JPH10337029A - サイリスタ変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイリスタのジャンクション温度の高い状態
でゲートブロックを行うと素子を破壊する恐れがある。 【解決手段】 ゲートブロック信号が入力された後にタ
ーンオフタイムが確保できずターンオフに失敗した場合
には、ターンオフに失敗したアームのみ交流側の遮断器
が開放するまでの期間は、ゲートブロックすることなく
サイリスタに順方向電圧が印加されるとゲートパルスを
与えターンオンさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流送電等に用い
られる複数のサイリスタを直列接続して構成するサイリ
スタ変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にサイリスタは、通電終了後或る時
間が経過しないと順方向耐圧が回復しない。この回復に
必要な時間の目安としてターンオフタイム（Ｔq ）があ
る。サイリスタ変換器がインバータ運転を行っていると
き、通電終了後にサイリスタに加わる逆電圧期間を余裕
角（γ）と呼んでいるが、通常はこの余裕角がターンオ
フタイムより大きくなるように制御角が選定される。

【０００３】しかし、交流系統の波形歪みの発生等によ
り余裕角がターンオフタイムより小さくなるとサイリス
タは逆圧後引き続いて印加される順方向電圧を阻止でき
ず、自己点弧する。この現象は転流失敗と呼ばれる。ま
た、複数のサイリスタが直列に接続されている場合に
は、個々のサイリスタのターンオフタイムにバラツキが
あるため、小さな余裕角に場合に転流失敗するサイリス
タとしないサイリスタが発生する。この現象は部分転流
失敗と呼ばれる。部分転流失敗が発生すると、転流失敗
していないサイリスタに全回路電圧が加わるので、転流
失敗したサイリスタが多いと電圧を阻止した転流失敗を
していないサイリスタに耐圧以上の順電圧が加わり破損
してしまうことがある。

【０００４】こうした不具合に対処するために、従来
は、余裕角が直列接続されたサイリスタのターンオフタ
イムの最大値より小さくなったら、全てのサイリスタに
ゲートパルスを供給して強制的にターンオンさせること
により保護していた。これは、強制点弧保護と呼ばれ
る。

【０００５】また、サイリスタ変換器の運転中に、アー
ムが電圧阻止能力を失って短絡状態になるアーム短絡が
起こることがある。アーム短絡が発生すると電圧の阻止
能力を失ったアームばかりか正常に通電中のアームにも
短絡電流が流れる。この短絡電流は系統側のインピーダ
ンスと変換器用変圧器の漏れインピーダンスによって制
限されるだけであるので、大きな値となり、場合によっ
ては通電中の健全アームのサイリスタも接合温度の過大
な上昇により破壊することがある。従って、アーム短絡
が発生した場合は故障電流をレベル検出器で検出し、全
アームのゲートパルスをブロックし、事故が他のアーム
に波及しないようにしていた。

【０００６】図１１は、サイリスタ変換器の構成図であ
る。交流系統に変換器用変圧器１を介してサイリスタバ
ルブ２ｕ〜２ｚからなるサイリスタブリッジ３が接続さ
れている。サイリスタバルブ２ｕ〜２ｚにはゲートパル
ス発生装置４が接続され、制御保護装置５からのサイリ
スタバルブの点弧タイミングを指令するＰＨＳ信号とサ
イリスタバルブから取り込む各サイリスタバルブの順電
圧信号（ＦＶ信号）と逆電圧信号（ＲＶ信号）により適
切なタイミングでサイリスタバルブ２ｕ〜２ｚにゲート
パルスを与えている。

【０００７】制御保護装置５には、起動停止位相制御回
路６があり、ＰＨＳ信号とゲートパルス発生装置４の出
力停止信号であるゲートブロック信号ＧＢ１が出力され
る。通常のサイリスタ変換器の停止は、このＧＢ１信号
が”１”になることにより行われる。

【０００８】電流検出器７ａ〜７ｃの出力は、レベル検
出器８に入力され、レベル検出器８の出力はＯＲ回路９
に入力される。ＯＲ回路１０には、ＯＲ回路９の出力Ｇ
Ｂ２と起動停止位相制御回路６の出力ＧＢ１が入力さ
れ、その出力はゲートパルス発生装置４に送られる。

【０００９】図１２は、ゲートパルス発生装置４のＶ相
１アーム分のブロック図であり、リセット優先のフリッ
プフロップ１１と、セット優先のフリップフロップ１２
と、ＯＲ回路１３と、一方の入力が反転となっているＡ
ＮＤ回路１４と、オンディレイ１５と、ＡＮＤ回路１６
と、パルス発生回路１７とからなっている。オンディレ
イ１５の時限Ｔ１はサイリスタの電圧分担アンバランス
を考慮した上でサイリスタのターンオンタイムＴq より
大きな値（数百μｓ）に設定される。

【００１０】通常運転時は、サイリスタバルブ２ｖが通
電すべき期間に制御保護装置５から送られるＰＨＳ信号
ｖによってフリップフロップ１１がセットされ、更にフ
リップフロップ１２がセットされる。このときサイリス
タバルブ２ｖに順電圧が印加されているとＦＶ信号ｖ
が”１”であるのでＡＮＤ回路１６の出力が”１”とな
り、パルス発生回路１７によりＶ相ゲートパルスＧＰｖ
がサイリスタバルブ２ｖに与えられターンオンする。

【００１１】オンすべき期間が終了すると、起動停止位
相制御回路６よりＰＨＳ信号ｗが”１”となりフリップ
フロップ１１をリセットする。サイリスタバルブ２ｗに
ゲートパルスが与えられ、電流がサイリスタバルブ２ｖ
からサイリスタバルブ２ｗに転流すると、サイリスタバ
ルブ２ｖに逆電圧が印加され、逆電圧信号ＲＶｖがサイ
リスタバルブ２ｖよりゲートパルス発生装置４に与えら
れる。

