TW575990B - Power conversion apparatus - Google Patents

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575990 -五、發明說明（1) 【發明的所屬技術領域】 本發明係關於使用自動消弧元件的電力變換裝置，於 直流短路時保護自動消弧元件之技術。 【習知之技術】 ^習知的該種電力變換裝置，例如已在 I，PEC-Toky〇( 1 98 3年）第 88 2頁至第 8 9 3頁的 PROTECTION 0F ^OLTAGE SOURCE INVERTERS中被介紹過，其中如Fig 6所 日古， 綦件 示，係於直流電路插入附回流二極體的電抗器，在構成變 換器的自動消弧元件及閘電路因異常等而造成直流短路 以抑制短路電流上升的方式為之，在該種情形會帶來 尺寸大型化，甚至成本上升的問題。 【發明欲解決的課題】 為抑制直流部的紋波，而將直流電容器連接到變頻器 鲁onverter}及反相器（^inverter}時，於變換器内的自動 消弧元件錯誤跳脫（f a 1 s e t r i p p i n g )或部分破損而產生直 流短路時，直流電容器的放電電流會流到直流短路相的元 件’而出穿見使該相的所有元件皆被破壞之問題。 本發明係為解決上述課題而予以開發者，其目的在於 直流短路時，提供能從來自直流電容器經由電力變換器放 |的短路電流中，確實保護自動消弧元件的電力變換裝 解決課題用之方案】 Ψ 本發明之電力變換裝置係具有：由直流電容器和使用 1自動消弧元件的第1開關機構組成串聯連接體的直流電

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扣电刀變換裝置係採用電壓驅 々述第1及第2自動消孤元 元件作為 :第t Λ上述第1自動消弧元件的啟間電壓任務 白=2自動4弧元件的啟閘電壓來得低：传比上 自動消弧元件來抑制短路電流的效果。曰大糟上述第 和传ΐ i ;上發明的電力變換裝置係具有：由直-發〜 動消弧元件的第1開關機構組成串跔=4電各器 巧：，以及由使用η自罐元件的=連接體的 力的亩4 ί到上述直流電路，而將直流電力燃換&構 :的“父流變換機構；因上述臂之故】：換成交流電 ：i Ϊ第1自動消弧元件來抑制流通於健人生劈直流短路 電流之電力變換裝置， 於健全臂的短路 的電ΐ ί ^及/ 2自鸯^肖5瓜元件係使用幾乎且π雷☆ ；^ J ； ；； ^ „ , Λ 11 ^ 低，透過將構成上述兀件的通電任務 得比構成上述第2自自動4弧兀件的元件並聯數設置 增大藉上述第i自動弧元件的元件並聯數來得低，而 勒4弧元件來抑制短路電流的效果

313996.ptd 第7頁 的電Μ驅動型自動消弧 =二同一電流容量 575990 -五、發明說明（3) 再且，本發明的電力變換裝置之第1開關機構，係具 有和其第1自動消弧元件逆並聯連接的二極體，並具有連 接到交流電源，將交流電力變換成直流電力供給到直流電 ‘路的交流直流變換機構。 '再且，本發明的電力變換裝置係具有，檢測其第1開 關t機構電壓之第1電壓檢測機構，當該第1電壓檢測機構的 轉出超過選定的設定值時，將上述第1開關機構的第1自動 ^弧元件及直流交流變換機構的第2自動消弧元件予以斷 蘭（off)者。 _ 再且，本發明的電力變換裝置係具有，和其第1開關 養構並聯連接的第1放電電阻，透過斷開上述第1開關機構 的第1自動消弧元件，同時啟動（on)直流交流變換機構的 第2自動消弧元件，而將直流電容器的電荷介上述第1放電 _阻予以放電者。 再且，本發明的電力變換裝置係具有，和其第1開關 機構並聯連接的第1放電電阻，以及使用第3自動消弧元件 的第2開關機構與第2放電電阻連接於直流電路端子間之串 聯連接體，透過斷開上述第1開關機構的第1自動消弧元 件，同時啟動上述第2開關機構的第3自動消弧元件，介上 g第1及第2放電電阻而將直流電容器的電荷予以放電者。 - 再且，本發明的電力變換裝置係具有，檢測其直流電 容器電壓的第2電壓檢測機構，以及使用第3自動消弧元件

313996.ptd 第8頁 575990 五、發明說明（4) 經由交流電源將上述直流電容器充電至該額定直流電 壓時，於啟動上述第1開關機構的第1自動消弧元件，並斷 開上述第2開關機構的第3自動消弧元件的狀態下，施加上 述交流電源開始上述直流電容器的充電，而上述第2電壓 檢測機構的輸出從上述額定直流電壓超過選定量高的選定 設定值時，啟動上述第2開關機構的第3自動消弧元件，介 上述第2放電電阻將上述直流電容器的電荷予以放電，當 上述第2電壓檢測機構的輸出降到上述額定直流電壓時， 將上述第2開關機構的第3自動消弧元件予以斷開者。 再且，本發明電力變換裝置的直流電路係具有：P、 C、N的3端子；在上述端子P、N間P側的直流電容器及第1 開關機構；乃在上述端子C、N間N側的直流電容器及第1開 關機構；而直流交流變換機構係由：連接在上述端子P、N 間，並分別逆並聯連接第2自動消弧元件和二極體所組成 之第1至第4臂串聯連接體；連接在上述第1、第2臂的連接 點及第3、第4臂的連接點與上述端子C間的第1、第2箝位 二極體組成，且由上述第2、第3臂的連接點取得交流輸出 的3位準變換機構。 再且，本發明的電力變換裝置，其P側及N側的第1開 關機構係具有逆並聯連接到其第1自動消弧元件的二極體 者，並具有將連接在交流電源的交流電力變換成直流電 力，供應到直流電路的交流直流變換機構，上述交流直流 變換機構係具有對應直流電路端子P、C、N的3個輸出端 子，於上述端子P、C間及端子C、N間各自輸出直流電壓。

313996.ptd 第9頁 575990 •五、發明說明（5) 再且，本發明的電力變換裝置，係具有檢測其P側及N 側第1開關機構電壓之P側及N側第1電壓檢測機構，當上述 P側或N側第1電壓檢測機構的輸出超過選定的設定值時， •會斷開上述兩第1開關機構的第1自動消弧元件及直流交流 .變換機構第1至第4臂的第2自動消弧元件者。 n 再且，本發明的電力變換裝置，係具有檢測其P側及N 例直流電容器電壓的P側及N側第2電壓檢測機構；以及連 才i在直流電路端子P、C間及C、N間，使用P側及N側第3自 動消弧元件的第2開關機構串聯第2放電電阻之連接體， 經由交流電源將上述兩直流電容器充電至其額定直流 零壓時，於啟動上述兩第1開關機構的第1自動消弧元件， 並斷開上述兩第2開關機構的第3自動消弧元件的狀態，施 加上述交流電源，並開始上述兩直流電容器的充電，於P 及N側的各邊，當上述第2電壓檢測機構的輸出從上述額 定直流電壓超過選定量高的選定設定值時，啟動上述第2 開關機構的第3自動消弧元件，將上述直流電容器的電荷 透過上述第2放電電阻予以放電，而於上述第2電壓檢測機 構的輸出降到上述額定直流電壓時，會斷開上述第2開關 機構的第3自動消弧元件者。 ^ 再且，本發明的電力變換裝置，係具有於其P側及N側 f 2電壓檢測機構的輸出差變成零時，輸出充電完成信號 的電壓差檢測機構，以及上述任何一個第2電壓檢測機構 白&輸出從超過較直流電容器額定直流電壓低的選定設定值 f那一刻起到經過選定的設定時間，停止上述電壓差檢測

