JPH11355905A - Power converter shutoff system - Google Patents
Power converter shutoff systemInfo
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- JPH11355905A JPH11355905A JP10155587A JP15558798A JPH11355905A JP H11355905 A JPH11355905 A JP H11355905A JP 10155587 A JP10155587 A JP 10155587A JP 15558798 A JP15558798 A JP 15558798A JP H11355905 A JPH11355905 A JP H11355905A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】直流電源から電力の供給を受けて直流電圧を交
流電圧に変換する電力変換装置の遮断システムにおい
て、コストダウン/メンテナンスの省力化、及び遮断に
伴うフィルタ回路の平滑コンデンサの過充電の課題があ
る。
【解決手段】直流電源から直流リアクトルの間に電源を
機械的に遮断する直流遮断機を有し、直流リアクトルと
平滑コンデンサの陽極端子までの間に半導体素子で電流
を遮断する第1の半導体遮断機を有する。また、第1の
半導体遮断機は、平滑コンデンサを充電する際の突入電
流を抑制するように動作させる。さらに、電力変換装置
の運転停止時、又は第1の半導体遮断機のオフ時に、直
流リアクトルのエネルギーを消費させるべく、半導体素
子からなる第2の半導体遮断機と抵抗器との直列体を、
直流リアクトルと第1の半導体遮断機との接続点と平滑
コンデンサの陰極端子間に並列接続する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] In a power conversion device cutoff system that receives supply of power from a DC power supply and converts a DC voltage into an AC voltage, cost reduction / maintenance saving, and smoothing of a filter circuit accompanying the cutoff. There is a problem of overcharging the capacitor. A first semiconductor cut-off having a DC breaker for mechanically shutting off a power supply between a DC power supply and a DC reactor, wherein a semiconductor element cuts off current between the DC reactor and an anode terminal of a smoothing capacitor. Machine. Further, the first semiconductor circuit breaker is operated to suppress the rush current when charging the smoothing capacitor. Furthermore, when the operation of the power converter is stopped or the first semiconductor circuit breaker is turned off, a series body of a second semiconductor circuit breaker including a semiconductor element and a resistor is used to consume the energy of the DC reactor.
It is connected in parallel between the connection point between the DC reactor and the first semiconductor circuit breaker and the cathode terminal of the smoothing capacitor.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源から電力
の供給を受け、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換
装置の遮断システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shut-off system for a power converter that receives power supplied from a DC power supply and converts a DC voltage into an AC voltage.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来技術として、例えば特許番号第2608
467 号公報の第1図に示す構成が挙げられる。第1図の
構成では直流電源から電力を集電するパンタグラフ,電
気回路を遮断する遮断機と高速度遮断機が接続されその
次に直流電源を交流電源に変換する電力変換器であるイ
ンバータとその負荷である誘導電動機が図示されてい
る。2. Description of the Related Art As a prior art, for example, Patent No. 2608
The configuration shown in FIG. In the configuration of FIG. 1, a pantograph for collecting power from a DC power supply, a circuit breaker for cutting off an electric circuit and a high-speed circuit breaker are connected, and then an inverter as a power converter for converting DC power to AC power and its inverter. An induction motor as a load is illustrated.
【0003】またインバータを構成する半導体としてゲ
ートターンオフサイリスタ(GTO)が用いられている。
このGTOはそれぞれゲート駆動回路に接続されて個別
にGTOのオン,オフ状態を制御している。Further, a gate turn-off thyristor (GTO) is used as a semiconductor constituting an inverter.
Each GTO is connected to a gate drive circuit to individually control the ON / OFF state of the GTO.
【0004】この直流側の遮断システムとしては、遮断
機と高速度遮断機が直列に接続されている点が注目され
る。これらの遮断機は電流遮断するために、電流を遮断
するアーキングチップが存在し定期的なメンテナンスを
必要としている。また一般に高速度遮断機と遮断機の電
流遮断能力は高速度遮断機の方が大きく、インバータで
直流短絡故障などが発生した場合に開極してインバータ
と直流電源とを切り離す役割を果たしている。[0004] It is noted that a circuit breaker and a high-speed circuit breaker are connected in series as this DC side cutoff system. In order to interrupt the current, these circuit breakers have an arcing chip for interrupting the current and require regular maintenance. In general, the high-speed circuit breaker and the high-speed circuit breaker have a higher current interrupting capability, and play a role of disconnecting the inverter from the DC power supply by opening the electrode when a DC short-circuit failure occurs in the inverter.
【0005】一方、遮断機の役割は、電気車の場合には
電車を加速するための力行モードと電車を減速させるた
めのブレーキモードがありこれらのモード終了時に回路
を遮断する働きをしている。ところが回路を遮断する働
きとしてGTOが挙げられる。GTOのゲートをすべて
オフすることによって負荷である誘導電動機への電力の
供給を停止することができる。つまり遮断機とインバー
タの半導体素子であるGTOは共通の働きを行っている
ことが分かる。On the other hand, in the case of an electric car, the role of the circuit breaker is a powering mode for accelerating the train and a brake mode for decelerating the train, and has a function of cutting off the circuit when these modes end. . However, there is a GTO as a function of interrupting a circuit. By turning off all the gates of the GTO, power supply to the induction motor, which is a load, can be stopped. That is, it can be seen that the GTO, which is the semiconductor element of the circuit breaker and the inverter, has a common function.
【0006】また、直流電気車用遮断システムとして、
特開平4−322101 号公報に記載がある。一般的にインバ
ータの直流側には直流リアクトルと平滑コンデンサから
なるフィルタ回路が設けられるが、その回路への直流電
力はパンタグラフより複数の接触器と高速度遮断機を介
して行われる。Further, as a shut-off system for a DC electric vehicle,
It is described in JP-A-4-322101. Generally, a filter circuit including a DC reactor and a smoothing capacitor is provided on the DC side of the inverter, and DC power to the circuit is supplied from a pantograph through a plurality of contactors and a high-speed circuit breaker.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、遮断シ
ステムとして高速度遮断機が用いられているが、これは
コストダウン及びメンテナンスの省力化を図る上で阻害
する課題がある。また、上記従来技術の欄には記載して
いないが、インバータの起動前において平滑コンデンサ
の初期充電する際の突入電流を抑制する特別の回路が必
要であり、これもコストダウンを図る上で課題となる。
さらに、フィルタ回路の直流リアクトルが高速度遮断機
と平滑コンデンサ間に有るため、過電流で高速度遮断機
をオフ(開極)した時やインバータを運転停止した場合
に、その過渡現象により発生する直流リアクトルのエネ
ルギーで平滑コンデンサが過充電されるという課題があ
る。In the prior art, a high-speed circuit breaker is used as a breaking system. However, this has a problem that it hinders cost reduction and labor saving of maintenance. Although not described in the section of the prior art, a special circuit for suppressing an inrush current when the smoothing capacitor is initially charged before the inverter is started is required. Becomes
Furthermore, since the DC reactor of the filter circuit is located between the high-speed circuit breaker and the smoothing capacitor, the transient phenomenon occurs when the high-speed circuit breaker is turned off (opened) due to an overcurrent or when the inverter stops operating. There is a problem that the energy of the DC reactor overcharges the smoothing capacitor.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、直流電源から電力の供給を受けて直流電
圧を交流電圧に変換する電力変換装置の遮断システムに
おいて、直流電源と電力変換装置の間に少なくとも直流
リアクトルと平滑コンデンサからなるフィルタ回路を有
し、直流電源供給点から直流リアクトルの間に直流電源
から供給される電流を機械的に遮断する直流遮断機を有
し、直流リアクトルと平滑コンデンサの陽極端子までの
間に半導体素子で電流を遮断する第1の半導体遮断機を
有したことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention relates to a power supply cutoff system for converting a DC voltage into an AC voltage by receiving power from a DC power supply. A DC circuit breaker for mechanically interrupting a current supplied from the DC power supply between the DC power supply point and the DC reactor, having a filter circuit comprising at least a DC reactor and a smoothing capacitor between the devices; And a first semiconductor circuit breaker for interrupting current with a semiconductor element between the first semiconductor breaker and the anode terminal of the smoothing capacitor.
