JPH0888982A - Overcurrent protecting device - Google Patents

Overcurrent protecting device

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JPH0888982A
JPH0888982A JP6221813A JP22181394A JPH0888982A JP H0888982 A JPH0888982 A JP H0888982A JP 6221813 A JP6221813 A JP 6221813A JP 22181394 A JP22181394 A JP 22181394A JP H0888982 A JPH0888982 A JP H0888982A
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JP
Japan
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current
arm
converter
circuit
short
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Pending
Application number
JP6221813A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Eguchi
吉雄 江口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0888982A publication Critical patent/JPH0888982A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide an overcurrent protecting device for a converter, which can obtain the secure overcurrent protection accurately all the time without the reduction in rated capacity of the converter, the provision of the large size for the device and the cost-up. CONSTITUTION: Current detectors 13a, 14a and 23 detect the output current of a voltage type converter 12. The current direction detectors 3a and the like detect the flowing direction of the output current of the voltage type converter 12. A current detector 22a judges the current value of the DC. An OR circuit 1 judges that which of the current detectors 13a, 14a, 23 and 22a is operated. AND circuits 2a-2f determine the sequence of the gate blocks of arms 19a-19f of the converter 12 based on the output of the OR circuit 1 and the outputs of the current direction detectors 3a and the like. These parts are provided. Then, the arm, wherein the DC in the arms on the positive electrode side and the negative electrode side of the arm pair in which the arm is shorted, is selected, and the gate blocking is performed in preference.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、直流電力を交流電力
に、或いは交流電力を直流電力に変換する半導体電力変
換装置に係り、特に、その主回路でのアーム短絡時での
保護に好適な過電流保護装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor power converter for converting DC power into AC power or AC power into DC power, and is particularly suitable for protection when an arm short circuit occurs in its main circuit. The present invention relates to an overcurrent protection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体電力変換装置の主なものとして
は、直流電力を交流電力に変換する逆変換装置(インバ
ータ)と、交流電力を直流電力に変換する順変換装置(コ
ンバータ)とがあるが、例えば、変換器の主回路を構成
するスイッチング素子として、自己消去型素子であるゲ
−トターンオフサイリスタ(GTO)を使用し、直流電力
を三相交流電力に変換して出力する逆変換装置の一例を
示すと、図2のように構成されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor power converters mainly include an inverse converter (inverter) for converting DC power into AC power and a forward converter (converter) for converting AC power into DC power. For example, in a reverse conversion device that uses a gate turn-off thyristor (GTO) that is a self-erasing element as a switching element that constitutes the main circuit of a converter and that converts DC power into three-phase AC power and outputs the three-phase AC power. An example is shown in FIG.

【0003】この図2において、10は直流電源、11
は平滑コンデンサ、そして12が変換器(主回路)であ
り、直流電源10の直流電力は、遮断器16を介して平
滑用コンデンサ11と変換器12に入力される。なお、
このように、変換器12の直流側に平滑コンデンサを設
けた変換器は、電圧型電力変換装置と呼ばれるている。
In FIG. 2, 10 is a DC power source, and 11
Is a smoothing capacitor, and 12 is a converter (main circuit), and the DC power of the DC power supply 10 is input to the smoothing capacitor 11 and the converter 12 via the breaker 16. In addition,
The converter in which the smoothing capacitor is provided on the DC side of the converter 12 as described above is called a voltage-type power converter.

【0004】変換器12は、それぞれがGTOとフリー
ホイールダイオードの逆並列接続回路からなる6個のア
ーム19a〜19fで構成されており、ここで、これら
のアーム19a〜19fの内、例えば直流電源10の+
側に接続されている3個のアーム19a〜19cを夫々
正極側アームと呼び、−側に接続されている3個のアー
ム19d〜19fを夫々負極側アームと呼ぶ。
The converter 12 is composed of six arms 19a to 19f each of which is composed of an antiparallel connection circuit of a GTO and a freewheel diode. Here, among these arms 19a to 19f, for example, a DC power source is used. 10+
The three arms 19a to 19c connected to the negative side are referred to as positive side arms, and the three arms 19d to 19f connected to the negative side are referred to as negative side arms, respectively.

【0005】そして、変換器12は、これらのアーム1
9a〜19fを適当にオン・オフ制御させることによ
り、直流電源10から平滑コンデンサ11を介して供給
された直流電力を交流電力に変換する働きをする。変換
器12により変換された交流電力は、変圧器17により
適当な交流電圧値に変換され、例えば誘導電動機などの
交流の負荷18に供給されるようになっている。
Then, the converter 12 has these arms 1
By appropriately controlling ON / OFF of 9a to 19f, the DC power supplied from the DC power supply 10 via the smoothing capacitor 11 is converted into AC power. The AC power converted by the converter 12 is converted into an appropriate AC voltage value by the transformer 17 and supplied to an AC load 18 such as an induction motor.

【0006】ところで、このような半導体電力変換装置
では、変換器12に過電流が発生すると、それを構成し
ているスイッチング素子が破壊される虞れがあるので、
過電流保護機能を設けるのが通例であり、そして、この
保護方式としては各種の方式のものが提案されている
が、その一例として特公平 4−63630号公報によ
る提案がある。そこで、この従来の保護方式について、
同じく図2により説明する。
By the way, in such a semiconductor power converter, if an overcurrent is generated in the converter 12, the switching element constituting the converter 12 may be destroyed.
It is customary to provide an overcurrent protection function, and various types of protection methods have been proposed, one of which is proposed in Japanese Patent Publication No. 4-63630. Therefore, regarding this conventional protection method,
Similarly, description will be made with reference to FIG.