313996.ptd 第10頁 575990 五、發明說明（6) 機構輸出的輸出停止機構者。 再且，本發明電力變換裝置的交流直流變換機構，係 由：連接於直流電路端子P、N間，分別由第6自動消弧元 件與逆並聯連接的二極體組成之第1至第4臂串聯連接體； 連接於上述第1、第2臂的連接點及第3、第4臂的連接點與 上述直流電路端子C間的第1、第2箝位二極體所組成，於 上述第2、第3臂的連接點取得交流輸入的3位準變換機 構。 再且，本發明的電力變換裝置，係於其直流交流變換 機構的P側或N側出現直流短路時，經由斷開P側及N側第1 開關機構的第1自動消弧元件，斷開交流直流變換機構的 全相第1、第4臂的自動消弧元件，並啟動全相第2、第3臂 的第6自動消弧元件，以防止沒有產生直流短路的極性側 直流電容器出現過充電者。 再且，本發明的電力變換裝置，係具有和其交流直流 變換機構的第1及第2箝位二極體分別逆並聯連接的第7自 動消弧元件，直流交流變換機構的P側或N側出現直流短路 時，透過斷開P側及N側第1開關機構的第1自動消弧元件， 斷開上述交流直流變換機構的全相第1、第4臂的第6自動 消弧元件，啟動全相第2、第3臂的第6自動消弧元件，啟 動上述第7自動消弧元件，以防止沒有產生直流短路的極 性側直流電容器出現過充電者。 【發明的實施形態】 實施形態1

3]3996.pld 第11頁 575990 -五、發明說明（7) 以下根據圖示說明太a 私六、古古、六作说η 本备明的實施形態1，第1圖中，1 i丁、又/爪直流變換機構的第〗 Γ六法雷、/i > —六兩 弟電力變換器（變頻器），將電源 C父流電源）的父流電力轡拖 w工p M mΜ 又換成直流電力，連接到直流電路 立而子Ρ、Ν。圖係僅顯示u日八 〜 * ^ m ^ 6 相刀。2係1相分的臂2U與2X分別 由電& 動型自動消弧元件7, Λ . 胸碴拔从-代蝴π磁 仵（第2自動消弧元件）與逆並 衅連接的二極體所構成吉法丄 5, i0 00 , ^双罝机父流變換機構之第2電力變換 夺C反相态），連接到該直户雷狄山， ^ ^ 4 ^ ^ ^ ^ & 農机電路端子P、N，將直流電力變 換成父流電力，供應到参恭 夂 ^ 、載。3係直流電容器，4係由電壓 驅動型自動消弧元件（第1白私、山 ^ 二；^ #所措& &笛1ΡΛ1 動消弧元件）與逆並聯連接的 ▲極體所構成的第1開關，兮古 u ^ _ , °亥直流電容器3與第1開關4#妯 ▼聯連接於端子P、N間。 /、步』|别4係被 5係该弟1開關4的問電政 c t Βθ t 电路，5a與5b分別是啟閘（〇n)貼 關與斷閘（〇 f f )開關，5 c盥μ八w θ „ b 、n)開 巍 l、bd分別是啟閘電源與斷閘電 馨。6U與6X分別是第2電力變換器2的臂2勝2X之閘電路， 6a與6b分別是啟閘開關與斷閘開關，以與6(1分別是啟 源與斷閘電源。 ％ 其次說明其動作，代表性的電壓驅動型自動消弧元件 有IGBT和M0SFET，第1開關4及第2電力變換器係顯示採用 相同額定容量IGBT的場合。又第1開關4内IGBT的連接方向 •由直流電容器3放電時通電，直流電容器3充電時第_ 齓4内的二極體通電所構成。 第1電力變換器1具體上係由二極體整流器所構成，直 &電容器3的電壓Vc係由將電源的交流電壓予以整流的電 P來維持。第2電力變換器2動作中第1開關4内的IGBT介閘 響麵 313996.ptd

第12頁 575990 五、發明說明（8) 電路5的閘波信號S4處於啟動狀態。即，閘波#號S4處於 的狀態，閘電路5内的啟閘開關5a導通，啟問^電源5c的電 壓Vpl變成第_關4内IGB1^閘波電壓vge° 第 另一方面 2電力變換器2臂2U、2X内IGBT的啟閘電源6c之電壓係為 Vp2，如後述設定成vpl<Vp2。 第2電力變換器2臂2U、2X内IGBT因錯誤動作、部分破 損等同時成導通時，直流短路電流I s依第1圖虛線所示路 徑流通。例如第2電力變換器2的2U内IGBT出現破損短路 時，第1開關4内IGBT的集極電壓Vce4和第2電力變換器2的 臂2X内IGBT集極電壓Vce2X的總數以對抗直流電容器3電壓 Vc的开> 式決定直流短路電流I 3的值，即以vc = vce4 + vce2X 的狀態限制直流短路電流I s。 然而，在IGBT所代表的電壓驅動型自動消弧元件，存 在集極電流I c的閘波電壓依存特性，而啟閘電壓變高，則 集極電流Ic具有增加的特性。&自動消弧元件的通電損 失特性來看這點，若降低啟閘電壓’則出現通電損失增加 2傾向。因此’ 一直都在執行切換動作的第2電力變換器2 $ =T’為了抑制其turn-on切換損*加 啟 閘電壓提高。 此次’發明者著眼於，和經登 ^ σ 〇,., 、、吊反覆執行切換動作的第 2電力變換器2自動消弧元件比，ώ , - μ / a ^ 由於第1開關4的自動消弧 凡件經常被使用在啟動狀態，不热^ 即，第i開關4自動消孤元件的通于切換動作的關係， 的自動消弧元件通電任務低，；務比第2電力變換器2 ^ ^將前者元件的啟閘電壓

3] 3996.ptcl 苐13頁 575990 玉、發明說明（9)

Vpl設定較後者元件的啟閘電壓Vp2低，使第1開關4自動消 弧元件的集極電壓Vce4做大，而成功大幅增加依上述式子 所決定的直流短路電流I s抑制效果。 茲將其内容再參照第2圖加以說明，由於處於Vpl <Vp2 的狀況，透過第2圖所示電壓驅動型自動消弧元件的集極 電，流I c閘波電壓依存特性特徵，使得第1開關4内I GBT的集 择電壓Vce4與第2電力變換器2臂2X内IGBT的集極電壓 ΐ c e 2 X產生電壓分擔的差異。這點歸因於電壓驅動型自動 璘弧元件具有隨啟閘電壓變高，集極電流I c增加的特性， i結果，變成Vce4>Vce2X，大幅降低由Vc=Vce4+Vce2X的 冒係所決定的直流短路電流I s。 第2圖中，一點鎖狀線所示特性係屬沒有設置第1開關 4的場合，和這種情形的直流短路電流I s 〇比，可以了解透 置設定Vpl<Vp2的弟1開關4’直流短路電流就大幅減 少。其結果，大幅降低因第2電力變換器2臂的故障，而使 從直流電容器3流入的短路電流來破損健全臂自動消弧元 件之可能性。 又在第1圖，為了簡單係展示採用由二極體整流器構 1的他激式電力變換器作為第1電力變換器1，不過即使採 |和第2電力變換器2—樣的自激式電力變換器也具同樣的 效-果。 實施形態2 I 第3圖係說明本發明實施形態2的直流短路電流特性 本實施形態2係考慮運轉時第1開關4自動消弧元件的

313996.pid 第14頁 575990 五、發明說明（ίο) - 通電任務較第2電力變換器2臂自動消弧元件的通電任務 低，將前者元件並聯數設定較後者元件並聯數少，來大幅 降低直流短路電流。 在第1圖的實施形態1，係就第！開關4與第2電力變換 器2臂元件具有相同額定容量的場合予以說明，然而即使 是相同額定容量的元件’例如第1開關4的元件並聯數是以 1個作為啟閘電塵V p 1 (案例1 )，弟2電力變換器2内臂的元 件並聯數是以2個作為啟閘電壓Vp2時，各元件的電壓分擔 特性係由第3圖的虛線來說明。第1開關4的元件電壓Vce4 與第2電力變換器2臂2 X内元件的電壓v c e 2 X，係於v c = V ce4 + Vce2X的狀癌限制直流短路電流。在此，不設置第1開 關4的場合，Vce2X = Vc，成為一點鎖狀線圖示的直流短路 電流I s 〇，和設有第1開關4的場合比增加2倍以上的直流短 路電流。 其次，第1開關4的元件並聯數以1個將啟閘電壓訂為 Vp2 (案例2 )的場合，也可獲得直流短路電流的抑制效果。 該種場合如二點鎖狀線所示一般，在V c = V c e 4，+ V c e 2 X， 的狀態受到直流短路電流1 s ’的限制，在案例2的場合，也 了解和不設第1開關4的情形比直流短路電流能夠大幅降低 約 1/2〇 如上所述，大約使用同一電流容量的元件，並將第1 開關4内的元件並聯數設定較第2電力變換器2的臂内元件 並聯數少，可大幅抑制直流短路電流，且能防止第2電力 變換器2内臂元件的二次受損。

