JPH0771392B2

JPH0771392B2 - サイリスタ変換装置

Info

Publication number: JPH0771392B2
Application number: JP61115554A
Authority: JP
Inventors: 忠高橋; 淳男小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPS62272861A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はサイリスタ変換装置に係り、特に直流送電等の
高電圧大容量サイリスタ変換器の過電圧保護を行なうに
好適なサイリスタ変換装置に関する。

（従来技術）直流送電等に用いられる高電圧大容量のサイリスタ変換
器は多数のサイリスタを直列または直並列接続して構成
される。このサイリスタ変換器は運転中に（１）外部から侵入する過電圧（雷サージ電圧または
開閉サージ電圧）（２）異常運転または短絡や地絡等に伴う雷サージ状
または開閉サージ状の内部過電圧等の過電圧ストレスにさらされる。

これらの各種過電圧に対してサイリス変換器は第３図の
従来のサイリスタ変換装置の回路構成図に示すようにア
レスタ５で保護されている。ちなみに、第３図の従来例
はサイリスタ変換装置の１アーム分のサイリスタバルブ
の配置を示し、バルブの両端にアレスタ５を接続した構
成となっている。なお、第３図において、サイリスタ１
は光で点弧する光サイリスタから成り、スナバ回路およ
び直流分圧回路を含む分圧回路２が並列接続される。バ
ルブ列の両端にはサイリスタ１の電圧変動dv/dtおよび
電流変動di/dtを抑制するためのリアクトル３が接続さ
れる。一方、アレスタ５はバルブのＡ〜Ｋ間の過電圧を
抑制するべく配される。ちなみに、アレスタ５はZnO形
を例示する。

かかる構成において、バルブＡ〜Ｋ間に雷または開閉サ
ージ電圧等の過電圧が加わると、アレスタ５はその電圧
−電流特性で決まる一定の電圧以下に端子電圧を抑え
る。従って、バルブは侵入する過電圧の大きさ、アレス
タ５の電圧−電流特性および回路インピーダンス等で決
まるアレスタ端子電圧に制限される。このように、アレ
スタ５を接続することにより、アレスタ端子電圧の最大
値、つまりアレスタの保護レベルに関連してバルブの耐
電圧を決定することができる。

第４図はこれらの関連を説明するためのバルブ絶縁協調
図を示す。ここでV_osmはバルブの定常運転時の電圧波高
値、V_otmはバルブの過渡過電時の電圧波高値、V_apはア
レスタの最大電圧、つまりアレスタの保護レベル、V_tは
バルブ試験電圧、つまりバルブの耐電圧である。

アレスタの最大電圧V_apは（イ） V_otmまたはV_osmとの関連で決められるアレスタ
５の電圧−電流特性（ロ）バルブのアノード−カソード間に加わる過電圧
の大きさ（ハ）過電圧が加わる点とバルブ間のインピーダンス等で決まる。一般に、絶縁機器はアレスタの保護レベル
に対して所定の絶縁裕度をもつ必要があるため、バルブ
耐電圧、つまり試験電圧V_t（＝K_t・V_ap）で表わされ
る。なお、K_tは絶縁裕度で、一般に1.10〜1.15が採用さ
れている。この試験電圧にバルブが耐えるためには、サ
イリスタ１は次の直列数N_f,N_rが必要である。ちなみ
に、N_fは順方向の直列数、N_rは逆方向の直列数である。

ここで、V_rsm,V_rrmはそれぞれ非繰返しのサイリスタ１
の順耐電圧および逆耐電圧である。

通常の設計のサイリスタでは、であるため、（１），（２）式より明らかなように、N_f
＞N_rになる。即ち、順方向の直列数N_fでバルブの直列数
が決まる。つまりバルブの直列数としてN_rを採用する
と、バルブは試験電圧に対して順方向で耐えないことを
意味する。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来のサイリスタ変換装置においては、バル
ブの直列数をサイリスタの逆耐電圧V_rrmより10〜15％耐
電圧の低い順耐電圧V_rsmで決めざるを得ないため、逆耐
電圧の高いことを有効に利用できないという欠点があっ
た。

