JPH0657043U - 半導体変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可飽和リアクトルの個数に対して磁気スイッ
チの動作電圧の設定段階数が最大となる小型で安価な磁
気パルス圧縮回路を提供することを目的とする。 【構成】 複数個（ｎ）の可飽和リアクトルを用いて構
成される一段の磁気スイッチと前記可飽和リアクトルの
残留磁束をそれぞれリセットするリセット回路を有し、
前記リセット回路を個別制御して可飽和リアクトルを選
択的に動作させ磁気スイッチの全飽和磁束量を変化させ
ることにより磁気スイッチの動作電圧を段階的に変化可
能にする磁気パルス圧縮回路において、前記各可飽和リ
アクトルの飽和磁束量の比率を１：２：４：…：２
^(n-1) としたことを特徴とする磁気パルス圧縮回路。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等の半導体素子で構成される半導体 変換装置に係り、特にサ―ジ電圧からの保護機能を持った半導体変換装置に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等の半導体素子で構成される半導体変換装置は 色々な用途に使用されてきている。例えば、電動機を駆動するサイクロコンバ― タやインバ―タ等や、無効電力を制御する静止形無効電力補償装置（ＳＶＣとも 呼ばれている）や無停電電源装置或いは整流装置などの多くの機種がある。

【０００３】 半導体変換装置の特徴の一つに微小な信号で大きな電力を制御できることにあ る。最近では、プログラマブルコントロ―ラやマイクロコンピュ―タ等により半 導体素子を制御する方法が一般化している。

【０００４】 半導体素子は技術の進歩により一素子の定格電圧や通電電流の向上が図られて いる。更に、半導体素子を並列に接続したり直列に接続し、半導体変換装置とし ての高電圧化や大電流化が行われている。

【０００５】 このように大容量化した半導体変換装置を使用したシステムの一例を図３に示 す。図３は、高圧母線１から遮断器２、変圧器５を介し半導体変換装置８に電力 が供給される。半導体変換装置８から更に電動機１３に電力が供給される構成に なっている。このような回路が５回路高圧母線１に接続されている。更に、半導 体変換装置８が運転中に発生する高調波を吸収するためのリアクトル１１及びコ ンデンサ１２から成る電力フィルタ回路が高圧母線に接続されている。

【０００６】 図３のようなシステムで半導体変換装置８への電力供給の接、断は高圧母線１ に設置されている遮断器２の開閉で行われる。遮断器２は真空遮断器、ガス遮断 器や空気遮断器が使用されるが、これら遮断器２は機械的な接点の開閉で回路の 接、断を行うために、開閉動作時に開閉サ―ジが発生する。開閉サ―ジに含まれ る周波数成分は、遮断器２の設置される回路の構成で決まり、１ＫＨz 以下から 数１０ＭＨz の広い周波数帯に分布する。このような高周波の開閉サ―ジは、シ ステムの接地網や電力回路を伝搬し半導体変換装置８に到達する。半導体変換装 置８に侵入した開閉サ―ジは半導体変換装置８の各部に影響を与え、半導体素子 を誤点弧させたり制御回路を誤動作させたりする。

【０００７】 高圧回路１から半導体変換装置８に伝搬する経路の中で変圧器５の高圧巻線か ら低圧巻線に漂遊のキャパシタンスを介して侵入する静電移行サ―ジがある。こ のサ―ジを抑制するために、変圧器５の高圧巻線と低圧巻線間に接地された遮蔽 板を設けたり、変圧器５の低圧回路側にサ―ジ吸収用のキャパシタを接地するな どの方法が採用されている。サ―ジ吸収用のキャパシタは変圧器５から半導体変 換装置８の間に設置する。キャパシタを設置する目的が半導体変換装置８の保護 であり、装置の現地での据え付け作業を簡便にするために、サ―ジ吸収用のキャ パシタは半導体変換装置内に組込まれることが多い。

