JP2000316232A - 電力変換器の保護装置 - Google Patents
電力変換器の保護装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】モジュール型半導体素子を用いた電力変換器に
おいて、電源短絡事故時等に生ずるモジュール型半導体
素子の開放破損による事故波及被害を、電力変換器のコ
ストアップや変換効率低下を伴うことなく防止できる。 【解決手段】モジュール型半導体素子の開放破損時に生
ずるアーク放電の異常電圧でブレークオーバ或いはブレ
ークダウンする半導体素子とヒューズの直列体を、また
は前記異常電圧の検出器出力で点弧される半導体スイッ
チング素子とヒューズの直列体を、相短絡を生ずる前記
直列半導体素子端子間に設ける。
おいて、電源短絡事故時等に生ずるモジュール型半導体
素子の開放破損による事故波及被害を、電力変換器のコ
ストアップや変換効率低下を伴うことなく防止できる。 【解決手段】モジュール型半導体素子の開放破損時に生
ずるアーク放電の異常電圧でブレークオーバ或いはブレ
ークダウンする半導体素子とヒューズの直列体を、また
は前記異常電圧の検出器出力で点弧される半導体スイッ
チング素子とヒューズの直列体を、相短絡を生ずる前記
直列半導体素子端子間に設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＩＧＢＴやパワート
ランジスタ等のモジュール型半導体素子を用いて直流を
交流に変換又はその逆変換を行う電力変換器の保護装置
に関するものである。
ランジスタ等のモジュール型半導体素子を用いて直流を
交流に変換又はその逆変換を行う電力変換器の保護装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気車制御装置にはＧＴＯやＩＧ
ＢＴ，パワートランジスタ等の半導体スイッチング素子
を用いたインバータやコンバータ等の電力変換器が多用
されている。このうち、ＩＧＢＴやパワートランジスタ
等のモジュール型半導体スイッチング素子を用いた電力
変換器、例えばインバータを用いた電気車では、該イン
バータ相短絡等の電源短絡事故時に発生する過大電流に
よりモジュール内の半田接続部が剥がれて、半導体スイ
ッチング素子は開放故障となることが多い。この開放故
障の原因である相短絡電流は数万から十数万Ａにもな
り、半田接続部開放時に、アーク放電を伴って周辺装置
が破損したり、火災になる等の事故波及による被害が問
題となってくる。
ＢＴ，パワートランジスタ等の半導体スイッチング素子
を用いたインバータやコンバータ等の電力変換器が多用
されている。このうち、ＩＧＢＴやパワートランジスタ
等のモジュール型半導体スイッチング素子を用いた電力
変換器、例えばインバータを用いた電気車では、該イン
バータ相短絡等の電源短絡事故時に発生する過大電流に
よりモジュール内の半田接続部が剥がれて、半導体スイ
ッチング素子は開放故障となることが多い。この開放故
障の原因である相短絡電流は数万から十数万Ａにもな
り、半田接続部開放時に、アーク放電を伴って周辺装置
が破損したり、火災になる等の事故波及による被害が問
題となってくる。
【０００３】この解決策の一つとして、従来、例えば特
開平3−78432号公報に記載のように、インバータ各相ア
ームに高速ヒューズを挿入することが行われていた。こ
の高速ヒューズは、電源短絡等による素子破損で生ずる
モジュール素子の外壁破裂を防ぐもので、高速ヒューズ
接続による配線インダクタンス増やそのためのスナバ設
置が記載されている。
開平3−78432号公報に記載のように、インバータ各相ア
ームに高速ヒューズを挿入することが行われていた。こ
の高速ヒューズは、電源短絡等による素子破損で生ずる
モジュール素子の外壁破裂を防ぐもので、高速ヒューズ
接続による配線インダクタンス増やそのためのスナバ設
置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、通
電容量のある大容量高速ヒューズが必要であり、このヒ
ューズは比較的高価なものである、またヒューズ自身の
内部インダクタンスやその取付けのための配線インダク
タンスが増えて半導体スイッチング素子のスナバ強化や
それに伴う損失増加が生じて、電力変換器のコスト高や
変換効率が悪くなる等の問題が考えられる。
電容量のある大容量高速ヒューズが必要であり、このヒ
ューズは比較的高価なものである、またヒューズ自身の
内部インダクタンスやその取付けのための配線インダク
タンスが増えて半導体スイッチング素子のスナバ強化や
それに伴う損失増加が生じて、電力変換器のコスト高や
変換効率が悪くなる等の問題が考えられる。
【０００５】本発明の目的は、上記に鑑み、モジュール
型半導体素子を用いた電力変換器において、電源短絡事
故時等に生ずる前記モジュール型半導体素子の開放破損
による事故波及被害に対する保護装置を簡単な構成で実
現し、電力変換器全体のコストアップや変換効率低下を
防止することにある。
型半導体素子を用いた電力変換器において、電源短絡事
故時等に生ずる前記モジュール型半導体素子の開放破損
による事故波及被害に対する保護装置を簡単な構成で実
現し、電力変換器全体のコストアップや変換効率低下を
防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、直流電
源両端に１相分の上下アームとして直列接続されたモジ
ュール型半導体素子が接続され、該素子の直列接続点に
交流出力端子を備えた電力変換器において、前記直列接
