JPS6315815B2 - - Google Patents

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JPS6315815B2
JPS6315815B2 JP56027421A JP2742181A JPS6315815B2 JP S6315815 B2 JPS6315815 B2 JP S6315815B2 JP 56027421 A JP56027421 A JP 56027421A JP 2742181 A JP2742181 A JP 2742181A JP S6315815 B2 JPS6315815 B2 JP S6315815B2
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JP
Japan
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thyristor
voltage
reverse
reverse voltage
power conversion
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JP56027421A
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English (en)
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JPS57142171A (en
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Akio Hirata
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/347,168 priority patent/US4441148A/en
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Priority to CH114782A priority patent/CH655623B/de
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency 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
    • H02H7/10Emergency 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
    • H02H7/12Emergency 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
    • H02H7/122Emergency 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
    • H02H7/1225Emergency 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency 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
    • H02H7/10Emergency 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
    • H02H7/12Emergency 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイリスタなどの電力変換素子を使用
した電力変換装置の保護方式に関するものであ
る。
本発明に関する電力変換装置としては種々の回
路方式が採用されているが、一例を第1図に示
す。この図で11は交流端子、12は正側整流
器、13は逆側整流器、14と15は直流端子、
16は電力変換素子としてのサイリスタである。
第1図に示す回路構成は良く知られているように
交流端子11より入力した交流電力を正側整流器
12で直流電力に変換したり、または直流端子1
4,15より入力した直流電力を逆側整流器13
で交流電力に変換することができる。この時正側
整流器12、あるいは逆側整流器13が運転され
る時、他方の整流器が完全に停止している必要が
ある。もし停止が不完全な場合には直流短絡事故
や交流短絡事故を発生する。これを防止するため
の手段として正側整流器12と逆側整流器13の
運転切り換え時に所定の時間をとる方法や、特公
昭45−40969号公報に記載されている方法が公知
である。制御の速応性を向上させるためには前記
運転切り換え時間を最短にする必要があり、この
ためには特公昭45−40969号公報に記載されてい
る方法が優れている。この方法は例えば運転中の
正側整流器12のサイリスタ16の両端電圧を検
出し、逆電圧がサイリスタ16に充分に印加され
たことを検出後逆側整流器13のサイリスタ16
を点弧する方法である。
特公昭45−40969号公報の検出法を第2図によ
つて説明する。第2図aはサイリスタ16の電圧
検出例を、第2図bはサイリスタ16が消弧する
時のサイリスタ電圧eA-Kと電流iA波形を示す。第
