JPS60128826A - インバ−タの短絡保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は直流電力を交流電力に変換するインバータが
短絡事故をおこしたときに当該インバータに流れる短絡
電流を制限してインバータを保護するインバータの短絡
保護装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

第１図は単相交流電力を整流したのち、インバータで所
望の電圧と周波数の単相交流電力に変換するようなされ
ている従来のインバータ装置を示す回路図であり、この
装置においてインバータがたとえばアース短絡した場合
の従来の短絡保護動作をこの第１図により以下に説明す
る。

第１図において、単相交流電源１からの交□流電力は整
流器２により整流され、リップルを含んで脈動する直流
電力に変換される。この脈動直流電力は高速度遮断器３
を介し、フィルタリアクトル４とフィルターンデンサ５
とでなるフィルタに与えられ、このフィルタによりリッ
プルが除去されて平滑な直流電力となる。この平滑され
た直流電力が６なるＧＴＯインバータにより所望の周波
数と電圧の単相交流電力に変換されて交流負荷７に供給
されるようｋなっている。ここでＧ’ｌ’Ｏインバータ
６はＧＴＯ？イリスタと帰還ダイオードとを逆並列接続
してなるアームをブリ、ジ接続したものでありて、と、
のＧＴＯザイリスタを順次オン中オフすることにより直
流を交流に変換するのである。

ＧＴＯインバータ６に直列接続されている限流インピー
ダンスとしての限流リアクトル１０は負荷側が短絡した
ときの短絡電流を制限するためのものであるが、通常運
転中にこの限流リアクトル１０に蓄えられるエネルギー
は、この限流リアクトルに並列接続されている抵抗１１
とダイオード１２の直列接続回路を環流し、抵抗１１で
蓄えられていたエネルギーを消費することにより、ＧＴ
Ｏインバータ６に過電圧が印加されるのを抑制している
。さらにこの限流リアクトル１０の負荷側にはＧＴＯイ
ンバータに並列に開閉器としての短絡サイリスタ１３が
接続されていて、ＧＴＯサイリスタ６に短絡事故が発生
するとこの短絡サイリスタ１３をオンにして短絡電流を
この短絡サイリスタ１３に分流させるのである。なお１
５はインバータ側回路の配線インダクタンスを示し、１
６は短絡サイリスタ側回路の配線インダクタンスを示す
。

ＧＴＯインバータ６を構成する各ＧＴＯサイリスタのう
ち、６１と６２なるＧＴＯサイリスクが同時にオン状態
いわゆるアーム短絡事故が発生した場合に、との嬉１図
における従来回路での短絡保護動作は次のとおりである
。ず１よりちＧＴＯインバータ６がアーム短絡をおこす
と、フィルタコンデンサ５と限流リアクトル６とで共振
振動をおこし、過大なＩＩなる共振振動電流がＧＴＯサ
イリスタ６１と６２に流れる。このＧＴＯサイリスタ６
１または６２はその可制御アノード電流上りも大きな電
流が流れているときにオフ信号を与えるとＧＴＯサイリ
スタ６１または６２はターンオフに失敗して破壊してし
ｆう。

そこで通常はこのＧＴＯインバータ６の各アームに、図
示されていないアーム短絡検知器が設けられて、これが
アーム短絡を検出すると短絡サイリスタ１３にゲート信
号を与え、白線短絡サイリスタ１３は導通してＧＴＯイ
ンバータ６へ流れるべき電流１１をこの短絡サイリスタ
１３を含む回路に分流させるのである。

第２図は第１図に示す従来例の回路における各部の電流
波形を示すグラフでありて、第２図（イ）は限流リアク
トル１０を流れる短絡時の共振振動電流１１の変化を示
し、第２図（ロ）はインバータ側回路に流れろ電流■２
の変化、第２図（）・）は短絡サイリスタ側回路に流れ
る電流工３の変化を示すものであって、いずれも縦軸は
電流を、横軸は時間をあられしている。

アーム短絡事故発生の瞬間を時刻零とすると、共振振動
電流工１は第２図（イ）に示すように時刻零の瞬間から
急速に増大するが、この電流がアーム短絡検知器により
アーム短絡を検出する電流Ｉｓに到達したとき、当該ア
ーム短絡検知器からの信号により前述の短絡サイリスタ
１３が導通を開始するのであるが、この導通開始の瞬間
が時刻ＴＩで示されている。第２図（ロ）において破線
で示される曲線は短絡サイリスタ１３がない場合にＧＴ
Ｏサイリスタ６に流れ込む電流であって第２図（イ）に
示される電流ＩＩと同じものであるが、実際には短絡サ
イリスタ１３に′電流が分流する。から、時刻Ｔ、以降
にＧＴＯインバータ６に流れる電流Ｉ２は実線で示され
るものとなる。

