JPH11337612A - 自己消弧形素子の評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の自己消弧形素子の評価回路ではターン
オン時の過大な損失を発生する場合の評価が十分できな
かった。 【解決手段】 自己消弧形素子１に第１の電圧源５と第
２の電圧源９とを接続する。第１の電圧源によりスナバ
回路のコンデンサ３を充電しておき、次に第２の電圧源
に接続されたスイッチ１０をオンする。スイッチ１０を
オンした後スナバ回路のダイオード２に電流が流れてい
る状態で自己消弧形素子１を点弧すると前記ダイオード
２の電流が急激に自己消弧形素子１に移るとともに、前
記ダイオード２に電流が流れている間は前記スナバ回路
のコンデンサ３の電圧が自己消弧形素子１に印加される
から、自己消弧形素子１に過大な損失が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自己消弧形素子の
評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の自己消弧形素子のターンオ
ンの評価試験回路である。自己消弧形素子１には、スナ
バダイオード２とスナバコンデンサ３とからなる直列回
路が並列に接続され、スナバダイオード２には抵抗４が
並列に接続される。スナバダイオード２、スナバコンデ
ンサ３、抵抗４によりスナバ回路が構成される。一定電
圧の電圧源２０は、自己消弧形素子１のアノード側を正
とする向きに接続される。リアクトル２１は、電圧源２
０の正極と自己消弧形素子１のアノードの間に接続さ
れ、自己消弧形素子１がターンオンした時の電流の上昇
率を決定する。

【０００３】従来の自己消弧形素子１のターンオンの評
価は、電圧源２０により一定電圧を自己消弧形素子１の
アノード、カソード間に印加した状態で、自己消弧形素
子１をターンオンすることにより、電圧源２０の電圧と
リアクトル２１のインダクタンスにより決まる電流の上
昇率で、電圧源２０から電流が流れる。

【０００４】また、スナバコンデンサ３はターンオン以
前に電圧源２０の電圧に充電されているから、スナバコ
ンデンサ３から抵抗４を通して放電電流が自己消弧形素
子１に流れる。

【０００５】このとき、電圧源２０の電圧とリアクトル
２１のインダクタンスを調整して自己消弧形素子１の最
大定格に合わせることにより、自己消弧形素子１のター
ンオン時の試験が行われる。更に、電圧源２０の電圧を
上昇させるか、リアクトル２１のインダクタンスをさら
に小さくすることにより自己消弧形素子１がターンオン
時にどこまで耐えられるかを評価する方法を行ってい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】自己消弧形素子を使用
した自励式変換器においては、直流の電圧源として大容
量のコンデンサが使用されている。このコンデンサは極
力電圧が変動しないように選定されるが、回路条件によ
って電圧が変動する。直流電圧の変動により自己消弧形
素子１に印加された電圧が上昇すると、スナバダイオー
ド２を通してスナバコンデンサ３に電流が流れスナバコ
ンデンサ３を充電する。

【０００７】スナバダイオード２が通電中に自己消弧形
素子１をターンオンすると、スナバダイオード２に流れ
ていた電流が急激に自己消弧形素子１に移るとともに、
スナバダイオード２の電流が零になった後もスナバダイ
オード２の逆回復電荷が自己消弧形素子１へ流れ込む。

【０００８】スナバダイオード２から自己消弧形素子１
に流れ込む電流の立ち上がりは自己消弧形素子１のター
ンオン時間のみで決まるため非常に速く１０００Ａ／μ
Ｓ以上になる。また、スナバダイオード２に電流が流れ
ている間はダイオードの電圧は順電圧降下分の低い電圧
であり、自己消弧形素子１にはスナバコンデンサ３の電
圧が印加される。

