JPH09205779A

JPH09205779A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH09205779A
Application number: JP8010776A
Authority: JP
Inventors: Noboru Azusazawa; 昇梓沢; Masahiro Tobiyo; 飛世　　正博; Shigetoshi Okamatsu; 茂俊岡松
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】どの相で直流短絡異常が起きたのかを安価に
かつ早めに検出できる検出方式を提供することである。
それによって異常事故の拡大波及を阻止する。【解決手段】各上側限流リアクトル４ＵＰ・４ＶＰ・
４ＷＰおよび各下側限流リアクトル４ＵＮ・４ＶＮ・４
ＷＮのそれぞれに該リアクトルの磁束変化を検出する検
出巻線５ＵＰ・５ＵＮ・５ＶＰ・５ＶＮ・５ＷＰ・５Ｗ
Ｎを設ける。また、各検出巻線５の電圧信号に基づい
て、同一アーム回路に属する上側限流リアクトル４ＵＰ
・４ＶＰ・４ＷＰおよび下側限流リアクトル４ＵＮ・４
ＶＮ・４ＷＮの各電圧極性が同一となる同極性期間、あ
るいは共に正極性となる正極性期間が、通常動作時にお
ける限度値を越えたときに直流短絡異常と判定する異常
判定部８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体スイッチング
素子を用いて直流電圧を交流電圧へ変換し、あるいは交
流電圧を直流電圧へ変換する電力変換装置に関し、特に
その直流短絡異常の検出方式に係る。

【０００２】

【従来の技術】図１４に示す従来の電力変換装置につい
て説明する。この電力変換器は平滑コンデンサ６両端に
形成される直流電圧を３相交流電圧に変換するＰＷＭ制
御形のインバータである。図１４のように、平滑コンデ
ンサ６両端の直流電圧端子間に交流電圧の相数に相当す
る数（各部品符号の添字Ｕ・Ｖ・Ｗの３個）のアーム回
路（Ｕ・Ｖ・Ｗ）を互いに順並列となるように接続す
る。各相のアーム回路（Ｕ・Ｖ・Ｗ）を上側アーム回路
（添字Ｐ）・下側アーム回路（添字Ｎ）の直列回路とす
る。各上側アーム回路（Ｐ）を上側限流リアクトル（４
ＵＰ・４ＶＰ・４ＷＰ）・上側半導体スイッチング素子
（１ＵＰ・１ＶＰ・１ＷＰ）を含む直列回路とする。各
下側アーム回路（Ｎ）を下側限流リアクトル（４ＵＮ・
４ＶＮ・４ＷＮ）・下側半導体スイッチング素子（１Ｕ
Ｎ・１ＶＮ・１ＷＮ）を含む直列回路とする。各半導体
スイッチング素子１（ＵＰ等の添字は適宜に省略する。
他の部品についても以下同様とする。）にフライホイー
ルダイオード２を逆並列に接続する。各相のアーム回路
（Ｕ・Ｖ・Ｗ）における上側アーム回路（Ｐ）・下側ア
ーム回路（Ｎ）間の接続点を交流電圧の各相の端子と
し、そこに負荷となる３相交流電動機７を接続する。

【０００３】図１４における２０Ｕ・２０Ｖ・２０Ｗは
各相のアーム側電流を計測する直流電流検出器である。
２１は直流電流検出器２０の出力を受けて動作する異常
判定部であり、直流短絡を判定する。異常判定部２１は
各相分の子回路２１Ｕ・２１Ｖ・２１Ｗを含む。９はパ
ルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）形のゲート制御回路であ
り、各相各側分の子回路（９ＵＰ〜９ＷＮ）を含む。３
は各相各側に挿置されたヒューズである。１０は各相の
負荷電流を計測する負荷側電流検出器である。

【０００４】図１４の各半導体スイッチング素子１はＧ
ＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）であり、ゲート制
御回路９からのＰＷＭ信号にしたがって３００〜５００
Ｈｚでオン・オフを繰り返す。各ＧＴＯ１はゲートにオ
ンゲート電流を流すことによりターンオンし、オフゲー
ト電流を流すことによりターンオフする。各限流リアク
トル４の役割は電流上昇率を緩和することである。図１
４の例えばアーム回路（Ｕ）において、上側ＧＴＯ１Ｕ
Ｐと下側ＧＴＯ１ＵＮの両方が、素子自身の異常ないし
はゲート信号の異常により同時にオンするとがある。こ
れは直流短絡の異常状態であり、過電流が発生する。直
流短絡時の過電流は電流上昇率が高く、すぐに可制御レ
ベルを越える。可制御レベルを越えた後でＧＴＯ１ＵＰ
または１ＵＮをターンオフ操作すると、健全側ＧＴＯ
（１ＵＰまたは１ＵＮ）であっても破壊する。この場合
は直流短絡相（Ｕ）に属するＧＴＯ１ＵＰ・１ＵＮのタ
ーンオフ操作は行えないが、その他の正常相（Ｖ・Ｗ）
似ついてはターンオフ操作を直ちに行い、事故の拡大波
及を抑制することが必要となる。

