JPH01291672A - 電圧形インバータの保護回路 - 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、直流側に備えた回路により、直流を交流に
変換するインバータのアーム短絡事故や負荷短絡事故な
どを保護できる電圧形インバータの保護回路に関す・る
。

〔従来の技術〕

第４図は電圧形インバータの保護の従来例を示した主回
路接続図である。

この第４図において、交流電源２からの交流電力は、サ
イリスクを３相ブリンジ接続して構成されたサイリスク
整流器３により直流電力に変換している。一方、６個の
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）１１゜１２、．１３．１４．１５および
１６　と、６個のフリーホイールダイオード１７．１８
．１９．２０．２１および２２　とを各個に逆並列接続
することで６組のアームを形成させ、これらのアームを
３相ブリツジ接続することでＧＴＯインバータ６を構成
させ、サイリスク整流器３が出力する直流電力を直流リ
アクトル４を介してこのＧＴＯインバータ６に入力させ
ているので、ＧＴＯインバータ６はこの直流電力を所望
の電圧と周波数の交流電力に変換して負荷７に供給する
。またサイリスク整流器３の直流側と、ＧＴＯインバー
タ６の直流側とを結合している、いわゆる直流中間回路
にはリアクトル３１　とダイオード３２　との並列接続
回路を平・滑コンデンサ５に直列接続した回路が接続さ
れている。

この第４図に示す構成の電圧形インバータでは、たとえ
ばＧＴＯインバータ６の交流出力端子部分での短絡事故
、あるいは同一相の上下アームが同時にオンとなる、い
わゆるアーム短絡事故などが発生した場合には、このＧ
ＴＯインバータ６−の全アームを点弧させる保護方法が
とられる。すなわちＧＴＯサイリスタ　１１　がオンの
期間中に、誤まってＧＴＯサイリスタ　１４がオンして
しまった場合にはＵ相アーム短絡となるが、このアーム
短絡を検知すると、全アームすなわち６個のＧＴＯサイ
リスタ　１１〜Ｉ６にオン指令を与える。これにより平
滑コンデンサ５の蓄積電荷はＧＴＯインバータ６のＵ、
■およびＷ相に分流して放電することになるので、この
ときの各ＧＴ○サイリスクの電流２乗時間積が当該素子
の許容値以内となるように、リアクトル３１　の定数を
定めておいて保護を図っている。

第５図は第４野に示す従来例回路でアーム短絡を生じた
ときにＧＴＯインバータ６に流入する電流の変化をあら
れしたグラフであって、横軸は時間を、縦軸は電流１１
をあられし、このグラフ中の破線がＩ、の時間的な変化
１ｔ（ｔ）である。

この第５図における時刻Ｌ０は、ＧＴＯインバータ６を
構成しているＧＴＯサイリスタ１１　と１２および１６
がオンの期間中に、ＧＴＯサイリスタ１４が誤オンすな
わちＵ相アーム短絡を生じた瞬間であり、時刻ｔ１は平
滑コンデンサ５の電圧Ｅが零になる瞬間であるが、サイ
リスク整流器３から直流リアクトル４を介して出力され
る電流Ｉは、この直流リアクトル３のために、時刻Ｌ０
からり、までの期間は一定値であるとする。

リアクトル３１　のインダクタンス値をし、平滑コンデ
ンサ５の静電容量をＣ１またこの平滑コンデンサ５の電
圧Ｅの初期値をＥｏとすると、ＧＴＯインバータ６に流
入する電流■１の時間的な変化＋＋（１）　は、ｔｏな
る時刻からの経過時間をｔとすると下記の（１）式であ
られされる。