【0007】図2に示されているように、変換器12に
は、変流器13、14が設けられており、これらによっ
て交流出力電流が検出され、電流検出器13a、14a
に供給されるようになっている。一方、直流側では、平
滑コンデンサ11の充放電電流を検出する変流器(直流
変流器)15が設けられており、この検出出力が電流検
出器15aに入力されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the converter 12 is provided with current transformers 13 and 14, which detect the AC output current, and current detectors 13a and 14a.
It is supplied to. On the other hand, on the DC side, a current transformer (DC current transformer) 15 for detecting the charging / discharging current of the smoothing capacitor 11 is provided, and the detection output is input to the current detector 15a.

【0008】電流検出器13a〜15aには、夫々過電
流を検出するための検出レベルが設定されており、変流
器13〜15により検出された電流値が、前記の検出レ
ベルを超過した場合に、所定の検出信号が出力されるよ
うになっている。そして、これら電流検出器13a〜1
5aの出力はゲ−ト信号回路20に供給され、電流検出
器13a〜15aのうち、何れか1個にでも過電流検出
レベルを超過した信号が存在した場合には、ゲ−ト信号
回路20は直に変換器12の19a〜19fの各アーム
のGTOにゲ−トブロック信号を出力し、オフするよう
に構成されている。
Detection levels for detecting an overcurrent are set in the current detectors 13a to 15a, respectively, and when the current value detected by the current transformers 13 to 15 exceeds the above detection level. In addition, a predetermined detection signal is output. And these current detectors 13a-1
The output of 5a is supplied to the gate signal circuit 20, and if any one of the current detectors 13a to 15a has a signal exceeding the overcurrent detection level, the gate signal circuit 20 is detected. Is configured to directly output a gate block signal to the GTO of each arm 19a to 19f of the converter 12 and turn it off.

【0009】従って、この場合、まず、変換器12の交
流側の事故、例えば負荷18の短絡事故や変圧器17の
事故に対しては、変流器13、14及び電流検出器13
a、14aによって変換器12の過電流状態を検出する
ことができ、この結果、変換器12のアーム19a〜1
9fをゲ−トブロックして変換器12を過電流から保護
することができる。
Therefore, in this case, first, in the case of an accident on the AC side of the converter 12, for example, a short circuit accident of the load 18 or an accident of the transformer 17, the current transformers 13 and 14 and the current detector 13 are first.
a, 14a can detect the overcurrent state of the converter 12, and as a result, the arms 19a to 1a of the converter 12 can be detected.
Gate 9f can be gated to protect converter 12 from overcurrent.

【0010】次に、変換器12内でのアーム短絡事故、
例えばアーム19aとアーム19dが同時に点弧した場
合などのアーム短絡事故に際しては、平滑コンデンサ1
1からの放電電流が過大になるので、変流器15及び電
流検出器15aにより変換器12の過電流状態を検出す
ることができ、これによる検出信号によって変換器12
の19a〜19fの各アームにゲ−トブロック信号を出
力することによって変換器12を過電流から保護してい
る。
Next, an arm short circuit accident in the converter 12,
In the event of an arm short circuit, for example, when the arms 19a and 19d are simultaneously fired, the smoothing capacitor 1
Since the discharge current from No. 1 becomes excessive, the current transformer 15 and the current detector 15a can detect the overcurrent state of the converter 12, and the detection signal by this can detect the converter 12
By outputting a gate block signal to each of the arms 19a to 19f, the converter 12 is protected from overcurrent.

【0011】ところで、この図2の構成では、上記の説
明から判るように、アーム短絡事故が発生した場合、短
絡したアームを流れる短絡電流としては、平滑コンデン
サ11の放電電流による他に、交流回路側から供給され
る短絡電流がある。
In the configuration of FIG. 2, as can be seen from the above description, when an arm short-circuit accident occurs, the short-circuit current flowing through the short-circuited arm depends on the discharge current of the smoothing capacitor 11 and the AC circuit. There is a short circuit current supplied from the side.

【0012】しかし、この図2に示すような、負荷に電
力を供給するための変換器では、通例、交流側のインピ
ーダンスが高く、アーム短絡が発生した場合でも、交流
側からの短絡電流の値及び短絡電流の上昇率は、平滑コ
ンデンサ11からの放電電流に比べ小さい。
However, in the converter for supplying electric power to the load as shown in FIG. 2, the impedance on the AC side is usually high, and the value of the short-circuit current from the AC side is generated even if an arm short circuit occurs. The rate of increase of the short circuit current is smaller than that of the discharge current from the smoothing capacitor 11.

【0013】従って、この従来技術のように、平滑コン
デンサ11の充放電電流の値で過電流を検出し、アーム
19a〜19fのスイッチング素子をゲ−トブロックす
る方法でも、充分に変換器12を過電流から保護するこ
とができた。
Therefore, as in this prior art, the method of detecting the overcurrent by the value of the charging / discharging current of the smoothing capacitor 11 and gate-blocking the switching elements of the arms 19a to 19f is sufficient to prevent the converter 12 from overdriving. It was able to protect from electric current.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、変換
器を電力系統に連系して運転を行なうようにしたシステ
ム構成の場合について配慮がされておらず、充分な保護
機能が得られないという問題があった。
The above-mentioned prior art does not consider the case of a system configuration in which the converter is connected to the power system for operation, and a sufficient protection function cannot be obtained. There was a problem.