【０００５】特開昭６４−２３７６７号公報あるいは特
開平１−１９４８７３号公報においては、図１４に示す
ような各相分の直流電流検出器２０と異常判定部２１を
設け、直流短絡事故に備える。そして、通常動作時の電
流限度値を越えた電流が検出されたときに、直流短絡異
常と判定する。この直流電流検出器２０は両方向の直流
レベルを検出するレベル検出器である。別の特開平２−
１５５４２４号公報においては、図１４の平滑コンデン
サ６の後段であってインバータの前段となる位置に過電
流検出器を配置し、その出力信号に基づいて直流短絡等
の異常を判定する。過電流検出器は回路中に挿置された
空心リアクトルとそれに磁気結合された２次巻線を具備
し、２次巻線の過電圧が一定時間連続する場合に異常と
判定する。この過電流検出器は電流の傾向を検出する程
度の傾向検出器である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記図１４の直流電流
検出器２０はレベル検出器であり、高価である。また、
一時的な電流変動要因たとえば３相交流電動機７の負荷
急変要因を許容する必要があるため、直流短絡の異常検
出に遅れが生ずる。たとえば、Ｕ相アーム回路の上側ア
ーム回路（添字ＵＰ）に属する直流電流検出器２０Ｕに
高レベルの電流が検出されても、その電流が同一相の下
側アーム回路（添字ＵＮ）を経由する直流短絡電流であ
るとは限らないので、通常動作時の許容範囲内の電流限
度値を予め高めに設定する必要があり、直流短絡の異常
検出に遅れが生ずる。そのため、直流短絡相の過電流が
可制御レベルを大幅に越えてしまい、健全半導体スイッ
チング素子１にもダメージを与えることがある。

【０００７】前記特開平２−１５５４２４号公報記載の
検出器は電流傾向を見る程度の傾向検出器であり安価で
あはるが、この場合も前記同様の理由で直流短絡の異常
検出に遅れが生ずる。しかも、この場合はどの相に直流
短絡異常が発生したのか分からない。このため、直流短
絡相以外の健全相の健全半導体スイッチング素子をすべ
てオフに制御し、直流短絡相のオン操作信号を出してい
る側の半導体スイッチング素子をオフに制御する、とい
うような健全相と直流短絡相とで扱いを異にする適切な
事故波及阻止の操作が行えない。本発明の目的はどの相
で直流短絡異常が起きたのかを安価にかつ早めに検出で
きる電力変換装置を提供することである。それによって
異常事故の拡大波及を阻止することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、各上側限流リ
アクトルおよび各下側限流リアクトルのそれぞれに該リ
アクトルの磁束変化を検出する検出巻線を設ける。また
各検出巻線の電圧信号に基づいて、同一アーム回路に属
する上側限流リアクトル・下側限流リアクトルの両電圧
極性が同一となる同極性期間が通常動作時における限度
値を越えるかどうかを監視し、越えたときに直流短絡異
常と判定する異常判定部を設ける。

【０００９】前記各検出巻線はもともと必要な各限流リ
アクトルを利用した傾向検出器として機能する。それを
各相の各側に配置する。異常判定部は各検出巻線の電圧
信号を受けて直流短絡異常を判定する。具体的には、同
一アーム回路に属する一対の電圧信号の極性を比較して
判定する。その場合の極性の選び方は、上側限流リアク
トル・下側限流リアクトルの電圧極性を反映するように
定める。

【００１０】更に本発明は、前記各検出巻線の電圧信号
に基づいて、同一アーム回路に属する上側限流リアクト
ル・下側限流リアクトルの両電圧が共に正極性となる正
極性期間が通常動作時における限度値を越えるかどうか
を監視し、越えたときに直流短絡異常と判定する異常判
定部を設ける。上側限流リアクトル・下側限流リアクト
ルの負極性に対応する各検出巻線の電圧信号は無視され
るが、これは上側限流リアクトル・下側限流リアクトル
の直流短絡方向の電流が減少する極性であるため、直流
短絡の検出には支障がない。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に対応する図１〜図８の実
施形態について説明する。ここに前記図１４の部品符号
をなるべくそのまま転用し、重複する説明を適宜に割愛
する。本実施形態の電力変換装置は平滑コンデンサ６に
形成される直流電圧を３相交流電圧に変換するＰＷＭ制
御形インバータである。

