JPH10243660A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH10243660A
JPH10243660A JP9042226A JP4222697A JPH10243660A JP H10243660 A JPH10243660 A JP H10243660A JP 9042226 A JP9042226 A JP 9042226A JP 4222697 A JP4222697 A JP 4222697A JP H10243660 A JPH10243660 A JP H10243660A
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power
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JP9042226A
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Akio Hirata
昭生 平田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
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Abstract

(57)【要約】 【課題】複数個のスイッチング素子を並列接続して１個
のスイッチングアームを構成しても、スイッチング素子
等の故障に対する運転信頼性を著しく向上させること。 【解決手段】それぞれのスイッチングアーム15が、複数
個のスイッチング素子17を並列接続して構成される電力
変換装置において、１個のスイッチングアーム15を構成
する並列接続されたスイッチング素子17を複数個に分割
し、複数個に分割されたスイッチング素子17の並列単位
で保護ヒューズ19をそれぞれ設け、１個のスイッチング
アーム15の中でいずれか１個のスイッチング素子17の故
障が発生した場合に、並列単位の保護ヒューズ19で故障
したスイッチング素子17部分を切離す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個のスイッチ
ング素子を等価的に並列接続して１個のスイッチングア
ームが構成される電力変換装置に係り、特にスイッチン
グ素子の故障に対する運転信頼性を著しく向上させるよ
うにした電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、電力変換装置本体を構成する
スイッチング素子がその電流定格が不足するため、複数
個のスイッチング素子を等価的に並列接続して１個のス
イッチングアームを構成する電力変換装置としては、種
々の方式のものが公知であるが、その代表的な例として
ＰＷＭインバータ装置が良く知られている。
【０００３】図６は、既に汎用インバータ装置等に多く
使用される電力変換装置の構成例を示す回路図である。
図６において、電力変換装置では、入力交流電源端子１
１より交流電力を入力し、整流器１２でこれを直流電力
に変換して、直流フィルタコンデンサ１３で平滑化す
る。
【０００４】この平滑化された直流電力は、６個のスイ
ッチングアーム１５で構成される３相ＰＷＭインバータ
１４で任意の周波数の交流電力に変換して、負荷１６を
駆動する。
【０００５】なお、ＰおよびＮは、正極側および負極側
の各直流電源母線を示している。さて、上記のような電
力変換装置は、３相ＰＷＭインバータ１４で任意の周波
数の交流電力が得られることから、ＰＷＭインバータ装
置として広く普及してきている。
【０００６】図６において、負荷１６の容量が一般に１
００ＫＶＡ以下の領域では、スイッチングアーム１５は
１個のスイッチング素子が電流定格的に適用できるが、
これを超える装置容量領域では、電流容量的にスイッチ
ング素子を並列接続して構成するのが一般的である。
【０００７】図７は、スイッチングアーム１５をスイッ
チング素子を並列接続して構成する場合の一例を示す回
路図である。図７において、１７はスイッチング素子と
してのＩＧＢＴ素子、１８はこのＩＧＢＴ素子１７と逆
並列接続されたダイオードである。
【０００８】図６において、電力変換装置の容量が５０
０〜６００ＫＶＡとすると、スイッチングアーム１５
は、図７に示すように、電流定格的にスイッチング素子
としてのＩＧＢＴ１７は、６個並列接続される。
【０００９】図６、および図７に示すように、高速スイ
ッチング動作が可能な最近のスイッチング素子であるＩ
ＧＢＴやＭＯＳＦＥＴは、容量の大きな電力変換装置を
構成する場合に、スイッチングアーム１５にスイッチン
グ素子を並列接続して使用するのが一般的であり、既に
ＰＷＭインバータ装置だけではなく、種々の電力変換装
置に適用されてきている。
【００１０】スイッチング素子としてＩＧＢＴ素子１７
を例にとると、ＩＧＢＴ素子１７とダイオード１８は、
一つのパッケージに各１組ずつ収納され、ＩＧＢＴモジ
ュールと呼ばれるパッケージで使用される。従って、図
７に示すような構成の場合には、６個のＩＧＢＴモジュ