【0015】すなわち、変換器が電力系統と連系運転を
行っているシステムにおいて、変換器内でアーム短絡が
発生したときには、交流側からの短絡電流が大きくな
り、過電流を検出した時点で既にアームには自己遮断能
力以上の電流が流れていることがあり、従って、この時
点でゲ−トブロックするとスイッチング素子が破壊され
てしまい、保護機能が得られないのである。
That is, in a system in which the converter is operating in conjunction with the power system, when an arm short circuit occurs in the converter, the short circuit current from the AC side becomes large, and when the overcurrent is detected, the short circuit current is already generated. In some cases, a current exceeding the self-interruption ability is flowing in the arm. Therefore, if the gate is blocked at this point, the switching element will be destroyed and the protection function cannot be obtained.

【0016】更に詳しく説明すると、例えば、図3に示
すように、変換器12が電力系統21と連系しており、
変換器12と電力系統21の間で電力の授受を行ってい
るものとする。
More specifically, for example, as shown in FIG. 3, the converter 12 is connected to the power system 21,
It is assumed that electric power is exchanged between the converter 12 and the electric power system 21.

【0017】ここで、いま、変換器12のアーム19a
と19dが同時に点弧し、アーム短絡を起こしたしたと
する。まず、アーム19aと19dの短絡が発生する前
の各アームの点弧状態及び交流電流の方向は、図4(a)
の状態であったとする。つまり19a、19b、19f
のアームがオン状態、19c、19d及び19eの各ア
ームがオフ状態で、交流電流iu〜iwは、図示の矢印
方向になっていたとする。
Now, the arm 19a of the converter 12 will now be described.
And 19d are fired at the same time, causing an arm short circuit. First, the ignition state and the direction of the alternating current of each arm before the short circuit between the arms 19a and 19d occurs are shown in FIG.
It was assumed that That is, 19a, 19b, 19f
It is assumed that the AC currents iu to iw are in the direction of the arrow shown in the figure with the arms of No. 1 being on, the arms of 19c, 19d and 19e being off.

【0018】次に、この状態で、アーム19dが何らか
の理由により誤点弧したとすると、誤点弧直後の各部の
電流の状態は、図4(b)に示す状態となる。そして、こ
のアーム19aと19dが短絡したことにより、平滑コ
ンデンサ11からの短絡電流isが、これらのアーム1
9a、19dに流れる。
Next, in this state, if the arm 19d erroneously ignites for some reason, the state of the current in each part immediately after the erroneous ignition will be the state shown in FIG. 4 (b). Since the arms 19a and 19d are short-circuited, the short-circuit current is from the smoothing capacitor 11 is generated by the arms 1a and 19d.
It flows to 9a and 19d.

【0019】一方、これと同時に交流電流iuの経路も
変わり、アーム19dには短絡電流(iw+is)が流れ
ることになる。
On the other hand, at the same time, the path of the alternating current iu also changes, and the short circuit current (iw + is) flows through the arm 19d.

【0020】このとき、図2に示した従来技術の場合に
は、上記したように、交流側のインピーダンスが大きい
ため、交流側からの短絡電流の電流上昇率は小さく、ア
ーム19dに流れる短絡電流の大部分は、平滑コンデン
サ11からの短絡電流isの値で決まるので、この電流
isの値を変流器15で検出し、ゲ−トブロックするこ
とにより、上記したように、過電流保護を行なうことが
できる。
At this time, in the case of the prior art shown in FIG. 2, since the impedance on the AC side is large as described above, the current increase rate of the short-circuit current from the AC side is small, and the short-circuit current flowing through the arm 19d is small. Since most of the current is determined by the value of the short-circuit current is from the smoothing capacitor 11, the value of this current is is detected by the current transformer 15 and gate-blocked to perform the overcurrent protection as described above. be able to.

【0021】これに対して、図3のように、電力系統2
1と連系している場合には、電流系統21のインピーダ
ンスが小さい場合が多く、交流短絡電流iuの電流上昇
率は図2の場合より遥かに大きくなる。
On the other hand, as shown in FIG.
In many cases, the impedance of the current system 21 is small when it is connected to the circuit 1, and the current increase rate of the AC short-circuit current iu is much larger than that in the case of FIG.

【0022】このため、アーム19dに流れる短絡電流
(is+iw)の値は、平滑コンデンサ11からの短絡電
流isよりも、かなり大きな値となっている場合があ
り、この結果、上記したように、保護機能が得られなく
なってしまうのである。
Therefore, the short-circuit current flowing in the arm 19d
The value of (is + iw) may be much larger than the short circuit current is from the smoothing capacitor 11, and as a result, the protection function cannot be obtained as described above.

【0023】ところで、これを避けるためには、電流検
出器の過電流検出レベルを下げて協調をとる方法や、或
いは電流検出器を各アーム毎に個別に設置する方法など
が考えられる。
In order to avoid this, a method of lowering the overcurrent detection level of the current detector for cooperation, or a method of individually installing the current detector for each arm can be considered.

【0024】しかしながら、前者の方法では、交流側か
らの短絡電流の最大値を考慮し、その分だけ過電流検出
器のレベルを低く設定する必要があり、これは等価的に
変換器の出力を低減して使うことになるので、変換器の
出力を有効に利用できないという問題があり、他方、後
者の方法では、電流検出に必要な変流器や電流検出器の
個数が増加してしまうので、変換器が大型化し、且つコ
ストが増加してしまうという問題がある。
However, in the former method, it is necessary to consider the maximum value of the short-circuit current from the AC side and set the level of the overcurrent detector lower by that amount, which is equivalent to the output of the converter. Since it will be used after reducing it, there is a problem that the output of the converter cannot be used effectively, while the latter method increases the number of current transformers and current detectors necessary for current detection. However, there is a problem that the converter becomes large and the cost increases.