【００１２】ここでサイリスタバルブ２ｖに加わる余裕
角γの期間が所定時間Ｔ１より長い場合はオンディレイ
１５の出力が”１”となり、フリップフロップ１２をリ
セットする。従って、その後サイリスタバルブ２ｖに順
電圧が加わりＦＶ信号ｖが”１”となってもフリップフ
ロップ１２の出力は”０”であるため、ＡＮＤ回路１６
の出力は”０”であるので、ゲートパルスＧＰｖは出力
されないで、次に制御保護装置５から送られるＰＨＳ信
号ｖによってフリップフロップ１１がセットされるまで
この状態を保つ。一方、サイリスタバルブ２ｖに加わる
余裕角γの期間が所定時間Ｔ１より短い場合は、先に述
べたように部分転流失敗の可能性がある。この場合は、
オンディレイ１５の出力が”１”となる前にサイリスタ
バルブ２ｖに順電圧が加わりＦＶ信号ｖが”１”とな
り、フリップフロップ１２の出力も”１”であるため、
ＡＮＤ回路１６の出力は”１”となり、ゲートパルスＧ
Ｐｖがサイリスタバルブ２ｖに与えられ、サイリスタバ
ルブ２ｖを構成する全てのサイリスタが再びターンオン
し部分転流失敗による過電圧からサイリスタは保護され
る。

【００１３】ところが、何らかの原因により、サイリス
タバルブ２ｖの通電中に例えばサイリスタバルブ２ｕが
短絡故障を発生したときには、短絡電流が変圧器１とサ
イリスタバルブ２ｖとサイリスタバルブ２ｕの間を流れ
る。このときの電流は定格の数倍に及ぶ。このような事
故電流をサイリスタバルブは流し続けることはできない
ので、電流検出器７ａにより検出し、レベル検出器８に
よりその値が所定値を越えたときにはＯＲ回路９の出力
ＧＢ２が”１”となり、ＯＲ回路１０を経由してゲート
パルス発生装置４に送られフリップフロップ１１をリセ
ットする。従って、通電中のサイリスタバルブは次に逆
電圧が印加されその期間がＴ１以上であればフリップフ
ロップ１２をリセットするのでそれ以上ゲートパルスは
与えられないためターンオフし、短絡電流はそれ以上流
れなくなる。尚、制御保護装置５はＧＢ信号を出力する
と同時に図示されていない変圧器１の交流側に接続され
ている遮断器にトリップ指令を出力する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
保護には以下の問題点がある。何らかの原因により、サ
イリスタバルブ２ｖの通電中に例えばサイリスタバルブ
２ｕが短絡故障を発生したときには、短絡電流が変圧器
１とサイリスタバルブ２ｖとサイリスタバルブ２ｕの間
を流れる。このときの電流は定格の数倍に及ぶ。このよ
うな事故電流をサイリスタバルブは流し続けることはで
きないので、電流検出器７ａにより検出し、レベル検出
器８によりその値が所定値を越えたときにはＯＲ回路９
の出力ＧＢ２が”１”となり、ＯＲ回路１０を経由して
ゲートパルス発生装置４に送られフリップフロップ１１
をリセットする。

【００１５】ここで、通電中のサイリスタバルブに逆電
圧が印加されその期間がＴ１以上であればフリップフロ
ップ１２をリセットするのでそれ以上ゲートパルスは与
えられないためターンオフし、短絡電流はそれ以上流れ
なくなるが、サイリスタバルブに逆電圧が印加されその
期間がＴ１以下であればフリップフロップ１２をリセッ
トすることができないので、次にサイリスタバルブ２ｖ
に順電圧が印加されＦＶ信号ｖが”１”になると、ＡＮ
Ｄ回路１６の出力は”１”となり、ゲートパルスＧＰｖ
がサイリスタバルブ２ｖに与えられるので、サイリスタ
バルブ２ｖは再びターンオンし、短絡電流が流れ続け
る。

【００１６】周知の如く、サイリスタの耐圧はジャンク
ション温度が概略１２５℃を越えると急激に低下する。
ところが、通常サイリスタバルブは１サイクルの故障電
流に対しては概略ジャンクション温度１２５℃程度まで
の温度となるようにし、その後の順電圧印加に耐えられ
るように設計するが、２サイクルの故障電流に対しては
サイリスタのジャンクション温度が上昇してしまうの
で、サイリスタが所定の阻止能力を失っており、順電圧
に対してブレークダウンしてサイリスタを故障させてし
まう可能性があった。

【００１７】すなわち、１サイクルの故障電流は通常サ
イリスタバルブをゲートブロックすることは可能である
が、交流系統の電圧歪みなどで逆電圧期間が十分確保で
きないときには部分転流失敗によるサイリスタバルブ２
ｖの故障を防ぐために保護ゲートパルスを出力するの
で、２サイクル目の電流ゼロ点後の時刻においてはサイ
リスタバルブ２ｖを構成するサイリスタのジャンクショ
ン温度はゲートブロック可能な許容温度を遥かに越えて
しまい、サイリスタバルブ２ｖを構成するサイリスタを
破壊させてしまう可能性があった。

