JPH02114821A - スナバエネルギ回生回路の保護方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は自己消弧形素子（例えばＧＴＯ）を用いたイン
バータ装置のスナバエネルギ回生回路の保護方法に関す
る。

（従来の技術） 従来、ＧＴＯを使用した３相インバータ装置としては、
第７図に示すような構成のものがある。

ここでは従来例の動作説明を簡単にするため、３相ブリ
ッジ１段６相構成の１８０°通電のインバータ装置を例
に上げて説明する。第７図において、１は入力変圧器２
を介して入力される交流電源出力を直流に変換する整流
器、３はこの整流器１から出力される直流を交流に変換
するＧＴＯとダイオードで構成されたブリッジ回路から
なるインバタで、このインバータ３の交流出力は出力変
圧器４を介して図示しない負荷に供給される。５は整流
器１の出力側の一方の直流線路に設けられた直流リアク
トル、６はインバータ３の入力側の一方の直流線路に設
けられたりアクドルで、このリアクトル６はインバータ
回路構成素子の単位時間当りの電流立上がり率を抑制す
るものである。

７ａ、７ｂはリアクトル５と６との間を結ぶ一方の直流
線路と他方の直流線路間に直列にして設けられた直流フ
ィルタ用コンデンサで、これら直流フィルタ用コンデン
サ７ａ、７ｂの直列回路にはさらにダイオード８とリア
クトル９の並列回路が接続されている。このダイオード
８とリアクトル９の並列回路はＧＴＯとダイオードで構
成されたインバータ３の故障により直流短絡となった場
合に流れる短絡電流を抑制するものである。また、リア
クトル５と６との間を結ぶ一方の直流線路と他方の直流
線路間にはりアクドル１０とサイリスタ１１が直列にし
て設けられ、これらは短絡器を構成している。

ところで、このように構成されたインバータ装置におい
ては、インバータ３を構成するＧＴＯのスナバ回路の損
失を低減し、装置としての効率を上昇させることを目的
として、スナバエネルギ回生回路が種々検討され考案さ
れている。

第８図はスナバエネルギを主回路の直流平滑フィルタ回
路へ回生するスナバエネルギ回生回路を具備した３相イ
ンバータ装置の回路構成例を示すもので、第７図と同一
部分および相当部分には同一符号を（ｔ　してその説明
を省略する。第８図において、１２〜］７はインバータ
３を構成するＧＴｏ、１２ａ〜１．７　ａはフィードバ
ックダイオード、１２ｂ〜１７ｂはスナバコンデンサ、
１２ｃ〜１７ｃはスナバダイオード、１２ｄ〜１７ｄは
スナバエネルギ回生用リアクトル、１２ｅ〜１．７　ｅ
はスナバエネルギ回生用制御極側整流素子（以下サイリ
スクと称す）である。

第９図は第８図に示すスナバエネルギ回生回路付インバ
ータ回路の動作を示すタイムチャートである。第９図に
おいて、（ａ）〜（ｆ）は各々ＧＴＯ１２，１７，１３
，１，５，１４，１６のゲート信号、（ｇ）〜（１）は
補助サイリスタ１２ｅ〜１６ｅのゲート信号を示す。例
えばＵ相のスナバエネルギ回生回路の動作はモード（Ｉ
）。

（ＩＩ）となる。すなわち、モード（Ｉ）においては時
刻ｔｏに補助サイリスタ１２ｅか点弧され、スナバコン
デンサ１２ｂのエネルギがりアクドル６　フィルタコン
デンサ７ａ　リアクトル１２ｄ。

補助サイリスタ１２ｅを介して回生される。スナバコン
デンサ１２ｂの電荷が放電し、零か僅かに電圧が反転す
ると、時刻ｔ１にフィードバックダイオード１２ａがオ
ンし、モード（ＩＩ）に移行する。モード（ｎ）ではり
アクドル６に移行したスナバエネルギが直流フィルタコ
ンデンサ７ａ、　　リアクトル１２ｄ、補助サイリスタ
１２ｅ、スナバダイオード１２ｃ、ダイオード１２ａを
介して環流し、減衰するまで移行してスナバエネルギが
吸収される。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このようなスナバエネルギ回生回路を具備した
インバータ装置において、該スナバエネルギ回生回路に
異常が発生すると、定格ターンオフ電流を越えた過電流
が流れ、ＧＴＯ素子がタンオフに失敗し、破損するとい
う問題があった。

