JPH06233454A - 電力変換装置の過電圧保護回路 - Google Patents
電力変換装置の過電圧保護回路Info
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- JPH06233454A JPH06233454A JP5015313A JP1531393A JPH06233454A JP H06233454 A JPH06233454 A JP H06233454A JP 5015313 A JP5015313 A JP 5015313A JP 1531393 A JP1531393 A JP 1531393A JP H06233454 A JPH06233454 A JP H06233454A
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2210/00—Converter types
- B60L2210/40—DC to AC converters
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
- H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
- H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
- H02H7/1222—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the input circuit, e.g. transients in the DC input
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Abstract
(57)【要約】
【目的】 外来サージを低減することで、比較的低耐圧
の電力用半導体素子を使用可能として低コストとし、小
型・軽量化を図る。 【構成】 電力変換器７の前段に設けられた入力フィル
タリアクトル５と直列にＧＴＯサイリスタ９と抵抗１０
との並列回路を接続し、入力フィルタコンデンサ６と並
列に抵抗１１とサイリスタ１２との直列回路を接続し、
過電圧状態になったらＧＴＯサイリスタ９をオフ、サイ
リスタ１２をオンとして外来サージを抵抗１０，１１で
分圧して低減することにより、入力フィルタコンデンサ
６の電圧上昇を抑制する。
の電力用半導体素子を使用可能として低コストとし、小
型・軽量化を図る。 【構成】 電力変換器７の前段に設けられた入力フィル
タリアクトル５と直列にＧＴＯサイリスタ９と抵抗１０
との並列回路を接続し、入力フィルタコンデンサ６と並
列に抵抗１１とサイリスタ１２との直列回路を接続し、
過電圧状態になったらＧＴＯサイリスタ９をオフ、サイ
リスタ１２をオンとして外来サージを抵抗１０，１１で
分圧して低減することにより、入力フィルタコンデンサ
６の電圧上昇を抑制する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電力用半導体素子か
らなる電力変換器の入力サージに対する過電圧保護回路
に関する。
らなる電力変換器の入力サージに対する過電圧保護回路
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８に車両用変換装置の例を示す。同図
において、１は電車線、２はパンタグラフ（パンタとも
いう）、３はアレスタ（避雷器）、４は高速度遮断器
８，入力フィルタリアクトル５，入力フィルタコンデン
サ６および電力用半導体素子をスイッチング素子とする
電力変換器７などから構成される車両用変換装置であ
る。電力変換器７としては、例えば車両駆動装置（チョ
ッパ，ＶＶＶＦインバータなど）や車両補助電源装置な
どがある。
において、１は電車線、２はパンタグラフ（パンタとも
いう）、３はアレスタ（避雷器）、４は高速度遮断器
８，入力フィルタリアクトル５，入力フィルタコンデン
サ６および電力用半導体素子をスイッチング素子とする
電力変換器７などから構成される車両用変換装置であ
る。電力変換器７としては、例えば車両駆動装置（チョ
ッパ，ＶＶＶＦインバータなど）や車両補助電源装置な
どがある。
【０００３】従来、電力変換器に使用される電力用半導
体素子の耐圧は外来サージによって決められる。雷サー
ジの場合は、入力側に設置されたアレスタ（図８の符号
３参照）によって電圧が例えば図９のように制限され、
同図に実線で示すような波形のサージがフィルタを含む
車両用変換装置に入力されることになる。通常、直流１
５００Ｖ給電の電車線の場合には、アレスタの制限電圧
が４５００Ｖであり、電力用半導体素子としては４５０
０Ｖ耐圧のものが使用される。
体素子の耐圧は外来サージによって決められる。雷サー
ジの場合は、入力側に設置されたアレスタ（図８の符号
３参照）によって電圧が例えば図９のように制限され、
同図に実線で示すような波形のサージがフィルタを含む
車両用変換装置に入力されることになる。通常、直流１
５００Ｖ給電の電車線の場合には、アレスタの制限電圧
が４５００Ｖであり、電力用半導体素子としては４５０
０Ｖ耐圧のものが使用される。
【０００４】図１０には入力サージ電圧が印加されたと
きのコンデンサ電圧波形（ステップ応答）を示してお
り、入力フィルタの共振振動によって同図（ロ）にＶｃ
で示すように同（イ）の入力サージ電圧ΔＶよりも高く
なる（電力変換器側が完全に無負荷の場合には、ΔＶの
２倍まではね上がる）。実際には、入力フィルタの共振
周波数がサージ電圧パルス幅に対して十分低い値になっ