【０００９】自己消弧形素子１のターンオン時の瞬時損
失はターンオンの過程の電圧と電流の積として与えられ
る。そのため、上記の現象が発生すると、自己消弧形素
子１に印加された電圧は高いまま電流が急激に立ち上が
るために、自己消弧形素子１のターンオン時に発生する
損失は非常に大きいものになる。自己消弧形素子１に印
加されている電圧の上昇率が大きいほどスナバダイオー
ド２に流れる電流は大きくなり、その状態からターンオ
ンした時の損失も非常に大きくなる。

【００１０】この損失は一定電圧からのターンオン時に
発生する損失に比べてピーク値及び総エネルギー量とも
に数倍以上になる。従来の評価回路でリアクトル２１の
インダクタンスを小さくし、電流の立ち上がりを速くし
ても自己消弧形素子１のターンオン時の損失は大きくな
るが、自己消弧形素子１のアノードカソード間の電圧が
降下し始めてから電流が上昇するから、電圧が高いまま
電流が流れる前記の状態より損失が小さく、従来の評価
回路では、上述のような損失の評価はできない。

【００１１】以上のように、従来の自己消弧形素子の評
価回路ではターンオン時の評価が十分ではなく、自己消
弧形素子の信頼性およびそれを使用した装置の信頼性を
損なっていた。

【００１２】よって、本発明は、上記のような非常にお
おきな損失を発生する状態を模擬した自己消弧形素子の
評価方法を提供し、信頼性の高い自己消弧形素子を提供
することを目的とする。

【００１３】

【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に係る自己消弧形素子の評価方法
では、第１の電圧源によりスナバ回路のコンデンサを充
電しておき、次に第２の電圧源に接続されたスイッチを
オンする。これにより第２の電圧源からスナバ回路のコ
ンデンサを充電する電流がスナバ回路の第１のダイオー
ドを通って流れる。前記第１のダイオードに電流が流れ
ている状態で自己消弧形素子を点弧すると前記第１のダ
イオードの電流が急激に自己消弧形素子に移るととも
に、前記第１のダイオードに電流が流れている間は前記
スナバ回路のコンデンサの電圧が自己消弧形素子に印加
されるから、自己消弧形素子に過大な損失が発生する。

【００１４】本発明の請求項２に係る自己消弧形素子の
評価方法では、第１の電圧源によりスナバ回路のコンデ
ンサを充電しておき、次に第２の電圧源に接続されたス
イッチをオンする。これにより第２の電圧源からスナバ
回路のコンデンサを充電する電流がスナバ回路の第１の
ダイオードを通って流れる。前記第１のダイオードに電
流が流れている状態で自己消弧形素子を点弧すると前記
第１のダイオードの電流が急激に自己消弧形素子に移る
とともに、前記第１のダイオードに電流が流れている間
は前記スナバ回路のコンデンサの電圧が自己消弧形素子
に印加されるから、自己消弧形素子に過大な損失が発生
する。

【００１５】本発明の請求項３に係る自己消弧形素子の
評価方法では、スイッチをオンすることにより電圧源か
らスナバ回路のコンデンサを充電する電流がスナバ回路
のダイオードを通って流れる。前記ダイオードに電流が
流れている状態で自己消弧形素子を点弧すると前記ダイ
オードの電流が急激に自己消弧形素子に移るとともに、
前記ダイオードに電流が流れている間は前記スナバ回路
のコンデンサの電圧が自己消弧形素子に印加されるか
ら、自己消弧形素子に過大な損失が発生する。

【００１６】本発明の請求項４に係る自己消弧形素子の
評価方法では、スイッチをオンすることにより交流電圧
源からスナバ回路のコンデンサを充電する電流がスナバ
回路のダイオードを通って流れる。前記ダイオードに電
流が流れている状態で自己消弧形素子を点弧すると前記
ダイオードの電流が急激に自己消弧形素子に移るととも
に、前記ダイオードに電流が流れている間は前記スナバ
回路のコンデンサの電圧が自己消弧形素子に印加される
から、自己消弧形素子に過大な損失が発生する。本発明
の請求項５に係る自己消弧形素子の評価方法では、自己
消弧形素子をオンすることにより電圧源からリアクトル
を通って電流が自己消弧形素子に流れる。さらに前記自
己消弧形素子をオフすると前記自己消弧形素子のスナバ
回路のコンデンサを充電するとともに、リアクトルに流
れていた電流はリアクトルに並列に接続された第２のダ
イオードに環流する。前記第２のダイオードに電流が流
れている状態で再び自己消弧形素子を点弧すると前記第
２のダイオードの電流が急激に自己消弧形素子に移ると
ともに、前記第２のダイオードに電流が流れている間は
前記スナバ回路のコンデンサの電圧が自己消弧形素子に
印加されるから、自己消弧形素子に過大な損失が発生す
る。

