JPH08154374A

JPH08154374A - 電力変換装置の保護装置

Info

Publication number: JPH08154374A
Application number: JP6315774A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Narita; 博成田; Kenichi Onda; 謙一恩田; Mitsusachi Motobe; 光幸本部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒューズを用いることなく、または、ヒュー
ズ容量を必要以上に大きくすることなく、相短絡等によ
る過電流時の保護協調を確実にかつ容易に行うに好適な
電力変換装置の保護装置を提供することにある。【構成】交流電源と、前記交流電源を直流出力に変換
するコンバータと、前記直流出力を直流電源として蓄電
するフイルタコンデンサと、前記直流電源を交流電源に
変換するインバータと、負荷とから成る電力変換装置に
おいて、前記フイルタコンデンサに直列にダイオードを
並列接続した過電流抑制用リアクトルまたはヒューズを
接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置の保護装
置、特に、自己消弧素子を用いて構成された電力変換装
置の保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自己消弧素子を用いて電力変換器を構成
し、交流から直流あるいは直流から交流等に電力変換す
る装置は、多くの分野で用いられている。特に、パワー
トランジスタやＧＴＯサイリスタ等を用いた電圧型コン
バータ・インバータは、一般産業用は勿論、電気鉄道や
圧延機・電力の分野でも実用化が進み、益々大容量化
（高電圧・大電流化）が図られている。このような自己
消弧素子を用いた電力変換装置においては、例えば、ゲ
ート回路の不具合やノイズ等で、相短絡いわゆる直流電
源短絡が生ずることがある。この相短絡が一旦生ずる
と、直流電源から非常に急激な電流上昇率で過電流が流
れ、自己消弧素子を破損する恐れがある。

【０００３】そこで、この相短絡による過電流を保護す
る装置がいろいろと考えられている。例えば、図９は、
上記相短絡による過電流を保護する装置として、ヒュー
ズを用いた回路を示すもので、ＧＴＯサイリスタを用い
た３相電圧型コンバータ・インバータへの適用例を示し
ている。図９において、コンバータとインバータは同じ
回路構成で、かつ、相やアーム構成も同じなので、ここ
ではコンバータ回路の相構成を例として説明する。ＧＴ
ＯＰ，ＧＴＯＮはそれぞれ上下アームのＧＴＯサイリス
タ、ＬＡＰ，ＬＡＮはそれぞれＧＴＯＰ，ＧＴＯＮに直
列接続されたアノードリアクトル、ＤＦＬＰ，ＤＦＬＮ
はそれぞれＬＡＰ，ＬＡＮに並列接続されたフリーホィ
ールダイオード、ＤＦＰ，ＤＦＮはそれぞれＧＴＯＰ，
ＧＴＯＮに並列接続されたフリーホィールダイオード、
ＦＵＰ，ＦＵＮはヒューズであり、コンバータの一相分
例えばＵ相を構成している。他のＶ，Ｗ相及びインバー
タの各相については同じ回路構成なので省略する。ＡＣ
は三相交流電源でコンバータによって直流に変換され
る。この変換された直流電圧は、フイルタコンデンサＣ
Ｆによってインバータの直流電源となる。インバータ
は、この直流電源を可変電圧・可変周波数の三相交流電
源に変換し、負荷の誘導電動機ＩＭに供給する。また、
コンバータとインバータの各相には、例えばインバータ
のＵ相に示すように、上下アームの電圧を検出し、その
電圧が零になることで相短絡を検出するいわゆる相短絡
検出器ＰＳＤと、コンバータ・インバータの各相上下ア
ームの各ＧＴＯに変調されたゲート信号を供給するゲー
ト信号発生部ＵＧ，ＶＧ，ＷＧ、ＯＲ論理回路、ＡＮＤ
論理回路、ゲート制御信号発生部Ｇ１からなるＰＷＭ部
（点線で示す。）を設け、相短絡検出器ＰＳＤの出力を
ＯＲ論理回路に入力し、そして、ＯＲ論理回路の出力
は、相短絡検出器ＰＳＤの出力とのＡＮＤ論理回路によ
りゲート制御信号発生部Ｇ１を介してゲート信号発生部
ＵＧ，ＶＧ，ＷＧに与える。ここで、例えばインバータ
のＵ相おいて、上アームのＧＴＯＰがオンしている期間
に下アームのＧＴＯＮがノイズ等で誤動作すると、いわ
ゆる上下アームが導通状態となる相短絡になる。この相
短絡時に直流電源等から流れてくる過電流に対して、図
９の従来回路では、ヒューズ熔断（ヒューズのｉ²ｔ＜
ＧＴＯのｉ²ｔ）による上下アーム回路開放により、Ｇ
ＴＯ破損等の事故から保護している。この時、ＧＴＯ素
子の場合には、所定の可制御電流以上の電流を無理に遮
断すると、ＧＴＯが破損するので、相短絡検出器ＰＳＤ
からの出力で該相短絡を起こした例えばインバータＵ相
のＧＴＯには、ＰＷＭ部のＯＲ，ＡＮＤ論理回路を介し
たゲート制御信号発生部Ｇ１の出力によりゲートオフ信
号をブロック（オフ信号を発生させない。）する手段が
併用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電力変換器
の大容量化（高電圧、大電流化）が進んでくると、図９
の従来回路では、ヒューズによる保護が難しくなると云
う問題が生じてきた。すなわち、高電圧回路における大
電流を単体で保護できるヒューズ容量がなく、ヒューズ
を複数個用いて並列接続する必要がある。そのため、ヒ
ューズに流れる電流分担に不平衡が生じ、その分全体の
ヒューズ容量が通常の負荷電流に対して必要な容量より
も大きくなり、前記した相短絡等による過電流時のＧＴ
Ｏ破損防止等との保護協調が難しくなってきた。特に、
ＧＴＯ等の自己消弧素子においては、必ずスナバ回路
（図９の回路では省略してある。）が設けられ、その充
電電流（数十μＳ幅で数千Ａ）がヒューズを介して流れ
るため、電流分担の不平衡が著しくなり、ヒューズ容量
が益々増大して保護協調がとれにくくなっている。

