JPH09182461A - Ｎｐｃインバータ装置 - Google Patents
Ｎｐｃインバータ装置Info
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- JPH09182461A JPH09182461A JP7336251A JP33625195A JPH09182461A JP H09182461 A JPH09182461 A JP H09182461A JP 7336251 A JP7336251 A JP 7336251A JP 33625195 A JP33625195 A JP 33625195A JP H09182461 A JPH09182461 A JP H09182461A
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- npc inverter
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ヒューズを用いることなく短絡電流からスイッ
チ素子を保護し、拡大事故を防止する。 【解決手段】ＮＰＣインバータ２０のスイッチ素子Ｓ1
〜Ｓ3 或いはＳ2 〜Ｓ4が同時に導通するとコンデンサ
３或いは４から短絡電流として放電電流が流れ、その値
が所定値を越えると、制御部７０から短絡指令Ｓc が出
力されてスイッチ素子５０a 或いは５０b がオンにさ
れ、上記短絡電流がリアクトル５１a 或いは５１b に分
流してスイッチ素子Ｓ1 〜Ｓ3 或いはＳ2 〜Ｓ4 に流れ
る電流が減少し保護される。
チ素子を保護し、拡大事故を防止する。 【解決手段】ＮＰＣインバータ２０のスイッチ素子Ｓ1
〜Ｓ3 或いはＳ2 〜Ｓ4が同時に導通するとコンデンサ
３或いは４から短絡電流として放電電流が流れ、その値
が所定値を越えると、制御部７０から短絡指令Ｓc が出
力されてスイッチ素子５０a 或いは５０b がオンにさ
れ、上記短絡電流がリアクトル５１a 或いは５１b に分
流してスイッチ素子Ｓ1 〜Ｓ3 或いはＳ2 〜Ｓ4 に流れ
る電流が減少し保護される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は中性点を有する直流
電圧を交流電圧に変換するＮＰＣインバータに係り、特
に直流短絡故障発生時の保護機能を備えたＮＰＣインバ
ータ装置に関する。
電圧を交流電圧に変換するＮＰＣインバータに係り、特
に直流短絡故障発生時の保護機能を備えたＮＰＣインバ
ータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＮＰＣインバータは中性点を有する直流
電圧を良質の交流電圧に変換するものとして知られ、図
４に示すようなＮＰＣインバータ装置が実用化されてい
る。図４において、コンバータ１は図示しない交流電源
から直流電圧を得てリアクトル２を介して出力し、直列
接続されたコンデンサ３、４により中性点Ｃを有する平
滑された直流電圧をＰＮ間に出力する。ＰＮ間にはヒュ
ーズ３０a 〜３０fを介してダイオードが逆並列接続さ
れたスイッチ素子Ｓ1 〜Ｓ4 が各相毎に直列接続され、
それぞれの交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに直流電圧の正極
Ｐ、負極Ｎ、中性点Ｃの３レベルのいずれかの電位をパ
ルス状に出力し、パルス幅変調された交流電圧を出力
し、負荷４０に良質の交流電力を供給する。
電圧を良質の交流電圧に変換するものとして知られ、図
４に示すようなＮＰＣインバータ装置が実用化されてい
る。図４において、コンバータ１は図示しない交流電源
から直流電圧を得てリアクトル２を介して出力し、直列
接続されたコンデンサ３、４により中性点Ｃを有する平
滑された直流電圧をＰＮ間に出力する。ＰＮ間にはヒュ
ーズ３０a 〜３０fを介してダイオードが逆並列接続さ
れたスイッチ素子Ｓ1 〜Ｓ4 が各相毎に直列接続され、
それぞれの交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに直流電圧の正極
Ｐ、負極Ｎ、中性点Ｃの３レベルのいずれかの電位をパ
ルス状に出力し、パルス幅変調された交流電圧を出力
し、負荷４０に良質の交流電力を供給する。
【０００３】正側アームのスイッチ素子Ｓ1 ，Ｓ2 が同
時にオンしたとき正極Ｐの電位が出力され、負側アーム
のスイッチ素子Ｓ3 ，Ｓ4 が同時にオンしたとき負極Ｎ
の電位が出力され、スイッチ素子Ｓ1 ，Ｓ4 が共にオフ
し、スイッチ素子Ｓ2 とＳ3が同時にオンしたとき、中
性点クランプダイオードＤ1 ，Ｄ2 のいずれかを介して
中性点Ｃの電位が出力される。なお、正の交流電圧を出
力するとき、スイッチ素子Ｓ2 はオン状態とされ、スイ
ッチ素子Ｓ1 がオン・オフする。また、負の交流電圧を
出力するとき、スイッチ素子Ｓ3 はオン状態とされ、ス
イッチ素子Ｓ4がオン・オフする。また、スイッチ素子
Ｓ1 とＳ3 及びＳ2 とＳ4 は互いに相補的にオン・オフ
