JPH02123916A - 高圧電力変換装置の監視回路 - 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、高電圧電源に接続して電力変換を行ってい
る高圧電力変換装置の構成要素である半導体スイッチ素
子の状態を監視する回路に関する。

〔従来の技術） 第３図は電動機を駆動する高圧電力変換装置の−ｍ的な
例を示した回路図であって、高圧同期電動機を可変速運
転する、いわゆるサイリスタモータをあられしている。

この第３図において、高電圧交流電源２には電源側変換
器としてのサイリスク整流器３を接続し、これの直流出
力を直流リアクトル４を介して電動機側変換器としての
サイリスクインバータ５に与え、このサイリスクインバ
ータ５は入力直流を高電圧の交流に変換して、同期電動
機６を駆動する。

符号９はサイリスク整流器３とサイリスクインバータ５
とを構成している、半導体スイッチ素子としての多数の
サイリスタにオン・オフ信号を出力する制御装置であっ
て、同期電動機６に結合している回転子位置検出器７と
、速度検出器８との信号を入力して、各サイリスタを適
切にオン・オフ動作させるようにしている。

第４図は高圧電力変換装置へ大地電位側から点弧信号を
送る例を示した回路図である。

第４図に示すように、電力変換装置を構成している半導
体スイッチ素子としてのサイリスク１０には高電圧が印
加されているので、大地電位にある制ｆＩｌ装置９から
の点弧信号は光パルスに変換し、この光パルスを光ファ
イバ１１　で高電位側にある点弧回路１２に伝送し、こ
こで再び電気パルス信号に戻してから、サイリスク　１
０のゲートに与えるようにしている。このように光ファ
イバ１１　による信号の伝送は、高い絶縁性が得られる
ことと、浮遊容量によるゲートノイズを生じるおそれが
ないことなど、多くの特徴があるので多用されている。

ところで、第３図に示すような高圧電力変換装置では、
構成要素であるサイリスクの過電流保護は、このサイリ
スタに与える点弧パルスの処理、すなわちパルスシフト
あるいはパルスオフなどにより行うのが通常である。こ
れは、サイリスクの特性に対応して保ｉｌ　ｖＡ調動作
ができる、高圧で高速限流するヒユーズが存在しないか
らである。

また、サイリスタ１０には、抵抗１４　とダイオード１
５　とで構成した非常点弧回路１３を並列に接続してい
る。これは、サイリスタ１０のアノード・カソード間電
圧が過電圧になったときに、ダイオード１５のブレーク
オーバ特性を利用して、アノード→抵抗１４→ダイオー
ド１５→ゲートの経路に電流を流してこのサイリスク１
０を点弧させるためのものであって、たとえば多数のサ
イリスクを直列接続して、これらに点弧信号を同時に与
えたときに、オンしなかったサイリスクに過電圧を生じ
るので、このような場合に非常点弧回路Ｉ３により未点
弧サイリスクをオンにして、通電圧の発生を回避するも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ 高圧電力変換装置は、第３図にも示すように、多数のサ
イリスクで構成しており、そのうちの１個でも故障すれ
ば装置全体が停止になるので、これらサイリスクの動作
状態を監視し、故障が発生すれば素早く検出して、適切
な処置をする必要がある。

第５図は高圧サイリスタの状態監視装置の従来例を示し
た構成図である。

この第５図において、大地電位側にある図示していない
制御装置からの制御信号Ｃが、絶縁を兼ねている光ファ
イバ１１で、サイリスク１０　と同電位にある点弧回路
１２に伝送され、この点弧回路１２が出力する点弧信号
でサイリスタＩＯをオン・オフさせることと、過電圧発
生時に、非常点弧回路１３からの点弧信号でサイリスタ
１０をオンさせるのは、第４図の場合と同様であって、
既に説明済みである。

そこで、制御信号Ｃに対応したゲート信号が点弧回路１
２から出力しているか否かを発光ダイオード２１　で検
出し、光ファイバ２４を経由してゲート返送信号りを大
地電位側にある監視回路２７に送出している。また非常
点弧回路１３に設けた発光ダイオード２２は、非常点弧
信号を出力したか否かを検出し、光ファイバ２５で非常
点弧返送信号Ｅを監視回路２７に伝送している。さらに
、サイリスタ　１０のアノード・カソード間電圧を発光
ダイオード２３で検出し、光ファイバ２６によりアノー
ド・カソード間電圧返送信号Ｆを監視回路２７に送って
いる。