【００１８】よって、本発明は、従来の上記不具合を解
決し、アーム短絡などの発生時にゲートブロック失敗が
生じてもサイリスタが破損することがないサイリスタ変
換器を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係るサイリスタ変換器では、ア
ーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲートブロ
ックを行うが、交流の波形歪みなどの影響により逆電圧
印加期間が短いとターンオフタイムを確保する前に順方
向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びターンオン
する。すると当然過電流を再び流すことになるので、サ
イリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲートブロッ
クを行うと素子が破壊される温度に達する。よって、ゲ
ートブロック信号が入力された後にターンオフタイムが
確保できずターンオフに失敗した場合にはターンオフに
失敗したアームのみ所定期間ゲートブロックすることな
くサイリスタバルブに順方向電圧が印加されるとゲート
パルスを与えターンオンさせることにより、ジャンクシ
ョン温度が許容値を越えている状態でゲートブロックし
てしまうことがないためサイリスタバルブを破壊するこ
とがなくなる。

【００２０】本発明の請求項２に係るサイリスタ変換器
では、アーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲ
ートブロックを行うが、交流の波形歪みなどの影響によ
り逆電圧印加期間が短いとターンオフタイムを確保する
前に順方向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びタ
ーンオンする。すると当然過電流を再び流すことになる
ので、サイリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲー
トブロックを行うと素子が破壊される温度に達する。よ
って、ゲートブロック信号が入力された後にターンオフ
タイムが確保できずターンオフに失敗した場合にはター
ンオフに失敗したアームのみ交流側に設けられた遮断器
が開放されるまでの期間はゲートブロックすることなく
サイリスタバルブに順方向電圧が印加されるとゲートパ
ルスを与えターンオンさせることにより、ジャンクショ
ン温度が許容値を越えている状態でゲートブロックして
しまうことがないためサイリスタバルブを破壊すること
がなくなる。

【００２１】本発明の請求項３に係るサイリスタ変換器
では、アーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲ
ートブロックを行うが、交流の波形歪みなどの影響によ
り逆電圧印加期間が短いとターンオフタイムを確保する
前に順方向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びタ
ーンオンする。すると当然過電流を再び流すことになる
ので、サイリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲー
トブロックを行うと素子が破壊される温度に達する。よ
って、ゲートブロック信号が入力された後にターンオフ
タイムが確保できずターンオフに失敗したことを、ゲー
トパルスがサイリスタバルブに与えられたことにより検
出して、ターンオフに失敗した場合にはターンオフに失
敗したアームのみ所定期間ゲートブロックすることなく
サイリスタバルブに順方向電圧が印加されるとゲートパ
ルスを与えターンオンさせることにより、ジャンクショ
ン温度が許容値を越えている状態でゲートブロックして
しまうことがないためサイリスタバルブを破壊すること
がなくなる。

【００２２】本発明の請求項４に係るサイリスタ変換器
では、アーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲ
ートブロックを行うが、交流の波形歪みなどの影響によ
り逆電圧印加期間が短いとターンオフタイムを確保する
前に順方向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びタ
ーンオンする。すると当然過電流を再び流すことになる
ので、サイリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲー
トブロックを行うと素子が破壊される温度に達する。よ
って、ゲートブロック信号が入力された後にターンオフ
タイムが確保できずターンオフに失敗したことを、サイ
リスタバルブに第２の所定期間以上の逆電圧が印加され
ないことにより検出して、ターンオフに失敗した場合に
はターンオフに失敗したアームのみ所定期間ゲートブロ
ックすることなくサイリスタバルブに順方向電圧が印加
されるとゲートパルスを与えターンオンさせることによ
り、ジャンクション温度が許容値を越えている状態でゲ
ートブロックしてしまうことがないためサイリスタバル
ブを破壊することがなくなる。

【００２３】本発明の請求項５に係るサイリスタ変換器
では、アーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲ
ートブロックを行うが、交流の波形歪みなどの影響によ
り逆電圧印加期間が短いとターンオフタイムを確保する
前に順方向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びタ
ーンオンする。すると当然過電流を再び流すことになる
ので、サイリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲー
トブロックを行うと素子が破壊される温度に達する。よ
って、ゲートブロック信号が入力された後にターンオフ
タイムが確保できずターンオフに失敗したことを、サイ
リスタバルブにアーム短絡が発生したときのサイリスタ
のジャンクション温度でのターンオフタイム以上の逆電
圧が印加されないことにより検出して、ターンオフに失
敗した場合にはターンオフに失敗したアームのみ所定期
間ゲートブロックすることなくサイリスタバルブに順方
向電圧が印加されるとゲートパルスを与えターンオンさ
せることにより、ジャンクション温度が許容値を越えて
いる状態でゲートブロックしてしまうことがないためサ
イリスタバルブを破壊することがなくなる。

【００２４】本発明の請求項６に係るサイリスタ変換器
では、アーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲ
ートブロックを行うが、交流の波形歪みなどの影響によ
り逆電圧印加期間が短いとターンオフタイムを確保する
前に順方向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びタ
ーンオンする。すると当然過電流を再び流すことになる
ので、サイリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲー
トブロックを行うと素子が破壊される温度に達する。よ
って、ゲートブロック信号が入力された後にジャンクシ
ョン温度を検出し、ジャンクション温度が所定値以上の
場合にはゲートブロックすることなくサイリスタバルブ
に順方向電圧が印加されるとゲートパルスを与えターン
オンさせることにより、ジャンクション温度が許容値を
越えている状態でゲートブロックしてしまうことがない
ためサイリスタバルブを破壊することがなくなる。