−−一−−−−−〜−−（＋ま ただしＩｏは前述したようにＧＴＯサイリスタ１１　と
１２および１６がオンしている場合は（２）式％式％ 時刻ｔ６にＵ相アーム短絡の発生を検知してＧＴＯイン
バータ６の全アーム点弧を行うと、当該ＧＴＯインバー
タ６へ流入する電ｆＬ１１　はＵ、　　ＶおよびＷ摺に
分流して流れる。よってこの時刻Ｌ０にＥｏなる値とな
っていた平滑コンデンサ５の電圧は、リアクトル３１　
との共振現象により、Ｌｌなる時刻に零となるが、この
とき電流■１の値は最大となるが、この時点でダイオー
ド３２が導通して、リアクトル３１　を流れていた電流
はこのダイオード３２に環流する。それ故この時刻む、
以降にすべてのＧＴＯサイリスク１１〜１６のゲートを
パルスオフしておけば、これらに再びアノード電流が流
れるおそれはない。このとき、各相アームに分流・した
電流の２乗時間積が、これらＧ、ＴＯサイリスタ　１１
−１６の許容値以下であれば、ＧＴＯインバータ６を保
護することができる。尚出力短絡事故時にも同様の保護
方法により装置の保護を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

アーム短絡事故などの場合は、上述の全アーム点弧方式
により事故電流を分割して各アームに流すので、各アー
ム毎の電流２乗時間積を流入電流１１の電流２乗時間積
にくらべて大幅に低減できる。

しかしながらこの流入電流■、のピーク値が大きな値で
あることがら、各アームに分流する電流の２乗時間積が
当該ＧＴＯサイリスクの許容値以下となるようにするた
めに、リアクトル３１　のインダクタンス値りを大きく
して波高値を低減させる必要がある。（しかしながら平
滑コンデンサ５の静電容量Ｃを減少させて電流ピーク値
を抑制することは、ＧＴＯインバータ６を使用する際の
別の制約から困難であるため、ここではこの静電容量Ｃ
は一定値とする。） 一方、リアクトル３１　のインダクタンス値りを大にす
ると、通常使用中のこのＧＴＯインバークロの出力電圧
リップルを増大させることになるので、当該ＧＴＯイン
バータ６の性能を低下させる大きな欠点を有する。

そこでこの発明の目的は、インバータの重要な特性であ
る出力電圧リップルを極端に増大させることなく、全ア
ーム点弧方式により電圧形インバータのアーム短絡保護
や出力短絡保護が行えるようにすることにある。

〔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、この発明の電圧形インバ
ータは、直流電圧を充電するコンデンサを備え、このコ
ンデンサからの直流電力を入力して交流電力に変換する
電圧形インバータにおいて、前記コンデンサと電圧形イ
ンバータとの間に、このコンデンサの放電を阻止する橿
性のダイオードとリアクトルと抵抗との並列接続回路を
挿入するものとする。

Ｃ作用〕 この発明は、インバータの直流側に設けられているコン
デンサに直列接続されている、リアクトルとダイオード
との並列回路にさらに抵抗を並列接続することで、全ア
ーム点弧時の素子電流波高値を抑制するようにしている
ので、前記のリアクトルのインダクタンス値を増大させ
ることなしに、すなわちインバータ出力電圧リップルを
増大させることなしに、素子に流れる電流の２乗時間積
を当該素子の許容値以下に抑制するものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例をあられした主回路接続
図である。

この第１図において、交流電源２、サイリスク整流器３
、直列リアクトル４、平滑コンデンサ５、ＧＴＯインバ
ータ６とこのインバータを構成している６個のＧＴＯサ
イリスタ１１〜１６と６個のフリーホイールダイオード
１７〜２２、負荷７、リアクトル３１およびダイオード
３２の名称・用途・機能は、第４図において既述の従来
例回路の場合と同じであるから、これらの説明は省略す
る。

本発明においては、リアクトル３１　とダイオード３２
との並列回路に、さらに抵抗３３が並列に接続される。

この抵抗３３の抵抗値をＲ、リアクトル３１のインダク
タンス値をし、平滑コンデンサ５の静電容量をＣ１これ
の電圧初期値をＥｏとすると、ＧＴＯインバータ６に流
入する電流Ｉ２の時間的な変化１ｔ（ｔ）は下記の（３
）弐となる。但しｔは時刻Ｌ０からの経過時間である。

ただしαとωとは下記の（４）式と（５）式で示される
。

第２回は第１図に示す実施例回路による効果をあられし
たグラフであって、横軸は時間、縦軸は電流であって、
本発明により流れるＮ、流Ｉ２の変化１ｚ（ｔ）が実線
で画かれている。なお従来例と対比してその効果を明か
にするために、第５図に示す従来例回路により流れる電
流■１の変化■１（１）が破線で示されているが、この
両者を求めるために使用している静電容量Ｃ、リアクタ
ンスＬと平滑コンデンサ５の電圧初期値Ｅ。の値は、い
ずれも同一である。

