JP4467316B2 - 過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路 - Google Patents
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Description
本発明は、改良された過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路に関する。
ゲート信号によりターンオンさせて電力変換を行なうサイリスタには、過電圧が印加されると自らこの過電圧により安全にターンオンする過電圧保護機能付きサイリスタ（以下ＶＢＯフリーサイリスタと呼ぶ。）がある。このＶＢＯフリーサイリスタを直列に接続した従来の回路は、系統の過電圧の発生に対し、自ら過電圧による保護機能を内在した回路を構成することが可能である。またこの機能を積極的に利用し、並列に接続された機器を過電圧から保護する目的にも採用されている（例えば特許文献１参照。）。
特開平６−３１１７２７号公報（第１−３頁、図１）
特許文献１には、ＶＢＯフリーサイリスタの動作電圧を調整する技術が開示されているが、ＶＢＯフリーサイリスタが通常のゲート制御で動作したのか、それともゲート信号はないのに過電圧保護動作をしたのかを監視することも、以下に述べるようにひとつの重要な課題である。
通常のゲート制御による動作においては、ＶＢＯフリーサイリスタを点弧するタイミングでゲートパルスがＶＢＯフリーサイリスタに与えられたとき、ＶＢＯフリーサイリスタがターンオンする。
今、直列に接続された複数個のＶＢＯフリーサイリスタにおいて、一部のＶＢＯフリーサイリスタが通常のゲート信号によって点弧できないような状況が発生した場合を考える。
例えば光で点弧するＶＢＯフリーサイリスタの場合、ライトガイドの断線やＬＥＤの故障などでこの状態が生じる。正常に点弧したＶＢＯフリーサイリスタの両端の電圧は略ゼロになるが点弧できないＶＢＯフリーサイリスタの電圧は他のＶＢＯフリ−サイリスタの電圧が略ゼロになったことにより、直列リアクトルとスナバ回路のスナバコンデンサ及びスナバ抵抗の値で決まる電圧上昇率で電圧が上昇する。
この電圧は電源の電圧に向かって上昇し、その電圧がＶＢＯフリーサイリスタの自ら点弧する電圧に達すると、点弧できなかったＶＢＯフリーサイリスタは過電圧保護機能によりターンオンし電流が流れる。
過電圧保護機能によりターンオンする電圧は、回路が正常な状態で印加される電圧の２倍程度であるため、上記状況では、ゲート信号に異常が発生し点弧できなかったＶＢＯフリーサイリスタの回路には正常な回路状態での運転に対して２倍以上の電圧が毎サイクル印加されることになる。
以上のように、ＶＢＯフリーサイリスタの直列回路において、点弧できないＶＢＯフリーサイリスタの両端の電圧は当該ＶＢＯフリーサイリスタの保護電圧まで上昇する。従来の回路ではこのような状態になったことが検出できないため、スナバコンデンサ、スナバ抵抗などの回路の絶縁は、高い保護電圧相当の電圧が毎サイクル印加されても問題ないよ
うな耐量を持たせる必要があった。また、いずれのＶＢＯフリーサイリスタもゲート信号による点弧ができない可能性があるので、結局全ての回路が夫々、この保護電圧相当の電圧に耐えるようにしなければならなかった。
うな耐量を持たせる必要があった。また、いずれのＶＢＯフリーサイリスタもゲート信号による点弧ができない可能性があるので、結局全ての回路が夫々、この保護電圧相当の電圧に耐えるようにしなければならなかった。
従って従来の過電圧保護機能付サイリスタの直列回路ではスナバ回路が大型化し、また絶縁コストが高価になり不経済であった。
本発明は以上の問題に鑑みて為されたもので、その目的は、ＶＢＯフリーサイリスタの保護電圧相当の電圧が毎サイクル印加されることを防止するためＶＢＯフリーサイリスタが過電圧により点弧していることを検出する監視手段を設け、スナバ回路の大型化や絶縁コストの上昇を防止して安価な過電圧保護機能付サイリスタの直列回路を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の過電圧保護機能付サイリスタの直列回路は、直列リアクトルを介して直列接続され、夫々スナバ回路を備えた複数個の過電圧保護機能付きサイリスタと、この夫々の過電圧保護機能付きサイリスタのゲート制御手段と、前記夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの主電極間の電圧を検出する順電圧検出回路と、前記夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの保護点弧レベルより低く、且つ常時印加される電圧より高い電圧を検出基準値として、前記夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの主電極間の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記順電圧検出回路及び前記第２の電圧検出回路の検出値に応じて夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの動作を監視する監視手段とから構成され、前記監視手段は、過電圧保護機能付きサイリスタの前記第２の電圧検出回路の検出値が前記検出基準値以上で、且つ他の全ての前記順電圧検出回路の検出値が所定値以下のとき、当該過電圧保護機能付きサイリスタが過電圧により自己点弧したと判断することを特徴としている。
本発明によれば、直列接続されたＶＢＯフリーサイリスタのうち、過電圧により点弧しているＶＢＯフリーサイリスタを検出する監視手段を有するので、スナバ回路の大型化や絶縁コストの上昇を防止して安価な過電圧保護機能付サイリスタの直列回路を提供するこ
とが可能となる。
とが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の実施例１に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の構成図である。