【００２５】本発明の請求項７に係るサイリスタ変換器
では、アーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲ
ートブロックを行うが、交流の波形歪みなどの影響によ
り逆電圧印加期間が短いとターンオフタイムを確保する
前に順方向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びタ
ーンオンする。すると当然過電流を再び流すことになる
ので、サイリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲー
トブロックを行うと素子が破壊される温度に達する。よ
って、ゲートブロック信号が入力された後にジャンクシ
ョン温度をサイリスタを冷却する冷媒の温度と電流検出
手段の出力とから演算し、ジャンクション温度が所定値
以上の場合にはゲートブロックすることなくサイリスタ
バルブに順方向電圧が印加されるとゲートパルスを与え
ターンオンさせることにより、ジャンクション温度が許
容値を越えている状態でゲートブロックしてしまうこと
がないためサイリスタバルブを破壊することがなくな
る。

【００２６】本発明の請求項８に係るサイリスタ変換器
では、アーム短絡などにより故障電流が発生すると、ゲ
ートブロックを行うが、交流の波形歪みなどの影響によ
り逆電圧印加期間が短いとターンオフタイムを確保する
前に順方向電圧が印加され、サイリスタバルブは再びタ
ーンオンする。すると当然過電流を再び流すことになる
ので、サイリスタのジャンクション温度は上昇し、ゲー
トブロックを行うと素子が破壊される温度に達する。サ
イリスタのジャンクション温度はサイリスタバルブのア
ームを流れる電流に関係するので、ゲートブロック信号
が入力された後にサイリスタバルブのアームを流れる電
流が所定値以上の場合にはゲートブロックすることなく
サイリスタバルブに順方向電圧が印加されるとゲートパ
ルスを与えターンオンさせることにより、ジャンクショ
ン温度が許容値を越えている状態でゲートブロックして
しまうことがないためサイリスタバルブを破壊すること
がなくなる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明の第１の実施の形態
について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本
発明の第１の実施の形態のサイリスタ変換器の構成図で
ある。ここでは、図１１に示したものと同様の構成要素
については同一符号を付し説明を省略する。図１１と異
なる点は、ＯＲ回路９の出力がオフディレイ１８を介し
てゲートパルス発生装置４に入力される点と、起動停止
位相制御回路６からのゲートブロック信号ＧＢ１が直接
ゲートパルス発生装置４に入力される点である。

【００２８】図２は、本発明の第１の実施の形態のゲー
トパルス発生装置のＶ相１アーム分のブロック図であ
り、リセット優先のフリップフロップ１１と、セット優
先のフリップフロップ１２と、ＯＲ回路１３と、一方の
入力が反転となっているＡＮＤ回路１４と、オンディレ
イ１５と、ＡＮＤ回路１６と、パルス発生回路１７と、
ＯＲ回路１９と、一方の入力が反転となっているＡＮＤ
回路２０と、ＡＮＤ回路２１と、パルス発生回路２２
と、ＯＲ回路２３とからなっている。

【００２９】次に、本発明の第１の実施の形態の動作に
ついて説明する。先ず、１サイクルでゲ−トブロックが
成功した場合について、図３のタイミングチャートを参
照して説明する。

【００３０】時刻ｔ１において、サイリスタバルブ２ｖ
のターンオンと同時にサイリスタバルブ２ｕにアーム短
絡が発生したと仮定すると、故障電流がサイリスタバル
ブ２ｖとサイリスタバルブ２ｕを通って流れる。従っ
て、時刻ｔ２において故障電流がレベル検出器８の検出
レベル以上になると、ＯＲ回路９を介しオフディレイ１
８で所定時間Ｔ３引き延ばされるか或いはラッチされ、
ゲートブロック信号ＧＢ２として制御保護装置５よりゲ
ートパルス発生装置４へ出力される。尚、同時に制御保
護装置５はこれ以降ＰＨＳ信号を出力しなくなる。

【００３１】ゲートパルス発生装置４にゲートブロック
信号ＧＢ２が入力されると、ＯＲ回路１９及びＯＲ回路
１３を経由してフリップフロップ１１をリセットする。
その後、故障電流が時刻ｔ３で一旦切れ、サイリスタバ
ルブ２ｖに逆電圧が印加され、この後、時刻ｔ４にサイ
リスタバルブ２ｖに順電圧が加わったとする。このと
き、時刻ｔ４−時刻ｔ３がオンディレイ１５で設定され
た設定値Ｔ１より長ければ、オンディレイ１５の出力
は”１”となるので、フリップフロップ１２はリセット
される。従って、フリップフロップ１２の出力は”０”
となる。

【００３２】よって、時刻ｔ４においてサイリスタバル
ブ２ｖに順電圧が加わりＦＶ信号が検出されてもゲート
パルスは出力されず、サイリスタバルブ２ｖはターンオ
フ状態となり、故障電流は流れない。

【００３３】次に、１サイクルでゲ−トブロックができ
なかった場合について、図４のタイミングチャートを参
照して説明する。時刻ｔ１において、サイリスタバルブ
２ｖのターンオンと同時にサイリスタバルブ２ｕにアー
ム短絡が発生したと仮定すると、故障電流がサイリスタ
バルブ２ｖとサイリスタバルブ２ｕを通って流れる。従
って、時刻ｔ２において故障電流がレベル検出器８の検
出レベル以上になると、ＯＲ回路９を介しオフディレイ
１８で所定時間Ｔ３引き延ばされるか或いはラッチさ
れ、ゲートブロック信号ＧＢ２として制御保護装置５よ
りゲートパルス発生装置４へ出力される。尚、同時に制
御保護装置５はこれ以降ＰＨＳ信号を出力しなくなる。

