JPH0785660B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH0785660B2
JPH0785660B2 JP58225707A JP22570783A JPH0785660B2 JP H0785660 B2 JPH0785660 B2 JP H0785660B2 JP 58225707 A JP58225707 A JP 58225707A JP 22570783 A JP22570783 A JP 22570783A JP H0785660 B2 JPH0785660 B2 JP H0785660B2
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は自己消弧形半導体素子を使用した電力変換装置
によって交流電動機を可変速運転する場合等に入力交流
電源等の電圧変動が生じても高い信頼性で交流電動機を
運転できる電力変換装置に関するものである。
[発明の技術的背景とその問題点] 本発明に関連した自己消弧形半導体素子としてはパワー
トランジスタ(GTR)、ゲートターンオフサイリスタ(G
TO)、静電誘導サイリスタ(SIT)、パワーMOS FETなど
種々の半導体素子があり、素子自身の特性改善や新規開
発により急速な技術進歩を続けている。これら自己消弧
形半導体素子の特徴は、少ない制御電力で大電力をON−
OFF制御できる点であり、交流電動機の制御装置の如く
直流−交流電力交換を行なうような電力変換装置に使用
すると半導体素子の転流回路を必要としない等の長所が
得られる。
自己消弧形半導体素子を使用した電力変換装置の例とし
て交流電動機の制御装置を第1図に示し、従来技術を第
1図と第2図、第3図により以下説明する。第1図にお
いて、11は入力交流電源、12は整流器、13は直流リアク
トル、14はフィルタコンデンサ、15はインバータ、16は
負荷の交流電動機、17−1は速度基準、17−2は電圧制
御器、17−3は電圧検出器、17−4は電流制御器で、17
−5電流検出器、17−6は発振器、17−7はPWM制御
器、17−7はゲート制御回路である。
この図において、入力交流電源11の交流電力を整流器12
で直流電力に変換し、直流リアクトル13とフィルタコン
デンサ14でこの直流電力を平滑化後、インバータ15で再
び交流電力に変換して交流電動機16を可変速運転する。
この時インバータ15の出力周波数と出力電圧を制御して
交流電動機16を可変速制御するために、速度基準17−1
で指令値を与えて、電圧制御器17−2と電圧検出器17−
3で出力電圧制御ループを構成し、そのマイナーループ
として電流制御器17−4と電流検出器17−5で出力電流
制御を行なう。また出力周波数は発振器17−6で制御
し、これらの制御信号によりPWN制御器で出力周波数と
出力電圧パターンを発生し、ゲート制御回路17−8を介
してインバータ15にゲート制御信号を与える。以上の如
き交流電動機の制御装置は電圧形可変電圧可変周波数装
置として良く知られた方式のため、これ以上の詳細な説
明は省く。
第1図のインバータ15を構成する半導体素子に自己消弧
形半導体素子を使用する場合にその素子まわりの構成は
第2図又は第3図の如くなる。第2図や第3図は基本的
な原理図を示しているが、ここで、18−1はパワートラ
ンジスタ(GTR)18−2はゲートターンオフサイリスタ
(GTO)19−1〜19−3はゲート電源、20−1〜20−3
は抵抗器、21−1〜21−3はスイッチである。第2図の
パワートランジスタ(GRT)18−1の回路においては、
スイッチ21−1をOFFするとゲート電源19−1より抵抗
器20−1を介してベース電流IBを流し、パワートランジ
スタ(GTR)18−1には大きなエミッタ電流IEを流すこ
とができる。またスイッチ21−1をONするとベース電流
IBも零になりパワートランジスタ(GTR)18−1もOFFす
る。パワートランジスタ(GTR)18−1はベース電流IB
が所定値以上の充分な値でないと、エミッタ電流IEを流
す時の電圧降下が増加し、電力損失が急増して熱的に破
壊する等の問題点がある。このベース電流IBの低下はゲ
ート電源19−1の電圧低下で生じる。
他方第3図のゲートターンオフサイリスタ(GTO)18−
2は、ターンオンする時スイッチ21−2をONして、ゲー
ト電源19−2−抵抗器20−2−スイッチ21−2を介して
正のONゲート電流をゲートターンオフサイリスタ(GT
O)18−2に流し、導通させて大きなカソード電流IK
