JPH02216472A - 交流電力制御装置の素子故障検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は負荷に交流電源を供給すべく主回路に設けられ
た半導体スイッチング素子の短絡故障を検出する交流電
力制御装置の素子故障検出装置に関する。

（従来の技術） 従来の半導体スイッチング素子たるサイリスタを用いた
交流電力制御装置及び素子故障検出装置を第４図に示す
。即ち、１は交流電力制御装置であり、これは、３相交
流電源に接続された主回路母線２．３及び４にしゃ断器
５並びにサイリスタ６乃至１１を介在させて構成され、
負荷たる交流電動機１２を通断電制御するようになって
いる。

１３は素子故障検出装置であり、以下これについて述べ
る。１４．１５は主回路母線２，４に配設された変流器
、１６．１７はこれらの変流器１４゜１５の検出電流を
整流する整流回路、１８は整流回路１６．１７の出力の
白太なる方を選択する最大値選択回路である。１９は比
較回路であり、これは、最大値選択回路１８の出力たる
電流最大値信号と基準値信号発生器２０からの電流基準
値信号し５とを比較して、電流最大値信号が電流基準値
信号Ｌ１よりも大なる時にハイレベルの出力信号を出力
する。２１はインバータ回路であり、これには交流電力
制御装置１に対する指令信号Ｓ１が与えられるようにな
っている。この指令信号Ｓｌは、オン信号の時にはハイ
レベルであり、オフ信号の時にはロウレベルとなるもの
で、オン信号の時にはサイリスタ６乃至１１はオンされ
、オフ信号の時にはサイリスタ６乃至１１は全てオフさ
れる。２２は比較回路１９及びインバータ回路２］の出
力信号が与えられるアンド回路である。

而して、交流電力制御装置１に対する指令信号ＳＩがオ
フ信号（ロウレベル）の時にはサイリスタ６乃至１１は
全てオフのはずであるが、これらの内の２相以上のサイ
リスタが短絡故障すると、その故障した相に電流が流れ
るようになる。この場合、指令信号Ｓ１はオフ信号であ
るので、インバータ回路２１の出力信号はハイレベルで
ある。

故障した相に流れる電流は変流器１４或いは１５で検出
された後整流回路１６或いは１７によって整流され、そ
の内の大なる電流値が最大ｌｉｔ！選択回路１８により
選択される。そして、その電流最大値信号が電流最大値
信号Ｌ８よりも大であれば、比較回路１９がハイレベル
の出力信号を出力し、従って、アンド回路２２の出力信
号がハイレベルとなって、これが故障検出信号Ｓ２２と
して出力される。

（発明が解決しようとする課題） 従来の構成では、交流電力制御装置１に対する指令信号
Ｓ１がオフ信号でないとサイリスタ６乃至１１の故障検
出を行なうことができないので、速やかな保護動作がで
きない不具合があり、又、１相のみのサイリスクの故障
では検出できない問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、交流電力制御装置のオン時に半導体スイッチング素子
の短絡故障を検出することができて、速やかな保訝動作
が可能となり、又、１相のみの半導体スイッチング素子
の故障でも検出することができる交流電力制御装置の素
子故障検出装置を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の交流電力制御装置の素子故障検出装置は、負荷
に交流電源を供給する主回路に半導体スイッチング素子
を設けてなる交流電力制御装置において、前記半導体ス
イッチング素子のケースの温度を検出する温度検出器を
設け、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出器を設
けて、前記交流電力制御装置にオン信号が与えられ１つ
前記電流検出器が電流を検出している場合であって前記
温度検出器が検出する温度が所定の温度上昇より低い時
に故障と判定する判定回路を設ける構成に特徴を有する
。

（作用） 本発明の交流電力制御装置の素子故障検出装置によれば
、半導体スイッチング素子が短絡故障した時には交流電
力制御装置のオン中で電流が流れてもそれほど発熱はし
ないことから、その半導体スイッチング素子のケースの
温度が所定の温度上昇よりも低くなった時に故障と判定
するものである。

（実施例） 以下本発明の第１の実施例につき第１図に基づいて説明
する。

まず、交流電力制御装置３１について述べる。

３２．３３及び３４は３柑交流電源に接続された主回路
母線であり、これにはしゃ断器３５が介在されている。

３６．３７，３８．３９及び４０゜４１は半導体スイッ
チング素子たるサイリスクであり、これらは逆並列接続
されて主回路母線３２゜３３及び３４に介在されている
。４２は主回路母線３２．．３３及び３４に接続された
負荷たる交流電動機である。