【０００５】本発明の目的は、上記事情に鑑み、ヒュー
ズを用いることなく、または、ヒューズ容量を必要以上
に大きくすることなく、相短絡等による過電流時の保護
協調を確実にかつ容易に行うに好適な電力変換装置の保
護装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、自己消弧素
子で構成された電力変換装置において、過電流抑制用リ
アクトルまたはヒューズをフィルタコンデンサ回路に挿
入し、該過電流抑制用リアクトルまたはヒューズにはダ
イオードを並列接続することによって、また、フィルタ
コンデンサ回路、または、ヒューズと平滑用リアクトル
の直列体にリプル電流を供給するためのコンデンサを並
列接続することによって、また、フイルタコンデンサに
抵抗と半導体スイッチの直列接続体を並列接続すること
によって、また、相短絡を検出して、相短絡を起した相
の自己消弧素子に対してゲート信号をロックすると共
に、相短絡を起していない各相の自己消弧素子に対して
オンゲート信号を与えることによって、達成される。

【０００７】

【作用】本発明では、相短絡時に、フィルタコンデンサ
回路に過電流抑制用リアクトルを挿入することによっ
て、自己消弧素子に流れる電流をサージ電流耐量以下或
いはｉ²ｔ（ｉは電流、ｔは時間）耐量以下にすること
ができ、また、フィルタコンデンサ回路にヒューズを挿
入することによって、従来例の負荷電流に比べてヒュー
ズに流れる定常電流を小さくでき、また、リプル電流を
供給するためのコンデンサ及び平滑用リアクトルを用い
ることによって、充電電流を平滑化することができ、ま
た、フイルタコンデンサに抵抗と半導体スイッチの直列
接続体を並列接続することによって、相短絡を起した相
の自己消弧素子に流れる電流を更に小さくするので、ヒ
ューズを用いることなく、または、ヒューズ容量を必要
以上に大きくすることなく、自己消弧素子の破損を防止
すると共に、相短絡等による過電流時の保護協調を確実
にかつ容易に行うことができる。また、本発明では、相
短絡時に、相短絡を起さない相の自己消弧素子をターン
オンすることによって、これらの相に接続された電流上
昇率抑制用のアノードリアクトルと自己消弧素子に電流
が分流して流れるので、過電流抑制用リアクトルの値を
大きくすることなく、各相自己消弧素子に流れる電流を
サージ電流耐量以下或いはｉ²ｔ耐量以下にすることが
でき、自己消弧素子の破損を防止すると共に、相短絡に
よる過電流時の保護協調を確実にかつ容易に行うことが
できる。また、本発明では、相短絡時に、相短絡を起さ
ない相の自己消弧素子をターンオンすることによって、
これらの相に接続された電流上昇率抑制用のアノードリ
アクトルと自己消弧素子に電流が分流して流れるので、
各相自己消弧素子に流れる電流をサージ電流耐量以下或
いはｉ²ｔ耐量以下にすると、ヒューズ容量を必要以上
に大きくすることなく、自己消弧素子の破損を防止する
と共に、相短絡による過電流時の保護協調を確実にかつ
容易に行うことができる。

【０００８】

【実施例】図１に、本発明による電力変換装置の保護装
置の第一の実施例を示す。図１の第一の実施例は、図９
の従来例と同じ電圧型コンバータとインバータの回路に
適用したもので、図９の従来例で各アームに接続したヒ
ューズＦＵＰ，ＦＵＮを用いる代りに、ダイオードＤＦ
Ｕが並列接続された過電流抑制用リアクトルＬＣＦをフ
イルタコンデンサＣＦに直列接続する。そして、ダイオ
ードＤＦＵは、フイルタコンデンサＣＦの充電電流をバ
イパスする極性に接続する。また、三相交流電源ＡＣと
コンバータの間及びインバータと負荷の誘導電動機の間
にそれぞれヒューズＦＵを図示のように接続する。更
に、コンバータとインバータの各相には、各相の相短絡
検出器ＰＳＤの出力を一段目のＯＲ論理回路に取り込
み、その出力を、一方で相短絡検出器ＰＳＤの出力との
ＡＮＤ論理回路、ゲート制御信号発生部Ｇ１及び高位優
先回路Ｄを介してゲート信号発生部ＵＧ，ＶＧ，ＷＧ
に、また、他方で相短絡検出器ＰＳＤの出力を二段目の
ＯＲ論理回路、ゲート制御信号発生部Ｇ２及び高位優先
回路Ｄを介してゲート信号発生部ＵＧ，ＶＧ，ＷＧに与
えるゲート信号発生装置ＰＷＭを設ける。

