JPH09289777A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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- JPH09289777A JPH09289777A JP8099837A JP9983796A JPH09289777A JP H09289777 A JPH09289777 A JP H09289777A JP 8099837 A JP8099837 A JP 8099837A JP 9983796 A JP9983796 A JP 9983796A JP H09289777 A JPH09289777 A JP H09289777A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電力変換装置の主スイッチング素子およびスナ
バ回路の故障を検知し、故障を検知した場合に使用者に
部品の交換を促す情報を出力したり変換器の破損を避け
るため、自動的に運転を停止する機能を維持する。 【解決手段】スナバダイオード１１のアノード，カソー
ド間電圧は電圧検出回路２１を介し、電圧信号５５に入
力される。波形整形回路５６は信号５５がある電圧相当
以上になったとき、電圧印加状態を示す信号を出す。タ
イマ回路５７はゲートブロック回路５４からの点弧信号
抑制信号がない場合に、５６からの電圧印加状態を示す
信号がある一定時間内に出ない場合に主回路部品の故障
とみなし故障検出信号５８を出す。
バ回路の故障を検知し、故障を検知した場合に使用者に
部品の交換を促す情報を出力したり変換器の破損を避け
るため、自動的に運転を停止する機能を維持する。 【解決手段】スナバダイオード１１のアノード，カソー
ド間電圧は電圧検出回路２１を介し、電圧信号５５に入
力される。波形整形回路５６は信号５５がある電圧相当
以上になったとき、電圧印加状態を示す信号を出す。タ
イマ回路５７はゲートブロック回路５４からの点弧信号
抑制信号がない場合に、５６からの電圧印加状態を示す
信号がある一定時間内に出ない場合に主回路部品の故障
とみなし故障検出信号５８を出す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】パワートランジスタ，ＧＴＯなどの自己
消弧能力をもつ主回路素子と、マイクロプロセッサを応
用した高機能制御装置の発達により、電力変換装置は大
電力を高速に制御できるようになった。このため、電力
変換装置は、電力系統では発電・送配電に、電気鉄道お
よび産業用では電動機駆動に、情報分野では電力系統の
停電（瞬時停電を含む）時のバックアップに、広く使用
されている。これに伴い、電力変換装置に対しては故障
が少ない高信頼性が要求されている。
消弧能力をもつ主回路素子と、マイクロプロセッサを応
用した高機能制御装置の発達により、電力変換装置は大
電力を高速に制御できるようになった。このため、電力
変換装置は、電力系統では発電・送配電に、電気鉄道お
よび産業用では電動機駆動に、情報分野では電力系統の
停電（瞬時停電を含む）時のバックアップに、広く使用
されている。これに伴い、電力変換装置に対しては故障
が少ない高信頼性が要求されている。
【０００３】しかし、電力変換装置の容量が大きくな
り、機能が向上すると使用している部品点数も増大する
のでそのままでは装置の信頼性が低下する。この対策と
して、部品を直列あるいは並列に接続し、冗長すること
により信頼性を向上する手段をとっている。例えば、Ｇ
ＴＯを２素子直列で製作可能なアームを３素子直列で製
作し、各素子が故障していないことを常時監視し、素子
が故障したときは、変換器運転員に素子の交換を促す情
報を提供する。場合によっては、変換器の破損を避ける
ため、自動的に運転を停止することもできる。
り、機能が向上すると使用している部品点数も増大する
のでそのままでは装置の信頼性が低下する。この対策と
して、部品を直列あるいは並列に接続し、冗長すること
により信頼性を向上する手段をとっている。例えば、Ｇ
ＴＯを２素子直列で製作可能なアームを３素子直列で製
作し、各素子が故障していないことを常時監視し、素子
が故障したときは、変換器運転員に素子の交換を促す情
報を提供する。場合によっては、変換器の破損を避ける
ため、自動的に運転を停止することもできる。
【０００４】よって、主回路素子の故障検出方法が重要
な課題となる。
な課題となる。
