JPH01291628A - 電圧形インバータの過電流保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電圧形インバータが過電流になったときの
保護方法に関する。

〔従来の技術〕

第４図は電圧形インバータを過電流から保護する従来例
を示した回路図である。

この第４図はゲートターンオフサイリスク（以　　。

下ではＧＴＯサイリスクと略記する）をスイッチング素
子として使用することで、直流を単相交流に変換する単
相電圧形インバータをあられしており、４個のＧＴＯサ
イリスク４．５．６および７にはそれぞれフリーホイー
ルダイオード８，９゜１０および１１が別個に逆並列接
続されて４ｔｌＪｌのアームが形成されており、これら
のアームを単相ブリッジ接続し、直流電源１からの直流
電力をこの電圧形インバータで単相交流に変換し、抵抗
１２　とリアクトル１３　とで構成されている負荷２０
にこの単相交流電力を供給している。

直流電源ｌと電圧形インバータとの間にはヒユーズ２と
電流検出器１９　とが挿入されており、さらにこの電圧
形インバータの直流側にはこれと並列に短絡サイリスタ
３が接続されており、電流検出品１９で検出する直流側
電流Ｉゎの値が所定値以上になったことを過電流検出回
路３０で検出すれば、短絡サイリスク３のゲート回路に
点弧信号を送ってこれを導通させる。この短絡サイリス
タ３の導通により直流電源１が短絡されることになり、
ヒユーズ２に短絡電流が流れてこれを瞬時に寝所して、
電圧形インバータが過電流により破損するのを未然に防
止している。

なお符号１４は直流母線の配線インダクタンスであり、
符号１５．１６．１７および１８は各アームの配線イン
ダクタンスである。

〔発明が解決しようとする課題］ 前述したように、電流検出器１９　と過電流検出回路３
０　とにより、電圧形インバータに流れる直流側電流Ｉ
、の値が所定値以上の過電流になれば、ヒユーズ２を溶
断させるのであるが、この過電流は、当該電圧形インバ
ータに異常を生じたことが原因で発生する場合と、負荷
２０が原因で発生する場合とがある。

電圧形インバータの異常、たとえばＧＴＯサイリスク４
と５とが同時にオンとなる、いわゆるアーム短絡事故の
場合には、速やかに流入電流■。

を遮断しないと、アーム短絡を生じたこれらＧＴＯサイ
リスタ４や５が破壊するおそれがあるので、前述した動
作によりヒユーズ２を溶断させる過電流保護方法はきわ
めて有効であるゆ しかしながら、第４図に示す従来例回路では、負荷２０
に流れる電流が、たとえば抵抗１２の抵抗値Ｒが減少し
たために増大して所定値以上になった場合でも、アーム
短絡事故の場合と同様にヒユーズ２を溶断させることに
より、直流電源１と電圧形インバータとの間を遮断して
しまう。

ヒユーズ２が溶断した場合は、このヒユーズを交換しな
ければならないので、電圧形インバータの停止時間が長
くなるし、当然自動復帰による自動再運転は不可能であ
るから、負荷２０に流れる電流が一時的に増加するよう
な場合でも停止後の自動再始動はできず、ヒユーズ交換
の手間と、長時間の停止を余儀なくする不都合がある。

そこでこの発明の目的は、負荷変動に起因する過電流と
、アーム短絡事故などに起因する過電流とを区別するこ
とにより、前者に起因する過電流は直′／ＰＬ電源と電
圧形インバータとの間を遮断せずに、すなわちヒユーズ
溶断などの方法によらずに排除するようにして、再始動
を容易にすることができるようにすることにある。

１課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために、この発明の過電流保護方
法は、直流を交流に変換する電圧形インバータの直流側
を流れる電流が所定値以上の過電流になれば、直流電源
とこの電圧形インパークとの間を遮断して保護する、電
圧形インバータの過電流保護方法において、前記電圧形
インバータの直流側電流が所定値以上の過電流を検出し
たとき、この過電流の電流増加率があらかじめ設定した
値より大のときは直流電源と当該電圧形インバータとの
間を遮断し、前記過電流の電流増加率が前記のあらかじ
め設定した値より小のときは、当該電圧形インバータを
構成しているスイッチング素子の動作でこの過電流を解
消させるものとする。

〔作用〕

この発明は、電圧形インバータのアーム短絡事故により
生じる過電流と、この電圧形インバータの負荷の変動に
より生じる過電流とでは、それぞれの電流増加率に差異
があることに着目したものであって、この電流増加率が
大のときはアーム短絡事故と判断して、短絡サイリスク
などを動作させることにより、ヒユーズを素早く溶断さ
せるのであるが、電流増加率が小であるときは、たとえ
ば当該電圧形インバータを構成しているスイッチング素
子をオフさせることにより過電流を解消させることで、
ヒユーズの交換を不要にし、素早く再始動できるように
するものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例をあられした回路図である。

