JP3831932B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）サイリスタ等の大電力用スイッチング素子をブリッジ型に接続したインバータで定格の直流電圧を交流変換して負荷に供給するインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変電所に設置される無効電力補償装置等に使用される大電力用インバータ装置は、図３に示すような回路構成が一般的である。図３のインバータ装置は、直流電圧源１の定格の直流電圧をインバータ７で交流変換して負荷１１に供給するもので、インバータ７と直流電圧源１の間にインバータ保護手段の電流上昇率抑制用直流リアクトル２が接続され、また、インバータ７にアーム短絡時に過電流からインバータ７を保護するインバータ過電流保護回路１３が付設される。
【０００３】
インバータ７は、ＧＴＯサイリスタ等の第１〜第４のスイッチング素子８1 〜８4 のブリッジ回路で、第１と第２のスイッチング素子８1 、８2 の直列回路と第３と第４のスイッチング素子８3 、８4 の直列回路が並列接続され、第１と第２のスイッチング素子８1 、８2 の接続点と第３と第４のスイッチング素子８3 、８4 の接続点の間に負荷１１が接続される。各スイッチング素子８1 〜８4 の夫々に還流ダイオード９、…が逆並列接続され、各スイッチング素子８1 〜８4 の夫々にスナバコンデンサ１０、…が並列接続される。なお、各スイッチング素子８1 〜８4 を特定しない場合において個々をスイッチング素子８と以下称する。
【０００４】
上記直流リアクトル２には還流ダイオード３が並列接続され、この還流ダイオード３にコンデンサ５と抵抗６の直列回路であるスナバ回路４が並列接続される。インバータ過電流保護回路１３は、インバータ７の任意のスイッチング素子の故障によるアーム短絡時の短絡電流を電流検出器１２で検出して、他の正常なスイッチング素子を強制的にオフ動作させて保護する。直流リアクトル２は、このアーム短絡時に他の正常なスイッチング素子に流れる電流の上限を制限して他の正常なスイッチング素子が確実にオフするようにする。
【０００５】
上記インバータ装置は、インバータ７の各スイッチング素子８をオンオフ制御して還流モードと力行モードを繰り返すことで動作する。この動作時において、直流リアクトル２にはその還流ダイオード３を通して負荷電流相当のバイアス電流が還流する。ここでインバータ７が還流モードから力行モードに移行すると、図２の電流波形Ａで示すようにインバータ７には負荷電流と還流モード時に充電されたスナバコンデンサ１０の充電電流の和のインバータ電流ＩINV が流れる。図２の電流波形Ａの斜線部分がスナバコンデンサ充電電流で、この充電電流の分だけインバータ電流ＩINV が直流リアクトルバイアス電流を超えて、直流リアクトル２の両端に図２の実線電圧波形Ｄに示すようなスパイク状の電圧ＶL が発生する。この電圧ＶL のピーク値は、インバータ電流ＩINV の直流リアクトルバイアス電流を超えた電流の上昇率に比例する。
【０００６】
直流リアクトル２の両端にスパイク状の電圧ＶL が発生すると、直流リアクトル２に流れる電流ＩL が図２の実線電流波形Ｅに示すように定常値から増加する。このとき、インバータ電流ＩINV は直流リアクトル２とスナバ回路４を通り、スナバ回路４を通る図２の電流波形Ｂに示す電流ＩDSでスナバ回路４のコンデンサ５を充電する。インバータ７のスナバコンデンサ１０の充電電流が減少すると、スナバ回路４のコンデンサ５の充電電流が直流リアクトル２を通して放電して、直流リアクトル２のバイアス電流が増加し、その一方で直流リアクトル２とその還流ダイオード３の発熱等の損失でバイアス電流が減少し、この電流増加と電流減少が釣り合ったところでバイアス電流が一定となる。
【０００７】
上記インバータ動作時において、インバータ７のスイッチング素子８の一部が故障してアーム短絡を起こした場合、インバータ過電流保護回路１３が作動する。例えば、インバータ７の第１のスイッチング素子８1 がオン、第２のスイッチング素子８2 がオフの力行モードのときに第２のスイッチング素子８2 が故障してアーム短絡を起こすと、このときの短絡電流をインバータ過電流保護回路１３が検出して第１のスイッチング素子８1 を強制的にオフさせて、正常な第１のスイッチング素子８1 を保護する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インバータ７の任意のスイッチング素子８が故障してアーム短絡が発生した初期段階において、直流リアクトル２と還流コンデンサ３を還流するバイアス電流がインバータ７に短絡電流として流れるが、このバイアス電流が大きくなるほど、スイッチング素子８をインバータ過電流保護回路１３で強制的にオフすることが難しくなる。即ち、インバータ過電流保護回路１３はＧＴＯサイリスタ等のスイッチング素子８のゲート信号を強制的に遮断することで、スイッチング素子８を強制的にオフするように設計されているが、スイッチング素子８に規格以上の電流が流れている状態でスイッチング素子８を強制的にオフするとスイッチング素子８を破壊してしまうことがあり、このことが上記のバイアス電流の増加で図３のインバータ装置に発生して、インバータ過電流保護回路１３が正常に機能しないことがあった。