【0009】また、前記第1の半導体遮断器は、平滑コ
ンデンサを直流電源で充電する際の突入電流を抑制する
ように動作させると共に直流リアクトルに流れる直流電
流を遮断するように動作させる手段を備えたことを特徴
とする。Further, the first semiconductor circuit breaker has means for operating to suppress an inrush current when charging the smoothing capacitor with a DC power supply and to operate to cut off a DC current flowing through the DC reactor. It is characterized by having.
【0010】さらに、前記電力変換装置の運転停止時、
又は第1の半導体遮断器がオフした時に、前記直流リア
クトルに蓄積されたエネルギーを抵抗器に消費させるよ
うに、上記構成においてダイオードが逆極性に並列接続
された半導体素子からなる第2の半導体遮断機と抵抗器
が直列接続された直列体を、前記直流リアクトルと前記
第1の半導体遮断機との接続点と前記平滑コンデンサの
陰極端子間に並列接続するか、若しくは前記平滑コンデ
ンサの陽極端子と陰極端子間に並列接続することを特徴
とする。Further, when the operation of the power converter is stopped,
Alternatively, when the first semiconductor circuit breaker is turned off, the second semiconductor cut-off including a semiconductor element in which a diode is connected in parallel with a reverse polarity in the above configuration so that energy stored in the DC reactor is consumed by the resistor. Or a series body in which a resistor and a resistor are connected in series, or connected in parallel between a connection point between the DC reactor and the first semiconductor circuit breaker and a cathode terminal of the smoothing capacitor, or an anode terminal of the smoothing capacitor. It is characterized in that it is connected in parallel between the cathode terminals.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について説
明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0012】図1は、本発明の基本的な遮断システムの
構成を示している。その構成は、直流電源1から直流電
力を受け直流を交流に変換するインバータ5(電力変換
器の一つ)との間には、機械的に電流を遮断する直流遮
断機2,直流リアクトル3,半導体遮断機10,平滑コ
ンデンサ4の順序の電気的接続回路が介在されてなる。
ここで半導体遮断機10は、平滑コンデンサ4を直流電
源1で充電する際の突入電流抑制用として、また直流リ
アクトル3に流れる直流電流を遮断する働きをする。FIG. 1 shows the configuration of a basic shutoff system according to the present invention. The configuration includes a DC breaker 2, a DC reactor 3, which mechanically cuts off current between an inverter 5 (one of power converters) which receives DC power from a DC power supply 1 and converts DC into AC. An electrical connection circuit in the order of the semiconductor circuit breaker 10 and the smoothing capacitor 4 is interposed.
Here, the semiconductor circuit breaker 10 serves to suppress the inrush current when charging the smoothing capacitor 4 with the DC power supply 1 and also serves to cut off the DC current flowing through the DC reactor 3.
【0013】図2は、半導体遮断機に用いる半導体の一
単位を示しており、図示上方から下方へのインピーダン
スを半導体素子のゲートをコントロールすることによっ
て制御でき、逆方向にはダイオードが接続されている。
これらのゲートでコントロールできる半導体とダイオー
ドは別々の素子を利用してもよく、またこれら二つの半
導体を一つのパッケージに収納した複合型素子でもよ
い。また半導体で発生する損失を放熱する放熱面と半導
体の間に絶縁物を介した構造を有するモジュール型であ
っても良い。FIG. 2 shows one unit of semiconductor used for the semiconductor circuit breaker. The impedance from the upper side to the lower side in the figure can be controlled by controlling the gate of the semiconductor element, and a diode is connected in the reverse direction. I have.
The semiconductor and the diode that can be controlled by these gates may use different elements, or a composite element in which these two semiconductors are housed in one package. Further, a module type having a structure in which an insulator is interposed between a semiconductor and a heat radiation surface that dissipates heat generated in the semiconductor may be used.
【0014】図3、及び図4は、図2に示す一単位の半
導体を2個用いて半導体遮断機を構成した例である。半
導体遮断機113は平滑コンデンサ4を充電する際に突
入電流を抑制する働きを行い、充電が完了した後は常に
オン信号が与えられインバータ5へ直流電源1からの電
流を供給する。平滑コンデンサ4を充電する際には半導
体遮断機113を小刻みにオン,オフを繰り返すことに
よって突入電流を抑制することができる。半導体遮断機
112と抵抗器115の働きは、直流リアクトル3に直
流電源1からインバータ5に向かって流れている直流電
流による1/2LI2 のエネルギーを抵抗器115で消
費することである。具体的にはインバータ5の運転を停
止すると直流リアクトル3に流れていた電流は平滑コン
デンサ4に流れ込み平滑コンデンサ電圧を上昇させる。
この平滑コンデンサの電圧を上昇させないためにインバ
ータ5の運転停止時に半導体遮断機112を一定時間オ
ンする。半導体遮断機113は、半導体遮断機112を
一定時間オンした後に平滑リアクトル3に流れる電流が
十分小さくなった段階でオフすることになる。FIGS. 3 and 4 show examples in which two semiconductors of one unit shown in FIG. 2 are used to constitute a semiconductor circuit breaker. The semiconductor circuit breaker 113 functions to suppress an inrush current when charging the smoothing capacitor 4, and is always supplied with an ON signal after charging is completed, thereby supplying a current from the DC power supply 1 to the inverter 5. When charging the smoothing capacitor 4, the rush current can be suppressed by repeatedly turning on and off the semiconductor circuit breaker 113 in small steps. The function of the semiconductor circuit breaker 112 and the resistor 115 is that the resistor 115 consumes L LI 2 of energy due to the DC current flowing from the DC power supply 1 to the inverter 5 in the DC reactor 3. Specifically, when the operation of the inverter 5 is stopped, the current flowing in the DC reactor 3 flows into the smoothing capacitor 4 to increase the voltage of the smoothing capacitor.
In order to prevent the voltage of the smoothing capacitor from increasing, the semiconductor breaker 112 is turned on for a certain time when the operation of the inverter 5 is stopped. The semiconductor circuit breaker 113 is turned off when the current flowing through the smoothing reactor 3 becomes sufficiently small after the semiconductor circuit breaker 112 has been turned on for a certain period of time.
【0015】尚、図3と図4の差は、半導体遮断機4と
抵抗器115の直列体が半導体遮断機113の左側に接
続されるか、または右側に接続されるかである。半導体
遮断機113は、半導体遮断機112をオフした後にオ
フされることから半導体遮断機112が一定時間オンす
る段階では半導体遮断機113は導通状態であり、上記
左側に接続されても右側に接続されても電気的動作に変
わりはない。The difference between FIGS. 3 and 4 is whether the series body of the semiconductor circuit breaker 4 and the resistor 115 is connected to the left side or the right side of the semiconductor circuit breaker 113. Since the semiconductor circuit breaker 113 is turned off after the semiconductor circuit breaker 112 is turned off, when the semiconductor circuit breaker 112 is turned on for a certain period of time, the semiconductor circuit breaker 113 is in a conductive state. Even if it does, the electrical operation does not change.
【0016】図5、及び図6は、図3,図4における半
導体遮断機113(図5,図6では半導体遮断機111
に相当する。)に平滑コンデンサ4を充電する際の制限
抵抗器116を並列に接続した場合である。FIGS. 5 and 6 show the semiconductor breaker 113 in FIGS. 3 and 4 (the semiconductor breaker 111 in FIGS. 5 and 6).
Is equivalent to 4) shows a case where the limiting resistor 116 for charging the smoothing capacitor 4 is connected in parallel.
【0017】本図に示す半導体遮断機111は、平滑コ
ンデンサを充電する際にはオフ状態とし平滑コンデンサ
を充電完了後にオン信号が与えられインバータ5へ直流
電源1からの電流を供給する。半導体遮断機112と抵
抗器115の働きは、前述の図3,図4の説明と同様で
ある。The semiconductor circuit breaker 111 shown in FIG. 1 is turned off when charging the smoothing capacitor, and is supplied with an on signal after the charging of the smoothing capacitor is completed, and supplies a current from the DC power supply 1 to the inverter 5. The functions of the semiconductor breaker 112 and the resistor 115 are the same as those described with reference to FIGS.