ールを並列接続して構成することになるが、ここではＩ
ＧＢＴ素子１７とダイオード１８とを分離して図示する
ことにする。
【００１１】一方、定格電流が３００〜６００Ａ程度の
ＩＧＢＴモジュールの故障率は、種々の適用回路によっ
て細かくは違ってくるが、一般的には５０〜１００ｆｉ
ｔ程度である。従って、スイッチングアーム１５に、図
７に示すようにＩＧＢＴモジュールを６個並列接続して
使用すると、この時のスイッチングアーム１５の故障率
は３００〜６００ｆｉｔとなる。
【００１２】また、スイッチングアーム１５に、従来か
ら使用されているＧＴＯ素子を、スイッチング素子とし
て適用するような場合には、ＧＴＯ素子は１個のスイッ
チング素子で大電流定格のものが製作されているため、
装置容量が５００〜６００ＫＶＡであっても、スイッチ
ングアーム１５は１個のＧＴＯ素子で構成することがで
きる。そして、このようなＧＴＯ素子等、大電流定格の
スイッチング素子の故障率も、一般的に１００ｆｉｔ以
下程度である。
【００１３】ＧＴＯ素子に比較して、最近のスイッチン
グ素子であるＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを使用すると、高
速スイッチング動作が行なえるため、負荷１６にきれい
な交流電力を供給することができ、システム全体の運転
効率の向上や、負荷１６の騒音低減が図れる等の多くの
長所が得られることが知られている。
【００１４】しかしながら、前述したように、新しいス
イッチング素子であるＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴは定格電
流が小さいことから、電力変換装置の容量に合せて並列
接続して使用する必要があり、図７に示すように６個の
ＩＧＢＴ素子１７を並列接続してスイッチングアーム１
４を構成する場合には、従来の場合に比較して、故障率
が３〜６倍に増加することになる。また、このような故
障率の増加は、電力変換装置の容量が増加すればする程
大きくなるという問題がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】以上概説したように、
最近の電力変換装置では、高速スイッチング動作が行な
えるＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を使
用して、３相ＰＷＭインバータ１４の例では、高速スイ
ッチング動作によるＰＷＭ制御で、負荷１６に高調波成
分の少ないきれいな交流電力を供給して運転することが
できる。
【００１６】これらの高速スイッチング動作が行なえる
スイッチング素子は、定格電流が３００〜６００Ａ程度
が上限であり、例えば装置定格が５００〜６００ＫＶＡ
の場合には、ＩＧＢＴ素子１７を６個並列接続して１個
のスイッチングアーム１５を構成する必要がある。
【００１７】そして、電力変換装置の電流定格や電気性
能の面では、ＩＧＢＴ素子１７を６個並列接続してスイ
ッチングアーム１５を構成しても、充分に機能を満足で
きており、３相ＰＷＭインバータ１４等が数多く製作さ
れている。
【００１８】しかしながら、電力変換装置の運転信頼性
の面では、スイッチングアーム１５を１個のパワーデバ
イスで構成した場合と比較して、一つのスイッチングア
ーム１５を複数個のＩＧＢＴ素子１７で構成するため、
１個のスイッチングアーム１５で比較して、故障率が３
〜６倍増加するという問題がある。
【００１９】また、３相ＰＷＭインバータ１４は、前述
したような高速スイッチング素子であるＩＧＢＴやＭＯ
ＳＦＥＴの出現によって、その適用分野が拡大し、今日
ではあらゆる分野に適用されるようになってきている
が、スイッチングアーム１５を構成するスイッチング素
子の並列接続数の増加によって、スイッチング素子等の
故障に対する運転信頼性が、大容量装置では低下する可
能性がある。
【００２０】本発明の目的は、複数個のスイッチング素
子を並列接続して１個のスイッチングアームを構成して
も、スイッチング素子等の故障に対する運転信頼性を著
しく向上させることが可能な電力変換装置を提供するこ
とにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、それぞれのスイッチングア
ームが、複数個のスイッチング素子を並列接続して構成
される電力変換装置において、１個のスイッチングアー
ムを構成する並列接続されたスイッチング素子を複数個
に分割し、複数個に分割されたスイッチング素子の並列
単位で保護ヒューズをそれぞれ設け、１個のスイッチン
グアームの中でいずれか１個のスイッチング素子の故障
が発生した場合に、並列単位の保護ヒューズで故障した
スイッチング素子部分を切離すようにしている。
【００２２】従って、請求項１の発明の電力変換装置に
おいては、どれか一個の並列単位でスイッチング素子に
故障が発生しても、複数個に分割されたスイッチング素
子の並列単位で、故障したスイッチング素子の並列単位
を切離すことができる。
【００２３】これにより、故障が発生して切離された並
