JPH04190622A - 電流形トランジスタインバータの過電圧過電流保護回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、電流形トランジスタインバータ、特にその
過電圧過電流保護回路に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は例えば特開昭６０−１４８３３８号公報に開示
された従来の電流形トランジスタインバータを示す回路
図であり、図において（１）は変換器用変圧器、（２）
はこの変換器用変圧器（１）に入力側が接続された順変
換回路、（３）はこの順変換回路（２）の一方の出力端
子に接続された直流リアクトル、（４）はこの直流リア
クトル（３）および順変換回路（２）の他方の出力端子
にそれぞれ入力側端子ＩＩ。

■２が接続され、ブリッジ接続されたアームを有し、各
アームがそれぞれトランジスタ（４１ａ）　、　（４２
ａ）　。

（４３ａ）、　（４４ａ）とダイオード（４１ｂ）、（
４２ｂ）、（４３ｂ）。

（４４ｂ）の直列接続からなる逆変換回路、（５）はこ
の逆変換回路（４）の出力端子０１，０２に接続された
並列共振負荷である。

従来の電流形トランジスタインバータは上述したように
構成されており、順変換回路（２）は、変換器用変圧器
（１）から３相交流を受けかつ順変換制御回路（図示せ
ず）から点弧パルスが６相全波整流のサイリスタに与え
られると、所定の直流電圧を発生する。直流リアクトル
（３）は、この直流電圧による電流の脈動を平滑化して
逆変換回路（４）に一定の電流を与える。逆変換回路（
４）は、逆変換タイミング制御回路（図示せず）により
、並列共振負荷（５）の共振周波数に一致し、一定の逆
電圧時間を保つ様にトランジスタ（４１ａ）　、　（４
４ｍ）　。

（４２ａ）　、　（４３ａ）とが交互にオン／オフさせ
られる。

逆変換回路（４）の出力電圧Ｖ　ａ　ｃの平均値は、電
圧検出器（図示せず）の測定値を電圧設定器（図示せず
）にフィードバックして直流電圧ＶＤＣを調節する様に
、前述の順変換制御回路へ指令信号として与えられる。

定常状態の■。。およびＶ　Ａ　（の瞬時値Ｖｏｃおよ
びＶＡＣの波形は第５図に示す通りになる。波形Ｖ　ａ
ｃは転流型なり期間中の電圧落ち込みがあるため正弦波
形中に切れ込みを生じている。

ＶＤＣとＶ、ｃの関係は第４図（ａ）〜（ｅ）のトラン
ジスタのスイッチング状態により異なる電流経路毎に説
明すると次の様になる。

第５図（ａ）：並列共振負荷（５）の電圧値ｅ＋（出力
電圧Ｖ　ａ　ｃと同一）と、トランジスタおよびダイオ
ードの順方向電圧降下の合計値Ｖ　ＤＴの２回路分とを
合計した電圧がＶ。。どなる。

第５図（ｂ）二転流重なり期間中は全アームのトランジ
スタがオンとなるのでＶ　ｄ　ｃはＶ（ｌの２回路分と
なり、出力電圧値ｅ２とはこの期間中関係がなくなる。

第５図（Ｃ）：逆電圧期間中は並列共振負荷（５〉の電
圧値ｅ３は直流電流の供給電圧と逆方向であり、Ｖ　Ｄ
Ｔの２回路分の電圧と逆であるためその差電圧が逆方向
に加わる。

第５図（ｄ）：並列共振負荷（５）の電圧値がゼロ点を
交叉するとき、順方向電圧降下Ｖ　−Ｄ　Ｔの２倍の電
圧との合成電圧もわずかなタイミング差でゼロ点を交叉
する。そして、 第５図（ｅ）：並列共振負荷（５）の電圧値ｅ、と順方
向電圧降下■。、の２倍の合成値が入力電圧ｖｔｌｃと
なる。この様な状態期間を繰り返して定常の逆変換動作
を行っている。この時に順変換回路（２）から供給され
る直流電流は直流リアクトル（３）で脈動を抑制されて
いるためほぼ一定値になっている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の電流形インバータは逆変換回路のスイッチング素
子として高速用サイリスタを用いたものがほとんどであ
る。しかし、第４図の従来例のように自己消弧形素子の
トランジスタを使用した場合、過電流耐量が小さいこと
、ベース電流不足、ベース電流の途中喪失等の、サイリ
スタにはない素子特性上の差に起因する、特に過渡的期
間における不安要素があること等の問題点があった。

