JPH0767228B2 - サイリスタ素子の異常診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力変換装置に使用するサイリスタ素子の
異常を診断するサイリスタ素子の異常診断装置に関す
る。

〔従来の技術〕

サイリスタ素子の異常には、ブレークダウン現象とブレ
ークオーバー現象とがあり、このうちブレークダウン現
象とは、サイリスタ素子の阻止能力が順側及び逆側に失
われた状態で、サイリスタ素子が導体又は低抵抗と等し
くなる現象をいい、また、ブレークオーバー現象とは、
サイリスタ素子の順側阻止能力が失われた状態で、サイ
リスタ素子がダイオード動作に等しくなる現象をいうも
のである。

このようなサイリスタ素子の異常を診断する従来例とし
て、回路にサイリスタ素子と直列にヒューズを挿入し、
ブレークダウン現象及びブレークオーバー現象が発生し
た際に流れる大電流によりヒューズを溶断させる方法
や、サイリスタ素子の阻止状態の漏れ電流を測定し、こ
の漏れ電流の大きさでブレークダウン現象及びブレーク
オーバー現象の発生を検出するような方法（例えば特開
昭62−80567号公報）が存在する。

しかし、ヒューズの溶断によるサイリスタ素子の異常を
診断する方法では、サイリスタ素子のブレークダウン及
びブレークオーバー現象が発生しても回路のインピーダ
ンスが大きい場合は、回路内を流れる電流が小さいた
め、ヒューズが溶断しないという未解決の課題があっ
た。また、漏れ電流によりサイリスタ素子の異常を検出
する方法では、回路からサイリスタ素子を切り離す必要
があるため、回路が長時間停電するということが避けら
れないという未解決の課題があった。

そこで、このような未解決の課題を解決するために、サ
イリスタ素子が点弧される以前は回路に電流が流れない
が、サイリスタ素子にブレークダウン現象及びブレーク
オーバー現象が発生すると、点弧以前に電流が流れる関
係から、この電流を検出してサイリスタ素子の異常を診
断する従来例が存在する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、サイリスタ素子の点弧状況からブレークダウン
現象及びブレークオーバー現象を検出する従来法では、
電流検出器の他にサイリスタ素子の点弧状況を検出する
装置が、別に必要であるという課題がある。

また、交流側各相電流のバラツキを検出して、サイリス
タ素子の異常を検出方法では、サイリスタ素子の制御急
変時（例えば減速時、200％電流変化時等）に電流アン
バランスが発生するため、このアンバランスを交流電源
側各相電流のバラツキと誤認する結果、サイリスタ素子
の異常を確実に検出できないという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するために、特
別の装置を必要とすることなく、確実にサイリスタ素子
の異常を検出することのできるサイリスタ素子の異常診
断装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、入力側が交流
電源に接続され、出力側が直流負荷に接続されたサイリ
スタ素子のブリッジ回路を有する電力変換装置における
サイリスタ素子の異常を診断するサイリスタ素子の異常
診断装置において、前記電力変換装置に運転電流が流れ
ない範囲に、当該サイリスタ素子の位相遅れ角を設定す
る設定手段と、前記電力変換装置の入力側及び交流電源
間の線路に配設された電流検出器と、前記設定手段で位
相遅れ角を設定した状態で前記電流検出器で検出された
電流が所定設定電流以上であるときに前記サイリスタ素
子の異常状態と判断する異常検出手段とを備えたことを
特徴とするものである。

〔作用〕

この発明においては、電力変換装置の直流負荷に電流が
供給されない位相遅れ角範囲（例えば130゜〜150゜の範
囲）即ち直流負荷が直流モータであるときの停止期間に
は、電力変換装置のサイリスタ素子が正常状態であると
きに、これらサイリスタ素子に電流が流れず、従って電
流検出器で検出される検出電流は零となっているが、何
れかのサイリスタ素子にブレークダウン現象又はブレー
クオーバー現象が発生すると、これらに起因する異常電
流が電流検出器で検出される。この異常電流が所定電流
以上であるときに異常検出手段でサイリスタ素子の異常
状態と判断する。このため、特別の装置を必要とするこ
となく、異常電流を検出するのみでサイリスタ素子の異
常を確実に検出することができる。

〔実施例〕

次に、この発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は、この発明の一実施例である電力変換装置の回
路図を示したものである。

図中、1,2はサイリスタ素子であって、２組のサイリス
タ素子が直列に接続された直列回路が３組並列に接続さ
れて整流回路が構成され、直列に接続されたサイリスタ
素子の接続点にそれぞれ三相交流電源22が接続されてい
る。すなわち、サイリスタ素子Ｕ_ＰとＵ_Ｎの接続点に交
流電源のＵ相が接続され、サイリスタ素子Ｖ_ＰとＶ_Ｎと
の接続点に交流電源のＶ相が接続され、サイリスタ素子
Ｗ_ＰとＷ_Ｎとの接続点に交流電源のＷ相が接続されてい
る。

各サイリスタ素子のカソード側及び各サイリスタ素子の
アノード側間に直流負荷（例えば直流モータ）３が接続
されている。各サイリスタ素子のうち１はブレークダウ
ン現象又はブレークオーバー現象が発生している異常な
サイリスタ素子であり、２はこのような現象が発生して
いない正常なサイリスタ素子である。