列単位以外の健全な残りの並列単位によって電力変換装
置の運転を継続することができ、電力変換装置の故障に
対する運転信頼性を向上することができる。
【００２４】また、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明の電力変換装置において、正極側および負極側の
各直流電源母線間に少なくとも２個のスイッチングアー
ムを直列接続して電力変換装置本体を構成する場合に、
直列接続するスイッチングアームをスイッチング素子の
複数個の並列単位毎に直列接続し、かつこの並列単位の
直列接続回路をそれぞれ保護ヒューズを介して各直流電
源母線間に接続することによって、スイッチングアーム
の直列接続回路を構成している。
【００２５】従って、請求項２の発明の電力変換装置に
おいては、どれか一個のスイッチング素子に故障が発生
しても、並列単位毎に直列接続された直列接続回路の中
で故障を発生した直列接続回路を、保護ヒューズの短絡
電流での溶断によって、直流電源母線から切離すことが
できる。
【００２６】これにより、残りの健全な並列単位の直列
接続回路によって電力変換装置の運転を継続することが
でき、電力変換装置の故障に対する運転信頼性を向上す
ることができる。
【００２７】さらに、請求項３の発明では、上記請求項
１の発明の電力変換装置において、複数個の並列単位毎
に直列接続した直列接続回路を正極側および負極側の各
直流電源母線間に接続する場合に、少なくとも一方の直
流端子側および交流端子側に保護ヒューズをそれぞれ挿
入して、スイッチングアームの直列接続回路を構成して
いる。
【００２８】従って、請求項３の発明の電力変換装置に
おいては、どれか一個のスイッチング素子に故障が発生
しても、並列単位毎に直列接続された直列接続回路の中
で故障を発生した直列接続回路のみを、直流端子側およ
び交流端子側の保護ヒューズの短絡電流での溶断によっ
て、少なくとも直流電源母線の一方と交流端子側を切離
すことができる。
【００２９】これにより、残りの健全な並列単位の直列
接続回路によって電力変換装置の運転を継続することが
でき、電力変換装置の故障に対する運転信頼性を向上す
ることができる。
【００３０】さらにまた、請求項４の発明では、上記請
求項１の発明の電力変換装置において、スイッチング素
子の並列単位で複数個の単位電力変換回路を構成し、ス
イッチング素子の故障が発生した場合に、複数個の単位
電力変換回路単位で保護ヒューズで切離すようにしてい
る。
【００３１】従って、請求項４の発明の電力変換装置に
おいては、どれか一個のスイッチング素子に故障が発生
しても、並列単位毎に分割された複数個の単位電力変換
回路の中で、故障を発生した単位電力変換回路部分のみ
を、保護ヒューズの短絡電流での溶断によって切離すこ
とができる。
【００３２】これにより、残りの健全な単位電力変換回
路によって電力変換装置の運転を継続することができ、
電力変換装置の故障に対する運転信頼性を向上すること
ができる。
【００３３】一方、請求項５の発明では、上記請求項１
乃至請求項４のいずれか１項の発明の電力変換装置にお
いて、１個のスイッチングアームを構成する複数個に分
割されたスイッチング素子の並列単位に、各スイッチン
グ素子のオン・オフ制御信号を供給する制御ラインに対
して、並列単位毎に保護手段を設け、スイッチング素子
の故障が発生した場合に、この故障した並列単位の制御
ラインも保護手段で切離すようにしている。
【００３４】従って、請求項５の発明の電力変換装置に
おいては、どれか一個のスイッチング素子に故障が発生
して、その並列単位が主回路的に切離される時に、その
並列単位の切離しの影響でオン・オフ制御信号に主回路
電位の影響等が出て、他の並列単位のオン・オフ制御信
号に影響を与えようとしても、制御ラインに設けた保護
手段によって、故障したスイッチング素子の制御ライン
を切離すことができる。
【００３５】これにより、残りの健全な並列単位の制御
ラインに影響を与えることなく電力変換装置の運転を継
続することができ、電力変換装置の故障に対する運転信
頼性をより一層向上することができる。
【００３６】また、請求項６の発明では、上記請求項１
乃至請求項５のいずれか１項の発明の電力変換装置にお
いて、スイッチングアームを構成する複数個に分割され
たスイッチング素子の並列単位の中で、いずれかの並列
単位に故障が発生してこの並列単位が保護ヒューズで切
離されたことを検出する検出手段を設け、検出手段によ
り並列単位が切離されたことを検出した場合に、この切
離された並列単位に対応して電力変換装置本体の出力を
制限するようにしている。
【００３７】従って、請求項６の発明の電力変換装置に
おいては、故障が発生した並列単位を保護ヒューズによ
って切離した時に、これを検出手段によって検出し、電
力変換装置本体の出力を制限することができる。
【００３８】これにより、残りの健全な並列単位に対応
した出力電力に、電力変換装置本体の出力を制限するこ
とができ、過負荷電流の問題等を除去して安全に、電力
変換装置の故障に対する運転信頼性を向上することがで
きる。