【０００９】第一の実施例において、通常のコンバータ
・インバータ制御は、コンバータ側からの供給電流とイ
ンバータが取る負荷電流との差の電流がフイルタコンデ
ンサＣＦの回路に流れる。このフイルタコンデンサＣＦ
に流れる差電流の内、充電方向の電流は殆どダイオード
ＤＦＵを介して流れ、過電流抑制用リアクトルＬＣＦに
は放電方向の電流が流れる。通常の運転状態では、充電
方向の電流がコンバータ側から、放電方向の電流がイン
バータ側に流れる。インバータ側に流れる電流即ち負荷
電流は、通常運転の場合、過電流抑制用リアクトルＬＣ
ＦとダイオードＤＦＵによる電流平滑作用により、リプ
ル分を除いて殆ど過電流抑制用リアクトルＬＣＦを介し
て流れることになる。負荷電流のリプル分については、
過電流抑制用リアクトルＬＣＦの値が数μＨと小さいの
に対し、負荷のインダクタンスが数ｍＨと大きいので、
電流リプル分が過電流抑制用リアクトルＬＣＦを介して
流れることには問題がない。このような通常運転状態か
ら相短絡が生ずると、フイルタコンデンサＣＦから放電
方向の過電流は、殆ど過電流抑制用リアクトルＬＣＦを
通って流れる。そこで、相短絡時にＧＴＯに流れる電流
がサージ電流耐量以下或いはｉ²ｔ耐量以下になるよう
に、過電流抑制用リアクトルＬＦＵの値を設定すれば、
相短絡時の過電流によるＧＴＯの破損を防止することが
できる。なお、コンバータ、インバータ回路に電流上昇
率抑制用のアノードリアクトル（図示のＬＡＰ，ＬＡ
Ｎ）がある場合には、アノードリアクトルを含めて過電
流抑制用リアクトルＬＦＵの値を決めてもよい。このよ
うにすれば、過電流抑制用リアクトルＬＦＵの値を小さ
くできるので、負荷電流のリプル分に対する影響を少な
くできる。更に相短絡時には、上記した過電流抑制用リ
アクトルＬＦＵによる電流抑制作用のほかに、相短絡検
出器ＰＳＤからの出力で該相短絡を起こした相のＧＴＯ
のゲート信号をロック（オフ信号を発生させない。）
し、同時に相短絡を起こしていない他の各相のＧＴＯの
ゲート信号はゲートオフ後に遮断する。この動作につい
て、以下に述べる。即ち、例えばインバータＵ相が相短
絡を生ずると、相短絡検出器ＰＳＤ出力が一段目のＯＲ
論理回路に入力され、その出力がＡＮＤ論理回路と二段
目のＯＲ論理回路に入力される。そして、ＡＮＤ論理回
路の出力はゲート制御信号発生部Ｇ１に、また二段目の
ＯＲ論理回路の出力はゲート制御信号発生部Ｇ２に入力
され、これらゲート制御信号発生部Ｇ１，Ｇ２の出力は
高位優先回路Ｄを介してゲート制御信号発生部ＵＧに入
力される。ここで、ゲート制御信号発生部Ｇ１はゲート
信号をロックする（オフ信号を発生させない。）制御信
号を、またゲート制御信号発生部Ｇ２はオフゲート発生
後にゲート信号を遮断する制御信号を与えるものとす
る。更に、ゲート制御信号発生部Ｇ１の出力＞ゲート制
御信号発生部Ｇ２の出力とし、次の高位優先回路Ｄによ
ってゲート制御信号発生部Ｇ１の出力が優先されるよう
にする。従って、相短絡を起したＵ相では、ＡＮＤ論理
回路と二段目のＯＲ論理回路は共に出力１を生ずるが、
高位優先回路Ｄの作用でゲート制御信号発生部Ｇ１の出
力、即ちゲート信号をロックする（オフ信号を発生させ
ない。）制御信号をゲート信号発生部ＵＧに出力する。
一方相短絡を起していない他の各相では、ＡＮＤ論理回
路の出力は零、二段目のＯＲ論理回路の出力は１となる
ので、上記したゲート制御信号発生部Ｇ２の出力、即ち
オフゲート発生後にゲート信号を遮断する制御信号を相
短絡を起していない他の各相のゲート信号発生部ＵＧ，
ＶＧ，ＷＧに出力する。また、相短絡が生ずると、交流
電源ＡＣや負荷の誘導電動機ＩＭを短絡することにもな
るが、この交流電源や、負荷からの過電流に対しては、
交流電源ＡＣとコンバータの間及びインバータと負荷の
誘導電動機ＩＭの間にそれぞれ挿入したヒューズＦＵに
よって保護する。以上、第一の実施例によれば、過電流
抑制用リアクトルＬＣＦを設け、相短絡時にＧＴＯに流
れる電流をサージ電流耐量以下或いはｉ²ｔ耐量以下に
することによって、大容量のフューズを用いることな
く、ＧＴＯの破損を防止することができ、相短絡による
過電流時の保護協調を確実にかつ容易に行うことができ
る。

【００１０】図２に、本発明による電力変換装置の保護
装置の第二の実施例を示す。図２の第二の実施例は、図
１の第一の実施例回路におけるフィルタコンデンサ回路
に加えて、高周波成分の多いスナバ回路の充電電流や負
荷のリプル電流を供給するためのコンデンサＣＦＨをフ
ィルタコンデンサ回路と並列に接続する。このため、フ
ィルタコンデンサＣＦからは殆どリプル電流等が流れ出
ることがなく、フィルタコンデンサＣＦを高周波特性の
悪い安価な電解コンデンサにすることができる。なお、
追加したコンデンサＣＦＨは高周波特性のよいオイルコ
ンデンサ等を用いる。以上、第二の実施例によれば、安
価な装置により、相短絡による過電流時の保護協調を確
実にかつ容易に行うことができる。