本発明は上記の問題点を解消し、バルブの直列数をサイ
リスタの逆耐電圧で決定することを可能ならしめること
により、従来の順耐電圧で決める構成に比べてサイリス
タの直列数を10〜15％低減することのできるサイリスタ
変換装置の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、VBOフリーサイリスタを直列または直並列接
続して成るサイリスタバルブと、このサイリスタバルブ
の端子間に接続したアレスタとを備えたサイリスタ変換
装置において、VBOフリーサイリスタの直列数をＮ、VBO
フリーサイリスタの逆耐電圧をV_rrm、アレスタの保護レ
ベルをV_ap、サイリスタバルブの試験電圧をV_t、試験安
全係数をK_t、電圧不平衡率をK_iとしたとき、直列数Ｎ
を、で決定し、且つVBOフリーサイリスタの順方向過電圧V_bo
を、逆耐電圧V_rrmの70〜80％としたことを特徴とするも
のである。

（作用）上記手段に基づいて、本発明のサイリスタ変換装置はVB
Oフリーサイリスタの直列数をその逆耐電圧で決定して
おり、且つVBOフリーサイリスタの順方向過電圧を、逆
耐電圧の70％〜80％としたので、結果としてサイリスタ
の直列数を低減することを可能としている。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るサイリスタ変換装置の
回路構成図である。同図構成の第３図構成と異なる点は
サイリスタ１の代わりに自己点弧による過電圧保護機能
を有するVBOフリーサイリスタ1Aを用いたことである。
ちなみに、VBOフリーサイリスタ1Aは第２図の特性図に
示すように、順方向過電圧V_vo以上の過電圧に対しては
外部よりの光ゲート信号なしで自己点孤し、逆耐電圧V
_rrmとしては順方向過電圧よりも高い値を有するもので
ある。なお、順方向過電圧V_boと逆耐電圧V_rrmの関係はである。

さて、第１図に示すように、サイリスタとして自己過電
圧保護機能を有するVBOフリーサイリスタ1Aを適用し、
しかもその順方向過電圧V_boを適切に設定することによ
り、バルブの直列数をサイリスタの逆耐電圧V_rrmで自由
に選定でき、直列数を低減することができる。

ただし、逆方向の過電圧に対してはVBOフリーサイリス
タ1Aは自己点孤の機能がないので、従来と同様にアレス
タ５で保護している。

次に、第１図の構成の作用について説明する。

第１図においては、主サイリスタとして自己点孤機能を
有するVBOフリーサイリスタ1Aを利用しているが、このV
BOフリーサイリスタは第２図の特性図に示すように、一
定値（Ｖ＝V_bo）以上の過電圧に対しては外部よりの光
ゲート信号なしで自ら点孤し、サイリスタを保護する機
能を有する。ちなみに、逆耐電圧V_rrmは順方向過電圧V
_boに対して十分高い値になるように選定されている。

さて、通常点孤の場合は、図示していない大地電位のベ
ース制御装置より光ファイバ４を通じて伝送される光ゲ
ート信号により全てのVBOフリーサイリスタ1Aを一斉に
点孤することができる。

今、バルブ端子間に順方向の過電圧が加わった場合に、
サイリスタ1Aの順方向過電圧V_boに関連したバルブの電
圧でバルブは自己点孤し、過電圧から保護される。ちな
みに、電圧分担の不平衡を無視すれば、となる。ただし、V_boiはｋ番目のサイリスタのV_boであ
る。

ここで、第４図に示すように、今、アレスタ５の保護レ
ベルをV_ap（＝K_p・V_otm）、試験電圧をV_t（＝K_t・V_ap）
とすると、サイリスタの直列数Ｎはサイリスタの逆耐久
電圧V_rrmと電圧不平衡係数K_i（≒1.05〜1.10）から次の
ように決定できる。

