JPH0488826A

JPH0488826A - サイリスタ変換器の保護装置

Info

Publication number: JPH0488826A
Application number: JP19785690A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Takahashi; 忠高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1992-03-23
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPH0685618B2

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）本発明は直流送電等の高電圧のサイリスタ変換器を通電
終了直後の通電圧から保護するサイリスタ変換器の保護
装置に関する。

（従来の技術）サイリスタの多数個直列又は直並列接続で構成される直
流送電等のサイリスタ変換器は、通電終了直後の順耐圧
特性が徐々にしか回復しないため、所定期間の逆電圧（
以下余裕角と記す。）を加えてから順電圧か加わるよう
に制御（余裕角（γ）一定制御）されるされている。

しかし、万一、何んらかの過渡的な要因（系統電圧低下
、電圧歪、外需過電圧侵入等）で余裕角が所定値（素子
のターンオフ時間等にリンク）より、小さくなった場合
、これを検出して、全すイリスタに一斉に点弧パルスを
与えるいわゆる強制点弧保護が行なわれる。

これは、通流終了直後には、サイリスタ内部には多数の
残留キャリアが存在し、この残留キャリアが消滅するま
で順回復しないこと、及び順回復特性が、素子により大
幅にばらつくことに起因して、次の不具合が生じるため
である。短い逆電圧期間では、順回復する素子と順回復
しない素子が混在しく部分転流失敗現象）、この結果、
順回復した素子のみに、全回路電圧が加わり、その素子
が破損する。

即ち、（１〉順回復過程で順回復電圧以上の電圧が、外部より
加わるとサイリスタは自己点弧（又はブレークオーバー
）し、このとき電圧又は電流が大きい場合破損する。

（２）直列接続の場合、順回復の特性にバラツキがある
ので、外部より順回電圧以上の電圧が加わったとき、自
己点弧がバラバラ（部分転流失敗）になり、＜１）の現
象が拡大し、素子の破損するケースが増大する。

このような異常現象を防止するため前述したように、１）定常時−γ一定制御−γが一定値以上なるような制
御２）過渡時−強制点弧一過渡的にγ　γ０　（所定値）
になったら強制的に全サイリスタ素子にパルスを供給等の制御・保護が行なわれている。

前述した、従来の強制点弧保護は余裕角、γが所定値、
γ０より大きいか否かで判定している。

即ち余裕角期間しかかみていない。

しかしながら、余裕角後にサイリスタ変換器には順電圧
（商用周波）が加わるが、万一この期間に雷インパルス
〜開閉インパルス状の過電圧が重畳した場合に（部分転
流失敗）現象が発生し、危険な状況になり、素子が破損
するケースが生じる。これは、余裕角γが所定値γ。（
＝４００〜６００μｓ〉素子のターンオフ時間、Ｔｇ）
より、十分大きい場合でも、γ終了時近傍では、サイリ
スタ内部にキャリアが残存し、サイリスタはある電圧以
上の順方向電圧に耐えられないためである。

この現象について、第６図、第７図を使って説明する。

第６図は直流逆電等に用いられるサイリスタ変換器の回
路構成を示し、（ａ）は主回路構成を示し、（ｂ）は変
換器自身のアーム構成の詳細を示す。

１はサイリスタ変換器、２は変換器用変圧器、３は平滑
用のＤＣリアクトルを示す。この構成でサイリスタ変換
器１で交流−直流へ、又は直流→交流へそれぞれ電力を
変換する。この種のサイリスタ変換器１は、通常電圧が
高いので（ｂ）に示すように、多数の直列サイリスタ４
．〜４Ｎから構成される。（Ｎ−直列数、Ｎ−１００〜
２００個）５１〜５Ｎは各サイリスタ電圧を均等にする
ための分圧回路で、７．〜７Ｎはサイリスタの光点弧信
号を大地レベルのゲート制御装置（図示していない）よ
り伝送するライトガイドである。

６、〜６Ｍはサイリスタのｄ　ｉ　／　ｄ　を及びｄｖ
／ｄｔを抑制するためのりアクドルである。（Ｍ≦Ｎ）かかる構成のサイリスタ変換器に於いて、通電終了直後
にインパルス状の過電圧が加わった例を第７図に示す。

