JPS63107464A - エネルギ−変換器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、サイリスタやトランジスタなどのスイッチ
ング素子を用いたエネルギー変換器におけるスイッチン
グ素子の保護に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、例えば三菱電機技報Ｖｏ１．５８　Ｎｏ−１
２（１９８４年）第１３頁に示された従来方式の保腰装
置を示す回路図である。図において、０１）は電車線、
＠２はパンタグラフ、（ト）はフィルタリアクトル、嫡
）はフィルタコンデンサである。なお、イ３）とＧ４と
でＬＣ形のフィルタ回路を構成して電源常圧がもってい
るリップル成分やＷＦインバータ装置のスイッチングに
より生ずる高調波電流成分を低減する。

（ト）鴎はアノードリアクトルで、ｎｌ）ｔたｉ’７ｊ
　ｔ＝Ｌ５のＧＴＯがターンオンしたときの゛べ流上外
車ｄｉ／ｄｔをＧＴＯ素子の定格電流上昇率に抑制する
働きがある。（３６１国は抵抗、１３ｎ＋４（２）はダ
イオードで、これらはｆ３５１　（３８＋のアノードリ
アクトルのリセット回路を構成し、■または（ロ）のＧ
ＴＯがターンオフしたときに、ＧＴＯのアノード・カソ
ード間の電圧が定格電圧を越えて高くならないように、
アノードリアクトル電流をフライホイールさせて減訳さ
せる働きをもつ。咽−はフリーホイリングダイオード、
（イ）はＱυと□□□の２個のＧＴＯの直列体の電圧を
検出するための直流電圧検出器ＤＣＰＴ、Ｍは＠流亀圧
検出器ＤＣＰＴの直列抵抗器である。４ηｉｄ　ＤＣＰ
Ｔ−で検出された゛べ圧が、ある値以下となったことに
より°１°“の出力を出すレベル検出器、咽はＧＴＯｎ
ｌ）（６）のターンオンのタイミングに同期したタイミ
ング信号、囮はタイミング信号聯、即ちＧＴＯのターン
オンに同期しである一定の期間たＨ　ＩＩＱＩ＋の出力
を出すマスク信号発生回路である。鵜はＡＮＤ　Ａａ理
回路で、レベル検出器１７１の出力信号とマスク１ハ号
発生回路り９の出力信号との論理積をとって°°１“の
出力を出す。６υはラッチ回路で、ＡＮＤ　１．０１路
ｉ′Ｄの出力がＶ・つたん°°１°゛となるとリセット
されるまでレベル°”１°゛を保持する。Ｑはラッチ回
路６１）の出力でＧＴＯオフあるいは全ＧＴＯ強制オン
などの保獲劾作の指令信号となる。

（至）（ロ）は残りの２相分を簡略化して表現したもの
であり、：彌〜６カまでの１相分の構成要素と全く同一
の構成要素９回路から成り立っている。これら３相分の
上下アームは、可変式圧可変周波数電圧形インバータを
構成し三相線ｔｉ　＊　＠機曽を駆動制御する。

次に・動作につＶ・て説明する。第３図におｌ／、て、
ＧＴＯθηとＧＴＯ（６）とは交互にオン、オフをくり
返して、他の２相分の上下アームのスイッチング動作と
相まって誘４°成＠磯■てパルス巾変調点れた三相交流
戒圧を供給する。

正常にスイッチング動作を行なっているとき、上下のＧ
ＴＯが同時にオンすることは＠し・が、何らかの原因で
上下のＧＴＯが同時に短絡されると、フィルタコンデン
サ１３４１がアノードリアクトル潴１１３８１を介して
短絡される形となる。アノードリアクトル（３テ（滅の
値は合計で通常１０〜２０／ｌｆＨ程度であるので、短
絡電流上昇率は１　、５００Ｖ電亜純システムの場合、
７５〜１５０Ａ／ｌｌｓとなる。したがって、ＧＴＯが
この短絡電流をしゃ断しようとすると、その値が可制御
沖天オン電流（約２０００Ａ　）を越えているので、Ｇ
ＴＯはしゃ断不能でブレークダウンする可能性が大であ
る。