さて、素子故障検出装置４３について述べる。

４４乃至４９は温度検出器であり、これらは、夫々サイ
リスタ３６乃至４１に対応していて、夫々対応するサイ
リスタ３６乃至４１のケースの温度を検出するようにな
っている。そして、これらの温度検出器４４乃至４９の
出力端子は温度最小値選択回路５０の入力端子に接続さ
れている。この温度最小値選択回路５０は人力される温
度値信号の内の最小値のものを選択して温度最小直信号
Ｔｃとして出力するもので、その出力端子は減算器５１
の正入力端子（＋）に接続されている。５２は周囲温度
を検出する温度検出器であり、これは周囲温度に応じた
周囲温度値信号Ｔａを出力するもので、その出力端子は
減算器５１の負入力端子（−）に接続されている。減算
器５１は温度最小値信号Ｔｃと周囲温度値信号Ｔａとの
差信号（Ｔｃ−Ｔａ）を出力するもので、その出力端子
は比較器５３の一方の入力端子に接続されている。

５４は可変抵抗器からなる温度基準値信号発生器であり
、その出力端子は比較器５３の他方の入力端子に接続さ
れている。この温度基準値信号発生器５４は後述するよ
うに所定の温度上昇に相当する温度基準値信号ΔＴｃ”
を出力するようになっている。前記比較器５３は、人力
される差信号（Ｔｃ−Ｔａ）と温度基準値信号ΔＴｃ”
とを比較し、差信号（Ｔｃ−Ｔａ）が温度基準値信号Δ
Ｔｃ”よりも低い時にハイレベルの出力信号を出力する
ようになっている。そして、この比較器５３の出力端子
は判定回路たるアンド回路５５の第１の入力端子に接続
されている。

５６及び５７は電流検出器たる変流器であり、これらは
主回路母線３２及び３４の交流電動機４２側の部位に配
設されている。更に、変流器５６゜５７の出力端子は負
の加算器５８の各負入力端子（−）　、　　（−）に接
続されているとともに、変流器５６の出力端子は整流回
路５９の入力端子に接続され、変流器５７の出力端子は
整流回路６１の入力端子に接続され、そして、加算器５
８の出力端子は整流回路６０の入力端子に接続されてい
る。

整流回路５９乃至６１は人力される電流を整流し平滑し
て電流値信号として出力するもので、夫々の出力端子は
電流最小値選択回路６２及び電流最大値選択回路６３の
各入力端子に接続されている。

ここで、電流最小値選択回路６２は入力される電流値信
号の内の最小のものを選択して電流最小値信号しａとし
て出力するようになっており、又、電流最大値選択回路
６３は入力される電流値信号の内の最大のものを選択し
て電流最大値信号ｔｂとして出力するようになっている
。そして、電流最小値選択回路６２の出力端子は比較器
６４の一方の入力端子に接続され、電流最大値選択回路
６３の出力端子は比較器６５の一方の入力端子に接続さ
れている。、６６は可変抵抗器からなる電流基準値信号
発生器であり、これは電流基準値信号Ｌ８を出力するも
ので、その出力端子は比較器６４及び６５の各他方の入
力端子に接続されている。

この比較器６４は、電流最小値信号Ｌａと電流基準値信
号Ｌ１とを比較して、電流最小値信号Ｌａが電流基準値
信号Ｌ”よりも大きい時にハイレベルの出力信号を出力
するようになっており、又、比較器６５は、電流最大値
信号Ｌｂと電流基準値信号１１とを比較して、電流最大
値信号ｔｂが電流基準値信号Ｌ８よりも大きい時にハイ
レベルの出力信号を出力する。そして、比較器６４の出
力端子はアンド回路５５の第２の入力端子に接続され、
比較器６５の出力端子は判定回路たるアンド回路６７の
一方の入力端子に接続されている。

６８は遅延回路、６９はインバータ回路であり、これら
には交流電力制御装置３１に対する指令信号Ｓ３１が人
力されるようになっている。この指令信号Ｓ３１は、オ
ン信号の時にはハイレベルであり、オフ信号の時にはロ
ウレベルであり、オン信号の時にはサイリスタ３６乃至
４１がオンされ必要に応じてオンオフ制御され、オフ信
号の時にはサイリスタ３６乃至４１は全てオフされるよ
うになっている。そして、遅延回路６８の出力端子はア
ンド回路５５の第３の入力端子に接続され、インバータ
回路６９の出力端子はアンド回路６７の他方の入力端子
に接続され、アンド回路５５及び６７の出力端子はオア
回路７０の各入力端子に接続されている。