【０００５】以上の問題に対し、従来技術では、主回路
素子自体の電圧と点弧信号を比較して主回路素子の故障
を検出する方法が用いられてきた。
素子自体の電圧と点弧信号を比較して主回路素子の故障
を検出する方法が用いられてきた。
【０００６】図３は従来技術の主回路素子故障検出回路
の一例である。本図では簡便のため、ＧＴＯを１直列で
構成した単相２アームのハーフブリッジインバータの例
で説明する。
の一例である。本図では簡便のため、ＧＴＯを１直列で
構成した単相２アームのハーフブリッジインバータの例
で説明する。
【０００７】電源１に、ＧＴＯ８を主素子とするＰアー
ムとＧＴＯ１６を主素子とするＮアームが接続され、両
アームの交点と直流フィルタコンデンサの交点に負荷が
つながり、負荷電流４が矢印の方向へ流れる。
ムとＧＴＯ１６を主素子とするＮアームが接続され、両
アームの交点と直流フィルタコンデンサの交点に負荷が
つながり、負荷電流４が矢印の方向へ流れる。
【０００８】Ｐアームは、ＧＴＯ８が点弧時の電流上昇
率を抑制するアノードリアクトル７，リセットダイオー
ド５，リセット抵抗６，ＧＴＯへの逆電流を通流する還
流ダイオード９からなる。さらに、素子の過電圧を抑制
するためのスナバ回路はスナバ抵抗１０，スナバダイオ
ード１１，スナバコンデンサ１２からなり、ＧＴＯ８と
並列に接続されている。スナバダイオード１１は、ＧＴ
Ｏ８、あるいは還流ダイオード１７が転流するときに導
通する。Ｎアームも同様に構成されている。
率を抑制するアノードリアクトル７，リセットダイオー
ド５，リセット抵抗６，ＧＴＯへの逆電流を通流する還
流ダイオード９からなる。さらに、素子の過電圧を抑制
するためのスナバ回路はスナバ抵抗１０，スナバダイオ
ード１１，スナバコンデンサ１２からなり、ＧＴＯ８と
並列に接続されている。スナバダイオード１１は、ＧＴ
Ｏ８、あるいは還流ダイオード１７が転流するときに導
通する。Ｎアームも同様に構成されている。
【０００９】図４はこの時の各素子の電圧，電流の波形
を示す。ここでは簡便のため、電源１の直流電圧を５０
００Ｖ，負荷電流４は矢印の方向に直流分として２００
０Ａが流れているときの波形である。直流電圧，負荷電
流，点弧信号は時間とともに変化するが基本動作は図４
で説明できる。点弧信号が消弧状態になると、ＧＴＯ８
のアノード，カソード間の電圧は定常的には直流電圧ま
で上昇する。
を示す。ここでは簡便のため、電源１の直流電圧を５０
００Ｖ，負荷電流４は矢印の方向に直流分として２００
０Ａが流れているときの波形である。直流電圧，負荷電
流，点弧信号は時間とともに変化するが基本動作は図４
で説明できる。点弧信号が消弧状態になると、ＧＴＯ８
のアノード，カソード間の電圧は定常的には直流電圧ま
で上昇する。
【００１０】従来技術では、図３の電圧検出回路２１で
ＧＴＯ８のアノード，カソード間の電圧を電圧検出回路
２１で監視し、ＧＴＯ８に点弧信号が与えられて転流を
繰り返している期間に、ある一定時間内に（数ｍｓから
数秒）にＧＴＯ８の電圧が規定電圧に達しないと素子が
短絡したと判定していた。
ＧＴＯ８のアノード，カソード間の電圧を電圧検出回路
２１で監視し、ＧＴＯ８に点弧信号が与えられて転流を
繰り返している期間に、ある一定時間内に（数ｍｓから
数秒）にＧＴＯ８の電圧が規定電圧に達しないと素子が
短絡したと判定していた。
【００１１】この従来技術では、ＧＴＯ８，還流ダイオ
ード９，スナバコンデンサ１２、各々の短絡は検出でき
たが、スナバダイオード１１の短絡，スナバ抵抗１０の
断線は検出できなかった。スナバダイオード１１，スナ
バ抵抗１０が故障したまま運転を継続すると、消弧時の
異常電圧や点弧時の異常電流で、最終的にはＧＴＯ８が
短絡してしまう問題があった。
ード９，スナバコンデンサ１２、各々の短絡は検出でき
たが、スナバダイオード１１の短絡，スナバ抵抗１０の
断線は検出できなかった。スナバダイオード１１，スナ
バ抵抗１０が故障したまま運転を継続すると、消弧時の
異常電圧や点弧時の異常電流で、最終的にはＧＴＯ８が
短絡してしまう問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電力
変換装置の主回路部品において、主スイッチング素子お
よびスナバ回路の故障を検知し、装置の信頼性を向上さ
せる機能を有する電力変換装置を提供することにある。
変換装置の主回路部品において、主スイッチング素子お
よびスナバ回路の故障を検知し、装置の信頼性を向上さ