そこで、従来は、第３図及び第４図のタイムチャートに
示す方法により上下アーム短絡、即ち上下ＧＴＯの同時
オンを検出して、他の２相分のＧＴＯも全て強制的にオ
ンをさせ、フィルタコンデンサからの放ｒｌｃ礪流を３
相に分流させてサージオン電流によるＧＴＯのブレーク
ダウンを防ぐとともに、そのあと無成流状態を確認して
からＧＴＯをオフさせるなどの保護動作を行なってきた
。第４図において、ｍＩ５ηはそれぞれＧＴＯＱη（６
）のオン期間を承け。

ところが、ＧＴＯす〃（６）に逆並列に接続されて（／
４るダイオード卿（ロ）のりカバリ−α流の影砦で６（
ｈに示すように電圧検出器叩の出力にはＧＴＯがオンす
る毎にスリットが生ずる。このスリット電圧のレベルが
ある１１ａ以下にな、る期間た１ｔｔｉηに示すように
レベル検出６４ηが出力を出す。従って、閃に示すよう
に、ＧＴｏのオンに同期して一定期間出力が°０゛°と
なるマスク信号θ９により作り、このマスク期間はレベ
ル検出器りηの出力を受けつけなン４ようにする。

ところが、時刻ｔ１において、例えば誤動作により上下
のＧＴＯがオンしたとすると、■の点線に示すように′
重圧検出器−の出力が０となる。このときは、す９から
出るマスク信号はマスクされてし、ないので、ＡＮＤ回
路ωは…に示すように出力ｕ　１　ｕを出し、これがラ
ッチ回路６ηでラッチされて帽υの出力°°１°゛の信
号となり、必要な保穫釉作を行なうこととなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の保護方式においては、以上のように構成されてい
るので、ＧＴＯのオンによって生ずるスリット電圧で上
１’　ＧＴＯの同時点弧を誤検知し＆　ｌ／、ように、
ＧＴｏのオンのタイミングに同期して一定の期間マスク
をせねばならず、構成回路が仲雑となる。また、マスク
期間は倹世が不可能な為、検出遅れが生ずる問題点があ
った。

この発明は上記のような問題点を解消するた約になされ
たもので、上下アームの短絡を時間遅れ無しで、かつ間
車な回路で検出できるエネルギ変換器を得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るエネルギー変換器は、上アームのＧＴＯ
のカソードと下アームのフリーホイリングダイオードの
カソードとを接続し、上アームのフリーホイリングダイ
オードのアノードと下アームのＧＴＯのアノードとを接
続し、それぞれの接続点とをアーム電流検出器を経由し
て接続した２組のアームにおいて、それぞれのアームの
ＧＴＯのカソード側とフリーホイリングダイオードのカ
ソードとの接続点を全′に流検出器を介して交流側に接
続し、それぞれの上アームのＧＴＯのアノード側を直流
回路のプラス側に、それぞれの下アームのＧＴＯのカソ
ード側を直流回路のマイナス側に接続したエネルギー変
換器において、上下アームの短絡を３個の８１流検出器
の出力を用いて検出するようにしたものである。

〔作用〕

この発明におりる上下アームの短絡検出は、交流側電疏
検出器の出力の絶対１直と、各アーム内に設けられた電
流検出器の和とを比較することにより、これらの値に差
が生じたことにより行なう。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図におＶ・て、（ｌ）は交流１ｊｔ源、（２１は交！庇
リアクトル、＋３１　＋６１　＋７１　＋ＩＯ１はＧＴ
Ｏｌ（＋ｌ　（５１（８＋　（９１はフリーホイリング
ダイオード、ｉｔ）はフィルタコンデンサ、（１２）は
直流負荷、＋１３１は交流入力電流を検出する冨、流検
出器、０４）はＧＴＯ［３１のカソード側からダイオー
ド（４）のアノード側に流れる電流を検出する′ｌｉｔ
、流検出器、（１５１はＧＴＯ＋７１のカソード側から
ダイオード（８）のアノード側に流れる′直流を検出す
る軍法μｓ出器、（１６１は絶対値検出回路、θηは加
算回路、（＋８１は減算回路、＋１９１はレベル検出器
、ｐＱｌは保護動作の指令信号である。