【０００８】 又、変圧器５と半導体変換装置８を接続する電力ケ―ブルの接地層の接地は変 圧器側か半導体変換装置側で取る必要がある。電力ケ―ブルに発生するサ―ジ電 圧は、接地層の接地された側が接地されていない側より低くなる。このことから 、電力ケ―ブ接地層は半導体変換装置側で接地されることが多い。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

変圧器低圧回路にサ―ジ吸収用のキャパシタを設置することで、変圧器低圧回 路に発生する過電圧の抑制ができる。これは変圧器高圧巻線と低圧巻線間の漂遊 のキャパシタンスと低圧巻線側に設置されたサ―ジ吸収用キャパシタンス比で変 圧器低圧回路に過電圧が発生することによる。サ―ジ吸収用キャパシタのキャバ シタンスが大きくなれば変圧器低圧回路に発生する過電圧は小さくなる。電力ケ ―ブルの芯線と接地層間には漂遊のキャパシタンスが存在し、このキャパシタン スもサ―ジ吸収キャパシタと同じ作用をする。

【００１０】 サ―ジ吸収用のキャバシタを設置し過電圧発生を抑制するのは、キャパシタの インピ―ダンスが高周波領域で小さくなることを利用したものである。従って、 サ―ジ吸収用キャバシタを設置することでその近傍の過電圧は抑制されるが、キ ャパシタを介して接地側に高周波の電流が流れることになる。

【００１１】 この高周波電流により制御回路系にサ―ジ電圧を誘導することがある。電力回 路に発生する過電圧をサ―ジ吸収用キャパシタを設置して抑制しても、制御系に よりサ―ジが発生し易くなり、半導体変換装置が誤動作したり制御系の素子が破 損したりする。 従って、本考案は、電力回路に発生する過電圧の抑制と制御回路に発生するサ ―ジの抑制を図ることができる半導体変換装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前記目的を達成するために、請求項１に記載の、高圧回路より変圧 器及び電力ケ―ブルを介して電力供給を受ける半導体変換装置においては、前記 変圧器と前記半導体変換装置の間の電力ケ―ブルを直列に分割し、個々の電力ケ ―ブルの接地層の一端を個々の接地極に接地した構成としたものである。

【００１３】 又、請求項２に記載の、高圧回路より変圧器及び電力ケ―ブルを介して電力供 給を受ける半導体変換装置においては、前記変圧器と前記半導体変換装置の間の 電力ケ―ブルを直列に分割し、分割された電力ケ―ブル同士の接続点に、主回路 と大地間にコンデンサや避雷装置を設置したことを特徴とするものである。

【００１４】 更に、請求項３に記載の、高圧回路より変圧器を介し、電力ケ―ブルを介して 電力供給を受ける半導体変換装置においては、前記変圧器と前記半導体変換装置 の間の電力ケ―ブルを少くとも直列に３分割し、前記半導体変換装置寄りの最初 の電力ケ―ブル同士の接続点に、主回路と大地間にコンデンサや避雷装置を設置 したことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】

変圧器の高圧巻線と低圧巻線間の漂遊キャパシタンスを介して低圧回路に移行 するサ―ジが分割された電力ケ―ブルの接地層を通り大地に流出させることによ り、半導体変換装置へのサ―ジ侵入を抑制する。

【００１６】

【実施例】

本考案に基づく一実施例を図１に示す。以下、図１を参照して本考案の一実施 例を説明する。

【００１７】 高圧母線１に遮断器２の一端が接続されている。遮断器２の他端には電力ケ― ブル３が接続されている。電力ケ―ブル３の接地層は遮断器２側で接地極４に接 続されている。電力ケ―ブル３は変圧器５に接続されている。変圧器５は３相の 高圧巻線と２組の３相低圧巻線構成になっている。各変圧器低圧巻線出力には電 力ケ―ブル６が接続されて、更に、電力ケ―ブル６の先に電力ケ―ブル７が接続 されている。電力ケ―ブル７の他端は半導体変換装置８に接続されている。電力 ケ―ブル６の接地層は電力ケ―ブル７との接地側で接地極９に接続され、電力ケ ―ブル７の接地層は半導体変換装置８側で接地極１０に接続されている。