（５） 上述したようにＧＴＯインバータ６のアーム短絡事故に
起因して発生せる共振振動電流１１は時刻Ｔｌで短絡サ
イリスタ１３が導通することによりインバータ側電流Ｉ
２と短絡サイリスタ側電流Ｉ３とに分流するのであるが
、このときの両分流電流Ｉ２と■３の電流上昇率がそれ
ぞれの回路の配線インダクタンスの逆数の比となるよう
に分流する。すなわち分流を開始してから任意の時刻た
とえばＴａなる時刻では（１）式と（２）式に示すごと
くになる。

ただしＬ２はインバータ側配線インダクタンス１５のイ
ンダクタンス値であり、Ｌ３は短絡サイリスタ側配線イ
ンダクタンス１６のインダクタンス値を示すものである
。

なお第１図におけるフィルタリアクトル４のインダクタ
ンスの値は限流リアクトル１０のそれにくらべて非常に
大きいのが普通であるから、ＧＴＯイ（６） ンバータ６のアーム短絡に起因して整流器２から供給さ
れる電流の上昇率は非常に小さいので、第２図に示すグ
ラフでは限流リアクトル１０を流れる共振振動電流ＩＩ
には電源からの電流増加分を省略している。

高速度遮断器３は、前述のアーム短絡検知器がアーム短
絡を検出することにより動作し【整流器２をインバータ
６から切離す。

上述の動作により、インバータ制電流工２のピーク値が
ＧＴＯサイリスタ６１　、６２の可制御アノード電流値
Ｉｔを越えなげれば当該ＧＴＯサイリスタ６１　、６２
は破壊することはないのであるが、実際にはインバータ
６のアーム短絡検知後に短絡サイリスタ１３が導通する
瞬間にインバータ６に流れる電流の電流値Ｉ＝と、ＧＴ
Ｏサイリスタ６１．６２の可制御アノード電流値Ｉｔと
の間にはあまり余裕がないために、第２図（ロ）に示す
ように、インバータ制電（ｌ１ｇのピーク値がＧＴＯサ
イリスタ６１　、６２の可制御アノード電流値Ｉｔを１
廻ることが多い。そこで短絡サイリスタ側配艙インダク
タンス１６のインダクタンス値Ｌ３を非常に小さくして
サイリスタ側電流Ｉ２が大きくならないようにしようと
するのであるが、この配線インダクタンス値Ｌ３をある
程度小さくするのは不可能であるため、逆にインバータ
側の配線を不必要に長くしてインバータ側配線インダク
タンス１５のインダクタンス値Ｌ３を太きくする。しか
しこのインダクタンス値Ｌ２の値が大きくなると通常運
転中にこれに蓄えられるエネルギーも大きくなるため゛
、ＧＴＯインバータ６の電圧が過大になる。これを防ぐ
ために、各ＧＴＯサイリスタに接続されるスナバコンデ
ンサの容量を増大させねばならないので、スナバ抵抗で
消費される損失も増大し、インバータ装置が大形化し、
効率が低下する欠点を有する。そこで限流リアクトル１
０のインダクタンス値を大きくして、インバータ６がア
ーム短絡したときに発生する共振振動電流１１のピーク
値を制御し【、短絡サイリスタ１３へ分流する電流Ｉ・
が小さくてもインバータ制電　１ｆｉＩｚのピーク値が
Ｇ’ｌ’０サイリスタの可制御アノード電流値Ｉｔを越
えな□いようにしている。しかし限流リアクトル１０の
インダクタンス値を大きくするということは、当該限流
リアクトル１０が大形化するだけではな（、このリアク
トル１０に蓄積されるエネルギーも増大するので抵抗１
１で消費する損失が増大し、やはり装置の大形化と効率
の低下を招くこととなる。

別の従来例では、フィルタコンデンサ５の両端に別の短
絡サイリスタを接続し、インバータ６のアーム短絡と同
時にフィルタコンデンサ５をこのサイリスタで短絡する
ようにしているのもあるが、この短絡サイリスタの動作
責務が非常に厳しく、電流抑制のためこのサイリスタに
直列に抵抗あるいはりアクドルを接続せねばならぬなど
、前述の方法にくらべて欠点が多い。