せる機能を有する電力変換装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を解決するため
に、本発明は電力変換装置の主スイッチング素子に接続
された過電圧，過電流抑制用のスナバ回路部品の電圧，
電流を監視し、主スイッチング素子およびスナバ回路の
故障を検知することを特徴とする。
に、本発明は電力変換装置の主スイッチング素子に接続
された過電圧，過電流抑制用のスナバ回路部品の電圧，
電流を監視し、主スイッチング素子およびスナバ回路の
故障を検知することを特徴とする。
【００１４】本発明は電力変換装置の主スイッチング素
子に接続された、過電圧，過電流抑制用のスナバ回路部
品の電圧，電流を監視し、主スイッチング素子およびス
ナバ回路の故障を検知し、故障を検知した場合に使用者
に部品の交換を促す情報を出力したり、変換器の破損を
避けるため、自動的に運転を停止する機能を有する。
子に接続された、過電圧，過電流抑制用のスナバ回路部
品の電圧，電流を監視し、主スイッチング素子およびス
ナバ回路の故障を検知し、故障を検知した場合に使用者
に部品の交換を促す情報を出力したり、変換器の破損を
避けるため、自動的に運転を停止する機能を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１の
回路図，図２のブロック図，図４の各素子の電圧，電流
の波形を参照して説明する。
回路図，図２のブロック図，図４の各素子の電圧，電流
の波形を参照して説明する。
【００１６】図１は電力変換装置に組み込まれた、故障
検出回路の一実施例を示す回路図である。
検出回路の一実施例を示す回路図である。
【００１７】本図は先に説明した図３と電圧検出回路２
１，電圧検出回路２２の接続先が異なる。図３では２１
と２２はＧＴＯ８あるいは、ＧＴＯ１６に接続されてい
た。本発明の一実施例である図４では、スナバダイオー
ド１１あるいは、スナバダイオード１９に接続されてい
る。
１，電圧検出回路２２の接続先が異なる。図３では２１
と２２はＧＴＯ８あるいは、ＧＴＯ１６に接続されてい
た。本発明の一実施例である図４では、スナバダイオー
ド１１あるいは、スナバダイオード１９に接続されてい
る。
【００１８】次に、図１の機能を図４を用いて説明す
る。
る。
【００１９】図４に示すように、ＧＴＯ８に点弧信号が
与えられて転流を繰り返している期間には、先に述べた
ように、ＧＴＯ８のアノード，カソード間の電圧は定常
的には直流電圧まで上昇する。ここで、スナバダイオー
ド１１に注目すると、同様にアノード，カソード間の電
圧は直流電圧まで上昇する期間があることがわかる。次
に、スナバダイオード１１の電圧が各部品の故障時にど
のような波形となるか検討する。
与えられて転流を繰り返している期間には、先に述べた
ように、ＧＴＯ８のアノード，カソード間の電圧は定常
的には直流電圧まで上昇する。ここで、スナバダイオー
ド１１に注目すると、同様にアノード，カソード間の電
圧は直流電圧まで上昇する期間があることがわかる。次
に、スナバダイオード１１の電圧が各部品の故障時にど
のような波形となるか検討する。
【００２０】ＧＴＯ８，還流ダイオード９，スナバコン
デンサ１２のうち少なくともひとつが故障し短絡する
と、スナバダイオード１１の電圧は零電圧になる。ま
た、スナバダイオード１１自体が故障し短絡すると、当
然、スナバダイオード１１の電圧は零電圧になる。スナ
バ抵抗１０の抵抗体が断線するとスナバコンデンサ１２
の電圧は放電する経路がないので直流電圧まで充電され
たままになり、スナバコンデンサ１２の電圧と電源電圧
の差分である、スナバダイオード１１の電圧は電源電圧
まで上昇することはない。
デンサ１２のうち少なくともひとつが故障し短絡する
と、スナバダイオード１１の電圧は零電圧になる。ま
た、スナバダイオード１１自体が故障し短絡すると、当
然、スナバダイオード１１の電圧は零電圧になる。スナ
バ抵抗１０の抵抗体が断線するとスナバコンデンサ１２
の電圧は放電する経路がないので直流電圧まで充電され
たままになり、スナバコンデンサ１２の電圧と電源電圧
の差分である、スナバダイオード１１の電圧は電源電圧
まで上昇することはない。
【００２１】以上をまとめると、スナバダイオード１１
の電圧を電圧検出回路２１で監視することにより、従来
技術で検出できた、ＧＴＯ８，還流ダイオード９，スナ
バコンデンサ１２、各々の短絡に加え、スナバダイオー
ド１１の短絡，スナバ抵抗１０の断線も検出できる。ま