第７図は問題となる変換器が逆変換器として運転してい
る例で、（ａ）はアーム電圧を、（ｂ）はアーム電流を
それぞれ示す。

通常は、実線で示すような、電圧、電流波形となり、サ
イリスタ変換器は正常に運転できる。

（γ≧７０）シカシながら、ｔ−ｔｌ　　（Δｔ−ｔｌ　−ｔＯ＝０
〜数百μｓ）で、点線で示すインパルス状の過電圧が加
わると、各サイリスタにはキャリアがまだ残っているた
めこの過電圧（ＶＯ）に耐えられないケースが生じる（
部分自己点弧一部分転流失敗）コノ現象は、ＶＤ、ｄＶ
Ｏ／ｄｉが大きい程、又Δｔが小さい程、発生し易い。

ｖＯの大小、ｄＶｏ／ｄｔの大小、Δｔの大にょり次の
第１表のようになる。

ケースＡＣはサイリスタにとって過大ストレスになるこ
とがなく、保護の必要性は少ない。

方、ケースＢは部分転流失敗が生じ、１部のサイリスタ
が過電圧により破損する。従って、このケースＢでは保
護は必ず必要である。しかるに、従来の強制点弧保護は
余裕角γと所定値γＯを比較し、γ≦７０の条件で強制
点弧を行っていたが、第７図に示すように順電圧が加わ
った（ｔ−ｔＯ）以降については全く保護ができない。

従って、Δｔ　（０〜数百μｓ）期間にインパルス性の
過電圧が進入した場合、サイリスタ素子を一部もしくは
全素子を破損させる危険性があった。

本発明はかかる危険性を防止するためのサイリスタ変換
器の保護装置を提案するものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は前述の目的を達成するために、各サイリスタ毎
に高電位側に設けられる電圧検出器と、大地側に設けら
れる制御装置からライトガイドを介して与えられるゲー
ト点弧指令信号と前記電圧検出器の出力信号が印加され
、サイリスタの通電後に印加される逆電圧か無くなった
時点から所定の順電圧回復保護期間を決定する保護期間
決定回路を設け、前記順電圧回復保護期間に前記電圧検
出器が所定レベル以上の電圧、或いは所定値以上の電圧
上昇率を検出した条件でサイリスタに強制点弧パルスを
与えるようにしたことを特徴とするものである。

（作用）前述のように構成することにより、順電圧回復保護期間
にサイリスタに所定値以上の電圧、或いは、この電圧の
上昇率が所定値以上の場合はサイリスタに強制的に点弧
パルスが与えられるからサイリスタの破損を防止出来、
しかも強制的に点弧パルスを供給する順電圧回復保護回
路は高電位側に設けているため、高速な保護が可能で雷
サージのような過電圧も保護出来る。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。始め
に、第１図及び第２図により一実施例について説明する
。第１図において、１０はサイリスタの電圧或いはその
上昇率を検出する電圧検出器で、抵抗又は抵抗とコンデ
ンサ等の組合せ回路で構成される。９は順電圧回復保護
回路（以下単にＦＲ保護回路と記す）で、保護期間の決
定及び過電圧（変化率）の判定を行う。

第２図は前記順電圧回復保護回路９の詳細構成図で、保
護期間決定回路１１はゲート点弧指令信号ａと電圧検出
器１０からの信号Ｃとから、電圧零点ｔ３からΔｔの時
間を有する保護期間信号ｄをつくる。一方、過電圧判定
回路には電圧検出器１０の出力Ｃを使って所定レベル（
第３図のＶＯシ）以上で過電圧信号ｅを発生させる、Ａ
ＮＤ回路１３にてｄ、ｅ信号のＡＮＤ条件でゲート点弧
指令をつくり増幅器１４を通してサイリスタのゲートに
強制点弧信号ｆを供給するように構成している。

次に第１．第２図に示す本発明実施例の作用を、第３図
の本実施例の動作タイムチャートで説明する。

第３図はサイリスタ変換器を逆変換器として運転状態に
於いて、通電終了後に過電圧が侵入した時の保護シーケ
ンスをしている。

ｔ−ｔｌで通常のゲート点弧信号すにてサイリスタは点
弧し、ｔ−ｔ２で逆圧が加わり通電を終了する。ｔ−ｔ
３で、逆電圧は零になり、順電圧が加わるようになる。

保護期間信号ｄ、ｔ−ｔ３を起点としてΔを期間“１”
なるような信号とする。なお、Δｔはサイリスタの残留
キャリアの関連で決まる順方向の電圧回復特性（ＦＲ特
性）で決定される。

