JPH03218253A - 電力変換装置 - 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、電力変換器を構成する半導体素子へ供給する
ゲート信号の異常を判別できる手段を具備した電力変換
装置に関する。

（従来の技術） 従来、電力変換装置の応用の一例として系統と連系し、
電力貯蔵や電力系統のピーク負荷対策を図る上から、系
統連系システムとして、自己消弧半導体素子（例えばＧ
ＴＯ）を用いた電力変換装置が適用されている。

第４図は、系統連系システムの代表例を示す電力変換装
置の構成図で、この電力変換装置に本発明が適用できる 第４図において、１は太陽電池、蓄電池、燃料電池、新
型電池等の直流電源、２は直流リアクトル、３は直流フ
ィルタコンデンサである。１０〜１３はＧＴＯ等の自己
消弧形半導体素子、１０ａ〜１３ａはフィードバックダ
イオード、１０ｂ〜１３ｂはＧＴＯを保護するヒューズ
であり、制御回路２０の制御信号に応じ、出力電圧のパ
ルス幅制御する電力変換装置を構成する。ゲート信号は
制御回路２０より第１の伝送回路を構成するライトガイ
ド１０ｅ１光一電気変換回路１０ｄを介し、ゲートユニ
ット１０ｃに与えられ、半導体素子１０のオンオフを制
御する。第４図で説明を簡略するため１相分のみの回路
構成にとどめる。前記電力変換装置の出力は変換器１４
を介し、昇圧され連系リアクトル１６を介して交流系統
１７と連系される。１５は高周波フィルタである。

第５図は従来の電力変換装置のゲート制御系の構成を示
す。第４図と同一あるいは同相当部分には同一符号を付
してその説明を省略する。制御回路２０には演算制御回
路２１を有している。説明を簡略化するため、１相のゲ
ート制御が行なわれるゲート制御回路の構成のみを示し
ている。演算制御回路２１の出力は非反転回路２２を介
して、オンゲート信号（ＯＮ）となる。一方、モノマル
チ回路２３、２４によりオフゲート信号（ＯＦＦ）が作
成される。オンゲート信号（ＯＮ）及びオフゲート信号
（ＯＦＦ）は、第１の伝送回路としてパルス増幅回路２
５を介し、第１の電気一光変換回路２６のと入力なる。

当該回路２６の出力は第１のライトガイド１０ｅ，１．
Ｏｆを介して高圧回路にゲート信号を伝送し、高圧側に
設置した第１の光一電気変換回路１０ｄを介して電気オ
ンゲート信号（ＯＮＨ），電気オフゲート信号（Ｏ　Ｆ
　Ｆ　Ｉ｛）に変換される。ゲート信号ＯＮＨ，ＯＦＦ
Ｈは、ゲートユニット１０ｃの入力となり、ゲートユニ
ット１０ｃの出力信号に応じ、半導体素子１０のオン１
オフが制御される。又、ヒューズ１０ｂの溶断時の発生
電圧をヒューズ断検出回路１０ｇで検出し、ヒューズ断
にいたる短絡や故障の発生を検知する。検出回路Ｌｏｇ
の出力信号ＦＭは、第２の伝送回路とてし第２の電気一
光変換回路１０ｈ，第２のライトガイド１０１，第２の
光一電気変換回路２８を介し高圧側より低圧側制御回路
側へ伝達され、フリップフロップ２７より故障信号ＦＬ
Ｔを出力する保護回路を備えている。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べた従来例では、制御回路の誤動作による故障の
場合でも主回路の過電流によりヒュズが溶断し、ヒュー
ズ断故障検出回路が動作するまで保護停止しないため健
全な主回路素子、ヒュズ等にダメージを与える欠点があ
る。

