JPS6038951B2 - Gtoインバ−タのア−ム短絡検出方法 - Google Patents
Gtoインバ−タのア−ム短絡検出方法Info
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- JPS6038951B2 JPS6038951B2 JP54078154A JP7815479A JPS6038951B2 JP S6038951 B2 JPS6038951 B2 JP S6038951B2 JP 54078154 A JP54078154 A JP 54078154A JP 7815479 A JP7815479 A JP 7815479A JP S6038951 B2 JPS6038951 B2 JP S6038951B2
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- JP
- Japan
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- voltage
- short circuit
- circuit
- gto
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
- H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
- H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. DC/AC converters
- H02H7/1225—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. DC/AC converters responsive to internal faults, e.g. shoot-through
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ゲートターンオフサィリスタ(以下GTOと
呼ぶ)を用いたィンバータにおけるアーム短絡事故の検
出方法に関するものである。
呼ぶ)を用いたィンバータにおけるアーム短絡事故の検
出方法に関するものである。
一般に、3相6アームのCTOィンバータは第1図に示
す如き回路構成を有している。すなわち図において、1
は直流電源、2は負荷となる交流電動機、10,11,
20,21,30,31がGT。・12,13,2 2
,2 3,3 2,3 3が帰還ダイオード、14,1
5,24,25,34,35が限流リアクトル、16,
17,26,27,36,37がスナバダイオード、1
8,19,28,29,38,39がスナバコンデンサ
、40,41,42,43,44,45がスナバ抵抗で
ある。GTOはトランジスタと異なり通常は自己限流作
用をもたないから、短絡事故時の電流の上昇率を抑制す
るために限流リアクトルが不可欠のものである。限流リ
アクトルを挿入したことにより、通常のスイッチング動
作時の蓄積エネルギーを適切に処理しないと過電圧の発
生という問題が派生するが、これについては、特願昭5
2一95136に示されており、ここでは説明を省く。
また、スナバ回路についてもその重要性は広く知られる
ところである。GTOは、周知の如く、例えばP側GT
OとN側GTOが同時にONするようなアームに何らか
の短絡事故が生じると電流をおされるという機能が全く
ないため電流が次第に増加しCTOを破壊することにな
る。
す如き回路構成を有している。すなわち図において、1
は直流電源、2は負荷となる交流電動機、10,11,
20,21,30,31がGT。・12,13,2 2
,2 3,3 2,3 3が帰還ダイオード、14,1
5,24,25,34,35が限流リアクトル、16,
17,26,27,36,37がスナバダイオード、1
8,19,28,29,38,39がスナバコンデンサ
、40,41,42,43,44,45がスナバ抵抗で
ある。GTOはトランジスタと異なり通常は自己限流作
用をもたないから、短絡事故時の電流の上昇率を抑制す
るために限流リアクトルが不可欠のものである。限流リ
アクトルを挿入したことにより、通常のスイッチング動
作時の蓄積エネルギーを適切に処理しないと過電圧の発
生という問題が派生するが、これについては、特願昭5
2一95136に示されており、ここでは説明を省く。
また、スナバ回路についてもその重要性は広く知られる
ところである。GTOは、周知の如く、例えばP側GT
OとN側GTOが同時にONするようなアームに何らか
の短絡事故が生じると電流をおされるという機能が全く
ないため電流が次第に増加しCTOを破壊することにな
る。
そこで、従来よりィンバータのアーム短絡を検出し、G
TOの破壊に到る前に装置を停止する方法がとられてい
る。このィンバータの短絡検出方法として、従来より直