【００３９】さらに、請求項７の発明では、上記請求項
１乃至請求項６のいずれか１項の発明の電力変換装置に
おいて、並列単位を構成するそれぞれのスイッチング素
子として、保護ヒューズに代わる保護機能を内蔵した保
護機能付スイッチング素子を用い、保護機能付スイッチ
ング素子を複数個並列接続してスイッチングアームを構
成し、個々のスイッチング素子で発生した故障に対し
て、保護機能付スイッチング素子の保護機能を動作させ
て切離すようにしている。
【００４０】従って、請求項７の発明の電力変換装置に
おいては、スイッチング素子に故障が発生しても、スイ
ッチング素子に内蔵した保護機能によって、故障したス
イッチング素子を切離すことができる。
【００４１】これにより、残りの健全なスイッチング素
子に影響を影響を与えることなく電力変換装置の運転を
継続することができ、電力変換装置の故障に対する運転
信頼性を向上することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施の形態：請求項１、請求項２に対応）図１
は、本実施の形態による電力変換装置の構成例を示す回
路図であり、図６および図７と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。
【００４３】なお、図１では、３相ＰＷＭインバータ１
４は、３相の中の１相分のみについて詳細に図示してい
る。図１において、２個のスイッチングアーム１５は、
直流電源母線Ｐ・Ｎ間に直列接続している。
【００４４】また、それぞれのスイッチングアーム１５
は、ＩＧＢＴ素子１７とダイオード１８を、図示のよう
に４個並列接続して構成している。さらに、スイッチン
グアーム１５は、４個並列接続されたＩＧＢＴ素子１７
とダイオード１８を、２個の並列単位に分割し、それぞ
れの並列単位は、ＩＧＢＴ素子１７とダイオード１８の
２個並列接続で構成している。
【００４５】また、この並列単位を２個直列接続して、
直流電源母線Ｐ・Ｎ間に図示のように保護ヒューズ１９
を介して接続する。さらに、直列接続された並列単位の
直列接続回路の中点は交流端子で、負荷１６に電力供給
するために接続している。
【００４６】次に、以上のように構成された本実施の形
態の電力変換装置の作用について説明する。図１におい
て、スイッチングアーム１５の中で、一個のＩＧＢＴ素
子１７、またはダイオード１８の故障が発生すると、直
列接続された他の並列単位を通して直流電源母線Ｐ・Ｎ
より故障電流が流れて、故障が発生したＩＧＢＴ素子１
７やダイオード１８が含まれる並列単位の保護ヒューズ
１９が、短絡電流で溶断する。
【００４７】この結果、故障が発生した並列単位は、直
流電源母線ＰまたはＮから切離されて、残った健全な並
列単位によって電力変換装置の運転を継続することがで
きる。
【００４８】このように、ＩＧＢＴ１７やダイオード１
８の故障に対して、並列単位で故障部分の切離しを行な
うことによって、従来よりも少なくとも２倍以上に、Ｉ
ＧＢＴ１７やダイオード１８の故障に対する運転信頼性
を向上することができる。
【００４９】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、どれか一個の並列単位でスイッチング素子で
あるＩＧＢＴ素子１７やダイオード１８に故障が発生し
ても、複数個に分割されたスイッチング素子であるＩＧ
ＢＴ素子１７やダイオード１８の並列単位で、故障した
スイッチング素子であるＩＧＢＴ素子１７やダイオード
１８の並列単位を切離すことができる。
【００５０】よって、故障が発生して切離された並列単
位以外の健全な残りの並列単位によって電力変換装置の
運転を継続することができ、スイッチング素子であるＩ
ＧＢＴ素子１７やダイオード１８の故障に対する運転信
頼性を向上することが可能となる。
【００５１】（第２の実施の形態：請求項１、請求項３
に対応）図２は、本実施の形態による電力変換装置の構
成例を示す回路図であり、図１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。
【００５２】すなわち、本実施の形態の電力変換装置
は、図２に示すように、図１における負極側の直流電源
母線Ｎに設けていた保護ヒューズ１９を省略し、これに
代えて、並列単位の交流端子側に保護ヒューズ２０を挿
入して、スイッチングアーム１５の直列回路を構成した
ものである。
【００５３】次に、以上のように構成された本実施の形
態の電力変換装置の作用について説明する。図２におい
て、スイッチングアーム１５の中で、一個のＩＧＢＴ素
子１７、またはダイオード１８の故障が発生すると、直
列接続された他の並列単位を通して直流電源母線Ｐ・Ｎ
および負荷１６より故障電流が流れて、少なくとも保護
ヒューズ１９または保護ヒューズ２０が溶断する。
【００５４】この結果、故障が発生した並列単位は、他
の健全な並列単位から切離されて、残った健全な並列単
位によって電力変換装置の運転を継続することができ
る。このように、前記図１の場合と同様に、従来よりも
少なくとも２倍以上に、ＩＧＢＴ１７やダイオード１８
