JPH0847242A - 電圧形自励式変換器の事故検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電圧形自励式変換器において、アーム短絡、ア
ーム外部短絡、交流出力線間短絡等の事故が発生した場
合に、高速に、かつ単純な回路で検出し、アノードリア
クトルや自己消弧素子を必要以上に大きくすることなく
保護できる電圧形自励式変換器の事故検出回路を提供す
ることにある。 【構成】ＧＴＯ２Ａ，２Ｂのうち同一の交流母線１Ａが
接続されるアームを構成するＧＴＯ２Ａ，２Ｂの一方が
導通状態であることを検出する第１の検出手段（バイア
ス検出回路１９Ａ，反転回路２０Ａ）と、同一の交流母
線１Ａが接続されるアームを構成するＧＴＯ２Ｂの他方
に並列接続されたスナバコンデンサ５Ｂの放電を検出す
る第２の検出手段（スナバ放電検出回路１８Ｂ）と、第
１および第２の検出手段の検出信号の論理積が成立した
とき出力される出力信号を前記変換器の事故検出信号と
する論理回路１３Ａ，１３Ｂを備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばゲートターンオフ
サイリスタ（以下ＧＴＯと称する）のような自己消弧形
半導体素子をブリッジ接続して構成され、直流側にコン
デンサ、蓄電池、整流器等の直流電圧源を持つ電圧形自
励式変換器に関し、特に変換器の短絡事故を検出する事
故検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１７は、ＧＴＯをブリッジ接続した変
換器と直流電圧源から構成される電圧形自励式変換器の
一般的な構成図を示す。図１７において１Ａ，１Ｂ，１
Ｃは交流電圧源、２Ａ〜２ＦはＧＴＯ等の自己消弧形半
導体素子（以下自己消弧素子と略称する）、３Ａ〜３Ｆ
はダイオード、４Ａ〜４ＦはＧＴＯがオフした時のエネ
ルギーを吸収するためのスナバ回路を構成する抵抗、５
Ａ〜５Ｆはスナバ回路を構成するコンデンサ、６Ａ〜６
Ｆはスナバ回路を構成するダイオードである。７Ａ〜７
ＦはＧＴＯがオンしたときの電流の立ち上がりを抑制す
るためのアノードリアクトルである。８は整流器等の直
流電圧源である。

【０００３】図１７に示すような電圧形自励式変換器に
おいて、短絡事故が発生した場合を考える。第１にアー
ム短絡を考える。例えば、図１７においてＧＴＯ２Ａが
通電中に、ノイズ等の誤信号や何らかの原因による素子
破損が発生し、ＧＴＯ２Ｂが導通状態となった場合を考
える。アノードリアクトル７Ａ、ＧＴＯ２Ａ、アノード
リアクトル７Ｂ、ＧＴＯ２Ｂで直流電圧源８の短絡パス
ができ、直流電圧源８から変換器へ短絡電流が流れる。
短絡電流の立ち上がりは、アノードリアクトル７Ａ，７
Ｂにより抑制される。

【０００４】第２にアーム外部短絡事故を考える。例え
ば、図１７においてＧＴＯ２Ｂが通電中に、矢印５１に
相当する部分において、碍子の短絡等の外部短絡事故が
発生した場合を考える。短絡事故部、アノードリアクト
ル７Ｂ、ＧＴＯ２Ｂで、直流電圧源８の短絡パスがで
き、直流電圧源８から変換器へ短絡電流が流れる。

【０００５】第３に交流線間短絡を考える。例えば図１
７においてＧＴＯ２ＡとＧＴＯ２Ｄが通電中に、矢印５
２に相当する部分で短絡が発生した場合を考える。アノ
ードリアクトル７Ａ、ＧＴＯ２Ａ、短絡事故部、アノー
ドリアクトル７Ｄ、ＧＴＯ２Ｄで直流電圧源８の短絡パ
スができ、直流電圧源から変換器へ短絡電流が流れる。

【０００６】ＧＴＯ等の自己消弧素子は、遮断可能電流
値を越えた電流を遮断すると破損する。従って、以上説
明したような事故が発生した場合は、速やかに事故検出
を行い、事故電流が遮断可能電流値以下である期間に保
護動作（オフ）を行う必要があり、アノードアリクトル
７Ａ〜７Ｆ、ＧＴＯ２Ａ〜２Ｆの定格等はその条件を満
足する値を選定していた。

【０００７】図１８は従来のアーム短絡の保護回路を示
す。図１８において図１７と同一の要素は同一の符号と
し説明を省略する。１１Ａ〜１１Ｆは電流検出器、１２
Ａ，１２Ｂは電流検出器１１Ａ，１１Ｂにて検出された
アーム電流が所定値に達したことを検出するレベル検出
器、１３は論理積回路、１４はインタロック回路であっ
て、スナバコンデンサ５Ａ，５Ｂの充放電により、電流
検出器１１Ａ，１１Ｂが同時に電流を検出する期間をア
ーム短絡と検出しないための回路である。また、１５は
検出した事故の記憶回路、１６は電子レベルの信号を増
幅しＧＴＯ２Ａ〜２Ｆにオフ指令を送信するパルス増幅
回路、１０１はインタロックに必要なオンオフパタン信
号である。

【０００８】図１８においては、簡単の為、ＧＴＯ２
Ａ，２Ｂの電流のレベル検出器１２Ａ，１２Ｂ及び論理
積回路１３、インタロック回路１４しか図示していない
が、ＧＴＯ２Ｃ，２Ｄおよび、ＧＴＯ２Ｅ，２Ｆも同様
に、レベル検出器、論理積回路、インタロック回路を設
ける。