接的な検出量である直流電流を検出するものと、スイッ
チング素子自体の端子電圧という間接的な検出量から短
絡状態の発生を検知するものがある。しかし、直流電流
検出方法はPWM(パルス幅変調)制御を行うGTOィ
ンバータでは、出力電圧を零に絞る場合三相を全く同相
運転することになるが、このときィンバータの直流部に
スイッチング毎に三根分のスナバコンデンサの充雷々流
が同時に流れ、GTOの可制御電流を大幅に上回る大き
な値となるため、動作余裕を考慮した場合短絡電流の検
出レベルを低い値に設定することができないという欠点
があった。したがって、GTOのdv/dt耐量が相当
に向上し、スナバ充電回路の特性インピーダンスが大き
くなって充霞々流が小さくならない限り、直流電流検出
方式はGTOィンバータの短絡検出法としては適当でな
い。特に、検出にシャフト抵抗を用いる場合には、ィン
バータ容量が大きくなるにともない回路損失やノイズ耐
量の面からも適当でない。一方、電圧という間接的な量
から短絡状態を検出するには、通常動作時に存在する疑
似短絡状態と真の短絡状態とを弁別する必要が生じる。
TOの破壊に到る前に装置を停止する方法がとられてい
る。このィンバータの短絡検出方法として、従来より直
接的な検出量である直流電流を検出するものと、スイッ
チング素子自体の端子電圧という間接的な検出量から短
絡状態の発生を検知するものがある。しかし、直流電流
検出方法はPWM(パルス幅変調)制御を行うGTOィ
ンバータでは、出力電圧を零に絞る場合三相を全く同相
運転することになるが、このときィンバータの直流部に
スイッチング毎に三根分のスナバコンデンサの充雷々流
が同時に流れ、GTOの可制御電流を大幅に上回る大き
な値となるため、動作余裕を考慮した場合短絡電流の検
出レベルを低い値に設定することができないという欠点
があった。したがって、GTOのdv/dt耐量が相当
に向上し、スナバ充電回路の特性インピーダンスが大き
くなって充霞々流が小さくならない限り、直流電流検出
方式はGTOィンバータの短絡検出法としては適当でな
い。特に、検出にシャフト抵抗を用いる場合には、ィン
バータ容量が大きくなるにともない回路損失やノイズ耐
量の面からも適当でない。一方、電圧という間接的な量
から短絡状態を検出するには、通常動作時に存在する疑
似短絡状態と真の短絡状態とを弁別する必要が生じる。
いま、PWM制御のOTOィンバータで疑似短絡状態が
生じる進相モードスイッチング時の各部動作波形と示す
と第2図の如くである。ここにいう進相モードスイッチ
ングとは、GTOのオフゲート信号が加わる時点で既に
逆並列接続された帰還ダイオードの方に負荷電流が流れ
ている場合である。この進相モードスイッチング時すな
わち第2図図示tl時における回路状態は第3図aに示
されるP側の帰還ダイオードFDPが導適している状態
である。図中の破線は電流経路を示している。次に、第
2図図示t2時において、対アームのN側CTOが点弧
すると、帰還ダイオードFDPの電流iFDPを打ち消
す方向の電流が電源より流れ込む。このときの回路状態
は第3図bに示す如きである。さらに、第2図図示t3
時において帰還ダイオードFDPが逆電流により回復す
ると、電源からの電流はP側GTOのスナバコンデンサ
を充電する経路に移り、GTOPのァノードに電圧v。
Pが加わっていくことになる。このときの回路状態は第
3図cに示す如くである。そして、GTOPのアノード
電圧vDPが電源電圧Edに達した後は、GTONだけ
が導適する回路状態となる。このように、進相モードス
イッチング時には、極〈短時間ではあるが直流電源が短
絡するような二つの疑似短絡状態が生じる。なお、無負
荷の場合にも、GTONが点弧すると同時に第2図図示
の時点t3と同じ疑似短絡状態が生じる。いま、P側、
N側のGTOのアノード電圧が共に零であるという条件
により短絡を検知し、その判別電圧Edの1′2の値に
とると、第2図に示すように、帰還ダイオードに電流が
流れている時間ToとスナバコンデンサがEd/2に充
電されるまでの時間T,が疑似短絡状態を弁別するため
の検出むだ時間になる。
生じる進相モードスイッチング時の各部動作波形と示す
と第2図の如くである。ここにいう進相モードスイッチ
ングとは、GTOのオフゲート信号が加わる時点で既に
逆並列接続された帰還ダイオードの方に負荷電流が流れ
ている場合である。この進相モードスイッチング時すな
わち第2図図示tl時における回路状態は第3図aに示
されるP側の帰還ダイオードFDPが導適している状態
である。図中の破線は電流経路を示している。次に、第
2図図示t2時において、対アームのN側CTOが点弧
すると、帰還ダイオードFDPの電流iFDPを打ち消
す方向の電流が電源より流れ込む。このときの回路状態
は第3図bに示す如きである。さらに、第2図図示t3
時において帰還ダイオードFDPが逆電流により回復す