し同時にオンすることはなく、このスイッチング制御動
作は周知であるので詳細説明は省略する。
時にオンしたとき正極Ｐの電位が出力され、負側アーム
のスイッチ素子Ｓ3 ，Ｓ4 が同時にオンしたとき負極Ｎ
の電位が出力され、スイッチ素子Ｓ1 ，Ｓ4 が共にオフ
し、スイッチ素子Ｓ2 とＳ3が同時にオンしたとき、中
性点クランプダイオードＤ1 ，Ｄ2 のいずれかを介して
中性点Ｃの電位が出力される。なお、正の交流電圧を出
力するとき、スイッチ素子Ｓ2 はオン状態とされ、スイ
ッチ素子Ｓ1 がオン・オフする。また、負の交流電圧を
出力するとき、スイッチ素子Ｓ3 はオン状態とされ、ス
イッチ素子Ｓ4がオン・オフする。また、スイッチ素子
Ｓ1 とＳ3 及びＳ2 とＳ4 は互いに相補的にオン・オフ
し同時にオンすることはなく、このスイッチング制御動
作は周知であるので詳細説明は省略する。
【０００４】このようなＮＰＣインバータ装置におい
て、スイッチ素子Ｓ2 がオン状態で、スイッチ素子Ｓ1
とＳ3 が相補的にがオン・オフして正の交流電圧を出力
している場合に、スイッチ素子Ｓ1 がオフすべきときに
オフせずオン状態を維持し、スイッチ素子Ｓ3 がオンし
たとき、或いはスイッチ素子Ｓ1 がオンし、何等かの原
因で通常はオフするスイッチ素子Ｓ3 がオン状態を維持
したとき、中性点クランプダイオードＤ2 を介してコン
デンサ３から短絡電流が流れる。このような場合に、短
絡電流によりヒューズ３０a が溶断してスイッチ素子Ｓ
1 〜Ｓ3 の損傷を防止する。スイッチ素子Ｓ3 ，Ｓ4 が
同時にオンしたときに、スイッチ素子Ｓ2がオンしたと
きは、中性点クランプダイオードＤ1 を介してコンデン
サ４から短絡電流が流れ、ヒューズ３０b が溶断してス
イッチ素子Ｓ2 〜Ｓ4 の損傷を防止し、事故の拡大を防
止している。
て、スイッチ素子Ｓ2 がオン状態で、スイッチ素子Ｓ1
とＳ3 が相補的にがオン・オフして正の交流電圧を出力
している場合に、スイッチ素子Ｓ1 がオフすべきときに
オフせずオン状態を維持し、スイッチ素子Ｓ3 がオンし
たとき、或いはスイッチ素子Ｓ1 がオンし、何等かの原
因で通常はオフするスイッチ素子Ｓ3 がオン状態を維持
したとき、中性点クランプダイオードＤ2 を介してコン
デンサ３から短絡電流が流れる。このような場合に、短
絡電流によりヒューズ３０a が溶断してスイッチ素子Ｓ
1 〜Ｓ3 の損傷を防止する。スイッチ素子Ｓ3 ，Ｓ4 が
同時にオンしたときに、スイッチ素子Ｓ2がオンしたと
きは、中性点クランプダイオードＤ1 を介してコンデン
サ４から短絡電流が流れ、ヒューズ３０b が溶断してス
イッチ素子Ｓ2 〜Ｓ4 の損傷を防止し、事故の拡大を防
止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した短絡保護のた
めのヒューズは運転中に流れる電流により少なからず発
熱し、長期に亘り高温環境に晒され次第に枯れが生じて
溶断しやすくなり、保護特性の信頼性を確保するため、
定期的（例えば１〜２年毎）に交換する必要があり不経
済である。近年では、半導体素子の発展に伴い、直流電
圧が数ｋＶの高圧大容量のＮＰＣインバータが実用化さ
れてきているが、高圧の保護ヒューズが必要になり、前
述のような問題も残ることからヒューズを用いずに経済
的で信頼性の高い短絡保護を行うことが望まれている。
めのヒューズは運転中に流れる電流により少なからず発
熱し、長期に亘り高温環境に晒され次第に枯れが生じて
溶断しやすくなり、保護特性の信頼性を確保するため、
定期的（例えば１〜２年毎）に交換する必要があり不経
済である。近年では、半導体素子の発展に伴い、直流電
圧が数ｋＶの高圧大容量のＮＰＣインバータが実用化さ
れてきているが、高圧の保護ヒューズが必要になり、前
述のような問題も残ることからヒューズを用いずに経済
的で信頼性の高い短絡保護を行うことが望まれている。
【０００６】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、ヒューズを用いる
ことなく短絡電流からスイッチ素子を保護し、拡大事故
を防止することができ、経済的で信頼性の高いＮＰＣイ
ンバータ装置を提供することにある。
のであり、その目的とするところは、ヒューズを用いる
ことなく短絡電流からスイッチ素子を保護し、拡大事故
を防止することができ、経済的で信頼性の高いＮＰＣイ
ンバータ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のＮＰＣインバータは、直列接続された２組
のコンデンサの接続点を中性点とする直流電圧を出力す
る直流電源と、前記直流電圧の正極と負極及び中性点が
接続され、前記直流電圧を交流電圧に変換するＮＰＣイ
ンバータと、前記直流電圧の正極側及び負極側と前記中
性点との間にそれぞれリアクトルとスイッチ素子の直列
回路で成る第１、第２の分流回路を備え、前記ＮＰＣイ
ンバータの短絡電流が検出されたとき、前記第１、第２