313996.ptd 第15頁 575990 •五、發明說明（11) 此時，若將兩元件的啟閘電壓設定為Vpl <Vp2，則如 第3圖案例1所示一般，更為增加直流短路電流的抑制效 果。 實施形態3 、第4圖係說明本發明實施形態3的電力變換裝置，尤其 是，有關其直流短路保護的控制方式。圖中，7係檢測第1開 闕4集極電壓Vce4的第1電壓檢測器；8係根據來自該第1電 i檢測器7的輸出信號Vce4，控制第1開關4及第2電力變換 羞2臂内元件閘的直流短路控制電路。第1電壓檢測器7的 ^出信號vce4係在比較器8a和基準電壓veer相比較。在 變，該基準電壓veer係相當於第2圖及第3圖所示的VceR電 壓，被設定在發生直流短路時的第1開關4内元件之集極電 壓Vce4與第2電力變換器2臂内元件之集極電壓Vce2X間的 #當值。該比較器8 a的輸出係用來自高階控制電路（未圖 示）的第1開關4閘指令信號S4’和AND電路8b執行AND演算， 並傳至吸持電路8c。該吸持電路8c的輸出係傳至AND電路 8 d、8 e、8 f與來自高階控制電路（未圖示）的閘指令信號 S4’、第2電力變換器2臂2U及2X内元件的閘指令信號S2U及 S2X進行AND演算。該AND電路8d、8e、8f的輸出信號S4、 &2U、S2X分別傳至閘電路5、6U、6X。 ， 以下說明其動作。 i第 Vc' 虛線路徑所示的直流短路電流I s流通，則依據第2圖 3圖所示的電壓分擔特性，第1開關4内IGBT的集極電 e 4變大，其電壓值超過基準電壓值v c e r，則比較器8 a

313996.ptd 第16頁 575990 五、發明說明（12) 的輸出反轉為Η。另一方面，第1開關4内元件由於經常導 通，所以閘指令信號S4’為Η，AND電路8b的輸出也反轉為 Η，吸持電路8 c的輸出係保持從Η反轉為L的狀態。其結 果，閘信號S4、S2U及S2X全部被強制保持為L狀態，分別 經由閘電路5、 6 U、6 X，分別斷開第1開關4、第2電力變換 器2的臂2U及2Χ内元件。 又，在第4圖，為了簡單，僅以第2電力變換器2臂内 元件圖示其1相分，當然其他相的健全元件不用說同時也 是斷開。 又，在第4圖，為了簡單，係以第1電力變換器1來說 明由二極體整流器構成的他激式電力變換器之場合，不過 和第2電力變換器2—樣的自激式電力變換器，在發生直流 短路時，經由直流短路控制電路8斷開的話，也可達到同 樣的功效。 如上所述，監視第1開關4的電壓，檢測發生直流短 路，經由斷開第1開關4及第2電力變換器2的所有臂内元 件，可迅速切斷直流短路電流，所以可靠性高，且可廉價 的保護直流短路。 實施形態4 第5圖係說明本發明實施形態4的電力變換裝置，且屬 附隨實施形態1的裝置，尤其有關直流電容器3放電方式的 技術。圖中，9係第1放電電阻，連接在第1開關4的兩端。 放電指令信號SDS變成Η，則介NOT電路1 0第1開關4的閘信 號S 4變成L，斷開第1開關4。另一方面，第2電力變換器2

313996.ptd 第17頁 575990 •五、發明說明（13) 内僅1相分的臂，例如同時起動2U與2X内元件。其結果， 放電電流I DS於虛線路徑流通，可將直流電容器3放電。在 此，僅第2電力變換器2内1相分啟動的理由，係例如於自 '然減速中的馬達連接負載的狀態，若將第2電力變換器2的 .全相同時起動，則第2電力變換器2將使馬達變成短路，且 眛馬達的殘留電動勢，將使交流短路電流流通，所以才要 抑制其發生。 如上所述，由於在第1開關4的兩端連接第1放電電阻 9，斷開第1開關4之同時，僅讓第2電力變換器2的1相分臂 总元件啟動，所以可靠性高，且可獲得廉價的放電工具。 # 又，不是馬達等迴轉機，而是不會蓄積能源的負載 時，將第2電力變換器2的全相元件都啟動也無妨。 實施形態5 鲁第6圖係說明本發明實施形態5的電力變換裝置，且屬 附隨實施形態1的裝置，尤其有關直流電容器3放電方式的 技術。圖中，1 1係電源側的開關器；1 2係連接在該開關器 1 1與第1電力變換器1之間的電抗器；1 3與1 4係互相串聯連 接於P、N間的第2放電電阻與第2開關（使用第3自動消弧元 件）；1 6係並聯連接於第2開關1 4兩端的第3電壓檢測器； f係控制第2開關1 4的充電控制電路；1 8係並聯連接於直 電容器3兩端的第2電壓檢測器。 以下說明其動作。第1開關4的閘信號S4於啟動指令狀 ^，第1開關4為啟動狀態時，投入開關器1 1，則介電抗器 及第1電力變換器1，流通虛線路徑所示的直流電容器3

313996.ptd 第18頁 575990 五、發明說明（14) 充電電流I ch。此時直流電容器3的電壓Vc及電流I ch的動 作波形如第7圖（a)及（b)所示。圖中，沒有第2開關14的場 合’如一點鎖狀線所示，經由電抗器丨2與直流電容器3的 共振現象’直流電容器3被充電至電源電壓尖峰值的約2 倍’故產生破壞第1及第2電力變換器1及2元件的可能性。 因此為了抑制此過充電，設置了第2放電電阻丨3與第2開關 1 4。直流電容器3的電壓v c超過相當於第7圖（a)所示直流 頭定電壓的電壓位準V 2，於達到較此電壓位準v 2稍高設定 值的電壓位準V1時11，啟動第2開關i 4，如實線波形所示 抑制直流電容器3的充電電壓。 具體的控制方法係在充電控制電路1 7，利用比較器 1 7a及1 7b比較第2及第3電壓檢測器丨8及丨6的輸出信號"及 vcel4與相當於電壓V1的基準電壓vlr，超過此基準電壓 vlr，則介0R電路於吸持電路ne將其輸出信號su保持η， 介閘電路1 5令第2開關1 4啟動。 其次透過放電電流i R，直流電容器3的電壓Vc衰減成 為電壓位準V 2 ’則利用比較器丄7 c比較第2電壓檢測器1 8的 輸出信號Vc與相當於電壓位準v2的基準電壓v2^，並重設 吸持電路1 7e。此時，其輸出信號S1 4反轉為L，第2開關i 4 斷開。 以設置變壓器來取代電抗器丨2也可以， 變換器1是自激式也具同樣功效。 卜弟1電力 如上所述，在直流電路端子p、N間設置第2放雷雷阻 1 3與第2開關1 4的串聯連接體，透過控制直流電容器3的電

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第19頁 575990 .五、發明說明（15) 壓超過較直流額定電壓稍高的設定值，啟動第2開關1 4， ¥直流電容器3的電壓衰減，當衰減到直流額定電壓，則 第2開關1 4斷開，就可以控制直流電容器3的過充電，可獲 -得可靠性高，且廉價的充電工具。 ^ '在第6圖，係利用第2電壓檢測器1 8與第3電壓檢測器 1 6檢測直流電容器3的電壓，以提高其檢測的可靠性，然 叫為簡單，僅用第2電壓檢測器1 8檢測直流電容器3的電壓 也可以。 實施形態6 第8圖係說明本發明實施形態6的電力變換裝置，且屬 •隨實施形態1的裝置，尤其有關直流電容器3放電方式的 技術。第5圖所示實施形態4係利用第2電力變換器2將直流 電容器3放電，相對於此本裝置係具有與第1開關4並聯的 1放電電阻9，且利用連接於端子P、N間的第2放電電阻 1 3與第2開關1 4將直流電容器3放電者。 以下說明其動作於斷開開關器1 1、第2電力變換器2及 第1開關4的狀態，啟動第2開關1 4，則放電電流I DS流過一 點鎖狀線的路徑將直流電容器3放電。此時的放電時間係 透過改變第1放電電阻9的電阻值就可調整。 ^ 第5圖實施形態4時，係需要第2電力變換器2所有臂内 ，件一起點弧，其動作需要高的可靠性，然而在本實施形 態6只要將第2開關1 4的第3自動消弧元件點弧即可，直流 容器3的放電動作更為簡便確實。 攀又，以設置變壓器來取代電抗器1 2也可以，另外第1