【００３４】ゲートパルス発生装置４にゲートブロック
信号ＧＢ２が入力されると、ＯＲ回路１９及びＯＲ回路
１３を経由してフリップフロップ１１をリセットする。
その後、故障電流が時刻ｔ３で一旦切れ、サイリスタバ
ルブ２ｖに逆電圧が印加され、この後、時刻ｔ４にサイ
リスタバルブ２ｖに順電圧が加わったとする。このと
き、交流側の波形歪みなどの影響により時刻ｔ４−時刻
ｔ３がオンディレイ１５で設定された設定値Ｔ１より短
ければ、オンディレイ１５の出力は”１”とならないの
で、フリップフロップ１２はリセットされない。従っ
て、フリップフロップ１２の出力は”１”のままであ
る。

【００３５】よって、時刻ｔ４においてサイリスタバル
ブ２ｖに順電圧が加わりＦＶ信号が検出されるとＡＮＤ
回路２１の出力は”１”となりサイリスタバルブ２ｖに
ゲートパルスが出力されるので再びターンオンし再度故
障電流が流れ始める。このとき時刻ｔ４においてはフリ
ップフロップ１１の出力が”０”であるので、ＡＮＤ回
路２０の出力はゲートパルスＧpvが出力されると”１”
となる。従って、ＡＮＤ回路２１の入力は両方とも”
１”となるので出力が”１”となり、パルス発生回路２
２に入力される。パルス発生回路２２は信号が入力され
ると所定幅Ｔ４のパルス信号を出力する。ここで、Ｔ４
の信号幅は図示しない遮断器が開くまでの間より長く設
定しておく。

【００３６】その後、故障電流が時刻ｔ５で一旦切れ、
サイリスタバルブ２ｖに逆電圧が印加され、この後、時
刻ｔ６にサイリスタバルブ２ｖに順電圧が加わったとす
る。このとき、時刻ｔ６−時刻ｔ５がオンディレイ１５
で設定された設定値Ｔ１より長ければ、オンディレイ１
５の出力は”１”となるので、フリップフロップ１２は
リセットされる。従って、フリップフロップ１２の出力
は”０”となる。

【００３７】フリップフロップ１２の出力”０”は、Ｏ
Ｒ回路２３に入力されるが、ＯＲ回路２３の他方の入力
であるパルス発生回路２２の出力は”１”であるため、
ＯＲ回路２３の出力は”１”となる。従って、時刻ｔ６
においてサイリスタバルブ２ｖに順電圧が加わりＦＶ信
号が検出されると、サイリスタバルブ２ｖにゲートパル
スが出力されるので再びターンオンし電流が流れ始め
る。

【００３８】これにより、従来のようにサイリスタのジ
ャンクション温度が許容値を越えているにも拘らず、ゲ
ートブロックすることはなく、サイリスタバルブを壊す
ことはない。

【００３９】更に、時間が経過し図示しない遮断器がト
リップすることにより事故電流が零となり、交流回路と
切り離されるためサイリスタバルブは電圧が印加されな
くなりブレークダウンすることはなくなる。

【００４０】以上のように、第１の実施の形態では、ア
ーム短絡などの発生時にゲートブロック失敗が生じても
サイリスタが破損することがなくなる。次に本発明の第
２の実施の形態について説明する。

【００４１】図５は、本発明の第２の実施の形態のゲー
トパルス発生装置のＶ相１アーム分のブロック図であ
り、リセット優先のフリップフロップ１１と、セット優
先のフリップフロップ１２と、ＯＲ回路１３と、オンデ
ィレイ１５と、ＡＮＤ回路１６と、パルス発生回路１７
と、ＯＲ回路１９と、ＯＲ回路２３と、反転回路２５
と、ワンショット回路２６と、ＡＮＤ回路２７と、フリ
ップフロップ２８と、ＡＮＤ回路２９と、オンディレイ
３０とからなっている。

【００４２】ここで、オンディレイ１５の時限Ｔ１とオ
ンディレイ３０の時限Ｔ６は次のように設定する。一般
にサイリスタのターンオフタイムはジャンクション温度
に依存しており、温度が上がるほどターンオフタイムは
増加する。従って、サイリスタバルブを部分転流失敗か
ら保護するためには、これらの時限は想定されるジャン
クション温度でのターンオフタイムより長くしておく必
要がある。

【００４３】通常運転時のジャンクション温度は８０〜
１００度であるが、アーム短絡などにより故障電流が流
れた直後のジャンクション温度は１３０度以上にも達す
る。従って、通常運転時のターンオフタイムとアーム短
絡後のターンオフタイムには数十％の差が生じる。よっ
て、変換器を効率良く運転するためには図示していない
制御装置の余裕角の最小値をゲート制御装置の部分転流
失敗保護が動作しない範囲でできる限り小さくすること
が望ましい。

【００４４】そこで、オンディレイ１５の時限Ｔ１を通
常運転時のジャンクション温度の最大値を考慮したでき
る限り小さな値とし、オンディレイ３０の時限Ｔ６はア
ーム短絡後のジャンクション温度によるターンオフタイ
ムの増加を考慮した値に設定する。

【００４５】次に、本発明の第２の実施の形態の動作に
ついて説明する。先ず、１サイクルでゲ−トブロックが
成功した場合について、図６のタイミングチャートを参
照して説明する。

【００４６】時刻ｔ１において、サイリスタバルブ２ｖ
のターンオンと同時にサイリスタバルブ２ｕにアーム短
絡が発生したと仮定すると、故障電流がサイリスタバル
ブ２ｖとサイリスタバルブ２ｕを通って流れる。従っ
て、時刻ｔ２において故障電流がレベル検出器８の検出
レベル以上になると、ＯＲ回路９を介しオフディレイ１
８で所定時間Ｔ３引き延ばされるか或いはラッチされ、
ゲートブロック信号ＧＢ２として制御保護装置５よりゲ
ートパルス発生装置４へ出力される。尚、同時に制御保
護装置５はこれ以降ＰＨＳ信号を出力しなくなる。