ちなみに、従来構成におけるサイリスタの直列数Ｎ′はで決まり、同様に次式で得られる。

従って、（５），（６）式よりとなり、10〜15％の直列数の低減ができることがわか
る。

次に、サイリスタの順方向過電圧V_boと逆方向耐電圧V
_rrmとの関連を次のように決定する。なお、順方向過電
圧V_boはできるだけ小さい方がサイリスタのターンオン
ストレスを低減することができるので遊離である。しか
し、これが極端に小さいと、インパルスや開閉サージ等
の過電圧が加わった時以外にも、つまり通常の運転中に
定常運転電圧でサイリスタ1Aが点孤してしまい、バルブ
の抑制が不能になってしまうことがある。このような現
象はシステムへの影響が極めて大きいため、防止する必
要がある。このため、過渡的な過電圧（商用周波過電
圧）V_otm（＝V_ot・V_osm）に対してバルブは順方向過電
圧点孤しないように決めるのが合理的である。即ち、とする。ただし、ｎは直列数、V_bokはｋ番目のサイリス
タのV_boである。

第４図より試験電圧V_tは次のようになる。

V_t＝K_t・V_ap＝K_t・K_pV_otm ＝Ｎ・V_rrm・K_i ………（９）（８），（９）式から明らかなように、サイリスタ1Aの
逆耐電圧V_rrmはV_tに関連し、また順方向過電圧V_boは過
渡過電圧V_otmに関連して決定することができる。つま
り、（８），（９）式から逆耐電圧V_rrmと順方向過電圧
V_boの比率は次のようになる。

ちなみに、ここでKtは絶縁裕度で、規格等から1.10〜1.
15の範囲であり、またK_pはZnO形のアレスタ５の電圧−
電流特性、過電圧条件および回路条件等より1.15〜1.25
の値が合理的である。これより、比率K_brはとなる。即ち、順方向過電圧V_boは逆耐電圧V_rrmの70〜8
0％の範囲に設定することができる。順方向過電圧V_boを
逆耐電圧V_rrmに比べこのように低い電圧に設定すること
により、順方向過電圧点孤時のサイリスタ1Aのターンオ
ンストレスを大幅に緩和することができる。このため、
VBOフリーサイリスタ1Aは製造し易くなり、その経済性
を改善することができる。

なお、上記実施例では、VBOフリーサイリスタとして光
サイリスタを用いた場合を例示したが、電気信号でトリ
ガーする電気サイリスタにも過電圧フリー機能を附加す
ることができるので、当然電気サイリスタ式のサイリス
タバルブについても同様の考え方を適用することができ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、VBOフリーサイリ
スタとアレスタを組合わせたサイリスタ装置において、（ａ）直列数をサイリスタの逆耐電圧（V_rrm）で決定
し（ｂ）サイリスタの順方向過電圧（V_bo）をサイリス
タの逆耐電圧（V_rrm）の70〜80％とすることにより、バルブのサイリスタ直列数を従来に比べて
およそ10〜15％低減できるとともに過渡過電圧（V_otm）
以上にバルブの順方向過電圧を設定できるので、運転中
の不必要な順方向過電圧による点孤を未然に防止でき、
システムへの悪影響を完全に防止することができる。さ
らに、サイリスタの順方向過電圧を比較的低く選定でき
るので、VBOフリーサイリスタのターンオフストレスを
大幅に低減でき、その結果VBOフリーサイリスタの製作
性、経済性を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す回路図、第２図
は同実施例を構成するVBOフリーサイリスタの動作特性
図、第３図は従来のサイリスタ変換装置の構成を示す回
路図、第４図は従来のサイリスタバルブの絶縁協調図で
ある。１……サイリスタ、1A……VBOフリーサイリスタ、２…
…分圧回路、３……リアクトル、４……光ファイバー、
５……アレスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】VBOフリーサイリスタを直列または直並列
接続して成るサイリスタバルブと、このサイリスタバル
ブの端子間に接続したアレスタとを備えたサイリスタ変
換装置において、前記VBOフリーサイリスタの直列数を
Ｎ、前記VBOフリーサイリスタの逆耐電圧をV_rrm、前記
アレスタの保護レベルをV_ap、前記サイリスタバルブの
試験電圧をV_t、試験安全係数をK_t、電圧不平衡率をK_iと
したとき、前記直列数Ｎを、で決定し、且つ前記VBOフリーサイリスタの順方向過電
圧V_boを、前記逆耐電圧V_rrmの70％〜80％としたことを
特徴とするサイリスタ変換装置。