313996.pid 第20頁 575990 五、發明說明（16) 電力變換器1是自激式也具同樣功效。 如上所述，於斷開第1開關4的狀態，由於是將第2開 關1 4啟動介第1及第2放電電阻9及1 3將直流電容器3放電， 所以可調整放電時間，並能獲得高可靠性且廉價的放電工 具。 實施形態7 第9圖係說明本發明實施形態7的電力變換裝置，於實 施形態1係就第2電力變換器2適用於具有端子P、N的2位準 反相器時予以說明，不過本實施形態7係適用於具有端子 P、C、N 3位準反相器的直流電路。圖中，2 0係變壓器，由 2次側與3次側具有3 0 〇相位差的多相變壓器構成，分別連 接到P側第1電力變換器1 P與N側第1電力變換器1 N，構成所 謂的1 2相整流電路。該P側及N側的第1電力變換器1 P及1 N 係被串聯連接，兩端接到端子P、N，中間連接點接到端子 C。2 A係由3位準反相器構成的第2電力變換器，且由電壓 驅動型自動消弧元件組成的臂T 1至T4構成1相分。該臂T 1 至T4具體上係屬具有逆並聯連接的二極體I GBT，串聯連接 於端子P、N間。CD1及CD2係箝位二極體，串聯連接於臂T1 與T2的中間點和臂T3與T4的中間點之間，該箝位二極體 CD1和CD2的中間點連接端子C。 3P與4P係分別為P側的直流電容器與P側的第1開關， 串聯連接於端子P、C間。3 N與4 N係分別為N側的直流電容 器與N側的第1開關，串聯連接於端子C、N間。7P及7附系為 P側及N側的第1電壓檢測器，分別並聯連接於P側及N側的

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*苐1P巧關4 P及4 N。5 P及5 N係閘電路，分別連接到p側及_ 第1開關4P及4N的閘極，具有和實施形態1閘電路5一樣的 構造功能。6T1至6T4係閘電路，分別連接到第2電力變換 杰2 A臂T1至T 4内元件的閘極，具有和實施形態1閘電路 .6 U、6 X—樣的構造功能。1 9係直流短路控制電路，和實施 形態3的直流短路控制電路8大致具有同樣的功能。 以下說明其動作。第2電力變換器2A臂T1至T3内元件 導通’於直流端子間p、C間產生直流短路時，直流短路電 流I s依虛線路徑流通。此時，p側的第J開關朴集極電壓 e 4 P增加，如第2圖所示若超過V c e R，則直流短路控制電 ’ 1 9比較器1 9 a的輸出反轉為Η，吸持電路1 9 e的輸出保持l 的狀態，並將P側及N側第1開關4P及4N與第2電力變換器2A 臂T1至T4内元件斷開。又，第2電力變換器2A臂T2至T4内 ❿件導通，於直流端子間C、N間產生直流短路時，N側的 第1開關4N集極電壓Vce4N增加，如第2圖所示若超過 VceR，則直流短路控制電路1 9比較器1 9b的輸出反轉為η， 吸持電路1 9e的輸出保持L的狀態，將Ρ側及Ν側第1開關4Ρ 及4N與第2電力變換器2A臂T1至T4内元件斷開。又，第2電 另變換器2A臂T1至T4内元件導通，於直流端子間Ρ、ν間產 •直流短路時，P側及N側第1開關4P及4N的集極電壓vce4p 及Vce4N增加，如第2圖所示若超過VceR，則則直流短路控 電路1 9比較器1 9a及1 9b的輸出反轉為H，而吸持電路 的輸出保持L的狀態，將P側及N側第1開關4P及4N與第2 ^力變換器2A臂T1至T4内元件斷開。

313996.ptd 第22頁 575990 五、發明說明（18) 在第9圖為求簡單，僅顯示由變壓器2〇與刚及N側第1 電力變換器1P及1N構成之12相整流電路，不過使用以相以 上的多相整流電路也能達到同樣的效果。 如上所述，監視P側及N側第1開關4?及4N的電壓，並 檢測直流短路的發生，透過斷開p側及N側第1開關“及4N 與第2電力變換器2 A所有臂内元件，可以迅速切斷直流短 路電流，故能高可靠性且廉價的保護直流短路。 實施形態8 第1 〇圖係說明本發明實施形態8的電力變換裝置，且 ^附隨貫施形態7的裝置，尤其是有關p側及N側直流電容 器3P及3N的充電方式。圖中，I”和14p係串聯連接在端子 P、C間的P側第2放電電阻與p側的第2開關；丨6p係並聯連 接在该P側第2開關1 4 P兩端的p側第3電壓檢測器；1 8 P係並 聯連接在P側直流電容器3 p兩端的p側第2電壓檢測器。1 3 N 與1 4 N係串聯連接在端子c、n間的N側第2放電電阻與N側第 2開胃關，1 6N係並聯連接在該N側第2開關1 4N兩端的N側第3 電f檢測器；1 8 N係並聯連接在N側直流電容器3 N兩端的n 側第2電壓檢測器。丨7p及1 7N係控制刚及N側第2開關丨4p 及1 4 N的充電控制電路，2丨係充電完成檢測電路。 以下說明其動作。_及N側第1開關4p及4N的閘極信 號S4於啟動指令狀態，P側及N側第1開關4P及4N於啟動狀 悲時’投入開關器Π，則介變壓器2 〇及酬及N側的第1電 力變換裔1 P及1 N，流通虛線路徑所示p側及n側直流電容器 3P及3N的充電電流Ich。此時p側及_的直流電容器π及

313996.ptd 第23頁 575990 •五、發明說明（19) 3N的電壓Vc動作波形以第1 1圖示之。由於電壓器20的2次 與3次電壓具有3 0°相位差，故如圖所示P側及N側的直流 電容器3P及3N的電壓VcP及VcN有不同的時間變化。 因此，P側及N側的第2開關1 4P及1 4N係透過具有和實 施形態5說明過的充電控制電路1 7—樣動作功能之充電控 制.電路1 7 P及1 7 N，分別予以控制。充電完成檢測電路2 1具 有，檢測P側及N側直流電容器3P及3N的電壓VcP及VcN屬於一 致的一致檢測電路2 1 a，若屬一致則其輸出信號S 2 1 c變成 Η。在此，該一致檢測電路2 1 a係例如由減法器2 1 b和〇位準 檢測器2 1 c構成。此外還有檢測如第11圖所示超過可運轉 ί流電壓下限位準V 3 r的比較器2 1 e及2 1 f，以及透過該比 較器2 1 e及2 1 f的輸出信號，介OR電路2 1 g輸出滯延信號 S 2 1 h的滞延電路2 1 h。 # 繼之根據第11圖說明充電完成檢測電路2 1的動作，在 P側及N側直流電容器3P及3N的電壓VcP及VcN中任何一者超 過V3之時間tl，OR電路21g的輸出信號S21g變成H，滯延電 路2 1 h的輸出信號S2 1 h係從時間11於只落後滯延時間td的 時間t5變成H。充電控制電路17P及17N的輸出信號S15P及 S 1 5 N係分別於時間12至16及時間13至17的期間變成Η，並 別將Ρ側及Ν側的第2開關14Ρ及14Ν啟動。Ρ側及Ν側的直 f電容器3Ρ及3Ν之電壓VcP及VcN的電壓差DVc變成如圖 示，由於在時間14瞬間變成Η，故經由滯延電路2 1 h，殺掉 $度性的一致檢測。2 1 k係為AND電路，將充電控制電路 ffp及1 7 N輸出信號S 1 5 P及S 1 5 N的反轉信號、一致檢測電路