の故障に対する運転信頼性を向上することができる。
【００５５】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、どれか一個のスイッチング素子であるＩＧＢ
Ｔ素子１７やダイオード１８に故障が発生しても、並列
単位毎に直列接続された直列接続回路の中で故障を発生
した直列接続回路のみを、直流端子側および交流端子側
の保護ヒューズ１９および２０の短絡電流での溶断によ
って、少なくとも直流電源母線Ｐ，Ｎの一方と交流端子
側を切離すことができる。
【００５６】よって、残りの健全な並列単位の直列接続
回路によって電力変換装置の運転を継続することがで
き、スイッチング素子であるＩＧＢＴ素子１７やダイオ
ード１８の故障に対する運転信頼性を向上することが可
能となる。
【００５７】（第３の実施の形態：請求項１、請求項４
に対応）図３は、本実施の形態による電力変換装置の構
成例を示す回路図であり、図１と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。
【００５８】すなわち、本実施の形態の電力変換装置
は、図３に示すように、３相ＰＷＭインバータ１４のス
イッチングアーム１５を、ＩＧＢＴ１７とダイオード１
８の２個の並列接続で構成する代わりに、直接並列接続
を行なわずに単位電力変換回路２１を構成し、この単位
電力変換回路２１を保護ヒューズ２２を介して直流電源
母線Ｐ・Ｎ間に接続して、交流端子はそれぞれの単位電
力変換回路２１の交流端子側を、それぞれの相毎に並列
接続して構成したものである。
【００５９】次に、以上のように構成された本実施の形
態の電力変換装置の作用について説明する。図３におい
て、単位電力変換回路２１を複数個並列接続した電力変
換装置では、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１７やダ
イオード１８の故障が発生すると、故障電流が流れて保
護ヒューズ２２が溶断する。
【００６０】この結果、故障が発生した方の単位電力変
換回路２１は、主回路から切離されて、残った健全な単
位電力変換回路２１によって電力変換装置の運転を継続
することができる。
【００６１】このように、前記図１および図２の場合と
同様に、従来よりも少なくとも２倍以上に、ＩＧＢＴ１
７やダイオード１８の故障に対する運転信頼性を向上す
ることができる。
【００６２】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、どれか一個のスイッチング素子であるＩＧＢ
Ｔ素子１７やダイオード１８に故障が発生しても、並列
単位毎に分割された複数個の単位電力変換回路２１の中
で、故障を発生した単位電力変換回路２１部分のみを、
保護ヒューズ２２の短絡電流での溶断によって切離すこ
とができる。
【００６３】よって、残りの健全な単位電力変換回路２
１によって電力変換装置の運転を継続することができ、
スイッチング素子であるＩＧＢＴ素子１７やダイオード
１８の故障に対する運転信頼性を向上することが可能と
なる。
【００６４】（第４の実施の形態：請求項１、請求項５
に対応）図４は、本実施の形態による電力変換装置の構
成例を示す回路図であり、図１または図２と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。
【００６５】なお、図４では、例えば図１または図２に
おけるスイッチングアーム１５の１個分のみについて図
示している。すなわち、本実施の形態の電力変換装置
は、図４に示すように、１個のスイッチングアーム１５
を構成する複数個に分割されたスイッチング素子である
ＩＧＢＴ素子１７やダイオード１８の並列単位に、各Ｉ
ＧＢＴ素子１７のオン・オフ制御信号２３を供給する制
御ラインに対して、並列単位毎に保護手段である保護ヒ
ューズ２５を設けて構成したものである。
【００６６】なお、２４はＩＧＢＴ素子１７のゲート抵
抗器を示している。次に、以上のように構成された本実
施の形態の電力変換装置の作用について説明する。
【００６７】図４において、スイッチング素子であるＩ
ＧＢＴ素子１７やダイオード１８の故障に対しては、前
記したように、保護ヒューズ１９によって故障したＩＧ
ＢＴ素子１７やダイオード１８の並列単位を切離すこと
ができるが、ＩＧＢＴ素子１７が故障した場合には、直
流電源母線Ｐ・Ｎ側の電位が、ＩＧＢＴ素子１７のゲー
ト端子にも分圧されて発生し、この電圧がゲート抵抗器
２４を介して、オン・オフ制御信号２３や他の並列単位
のＩＧＢＴ素子１７のゲートに影響を与えることもあ
る。
【００６８】このような場合に、本実施の形態では、オ
ン・オフ制御信号２３が供給される制御ラインに、図示
のように保護ヒューズ２５を挿入しており、スイッチン
グ素子であるＩＧＢＴ１７やダイオード１８の故障が発
生すると、故障電流が流れて保護ヒューズ２５が溶断す
る。
【００６９】この結果、故障した並列単位のＩＧＢＴ素
子１７を制御信号的にも切離して、オン・オフ制御信号
２３に影響を与えないようにすることができ、残った健