この発明はこの様な問題点を解決するためになされたも
ので、自己消弧形素子のトランジスタを使用した電流形
インバータの場合に過渡的に外乱等で動作が乱れた時で
も装置の破壊に至らないようにスイッチング素子として
のトランジスタを保護する過電圧過電流保護回路を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る電流形トランジスタインバータの過電圧
過電流保護回路は、逆変換回路のそれぞれ出力端子間、
入力端子間に接続されて各端子間過電圧をクランプする
第１．第２の電圧クランパと、前記入力端子間に接続さ
れ過電流が流れる時に前記入力端子間を短絡する回路を
有する短絡器とを設けたものである。

［作　用］ この発明における電流形トランジスタインバータの過電
圧過電流保護回路は、過電圧過電流の検知とそれに対す
る保護動作をその回路内で行ういわゆる内部トリガ式と
し、応答時間を短かくすると共に並列共振負荷の振動減
衰を早めるので、スイッチング素子に支えるストレスを
小さくすることができる。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明に係る過電圧過電流保護回路の一実施
例を含む電流形トランジスタインバータの回路図であり
、図において（１）〜（５）は第４図について説明した
ものと全く同じである。

（１１）は逆変換回路（４）の出力端子０１．０２間に
接続されて過電圧をクランプする第１の電圧クランパ例
えばサージ電圧吸収器であって、出力端子ｏ１にそれぞ
れアノード、カソードが接続されたダイオードＤｉ、Ｄ
２の直列接続体と、この直列接続体と並列に接続される
と共に出力端子０２にそれぞれアノード、カソードが接
続されたダイオードＤ３．Ｄ４の他の直列接続体と、こ
れら直列接続体の両端間で互いに並列に接続されたコン
デンサＣ１および放電抵抗Ｒ１と、これらコンデンサＣ
１および放電抵抗Ｒ１と並列に接続された電圧クリップ
機能素子ＭＣＩとを有している。

（１２）は逆変換回路（４）の入力端子ＩＩ、Ｉ２間に
接続されて過電圧をクリップする第２の電圧クランパ例
えばサージ電圧吸収器であって、入力端子１１にアノー
ドが接続されたダイオードＤ５と、このダイオードＤ５
のカソードに一端が接続されかつ互いに並列に接続され
たコンデンサＣ２および放電抵抗Ｒ２と、これらコンデ
ンサＣ２および放電抵抗Ｒ２と並列に接続された電圧ク
リップ機能素子ＶＣ２と、コンデンサＣ１および放電抵
抗Ｒ１の他端にアノードが接続されかつカソードが入力
端子Ｉ２に接続されたダイオードＤ６（なお、このダイ
オードＤ６は後述するように共用される。

）とを有している。

（１３）は逆変換回路（４）の入力端子ＩＩ、Ｉ２間に
接続され、これら入力端子ＩＩ、Ｉ２間に過電流が流れ
る時に入力端子ＩＩ、Ｉ２間を短絡する短絡器であって
、入力端子■１にアノードが接続されたダイオードＤ７
、このダイオードＤ７のカソードにアノードが接続され
たサイリスタＴおよびこのサイリスタＴのカソードにア
ノードが接続された前述のダイオードＤ６から成る短絡
用直列回路と、ダイオードＤ１およびＤ３のカソードに
アノードが接続されたダイオードＤ８、このダイオード
Ｄ８のカソードに一端が接続された抵抗Ｒ３、この抵抗
Ｒ３の他端およびダイオードＤ７のカソードに一端が接
続されかつ他端がダイオードＤ５のカソードに接続され
た抵抗から成る電流制限用直列回路と、サイリスタＴの
アノード、カソード問および電圧クリップ機能素子ＶＣ
Ｉの両端間に接続されると共にサイリスタＴのゲートに
も接続された短絡動作指令器１４とを有している。この
短絡動作指令器（１４）は、その内部回路を図示しない
が、短絡器（１３）に印加された電圧が設定値以上にな
ったことを検出する判別器、第１のサージ電圧吸収器（
１１）と第２のサージ電圧吸収器（１２）の電圧差が設
定値以上になったことを検出する判別器、外部よりの短
絡動作指令器報けるインターフユース、それらの信号を
まとめて短絡器（１３）の動作をオンにするトリガ器、
短絡動作を外部に伝達するインターフユース等で構成さ
れている。