【００１８】 遮断器２を開閉することにより、半導体変換装置８への電力供給の接、断が行 われる。一般に遮断器２で回路の開閉を行うと開閉サ―ジが発生することが知ら れている。図１においても、遮断器２が開閉すると開閉サ―ジが発生する。開閉 サ―ジは１ＫＨz 以下の周波数から数１０ＭＨz の成分まで広い周波数帯に分布 する。これらの広い範囲に分布する周波数は回路の構成により決まる。図１の回 路で高周波のサ―ジが発生するのは遮断器２の極間で放電が起った時である。こ の時の高周波サ―ジは、遮断器２の近傍の漂遊のキャパシタンスとインダクタン スで決まる成分と負荷側の電力ケ―ブル３で決まる成分がある。このように遮断 器２の極間で放電発生時の高周波サ―ジは電力ケ―ブル３を伝搬し変圧器５の高 圧巻線に印加される。変圧器５の高圧巻線に印加された高周波サ―ジは変圧器５ の高圧巻線と低圧巻線間の漂遊キャパシタンスを介し、低圧回路側に移行する。 低圧側に移行したサ―ジは電力ケ―ブル６，７を介して半導体変換装置８に達す る。

【００１９】 更に、詳細な説明をするために、図１の変圧器５より半導体変換装置８間を等 価回路で表すと図２となる。変圧器５の高圧巻線と低圧巻線間に漂遊キャパシタ ンス（Ｃ51）がある。電力ケ―ブル６は漂遊インダクタンス（Ｌ61）と漂遊キャ バシタンス（Ｃ62）で表し、電力ケ―ブル７は漂遊インダクタンス（Ｌ71）と漂 遊キャバシタンス（Ｃ72）で表した。電力ケ―ブル６の接地層の接地は接地線の インダクタンス（Ｌ91）と接地抵抗（Ｒ92）で表し、電力ケ―ブル７の接地層の 接地は接地線のインダクタンス（Ｌ101 ）と接地抵抗（Ｒ102 ）で表した。

【００２０】 図２において、漂遊キャバシタンスＣ51を介して低圧回路に侵入したサ―ジは 電力ケ―ブル６の漂遊キャバシタンスＣ62及び電力ケ―ブル７の漂遊キャバシタ ンスＣ72を介して大地に放出される。従って、半導体変換装置８に侵入するサ― ジは漂遊キャバシタンスＣ62、Ｃ72に放出した分少なくなる。

【００２１】 外部より半導体変換装置に侵入してくるサ―ジを抑制する手法としてコンデン サや避雷装置等が良く使用される。このような装置を設置することでその装置近 傍の過電圧は抑制される。しかし、これら装置を設置することで過電圧が抑制さ れる代りにサ―ジ性の電流が増加する。このサ―ジ性電流により新な過電圧が発 生し、半導体変換装置に危害を加えることがある。

【００２２】 変圧器５の野低圧回路に設置される電力ケ―ブルは漂遊キャバシタンスを有し ており、変圧器高圧回路より巻線間の漂遊キャバシタンスを介して侵入する移行 サ―ジの過電圧を抑制する効果がある。しかし、漂遊キャバシタンスで抑制され た分サ―ジ性電流が電力ケ―ブルの接地層から接地線を介して接地極に流出する 。接地線には漂遊のインダクタンスがあり接地極には漂遊のインダクタンスと接 地抵抗がある。このようなところを高周波のサ―ジ電流が流れると電力ケ―ブル の接地層と零電位点間には大きな電位差が現れる。この電位差が半導体変換装置 に影響し、誤動作、素子破壊の原因になることがある。

