JPH0888973A - 電力半導体変換器の制御方法および装置 - Google Patents

電力半導体変換器の制御方法および装置

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JPH0888973A
JPH0888973A JP22021794A JP22021794A JPH0888973A JP H0888973 A JPH0888973 A JP H0888973A JP 22021794 A JP22021794 A JP 22021794A JP 22021794 A JP22021794 A JP 22021794A JP H0888973 A JPH0888973 A JP H0888973A
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JP
Japan
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gate
current
circuit
self
allowable
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JP22021794A
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English (en)
Inventor
Noboru Azusazawa
昇 梓澤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】自己消弧素子に流れる過電流を、ヒューズの溶
断前に、ゲート制御によって遮断する電力半導体変換器
の制御方式を提供することにある。 【構成】GTO1を用いた三相電力変換器は、交流電源
50と直流回路(コンデンサ3)の間で、交流/直流変
換を行う。各相のゲート回路6は、電流検出器4に応じ
たPWM信号作成回路9からのオン/オフゲート信号が
与えられ、オンゲート電流/オフゲート電流を出力す
る。強制オフゲート信号出力回路10は、事故による過
電流がGTO1の許容遮断電流を越えると、オフゲート
操作を禁止すると共に、過電流が変動して再び許容遮断
電流以下になるタイミングを検出して、ゲート回路6に
強制オフゲート信号を継続的に与え、GTO1を遮断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はゲートターンオフサイリ
スタ(以下GTOと略す)等の自己消弧素子を用いた電
力半導体変換器に係り、過電流時における電力半導体変
換器の停止制御を行うゲート制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】GTOを用いたPWM変換器は、たとえ
ば「日立評論」(VOL75,No6、1993-5、PP31〜34)に記載
されているように、スイッチング周波数500HZのPW
M信号によってGTOをオン/オフし、交流−直流の電
力変換を行っている。GTOはゲートにオンゲート電流
を流すことによりオンし、オフゲート電流を流すことに
よりGTOを介して流れる電流を遮断できる機能を有し
ている。
【0003】GTOをオンオフ制御するためには、オン
操作時にゲートにオン電流を供給するオンゲート回路
と、オフ操作時にオフゲート電流を供給すると共にオフ
時は逆バイアスを印加するオフゲート回路を別々に有し
ている(電気書院刊「パワーエレクトロニクス&ACド
ライブ」PP17〜18の図1、13参照)。
【0004】GTOは、許容遮断電流以上が流れている
ときにオフ操作を行うと素子破損にいたる。したがっ
て、許容遮断電流以上になる恐れがある場合は、オフゲ
ート回路によるオフ操作を行わないように、ゲート制御
が行なわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】GTOを用いた従来の
電力変換器では、GTO電流が許容遮断電流以上になる
とオフ操作を行わないので、以下のような事故が発生す
ることがある。
【0006】図7に示した3相電力変換器の例で説明す
ると、制御部8のU相PWM信号作成部9が異常となっ
てGTO1upのオン信号が出放しになると、V−2v
p−1up−U、およびW−2wp−1up−Uの経路
の短絡が発生し、GTO1upには許容遮断電流以上の
過電流が流れる。この場合、素子保護のためにオフゲー
ト操作を行わないので、1upのオンゲート信号が出放
しの状態が続き、ヒューズ7upが溶断するまで交流短
絡電流が流れる。
【0007】このように、従来はヒューズ溶断により過
電流を遮断していたため、ヒューズの交換に手間がかか
り、かつ、ヒューズ単価がGTOと同額程度で(4.5
kV/3kA用で約300k¥)、費用も馬鹿にならな
いものであった。
【0008】本発明の目的は、ヒューズを溶断すること
なく、自己消弧素子のゲート制御によって過電流を遮断
する電力半導体変換器の制御方式を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ゲート
信号でオンオフ制御できる自己消弧素子を用いて、交流
から直流または直流から交流への電力変換を行う電力半
導体変換器の制御方法において、自己消弧素子に流れる
電流が所定の許容遮断電流値を越える第1の状態となっ
た後に、前記許容遮断電流値以下となる第2の状態を検
出したときに、自己消弧素子をオフ制御するゲート信号
を与えて過電流を遮断することにより達成される。
【0010】