【０００９】図１８に示す従来の回路は、通常の運転で
はありえない同一の交流母線につながる高圧側アームと
低圧側アーム（以下、それぞれをペアアームと呼ぶ）が
同時に通電する現象を利用してアーム短絡を検出する回
路である。しかしながら、通常の運転時にも、導通中の
自己消弧素子が非導通になるときのスナバコンデンサ５
Ａ〜５Ｆの充電電流、非導通の自己消弧素子が導通する
ときのスナバコンデンサ５Ａ〜５Ｆの放電電流により、
ペアアームが同時に通電する期間が発生する。

【００１０】図１８においては、ＰＷＭパタン信号１０
１を用いてインタロックを取っているが、インタロック
を取ることが必要な時間は負荷電流値により変化する
為、最も長くかかる時間でインタロックを取る必要があ
り検出が遅れてしまう。また、負荷電流の向きによって
インタロックを取るタイミングを変える必要があり、回
路が複雑になる等の不具合がある。

【００１１】また、図１８の回路では、アームの外部短
絡事故の場合は、短絡電流が短絡したアームの電流検出
器を通過しない為、検出できない。交流出力線間短絡事
故も、ペアアームが通電しないので検出できない。

【００１２】図１９は従来のアーム外部短絡、交流出力
線間短絡事故の保護回路を示す。既に説明済みの図１８
と同一の要素は同一の符号とし説明を省略する。１２Ｃ
〜１２Ｅは電流検出器１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｅにて検出
されたアーム電流が所定値に達したことを検出するレベ
ル検出器、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは記憶回路、１７は
論理和回路である。レベル検出器１２Ｃ〜ＥはＧＴＯ２
Ａ，２Ｃ，２Ｅのアームの位置しか図示していないが、
ＧＴＯ２Ｂ，２Ｄ，２Ｆにも同じ回路が付加されてお
り、その出力は論理和回路１７に入力される。

【００１３】図１９に示す回路では、アーム外部短絡事
故や交流出力線間短絡事故が発生した場合、レベル検出
器１２Ｃ〜１２Ｅにて通常運転時の電流値を越えたこと
を検出し保護する。事故時の過電流の検出レベルは、通
常運転中に誤動作をしないように、通常運転時のピーク
電流の１．２〜１．４倍程度にすることが普通である。
図１９に示す回路においては、アーム電流が過電流検出
レベルを越えてからの検出及び保護となるために、検出
までに無駄時間があり、アノードリアクトル７Ａ〜７Ｆ
や、ＧＴＯ２Ａ〜２Ｆの遮断可能な電流を大きくする必
要がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の技術
から明らかなように、自己消弧素子２Ａ〜２Ｆをブリッ
ジ接続し、直流を交流にあるいは、交流を直流に変換す
る変換器と、直流電圧源８からなる電圧形自励式変換器
において、同一の交流母線につながる高圧側アームと低
圧側アームに同時に電流が流れたことによる検出では、
スナバコンデンサ５Ａ〜５Ｆの充放電電流により上下ア
ームに同時に流れる期間のインタロックを負荷電流の向
きと大きさにより変える必要があり、回路が複雑になる
ことと、アーム外部短絡事故、交流出力線間短絡事故の
検出ができないという不具合があった。

【００１５】また、各アームの過電流を検出する方式で
は、過電流レベルに至るまで検出ができないことから、
事故検出に無駄時間が生じ、アノードリアクトルや、Ｇ
ＴＯの定格遮断電流を大きくする必要があった。

【００１６】本発明の目的は、前述した不具合を解消す
るためになされたものであり、電圧形自励式変換器にお
いて、アーム短絡、アーム外部短絡、交流出力線間短絡
等の事故が発生した場合に、高速に、かつ単純な回路で
検出し、アノードリアクトルや自己消弧素子を必要以上
に大きくすることなく保護できる電圧形自励式変換器の
事故検出回路を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、請求項１に対応する発明は、複数の自己消弧素子
をブリッジ接続し、かつ自己消弧素子に少なくともスナ
バコンデンサを並列に接続し、前記ブリッジに直流電圧
源を接続し、直流を交流にあるいは、交流を直流に変換
する電圧形自励式変換器において、前記自己消弧素子の
うち同一の交流母線が接続されるアームを構成する自己
消弧素子が導通状態であることを検出する第１の検出手
段と、前記交流母線が接続されるアームと同一の交流母
線につながるアームの前記スナバコンデンサの放電を検
出する第２の検出手段と、前記一方のアームの第１の検
出手段および前記他方のアームの第２の検出手段の検出
信号の論理積が成立したとき出力される出力信号を前記
変換器の事故検出信号とする論理手段とを備えた電圧形
自励式変換器の事故検出回路である。

【００１８】また、前述の目的を達成するために、請求
項２に対応する発明は、複数の自己消弧素子をブリッジ
接続し、かつ自己消弧素子に少なくともスナバコンデン
サを並列に接続し、前記ブリッジに直流電圧源を接続
し、直流を交流にあるいは、交流を直流に変換する電圧
形自励式変換器において、前記自己消弧素子のうち同一
の交流母線が接続されるアームを構成する自己消弧素子
が導通状態であることを検出する第１の検出手段と、前
記交流母線が接続されるアームと同一の交流母線につな
がるアームの前記スナバコンデンサの放電を検出する第
２の検出手段と、前記自己消弧素子のうち同一の交流母
線が接続される前記他方のアームの自己消弧素子にオフ
指令が与えられたとき、所定時間出力される信号が反転
した状態を検出する第３の検出手段と、前記一方のアー
ムの第１の検出手段、前記他方のアームの第２の検出手
段および前記第３の検出手段の検出信号の論理積が成立
したとき出力される出力信号を前記変換器の事故検出信
号とする論理手段とを備えた電圧形自励式変換器の事故
検出回路である。