2図aの電圧検出端17で検出される電圧は第2
図bに示すように、電流iAが減少し時刻t1で零に
なり、逆電流がピークになる時刻t2よりサイリス
タ16に逆電圧が印加され始め、時刻t3で逆電流
が零になり、時刻t4で逆電圧期間が終わる。サイ
リスタ16は逆電圧期間を数10〜数100μsec印加
しなければ完全に消弧することができないから、
サイリスタ16の電圧検出端子17で逆電圧を監
視することによりサイリスタ16が完全に消弧し
たかどうかを判定できる。従つてサイリスタ16
の消弧を確認して他方の整流器(正側整流器12
または逆側整流器13)を導通させることがで
き、信頼性が高く速応性のある電力変換装置を提
供できる。
しかしこの方法ではサイリスタ16の回路電圧
が低い場合には実現が容易であるが、回路電圧が
数1000Vになると電圧検出端子17と逆電圧期間
を判定する回路(図示していない)の絶縁が困難
になり、この方法は高圧の電力変換装置では実現
が困難になる欠点がある。
また従来方式の他の問題点として、サイリスタ
16に逆電圧が充分に印加されたかどうかを判定
する手段として、サイリスタ16に印加されてい
る逆電圧の大きさを利用していた。従つて時刻t4
の時点で逆電圧が充分であつたかどうかを判定す
るのではなく、第2図bで時刻t31で逆電圧E1
設定値どうりかどうかを判定する方法がとられて
いた。この時一般に時刻t2から時刻t31までの時間
をサイリスタ16が要求するターンオフタイム以
上に設定していた。この結果時刻t31から時刻t4
での逆電圧印加期間が正当に検出評価されないこ
とにより、サイリスタ16には必要以上の逆電圧
を印加しなければ保護回路が誤動作する欠点があ
つた。また可変電圧可変周波数電源等に利用され
る電力交換装置では、周波数にほぼ比例して電圧
も変化するから周波数が低い領域では逆電圧のレ
ベルそのものが変化し、この結果同様に保護回路
が誤動作する欠点があつた。
本発明は前記する従来の保護方式の欠点に鑑み
てなされたもので、電力変換素子(サイリスタを
例に示す)に印加される逆電圧の積分値を求めて
電力変換素子が充分に消弧したかどうかを判定す
る信頼性の高い電力変換装置の保護方式を提供す
ることを目的としている。
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。
本発明の一実施例を第3図に示す。第3図aは
本発明による検出回路例、第3図bとcは各部波
形を示す。第3図aで16は正側整流器または逆
側整流器を構成するサイリスタ、18はサイリス
タスナバー回路の抵抗器、19はサイリスタスナ
バー回路のコンデンサ、20はサイリスタスナバ
ー回路の電流を検出する電流検出器、21はコン
デンサ、22は積分器、eqは積分器22の出力信
号(以下逆圧時間積信号と称す)である。第3図
bは第2図bと同一波形と同様の波形であり、サ
イリスタ16の電圧eA-Kと電流iAの波形を示す。
第3図cは逆圧時間積信号eqを示す。
時刻t1でサイリスタ16の電流iAが一度零にな
り、次に逆電流がピークとなる時刻t2よりサイリ
スタ16には逆電圧が印加され始め、時刻t2より
サイリスタスナバー回路のコンデンサ19には逆
電圧の充電電流が流れ始めるからこの電流を電流
検出器20で検出してコンデンサ21を充電する
と、コンデンサ21の電圧波形はほぼサイリスタ
16の電圧eA-Kと相似形の波形となる。(即ちコ
ンデンサ21の電圧波形はサイリスタ16の電圧
eA-Kよりサイリスタスナバー回路の時定数程度遅
れた波形となるが、数μ〜数10μsecの遅れであり
余り問題とならない。)コンデンサ21の電圧を
時刻t2より積分器22で積分するとサイリスタ1
6に印加された逆電圧の積分値である逆圧時間積
信号eqが、第3図cの如く得られる。この逆圧時
間積信号eqがサイリスタ16が要求する所定値ER
より大きくなつたかどうかを判定すれば、サイリ
スタ16が完全に消弧したかどうかを判定でき
る。これはサイリスタの逆電圧の大きさとサイリ
スタの要求するターンオフタイムtqは密接な関係
があり、例えば150V逆電圧を印加してターンオ
フタイムtqが100μsecのサイリスタは、逆電圧が
数Vしか印加されなければターンオフタイムtq
この時ほぼ2倍の200μsecになる。従つてサイリ
スタ16に印加される逆電圧の積分値である逆圧
時間積信号eqが所定値以上になつたかどうかを判
定するとサイリスタ16が完全に消弧したかどう
かが判定できる。
以上説明したように本発明によれば、逆電圧の
大きさが変化しても、サイリスタ16が完全に消
弧できたかどうかの判定が可能であり、また従来
方式の如く必要以上の逆電圧期間(第2図bの時
刻t31から時刻t4までの期間)を設けなくてもよ
い。従つて従来の検出法に比較して逆電圧期間
(時刻t1〜t4まで)はほぼ2/3程度でよい。またサ
イリスタ16の回路電圧が高くても電流検出器2
0で絶縁するから本発明の検出回路を適用でき
る。従つて信頼性の高い電力変換装置の保護方式
を実現することができる。
本発明の他の実施例を第4図に示す。この図は
サイリスタが2個直列接続されている回路に本発
明を実施した場合の回路例を示す。この図で16
と162はサイリスタ、181と182はそれぞれ