313996.ptd 第24頁 575990 五、發明說明（20) 2 1 a的輸出信號S 2 1 c、滞延電路2 1 h的輸出信號S 2 1 h進行 AND演算，於恆常性檢測出一致的時間t7，輸出變成Η的充 電完成信號S2 1 k。經由該充電完成信號S2 1 k變成Η，開始 第2電力變換器2Α的運轉。 如上所述，在直流端子Ρ、C及C、Ν間分別設置第2放 電電阻1 3與第2開關1 4的串聯連接體，當直流端子Ρ、C及 C、Ν間分別連接的直流電容器3電壓超過較直流額定電壓 稍高的設定值，則第2開關14啟動，直流電容器3電壓衰 減，當衰減到直流額定電壓，則透過各別控制斷開第2開 關1 4，可抑制直流電容器3的過充電，同時由於具備有檢 測兩直流電容器的電壓恆常一致的工具，所以可立即開始 運轉，且能獲得高可靠性、廉價的充電工具。 實施形態9 第1 2圖係說明本發明實施形態9的電力變換裝置，並 屬附隨實施形態7的裝置，尤其是有關直流短路發生後從 電源側抑制續流的機構及Ρ側及Ν側直流電容器3Ρ及3Ν的充 電方式。圖中，22Ρ係由第4自動消弧元件構成的Ρ側第3開 關，連接在端子C與Ρ側第1電力變換器1 Ρ的負極端間。23Ρ 係Ρ側的限流電阻，並聯連接於Ρ側第3開關2 2 Ρ。2 2 Ν係由 第4自動消弧元件構成的Ν側第3開關，連接在端子C與Ν側 第1電力變換器1Ν的正極端間。23Ν係Ν側的限流電阻，並 聯連接在Ν側的第3開關2 2Ν。 以下說明其動作。第2電力變換器2Α臂Τ1至Τ3内元件 導通，直流端子Ρ、C間產生直流短路時，從Ρ側直流電容

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器3 P經虛線路徑流通直流短路電流丨s。對於該直流短路 電流I s，如實施形態7—般透過斷開p側第1開關4P雖然可 以抑制，但在第2電力變換器2A臂T1至T3内元件破損的最 -惡劣場合，由於到切斷開關器丨丨的時間從電源側依2點鎖 -狀線的路徑流通續流I S L的關係，其他的健全元件，例如 拽位"一極體C D 2或P側弟1電力變換器1 p内的元件，因過電 涛形成2次破損，而有擴大受害之慮。 因此，在本實施形態9，P側及N側的第3開關22P及22N 蓮轉中雖然一直都是啟動狀態，但發生直流短路時，透過 斷開P側及N側第1開關4P及4N，同時也斷開P側及N側第3開 ,2 2P及2 2N，可藉限流電阻23P及23N抑制來自電源的續流 ISL° 將P側及N側的直流電容器3 P及3 N予以充電時，也可以 φ用P側及N側的第3開關22P及22N與限流電阻23P及23N。 即，投入開關器11時，將P側及N側的第3開關22P及22N先 予以斷開，例如於P側直流電容器3P充電時，以1點鎖狀線 的路徑流通充電電流I c h予以充電。此時，由於限流電阻 2 3P串聯連接在直流電容器3P的關係，變壓器20的電感成 分與直流電容器3 P間的共振現象被予以緩和，故可以抑制 邊流電容器3 P的過充電。之後，P側及N側的直流電容器3 P ϊ 3N完成充電的話，啟動酬及_第3開關22P及22N即開 始運轉。 應此外，P側及N側第3開關22P及22N分別設在直流端子 P N側雖然也同具效果，但如第1 2圖所示一般，和P側及

313996.ptd 第26頁 575990 五、發明說明（22) 側第1開關4P及4N—樣設置在直流端子C側時，由於直流電 路C的對地電位較直流端子P、N的對地電位要低上直流電 路的電壓成分，故具有減少因雜訊影響可能產生錯誤跳脫 的效果。 如上所述，透過將第3開關2 2 P及2 2 N分別串聯連接到 第1電力變換器1P及1N，及將限流電阻23P及23N分別並聯 連接到第3開關22P及22N之構造，可以抑制發生直流短路 時來自電源側的續流，同時也可以抑制P側及N側直流電容 器3 P及3 N過充電的關係，故可獲得高可靠性、廉價的電力 變換裝置。 該第3開關2 2及限流電阻23不限於3位準電力變換裝 置，在先前說明過實施形態中的2位準電力變換裝置也可 適用同樣的理念，具有同樣的效果。 實施形態1 0 第1 3圖係說明本發明實施形態1 〇的電力變換裝置，並 屬附隨實施形態7的裝置，尤其有關P側及N側直流電容器 3P及3N的放電方式者。圖中，9P及9N係P側及N側的第1放 電電阻，分別並聯連接到P側及N側的第1開關4P及4N。 停止運轉後，透過斷開P側及N側第1開關4 P及4 N，同 時啟動第2電力變換器2A之1相分臂T1至T4内元件，依虛線 路徑流通放電電流I D S，將P側及N側的直流電容器3 P及3 N 放電。 如上所述，藉其放電路徑的構建，可獲得高可靠性、 廉價的電力變換裝置。

313996.ptd 第27頁 575990 •五、發明說明（23) 實施形態1 1 第1 4圖係說明本發明實施形態1 1的電力變換裝置，且 關於適用在和實施形態7記載的第2電力變換器2A不同構造 的3位準反相器第2電力變換器2 B時之p側及N側直流電容器 ，3P友3N之放電方式者。圖中，T5與T6係替代箝位二極體 CD 1與CD2的構件，由和臂τΐ至T4相同的電壓驅動型自動消 穿瓜元件（弟5自動消弧元件）與逆並聯連接的二極體組成， 具體上屬IGBT。 當發生直流短路時，透過斷開p側及N側第1開關4 P及 與第2電力變換器2B臂T1至T4内元件，同時也斷開該箝 T元件T 5及T 6，即可抑制直流短路電流。 此時的直流短路，想得到的有Ί4-Τ2-T3-T6路徑、 Π-T5路徑、T5-T2-T3-T4路徑、T6-T4路徑。 鲁其次停止運轉後，透過斷開？側及_第1開關4?及 4N，同時啟動第2電力變換器2B的1相分臂T1與T4内元件及 箝位元件T5與T6，依虛線路徑流通放電電流丨DS，將朽則及 N側直流電容器3P及3N放電。因按上述構成放電路徑，故 可獲得高可靠性、廉價的電力變換裝置。 實施形態1 2

313996.ptd 第28頁 575990 五、發明說明（24) 徑流通’ P側的直流電容器3P放電。該直流短路電流丨访隹 然透過斷開P側及N側第1開關4P及4N與第2電力變換器2A所 有臂内元件可加以抑制，但在第2電力變換器以臂内元件 T1至T3破損的最壞場合，續流iSL會從電源側經過第1電力 變換器1 A臂内元件的二極體部依圖示1點鎖狀線的路徑流 通。此時，N側的直流電容器㈣因該續流I SL，過充電2倍 以上的直流額定電壓，而增加其他健全元件產生過電壓破 壞的可能性。 1 9 A係和先前的直流短路控制電路丨9具有同樣結構功 能的直流短路控制電路，當檢測出直流短路時，則斷開p 側及N側第1開關4P及4N與第2電力變換器2A所有臂内元 件’同時斷開第1電力變換器1A全相臂T1及T 4内元件，並 啟動第1電力變換器1A的全相臂T2及T3内元件，將續流ISL 切斷。即’透過啟動第1電力變換器1 A内全相臂T2及T3内 元件’強制性建立交流短路路徑，依2點鎖狀線通道（實際 ^係跨越不同相間的短路路徑）流通交流短路電流I SA，使 第1電力變換器1 A臂T 2與T 3内元件的兩端電壓變成〇，就可 停止N側直流電容器㈣的充電。 在上述說明，於第2電力變換器2 A斷開全臂内元件， 係為抑制電壓源存在時來自負荷側的續流。 以變壓器來取代電抗器1 2的構造也具同樣效果。 如上所述，第1電力變換器和3位準反相器同樣構造的 場合’於發生直流短路時，透過斷開全相外側臂τ丨及τ 4内 元件，並強制性啟動全相内側臂Τ2及Τ3内元件，可以抑制