【０００９】
本発明の目的は、インバータ過電流保護回路がインバータのアーム短絡時に正常に機能するようにしたインバータ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一対のスイッチング素子の直列回路と他の一対のスイッチング素子の直列回路を並列接続し、この各直列回路のスイッチング素子接続点間に負荷を接続すると共に、各スイッチング素子の夫々にスナバコンデンサとスイッチング素子用還流ダイオードを並列接続したインバータと、このインバータの直流側に接続した定格の直流電圧源と、この直流電圧源とインバータの間に接続された電流上昇率抑制用直流リアクトルと、この直流リアクトルに並列接続された直流リアクトル用還流ダイオードと、この直流リアクトル用還流ダイオードに並列接続されたスナバ回路と、前記インバータの任意のスイッチング素子故障によるアーム短絡時の短絡電流を検出して他の正常なスイッチング素子をオフ動作させるインバータ過電流保護回路を備えたインバータ装置において、前記直流リアクトルに、コンデンサとリアクトルのＬＣ直列回路を並列接続することにより、上記目的を達成するものである。
【００１１】
ここで、直流リアクトルに新たに並列接続されるＬＣ直列回路は、インバータの還流モードから力行モードの移行時に、インバータのスナバコンデンサの充電電流の一部をバイパスさせて直流リアクトルに流れるバイアス電流の増加を抑制する直流リアクトルバイアス電流増加抑制回路として使用される。このＬＣ直列回路でインバータの還流モードから力行モードに移行する際の直流リアクトルのバイアス電流が抑制されて、インバータに付設されるインバータ過電流保護回路の機能が安定して発揮される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３のインバータ装置に本発明を適用した一実施例を図１に示し説明すると、図１のインバータ装置は直流リアクトル２にコンデンサ１５とリアクトル１６のＬＣ直列回路１４を並列接続したことを特徴とし、他の回路要素の図１の図３と同一又は相当部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００１３】
ＬＣ直列回路１４は、インバータ７の還流モードから力行モードの移行時に直流リアクトル２に流れるバイアス電流の増加を次のように抑制する。即ち、インバータ７の各スイッチング素子８をオンオフ制御して還流モードと力行モードを繰り返す動作時において、直流リアクトル２にはその還流ダイオード３を通して負荷電流相当のバイアス電流が還流し、この状態でインバータ７が還流モードから力行モードに移行すると、インバータ７に負荷電流とスナバコンデンサ１０の充電電流の和のインバータ電流ＩINV が流れる。このとき、スナバコンデンサ１０の充電電流が直流リアクトル用スナバ回路４に流れる図２電流波形Ｂの電流ＩDSと、ＬＣ直列回路１４に流れる図２電流波形Ｃの電流ＩLCとに分流する。このスナバコンデンサ充電電流の分流によって、直流リアクトル２の両端には図２の鎖線電圧波形Ｄ' に示すようなピーク値が低く抑制されたスパイク状の電圧ＶL が発生する。ＬＣ直列回路１４のコンデンサ１５は、インバータ７のスナバコンデンサ１０の充電が終わると、直流リアクトル２を通して放電される。
【００１４】
上記のＬＣ直列回路１４によるスパイク状電圧ＶL のピーク値の抑制効果は、ＬＣ直列回路１４をバイパスする電流値で決まり、このピーク値は従来比で約半分程度抑制できればよい。また、このようなスパイク状電圧ＶL のピーク値抑制によって、直流リアクトル２に流れる電流ＩL の増加が図２の鎖線電流波形Ｅ' に示すように抑制されて、直流リアクトル２のバイアス電流の増加量が従来比で半減する。その結果、インバータ過電流保護回路１３が短絡電流を検出して正常なスイッチング素子８を強制オフさせる際、直流リアクトル２のバイアス電流が少なく抑制されているので、スイッチング素子８を確実に強制オフすることが可能となる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータの直流側の直流リアクトルに並列接続したＬＣ直列回路がインバータの還流モードから力行モードの移行時に、インバータのスイッチング素子用スナバコンデンサの充電電流の一部をバイパスするので、直流コンデンサを還流するバイアス電流の増加が抑制されて、インバータのスイッチング素子の故障によるアーム短絡時にインバータ過電流保護回路がより確実に機能するようになり、インバータの過電流保護対策の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すインバータ装置の回路図