この第１図において、４個のスイッチング素子としての
ＧＴＯサイリスク４，５．６および７には４個のフリー
ホイールダイオード８，９．１０および１１をそれぞれ
逆並列接続することで４１Ｊｌのアームを形成させ、こ
れら４＆Ｉｌのアームを単相プリンジ接続させることで
単相の電圧形インバータを構成させ、直流電源１からヒ
ユーズ２と電流検出器１９を介してこの電圧形インバー
タに直流電力を供給し、この電圧形インバータの４組の
アームを順次オン・オフ動作させることにより、抵抗１
２とリアクトル１３　とで構成された負荷２０に単相交
流電力を供給することと、この電圧形インバータの直流
側に、これと並列に短絡サイリスタ３を接続しているこ
とは、第４図において既述の従来例回路の場合と同じで
ある。さらに直流電源１と電圧形インバータとの間の配
線には符号１４で示される直流母線インダクタンスが、
また各アームの配線には符号１５．１６．１７および１
８で示されるアームインダクタンスが存在するのも、第
４図で既述の従来例回路の場合と同じである。

本発明においては、たとえばＧＴＯサイリスタ４と５と
が同時にオンとなるアーム短絡事故が発生して電流検出
器１９が検出する直流側の電流■。の値が過電流検出回
路３０によりＩ、なる過電流検出レベルを越えると、過
電流増加率判定回路４０により電流増加率があらかじめ
設定した値Ａより大であるか否かを判定し、電流増加率
がこの設定値Ａよりも大であれば短絡サイリスタ３のゲ
ートに点弧信号を送ってこれを導通させることにより、
ヒユーズ２に大電流を流して溶断させ、直流量ｔＪ１と
電圧形インバータとの間を素早く遮断する。

また、負荷２０の変動、たとえば抵抗１２の抵抗値Ｒが
減少することにより、電流Ｉ、の値が過電流検出回路３
０で設定しているＩ、なる値を越えた場合は、過電流増
加率判定回路４０で設定しているＡなる値よりも増加率
が小となることがら、この過電流増加率判定回路４０は
ＧＴＯサイリスク４，５．６あるいは７にゲートオフ信
号を送ってこれらをオフさせることで、過電流の解消を
図ることとなる。

アーム短絡時の過電流増加率の方が、負荷２０の変動時
の過電流増加率よりも大となる理由は次のとおりである
。すなわち、ＧＴＯサイリスク４と５とが同時にオンと
なるアーム短絡時に流れる電流の経路は、直流電源１→
直流母線インダクタンス　１４→アームインダクタンス
　１５→ＧＴＯサイリスタ４−→ＧＴＯサイリスタ５→
アームインダクタンス１６→直流電源ｌとなる。ここで
直流電源ｌの電圧をＥＤ、直流母線インダクタンス１４
のインダクタンス値をＬＤ１アームインダクタンス１５
．１６のインダクタンス値をそれぞれり、とすると、電
流検出器１９で検出する電流■。の増加率ｄ１゜／ｄｔ
は下記の（１）式となる。

ｄｔ　　　Ｌｏ＋２・ＬＡ 一方、負荷２０が変動するときの過電流が流れる経路は
、たとえば直流電源１→直流母線インダクタンス　１４
→アームインダクタンス１５→ＧＴＯサイリスタ４→負
荷２０→ＧＴＯサイリスタ７→アームインダクタンス１
８→直流電源１である。

ここで負荷２０を構成しているリアクトル１３のインダ
クタンス値をＬとすると、このときの電流Ｉゎの増加率
は（２）式で示される。

ｄｔ　　　　　Ｌｏ＋２　・Ｌ、＋Ｌ ここでリアクトル１３のインダクタンス値しはり、＋２
・ＬＡにくらべて非常に大きな値となるのが通常である
。それ故、（］）式）（２）式の関係となる。そこで（
２）式に示す値、あるいはこの（２）式よりもやや大き
な値をあらかじめ設定した値Ａに選定しておき、過電流
が発生しても、その過電流増加率が上述のＡなる値より
も小であるときは、電圧形インバータの動作でこの過電
流を解消させるようにして、ヒユーズ２を不必要に溶断
させるのを防止する。

第２図は第１図に示す実施例回路の動作をあられしたフ
ローチャートである。

この第２図において、直流電源１から電圧形インバータ
へ流れる電流！、は電流検出回路１９で検出され、第１
図に図示の過電流検出回路３０の機能をあられした判断
３１においてこの電流■。