全な並列単位によって電力変換装置の運転を継続するこ
とができる。
【００７０】このように、ＩＧＢＴ素子１７のいかなる
故障に対しても、残りの健全な並列単位を使用して電力
変換装置を運転を継続できることにより、前記図１およ
び図２の場合に比較して、ＩＧＢＴ１７やダイオード１
８の故障に対する運転信頼性をより一層向上することが
できる。
【００７１】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、どれか一個のスイッチング素子であるＩＧＢ
Ｔ素子１７やダイオード１８に故障が発生して、その並
列単位が主回路的に切離される時に、その並列単位の切
離しの影響でオン・オフ制御信号に主回路電位の影響等
が出て、他の並列単位のオン・オフ制御信号２３に影響
を与えようとしても、制御ラインに設けた保護ヒューズ
２５によって、故障したスイッチング素子であるＩＧＢ
Ｔ素子１７やダイオード１８の制御ラインを切離すこと
ができる。
【００７２】よって、残りの健全な並列単位の制御ライ
ンに影響を与えることなく電力変換装置の運転を継続す
ることができ、スイッチング素子であるＩＧＢＴ素子１
７やダイオード１８の故障に対する運転信頼性をより一
層向上することが可能となる。
【００７３】（第５の実施の形態：請求項１、請求項６
に対応）図５は、本実施の形態による電力変換装置の構
成例を示す回路図であり、図１または図２または図３と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。
【００７４】すなわち、本実施の形態の電力変換装置
は、図５に示すように、例えば図１または図２または図
３における、スイッチングアーム１５を構成する複数個
に分割されたスイッチング素子であるＩＧＢＴ素子１７
やダイオード１８の並列単位の中で、いずれかの並列単
位に故障が発生してこの並列単位が保護ヒューズ１９で
切離されたことを検出する（保護ヒューズ１９の溶断検
出を行なう）検出手段２６を設け、この検出手段２６に
より並列単位が切離されたことを検出した場合に、この
検出信号を電力変換装置の制御回路２７に入力して、こ
の切離された並列単位に対応して３相ＰＷＭインバータ
１４の出力電力を制限するように構成したものである。
【００７５】次に、以上のように構成された本実施の形
態の電力変換装置の作用について説明する。図５におい
て、スイッチングアーム１５の中で、一個のＩＧＢＴ素
子１７、またはダイオード１８の故障が発生すると、直
列接続された他の並列単位を通して直流電源母線Ｐ・Ｎ
より故障電流が流れて、故障が発生したＩＧＢＴ素子１
７やダイオード１８が含まれる並列単位の保護ヒューズ
１９が、短絡電流で溶断する。
【００７６】そして、この故障したＩＧＢＴ素子１７や
ダイオード１８が、並列単位で切離されたことを検出手
段２６が検出すると、この検出信号が電力変換装置の制
御回路２７に入力されて、３相ＰＷＭインバータ１４の
出力電力の制限を行なう。
【００７７】この結果、３相ＰＷＭインバータ１４の出
力電力を、並列単位が故障で切離されるのに対応して所
定値に制限することができ、残った健全な並列単位を使
用して電力変換装置の運転を継続しても、過負荷等によ
る不具合を防止して、安全に運転を継続することができ
る。
【００７８】このように、３相ＰＷＭインバータ１４の
出力電力が、並列単位が故障で切離されるのに対応して
所定値に制限されることにより、残りの健全な並列単位
で電力変換装置の運転を継続しても、過負荷等による不
具合を防止して安全に運転を継続し、前記図１乃至図３
の場合に比較して、ＩＧＢＴ１７やダイオード１８の故
障に対する運転信頼性をより一層向上することができ
る。
【００７９】上述したように、本実施の形態の電力変換
装置では、故障が発生した並列単位を保護ヒューズ１９
によって切離した時に、これを検出手段２６によって検
出し、３相ＰＷＭインバータ１４の出力を制限すること
ができる。
【００８０】よって、残りの健全な並列単位に対応した
出力電力に、３相ＰＷＭインバータ１４の出力を制限す
ることができ、過負荷電流の問題等を除去して安全に、
電力変換装置の運転を継続することができ、スイッチン
グ素子であるＩＧＢＴ素子１７やダイオード１８の故障
に対する運転信頼性をより一層向上することが可能とな
る。
【００８１】（第６の実施の形態：請求項７に対応）す
なわち、本実施の形態の電力変換装置は、前述した第１
乃至第５の各実施の形態において、並列単位を構成する
それぞれのスイッチング素子として、前述した保護ヒュ
ーズに代わる保護機能を内蔵した保護機能付スイッチン
グ素子を用い、この保護機能付スイッチング素子を複数
個並列接続してスイッチングアーム１５を構成したもの
である。
【００８２】以上のように構成された本実施の形態の電
力変換装置においては、スイッチング素子に故障が発生
しても、スイッチング素子に内蔵した保護機能によっ
て、故障したスイッチング素子を切離すことができる。
【００８３】よって、残りの健全なスイッチング素子に