の分流回路のスイッチ素子を導通させＮＰＣインバータ
を保護する。（請求項１） 更に、前記直流電源の中性点と前記ＮＰＣインバータの
中性点との間に流れる電流の大きさが所定値を越えると
き、該電流が流れる方向に応じて前記第１、第２の分流
回路のいずれかのスイッチ素子を選択導通させる制御部
を備え、前記直流電圧の正極側及び負極側と前記中性点
との間の短絡電流からＮＰＣインバータを保護する。
（請求項２） 更に、前記ＮＰＣインバータは、ダイオードが逆並列接
続されたスイッチ素子を２個直列接続した正側アームと
負側アームを各相毎に直列接続して前記直流電圧の正極
と負極間に接続し、正側アームと負側アームの接続点を
交流出力端とし、各相の正側アームと負側アームの２個
のスイッチ素子の接続点と前記中性点との間にそれぞれ
２個の中性点クランプダイオードが接続され、各相の中
性点電流をそれぞれ検出し、いずれかの相の中性点電流
が所定値を越えるとき、該中性点電流の極性に応じて、
前記第１、第２の分流回路のいずれかのスイッチ素子を
選択導通させる制御部を備えて構成する。（請求項３） 更に、前記制御部は、最初に所定値を越える中性点電流
の該当相から短絡が発生した相を判別すると共に、該中
性点電流の極性から正側アームか負側アームかを判別す
る。（請求項４） 更に、前記制御部は、前記第１、第２の分流回路のいず
れかのスイッチ素子を選択導通させるとき、選択された
分流回路に対応して、全ての相の正側アームの２個のス
イッチ素子と負側アームの交流端子側のスイッチ素子、
或いは負側アームの２個のスイッチ素子と正側アームの
交流端子側のスイッチ素子を導通させる。（請求項５） 更に、前記直流電源は、商用電源から前記直流電圧を得
るコンバータを備え、前記インバータの短絡電流が検出
され、前記第１、第２の分流回路のスイッチ素子を導通
させるとき、前記コンバータの運転を停止させる。（請
求項６）
め、本発明のＮＰＣインバータは、直列接続された２組
のコンデンサの接続点を中性点とする直流電圧を出力す
る直流電源と、前記直流電圧の正極と負極及び中性点が
接続され、前記直流電圧を交流電圧に変換するＮＰＣイ
ンバータと、前記直流電圧の正極側及び負極側と前記中
性点との間にそれぞれリアクトルとスイッチ素子の直列
回路で成る第１、第２の分流回路を備え、前記ＮＰＣイ
ンバータの短絡電流が検出されたとき、前記第１、第２
の分流回路のスイッチ素子を導通させＮＰＣインバータ
を保護する。（請求項１） 更に、前記直流電源の中性点と前記ＮＰＣインバータの
中性点との間に流れる電流の大きさが所定値を越えると
き、該電流が流れる方向に応じて前記第１、第２の分流
回路のいずれかのスイッチ素子を選択導通させる制御部
を備え、前記直流電圧の正極側及び負極側と前記中性点
との間の短絡電流からＮＰＣインバータを保護する。
（請求項２） 更に、前記ＮＰＣインバータは、ダイオードが逆並列接
続されたスイッチ素子を２個直列接続した正側アームと
負側アームを各相毎に直列接続して前記直流電圧の正極
と負極間に接続し、正側アームと負側アームの接続点を
交流出力端とし、各相の正側アームと負側アームの２個
のスイッチ素子の接続点と前記中性点との間にそれぞれ
２個の中性点クランプダイオードが接続され、各相の中
性点電流をそれぞれ検出し、いずれかの相の中性点電流
が所定値を越えるとき、該中性点電流の極性に応じて、
前記第１、第２の分流回路のいずれかのスイッチ素子を
選択導通させる制御部を備えて構成する。（請求項３） 更に、前記制御部は、最初に所定値を越える中性点電流
の該当相から短絡が発生した相を判別すると共に、該中
性点電流の極性から正側アームか負側アームかを判別す
る。（請求項４） 更に、前記制御部は、前記第１、第２の分流回路のいず
れかのスイッチ素子を選択導通させるとき、選択された
分流回路に対応して、全ての相の正側アームの２個のス
イッチ素子と負側アームの交流端子側のスイッチ素子、
或いは負側アームの２個のスイッチ素子と正側アームの
交流端子側のスイッチ素子を導通させる。（請求項５） 更に、前記直流電源は、商用電源から前記直流電圧を得
るコンバータを備え、前記インバータの短絡電流が検出
され、前記第１、第２の分流回路のスイッチ素子を導通
させるとき、前記コンバータの運転を停止させる。（請
求項６）
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１、２及び請求項
５、６に対応する実施例を図１に示す。図１において、
５０a ，５０b は短絡指令Ｓc に応じて導通（オン）す
る短絡スイッチ素子、５１a ，５１b はそれぞれ短絡ス
イッチ素子５０a ，５０b を介してコンデンサ３，４に
接続されるリアクトル、６０は中性点Ｃとインバータ部
２０との間に流れる瞬時電流を検出する変流器、７０は
検出電流Ｉc が所定値を越えた時、短絡指令Ｓc と停止
指令ＲCBを出力する制御部である。その他は従来（図
４）同じもので構成され、同じ符号で示している。な