【００１９】さらに、前述の目的を達成するために、請
求項３に対応する発明は、複数の自己消弧素子をブリッ
ジ接続し、かつ自己消弧素子に少なくともスナバコンデ
ンサおよびスナバ抵抗からなる直列回路を並列に接続
し、前記ブリッジに直流電圧源を接続し、直流を交流に
あるいは、交流を直流に変換する電圧形自励式変換器に
おいて、第１の検出手段と、第２の検出手段と、論理手
段を備え、前記第１の検出手段は、前記自己消弧素子の
うち同一の交流母線が接続される一方のアームを構成す
る自己消弧素子のゲートとカソード間に所定の負バイア
ス電圧が印加されていることを検出する負バイアス検出
回路と、前記一方のアームを構成する自己消弧素子を流
れる電流が一定値以上であることを検出する第１の電流
検出回路と、前記負バイアス検出回路の検出出力を反転
回路により反転した出力および第１の電流検出回路の検
出出力の論理積をとる第１の論理積回路とからなり、前
記自己消弧素子のうち同一の交流母線が接続される一方
のアームを構成する自己消弧素子が導通状態であること
を検出するものであり、前記第２の検出手段は、前記自
己消弧素子のうち同一の交流母線が接続される他方のア
ームに接続されたスナバ抵抗の電圧が一定値以上で、か
つ前記他方のアームに接続されたスナバコンデンサの電
流の向きが放電方向であることを検出するスナバ放電検
出回路と、前記他方のアームに接続されたスナバコンデ
ンサに流れる電流が一定値以上であることを検出する第
２の電流検出回路と、この第２の電流検出回路および前
記スナバ放電検出回路の検出出力の論理積をとる第２の
論理積回路とからなり、前記同一の交流母線が接続され
る他のアームを構成する自己消弧素子に接続された前記
スナバコンデンサの放電を検出するものであり、前記論
理手段は前記第１および第２の論理積回路の出力の検出
信号の論理積が成立したとき出力される出力信号を前記
変換器の事故検出信号とすることを特徴とする電圧形自
励式変換器の事故検出回路である。

【００２０】また、前述の目的を達成するために、請求
項４に対応する発明は、複数の自己消弧素子をブリッジ
接続し、かつ自己消弧素子に少なくともスナバコンデン
サおよびスナバ抵抗からなる直列回路を並列に接続し、
前記ブリッジに直流電圧源を接続し、直流を交流にある
いは、交流を直流に変換する電圧形自励式変換器におい
て、第１の検出手段と、第２の検出手段と、論理手段を
備え、前記第１の検出手段は、前記自己消弧素子のうち
同一の交流母線が接続される一方のアームを構成する自
己消弧素子のゲートとカソード間に所定の負バイアス電
圧が印加されていることを検出する負バイアス検出回路
と、前記一方のアームを構成する自己消弧素子を流れる
電流が一定値以上であることを検出する第１の電流検出
回路と、前記負バイアス検出回路の検出出力を反転回路
で反転した出力と前記第１の電流検出回路の検出出力の
論理和をとる第１の論理和回路とからなり、自己消弧素
子のうち同一の交流母線が接続される一方のアームを構
成する自己消弧素子の一方が導通状態であることを検出
するものであり、前記第２の検出手段は、前記自己消弧
素子のうち同一の交流母線が接続される他方のアームに
接続されたスナバ抵抗の電圧が一定値以上で、かつ前記
他方のアームに接続されたスナバコンデンサの電流の向
きが放電方向であることを検出するスナバ放電検出回路
と、前記他方のアームに接続されたスナバコンデンサに
流れる電流が一定値以上であることを検出する第２の電
流検出回路と、この第２の電流検出回路および前記スナ
バ放電検出回路の検出出力の論理和をとる第２の論理和
回路とからなり、前記同一の交流母線が接続される他の
アームを構成する自己消弧素子に接続された前記スナバ
コンデンサの放電を検出するものであり、前記論理手段
は前記第１および第２の検出手段の検出信号の論理積が
成立したとき出力される出力信号を前記変換器の事故検
出信号とすることを特徴とする電圧形自励式変換器の事
故検出回路である。

【００２１】

【作用】請求項１の発明によれば、アームを構成する自
己消弧素子が導通状態である時に、該アームと同一の交
流母線につながる他のアームのスナバコンデンサの放電
が発生するという通常の運転ではありえない状態を検出
することにより、アーム電流が過電流にいたる前に検出
できるため、高速の保護装置が可能で、また、アーム短
絡、アーム外部短絡、交流出力線間短絡のいずれの事故
が発生しても同様の現象が生じるので検出が可能である
上に、交流電流の向きと大きさ、自己消弧素子のオン・
オフタイミングによるインタロックを取る必要がないの
で、単純な回路で構成でき、信頼性が上がるとともに、
経済的な事故検出回路を提供できる。

【００２２】また、請求項２の発明によれば、請求項１
の発明の作用に加えて、一方のアームの第１の検出手
段、他方のアームの第２の検出手段および第３の検出手
段の検出信号の論理積が成立したとき出力される出力信
号を変換器の事故検出信号とすることにより、自己消弧
素子の導通状態の検出と、スナバコンデンサの放電の検
出の遅れ時間にばらつきのある場合でも、誤検出を防止
できる事故検出回路を提供できる。

【００２３】さらに、請求項３の発明によれば、請求項
１の発明の作用に加えて、一方のアームを構成する自己
消弧素子の導通状態を検出する信号と、他方のアームを
構成する自己消弧素子に接続されたスナバコンデンサの
放電を検出する信号の論理積が成立したとき、変換器の
事故検出信号とすることにより、検出器が故障したり、
いずれかの検出信号にノイズが混入しても、誤動作する
ことのない信頼性の高い事故検出回路を提供できる。