313996.pid 第29頁 575990 .五、發明說明（25) 直流電容器3P及3N的過充電，故可獲得高可靠性、廉價的 電力變換裝置。 實施形態1 3 第1 6圖係說明本發明實施形態1 3的電力變換裝置，相 對於實施形態1 2中的第1電力變換器1 A及第2電力變換器 2A，如第9圖所示都是由3位準反相器構成，本裝置係有關 萆1電力變換器1 B及第2電力變換器2B如第1姻所示都由和 3位準反相器相同構造的自激式電力變換器構成時之直流 短路保護方式者。圖中，第2電力變換器2B臂T1至T3内元 j導通時，直流短路電流I s依虛線路徑流通，p側直流電 零器3P放電。該直流短路電流I s雖然透過斷開p側及n側第 1開關4P及4N與第2電力變換器2B全臂内元件可以抑制，但 是第2電力變換器2B臂T1至T3内元件破損.的最壞場合，續 籲I SU足電源側流過第1電力變換器1 B臂内元件的二極體 4 ’依圖示1點鎖狀線的路徑流通。此時，咐則的直流電容 器3N因該續流I SL過充電2倍以上的直流額定電壓，故提高 其他健全元件發生過電壓破壞的可能性。 1 9 B係和先前的直流短路控制電路1 9具有相同構造功 銳的直流短路控制電路，當檢測出直流短路，則斷開p側 $ N側的第1開關4?及4N與第2電力變換器2B全臂内元件， $時斷開第1電力變換器1B全相臂T1及T4内元件，並啟動 第1電力變換器1B的全相臂T2、T3、T5及T6(臂T5、T6使用 ^ 7自動消弧元件）内元件，切斷續流！ SL。即，透過啟動 ,1電力變換器1 B的全相臂T 2、T 3、T 5及T 6内元件，強制

第30頁 575990 五、發明說明（26) 性建立交流短路路徑，依2點鎖狀線路徑（實際上係跨越不 同相間的短路路徑）交流短路電流I SA流通，所以第1電力 變換器1 B臂T 2與T 3内元件的兩端電壓變成〇，即停止酬直 流電容器3N的充電。此時，由於第1電力變換器^臂丁5及 T 6内元件兩方向通電的關係，所以第i電力變換器丨B全相 臂T2、T3、T5及T6内元件交流短路電流ISA的電流負擔和 先前第1電力變換器1 A的情形比得以減輕。 又，以變壓器取代電抗器1 2的裝置也具同樣效果。 如上所述，第1電力變換器係由臂T1至T 6構成的3位準 變頻器時，發生直流短路時透過斷開全相外側臂T1及T 4内 元件，並強制性啟動全相内側臂T2及T3内元件與全相箝位 元件T5及T6，可抑制直流電容器3P及3N的過充電，並能獲 得高可靠性、廉價的電力變換裝置。 實施形態14 第1 7圖係說明本發明實施形態1 4的電力變換裝置，且 屬附隨實施形態1 2的裝置，並有關P側及N側直流電容器3P 及3 N放電方式者。圖中，停止運轉後，斷開P側及N側第1 開關4P及4N，於開放開關器1 1的狀態，透過啟動第1電力 變換器1A的1相分臂T1至T4内元件，依圖示虛線路徑，放 電電流IDS流通，同時將直流電容器3P及3N放電。 又，以變壓器取代電抗器1 2的裝置也具同樣效果。 如上所述，係開放開關器1 1並啟動第1電力變換器1 A 的1相分臂T1至T4内元件來放電’故完全不受電源側影 響，可獲得高可靠性、廉價的電力變換裝置。

313996.ptd 第31頁 575990 4五、發明說明（27) 實施形態1 5 第1 8圖係說明本發明實施形態1 5的電力變換裝置，且 附隨實施形態1 2及1 3者，並有關P側及N側直流電容器3P及 3N之充電方式者。圖中，24P及24N係P側及N側的第4開 關、由第8自動消弧元件逆並聯連接二極體所構成，該自 動，消弧元件在朝直流電容器3 P及3 N充電方向分別串聯連接 f·側的直流電容器3P及N側的直流電容器3N。25P及25N係第 3放電電阻，分別並聯連接在P側及N側的第4開關24P及 $ 4 N。於斷開第1電力變換器1 A全臂内元件的狀態，斷開第 ▲開關

2 4?及24峽第1開關4?及41^，當投入開關器11，則依 虛線路徑充電電流I ch流通，並同時將直流電容器3P 及3 N充電。 此時，電抗器1 2與直流電容器3 P及3 N間的共振現象因 • 3放電電阻25P及25N而被緩和，所以幾乎不會產生直流 電容器3P及3N的過充電。充電完成，則啟動第4開關24P及 24N與第1開關4P及4N，並開始運轉。 又，以變壓器取代電抗器1 2的裝置，或第1電力變換 器係具有箝位元件T5及T6的電力變換器1 B也具同樣效果。 如上/所述，將第3放電電阻2 5 P及2 5 N分別串聯連接到 春流電容器3P及3N與第1開關4P及4N的串聯體，並充電直 流電容器3 P及3 N，完成充電，則會啟動分別並聯連接在第 3放電電阻25P及25N的第4開關24P及24N，開始運轉，故可 得 ΤΓ發 向 明 可靠性、廉價的電力變換器 的效果】

313996.ptd 第32頁 575990 五、發明說明 如上 流電容器 接體組成 數個臂構 交流電力 流短路時 臂的短路 使用 消弧元件 務較上迷 自動消弧 啟閘電壓 制效果， 再且 容器與使 組成的直 臂構成， 電力的直 路時，利 短路電流 上述 容量的電 自動消弧 任務低， (28) —^____ 所述，本發明的一種電力變換裝置，^ 與使用第1自動消弧元件的第【開 =具有由直 的直流電路；以及由使用第2自動H構之串聯連 成，連接到上述直流電路，並將直、&疋件的複 的直流交流變換裝置；因上述臂的:，力變換成 ，利用上述第1自動消弧元件來抑障而產生直 電流者， 利V通於健全 電壓驅動型自動消弧元件作為上 ，考慮到運轉時上述第丨自動消弧-及第2自動 第2自動消弧元件的通電任務低，通電任 TL件的啟閘電壓設定較上 1冬上述第： 低，來增大上述第!自動消二元件的 故能有1抑制短路電流確實保護到、短八路_電流抑 ，本發明的-種電力變換裝i :兀件。 用第1自動消弧元件的第j具有由直流電 流電路；以及由使用第2自動3|冓之串聯連接體 連接到上述直流電路，並 * 70件的複數個 流交流變換震置；因上述臂力變換成交流 :上述第1自動消弧元 者， 制流通於健全臂的 匕第型2:Γ;肖弧元件係使用幾乎具有η 二艇動型自動消弧元件， =二有R —電流 :件的通電任務較上述第：到運轉時上述第i 透過將構成上述第丨自_ $ =動4弧元件的通電

弟動4狐元件的元件並聯J 575990 -五、發明說明（29) f定較構成上述第2自動消弧元件的元件並 ，大上述第1自動消弧元件的短路電流抑 1 來增 抑制短路電流確實保護到健全元件。 > 文能有效 ， 再且，本發明電力變換裝置的篦 其第1自動消弧元件逆並聯連接的二 j關機構係具有和 接、到交流電源的交流電力變換成直流心，由於具有將連 白P流直流變換裝置，…見 到直流電路 流變換設備之直流短路電流。 制直流的交流交 再且，本發明電力變換裝置，係 I構電壓的第1電壓檢測機構，該第測其第1開關 鬌越選定的設定值時，，斷開上述第If檢測機構的輪出 =元件及直流交流變 C構的 1 確實簡便的切斷直流短路電流。 動消弧元件，故\動 籲再且’本發明電力變換 構並聯連接的第1放電雷Rb * a /具有與其第 消孤元件，會介上述第/瓜父成變換機構/ 構的 昂1放電電阻將t、、☆ _ 的第2自叙 電’故能確：簡便的執行直流電容器直的:電容器的 動 再且，本發明電力變換裝置，係2玫電動作。 眷並聯連接的第1放電電阻，以及連接、/古與其第1開關機 Y由使用第3自動消弧元件的第2開關機流電路的端子 的=聯連接體’透過斷開上述第 1構與第2敌電 ^，同時起動上述第2開關機構的=構：帛！自動消、 μ上述弟1及弟2放電電阻將直流電容哭1 =消弧元件，会 °。勺電荷玫電，払： 575990 五、發明說明（30) 確實簡便的執行直流電容器的放電動作。 再且，本發明電力變換裝置，係具有檢測該直流電容 器電壓的第2電壓檢測機構；以及連接在直流電路的端子 間，使用第3自動消弧元件的第2開關機構與第2放電電阻 的串聯連接體， 經由交流電源將上述直流電容器充電至該額定直流電 壓時，於啟動上述第1開關機構的第1自動消弧元件，並斷 開上述第2開關機構的第3自動消弧元件狀態下，施加上述 交流電源開始上述直流電容器的充電，上述第2電壓檢測 機構的輸出從上述額定直流電壓超過選定量高的選定設定 值時，會啟動上述第2開關機構的第3自動消弧元件，介上 述第2放電電阻將上述直流電容器的電荷放電，上述第2電 壓檢測機構的輸出降到上述額定直流電壓時，會斷開上述 第2開關機構的第3自動消弧元件，故直流電容器的充電動 作不會過充電的順利確實進行。 再且，本發明電力變換裝置的直流電路，係具有P、 C、N 3個端子，且上述端子P、C間具有P側的直流電容器及 第1開關機構，上述C、N間具有N側的直流電容器及第1開 關機構，直流交流變換裝置係由連接在上述P、N間，分別 與第2自動消弧元件逆並聯連接的二極體組成的第1至第4 臂串聯連接體；連接在上述第1、第2臂的連接點及第3、 第4臂的連接點與上述端子C間的第1、第2箝位二極體構 成，由於是從第3臂的連接點取得交流輸出的3位準變換機 構，故3位準電力變換裝置的直流短路電流會被有效的予