【００１２】図１に示すように、平滑コンデンサ６両端
の直流電圧端子間に交流電圧の相数３に相当する数のア
ーム回路（Ｕ・Ｖ・Ｗ）を互いに順並列となるように接
続する。各相のアーム回路（Ｕ・Ｖ・Ｗ）は上側アーム
回路（Ｐ）・下側アーム回路（Ｎ）の直列回路である。
また、各上側アーム回路（Ｐ）および各下側アーム回路
（Ｎ）は限流リアクトル４・半導体スイッチング素子１
を含む直列回路である。各半導体スイッチング素子１に
は逆並列のフライホイールダイオード２が付属する。各
相のアーム回路（Ｕ・Ｖ・Ｗ）における上側アーム回路
（Ｐ）・下側アーム回路（Ｎ）間の接続点を交流電圧の
各相の端子とし、そこに負荷となる３相交流電動機７を
接続する。

【００１３】各上側限流リアクトル４ＵＰ・４ＶＰ・４
ＷＰおよび各下側限流リアクトル４ＵＮ・４ＶＮ・４Ｗ
Ｎのそれぞれに該リアクトルの磁束変化を検出する検出
巻線５ＵＰ・５ＵＮ・５ＶＰ・５ＶＮ・５ＷＰ・５ＷＮ
を設ける。また、各検出巻線５の電圧信号に基づいて、
同一アーム回路に属する上側限流リアクトル４ＵＰ・４
ＶＰ・４ＷＰおよび下側限流リアクトル４ＵＮ・４ＶＮ
・４ＷＮの各電圧極性が同一となる同極性期間が通常動
作時における限度値を越えたときに直流短絡異常と判定
する異常判定部８を設ける。異常判定部８は各相分の子
回路８Ｕ・８Ｖ・８Ｗを含む。

【００１４】図２・図３は各検出巻線５の配置ないしは
概略構造を示す。これはＵ相の検出巻線５ＵＰである
が、その他の検出巻線５も同様である。検出巻線５ＵＰ
は限流リアクトル４ＵＰの側面に、限流リアクトル４Ｕ
Ｐに対して絶縁して配置される。１１ＵＰは限流リアク
トル４ＵＰの側面近傍にに配置された磁極である。３０
は磁極１１ＵＰを保持するサポータである。磁極１１Ｕ
Ｐにコイル１２ＵＰを巻回する。この場合の検出巻線５
ＵＰは全体を示し、コイル１２ＵＰは部分を示す用語と
する。コイル１２ＵＰには限流リアクトル４ＵＰの一部
の磁束が鎖交する。限流リアクトル４ＵＰ電流ｉｐが増
減すると限流リアクトル４ＵＰに正負の電圧が発生し、
コイル１２ＵＰにも同極性の電圧が発生する。コイル１
２ＵＰの電圧信号は異常判定部８へ向かう。

【００１５】図４は異常判定部８のブロック図である。
子回路８Ｕの分のみを示すが、他の子回路８Ｖ・８Ｗの
構成も同様である。同一アーム回路（Ｕ）に属する上側
限流リアクトル４ＵＰ・下側限流リアクトル４ＵＮに付
属する検出巻線５ＵＰ・５ＵＮの出力を取り込み、電圧
検出部１３ＵＰ・１３ＵＮで電圧に変換し、波形整形部
１４ＵＰ・１４ＵＮで波形整形を行う。その後、極性検
出部１５Ｕにおいて、検出巻線５ＵＰ・５ＵＮの電圧が
同極性かどうかを調べる。異極性である場合はＬ信号を
同極性である場合はＨ信号を後段の短絡判定部１６Ｕへ
出力する。直流短絡判定部１６Ｕは同極性期間が通常動
作時における限度値を越えたときにＵ相アーム回路に直
流短絡異常が起きたと判定する。１７Ｕは直流短絡異常
の発生を記憶し、かつゲート制御回路９に対して事故拡
大の波及を阻止しかつ短絡電流を減流するためのゲート
操作を促す短絡検出出力部である。