ＶＢＯフリーサイリスタ１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、・・・１１Ｎ）は直列接続され、更に直列リアクトル１７を直列に接続して主回路を構成している。このＶＢＯフリーサイリスタ１１は通常のゲート信号によるターンオンの他に順方向の過電圧が印加されるとその過電圧により自ら安全にターンオンするサイリスタである。各々のＶＢＯフリーサイリスタ１１には同一の付属回路が接続されているが、図１においては、ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｎに接続される付属回路を代表として符号を付して以下説明する。
ＶＢＯフリーサイリスタ１１の主電極間にはスナバコンデンサ１２とこれに直列に接続されたスナバ抵抗１３がスナバ回路として接続されている。また。ＶＢＯフリーサイリスタ１１の主電極間には、分圧抵抗１５で分圧された電圧を検出するための順電圧検出回路１６が設けられている。
ＶＢＯフリーサイリスタ１１のゲートには、ライトガイド２１が接続されている。このＶＢＯフリーサイリスタ１１のゲートに与えられる信号は、ゲート基準信号をパルスアンプ回路２３で増幅し、ＬＥＤ２２によって電気信号を光信号に変換して前記ライトガイド２１に伝達される。
また、ゲート基準信号はゲート信号の立下りにともなってパルスを発生するパルス回路２４を介してＡＮＤ回路２５の一方の入力となっている。このＡＮＤ回路２５の他方の入力には、上記順電圧検出回路１６の出力が接続されている。ＡＮＤ回路２５の出力は、この出力が所定の時間継続した場合に信号を発生する遅延回路２６の入力となっている。
通常の運転モードでは、ゲート基準信号がパルスアンプ回路２３、ＬＥＤ２２及びライトガイド２１を経由して変換された光ゲート信号がＶＢＯフリーサイリスタ１１に与えられることによりＶＢＯフリーサイリスタ１１がターンオンする。
以下に図１の回路構成における動作について説明する。
通常の運転モードで、ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ａ乃至１１Ｎのうち何れかのＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋのゲート異常、例えばライトガイド２１の異常により、ゲートパルスが発生しなかった場合に、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋはターンオンしない。このため、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの順電圧信号は消滅せず継続することになる。ここで、順電圧信号とは、順電圧検出回路１６が所定値以上の電圧を検出したとき発せられる信号を言う。他の健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１はターンオンし、順電圧信号が消滅する。健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１がターンオンすることにより、点弧しないＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの電圧は上昇しＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋ自身の保護レベルに達すると自らターンオンする。
上記のターンオンの発生までは、点弧しないＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの順電圧信号は消滅せずに確立したままとなるため、ＡＮＤ回路２５の出力は確立し遅延回路２６により所定の時間経過後に遅延回路２６の出力が確立し自己点弧したことが検出される。従
って、ゲート基準信号を与えたにも関わらず、順電圧信号が消滅しないことによりＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋは過電圧保護機能によるターンオンをしたと判断できる。
って、ゲート基準信号を与えたにも関わらず、順電圧信号が消滅しないことによりＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋは過電圧保護機能によるターンオンをしたと判断できる。
本実施例によればＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋが自己点弧したことを検出でき、この信号によりゲート回路を予備系に切り換え、或いは装置を停止することにより、継続して自己点弧を繰り返すことを防止できるので、スナバ回路の大型化や絶縁コストの上昇を防止することができ安価でコンパクトな過電圧保護機能付きサイリスタを提供できる。
図２は本発明の実施例２に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の構成図である。
この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、図１のパルス回路２４及びＡＮＤ回路２５に代えて、全てのＶＢＯフリーサイリスタ１１の順電圧信号の不一致を検出する排他的論理和回路２７を設けこの出力信号を遅延回路２６の入力信号とするように構成した点である。
通常の運転モードで、ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ａ乃至１１Ｎのうち何れかのＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋのゲート異常、例えばライトガイド２１の異常により、ゲートパルスが発生しなかった場合に、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋはターンオンしない。このため、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの順電圧信号は消滅せず継続することになる。他の健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１はターンオンし、順電圧信号が消滅する。健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１がターンオンすることにより、点弧しないＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの電圧は上昇しＶＢＯフリーサイリス１１Ｋ自身の保護レベルに達すると自らターンオンする。