【００１１】図３に、本発明による電力変換装置の保護
装置の第三の実施例を示す。図３の第三の実施例は、図
１の第一の実施例におけるフィルタコンデンサＣＦに、
抵抗Ｒｏと半導体スイッチＳＲの直列接続体を並列接続
する。そして、相短絡検出信号（一段目のＯＲ論理回
路）によって半導体スイッチＳＲを点弧するものであ
る。第三の実施例において、相短絡が例えばインバータ
のＵ相に生ずると、相短絡検出器ＰＳＤの相短絡検出信
号が一段目のＯＲ論理回路を介して半導体スイッチＳＲ
のゲートに与えられ、半導体スイッチＳＲを点弧する。
フィルタコンデンサＣＦからの放電電流は抵抗Ｒｏを介
して放電する。これにより、相短絡を起したＵ相のＧＴ
Ｏに流れる電流は更に小さくなる。なお、抵抗Ｒｏと半
導体スイッチＳＲの直列接続体は、従来、過電圧抑制に
用いられているものを流用してもよい。また、抵抗Ｒｏ
と半導体スイッチＳＲの直列接続体は、図２の第二の実
施例に適用してもよいことは勿論である。以上、第三の
実施例によれば、相短絡を起した相のＧＴＯに流れる電
流を更に小さくするので、相短絡による過電流時の保護
協調をより確実にかつ容易に行うことができる。

【００１２】図４に、本発明による電力変換装置の保護
装置の第四の実施例を示す。図４の第四の実施例は、図
１の第一の実施例と殆ど同じで、異なるところは、相短
絡を検出したとき、ゲート信号発生装置ＰＷＭのゲート
制御信号発生部Ｇ２にターンオン信号を発生させ、相短
絡を起していない他の各相のＧＴＯを全てターンオンさ
せることにある。また、交流電源ＡＣとコンバータの間
及びインバータと負荷の誘導電動機ＩＭの間にそれぞれ
挿入したヒューズＦＵの代わりに、高速度遮断器や真空
遮断器等の高速スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂を接続することに
ある。即ち、図示するようにスイッチＳＷ₁，ＳＷ₂と、
それぞれスイッチＳＷ₁，ＳＷ₂を駆動する駆動コイルＭ
ｇ１，Ｍｇ２を備える。第四の実施例において、例えば
インバータＵ相が相短絡を生ずると、相短絡検出器ＰＳ
Ｄ出力が一段目のＯＲ論理回路に入力され、その出力が
ＡＮＤ論理回路と二段目のＯＲ論理回路に入力される。
以下図１の第一の実施例と同様に動作して、相短絡を起
したＵ相では、ＡＮＤ論理回路と二段目のＯＲ論理回路
は共に出力１を生じ、高位優先回路Ｄの作用でゲート制
御信号発生部Ｇ１の出力、即ちゲート信号をロックする
（オフ信号を発生させない。）制御信号をゲート信号発
生部ＵＧに出力する。一方相短絡を起していない他の各
相では、ＡＮＤ論理回路の出力は零、二段目のＯＲ論理
回路の出力は１となる。ここで図１の第一の実施例の動
作と異なり、第四の実施例では、二段目のＯＲ論理回路
の出力の１を受けると、ゲート制御信号発生部Ｇ２は、
ターンオン信号を相短絡を起していない他の各相のゲー
ト信号発生部ＵＧ，ＶＧ，ＷＧに出力し、相短絡を起し
ていない他の各相のＧＴＯをターンオンする。この時、
各相のＧＴＯが全てターンオンするので、交流電源ＡＣ
や負荷の誘導電動機ＩＭからの電流が確実に増加する。
このため、相短絡検出器ＰＳＤの出力によってスイッチ
ＳＷ₁，ＳＷ₂を強制遮断して、交流電源や負荷からの過
電流を保護する。なお、特に図示しないが、相短絡検出
器ＰＳＤの出力を利用して、相短絡を起していない各相
の変調率を小さくしたり、また、オフゲートによるター
ンオフ後にゲート信号を遮断する等して、交流電源や負
荷の電流を小さくする電流の減少制御をやってもよい。
更に、スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂の強制遮断と電流の減少制
御を併用すれば、より確実な保護動作とすることができ
る。また、図１の第一の実施例と同じように、交流電源
や負荷からの過電流をヒューズによって保護してもよ
い。この結果、第四の実施例では、相短絡を起していな
い他の各相に電流上昇率抑制用のアノードリアクトルＬ
ＡＰ，ＬＡＮを接続すると、過電流抑制用リアクトルＬ
ＦＵによる電流抑制作用は、相短絡を起していない他の
各相のＧＴＯに流れる電流分流作用により、更に効果的
になる。つまり、過電流抑制用リアクトルＬＦＵの値が
図１の第一の実施例と同じとすれば、各相ＧＴＯに流れ
るサージ電流をより小さくでき、また、各相ＧＴＯに流
れるサージ電流を図１の第一の実施例と同じとすれば、
過電流抑制用リアクトルＬＦＵの値をより小さくでき
る。以上、第四の実施例によれば、相短絡時に、相短絡
を起していない他の各相に接続された電流上昇率抑制用
のアノードリアクトルとこの他の各相のＧＴＯに流れる
電流分流作用により、過電流抑制用リアクトルの値を大
きくすることなく、各相ＧＴＯに流れる電流をサージ電
流耐量以下或いはｉ²ｔ耐量以下にすることができるの
で、ＧＴＯの破損を防止すると共に、相短絡による過電
流時の保護協調を確実にかつ容易に行うことができる。
なお、第四の実施例は図２、図３の第二、第三の実施例
に適用してもよいことは勿論である。