【００４７】ゲートパルス発生装置４にゲートブロック
信号ＧＢ２が入力されると、ＯＲ回路１９及びＯＲ回路
１３を経由してフリップフロップ１１をリセットする。
更にＡＮＤ回路２７の出力が”１”となり、フリップフ
ロップ２８をセットし、また、反転回路２５の出力が”
１”となり、ワンショット回路２６が動作を始め交流系
統の周期の１サイクル分のパルスを出力する。

【００４８】その後、時刻ｔ２から１サイクル以内の故
障電流が時刻ｔ３で一旦切れ、サイリスタバルブ２ｖに
逆電圧が印加され、この後、時刻ｔ４にサイリスタバル
ブ２ｖに順電圧が加わったとする。このとき、時刻ｔ４
−時刻ｔ３がオンディレイ３０で設定された設定値Ｔ６
より長ければ、オンディレイ１５の出力は”１”となる
ので、フリップフロップ１２はリセットされる。従っ
て、フリップフロップ１２の出力は”０”となる。ま
た、オンディレイ３０の出力も”１”となるので、ＡＮ
Ｄ回路２９の出力も”１”となり、フリップフロップ２
８はリセットされる。

【００４９】よって、時刻ｔ４においてサイリスタバル
ブ２ｖに順電圧が加わりＦＶ信号が検出されてもゲート
パルスは出力されず、サイリスタバルブ２ｖはターンオ
フ状態となり、故障電流は流れない。

【００５０】次に、１サイクルでゲ−トブロックができ
なかった場合について、図７のタイミングチャートを参
照して説明する。時刻ｔ１において、サイリスタバルブ
２ｖのターンオンと同時にサイリスタバルブ２ｕにアー
ム短絡が発生したと仮定すると、故障電流がサイリスタ
バルブ２ｖとサイリスタバルブ２ｕを通って流れる。従
って、時刻ｔ２において故障電流がレベル検出器８の検
出レベル以上になると、ＯＲ回路９を介しオフディレイ
１８で所定時間Ｔ３引き延ばされるか或いはラッチさ
れ、ゲートブロック信号ＧＢ２として制御保護装置５よ
りゲートパルス発生装置４へ出力される。尚、同時に制
御保護装置５はこれ以降ＰＨＳ信号を出力しなくなる。

【００５１】ゲートパルス発生装置４にゲートブロック
信号ＧＢ２が入力されると、ＯＲ回路１９及びＯＲ回路
１３を経由してフリップフロップ１１をリセットする。
その後、故障電流が時刻ｔ３で一旦切れ、サイリスタバ
ルブ２ｖに逆電圧が印加され、この後、時刻ｔ４にサイ
リスタバルブ２ｖに順電圧が加わったとする。このと
き、交流側の波形歪みなどの影響により時刻ｔ４−時刻
ｔ３がオンディレイ３０で設定された設定値Ｔ６より短
いとする。但し、オンディレイ１５の時限Ｔ１よりは長
いとする。

【００５２】この場合は、オンディレイ１５の出力は”
１”となるので、フリップフロップ１２はリセットされ
る。従って、フリップフロップ１２の出力は”０”とな
るが、オンディレイ３０の出力は”０”であるので、フ
リップフロップ２８はリセットされない。従って、ＯＲ
回路２３の出力は”１”のままとなる。

【００５３】よって、時刻ｔ４においてサイリスタバル
ブ２ｖに順電圧が加わりＦＶ信号が検出されるとＡＮＤ
回路１６の出力は”１”となりサイリスタバルブ２ｖに
ゲートパルスが出力されるので再びターンオンし再度故
障電流が流れ始める。

【００５４】その後、故障電流が時刻ｔ５で一旦切れ、
サイリスタバルブ２ｖに逆電圧が印加され、この後、時
刻ｔ６にサイリスタバルブ２ｖに順電圧が加わったとす
る。このとき、時刻ｔ６−時刻ｔ５がオンディレイ３０
で設定された設定値Ｔ６より長ければ、ワンショット回
路２６の出力は”０”となるので、ＡＮＤ回路２９の出
力は”０”のままであり、フリップフロップ２８はリセ
ットされないので、ＯＲ回路２３の出力は”１”とな
る。

【００５５】従って、時刻ｔ６においてサイリスタバル
ブ２ｖに順電圧が加わりＦＶ信号が検出されると、サイ
リスタバルブ２ｖにゲートパルスが出力されるので再び
ターンオンし電流が流れ始める。

【００５６】これにより、従来のようにサイリスタのジ
ャンクション温度が許容値を越えているにも拘らず、ゲ
ートブロックすることはなく、サイリスタバルブを壊す
ことはない。

【００５７】更に、時間が経過し図示しない遮断器がト
リップすることにより事故電流が零となり、交流回路と
切り離されるためサイリスタバルブは電圧が印加されな
くなりブレークダウンすることはなくなる。

【００５８】以上のように、第２の実施の形態では、ア
ーム短絡などの発生時にゲートブロック失敗が生じても
サイリスタが破損することがなくなる。次に本発明の第
３の実施の形態について説明する。

【００５９】図８は、本発明の第３の実施の形態のサイ
リスタ変換器の構成図であり、図１１に示した従来の構
成と異なる点は、サイリスタバルブを構成するサイリス
タを冷却する冷媒の温度を検出するサイリスタ冷媒温度
検出器３１と、電流検出器７ａ、７ｂ、７ｃ及びサイリ
スタ冷媒温度検出器３１からのアナログ信号をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器３２と、サイリスタの温度
を演算するマイクロコンピュータ３３とが新たに追加さ
れた点である。