ていれば、図１０に破線で示すようにΔＶよりも小さな
はね上がり電圧に抑制されることが多いが、サージによ
っては図１０の実線で示すように、アレスタ電圧よりも
コンデンサ電圧が大きくなることもある。
きのコンデンサ電圧波形（ステップ応答）を示してお
り、入力フィルタの共振振動によって同図（ロ）にＶｃ
で示すように同（イ）の入力サージ電圧ΔＶよりも高く
なる（電力変換器側が完全に無負荷の場合には、ΔＶの
２倍まではね上がる）。実際には、入力フィルタの共振
周波数がサージ電圧パルス幅に対して十分低い値になっ
ていれば、図１０に破線で示すようにΔＶよりも小さな
はね上がり電圧に抑制されることが多いが、サージによ
っては図１０の実線で示すように、アレスタ電圧よりも
コンデンサ電圧が大きくなることもある。
【０００５】通常、外来サージにより入力フィルタコン
デンサが過電圧になると、変換器７の動作を停止して保
護を図るようにしているが、このコンデンサ電圧が素子
の耐圧を越えると素子破壊に至る。一方、電力用半導体
素子の性能は素子耐圧と密接な関係を持っており、一般
に素子耐圧を高くすればするほど素子のオン電圧は高く
なり、スイッチング性能も低下する。つまり、電力用半
導体素子として高耐圧のものを用いるほど損失が大きく
なり、変換器が大型化することになる。特に、車両用変
換装置に用いられる電力用半導体素子は入力サージ電圧
が大きいため、変換器動作から要求される素子耐圧（通
常のスイッチング動作で印加される最大電圧）よりも、
かなり大きな耐圧特性を持つものが使用される。
デンサが過電圧になると、変換器７の動作を停止して保
護を図るようにしているが、このコンデンサ電圧が素子
の耐圧を越えると素子破壊に至る。一方、電力用半導体
素子の性能は素子耐圧と密接な関係を持っており、一般
に素子耐圧を高くすればするほど素子のオン電圧は高く
なり、スイッチング性能も低下する。つまり、電力用半
導体素子として高耐圧のものを用いるほど損失が大きく
なり、変換器が大型化することになる。特に、車両用変
換装置に用いられる電力用半導体素子は入力サージ電圧
が大きいため、変換器動作から要求される素子耐圧（通
常のスイッチング動作で印加される最大電圧）よりも、
かなり大きな耐圧特性を持つものが使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、車両用
変換装置に使用する電力用半導体素子は過大な外来サー
ジ電圧に対処すべく、これに耐える耐圧のものを使用し
ている。高耐圧の電力用半導体素子は高価であるだけで
なく素子損失も大きいため、これを用いて変換器を構成
すると、装置が大型化するという問題がある。したがっ
て、この発明の課題は外来サージではなく、変換器動作
から要求される素子耐圧のものを使用できるようにする
ことで、装置の小型，軽量化さらには低コスト化を図る
ことにある。
変換装置に使用する電力用半導体素子は過大な外来サー
ジ電圧に対処すべく、これに耐える耐圧のものを使用し
ている。高耐圧の電力用半導体素子は高価であるだけで
なく素子損失も大きいため、これを用いて変換器を構成
すると、装置が大型化するという問題がある。したがっ
て、この発明の課題は外来サージではなく、変換器動作
から要求される素子耐圧のものを使用できるようにする
ことで、装置の小型，軽量化さらには低コスト化を図る
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、第１の発明では、電力用半導体素子をスイッチ
ング素子とする電力変換器の入力側にはリアクトルとコ
ンデンサからなる入力フィルタを接続して構成される電
力変換装置の過電圧保護回路において、前記リアクトル
と直列に第１のスイッチ素子と第１の抵抗との並列回路
を接続するとともに、前記コンデンサと並列に第２のス
イッチ素子と第２の抵抗との直列回路を接続し、通常は
前記第１のスイッチ素子をオン、前記第２のスイッチ素
子をオフとしておき、外来サージ電圧によって過電圧に
なったときは、第１のスイッチ素子をオフとし、第２の
スイッチ素子をオンとすることを特徴としている。この
第１の発明では、前記過電圧を、前記電力変換装置の入
力部の電圧にもとづき検知することができ、あるいは前
記電力変換器の入力側に設けられた前記コンデンサの両
端電圧にもとづき検知することができる。
るため、第１の発明では、電力用半導体素子をスイッチ
ング素子とする電力変換器の入力側にはリアクトルとコ
ンデンサからなる入力フィルタを接続して構成される電
力変換装置の過電圧保護回路において、前記リアクトル
と直列に第１のスイッチ素子と第１の抵抗との並列回路
を接続するとともに、前記コンデンサと並列に第２のス
イッチ素子と第２の抵抗との直列回路を接続し、通常は
前記第１のスイッチ素子をオン、前記第２のスイッチ素
子をオフとしておき、外来サージ電圧によって過電圧に
なったときは、第１のスイッチ素子をオフとし、第２の
スイッチ素子をオンとすることを特徴としている。この
第１の発明では、前記過電圧を、前記電力変換装置の入
力部の電圧にもとづき検知することができ、あるいは前
記電力変換器の入力側に設けられた前記コンデンサの両
端電圧にもとづき検知することができる。
【０００８】第２の発明では、電力用半導体素子をスイ
ッチング素子とする電力変換器の入力側にはリアクトル
とコンデンサからなる入力フィルタを接続して構成され
る電力変換装置の過電圧保護回路において、前記リアク
トルと直列に第１のスイッチ素子と第１の抵抗との並列
回路を接続するとともに、前記コンデンサと並列に第２
のスイッチ素子と第２の抵抗との直列回路を接続し、通