続されたモジュール型半導体素子両端に、所定の電圧以
上でブレークダウン或いはブレークオーバして導通状態
となる半導体素子とヒューズの直列体を並列接続した保
護装置を設けることにより達成される。また、上記発明
の目的は、直流電源両端に１相分の上下アームとして直
列接続されたモジュール型半導体素子が接続され、該素
子の直列接続点に交流出力端子を備えた電力変換器にお
いて、前記直列接続されたモジュール型半導体素子両端
に、該モジュール型半導体素子の過大電流で開放故障と
なるときの異常電圧で点弧制御されるサイリスタ素子と
ヒューズの直列体を並列接続した保護装置を設けること
により達成される。
源両端に１相分の上下アームとして直列接続されたモジ
ュール型半導体素子が接続され、該素子の直列接続点に
交流出力端子を備えた電力変換器において、前記直列接
続されたモジュール型半導体素子両端に、所定の電圧以
上でブレークダウン或いはブレークオーバして導通状態
となる半導体素子とヒューズの直列体を並列接続した保
護装置を設けることにより達成される。また、上記発明
の目的は、直流電源両端に１相分の上下アームとして直
列接続されたモジュール型半導体素子が接続され、該素
子の直列接続点に交流出力端子を備えた電力変換器にお
いて、前記直列接続されたモジュール型半導体素子両端
に、該モジュール型半導体素子の過大電流で開放故障と
なるときの異常電圧で点弧制御されるサイリスタ素子と
ヒューズの直列体を並列接続した保護装置を設けること
により達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例で、モ
ジュール型半導体素子を用いた電力変換器における保護
装置を２レベルインバータ式電気車に適用した例で示
す。
ジュール型半導体素子を用いた電力変換器における保護
装置を２レベルインバータ式電気車に適用した例で示
す。
【０００８】１は図示しない直流電源に接続された架線
から電気車へ電力を供給するパンタグラフ、２は断流
器、３は次段のフィルタ回路への充電抵抗(或いは減流
抵抗)、４は高速度遮断器である。５は前記フィルタ回
路のリアクトルで、後述する各相に分割設置されたコン
デンサとでＬＣフィルタを構成する。６，７，８は、図
示しないＰＷＭ制御回路によりモジュール型半導体素子
をスイッチングして、直流から２レベル電位の３相交流
に変換若しくはその逆変換する２レベル３相インバータ
の電力変換器を構成するＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各変換器に
該当し、その具体的回路はＵ相の変換器６に示される。
から電気車へ電力を供給するパンタグラフ、２は断流
器、３は次段のフィルタ回路への充電抵抗(或いは減流
抵抗)、４は高速度遮断器である。５は前記フィルタ回
路のリアクトルで、後述する各相に分割設置されたコン
デンサとでＬＣフィルタを構成する。６，７，８は、図
示しないＰＷＭ制御回路によりモジュール型半導体素子
をスイッチングして、直流から２レベル電位の３相交流
に変換若しくはその逆変換する２レベル３相インバータ
の電力変換器を構成するＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各変換器に
該当し、その具体的回路はＵ相の変換器６に示される。
【０００９】６１，６２は、２レベルインバータの上下
アームを構成するモジュール型半導体素子のＩＧＢＴ、
６３は各相毎に分割されたフィルタコンデンサである。
該コンデンサ６３には、通常、架線電圧が充電され、Ｕ
相変換器６における電源電圧となる。このフィルタコン
デンサ電圧が、それぞれＶ相，Ｗ相においてもそれぞれ
の電源電圧になることは同じである。６４，６５は、前
記ＩＧＢＴやフィルタコンデンサを接続して変換器を構
成する際に生ずる配線インダクタンス等である。
アームを構成するモジュール型半導体素子のＩＧＢＴ、
６３は各相毎に分割されたフィルタコンデンサである。
該コンデンサ６３には、通常、架線電圧が充電され、Ｕ
相変換器６における電源電圧となる。このフィルタコン
デンサ電圧が、それぞれＶ相，Ｗ相においてもそれぞれ
の電源電圧になることは同じである。６４，６５は、前
記ＩＧＢＴやフィルタコンデンサを接続して変換器を構
成する際に生ずる配線インダクタンス等である。
【００１０】ここで、６６，６７が本発明に関連する部
分で、６６が所定電圧でブレークオーバ或いはブレーク
ダウンして導通状態になる半導体素子、６７がヒューズ
である。この両者は直列接続され、その直列体は、直列
接続されたＩＧＢＴ６１，６２の両端に並列接続され
る。
分で、６６が所定電圧でブレークオーバ或いはブレーク
ダウンして導通状態になる半導体素子、６７がヒューズ
である。この両者は直列接続され、その直列体は、直列
接続されたＩＧＢＴ６１，６２の両端に並列接続され
る。
【００１１】また、６８は直列接続されたＩＧＢＴ６
１，６２の接続点に接続されるＵ相の交流出力端子で、
他のＶ相，Ｗ相の交流出力端子７８，８８とでインバー
タ負荷である３相誘導電動機（図は省略）に接続され
る。
１，６２の接続点に接続されるＵ相の交流出力端子で、
他のＶ相，Ｗ相の交流出力端子７８，８８とでインバー
タ負荷である３相誘導電動機（図は省略）に接続され
る。
【００１２】さて、以上のように構成されたインバータ
式電気車において、例えばノイズ誤動作や１素子破損等
の原因でＵ相変換器６の上下アームＩＧＢＴ６１，６２
が共に導通状態になると、前記フィルタコンデンサ６３
を短絡する電源短絡事故となる。