流す。導通より非導通にする場合にはスイッチ21−3を
ONしてゲート電源19−3より抵抗器20−3、スイッチ21
−3を介して負のOFFゲート電流を流してゲートターン
オフサイリスタ(GTO)18−2を非道通とするが、負のO
FFゲート電流はゲートターンオフサイリスタ(GTO)18
−2の特性によるがカソード電流の1/3〜1/10のピーク
電流を流す必要があり、もしこの条件を満足できなけれ
ばスイッチングパワーロスの増加によってゲートターン
オフサイリスタ(GTO)18−2は破壊する。このOFFゲー
ト電流の低下は同様にゲート電源19−3の低下に起因す
る。
以上述べる如く、自己消弧形半導体素子では、ゲート電
源19−1や19−3の電圧低下で自己消弧形半導体素子そ
のものが破壊される欠点があった。またこれらのゲート
電源19−1や19−3は第1図のゲート制御回路17−8に
設けられており、比較的大きな制御電力を必要とするた
め、入力交流電源11の電圧変動が発生した時にゲート電
源19−1や19−3の電圧を所定値に保つようにコンデン
サ等でバックアップすることが困難であり、これら電圧
変動に対する電力変換装置(インバータ15)の信頼性が
非常に低い欠点があった。
[発明の目的] 本発明は前記の従来の欠点に鑑みてなされたもので、ゲ
ート電源の電圧変動が生じても自己消弧形半導体素子が
破壊することを防止できる信頼性の高い電力変換装置を
提供することを目的としている。
[発明の概要] 自己消弧形半導体素子を使用した電力変換装置におい
て、ゲート電源の電圧変動は、ゲート電源を得ている入
力交流電源や電力変換装置の入・出力電圧変動に起因す
る。従って本発明では自己消弧形半導体素子を使用した
電力変換装置において、前記自己消弧形半導体素子に制
御信号を供給するためのゲート制御回路内のゲート電源
の電圧低下を検出する電圧検出手段を設け、所定範囲の
電圧低下に対して前記電力変換装置の出力を前記自己消
弧形半導体素子が破壊されない値に制限する制限手段を
設けることにより、ゲート電源の電圧低下による自己消
弧形半導体素子の破壊を防止し、信頼性の向上を図るよ
うにしたものである。
[発明の実施例] 本発明の一実施例を第4図に示す。この図で第1図と同
一の回路番号を付したものは同一機能の構成要素であ
り、説明を省く。この図で22−1は電圧検出器、22−2
は制限器である。インバータ15の出力電流は電流制御器
17−4と電流検出器17−5により閉ループ制御されてお
り、電圧制御器17−2の出力は出力電流の基準信号とな
っている。第4図においてゲート制御回路17−8内のゲ
ート電源19−1や19−3の電圧変動を電圧検出器22−1
により直接検出し、電圧検出器17−2の出力値を制限器
22−2により所定値に制限する。
以上の如く構成すると、ゲート電源19−1や19−3の電
圧変動が所定値以上生じても、電圧検出器22−1や制限
器22−2の作用によってインバータ15の出力電流の基準
信号である電圧制御器17−2の出力信号を所定値に制限
でき、インバータ15内に使用した自己消弧形半導体素子
を流れる電流を所定値以内に制限できる。これによって
自己消弧形半導体素子のゲート電源電圧の低下による自
己消弧形半導体素子の破壊を防止出来る信頼性の高い電
力変換装置を提供することができる。
本発明の他の実施例を第5図に示す。第4図においては
ゲート制御回路17−8のゲート電源19−1や19−3から
直接ゲート電源の電圧変動を電圧検出器22−1で検出し
たが、直接ゲート電源電圧を検出するのみではなく、ゲ
ート電源19−1や19−3に電力を供給する電源である入
力交流電源11の電圧変動またはフィルタコンデンサ14の
電圧変動、あるいはインバータ15の出力電圧変動などを
第5図の如く電圧検出器22−1に入力することにより間
接的にゲート電源19−1や19−3の電圧変動を検出して
第4図と同様に制御器22−2を介して電圧制御器17−2
の出力を制限することができる。
以上述べる如く本発明においてはゲート電源電圧の検出
手段を特に限定するものではない。
次に発明の他の実施例を第6図に示す。この構成は第1
図の交流電動機の制御装置で交流電動機16の速度を閉ル
ープ制御するように構成したもので、第1図と同一番号
を符した回路構成要素は同一機能である。この図で、23
−1は速度基準制御器、23−2は速度制御器、23−3は
速度検出器、23−4は電流パターン発生器、23−5は制
限器である。この図において速度基準17−1は速度基準