常は前記第１のスイッチ素子をオン、前記第２のスイッ
チ素子をオフとしておき、前記コンデンサの端子電圧が
第１の過電圧レベルを越えたときは第２スイッチ素子を
オンとし、さらにコンデンサの端子電圧が第２の過電圧
レベルを越えたときは第１スイッチ素子をオフとするこ
とを特徴としている。
ッチング素子とする電力変換器の入力側にはリアクトル
とコンデンサからなる入力フィルタを接続して構成され
る電力変換装置の過電圧保護回路において、前記リアク
トルと直列に第１のスイッチ素子と第１の抵抗との並列
回路を接続するとともに、前記コンデンサと並列に第２
のスイッチ素子と第２の抵抗との直列回路を接続し、通
常は前記第１のスイッチ素子をオン、前記第２のスイッ
チ素子をオフとしておき、前記コンデンサの端子電圧が
第１の過電圧レベルを越えたときは第２スイッチ素子を
オンとし、さらにコンデンサの端子電圧が第２の過電圧
レベルを越えたときは第１スイッチ素子をオフとするこ
とを特徴としている。
【０００９】また、第３の発明では、電力用半導体素子
をスイッチング素子とする電力変換器の入力側にはリア
クトルとコンデンサからなる入力フィルタを接続して構
成される電力変換装置の過電圧保護回路において、前記
リアクトルと直列に双方向の電流遮断能力を持つ第１の
スイッチ素子と抵抗との並列回路を接続するとともに、
電力変換装置の入力部過電圧以外の変換装置の故障時に
も前記第１のスイッチ素子をオフとして、その保護を可
能にしたことを特徴としている。さらに、第１，第２，
第３の発明では、前記第１のスイッチ素子とこれに並列
接続される抵抗を、前記コンデンサの初期充電のために
も利用することができる。
をスイッチング素子とする電力変換器の入力側にはリア
クトルとコンデンサからなる入力フィルタを接続して構
成される電力変換装置の過電圧保護回路において、前記
リアクトルと直列に双方向の電流遮断能力を持つ第１の
スイッチ素子と抵抗との並列回路を接続するとともに、
電力変換装置の入力部過電圧以外の変換装置の故障時に
も前記第１のスイッチ素子をオフとして、その保護を可
能にしたことを特徴としている。さらに、第１，第２，
第３の発明では、前記第１のスイッチ素子とこれに並列
接続される抵抗を、前記コンデンサの初期充電のために
も利用することができる。
【００１０】
【作用】変換装置の入力部に第１のスイッチ素子と第１
の抵抗との並列回路を接続するとともに、入力フィルタ
コンデンサに並列に第２のスイッチ素子と第２の抵抗と
の直列回路を接続し、入力が過電圧になったら第１のス
イッチ素子をオフ、第２のスイッチ素子をオンとして第
１，第２抵抗によりサージ電圧を分圧することにより、
入力コンデンサ電圧の上昇を抑制し、比較的耐圧の低い
電力用半導体素子を使用可能とする。その結果、装置の
低価格化，小型・軽量化を図ることができる。
の抵抗との並列回路を接続するとともに、入力フィルタ
コンデンサに並列に第２のスイッチ素子と第２の抵抗と
の直列回路を接続し、入力が過電圧になったら第１のス
イッチ素子をオフ、第２のスイッチ素子をオンとして第
１，第２抵抗によりサージ電圧を分圧することにより、
入力コンデンサ電圧の上昇を抑制し、比較的耐圧の低い
電力用半導体素子を使用可能とする。その結果、装置の
低価格化，小型・軽量化を図ることができる。
【００１１】
【実施例】図１はこの発明の第１実施例を示す回路図で
ある。すなわち、この実施例は図８に示すものに対し
て、高速度遮断器８と入力フィルタリアクトル５との間
には、自己消弧能力を持つ例えばゲートターンオフ（Ｇ
ＴＯ）サイリスタ９と抵抗１０とダイオード１３との並
列接続回路を挿入するとともに、入力フィルタコンデン
サ６にはこれと並列に抵抗１１とサイリスタ１２との直
列回路を接続して構成される。
ある。すなわち、この実施例は図８に示すものに対し
て、高速度遮断器８と入力フィルタリアクトル５との間
には、自己消弧能力を持つ例えばゲートターンオフ（Ｇ
ＴＯ）サイリスタ９と抵抗１０とダイオード１３との並
列接続回路を挿入するとともに、入力フィルタコンデン
サ６にはこれと並列に抵抗１１とサイリスタ１２との直
列回路を接続して構成される。
【００１２】ここで、高速度遮断器８は車両用変換装置
４の異常時に動作し、装置４を電車線１から切り離す働
きをしており、ＧＴＯサイリスタ９と抵抗１０，１１お
よびサイリスタ１２は外来サージに対する保護のために
設けられる。また、ダイオード１３は車両駆動装置のよ
うに、変換器７の運転モードとして回生運転モードがあ
るときにその回生電流を流すために設けられ、補助電源
装置のように回生運転モードが無い場合はダイオード１
３は不要である。
４の異常時に動作し、装置４を電車線１から切り離す働
きをしており、ＧＴＯサイリスタ９と抵抗１０，１１お
よびサイリスタ１２は外来サージに対する保護のために
設けられる。また、ダイオード１３は車両駆動装置のよ
うに、変換器７の運転モードとして回生運転モードがあ
るときにその回生電流を流すために設けられ、補助電源
装置のように回生運転モードが無い場合はダイオード１
３は不要である。
【００１３】図１の動作について説明する。通常運転時
には、高速度遮断器８とＧＴＯサイリスタ９はオン状態
で、サイリスタ１２はオフ状態にある。ここで、過大な
外来サージが入力されると、図示されない過電圧検知手
段により、その入力電圧または入力フィルタコンデンサ
の端子電圧などにもとづき過電圧状態を検知し、ＧＴＯ
サイリスタ９をオフとしサイリスタ１２をオンとする。
このとき、変換器７も良く知られている方法により、そ
の動作を停止させられるのはいうまでもない。
には、高速度遮断器８とＧＴＯサイリスタ９はオン状態