【0018】図5,図6においては、半導体遮断機11
1をオフしても並列に接続された抵抗器116によって
平滑コンデンサ4は、直流電源1によって充電されてい
る。この充電経路を断つ目的で半導体遮断機113を接
続したものが図7,図8である。In FIG. 5 and FIG.
Even if 1 is turned off, the smoothing capacitor 4 is charged by the DC power supply 1 by the resistor 116 connected in parallel. FIGS. 7 and 8 show a case where the semiconductor circuit breaker 113 is connected for the purpose of cutting off the charging path.
【0019】図9,図10は、図7,図8における半導
体遮断機113に直列に半導体遮断機114を接続した
場合である。半導体遮断機113と半導体遮断機114
は、互いに逆極性に接続される。半導体遮断機114
は、直流電源1が短絡故障を起こした場合に、平滑コン
デンサ4に貯えられたエネルギーを電源側に流出させな
い働きをする。FIGS. 9 and 10 show a case where a semiconductor circuit breaker 114 is connected in series to the semiconductor circuit breaker 113 shown in FIGS. 7 and 8. FIG. Semiconductor breaker 113 and semiconductor breaker 114
Are connected in opposite polarities. Semiconductor breaker 114
Functions to prevent the energy stored in the smoothing capacitor 4 from flowing out to the power supply side when the DC power supply 1 has a short-circuit failure.
【0020】図11は、直流リアクトル3の陰極端子と
平滑コンデンサ4の陰極端子の間に過電圧を吸収する電
圧吸収素子を接続した場合である。この電圧吸収素子
は、直流電源1に落雷が発生した場合に半導体遮断機1
11,112,113,114に過電圧が発生しない様
にするためである。電圧吸収素子として非線型放電素子
やコンデンサと抵抗器の直列体などが考えられる。図1
1は、図5に対して電圧吸収素子を接続した場合を示し
たが、図3乃至図10に適用しても同様の効果が得られ
る。FIG. 11 shows a case where a voltage absorbing element for absorbing overvoltage is connected between the cathode terminal of the DC reactor 3 and the cathode terminal of the smoothing capacitor 4. This voltage absorbing element is used when the lightning strike occurs in the DC power supply
This is to prevent overvoltage from occurring at 11, 112, 113 and 114. As the voltage absorbing element, a non-linear discharge element or a series body of a capacitor and a resistor can be considered. FIG.
1 shows the case where the voltage absorbing element is connected to FIG. 5, but the same effect can be obtained by applying to FIG. 3 to FIG.
【0021】図12は、図5及び図6における半導体遮
断機111,112の電流遮断時の動作を示す。半導体
遮断機111は、遮断開始と同時にオフされる。ここで
は図示していないが、インバータ5の半導体もすべてオ
フする。半導体遮断機111をオフすると同時かまたは
直前に半導体遮断機112をオンする。半導体遮断機1
12をオンする理由は、前述したように直流リアクトル
3に貯えられた1/2LI2のエネルギーを抵抗器11
5で消費するためである。FIG. 12 shows the operation of the semiconductor circuit breakers 111 and 112 in FIGS. 5 and 6 when the current is cut off. The semiconductor circuit breaker 111 is turned off simultaneously with the start of the circuit break. Although not shown here, all the semiconductors of the inverter 5 are also turned off. The semiconductor circuit breaker 112 is turned on simultaneously with or immediately before the semiconductor circuit breaker 111 is turned off. Semiconductor breaker 1
The reason for turning on 12 is that the energy of 1 / 2LI 2 stored in the DC reactor 3 is connected to the resistor 11 as described above.
5 for consumption.
【0022】図13は、図7乃至図10における半導体
遮断機111,112,113,114の電流遮断時の
動作を示す。半導体遮断機111,112の動作につい
ては図12と同様である。半導体遮断機113,114
は、半導体遮断機111,112がともにオフした後
に、直流リアクトル3に流れる電流が十分小さくなって
過渡現象が静定した後にオフする。FIG. 13 shows the operation of the semiconductor circuit breakers 111, 112, 113 and 114 in FIGS. 7 to 10 when the current is cut off. The operations of the semiconductor circuit breakers 111 and 112 are the same as in FIG. Semiconductor breakers 113, 114
Turns off after the currents flowing through the DC reactor 3 become sufficiently small after the semiconductor circuit breakers 111 and 112 are both turned off and the transient phenomenon is settled.
【0023】ここで、具体的な例を挙げて半導体遮断機
の動作を示す。図5に示す回路において図12に示す動
作を行った場合の計算結果の一例を示す。計算の条件を
下記する。Here, the operation of the semiconductor circuit breaker will be described with a specific example. FIG. 16 illustrates an example of a calculation result when the operation illustrated in FIG. 12 is performed in the circuit illustrated in FIG. 5. The calculation conditions are described below.
【0024】・直流電源1の電圧:1500V ・電流遮断前の直流リアクトルの電流:300A ・直流リアクトルのインダクタンス:23mH ・抵抗器115の抵抗値:20Ω ・抵抗器116の抵抗値:6Ω ・平滑コンデンサ4の容量:3mF ・平滑コンデンサの電流遮断前の電圧:1500V 図14は、時刻0時において、半導体遮断機111をオ
フし、同時に半導体遮断機112をオンした後、20m
S後に半導体遮断機112をオフした計算例である。こ
の結果から分かるように300Aの電流を遮断しても平
滑コンデンサ4の電圧の上昇は高々180V程度であ
る。この半導体遮断機112をオンすることによって直
流リアクトル3に貯えられた1/2LI2 のエネルギー
を抵抗器115で消費するため平滑コンデンサ4の電圧
上昇を少なくすることが可能になる。ちなみに半導体遮
断機112をオンする作用を伴わなかった場合には、平
滑コンデンサ電圧は300A×√(23mH/3mF)
=830Vとなり平滑コンデンサ電圧が830V上昇し
ピークで2340Vまで上昇することとなる。The voltage of the DC power supply 1 is 1500 V. The current of the DC reactor before current interruption is 300 A. The inductance of the DC reactor is 23 mH. The resistance value of the resistor 115 is 20 Ω. The resistance value of the resistor 116 is 6 Ω. 4: 3 mF ・ Voltage before current cutoff of smoothing capacitor: 1500 V FIG. 14 shows that at time 0, semiconductor breaker 111 is turned off and semiconductor breaker 112 is turned on at the same time, then 20 m
This is a calculation example in which the semiconductor circuit breaker 112 is turned off after S. As can be seen from this result, even if the current of 300 A is cut off, the rise in the voltage of the smoothing capacitor 4 is at most about 180 V. By turning on the semiconductor circuit breaker 112, the energy of LLI 2 stored in the DC reactor 3 is consumed by the resistor 115, so that the voltage rise of the smoothing capacitor 4 can be reduced. Incidentally, when the action of turning on the semiconductor circuit breaker 112 was not involved, the smoothing capacitor voltage was 300 A × √ (23 mH / 3 mF).
= 830V, and the smoothing capacitor voltage rises by 830V and rises to 2340V at the peak.
【0025】次に半導体遮断機を制御するに当たって各
部の電圧と電流を検知するためのセンサの取り付け部位
を図15に示す。直流電源1の電圧検出するための電圧
検出器118,平滑コンデンサ電圧を検出するための電
圧検出器119,平滑リアクトル3に流れる電流を検出
するための電流検出器120,半導体遮断機112に流
れる電流を検出するための電流検出器121がそれぞれ
の部位に接続されている。Next, FIGS. 15A and 15B show attachment portions of sensors for detecting voltages and currents of various parts in controlling the semiconductor circuit breaker. A voltage detector 118 for detecting the voltage of the DC power supply 1, a voltage detector 119 for detecting the voltage of the smoothing capacitor, a current detector 120 for detecting a current flowing through the smoothing reactor 3, and a current flowing through the semiconductor breaker 112 Is connected to each part.
【0026】図16は、平滑リアクトル3に流れる電流
を、電流検出器120で検出して一定値を超えた場合に
半導体遮断機111をオフすることを示している。FIG. 16 shows that the semiconductor circuit breaker 111 is turned off when the current flowing through the smoothing reactor 3 is detected by the current detector 120 and exceeds a certain value.