〔発明の目的〕

この発明は、インバータに短絡事故が発生しても特別な
配線上の工夫をしたり、装置の大形化や損失の増大を招
くことなしに確実にインバータを保護することができる
インバータの短絡保護装置を提供することを目的とする
。

（９） 〔発明の要点〕 この発明は、限流リアクトルを２つの部分リアクトルか
ら構成、インバータ直流入力端子への半導体スイッチの
接続は、咳半導体スイッチに対して一方Ω部分りアクド
ルが平滑コンデンサ側に位置し、他方の部分リアクトル
がインバータ側に位置するように行なうことＫよって、
短絡電流の大部分を半導体スイッチに流してインバータ
側での電流□上昇を抑制し、インバータが破損するのを
防止するものである。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明の実施例を示す回路図であり、この第３
図により以’（ｒｃ本発明の内容を詳述する。

第３図において１なる交流電源からの単相交流電力を整
流器２により整流し、高速度遮断器３を介してフィルタ
リアクトル４とフィルタコンデンサ５でなるフィルタに
より整流された直流の脈流分を除去して平滑された直流
電力とし、これをＧＴＯインバータ６で単相交流電力に
変換して交流負荷７に供給することは、第１図に示す従
来例の場合（１０） と同様である。

整流された直流のリップル分を除去する上述のフィルタ
とＧＴＯインバータ６との間には、短絡事故時の電流を
制限するための限流リアクトルＩＯＡとｌＯＢがＧＴＯ
インバータに直列接続されていることも、第１図の従来
例と同様であるが、本発明においてはこの限流リアクト
ルは、ＩＯＡなるリアクトルＩＯＢなるリアクトルに分
割されていて、この両リアクトルの合計インダクタンス
値はインバータ６が通常運転しているときの蓄積エネル
ギーが大きくなりすぎないように、あまり大きな値には
しない。

短絡事故時にインバータ６を短絡して事故電流を分流さ
せるための短絡サイリスタ１３は上述せる限流リアクト
ルＩＯＡとＩＯＢとの間から取り出されてインバータ６
に並列接続されるようになっている。

またこの限流リアクトルＩＯＡとＩＯＢに蓄積されるエ
ネルギーを消費するための抵抗１１と、この抵抗１１に
直列接続されているダイオード１２とでなる回路は、限
流リアクトルＩＯＡとＩＯＢとの直列回路に並列接続さ
れている。なお第３図における１５はインバータ側配線
インダクタンスであり、１６は短絡サイリスタ側配線イ
ンダクタンスである。

限流リアクトルＩＯＡとＩＯＢのうちＩＯＢの方のイン
ダクタンス値をＬｌとし、インバータ細配線インダクタ
ンス１５のインダクタンス値をＬ２、短絡サイリスク側
配線インダクタンス１６のインダクタンス値をＬａとす
ると、ＬｌはＬａにくらべて非常に大きい値である。Ｇ
ＴＯインバータ６がアーム短絡したときの共振振動電流
１．は、短絡サイリスタ１３が導通することによりイン
バータ６へ流れるインバータ側電流Ｉ２と、短絡サイリ
スタ側電流ｌａに分かれるのであるが、この両分子ｉｔ
流Ｉ３と■３の電流上昇率はそれぞれの回路のインダク
タンスの逆数の比となることは既、に述べた。よって本
発明においては、電流■８とＩ３の分流比は（３）式に
示すごとくなる。

ここでＬｌはＬａにくらべて非常に大きな値であるから
Ｌ１＋Ｌｚ＞Ｌａであり、よって上記の（３）式から が得られる。すなわち短絡サイリスタ１３が導通すると
、本発明によれば（４）式からもあきらかなようにＧＴ
Ｏインバータ側回路の電流Ｉ２の電流上昇率は短絡サイ
リスタ側電流Ｉ３のそれＫくらべて非常に小さい。すな
わちインバータ側電流■２はほとんと増大しないことが
わかる。

第４図は第３図に示す本発明の実施例の回路における各
部の電流波形を示すグラフであって、第４図（イ）は短
絡事故時の共振振動電流ＩＩの変化を示し、第４図（ロ
）はインバータ側回路に流れる電流１１１の変化、第４
図（ハ）は短絡サイリスタ側回路に流れる電流工３の変
化を示すものであって、いずれも縦軸は電流を、横軸は
時間をあられしている。