点弧しないＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの順電圧信号は消滅せずに確立したままとなるため、点弧したＶＢＯフリーサイリスタ１１の順電圧信号と点弧しなかったＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋとの順電圧信号で不一致が発生し、排他的論理積２７の出力は確立し所定の時間後に遅延回路２６の出力が確立し自己点弧したことが検出される。従って、何れかのＶＢＯフリーサイリスタが過電圧保護機能によるターンオンをしたと判断できる。
本実施例によれば何れかのＶＢＯフリーサイリスタが自己点弧したことを検出でき、この信号によりゲート回路を予備系に切り換え、或いは装置を停止することにより、継続して自己点弧を繰り返すことを防止でき、スナバ回路の大型化や絶縁コストの上昇を防止することができ安価でコンパクトな過電圧保護機能付きサイリスタを提供できる。
図３は本発明の実施例３に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の構成図である。
この実施例３の各部について、図１の実施例１に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、順電圧検出回路１６の順電圧信号を反転するＮＯＴ回路２８を追加し、またＮＯＴ回路２８の出力と遅延回路２６の出力の論理積をとるＡＮＤ回路２９を追加した点である。
通常の運転モードで、ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ａ乃至１１Ｎのうち何れかのＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋのゲート異常、例えばライトガイド２１の異常により、ゲートパ
ルスが発生しなかった場合に、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋはターンオンしない。このため、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの順電圧信号は消滅せず継続することになる。他の健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１はターンオンし、順電圧信号が消滅する。健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１がターンオンすることにより、点弧しないＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの電圧は上昇しＶＢＯフリーサイリス１１Ｋ自身の保護レベルに達すると自らターンオンする。
ルスが発生しなかった場合に、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋはターンオンしない。このため、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの順電圧信号は消滅せず継続することになる。他の健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１はターンオンし、順電圧信号が消滅する。健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１がターンオンすることにより、点弧しないＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの電圧は上昇しＶＢＯフリーサイリス１１Ｋ自身の保護レベルに達すると自らターンオンする。
点弧しないＶＢＯフリーサイリスタ１１の順電圧信号は消滅せずに確立したままとなるため、ＡＮＤ回路２５の出力は確立し所定の時間後に遅延回路２６の出力が確立する。ゲート信号で点弧しなかったＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋが過電圧により自己点弧すると順電圧信号がなくなるが、これによりＮＯＴ回路２８の信号が確立し、ＡＮＤ回路２９の信号が確立する。これにより、自己点弧したことが確実に検出される。従って、ゲート信号を与えたにも関わらず、順電圧信号が消滅しないことにより過電圧保護機能によるターンオンをしたと判断できる。
本実施例によればＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋが自己点弧したことを実施例１に比べ更に信頼性高く検出でき、この信号によりゲート回路を予備系に切り換え、或いは装置を停止することにより、継続して自己点弧を繰り返すことを防止でき、スナバ回路の大型化や絶縁コストの上昇を防止することができ安価でコンパクトな過電圧保護機能付きサイリスタを提供できる。
図４は本発明の実施例４に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の構成図である。
この実施例４の各部について、図２の実施例２に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例２と異なる点は、新たに各ＶＢＯフリーサイリスタ１１の定格電圧の最大値以上で且つＶＢＯフリーサイリスタ１１の保護レベル以下の電圧を検出基準値として検出する電圧検出器１８を設けた点、また図２の排他的論理和回路２７及び遅延回路２６に代えて、各ＶＢＯフリーサイリスタ夫々に対応して当該ＶＢＯフリーサイリスタの電圧検出器１８の出力と、当該ＶＢＯフリーサイリスタ以外の全てのＶＢＯフリーサイリスタの電圧検出器１６の出力の論理積を演算するＡＮＤ回路３０の反転信号とを入力とするＡＮＤ回路３１を設けた点である。
