JPH04308468A - 電力変換器のクリッパ回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力変換器を過電圧
から保護する電力変換器のクリッパ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は無効電力補償形多相サイクロコン
バータの構成を示した主回路接続図である。この無効電
力補償形多相サイクロコンバータは、自己消弧可能半導
体スイッチ素子（例えばＧＴＯサイリスタ）を使用した
自励コンバータとしてのＧＴＯコンバータ３と、自己消
弧不可能半導体スイッチ素子（例えばサイリスタ）を使
用した他励コンバータとしてのサイリスタコンバータ２
とを相互に逆並列接続しており、これを各相毎に設けた
ものであって、「特開昭６１−１７７１６７号公報」で
公開済のものである。尚、１は変圧器、５は負荷である
。

【０００３】一般に自己消弧可能な半導体スイッチ素子
で構成している自励コンバータは、半導体スイッチ素子
をターンオフすることで、交流電源から負荷までのイン
ダクタンスを含んだ回路を流れている電流を遮断する。 この電流遮断時に、回路のインダクタンスに蓄積してい
たエネルギーによって半導体スイッチ素子には過大な電
圧が印加され、この電圧が当該半導体スイッチ素子の定
格オフ電圧を越えると、この半導体スイッチ素子は破壊
してしまう。そこで、この半導体スイッチ素子を上記の
過電圧から保護するために、インダクタンス蓄積エネル
ギー吸収用のコンデンサとダイオード、並びに抵抗とで
なるクリッパ回路を当該電力変換器に接続する。

【０００４】図６は図５に示す電力変換器の１相分にク
リッパ回路を接続した従来例を示した回路図である。こ
の図６に示すように、従来のクリッパ回路は、ダイオー
ドのブリッジ接続で構成しているブリッジ整流器４１の
交流側を電源に接続し、このブリッジ整流器４１の直流
出力と負荷５との間には第１ダイオード４２と第２ダイ
オード４３とを挿入している。又コンデンサ４４と放電
抵抗４５との並列回路を前記ブリッジ整流器４１の直流
出力側の正負極間に接続する構成にしている。尚、サイ
リスタコンバータ２の構成要素であるサイリスタには、
これがターンオフした時に発生する急峻な飛躍逆電圧を
抑制するためのスナバ回路が、又ＧＴＯコンバータ３の
構成要素であるＧＴＯサイリスタには、これがターンオ
フした時のアノード電圧の急激な立ち上がりを抑制する
ためのスナバ回路が、それぞれのアノード・カソード間
に接続されるのであるが、これらは本発明とは無関係で
あるから、図示を省略している。

【０００５】この図６に示す回路におけるＧＴＯコンバ
ータ３の動作と、クリッパ回路の動作は次の通りである
。今、ＧＴＯコンバータ３の構成要素のうちのＧＴＯサ
イリスタＷ２及びＧＴＯサイリスタＸ２がオンしており
、変圧器１・ＧＴＯサイリスタＷ２・負荷５・ＧＴＯサ
イリスタＸ２・変圧器１の経路で負荷電流ｉ１　が流れ
ているとする。又、コンデンサ４４はブリッジ整流器４
１により電源の線間電圧ピーク値ＶＰ　に充電されてい
るものとするが、その極性は図示のとおりであるとする
。 ここで電流ｉ１　をＧＴＯサイリスタＸ２からＹ２へ転
流するべくＧＴＯサイリスタＸ２にオフゲート信号を与
えて、このＧＴＯサイリスタＸ２がターンオフする場合
を考える。このターンオフ時に、電源と負荷のインダク
タンスに蓄積していたエネルギーによって負荷電流ｉ１
　は流れ続けようとするので、ＧＴＯサイリスタＸ２の
順方向に過大な電圧が印加される。しかるにこの電圧が
前記コンデンサ電圧ＶＰ　を越えると、ＧＴＯサイリス
タＸ２に流れていた電流はｉ２　で図示しているように
、第１ダイオード４２・コンデンサ４４・ブリッジ整流
器４１のアームの経路で流れるので、ＧＴＯサイリスタ
Ｘ２に印加する電圧はコンデンサ電圧ＶＰ　にクランプ
されて、このＧＴＯサイリスタＸ２を過電圧から保護し
ている。