＠ｉ図に示す回路は、交流から直流に変換するコンバー
タ回路であり、各アームにダイオードを逆並列に接続し
たＧＴＯを用い、このＧＴＯで強制転流することにより
、高周波パルス巾変調を行ない、入力交流眠流の位相を
入力交流区圧の位相と同位相とすることにより、いわゆ
る力あをはソ１．０に制御できる。

第２図に、べ流１圧の波形を示す。実際の′ポ流波形は
パルス巾変調されているので、数百Ｈｚの高調波リップ
ル成分を含んでｌ／−４るが、易２図においては、これ
を省略し、基本波成分のみで示している。図において、
（２１＋は交流入力電圧波形、（２２１は交流人力′電
流波形、（２３１は絶対値検出回路叫の出力、シ４）は
電流検出器（１４）の出力、し５１は１！流検出？５ｔ
１５１の出力、鉄は加は回路（ｌηの出力、難は減算回
路（１８１の出力、（支））はレベル検出回路１１９）
の出力である。スイッチングが正常に行なわれていると
、（２：（＋で示される入力電流の絶対値と！２７１で
示される電流検出器（１４）と９５１の出力の加算値と
は全く同一で１２９）に示される・寄算回路（１８）の
出力はＯである。時刻ｔ１にどいて右側の上下アームの
り悴が生ずると、＋２［ｊ’の点線に示すように電流検
出器（１５）で短絡電流が構出され、加算回路（＋７１
の出力は・２８（ハようになり、１２９１に示すように
減算回路１１８．に出力が生じて、このゴ・ａがゐる１
１６以上となると、レベル検出器出力（１９）が・、シ
ロ）に示すように出て保護動作指令となる。

この発明の実施例におＶ、では、ＧＴＯがターンオンす
るときのダイオードのりカバリ−電流は電流検出器０４
）及び（１６）をバイパスして流れるので、従来の実施
例のようにマスク期間を設ける必要がない。

上記実施例においては、交流から直流へ変換するコンバ
ータ回路について説明したが、逆に同一アーム構成で成
る直流から交流へ変換するインバータ回路についても同
様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、装置が簡単な回路で
構成されて安価になるとともに、マスク信号を必要とし
ないので、遅れのない検出回路が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による一実施例を示す構成図、第２図
は第１図を説明するためのタイムチャート、第３図は従
来のエネルギー変換器の構成図、第４図は第３図を説明
するためのタイムチャートであるＯ 図におＶ４て、（１）は交流電源、＋３１　＋６１　＋
７＋　＋１０１はＧＴＯ１＋４１　＋５１　＋８１　＋
９１はフリーホイリングダイオード、０２［は直流９荷
、１３１　＋１４）　＋１５）は゛成流検出器、（１８
（は減ｔＴｌｏｌ路、０９）はレベル検出器、シ０）は
指令信号である。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上アームのＧＴＯのカソードと下アームのフリーホイリ
   ングダイオードのカソードとを接続し、上アームのフリ
   ーホイリングダイオードのアノードと下アームのＧＴＯ
   のアノードとを接続し、それぞれの接続点とをアーム電
   流検出器を経由して接続した形のアームを２組持ち、そ
   れぞれのアームのＧＴＯのカソード側とフリーホイリン
   グダイオードのカソードとの接続点を全電流検出器を介
   して交流側に接続し、それぞれの上アームのＧＴＯのア
   ノード側を直流回路のプラス側に、それぞれの下アーム
   のＧＴＯのカソード側を直流回路のマイナス側に接続し
   たエネルギー変換器において、上記両アーム電流検出器
   の出力の和と上記全電流検出器の出力と比較して、これ
   らの間に所定の値の差があれば保護動作の指令信号出力
   することを特徴とするエネルギー変換器。