で、サイリスタ１２はオフ状態にある。ここで、過大な
外来サージが入力されると、図示されない過電圧検知手
段により、その入力電圧または入力フィルタコンデンサ
の端子電圧などにもとづき過電圧状態を検知し、ＧＴＯ
サイリスタ９をオフとしサイリスタ１２をオンとする。
このとき、変換器７も良く知られている方法により、そ
の動作を停止させられるのはいうまでもない。
【００１４】図２は図１のコンデンサ６の両端電圧から
過電圧検知する場合の例を説明するための動作波形図で
ある。なお、図２（イ）の入力サージ電圧は、実際にパ
ンタから侵入したサージをアレスタで制限電圧に制限し
た波形として示しており、図２（ロ）の点線はこの発明
を適用しない場合のコンデンサ電圧波形を示す。すなわ
ち、入力にΔＶのサージ電圧が印加されると、コンデン
サ電圧は図２（ロ）のように上昇し、これが予め設定さ
れた過電圧検知レベルを越えると、ＧＴＯサイリスタ９
をオフとしサイリスタ１２をオンとする。
過電圧検知する場合の例を説明するための動作波形図で
ある。なお、図２（イ）の入力サージ電圧は、実際にパ
ンタから侵入したサージをアレスタで制限電圧に制限し
た波形として示しており、図２（ロ）の点線はこの発明
を適用しない場合のコンデンサ電圧波形を示す。すなわ
ち、入力にΔＶのサージ電圧が印加されると、コンデン
サ電圧は図２（ロ）のように上昇し、これが予め設定さ
れた過電圧検知レベルを越えると、ＧＴＯサイリスタ９
をオフとしサイリスタ１２をオンとする。
【００１５】これにより、抵抗１０とリアクトル５が直
列で、抵抗１１とコンデンサ６が並列になる回路が構成
され、このため、コンデンサ６の電圧は最終的には図２
（ロ）のように抵抗１０と抵抗１１の分圧比で決まる電
圧値に落ち着くことになる。いま、抵抗１０の抵抗値を
Ｒ１、抵抗１１の抵抗値をＲ２、サージ電圧を（Ｖｓ＋
ΔＶ）とすると、コンデンサ６の最終的な電圧はＲ２／
（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｖｓ＋ΔＶ）となる。すなわち、変
換器に用いる電力用半導体素子の耐圧は、過電圧検知レ
ベルまたはＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｖｓ＋ΔＶ）の値
以上あれば、過大な外来サージによって素子破壊するお
それはない、ということになる。
列で、抵抗１１とコンデンサ６が並列になる回路が構成
され、このため、コンデンサ６の電圧は最終的には図２
（ロ）のように抵抗１０と抵抗１１の分圧比で決まる電
圧値に落ち着くことになる。いま、抵抗１０の抵抗値を
Ｒ１、抵抗１１の抵抗値をＲ２、サージ電圧を（Ｖｓ＋
ΔＶ）とすると、コンデンサ６の最終的な電圧はＲ２／
（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｖｓ＋ΔＶ）となる。すなわち、変
換器に用いる電力用半導体素子の耐圧は、過電圧検知レ
ベルまたはＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｖｓ＋ΔＶ）の値
以上あれば、過大な外来サージによって素子破壊するお
それはない、ということになる。
【００１６】図３は装置の入力すなわちアレスタの両端
電圧から過電圧検知する場合の例を説明するための動作
波形図である。なお、ここでも図３（イ）の入力サージ
電圧は、実際にパンタから侵入したサージをアレスタで
制限電圧に制限した波形として示しており、図３（ロ）
の点線はこの発明を適用しない場合のコンデンサ電圧波
形を示している。
電圧から過電圧検知する場合の例を説明するための動作
波形図である。なお、ここでも図３（イ）の入力サージ
電圧は、実際にパンタから侵入したサージをアレスタで
制限電圧に制限した波形として示しており、図３（ロ）
の点線はこの発明を適用しない場合のコンデンサ電圧波
形を示している。
【００１７】すなわち、アレスタの両端電圧が予め設定
された過電圧検知レベルを越えると図２の場合と同様
に、ＧＴＯサイリスタ９をオフとしサイリスタ１２をオ
ンとする。これにより、コンデンサ電圧は図３（ロ）の
ようにＶｓからゆっくりと変化し、最終的にはＲ２／
（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｖｓ＋ΔＶ）の電圧に落ち着く。つ
まり、電力用半導体素子の耐圧は従来は入力サージ電圧
の最大値（アレスタの制限電圧）の耐圧が必要であった
が、図１の如く構成して図２または図３のように制御す
ることにより、それよりも充分に低い耐圧の電力用半導
体素子を使用できるようになり、装置のコストダウンが
可能となり、小型，軽量化も図ることができる。
された過電圧検知レベルを越えると図２の場合と同様
に、ＧＴＯサイリスタ９をオフとしサイリスタ１２をオ
ンとする。これにより、コンデンサ電圧は図３（ロ）の
ようにＶｓからゆっくりと変化し、最終的にはＲ２／
（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｖｓ＋ΔＶ）の電圧に落ち着く。つ
まり、電力用半導体素子の耐圧は従来は入力サージ電圧
の最大値（アレスタの制限電圧）の耐圧が必要であった
が、図１の如く構成して図２または図３のように制御す
ることにより、それよりも充分に低い耐圧の電力用半導
体素子を使用できるようになり、装置のコストダウンが
可能となり、小型，軽量化も図ることができる。
【００１８】図１ではスイッチ素子９，１２としてそれ
ぞれＧＴＯサイリスタ，サイリスタを用いたが、これと
同等の動作を行なうスイッチ素子ならばどのようなもの