【0025】本発明の目的は、変換器の定格容量の低減
や、装置の大型化とコストアップをもたらすこと無く、
常に的確で確実な過電流保護が得られるようにした変換
器の過電流保護装置を提供することにある。
The object of the present invention is to reduce the rated capacity of the converter, increase the size of the device, and increase the cost.
It is an object of the present invention to provide an overcurrent protection device for a converter that always provides accurate and reliable overcurrent protection.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】上記目的は、正極側アー
ムを形成するスイッチング素子と、負極側アームを形成
するスイッチング素子の直列回路からなるアーム対を複
数個、直流端子間に備え、各アーム対の正極側アームと
負極側アームの接続点を交流端子に接続した電圧型電力
変換装置において、アーム短絡が発生したアーム対の上
記接続点と上記交流端子間に流れる電流の通流方向を、
アーム短絡が発生した時点で検出し、その検出結果に応
じて、上記アーム短絡が発生したアーム対の正極側と負
極側のアームの内の流通電流が小さくなっている方のア
ームを選択し、優先的にゲ−トブロックすることにより
達成される。
The above object is to provide a plurality of arm pairs, each of which is composed of a series circuit of a switching element forming a positive electrode side arm and a switching element forming a negative electrode side arm, between DC terminals. In the voltage type power converter in which the connection point between the positive electrode side arm and the negative electrode side arm of the pair is connected to the AC terminal, the flow direction of the current flowing between the connection point and the AC terminal of the arm pair in which the arm short circuit occurs,
Detecting at the time when the arm short circuit occurs, depending on the detection result, select the arm of which the circulating current is small among the positive electrode side and the negative electrode side of the arm pair in which the arm short circuit has occurred, This is achieved by preferentially gate blocking.

【0027】[0027]

【作用】アーム短絡が発生したアーム対の各アームに流
れる短絡電流は、直流回路の正極から負極に流れる直流
電流と、そのアーム対の接続点と交流端子の間に流れる
交流電流の和となる。そして、このとき、直流電流の流
通方向は変らないが、交流電流は、その流通方向が出力
周波数の半サイクル毎に反転するので、各半サイクル毎
に正極側アームと負極側アームの一方だけを流れる。
The short-circuit current flowing in each arm of the arm pair in which the arm short circuit occurs is the sum of the DC current flowing from the positive electrode to the negative electrode of the DC circuit and the AC current flowing between the connection point of the arm pair and the AC terminal. . Then, at this time, the flow direction of the direct current does not change, but the flow direction of the alternating current is reversed every half cycle of the output frequency, so that only one of the positive arm and the negative arm is provided for each half cycle. Flowing.

【0028】そこで、アーム短絡発生時点で交流電流の
流れている方向を知ることにより、そのアーム対の正極
側アームと負極側アームの内、直流短絡電流だけが流れ
る方のアームを知ることができるので、このアームを優
先的にゲートブロックすることができ、この結果、今ま
でより大きな短絡電流を遮断できることになり、従来よ
り大きな過電流耐量を変換器にもたせることができるよ
うになる。
Therefore, by knowing the direction in which the AC current flows when the arm short circuit occurs, it is possible to know which one of the positive arm and the negative arm of the arm pair is the one through which only the DC short current flows. Therefore, the arm can be preferentially gate-blocked, and as a result, a larger short-circuit current can be interrupted so far, and the converter can be provided with a larger overcurrent withstanding capacity than ever before.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明による過電流保護装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。図1は本発明
の一実施例で、この図1において、図2、図3で説明し
た従来技術と同一番号のものは同一機能を有している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The overcurrent protection device according to the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, those having the same numbers as those in the prior art described in FIGS. 2 and 3 have the same functions.

【0030】変換器12は、直流電源10の+側に接続
されている3個の正極側アーム19a〜19cと、−側
に接続されている3個の負極側アーム19d〜19fと
で構成されているが、ここで、夫々の正極側アーム19
a〜19cと負極側アーム19d〜19fの直列回路を
アーム対と呼び、これらアーム対の接続点をA、B、C
とし、これらが三相の交流出力端子U、V、Wに接続さ
れている。
The converter 12 comprises three positive side arms 19a to 19c connected to the + side of the DC power source 10 and three negative side arms 19d to 19f connected to the-side. However, here, each positive arm 19
The series circuit of a to 19c and the negative arm 19d to 19f is called an arm pair, and the connection points of these arm pairs are A, B, and C.
And these are connected to the three-phase AC output terminals U, V, W.

【0031】変換器12の出力電流は変流器13、14
により検出され、これによる電流検出値iU、iWが各々
電流検出器13a、14aに入力されると共に、加算器
24にも入力され、ここでベクトル的に加算され、変換
器12の出力電流の残りの一相分の電流の検出値iV
演算で求められ、電流検出器23に入力される。一方、
変換器12の直流側の電流は変流器(直流変流器)22に
より検出され、同じく電流検出値iDが電流検出器22
aに入力される。
The output current of the converter 12 is the current transformers 13 and 14
The current detection values i U and i W thus detected are input to the current detectors 13a and 14a, respectively, and also to the adder 24, where they are vector-wise added and the output current of the converter 12 is detected. The detected value i V of the remaining one-phase current is calculated and input to the current detector 23. on the other hand,
The current on the DC side of the converter 12 is detected by a current transformer (DC current transformer) 22, and the current detection value i D is also detected by the current detector 22.
Input to a.