トランジスタを使用した電流形インバータの定常的動作
は第５図について説明した通りであり、サイリスタを使
用した電流形インバータと同じ動作である。ただ、トラ
ンジスタが自己消弧形素子でありかつ動作安全領域（以
下ＳＯ＾と略す）と称する使用上の制限がある点がサイ
リスタと異なる。

第２図はこのＳＯ＾の範囲のどの程度を定常動作中に使
用しているかを示す図であり、第２図（ａ）はベース電
流形を流し始めてかつトランジスタがＯＮしてコレクタ
電流工。を流している順方向バイアスＶ。Ｅの軌跡を示
し、そして第２図（ｂ）はベースに逆バイアスをかけて
トランジスタをＯＦＦさせている期間の電圧電流の軌跡
を示したものである。

実用上において、この電流形トランジスタインバータを
誘導加熱装置等に利用すると、負荷である並列共振回路
（５）で地絡や短絡等のトラブルが発生することや、ベ
ース駆動回路（図示せず）の配線不良等でベース駆動信
号喪失等の機会が皆無ではないので、それらの場合上述
のＳＯ＾を超過して素子破壊を発生させる可能性がある
。こうした場合にそれらの異常現象を、ＳＯ＾を超過す
る前に検出し、トランジスタの電圧電流をＳＯ＾の領域
内に抑制して素子破壊を防止させようとするのがこの発
明で・ある。

第１図中の第１のサージ電圧吸収器（１１）は、逆変換
回路（４）の出力電圧をダイオードＤ１〜Ｄ４で全波整
流し、コンデンサＣ１および放電抵抗Ｒ１並びに電圧ク
リップ機能素子■Ｃ１に与えている。

出力電圧の瞬時値をＶｏｓｉｎｗｔ　、整流電圧を■。

０とすると、その関係は第３図の定常時の■。０の様に
なる。又第１図中の第２のサージ電圧吸収器（１２）は
５大体出力電圧■。ｓｉｎｗｔに逆変換回路（４）内の
ＯＮ中の素子の順方向電圧降下を加算した値（転流型な
り中は逆変換回路の順方向電圧降下値のみ、転流終了後
電圧ゼロ点までの期間は■。５ｉｎｕ＋ｔにの逆方向電
圧からＯＮ中の素早の順方向電圧降下を差し引いた値に
なる）が逆方向はダイオードで阻止されているためコン
デンサＣ２および放電抵抗Ｒ２並びに電圧クリップ機能
素子ＶＣ２に与えられる。この電圧の関係は第３図の定
常時のＶＩＤの様になる。第１のサージ電圧吸収器（１
１）および第２のサージ電圧吸収器（１２）中のコンデ
ンサと放電抵抗の時定数は前者を出力周波数の１〜２倍
、後者を前者の２倍程度に選んであり、かつ短絡器（１
３）の中にある、入力電圧と出力電圧の差によるトリガ
機構のしきい値は通常の起動、停止て出る差電圧よりも
設定されているので短絡器（１３）が動作する様なこと
はない。

次に負荷側で短絡が発生すると、前述の様に第１のサー
ジ電圧吸収器（１１）および第２のサージ電圧吸収器（
１２）中のコンデンサと放電抵抗の時定数は前者が短か
いので、出力周波数の２サイクル目以降には■ｘＤと■
。０の差が第３図の出力側短絡発生以降の様に拡大して
行き、ついにはしきい値■、１を越えることになる。

一方、負荷側の短絡が発生すると、図示しなかったが、
出力電圧検出器のフィードパ・ンクがなくなり、制御応
答で順変換回路（２）がフル点弧になり、直流電圧を上
げる。又出力端子から見たインピーダンスは小さくなっ
ているので電流は増加する。

電流増加の要因が２重にあるため、直流リアクトル（３
）に電流変化の抑制機能があるが、出力周波数の２桁サ
イクル程度の時間が経過すると、定常時の２倍以上の電
流値が流れる様になり、この傾向を放置するとトランジ
スタはＳＯ＾を超過して破壊する。上記のしきい値Ｖ　
？　ｌを越えると短絡動作指令器（１３）が動作して入
力端子ＩＩ、Ｉ２間を短絡させる。そうすると、今まで
逆変換回路（４）にしか電流経路がなかったものが短絡
回路ができかつ逆変換回路（４）よりも順電圧降下が小
さいので、電流の大部分はこの短絡器（１３）を流れる
。また図示しないが、短終動作指令器（１４）の動作信
号は順変換回路（２）のゲート信号しゃ断指令にも使用
されるため、短絡器（１３）の動作後少なくとも商用周
波数の半サイクル（約１０ｍ５ｅｃ　）後には電流の供
給がゼロになる。この様な動作により短絡発生後電流が
あまり増加しない時間内に短絡器（１３）を動作させ、
トランジスタには過大電流を流さない様にするのでＳＯ
＾領域内に留めて素子の破壊を防止する。