【００１６】図４においては、上側限流リアクトル４Ｕ
Ｐを下向きに流れる電流ｉｐおよび下側限流リアクトル
１４ＵＮを下向きに流れる電流ｉｎが共に増加し、上側
限流リアクトル４ＵＰ・下側限流リアクトル１４ＵＮの
電圧が共に正極性となるときに、検出巻線５ＵＰ・５Ｕ
Ｎの電圧も共に正極性となるように選択する。本明細書
における上側限流リアクトル４ＵＰ電圧・下側限流リア
クトル１４ＵＮ電圧ないしは検出巻線５ＵＰ電圧・５Ｕ
Ｎの電圧の正極性の定義は以上のようなものである。直
流短絡判定部１６Ｕによる直流短絡異常の判定は直流短
絡が生ずる方向の図示の下向き電流ｉｐ・ｉｎが共に増
加し、かつその増加期間が長すぎるときになされる。上
向き電流の減少は下向き電流ｉｐ・ｉｎの増加と同義で
ある。直流短絡が生ずる方向の図示の下向き電流ｉｐ・
ｉｎが共に減少するときにも検出巻線５ＵＰ・５ＵＮ電
圧は同極性となる。この場合も本実施態様の極性検出部
１５ＵはＨ信号を出力する。この状態が長く続くのであ
れば直流短絡異常の判定となるが、下向き電流ｉｐ・ｉ
ｎが共に減少する状態は実際には直流短絡異常ではな
い。そこで、判定基準の一部を次のように改め得る。つ
まり、下向き電流ｉｐ・ｉｎの減少期間（上向き電流の
増加期間）が長く続いても、直流短絡異常と判定しない
方式とする。これは検出巻線５ＵＰ・５ＵＮの負極性電
圧を無視することによってなされる。具体的には電圧検
出部１３ＵＰ・１３ＵＮの入力端と直列に検出巻線５Ｕ
Ｐ・５ＵＮの負極性電圧を遮断する図外のダイオードを
挿入し、あるいは電圧検出部１３ＵＰ・１３ＵＮの出力
端と並列に前記負極性電圧をパスするダイオードを配置
する。また、整流特性を付与する代わりに負極性である
場合の参照限度値ｔｄｄを便宜的に十分長くなるように
修正しても同効である。このように修正した場合は、検
出巻線５ＵＰ電圧・検出巻線５ＵＮ電圧に基づいて、同
一アーム回路（Ｕ）に属する上側限流リアクトル４ＵＰ
・下側限流リアクトル４ＵＮの両電圧が共に正極性とな
る正極性期間が通常動作時における限度値ｔｄｄを越え
るかどうかを監視し、越えたときに直流短絡異常と判定
する異常判定部８を設けたこととなる。

【００１７】図５〜図８を参照して図１装置の動作を説
明する。記号（イ）〜（ホ）は図５〜図７では電流経路
を意味し、図８では期間を表す。図５はＧＴＯ１ＵＰ・
１ＷＰ・１ＶＮがオン状態であり、（イ）（ニ）（ホ）
の電流が流れている。Ｕ相に注目すると、これは図８の
（イ）の期間に該当する。図８の（イ）の期間には上側
限流リアクトル４ＵＰ電流が図５の経路（イ）を辿って
流れる。上側ＧＴＯ１ＵＰがターンオフすると、図６の
局面へ進む。図６は図８の（ロ）の期間に該当する。図
８の（ロ）の期間では下側のフライホイールダイオード
２ＵＮがオンとなり、下側限流リアクトル４ＵＮ電流が
図６の経路（ロ）を辿って流れる。図８に示すように、
アーム回路（Ｕ）の上側ＧＴＯ１ＵＰゲートおよび下側
ＧＴＯ１ＵＮゲートは同図（１）（２）のように制御さ
れる。同図（イ）の期間に同図（３）のような上側限流
リアクトル４ＵＰ電流が流れる。同図（ロ）の期間に同
図（４）のような下側限流リアクトル４ＵＮ電流が流れ
る。上側限流リアクトル４ＵＰおよび下側限流リアクト
ル４ＵＮに付属する検出巻線５ＵＰ電圧および検出巻線
５ＵＮ電圧は同図（５）（６）のようになる。期間
（イ）から（ロ）への過渡期（転流期間）ｔｄに検出巻
線５ＵＰ電圧・検出巻線５ＵＮ電圧は同一極性（負極
性）となる。期間（ロ）から（イ）への過渡期（転流期
間）ｔｄにも検出巻線５ＵＰ電圧・検出巻線５ＵＮ電圧
は同一極性（正極性）となる。以上の両者の転流期間ｔ
ｄはほぼ一致する。異常判定部８に属する図４の短絡判
定部１６Ｕは通常動作時における同極性期間の限度値を
ｔｄよりもやや大きな値ｔｄｄに定め、実際の同極性期
間がその限度値ｔｄｄを越えたときに短絡異常と判定す
る。