監視回路２７は、高電位側から伝送されてくるこれら返
送信号り、Ｅ、Ｆと、必要ならば制御信号Ｃとを入力し
て、サイリスタ１０の動作状態、ならびに故障発生時に
はその故障がいかなるものであるかを判別して、適切、
な処置を行う。

ところで、この第５図からあきらかなように、高圧側に
あるサイリスク１０の状態監視のために、従来は１個の
サイリスクについて高価な光ファイバを３本必要とする
ので、多数のサイリスタの集合で構成している高圧電力
変換装置では、非常に多くの光ファイバを使用しなけれ
ばならない欠点を有する。さらに、高電位側から大地電
位側への返送信号を変換して伝送する際に、ノイズによ
る障害を受は易く、従って監視回路２７における監視・
処理に誤動作を生じるおそれもあった。

そこでこの発明の目的は、高電位側にある半導体スイッ
チ素子の状態監視信号を大地電位側へ伝送する光ファイ
バの本数を大幅に削減するとともに、ノイズ障害により
監視・処理に誤動作を生じるのを回避することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の監視回路は、
複数の半導体スイッチ素子で構成した電力変換装置を高
電圧電源に接続し、大地電位と絶縁した点弧信号を前記
半導体スイッチ素子のゲートに与える点弧回路と、この
半導体スイッチ素子のアノード・カソード間電圧が異常
のときに、大地電位と絶縁した点弧信号を当該半導体ス
イッチ素子のゲートに与える非常点弧回路とを、各半導
体スイッチ素子に別個に設置している高圧電力変換装置
において、前記半導体スイッチ素子のゲートに流れる点
弧信号を検出する手段と、検出した点弧信号を絶縁して
大地電位側へ伝送する手段と、大地電位側にあって、伝
送された点弧信号のパルス幅を判別する手段と、この判
別したパルス幅の組合せの論理演算で、当該半導体スイ
ッチ素子の正常と異常とを判断するデコード手段と、こ
のデコード手段が出力する異常判別信号をアップカウン
トして、これが所定数に達したときに故障警報を出力し
、かつ正常判別信号のクロックでダウンカウントするカ
ウンタ回路とを、各半導体スイッチ素子に別個に備える
ものとする。

（作用） この発明は、高電位側にある半導体スイッチ素子のゲー
ト回路へのパルス信号を、１本の光ファイバで大地電位
側にある監視回路へ伝送する。監視回路では、このゲー
ト回路へのパルス信号のパルス幅から、通常の点弧回路
からの点弧信号か、それとも非常点弧回路からの点弧信
号かを判別し、かつこれらの点弧信号の論理演算から、
半導体スイッチ素子の状態を判別する。さらにこの論理
演算結果をカウンタ回路を介して出力することで、高価
な光ファイバの使用本数削減と、ノイズの影響回避とを
図るものである。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例をあられした回路図である。

この第１図において、高電位側にある半導体スイッチ素
子としてのサイリスク　１０には、点弧回路１２　と非
常点弧回路１３　とが付属しており、大地電位側からの
制御信号Ｃは、光ファイバ１１　により点弧回路１２に
伝送されてくるのは、第５図で既述の従来例回路の場合
と同じである。

本発明においては、サイリスタ１０のゲートへ入力する
ゲート信号を、発光ダイオード３１　で検出し、光ファ
イバ３２を用いて、大地電位にある監視回路４０へ、ゲ
ート返送信号Ｇを伝送する。

それ故このゲート返送信号Ｇには、点弧回路１２が出力
する点弧信号と、非常点弧回路１３が出力する信号とが
混在する場合もある。

監視回路４０は、ホトダイオード４１、パルス幅判別回
路４２、デコーダ回路４３ならびにカウンタ回路４４　
とで構成しており、光ファイバ３２を伝送してくるゲー
ト返送信号Ｇは、ホトダイオード４１で電気信号に変換
され、パルス幅判定回路４２において、点弧回路工２が
出力する正規点弧パルスＡか、それとも非常点弧回路１
３が出力する非常点弧パルスＢであるかを判別する。

第２図は第１図に示す実施例回路でのゲート返送信号の
例を示したタイミングチャートであって、非常点弧パル
スＢのパルス幅は、正規点弧パルスＡのパルス幅よりも
狭いので、パルス幅判別回路４２においてこの両者の区
分を行っている。