この実施例４の各部について、図２の実施例２に係る過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例２と異なる点は、新たに各ＶＢＯフリーサイリスタ１１の定格電圧の最大値以上で且つＶＢＯフリーサイリスタ１１の保護レベル以下の電圧を検出基準値として検出する電圧検出器１８を設けた点、また図２の排他的論理和回路２７及び遅延回路２６に代えて、各ＶＢＯフリーサイリスタ夫々に対応して当該ＶＢＯフリーサイリスタの電圧検出器１８の出力と、当該ＶＢＯフリーサイリスタ以外の全てのＶＢＯフリーサイリスタの電圧検出器１６の出力の論理積を演算するＡＮＤ回路３０の反転信号とを入力とするＡＮＤ回路３１を設けた点である。
通常の運転モードで、ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ａ乃至１１Ｎのうち何れかのＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋのゲート異常、例えばライトガイド２１の異常により、ゲートパルスが発生しなかった場合に、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋはターンオンしない。このため、当該ＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋの順電圧信号は消滅せず継続することになる。他の健全なＶＢＯフリーサイリスタ１１はターンオンし、順電圧信号が消滅する。
健全なサイリスタがターンオンすることにより、点弧しないサイリスタの電圧は上昇しサイリスタ自身の保護レベルに達すると自らターンオンする。電圧の上昇により点弧しないＶＢＯフリーサイリスタに印加される電圧が上記検出基準値以上となると電圧検出器１８がこれを検出する。
このように、自らの電圧検出器１８の信号と、自分以外の点弧したＶＢＯフリーサイリスタの順電圧信号が消滅した条件によって、当該ＶＢＯフリーサイリスタは自己点弧したことが確実に検出される。従って、ゲート信号を与えたにも関わらず、過電圧保護機能によるターンオンをしたと判断できる。
本実施例によればＶＢＯフリーサイリスタ１１Ｋが自己点弧したことを検出でき、この
信号によりゲート回路を予備系に切り換え、或いは装置を停止することにより、継続して自己点弧を繰り返すことを防止でき、スナバ回路の大型化や絶縁コストの上昇を防止することができ安価でコンパクトな過電圧保護機能付きサイリスタを提供できる。
信号によりゲート回路を予備系に切り換え、或いは装置を停止することにより、継続して自己点弧を繰り返すことを防止でき、スナバ回路の大型化や絶縁コストの上昇を防止することができ安価でコンパクトな過電圧保護機能付きサイリスタを提供できる。
尚、上記全ての実施例において、ゲート信号が与えられてから、直列接続されたＶＢＯフリーサイリスタの何れかが点弧しないことにより、当該ＶＢＯフリーサイリスタがその過電圧保護機能により自己点弧する電圧に至るまでの過渡時間が所定の時間以上ないと、順電圧検出器１６の出力信号による信号処理時間が不足する。
上記過渡時間は、回路定数の選定によって決まる。例えば、直列リアクトル１７の値を大きくすると上記過渡時間は長くなる。また、スナバ回路の定数、即ちスナバ抵抗１３とスナバコンデンサ１４を大きく選定すれば。やはりこの過渡時間は長くなる。上述の信号処理時間は数マイクロ秒あれば十分であるから、あらゆるゲート点弧のタイミングの条件で上記過渡時間が１０マイクロ秒以上となるように、直列リアクトル１７及びスナバ定数の値を大きく選定するようにすれば、十分な信号処理時間を得ることが可能となる。
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｋ、１１Ｎ…ＶＢＯフリーサイリスタ
１２…スナバコンデンサ
１３…スナバ抵抗
１５…分圧抵抗
１６…順電圧検出器
１７…直列リアクトル
１８…電圧検出器
２１…ライトガイド
２２…ＬＥＤ
２３…パルスアンプ回路
２４…パルス回路
２５…ＡＮＤ回路
２６…遅延回路
２７…排他的論理積回路
２８…ＮＯＴ回路
２９…ＡＮＤ回路
３０…ＡＮＤ回路
３１…ＡＮＤ回路
１２…スナバコンデンサ
１３…スナバ抵抗
１５…分圧抵抗
１６…順電圧検出器
１７…直列リアクトル
１８…電圧検出器
２１…ライトガイド
２２…ＬＥＤ
２３…パルスアンプ回路
２４…パルス回路
２５…ＡＮＤ回路
２６…遅延回路
２７…排他的論理積回路
２８…ＮＯＴ回路
２９…ＡＮＤ回路
３０…ＡＮＤ回路
３１…ＡＮＤ回路
Claims (2)
- 直列リアクトルを介して直列接続され、夫々スナバ回路を備えた複数個の過電圧保護機能付きサイリスタと、
この夫々の過電圧保護機能付きサイリスタのゲート制御手段と、
前記夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの主電極間の電圧を検出する順電圧検出回路と、
前記夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの保護点弧レベルより低く、且つ常時印加される電圧より高い電圧を検出基準値として、前記夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの主電極間の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、
前記順電圧検出回路及び前記第２の電圧検出回路の検出値に応じて夫々の過電圧保護機能付きサイリスタの動作を監視する監視手段と
から構成され、
前記監視手段は、
過電圧保護機能付きサイリスタの前記第２の電圧検出回路の検出値が前記検出基準値以上で、
且つ他の全ての前記順電圧検出回路の検出値が所定値以下のとき、
当該過電圧保護機能付きサイリスタが過電圧により自己点弧したと判断することを特徴とする過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路。 - 前記ゲート制御手段が前記過電圧保護機能付きサイリスタに夫々ゲート信号を供給し、前記過電圧保護機能付きサイリスタの何れかが点弧しないことにより当該前記過電圧保護機能付きサイリスタが自己点弧する電圧に至るまでの時間が１０マイクロ秒以上となるように、
前記直列リアクトル及び前記スナバ回路の定数を選定したことを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護機能付きサイリスタの直列回路。
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