影響を影響を与えることなく電力変換装置の運転を継続
することができ、前述した第１乃至第５の各実施の形態
の場合と同様に、スイッチング素子の故障に対する運転
信頼性を向上することが可能となる。
【００８４】（他の実施の形態） （ａ）前述した実施の形態において、図３に示すように
単位電力変換回路２１を並列接続する場合に、単位電力
変換回路２１の交流端子側にも保護ヒューズを設けて、
並列接続するようにしてもよい。
【００８５】（ｂ）前述した実施の形態において、図４
に示すように制御ラインに並列単位で保護ヒューズ２５
を挿入する代りに、制御ラインの故障電流で断路するよ
うな小容量の抵抗器等を設けるようにしてもよく、保護
ヒューズ２５と同様の機能を示す保護機能素子であれば
よい。
【００８６】（ｃ）前記各実施の形態では、ＩＧＢＴ素
子を使用した３相ＰＷＭインバータを使用した電力変換
装置に本発明を適用した場合について説明したが、スイ
ッチング素子を特に限定するものでもなく、構成する回
路方式を限定するものでもない。
【００８７】（ｄ）スイッチングアーム１５を構成する
スイッチング素子の並列数を限定するものでもなく、並
列接続されたスイッチング素子を並列単位に分割する場
合に、２個以上の複数個であればよく、その並列単位個
数を特に限定するものではない。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
電力変換装置によれば、どれか一個の並列単位でスイッ
チング素子に故障が発生しても、複数個に分割されたス
イッチング素子の並列単位で、故障したスイッチング素
子の並列単位を切離すことができるため、故障が発生し
て切離された並列単位以外の健全な残りの並列単位によ
って電力変換装置の運転を継続することができ、よって
電力変換装置の故障に対する運転信頼性を向上すること
が可能となる。
【００８９】また、請求項２の発明の電力変換装置によ
れば、どれか一個のスイッチング素子に故障が発生して
も、並列単位毎に直列接続された直列接続回路の中で故
障を発生した直列接続回路を、保護ヒューズの短絡電流
での溶断によって、直流電源母線から切離すことができ
るため、残りの健全な並列単位の直列接続回路によって
電力変換装置の運転を継続することができ、よって電力
変換装置の故障に対する運転信頼性を向上することが可
能となる。
【００９０】さらに、請求項３の発明の電力変換装置に
よれば、どれか一個のスイッチング素子に故障が発生し
ても、並列単位毎に直列接続された直列接続回路の中で
故障を発生した直列接続回路のみを、直流端子側および
交流端子側の保護ヒューズの短絡電流での溶断によっ
て、少なくとも直流電源母線の一方と交流端子側を切離
すことができるため、残りの健全な並列単位の直列接続
回路によって電力変換装置の運転を継続することがで
き、よって電力変換装置の故障に対する運転信頼性を向
上することが可能となる。
【００９１】さらにまた、請求項４の発明の電力変換装
置によれば、どれか一個のスイッチング素子に故障が発
生しても、並列単位毎に分割された複数個の単位電力変
換回路の中で、故障を発生した単位電力変換回路部分の
みを、保護ヒューズの短絡電流での溶断によって切離す
ことができるため、残りの健全な単位電力変換回路によ
って電力変換装置の運転を継続することができ、よって
電力変換装置の故障に対する運転信頼性を向上すること
が可能となる。
【００９２】一方、請求項５の発明の電力変換装置によ
れば、どれか一個のスイッチング素子に故障が発生し
て、その並列単位が主回路的に切離される時に、その並
列単位の切離しの影響でオン・オフ制御信号に主回路電
位の影響等が出て、他の並列単位のオン・オフ制御信号
に影響を与えようとしても、制御ラインに設けた保護手
段によって、故障したスイッチング素子の制御ラインを
切離すことができるため、残りの健全な並列単位の制御
ラインに影響を与えることなく電力変換装置の運転を継
続することができ、よって電力変換装置の故障に対する
運転信頼性をより一層向上することが可能となる。
【００９３】また、請求項６の発明の電力変換装置によ
れば、故障が発生した並列単位を保護ヒューズによって
切離した時に、これを検出手段によって検出し、電力変
換装置本体の出力を制限することができるため、残りの
健全な並列単位に対応した出力電力に、電力変換装置本
体の出力を制限することができ、よって過負荷電流の問
題等を除去して安全に、電力変換装置の故障に対する運
転信頼性を向上することが可能となる。
【００９４】さらに、請求項７の発明の電力変換装置に
よれば、スイッチング素子に故障が発生しても、スイッ
チング素子に内蔵した保護機能によって、故障したスイ
ッチング素子を切離すことができるため、残りの健全な
スイッチング素子に影響を影響を与えることなく電力変
換装置の運転を継続することができ、よって電力変換装
置の故障に対する運転信頼性を向上することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力変換装置の第１の実施の形態
を示す回路図。