式電気車において、例えばノイズ誤動作や１素子破損等
の原因でＵ相変換器６の上下アームＩＧＢＴ６１，６２
が共に導通状態になると、前記フィルタコンデンサ６３
を短絡する電源短絡事故となる。
【００１３】ところで、このＵ相フィルタコンデンサ６
３は、配線インダクタンス６４，６５を介して他のＶ
相，Ｗ相に接続されている。一般的に、各相における配
線インダクタンスは数μＨ以下と小さく、このためＵ相
フィルタコンデンサの電源短絡は、直ちにＶ相，Ｗ相の
フィルタコンデンサをも短絡する電源短絡事故へと発展
する。このため、電源短絡事故原因のＵ相上下アームＩ
ＧＢＴ６１，６２に流れる電源短絡電流は、架線電圧の
高い電気車においては十数万〜数十万Ａにもなり、ＩＧ
ＢＴモジュール内の半田接続部が剥がれて、該ＩＧＢＴ
素子は開放故障となることが多い。そして、この半田接
続部の開放時にアーク放電を伴うので、場合によって
は、周辺装置が破損したり、火災になる等の事故波及に
よる被害が問題となる。このため、従来は、前述したよ
うにインバータ各相のアームにヒューズを挿入して、素
子破損による開放故障を防止することが提案されている
が、通常電流が流れるためヒューズには所定の電流容量
が必要でコスト高になること、及びヒューズ実装に伴う
配線インダクタンスの増加で素子のスナバを強化せざる
を得ず、そのために生ずる損失増加等の問題があった。
本発明は、前述した従来例と同様に素子破損による開放
故障は止むを得ないものとし、その開放故障時に生ずる
アーク放電による周辺装置の破損や火災等の事故波及を
防止するものである。
３は、配線インダクタンス６４，６５を介して他のＶ
相，Ｗ相に接続されている。一般的に、各相における配
線インダクタンスは数μＨ以下と小さく、このためＵ相
フィルタコンデンサの電源短絡は、直ちにＶ相，Ｗ相の
フィルタコンデンサをも短絡する電源短絡事故へと発展
する。このため、電源短絡事故原因のＵ相上下アームＩ
ＧＢＴ６１，６２に流れる電源短絡電流は、架線電圧の
高い電気車においては十数万〜数十万Ａにもなり、ＩＧ
ＢＴモジュール内の半田接続部が剥がれて、該ＩＧＢＴ
素子は開放故障となることが多い。そして、この半田接
続部の開放時にアーク放電を伴うので、場合によって
は、周辺装置が破損したり、火災になる等の事故波及に
よる被害が問題となる。このため、従来は、前述したよ
うにインバータ各相のアームにヒューズを挿入して、素
子破損による開放故障を防止することが提案されている
が、通常電流が流れるためヒューズには所定の電流容量
が必要でコスト高になること、及びヒューズ実装に伴う
配線インダクタンスの増加で素子のスナバを強化せざる
を得ず、そのために生ずる損失増加等の問題があった。
本発明は、前述した従来例と同様に素子破損による開放
故障は止むを得ないものとし、その開放故障時に生ずる
アーク放電による周辺装置の破損や火災等の事故波及を
防止するものである。
【００１４】次に、図１の実施例における発明部の動作
・作用について説明する。Ｕ相上下アームのＩＧＢＴ６
１，６２がノイズ誤動作等により共に導通状態になる
と、前記したように十数万〜数十万Ａの電源短絡電流が
流れ、前記した配線インダクタンス６４，６５等にはこ
の電源短絡電流によるエネルギーが蓄積される。一方、
上記電源短絡電流が流れているＩＧＢＴ６１，６２のモ
ジュール内では、その過大電流によるジュール熱で半田
接続部が剥がれ、これらＩＧＢＴ素子は開放故障とな
る。ＩＧＢＴ素子の開放状態（６１か６２が単独で、或
いは６１と６２の両方）は、上記した電源短絡電流を無
理矢理遮断することになり、その開放端子間には上記配
線インダクタンス６４，６５等に蓄積されたエネルギー
によるアーク放電を生ずる。このアーク放電エネルギー
は、例え配線インダクタンスが小さくても、電源短絡電
流が十数万〜数十万Ａと非常に大きいので膨大なものと
なり、モジュールが破裂して周辺装置への波及事故とな
るものである。
・作用について説明する。Ｕ相上下アームのＩＧＢＴ６
１，６２がノイズ誤動作等により共に導通状態になる
と、前記したように十数万〜数十万Ａの電源短絡電流が
流れ、前記した配線インダクタンス６４，６５等にはこ
の電源短絡電流によるエネルギーが蓄積される。一方、
上記電源短絡電流が流れているＩＧＢＴ６１，６２のモ
ジュール内では、その過大電流によるジュール熱で半田
接続部が剥がれ、これらＩＧＢＴ素子は開放故障とな
る。ＩＧＢＴ素子の開放状態（６１か６２が単独で、或
いは６１と６２の両方）は、上記した電源短絡電流を無
理矢理遮断することになり、その開放端子間には上記配
線インダクタンス６４，６５等に蓄積されたエネルギー
によるアーク放電を生ずる。このアーク放電エネルギー
は、例え配線インダクタンスが小さくても、電源短絡電
流が十数万〜数十万Ａと非常に大きいので膨大なものと
なり、モジュールが破裂して周辺装置への波及事故とな
るものである。
【００１５】図１に示す本発明の実施例では、上記アー
ク放電に伴い異常電圧が発生することを利用し、該異常
電圧でブレークオーバ或いはブレークダウンして導通状
態になる半導体素子６６により、上記開放状態になるＩ
ＧＢＴ６１，６２と並列にヒューズ６７を挿入すること
で上記アーク放電の発生を抑制し、且つ上記配線インダ
クタンスの蓄積エネルギーをヒューズ６７で消費させる
ものである。
ク放電に伴い異常電圧が発生することを利用し、該異常
電圧でブレークオーバ或いはブレークダウンして導通状
態になる半導体素子６６により、上記開放状態になるＩ
ＧＢＴ６１，６２と並列にヒューズ６７を挿入すること