【００６０】マイクロコンピュータ３３では、電流検出
器７ａ、７ｂ、７ｃ及びサイリスタ冷媒温度検出器３１
からの信号に基づき、次の手順でリアルタイムでサイリ
スタの温度を計算し、その値が所定値以上の場合にはサ
イリスタのジャンクション温度が高いとしてＴＪＨ信号
をゲートパルス発生装置４に出力する。

【００６１】 ＳＴＥＰ１…電流検出値からサイリスタ電流を計算す
る。 ＳＴＥＰ２…サイリスタ電流からサイリスタ電圧を計算
する。 ＳＴＥＰ３…サイリスタ電流とサイリスタ電圧とからサ
イリスタの発熱量を計算する。

【００６２】ＳＴＥＰ４…サイリスタの発熱量、冷媒温
度、サイリスタの熱抵抗、サイリスタと冷却フィン間の
熱抵抗からサイリスタのジャンクション温度を計算す
る。各熱抵抗などのデータは、予めマイクロコンピュー
タに与えておく。

【００６３】ＳＴＥＰ５…サイリスタのジャンクション
温度が所定値以上の場合には、ＴＨＪ信号を”１”とし
て、ジャンクション温度が所定値以下の場合には、ＴＨ
Ｊ信号を”０”とする。

【００６４】この所定値はサイリスタが通常の耐電圧性
能を確保することができる温度で予めデータとしてマイ
クロコンピュータに与えておく。 ＳＴＥＰ６…ＳＴＥＰ１に戻る。

【００６５】このようにして得られたＴＨＪ信号を用い
て、第３の実施の形態のゲートパルス発生装置４は構成
される。図９は、本発明の第３の実施の形態のゲートパ
ルス発生装置４のＶ相１アーム分のブロック図であり、
図１２に示した従来のゲートパルス発生装置と異なる点
は、ＡＮＤ回路１４の入力として反転したＴＪＨ信号が
追加されている点である。

【００６６】次にこの動作について説明する。まず、通
常運転時について考えると、サイリスタの温度は十分に
低いのでＴＪＨ信号は”０”であるので、従来と同様の
動作となる。

【００６７】即ち、何らかの原因によりサイリスタバル
ブ２ｖの通電中にサイリスタバルブ２ｕが短絡故障を発
生した場合には、故障電流がサイリスタバルブ２ｖとサ
イリスタバルブ２ｕを通って流れる。そして事故電流を
電流検出器７ａにより検出し、レベル検出器８によりそ
の値が所定値を越えたときにはＯＲ回路９の出力ＧＢ２
が”１”となり、ＯＲ回路１０を経由してゲートパルス
発生装置４に送られフリップフロップ１１をリセットす
る。また、この１サイクル目の過電流に対しては通常ジ
ャンクション温度は所定値以下であるので、マイクロコ
ンピュータ３３の出力ＴＪＨ信号は”０”である。従っ
て、通電中のサイリスタバルブは次に逆電圧が印加され
その期間がＴ１以上であればフリップフロップ１２をリ
セットするので、サイリスタバルブ２ｖはゲートブロッ
クが完了し、短絡電流は流れなくなる。

【００６８】次に、交流側の歪みなどにより、サイリス
タバルブ２ｖがＴ１以上の逆電圧期間を確保できなかっ
た場合について考える。この場合は、通常運転時と途中
までは同じであるが、サイリスタバルブ２ｖがＴ１以上
の逆電圧期間を確保できていないので、サイリスタバル
ブ２ｖに順電圧が印加されＦＶ信号ｖが”１”になった
ときには、オンディレイ１５の出力が”０”のままであ
るため、フリップフロップ１２がリセットされない。よ
って、ＡＮＤ回路１６の入力が共に”１”であるので、
出力も”１”となり、ゲートパルスがサイリスタバルブ
２ｖに与えられるのでサイリスタバルブ２ｖは再びター
ンオンし、短絡電流が流れ続ける。

【００６９】そして、２サイクル目で再びサイリスタバ
ルブ２ｖに逆電圧が印加されるが、たとえ、このサイリ
スタバルブ２ｖに逆電圧が印加される期間がＴ１以上で
あっても、サイリスタのジャンクション温度が所定値以
上であるとマイクロコンピュータ３３の出力ＴＪＨ信号
が”１”となるので、ＡＮＤ回路１４の出力は”０”と
なり、フリップフロップ１２はリセットされない。よっ
て、その後サイリスタバルブ２ｖに順電圧が印加される
とゲートパルスがサイリスタバルブ２ｖに与えられター
ンオンする。よって、サイリスタバルブが所定の耐圧を
維持できないような高温条件下では、サイリスタバルブ
は直ちにターンオンするので、高い電圧が印加されるこ
とはなく、ブレークダウンするおそれがなくなる。

【００７０】また、ここでは、電流検出器７ａ、７ｂ、
７ｃ及びサイリスタ冷媒温度検出器３１からの信号に基
づき、サイリスタのジャンクション温度を演算により求
め、その値が所定値を越えた場合にＴＪＨ信号を出力す
るようにしたが、簡単に電流検出器７ａ、７ｂ、７ｃの
出力が所定値を越えた場合にＴＪＨ信号を出力するよう
にしても問題のない範囲の誤差で適用できる。

【００７１】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。図１０は、本発明の第４の実施の形態のサイ
リスタ変換器の構成図である。図１に示した第１の実施
の形態と異なる点は、事故電流の検出を電流検出器７
ａ、７ｂ、７ｃの出力のうち最大値を選択する最大値選
択回路２４と、最大値選択回路２４の出力が所定値を越
えたことでアーム短絡の有無を検出するレベル検出回路
８とから行うようにした点である。このようにして構成
しても、事故電流の検出を行うことができる。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のサイリス
タ変換器によれば、アーム短絡などの発生時にゲートブ
ロック失敗が生じてもサイリスタが破損することがなく
システム停止を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のサイリスタ変換器
の構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態のゲートパルス発生
装置のＶ相１アーム分のブロック図。