【００１３】図５に、本発明による電力変換装置の保護
装置の第五の実施例を示す。図５の第五の実施例は、３
レベル電圧型コンバータ・インバータへの適用例であ
る。３レベル等の動作については公知（例えば、特開昭
５５−４３９９６号公報）であるので、説明を省略す
る。第五の実施例では、フィルタコンデンサＣＦＰ，Ｃ
ＦＮの２分割に伴い、過電流抑制用リアクトルは、図１
の第一の実施例に比し、それぞれのフィルタコンデンサ
ＣＦＰ，ＣＦＮにＬＦＵＰ，ＬＦＵＮとして接続する。
また、３レベルコンバータ・インバータ用のクランプダ
イオードＤＣＰ，ＤＣＮが設けられる。また、特に図示
していないが、コンバータ・インバータ各相の相短絡検
出は、例えばコンバータＵ相で説明すると、ＧＴＯＰ
１，２とＧＴＯＮ１にまたがって印加される電圧でフィ
ルタコンデンサＣＦＰの短絡を、ＧＴＯＰ２とＧＴＯＮ
１，２にまたがって印加される電圧でフィルタコンデン
サＣＦＰの短絡をそれぞれ検出するようにし、それに対
応してゲート信号発生装置ＰＷＭのＯＲ論理回路等を設
ける。このように構成される第五の実施例における過電
流抑制用リアクトルＬＦＵＰ，ＬＦＵＮの作用・効果
は、図１の第一の実施例と同様であるので、その説明を
省略する。なお、図５では、相短絡時に各相の全ＧＴＯ
をターンオンし、同時に交流電源ＡＣや負荷回路ＩＭを
スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂によって強制遮断する図４の第四
の実施例と同じにしているが、これに限定されることな
く、図１の第一の実施例を適用してもよいことは勿論で
ある。また、フィルタコンデンサ回路については、図
２、図３の第二、第三の実施例としてもよいことも勿論
である。。また、第五の実施例におけるフィルタコンデ
ンサＣＦＰ，ＣＦＮに、図３の第三の実施例と同じよう
に、抵抗Ｒｏと半導体スイッチＳＲの直列接続体を並列
接続し、相短絡検出信号によって半導体スイッチＳＲを
点弧するようにしてもよい。従って、第五の実施例によ
れば、３レベル電圧型コンバータ・インバータにおいて
も、ヒューズを用いることなく、相短絡による過電流時
の保護協調を確実にかつ容易に行うことができる。

【００１４】図６に、本発明による電力変換装置の保護
装置の第六の実施例を示す。図６の第六の実施例は、図
４の第四の実施例と殆ど同じで、異なるところは、過電
流抑制リアクトルＬＣＦに代えて、ヒューズＦＵを用い
た点である。第六の実施例において、通常のコンバータ
・インバータ制御は、コンバータ側からの供給電流とイ
ンバータが取る負荷電流との差の電流がフイルタコンデ
ンサＣＦの回路に流れる。このフイルタコンデンサＣＦ
に流れる差電流の内、充電方向の電流は殆どダイオード
ＤＦＵを介して流れ、ヒューズＦＵには放電方向の電流
が流れる。そして、一旦、コンバータ或いはインバータ
において相短絡が生ずると、その短絡電流はフイルタコ
ンデンサＣＦの放電方向の電流となるので、ヒューズＦ
Ｕを通って流れ、該ヒューズＦＵが熔断してＧＴＯ破損
等の事故を防止する。この時、図４の第四の実施例で説
明したように、例えばインバータＵ相が相短絡を起す
と、相短絡検出器ＰＳＤがこれを検出し、相短絡を起し
ていない他の各相のＧＴＯをターンオンし、フィルタコ
ンデンサＣＦからの放電電流を相短絡を起していない他
の各相のＧＴＯに流す。なお、ゲート信号発生装置ＰＷ
Ｍは、図４の第四の実施例と同じであるので、詳細を省
略する。また、各相のＧＴＯが全てターンオンするの
で、交流電源ＡＣや負荷の誘導電動機ＩＭからの電流が
確実に増加する。このため、第四の実施例と同様に、相
短絡検出器ＰＳＤの出力によってスイッチＳＷ₁，ＳＷ₂
を強制遮断して、交流電源や負荷からの過電流を保護す
る。なお、特に図示しないが、図４の第四の実施例で説
明したように、相短絡検出器ＰＳＤの出力を利用して、
相短絡を起していない各相の変調率を小さくしたり、ま
た、オフゲートによるターンオフ後にゲート信号を遮断
する等して、交流電源や負荷の電流を小さくする電流の
減少制御をやってもよい。更に、スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂
の強制遮断と電流の減少制御を併用すれば、より確実な
保護動作とすることができる。従って、第六の実施例に
よれば、ヒューズＦＵは、負荷電流がそのまま流れる図
９の従来例に対して、ヒューズ容量を小さくできる。ま
た、ヒューズＦＵを並列接続する必要がある場合でも、
ヒューズ容量は小さくできるので、その並列数を少なく
でき、電流分担不平衡のヒューズ容量に対する影響を緩
和できる。従って、ヒューズＦＵによって、上下アーム
が導通状態となる相短絡時の過電流に対する保護協調が
取りやすい構成にできる。以上、第六の実施例によれ
ば、ヒューズＦＵは、負荷電流がそのまま流れる図９の
従来例に対して、ヒューズに流れる定常電流が小さいの
で、ヒューズ容量を小さくできる。また、ヒューズＦＵ
を並列接続する必要がある場合でも、ヒューズ容量が小
さいので、その並列数を少なくでき、電流分担不平衡の
ヒューズ容量に対する影響を緩和できる。従って、ヒュ
ーズＦＵによって、相短絡時の過電流に対する保護協調
が取りやすい構成にできる。また、相短絡を起していな
い他の各相に接続された電流上昇率抑制用のアノードリ
アクトルと他の各相のＧＴＯに流れる電流分流作用によ
り、各相ＧＴＯに流れる電流をサージ電流耐量以下或い
はｉ²ｔ耐量以下にすると、ヒューズ容量を必要以上に
大きくすることなく、ＧＴＯの破損を防止すると共に、
相短絡による過電流時の保護協調を確実にかつ容易に行
うことができる。