【０００６】一方、ＧＴＯサイリスタＸ２のターンオフ
直前ではＧＴＯサイリスタＹ２には逆電圧が印加される
ので、このＧＴＯサイリスタＹ２にオンゲート信号を与
えてもターンオンしないが、ＧＴＯサイリスタＸ２がタ
ーンオフしてこのＧＴＯサイリスタＸ２に印加している
順電圧が増加するのに従って、ＧＴＯサイリスタＹ２の
印加電圧は逆電圧から順電圧の方向に変化し、これが順
電圧になった時点で、ＧＴＯサイリスタＹ２はターンオ
ンする。このＧＴＯサイリスタＹ２がターンオンすると
、ｉ３　で図示している電流が徐々に増加し、クリッパ
回路に流れていた電流ｉ２　は減少してやがて零となり
、ＧＴＯサイリスタＸ２からＧＴＯサイリスタＹ２への
転流が完了する。転流完了後の負荷電流は、変圧器１・
ＧＴＯサイリスタＷ２・負荷５・ＧＴＯサイリスタＹ２
・変圧器１のループを流れる。

【０００７】ＧＴＯコンバータ３が転流する度に、コン
デンサ４４には電荷が充電されるので、コンデンサ４４
の電圧は初期の電圧ＶＰ　から徐々に増加する。その一
方で充電された電荷は放電抵抗４５で放電するので、入
力する電荷と、放電する電荷とが平衡する点でコンデン
サ４４の電圧が定まることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、サイ
クロコンバータは負荷５に正方向の電流を供給するコン
バータと、負方向の電流を供給するコンバータとが交互
にオン・オフを繰り返すことで負荷５に交流電力を供給
するのであるが、図６で既述の従来例回路では、サイリ
スタコンバータ２とＧＴＯコンバータ３とが交互にオン
・オフする。サイリスタコンバータ２がオンしている場
合には、サイリスタは自然転流によりターンオフするの
で、転流によりクリッパ回路へ電力が流入することは無
い。従ってコンデンサ電圧は放電抵抗４５の作用により
低下する。しかしながら、このコンデンサ電圧が電源の
線間電圧ピーク値ＶＰ　よりも低くなると、このコンデ
ンサ電圧がＶＰ　なる値になるまで電源からコンデンサ
４４へ充電電流が流入して、コンデンサ電圧を常にＶＰ
なる値に維持しようとする。それ故、放電抵抗４５の抵
抗値をＲとすると、この放電抵抗４５には抵抗値Ｒと電
圧ＶＰ　とに対応した損失を生じることになる。これは
エネルギーの無駄遣いであり、且つ電力変換器の効率を
低下させてしまう不都合も生じる。

【０００９】そこでこの発明の目的は、サイクロコンバ
ータを構成しているサイリスタコンバータがオンしてい
る時に、クリッパ回路に無用の充電電流が流れるのを防
止することにより、エネルギー浪費の防止と、電力変換
器の効率向上とを図るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明のクリッパ回路は、自己消弧可能な半導体
スイッチ素子と自己消弧不可能な半導体スイッチ素子と
を相互に逆並列接続して構成している電力変換器に、整
流器とこの整流器の直流出力側に接続したコンデンサと
放電抵抗との並列回路とでなるクリッパ回路を接続し、
前記自己消弧可能な半導体スイッチ素子が転流する際に
、回路のインダクタンスに蓄積していたエネルギーを前
記コンデンサに一旦吸収して、前記電力変換器を過電圧
から保護する電力変換器のクリッパ回路において、前記
クリッパ回路のコンデンサに蓄積した電荷を、第２の自
己消弧可能な半導体スイッチ素子を介して前記放電抵抗
に放電する構成にするのであるが、前記コンデンサ放電
時のコンデンサ電圧が前記電力変換器の入力線間電圧の
ピーク値よりも高い一定電圧となるように、前記第２の
自己消弧可能な半導体スイッチ素子の導通率を制御する
手段を備えるものとする。