この第２図と（３）式からあきらかなように、抵抗３３
の効果により流入電流Ｉ２の波形高値は抑制され、従っ
て電流２乗時間積も小となる。

また、平滑コンデンサ５に蓄積される初期電荷量Ｑａは
下記（６）式の値となる。

すなわち、従来例回路でダイオード３２が導通を開始す
る時刻ｔ１よりも長い時間を経過した時刻ｔ２に、本発
明の実施例回路では平滑コンデンサ５の電圧Ｅが零とな
るので、この時刻し２以降に各ＧＴＯサイリスク１１〜
１６をパルスオフしておけば、従来例回路と同様に、こ
れらのＧＴＯサイリスク　１１〜１６が再びオンするこ
とはない。

第３図は本発明の第２の実施例をあられした主回路接続
図であるが、この第３図に図示している交流電源２、サ
イリスク整流器３、直流リアクトル４、平滑コンデンサ
５、ＧＴＯサイリスタ６および負荷７の名称・用途・機
能は、前述の第１図と同様に、第４図で既述の従来例回
路の場合と同しであるから、これらの説明は省略する。

この第３図に示す第２実施例回路でも、リアクトル３１
　とダイオード３２　と抵抗３３　とを相互に並列接続
した回路を使用するのであるが、この並列接続回路の挿
入場所が第１図の実施例回路とは異なっているが、これ
の電流抑制機能は同じであるので、動作説明は省略する
。

〔発明の効果〕

電圧形インバータにアーム短絡あるいは出力短絡事故を
生じた場合に、このインバータの直流側に設けられてい
るコンデンサからの電流により、当該インパークの素子
が破壊するのを防止するために、全アーム点弧方式によ
りこの電流を分流させるとともに、従来はこのコンデン
サとインバータとの間に、リアクトルとダイオードの並
列回路を挿入していたが、各素子へのＭ　２ｉ！Ｌ２乗
時間積が素子の許容値を上廻る場合には、リアクトルの
インダクタンス値を増大させることで対処していた。

しかしインダクタンス値の増大は、当該インパークが通
常運転時の出力電圧リンプルを増大させる不都合があっ
たが、本発明においては、前述のリアクトルとダイオー
ドとの並列回路に、更に抵抗を並列に接続することで、
全アーム点弧時にコンデンサからインバータへ流入する
電流のピーク値を抑制しているので、リアクトルのイン
ダクタンス値を増大させることなく、電流２乗時間積を
素子の許容値以内に抑制できるので、当該インバータの
出力電圧リップルを増大させることなく、電圧形インバ
ータの保護が行える効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例をあられした主回路接続
図、第２図は第１図に示す実施例回路による効果をあら
れしたグラフ、第３回は本発明の第２の実施例をあられ
した主回路接続図であり、第４図は電圧形インバータの
保護の従来例を示した主回路接続図、第５図は第４図に
示す従来例回路でアーム短絡を生じたときにＧＴＯイン
バータ６に流入する電流の変化をあられしたグラフであ
る。 ２・・・交流電源、３・・・サイリスク整流器、４・・
・直流リアクトル、５・・・平滑コンデンサ、６・・・
ＣＴＯインバータ、７・・・負荷、１１．１２．１３．
１４．１５．１６・・・ＧＴＯサイリスク、１７．１８
．１９．２０．２１．２２・・・フリーホイールダイオ
ード、３１・・・リアクトル、３２Ｔ１．Ｉ２ モ　２ｒｆＪ 葛　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）直流電圧を充電するコンデンサを備え、このコンデ
   ンサからの直流電力を入力して交流電力に変換する電圧
   形インバータにおいて、前記コンデンサと電圧形インバ
   ータとの間に、このコンデンサの放電を阻止する極性の
   ダイオードとリアクトルと抵抗との並列接続回路を挿入
   することを特徴とする電圧形インバータの保護回路。