313996.rnd 第35頁 575990 ，五、發明說明（31) I以抑制。 再且，本發明的電力變換裝置，其P側及N側的第1開 關機構係具有逆並聯連接於第1自動消弧元件的二極體， 並具有將連接於交流電源的交流電力變換成直流電力供應 .到i流電路的交流直流變換機構，上述交流直流變換機構 像具有對應直流電路端子P、c、N的3個輸出端子，由於在 占述端子P、C間及端子C、N間分別輸出直流電壓，所以在 介直流的交流交流3位準電力變換裝置的直流短路電流會 被有效的予以抑制。 ^ 再且，本發明的電力變換裝置，係具有檢測其P側及N ί第1開關機構電壓的P側及N側第1電壓檢測機構，上述P 側或Ν側第1電壓檢測機構的輸出超過選定設定值時，會斷 開上述兩第1開關機構的第1自動消弧元件及直流交流變換 #構第1至第4臂的第2自動消弧元件，故能簡便確實的切 斷直流短路電流。 再且，本發明的電力變換裝置，係具有檢測其Ρ側及Ν 側直流電容器電壓的Ρ側及Ν側第2電壓檢測機構，以及連 接在直流電路的端子Ρ、C間及C、Ν間，使用Ρ側及Ν側第3 i動消弧元件的第2開關機構與第2放電電阻的串聯連接 睿， - 從交流電源將上述兩直流電容器充電其額定直流電壓 哼，於啟動上述兩第1開關機構的第1自動消弧元件，並斷 K述兩第2開關機構的第3自動消弧元件的狀態下，施加 交流電源開始充電上述兩直流電容器，於P側及N側的

313996.ptd 第36頁 575990 五、發明說明（32) 各邊，上述第2電壓檢測機構的輸出從上述額定直流電壓 超過選定量高的選定設定值時，會啟動上述第2開關機構 的第3自動消弧元件，介上述第2放電電阻將上述直流電容 器的電荷放電，上述第2電壓檢測機構的輸出降到上述額 定直流電壓時，會斷開上述第2開關機構的第3自動消弧元 件，故直流電容器的充電動作不會過充電的順利確實進 行。 再且，本發明的電力變換裝置，係由於具有：其P側 及N側第2電壓檢測機構的輸出差為零時，輸出充電完成信 號的電壓差檢測機構，以及上述第2電壓檢測機構任何一 者的輸出，從超過較直流電容器的額定直流電壓低的選定 設定值時起到經過選定的設定時間止，停止上述電壓差檢 測機構輸出的停止輸出機構，故能確實掌握兩直流電容器 的充電動作完成時間。 再且，本發明電力變換裝置的交流直流變換機構，係 由：連接在直流電路端子P、N間，分別和第6自動消弧元 件逆並聯連接二極體組成的第1至第4臂串聯連接體；連接 在上述第1、第2臂的連接點及第3、第4臂的連接點與上述 直流電路端子C間的第1、第2箝位二極體組成，屬於在上 述第2、第3臂的連接點取得交流輸入的3位準變換機構， 故介由直流可有效抑制具3位準變換機構交流交流電力變 換裝置的直流短路電流。 再且，本發明電力變換裝置，其直流交流變換機構的 P側或N側發生直流短路時，透過斷開P側及N側第1開關機

313996.rtd 第37頁 575990 *五、發明說明（33) 構的第1自動消弧元件，以及交流直流變換機構全相第1、 第4臂的第6自動消弧元件，並啟動全相第2、第3臂的第6 自動消弧元件，可防止未發生直流短路極性側直流電容器 的過充電，故直流短路時，能有效抑制來自交流電源的直 、流電容器過充電現象。 > 再且，本發明電力變換裝置，係具有和其交流直流變 ^奐機構的第1及第2箝位二極體分別逆並聯連接的第7自動 消弧元件，直流交流變換機構的P側或N側發生直流短路 時，透過斷開P側及N側第1開關機構的第1自動消弧元件， j及上述交流直流變換機構全相第1、第4臂的第6自動消 元件，並啟動全相第2、第3臂的第6自動消弧元件，及 上述第7自動消弧元件，可防止未發生直流短路極性側直 流電容器的過充電，故直流短路時，能有效抑制來自交流 ^^源的直流電容器過充電現象。

313996.ptd 第38頁 575990 圖式簡單說明 【圖面之簡單說明】 第1圖係說明本發明實施形態1的電力變換裝置主電路 圖。（代表圖） 第2圖係說明本發明實施形態1的自動消弧元件特性 圖。 第3圖係說明本發明實施形態2的自動消弧元件特性 圖。 第4圖係說明本發明實施形態3的電力變換裝置主電路 及控制電路圖。 第5圖係說明本發明實施形態4的電力變換裝置主電路 及控制電路圖。 第6圖係說明本發明實施形態5的電力變換裝置主電路 及控制電路圖。 第7圖係說明本發明實施形態5的電力變換裝置主電路 動作波形圖。 第8圖係說明本發明實施形態6的電力變換裝置主電路 圖。 第9圖係說明本發明實施形態7的電力變換裝置主電路 及控制電路圖。 第1 0圖係說明本發明實施形態8的電力變換裝置主電 路及控制電路圖。 第1 1圖係說明本發明實施形態8的電力變換裝置主電 路動作波形圖。 第1 2圖係說明本發明實施形態9的電力變換裝置主電

313996.ptd 第39頁 575990 '圖式簡單說明 路圖。 第1 3圖係說明本發明實施形態1 0的電力變換裝置主電 路圖。 第1 4圖係說明本發明實施形態11的電力變換裝置主電 、路囱。 ， 第1 5圖係說明本發明實施形態1 2的電力變換裝置主電 路及控制電路圖。

W 第1 6圖係說明本發明實施形態1 3的電力變換裝置主電 路及控制電路圖。 第1 7圖係說明本發明實施形態1 4的電力變換裝置主電 第1 8圖係說明本發明實施形態1 5的電力變換裝置主電 路圖。 #符號說明】 卜1 A、 1B 第1電力變換器 2、2A、2B 第2電力變換器 3、3P、3N 直流電容器 4 第1開關 7 第1電壓檢測器 8、1 9、1 9 A、1 9 B 直流短路控制電路 第1放電電阻 第2開關 第3電壓檢測器 19 第2電壓檢測器 充電完成檢測電路 2 3 P、2 3 N 限流電阻 9 1-6 18 i 23 13 第2放電電阻 15 閘電路 17 充電控制電路 1 9 B直流短路控制電路 22、 22P、 22N 第 3開關 24、 24P、 24N 第 4開關

313996.ptd 第40頁 575990 圖式簡單說明 25、25P、25N 第3放電電阻

313996.pid 第41頁

Claims (1)