【００１５】図７に、本発明による電力変換装置の保護
装置の第七の実施例を示す。第七の実施例は、図６の実
施例と殆ど同じで、異なるところは、ダイオードＤＦＵ
に並列接続されるヒューズＦＵにリアクトルＬＦＵを直
列接続したことにある。前記したように、コンバータ・
インバータを構成するＧＴＯ等の自己消弧素子において
は、必ずスナバ回路（回路は省略）が設けられ、その充
電電流（数十μＳ幅で数千Ａ）がフィルタコンデンサＣ
Ｆから放電電流として流れる。そこで、第七の実施例で
は、ヒューズＦＵにリアクトルＬＦＵを直列接続し、こ
の直列体に並列接続したダイオードＤＦＵとのフリーホ
ィール効果で、ヒューズＦＵに流れる前記充電電流（数
十μＳ幅で数千Ａ）の平滑化を図る。この結果、ヒュー
ズＦＵに流れる電流の低リプル化が達成され、特にヒュ
ーズＦＵが複数個並列接続される場合にも、その電流分
担の均等化を図りやすい。また、この効果を更に確実な
ものにするために、図７のヒューズＦＵとリアクトルＬ
ＦＵの直列体、或いは、ダイオードＤＦＵとフィルタコ
ンデンサＣＦの直列体に、前記充電電流をバイパスする
ためのコンデンサをそれぞれ点線のように並列接続して
もよい。そして、一旦、コンバータ或いはインバータに
おいて相短絡が生ずると、その短絡電流はフイルタコン
デンサＣＦの放電方向の電流となるので、ヒューズＦＵ
を通って流れ、該ヒューズＦＵが熔断してＧＴＯ破損等
の事故を防止する。この時、図６の第六の実施例と同じ
ように、相短絡検出器ＰＳＤからの出力で、交流電源や
負荷回路に接続されているスイッチＳＷ１，スイッチＳ
Ｗ２を強制遮断して、交流電源や負荷からの過電流を保
護する。なお、第七の実施例においても、特に図示しな
いが、図４の第四の実施例で説明したように、相短絡検
出器ＰＳＤの出力を利用して、相短絡を起していない各
相の変調率を小さくしたり、また、オフゲートによるタ
ーンオフ後にゲート信号を遮断する等して、交流電源や
負荷の電流を小さくする電流の減少制御をやってもよ
い。更に、スイッチＳＷ₁，ＳＷ₂の強制遮断と電流の減
少制御を併用すれば、より確実な保護動作とすることが
できる。以上、第七の実施例によれば、スナバ回路から
の充電電流を平滑化することができるので、ヒューズ容
量を必要以上に大きくしなくてもよいことになり、ヒュ
ーズＦＵによって上下アームが導通状態となる相短絡時
の過電流に対する保護協調が取りやすい構成にできる。

【００１６】なお、以上説明した第六の実施例、第七の
実施例において、図１の第一の実施例と同じように、交
流電源や負荷からの過電流をヒューズによって保護して
もよい。更に、図１の第一の実施例と同じように、相短
絡検出器ＰＳＤからの出力で該相短絡を起こした相のＧ
ＴＯのゲート信号をロック（オフ信号を発生させな
い。）し、同時に相短絡を起こしていない他の各相のＧ
ＴＯのゲート信号はゲートオフ後に遮断するようにして
もよい。また、第六の実施例、第七の実施例におけるフ
ィルタコンデンサＣＦに、図３の第三の実施例と同じよ
うに、抵抗Ｒｏと半導体スイッチＳＲの直列接続体を並
列接続し、相短絡検出信号によって半導体スイッチＳＲ
を点弧するようにしてもよい。

