JPH07123584A - Gtoサイリスタの過電流保護装置 - Google Patents

Gtoサイリスタの過電流保護装置

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JPH07123584A
JPH07123584A JP26670393A JP26670393A JPH07123584A JP H07123584 A JPH07123584 A JP H07123584A JP 26670393 A JP26670393 A JP 26670393A JP 26670393 A JP26670393 A JP 26670393A JP H07123584 A JPH07123584 A JP H07123584A
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JP
Japan
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current
gto thyristor
signal
value
turned
Prior art date
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Pending
Application number
JP26670393A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Higuchi
雅朗 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07123584A publication Critical patent/JPH07123584A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】過電流の発生の有無を判定する条件の設定を適
切にして、 GTOサイリスタが使用された半導体装置が高
頻度に運転停止したり価格上昇することのないようにす
る。 【構成】 GTOサイリスタ1に流れる電流を直流電流測定
器2で測定して電流信号を出力し、微分回路3によって
電流信号の時間微分値を演算して電流微分信号を出力
し、これらの信号を判定回路4に入力して GTOサイリス
タ1をオフするか否かの判定を行い、オフすると判定し
たときにオフ指令信号を出力し光伝送路5を介してゲー
トドライブ回路11に送る。 GTOサイリスタはオフ指令
信号が発せられた後遅れ時間(Td )だけ遅れた時点で
実際にオフするので、判定手段4では、電流信号と電流
微分信号を基に、遅れ時間(Td ) を考慮してGTO サイ
リスタ1がオフする筈の時点での電流を予測し、その予
測値が GTOサイリスタの可制御オン電流最大値を越える
とき GTOサイリスタをオフすべきと判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自己消弧半導体素子
の一つである GTOサイリスタが用いられたインバータな
どの半導体変換装置において、過電流によって素子が破
壊されるのを防止してこれを保護するための GTOサイリ
スタの過電流保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の GTOサイリスタの過電流保護装置
で GTOサイリスタに流れる電流が過電流であると判定す
る方法は、あらかじめ設定された過電流動作レベルを越
えたかどうかで判定する方法である。過電流動作レベル
は、半導体装置の負荷側のインダクタンスによって決ま
る負荷電流の上昇率を基に決定される。すなわち、個々
の GTOサイリスタに流れる電流をDCCTと呼ばれている直
流電流測定器によって測定し、この値(i)に電流上昇
率(di/dt)とオフ指令を出力した時点から実際にGTO サ
イリスタがオフするまでの遅れ時間(Td ) との積を加
算して得られる電流予測値が判定値を越えるときに過電
流が流れたと判定することとする。電流予測値が判定値
に一致するときの電流値を過電流動作レベルに設定し、
電流測定値がこのレベルを越えたら過電流が発生したと
して GTOサイリスタのオン・オフを制御するパルスを発
生するゲートドライブ回路にオフ指令を出力する。判定
値としては GTOサイリスタの可制御オン電流最大値(I
TGQM)が採用されるのが普通である。
【0003】電流上昇率(di/dt)を設定するときに使用
するインダクタンスは半導体装置の出力側に設けられる
変圧器やリアクトルのインダクタンスなどであるが、変
圧器のように鉄心が飽和する非線形特性を持つものに
は、安全側をとって鉄心が飽和してインダクタンスが小
さくなったきの値が採用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、最も安
全側である変圧器などの空心時のインダクタンス値を使
用して電流上昇率(di/dt)を求めるので、その値は大き
くなり、そのためこれを基に設定される過電流動作レベ
ルが過度に低くなるという問題があり、そのため、 GTO
サイリスタに流れる電流によって GTOサイリスタ内の接
合部などが温度上昇したときの温度が許容温度よりもは
るかに低いときでも GTOサイリスタがオフされてしま
い、過電流検出による半導体装置の運転停止の頻度が高
くなるという問題がある。この問題を解決するために G
TOサイリスタの容量を大きくしたり数を増やしたりする
と半導体装置の価格が上昇してしまうという問題が生ず
る。
【0005】この発明の目的はこのような問題を解決
し、 GTOサイリスタに過電流が流れたたと判定する条件
の設定を適切にして、 GTOサイリスタが使用された半導