【００１７】本発明の請求項６に係る自己消弧形素子の
評価方法では、スナバ回路のダイオードに電流が流れて
いる状態で自己消弧形素子を点弧すると前記ダイオード
の電流が急激に自己消弧形素子に移るとともに、前記ダ
イオードに電流が流れている間は前記スナバ回路のコン
デンサの電圧が自己消弧形素子に印加されるから、自己
消弧形素子に過大な損失が発生する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施の形態
の自己消弧形素子の評価方法であり、図６と同一要素に
は同一符号を付して説明は省略する。

【００１９】図１において、第１の電圧源６はダイオー
ド６とリアクトル７の直列回路を介して自己消弧形素子
１に接続され、第２の電圧源９はスイッチ１０とリアク
トル１１の直列回路を介して自己消弧形素子１に接続さ
れる。第２の電圧源９は、第１の電圧源５より高い電圧
を出力し、リアクトル１１は、第２の電圧源９からの電
流の上昇率と電流値を決定する。

【００２０】本実施の形態では、まず第１の電圧源５に
より自己消弧形素子１のスナバコンデンサ３を所定の電
圧に充電しておく。この状態ではスナバコンデンサ３は
第１の電圧源５と同じ電圧で、スナバダイオード２の電
流は零になっている。

【００２１】次にサイリスタ１０を点弧させる。サイリ
スタ１０を点弧すると第２の電圧源９の電圧は第１の電
圧源５の電圧より高いから、第２の電圧源９からリアク
トル１１のインダクタンスにより決まる電流がスナバダ
イオード２を通してスナバコンデンサ３に流れスナバコ
ンデンサ３を充電していく。

【００２２】そして、スナバコンデンサ３の電圧が第２
の電圧源９の電圧に達する以前に自己消弧形素子１を点
弧する。自己消弧形素子１を点弧した状態では、スナバ
コンデンサ３を充電中でありスナバダイオード２に電流
が流れているので、自己消弧形素子１にはスナバダイオ
ード２から電流が急激に移ると共に、スナバコンデンサ
３の電圧が自己消弧形素子１に印加され大きな損失を発
生する。

【００２３】このとき、スナバダイオード２に流れる電
流、つまりサイリスタ１０を点弧してから自己消弧形素
子１を点弧するタイミングを調整することにより、発生
する損失を調整することが出来る。第１の電圧源５及び
第２の電圧源９の電圧を実際の使用状態に合わせること
で、使用状態における耐量を確認することもできる。

【００２４】以上の通り、本発明の第１の実施の形態に
よれば、直流電圧の上昇中に自己消弧形素子１のターン
オン時に発生する大きな損失を評価することができ、信
頼性の高い自己消弧形素子を提供することが出来る。

【００２５】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施の形態の自己消弧形素子の評価方法であり、図６
と同一要素には同一符号を付して説明は省略する。

【００２６】図２において、第１の電圧源５はダイオー
ド６とリアクトル７の直列回路を介して自己消弧形素子
１に接続され、第２の電圧源１３の負極端子は第１の電
圧源５の正極側に接続され、第２の電圧源１３の正極端
子はサイリスタ１４とリアクトル１５の直列回路を介し
て自己消弧形素子１のアノードに接続される。