お、この実施例では、インバータ部２０の直流入力のＰ
側とＮ側にスイッチ素子Ｓ1 〜Ｓ4 に流れる電流の変化
率を制限するためのリアクトル５２a ，５２b を直列接
続する例で示したが、各相の直列接続したスイッチ素子
Ｓ1 〜Ｓ4 にそれぞれリアクトルを直列接続するように
構成することもできる。
５、６に対応する実施例を図１に示す。図１において、
５０a ，５０b は短絡指令Ｓc に応じて導通（オン）す
る短絡スイッチ素子、５１a ，５１b はそれぞれ短絡ス
イッチ素子５０a ，５０b を介してコンデンサ３，４に
接続されるリアクトル、６０は中性点Ｃとインバータ部
２０との間に流れる瞬時電流を検出する変流器、７０は
検出電流Ｉc が所定値を越えた時、短絡指令Ｓc と停止
指令ＲCBを出力する制御部である。その他は従来（図
４）同じもので構成され、同じ符号で示している。な
お、この実施例では、インバータ部２０の直流入力のＰ
側とＮ側にスイッチ素子Ｓ1 〜Ｓ4 に流れる電流の変化
率を制限するためのリアクトル５２a ，５２b を直列接
続する例で示したが、各相の直列接続したスイッチ素子
Ｓ1 〜Ｓ4 にそれぞれリアクトルを直列接続するように
構成することもできる。
【０００９】上記構成において、中性点Ｃに流れる瞬時
電流が変流器６０によって検出され、この検出電流Ｉc
の大きさ（絶対値）と極性が制御部７０によって常時、
監視される。正側或いは負側のスイッチ素子に短絡電流
が流れると、該短絡電流に比例した大きさの正極或いは
負極の検出電流Ｉc が変流器６０から出力され、その大
きさが所定値を越えると、制御部７０は短絡指令Ｓc を
出力し、短絡スイッチ素子５０a 或いは５０b を動作さ
せオン（導通状態）とする。これと同時にインバータ部
２０のＰＷＭ制御を中止させ、全ての相のスイッチ素子
Ｓ1 〜Ｓ3 或いはスイッチ素子Ｓ2 〜Ｓ4 をオンにす
る。従って、短絡電流がリアクトル５１aと５２a 或い
はリアクトル５１b と５２b に分流し、短絡が生じた相
のスイッチ素子に流れる電流は全ての相のスイッチ素子
で分担され低減される。上記分流比はリアクトル５１a
と５２a 或いはリアクトル５１b と５２b のインダクタ
ンス比で決まるので、正側或いは負側のスイッチ素子に
流れる短絡電流を許容電流内に制限するようにインダク
タンス比を決定することで、スイッチ素子の損傷を防止
し保護することができる。
電流が変流器６０によって検出され、この検出電流Ｉc
の大きさ（絶対値）と極性が制御部７０によって常時、
監視される。正側或いは負側のスイッチ素子に短絡電流
が流れると、該短絡電流に比例した大きさの正極或いは
負極の検出電流Ｉc が変流器６０から出力され、その大
きさが所定値を越えると、制御部７０は短絡指令Ｓc を
出力し、短絡スイッチ素子５０a 或いは５０b を動作さ
せオン（導通状態）とする。これと同時にインバータ部
２０のＰＷＭ制御を中止させ、全ての相のスイッチ素子
Ｓ1 〜Ｓ3 或いはスイッチ素子Ｓ2 〜Ｓ4 をオンにす
る。従って、短絡電流がリアクトル５１aと５２a 或い
はリアクトル５１b と５２b に分流し、短絡が生じた相
のスイッチ素子に流れる電流は全ての相のスイッチ素子
で分担され低減される。上記分流比はリアクトル５１a
と５２a 或いはリアクトル５１b と５２b のインダクタ
ンス比で決まるので、正側或いは負側のスイッチ素子に
流れる短絡電流を許容電流内に制限するようにインダク
タンス比を決定することで、スイッチ素子の損傷を防止
し保護することができる。
【００１０】制御部７０は短絡指令Ｓc を出力するとき
同時に停止指令ＲCBを出力してコンバータ１の動作を停
止させるので、短絡電流の殆どはコンデンサ３或いは４
の蓄積電荷の放電電流となる。この放電電流はコンデン
サ３とリアクトル５１a 、５２a の回路、或いはコンデ
ンサ４とリアクトル５１b 、５２b の回路に流れるの
で、その共振周波数で定まる振動波形の電流となり、コ
ンデンサ３或いは４の蓄積電荷（エネルギー）がリアク
トル５１a と５２a 或いはリアクトル５１b と５２b へ
磁気エネルギーとして移動し、該コンデンサの蓄積電荷
がゼロになり電圧がゼロになったとき放電電流が最大と
なり、磁気エネルギーが最大となる。この時点から磁気
エネルギーの放出による放電電流が継続して流れ、コン
デンサ３或いは４は逆極性に充電され、磁気エネルギー
がゼロになり電流がゼロになったとき、短絡スイッチ素
子５０a 或いは５０b がオフにされ、同時にインバータ
部２０のオン状態のスイッチ素子がオフにされる。ま
た、この時点でコンデンサ３或いは４の電圧は極性が反
転された状態となる。従ってこの時点から、インバータ
部２０の各相の中性点クランプダイオードＤ1 或いはＤ
2 とスイッチ素子Ｓ1 或いはＳ4 に逆並列接続されたダ
イオードとリアクトル５２a 或いは５２b を介してコン
デンサ３或いは４から逆方向に放電電流が流れる。この
場合、放電回路の共振周波数は少し低くなり、周期が長