【0032】電流検出器13a、14a、23及び22
aには、予め決めてある所定の過電流検出レベルが設定
されており、これにより、入力された検出電流値がこの
レベル値以下の場合には何も信号を出力しないが、検出
電流値がこのレベル値以上となった場合には直ちに過電
流検出信号iを発生するように構成されており、この過
電流検出信号iはOR回路1に入力される。従って、こ
のOR回路1からは、電流検出器13a、14a、23
及び22aの何れか1個からでも過電流検出信号iが出
力された場合、出力論理が“1”に信号が出力されるこ
とになる。
Current detectors 13a, 14a, 23 and 22
A predetermined predetermined overcurrent detection level is set in a, so that no signal is output when the input detected current value is less than or equal to this level value, but the detected current value is When it becomes equal to or higher than this level value, the overcurrent detection signal i is generated immediately, and this overcurrent detection signal i is input to the OR circuit 1. Therefore, from this OR circuit 1, the current detectors 13a, 14a, 23
When the overcurrent detection signal i is output from any one of the output terminals 22a and 22a, the signal is output with the output logic "1".

【0033】次に、変流器13、14により検出された
二相分の電流検出値iU、iWと、加算器24で演算され
た残りの一相分の電流検出値iVは、電流方向検出器3
a〜3cにも入力される。
Next, the two-phase current detection values i U and i W detected by the current transformers 13 and 14 and the remaining one-phase current detection value i V calculated by the adder 24 are Current direction detector 3
It is also input to a to 3c.

【0034】これら電流方向検出器3a〜3cは、変換
器12の各アーム対の接続点A、B、Cと、交流出力端
子U、V、Wとの間での交流電流の流通方向を検出し
て、(+)出力と(−)出力の何れかに信号を発生する働き
をするもので、交流電流が変換器12から変圧器17の
方向に流れているとき、つまり、各アーム対の接続点
A、B、Cから交流出力端子U、V、Wに向かって流れ
ているときには、(+)出力に信号を発生し、反対に、交
流電流が変圧器17から変換器12に向って流れている
とき、つまり、交流出力端子U、V、Wから各アーム対
の接続点A、B、Cに向かって電流が流れているときに
は、(−)出力に信号を発生するように構成されている。
These current direction detectors 3a to 3c detect the flow direction of the AC current between the connection points A, B and C of each arm pair of the converter 12 and the AC output terminals U, V and W. Then, it functions to generate a signal at either the (+) output or the (-) output, and when an alternating current is flowing from the converter 12 to the transformer 17, that is, in each arm pair. When flowing from the connection points A, B, C toward the AC output terminals U, V, W, a signal is generated at the (+) output, and conversely, the AC current flows from the transformer 17 to the converter 12. When the current is flowing, that is, when the current is flowing from the AC output terminals U, V, W toward the connection points A, B, C of each arm pair, a signal is generated at the (-) output. ing.

【0035】これらOR回路1からの過電流検出信号
と、電流方向検出器3a〜3cの出力信号は、夫々図示
のように、6個のAND回路2a〜2fに入力され、こ
れらのAND回2a〜2fにより、OR回路1の出力信
号と、夫々電流方向検出器3a〜3cの出力信号のAN
Dがとられるように構成されている。
The overcurrent detection signal from the OR circuit 1 and the output signals of the current direction detectors 3a to 3c are input to the six AND circuits 2a to 2f, respectively, as shown in the figure, and these AND times 2a are inputted. To 2f, the output signal of the OR circuit 1 and the output signals of the current direction detectors 3a to 3c are respectively AN.
D is configured to be taken.

【0036】AND回路2a〜2fの出力は夫々対応す
る6個のOR回路4a〜4fに入力され、これらOR回
路4a〜4fを介して、夫々、図示のように、対応する
アームの各GTOにゲートブロック信号が供給されるよ
うになっている。
The outputs of the AND circuits 2a to 2f are input to the corresponding six OR circuits 4a to 4f, and via the OR circuits 4a to 4f, the GTOs of the corresponding arms are respectively supplied as shown in the drawing. A gate block signal is supplied.

【0037】従って、いま、OR回路1から過電流検出
信号が出力された時点で、電流方向検出器3a〜3cの
出力信号が(−)出力から出力されていたとすると、この
ときには、対応するアーム対の正極側のアームをゲ−ト
ブロックするための信号がOR回路4a、4c、4eか
ら出力される。
Therefore, if the output signals of the current direction detectors 3a to 3c are output from the (-) output at the time when the overcurrent detection signal is output from the OR circuit 1, at this time, the corresponding arm is A signal for gate-blocking the pair of positive-side arms is output from the OR circuits 4a, 4c, and 4e.

【0038】次に、OR回路1から過電流検出信号が出
力された時点で、電流方向検出器3a〜3cから(+)出
力信号が出力されていたときには、対応するアーム対の
負極側のアームをゲ−トブロックするための信号がOR
回路4b、4d、4fから出力されることになる。
Next, when the (+) output signal is output from the current direction detectors 3a to 3c at the time when the overcurrent detection signal is output from the OR circuit 1, the negative arm of the corresponding arm pair. Signal for gate blocking OR
The signals are output from the circuits 4b, 4d, 4f.

【0039】従って、この実施例によれば、アーム短絡
が発生したとき、そのアーム対の正極側のアームと負極
側のアームの内、流れている短絡電流が少ない方のアー
ムから電流が遮断されるようになり、交流側短絡電流の
最大値を考慮する必要が無くなり、充分に変換器の過電
流耐量を増加させることができるのであるが、以下、そ
の動作について説明する。
Therefore, according to this embodiment, when an arm short circuit occurs, the current is cut off from the arm having the smaller short-circuit current flowing out of the positive arm and the negative arm of the arm pair. As a result, it becomes unnecessary to consider the maximum value of the AC side short-circuit current, and the overcurrent withstand capability of the converter can be sufficiently increased. The operation will be described below.