【００２３】 本考案では、図２に示す如く変圧器５より半導体変換装置８間を接続する電力 ケ―ブルを２分割することにより、サ―ジ性電流を電力ケ―ブル６，７の漂遊キ ャバシタンスＣ62，Ｃ72を介して別の接地極に分流させ、接地線及び接地極の有 するインピ―ダンスで分圧する電圧を抑制することができる。

【００２４】 普通、半導体変換装置を保護するサ―ジ吸収用のキャパシタや避雷装置は半導 体変換装置の内部に組込まれることが多い。この場合、サ―ジ吸収用のキャパシ タや避雷装置を流れたサ―ジ性電流が半導体変換装置の盤内を流れるため、この サ―ジ性電流が制御系に影響し誤動作、素子破損を引起こす要因になる。

【００２５】 このような現象発生を防止するため、サ―ジ吸収用のキャバシタや避雷装置を 上記実施例の分割された電力ケ―ブルの接続点に設置する。更に、これらサ―ジ 保護装置の接地線を電力ケ―ブルの接地線と分離して布設し、独立した接地極に 接続する。このようにすることで、サ―ジ吸収の効果を大きくすることができる 。この手法は、変圧器と半導体変換装置の設置位置が近く電力ケ―ブルだけで十 分なサ―ジ抑制効果が期待できない時に有効となる。

【００２６】 電力ケ―ブルの漂遊キャバシタンスを介して接地極にサ―ジ電流が流れる場合 、サ―ジ電流により電力ケ―ブルのインダクタンス、接地線のインダクタンスや 接地極のインダクタンスと接地抵抗などで電圧が分担される。接地線及び接地極 のインピ―ダンスを一定と仮定したとき、電力ケ―ブル接地層と接地線接続端で の発生電位を抑制するためには電力ケ―ブルのインダクタンスを大きくし、電力 ケ―ブル部での電圧分担を大きくすることが効果的である。このことから、サ― ジ吸収用のコンデンサや避雷装置を半導体変換装置に近い電力ケ―ブル接続端に 設置し、その設置線及び接地極を分離して設けることが効果的である。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、高圧回路より変圧器を介して半導体変換 装置に侵入しようとするサ―ジエネルギを大地に放出し、半導体変換装置の誤動 作、素子破損を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す回路構成図。

【図２】図１の変圧器と半導体変換装置の等価回路。

【図３】従来の回路構成図。

【符号の説明】

１ …高圧母線 ８
…半導体変換装置 ２ …遮断器 ９
…接地極 ３ …電力ケ―ブル １０
…接地極 ４ …接地極 １１
…リアクトル ５ …変圧器 １２
…コンデンサ ６ …電力ケ―ブル １３
…電動機 ７ …電力ケ―ブル

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧回路より変圧器及び電力ケ―ブ
   ルを介して電力供給を受ける半導体変換装置において、
   前記変圧器と前記半導体変換装置の間の電力ケ―ブルを
   直列に分割し、個々の電力ケ―ブルの接地層の一端を個
   々の接地極に接地した構成としたことを特徴とする半導
   体変換装置。
2. 【請求項２】 高圧回路より変圧器及び電力ケ―ブ
   ルを介して電力供給を受ける半導体変換装置において、
   前記変圧器と前記半導体変換装置の間の電力ケ―ブルを
   直列に分割し、分割された電力ケ―ブル同士の接続点
   に、主回路と大地間にコンデンサや避雷装置を設置した
   ことを特徴とする半導体変換装置。
3. 【請求項３】 高圧回路より変圧器を介し、電力ケ
   ―ブルを介して電力供給を受ける半導体変換装置におい
   て、前記変圧器と前記半導体変換装置の間の電力ケ―ブ
   ルを少くとも直列に３分割し、前記半導体変換装置寄り
   の最初の電力ケ―ブル同士の接続点に、主回路と大地間
   にコンデンサや避雷装置を設置したことを特徴とする半
   導体変換装置。