【作用】本発明は、過電流が交流変化して増減を繰り返
すことを利用し、過電流が許容遮断電流以上となって
も、再び許容遮断電流以下に減少するタイミングを検出
し、この時点でゲートオフ操作を行って自己消弧素子の
過電流を遮断する。
【0011】これによれば、自己消弧素子を破損するこ
となく且つ、ヒューズを溶断することなく、GTO等の
自己消弧素子の過電流遮断を行うことができる効果があ
る。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。各図を通して同一の要素には同一の符
号を付している。
【0013】図1は、本発明の第一の実施例を示し、G
TOを用いた3相PWM電力変換器の主回路と制御装置
に機能ブロックを示したものである。主回路は、UP〜
WNの各相毎に設けられるGTO1、フライホイールダ
イオード(FD)2、平滑コンデサ3(直流回路)、ゲ
ート回路6及びヒューズ7により構成される。主回路の
交流側は交流電源50に接続され、制御回路8によるP
WM制御によって、交流から直流あるいは直流から交流
への変換が行われる。
【0014】制御回路8は、交流側各相の電流検出器4
の測定値に応じて、ゲート回路6にオンゲート信号/オ
フゲート信号を与えるPWM信号作成回路9(U〜W)
と、過電流状態を検出して所定のタイミングでゲート回
路6にオフゲート信号を与える強制オフゲート信号出力
回路10から構成される。なお、制御回路8にゲート回
路6を含む構成としてもよい。
【0015】図2に、ゲート回路6の構成を示す。オン
ゲート回路10、オフゲート回路11、オンゲート供給
電源回路12、オフゲート供給電源回路13、オンゲー
トスイッチ14、オフゲートスイッチ15、オンゲート
電流を制限する制限抵抗16、平滑コンデンサ17、1
8より構成されている。
【0016】通常の運転では、PWM信号作成回路9か
らのオンゲート信号がオンゲートスイッチ15に、オフ
ゲート信号がオフゲートスイッチ16に与えられる。オ
フゲート信号は、GTO1に流れる電流が許容遮断電流
値I0を越える場合は、素子の破損を防止するために出
力されない。
【0017】図3は、自己消弧素子を用いた電力変換器
の動作を、U相の波形で示したものである。他相の波形
も同様で、基本波成分の位相が各々120度ずれてい
る。同図(a)には、PWM制御によるGTO1upの
ゲート信号波形、(b)には(a)のゲート信号を与え
られたときのU相の出力電圧波形、(c)にはU相の電
流波形を示す。同図(b)、(c)に示すように、変換
器の交流側はPWM波形であるが、電源側(図示してい
ないトランス等のインピーダンス)は基本波成分波形と
なる。
【0018】電圧と電流の波形は運転力率により異な
る。即ち、電流が負側にあるとき、たとえばt1〜t2
ではGTO1upにオンゲート信号が与えられるが、電
流はFD2upを通して流れるので減少方向に制御され
る。一方、電流が正側にあるとき、たとえばt3〜t4
では、オンゲート信号によって電流を増大方向に制御さ
れる。全体としては、基本波成分の出力電圧、電流が正
弦波となるように制御されている。もし、t4の時点
で、GTO1upがオフできないときは、U相の電流は
点線矢視のように増大して、やがて過電流となる。
【0019】図4は、過電流発生時の挙動を各部の波形
で示したものである。図7に例示したように、制御回路
8のU相PWM信号作成回路9からオン信号が出放しと
なった場合、経路V−2vp−1up−Uと経路W−2
wp−1up−Uの短絡回路が形成され、前者には図4
(b)の交流電圧ev−eu、後者には同図(c)の交流
電圧ew−euが印加される。
【0020】この結果、同図(d)のように、事故発生
時点T1より短絡電流が流れ、T2時点で上記した両経路
による合成電流値が許容遮断電流I0以上となる。この
0以上では、素子保護のためにオフゲート操作は禁止
される。この場合、短絡電流は印加電圧と回路定数にし
たがって交流変化する。ちなみに、T3時点よりV−2
vp−1up−Uの経路には、ev−euが逆電圧として
印加されて過電流が減少し、T4時点で許容遮断電流I0
以下となる。
【0021】本実施例では、短絡電流が変動して増減す
るのを利用し、その測定値が再び許容遮断電流I0以下
となるタイミングを検出して、電流I0以下の状態でオ
フゲート信号を出力してGTOをオフ操作する。もちろ
ん、オフ操作しなければ、短絡電流は再び電流I0を越
え、この増減を繰り返してやがてヒューズ7の溶断に至
る。
【0022】図5は、一実施例による強制オフ信号出力
回路を示したものである。強制オフ信号出力回路10
は、各相の交流電流検出器4の測定値を取り込み、電流
が許容遮断電流I0以上になった時点(T2)と再びI0
以下となった時点(T4)を検出する過電流検出部3
0、I0以上となったときの検出部30の出力を保持す
るレジスタ31、再びI0以下となったときの検出部3
0の出力を反転する反転部32、レジスタ31と反転部
32の出力信号の論理積により強制オフゲート信号を出
力するオフ信号出力部33を設けている。この各部の波
形を、図4(e)〜(g)に示す。
【0023】強制オフゲート信号出力回路10からの強
制オフゲート信号は、ゲート回路6のオフゲートスイッ
チ16に与え続けられ、オフゲート回路12からオフゲ
ート電流と逆電圧によって、GTO1が遮断される。な
お、強制オフゲート信号出力回路10は、一旦、許容遮
断電流I0以上の過電流になった第1状態から再びI0
下になる第2状態を認識できればよく、その構成は種々
の変更が可能である。