【図２】本発明と従来のインバータ装置における還流モードから力行モードに移行する際の回路各部における電流・電圧波形図
【図３】従来の直流リアクトル仕様のインバータ装置の回路図
【符号の説明】
１ 直流電圧源
２ 直流リアクトル
３ 還流ダイオード
４ スナバ回路
７ インバータ
８ スイッチング素子
９ 還流ダイオード
１０ スナバコンデンサ
１１ 負荷
１３ インバータ過電流保護回路
１４ ＬＣ直列回路
１５ コンデンサ
１６ リアクトル
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）サイリスタ等の大電力用スイッチング素子をブリッジ型に接続したインバータで定格の直流電圧を交流変換して負荷に供給するインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変電所に設置される無効電力補償装置等に使用される大電力用インバータ装置は、図３に示すような回路構成が一般的である。図３のインバータ装置は、直流電圧源１の定格の直流電圧をインバータ７で交流変換して負荷１１に供給するもので、インバータ７と直流電圧源１の間にインバータ保護手段の電流上昇率抑制用直流リアクトル２が接続され、また、インバータ７にアーム短絡時に過電流からインバータ７を保護するインバータ過電流保護回路１３が付設される。
【０００３】
インバータ７は、ＧＴＯサイリスタ等の第１〜第４のスイッチング素子８1 〜８4 のブリッジ回路で、第１と第２のスイッチング素子８1 、８2 の直列回路と第３と第４のスイッチング素子８3 、８4 の直列回路が並列接続され、第１と第２のスイッチング素子８1 、８2 の接続点と第３と第４のスイッチング素子８3 、８4 の接続点の間に負荷１１が接続される。各スイッチング素子８1 〜８4 の夫々に還流ダイオード９、…が逆並列接続され、各スイッチング素子８1 〜８4 の夫々にスナバコンデンサ１０、…が並列接続される。なお、各スイッチング素子８1 〜８4 を特定しない場合において個々をスイッチング素子８と以下称する。
【０００４】
上記直流リアクトル２には還流ダイオード３が並列接続され、この還流ダイオード３にコンデンサ５と抵抗６の直列回路であるスナバ回路４が並列接続される。インバータ過電流保護回路１３は、インバータ７の任意のスイッチング素子の故障によるアーム短絡時の短絡電流を電流検出器１２で検出して、他の正常なスイッチング素子を強制的にオフ動作させて保護する。直流リアクトル２は、このアーム短絡時に他の正常なスイッチング素子に流れる電流の上限を制限して他の正常なスイッチング素子が確実にオフするようにする。
【０００５】
上記インバータ装置は、インバータ７の各スイッチング素子８をオンオフ制御して還流モードと力行モードを繰り返すことで動作する。この動作時において、直流リアクトル２にはその還流ダイオード３を通して負荷電流相当のバイアス電流が還流する。ここでインバータ７が還流モードから力行モードに移行すると、図２の電流波形Ａで示すようにインバータ７には負荷電流と還流モード時に充電されたスナバコンデンサ１０の充電電流の和のインバータ電流ＩINV が流れる。図２の電流波形Ａの斜線部分がスナバコンデンサ充電電流で、この充電電流の分だけインバータ電流ＩINV が直流リアクトルバイアス電流を超えて、直流リアクトル２の両端に図２の実線電圧波形Ｄに示すようなスパイク状の電圧ＶL が発生する。この電圧ＶL のピーク値は、インバータ電流ＩINV の直流リアクトルバイアス電流を超えた電流の上昇率に比例する。
【０００６】
直流リアクトル２の両端にスパイク状の電圧ＶL が発生すると、直流リアクトル２に流れる電流ＩL が図２の実線電流波形Ｅに示すように定常値から増加する。このとき、インバータ電流ＩINV は直流リアクトル２とスナバ回路４を通り、スナバ回路４を通る図２の電流波形Ｂに示す電流ＩDSでスナバ回路４のコンデンサ５を充電する。インバータ７のスナバコンデンサ１０の充電電流が減少すると、スナバ回路４のコンデンサ５の充電電流が直流リアクトル２を通して放電して、直流リアクトル２のバイアス電流が増加し、その一方で直流リアクトル２とその還流ダイオード３の発熱等の損失でバイアス電流が減少し、この電流増加と電流減少が釣り合ったところでバイアス電流が一定となる。