【００２７】本実施の形態では、まず第１の電圧源５に
より自己消弧形素子１のスナバコンデンサ３を所定の電
圧に充電しておく。この状態ではスナバコンデンサ３は
第１の電圧源５と同じ電圧で、スナバダイオード２の電
流は零になっている。

【００２８】次にサイリスタ１４を点弧させる。サイリ
スタ１４を点弧すると第２の電圧源１３の電圧が第１の
電圧源５の電圧に加算されるから、第２の電圧源１３か
らリアクトル１５のインダクタンスにより決まる電流が
スナバダイオード２を通してスナバコンデンサ３に流れ
スナバコンデンサ３を充電していく。

【００２９】そして、スナバコンデンサ３の電圧が第１
の電圧源５と第２の電圧源１３の合計値の電圧に達する
以前に自己消弧形素子１を点弧する。自己消弧形素子１
を点弧した状態では、スナバコンデンサ３を充電中であ
りスナバダイオード２に電流が流れているので、自己消
弧形素子１にはスナバダイオード２から電流が急激に移
ると共に、スナバコンデンサ３の電圧が自己消弧形素子
１に印加され大きな損失を発生する。

【００３０】このとき、スナバダイオード２に流れる電
流、つまりサイリスタ１４を点弧してから自己消弧形素
子１を点弧するタイミングを調整することにより、発生
する損失を調整することが出来る。第１の電圧源５及び
第２の電圧源１３の電圧を実際の使用状態に合わせるこ
とで、使用状態における耐量を確認することもできる。

【００３１】以上の通り、本発明の第２の実施の形態に
よれば、直流電圧の上昇中に自己消弧形素子１のターン
オン時に発生する大きな損失を評価することができ、信
頼性の高い自己消弧形素子を提供することが出来る。ま
た、第２の実施の形態では第２の電圧源１３の電圧は、
第１の実施の形態の第２の電圧源９の電圧に比べて小さ
くてよいので評価回路を小型にすることもできる。

【００３２】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施の形態の自己消弧形素子１の評価方法であり、図
６と同一要素には同一符号を付して説明は省略する。

【００３３】図３において、電圧源９はスイッチ１０と
リアクトル１１の直列回路を介して自己消弧形素子１に
接続される。本実施の形態では、まずサイリスタ１０を
点弧させる。サイリスタ１０を点弧すると、電圧源９か
らリアクトル１１のインダクタンスにより決まる電流が
スナバダイオード２を通してスナバコンデンサ３に流れ
スナバコンデンサ３を充電していく。

【００３４】そして、スナバコンデンサ３の電圧が電圧
源９の電圧に達する以前に自己消弧形素子１を点弧す
る。スナバコンデンサ３を充電中でありスナバダイオー
ド２に電流が流れているので、自己消弧形素子１にはス
ナバダイオード２から電流が急激に移ると共に、スナバ
コンデンサ３の電圧が自己消弧形素子１に印加され大き
な損失を発生する。

【００３５】このとき、スナバダイオード２に流れる電
流、つまりサイリスタ１０を点弧してから自己消弧形素
子１を点弧するタイミングを調整することにより、発生
する損失を調整することが出来る。電圧源９の電圧を実
際の使用状態に合わせることで、使用状態における耐量
を確認することもできる。

【００３６】以上の通り、本発明の第３の実施の形態に
よれば、直流電圧の上昇中に自己消弧形素子１のターン
オン時に発生する大きな損失を評価することができ、信
頼性の高い自己消弧形素子を提供することが出来る。

【００３７】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施の形態の自己消弧形素子１の評価方法であり、図
６と同一要素には同一符号を付して説明は省略する。

【００３８】図４において、交流電圧源１４はスイッチ
１０とリアクトル１１の直列回路を介して自己消弧形素
子１に接続されている。本実施の形態では、まず交流電
圧が正の時点で、サイリスタ１０を点弧する。サイリス
タ１０を点弧すると、交流電圧源１４からリアクトル１
１のインダクタンスにより決まる電流がスナバダイオー
ド２を通してスナバコンデンサ３に流れスナバコンデン
サ３を充電していく。