【0027】図17は、平滑コンデンサ4の初期の充電
時における動作を示している。まずはじめに図5,図6
における場合には、機械的直流遮断機2をオンすること
によって充電が開始され、図7乃至図10における場合
は機械的直流遮断機2をオンし、次に半導体遮断機11
3,114をオンすることによって充電が開始される。
平滑コンデンサ4の電圧を電圧検出器119によって検
出し、十分に静定してから半導体遮断機111をオンす
る。FIG. 17 shows the operation during the initial charging of the smoothing capacitor 4. First, FIGS. 5 and 6
In the case of, charging is started by turning on the mechanical DC circuit breaker 2, and in the case of FIGS. 7 to 10, the mechanical DC circuit breaker 2 is turned on, and then the semiconductor circuit breaker 11 is turned on.
By turning on 3,114, charging is started.
The voltage of the smoothing capacitor 4 is detected by the voltage detector 119 and the semiconductor circuit breaker 111 is turned on after sufficiently settling.
【0028】図18は、半導体遮断機112の故障検知
方法を示している。半導体遮断機112がオフ状態で、
電流検出器121の出力が10Aを超えた場合に半導体
遮断機112を故障と判断するとともに、半導体遮断機
112がオン状態で、平滑コンデンサ4の電圧が100
0Vを超えているにもかかわらず、電流検出器121の出
力が10A以下の場合に半導体遮断機112を故障と判
断する。FIG. 18 shows a method of detecting a failure of the semiconductor circuit breaker 112. When the semiconductor circuit breaker 112 is off,
When the output of the current detector 121 exceeds 10 A, the semiconductor circuit breaker 112 is determined to be faulty, and the voltage of the smoothing capacitor 4 is 100
If the output of the current detector 121 is 10 A or less even though the voltage exceeds 0 V, it is determined that the semiconductor breaker 112 has failed.
【0029】図19及び図20は半導体遮断機111の
故障検知方法を示している。図19は半導体遮断機11
1がショート故障している場合に、平滑コンデンサ4を
初期充電する際の過渡現象を示している。機械的直流遮
断機2のオンや、半導体遮断機113,114のオンに
よって平滑コンデンサ4の充電が開始されるが、半導体
遮断機111がショート故障している場合には、平滑コ
ンデンサ電圧は、電源電圧を超えて振動的な波形とな
る。この平滑コンデンサ4の充電動作時において平滑コ
ンデンサ電圧が直流電源電圧を一定値以上超えた場合に
半導体遮断機111が故障したと判断できる。FIGS. 19 and 20 show a method of detecting a failure of the semiconductor circuit breaker 111. FIG. FIG. 19 shows the semiconductor circuit breaker 11
1 shows a transient phenomenon at the time of initial charging of the smoothing capacitor 4 when a short-circuit failure occurs in 1. The charging of the smoothing capacitor 4 is started by turning on the mechanical DC circuit breaker 2 or turning on the semiconductor circuit breakers 113 and 114. When the semiconductor circuit breaker 111 is short-circuited, the smoothing capacitor voltage is changed to the power supply. It becomes an oscillating waveform exceeding the voltage. When the smoothing capacitor voltage exceeds the DC power supply voltage by a certain value or more during the charging operation of the smoothing capacitor 4, it can be determined that the semiconductor circuit breaker 111 has failed.
【0030】図20は、半導体遮断機111の故障検知
論理を示している。機械的遮断機2のオンや半導体遮断
機113,114のオンによって充電が開始されるとそ
の後100mS間に、平滑コンデンサ4の電圧が直流電
源1の電圧より200V以上超えたら半導体遮断機11
1が故障したと判断する。FIG. 20 shows the failure detection logic of the semiconductor circuit breaker 111. When charging is started by turning on the mechanical breaker 2 or turning on the semiconductor breakers 113 and 114, if the voltage of the smoothing capacitor 4 exceeds the voltage of the DC power supply 1 by 200 V or more within 100 ms thereafter, the semiconductor breaker 11
1 is determined to have failed.
【0031】図21は、半導体遮断機111や、半導体
遮断機112の故障検知が働いた場合や、半導体遮断機
が遮断するレベルの電流値300Aを超える400Aの
電流が流れた場合には、機械的直流遮断機2をオフする
ことによって保護する論理を示している。FIG. 21 shows a case where the failure detection of the semiconductor circuit breaker 111 or the semiconductor circuit breaker 112 has been activated, or the case where a current of 400 A which exceeds a current value 300 A of a level at which the semiconductor circuit breaker breaks flows. Shows the logic for protecting by turning off the direct current circuit breaker 2.
【0032】図22は、図5及び図6に示す半導体遮断
回路と電力変換機のスタート/ストップの制御の具体的
な論理設計及び、平滑コンデンサ4の電圧が直流電源1
の電圧を超えて過電圧に対する保護が必要な時に、半導
体遮断機112をオンして平滑コンデンサ4の電圧を放
電させる機能を持たせた場合の実施例を示している。以
下にこの実施例を説明する。半導体遮断機111のオン
状態判別は、半導体遮断機111がオンしている時
“1”を出力し、オフしているとき“0”を出力する。
半導体遮断機112のオン状態判別は、半導体遮断機1
12がオンしている時“1”を出力し、オフしていると
き“0”を出力する。半導体遮断機111オン指令は、
入力が“1”のとき半導体遮断機111をオンし、
“0”のときオフする。電力変換機スタートは、入力が
“1”のときインバータ5をスタートし、“0”のとき
ストップする。半導体遮断機112のオン指令は、入力
が“1”のとき半導体遮断機112をオンし、“0”の
ときオフする。まず電力変換機スタート指令が“0”か
ら“1”に変化して電力変換機をスタートさせようとす
ると、平滑コンデンサ4の電圧が1900Vを超えてい
ないこと及び半導体遮断機111,112がともにオフ
していることを条件にANDゲート61の出力が“1”
となる。ORゲート62の働きは、一旦ANDゲート6
0の出力が“0”になると半導体遮断機111,112
がともにオフ状態になるまでANDゲート61の出力を
“0”の状態に保持する働きをする。ANDゲート61
の出力が“1”になるとオンディレータイマ64,AN
Dゲート65の働きによって100mS後に、平滑コンデ
ンサ4の電圧と直流電源1の電圧の差が±100V以下
であることによってORゲート66の出力が“1”とな
る。ANDゲート67によってANDゲート61の出力
が“1”で且つ半導体遮断機112がオフ状態でありさ
らにORゲート66の出力が“1”のとき半導体遮断機
111にオン指令を出力し同時に電力変換機をスタート
させる。この論理が、平滑コンデンサ4の充電完了であ
る。次に平滑コンデンサ4の電圧が1900Vを超える
か、または電力変換機スタート指令が“0”となった時
ANDゲート61の出力が“0”となる。ANDゲート
61の出力が“0”となるとANDゲート67の出力は
“0”となり、半導体遮断機111はオフされ、さらに
電力変換機がストップする。この電力変換機をストップ
させると同時に半導体遮断機112をオンするかどうか
をワンショットタイマ68,ANDゲート69,ORゲ
ート70によって決定される。平滑コンデンサ4の電圧
が1900Vを超えた場合には、ORゲート71によっ
て無条件に半導体遮断機112はオンされる。この他に
ANDゲート61の出力が“0”に変化した時から1m
Sの間に直流リアクトル3に流れる電流が電流検出器1
20によって検出され100A以上がまたは−100A
以下の場合にも半導体遮断機112がオンされる。この
論理を追加した理由は、電力変換機をストップさせた時
に直流リアクトル3に流れている電流が十分小さけれ
ば、平滑コンデンサ4の電圧上昇が低いためにわざわざ
半導体遮断機112をオンする必要がないためである。
直流リアクトルに流れている電流が100A以下であれ
ば平滑コンデンサ電圧の上昇は、100A×√(23m
H/3mF)=276Vであり十分に小さいためであ
る。一旦半導体遮断機112をオンすると、ワンショッ
トタイマ72,ANDゲート73の働きによって平滑コ
ンデンサ4の電圧と直流電源1の電圧の差が100V以
内で且つ直流リアクトル3に流れている電流が±100
A以内であり、且つ半導体遮断機112をオンしてから
20mS以上経過していることを条件に半導体遮断機1
12がオフされる。ここで半導体遮断機111のオン状
態判別出力の代わりにANDゲート67の出力を、半導
体遮断機112のオン状態判別出力の代わりにSRフリ
ップフロップ71の出力をフィードバックしても良いこ
とは言うまでもない。FIG. 22 shows a specific logical design of the start / stop control of the semiconductor shut-off circuit and the power converter shown in FIGS.