従って、本発明の目的は、前述の欠点を除去するために
なされたものであって、主回路側即ち、変換器側の故障
原因がゲート信号の異常に起因するものか否かを判別で
きるようにゲート信号の異常を判別する手段を具備した
電力変換装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成するために、制御回路側に設
けられる演算制御回路から供給されるゲート信号を変換
器を構成する半導体素子へ伝送するための第１の電気一
光変換回路、第１のライトガイド、第１の光一電気変換
回路を備えた第１５ の伝送回路と、前記電力変換器側の故障信号を前記制御
回路側へ伝送するための第２の電気一光変換回路、第２
のライトガイド、第２の光一電気変換回路を備えた第２
の伝送回路とを具備した電力変換装置において、前記第
１のライトガイドを介して前記電力変換器へ伝送されて
くるゲート制御信号を前記第２のライトガイドを介して
前記制御回路側に帰還伝送する手段と、この帰還伝送手
段で得られる信号と前記ゲート信号とを比較しゲート信
号の異常を判別する手段を備えたことを特徴とするもの
である。

（作　用） 前記手段を具備することにより、極く希にしか故障信号
を伝送しない第２の伝送回路を利用して変換器へ伝送さ
れてくるゲート制御信号を制御回路側へ帰還して、制御
回路側で伝送したゲート信号と比較することにより、第
１の伝送回路が正常に動作していれば両者が一致するこ
とになり、不一致が検出されると第１の伝送回路のいず
れかに異常が発生したことによるゲート信号の故障を６ 検知するができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図で、第５図と同
一又は同相当部分には同一符号を付してその説明を省略
する。図中１０ｊは高電位側に伝送されたケート信号（
ＯＮＨ），オフゲート信号（Ｏ　Ｆ　Ｆ　Ｈ）及びヒュ
ーズ断検出信号（ＦＭ）を検出する回路で、ゲートモニ
タ信号ＧＭＩとヒュズモニタ信号ＦＭＩを出力する。２
９　３ｏは高電圧側により第２のライトガイド１０ｉを
介して伝送されてきた信号のレベルを検出するコンパレ
ー夕であり、２９はゲートモニタ信号、３０はヒューズ
モニタ信号を検出するものである。３１は、波形整形回
路である。

以下ゲートモニタ検出とヒューズモニタ検出の動作原理
について第２図、第３図を参照して説明する。

第２図は第１図と同一又は同相当部分には同一符号を付
している。ヒューズモニタ信号ＦＭＩ−はトランジスタ
７６のベース信号となり、抵抗７１、発光ダイオード（
ＬＥＤ）７２、抵抗７３のインピーダンスで決定される
コレクタ電流ＩＦを通流させる。一方、ゲートモニタ信
号ＧＭＩは、トランジスタ７５のベース信号となり、発
光ダイオド（ＬＥＤ）７２、抵抗７４のインピーダンス
で決定されるコレクタ電流ＩＧを通流させる。ここでＩ
Ｇ＜ＩＦとし、低電圧受信側の第２の光一電気変換回路
２８の出力において、Ｉ　Ｇ　＋Ｉ　Ｆ及びＩＦ以上の
電流トランジスタ８３が完全にオンし、ＩＧの電流トラ
ンジスタ８３が所定のコレクタ電圧となるように、抵抗
８０．８１の定数を選定する。光一電気変換回路２８の
出力信号Ｓ１の波形を第３図（ａ）に示す。第３図（ｂ
）はコンパレータ２９の出力信号ＧＭ２、第３図（Ｃ）
はコンパレータ３０の出力信号ＦＭ２を示す。

ここで、時刻ｔＯ−ｔｌまでは、通常の運転でゲート信
号が供給され、運転続行しており、時刻ｔ１にてヒュー
ズ断故障が発生した例を示している。５１，５３，５５
，６１，６３．６５は抵抗、５４．６４は演算増幅回路
、５６．６６はツェナーダイオード、５２．６２はレベ
ル設定用のポリュームである。第３図（ａ）に示すよう
に、ポリューム５２は高スレッショルドレベル電圧ＶＧ
Ｌのレベルに設定され第２の光一電気変換回路２８の出
力信号Ｓ１がＶＧＬ以下で演算増幅回路５４が反転する
ように設定する。従って、ゲートモニタ信号ＧＭ２は、
第３図（ｂ）のようになる。