【００１８】図７および図８（２）のｇは図８の時刻ｔ
１に下側ＧＴＯ１ＵＮゲートに侵入したノイズ信号であ
る。これによって下側ＧＴＯ１ＵＮが誤動作し、ターン
オンする。これにともない、図７の（ハ）のような直流
短絡電流が流れ始め、上側限流リアクトル４ＵＰ電流お
よび下側限流リアクトル４ＵＮ電流は直ちに増加する。
検出巻線５ＵＰ電圧・検出巻線５ＵＮ電圧は共に正極性
となり、同一極性となる。両者が同一極性であるため極
性検出部１５Ｕの出力はＨ信号となる。短絡判定部１６
Ｕの出力は時刻ｔ１から限度値ｔｄｄが経過した時刻ｔ
２の段階でＨ信号となる。同時に短絡検出出力部１７Ｕ
の出力もＨ信号となり、ゲート制御回路９に対して所要
のゲート操作を求める。これにともない、Ｕ相の上側Ｇ
ＴＯ１ＵＰゲートおよび下側ＧＴＯ１ＵＮゲートにター
ンオフ信号ｇｐ・ｇｎが入り、直流短絡事故は終息に向
かう。

【００１９】図９の変形実施形態について説明する。こ
れは前記実施形態における図３の箇所を変更したもので
ある。図９の検出巻線５ＵＰは限流リアクトル４ＵＰが
空心リアクトルでることに着目し、その内径中心部にサ
ポータ３１を介して配置される。図９のようにすれば、
限流リアクトル４ＵＰの一部の磁束が確実に検出巻線５
ＵＰと鎖交する。このため、限流リアクトル４ＵＰの磁
束変化を的確に検知できる。

【００２０】図１０の変形実施形態について説明する。
これは前記実施形態における図４の箇所を変更したもの
である。図４における検出巻線５と極性検出部１５との
間の構成を図１０のように変更する。図１０における検
出巻線５後段の電圧検出部４０は限流抵抗４１・レベル
調整抵抗４２・逆阻止ダイオード４３・光信号変換器４
４を備える。限流リアクトル４の直流短絡方向に描いた
電流ｉ１が増加し、限流リアクトル４と同極性の正電圧
が検出巻線５に現れると、光信号変換器４４が付勢され
発光する。光信号変換器４４の光出力信号は光ケーブル
４５を介して受信部４６へ伝送される。光信号を受けた
受信部４６は光／電気信号変換器４７によってそれを電
気信号に変換し、極性検出部１５へ送る。以下は前記図
４と同様である。以上の光ケーブル４５前段の検出巻線
５および光信号変換器４４の範囲の部品は限流リアクト
ル４の近傍に配置する。本発明の検出巻線５は高圧の主
回路に属する限流リアクトル４から絶縁されている。本
実施形態は信号伝達に光ケーブル４５を用いて、その絶
縁性をさらに高めたものである。限流リアクトル４の近
傍から引き出すのは、電線ではなく光ケーブル４５であ
るので、その後段のゲート制御系の絶縁性が向上する。
また、光ケーブル４５であるのでノイズの影響が少な
い。

【００２１】図１０の検出巻線５に負極性電圧が発生す
る場合は、その電圧信号は前記逆阻止ダイオード４３で
パスされ、吸収される。したがって、後段へは伝達され
ない。この点について補足する。検出巻線５が負電圧で
ある期間は限流リアクトル４ＵＰの直流短絡方向に計っ
た電流ｉ１が減少する期間（電流ｉ１と逆方向の電流が
増加する期間）である。この期間が長く続いても、直流
短絡事故に発展する余地はないので、検出巻線５の負電
圧をカットする処置は成立する。この場合の異常判定基
準は、各検出巻線５の電圧信号に基づいて、同一アーム
回路に属する上側限流リアクトル４・下側限流リアクト
ル４の両電圧が共に正極性となる正極性期間が通常動作
時における限度値を越えたときに直流短絡異常と判定す
る、というものである。