【００２４】また、請求項４に対応する発明によれば、
一方のアームを構成する自己消弧素子の導通状態を検出
する信号と、他方のアームを構成する自己消弧素子に接
続されたスナバコンデンサの放電を検出する信号の論理
積が成立したとき、変換器の事故検出信号とすることに
より、検出器が故障して不動作であっても、事故発生時
は必ず動作する事故検出回路を提供できる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 （第１実施例の構成）図１は第１実施例（請求項１に対
応する実施例）を説明するための図であるが、ここでは
図１８、図１９と同一の要素には同一の符号を付し、図
１８、図１９とは異なる点を主として説明する。スナバ
放電検出回路１８Ａ，１８Ｂ、負バイアス検出回路１９
Ａ，１９Ｂ、反転回路２０Ａ，２０Ｂ、論理積回路１３
Ａ，１３Ｂ、記憶回路１５Ａ，１５Ｂ、を新たに設けた
ものである。

【００２６】負バイアス検出回路１９Ａ，１９Ｂはアー
ムを構成する自己消弧素子例えばＧＴＯ（以下ＧＴＯと
称する）２Ａ，２Ｂが非導通状態（オフ状態）であるこ
とを検出する。スナバ放電検出回路１８Ａ，１８Ｂは、
アームのスナバコンデンサ５Ａ，５Ｂの放電を検出す
る。論理積回路１３Ａ，１３Ｂは、負バイアス検出回路
１９Ａ，１９Ｂにより検出された信号を反転回路２０
Ａ，２０Ｂにより反転した信号と、スナバ放電検出回路
１８Ａ，１８Ｂの検出信号（該アームと同一の交流母線
につながるスナバコンデンサの放電検出信号）とを入力
し両信号の論理積をとる。そして、記憶回路１５Ａ，１
５Ｂは、論理積回路１３Ａ，１３Ｂの出力信号を記憶
し、記憶回路１５Ａ，１５Ｂで記憶された信号を論理和
回路１７を介して得られる信号を変換器の故障信号とし
て出力し、これをパルス増幅回路器１６で増幅して自己
消弧素子２Ａ，２Ｂのオフゲート信号として与える。

【００２７】以上述べた構成は、交流電圧源１Ａに接続
されるアームだけであるが、これ以外の他の交流電圧源
１Ｂ，１Ｃにそれぞれ接続されるアームも各々同一に構
成されることは言うまでもない。

【００２８】このように、通常の電圧形自励式変換器の
運転中にはあり得ない、ペアアームの片側の自己消弧素
子が導通状態である時に、残る側のスナバコンデンサが
放電することを検出し、変換器の事故検出信号とするも
のである。

【００２９】（第１実施例の作用）以下、第１実施例の
作用を説明するが、その前に通常の運転における電圧形
自励式変換器の転流動作について、図２〜図５を用いて
説明する。

【００３０】図２は、既に説明済みの図１７において、
ＧＴＯ２Ｂから、ダイオード３Ａに転流するときの各部
の波形を示している。電流の向きはＧＴＯ、ダイオード
はそれぞれの電流が流れる向きを正、スナバコンデンサ
は充電で正としている。

【００３１】図２において時刻ｔ１までの通電状態を図
３（ａ）に示す。電流はＧＴＯ２Ｂを流れている。スナ
バコンデンサ５Ａは直流電圧と等しい値に充電されてい
る。時刻ｔ１に、ＧＴＯ２Ｂにオフ指令が与えられた直
後の通電状態を図３（ｂ）に示す。オフ指令が与えられ
るとＧＴＯ２Ｂの通電電流は零となり、スナバコンデン
サ５Ｂは充電し、スナバコンデンサ５Ａは放電する。時
刻ｔ２にて、スナバコンデンサ５Ｂが直流電圧と等しい
値まで充電されると、ダイオード３Ａに順電圧が印加さ
れ、図３（ｃ）に示すようにダイオード３Ａが導通す
る。スナバコンデンサ５Ａの放電電流とダイオード３Ａ
の電流値を合わせた値が交流電流に等しくなる。スナバ
コンデンサ５Ａの放電が完了した時点で、交流電流はす
べてダイオード３Ａに流れる。

【００３２】次に、ダイオード３ＢからＧＴＯ２Ａに転
流する時の動作を説明する。転流時の各部の波形を図４
に示す。図４において時刻ｔ０でＧＴＯ２Ｂにオフゲー
ト信号が与えられるが、図５（ａ）に示すようにダイオ
ード３Ｂが通電しているため各部波形には変化はない。
図４の時刻ｔ１でＧＴＯ２Ａにオンゲート信号が与えら
れると、図５（ｂ）に示すようにスナバコンデンサ５Ａ
がＧＴＯ２Ａを介して放電し、またダイオード３Ｂの電
流は徐々に減少する。

【００３３】ダイオード３Ｂの電流が零になると、図５
（ｃ）に示すようにＧＴＯ２Ａを介して直流側からスナ
バコンデンサ５Ｂが充電される。スナバコンデンサ５Ｂ
の充電とスナバコンデンサ５Ａの放電が完了した時点
で、交流電流はすべてＧＴＯ２Ａを流れる。

【００３４】通常運転時の転流現象においては、スナバ
コンデンサ５Ａ，５Ｂの放電は、図２の時刻ｔ１以降、
及び図４の時刻ｔ１以降を見てもわかるように、必ず、
同一母線につながる他方のアーム（ペアのアーム）のＧ
ＴＯがオフしているときに発生する。