【００１７】図８に、本発明による電力変換装置の保護
装置の第八の実施例を示す。図３の第八の実施例は、３
レベル電圧型コンバータ・インバータへの適用例であ
る。第八の実施例回路では、フイルタコンデンサＣＦ
Ｐ，ＣＦＮの２分割に伴い、ヒューズＦＵは、図６の第
六の実施例に比し、それぞれのフイルタコンデンサＣＦ
Ｐ，ＣＦＮにＦＵＰ，ＦＵＮとして接続する。また、特
に図示はしていないが、コンバータ・インバータ各相の
相短絡検出は、例えばコンバータＵ相で説明すると、Ｇ
ＴＯＰ１，２とＧＴＯＮ１にまたがって印加される電圧
でフイルタコンデンサＣＦＰの短絡を、ＧＴＯＰ２とＧ
ＴＯＮ１，２にまたがって印加される電圧でフイルタコ
ンデンサＣＦＮの短絡をそれぞれ検出するようにしてあ
る。このように構成される第八の実施例におけるヒュー
ズＦＵＰ，ＦＵＮの作用・効果は、図６の第六の実施例
と同様であるので、その説明を省略する。なお、図８で
は、相短絡時に各相の全ＧＴＯをターンオンし、同時に
交流電源ＡＣや負荷回路ＩＭをスイッチＳＷ₁，ＳＷ₂に
よって強制遮断する図６の第六の実施例と同じにしてい
るが、これに限定されることなく、図１の第一の実施例
を適用してもよいことは勿論である。また、フィルタコ
ンデンサ回路については、図６、図７の第六、第七の実
施例としてもよいことも勿論である。また、第八の実施
例におけるフィルタコンデンサＣＦＰ，ＣＦＮに、図３
の第三の実施例と同じように、抵抗Ｒｏと半導体スイッ
チＳＲの直列接続体を並列接続し、相短絡検出信号によ
って半導体スイッチＳＲを点弧するようにしてもよい。
従って、第八の実施例によれば、３レベル電圧型コンバ
ータ・インバータにおいても、ヒューズ容量を必要以上
に大きくすることなく、相短絡等による過電流時の保護
協調を確実にかつ容易に行うことができる。

【００１８】なお、以上の実施例では、コンバータ、イ
ンバータのアームを構成する自己消弧素子を直列数を１
個としているが、本発明は、これに限定されることな
く、複数個直列接続されたアームで構成されるコンバー
タ、インバータにも適用できることは勿論である。ま
た、以上の実施例では、３相交流電源、３相交流負荷を
対象としたが、本発明は、単相電源、単相負荷にも適用
できることは云うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
相短絡時に、フィルタコンデンサ回路に過電流抑制用リ
アクトルを挿入することによって、自己消弧素子に流れ
る電流をサージ電流耐量以下或いはｉ²ｔ耐量以下にす
ることができ、また、リプル電流を供給するためのコン
デンサを用いることによって、充電電流を平滑化するこ
とができ、また、フイルタコンデンサに抵抗と半導体ス
イッチの直列接続体を並列接続することによって、相短
絡を起した相の自己消弧素子に流れる電流を更に小さく
するので、フューズを用いることなく、自己消弧素子の
破損を防止すると共に、相短絡等による過電流時の保護
協調を確実にかつ容易に行うことができる。また、本発
明によれば、相短絡時に、相短絡を起さない相の自己消
弧素子をターンオンすることによって、これらの相に接
続された電流上昇率抑制用のアノードリアクトルと自己
消弧素子に電流が分流して流れるので、過電流抑制用リ
アクトルの値を大きくすることなく、各相自己消弧素子
に流れる電流をサージ電流耐量以下或いはｉ²ｔ耐量以
下にすることができ、自己消弧素子の破損を防止すると
共に、相短絡による過電流時の保護協調を確実にかつ容
易に行うことができる。また、本発明によれば、フィル
タコンデンサ回路にヒューズを挿入することによって、
従来例のヒューズに流れる負荷電流に比し、ヒューズに
流れる定常電流が小さくなり、また、リプル電流を供給
するためのコンデンサ及び平滑用リアクトルを用いるこ
とによって、充電電流を平滑化することができ、また、
フイルタコンデンサに抵抗と半導体スイッチの直列接続
体を並列接続することによって、相短絡を起した相の自
己消弧素子に流れる電流を更に小さくするので、ヒュー
ズ容量を必要以上に大きくすることなく、ヒューズ容量
を小さくでき、自己消弧素子の破損を防止すると共に、
相短絡等による過電流時の保護協調を確実にかつ容易に
行うことができる。また、本発明によれば、ヒューズ容
量を小さくできるので、ヒューズＦＵを並列接続する必
要がある場合でも、その並列数を少なくでき、電流分担
不平衡のヒューズ容量に対する影響を緩和できる。従っ
て、ヒューズＦＵによって、相短絡時の過電流に対する
保護協調が取りやすい構成にできる。また、本発明によ
れば、相短絡時に、相短絡を起さない相の自己消弧素子
をターンオンすることによって、これらの相に接続され
た電流上昇率抑制用のアノードリアクトルと自己消弧素
子に電流が分流して流れるので、各相自己消弧素子に流
れる電流をサージ電流耐量以下或いはｉ²ｔ耐量以下に
すると、ヒューズ容量を必要以上に大きくすることな
く、自己消弧素子の破損を防止すると共に、相短絡によ
る過電流時の保護協調を確実にかつ容易に行うことがで
きる。また、本発明によれば、３レベル電圧型コンバー
タ・インバータにおいても、相短絡による過電流時の保
護協調を確実にかつ容易に行うことができる。また、本
発明によれば、安価な装置を用いて、相短絡による過電
流時の保護協調を確実にかつ容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電力変換装置の保護装置の第一の
実施例