次に、本実施例の作用につき説明する。

交流電力制御装置３１に対して指令信号Ｓ３１としてハ
イレベルのオン信号が与えられると、サイリスタ３６乃
至４１がオンされ、交流電動機４２は３相交流電力が供
給されて起動する。ここで、サイリスタ３６乃至４１が
正常である場合には、サイリスタ３６乃至４１は電流が
流れることによりダイオード特性で順方向の電圧降下と
して１〜２ボルトの電圧をアノード、カソード間に発生
し、その電圧と電流との積で損失が決定される。ところ
が、何らかの原因によりサイリスクが短絡故障した場合
には、その短絡故障したサイリスクにはダイオード特性
がなくなり、アノード、カソード間にはほとんど電圧が
発生せず、損失もほとんどなくなる。これにより、サイ
リスタ３６乃至４１のいずれかが短絡故障して損失がな
くなったことをそのサイリスタのケースの温度を検出す
ることにより検知するものである。即ち、サイリスタ３
６乃至４１のケースの温度は夫々温度検出器４４乃至４
９によって検、出され、この内の最小値のものが温度最
小値選択回路５０により選択されて温度最小値信号Ｔｃ
として出力される。この温度最小値信号Ｔｃは減算器５
１によって周囲温度値信号Ｔａと比較されて上昇分たる
差信号（Ｔｃ−Ｔａ）として出力され、これが比較器５
３によって温度基準値信号ΔＴｃ”と比較される。ここ
で、サイリスクのケースの温度上昇ΔＴｃは、サイリス
タの損失をＰとし、サイリスタの冷却装置の熱抵抗をＲ
とした時に、ΔＴｃ−ＰＸＲとして表わされる。そこで
、温度基準値信号△Ｔｃ”はこの温度上昇値ΔＴｃに損
失誤差、電流不平衡及び熱抵抗のばらつき等を考慮して
決定される。そして、比較器５３は、サイリスタ３６乃
至４１のいずれかが短絡故障して差信号（Ｔｃ−Ｔａ）
が温度基準値信号ΔＴｃ”より低くなると、ハイレベル
の出力信号を出力する。

ところで、サイリスタ３６乃至４１がｉ″Ｅ當であって
も、交流電動機４２等に欠相が生じて電流が流れない時
或いはサイリスタ３６乃至４１をオンした直後で未だ温
度的に飽和していない時には、サイリスタ３６乃至４１
のケースの温度、が低い場合がある。そこで、変流器５
６．５７が交流電動機４２に流れる電流の２相分を検出
して整流回路５９．６１に人力させるとともに、加算器
５８が上記２相分の電流から残りの相の電流を演算して
整流回路６０に人力させる。これにより、電流最小値選
択回路６２は整流回路５９乃至６１の出力の内の最小の
ものを選択して電流最小値信号ｔａとして出力する。更
に、比較器６４はその電流最小値信号Ｌａが電流基準値
信号Ｌ″よりも大きければ出力信号をハイレベルとする
。又、指令信号Ｓ３１がオン信号としてハイレベルにな
ると、インバータ回路６９の出力信号は直ちにロウレベ
ルに反転するが、遅延回路６８は所定時間は反転せずに
ロウレベルのままになる。これにより、交流電動機４２
の起動役所定時間はアンド回路５５の少なくとも１つの
入力はロウレベルのままであり、そのアンド回路５５の
出力信号がハイレベルとなることはない。その後、所定
時間経過すると、遅延回路６８の出力信号がハイレベル
となるので、前述したように比較器５３及び６４の出力
信号がともにハイレベルとなれば、アンド回路５５の出
力信号はハイレベルとなり、これがオア回路７０を介し
て故障検出信号８７０として出力されることになる。

一方、指令信号Ｓ３１がオフ信号たるロウレベルの時に
は即ち交流電力制御装置３１がオフの時には、インバー
タ回路６９の出力信号がハイレベルとなる。そして、交
流電力制御装置３１がオフでもサイリスタ３６乃至４１
の内の２相分のものが短絡故障した時には交流電動機４
２に電流が流れるので、整流回路５９．６０及び６１の
内の２つには出力を生ずるようになり、電流最大値選択
回路６３はその内の最大値のものを選択して電流最大値
信号Ｌｂとして出力する。これにより、比較器６５はそ
の電流最大値信号ｔｂが電流基準値信号し１よりも大き
くなった時にハイレベルの出力信号を出力するようにな
り、従って、アンド回路６７の出力信号がハイレベルと
なって、これがオア回路７０を介して故障検出信号ｓｙ
ｏとして出力されることになる。