く波高値の低い振動電流となり、半周期後に電流がゼロ
となり、コンデンサ３或いは４の電圧は元の極性に戻さ
れる。
同時に停止指令ＲCBを出力してコンバータ１の動作を停
止させるので、短絡電流の殆どはコンデンサ３或いは４
の蓄積電荷の放電電流となる。この放電電流はコンデン
サ３とリアクトル５１a 、５２a の回路、或いはコンデ
ンサ４とリアクトル５１b 、５２b の回路に流れるの
で、その共振周波数で定まる振動波形の電流となり、コ
ンデンサ３或いは４の蓄積電荷（エネルギー）がリアク
トル５１a と５２a 或いはリアクトル５１b と５２b へ
磁気エネルギーとして移動し、該コンデンサの蓄積電荷
がゼロになり電圧がゼロになったとき放電電流が最大と
なり、磁気エネルギーが最大となる。この時点から磁気
エネルギーの放出による放電電流が継続して流れ、コン
デンサ３或いは４は逆極性に充電され、磁気エネルギー
がゼロになり電流がゼロになったとき、短絡スイッチ素
子５０a 或いは５０b がオフにされ、同時にインバータ
部２０のオン状態のスイッチ素子がオフにされる。ま
た、この時点でコンデンサ３或いは４の電圧は極性が反
転された状態となる。従ってこの時点から、インバータ
部２０の各相の中性点クランプダイオードＤ1 或いはＤ
2 とスイッチ素子Ｓ1 或いはＳ4 に逆並列接続されたダ
イオードとリアクトル５２a 或いは５２b を介してコン
デンサ３或いは４から逆方向に放電電流が流れる。この
場合、放電回路の共振周波数は少し低くなり、周期が長
く波高値の低い振動電流となり、半周期後に電流がゼロ
となり、コンデンサ３或いは４の電圧は元の極性に戻さ
れる。
【００１１】図２は、インバータ部２０のＵ相の正側の
スイッチ素子に短絡故障が発生した場合の動作例を示し
たものである。今、スイッチ素子Ｓu2がオンした状態で
スイッチ素子Ｓu1とＳu3が補間的にオン・オフしてＰＷ
Ｍ制御が行われ、時点ｔ1 でスイッチ素子Ｓu1をオン状
態からオフにしてＳu3をオンにするとき、スイッチ素子
Ｓu1に故障が発生してオフせずＳu3がオンした場合、直
流電源のＰＣ間がリアクトル５２a 、スイッチ素子Ｓu
1，Ｓu2，Ｓu3、中性点クランプダイオードＤu2を介し
て短絡状態となり、コンデンサ３から放電電流Ｉs が短
絡電流として流れる。この放電電流は変流器６０により
正極性の検出電流Ｉc として検出され、放電電流Ｉs の
大きさ（絶対値）が所定電流Ｉ0 を越えると、制御部７
０は放電電流Ｉs の極性から正側アームが短絡状態と判
定し短絡指令Ｓc を出力して短絡スイッチ素子５０ａを
オンさせ、ＰＷＭ制御を中止して全ての相のスイッチ素
子Ｓu1〜Ｓu3, Ｓv1〜Ｓv3, Ｓw1〜Ｓw3をオンとする。
これにより放電電流はリアクトル５１a と５２a に分流
して振動電流として流れ、共振周期の半周期後の時点ｔ
2 で電流がゼロとなり、この時点ｔ2 で短絡スイッチ素
子５０ａと全ての相のスイッチ素子Ｓu1〜Ｓu3, Ｓv1〜
Ｓv3, Ｓw1〜Ｓw3がオフとされる。この時点ｔ1 〜ｔ2
に至る間にコンデンサ３の電圧Ｖc1の極性が反転され
る。時点ｔ2 からコンデンサ３の反転した電圧Ｖc1によ
り、各相の中性点クランプダイオードＤu1、Ｄv1、Ｄw
1、とスイッチ素子Ｓu1、Ｓv1、Ｓw1に逆並列接続され
たダイオードとリアクトル５２a を介してコンデンサ３
から逆方向に放電電流が流れる。この放電電流はリアク
トル５２a のみに流れるので放電回路の共振周波数は少
し低くなり、周期が長く波高値の低い振動電流となり、
半周期後の時点ｔ3 で電流がゼロとなり、コンデンサ３
の電圧Ｖc1は元の極性に戻される。この場合、正の半サ
イクルの短絡電流が全ての相のスイッチ素子Ｓu1〜Ｓu
3, Ｓv1〜Ｓv3, Ｓw1〜Ｓw3と中性点クランプダイオー
ドＤu2，Ｄv2，Ｄw2に分担して流れ、リアクトル５１a
と５２a のインダクタンス比を適度な値に設定すること
により、スイッチ素子に流れる短絡電流を許容電流内に
制限することができ、スイッチ素子を保護することがで
きる。
スイッチ素子に短絡故障が発生した場合の動作例を示し
たものである。今、スイッチ素子Ｓu2がオンした状態で
スイッチ素子Ｓu1とＳu3が補間的にオン・オフしてＰＷ
Ｍ制御が行われ、時点ｔ1 でスイッチ素子Ｓu1をオン状
態からオフにしてＳu3をオンにするとき、スイッチ素子
Ｓu1に故障が発生してオフせずＳu3がオンした場合、直
流電源のＰＣ間がリアクトル５２a 、スイッチ素子Ｓu
1，Ｓu2，Ｓu3、中性点クランプダイオードＤu2を介し
て短絡状態となり、コンデンサ３から放電電流Ｉs が短
絡電流として流れる。この放電電流は変流器６０により
正極性の検出電流Ｉc として検出され、放電電流Ｉs の
大きさ（絶対値）が所定電流Ｉ0 を越えると、制御部７
０は放電電流Ｉs の極性から正側アームが短絡状態と判
定し短絡指令Ｓc を出力して短絡スイッチ素子５０ａを
オンさせ、ＰＷＭ制御を中止して全ての相のスイッチ素
子Ｓu1〜Ｓu3, Ｓv1〜Ｓv3, Ｓw1〜Ｓw3をオンとする。