【0040】上記したように、この実施例では、OR回
路1の出力と電流方向検出器3a〜3cの出力信号によ
り、各アーム対でのゲ−トブロックすべきアームを選択
することを特徴としているが、このためには、アーム短
絡時に流れる短絡電流がどのようになるかを把握してお
く必要がある。
As described above, this embodiment is characterized in that the arm to be gate-blocked in each arm pair is selected by the output of the OR circuit 1 and the output signals of the current direction detectors 3a to 3c. However, for this purpose, it is necessary to understand what the short-circuit current that flows when the arm is short-circuited.

【0041】まず、説明の簡略化のため、変換器12の
アームを構成しているスイッチング素子(GTO)を、図
5に示すように、スイッチ接点で置き換えて表示する。
ここで、各スイッチのオン状態は、そのアームが点弧状
態にあることを表わし、オフは、非点弧状態を表わして
いる。
First, for simplification of description, the switching element (GTO) forming the arm of the converter 12 is replaced with a switch contact and displayed as shown in FIG.
Here, the ON state of each switch represents that the arm is in the ignition state, and the OFF state represents the non-ignition state.

【0042】そして、以下、この図5をもとにして、変
換器12のアームの点弧状態及び交流電流の流通方向の
組合せについて、各アーム短絡が発生した場合の短絡電
流の状態を以下に説明する。まず、図5の変換器では、
その各アームの点弧状態と交流電流方向の組合せがかな
り多数存在するが、基本となる運転パターンは、図6に
示すように、16パターンに分類することができる。な
お、この図5のアームの点弧状態が、図6のパターンと
異なった場合でも、相電流を読み変えることによって、
アーム短絡時の事故電流の通流ルートは図6のパターン
と等価となるので、この図6の各モードについて検討す
れば十分である。
Then, based on FIG. 5, the states of the short-circuit currents when the short-circuiting of each arm occurs for the combinations of the ignition state of the arms of the converter 12 and the flowing direction of the alternating current will be described below. explain. First, in the converter of FIG.
Although there are quite a lot of combinations of the ignition state of each arm and the alternating current direction, the basic operation pattern can be classified into 16 patterns as shown in FIG. Even when the ignition state of the arm in FIG. 5 is different from the pattern in FIG. 6, by rereading the phase current,
The fault current flow route when the arm is short-circuited is equivalent to the pattern of FIG. 6, so it is sufficient to study each mode of FIG.

【0043】次に、この図6の各モードにおいて、い
ま、非点弧状態にあるべきアームが、誤点弧、或いは故
障などによって点弧し、アーム短絡が発生したときに故
障アームに流れる故障電流の値を示すと、図7のように
なる。
Next, in each of the modes shown in FIG. 6, the arm which should be in the non-firing state is ignited by erroneous firing or due to a failure, and when an arm short circuit occurs, a failure which flows to the failure arm occurs. FIG. 7 shows the current value.

【0044】そして、この図7から、明らかなように、
誤点弧、或いは素子の故障などによってアーム短絡が発
生した場合に、短絡したアームには平滑コンデンサ11
からの短絡電流isと、交流側からの短絡電流が重畳す
る場合もあれば、短絡電流isと同一の場合もあり、従
って、一律にはまらないことが判る。
As is clear from FIG. 7,
When an arm short circuit occurs due to false ignition or a device failure, the smoothing capacitor 11 is attached to the shorted arm.
In some cases, the short-circuit current is from the AC side and the short-circuit current from the AC side may be superposed, and in some cases, the short-circuit current is the same, and therefore it is not uniform.

【0045】しかしながら、アーム短絡が発生した時点
で交流電流が流れている方向と、アームの短絡電流との
関係をみた場合には、交流電流が変換器12から流れ出
している方向の相に対応するアーム対の負極側アーム
(19d、19e、19f)の短絡電流は、常に正極側ア
ーム(19a、19b、19c)よりも少なくなっている
ことが判る。
However, looking at the relationship between the direction in which the AC current flows when the arm short circuit occurs and the arm short circuit current, the AC current corresponds to the phase in the direction flowing out of the converter 12. Negative side arm of arm pair
It can be seen that the short circuit current of (19d, 19e, 19f) is always smaller than that of the positive arm (19a, 19b, 19c).

【0046】また、変換器の交流電流が変換器側へ流れ
込んでいる相に対応するアーム対の正極側アーム(19
a、19b、19c)の短絡電流は、常に負極側のアー
ム(19d、19e、19f)よりも少なくなっているこ
とが判る。
Further, the positive arm (19) of the arm pair corresponding to the phase in which the alternating current of the converter is flowing into the converter (19)
It can be seen that the short circuit current of (a, 19b, 19c) is always smaller than that of the negative arm (19d, 19e, 19f).

【0047】これは、交流電流が変換器12から変圧器
17の方向に電流が流れている場合には、この電流は負
極側アームの短絡電流を打ち消すように動作し、また交
流電流の方向が反対の場合には、交流電流が正極側アー
ムの短絡電流を打ち消すように動作するためである。
This is because, when an alternating current is flowing from the converter 12 to the transformer 17, this current acts so as to cancel the short-circuit current of the negative arm and the direction of the alternating current is changed. This is because in the opposite case, the alternating current operates so as to cancel the short circuit current of the positive arm.