このような本実施例によれば、次のような効果を得るこ
とができる。即ち、交流電力制御装置３１にオン信号が
与えられ且つ交流電動機４２に電流が流れている場合に
おいて、サイリスタ３６乃至４１のケースの温度上昇の
最小のものを温度最小値信号Ｔｃとしてこれが温度基準
値信号△Ｔｃ８より低い時にこれを判定回路たるアンド
回路５５により判定してオア回路７０を介して故障検出
信号ＳＴＧを出力させるようにしたので、交流電力制御
装置３１のオン中であってもサイリスクの短絡故障を検
出することができるとともに、１相のサイリスタの短絡
故障も検出することができて、速やかな保護動作を行な
うことが可能になる。この場合、交流電動機４２の各相
に流れる電流の内の最小値のものを電流最小値信号Ｌａ
としてこれが電流基準値信号Ｌ１よりも小さいか否かを
判定させるようにしたので、交流電動機４２の欠相等の
故障でサイリスタ３６乃至４１の短絡故障でない場合に
これを短絡故障と誤判定して故障検出信号３７Ｇを出力
することはない。そして、指令信号Ｓ３１を遅延回路６
８により遅延させてアンド回路５５に入力させるように
しているので、交流電動機４２の起動時にサイリスタ３
６乃至４１のケースの温度がそれほど上昇していない時
にこれを短絡故障と誤判定することはない。

第２図は本発明の第２の実施例であり、第１の実施例と
同一部分には同一符号を付して示し、以下界なる部分に
ついてのみ説明する。

７１は前記素子故障検出装置４３に代わる素子故障検出
装置である。即ち、７２乃至７４は比較器であり、その
各一方の入力端子には整流回路５９乃至６１の出力端子
が接続され、各他方の入力端子には電流基準値信号発生
器６６の出力端子が接続されている。これらの比較器７
２乃至７４は入力される電流値信号が電流基準値信号Ｌ
″よりも大きい時に夫々ハイレベルの出力信号を出力す
るようになっている。そして、比較器７２乃至７４の出
力端子はアンド回路７５及びオア回路７６の第１．乃至
第３の入力端子（、こ接続されており、アンド回路７５
の出力端子はアンド回路５５の第２の入力端子に接続さ
れ、オア回路７６の出力端子はアンド回路６７の一方の
入力端子に接続されている。

而して、交流電力制御装置３１の指令信号ｓ３１がオン
信号の場合には、比較器５３の出力信号がハイレベルで
且つ遅延回路６８の出力信号がハイレベルであって、交
流電動機４２の各相に流れる電流即ち整流回路５９乃至
６１の出力たる電流値信号が全て電流基準値信号【１よ
り大の時に比較器７２乃至７４の出力信号がハイレベル
となり、従って、アンド回路７５の出力信号がハイレベ
ルとなり、以て、故障検出信号ＳｔＯが出力される。

又、交流電力制御装置３１の指令信号Ｓ３１がオフ信号
の場合には、整流回路５９乃至６１の電流値信号のいず
れかが電流基準値信号Ｌ１１よりも大きくなって比較器
７２乃至７４のいずれかの出力信号がハイレベルとなっ
た時にオア回路７６の出力信号がハイレベルとなり、以
て、故障検出信号Ｓ７０が出力されることになる。

従って、この第２の実施例によっても前記第１の実施例
同様の効果を得ることができる。

第３図は本発明の第３の実施例であり、前記第１の実施
例と同一部分には同一符号を付して示し、以下界なる部
分についてのみ説明する。

７７は前記素子故障検出装置４３に代わる素子故障検出
装置である。即ち、７８乃至８３は減算器であり、夫々
の正入力端子（＋）には温度検出器４４乃至４９の出力
端子が接続され、夫々の負入力端子（−）には温度検出
器５２の出力端子が接続されている。８４乃至８９は比
較器であり、夫々の一方の入力端子には減算器７８乃至
８３の出力端子が接続され、夫々の他方の入力端子には
温度基準値信号発生器５４の出力端子が接続されている
。そして、比較器８４及び８５の出力端子はオア回路９
０の一方及び他方の入力端子に接続され、比較器８６及
び８７の出力端子はオア回路９１の一方及び他方の入力
端子に接続され、比較器８８及び８９の出力端子はオア
回路９２の一方及び他方の入力端子に接続されている。