が過電流■、より大であるか否かが判定される。

判断３１により■、≧１１　と判定されると、第１図に
図示の過電流増加率判定回路４０の機能をあられした処
理４１．４３．４４　と判断４２へ信号が送られる。す
なわち、まず処理４１において過電流増加率ｄ　Ｉ　ｏ
　／　ｄ　ｔの値が検出され、判断４２においてこの過
電流増加率の値が前述したＡよりも大であるか否かが判
定され、ｄ　Ｉ　ｎ　／　ｄ　ｔ　＞　Ａならば処理４
３により短絡サイリスタ３に点弧信号が送られてこれを
点弧するので、処理５１　によりヒユーズ２が溶断、従
って電流■。は零となる。また判断４２においてｄＩＯ
／ｄＬ≦Ａと判定されれば、処理４４においてＧＴＯサ
イリスタ４，５゜６および７にオフゲート信号が送出さ
れ、これに従って処理５２によりこれらＧＴＯサイリス
ク４゜５．６および７が自己遮断して電流■。を零にす
るのであるが、この場合は停止した電圧形インバータは
容易に自動復帰できるのは勿論である。

第３図は第１図と第２図に示す本発明の実施例の動作を
あられしたグラフであって、第３図（イ）は負荷２０の
変動が原因で過電流になった場合、第３図（ロ）はアー
ム短絡が原因で過電流になった場合をそれぞれがあられ
しているが、いずれも横軸は時間を、縦軸は電流Ｉ、を
示している。

第３図（イ）において、時刻ｔ０に負荷２０が変動する
ことにより電流■、が（２）式に示す電流増加率で上昇
し、ｔ、なる時刻に過電流設定値１．に到達するのであ
るが、この時点での電流増加率ｄ　Ｔ　ｏ　／　ｄ　（
、が前述した値Ａよりも小であることから負荷２０の変
動であると判定され、制御系の動作時間ＴＡと、ＧＴＯ
サイリスクの蓄積時間Ｔ。

との和の時間が経過したのちの時刻ｔ２に、ＧＴＯサイ
リスク自身による電流遮断が完了するのであるが、この
ときの遮断電流値■２は当該ＧＴＯサイリスタに許容さ
れる遮断電流値Ｉ３よりも小である。

第３図（ロ）は時刻ｔ０に異常、すなわちアーム短絡が
発生し、電流■、は急速に上昇して時刻ｔ、に過電流設
定値！、に到達するが、このときの電流増加率から、ア
ーム短絡事故と判定されれば、直ちに制御系が短絡サイ
リスク３をオンさせてヒユーズ２を溶断させるが、これ
らの動作時間の合計（ＩＩＴＣはごく小なる値である。

しかしながらこのＴ、なるごく短時間が経過後の時刻ｔ
４における電流Ｉ０の値は、ＧＴＯサイリスクの許容遮
断電流値■、よりも増大しており、これをヒユーズ２に
より遮断することを示している。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電圧形インバータの直流側に流れる
過電流が過電流設定値に到達したときに、この過電流増
加率を検出して、この増加率が大のときはアーム短絡事
故と判定して保護用のヒユーズを溶断させるが、過電流
増加率があらかじめ設定した値よりも小なるときは保護
用ヒユーズを溶断させず、当ｍ　Ｍ正形インバータを構
成しているスイッチング素子の動作により、この過電流
を解消させるようにしているので、過電流の原因を除去
すれば直ちに電圧形インバータの運転を再開させること
ができ、ヒユーズの交換などの手間が不要となる効果を
発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあられした回路図、第２図は
第１図に示す実施例回路の動作をあられしたフローチャ
ート、第３図は第１図と第２図に示す本発明の実施例の
動作をあられしたグラフであり、第４図は電圧形インバ
ータを過電流から保護する従来例を示した回路図である
。 １・・・直流電源、２・・・ヒユーズ、３・・・短絡サ
イリスク、４，５．６．７・・・スイッチング素子とし
てのＧＴＯサイリスク、８．　９．１０．１１・・・フ
リーホイールダイオード、１２・・・抵抗、１３・・・
リアクトル、１４・・・直流母線インダクタンス、１５
．１６．１７．１８・・・アームインダクタンス、１９
・・・電流検出器、２０・・・負荷、３０・・・過電”
流検出回路、３１．４２・・・判断、４ｏ・・・過電流
増加率判定回路、４１．４３．４４．５１．５２・・・
処理。 Ｆち ３３　図 ＯＦ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）直流を交流に変換する電圧形インバータの直流側を
   流れる電流が所定値以上の過電流になれば、直流電源と
   この電圧形インバータとの間を遮断して保護する、電圧
   形インバータの過電流保護方法において、前記電圧形イ
   ンバータの直流側電流が所定値以上の過電流を検出した
   とき、この過電流の電流増加率があらかじめ設定した値
   より大のときは直流電源と当該電圧形インバータとの間
   を遮断し、前記過電流の電流増加率が前記のあらかじめ
   設定した値より小のときは、当該電圧形インバータを構
   成しているスイッチング素子の動作でこの過電流を解消
   させることを特徴とする電圧形インバータの過電流保護
   方法。