これにより放電電流はリアクトル５１a と５２a に分流
して振動電流として流れ、共振周期の半周期後の時点ｔ
2 で電流がゼロとなり、この時点ｔ2 で短絡スイッチ素
子５０ａと全ての相のスイッチ素子Ｓu1〜Ｓu3, Ｓv1〜
Ｓv3, Ｓw1〜Ｓw3がオフとされる。この時点ｔ1 〜ｔ2
に至る間にコンデンサ３の電圧Ｖc1の極性が反転され
る。時点ｔ2 からコンデンサ３の反転した電圧Ｖc1によ
り、各相の中性点クランプダイオードＤu1、Ｄv1、Ｄw
1、とスイッチ素子Ｓu1、Ｓv1、Ｓw1に逆並列接続され
たダイオードとリアクトル５２a を介してコンデンサ３
から逆方向に放電電流が流れる。この放電電流はリアク
トル５２a のみに流れるので放電回路の共振周波数は少
し低くなり、周期が長く波高値の低い振動電流となり、
半周期後の時点ｔ3 で電流がゼロとなり、コンデンサ３
の電圧Ｖc1は元の極性に戻される。この場合、正の半サ
イクルの短絡電流が全ての相のスイッチ素子Ｓu1〜Ｓu
3, Ｓv1〜Ｓv3, Ｓw1〜Ｓw3と中性点クランプダイオー
ドＤu2，Ｄv2，Ｄw2に分担して流れ、リアクトル５１a
と５２a のインダクタンス比を適度な値に設定すること
により、スイッチ素子に流れる短絡電流を許容電流内に
制限することができ、スイッチ素子を保護することがで
きる。
【００１２】インバータ部２０のＵ相の負側のスイッチ
素子に短絡故障が発生した場合、中性点クランプダイオ
ードＤu1，Ｄv1，Ｄw1、スイッチ素子Ｓu2〜Ｓu4, Ｓv2
〜Ｓv4, Ｓw2〜Ｓw4、リアクトル５２b を介してコンデ
ンサ４から放電電流が流れ、変流器６０から負極性の検
出電流Ｉc が検出され、制御部７０は短絡スイッチ素子
５０b をオンさせる短絡指令Ｓc を出力し、前述と同様
に保護動作が行われる。
素子に短絡故障が発生した場合、中性点クランプダイオ
ードＤu1，Ｄv1，Ｄw1、スイッチ素子Ｓu2〜Ｓu4, Ｓv2
〜Ｓv4, Ｓw2〜Ｓw4、リアクトル５２b を介してコンデ
ンサ４から放電電流が流れ、変流器６０から負極性の検
出電流Ｉc が検出され、制御部７０は短絡スイッチ素子
５０b をオンさせる短絡指令Ｓc を出力し、前述と同様
に保護動作が行われる。
【００１３】本発明の請求項３〜６に対応する実施例を
図３に示す。この実施例は、インバータ部２０のＵ，
Ｖ，Ｗ相毎に中性点に出入りする電流を検出するための
変流器６０u ６０v ６０w を備え、制御部７０に、これ
らの検出電流Ｉcu、Ｉcv、Ｉcwから短絡故障の発生した
相を検出表示する機能を備えたものである。この実施例
では、いずれかの相に直流電圧のＰＣ間或いはＮＣ間を
短絡する故障が発生すると、対応する相の変流器に短絡
電流が流れ、前述と同様にして保護動作が行われる。更
に、制御部７０は検出電流Ｉcu、Ｉcv、Ｉcwを監視し、
最初に所定電流Ｉ0 を越える検出電流から短絡故障の発
生した相を判別すると共に、その検出電流の極性から短
絡故障したアームが正側か負側かを判別し表示する。
図３に示す。この実施例は、インバータ部２０のＵ，
Ｖ，Ｗ相毎に中性点に出入りする電流を検出するための
変流器６０u ６０v ６０w を備え、制御部７０に、これ
らの検出電流Ｉcu、Ｉcv、Ｉcwから短絡故障の発生した
相を検出表示する機能を備えたものである。この実施例
では、いずれかの相に直流電圧のＰＣ間或いはＮＣ間を
短絡する故障が発生すると、対応する相の変流器に短絡
電流が流れ、前述と同様にして保護動作が行われる。更
に、制御部７０は検出電流Ｉcu、Ｉcv、Ｉcwを監視し、
最初に所定電流Ｉ0 を越える検出電流から短絡故障の発
生した相を判別すると共に、その検出電流の極性から短
絡故障したアームが正側か負側かを判別し表示する。
【００１４】この実施例によれば、短絡故障の生じたス
イッチ素子を容易に発見することが可能となり、保守性
を向上させることができる。以上の実施例では、中性点
電流を検出して保護動作を行う例で説明したが、コンデ
ンサ３、４の放電電流を検出する電流検出器を用いて実
施することもできる。また、短絡スイッチ素子は、正極
側或いは負極側の一方だけ動作させる例で説明したが、
ＰＮ間が短絡されるような故障の場合、上述したような
電流検出器を用いて両方の短絡スイッチ素子を動作させ
るようにしても同様に作用し同様の効果を得ることがで
きる。
イッチ素子を容易に発見することが可能となり、保守性
を向上させることができる。以上の実施例では、中性点
電流を検出して保護動作を行う例で説明したが、コンデ
ンサ３、４の放電電流を検出する電流検出器を用いて実
施することもできる。また、短絡スイッチ素子は、正極
側或いは負極側の一方だけ動作させる例で説明したが、
ＰＮ間が短絡されるような故障の場合、上述したような
電流検出器を用いて両方の短絡スイッチ素子を動作させ
るようにしても同様に作用し同様の効果を得ることがで
きる。
【００１５】また、直列接続された２組のコンデンサに