たＮアームも同様な動作となる。
の電圧を電圧検出回路２１で監視することにより、従来
技術で検出できた、ＧＴＯ８，還流ダイオード９，スナ
バコンデンサ１２、各々の短絡に加え、スナバダイオー
ド１１の短絡，スナバ抵抗１０の断線も検出できる。ま
たＮアームも同様な動作となる。
【００２２】図２は故障検出回路の一実施例を示すブロ
ック図である。ここでは簡便のためＰアーム１回路分の
ブロック図を示す。
ック図である。ここでは簡便のためＰアーム１回路分の
ブロック図を示す。
【００２３】点弧信号発生回路５１は外部からの出力電
圧指令と搬送周波数に基づきＰアームの点弧信号を発生
する。ゲートブロック回路５４は外部からの指令あるい
は停電や素子故障の状態信号から、点弧信号抑制信号を
出力する。点弧信号送信回路５２は、５４からの点弧信
号抑制信号がない場合に、５１からの信号を点弧信号５
３として、ＧＴＯ８に電気信号あるいは光信号として送
信する。
圧指令と搬送周波数に基づきＰアームの点弧信号を発生
する。ゲートブロック回路５４は外部からの指令あるい
は停電や素子故障の状態信号から、点弧信号抑制信号を
出力する。点弧信号送信回路５２は、５４からの点弧信
号抑制信号がない場合に、５１からの信号を点弧信号５
３として、ＧＴＯ８に電気信号あるいは光信号として送
信する。
【００２４】スナバダイオード１１のアノード，カソー
ド間電圧は電圧検出回路２１を介し、スナバダイオード
電圧信号５５として入力される。波形整形回路５６は５
５の信号がある電圧相当（例えば１０００Ｖ相当）以上
になったとき、電圧印加状態を示す信号を出力する。タ
イマ回路５７は、５４からの点弧信号抑制信号がない場
合に、５６からの電圧印加状態を示す信号がある時間内
に（数ｍｓから数秒）に出力されない場合に主回路部品
に故障が発生したとみなし、故障検出信号５８を出力す
る。検出信号５８を外部の回路で処理することにより、
変換器運転員に素子の交換を促す情報を提供したり、場
合によっては、変換器の破損を避けるため、自動的に運
転を停止することもできる。
ド間電圧は電圧検出回路２１を介し、スナバダイオード
電圧信号５５として入力される。波形整形回路５６は５
５の信号がある電圧相当（例えば１０００Ｖ相当）以上
になったとき、電圧印加状態を示す信号を出力する。タ
イマ回路５７は、５４からの点弧信号抑制信号がない場
合に、５６からの電圧印加状態を示す信号がある時間内
に（数ｍｓから数秒）に出力されない場合に主回路部品
に故障が発生したとみなし、故障検出信号５８を出力す
る。検出信号５８を外部の回路で処理することにより、
変換器運転員に素子の交換を促す情報を提供したり、場
合によっては、変換器の破損を避けるため、自動的に運
転を停止することもできる。
【００２５】本実施例では発明の機能の理解を促すため
スナバダイオードの電圧を電圧検出回路で監視する場合
を示したが、スナバダイオードをはじめとする、スナバ
回路部品の電流あるいは電流を監視する方法でも同様な
機能を実現できる。
スナバダイオードの電圧を電圧検出回路で監視する場合
を示したが、スナバダイオードをはじめとする、スナバ
回路部品の電流あるいは電流を監視する方法でも同様な
機能を実現できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は電力変換装置の主スイッチング
素子およびスナバ回路の故障を検知し、故障を検知した
場合に使用者に部品の交換を促す情報を出力したり、変
換器の破損を避けるため、自動的に運転を停止する機能
を有するものである。これにより、故障素子の交換を促
す情報を使用者へ提供し、電力変換装置の信頼性を維持
することができる。
素子およびスナバ回路の故障を検知し、故障を検知した
場合に使用者に部品の交換を促す情報を出力したり、変
換器の破損を避けるため、自動的に運転を停止する機能
を有するものである。これにより、故障素子の交換を促
す情報を使用者へ提供し、電力変換装置の信頼性を維持
することができる。
【図１】本発明の故障検出回路の一実施例を示す回路
図。
図。
【図２】本発明の故障検出回路の一実施例を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図３】従来例の故障検出回路の一実施例を示す回路
図。
図。
【図４】故障検出回路の各素子の電圧，電流の波形図。
５１…点弧信号発生回路、５２…点弧信号送信回路、５
３…点弧信号、５４…ゲートブロック回路、５５…スナ