更にベース電流が損失した場合の保護動作について説明
する。トランジスタが配線外れ等でベース電流が喪失す
るとＯＮ動作中のトランジスタは直流増幅重信のコレク
タ電流を流す能力を消失し、エミッターコレクタ間電圧
Ｖ　ＣＥがＯＮ中の２〜３■からＯＦＦ中の素子電圧ま
で上昇しようとする。

この時にトランジスタ内部の電力損失が急増し、内部接
合の温度が上昇して使用温度によるＳＯ＾領域低減にふ
れて破壊するおそれや、直流リアクトル（３）を経由す
る電流経路のしゃ断によるサージ電圧発生でＳＯ＾を超
過するおそれがある。この場合も負荷側短絡と同じ原理
（Ｖ０ｔｋ増大分がＶＯｃｏｓｗｔ）に加算されるため
ＶＩＤは定常時よりもはるかに大きくなる）で短絡器（
１３）が動作し、直流リアクトル（３）の持つエネルギ
ーを放出する回路を作る。過渡的にサージ電圧として発
生したものは、第２のサージ電圧吸収器（１２）中の電
圧クリ・ノブ機能素子がそのクリップ電圧以上にならな
い様に自身に電流を流し込んで抑制する。負荷短絡時の
動作と同様に順変換回路（２）もゲート信号しゃ断を行
うので、この場合もトランジスタにはＳＯ＾を超過する
様な電圧電流を流さない様にするので素子の破壊が防止
できる。

なお、上記実施例において短絡器はサイリスタを用いて
いるが、スイッチング機能を有する他のもの例えばトラ
ンジスタを用いても良い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明は２、逆変換回路のそれぞれ出
力端子間、入力端子間に接続されて各端子間過電圧をク
ランプする第１．第２の電圧クランパと、前記入力端子
間に接続され過電流が流れる時に前記入力端子間を短絡
する回路を有する短絡器とを備え、並列共振負荷の短絡
等の事故が発生した様な場合でもトランジスタのＳＯ＾
を超過することが防止できるため、一般工事用途で使用
する場合の事故発生率を低下させ、信頼性の高い、使い
勝手の良いインバータが得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は二の発明の一実施例を示す回路図、第２図はト
ランジスタの動作安全領域（Ｓｏ＾）と定常動作中の電
圧、電流軌跡を示す特性図、第３図は第１図に示した第
１および第２のサージ電圧吸収器の電圧波形と異常検出
の仕方を説明する図、第４図は従来の電流形トランジス
タインバータの回路図、第５図は第４図の回路における
定常動作中の各部の電圧波形と電流経路の推移を示す説
明図である。 図において、（２）は順変換回路、（３）は直流りば短
絡器、（１４）は短絡動作指令器である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代　　理　　人　　　　　曾　　我　　道　　照舒り 筋２図 （ｏ）　　　　　　　　　　（ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）順変換回路、直流リアクトルおよび逆変換回路を
   備えた電流形トランジスタインバータにおいて、前記逆
   変換回路のそれぞれ出力端子間、入力端子間に接続され
   て各端子間過電圧をクランプする第１、第２電圧クラン
   パと、前記入力端子間に接続され、過電流が流れる時に
   前記入力端子間を短絡する短絡回路および前記第１と第
   ２の電圧クランパを結合する電流制限回路を有する短絡
   器とを備え、前記逆変換回路中のトランジスタの動作安
   全領域を電圧、電流が越えないようにしたことを特徴と
   する電流形トランジスタインバータの過電圧過電流保護
   回路。
2. （２）短絡器は、その短絡回路を動作させるために少な
   くとも入力端子間電圧過大、入力電圧と出力電圧の差電
   圧過大の２点以上の設定機能を持った短絡動作指令器を
   有していることを特徴とする請求項１記載の電流形トラ
   ンジスタインバータの過電圧過電流保護回路。