本発明はスナバエネルギ回生回路の異常により流れる過
電流を検出してインバータ回路を構成するＧＴＯ素子が
破損する前に保護停止させるようにしたスナバエネルギ
回生回路の保護方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するため、インバタ回路を構
成する自己消弧形素子のスナノく回路におけるスナバエ
ネルギをインバータの主回路へ回生ずるスナバエネルギ
回生回路において、該スナバエネルギ回生回路の異常時
に流れる過電流を検出すると、前記インバータ回路の自
己消弧形素子のゲートをブロックし、同時に前記スナバ
エネルギ回路の制御極付整流素子のゲートをブロックす
ると共に前記インバータの主回路に設けられた短絡用制
御極付整流素子を点弧するようにしたちのである。

（作用） このような本発明によるスナバエネルギ回生回路の保護
方法にあっては、スナバエネルギ回生回路に流れる過電
流が検出されると、自己消弧形素子のゲートがブロック
されると同時にスナバエネルギ回生回路の制御極付整流
素子のゲートがブロックされてその通電路がしゃ断され
、またスナパエネルギはインバータの主回路に設けられ
た短絡用制御極付整流素子が点弧されることにより形成
される短絡回路を通して流れので、インバータを構成す
る自己消弧形素子の破損を未然に防止することが可能と
なる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明によるスナバエネルギ回生回路の異常時
の保護方法を説明するための回路構成例を示すもので、
ここではインバータ回路の３相各相（Ｕ相、■相、Ｘ相
）全てが同様な構成なので、■相を代表して示しである
。なお、第８図と同一および同相当する部分には同一符
号を付してその説明を省略する。

第１図において、２９はスナバエネルギ回生回路と主回
路に設けられた直流フィルタ用コンデンサ７ａと７ｂと
を結ぶ電路に設けられた変流器で、この変流器２９はス
ナバエネルギ回生電流を検出するものである。１８はこ
の変流器２９により検出されたスナバエネルギ回生電流
に応じた交流電流Ｖｏを直流電圧信号Ｖ１に変換する整
流器である。］９はこの整流器１８から出力される直流
電圧信号Ｖ１を予め設定された基準値と比較し、■１が
基準値を越えると信号ＦＬＴを出力する比較回路である
。２０はこの比較回路１つから出力される信号ＦＬＴと
主回路に設けられた短絡器を構成するサイリスタ］１の
点弧信号Ｓ１が入力されるオア回路で、このオア回路２
０の出力信号でサイリスタ１］を点弧するものである。

２１〜２６はアンド回路で、アンド回路２１の一方の入
力端にはＧＴＯｌ２のオンゲート信号８２ＯＮが入力さ
れ、アンド回路２２の一方の入力端にはＧＴＯｌ２のオ
フゲート信号５２ｏｒ”ｐか入力され、アンド回路２３
の一方の入力端にはＧＴＯｌ５のオンゲート信号３３Ｏ
Ｎが入力され、またアンド回路２４の一方の入力端には
ＧＴＯｌ５のオフゲト信号３３ＯＦＦが入力される。さ
らにアンド回路２５の一方の入力端にはサイリスタ１５
ｅのオンゲート信号が人力され、アンド回路２６の一方
の入力端にはサイリスタ１．２　ｅのオンゲート信号が
入力される。そして、これら各アンド回路２１〜２６の
他方の入力端に比較回路１９から出力される信号ＦＬＴ
か加えられると、その出力がブロックされるようになっ
ている。２７．２８はＧＴＯのゲート回路で、ゲート回
路２７はアンド回路２１からゲートオンの信号が入力さ
れるとＧＴＯｌ２のゲートにゲートオンパルスを、アン
ド回路２２からゲートオフの信号が入力されるとＧＴＯ
ｌ２のゲートにゲートオフパルスを出力し、またゲート
回路２８はアンド回路２３からゲートオンの信号が人力
されるとＧＴＯｌ５のゲートにゲートパルスを、アンド
回路２４からゲートオフの信号が人力されるとＧＴＯｌ
　５のゲートにゲートオフパルスを出力するものである
。

次に上記のように構成された回路構成の作用を説明する
。

第２図は第１図の動作を説明するためのタイムチャート
、第３図はＧＴＯｌ　２のスナバエネルギ回生回路を代
表して示すものである。ここで、第２図（ａ）はＧＴＯ
ｌ２のオンゲートパルス　オフゲートパルス、（ｂ）は
サイリスタ１２ｅのゲトパルス、（Ｃ）はＧＴＯｌ５の
オンゲートパルス、オフゲートパルス、（ｄ）はサイリ
スタ１５ｅのゲートパルスである。（ｅ）は正常時のり
アクドル１２ｄの電流である。