制限器23−1を介して速度制御器23−2に与えられ速度
検出器23−3の検出信号と比較制御され、電流パターン
発生器に与えられ、インバータ15の出力周波数や出力電
圧、電流が電流パターン発生器23−4の出力によって制
御される。
この構成において、電圧検出器22−1がゲート電源19−
1や19−3の電圧変動を間接的に検出すると、速度基準
制限器23−1の出力や速度制御器23−2の出力を制限器
23−5によって制限する。この時速度基準制限器23−1
の出力が制限されるとインバータ15の出力周波数も制限
され、交流電動機16の負荷が回転数の3乗で変化するよ
うな場合には、結果的にインバータ15の出力電流を制限
できる。また速度制御器23−2の出力は交流電動機16の
発生トルクに対応した信号であるため、同様にインバー
タ15の出力電流を制限器23−5で制限できる。
以上説明したように、自己消弧形半導体素子の電流を本
発明では直接的に制限するのみではなく間接的に制限す
ることができる。また本発明では自己消弧形半導体素子
に流れる電流をゲート電源19−1や19−3の電圧低下時
制限するものであって、この電流制限の手段を限定する
ものではない。
その他ゲート電源19−1や19−3の電圧低下を検出する
手段としては、第2図でベース電流IBの大きさや、第3
図でOFFゲート電流の大きさより検出する方法でも良
く、第4図や第5図の実施例と合せて明らかなようにゲ
ート電源19−1や19−3の電圧低下の検出手段を本発明
では特に限定するものではない。
その他本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変
形回路を構成できるこが明らかである。
[発明の効果] 本発明においては、自己消弧形半導体素子の破壊原因と
なるベース電流あるいはOFFゲート電流の低下等に対し
て、ゲート電源の所定の電圧低下を検出して自己消弧形
半導体素子を使用した電力変換装置の出力電流を所定値
に制限して、自己消弧形半導体素子の電力損失やスイッ
チングパワーロスを低減して電力変換装置を運転継続で
き、信頼性の高い電力変換装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用出来る従来の電力変換装置の構成
図、第2図、第3図は自己消弧形半導体素子を制御する
原理図、第4図は本発明の一実施例を示す構成図、第5
図、第6図は本発明のそれぞれ異る他の実施例を示す構
成図である。 11……入力交流電源、12……整流器、13……直流リアク
トル、14……フィルタコンデンサ、15……インバータ、
16……交流電動機、17−1……速度基準、17−2……電
圧制御器、17−3……電圧検出器、17−4……電流制御
器、17−5……電流検出器、17−6……発振器、17−7
……PWM制御器、17−8……ゲート制御回路、18−1…
…パワートランジスタ(GTR)、18−2……ゲートター
ンオフサイリスタ(GTO)、19−1,19−2,19−3……ゲ
ート電源、20−1,20−2,20−3……抵抗器、21−1,21−
2,21−3……スイッチ、22−1……電圧検出器、22−2
……制限器、23−1……速度基準制限器、23−2……速
度制御器、23−3……速度検出器、23−4……電流パタ
ーン発生器、23−5……制限器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自己消弧形半導体素子を使用した電力変換
    装置において、前記自己消弧形半導体素子に制御信号を
    供給するためのゲート制御回路内のゲート電源の電圧低
    下を検出する電圧検出手段を設け、所定範囲の電圧低下
    に対して前記電力変換装置の出力を前記自己消弧形半導
    体素子が破壊されない値に制限する制限手段を設けたこ
    とを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】前記電力変換装置の出力を制限するため
    に、電流基準を所定値に制限することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の電力変換装置。
  3. 【請求項3】前記電力変換装置の出力を制限するため
    に、出力周波数を制限することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の電力変換装置。
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