1. 575990 •六、申請專利範圍 1. 一種電力變換裝置，係具有：由直流電容器與使用第1 i 自動消弧元件的第1開關機構組成串聯連接體的直流電 路；以及由使用第2自動消弧元件的複數個臂構成，並 連接到上述直流電路將直流電力變換成交流電力的直 、流交流變換機構，於上述臂故障產生直流短路時，藉 、上述第1自動消弧元件抑制短路電流流通於健全臂者， .其特徵為： Y 上述第1及第2自動消弧元件使用電壓驅動型自動 ’ 消弧元件，考慮運轉時上述第1自動消弧元件的通電任 務較上述第2自動消弧元件低，透過將上述第1自動消 ® 弧元件的啟閘電壓設定較上述第2自動消弧元件的啟閘 電壓低，來增大上述第1自動消弧元件帶來的短路電流 抑制效果。 肇一種電力變換裝置，係具有：由直流電容器與使用第1 自動消弧元件的第1開關機構組成串聯連接體的直流電 路；以及由使用第2自動消弧元件的複數個臂構成，並 連接到上述直流電路將直流電力變換成交流電力的直 流交流變換機構，於上述臂故障產生直流短路時，藉 # 上述第1自動消弧元件抑制短路電流流通於健全臂者， Φ 其特徵為： • 上述第1及第2自動消弧元件使用幾乎具有相同電 流容量的電壓驅動型自動消弧元件，考慮運轉時上述 I第1自動消弧元件的通電任務較上述第2自動消弧元件 胃低，透過將構成上述第1自動消弧元件的元件並聯數設

   313996.ptd 第42頁 575990 六、申請專利範圍 定較構成上述第2自動消弧元件的元件並聯數少，來增 大上述第1自動消弧元件帶來的短路電流抑制效果。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的電力變換裝置， 其中，第1開關機構係具有和其第1自動消弧元件逆並 聯連接的二極體，及將連接到交流電源的交流電力變 換成直流電力供給到直流電路的交流直流變換機構。 4. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的電力變換裝置， 其中，具有檢測第1開關機構電壓的第1電壓檢測機 構，當該第1電壓檢測機構的輸出超過選定的設定值 時，會斷開上述第1開關機構的第1自動消弧元件及直 流交流變換機構的第2自動消弧元件。 5. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的電力變換裝置， 其中，具有和第1開關機構並聯連接的第1放電電阻， 透過斷開上述第1開關機構的第1自動消弧元件，同時 啟動直流交流變換機構的第2自動消弧元件，介上述第 1放電電阻將直流電容器的電荷予以放電。 6. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的電力變換裝置， 其中，具有和第1開關機構並聯連接的第1放電電阻， 以及連接在直流電路端子間的，使用第3自動消弧元件 的第2開關機構與第2放電電阻的串聯連接體，透過斷 開上述第1開關機構的第1自動消弧元件，同時啟動上 述第2開關機構的第3自動消弧元件，介上述第1及第2 放電電阻將直流電容器的電荷予以放電。 7. 如申請專利範圍第3項記載的電力變換裝置，其中，具

   313996.pid 第43頁 575990 、六、申請專利範圍 有檢測直流電容器電壓的第2電壓檢測機構，以及連接 在直流電路端子間的，使用第3自動消弧元件的第2開 關機構與第2放電電阻的串聯連接體， 由交流電源將上述直流電容器充電至其額定直流 -電壓時，於啟動上述第1開關機構的第1自動消弧元 件，並斷開上述第2開關機構的第3自動消弧元件之狀 態下，施加上述交流電源開始上述直流電容器的充 電，當上述第2電壓檢測機構的輸出從上述額定直流電 壓超過選定量高的選定設定值時，啟動上述第2開關機 構的第3自動消弧元件，並介上述第2放電電阻將上述 直流電容器的電荷予以放電，上述第2電壓檢測機構的 輸出降到上述額定直流電壓時，會斷開上述第2開關機 構的第3自動消弧元件。 #如申請專利範圍第1項或第2項記載的電力變換裝置， 其中，直流電路具P、C、N 3個端子，上述端子P、C間 具有P側的直流電容器及第1開關機構；上述端子C、N 間具有N側的直流電容器及第1開關機構，直流交流變 換機構係由連接上述端子P、N間，分別與第2自動消弧 • 元件逆並聯連接的二極體組成的第1至第4串聯連接 _體，及連接上述第1、第2臂連接點及第3、第4臂連接 > 點與上述端子C間的第1、第2箝位二極體組成，並從上 述第2、第3臂的連接點取得交流輸出的3位準變換機 β 構。 如申請專利範圍第8項記載的電力變換裝置，其中

   313996.ptd 第44頁 575990 六、申請專利範圍 側及N側的第1開關機構係具有逆並聯連接於其第1自動 消弧元件的二極體，及連接交流電源將交流電力變換 成直流電力供給到直流電路的交流直流變換機構，上 述交流直流變換機構係具有對應直流電路端子P、C、N 的3個輸出端子，於上述端子P、C間及端子C、N間分別 輸出直流電壓。 1 0.如申請專利範圍第8項記載的電力變換裝置，其中，具 有檢測P側及N側第1開關機構電壓的P側及N側第1電壓 檢測機構，上述P側或N側第1電壓檢測機構的輸出超過 選定設定值時，會斷開上述兩第1開關機構的第1自動 消弧元件及直流交流變換機構的第1至第4臂的第2自動 消弧元件。 1 1.如申請專利範圍第9項記載的電力變換裝置，其中，具 有檢測P側及N側直流電容器電壓的P側及N側第2電壓檢 測機構，以及連接在直流電路端子P、C間及C、N間， 使用P側及画第3自動消弧元件的第2開關機構與第2放 電電阻之串聯連接體， 從交流電源將上述兩直流電容器充電至其額定直 流電壓時，於啟動上述兩第1開關機構的第1自動消弧 元件，並斷開上述兩第2開關機構第3自動消弧元件的 狀態下，施加上述交流電源開始充電上述兩直流電容 器，於P側及N側的各邊，上述第2電壓檢測機構的輸出 從上述額定直流電壓超過選定量高的選定設定值時， 啟動上述第2開關機構的第3自動消弧元件，介上述第2

   313996.ptd 第45頁 575990 、六、申請專利範圍 放電電阻將上述直流電容器的1電荷放電，上述第2電 ^ 壓檢測機構的輸出降到上述額定直流電壓時，會斷開 上述第2開關機構的第3自動消弧元件。 • 1 2 .如申請專利範圍第11項記載的電力變換裝置，其中， 、具有於P側及N側第2電壓檢測機構的輸出差為零時，輸 出充電完成信號的電壓差’以及上述第2電壓檢測機構 ^的任何一者之輸出超過較直流電容器額定直流電壓低 ’ 的選定設定值時起到經過選定的設定時間止，停止上 ， 述電壓差檢測機構輸出的停止輸出機構。 1 3 .如申請專利範圍第9項記載的電力變換裝置，其中，交 •流直流變換機構係由連接在直流電路端子P、N間，分 別與第6自動消弧元件逆並聯連接的二極體組成的第1 至第4臂的串聯連接體；連接在上述第1、第2臂的連接 鲁點及第3、第4臂的連接點與上述直流電路端子C間的第 1、第2箝位二極體組成，於上述第2、第3臂的連接點 取得交流輸入的3位準變換機構。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項記載的電力變換裝置，其特徵 為：直流交流變換機構的P側或N側產生直流短路時， • 透過斷開P側及N側第1開關機構的第1自動消弧元件， 及交流直流變換機構的全相第1、第4臂的第6自動消孤 胃元件，並啟動全相第2、第3臂的第6自動消弧元件，能 防止過充電未發生直流短路的極性側直流電容器。 1&.如申請專利範圍第1 3項記載的電力變換裝置，其中， *具有分別和交流直流變換機構第1及第2箝位二極體逆

   313996.ptd 第46頁 575990 六、申請專利範圍 並聯連接的第7自動消弧元件，直流交流變換機構的P 側或N側產生直流短路時，透過斷開P側及N側第1開關 機構的第1自動消弧元件，及上述交流直流變換機構全 相第1、第4臂的第6自動消弧元件，並啟動全相第2、3 臂的第6自動消弧元件，及上述第7自動消弧元件，能 防止過充電未發生直流短路的極性側直流電容器。

   313996.pid 第47頁