で上記アーク放電の発生を抑制し、且つ上記配線インダ
クタンスの蓄積エネルギーをヒューズ６７で消費させる
ものである。
【００１６】すなわち、開放故障したＩＧＢＴ素子のア
ーク放電エネルギーは、その異常電圧で導通状態となつ
た半導体素子６６とヒューズ６７の直列回路に分流さ
れ、この分流作用によりアーク放電が抑制された状態で
ＩＧＢＴ素子破損箇所の開放が進み、やがてアーク放電
エネルギーが全て上記直列回路に転流されたところで、
ＩＧＢＴ素子破損箇所の開放動作及びアーク放電が止ま
ることになる。そして、上記のアーク放電エネルギーが
全て転流されたヒューズ６７においては、これまでのヒ
ューズ内消費エネルギーが加算されて、その値がヒュー
ズ６７のｉ2ｔ耐量を超えたところで熔断し始め、上記
アーク放電エネルギーをヒューズ内で消費することで、
ヒューズ６７自体でのアーク放電を防止する。以上の動
作・作用により、ＩＧＢＴ素子開放破損による事故波及
被害を防止できるものである。
ーク放電エネルギーは、その異常電圧で導通状態となつ
た半導体素子６６とヒューズ６７の直列回路に分流さ
れ、この分流作用によりアーク放電が抑制された状態で
ＩＧＢＴ素子破損箇所の開放が進み、やがてアーク放電
エネルギーが全て上記直列回路に転流されたところで、
ＩＧＢＴ素子破損箇所の開放動作及びアーク放電が止ま
ることになる。そして、上記のアーク放電エネルギーが
全て転流されたヒューズ６７においては、これまでのヒ
ューズ内消費エネルギーが加算されて、その値がヒュー
ズ６７のｉ2ｔ耐量を超えたところで熔断し始め、上記
アーク放電エネルギーをヒューズ内で消費することで、
ヒューズ６７自体でのアーク放電を防止する。以上の動
作・作用により、ＩＧＢＴ素子開放破損による事故波及
被害を防止できるものである。
【００１７】なお、ＩＧＢＴ素子破損箇所の開放状態つ
まり開放端子距離によっては、前記ヒューズ熔断後にそ
の開放端子間に印加される電圧（ほとんどの場合フィル
タコンデンサ電圧）によりアーク放電が発生する事が考
えられるが、この場合のアーク放電エネルギーはその前
に電源短絡状態がなく開放状態でのものなので、前記電
源短絡電流によるアーク放電エネルギーよりは小さく、
モジュールを破裂させる程のものではない。それに、電
源短絡発生時には、既設の他の保護装置も作用して回路
遮断やフィルタコンデンサ電圧の放電が行われるので、
例え上記ヒューズ熔断後のアーク放電が発生しても、そ
れは自動的に保護されるものである。
まり開放端子距離によっては、前記ヒューズ熔断後にそ
の開放端子間に印加される電圧（ほとんどの場合フィル
タコンデンサ電圧）によりアーク放電が発生する事が考
えられるが、この場合のアーク放電エネルギーはその前
に電源短絡状態がなく開放状態でのものなので、前記電
源短絡電流によるアーク放電エネルギーよりは小さく、
モジュールを破裂させる程のものではない。それに、電
源短絡発生時には、既設の他の保護装置も作用して回路
遮断やフィルタコンデンサ電圧の放電が行われるので、
例え上記ヒューズ熔断後のアーク放電が発生しても、そ
れは自動的に保護されるものである。
【００１８】さて、この図１の実施例における半導体素
子６６及びヒューズ６７には、インバータの通常動作時
に電流が流れないので小容量・安価なものでよく、また
アーム内に接続する必要がないので配線インダクタンス
が増えて損失が増加することがない等の特徴がある。そ
して、上記半導体素子６６は、所定電圧でブレークオー
バして導通状態になる素子としていわゆるブレークオー
バ素子か、または所定電圧でブレークダウンして導通状
態になる素子としてダイオードを使用するもので、その
電圧容量はインバータのアームを構成する素子に通常印
加される最大ピーク電圧以上に選ばれるものである。
子６６及びヒューズ６７には、インバータの通常動作時
に電流が流れないので小容量・安価なものでよく、また
アーム内に接続する必要がないので配線インダクタンス
が増えて損失が増加することがない等の特徴がある。そ
して、上記半導体素子６６は、所定電圧でブレークオー
バして導通状態になる素子としていわゆるブレークオー
バ素子か、または所定電圧でブレークダウンして導通状
態になる素子としてダイオードを使用するもので、その
電圧容量はインバータのアームを構成する素子に通常印
加される最大ピーク電圧以上に選ばれるものである。
【００１９】以上に述べた図１の本発明の一実施例によ
れば、モジュール型半導体素子を用いた電力変換器にお
いて、電源短絡事故時等に生ずる前記モジュール型半導
体スイッチング素子の開放破損による事故波及被害に対
して簡単な構成で保護装置が実現でき、その保護装置を
含めた電力変換器全体のコストアップや変換効率低下を
伴うことなく防止できる効果がある。
れば、モジュール型半導体素子を用いた電力変換器にお
いて、電源短絡事故時等に生ずる前記モジュール型半導
体スイッチング素子の開放破損による事故波及被害に対
して簡単な構成で保護装置が実現でき、その保護装置を
含めた電力変換器全体のコストアップや変換効率低下を
伴うことなく防止できる効果がある。
【００２０】図２は、本発明の他の実施例で、モジュー
ル型半導体素子を用いた電力変換器とその保護装置の構
成図を示す。図１の実施例と異なるところは、各相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ）変換器に設けたヒューズを、各相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ）にまとめて設けたことにある。なお、他の符号