を用いても良い。また、スイッチ素子１２を自己消弧能
力を持たないサイリスタとしたが、自己消弧能力を持つ
ものを使用しても差し支えない。さらに、上記ではスイ
ッチ素子を同時にオン，オフするようにしたが、上述と
同様の動作が確保されコンデンサ電圧の抑制効果がほぼ
同じならば、そのタイミングは必ずしも同時でなくても
構わないものである。
ぞれＧＴＯサイリスタ，サイリスタを用いたが、これと
同等の動作を行なうスイッチ素子ならばどのようなもの
を用いても良い。また、スイッチ素子１２を自己消弧能
力を持たないサイリスタとしたが、自己消弧能力を持つ
ものを使用しても差し支えない。さらに、上記ではスイ
ッチ素子を同時にオン，オフするようにしたが、上述と
同様の動作が確保されコンデンサ電圧の抑制効果がほぼ
同じならば、そのタイミングは必ずしも同時でなくても
構わないものである。
【００１９】図４はこの発明の第２実施例を示す回路図
である。これは、図１に示すサイリスタ１２をＧＴＯサ
イリスタ等の自己消弧能力を持つスイッチ素子２２に置
き換えるとともに、過電圧検知レベルを２つ設けてコン
デンサ電圧が過電圧検知レベル１を越えたらＧＴＯサイ
リスタ２２をオンとし、コンデンサ電圧が過電圧検知レ
ベル２を越えたらＧＴＯサイリスタ９をオフするように
したものである。
である。これは、図１に示すサイリスタ１２をＧＴＯサ
イリスタ等の自己消弧能力を持つスイッチ素子２２に置
き換えるとともに、過電圧検知レベルを２つ設けてコン
デンサ電圧が過電圧検知レベル１を越えたらＧＴＯサイ
リスタ２２をオンとし、コンデンサ電圧が過電圧検知レ
ベル２を越えたらＧＴＯサイリスタ９をオフするように
したものである。
【００２０】図５は入力サージのパルス幅が小さい場合
の図４の動作を説明するための説明図である。この場合
は、過電圧検知レベル１を越えたことを検知したとき、
ＧＴＯサイリスタ２２をオンすれば、抵抗１１によって
コンデンサ電圧の上昇が抑制されるため、コンデンサ電
圧は図５（ロ）に実線で示すように、過電圧検知レベル
２には達しない。したがって、この場合は変換器７を停
止させることなく運転を続行しても、やがてはサージ電
圧が図５（イ）のように低下するので、これが規定のレ
ベルに低下した時点で、ＧＴＯサイリスタ２２をオフと
することができる。
の図４の動作を説明するための説明図である。この場合
は、過電圧検知レベル１を越えたことを検知したとき、
ＧＴＯサイリスタ２２をオンすれば、抵抗１１によって
コンデンサ電圧の上昇が抑制されるため、コンデンサ電
圧は図５（ロ）に実線で示すように、過電圧検知レベル
２には達しない。したがって、この場合は変換器７を停
止させることなく運転を続行しても、やがてはサージ電
圧が図５（イ）のように低下するので、これが規定のレ
ベルに低下した時点で、ＧＴＯサイリスタ２２をオフと
することができる。
【００２１】図６は入力サージのパルス幅が長い場合の
図４の動作を説明するための説明図である。この場合
は、過電圧検知レベル１を越えたことを検知してＧＴＯ
サイリスタ２２をオンしても、コンデンサ電圧は抑制さ
れずに上昇を続けるので、過電圧検知レベル２に達す
る。この場合は、変換器７の動作を停止させるととも
に、ＧＴＯサイリスタ９をオフとして、過電圧保護を図
るようにする。
図４の動作を説明するための説明図である。この場合
は、過電圧検知レベル１を越えたことを検知してＧＴＯ
サイリスタ２２をオンしても、コンデンサ電圧は抑制さ
れずに上昇を続けるので、過電圧検知レベル２に達す
る。この場合は、変換器７の動作を停止させるととも
に、ＧＴＯサイリスタ９をオフとして、過電圧保護を図
るようにする。
【００２２】つまり、図４のように構成して図５のよう
に制御することにより、外来サージが比較的小さい場合
には変換装置を停止させることなく運転を続行すること
ができ、また図４のように構成して図６のように制御す
ることにより、サージ電圧パルス幅が長い場合にも確実
な過電圧保護を図ることができる。すなわち、この実施
例の場合は図１と同様の効果が得られるだけでなく、特
に比較的数多く発生するレベルの小さな外来サージにつ
いては、装置を停止せずに運転を続けられるという顕著
な利点が得られる。
に制御することにより、外来サージが比較的小さい場合
には変換装置を停止させることなく運転を続行すること
ができ、また図４のように構成して図６のように制御す
ることにより、サージ電圧パルス幅が長い場合にも確実
な過電圧保護を図ることができる。すなわち、この実施
例の場合は図１と同様の効果が得られるだけでなく、特
に比較的数多く発生するレベルの小さな外来サージにつ
いては、装置を停止せずに運転を続けられるという顕著
な利点が得られる。
【００２３】図７に第３の実施例を示す。これは基本的
な構成，作用は図１と同じであるが、高速度遮断器の代
わりに事故電流遮断能力を持たない電磁接触器１４を用
いるとともに、ダイオードの代わりにＧＴＯサイリスタ
１５を用いて構成した点が特徴である。また、図７では
図１と同様のサイリスタ１２で構成しているが、図４の
場合と同様、サイリスタ１２の代わりにＧＴＯサイリス
タ等の自己消弧素子を用いて構成しても良い。そして、
図１および図４ではＧＴＯサイリスタ９を、外来サージ
等による過電圧発生時にのみオフするようにしていた
が、ここでは入力過電圧だけでなく変換装置の他の故障
時にも、ＧＴＯサイリスタ９，１５をオフとしてその保
護を図ることが可能となる。
な構成，作用は図１と同じであるが、高速度遮断器の代
わりに事故電流遮断能力を持たない電磁接触器１４を用
いるとともに、ダイオードの代わりにＧＴＯサイリスタ