This embodiment shows a case where the semiconductor circuit breaker 112 is turned on to discharge the voltage of the smoothing capacitor 4 when protection against an overvoltage is required beyond the voltage of the first embodiment. Hereinafter, this embodiment will be described. The ON state determination of the semiconductor circuit breaker 111 outputs “1” when the semiconductor circuit breaker 111 is on, and outputs “0” when it is off.
The determination of the ON state of the semiconductor breaker 112 is based on the semiconductor breaker 1
It outputs "1" when 12 is on and outputs "0" when it is off. The semiconductor breaker 111 ON command is
When the input is “1”, the semiconductor breaker 111 is turned on,
Turns off when "0". In the power converter start, the inverter 5 starts when the input is “1” and stops when the input is “0”. The ON command of the semiconductor circuit breaker 112 turns on the semiconductor circuit breaker 112 when the input is “1” and turns off when the input is “0”. First, when the power converter start command changes from “0” to “1” to start the power converter, the voltage of the smoothing capacitor 4 does not exceed 1900 V, and both the semiconductor circuit breakers 111 and 112 are turned off. The output of the AND gate 61 is "1"
Becomes The function of the OR gate 62 is as follows.
When the output of “0” becomes “0”, the semiconductor circuit breakers 111 and 112
Keeps the output of the AND gate 61 at "0" until both are turned off. AND gate 61
Becomes "1", the on-delay timer 64, AN
After 100 mS due to the operation of the D gate 65, the output of the OR gate 66 becomes "1" because the difference between the voltage of the smoothing capacitor 4 and the voltage of the DC power supply 1 is ± 100 V or less. When the output of the AND gate 61 is "1" and the semiconductor circuit breaker 112 is off by the AND gate 67 and the output of the OR gate 66 is "1", an ON command is output to the semiconductor circuit breaker 111, and at the same time, the power converter Start. This logic is the completion of charging of the smoothing capacitor 4. Next, when the voltage of the smoothing capacitor 4 exceeds 1900 V or the power converter start command becomes “0”, the output of the AND gate 61 becomes “0”. When the output of the AND gate 61 becomes “0”, the output of the AND gate 67 becomes “0”, the semiconductor circuit breaker 111 is turned off, and the power converter stops. It is determined by the one-shot timer 68, the AND gate 69, and the OR gate 70 whether to stop the power converter and turn on the semiconductor circuit breaker 112 at the same time. When the voltage of the smoothing capacitor 4 exceeds 1900 V, the semiconductor breaker 112 is unconditionally turned on by the OR gate 71. In addition, 1 m from when the output of the AND gate 61 changes to “0”
The current flowing in the DC reactor 3 during S is the current detector 1
More than 100A detected by 20 or -100A
The semiconductor circuit breaker 112 is also turned on in the following cases. The reason for adding this logic is that if the current flowing through the DC reactor 3 when the power converter is stopped is sufficiently small, it is not necessary to turn on the semiconductor circuit breaker 112 because the voltage rise of the smoothing capacitor 4 is low. That's why.
If the current flowing through the DC reactor is 100 A or less, the rise of the smoothing capacitor voltage is 100 A × √ (23 m
H / 3mF) = 276V, which is sufficiently small. Once the semiconductor circuit breaker 112 is turned on, the difference between the voltage of the smoothing capacitor 4 and the voltage of the DC power supply 1 is within 100 V and the current flowing through the DC reactor 3 is ± 100 due to the operation of the one-shot timer 72 and the AND gate 73.
A and the condition that at least 20 mS has elapsed since the semiconductor breaker 112 was turned on.
12 is turned off. Here, it goes without saying that the output of the AND gate 67 may be fed back instead of the output of the ON state determination of the semiconductor circuit breaker 111, and the output of the SR flip-flop 71 may be fed back instead of the output of the ON state determination of the semiconductor circuit breaker 112.
【0033】図23は、図7乃至図10に示す半導体遮
断回路と電力変換機のスタート/ストップの制御の具体
的な論理設計及び、平滑コンデンサ4の電圧が直流電源
1の電圧を超えて過電圧に対する保護が必要な時に、半
導体遮断機112をオンして平滑コンデンサ4の電圧を
放電させる機能を持たせた場合の実施例を示している。FIG. 23 shows a specific logical design of the semiconductor cutoff circuit and the start / stop control of the power converter shown in FIGS. 7 to 10, and the case where the voltage of the smoothing capacitor 4 exceeds the voltage of the DC power supply 1 This embodiment shows a case where the semiconductor circuit breaker 112 is turned on to discharge the voltage of the smoothing capacitor 4 when protection is required.
【0034】以下にこの実施例を説明する。半導体遮断
機111のオン状態判別は、半導体遮断機111がオン
している時“1”を出力し、オフしているとき“0”を
出力する。半導体遮断機112のオン状態判別は、半導
体遮断機112がオンしている時“1”を出力し、オフ
しているとき“0”を出力する。半導体遮断機113,
114のオン状態判別は、半導体遮断機113,114
がともにオンしている時“1”を出力し、オフしている
とき“0”を出力する。半導体遮断機111オン指令
は、入力が“1”のとき半導体遮断機111をオンし、
“0”のときオフする。電力変換機スタートは、入力が
“1”のときインバータ5をスタートし、“0”のとき
ストップする。半導体遮断機113,114のオン指令
は、入力が“1”のとき半導体遮断機113,114を
ともにオンし、“0”のときオフする。半導体遮断機1
12のオン指令は、入力が“1”のとき半導体遮断機1
12をオンし、“0”のときオフする。まず電力変換機
スタート指令が“0”から“1”に変化して電力変換機
をスタートさせようとすると、平滑コンデンサ4の電圧
が1900Vを超えていないこと及び半導体遮断機11
1,112,113,114がともにオフしていること
を条件にANDゲート81の出力が“1”となる。OR
ゲート82の働きは、一旦ANDゲート80の出力が
“0”になると半導体遮断機111,112,113,
114がともにオフ状態になるまでANDゲート81の出
力を“0”の状態に保持する働きをする。ANDゲート
83の働きによってANDゲート81及びANDゲート
85の出力がともに“1”のとき半導体遮断機113,
114をオンする。この時点が平滑コンデンサ4の充電
開始である。半導体遮断機113,114のオン状態判
別の出力が“1”になるとオンディレータイマ88,A
NDゲート89の働きによって100mS後に、平滑コ
ンデンサ4の電圧と直流電源1の電圧の差が±100V
以下であることによってORゲート90の出力が“1”
となる。ANDゲート91によってANDゲート81の
出力が“1”で且つ半導体遮断機112がオフ状態であ
りさらにORゲート90の出力が“1”のとき半導体遮
断機111にオン指令を出力し同時に電力変換機をスタ
ートさせる。この論理が、平滑コンデンサ4の充電完了
である。次に平滑コンデンサ4の電圧が1900Vを超
えるか、または電力変換機スタート指令が“0”となっ
た時ANDゲート81の出力が“0”となる。ANDゲ
ート81の出力が“0”となるとANDゲート91の出
力は“0”となり、半導体遮断機111はオフされ、さ
らに電力変換機がストップする。この電力変換機をスト
ップさせると同時に半導体遮断機112をオンするかど
うかをワンショットタイマ92,ANDゲート93,O
Rゲート94によって決定される。平滑コンデンサ4の
電圧が1900Vを超えた場合には、ORゲート94に
よって無条件に半導体遮断機112はオンされる。この
他にANDゲート81の出力が“0”に変化した時から
1mSの間に直流リアクトル3に流れる電流が電流検出
器120によって検出され100A以上がまたは−10
0A以下の場合にも半導体遮断機112がオンされる。
この論理を追加した理由は、電力変換機をストップさせ
た時に直流リアクトル3に流れている電流が十分小さけ
れば、平滑コンデンサ4の電圧上昇が低いためにわざわ
ざ半導体遮断機112をオンする必要がないためであ
る。直流リアクトルに流れている電流が100A以下で
あれば平滑コンデンサ電圧の上昇は、100A×√(2
3mH/3mF)=276Vであり十分に小さいためで
ある。一旦半導体遮断機112をオンすると、ワンショ
ットタイマ97,ANDゲート96の働きによって平滑
コンデンサ4の電圧と直流電源1の電圧の差が100V
以内で且つ直流リアクトル3に流れている電流が±100A
以内であり、且つ半導体遮断機112をオンしてから2
0mS以上経過していることを条件に半導体遮断機11
2がオフされる。次にANDゲート87の働きによって
ANDゲート81の出力が“0”で且つ半導体遮断機1
11,112がともにオフ状態であり、且つ直流リアク
トル3に流れている電流が±10A以下の条件が成立す
ると半導体遮断機113,114がオフされて一連の動
作を終了する。ここで半導体遮断機111のオン状態判
別出力の代わりにANDゲート91の出力を、半導体遮
断機112のオン状態判別出力の代わりにSRフリップ
フロップ95の出力を、半導体遮断機113,114の
オン状態判別出力の代わりにフリップフロップ84の出
力をフィードバックしても良いことは言うまでもない。This embodiment will be described below. The ON state determination of the semiconductor circuit breaker 111 outputs “1” when the semiconductor circuit breaker 111 is on, and outputs “0” when it is off. The ON state determination of the semiconductor circuit breaker 112 outputs “1” when the semiconductor circuit breaker 112 is on, and outputs “0” when it is off. Semiconductor circuit breaker 113,
The determination of the ON state of 114 is performed by the semiconductor circuit breakers 113 and 114.