【図２】本発明による電力変換装置の保護装置の第二の
実施例

【図３】本発明による電力変換装置の保護装置の第三の
実施例

【図４】本発明による電力変換装置の保護装置の第四の
実施例

【図５】本発明による電力変換装置の保護装置の第五の
実施例

【図６】本発明による電力変換装置の保護装置の第六の
実施例

【図７】本発明による電力変換装置の保護装置の第七の
実施例

【図８】本発明による電力変換装置の保護装置の第八の
実施例

【図９】従来のヒューズを用いた回路例

【符号の説明】

ＡＣ交流電源ＩＭ負荷（誘導電動機）Ｕ，Ｖ，Ｗコンバータ及びインバータの各相ＧＴＯＰ，ＧＴＯＰ１〜２，ＧＴＯＮ，ＧＴＯＮ１〜２
ゲートターンオフサイリスタＬＡＰ，ＬＡＮアノードリアクトルＦＵ，ＦＵＰ，ＦＵＮヒューズＤＦＵ，ＤＦＵＰ，ＤＦＵＮヒューズの並列ダイオー
ドＣＦ，ＣＦＰ，ＣＦＮフイルタコンデンサＰＳＤ相短絡検出器ＰＷＭゲート信号発生装置ＯＲＯＲ論理回路ＡＮＤＡＮＤ論理回路Ｇ１，Ｇ２ゲート制御信号発生部ＵＧ，ＶＧ，ＷＧゲート信号発生部Ｄ高位優先回路ＳＷ１，ＳＷ２スイッチ（高速遮断器、真空遮断器
等）Ｍｇ１，Ｍｇ２スイッチの駆動コイルＬＦＵ，ＬＦＵＰ，ＬＦＵＮヒューズに直列接続され
るリアクトル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源と、前記交流電源を直流出力に
変換するコンバータと、前記直流出力を直流電源として
蓄電するフイルタコンデンサと、前記直流電源を交流電
源に変換するインバータと、負荷とから成る電力変換装
置において、前記フイルタコンデンサと直列にダイオー
ドを並列接続した過電流抑制用リアクトルまたはヒュー
ズを接続することを特徴とする電力変換装置の保護装
置。
【請求項２】交流電源と、前記交流電源を直流出力に
変換するコンバータと、前記直流出力を直流電源として
蓄電するフイルタコンデンサと、前記直流電源を交流電
源に変換するインバータと、負荷とから成る電力変換装
置において、前記フイルタコンデンサと直列にダイオー
ドを並列接続した過電流抑制用リアクトルを接続し、該
並直列接続した回路にリプル電流を供給するためのコン
デンサを並列接続することを特徴とする電力変換装置の
保護装置。
【請求項３】交流電源と、前記交流電源を直流出力に
変換するコンバータと、前記直流出力を直流電源として
蓄電するフイルタコンデンサと、前記直流電源を交流電
源に変換するインバータと、負荷とから成る電力変換装
置において、前記フイルタコンデンサと直列にダイオー
ドを並列接続したヒューズと平滑用リアクトルの直列体
を接続することを特徴とする電力変換装置の保護装置。
【請求項４】請求項３において、前記ダイオードを並
列接続したヒューズと平滑用リアクトルの直列体に前記
フイルタコンデンサを直列接続した並直列回路に、また
は、前記ヒューズと平滑用リアクトルの直列体に、リプ
ル電流を供給するためのコンデンサを並列接続すること
を特徴とする電力変換装置の保護装置。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかにおい
て、前記フイルタコンデンサに抵抗と半導体スイッチの
直列接続体を並列接続し、前記コンバータ、インバータ
各相における相短絡を検出したとき、半導体スイッチを
点弧することを特徴とする電力変換装置の保護装置。
【請求項６】請求項１または請求項２または請求項５
のいずれかにおいて、前記過電流抑制用リアクトルの値
は、相短絡時に前記コンバータ、インバータを構成する
自己消弧素子に流れる電流がサージ電流耐量以下或いは
ｉ²ｔ（ｉは電流、ｔは時間）耐量以下になるように設
定することを特徴とする電力変換装置の保護装置。
【請求項７】請求項１または請求項２または請求項５
のいずれかにおいて、前記コンバータ、インバータの各
相にアノードリアクトルを接続し、前記過電流抑制用リ
アクトルの値と前記アノードリアクトルの値を合わせ
て、相短絡時に前記コンバータ、インバータを構成する
自己消弧素子に流れる電流がサージ電流耐量以下或いは
ｉ²ｔ耐量以下になるように設定することを特徴とする
電力変換装置の保護装置。
【請求項８】請求項１から請求項７のいずれかにおい
て、前記コンバータ、インバータ各相における相短絡を
検出して、相短絡を起した相の自己消弧素子に対してゲ
ート信号をロックする手段と、他の各相の自己消弧素子
に対してオフゲートによるターンオフ後にゲート遮断を
行う手段を備えることを特徴とする電力変換装置の保護
装置。
【請求項９】請求項１から請求項７のいずれかにおい
て、前記コンバータ、インバータ各相における相短絡を
検出して、相短絡を起した相の自己消弧素子に対してゲ
ート信号をロックする手段と、相短絡を起していない各
相の自己消弧素子に対してオンゲート信号を与える手段
と、前記交流電源及び負荷回路に挿入したスイッチを強
制遮断する手段を備えることを特徴とする電力変換装置
の保護装置。
【請求項１０】請求項９において、相短絡を検出し
て、相短絡を起していない各相の自己消弧素子に対して
変調率を小さくし、または、相短絡を起していない各相
の自己消弧素子に対してオフゲートによるターンオフ後
にゲート遮断して、交流電源や負荷の電流を小さくする
電流の減少制御手段を併用して設けることを特徴とする
電力変換装置の保護装置。
【請求項１１】請求項１から請求項１０のいずれかに
おいて、前記電力変換装置は、前記フイルタコンデンサ
回路が二組設けられた３レベル電圧型コンバータ・イン
バータであることを特徴とする電力変換装置の保護装
置。