ると、電源からの電流はP側GTOのスナバコンデンサ
を充電する経路に移り、GTOPのァノードに電圧v。
Pが加わっていくことになる。このときの回路状態は第
3図cに示す如くである。そして、GTOPのアノード
電圧vDPが電源電圧Edに達した後は、GTONだけ
が導適する回路状態となる。このように、進相モードス
イッチング時には、極〈短時間ではあるが直流電源が短
絡するような二つの疑似短絡状態が生じる。なお、無負
荷の場合にも、GTONが点弧すると同時に第2図図示
の時点t3と同じ疑似短絡状態が生じる。いま、P側、
N側のGTOのアノード電圧が共に零であるという条件
により短絡を検知し、その判別電圧Edの1′2の値に
とると、第2図に示すように、帰還ダイオードに電流が
流れている時間ToとスナバコンデンサがEd/2に充
電されるまでの時間T,が疑似短絡状態を弁別するため
の検出むだ時間になる。
さらに帰還ダイオードの初期電流をし、回復電流のピー
ク値をlrPとすると、時間Toは次式で表わせる。T
。
ク値をlrPとすると、時間Toは次式で表わせる。T
。
=L(1。十lrP)/Ed ・・・‘
1}ここで、1は限流リアクトルのインダクタンスであ
る。この時情証oは、むだ時間という点で最も厳しい最
低電圧、最大電流の条件では、約10仏S前後もの値に
達する。一方、時間T,は次式で表わせる。T・=をノ
町 肌【2} ここで「Cはスナバコンデンサのキヤ/ぐシタンスであ
る。
1}ここで、1は限流リアクトルのインダクタンスであ
る。この時情証oは、むだ時間という点で最も厳しい最
低電圧、最大電流の条件では、約10仏S前後もの値に
達する。一方、時間T,は次式で表わせる。T・=をノ
町 肌【2} ここで「Cはスナバコンデンサのキヤ/ぐシタンスであ
る。
この時間は、スナバコンデンサと限流IJァクトルの値
が決まれば一定であり動作条件にはよらない。その値は
通常10仏S程度である。すなわち、GTOの端子電圧
をアーム短絡検出に用いる場合、基本的な検出むだ時間
として20ムS程度を必要として、短絡事故に対し最も
重要な点である高速検出ができないという欠点がある。
また、電圧という間接的な量から短絡状態を検出する方
法は、GTOの端子電圧を検出するためには通常抵抗分
圧器を用いるが、GTOには必ず半サイクルの期間電圧
が印加されており、分圧抵抗器の容量をこれに見合った
大きなものにしなければならないという欠点を有してい
た。なお、第2図において、vcKPはP側GTOゲー
ト電圧、vc肌はN側GTOゲート電圧、iFoPはP
側帰還ダイオード電流、icPはP側スナバコンデンサ
電流、icNはN側スナバコンデンサ電流、iLPはP
側限流リアクトル電流、i,NはN側限流リアクトル電
流、v。
が決まれば一定であり動作条件にはよらない。その値は
通常10仏S程度である。すなわち、GTOの端子電圧
をアーム短絡検出に用いる場合、基本的な検出むだ時間
として20ムS程度を必要として、短絡事故に対し最も
重要な点である高速検出ができないという欠点がある。
また、電圧という間接的な量から短絡状態を検出する方
法は、GTOの端子電圧を検出するためには通常抵抗分
圧器を用いるが、GTOには必ず半サイクルの期間電圧
が印加されており、分圧抵抗器の容量をこれに見合った
大きなものにしなければならないという欠点を有してい
た。なお、第2図において、vcKPはP側GTOゲー
ト電圧、vc肌はN側GTOゲート電圧、iFoPはP
側帰還ダイオード電流、icPはP側スナバコンデンサ
電流、icNはN側スナバコンデンサ電流、iLPはP
側限流リアクトル電流、i,NはN側限流リアクトル電
流、v。
PはP側GTOアノード電圧、voNはN側GTOアノ
ード電圧、vLPはP側限流リアクトル電圧、v…はN
側限流リアクトル電圧である。本発明の目的は、GTO
ィンバータのアーム短絡を迅速確実に検出する方法を提
供することにある。
ード電圧、vLPはP側限流リアクトル電圧、v…はN
側限流リアクトル電圧である。本発明の目的は、GTO
ィンバータのアーム短絡を迅速確実に検出する方法を提
供することにある。
本願の発明は、アーム短絡の検出量として限流リアクト
ルの電圧を用い、あらかじめ定められた時間以上対のア
ームの各リアクトルに同時に電圧があるかを検出するこ
とにより迅速確実にアーム短絡を検出しようとするもの
である。
ルの電圧を用い、あらかじめ定められた時間以上対のア
ームの各リアクトルに同時に電圧があるかを検出するこ
とにより迅速確実にアーム短絡を検出しようとするもの
である。
以下、本発明の実施例について説明する。
第4図には、本願の発明の一実施例が示されている。
図において、50,51はそれぞれP側、N側の限流リ
アクトル、52,53は、P側、N側の絶縁検出器、5
4はAND回路、55はパルス幅弁別回路、56は記憶
回路、57は保護シーケンス回路である。
