧ＶＤに対して約０．５倍に低下する。図６では、サイリスタ５Ｕが短絡故障する前の直流電圧ＶＤ（図６の中のａ）、サイリスタ５Ｕが短絡故障した後にサイリスタ５Ｖ，５ＷへのゲートパルスＰＶ，ＰＷが停止した場合の直流電圧ＶＤ（図６の中のｂ）が示される。このとき、故障信号ＥＵはＯＮとなるので、サイリスタ制御角信号αの制御ゲインが２倍(α＝９０°からの偏差を２倍)に切り替わる。

＜効果＞
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同じく、サイリスタ整流器５の１素子に短絡故障が生じたにも関わらず警報接点付きヒューズ４が短時間に溶断しない場合でも、整流器交流電流と整流器直流電流の大小関係と、素子故障による過電流の流入相と流出相との関係から、故障したサイリスタ素子を検出する事ができる。
よって、過電流状態の長時間継続による周辺機器の過熱・損傷を抑制しつつ、運転を停止せず短絡故障したサイリスタ整流器５を用いて縮退して継続運転できる。

ここで、上記のようにサイリスタ整流器５の１素子の短絡故障が生じたにも関わらず警報接点付きヒューズ４が短時間に溶断せず、短絡故障したサイリスタ整流器５を用いて縮退して単相均一ブリッジとして継続運転した場合、３相均一ブリッジとして運転した場合と比較して、サイリスタ整流器５の出力電圧が約０．５倍に低下する。
しかし、第２の実施形態のように、サイリスタ制御角信号αの制御ゲインを２倍とする補正部２Ｊを設けて継続運転する事で、第１の実施形態のように短絡故障したサイリスタ整流器５を用いて縮退して運転継続する場合と比較して、制御系の応答性を悪化させる事無く運転継続できる。

本発明の各実施形態によれば、サイリスタ整流器の１素子の短絡故障が生じた場合でも、周辺機器への過熱・損傷を抑制しつつ、運転を停止せず継続運転できるサイリスタ整流器の制御装置及びその制御方法を実現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…交流電源、２…位相制御部、２Ａ…基準位相検出部、２Ｂ…ゲートパルス発生部、２Ｆ…ゲートパルス切替部、２Ｇ…判定部、２Ｈ…切替部、２Ｊ…補正部、３…界磁遮断器、４…警報接点付きヒューズ、４Ｕ…警報接点付きヒューズ（Ｕ相用）、４Ｖ…警報接点付きヒューズ（Ｖ相用）、４Ｗ…警報接点付きヒューズ（Ｗ相用）、５…サイリスタ整流器、６…負荷、７…サイリスタ整流器変流器、７Ｕ…サイリスタ整流器変流器（Ｕ相用）、７Ｖ…サイリスタ整流器変流器（Ｖ相用）、７Ｗ…サイリスタ整流器変流器（Ｗ相用）、７Ｄ…サイリスタ整流器変流器（ＤＣ用）、８Ｄ…過電流検出部、８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ…流出方向過電流検出部、８Ｘ，８Ｙ，８Ｚ…流入方向過電流検出部、１０Ｕ，１０Ｘ，１０Ｖ，１０Ｙ，１０Ｗ，１０Ｚ…論理積回路、１１Ｕ，１１Ｘ，１１Ｖ，１１Ｙ，１１Ｗ，１１Ｚ…保持部、１２…差電流演算部、１３…交流電流検出部、１４…直流電流検出部、１５…制御部、１６…警報部、１９…故障検出部。

Claims (18)