かかる状況で、ｔ−ｔ４時点に、所定の電圧レベル（Ｖ
　０Ｌ）−以上の過電圧か侵入した（点線１例を考える
。この場合ｔ−ｔ４で、過電圧信号ｅは“１”となり、
この結果、第２図のＡＮＤ条件は成立し、強制点弧信号
ｆは“１”となり、この結果、増幅器１４を通じてサイ
リスタに強制点弧信号か供給され、サイリスタは過電圧
から保護される。所定の電圧レベル（Ｖ　ＯＬ）は、サ
イリスタがターンオフ直後（γ＋Δを期間）に、耐えら
れ電圧をベースに決められる。

なお、本発明の説明（第３図）で、保護期間を通電後の
電圧零点（ｔ−ｔ２）よりΔを間と説明したが、特にγ
不足保護が附属していない変換器の場合はＦＲの保護期
間をΔ１−（γ＋Δｔ）とすべきである。

第４図、第５図に本発明の他の実施例を示す。

第４図はサイリスタとして電気トリガ電極を有し光ゲー
ト入力部をも持ついわゆる電気及び光トリガサイリスタ
を変換器に採用したときの本発明の適用例である。第１
図のライトガイド、７（１分岐形）を１部分岐したライ
トガイド７ユ　（２分岐形）ライトガイドに代えること
によって、第１１図と同様のＦＲ保護が可能となる。

第５図は、サイリスタとして光トリガサイリスタを適用
したときの本発明の適用例を示す。

第１図のライトガイド７を図示のような２部２分岐ライ
トガイド７２に代えることによって、第１図と同様のＦ
Ｒ保護が可能である。即ちライトガイド７２のＡ点に於
いて大地からのゲート点弧指令信号、ａ（光信号）を１
部分岐しＦＲ保護回路９の受光素子２０に導びくと共に
、ＦＲ保護回路９の出力を、発光素子２１を介して再び
８点でライトガイド集束ｂ＋（−ａ）及びｂ２２部が光
サイリスタに入るように構成している。

以上説明した本実施例によれば、サイリスタ毎に電圧検
出器１０及びＦＲ保護回路９を備えるものにおいて、サ
イリスタのターンオフ直後（Δを期間）の過電圧に対し
て確実に強制点弧により保護ができる。又ＦＲ保護を直
列サイリスタの各サイリスタ毎に行っているため、電圧
検出及びＦＲ保護を高速で行うことができ、非常に速い
雷サージ過電圧も保護ができる。

又、保護期間信号も、大地から通常のゲート点弧指令信
号ａと電圧信号Ｃとから容易につくれることから回路を
簡単化できる。

［発明の効果コ以上の述べた本発明によれば、簡単で、高速でかつ、非
常に信頼性のあるサイリスタ変換器の保護装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の順電圧回復保護回路・の詳細構成図、第３図は本発
明の詳細な説明するための動作波形図、第４図および第
５図は本発明のそれぞれ異る他の実施例を示す構成図、
第６図（ａンは本発明を適用するサイリスタ変換器の構
成図、第６図（ｂ）はサイリスタ変換器のアームの構成
図、第７図はサイリスタ変換器の動作波形図である。１・・・サイリスタ変換器、２・・・変圧器、３・・・
ＤＣリアクトル、４・・・サイリスタ、５・・・分圧回
路、６・・・リアクトル、７・・・ライトガイド、８・
・・増幅器、９・・・順電圧回復保護回路、１０・・・
電圧検出器、１１・・・保護期間決定回路、１２・・・
過電圧判定回路、１３・・ＡＮＤ回路、１４・・・増幅
器、２０・・・受光素子、２１・・・発光素子。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のサイリスタを直列接続してアームを構成し
て成るサイリスタ変換器において、各サイリスタ毎に高電位側に設けられる電圧検出器と、大地側に設けられる制御装置からライトガイドを介して
与えられるゲート点弧指令信号と前記電圧検出器の出力
信号が印加され、サイリスタの通電後に印加される逆電
圧が無くなった時点から所定の順電圧回復保護期間を決
定する保護期間決定回路を具備し、前記順電圧回復保護期間に前記電圧検出器が所定レベル
以上の電圧、或いは所定値以上の電圧上昇率を検出した
条件でサイリスタに強制点弧パルスを与えるようにした
ことを特徴とするサイリスタ変換器の保護装置。
（２）前記順電圧回復保護期間は当該順電圧回復保護期
間にサイリスタの余裕角期間を加算した期間とする請求
項１記載のサイリスタ変換器の保護装置。