アクトル、52,53は、P側、N側の絶縁検出器、5
4はAND回路、55はパルス幅弁別回路、56は記憶
回路、57は保護シーケンス回路である。
この回路では、AND回路の出力信号が前述の疑似短絡
状態を弁別するための検出むだ時間T,以上になった場
合に、実際に短絡状態であるという判定を下すものであ
る。この判別を行うのが次段のパルス幅弁別回路で、そ
の設定パルス幅T2をT2>T,なるように設定する必
要がある。第5図はこの検出回路の各部の原理的な動作
波形を示す。川に疑似短絡時、【ii}に実際の短絡時
の動作を示すが、図からわかるようにパルス幅弁別回路
により疑似短絡状態が弁別される。したがって、本実施
例によれば、GTO電圧検出の場合の半分以下の遅れ時
間でアーム短絡の検出ができる。第6図には、本願の発
明の実施例が更に具体的に示されている。
状態を弁別するための検出むだ時間T,以上になった場
合に、実際に短絡状態であるという判定を下すものであ
る。この判別を行うのが次段のパルス幅弁別回路で、そ
の設定パルス幅T2をT2>T,なるように設定する必
要がある。第5図はこの検出回路の各部の原理的な動作
波形を示す。川に疑似短絡時、【ii}に実際の短絡時
の動作を示すが、図からわかるようにパルス幅弁別回路
により疑似短絡状態が弁別される。したがって、本実施
例によれば、GTO電圧検出の場合の半分以下の遅れ時
間でアーム短絡の検出ができる。第6図には、本願の発
明の実施例が更に具体的に示されている。
図において、第4図図示絶縁検出器52,53は、分圧
抵抗器60,61とフオトカプラ62,63で構成され
ている。
抵抗器60,61とフオトカプラ62,63で構成され
ている。
また第4図図示AND回路54は、NOT回路64,6
5とNOR回路66より構成されている。パルス幅弁別
回路55は単安定マルチパイプレータ68とD形フリッ
プフロップ69によって構成されており、単安定マルチ
パイプレータ68の出力信号がリセットされた時にAN
D回路54の出力がまだ存在しているかどうかでD形フ
リップフロップ69の出力状態が決められる。次段のJ
Kフリツプフロツプによって構成される記憶回路56は
、一旦発生され短絡検出信号を表示等の目的で記憶して
おくために設けられているものである。なお、第5図に
おいて、vLPはP側限流リアクトル電圧、v…はN側
限流リアクトル電圧、eoPはP側検出器出力信号、e
oNはN側検出器出力信号、elはAND回路出力信号
、e2はパルス幅弁弁回路出力信号、e3は記憶回路出
力信号である。
5とNOR回路66より構成されている。パルス幅弁別
回路55は単安定マルチパイプレータ68とD形フリッ
プフロップ69によって構成されており、単安定マルチ
パイプレータ68の出力信号がリセットされた時にAN
D回路54の出力がまだ存在しているかどうかでD形フ
リップフロップ69の出力状態が決められる。次段のJ
Kフリツプフロツプによって構成される記憶回路56は
、一旦発生され短絡検出信号を表示等の目的で記憶して
おくために設けられているものである。なお、第5図に
おいて、vLPはP側限流リアクトル電圧、v…はN側
限流リアクトル電圧、eoPはP側検出器出力信号、e
oNはN側検出器出力信号、elはAND回路出力信号
、e2はパルス幅弁弁回路出力信号、e3は記憶回路出
力信号である。
このように、限流リアクトルの電圧によりアーム短絡を
検出する場合は、P側、N側のIJアクトルに同時に電
圧が加わっているという条件により短絡を検知する。
検出する場合は、P側、N側のIJアクトルに同時に電
圧が加わっているという条件により短絡を検知する。
GTO電圧検出と同じ親で考えると、その判別電圧はE
d/4である。また、限流リアクトルには、同じアーム
の帰還ダイオードの電流は流れないため、検出むだ時間
Toは存在しない。検出むだ時間m.はGTO電圧検出
の場合と全く同じである。したがって、本実施例によれ
ば、GTO電圧検出の場合の半分以下の遅れ時間でアー
ム短絡の検出ができる。
d/4である。また、限流リアクトルには、同じアーム
の帰還ダイオードの電流は流れないため、検出むだ時間
Toは存在しない。検出むだ時間m.はGTO電圧検出
の場合と全く同じである。したがって、本実施例によれ
ば、GTO電圧検出の場合の半分以下の遅れ時間でアー
ム短絡の検出ができる。
また、本実施例によれば、限流リアクトルには通常動作
時スイッチングの瞬時しか電圧が加わらないため、GT
O電圧検出の場合に比して分圧抵抗器の容量を極めて小
さくすることができる。
時スイッチングの瞬時しか電圧が加わらないため、GT
O電圧検出の場合に比して分圧抵抗器の容量を極めて小
さくすることができる。
以上説明したように、本発明によれば、GTOィンバー
タのアーム短絡を迅速確実に検出することができる。
タのアーム短絡を迅速確実に検出することができる。