【図３】本発明の第１の実施の形態のタイミングチャー
ト。

【図４】本発明の第１の実施の形態のタイミングチャー
ト。

【図５】本発明の第２の実施の形態のゲートパルス発生
装置のＶ相１アーム分のブロック図。

【図６】本発明の第２の実施の形態のタイミングチャー
ト。

【図７】本発明の第２の実施の形態のタイミングチャー
ト。

【図８】本発明の第３の実施の形態のサイリスタ変換器
の構成図。

【図９】本発明の第３の実施の形態のゲートパルス発生
装置のＶ相１アーム分のブロック図。

【図１０】本発明の第４の実施の形態のサイリスタ変換
器の構成図。

【図１１】従来のサイリスタ変換器の構成図。

【図１２】従来のゲートパルス発生装置のＶ相１アーム
分のブロック図。

【符号の説明】

１・・・変換器用変圧器 ２ｕ〜２ｚ・・・サイリスタバルブ ３・・・サイリスタブリッジ ４・・・ゲートパルス発生装置 ５・・・制御保護装置 ６・・・起動停止位相制御回路 ７ａ〜７ｃ・・・電流検出器 ８・・・レベル検出器 ９、１０、１３、１９、２３・・・ＯＲ回路 １１、１２、２８・・・フリップフロップ １４、１６、２０、２１、２７、２９・・・ＡＮＤ回路 １５、３０・・・オンディレイ １７・・・パルス発生回路 １８・・・オフディレイ ２２、２６・・・ワンショット回路 ２４・・・最大値選択回路 ２５・・・反転回路 ３１・・・サイリスタ冷媒温度検出器 ３２・・・Ａ／Ｄ変換器 ３３・・・マイクロコンピュータ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のサイリスタにて構成されるサイリ
   スタバルブのアームを流れる電流を検出する電流検出手
   段と、この電流検出手段で検出された電流が所定値を越
   えるとゲートブロック信号を出力し前記サイリスタへの
   位相制御信号の出力を停止すると共にサイリスタバルブ
   の入力を停止する制御保護手段と、この制御保護手段か
   らのゲートブロック信号が入力された後にターンオフタ
   イムが確保できずターンオフに失敗した場合にはターン
   オフに失敗したアームのみ所定期間ゲートブロックする
   ことなく前記サイリスタバルブに順方向電圧が印加され
   るとゲートパルスを与えターンオンさせるゲ−トパルス
   発生手段とを具備したことを特徴とするサイリスタ変換
   器。
2. 【請求項２】 前記所定期間は、交流側に設けられた遮
   断器が開放する時間より長くしたことを特徴とする請求
   項１記載のサイリスタ変換器。
3. 【請求項３】 前記ターンオフの失敗をゲートブロック
   信号が入力された後にゲートパルスがサイリスタバルブ
   に与えられたことにより検出することを特徴とする請求
   項１記載のサイリスタ変換器。
4. 【請求項４】 前記ターンオフの失敗をゲートブロック
   信号が入力された後サイリスタバルブに第２の所定期間
   以上の逆電圧が印加されないことにより検出することを
   特徴とする請求項１記載のサイリスタ変換器。
5. 【請求項５】 前記第２の所定期間は、アーム短絡が発
   生したときのサイリスタのジャンクション温度でのター
   ンオフタイムよりも長くしたことを特徴とする請求項４
   記載のサイリスタ変換器。
6. 【請求項６】 複数のサイリスタにて構成されるサイリ
   スタバルブのアームを流れる電流を検出する電流検出手
   段と、この電流検出手段で検出された電流が所定値を越
   えるとゲートブロック信号を出力し前記サイリスタへの
   位相制御信号の出力を停止すると共にサイリスタバルブ
   の入力を停止する制御保護手段と、前記サイリスタバル
   ブを構成するサイリスタのジャンクション温度を検出す
   るジャンクション温度検出手段と、前記制御保護手段か
   らのゲートブロック信号が入力された後にジャンクショ
   ン温度が所定値以上の場合にはゲートブロックすること
   なく前記サイリスタバルブに順方向電圧が印加されると
   ゲートパルスを与えターンオンさせるゲ−トパルス発生
   手段とを具備したことを特徴とするサイリスタ変換器。
7. 【請求項７】 前記ジャンクション温度検出手段は、前
   記サイリスタバルブを構成するサイリスタを冷却する冷
   媒の温度を測定する冷媒温度測定手段と、この冷媒温度
   測定手段の出力と前記電流検出手段の出力とを基にジャ
   ンクション温度を演算する演算手段とからなることを特
   徴とする請求項６記載のサイリスタ変換器。
8. 【請求項８】 複数のサイリスタにて構成されるサイリ
   スタバルブのアームを流れる電流を検出する電流検出手
   段と、この電流検出手段で検出された電流が所定値を越
   えるとゲートブロック信号を出力し前記サイリスタへの
   位相制御信号の出力を停止すると共にサイリスタバルブ
   の入力を停止する制御保護手段と、この制御保護手段か
   らのゲートブロック信号が入力された後に前記電流検出
   手段で検出された電流が所定値以上の場合にはゲートブ
   ロックすることなく前記サイリスタバルブに順方向電圧
   が印加されるとゲートパルスを与えターンオンさせるゲ
   −トパルス発生手段とを具備したことを特徴とするサイ
   リスタ変換器。