上記実施例装置の交流電源側各相には、電流検出用コイ
ル20を介してサイリスタ異常診断回路30が接続されてい
る。

このサイリスタ異常診断回路30は、サイリスタ素子異常
時に交流電源22側に流れる異常電流を検出するものであ
って、コイル20により検出された異常電流を整流するた
めの整流器221と、異常電流に含まれるノイズ成分を除
去するためのノイズフィルタ６と、混触を防止するため
の絶縁アンプ７と、検出された異常電流値が設定値より
大きいか否かを較するための比較器８と、この比較器８
で設定値を越えた異常電流を検出し、その電流値を記録
する検出回路10と、この検出回路10で異常電流が検出さ
れた時に警報音を発生するため警報器12とが直列に接続
されている。なお、検出回路８に接続された９は、異常
電流と比較される電流設定値を出力する電流設定器であ
り、11は検出回路10における異常検出の内容を消去する
ためのリセット回路である。

上記本実施例装置は、装置の運転状態が成立しない状態
で異常電流が検出される。すなわち、順変換又は逆変換
に伴う運転電流が回路に流れないように、図示しないサ
イリスタ素子のゲート制御回路により各サイリスタ素子
の位相遅れ角を設定することにより、異常電流と運転電
流とを区別した状態で、異常電流の検出を行う。

本発明者等が種々の検討を行ったところ、三相の整流に
おいて、サイリスタ素子の位相遅れ角αを130゜〜150゜
の間に設定すると、サイリスタ素子が全て正常の場合は
回路に電流が流れないが、サイリスタ素子に異常が生ず
ると、上記の範囲内において異常電流がながれるという
知見を得るに到った。

次に、本実施例の動作を、第１図の動波図である第２図
を用いて説明する。

第１図において、図示しないゲート制御回路により位相
遅れ角αを運転条件が不成立の150゜に設定する。この
際、サイリスタ素子１にブレークダウン現象が生じ、そ
の他のサイリスタ素子２が正常であるとすると、第２図
に示す如く、サイリスタ素子Ｖ_Ｐが点弧状態にあるとき
（第２図Ａ）、Ｖ相電圧はＵ相電圧よりも大きく、か
つ、サイリスタ素子１は導体となっていることから、ブ
レークダウン電流４が交流電源22のＶ相側からＵ相側へ
流れる。同様に、サイリスタ素子にブレークオーバー現
象が生じたとすると、第２図に示す如く、サイリスタ素
子Ｖ_Ｎが点弧状態にあるとき（第２図Ｂ）、Ｕ相電圧は
Ｖ相電圧よりも大きく、かつ、サイリスタ素子１はダイ
オード動作となっていることから、ブレークオーバー電
流５がＵ相側からＶ相側に流れることがわかる。

交流電源22の各相側を流れる異常電流4,5は、検出用コ
イル20によって検出され、整流器21により整流された後
ノイズフィルタ６に至り、ノイズ成分が除去された後絶
縁アンプ７を介して比較回路８に達する。なお、異常電
流の検出は、ピークホールド式又はRMS式でも良い。

この比較回路８では、電流設定器９で設定された電流値
と、検出された異常電流の電流値とが比較される。この
比較の結果、設定値を越える異常電流が検出回路10にお
いて検出され、この異常電流値が記録される。検出回路
10において、異常電流が検出された場合、警報回路12に
おいて所定時間警報音が発せられる。

上記検出回路10の異常電流検出の内容はリセット回路11
より消去可能になっている。すなわち、人の判断による
手動のリセットまたは電力変換装置が運転状態に入った
際の自動的リセットにより検出内容が消去され次回の検
出に備えることが可能となる。

このような本実施例にかかるサイリスタ素子の異常診断
装置によれば、既存の各種制御回路を改造する必要もな
く、簡単な構成により確実にサイリスタ素子の異常を検
出できる。しかも、サイリスタ素子を一々それが組み込
まれている回路から取り外す必要がないため、サイリス
タ素子の異常を簡易に検出でき、かつ取り外したサイリ
スタ素子の誤接続によるトラブルもなくなる。

次に、具体的な実施例について説明する。

上記本実施例にかかる診断装置を冷延タンデム・ミルモ
ータの電力変換装置に５セット設置し、１年間使用し
た。

電流設定器９の異常電流設定値は、第１表に示すように
設定した。

この結果、２回の異常検出があり、調査の結果ブレーク
ダウン１素子、ブレークオーバー１素子が発見された。

このサイリスタ素子の異常は、定期点検修理工事の立ち
上がりにおいて発生したものであり、運転２時間前のロ
ール準備時であった為に、異常電流が流れることによる
板破断に伴う操業損失を事前に回避することができた。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、サイリスタ素子の
異常に基づいて回路内を流れる異常電流を検出するだけ
でサイリスタ素子の異常を診断できるので、特別の装置
を必要とすることなくサイリスタ素子の異常を簡単、確
実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック構成図、第
２図は第１図の動作波形図である。 図中、１は異常サイリスタ素子、２は正常サイリスタ素
子、３は直流負荷、４はブレークダウン電流、５はブレ
ークオーバー電流、６はノイズフィルタ、７は絶縁アン
プ、８は比較器、９は電流設定器、10は検出回路、11は
リセット回路、12は警報器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力側が交流電源に接続され、出力側が直
   流負荷に接続されたサイリスタ素子のブリッジ回路を有
   する電力変換装置におけるサイリスタ素子の異常を診断
   するサイリスタ素子の異常診断装置において、前記電力
   変換装置に運転電流が流れない範囲に、当該サイリスタ
   素子の位相遅れ角を設定する設定手段と、前記電力変換
   装置の入力側及び交流電源間の線路に配設された電流検
   出器と、前記設定手段で位相遅れ角を設定した状態で前
   記電流検出器で検出された電流が所定設定電流以上であ
   るときに前記サイリスタ素子の異常状態と判断する異常
   検出手段とを備えたことを特徴とするサイリスタ素子の
   異常診断装置。