【００１１】

【作用】この発明は、クリッパ回路を構成しているエネ
ルギー蓄積用のコンデンサと、このコンデンサが蓄積し
たエネルギーを放電する放電抵抗との間に第２の自己消
弧可能な半導体スイッチ素子を設け、この自己消弧可能
な第２の半導体スイッチ素子の導通率を制御することで
、前記コンデンサの電圧が電力変換器入力線間電圧ピー
ク値より高い一定値を維持するようにする。その結果、
ＧＴＯサイリスタの転流時に、クリッパ回路に充電され
る電力に対応してコンデンサの放電電力が決まるために
、当該クリッパ回路に無用な損失が生じるのを防止出来
ることになる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示した主回路接
続図であるが、図６で既述の従来例回路と同様に１相分
のみを図示している。且つこの図１に記載の変圧器１、
サイリスタコンバータ２、ＧＴＯコンバータ３、負荷５
、ブリッジ整流器４１、第１ダイオード４２、第２ダイ
オード４３、コンデンサ４４及び放電抵抗４５の名称・
用途・機能も図６で既述の従来例回路の場合と同じであ
るから、これらの説明は省略する。

【００１３】本発明においては、自己消弧可能な第２の
半導体スイッチ素子としてのＧＴＯサイリスタ４７と放
電抵抗４５とを直列にしてコンデンサ４４に並列に接続
すると共に、還流ダイオード４６を放電抵抗４５に並列
に接続し、これらコンデンサ４４、放電抵抗４５、還流
ダイオード４６及びＧＴＯサイリスタ４７と、前述した
ブリッジ整流器４１、第１ダイオード４２、第２ダイオ
ード４３とでクリッパ回路４を構成している。この図１
に記載のＧＴＯサイリスタ４７の導通率を適切に制御す
るならば、放電抵抗４５が無用の電力を消費するのを防
止出来ることは既に述べたとおりである。尚、還流ダイ
オード４６は、放電抵抗４５及びこれの配線に含まれる
インダクタンスのために、ＧＴＯサイリスタ４７がオフ
した時にこのＧＴＯサイリスタ４７に印加される電圧を
軽減するためのダイオードであるから、必要に応じて接
続すれば良いものである。

【００１４】図２は図１に記載のサイクロコンバータを
組み合わせて構成した無効電力補償形３相サイクロコン
バータの回路図であって、クリッパ回路４の構成内容は
図１のものと全く同じであるから、このクリッパ回路の
図示は簡略にしている。

【００１５】図３は本発明の第２実施例を示した回路図
であって、自己消弧可能な第２の半導体スイッチ素子の
導通率を制御する回路を示している。この図３において
、６はコンデンサ電圧の目標値を与える電圧設定器、７
はコンデンサ電圧を検出する電圧検出器、８は電圧設定
器６が設定する目標値と電圧検出器７が検出する値との
偏差を増幅し、両者の偏差を零にする制御信号を出力す
る電圧調節器、１０は三角波発振器、９は電圧調節器８
の出力と三角波発振器１０からの３角波との大小を比較
してＧＴＯサイリスタ４７の導通率を与える比較器であ
って、これらにより、コンデンサ４４の電圧が電圧設定
器６で設定した目標値に一致するようなＧＴＯサイリス
タ４７の導通率を求めることが出来る。