【００３５】次に、ＧＴＯ２Ｂが通電中に、何らかの原
因でＧＴＯ２Ａが誤点弧または破損し、導通状態になっ
たときの各部の波形を図６に、変換器の動作説明を図７
に示す。図６において時刻ｔ１でＧＴＯ２Ａが導通する
と、図７に示すように直流電圧源からＧＴＯ２Ａ，２Ｂ
を経由して短絡電流が流れると同時に、スナバコンデン
サ５Ａがスナバ抵抗４Ａ、ＧＴＯ２Ａを介して放電す
る。

【００３６】次に、ＧＴＯ２Ｂが通電中に、アームの外
部で短絡事故が生じた場合の動作説明を図８に示す。短
絡が生じると、直流電圧源から事故点とＧＴＯ２Ｂを経
由して短絡電流が流れると同時に、スナバコンデンサ５
Ａがスナバ抵抗４Ａ、アノードリアクトル７Ａ、事故点
を介して放電する。このときの各部波形は図６におい
て、ＧＴＯ２Ａの電流を事故点電流に置き換えれば、ア
ーム短絡時と同じ波形となる。

【００３７】次に、ＧＴＯ２Ａ，ＧＴＯ２Ｄが通電中
に、交流出力線間短絡事故が生じた場合の各部の波形を
図９に、変換器の動作説明を図１０に示す。線間短絡が
生じる前は図１０（ａ）に示すように流れている。図９
の時刻ｔ１にて短絡が生じると、図１０（ｂ）に示すよ
うに直流電圧源から事故点とＧＴＯ２Ａ，ＧＴＯ２Ｄを
経由して短絡電流が流れる。スナバコンデンサ５Ｃは、
ＧＴＯ２Ａと事故点を介して放電する。スナバコンデン
サ５ＢはＧＴＯ２Ｄと事故点を介して放電する。

【００３８】以上図６から図１０で説明したように、各
事故に共通の現象として、事故が発生するとＧＴＯが導
通中に、ペアのアームのスナバコンデンサの放電が発生
することがあげられる。この現象は通常運転時には生じ
ないものである。本発明はこの特徴を利用して高速に事
故を検出しようというものである。

【００３９】図１においては、ＧＴＯの導通検出とし
て、ＧＴＯのゲート−カソード間（以下ＧＫ間と呼ぶ）
の負バイアス電圧検出回路１９Ａ，１９Ｂを用いてい
る。ＧＴＯのＧＫ間には誤点弧防止のために、オフ状態
の時は−１０Ｖ程度の負バイアス電圧を印加する。ＧＴ
Ｏが導通状態となるとＧＫ間の電圧は零または正の値を
取る。従って、ＧＫ間の電圧を検出することによりＧＴ
Ｏの導通状態が検出できる。

【００４０】また、図１においてスナバ放電検出回路１
８Ａ，１８Ｂは、スナバコンデンサ５Ａ，５Ｂの放電
を、スナバ抵抗４Ａ，４Ｂに生じる電圧で検出してい
る。スナバコンデンサ５Ａ，５Ｂが放電するときには、
必ずスナバ抵抗４Ａ，４Ｂを経由するので、スナバ抵抗
４Ａ，４Ｂに放電方向の電流が流れたときに生じる極性
の電圧検出手段を設ければ、スナバコンデンサ５Ａ，５
Ｂの放電を検出できる。

【００４１】図１において、ＧＴＯ２Ａがオフのとき、
負バイアス電圧検出回路１９Ａの出力が“１”、反転回
路２０Ａの出力が“０”、またＧＴＯ２Ａがオンのと
き、負バイアス電圧検出回路１９Ａの出力が“０”、反
転回路２０Ａの出力が“１”となるため、反転回路２０
Ａの出力によってＧＴＯのオン・オフ状態を検出でき
る。

【００４２】ＧＴＯ２Ａの導通状態信号と、ペアのアー
ムのスナバコンデンサ５Ｂの放電検出信号を論理積回路
１３Ｂで論理積をとることで、ＧＴＯ２Ａの通電中にペ
アのアームのスナバコンデンサ５Ｂの放電が発生したこ
とを検出し、事故を検出する。同じように、ＧＴＯ２Ｂ
の導通状態信号と、ペアのアームのスナバコンデンサ５
Ａの放電検出信号を論理積回路１３Ａで論理積をとり事
故を検出する。

【００４３】図１においてはＧＴＯ２Ａ，２Ｂのアーム
しか図示していないが、ＧＴＯ２Ｃ〜２Ｆも同様に検出
する。それぞれの事故検出信号を論理和回路１７で論理
和を取り、パルス増幅回路１６にてＧＴＯにオフゲート
信号を出力し保護する。

【００４４】（第１実施例の効果）以上説明した第１実
施例によれば、同一の交流母線につながる一方のＧＴＯ
２Ａの導通状態検出信号（負バイアス検出回路１９Ａと
反転回路２０Ａにより）と、該同一の交流母線につなが
る他のアームのＧＴＯ２Ｂのスナバコンデンサ５Ｂの放
電検出信号（スナバ放電検出回路１８Ｂにより）とを入
力にする論理積回路１３Ｂを設け、また同一の交流母線
につながる他方のＧＴＯ２Ｂの導通状態検出信号（負バ
イアス検出回路１９Ｂと反転回路２０Ｂにより）と、該
同一の交流母線につながる一方のアームのＧＴＯ２Ａの
スナバコンデンサ５Ａの放電検出信号（スナバ放電検出
回路１８Ａにより）とを入力にする論理積回路１３Ａを
設け、理積回路１３Ａ，１３Ｂの出力信号で事故検出す
ることにより、アーム短絡、アーム外部短絡、交流出力
線間短絡、などの事故に対しても検出が可能であり、運
転電流値や極性によりインタロックを必要とせず、ま
た、過電流にいたる前の検出が可能であることから、経
済的で高信頼で高速の事故検出回路を得ることができ
る。