【0024】本実施例によれば、強制オフゲート操作に
よるゲート遮断時、GTOに流れる過電流は許容遮断電
流以下となっているため、GTO素子を破損することな
く、且つ、ヒューズ溶断に至る前に過電流を遮断でき
る。
【0025】図6は、自己消弧素子としてIGBTを用
いた他の実施例である。51up〜51wnはIGBT
素子であり、その他は図1の実施例と同じである。本実
施例においても、図4、5に示したゲート制御方式によ
り、IGBT素子を破損することなく、ヒューズ溶断前
に過電流を遮断できる。
【0026】さらに、上記GTOやIGBT素子以外の
自己消弧素子、たとえば、パワートランジスタ、IGC
T(Insulated gate control Thyristor)あるいはSI
サイリスタを用いた電流変換器においても本発明の適用
は可能で、同様な効果が得られる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、自己消弧素子に流れる
過電流が増減変化することを利用し、許容遮断電流を越
えた過電流が再び許容遮断電流以下となるタイミングを
検出してオフゲート操作するので、GTO素子を破損す
ることなく速やかに過電流を遮断してヒューズ溶断を回
避できるので、ヒューズ交換の手間や費用を大幅に低減
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力変換器の制御装置の一実施例
を示し、電力変換器の主回路と制御装置の機能ブロック
を示す全体構成図。
【図2】自己消弧素子のゲート回路の構成図。
【図3】自己消弧素子を用いた三相電力変換器のU相の
波形図。
【図4】事故時の過電流の挙動を示す各部の波形図。
【図5】強制オフゲート信号出力回路の構成図。
【図6】他の実施例による全体構成図。
【図7】三相PWM電力変換器の短絡電流経路を説明す
る説明図。
【符号の説明】
1(1up〜1wn)…GTO、2(2up〜2wn)
…FD、3…平滑コンデンサ、4,5…電流検出器、6
(6up〜6wn)…ゲート回路、7…ヒューズ、8…
電力変換器制御回路、9…PWM信号発生回路、10…
強制オフゲート信号出力回路、11…オンゲート回路、
12…オフゲート回路、13…オンゲート供給電源、1
4…オフゲート供給電源、15…オンゲートスイッチ、
16…オフゲートスイッチ、30…過電流状態検出回
路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート信号でオンオフ制御できる自己消
    弧素子を用いて、交流から直流または直流から交流への
    電力変換を行う電力半導体変換器の制御方法において、 自己消弧素子に流れる電流が所定の許容遮断電流値を越
    える第1の状態となった後に、再び前記許容遮断電流値
    以下となる第2の状態を検出したときに、自己消弧素子
    をオフ制御するゲート信号を与えて過電流を遮断するこ
    とを特徴とする電力半導体変換器の制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記自己消弧素子が前記第1の状態にあるときは、自己
    消弧素子のゲートのオン、オフ制御を新たに行わないこ
    とを特徴とする電力半導体変換器の制御方法。
  3. 【請求項3】 ゲート信号でオンオフ制御できる自己消
    弧素子を用いて、交流から直流または直流から交流への
    電力変換を行う電力半導体変換器において、 自己消弧素子をオンするのに必要なオンゲート電流を供
    給するオンゲート回路と、オフするのに必要なオフゲー
    ト電流と逆電圧を供給するオフゲート回路と、前記オン
    ゲート回路、オフゲート回路にエネルギーを供給するゲ
    ート回路電源と、前記オンゲート回路を作動させるオン
    ゲート信号、前記オフゲート回路を作動させるオフゲー
    ト信号を出力する制御回路を設け、 前記制御回路は、自己消弧素子に流れる電流が所定の許
    容遮断電流値以上となる第1の状態を検出する過電流状
    態検出手段と、該第1の状態では前記オン/オフゲート
    回路の操作を新たに行わず、自己消弧素子に流れる電流
    が前記第1の状態から前記許容遮断電流値以下の第2の
    状態になるときに前記オフゲート回路にオフゲート信号
    を与え続ける過電流遮断手段を具備することを特徴とす
    る電力半導体変換器の制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、 前記自己消弧素子としてゲートターンオフサイリスタ
    (GTO)を用いることを特徴とする電力半導体変換器
    の制御装置。
JP22021794A 1994-09-14 1994-09-14 電力半導体変換器の制御方法および装置 Pending JPH0888973A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001197745A (ja) * 2000-01-07 2001-07-19 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001197745A (ja) * 2000-01-07 2001-07-19 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置

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