は、全て図１の実施例と同じ要素を示してある。すなわ
ち、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の直列接続されたモジュール型半導
体素子ＩＧＢＴの一端に、所定の電圧以上でブレークダ
ウン或いはブレークオーバして導通状態となる半導体素
子６６，７６，８６の一端が夫々接続され、この半導体
素子の他端に共通のヒューズ９の一端が接続され、該ヒ
ューズ９の他端が直列接続されたモジュール型半導体素
子の他端に接続されてなる。そして、例えばＵ相の電源
短絡事故に対しては、半導体素子６６とヒューズ９との
直列接続回路で前記図１の実施例に詳述した動作が行わ
れ、開放故障したＩＧＢＴのアーク放電を抑制し、周辺
装置の破損や火災等の事故波及を防止するものである。
ル型半導体素子を用いた電力変換器とその保護装置の構
成図を示す。図１の実施例と異なるところは、各相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ）変換器に設けたヒューズを、各相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ）にまとめて設けたことにある。なお、他の符号
は、全て図１の実施例と同じ要素を示してある。すなわ
ち、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の直列接続されたモジュール型半導
体素子ＩＧＢＴの一端に、所定の電圧以上でブレークダ
ウン或いはブレークオーバして導通状態となる半導体素
子６６，７６，８６の一端が夫々接続され、この半導体
素子の他端に共通のヒューズ９の一端が接続され、該ヒ
ューズ９の他端が直列接続されたモジュール型半導体素
子の他端に接続されてなる。そして、例えばＵ相の電源
短絡事故に対しては、半導体素子６６とヒューズ９との
直列接続回路で前記図１の実施例に詳述した動作が行わ
れ、開放故障したＩＧＢＴのアーク放電を抑制し、周辺
装置の破損や火災等の事故波及を防止するものである。
【００２１】この図２の本発明の他の実施例によれば、
図１の実施例において各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）変換器に設け
たヒューズを各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に纏めて設けたので、
モジュール型半導体素子を用いた電力変換器における保
護装置のコストをさらに低減できる効果がある。
図１の実施例において各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）変換器に設け
たヒューズを各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に纏めて設けたので、
モジュール型半導体素子を用いた電力変換器における保
護装置のコストをさらに低減できる効果がある。
【００２２】図３は、本発明の他の実施例で、モジュー
ル型半導体素子を用いた電力変換器とその保護装置の構
成図を示す。前記図１，図２の実施例と異なるところ
は、ヒューズに直列接続した半導体素子をサイリスタ素
子に置き換え、該サイリスタ素子をオンする制御回路を
設けたことにある。すなわち、同実施例において、661
はサイリスタ素子、６９は該サイリスタ６６１の制御回
路で、該制御回路６９は、６９１の異常電圧検出器と６
９２のサイリスタ素子ゲート回路で構成される。なお、
他の符号は、全て図１の実施例と同じ要素を示してあ
る。同実施例は、前記電源短絡事故におけるＩＧＢＴ６
１，６２の開放故障時に生ずる異常電圧を異常電圧検出
器６９１で検出し、該異常電圧検出器６９１の出力でサ
イリスタ素子ゲート回路６９２を駆動してサイリスタ素
子６６１をオンつまり導通状態とすることで、サイリス
タ素子６６１とヒューズ６７の直列回路を構成し、前記
図１の実施例に詳述した動作により、開放故障したＩＧ
ＢＴのアーク放電を抑制し、周辺装置の破損や火災等の
事故波及を防止するものである。
ル型半導体素子を用いた電力変換器とその保護装置の構
成図を示す。前記図１，図２の実施例と異なるところ
は、ヒューズに直列接続した半導体素子をサイリスタ素
子に置き換え、該サイリスタ素子をオンする制御回路を
設けたことにある。すなわち、同実施例において、661
はサイリスタ素子、６９は該サイリスタ６６１の制御回
路で、該制御回路６９は、６９１の異常電圧検出器と６
９２のサイリスタ素子ゲート回路で構成される。なお、
他の符号は、全て図１の実施例と同じ要素を示してあ
る。同実施例は、前記電源短絡事故におけるＩＧＢＴ６
１，６２の開放故障時に生ずる異常電圧を異常電圧検出
器６９１で検出し、該異常電圧検出器６９１の出力でサ
イリスタ素子ゲート回路６９２を駆動してサイリスタ素
子６６１をオンつまり導通状態とすることで、サイリス
タ素子６６１とヒューズ６７の直列回路を構成し、前記
図１の実施例に詳述した動作により、開放故障したＩＧ
ＢＴのアーク放電を抑制し、周辺装置の破損や火災等の
事故波及を防止するものである。
【００２３】なお、異常電圧検出器６９１は、電源短絡
後の異常電圧、つまり電源短絡により異常電圧検出器の
両端電圧がほぼゼロになり、その後素子開放故障により
生ずる異常電圧を検出できる構成としてある。従って、
前記図１の実施例の場合と違って、異常電圧の検出は、
アームを構成する半導体素子に通常印加される最大ピー
ク電圧に左右されることなく任意に選ぶことができ、よ