【0048】そこで、この図7の結果から、アーム短絡
が発生して電流検出器13a、14a、22a、23の
何れかが過電流を検出した時点での交流電流の方向か
ら、上記で説明したようにして、短絡電流が小さくなっ
ている方のアームを選択し、これから優先的にゲートブ
ロックしてやれば、アームの遮断電流は、ほとんどの場
合、直流短絡電流isと同じ値になる。
From the result of FIG. 7, the direction of the alternating current at the time when any one of the current detectors 13a, 14a, 22a and 23 detects the overcurrent and the direction of the alternating current is explained above. In this way, if the arm with the smaller short-circuit current is selected and the gate is blocked preferentially from this one, the breaking current of the arm is almost the same value as the DC short-circuit current is.

【0049】アームの短絡電流が直流短絡電流isの値
以下にならないという最悪の条件の場合(図6中のNo.
7、No.9、No.10、No.14〜No.16)においても、
直流短絡電流isの値に重畳する交流電流の値として
は、三相電流の中で最小のものを考慮するだけでよい。
In the worst condition that the short circuit current of the arm does not fall below the value of the DC short circuit current is (No. in FIG. 6).
7, No. 9, No. 10, No. 14 to No. 16)
As the value of the alternating current superposed on the value of the direct-current short-circuit current is, it is only necessary to consider the minimum value of the three-phase currents.

【0050】従って、この実施例によれば、電流検出器
13a、14a、22a、23の家電流検出レベルの設
定値としては、従来技術のように、交流電流の最大値を
考える必要がなくなり、この結果、変換器の過電流耐量
を増加させることができることになるのである。
Therefore, according to this embodiment, it is not necessary to consider the maximum value of the alternating current as the set value of the home current detection level of the current detectors 13a, 14a, 22a, 23, unlike the prior art. As a result, the overcurrent withstand capability of the converter can be increased.

【0051】なお、上記したようにして、アーム対の各
アームの内、一方のアームにより電流が遮断されてしま
えば、短絡状態はすでに回避されているため、残りのア
ームについての電流遮断は、特に緊急を要しない。
As described above, if the current is cut off by one of the arms of the arm pair, the short-circuited state has already been avoided, and the current cutoff for the remaining arms is as follows. No particular urgency is required.

【0052】そこで、この実施例では、図1に示すよう
に遅延回路5を設け、これにより残りのアームがゲート
ブロックされるようになっており、以下、この点につい
て説明する。すなわち、この遅延回路5は、AND回路
2a〜2fの内、何れか1個からでも信号が出力された
場合、この信号から一定時間遅れてOR回路4a〜4f
の全てに信号を供給し、これにより、全てのアームにゲ
−トブロック信号を出力させるようになっている。
Therefore, in this embodiment, the delay circuit 5 is provided as shown in FIG. 1 so that the remaining arms are gate-blocked. This point will be described below. That is, when a signal is output from any one of the AND circuits 2a to 2f, the delay circuit 5 is delayed by a certain time from this signal and OR circuits 4a to 4f.
Are supplied to all the arms, and thereby all the arms are made to output the gate block signal.

【0053】そこで、この遅延回路5の遅延時間を、各
アームが電流を遮断するのに要する値に設定しておけ
ば、電流方向検出器3a〜3c及びAND回路2で先に
ゲ−トブロックされたアームが電流を遮断した後に、残
りのアームのゲ−トブロック信号が出力されることにな
り、短絡発生にさいしても何ら問題なく変換器12を停
止させることができる。
Therefore, if the delay time of the delay circuit 5 is set to a value required for each arm to interrupt the current, the current direction detectors 3a to 3c and the AND circuit 2 are first gate-blocked. After the other arm cuts off the current, the gate block signals of the remaining arms are output, and the converter 12 can be stopped without any problem even if a short circuit occurs.

【0054】次に、本発明の他の実施例について、図1
4により説明する。この図14の実施例は、変換器12
の直流側の電流を検出するため、図2で説明した従来技
術と同じく、平滑コンデンサ11の充放電電流を電流検
出器15で検出するようにしたものでり、その他の構成
は、図1の実施例と同じである。
FIG. 1 shows another embodiment of the present invention.
4 will be described. In the embodiment of FIG. 14, the converter 12
In order to detect the current on the DC side of, the charging / discharging current of the smoothing capacitor 11 is detected by the current detector 15 as in the prior art described with reference to FIG. Same as the embodiment.

【0055】回路構成から明らかなように、変換器12
のアームに短絡が発生した場合、直流側からの短絡電流
は、直流電源10から供給される電流と、平滑コンデン
サ11から供給される放電電流の合計となるので、この
ときの直流側からの短絡電流を検出する方法としては、
図1の実施例のように、変流器22により検出する方法
が最も正確な検出方法となる。
As is clear from the circuit configuration, the converter 12
When a short circuit occurs in the arm of the above, the short-circuit current from the DC side is the sum of the current supplied from the DC power supply 10 and the discharge current supplied from the smoothing capacitor 11, so that the short-circuit from the DC side at this time occurs. As a method of detecting the current,
As in the embodiment of FIG. 1, the method of detecting by the current transformer 22 is the most accurate detection method.