【０００７】
上記インバータ動作時において、インバータ７のスイッチング素子８の一部が故障してアーム短絡を起こした場合、インバータ過電流保護回路１３が作動する。例えば、インバータ７の第１のスイッチング素子８1 がオン、第２のスイッチング素子８2 がオフの力行モードのときに第２のスイッチング素子８2 が故障してアーム短絡を起こすと、このときの短絡電流をインバータ過電流保護回路１３が検出して第１のスイッチング素子８1 を強制的にオフさせて、正常な第１のスイッチング素子８1 を保護する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インバータ７の任意のスイッチング素子８が故障してアーム短絡が発生した初期段階において、直流リアクトル２と還流コンデンサ３を還流するバイアス電流がインバータ７に短絡電流として流れるが、このバイアス電流が大きくなるほど、スイッチング素子８をインバータ過電流保護回路１３で強制的にオフすることが難しくなる。即ち、インバータ過電流保護回路１３はＧＴＯサイリスタ等のスイッチング素子８のゲート信号を強制的に遮断することで、スイッチング素子８を強制的にオフするように設計されているが、スイッチング素子８に規格以上の電流が流れている状態でスイッチング素子８を強制的にオフするとスイッチング素子８を破壊してしまうことがあり、このことが上記のバイアス電流の増加で図３のインバータ装置に発生して、インバータ過電流保護回路１３が正常に機能しないことがあった。
【０００９】
本発明の目的は、インバータ過電流保護回路がインバータのアーム短絡時に正常に機能するようにしたインバータ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一対のスイッチング素子の直列回路と他の一対のスイッチング素子の直列回路を並列接続し、この各直列回路のスイッチング素子接続点間に負荷を接続すると共に、各スイッチング素子の夫々にスナバコンデンサとスイッチング素子用還流ダイオードを並列接続したインバータと、このインバータの直流側に接続した定格の直流電圧源と、この直流電圧源とインバータの間に接続された電流上昇率抑制用直流リアクトルと、この直流リアクトルに並列接続された直流リアクトル用還流ダイオードと、この直流リアクトル用還流ダイオードに並列接続されたスナバ回路と、前記インバータの任意のスイッチング素子故障によるアーム短絡時の短絡電流を検出して他の正常なスイッチング素子をオフ動作させるインバータ過電流保護回路を備えたインバータ装置において、前記直流リアクトルに、コンデンサとリアクトルのＬＣ直列回路を並列接続することにより、上記目的を達成するものである。
【００１１】
ここで、直流リアクトルに新たに並列接続されるＬＣ直列回路は、インバータの還流モードから力行モードの移行時に、インバータのスナバコンデンサの充電電流の一部をバイパスさせて直流リアクトルに流れるバイアス電流の増加を抑制する直流リアクトルバイアス電流増加抑制回路として使用される。このＬＣ直列回路でインバータの還流モードから力行モードに移行する際の直流リアクトルのバイアス電流が抑制されて、インバータに付設されるインバータ過電流保護回路の機能が安定して発揮される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３のインバータ装置に本発明を適用した一実施例を図１に示し説明すると、図１のインバータ装置は直流リアクトル２にコンデンサ１５とリアクトル１６のＬＣ直列回路１４を並列接続したことを特徴とし、他の回路要素の図１の図３と同一又は相当部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００１３】
ＬＣ直列回路１４は、インバータ７の還流モードから力行モードの移行時に直流リアクトル２に流れるバイアス電流の増加を次のように抑制する。即ち、インバータ７の各スイッチング素子８をオンオフ制御して還流モードと力行モードを繰り返す動作時において、直流リアクトル２にはその還流ダイオード３を通して負荷電流相当のバイアス電流が還流し、この状態でインバータ７が還流モードから力行モードに移行すると、インバータ７に負荷電流とスナバコンデンサ１０の充電電流の和のインバータ電流ＩINV が流れる。このとき、スナバコンデンサ１０の充電電流が直流リアクトル用スナバ回路４に流れる図２電流波形Ｂの電流ＩDSと、ＬＣ直列回路１４に流れる図２電流波形Ｃの電流ＩLCとに分流する。このスナバコンデンサ充電電流の分流によって、直流リアクトル２の両端には図２の鎖線電圧波形Ｄ' に示すようなピーク値が低く抑制されたスパイク状の電圧ＶL が発生する。ＬＣ直列回路１４のコンデンサ１５は、インバータ７のスナバコンデンサ１０の充電が終わると、直流リアクトル２を通して放電される。