り低い電圧値での異常電圧検出が可能となるので、前記
素子開放故障時のアーク放電の抑制がより低いエネルギ
ー状態で、確実に行うことができる効果がある。
後の異常電圧、つまり電源短絡により異常電圧検出器の
両端電圧がほぼゼロになり、その後素子開放故障により
生ずる異常電圧を検出できる構成としてある。従って、
前記図１の実施例の場合と違って、異常電圧の検出は、
アームを構成する半導体素子に通常印加される最大ピー
ク電圧に左右されることなく任意に選ぶことができ、よ
り低い電圧値での異常電圧検出が可能となるので、前記
素子開放故障時のアーク放電の抑制がより低いエネルギ
ー状態で、確実に行うことができる効果がある。
【００２４】図４は、本発明の他の実施例で、モジュー
ル型半導体素子を用いた電力変換器とその保護装置の構
成図を示す。前記図３の実施例と異なるところは、各相
(Ｕ,Ｖ，Ｗ）変換器に設けたヒューズを、各相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ）にまとめて設けたことにある。なお、他の符号
は、全て図１の実施例と同じ要素を示してある。すなわ
ち、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の直列接続されたモジュール型半導
体素子ＩＧＢＴの一端に、各相のサイリスタ素子６６
１，７６１，８６１の一端が夫々接続され、このサイリ
スタ素子の他端に共通のヒューズ９の一端が接続され、
該ヒューズ９の他端が直列接続されたモジュール型半導
体素子の他端に接続されてなる。そして、例えばＵ相の
電源短絡事故に対しては、サイリスタ素子６６１とヒュ
ーズ９との直列接続回路で前記図３の実施例に詳述した
動作が行われ、開放故障したＩＧＢＴのアーク放電を抑
制し、周辺装置の破損や火災等の事故波及を防止するも
のである。この本実施例によれば、図３の実施例におい
て各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に設けたヒューズを各相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ）に纏めて設けたので、モジュール型半導体素子
を用いた電力変換器における保護装置のコストを低減で
きる効果がある。
ル型半導体素子を用いた電力変換器とその保護装置の構
成図を示す。前記図３の実施例と異なるところは、各相
(Ｕ,Ｖ，Ｗ）変換器に設けたヒューズを、各相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ）にまとめて設けたことにある。なお、他の符号
は、全て図１の実施例と同じ要素を示してある。すなわ
ち、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の直列接続されたモジュール型半導
体素子ＩＧＢＴの一端に、各相のサイリスタ素子６６
１，７６１，８６１の一端が夫々接続され、このサイリ
スタ素子の他端に共通のヒューズ９の一端が接続され、
該ヒューズ９の他端が直列接続されたモジュール型半導
体素子の他端に接続されてなる。そして、例えばＵ相の
電源短絡事故に対しては、サイリスタ素子６６１とヒュ
ーズ９との直列接続回路で前記図３の実施例に詳述した
動作が行われ、開放故障したＩＧＢＴのアーク放電を抑
制し、周辺装置の破損や火災等の事故波及を防止するも
のである。この本実施例によれば、図３の実施例におい
て各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に設けたヒューズを各相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ）に纏めて設けたので、モジュール型半導体素子
を用いた電力変換器における保護装置のコストを低減で
きる効果がある。
【００２５】ところで、本発明実施例は、２レベルイン
バータ回路でアーム素子が１素子の場合を示したが、こ
れに限定されることなく、アーム素子が２素子以上の直
列体で構成される場合や直流を３レベルの電位の交流に
変換するインバータ回路等にも適用されるものである。
バータ回路でアーム素子が１素子の場合を示したが、こ
れに限定されることなく、アーム素子が２素子以上の直
列体で構成される場合や直流を３レベルの電位の交流に
変換するインバータ回路等にも適用されるものである。
【００２６】また、本発明実施例は、フィルタコンデン
サが各相に分割設置された場合で説明したが、各相一括
で設置される場合にも適用できるものである。
サが各相に分割設置された場合で説明したが、各相一括
で設置される場合にも適用できるものである。
【００２７】
【発明の効果】以上に述べた本発明によれば、モジュー
ル型半導体素子を用いた電力変換器において、電源短絡
事故で生ずるモジュール型半導体素子の開放破損時に生
ずるアーク放電の異常電圧でブレークオーバ或いはブレ
ークダウンする半導体素子とヒューズの直列体を、また
は前記異常電圧の検出器出力で点弧される半導体スイッ
チング素子とヒューズの直列体を、電源短絡を生ずる直
列半導体素子端子間に設けることにより、前記モジュー
ル型半導体素子の開放破損による事故波及被害に対する
保護装置を簡単な構成で実現できるので、スナバ等を強
化する必要はなく電力変換器全体のコストアップを防止
できる。それと共にその保護装置には電力変換器の通常
動作時に電流が流れないので変換効率低下を防止できる
という効果が得られる。
ル型半導体素子を用いた電力変換器において、電源短絡