体装置が高頻度に運転停止することがなくしかも高価に
はならない GTOサイリスタの過電流保護装置を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、オン又はオフ指令信号を基にゲ
ートドライブ回路が出力するゲートパルスによってオン
・オフが制御される GTOサイリスタの過電流保護装置に
おいて、 GTOサイリスタに流れる電流を測定して電流信
号を出力する電流測定手段、電流信号からその時間微分
値を演算して電流微分信号を出力する微分演算手段及び
電流信号と電流微分信号とが入力されてGTOサイリスタ
をオフするか否かの判定を行いオフすると判定したとき
にオフ指令信号を出力する判定手段を備え、判定手段
が、電流信号と電流微分信号を基に、オフ指令信号が発
せられたとしたときに遅れ時間だけ遅れて GTOサイリス
タがオフされる時点の電流の予測値を演算により求め、
この電流予測値があらかじめ設定された判定値を越える
とき、GTO サイリスタをオフすると判定するものとす
る。
【0007】
【作用】この発明の構成において、 GTOサイリスタに流
れる電流を電流測定手段で測定して電流信号を出力し、
微分演算手段によって電流信号の時間微分値を演算して
電流微分信号を出力し、これら電流信号と電流微分信号
とを入力して判定手段によって GTOサイリスタをオフす
るか否かの判定を行い、オフすると判定したときにオフ
指令信号を発する。 GTOサイリスタはオフ指令信号が発
せられると遅れ時間だけ遅れた時点でオフするので、判
定手段では、電流信号と電流微分信号を基に、 GTOサイ
リスタがオフする瞬間の電流の予測値を演算し、その値
が判定値を越えるとき GTOサイリスタをオフすると判定
することによって、 GTOサイリスタに流れる電流が判定
値に相当する電流を越えることはない。
【0008】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施例を示す1つの GTOサイリスタに
着目した GTOサイリスタの過電流保護装置の回路図であ
る。この図において、 GTOサイリスタ1はゲートドライ
ブ回路11によって供給されるゲートパルスによってオン
状態からオフ状態にまたオフ状態からオン状態に変換さ
れる。 GTOサイリスタ1に流れる電流はDCCTと略称され
る直流電流測定器2によって測定され電流信号を出力す
る。電流信号は微分回路3に入力されて微分演算されて
電流信号が時間微分された電流微分信号を出力する。こ
の電流微分信号と電流信号が判定回路4に入力されて所
定の演算と判定が行われ、所定の条件が成立したときに
GTOサイリスタのオフ指令信号を出力する。このオフ指
令信号は光伝送路5を介してゲートドライブ回路11に伝
送されて GTOサイリスタ1をオフする。光伝送路5は E
-O変換器51、光ファイバーケーブル52及び O-E変換器53
からなっている。
【0009】微分回路3は符号を付けない演算増幅器に
抵抗、コンデンサを接続して構成された周知の回路構成
のものである。判定回路4は、2つの A-D変換器41,42
及びコンピュータ43からなっていて、電流微分信号はA-
D 変換器41によってディジタル信号に変換された上でコ
ンピュータ43に入力され、電流信号もA-D 変換器42によ
ってディジタル信号に変換された上でコンピュータ43に
入力される。電流信号や電流微分信号は一定の時間間隔
でサンプリングされ、このサンプリング期間の間にコン
ピュータ43が所定の演算と判定を行う。
【0010】図2は図1のコンピュータ43による演算、
判定処理の手順を示すフローチャートである。この図に
おいて、ステップ101 で前のサンプリング時に入力され
た電流微分信号値(前にBとして記憶されている)をA
に置き換え、ステップ102 で現在のサンプリング時に入
力された電流微分信号値を新たにBとし、ステップ103
でこれらAとBとを比較して判定結果がN、すなわち、
BがA以下で電流微分信号値が変化しないか減少してい
るときには GTOサイリスタのオフ指令を出力する必要は
ないので後の処理を飛ばして直ちにステップ101 に戻
る。
【0011】ステップ103 の判定結果がY、すなわち、
BがAよりも大きく微分信号が増加しているときにはス
テップ104 に進み、図示の式に基づいて電流予測値(I
P )を計算する。この式は現時点の電流微分信号値B
( di/dt)がこの後の遅れ時間(Td )経過まで一定
であると見なして成立するものである。遅れ時間
(Td)は GTOサイリスタに流れる電流の変化に比べて
充分小さな値なのでこの条件は成立するとして実際上問
題はない。
【0012】ステップ105 において、電流予測値
(IP )はあらかじめ設定されている判定値(IB )と
比較され、その判定結果がN、すなわち、電流予測値
(IP )が判定値(IB )よりも小さいときには遅れ時
間(Td )経過後も GTOサイリスタ1に流れる電流が判
定値(IB )に対応する値を越えることはないので、GT
O サイリスタをオフにする必要がないと判定されてステ
ップ101 に戻る。判定結果がYのとき、すなわち、電流
予測値(IP )が判定値(IB )よりも大きいと、現時
点から遅れ時間(Td )経過するまでの間に GTOサイリ
スタ1に流れる電流は判定値(IB )に相当する電流を
越えると判定され、ステップ106 に移ってオフ指令信号
が出力される。
【0013】判定値(IB )は電流予測値(IP )がこ
れを越えると GTOサイリスタ1が破壊の危険性が生ずる
値であり、従来の判定における過電流動作レベルの設定
のときと同様にGTO サイリスタの可制御オン電流最大値
に対応する電流信号値が採用されるのが普通である。こ