【００４５】（第２実施例）図１１は、本発明の第２実
施例（請求項１に対応する実施例）を示す図である。図
１のスナバ放電検出回路１８Ａ，１８Ｂを設けずに、こ
の代りにスナバ回路に流れる電流を検出する電流検出器
１１Ａ，１１Ｂと、電流検出器１１Ａ，１１Ｂによる検
出値のレベルを検出するレベル検出器１２Ａ，１２Ｂを
設け、これによりスナバコンデンサ５Ａ，５Ｂの放電の
検出を、スナバコンデンサ５Ａ，５Ｂを流れる電流を極
性付きでレベル検出することで行い、これを論理積回路
１３Ａ，１３Ｂの一方の入力端子に入力するように構成
したものである。これ以外の点は、図１の第１実施例と
同一である。

【００４６】（第３実施例）図１２は、本発明の第３実
施例（請求項１に対応する実施例）を示す図である。図
１の負バイアス検出回路１９Ａ，１９Ｂを設けず、この
代りにＧＴＯ２Ａ，２Ｂを流れる電流を検出する電流検
出器１２Ａ，１２Ｂを設け、これによりＧＴＯ２Ａ，２
Ｂの導通を検出し、この検出信号を、論理積回路１３
Ａ，１３Ｂの一方の入力端子に入力したものである。こ
れ以外の構成は図１と同一である。

【００４７】（第４実施例）図１３は、本発明の第４実
施例（請求項２に対応する実施例）を示す図であり、図
１の実施例の論理積回路１３Ａを３入力端子のものに変
更し、この１つの入力端子に、新たにワンショット回路
２１と反転回路２０を設けたものである。ワンショット
回路２１はＧＴＯ２Ｂのオフ指令１０２を入力すると、
所定幅（ワンショット時間）Ｔのパルスを出力する。ワ
ンショット回路２１の出力パルスは反転回路２０で反転
し、これを論理積回路１３Ａの１つの入力端子に入力し
た点である。同様に、図１の実施例の論理積回路１３Ｂ
を３入力端子のものに変更し、この１つの入力端子に、
新たにワンショット回路２１と反転回路２０を設けたも
のである。これ以外の構成は図１の実施例と同一であ
る。

【００４８】このように構成された図１３の回路の動作
を図１４を参照して説明する。この実施例では、ワンシ
ョット回路２１と反転回路２０を設けない場合の問題点
を除去できる。すなわち、ＧＴＯ２Ｂにオフ指令が出力
され、ＧＴＯ２Ｂがオフしてから、ＧＴＯ２Ｂの負バイ
アス検出回路１９ＢがＧＴＯ２Ｂのオフを検出するまで
には、回路の動作時間や、誤動作防止のためのフィルタ
回路などにより一定の遅れ時間がある。一方、スナバコ
ンデンサ放電検出回路１８Ａにも、同様の遅れ時間が存
在する。導通検出回路と放電検出回路の遅れ時間が異な
り、放電検出の方が短いと、図１４からもわかるよう
に、時刻ｔ１からｔ２の期間はアームの導通と、ペアア
ームのスナバコンデンサの放電を同時に検出し、事故を
誤検出してしまう。

【００４９】そこで、図１３のように、ＧＴＯ２Ｂのオ
フ指令１０２をワンショット回路２１に入力し、ワンシ
ョット回路２１の出力を反転回路２０Ａにより反転し
て、事故検出の為の論理積回路１３に入力する。図１３
に示すように構成すれば、ＧＴＯの導通検出と、スナバ
コンデンサ放電検出の動作時間にばらつきがあっても、
誤検出することを防止できる。ただし、ワンショット時
間Ｔが長すぎると、故障の検出ができない期間が増える
ため、ＧＴＯの導通検出、スナバコンデンサの放電検出
の時間を確認しできるだけ短い値に設定することが望ま
しい。

【００５０】（第５実施例）図１５は、本発明の第５実
施例（請求項３に対応する実施例）を示す図である。図
１の実施例と異なる点は、新たに電流検出器１１Ａ，１
１Ｂ、レベル検出器１２Ａ，１２Ｂ、反転回路２０Ｄ、
論理積回路１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｃを設けたものであ
る。すなわち、スナバコンデンサ５Ａに流れる電流を電
流検出器１１Ａで検出し、この検出値をレベル検出器１
２Ａに入力して所定レベルを越えたとき生ずる信号を論
理積回路１３Ｄの一方の入力端子に入力し、また論理積
回路１３Ｄの他方の入力端子にスナバ放電検出回路１８
Ａの検出信号を入力する。さらに、負バイアス検出回路
１９Ｂの検出信号を反転回路２０Ｄより反転して論理積
回路１３Ｅの一方の入力端子に入力し、またＧＴＯ２Ｂ
に流れる電流を電流検出器１１Ｂで検出し、この検出値
をレベル検出器１２Ｂに入力して所定レベルを越えたと
き生ずる信号を論理積回路１３Ｅの他方の入力端子に入
力する。そして、論理積回路１３Ｄ，１３Ｅの出力は論
理積回路１３Ｃに入力し、論理積回路１３Ｃの出力は記
憶回路１５Ａに入力する点以外の構成は、図１の実施例
と同一である。尚、図１５にはＧＴＯ２Ａの検出回路し
か図示していないが、ＧＴＯ２Ｂ〜ＧＴＯ２Ｆも同様に
構成することは言うまでもない。