事故で生ずるモジュール型半導体素子の開放破損時に生
ずるアーク放電の異常電圧でブレークオーバ或いはブレ
ークダウンする半導体素子とヒューズの直列体を、また
は前記異常電圧の検出器出力で点弧される半導体スイッ
チング素子とヒューズの直列体を、電源短絡を生ずる直
列半導体素子端子間に設けることにより、前記モジュー
ル型半導体素子の開放破損による事故波及被害に対する
保護装置を簡単な構成で実現できるので、スナバ等を強
化する必要はなく電力変換器全体のコストアップを防止
できる。それと共にその保護装置には電力変換器の通常
動作時に電流が流れないので変換効率低下を防止できる
という効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例を示すモジュール型半導体素
子電力変換器の保護装置の構成図。
子電力変換器の保護装置の構成図。
【図２】本発明の他の実施例を示すモジュール型半導体
素子電力変換器の保護装置の構成図。
素子電力変換器の保護装置の構成図。
【図３】本発明の他の実施例を示すモジュール型半導体
素子電力変換器の保護装置の構成図。
素子電力変換器の保護装置の構成図。
【図４】本発明の他の実施例を示すモジュール型半導体
素子電力変換器の保護装置の構成図。
素子電力変換器の保護装置の構成図。
１…パンタグラフ、２…断流器、３…充電抵抗、４…高
速度遮断器、５…フィルタリアクトル、６，７，８…Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相変換器、９，６７…ヒューズ、６１，６
２…モジュール型半導体素子（ＩＧＢＴ）、６３…Ｕ相
フィルタコンデンサ、６４，６５…配線インダクタン
ス、６６，７６，８６…半導体素子（ブレークオーバ素
子或いはダイオード）、６８，７８，８８…Ｕ相，Ｖ
相，Ｗ相交流出力端子。
速度遮断器、５…フィルタリアクトル、６，７，８…Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相変換器、９，６７…ヒューズ、６１，６
２…モジュール型半導体素子（ＩＧＢＴ）、６３…Ｕ相
フィルタコンデンサ、６４，６５…配線インダクタン
ス、６６，７６，８６…半導体素子（ブレークオーバ素
子或いはダイオード）、６８，７８，８８…Ｕ相，Ｖ
相，Ｗ相交流出力端子。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G053 AA03 AA04 AA09 AA14 CA03 EB01 EC05 EC06 FA05 5H007 CA01 CB05 CC07 FA03 FA06 FA13 FA19 5H740 BA11 BB05 BB08 BC01 BC02 MM12
Claims (4)
- 【請求項１】直流電源両端に１相分の上下アームとして
直列接続されたモジュール型半導体素子が接続され、該
素子の直列接続点に交流出力端子を備えた電力変換器に
おいて、前記直列接続されたモジュール型半導体素子両
端に、所定の電圧以上でブレークダウン或いはブレーク
オーバして導通状態となる半導体素子とヒューズの直列
体を並列接続したことを特徴とする電力変換器の保護装
置。 - 【請求項２】１相分の上下アームとして直列接続された
モジュール型半導体素子が接続され、該素子の直列接続
点に交流出力端子を有する変換器が直流電源両端に複数
個接続された電力変換器において、前記各相の直列接続
されたモジュール型半導体素子の一端に、所定の電圧以
上でブレークダウン或いはブレークオーバして導通状態
となる半導体素子の一端が夫々接続され、前記各ブレー
クダウン或いはブレークオーバして導通状態となる半導
体素子の他端に共通のヒューズの一端が接続され、該ヒ
ューズの他端が前記直列接続されたモジュール型半導体
素子の他端に接続されたことを特徴とする電力変換器の
保護装置。 - 【請求項３】直流電源両端に１相分の上下アームとして
直列接続されたモジュール型半導体素子が接続され、該
素子の直列接続点に交流出力端子を備えた電力変換器に
おいて、前記直列接続されたモジュール型半導体素子両
端に、該モジュール型半導体素子の過大電流で開放故障
となるときの異常電圧で点弧制御されるサイリスタ素子
とヒューズの直列体を並列接続したことを特徴とする電
力変換器の保護装置。 - 【請求項４】１相分の上下アームとして直列接続された
モジュール型半導体素子が接続され、該素子の直列接続
点に交流出力端子を有する変換器が直流電源両端に複数
個接続された電力変換器において、前記各相の直列接続
されたモジュール型半導体素子の一端に、該モジュール
型半導体素子の過大電流で開放故障となるときの異常電
圧で点弧制御されるサイリスタ素子の一端が夫々接続さ
れ、前記各サイリスタ素子の他端に共通のヒューズの一
端が接続され、該ヒューズの他端が前記直列接続された
モジュール型半導体素子の他端に接続されたことを特徴
とする電力変換器の保護装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11121276A JP2000316232A (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | 電力変換器の保護装置 |
| CN 00104159 CN1271983A (zh) | 1999-04-28 | 2000-03-15 | 电力变换器保护装置 |