１５を用いて構成した点が特徴である。また、図７では
図１と同様のサイリスタ１２で構成しているが、図４の
場合と同様、サイリスタ１２の代わりにＧＴＯサイリス
タ等の自己消弧素子を用いて構成しても良い。そして、
図１および図４ではＧＴＯサイリスタ９を、外来サージ
等による過電圧発生時にのみオフするようにしていた
が、ここでは入力過電圧だけでなく変換装置の他の故障
時にも、ＧＴＯサイリスタ９，１５をオフとしてその保
護を図ることが可能となる。
【００２４】なお、他の故障時にはサイリスタ１２（ま
たはＧＴＯサイリスタ２２）はオンしないようにするも
のとする。また、補助電源装置の場合のように変換器に
回生モードがない場合には、ＧＴＯサイリスタ１５は不
要なのは言うまでもない。変換器７の短絡故障のような
場合には過大な電流が流れるが、ＧＴＯサイリスタ９ま
たは１５によってその電流を遮断することにより、電流
は抵抗１０に転流し電流値が低減されるため、事故電流
遮断能力を持たない電磁接触器１４によっても保護の役
目を充分に果たすことができる。
たはＧＴＯサイリスタ２２）はオンしないようにするも
のとする。また、補助電源装置の場合のように変換器に
回生モードがない場合には、ＧＴＯサイリスタ１５は不
要なのは言うまでもない。変換器７の短絡故障のような
場合には過大な電流が流れるが、ＧＴＯサイリスタ９ま
たは１５によってその電流を遮断することにより、電流
は抵抗１０に転流し電流値が低減されるため、事故電流
遮断能力を持たない電磁接触器１４によっても保護の役
目を充分に果たすことができる。
【００２５】上記では直接関係がないため、従来回路ま
た各実施例回路でも説明を省略したが、このような装置
においては一般に、コンデンサ６を初期充電するための
回路が必要となる。この初期充電回路は、初期充電時に
リアクトル５に直列に抵抗を挿入し、充電後にこの抵抗
の両端を短絡するようにしている。したがって、この直
列に挿入される抵抗として図１，４および７の抵抗１０
を利用する。つまり、抵抗１０を入力過電圧時のみでな
く、コンデンサ６の初期充電用抵抗として使用すること
ができる。
た各実施例回路でも説明を省略したが、このような装置
においては一般に、コンデンサ６を初期充電するための
回路が必要となる。この初期充電回路は、初期充電時に
リアクトル５に直列に抵抗を挿入し、充電後にこの抵抗
の両端を短絡するようにしている。したがって、この直
列に挿入される抵抗として図１，４および７の抵抗１０
を利用する。つまり、抵抗１０を入力過電圧時のみでな
く、コンデンサ６の初期充電用抵抗として使用すること
ができる。
【００２６】動作としては、図１（図４，図７でも同
様）において、装置起動時にはＧＴＯサイリスタ９をオ
フしておき、コンデンサ６の電圧が入力電圧にほぼ等し
くなったところで、ＧＴＯサイリスタ９をオンするよう
にするものである。このように構成することにより、初
期充電装置を特別に設ける必要がなく、この点からも装
置の小型，軽量化，低価格化を図ることが可能となる。
様）において、装置起動時にはＧＴＯサイリスタ９をオ
フしておき、コンデンサ６の電圧が入力電圧にほぼ等し
くなったところで、ＧＴＯサイリスタ９をオンするよう
にするものである。このように構成することにより、初
期充電装置を特別に設ける必要がなく、この点からも装
置の小型，軽量化，低価格化を図ることが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】この発明によれば、従来よりも低耐圧の
電力用半導体素子を使用できるので、コストが低減でき
るだけでなく、素子発生損失が小さいため装置の小型，
軽量化を図ることができる。
電力用半導体素子を使用できるので、コストが低減でき
るだけでなく、素子発生損失が小さいため装置の小型，
軽量化を図ることができる。
【図１】この発明の第１実施例を示す回路図である。
【図２】図１における過電圧検知の１例とその動作を説
明するための波形図である。
明するための波形図である。
【図３】図１における過電圧検知のための別の例とその
動作を説明するための波形図である。
動作を説明するための波形図である。
【図４】この発明の第２の実施例を示す回路図である。
【図５】入力サージのパルス幅が小さい場合の図４の動
作を説明するための説明図である。
作を説明するための説明図である。
【図６】入力サージのパルス幅が長い場合における図４
の動作を説明するための説明図である。
の動作を説明するための説明図である。
【図７】この発明の第３実施例を示す回路図である。
【図８】従来例を示す回路図である。
【図９】図８におけるアレスタ制限電圧を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図１０】図８の動作を説明するための波形図である。
１…電車線、２…パンタグラフ、３…アレスタ、４…車
両用変換装置、５…リアクトル、６…コンデンサ、７…
電力変換器、８…高速度遮断器、９，１５，２２…ＧＴ
Ｏサイリスタ、１０，１１…抵抗器、１２…サイリス
タ、１３…ダイオード、１４…電磁接触器。
両用変換装置、５…リアクトル、６…コンデンサ、７…
電力変換器、８…高速度遮断器、９，１５，２２…ＧＴ
Ｏサイリスタ、１０，１１…抵抗器、１２…サイリス
タ、１３…ダイオード、１４…電磁接触器。
Claims (6)
- 【請求項１】 電力用半導体素子をスイッチング素子と
する電力変換器の入力側にはリアクトルとコンデンサか
らなる入力フィルタを接続して構成される電力変換装置
の過電圧保護回路において、 前記リアクトルと直列に第１のスイッチ素子と第１の抵