【0056】しかしながら、直流電源10は、交流電源
を整流して作られることが多く、この場合には、出力イ
ンピーダンスがかなりある。また、変換器12から離れ
て設置される場合が多く、このときは配線によるインピ
ーダンスもかなり大きくなり、このため、アーム短絡時
での直流短絡電流の大部分は、平滑コンデンサ11から
の放電電流によるものとなるので、直流側からの短絡電
流は、平滑コンデンサ11からの放電電流と実質的には
等価な場合が多い。従って、この図14の実施例によっ
ても、充分に正確に直流側の過電流の検出が可能にな
り、図1の実施例と同等の効果を得ることができる。
However, the DC power supply 10 is often made by rectifying an AC power supply, and in this case, the output impedance is considerably large. In addition, in many cases, it is installed away from the converter 12, and at this time, the impedance due to the wiring becomes considerably large. Therefore, most of the DC short circuit current at the time of arm short circuit is due to the discharge current from the smoothing capacitor 11. Therefore, the short-circuit current from the DC side is often substantially equivalent to the discharge current from the smoothing capacitor 11. Therefore, according to the embodiment of FIG. 14 as well, it is possible to detect the overcurrent on the DC side with sufficient accuracy, and the same effect as that of the embodiment of FIG. 1 can be obtained.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明によれば、過電流検出用の検出器
の個数を増加させることなく、変換器のアーム短絡時で
の過電流を、スイッチング素子の電流遮断能力以内で確
実に遮断することができるので、過電流によるスイッチ
ング素子の破壊をローコストで充分に防止することがで
きる。
According to the present invention, the overcurrent at the time of arm short circuit of the converter is surely cut off within the current cutoff capacity of the switching element without increasing the number of detectors for overcurrent detection. Therefore, it is possible to sufficiently prevent the breakdown of the switching element due to overcurrent at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による過電流保護装置の一実施例を示す
ブロック構成図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an overcurrent protection device according to the present invention.

【図2】過電流保護装置の従来技術の一例を示すブロッ
ク構成図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional technique of an overcurrent protection device.

【図3】過電流保護装置の従来技術の他の一例を示すブ
ロック構成図である。
FIG. 3 is a block diagram showing another example of the conventional art of the overcurrent protection device.

【図4】アーム短絡の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of arm short circuit.

【図5】変換器のアームのオン・オフ状態をスイッチで
表示した説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing ON / OFF states of arms of the converter with switches.

【図6】本発明の一実施例の動作を説明するための短絡
パターンのモード図である。
FIG. 6 is a mode diagram of a short circuit pattern for explaining the operation of one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例の動作を説明するための短絡
パターンのモード図である。
FIG. 7 is a mode diagram of a short circuit pattern for explaining the operation of the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例の動作を説明するための短絡
パターンのモード図である。
FIG. 8 is a mode diagram of a short circuit pattern for explaining the operation of the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例の動作を説明するための短絡
パターンのモード図である。
FIG. 9 is a mode diagram of a short circuit pattern for explaining the operation of the embodiment of the present invention.

【図10】各短絡パターンモードでの電流値の説明図で
ある。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a current value in each short circuit pattern mode.

【図11】各短絡パターンモードでの電流値の説明図で
ある。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a current value in each short circuit pattern mode.

【図12】各短絡パターンモードでの電流値の説明図で
ある。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a current value in each short circuit pattern mode.

【図13】各短絡パターンモードでの電流値の説明図で
ある。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a current value in each short circuit pattern mode.

【図14】本発明による過電流保護装置の他の一実施例
を示すブロック構成図である。
FIG. 14 is a block diagram showing another embodiment of the overcurrent protection device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 直流電源 11 平滑コンデンサ 12 変換器 13、14、22 変流器 16 遮断器 17 変圧器 19a〜19f ア−ム 21 電力系統 24 加算器 22a、13a、14a、23 電流検出器 1 OR回路(OR論理回路) 3a、3b、3c 電流方向検出器 2a〜2f AND回路(AND論理回路) 5 遅延回路 4a〜4f OR回路(OR論理回路) 10 DC power supply 11 Smoothing capacitor 12 Converter 13, 14, 22 Current transformer 16 Circuit breaker 17 Transformer 19a-19f Arm 21 Power system 24 Adder 22a, 13a, 14a, 23 Current detector 1 OR circuit (OR Logic circuit) 3a, 3b, 3c Current direction detector 2a to 2f AND circuit (AND logic circuit) 5 Delay circuit 4a to 4f OR circuit (OR logic circuit)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極側アームを形成するスイッチング素
子と、負極側アームを形成するスイッチング素子の直列
回路からなるアーム対を複数個、直流端子間に備え、各
アーム対の正極側アームと負極側アームの接続点を交流
端子に接続した電圧型電力変換装置において、 上記接続点と上記交流端子間に流れる電流の通流方向を
検出する電流方向検出手段と、 アーム短絡が発生した時点で、上記電流方向検出手段の
検出結果に応じて、上記正極側と負極側のアームの内、
通流電流が少なくなっている方のアームを選択する演算
手段を設け、 該演算手段により選択されたアームを優先的にゲ−トブ
ロックするように構成したことを特徴とする過電流保護
装置。
1. A plurality of arm pairs made up of a series circuit of a switching element forming a positive side arm and a switching element forming a negative side arm are provided between DC terminals, and the positive side arm and the negative side of each arm pair are provided. In the voltage-type power converter in which the connection point of the arm is connected to the AC terminal, the current direction detection means for detecting the flow direction of the current flowing between the connection point and the AC terminal, and at the time when the arm short circuit occurs, Depending on the detection result of the current direction detecting means, among the arms on the positive electrode side and the negative electrode side,
An overcurrent protection device characterized in that arithmetic means for selecting one of the arms having a smaller flowing current is provided, and the arm selected by the arithmetic means is preferentially gate-blocked.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005304260A (en) * 2004-04-15 2005-10-27 Fuji Electric Systems Co Ltd Protection circuit of series-parallel converter
US10644614B2 (en) 2015-03-05 2020-05-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Conversion device having a control unit for detecting arm short-circuit

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