いま、サイリスタ１２ｅがショートした場合の故障に注
目して考察して見るに、故障が発生する時期に応じて過
電流の検出時点が異なる。例えば第２図（ｆ）、（ｇ）
で示すケースはＧＴＯがオフしている期間にサイリスタ
１２ｅがショートしたケースである。また第２図（ｈ）
、（ｉ）で示すケースはＧＴＯｌ５がオンしている期間
にサイリスタ１２ｅがショートしたケースである。何れ
のケースとも第３図に示すような閉ループ回路を通して
過電流が流れる。すなわち、コンデンサ７ｂの正極端子
より変流器２９を介してリアクトル１２ｄ、サイリスタ
１２ｅ、スナバダイオード１２ｃ、ＧＴＯｌ５．　　リ
アクトル９．コンデンサ７ｂの負極端子のループで過電
流が流れる。こ］０ の場合、第２図（ｆ）、（ｇ）で示したケースはｔＦ１
時点でサイリスタ１２ｅがショートしてからＧＴＯ１５
がオンする時点ｔ１２２まて、コンデンサ７ａの正極、
リアクトル６、コンデンサ１２ｂ　　リアクトル１２ｄ
、コンデンサ７ａの負極の閉ループで共振電流が流れ続
け、その後第３図に矢印で示すような閉ループを通して
過電流が流れる。また、第２図（ｈ）、（ｉ）で示した
ケスはｔｐＢ時点でサイリスタ１２ｅがショートすると
同時に過電流が第３図に矢印で示すような閉ループを通
して流れる。ここで、第２図おいてＯＣは比較回路１９
に設定された過電流検出レベルである。

このように両ケースとも第３図に示すような閉ループで
過電流が流れると、この過電流は変流器２９により検出
され、さらに整流器１８により直流電圧信号ｖ１として
比較回路１９に入力される。

この比較回路１９ではその直流電圧信号ｖ１と過電流検
出レベルとを比較し、直流電圧信号ｖ１が過電流検出レ
ベルＯＣを越えると出力信号ＦＬＴがオア回路２０介し
て短絡器を構成するサイリスタ９のゲートに加えられ、
該サイリスタ９を点弧する。また同時に比較回路１９の
出力信号ＦＬＴによりアンド回路２１〜２６の出力Ｓ２
Ａ。

Ｓ２Ｂ、Ｓ３Ａ、Ｓ３Ｂ、Ｓ、ｌＧ、Ｓ５Ｇがブロック
されるので、各々ＧＴＯ１２のオンゲート。

オフゲート、ＧＴＯ１５のオンゲート、オフゲト、サイ
リスタ１２ｅ、１５ｅがゲートブロックされる。

したがって、主回路に設けられたりアクドル５およびサ
イリスタ１１から構成された短絡器を通して電流が流れ
ることにより、直流電圧が短時間に低下させると共にイ
ンバータ回路の運転を停止する保護連動動作が行なわれ
ることになる。

このように本実施例によれば、スナバエネルギ回生回路
に異常が発生してもそのとき流れる過電流を検出して短
絡器を動作させると共に保護連動動作によりインバータ
回路の動作が停止するので、ＧＴＯ素子が破壊されるよ
うなことがなく、重大事故に発展することを防止するこ
とができる。ま１ま た、上記実施例では述べなかったが、故障時の異常を表
示する表示手段を備えることにより、事故原因調査を容
易にし、装置の停止に期間を短くすることができる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第４図は本発明の他の実施例を示すもので、第１図と同
一部分および同相当部分には同一？〕号を付してその説
明を省略する。本実施例ではスナバエネルギ回生回路と
主回路に設けられた直流フィルタ用コンデンサ７ａと７
ｂとを結ぶ電路にスナバエネルギ回生回路の異常時に流
れる過電流により溶断するヒユーズ３１とトリガーヒユ
ーズ３２を並列にして設け、ヒユーズ溶断時トリガー接
点を通して得られる検出信号を異常検出回路３０に入力
するようにしたものである。異常検出回路３０以降のゲ
ート信号ブロック回路構成については第１図と同様なの
で、ここでは省略しである。