アーム短絡事故発生後Ｔ、なる時間が経過して共振振動
電流１１がＩｓなる値になったときに短絡す（１３） イリスタ１３が導通してこの短絡サイリスタ側に電流が
分流しはじめると、（４）式に示すようにインバータ側
電流ＩｌＩの電流上昇率はきわめて小である（第４図（
ロ）参照）。よって上述の分流開始時の電流値Ｉｓと、
ＧＴＯサイリスタの可制御アノード電流値Ｉｔとの差が
あまりなくても、事故電流がこの可制御アノード電流値
Ｉｔを越えないようにすることができる。そしてこのイ
ンバータ側へ流れる電流１．の抑制は、限流リアクトル
１０人とＩＯＢのインダクタンス値を増加させずに達成
できるのである。

限流リアクトルＩＯＡとＩＯＢの合計インダクタンス値
をＬとし、ＩＯＢのみのインダクタンス値をＬｌとスル
とき、このＬｌの合計インダクタンス値りに対する割合
いをｋとするならば、 Ｌｌ　＝　ｋＬ　・・・・・・・−・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・−・・・・・・・・・・・・
・・・・・−・・・（５）なる関係があるが、短絡サイ
リスタ側配線インダクタンス１６のインダクタンス値Ｌ
３が限流リアクト／Ｌ’ＩＯＡとＩＯＢの合計インダク
タンス値りの５優程度のとき、ｋは０．３〜０．１程度
が適当であり、また短（１４） 絡サイリスタ側配線インダクタンス値Ｌ３が限流リアク
トルの合計インダクタンス値りの１チ程度のときは、ｋ
は０．２〜０．０５程度が適当である。、このｋの値が
上述の範囲よりも大きい領域では短絡サイリスタ側への
電流Ｉ３が増大して短絡サイリスタ１３の責務が厳しく
なるし、ｋの値が上述の範囲よりも小さい領域では短絡
サイリスタ１３への分流効果が小となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、短絡事故時の共振振動電流を制限す
るための限流リアクトルのインダクタンス値を増加させ
ずに、当該限流リアクトルの一部分がインバータ側の配
線インダクタンスを増加させるようにして、事故電流を
分流させる短絡サイリスタ側の配線インダクタンスより
も大きくなるように回路を構成している。このようにし
ておけば、インバータに並列接続されている短絡サイリ
スタが導通ｌまた後のインバータ側電流の電流上昇率は
非常に小さな値に抑制することができるので、過電流耐
量が小さい素子でなるインバータを確実に保護すること
ができる。しかもこのような短絡保護は限流リアクトル
のインダクタンス値を増大させることなく達成できるし
、配線上の特別な工夫も不必要であるから、装置の大形
化や損失の増大、装置の効率低下をもたらすことなくイ
ンバータの短絡保護が確実に達成できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインバータ装置を示す回路図であり、第
２図は第１図に示す従来例における各部の電流波形を示
すグラフである。 第３図は本発明の実施例を示す回路図であり、第４図は
第３図に示す実施例における各部の電流　。 波形を示すグラフである。 １・・・交流電源、２・・・整流器、３・・・高速度遮
断器、４・・・フィルタリアクトル、５・・・フィルタ
コンデンサ、６・・・ＧＴＯインバータ、７・・・交流
負荷、１０　、　ＩＯＡ　、　ＩＯＢ・・・限流リアク
トル、１１・・・抵抗、１２　、＃”　（オー１０．１
３９１．□＋４９ＸＩ、１５　、（７’バータ側配線イ
ンダクタンス、１６・・・短絡サイリスタ側配線インダ
クタンス、６１．６２・・・ＧＴＯサイリスタ。 １１・・・共振振動電流、■２・・・インバータ側電流
、Ｉ３・・・短絡サイリスタ側電流、Ｉｓ・・・短絡サ
イリスタ導通開始時電流値、Ｉｔ・・・ＧＴＯサイリス
タ可制（１７）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源の出力側に設けられた平滑コンデンサとインバ
   ータとの間に挿入された限流リアクトルと、インバータ
   内部短絡時にインバータ直流入力端子間を橋絡する制御
   可能な半導体スイッチとを備えたインバータの短絡保護
   装置において、前記限流リアクトルは、互いに直列接続
   関係にある２つの部分リアクトルから構成し、インバー
   タ直流入力端子間への前記半導体スイッチの接続は、該
   半導体スイッチに対して一方の部分リアクトルが平滑コ
   ンデンサ側に位置し、他方の部分リアクトルがインバー
   タ側に位置するように行なうことを特徴とするインバー
   タの短絡保護装置。