【００５１】このように構成すれば、検出回路の故障、
ノイズの混入等で検出器が誤動作しても、論理積回路１
３Ｄ，１３Ｅの出力は零となるため誤検出せず、信頼性
の高い事故検出回路を提供できる。

【００５２】（第６実施例）図１６は、本発明の第６実
施例（請求項４に対応する実施例）を示す図である。図
１の実施例と異なる点は、新たに電流検出器１１Ａ，１
１Ｂ、レベル検出器１２Ａ，１２Ｂ、反転回路２０Ｄ、
論理和回路１７Ａ，１７Ｂ、論理積回路１３Ｆを設けた
ものである。

【００５３】すなわち、スナバコンデンサ５Ａに流れる
電流を電流検出器１１Ａで検出し、この検出値をレベル
検出器１２Ａに入力して所定レベル越えたとき生ずる信
号を論理和回路１７Ａの一方の入力端子に入力し、また
論理和回路１７Ａの他方の入力端子にスナバ放電検出回
路１８Ａの検出信号を入力する。負バイアス検出回路１
９Ｂの検出信号を反転回路２０Ｄにより反転して論理和
回路１７Ｂの一方の入力端子に入力し、またＧＴＯ２Ｂ
に流れる電流を電流検出器１１Ｂで検出し、この検出値
をレベル検出器１２Ｂに入力して所定レベルを越えたと
き生ずる信号を論理和回路１７Ｂの他方の入力端子に入
力する。そして、論理和回路１７Ａ，１７Ｂの出力は論
理積回路１３Ｆに入力し、論理積回路１３Ｆの出力は記
憶回路１５Ａに入力する点は図１の実施例と同一であ
る。尚、図１６にはＧＴＯ２Ａの検出回路しか図示して
いないが、ＧＴＯ２Ｂ〜ＧＴＯ２Ｆも同様に構成するこ
とは言うまでもない。

【００５４】このように構成することにより、検出回路
が故障しても、論理和回路１７Ａ，１７Ｂの出力は健全
な検出器で動作するため、誤不動作がなく、信頼性の高
い事故検出回路を提供できる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、電圧形自励式変換器に
おいて、アーム短絡、アーム外部短絡、交流出力線間短
絡等の事故が発生した場合に、高速に、かつ単純な回路
で検出し、アノードリアクトルや自己消弧素子を必要以
上に大きくすることなく保護できる電圧形自励式変換器
の事故検出回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧形自励式変換器の事故検出回路の
第１実施例を示す図。