【００３９】そして、スナバダイオード２に電流が流れ
ている状態で自己消弧形素子１を点弧する。スナバコン
デンサ３を充電中でありスナバダイオード２に電流が流
れているので、自己消弧形素子１にはスナバダイオード
２から電流が急激に移ると共に、スナバコンデンサ３の
電圧が自己消弧形素子１に印加され大きな損失を発生す
る。

【００４０】このとき、スナバダイオード２に流れる電
流、つまりサイリスタ１０を点弧してから自己消弧形素
子１を点弧するタイミングを調整することにより、発生
する損失を調整することが出来る。交流電圧源１４の電
圧を実際の使用状態に合わせることで、使用状態におけ
る耐量を確認することもできる。

【００４１】以上の通り、本発明の第４の実施の形態に
よれば、直流電圧の上昇中に自己消弧形素子１のターン
オン時に発生する大きな損失を評価することができ、信
頼性の高い自己消弧形素子を提供することが出来る。

【００４２】（第５の実施形態）図５は、本発明の第５
の実施の形態の自己消弧形素子１の評価方法であり、図
６と同一要素には同一符号を付して説明は省略する。

【００４３】図５において、電圧源５はリアクトル１５
を介して自己消弧形素子１に接続され、ダイオード１６
のアノードはリアクトル１５の電圧源５側の端子に接続
され、ダイオード１６のカソードはリアクトル１５の自
己消弧形素子１側の端子に接続される。

【００４４】本実施の形態では、まず自己消弧形素子１
を点弧する。これにより電圧源５からリアクトル１５の
インダクタンスにより決まる電流が自己消弧形素子１に
流れる。

【００４５】次に、電流が所定の値に達した状態で一度
自己消弧形素子１をターンオフさせる。自己消弧形素子
１に流れていた電流はスナバコンデンサ３を充電すると
ともに、リアクトル１５の電流はダイオード１６を通り
環流する。

【００４６】そして、ダイオード１６の電流が流れてい
る状態で自己消弧形素子１を再び点弧すると、ダイオー
ド１６に流れていた電流は急激に減少し、その分だけ自
己消弧形素子１に急激に電流が流れる。ダイオード１６
に電流が流れている状態ではダイオード１６の電圧は非
常に小さいので、自己消弧形素子１に電圧源５の電圧が
印加される。電圧源５の電圧が印加されたまま電流が急
激に上昇する状態になり、やはり大きな損失が発生する
ことになる。

【００４７】このとき、ダイオード１６に流れる電流、
つまり自己消弧形素子１をターンオフしてから再点弧す
るタイミングを調整することにより、発生する損失を調
整することが出来る。電圧源５の電圧を実際の使用状態
に合わせることで、使用状態における耐量を確認するこ
ともできる。

【００４８】以上の通り、本発明の第５の実施の形態に
よれば、直流電圧の上昇中に自己消弧形素子１のターン
オン時に発生する大きな損失を評価することができ、信
頼性の高い自己消弧形素子を提供することが出来る。

【００４９】図１から図４において電圧源と自己消弧形
素子の間にリアクトルを接続した回路で説明したが、こ
のリアクトルは電流を制限するものであれば抵抗でも良
く、インピーダンスを有するものであればよい。また、
電圧源は電源でなく、コンデンサと充電器でもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
電圧上昇中でスナバダイオード通電中におけるターンオ
ンでの過大な損失に対する自己消弧形素子の評価を行う
ことができ、信頼性の高い自己消弧形素子を提供するこ
とができる。さらに、この自己消弧形素子を使用した装
置の信頼性を高める事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態の自己消弧形素子
の評価回路の構成図。