より中性点を有する直流電圧を得、３レベルの電位をＰ
ＷＭ制御して交流電圧を得るＮＰＣインバータの例で説
明したが、直列接続された２Ｎ組のコンデンサにより直
流電圧の正極Ｐと中性点Ｃ間、及び直流電圧の負極Ｎと
中性点Ｃ間を多段に分圧し、３レベル以上の多レベルの
電位をＰＷＭ制御して交流電圧を得るインバータの場合
にも、本発明の保護手法を応用することが可能である。
より中性点を有する直流電圧を得、３レベルの電位をＰ
ＷＭ制御して交流電圧を得るＮＰＣインバータの例で説
明したが、直列接続された２Ｎ組のコンデンサにより直
流電圧の正極Ｐと中性点Ｃ間、及び直流電圧の負極Ｎと
中性点Ｃ間を多段に分圧し、３レベル以上の多レベルの
電位をＰＷＭ制御して交流電圧を得るインバータの場合
にも、本発明の保護手法を応用することが可能である。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、ＮＰＣインバータの短
絡故障発生時に、短絡保護のためのヒューズを用いるこ
となくスイッチ素子を保護することができるので、定期
的なヒューズ交換がなくなり、保守が容易となり、経済
性が向上し、短絡保護の信頼性の向上したＮＰＣインバ
ータ装置を提供することができる。
絡故障発生時に、短絡保護のためのヒューズを用いるこ
となくスイッチ素子を保護することができるので、定期
的なヒューズ交換がなくなり、保守が容易となり、経済
性が向上し、短絡保護の信頼性の向上したＮＰＣインバ
ータ装置を提供することができる。
【図１】本発明の請求項１、２及び請求項５、６に対応
する実施例の構成図
する実施例の構成図
【図２】上記実施例の動作を説明するためのタイムチャ
ート
ート
【図３】本発明の請求項３〜６に対応する実施例の構成
図
図
【図４】従来の電力変換装置の構成図
１…コンバータ ２…リアクト
ル ３，４…コンデンサ ２０…ＮＰＣイ
ンバータ Ｓu1〜Ｓu4，Ｓv1〜Ｓv4，Ｓw1〜Ｓw4…スイッチ素子 Ｄu1, Ｄu2, Ｄv1, Ｄv2, Ｄw1, Ｄw2…中性点クランプ
ダイオード ４０…負荷 ５０a,５０b
…短絡スイッチ素子 ５１a,５１b …リアクトル ６０、６０a
〜６０c …変流器 ７０…制御部
ル ３，４…コンデンサ ２０…ＮＰＣイ
ンバータ Ｓu1〜Ｓu4，Ｓv1〜Ｓv4，Ｓw1〜Ｓw4…スイッチ素子 Ｄu1, Ｄu2, Ｄv1, Ｄv2, Ｄw1, Ｄw2…中性点クランプ
ダイオード ４０…負荷 ５０a,５０b
…短絡スイッチ素子 ５１a,５１b …リアクトル ６０、６０a
〜６０c …変流器 ７０…制御部
Claims (6)
- 【請求項１】直列接続された２組のコンデンサの接続点
を中性点とする直流電圧を出力する直流電源と、前記直
流電圧の正極と負極及び中性点が接続され、前記直流電
圧を交流電圧に変換するＮＰＣインバータと、前記直流
電圧の正極側及び負極側と前記中性点との間にそれぞれ
リアクトルとスイッチ素子の直列回路で成る第１、第２
の分流回路を備え、前記ＮＰＣインバータの短絡電流が
検出されたとき、前記第１、第２の分流回路のスイッチ
素子を導通させＮＰＣインバータを保護することを特徴
とするＮＰＣインバータ装置。 - 【請求項２】請求項１に記載のＮＰＣインバータ装置に
おいて、前記直流電源の中性点と前記ＮＰＣインバータ
の中性点との間に流れる電流の大きさが所定値を越える
とき、該電流が流れる方向に応じて前記第１、第２の分
流回路のいずれかのスイッチ素子を選択導通させる制御
部を備え、前記直流電圧の正極側及び負極側と前記中性
点との間に流れる短絡電流からＮＰＣインバータを保護
することを特徴とするＮＰＣインバータ装置。 - 【請求項３】請求項１に記載のＮＰＣインバータ装置に
おいて、前記ＮＰＣインバータは、ダイオードが逆並列
接続されたスイッチ素子を２個直列接続した正側アーム
と負側アームを各相毎に直列接続して前記直流電圧の正
極と負極間に接続し、正側アームと負側アームの接続点
を交流出力端とし、各相の正側アームと負側アームの２
個のスイッチ素子の接続点と前記中性点との間にそれぞ
れ２個の中性点クランプダイオードが接続され、各相の
中性点電流をそれぞれ検出し、いずれかの相の中性点電
流が所定値を越えるとき、該中性点電流の極性に応じ
て、前記第１、第２の分流回路のいずれかのスイッチ素
子を選択導通させる制御部を備えて構成することを特徴
とするＮＰＣインバータ装置。 - 【請求項４】請求項３に記載のＮＰＣインバータ装置に
おいて、前記制御部は、最初に所定値を越える中性点電
流から短絡が発生した相を判別すると共に、該中性点電
流の極性から正側アームか負側アームかを判別すること
を特徴とするＮＰＣインバータ装置。 - 【請求項５】請求項３及び請求項４のいずれかに記載の
ＮＰＣインバータ装置において、前記制御部は、前記第
１、第２の分流回路のいずれかのスイッチ素子を選択導
通させるとき、選択された分流回路に対応して、全ての
相の正側アームの２個のスイッチ素子と負側アームの交
流端子側のスイッチ素子、或いは負側アームの２個のス