【図２】図１の電圧形自励式変換器の通常運転時の動作
を説明するための図。

【図３】図１の電圧形自励式変換器の通常運転時の動作
を説明するための図。

【図４】図１の電圧形自励式変換器の通常運転時の動作
を説明するための図。

【図５】図１の電圧形自励式変換器の通常運転時の動作
を説明するための図。

【図６】図１の電圧形自励式変換器の事故時の動作を説
明するための図。

【図７】図１の電圧形自励式変換器の事故時の動作を説
明するための図。

【図８】図１の電圧形自励式変換器の事故時の動作を説
明するための図。

【図９】図１の電圧形自励式変換器の事故時の動作を説
明するための図。

【図１０】図１の電圧形自励式変換器の事故時の動作を
説明するための図。

【図１１】本発明の電圧形自励式変換器の事故検出回路
の第２実施例を示す図。

【図１２】本発明の電圧形自励式変換器の事故検出回路
の第３実施例を示す図。

【図１３】本発明の電圧形自励式変換器の事故検出回路
の第４実施例を示す図。

【図１４】図１３の動作を説明するための図。

【図１５】本発明の電圧形自励式変換器の事故検出回路
の第５実施例を示す図。

【図１６】本発明の電圧形自励式変換器の事故検出回路
の第６実施例を示す図。

【図１７】一般的な電圧形自励式変換器の構成を示す
図。

【図１８】従来のアーム短絡検出回路を示す図。

【図１９】従来のアーム外部短絡、交流出力線間短絡検
出回路を示す図。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｃ…交流電圧源、２Ａ〜２Ｆ…自己消弧素子例
えばＧＴＯ、３Ａ〜３Ｆ…ダイオード、４Ａ〜４Ｆ…ス
ナバ抵抗、５Ａ〜５Ｆ…スナバコンデンサ、６Ａ〜６Ｆ
…スナバダイオード、７Ａ〜７Ｆ…アノードリアクト
ル、８…直流電圧源、１１Ａ〜１１Ｆ…電流検出器、１
２Ａ〜１２Ｅ…レベル検出器、１３，１３Ａ，１３Ｂ，
１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ…論理積回路、１４…
インタロック、１５，１５Ａ〜１５Ｃ…記憶回路、１６
…パルス増幅回路、１７，１７Ａ，１７Ｂ…論理和回
路、１８Ａ，１８Ｂ…スナバ放電検出回路、１９Ａ，１
９Ｂ…負バイアス検出回路、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２
０Ｄ…反転回路、２１…ワンショット回路、５１，５２
…事故点、１０１…ＧＴＯオンオフパタン信号、１０２
…ＧＴＯオフ指令、１０３…ＧＴＯオン指令。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井野口 晴久 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の自己消弧素子をブリッジ接続し、
   かつ自己消弧素子に少なくともスナバコンデンサを並列
   に接続し、前記ブリッジに直流電圧源を接続し、直流を
   交流にあるいは、交流を直流に変換する電圧形自励式変
   換器において、 前記自己消弧素子のうち同一の交流母線が接続されるア
   ームを構成する自己消弧素子が導通状態であることを検
   出する第１の検出手段と、 前記交流母線が接続されるアームと同一の交流母線につ
   ながるアームの前記スナバコンデンサの放電を検出する
   第２の検出手段と、 前記一方のアームの第１の検出手段および前記他方のア
   ームの第２の検出手段の検出信号の論理積が成立したと
   き出力される出力信号を前記変換器の事故検出信号とす
   る論理手段と、 を備えたことを特徴とする電圧形自励式変換器の事故検
   出回路。
2. 【請求項２】 複数の自己消弧素子をブリッジ接続し、
   かつ自己消弧素子に少なくともスナバコンデンサを並列
   に接続し、前記ブリッジに直流電圧源を接続し、直流を
   交流にあるいは、交流を直流に変換する電圧形自励式変
   換器において、 前記自己消弧素子のうち同一の交流母線が接続されるア
   ームを構成する自己消弧素子が導通状態であることを検
   出する第１の検出手段と、 前記交流母線が接続されるアームと同一の交流母線につ
   ながるアームの前記スナバコンデンサの放電を検出する
   第２の検出手段と、 前記自己消弧素子のうち同一の交流母線が接続される前
   記一方のアームの自己消弧素子にオフ指令が与えられた
   とき、所定時間出力される信号が反転した状態を検出す
   る第３の検出手段と、 前記一方のアームの第１の検出手段、前記他方のアーム
   の第２の検出手段および前記第３の検出手段の検出信号
   の論理積が成立したとき出力される出力信号を前記変換
   器の事故検出信号とする論理手段と、 を備えたことを特徴とする電圧形自励式変換器の事故検
   出回路。
3. 【請求項３】 複数の自己消弧素子をブリッジ接続し、
   かつ自己消弧素子に少なくともスナバコンデンサおよび
   スナバ抵抗からなる直列回路を並列に接続し、前記ブリ
   ッジに直流電圧源を接続し、直流を交流にあるいは、交
   流を直流に変換する電圧形自励式変換器において、 第１の検出手段と、第２の検出手段と、論理手段を備
   え、 前記第１の検出手段は、前記自己消弧素子のうち同一の
   交流母線が接続される一方のアームを構成する自己消弧
   素子のゲートとカソード間に所定の負バイアス電圧が印
   加されていることを検出する負バイアス検出回路と、前
   記一方のアームを構成する自己消弧素子を流れる電流が
   一定値以上であることを検出する第１の電流検出回路
   と、前記負バイアス検出回路の検出出力を反転回路によ
   り反転した出力および第１の電流検出回路の検出出力の
   論理積をとる第１の論理積回路とからなり、前記自己消
   弧素子のうち同一の交流母線が接続される一方のアーム
   を構成する自己消弧素子が導通状態であることを検出す
   るものであり、 前記第２の検出手段は、前記自己消弧素子のうち同一の
   交流母線が接続される他方のアームに接続されたスナバ
   抵抗の電圧が一定値以上で、かつ前記他方のアームに接
   続されたスナバコンデンサの電流の向きが放電方向であ
   ることを検出するスナバ放電検出回路と、前記他方のア
   ームに接続されたスナバコンデンサに流れる電流が一定
   値以上であることを検出する第２の電流検出回路と、こ
   の第２の電流検出回路および前記スナバ放電検出回路の
   検出出力の論理積をとる第２の論理積回路とからなり、
   前記同一の交流母線が接続される他のアームを構成する
   自己消弧素子に接続された前記スナバコンデンサの放電
   を検出するものであり、 前記論理手段は前記第１および第２の論理積回路の出力
   の検出信号の論理積が成立したとき出力される出力信号
   を前記変換器の事故検出信号とすることを特徴とする電
   圧形自励式変換器の事故検出回路。
4. 【請求項４】 複数の自己消弧素子をブリッジ接続し、
   かつ自己消弧素子に少なくともスナバコンデンサおよび
   スナバ抵抗からなる直列回路を並列に接続し、前記ブリ
   ッジに直流電圧源を接続し、直流を交流にあるいは、交
   流を直流に変換する電圧形自励式変換器において、 第１の検出手段と、第２の検出手段と、論理手段を備
   え、 前記第１の検出手段は、前記自己消弧素子のうち同一の
   交流母線が接続される一方のアームを構成する自己消弧
   素子のゲートとカソード間に所定の負バイアス電圧が印
   加されていることを検出する負バイアス検出回路と、前
   記一方のアームを構成する自己消弧素子を流れる電流が
   一定値以上であることを検出する第１の電流検出回路
   と、前記負バイアス検出回路の検出出力を反転回路で反
   転した出力と前記第１の電流検出回路の検出出力の論理
   和をとる第１の論理和回路とからなり、自己消弧素子の
   うち同一の交流母線が接続される一方のアームを構成す
   る自己消弧素子の一方が導通状態であることを検出する
   ものであり、 前記第２の検出手段は、前記自己消弧素子のうち同一の
   交流母線が接続される他方のアームに接続されたスナバ
   抵抗の電圧が一定値以上で、かつ前記他方のアームに接
   続されたスナバコンデンサの電流の向きが放電方向であ
   ることを検出するスナバ放電検出回路と、前記他方のア
   ームに接続されたスナバコンデンサに流れる電流が一定
   値以上であることを検出する第２の電流検出回路と、こ
   の第２の電流検出回路および前記スナバ放電検出回路の
   検出出力の論理和をとる第２の論理和回路とからなり、
   前記同一の交流母線が接続される他のアームを構成する
   自己消弧素子に接続された前記スナバコンデンサの放電
   を検出するものであり、 前記論理手段は前記第１および第２の検出手段の検出信
   号の論理積が成立したとき出力される出力信号を前記変
   換器の事故検出信号とすることを特徴とする電圧形自励
   式変換器の事故検出回路。