方、ボリューム６２は第３図（ａ）に示すように、電圧
ＶＦＬのレベルに設定され、出力信号Ｓ１が低スレッシ
ョルドレベル電圧値ＶＦＬ以下であれば、演算増幅回路
６４が反転するように設定する。

従って、時刻ｔ１にヒューズモニタ信号ＦＭ２は、第３
図（Ｃ）に示すようになる 以上説明したように、第２のライトガイド１０ｉは２種
類の信号伝送に使用され、常時はゲート信号モニタ用と
して使用し、ヒューズ断故障時は故障信号を伝送するよ
うに構成している。ヒューズ断故障発生時は、検出信号
ＦＭ２は第１図９ のフリップフロップ２７をセットし、重故障信号ＦＬＴ
を出力し、電力変換装置は故障停止する。

ゲートモニタ信号ＧＭ２は、波形整形回路３１を介し、
演算制御回路２１に読み込み現在のゲー１・信号出力指
令状態とモニタ信号の一致を比較し異常の有無を監視す
る。

以上本発明の一実施例について電力変換装置を単相自励
式インバータを用いて説明したが、本発明が適用される
電力変換装置は単相及び自励式インバータのみに限定す
るものではなく、多相及び他励式インバータ或いは無効
電力補償装置等に使用される半導体素子で構成される装
置等にも適用できるものである。又、電力変換装器の故
障はヒューズの溶断のみに限定するものではなく、素子
故障、過電流、過電圧等の故障信号の伝送にも適用でき
るものであり、本発明は要旨を変更しない範囲で種々設
旧変更して実施できるものである。

［発明の効果コ 以上説明のように、本発明の電力変換装置によれば電力
変換器側に故障が発生することは希で１　０ あることに着目し、電力変換器側の故障信号は制御回路
側へ伝送する第２の伝送回路を利用し、モニタ用ゲート
信号を伝送してゲート信号の異常を検出するので、新た
にゲートモニタ用伝送回路を設ける必要がなく、又、制
御回路の異常を早期に検出できるので重大事故に波及す
る前に保護動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の伝送回路の詳細構成図、第３図は本発明の動作
を説明するための動作原理のタイムチャート、第４図は
本発明を適用できる系統連系用電力変換装置の主回路構
成図、第５図は従来の伝送回路のブロック図である。 １・・・直流電源、２・・・直流リアクトル、３・・・
直流フィルタコンデンサ、１０・・・半導体素子、１０
ｂ・・・ヒューズ、２０・・・制御回路、２１・・・演
算制御回路、２６・・・第１の電気一光変換回路、１０
ｅ．１０ｆ・・・第１のライトガイド、１．Ｏ　ｄ・・
・第１の光一電気変換回路、１０ｈ・・・第２の電気一
光変換回１１ 路、 １ ０ ｊ・・・第２のライ トガイ ド、 ２８・・・第２の 光一電気変換回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体素子で構成される電力変換器、制御回路側に設け
   られる演算制御回路から供給されるゲート信号を前記半
   導体素子へ伝送するための第１の電気−光変換回路、第
   １のライトガイド、第１の光−電気変換回路を備えた第
   １の伝送回路と、前記電力変換器側の故障信号を前記制
   御回路側へ伝送するための第２の電気−光変換回路、第
   ２のライトガイド、第２の光−電気変換回路を備えた第
   ２の伝送回路とを具備した電力変換装置において、前記
   第１のライトガイドを介して前記電力変換器へ伝送され
   てくるゲート制御信号を前記第２のライトガイドを介し
   て前記制御回路側に帰還伝送する手段と、この帰還伝送
   手段で得られる信号と前記ゲート信号とを比較しゲート
   信号の異常を判別する手段を備えたことを特徴とする電
   力変換装置。