の図から明らかなように、ステップ105 でYの判定がさ
れない限りステップ101 から始まる手順が繰り返され
る。それは GTOサイリスタが使用されているこの半導体
装置が正常に運転を継続していることを意味する。な
お、運転開始の最初のサンプリングでは前のBの値は未
定義になるが、あらかじめ適当な値を設定しておくこと
で実際上支障が生ずることはない。
【0014】図1において、数式の演算及び判定を判定
回路4で行い、微分演算はアナログ演算回路としての微
分回路3で演算を行う構成を示してあるが、微分演算も
コンピュータ43によるソトウエア演算で処理することも
可能である。この場合には前のサンプリング時の電流信
号値をi1 、サンプリング間隔をΔとしたとき、微分信
号B=( di/dt)は差分式(i−i1 )/Δで近似す
ればよい。更にその前のサンプリング値を使用して演算
精度を上げることも可能である。
【0015】また、ステップ104 の演算式は現時点から
遅れ時間(Td )経過した時点の電流値の予測値を求め
るものであるから、この式のような微分値が一定とした
一次式ではなく二次微分をも考慮した二次式を採用する
こともできる原理的には可能である。また、ステップ10
5 における判定値(IB )を前述のように可制御オン電
流最大値に対応する電流信号値を採用する代わりに、よ
り安全側を期すために例えばこの値の9割の値を採用す
ることが考えられる。いずれにしても図2に示す演算式
や判定式はこの発明の原理を表すものであり、実際の保
護装置ではこの発明の目的に反しない範囲で種々の要素
が考慮された演算式、判定式を採用することができる。
【0016】判定回路4を含めて全てアナログ演算回路
で構成することも可能である。図2のステップ104 の演
算式は単に加算と掛け算からなっており、ステップ103
と105 の判定ステップも単に2つの値の比較なので、こ
れらはアナログ回路として周知の加算器、掛け算器及び
比較器で容易に構成することができる。いずれの構成を
採用するにしても図1の微分回路3で示す微分演算手
段、判定回路4で示す判定手段及び GTOサイリスタ1に
流れる電流を測定する直流電流測定器2の機能に相当す
る電流測定手段がこの発明を実施するために付加すべき
必須の構成要素である。
【0017】
【発明の効果】この発明は前述のように、電流を電流測
定手段が出力する電流信号を微分し電流微分信号を出力
するる微分演算手段、電流信号と電流微分信号を基に G
TOサイリスタをオフするか否かの判定を行う判定手段を
設ける構成を採用するとともに、GTO サイリスタがオフ
になるときの遅れ時間を考慮して GTOサイリスタがオフ
になるであろう時点の GTOサイリスタに流れる電流を予
測する電流予測値を演算で求め、この値が判定値を越え
たときにオフ指令信号を出力することによって、過電流
発生の有無の判定に安全側に過ぎる要素がなくなり、適
切な判定が可能になる。その結果、過電流による GTOサ
イリスタの破壊を保護するのに必要なときだけ GTOサイ
リスタをオフにする保護装置を得ることができ、この半
導体装置が必要以上に運転停止するという問題も解決さ
れしたがって価格上昇する要因も解消されるという効果
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す GTOサイリスタの過電
流保護装置のブロック回路図
【図2】図1のコンピュータによる演算、判定処理の手
順を示すフローチャート
【符号の説明】
1 GTOサイリスタ 11 ゲートドライブ回路 2 直流電流測定器(電流測定手段) 3 微分回路(微分演算手段) 4 判定回路(判定手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オン又はオフ指令信号を基にゲートドライ
    ブ回路が出力するゲートパルスによってオン・オフが制
    御される GTOサイリスタの過電流保護装置において、 GTOサイリスタに流れる電流を測定して電流信号を出力
    する電流測定手段、電流信号からその時間微分値を演算
    して電流微分信号を出力する微分演算手段及び電流信号
    と電流微分信号とが入力されて GTOサイリスタをオフす
    るか否かの判定を行いオフすると判定したときにオフ指
    令信号を出力する判定手段を備え、 判定手段が、電流信号と電流微分信号を基に、オフ指令
    信号が発せられたとしたときに遅れ時間だけ遅れて GTO
    サイリスタがオフされる時点の電流の予測値を演算によ
    り求め、この電流予測値があらかじめ設定された判定値
    を越えるとき、GTO サイリスタをオフすると判定するこ
    とを特徴とする GTOサイリスタの過電流保護装置。
JP26670393A 1993-10-26 1993-10-26 Gtoサイリスタの過電流保護装置 Pending JPH07123584A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000113974A (ja) * 1998-10-06 2000-04-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 誘導加熱装置
CN113812090A (zh) * 2019-05-10 2021-12-17 Abb瑞士股份有限公司 晶闸管电路及晶闸管保护方法
CN113812090B (zh) * 2019-05-10 2024-04-26 Abb瑞士股份有限公司 晶闸管电路及晶闸管保护方法

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