【００２２】図１１の変形実施形態について説明する。
これは前記図１の範囲を３レベル形の中性点クランプ方
式に改めたものである。図１の部品符号をなるべくその
まま転用し、重複する説明を適宜に割愛する。各アーム
回路３０Ｕ・３０Ｖ・３０Ｗの回路構成は互いに同等で
ある。各アーム回路３０を構成する上側アーム回路
（Ｐ）・下側アーム回路（Ｎ）のそれぞれに更なるＧＴ
Ｏ３１が直列に足し加わる。ＧＴＯ３１には逆並列のフ
ライホイールダイオード３２が付属する。３６Ｐ・３６
Ｎは直列一対の平滑コンデンサである。平滑コンデンサ
３６Ｐ・３６Ｎの中性点Ｃと、上側アーム回路（Ｐ）お
よび下側アーム回路（Ｎ）におけるＧＴＯ１・ＧＴＯ３
１の中点との間に、中性点クランプ用の各ダイオード３
３を配置する。検出巻線５のともなう限流リアクトル５
は各上側ＧＴＯ１ＵＰ・３１ＵＰのアノード側あるいは
各下側ＧＴＯ１ＵＮ・３１ＵＮのカソード側に配置され
ている。本発明の検出巻線５による直流短絡の検出対象
は、上側アーム回路（Ｐ）・下側アーム回路（Ｎ）を含
むアーム回路３０全体の全短絡である。上側ＧＴＯ３１
ＵＰと下側アーム回路（Ｎ）を跨ぐ範囲、あるいは下側
ＧＴＯ３１ＵＮと上側アーム回路（Ｐ）を跨ぐ範囲の直
流短絡は検出対象としない。

【００２３】図１１の実施形態を次のように修正するこ
とが可能である。図１１における検出巻線５のともなう
限流リアクトル５の接続位置を次のように修正する。検
出巻線５のともなう限流リアクトル５を各上側ＧＴＯ１
ＵＰ・３１ＵＰのアノード側からカソード側に移し、ま
た各下側ＧＴＯ１ＵＮ・３１ＵＮのカソード側からアノ
ード側に移す。このようにすれば、上側ＧＴＯ３１ＵＰ
と下側アーム回路（Ｎ）を跨ぐ範囲、あるいは下側ＧＴ
Ｏ３１ＵＮと上側アーム回路（Ｐ）を跨ぐ範囲の直流短
絡の検知も可能となる。この場合の直流短絡は平滑コン
デンサ３６Ｐだけあるいは３６Ｎだけの低い直流電圧の
もとで生ずる、いわば半短絡である。前記全短絡と半短
絡とでは短絡電流の変化率が異なる。このため、本発明
適用上の、同極性期間の通常動作時における限度値を適
宜に使い分けることが望ましい。

【００２４】図１２の実施態様について説明する。前記
図１との主たる違いはスナバ回路を足し加えたことであ
る。そこで、図１の部品符号をなるべくそのまま転用
し、重複する説明を割愛する。図１２における２１はス
ナバダイオード、２２はスナバコンデンサ、２３はスナ
バ抵抗であり、これら全体でスナバ回路を構成する。ス
ナバダイオード２１はスナバコンデンサ２２を介して、
ＧＴＯ１に対して順並列の関係となるように接続され
る。スナバ抵抗２３はスナバダイオード２１と並列に接
続される。これらのスナバ回路の役割はＧＴＯ１の受け
る過電圧を制限し緩和することである。その役割の範囲
に限流リアクトル４の電磁エネルギを適宜に吸収する機
能も含まれる。

【００２５】図１２のアーム回路（Ｕ）の動作を図１３
を使って説明する。図１３（１）のようなＵ相出力電流
ｉｕが流れる。時刻ｔ１以前の区間では上側ＧＴＯ１Ｕ
Ｐはオン状態にあり、上側ＧＴＯ１ＵＰ電流はＵ相出力
電流ｉｕに等しい。時刻ｔ１のところで、上側ＧＴＯ１
ＵＰへオフゲート電流を供給する。上側ＧＴＯ１ＵＰ電
流は減少し、スナバコンデンサ２２ＵＰ電流（充電電
流）が立上がる。時刻ｔ２のところで、上側ＧＴＯ１Ｕ
Ｐ電流は０となり、上側ＧＴＯ１ＵＰはオフとなり、ス
ナバコンデンサ２２ＵＰ電流はＵ相出力電流ｉｕに等し
いレベルに上昇する。時刻ｔ２のところで、下側ＧＴＯ
１ＵＮへオンゲート電流を供給する。下側ＧＴＯ１ＵＮ
はターンオンし、下側ＧＴＯ１ＵＮ電流が立上がる。下
側ＧＴＯ１ＵＮ電流はスナバコンデンサ２２ＵＰ電流に
重畳し、スナバコンデンサ２２を急速に追加充電する。
時刻ｔ３のところで、下側ＧＴＯ１ＵＮ電流およびスナ
バコンデンサ２２ＵＰ電流はピークを形成し、それ以降
は減少に転ずる。時刻ｔ４のところで、下側ＧＴＯ１Ｕ
Ｎ電流は０となってターンオフし、スナバコンデンサ２
２ＵＰ電流はＵ相出力電流ｉｕに等しいレベルに下降す
る。時刻ｔ４のところで下側のフライホイールダイオー
ド２ＵＮ電流が立上がる。時刻ｔ５のところで、スナバ
コンデンサ２２ＵＰ電流は０（スナバコンデンサ２２Ｕ
Ｐ電圧は最大）となり、フライホイールダイオード２Ｕ
Ｎ電流はＵ相出力電流ｉｕと等しい値に上昇する。それ
以降のＵ相出力電流ｉｕはフライホイールダイオード２
ＵＮを経由して流れる。