イッチ素子と正側アームの交流端子側のスイッチ素子を
導通させることを特徴とするＮＰＣインバータ装置。 - 【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の
ＮＰＣインバータ装置において、前記直流電源は、商用
電源から前記直流電圧を得るコンバータを備え、前記イ
ンバータの短絡電流が検出され、前記第１、第２の分流
回路のスイッチ素子を導通させるとき、前記コンバータ
の運転を停止させることを特徴とするＮＰＣインバータ
装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7336251A JPH09182461A (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Ｎｐｃインバータ装置 |
| US08/766,476 US5790396A (en) | 1995-12-19 | 1996-12-12 | Neutral point clamped (NPC) inverter control system |
| CA002193269A CA2193269C (en) | 1995-12-19 | 1996-12-18 | Npc inverter control system |
| CN96121324A CN1055580C (zh) | 1995-12-19 | 1996-12-19 | Npc(中性点箝位)逆变器控制系统 |
| KR1019960067912A KR100240905B1 (ko) | 1995-12-19 | 1996-12-19 | Npc 인버터 제어 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7336251A JPH09182461A (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Ｎｐｃインバータ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09182461A true JPH09182461A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=18297201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7336251A Pending JPH09182461A (ja) | 1995-12-19 | 1995-12-25 | Ｎｐｃインバータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09182461A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002247865A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-08-30 | Kawamura Electric Inc | 交流チョッパ装置 |
| EP1398861A1 (de) * | 2002-09-13 | 2004-03-17 | Abb Research Ltd. | Umrichterschaltung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Umrichterschaltung |
| JP2013240262A (ja) * | 2012-04-19 | 2013-11-28 | Meidensha Corp | ３レベルインバータの制御装置 |
-
1995
- 1995-12-25 JP JP7336251A patent/JPH09182461A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002247865A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-08-30 | Kawamura Electric Inc | 交流チョッパ装置 |
| JP4739541B2 (ja) * | 2001-02-19 | 2011-08-03 | 河村電器産業株式会社 | 交流チョッパ装置 |
| EP1398861A1 (de) * | 2002-09-13 | 2004-03-17 | Abb Research Ltd. | Umrichterschaltung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Umrichterschaltung |
| JP2013240262A (ja) * | 2012-04-19 | 2013-11-28 | Meidensha Corp | ３レベルインバータの制御装置 |
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