抗との並列回路を接続するとともに、前記コンデンサと
並列に第２のスイッチ素子と第２の抵抗との直列回路を
接続し、通常は前記第１のスイッチ素子をオン、前記第
２のスイッチ素子をオフとしておき、外来サージ電圧に
よって過電圧になったときは、第１のスイッチ素子をオ
フとし、第２のスイッチ素子をオンとすることを特徴と
する電力変換装置の過電圧保護回路。 - 【請求項２】 前記過電圧を、前記電力変換装置の入力
部の電圧にもとづき検知することを特徴とする請求項１
に記載の電力変換装置の過電圧保護回路。 - 【請求項３】 前記過電圧を、前記電力変換器の入力側
に設けられた前記コンデンサの両端電圧にもとづき検知
することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の
過電圧保護回路。 - 【請求項４】 電力用半導体素子をスイッチング素子と
する電力変換器の入力側にはリアクトルとコンデンサか
らなる入力フィルタを接続して構成される電力変換装置
の過電圧保護回路において、 前記リアクトルと直列に第１のスイッチ素子と第１の抵
抗との並列回路を接続するとともに、前記コンデンサと
並列に第２のスイッチ素子と第２の抵抗との直列回路を
接続し、通常は前記第１のスイッチ素子をオン、前記第
２のスイッチ素子をオフとしておき、前記コンデンサの
端子電圧が第１の過電圧レベルを越えたときは第２スイ
ッチ素子をオンとし、さらにコンデンサの端子電圧が第
２の過電圧レベルを越えたときは第１スイッチ素子をオ
フとすることを特徴とする電力変換装置の過電圧保護回
路。 - 【請求項５】 電力用半導体素子をスイッチング素子と
する電力変換器の入力側にはリアクトルとコンデンサか
らなる入力フィルタを接続して構成される電力変換装置
の過電圧保護回路において、 前記リアクトルと直列に双方向の電流遮断能力を持つ第
１のスイッチ素子と抵抗との並列回路を接続するととも
に、電力変換装置の入力部過電圧以外の変換装置の故障
時にも前記第１のスイッチ素子をオフとして、その保護
を可能にしてなることを特徴とする電力変換装置の過電
圧保護回路。 - 【請求項６】 前記第１のスイッチ素子とこれに並列接
続される抵抗を、前記コンデンサの初期充電のためにも
利用可能にしてなることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載の電力変換装置の過電圧保護回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5015313A JPH06233454A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 電力変換装置の過電圧保護回路 |
| DE4403008A DE4403008A1 (de) | 1993-02-02 | 1994-02-01 | Stromrichteranlage mit Überspannungsschutzschaltung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5015313A JPH06233454A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 電力変換装置の過電圧保護回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06233454A true JPH06233454A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=11885300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5015313A Pending JPH06233454A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 電力変換装置の過電圧保護回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06233454A (ja) |
| DE (1) | DE4403008A1 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100344056B1 (ko) * | 1999-03-17 | 2002-07-22 | 주식회사 포스콘 | 직류 대전류 차단장치 |
| JP2006304418A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
| CN100424959C (zh) * | 2006-03-17 | 2008-10-08 | 中国电力科学研究院 | 击穿二极管触发晶闸管阀型过电压保护装置 |
| JP2009044884A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 過電圧保護回路 |
| KR101065795B1 (ko) * | 2009-07-24 | 2011-09-21 | 한국전기연구원 | 싸이리스터를 이용한 전원용 서지보호기 |
| JP2015180190A (ja) * | 2015-07-10 | 2015-10-08 | ダイキン工業株式会社 | 過電圧保護回路、及びそれを備えた電力変換装置 |