のサイリスタスナバー回路の抵抗器、191と1
2はそれぞれのサイリスタスナバー回路のコン
デンサ、20は電流検出器、21はコンデンサ、
22は積分器であり、この回路図ではサイリスタ
161とサイリスタ162が直列接続され、それぞ
れのサイリスタスナバー回路の電流を電流検出器
20で合成して同時に検出できるから、第3図と
同様にコンデンサ21を介して積分器22に積分
された逆圧時間積信号eqはサイリスタ161の逆
電圧の積分値とサイリスタ162の逆電圧の積分
値の和として検出される。従つてサイリスタ16
と162の一方が早く消弧してしまい他方のサイ
リスタに充分な逆電圧が印加されなかつたような
場合にも逆圧時間積信号eqが所定値に達しないこ
とを検出して、電力変換装置を保護することがで
きる。
本発明の実施例における積分値22は特に限定
するものではなく、公知の種々の積分回路を利用
できることが明らかである。また、積分器22に
入力するサイリスタの逆電圧に対応する信号が所
定値以上の場合にはこの入力信号を所定値以下に
制限し、所定値以下の逆電圧に対応する信号のみ
を積分器22で積分しても良い。これはサイリス
タの逆電圧が数100V以上の場合には逆電圧の大
きさとターンオフタイムtqの変化が少ないためで
ある。
本発明は第4図にも実施例を示した如く、直列
接続された2個以上の複数個のサイリスタに印加
される逆電圧の積分値を検出して電力変換装置を
保護しても良く、サイリスタと積分器の数を特に
限定するものではない。
本発明ではサイリスタに印加される逆電圧を検
出する手段としては、第3図や第4図の如く電流
検出器を介して検出する他に、ホール素子等を利
用した検出器を利用しても良く、またホトカプラ
ーや絶縁器を介して直接サイリスタ逆電圧を積分
器22に入力して、逆圧時間積信号eqを得ても良
い。
その他本発明の要旨を変更しない範囲において
種々の変形回路が構成することが明らかである。
以上説明したように、本発明によれば次の効果
利点が得られる。サイリスタの逆電圧が所定値だ
け印加されサイリスタが完全に消弧したかどうか
をサイリスタ逆電圧の積分値で判定するから、従
来方式よりも検出精度が向上し逆電圧期間が短く
ても確実に判定することができる。従つて可変電
圧可変周波数電源等に使用する電力変換装置も確
実に保護することができる。また直流式サイリス
タモータ等に使用されるインバータ回路を構成す
る電力変換装置に本発明を適用すれば、従来の保
護方式を利用した場合よりも前記サイリスタモー
タ外形と約20%程度も小形化できる。これは逆電
圧期間が短くても確実に検出できるためモータの
リアクタンスが大きくても良いためである。また
回路電圧が高くても絶縁の問題も解決できるか
ら、検出精度が高く信頼性の高い電力変換装置の
保護方式を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用できる電力変換装置の一
例を示す構成図、第2図a,bは従来の電力変換
装置の保護方式を説明するための図、第3図は本
発明の一実施例を示す図であつて、aはその構成
図、bは動作波形図、第4図は本発明の他の実施
例を示す構成図である。 11……交流端子、12……正側整流器、13
……逆側整流器、14,15……直流端子、16
……サイリスタ、161,162……サイリスタ、
17……電圧検出端子、18,181,182……
抵抗器、19,191,192……コンデンサ、2
0……電流検出器、21……コンデンサ、22…
…積分器、eA-K……サイリスタ電圧、iA……サイ
リスタ電流、eq……逆圧時間積信号。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 サイリスタ等の電力変換素子を使用する電力
    変換装置において、少なくとも1個の電力変換素
    子に印加される逆電圧を検出する手段と、前記逆
    電圧検出信号を積分する手段と、前記積分値のレ
    ベルを判定する手段を設け、前記積分値が前記電
    力変換素子の特性で決まる所定値に達したかどう
    かで前記電力変換素子が消弧できたかどうかを判
    定することを特徴とする電力変換装置の保護方
    式。 2 前記電力変換素子に印加される逆電圧を前記
    電力変換素子のスナバー回路に流れる電流から等
    価的に検出することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の電力変換装置の保護方式。
JP56027421A 1981-02-26 1981-02-26 Protecting system for power converter Granted JPS57142171A (en)

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DE19823205903 DE3205903A1 (de) 1981-02-26 1982-02-19 Umformer/stromrichter und schutzvorrichtung
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