【図２】本発明による電力変換装置の第２の実施の形態
を示す回路図。
【図３】本発明による電力変換装置の第３の実施の形態
を示す回路図。
【図４】本発明による電力変換装置の第４の実施の形態
を示す回路図。
【図５】本発明による電力変換装置の第５の実施の形態
を示す回路図。
【図６】従来の電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図７】従来の電力変換装置のスイッチングアームの構
成例を示す回路図。
【符号の説明】
１１…入力交流電源端子、 １２…整流器、 １３…直流フィルタコンデンサ、 １４…３相ＰＷＭインバータ、 １５…スイッチングアーム、 １６…負荷、 １７…スイッチング素子としてのＩＧＢＴ素子、 １８…ダイオード、 １９…保護ヒューズ、 ２０…保護ヒューズ、 ２１…単位電力変換回路、 ２２…保護ヒューズ、 ２３…オン・オフ制御信号、 ２４…ゲート抵抗器、 ２５…保護手段、 ２６…検出手段、 ２７…制御回路。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれのスイッチングアームが、複数
    個のスイッチング素子を並列接続して構成される電力変
    換装置において、 前記１個のスイッチングアームを構成する並列接続され
    たスイッチング素子を複数個に分割し、 前記複数個に分割されたスイッチング素子の並列単位で
    保護ヒューズをそれぞれ設け、 前記１個のスイッチングアームの中でいずれか１個のス
    イッチング素子の故障が発生した場合に、前記並列単位
    の保護ヒューズで故障したスイッチング素子部分を切離
    すようにしたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の電力変換装置にお
    いて、 正極側および負極側の各直流電源母線間に少なくとも２
    個のスイッチングアームを直列接続して電力変換装置本
    体を構成する場合に、 直列接続するスイッチングアームを前記スイッチング素
    子の複数個の並列単位毎に直列接続し、かつ当該並列単
    位の直列接続回路をそれぞれ保護ヒューズを介して前記
    各直流電源母線間に接続することによって、前記スイッ
    チングアームの直列接続回路を構成したことを特徴とす
    る電力変換装置。
  3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の電力変換装置にお
    いて、 前記複数個の並列単位毎に直列接続した直列接続回路を
    正極側および負極側の各直流電源母線間に接続する場合
    に、少なくとも一方の直流端子側および交流端子側に保
    護ヒューズをそれぞれ挿入して、スイッチングアームの
    直列接続回路を構成したことを特徴とする電力変換装
    置。
  4. 【請求項４】 前記請求項１に記載の電力変換装置にお
    いて、 前記スイッチング素子の並列単位で複数個の単位電力変
    換回路を構成し、 前記スイッチング素子の故障が発生した場合に、前記複
    数個の単位電力変換回路単位で保護ヒューズで切離すよ
    うにしたことを特徴とする電力変換装置。
  5. 【請求項５】 前記請求項１乃至請求項４のいずれか１
    項に記載の電力変換装置において、 前記１個のスイッチングアームを構成する複数個に分割
    されたスイッチング素子の並列単位に、各スイッチング
    素子のオン・オフ制御信号を供給する制御ラインに対し
    て、前記並列単位毎に保護手段を設け、 前記スイッチング素子の故障が発生した場合に、当該故
    障した前記並列単位の制御ラインも前記保護手段で切離
    すようにしたことを特徴とする電力変換装置。
  6. 【請求項６】 前記請求項１乃至請求項５のいずれか１
    項に記載の電力変換装置において、 前記スイッチングアームを構成する複数個に分割された
    スイッチング素子の並列単位の中で、いずれかの並列単
    位に故障が発生して当該並列単位が前記保護ヒューズで
    切離されたことを検出する検出手段を設け、 前記検出手段により並列単位が切離されたことを検出し
    た場合に、当該切離された並列単位に対応して電力変換
    装置本体の出力を制限するようにしたことを特徴とする
    電力変換装置。
  7. 【請求項７】 前記請求項１乃至請求項６のいずれか１
    項に記載の電力変換装置において、 前記並列単位を構成するそれぞれのスイッチング素子と
    して、前記保護ヒューズに代わる保護機能を内蔵した保
    護機能付スイッチング素子を用い、 前記保護機能付スイッチング素子を複数個並列接続して
    スイッチングアームを構成し、 前記個々のスイッチング素子で発生した故障に対して、
    前記保護機能付スイッチング素子の保護機能を動作させ
    て切離すようにしたことを特徴とする電力変換装置。
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