| JP2016512015A (ja) * | 2013-01-31 | 2016-04-21 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 電気自動車の電気系統をサージ電圧から保護するサージ保護装置、及び、対応する方法、並びに、サージ保護装置を備えた電気自動車 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1557923A1 (de) * | 2004-01-26 | 2005-07-27 | ABB Schweiz AG | Überspannungsschutzeinrichtung für einen Gleichspannungskreis und Umrichterschaltung mit einer solchen Überspannungsschutzeinrichtung |
| DE102006004182B3 (de) * | 2006-01-27 | 2007-10-18 | Powerlynx A/S | Leistungswandler mit einer Schalteinrichtung |
| US8390220B2 (en) * | 2008-02-01 | 2013-03-05 | Moog Inc. | Device for controlling regeneration energy in an electronic motor drive having an LC filter to reduce conducted emissions from the motor back to the voltage source |
| BRPI1011551A2 (pt) * | 2009-06-29 | 2016-03-29 | Ideal Power Converters Inc | dispositivos, métodos e sistemas de transferência de energia com reatância de transferência de energia com desvio de comutador de barra de segurança elétrica |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE7710611L (sv) * | 1977-09-22 | 1979-03-23 | Asea Ab | Elektrisk fordonsdrivutrustning |
| SU762085A1 (ru) * | 1978-02-17 | 1980-09-07 | Evgenij E Sushkov | Вторичный источник электропитания 1 |
| DE3925174A1 (de) * | 1989-07-26 | 1991-02-07 | Licentia Gmbh | Schaltungsanordnung zum ueberspannungsschutz eines aus einer spannungsquelle gespeisten speicherkondensators |
| DE4040247A1 (de) * | 1990-12-17 | 1992-06-25 | Leybold Ag | Schnellabschaltende stromrichter-gleichstromversorgung |
-
1993
- 1993-02-02 JP JP5015313A patent/JPH06233454A/ja active Pending
-
1994
- 1994-02-01 DE DE4403008A patent/DE4403008A1/de not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100344056B1 (ko) * | 1999-03-17 | 2002-07-22 | 주식회사 포스콘 | 직류 대전류 차단장치 |
| JP2006304418A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
| JP4599214B2 (ja) * | 2005-04-18 | 2010-12-15 | 株式会社東芝 | 電気車制御装置 |
| CN100424959C (zh) * | 2006-03-17 | 2008-10-08 | 中国电力科学研究院 | 击穿二极管触发晶闸管阀型过电压保护装置 |
| JP2009044884A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 過電圧保護回路 |
| KR101065795B1 (ko) * | 2009-07-24 | 2011-09-21 | 한국전기연구원 | 싸이리스터를 이용한 전원용 서지보호기 |
| JP2016512015A (ja) * | 2013-01-31 | 2016-04-21 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 電気自動車の電気系統をサージ電圧から保護するサージ保護装置、及び、対応する方法、並びに、サージ保護装置を備えた電気自動車 |
| JP2015180190A (ja) * | 2015-07-10 | 2015-10-08 | ダイキン工業株式会社 | 過電圧保護回路、及びそれを備えた電力変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4403008A1 (de) | 1994-08-04 |
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