第1図は「GTOィンバータの主回路構成を示す図、第
2図はGTOィンバータの疑似短絡状態の際の各素子で
の波形を示す図、第3図は疑似短絡状態の回路状態を示
す回路図、第4図は本発明の一実施例を示す検出回路の
ブロック図、第5図は第4図及び第6図図示実施例の動
作説明図、第6図は第4図図示実施例の具体的回路図で
ある。 50,51・・・・・・限流リアクトル、52,53・
・・・・・絶縁検出器、54・・・・・・AND回路、
55・・・・・・パルス幅弁別回路、56・・・・・・
記憶回路、57・・…・保護シーケンス回路。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図
2図はGTOィンバータの疑似短絡状態の際の各素子で
の波形を示す図、第3図は疑似短絡状態の回路状態を示
す回路図、第4図は本発明の一実施例を示す検出回路の
ブロック図、第5図は第4図及び第6図図示実施例の動
作説明図、第6図は第4図図示実施例の具体的回路図で
ある。 50,51・・・・・・限流リアクトル、52,53・
・・・・・絶縁検出器、54・・・・・・AND回路、
55・・・・・・パルス幅弁別回路、56・・・・・・
記憶回路、57・・…・保護シーケンス回路。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 インバータアームがゲートターンオフサイリスタ(
GTO)とリアクトルの直列接続体からなるインバータ
回路のアーム短絡検出方法において、対になつているア
ームの各リアクトルの電圧を検出し、該検出された各リ
アクトルの電圧があらかじめ定められた時間以上同時に
存在するか否かを検出し、あらかじめ定められた時間以
上上記各リアクトルに同時に電圧があるときにアーム短
絡であることを検出するGTOインバータのアーム短絡
検出方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の発明において、上記に
あらかじめ定められた時間は、スナバコンデンサがGT
Oアノード電圧の1/2に充電されるまでのいわゆるむ
だ時間としたことを特徴とするGTOインバータのアー
ム短絡検出方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54078154A JPS6038951B2 (ja) | 1979-06-22 | 1979-06-22 | Gtoインバ−タのア−ム短絡検出方法 |
| US06/160,174 US4384248A (en) | 1979-06-22 | 1980-06-17 | Method and apparatus for detecting shortcircuit in arm of GTO inverter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54078154A JPS6038951B2 (ja) | 1979-06-22 | 1979-06-22 | Gtoインバ−タのア−ム短絡検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS563579A JPS563579A (en) | 1981-01-14 |
| JPS6038951B2 true JPS6038951B2 (ja) | 1985-09-03 |
Family
ID=13653990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54078154A Expired JPS6038951B2 (ja) | 1979-06-22 | 1979-06-22 | Gtoインバ−タのア−ム短絡検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6038951B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS636251U (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009011117A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 電力変換装置 |
-
1979
- 1979-06-22 JP JP54078154A patent/JPS6038951B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS636251U (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS563579A (en) | 1981-01-14 |
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