デコーダ回路４３は、このようにパルス幅の異なる信号
を入力し、論理演算により下記の第１表に示す論理判定
表に従った判定を行う。

すなわち正規点弧パルスが有り（Ａ）または無しくＡ）
と、非常点弧パルスが有り（Ｂ）または無しくＢ）との
組合わせの論理積から、正常、サイリス第１表 夕破撰、非常点弧または監視回路異常・あいずれである
かを判断する。

デコーダ回路４３が出力するこの判断信号は、高圧電力
変換装置の同期信号（第３図に示す回路については、高
電圧交流電源２の電源周波数または同期電動機６の周波
数に同期したもの）に同期したクロックパルスになって
いて、次段のカウンタ回路４４へ人力する。

カウンタ回路４４　はアップダウンカウンタであって、
上述のサイリスタ破損、または非常点弧、または監視回
路異常の判断はアンプ信号で、また正常の判断はダウン
信号でこのカウンタ回路４４に加えられる。このカウン
タ回路４４が所定数をカウントアツプするとき、監視回
路４０は故障警報を出力する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、高圧電力変換装置を構成している半
導体スイッチ素子のゲートに与える正規点弧パルスと非
常点弧パルスとを、１本の光ファイバで大地電位側に伝
送し、ここでパルス幅から上記両パルスのいずれかであ
るかを分別し、さらに論理回路にこの分別したパルスを
人力して、半導体スイッチ素子や監視回路の正常か異常
かを論理演算により判断し、その結果をカウンタ回路を
介して取出すようにしているので、高電位側から大地電
位側へ絶縁して信号を返送するための光ファイバを、半
導体スイッチ素子１個につき１本に減少でき、従来に比
して使用本数を１／３に大幅削減することができる。さ
らにカウンタ回路を用い、正常時にはダウン信号のクロ
ンクを、故障時はアップ信号のクロックを与え、所定値
をカウントしたときに故障警報を出力することで、ノイ
ズ障害により誤警報を出力するおそれを抑制できる効果
も得られる６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあられした回路図、第２図は
第１図に示す実施例回路でのゲート返送信号の例を示し
たタイミングチャートであり、第３図は電動機を駆動す
る高圧電力変換装置の一般的な例を示した回路図、第４
図は高圧電力変換装置へ大地電位側から点弧信号を送る
例を示した回路図、第５図は高圧サイリスクの状態監視
装置の従来例を示した構成図である。 ２・・・高電圧交流電源、３・・・サイリスク整流器、
４・・・直流リアクトル、５・・・サイリスクインバー
タ、６・・・同期電動機、７・・・回転子位置検出器、
８・・・速度検出器、９・・・制御装置、１０・・・半
導体スイッチ素子としてのサイリスタ、１１．２４．２
５．２６．３２・・・光ファイバ、１２・・・点弧回路
、１３・・・非常点弧回路、２１２２、２３．３１・・
・発光ダイオード、２７．４０・・・監視回路、４１・
・・ホトダイオード、 ４２・・・パルス幅判別回路、 ・・・デコーダ回路、 ４４・・・カ ウンタ回路。 図 葛 羽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）複数の半導体スイッチ素子で構成した電力変換装置
   を高電圧電源に接続し、大地電位と絶縁した点弧信号を
   前記半導体スイッチ素子のゲートに与える点弧回路と、
   この半導体スイッチ素子のアノード・カソード間電圧が
   異常のときに、大地電位と絶縁した点弧信号を当該半導
   体スイッチ素子のゲートに与える非常点弧回路とを、各
   半導体スイッチ素子に別個に設置している高圧電力変換
   装置において、前記半導体スイッチ素子のゲートに流れ
   る点弧信号を検出する手段と、検出した点弧信号を絶縁
   して大地電位側へ伝送する手段と、大地電位側にあって
   、伝送された点弧信号のパルス幅を判別する手段と、こ
   の判別したパルス幅の組合せの論理演算で、当該半導体
   スイッチ素子の正常と異常とを判断するデコード手段と
   、このデコード手段が出力する異常判別信号をアップカ
   ウントして、これが所定数に達したときに故障警報を出
   力し、かつ正常判別信号のクロックでダウンカウントす
   るカウンタ回路とを、各半導体スイッチ素子に別個に備
   えていることを特徴とする高圧電力変換装置の監視回路
   。