| AU22332/00A AU731178B2 (en) | 1999-04-28 | 2000-03-15 | Protective device for power converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11121276A JP2000316232A (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | 電力変換器の保護装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000316232A true JP2000316232A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14807257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11121276A Pending JP2000316232A (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | 電力変換器の保護装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000316232A (ja) |
| CN (1) | CN1271983A (ja) |
| AU (1) | AU731178B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006042563A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 電力スイッチング回路、電力変換装置、開放故障検出方法及びモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法 |
| JP2013169088A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Hitachi Ltd | 電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 |
| CN105071349A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-11-18 | 广东科动电气技术有限公司 | 一种变频器过流保护及自动复位电路 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100405684C (zh) * | 2003-08-04 | 2008-07-23 | 新巨企业股份有限公司 | 弧光放电保护装置 |
| JP2010130766A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Hitachi Ltd | 半導体ユニット及び電力変換装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4698736A (en) * | 1985-12-16 | 1987-10-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Protection circuit for a power converter apparatus |
| DE3834412A1 (de) * | 1988-10-10 | 1990-04-12 | Asea Brown Boveri | Kurzschlussschutz fuer eine halbgesteuerte drehstrombruecke |
-
1999
- 1999-04-28 JP JP11121276A patent/JP2000316232A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-15 AU AU22332/00A patent/AU731178B2/en not_active Ceased
- 2000-03-15 CN CN 00104159 patent/CN1271983A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006042563A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 電力スイッチング回路、電力変換装置、開放故障検出方法及びモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法 |
| JP2013169088A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Hitachi Ltd | 電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 |
| CN105071349A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-11-18 | 广东科动电气技术有限公司 | 一种变频器过流保护及自动复位电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1271983A (zh) | 2000-11-01 |
| AU731178B2 (en) | 2001-03-22 |
| AU2233200A (en) | 2000-11-23 |
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