バダイオード電圧信号、５６…波形整形回路、５７…タ
イマ回路、５８…故障検出信号。
３…点弧信号、５４…ゲートブロック回路、５５…スナ
バダイオード電圧信号、５６…波形整形回路、５７…タ
イマ回路、５８…故障検出信号。
Claims (5)
- 【請求項１】交流を直流に、直流を交流に、直流を直流
に、交流を交流に変換する電力変換装置において、外部
からの点弧信号で主回路電流を点弧あるいは消弧する機
能をもつ主スイッチング素子または前記素子の過電圧を
抑制するためのスナバ回路の故障を、前記スナバ回路の
電圧あるいは電流を監視することにより検知することを
特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記スナバ回路のダイ
オードの電圧あるいは電流を監視することにより故障を
検知する電力変換装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記スナバ回路のダイ
オードの電圧あるいは電流と前記主スイッチング素子の
点弧信号を比較することにより故障を検知する電力変換
装置。 - 【請求項４】請求項１において、前記主スイッチング素
子の点弧信号が抑制されていない期間中に、ある時間内
に前記スナバ回路の電圧あるいは電流がある値を超えな
い場合に故障を検知する電力変換装置。 - 【請求項５】請求項１において、前記主スイッチング素
子の点弧信号が抑制されていない期間中に、ある時間内
に前記スナバ回路のダイオードの電圧あるいは電流があ
る値を超えない場合に故障を検知する電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8099837A JPH09289777A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8099837A JPH09289777A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09289777A true JPH09289777A (ja) | 1997-11-04 |
Family
ID=14257926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8099837A Pending JPH09289777A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09289777A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005038918A1 (ja) * | 2003-10-15 | 2007-02-01 | 株式会社日立製作所 | パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置並びに移動体 |
| JP2010081796A (ja) * | 2009-12-25 | 2010-04-08 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 電力変換装置 |
| JP2010093289A (ja) * | 2009-12-25 | 2010-04-22 | Hitachi Automotive Systems Ltd | パワー半導体モジュール |
-
1996
- 1996-04-22 JP JP8099837A patent/JPH09289777A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005038918A1 (ja) * | 2003-10-15 | 2007-02-01 | 株式会社日立製作所 | パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置並びに移動体 |
| JP2010081796A (ja) * | 2009-12-25 | 2010-04-08 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 電力変換装置 |
| JP2010093289A (ja) * | 2009-12-25 | 2010-04-22 | Hitachi Automotive Systems Ltd | パワー半導体モジュール |
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