したがって、このような構成としてもスナバエネルギ回
生回路の異常を検出でき、前記実施例と同様の保護連動
動作を行なわせることができる。

第５図はさらに本発明の他の実施例を示すもので、第１
図と同一および同相当部分には同一符号を付してその説
明を省略する。また、第６図は第５図の動作を説明する
ためのタイムチャートである。なお、本実施例において
は第１図に示すダイオード８およびリアクトル１１は設
置しない方式を採用した主回路構成例について述べる。

第５図において、整流回路１８から出力されるスナバエ
ネルギ回生電流検出信号■、を波形整形回路３３に加え
て“１”か“０”の方形波信号に波形整形する。第６図
（ｉ）はこの波形を示すもので、その信号ｖ１は正常時
には周期的に連続した方形波パルス信号となる。また図
示する単安定マルチ回路３０．３５は補助サイリスタ１
５ｅのゲート信号Ｓ４および補助サイリスタ１２ｅのゲ
ート信号Ｓ５の立上りでトリガされるもので、正常時の
スナバエネルギ回生電流検出信号ｖ２よりもパルス幅の
長いパルスが得られるように定数が設定されている。し
たがって、正常時にはスナバエネルギ回生電流検出信号
Ｖ２がマスクされたパルス信号Ｖ３．Ｖ４を出力する。

第６図（ｈ）。

（ｊ）はこのパルス信号を各々示すものである。

このように単安定マルチ回路３０．３５から得られるパ
ルス信号Ｖ３．Ｖ４は波形整形回路３３から出力される
パルス信号Ｖ２と共にアンド回路３４に加えられる。こ
のアンド回路３４ではこれらの信号の論理積をとるので
、正常時検出信号Ｖ２はパルス信号ｖ３及び■４でマス
クされ、出力信号は送出されないが、異常時にはこのア
ンド回路３４からパルス信号が得られ、これをフリップ
フロップ３２にセット信号ｖ５として加えられるように
構成する。

したがって、このフリップフロップ３２がアンド回路３
４からパルス信号でセットされたことをもって、そのセ
ット出力を故障信号ＦＬＴとして第１図と同様にインバ
ータ回路のゲートを停止させると同時に短絡器を構成す
るサイリスタ１１を点弧すれば、前述同様の保護動作を
行なうことができる。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、スナバエネルギ回生
回路に異常が発生した場合には、そのとき流れる過電流
を検出してインバータ回路を構成するＧＴＯ素子が破損
する前にインバータ回路を保護停止させることができる
スナバエネルギ回生回路の保護方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
同実施例の作用を説明するためのタイムチャート、第３
図は同実施例における一つのＧＴＯ素子に対するスナバ
エネルギ回生回路に流れる過電流を説明するための回路
構成図、第４図および第５図は本発明の他の実施例をそ
れぞれ示す回路構成図、第６図は第５図に示す実施例の
作用を説明するためのタイムチャート、第７図はインバ
ータ装置の構成を示す回路図、第８図はインバタ装置の
ＧＴＯ素子に対して採用されたスナバエネルギ回生回路
の詳細を示す回路図、第９図は第８図の動作を説明する
ためのタイムチャートである。 １・・・整流器、２・・・入力変圧器、３・・インバー
タ、４・・・出力変圧器、５・・・直流リアクトル、６
・・・リアクトル、７ａ、７ｂ・・・直流フィルタ用コ
ンデンサ、１０・・・短絡器用リアクトル、１１・・・
短絡器用サイリスク、１２〜１７−Ｇ　Ｔ　０　、１２
　ａ　〜１７　ａ　−・・サイリスク、１２ｂ〜１７ｂ
・・・スナバコンデンサ、１２ｃ〜１７ｃ・・・スナバ
ダイオード、１２ｄ〜１７ｄ・・・リアクトル、１２ｅ
〜１７ｅ・・・サイリスタ、１８・・・整流器、１９・
・・比較回路、２０オア回路、２１〜２６・・・アンド
回路、２７．２８・・・ゲート回路、２９・・・変流器
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　インバータ回路を構成する自己消弧形素子のスナバ回
   路におけるスナバエネルギをインバータの主回路へ回生
   するスナバエネルギ回生回路において、該スナバエネル
   ギ回生回路の異常時に流れる過電流を検出すると、前記
   インバータ回路の自己消弧形素子のゲートをブロックし
   、同時に前記スナバエネルギ回路の制御極付整流素子の
   ゲートをブロックすると共に前記インバータの主回路に
   設けられた短絡用制御極付整流素子を点弧することを特
   徴とするスナバエネルギ回生回路の保護方法。