【００２６】図１２における上側限流リアクトル４ＵＰ
電流は図１３の（２）と（３）を合成した（４）の波形
となる。下側限流リアクトル４ＵＮ電流は図１３の
（５）と（６）を合成した（７）の波形となる。上側限
流リアクトル４ＵＰに付属する検出巻線５ＵＰ電圧は
（８）の波形となる。下側限流リアクトル４ＵＮに付属
する検出巻線５ＵＮ電圧は（９）の波形となる。時刻ｔ
２からｔ３までの期間ｔｄ１は検出巻線５ＵＰ電圧・検
出巻線５ＵＮ電圧は共に正極性（直流短絡電流の増加方
向の極性）であり、正極性の同極性期間となる。時刻ｔ
３からｔ５までの期間ｔｄ２は検出巻線５ＵＰ電圧・検
出巻線５ＵＮ電圧は共に負極性であり、負極性の同極性
期間となる。期間ｔｄ１における上側限流リアクトル４
ＵＰ電流ないしは下側限流リアクトル４ＵＮ電流の変化
幅は図１３（３）のＩ０−ｉｕであり、期間ｔｄ２にお
ける上側限流リアクトル４ＵＰ電流ないしは下側限流リ
アクトル４ＵＮ電流の変化幅はＩ０であり、前者が小・
後者が大となる。この関係で、相対的に期間ｔｄ１が小
・期間ｔｄ２が大となる。本発明適用上は同極性期間の
通常動作時における限度値をなるべく小さく選択するこ
とが有利となる。そこで、期間ｔｄ１を評価し期間ｔｄ
２を無視し、期間ｔｄ１よりも若干大きな値を限度値と
する。限度値をこのように定めても、検出巻線５ＵＰ・
検出巻線５ＵＮ後段に前記した整流特性を付与しておけ
ば、長い期間ｔｄ２が経過する際の直流短絡異常の判定
は回避される。その一例は図１２回路に図１０方式を適
用することである。これに伴い、検出巻線５ＵＰ・検出
巻線５ＵＮの負極性期間は無視されるが、負極性期間と
いうのは直流短絡方向電流の減少期間であるので、直流
短絡判定上は問題がない。

【００２７】以上の各実施形態においては、半導体スイ
ッチング素子１としてＧＴＯを用いたが、本発明適用上
はＳＩサイリスタでも、その他のサイリスタでも、電力
用トランジスタでも構わない。また、直流電圧を交流電
圧に変換するインバータについて説明したが、本発明は
交流電圧を直流電圧に変換する変換装置にも適用が可能
である。すでに、いくつかの実施形態について説明した
が、請求項の各発明と各実施形態との関係について補足
する。図１の実施形態は請求項１の発明に適合するが、
その説明の中で指摘したように、請求項２の発明に適合
するように改め得る。図２および３の検出巻線５の構造
あるいは図９の検出巻線５の構造は請求項２の発明にも
適合させ得る。

【００２８】

【本発明の効果】以上のように、本発明は各上側限流リ
アクトルおよび各下側限流リアクトルのそれぞれに該リ
アクトルの磁束変化を検出する検出巻線を設け、各検出
巻線の電圧信号に基づいて、同一アーム回路に属する上
側限流リアクトル・下側限流リアクトルの両電圧極性が
同一となる、あるいは共に正極性となる期間が通常動作
時における限度値を越えるかどうかを監視する方式とし
たものであり、どの相で直流短絡異常が起きたのかを安
価にかつ早めに検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す電力変換装置の回路図
を示す回路図である。