Outputs “1” when both are on, and outputs “0” when both are off. The semiconductor breaker 111 ON command turns on the semiconductor breaker 111 when the input is “1”,
Turns off when "0". In the power converter start, the inverter 5 starts when the input is “1” and stops when the input is “0”. The ON command for the semiconductor circuit breakers 113 and 114 turns on both the semiconductor circuit breakers 113 and 114 when the input is “1” and turns off when the input is “0”. Semiconductor breaker 1
When the input is "1", the semiconductor breaker 1
12 is turned on, and turned off when it is "0". First, when the power converter start command changes from "0" to "1" to start the power converter, it is determined that the voltage of the smoothing capacitor 4 does not exceed 1900 V and the semiconductor circuit breaker 11
The output of the AND gate 81 becomes "1" on condition that all of the elements 1, 112, 113 and 114 are off. OR
The function of the gate 82 is that once the output of the AND gate 80 becomes "0", the semiconductor circuit breakers 111, 112, 113,
The function of holding the output of the AND gate 81 at "0" until both 114 are turned off. When the outputs of the AND gate 81 and the AND gate 85 are both "1" by the operation of the AND gate 83, the semiconductor circuit breaker 113,
114 is turned on. At this point, charging of the smoothing capacitor 4 is started. When the output of the ON state determination of the semiconductor circuit breakers 113 and 114 becomes "1", the on-delay timers 88 and A
After 100 mS due to the operation of the ND gate 89, the difference between the voltage of the smoothing capacitor 4 and the voltage of the DC power supply 1 is ± 100 V
The output of the OR gate 90 is "1" because
Becomes When the output of the AND gate 81 is "1" and the semiconductor circuit breaker 112 is off by the AND gate 91 and the output of the OR gate 90 is "1", an ON command is output to the semiconductor circuit breaker 111, and at the same time, the power converter Start. This logic is the completion of charging of the smoothing capacitor 4. Next, when the voltage of the smoothing capacitor 4 exceeds 1900 V or the power converter start command becomes “0”, the output of the AND gate 81 becomes “0”. When the output of the AND gate 81 becomes "0", the output of the AND gate 91 becomes "0", the semiconductor circuit breaker 111 is turned off, and the power converter stops. The one-shot timer 92, AND gate 93, and O are used to determine whether to turn on the semiconductor circuit breaker 112 at the same time as stopping the power converter.
Determined by R gate 94. When the voltage of the smoothing capacitor 4 exceeds 1900 V, the semiconductor breaker 112 is unconditionally turned on by the OR gate 94. In addition, the current flowing through the DC reactor 3 within 1 ms from the time when the output of the AND gate 81 changes to "0" is detected by the current detector 120, and a current of 100 A or more or -10
Also in the case of 0 A or less, the semiconductor circuit breaker 112 is turned on.
The reason for adding this logic is that if the current flowing through the DC reactor 3 when the power converter is stopped is sufficiently small, it is not necessary to turn on the semiconductor circuit breaker 112 because the voltage rise of the smoothing capacitor 4 is low. That's why. If the current flowing through the DC reactor is 100 A or less, the rise in the smoothing capacitor voltage is 100 A × √ (2
3mH / 3mF) = 276V, which is sufficiently small. Once the semiconductor circuit breaker 112 is turned on, the difference between the voltage of the smoothing capacitor 4 and the voltage of the DC power supply 1 is 100 V by the operation of the one-shot timer 97 and the AND gate 96.
Current within ± 100A within DC reactor 3
Within 2 seconds since the semiconductor circuit breaker 112 was turned on.
Semiconductor breaker 11 on condition that 0 ms or more has passed.
2 is turned off. Next, by the operation of the AND gate 87, the output of the AND gate 81 is "0" and the semiconductor breaker 1
When both 11 and 112 are off and the condition that the current flowing through DC reactor 3 is ± 10 A or less is satisfied, semiconductor circuit breakers 113 and 114 are turned off, and a series of operations is completed. Here, the output of the AND gate 91 is used instead of the ON state determination output of the semiconductor circuit breaker 111, the output of the SR flip-flop 95 is used instead of the ON state determination output of the semiconductor circuit breaker 112, and the ON state of the semiconductor circuit breakers 113 and 114 is set. It goes without saying that the output of the flip-flop 84 may be fed back instead of the discrimination output.
【0035】図24は、図8に示す回路においてインバ
ータ5を構成する半導体素子51から56及び3相負荷
6を示す回路図である。FIG. 24 is a circuit diagram showing semiconductor elements 51 to 56 and three-phase load 6 constituting inverter 5 in the circuit shown in FIG.
【0036】図25は図24に示す半導体遮断機11
1,112,113とインバータ5を構成する半導体素
子51から56を共通の冷却装置に実装した実施例であ
る。本図は図8に示す回路について示したが、図3乃至
図10のすべての回路にも適用できることは言うまでも
ない。冷却装置を共用化することによって装置の小型化
や低コスト化が可能になる。FIG. 25 shows the semiconductor circuit breaker 11 shown in FIG.
This is an embodiment in which semiconductor elements 51 to 56 constituting the inverter 5 are mounted on a common cooling device. This diagram shows the circuit shown in FIG. 8, but it is needless to say that the present invention can be applied to all the circuits shown in FIGS. By sharing the cooling device, the size and cost of the device can be reduced.
【0037】図26は、複数の半導体遮断機とインバー
タ5に対して、機械的直流遮断機2を共有する場合に、
それぞれの電力変換機を開放するための開放器7a,7
bを追加した例である。電力変換機が故障すると開放器
7によって個別に直流電源から切り離すことが可能にな
り、システムの冗長性が向上する。尚開放器7は電流を
遮断する能力を持つ必要はない。なぜなら電力変換装置
が故障した場合には、まず機械的直流遮断機2をオフ
し、その状態で開放器をオフすることによって開放器7
は電流を遮断する必要がなくなるためである。FIG. 26 shows a case where the mechanical DC circuit breaker 2 is shared by a plurality of semiconductor circuit breakers and the inverter 5.
Openers 7a, 7 for opening each power converter
This is an example in which b is added. If the power converter breaks down, it becomes possible to separate it from the DC power supply individually by the opener 7, and the redundancy of the system is improved. The opener 7 does not need to have the ability to interrupt the current. If the power converter breaks down, first, the mechanical DC breaker 2 is turned off, and in that state, the opener is turned off.
This is because there is no need to interrupt the current.