【図２】 本発明の第２の実施の形態の自己消弧形素子
の評価回路の構成図。

【図３】 本発明の第３の実施の形態の自己消弧形素子
の評価回路の構成図。

【図４】 本発明の第４の実施の形態の自己消弧形素子
の評価回路の構成図。

【図５】 本発明の第５の実施の形態の自己消弧形素子
の評価回路の構成図。

【図６】 従来の自己消弧形素子の評価回路の構成図。

【符号の説明】

１・・・自己消弧形素子 ２・・・スナバダイオード ３・・・スナバコンデンサ ４・・・抵抗 ５・・・第１の電圧源 ６・・・ダイオード ７・・・リアクトル ９・・・第２の電圧源 １０・・・サイリスタ １１・・・リアクトル １３・・・電圧源 １４・・・交流電圧源 １５・・・リアクトル １６・・・ダイオード ２０・・・電圧源 ２１・・・ダイオード

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己消弧形素子と、この自己消弧形素子
   に並列に接続された第１のダイオードとコンデンサとか
   らなるスナバ回路と、前記自己消弧形素子に第２のダイ
   オードとインピーダンスの直列回路を介して接続された
   第１の電圧源と、前記自己消弧形素子にスイッチとイン
   ピーダンスの直列回路を介して接続した前記第１の電圧
   源より高い電圧を有する第２の電圧源とを具備し、前記
   スイッチをオンした後前記第１のダイオードに電流が流
   れている期間に前記自己消弧形素子をターンオンするこ
   とを特徴とする自己消弧形素子の評価方法。
2. 【請求項２】 自己消弧形素子と、この自己消弧形素子
   に並列に接続された第１のダイオードとコンデンサとか
   らなるスナバ回路と、前記自己消弧形素子に第２のダイ
   オードと第１のインピーダンスの直列回路を介して接続
   された第１の電圧源と、前記自己消弧形素子にスイッチ
   と第２のインピーダンスの直列回路を介して正極が接続
   され、負極が前記第１の電圧源の正極に接続された第２
   の電圧源とを具備し、前記スイッチをオンした後前記第
   １のダイオードに電流が流れている期間に前記自己消弧
   形素子をターンオンすることを特徴とする自己消弧形素
   子の評価方法。
3. 【請求項３】 自己消弧形素子と、この自己消弧形素子
   に並列に接続されたダイオードとコンデンサとからなる
   スナバ回路と、前記自己消弧形素子にスイッチとインピ
   ーダンスの直列回路を介して接続した電圧源とを具備
   し、前記スイッチをオンした後前記ダイオードに電流が
   流れている期間に前記自己消弧形素子をターンオンする
   ことを特徴とする自己消弧形素子の評価方法。
4. 【請求項４】 自己消弧形素子と、この自己消弧形素子
   に並列に接続されたダイオードとコンデンサとからなる
   スナバ回路と、前記自己消弧形素子にスイッチとインピ
   ーダンスの直列回路を介して接続した交流電圧源とを具
   備し、前記交流電圧源が正の電圧を出力しているときに
   前記スイッチをオンした後前記ダイオードに電流が流れ
   ている期間に前記自己消弧形素子をターンオンすること
   を特徴とする自己消弧形素子の評価方法。
5. 【請求項５】 自己消弧形素子と、この自己消弧形素子
   に並列に接続された第１のダイオードとコンデンサとか
   らなるスナバ回路と、前記自己消弧形素子にリアクトル
   を介して接続した電圧源と、前記リアクトルに並列に前
   記電圧源側の端子をカソードとする向きに接続された第
   ２のダイオードとを具備し、前記自己消弧形素子を一度
   オンして電流を流した後、前記自己消弧形素子をオフさ
   せ、前記第２のダイオードに電流が流れている期間に前
   記自己消弧形素子をターンオンすることを特徴とする自
   己消弧形素子の評価方法。
6. 【請求項６】 ダイオードとコンデンサからなるスナバ
   回路が接続された自己消弧形素子の評価方法において、
   前記ダイオードに電流が流れている期間に前記自己消弧
   形素子をターンオンすることを特徴とした自己消弧形素
   子の評価方法。