更に、オア回路９０乃至９２の出力端子はオア回路９３
の第１乃至第３の入力端子に接続され、そのオア回路９
３の出力端子は判定回路たるアンド回路９４の第１の入
力端子に接続されている。又、オア回路９０及び９１の
出力端子はアンド゛回路９５の一方及び他方の入力端子
に接続され、オア回路９１及び９２の出力端子はアンド
回路９６の一方及び他方の入力端子に接続され、オア回
路９２及び９０の出力端子はアンド回路９７の一方及び
他方の入力端子に接続されている。９８はオア回路であ
り、その第１乃至第３の入力端子はアンド回路９５乃至
９７の出力端子に接続され、出力端子は判定回路たるア
ンド回路９９の第１の入力端子に接続されているととも
にインバータ回路１００を介してアンド回路９４の第２
の入力端子に接続されている。尚、アンド回路９４の第
３の入力端子及びアンド回路９９の第２の入力端子は電
流最小値選択回路６４の出力端子に接続され、又、アン
ド回路９４の第４の入力端子及びアンド回路９９の第３
の入力端子は遅延回路６８の出力端子に接続され、そし
て、アンド回路９９及び６７の出力端子はオア回路１０
１の一方及び他方の入力端子に接続されている。

而して、温度検出器４４乃至４９からの温度値信号は減
算器７８乃至８３において周囲温度値信号Ｔａを減算さ
れて差信号となり、各差信号は比較器８４乃至８９によ
り温度基準値信号ΔＴｃ”と比較されてこれより大きい
時に夫々の比較器８４乃至８９の出力信号がハイレベル
となる。従って、オア回路９０．９１及び９２の出力信
号がハイレベルとなるのは夫々主回路母線３２．３３及
び３４に対応する相のサイリスタに短絡故障が生じたこ
とを意味するようになり、そして、オア回路９８の出力
信号がハイレベルとなるのは２相以上のサイリスクに短
絡故障が生じたことを意味する。これにより、アンド回
路９４の出力信号がハイレベルとなるのは１相のみのサ
イリスクに短絡故障が生じた時であってこれが１相のみ
の故障検出信号Ｓ３４として出力される。又、アンド回
路９９若しくは６７の出力信号がハイレベルとなるのは
２相以上のサイリスクに短絡故障が生じた時であってこ
れがオア回路１０１を介して２相以上の故障検出信号Ｓ
！。！として出力される。

この第３の実施例によれば、２相以上のサイリスタの故
障を示す故障検出信号ｓｌＯ１が出力された時には、第
１の実施例と同様の保護動作を行なえばよく、又、１相
のみのサイリスクの故障を示す故障検出信号ＳＳａが出
力された時には、直ちに保護動作を行なう必要はないが
、交流電力制御装置３１のオフ時に故障サイリスタを交
換して２相以上のサイリスクの故障に発展することを防
止し得る。

尚、上記実施例では半導体スイッチング素子としてサイ
リスクを用いるようにしたが、代わりにトライアックを
用いるようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明の交流電力制御装置の素子故障検出装置は以上説
明したように、交流電力制御装置のオン時に半導体スイ
ッチング素子の短絡故障を検出することができて、速や
かな保護動作かり能になり、又、１相のみの半導体スイ
ッチング素子の短絡故障でも検出することができるとい
う優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は夫々本発明の第１、第２及
び第３の実施例を示す電気的構成説明図であり、第４図
は従来例を示す電気的構成説明図である。 図面中、３１は交流電力制御装置、３２乃至３４は主回
路母線、３６乃至４１はサイリスク（半導体スイッチン
グ素子）、４４乃至４９は温度検出器、５５はアンド回
路（判定回路）、５６及び５７は変流器（電流検出器）
、９４及び９９はアンド回路（判定回路）を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、負荷に交流電源を供給する主回路に半導体スイッチ
   ング素子を設けてなる交流電力制御装置において、前記
   半導体スイッチング素子のケースの温度を検出する温度
   検出器と、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出器
   と、前記交流電力制御装置にオン信号が与えられ且つ前
   記電流検出器が電流を検出している場合であって前記温
   度検出器が検出する温度が所定の温度上昇より低い時に
   故障と判定する判定回路とを具備してなる交流電力制御
   装置の素子故障検出装置。