【0038】[0038]
【発明の効果】本発明によれば、電力変換装置の遮断シ
ステムとして、高速度遮断機の代わりに半導体遮断機を
用いることにより、電流遮断をする機能に加えインバー
タの起動前において平滑コンデンサを初期充電する際の
突入電流抑制機能も備えることで、コストダウン及びメ
ンテナンスを省力化が図れる。また、過電流で遮断機を
オフ(開極)した時やインバータを運転停止した場合
に、その過渡現象により発生する直流リアクトルのエネ
ルギーで平滑コンデンサが過充電されるという課題が解
消できるという効果がある。According to the present invention, by using a semiconductor breaker instead of a high-speed breaker as a cut-off system of a power conversion device, a smoothing capacitor can be initialized before starting an inverter in addition to a function of cutting off current. By providing a function of suppressing an inrush current at the time of charging, cost reduction and maintenance can be saved. In addition, when the circuit breaker is turned off (opened) due to an overcurrent or when the operation of the inverter is stopped, the problem that the smoothing capacitor is overcharged by the energy of the DC reactor generated by the transient phenomenon can be solved. is there.
【図1】本発明の基本的な電力変換装置の遮断システム
の構成を示す。FIG. 1 shows a configuration of a basic shutoff system of a power converter of the present invention.
【図2】図1における半導体遮断機の一単位の構成図で
ある。FIG. 2 is a configuration diagram of one unit of the semiconductor circuit breaker in FIG. 1;
【図3】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図4】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図5】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図6】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図7】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図8】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図9】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図10】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図11】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図12】本発明の実施例における動作時のタイムシー
ケンスである。FIG. 12 is a time sequence at the time of operation in the embodiment of the present invention.
【図13】本発明の実施例における動作時のタイムシー
ケンスである。FIG. 13 is a time sequence at the time of operation in the embodiment of the present invention.
【図14】本発明における電流遮断時の過渡現象の一計
算例を示す。FIG. 14 shows a calculation example of a transient phenomenon at the time of current interruption in the present invention.
【図15】本発明を実施する上で半導体遮断回路の各部
の電圧・電流検出点を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing voltage / current detection points of each part of the semiconductor cutoff circuit in practicing the present invention.
【図16】本発明の直流リアクトルの電流が一定値を超
えた時に半導体遮断機をオフする一実施例である。FIG. 16 is an embodiment in which the semiconductor circuit breaker is turned off when the current of the DC reactor exceeds a certain value according to the present invention.
【図17】本発明における平滑コンデンサ充電時のタイ
ムシーケンスである。FIG. 17 is a time sequence at the time of charging a smoothing capacitor in the present invention.
【図18】本発明の半導体遮断機112の故障検知論理
回路図である。FIG. 18 is a failure detection logic circuit diagram of the semiconductor circuit breaker 112 of the present invention.
【図19】本発明の半導体遮断機111の故障時のタイ
ムシーケンスである。FIG. 19 is a time sequence at the time of failure of the semiconductor circuit breaker 111 of the present invention.
【図20】本発明の半導体遮断機111の故障検知論理
回路図である。FIG. 20 is a failure detection logic circuit diagram of the semiconductor circuit breaker 111 of the present invention.
【図21】本発明の機械的直流遮断機2をオフする論理
図である。FIG. 21 is a logic diagram for turning off the mechanical DC circuit breaker 2 of the present invention.
【図22】本発明の平滑コンデンサの過電圧を半導体遮
断機112をオンすることによって保護するための論理
回路図である。FIG. 22 is a logic circuit diagram for protecting the overvoltage of the smoothing capacitor of the present invention by turning on the semiconductor circuit breaker 112.
【図23】本発明の平滑コンデンサの過電圧を半導体遮
断機112をオンすることによって保護するための論理
回路図である。FIG. 23 is a logic circuit diagram for protecting the overvoltage of the smoothing capacitor of the present invention by turning on the semiconductor circuit breaker 112.
【図24】本発明の半導体遮断機の冷却装置とインバー
タを構成する半導体素子の冷却装置を共用する場合の実
施例である。FIG. 24 shows an embodiment in which a cooling device for a semiconductor breaker and a cooling device for a semiconductor element constituting an inverter are shared.
【図25】本発明の半導体遮断機の冷却装置とインバー
タを構成する半導体素子の冷却装置を共用する場合の実
施例である。FIG. 25 shows an embodiment in which a cooling device for a semiconductor breaker and a cooling device for a semiconductor element constituting an inverter are shared.
【図26】本発明の複数の電力変換装置を一つの機械的
直流遮断機で共用する場合の回路方式の一実施例であ
る。FIG. 26 is an embodiment of a circuit system when a plurality of power converters of the present invention are shared by one mechanical DC breaker.
1…直流電源、2…機械的直流遮断機、3…直流リアク
トル、4…平滑コンデンサ、5…インバータ、10…半
導体遮断機、11…半導体遮断機の一単位、111,1
12,113,114…半導体遮断機、115,116
…抵抗器、117…電圧吸収素子、118,119…電
圧検出器、120,121…電流検出器、200…半導
体冷却装置。REFERENCE SIGNS LIST 1 DC power supply 2 Mechanical DC breaker 3 DC reactor 4 Smoothing capacitor 5 Inverter 10 Semiconductor breaker 11 Unit of semiconductor breaker 111, 1
12, 113, 114 ... semiconductor breaker, 115, 116
... Resistors, 117, voltage absorbing elements, 118, 119, voltage detectors, 120, 121, current detectors, 200, semiconductor cooling devices.
Claims (22)
を交流電圧に変換する電力変換装置の遮断システムにお
いて、前記直流電源と電力変換装置の間に少なくとも直
流リアクトルと平滑コンデンサからなるフィルタ回路を
有し、前記直流電源供給点から前記直流リアクトルの間
に前記直流電源から供給される電流を機械的に遮断する
直流遮断機を有し、前記直流リアクトルと前記平滑コン
デンサの陽極端子までの間に半導体素子で電流を遮断す
る第1の半導体遮断機を有したことを特徴とする電力変
換装置の遮断システム。1. A shut-off system for a power converter that receives a supply of power from a DC power supply and converts a DC voltage into an AC voltage. A filter circuit comprising at least a DC reactor and a smoothing capacitor between the DC power supply and the power converter. A DC breaker that mechanically cuts off the current supplied from the DC power supply between the DC power supply point and the DC reactor, between the DC reactor and the anode terminal of the smoothing capacitor. And a first semiconductor circuit breaker for interrupting a current with a semiconductor element.
機は、一方から他方へのインピーダンスを半導体スイッ
チによってコントロールすることができ、逆方向にはダ
イオードなどで接続され電流を制限する機能を持たない
こと、及び少なくとも上記半導体が一組以上で構成され
ていることを特徴とする電力変換装置の遮断システム。2. The first semiconductor circuit breaker according to claim 1, wherein the first semiconductor circuit breaker can control the impedance from one side to the other side by a semiconductor switch, and has a function of limiting current by being connected in a reverse direction by a diode or the like. A shut-off system for a power converter, wherein the shut-off system is not provided, and at least the semiconductor is constituted by one or more sets.
機は、前記平滑コンデンサを前記直流電源で充電する際
の突入電流を抑制するように動作させると共に前記直流
リアクトルに流れる直流電流を遮断するように動作させ
る手段を備えたことを特徴とする電力変換装置の遮断シ
ステム。3. The circuit according to claim 2, wherein the first semiconductor circuit breaker operates to suppress an inrush current when the smoothing capacitor is charged by the DC power supply, and cuts off a DC current flowing through the DC reactor. A shut-off system for a power converter, comprising: means for operating the power converter.
転停止時、又は前記第1の半導体遮断機がオフした時
に、前記直流リアクトルに蓄積されたエネルギーを抵抗
器に消費させる手段を備えたことを特徴とする電力変換
装置の遮断システム。4. A device according to claim 1, further comprising means for consuming energy stored in said DC reactor through a resistor when said power converter is stopped or when said first semiconductor circuit breaker is turned off. A shut-off system for a power converter.