1. サイリスタ整流器の交流側電圧を入力して、前記交流側電圧の基準位相を出力する基準位相検出手段と、
   所定のサイリスタ制御角信号と前記基準位相検出手段より出力される基準位相とに基づいてゲートパルス入信号を発生させるゲートパルス発生手段と、
   前記サイリスタ整流器の交流側電流と前記サイリスタ整流器の直流側電流とをそれぞれ入力して、前記交流側電流と前記直流側電流との差電流が所定範囲外であるときに、前記サイリスタ整流器が故障であることを検出し、この故障を示す故障信号を出力する故障検出手段と、
   前記ゲートパルス発生手段からのゲートパルス入信号と前記故障検出手段からの故障信号とに基づいて前記ゲートパルス入信号から選択したゲートパルス信号を前記サイリスタ整流器へ出力するゲートパルス切替手段と
   を備えたサイリスタ整流器の制御装置。
2. 前記ゲートパルス切替手段は、
   前記故障検出手段からの故障信号を入力して、この故障信号が、前記サイリスタ整流器における流入相のサイリスタ素子のいずれか１つが故障したことを示す場合は、残り２つの流入相のサイリスタ素子への前記ゲートパルス信号の出力を停止し、前記故障信号が、前記サイリスタ整流器における流出相のサイリスタ素子のいずれか１つが故障したことを示す場合は、残り２つの流出相のサイリスタ素子への前記ゲートパルス信号の出力を停止する
   請求項１に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
3. 前記故障検出手段は、
   前記サイリスタ整流器の交流側電流を検出し、この交流側電流の値を出力する交流電流検出手段と、
   前記サイリスタ整流器の直流側電流を検出し、この直流側電流の値を出力する直流電流検出手段と、
   前記交流電流検出手段からの交流側電流の値と前記直流電流検出手段からの直流側電流の値との差分を示す差電流を演算する差電流演算手段と、
   前記差電流演算手段からの差電流が所定範囲外であるときに前記サイリスタ整流器の過電流を検出し、この検出を示す過電流検出信号を出力する過電流検出手段と、
   前記交流側電流を入力し、前記サイリスタ整流器における流出方向の電流が所定の値を超過したときに前記サイリスタ整流器の過電流を検出し、この検出を示す第１の過電流信号を出力する流出方向過電流検出手段と、
   前記交流側電流を入力し、前記サイリスタ整流器における流入方向の電流が所定の値を超過したときに前記サイリスタ整流器の過電流を検出し、この検出を示す第２の過電流信号を出力する流入方向過電流検出手段と、
   前記過電流検出信号と前記第１および第２の過電流信号とを入力とした論理積演算により、故障したサイリスタ素子を検出し、この故障を示す前記故障信号を出力する論理積回路と
   を備えた請求項１に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
4. 前記故障検出手段からの故障信号により指定される条件に従って、前記サイリスタ制御角信号を補正して前記ゲートパルス発生手段へ出力する補正手段をさらに備える
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
5. 前記補正手段は、
   前記故障検出手段からの故障信号が出力されている期間は、前記サイリスタ制御角信号の制御ゲインを２倍に切り替えて前記ゲートパルス発生手段へ出力する
   請求項４に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
6. 前記交流電流検出手段は、前記交流側電流の全波整流値を検出し、この値を前記交流側電流の値として出力する
   請求項３に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
7. 前記交流電流検出手段は、
   前記交流側電流の瞬時値のうち正の値を加算した流入電流を算出し、この電流の値を前記交流側電流の値として出力する
   請求項３に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
8. 前記交流電流検出手段は、
   前記交流側電流の瞬時値のうち負の値を加算した値の絶対値である流出電流を算出し、この電流の値を前記交流側電流の値として出力する
   請求項３に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
9. 前記交流電流検出手段は、
   各相の前記交流側電流の絶対値を加算して１／２倍した値を前記交流側電流の値として出力する
   請求項３に記載のサイリスタ整流器の制御装置。
10. サイリスタ整流器の交流側電圧を入力して、前記交流側電圧の基準位相を出力することと、
    所定のサイリスタ制御角信号と前記基準位相とに基づいてゲートパルス入信号を発生させることと、
    前記サイリスタ整流器の交流側電流と前記サイリスタ整流器の直流側電流とをそれぞれ入力し、前記交流側電流と前記直流側電流との差電流が所定範囲外であるときに、前記サイリスタ整流器５が故障であることを検出して、この故障を示す故障信号を出力することと、
    前記ゲートパルス入信号と前記故障信号とに基づいて前記ゲートパルス入信号から選択したゲートパルス信号を前記サイリスタ整流器へ出力するゲートパルス切替を行なうことと
    を有するサイリスタ整流器の制御方法。
11. 前記ゲートパルス切替を行なうことは、
    前記故障信号を入力して、この故障信号が、前記サイリスタ整流器における流入相のサイリスタ素子のいずれか１つが故障したことを示す場合は、残り２つの流入相のサイリスタ素子への前記ゲートパルス信号の出力を停止し、前記故障信号が、前記サイリスタ整流器における流出相のサイリスタ素子のいずれか１つが故障したことを示す場合は、残り２つの流出相のサイリスタ素子への前記ゲートパルス信号の出力を停止することを含む
    請求項１０記載のサイリスタ整流器の制御方法。
12. 前記故障信号を出力することは、
    前記サイリスタ整流器の交流側電流を検出し、この交流側電流の値を出力することと、
    前記サイリスタ整流器の直流側電流を検出し、この直流側電流の値を出力することと、
    前記交流側電流の値と前記直流側電流の値との差分を示す差電流を演算することと、
    前記差電流が所定範囲外であるとき時に前記サイリスタ整流器の過電流を検出し、この検出を示す過電流故障信号を出力することと、
    前記交流側電流を入力し、前記サイリスタ整流器における流出方向の電流が所定の値を超過したときに前記サイリスタ整流器の過電流を検出し、この検出を示す第１の過電流信号を出力することと、
    前記交流側電流を入力し、前記サイリスタ整流器における流入方向の電流が所定の値を超過したときに前記サイリスタ整流器の過電流を検出し、この検出を示す第２の過電流信号を出力することと、
    前記過電流故障信号と前記第１および第２の過電流信号とを入力とした論理積演算により、故障したサイリスタ素子を検出し、この故障を示す前記故障信号を出力することを含む
    請求項１０記載のサイリスタ整流器の制御方法。
13. 前記故障信号により指定される条件に従って、前記サイリスタ制御角信号を補正する
    請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のサイリスタ整流器の制御方法。
14. 前記補正することは、
    前記故障信号が出力されている期間は、前記サイリスタ制御角信号の制御ゲインを２倍に切り替えることを含む
    請求項１３に記載のサイリスタ整流器の制御方法。
15. 前記故障信号を出力することは、前記交流側電流の全波整流値を検出し、この値を前記交流側電流の値として出力することを含む
    請求項１２に記載のサイリスタ整流器の制御方法。
16. 前記故障信号を出力することは、前記交流側電流の瞬時値のうち正の値を加算した流入電流を算出し、この電流の値を前記交流側電流の値として出力することを含む
    請求項１２に記載のサイリスタ整流器の制御方法。
17. 前記故障信号を出力することは、前記交流側電流の瞬時値のうち負の値を加算した値の絶対値である流出電流を算出し、この電流の値を前記交流側電流の値として出力することを含む
    請求項１２に記載のサイリスタ整流器の制御方法。
18. 前記故障信号を出力することは、
    各相の前記交流側電流の各絶対値を加算して１／２倍した値を前記交流側電流の値として出力することを含む
    請求項１２に記載のサイリスタ整流器の制御方法。

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