【図２】図１の検出巻線付近を示す要部回路図である。

【図３】図１の検出巻線付近を示す要部斜視図である。

【図４】図１の検出巻線および異常判定部示すブロック
図である。

【図５】図１の回路動作を示す説明図である。

【図６】図５同様の他の説明図である。

【図７】図５同様の別の説明図である。

【図８】図１の回路動作を示す波形図である。

【図９】他の実施形態を示す検出巻線の構造説明図であ
る。

【図１０】別の実施形態を示す検出巻線および異常判定
部の要部回路図である。

【図１１】他の実施形態を示す電力変換装置の回路図で
ある。

【図１２】別の実施形態を示す電力変換装置の回路図で
ある。

【図１３】図１２の回路動作を示す波形図である。

【図１４】従来の電力変換装置を示す回路図である。

【符号の説明】

１ＵＰ・１ＶＰ・１ＷＰ上側半導体スイッチング素子１ＵＮ・１ＶＮ・１ＷＮ下側半導体スイッチング素子２ＵＰ・２ＶＰ・２ＷＰフライホイールダイオード２ＵＮ・２ＶＮ・２ＷＮフライホイールダイオード４ＵＰ・４ＶＰ・４ＷＰ上側限流リアクトル４ＵＮ・４ＶＮ・４ＷＮ下側限流リアクトル５ＵＰ・５ＶＰ・５ＷＰ上側の検出巻線５ＵＮ・５ＶＮ・５ＷＮ下側の検出巻線６平滑コンデンサ７３相交流電動機８異常判定部８Ｐ・８Ｖ・８Ｗ子回路９ゲート制御回路９ＵＰ〜９ＭＮ子回路３３中性点クランプ用のダイオード４４光信号変換器４５光ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電圧の端子間に交流電圧の相数に相
当する数のアーム回路を互いに順並列となるように接続
し、前記各相のアーム回路を上側アーム回路・下側アー
ム回路の直列回路とし、前記各上側アーム回路を上側限
流リアクトル・上側半導体スイッチング素子を含む直列
回路とし、前記各下側アーム回路を下側限流リアクトル
・下側半導体スイッチング素子を含む直列回路とし、前
記各上側半導体スイッチング素子および前記各下側半導
体スイッチング素子にフライホイールダイオードを逆並
列に接続し、前記各相のアーム回路における前記上側ア
ーム回路・前記下側アーム回路間の接続点を前記交流電
圧の各相の端子とする電力変換装置において、前記各上側限流リアクトルおよび各下側限流リアクトル
のそれぞれに該リアクトルの磁束変化を検出する検出巻
線を設け、前記各検出巻線の電圧信号に基づいて、同一
アーム回路に属する前記上側限流リアクトル・前記下側
限流リアクトルの両電圧極性が同一となる同極性期間が
通常動作時における限度値を越えるかどうかを監視し、
越えたときに直流短絡異常と判定する異常判定部を設け
たことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】直流電圧の端子間に交流電圧の相数に相
当する数のアーム回路を互いに順並列となるように接続
し、前記各相のアーム回路を上側アーム回路・下側アー
ム回路の直列回路とし、前記各上側アーム回路を上側限
流リアクトル・上側半導体スイッチング素子を含む直列
回路とし、前記各下側アーム回路を下側限流リアクトル
・下側半導体スイッチング素子を含む直列回路とし、前
記各上側半導体スイッチング素子および前記各下側半導
体スイッチング素子にフライホイールダイオードを逆並
列に接続し、前記各相のアーム回路における前記上側ア
ーム回路・前記下側アーム回路間の接続点を前記交流電
圧の各相の端子とする電力変換装置において、前記各上側限流リアクトルおよび各下側限流リアクトル
のそれぞれに該リアクトルの磁束変化を検出する検出巻
線を設け、前記各検出巻線の電圧信号に基づいて、同一
アーム回路に属する前記上側限流リアクトル・前記下側
限流リアクトルの両電圧が共に正極性となる正極性期間
が通常動作時における限度値を越えるかどうかを監視
し、越えたときに直流短絡異常と判定する異常判定部を
設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】各限流リアクトルの側面に検出巻線を配
置した請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】各限流リアクトルを空心リアクトルと
し、前記各限流リアクトルの内径中心部に検出巻線を配
置した請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項５】各検出巻線の電圧信号を光信号に変換す
る光信号変換器と前記光信号を伝送する光ケーブルを設
け、前記各光ケーブル前段の前記各検出巻線および光信
号変換器の範囲の部品を各限流リアクトルの近傍に配置
した請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項６】直流電圧から交流電圧へ変換する請求項
１または２記載の電力変換装置。
【請求項７】各半導体スイッチング素子をゲートター
ンオフサイリスタ（ＧＴＯ）とする請求項６記載の電力
変換装置。
【請求項８】各ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴ
Ｏ）を制御するためのパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）
形のゲート制御回路を備えた請求項７記載の電力変換装
置。
【請求項９】中性点クランプ用の複数のダイオードを
備えた中性点クランプ形の請求項７記載の電力変換装
置。