【００１６】図４は図３に記載の比較器の動作を示して
いる動作波形図であって、図４■は比較器９の入力信号
の変化、図４■は比較器９の出力信号の変化をそれぞれ
あらわしており、入力する三角波と電圧調節器出力信号
との大小を比較することで、出力信号即ちＧＴＯサイリ
スタ４７の導通率を得ている。

【００１７】図３に記載の電圧設定器６が設定する電圧
目標値は、電源の線間電圧ピーク値ＶＰ　よりも大きな
値であって、この値をＶＰＸとすると、サイクロコンバ
ータがオンして、転流によるクリッパ回路４への入力電
圧が無い時には、前記コンデンサ電圧を目標値ＶＰＸに
維持するためにＧＴＯサイリスタ４７はオフとなる。従
ってコンデンサ電圧がＶＰ　以下になって、電源から無
用な充電電流がクリッパ回路４に入力する恐れを無くし
ている。

【００１８】

【発明の効果】この発明によれば、無効電力補償形サイ
クロコンバータに接続するクリッパ回路として、このク
リッパ回路を構成しているコンデンサと、このコンデン
サの蓄積電荷を放電する放電抵抗との間に自己消弧可能
な第２の半導体スイッチ素子を挿入し、この自己消弧可
能な第２の半導体スイッチ素子の導通率を適切に制御す
ることで、コンデンサ電圧を当該サイクロコンバータの
入力線間電圧ピーク値よりも高い一定電圧に維持する。 このようにすることで、クリッパ機能が不要な期間、即
ちサイリスタコンバータがオンしている期間ではコンデ
ンサの放電が阻止されるので、クリッパ回路に入力する
電力を低減することが出来るので、無用な電力の浪費を
防止することが出来るし、電力変換器の効率を向上出来
る効果も得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示した主回路接続図

【図
２】図１に記載のサイクロコンバータを組み合わせて構
成した無効電力補償形３相サイクロコンバータの回路図

【図３】本発明の第２実施例を示した回路図

【図４】図
３に記載の比較器の動作を示している動作波形図

【図５】無効電力補償形多相サイクロコンバータの構成
を示した主回路接続図

【図６】図５に示す電力変換器にクリッパ回路を接続し
た１相分の従来例を示した回路図

【符号の説明】

２　　　　サイリスタコンバータ ３　　　　ＧＴＯコンバータ ４　　　　クリッパ回路 ５　　　　負荷 ６　　　　電圧設定器 ７　　　　電圧検出器 ８　　　　電圧調節器 ９　　　　比較器 １０　　　　三角波発振器 ４１　　　　ブリッジ整流器 ４２　　　　第１ダイオード ４３　　　　第２ダイオード ４４　　　　コンデンサ ４５　　　　放電抵抗 ４６　　　　還流ダイオード ４７　　　　自己消弧可能第２半導体スイッチ素子とし
てのＧＴＯサイリスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自己消弧可能な半導体スイッチ素子と自己
   消弧不可能な半導体スイッチ素子とを相互に逆並列接続
   して構成している電力変換器に、整流器とこの整流器の
   直流出力側に接続したコンデンサと放電抵抗との並列回
   路とでなるクリッパ回路を接続し、前記自己消弧可能な
   半導体スイッチ素子が転流する際に、回路のインダクタ
   ンスに蓄積していたエネルギーを前記コンデンサに一旦
   吸収して前記電力変換器を過電圧から保護する電力変換
   器のクリッパ回路において、前記クリッパ回路のコンデ
   ンサに蓄積した電荷を、第２の自己消弧可能な半導体ス
   イッチ素子を介して前記放電抵抗に放電する構成とする
   ことを特徴とする電力変換器のクリッパ回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電力変換器のクリッパ回
   路において、前記コンデンサ放電時のコンデンサ電圧が
   前記電力変換器の入力線間電圧のピーク値よりも高い一
   定電圧となるように、前記自己消弧可能な第２半導体ス
   イッチ素子の導通率を制御する手段を備えることを特徴
   とする電力変換器のクリッパ回路。