【００１４】
上記のＬＣ直列回路１４によるスパイク状電圧ＶL のピーク値の抑制効果は、ＬＣ直列回路１４をバイパスする電流値で決まり、このピーク値は従来比で約半分程度抑制できればよい。また、このようなスパイク状電圧ＶL のピーク値抑制によって、直流リアクトル２に流れる電流ＩL の増加が図２の鎖線電流波形Ｅ' に示すように抑制されて、直流リアクトル２のバイアス電流の増加量が従来比で半減する。その結果、インバータ過電流保護回路１３が短絡電流を検出して正常なスイッチング素子８を強制オフさせる際、直流リアクトル２のバイアス電流が少なく抑制されているので、スイッチング素子８を確実に強制オフすることが可能となる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータの直流側の直流リアクトルに並列接続したＬＣ直列回路がインバータの還流モードから力行モードの移行時に、インバータのスイッチング素子用スナバコンデンサの充電電流の一部をバイパスするので、直流コンデンサを還流するバイアス電流の増加が抑制されて、インバータのスイッチング素子の故障によるアーム短絡時にインバータ過電流保護回路がより確実に機能するようになり、インバータの過電流保護対策の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すインバータ装置の回路図
【図２】本発明と従来のインバータ装置における還流モードから力行モードに移行する際の回路各部における電流・電圧波形図
【図３】従来の直流リアクトル仕様のインバータ装置の回路図
【符号の説明】
１ 直流電圧源
２ 直流リアクトル
３ 還流ダイオード
４ スナバ回路
７ インバータ
８ スイッチング素子
９ 還流ダイオード
１０ スナバコンデンサ
１１ 負荷
１３ インバータ過電流保護回路
１４ ＬＣ直列回路
１５ コンデンサ
１６ リアクトル
Claims (1)
- 一対のスイッチング素子の直列回路と他の一対のスイッチング素子の直列回路を並列接続し、この各直列回路のスイッチング素子接続点間に負荷を接続すると共に、各スイッチング素子の夫々にスナバコンデンサとスイッチング素子用還流ダイオードを並列接続したインバータと、
このインバータの直流側に接続した定格の直流電圧源と、
この直流電圧源とインバータの間に接続された電流上昇率抑制用直流リアクトルと、
この直流リアクトルに並列接続された直流リアクトル用還流ダイオードと、
この直流リアクトル用還流ダイオードに並列接続されたスナバ回路と、
前記インバータの任意のスイッチング素子故障によるアーム短絡時の短絡電流を検出して他の正常なスイッチング素子をオフ動作させるインバータ過電流保護回路を備えたインバータ装置において、
前記直流リアクトルに、コンデンサとリアクトルのＬＣ直列回路を並列接続して、このＬＣ直列回路でインバータの還流モードから力行モードの移行時に直流リアクトルに流れるバイアス電流の増加を抑制したことを特徴とするインバータ装置。
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|---|---|---|---|
| JP19147297A JP3831932B2 (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP19147297A JP3831932B2 (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | インバータ装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH1141946A JPH1141946A (ja) | 1999-02-12 |
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| JP19147297A Expired - Fee Related JP3831932B2 (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | インバータ装置 |
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1997
- 1997-07-16 JP JP19147297A patent/JP3831932B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040421 |
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