並列接続された半導体素子からなる第2の半導体遮断機
と抵抗器が直列接続された直列体が、前記直流リアクト
ルと前記第1の半導体遮断機との接続点と前記平滑コン
デンサの陰極端子間に並列接続されるか、若しくは前記
平滑コンデンサの陽極端子と陰極端子間に並列接続され
ることを特徴とする電力変換装置の遮断システム。5. The DC reactor and the first semiconductor according to claim 4, wherein a series body in which a diode and a resistor are connected in series is composed of a semiconductor element in which diodes are connected in parallel with opposite polarities. A shutoff system for a power converter, wherein the shutoff system is connected in parallel between a connection point with a circuit breaker and a cathode terminal of the smoothing capacitor, or is connected in parallel between an anode terminal and a cathode terminal of the smoothing capacitor.
機に並列に抵抗器が接続されてなることを特徴とする電
力変換装置の遮断システム。6. A power converter according to claim 5, wherein a resistor is connected in parallel with said first semiconductor circuit breaker.
機と第2の半導体遮断機と抵抗器の直列体の接続点の間
にダイオードが逆極性に並列接続された半導体素子から
なる第3の半導体遮断機を少なくとも1つ以上介在させ
たことを特徴とする電力変換装置の遮断システム。7. A semiconductor device according to claim 6, wherein a diode is connected in parallel between the first semiconductor breaker, the second semiconductor breaker, and a resistor in series. 3. A shut-off system for a power converter, wherein at least one semiconductor shut-off device according to claim 3 is interposed.
機と第2の半導体遮断機と抵抗器の直列体の接続点の間
にダイオードが逆極性に並列接続された半導体素子から
なる半導体遮断機を2つ介在させ(第3,第4の半導体
遮断機)、それら2つの半導体遮断機の極性をそれぞれ
逆極性に直列接続されることを特徴とする電力変換装置
の遮断システム。8. A semiconductor device according to claim 6, wherein a diode is connected in parallel with a reverse polarity between a connection point of a series body of said first semiconductor breaker, said second semiconductor breaker and a resistor. A shut-off system for a power converter, wherein two shut-off devices are interposed (third and fourth semiconductor shut-off devices), and the two semiconductor shut-off devices are connected in series with opposite polarities.
直流リアクトルの陰極端子と前記平滑コンデンサの陰極
端子との間に、非線型放電素子若しくはコンデンサと抵
抗器の直列体等の電圧吸収素子を接続したことを特徴と
する電力変換装置の遮断システム。9. A voltage absorbing element such as a non-linear discharge element or a series body of a capacitor and a resistor between a cathode terminal of the DC reactor and a cathode terminal of the smoothing capacitor. And a shutoff system for the power converter.
断機が電流を遮断する際に、前記第2の半導体遮断機を
オン(閉極)し、一定時間経過後にオフ(開極)するシ
ーケンスを備えたことを特徴とする電力変換装置の遮断
システム。10. The circuit according to claim 6, wherein when the first semiconductor circuit breaker interrupts current, the second semiconductor circuit breaker is turned on (closed) and turned off (opened) after a lapse of a predetermined time. A shutdown system for a power converter, comprising a sequence.
遮断機は、前記第2の半導体遮断機のオン期間中かまた
はオンする以前にオフするシーケンスを備えたことを特
徴とする電力変換装置の遮断システム。11. The power converter according to claim 10, wherein the first semiconductor circuit breaker has a sequence of turning off during or before turning on the second semiconductor circuit breaker. Isolation system.
断機が電流を遮断する際に、前記第2の半導体遮断機を
オン(閉極)し、一定時間経過後にオフ(開極)すると
共に、その後前記第3,第4の半導体遮断機をオフする
シーケンスを備えたことを特徴とする電力変換装置の遮
断システム。12. The apparatus according to claim 8, wherein when the first semiconductor circuit breaker interrupts the current, the second semiconductor circuit breaker is turned on (closed) and turned off (opened) after a lapse of a predetermined time. And a sequence for turning off the third and fourth semiconductor circuit breakers thereafter.
遮断機は、前記第2の半導体遮断機のオン期間中かまた
はオンする以前にオフするシーケンスを備えたことを特
徴とする電力変換装置の遮断システム。13. A power converter according to claim 12, wherein said first semiconductor circuit breaker has a sequence of turning off during or before turning on said second semiconductor circuit breaker. Isolation system.
から流入するかまたは流出する電流を検出する手段を有
し、この電流が一定値以上に上回ったら前記第1の半導
体遮断機によって電流を遮断するシーケンスを備えたこ
とを特徴とする電力変換装置の遮断システム。14. A device according to claim 6, further comprising means for detecting a current flowing in or out of said DC power supply, and when the current exceeds a predetermined value, the current is reduced by said first semiconductor circuit breaker. A shutoff system for a power converter, comprising a shutoff sequence.
を前記直流電源により充電する際に、前記第1の半導体
遮断機をオフ状態とし、前記平滑コンデンサが充電され
た後に前記第1の半導体遮断機をオンするシーケンスを
備えたことを特徴とする電力変換装置の遮断システム。15. The first semiconductor circuit breaker according to claim 6, wherein said first semiconductor circuit breaker is turned off when said smoothing capacitor is charged by said DC power supply, and said first semiconductor circuit breaker is charged after said smoothing capacitor is charged. A shut-off system for a power converter, comprising a sequence for turning on the power.
を前記直流電源により充電する際に、まず前記第3,第
4の半導体遮断機をオンし、前記第1の半導体遮断機を
オフ状態とし、前記平滑コンデンサが充電された後に前
記第1の半導体遮断機をオンするシーケンスを備えたこ
とを特徴とする電力変換装置の遮断システム。16. The method according to claim 8, wherein when charging the smoothing capacitor with the DC power supply, first, the third and fourth semiconductor circuit breakers are turned on, and the first semiconductor circuit breaker is turned off. A shut-off system for a power converter, comprising a sequence for turning on the first semiconductor breaker after the smoothing capacitor is charged.
記半導体遮断機の故障や電力変換装置の復帰できない故
障が発生したことが検知された場合、前記半導体遮断機
によって電流をオフせず、前記機械的直流遮断機によっ
て電流をオフするシーケンスを備えたことを特徴とする
電力変換装置の遮断システム。17. The method according to claim 1, wherein when it is detected that a failure of the semiconductor circuit breaker or a failure of the power converter that cannot be restored occurs, the current is not turned off by the semiconductor circuit breaker. A shut-off system for a power converter, comprising: a sequence for turning off a current by the mechanical DC interrupter.
記第2の半導体遮断機に流れる電流を検出する手段を有
し、前記第2の半導体遮断機のオフ期間中に電流が流れ
たことを検出した場合、該半導体遮断機が故障した故障
信号を発生する手段を備えたことを特徴とする電力変換
装置の遮断システム。18. The apparatus according to claim 5, further comprising means for detecting a current flowing through said second semiconductor circuit breaker, wherein the current flows during an off-period of said second semiconductor circuit breaker. And a means for generating a failure signal indicating that the semiconductor circuit breaker has failed when the power supply device detects a failure.
記第2の半導体遮断機に流れる電流を検出する手段と、
前記平滑コンデンサ電圧を検出する手段とを有し、前記
第2の半導体遮断機のオン期間中に前記平滑コンデンサ
電圧が一定値以上あるにもかかわらず、前記第2の半導
体遮断機に電流が流れない場合に前記第2の半導体遮断
機が故障した故障信号を発生する手段を備えたことを特
徴とする電力変換装置の遮断システム。19. A means according to claim 5, wherein a means for detecting a current flowing through said second semiconductor circuit breaker,
Means for detecting the smoothing capacitor voltage, and a current flows through the second semiconductor circuit breaker during the ON period of the second semiconductor circuit breaker, even though the smoothing capacitor voltage is equal to or higher than a certain value. And a means for generating a failure signal indicating that the second semiconductor circuit breaker has failed in the absence of the failure.
記直流電源の電圧を検出する手段と、前記平滑コンデン
サの電圧を検出する手段とを有し、前記平滑コンデンサ
を充電する際に、平滑コンデンサ電圧が直流電源電圧よ
りも一定値以上上昇した場合に前記第1の半導体遮断機
が故障した故障信号を発生する手段を備えたことを特徴
とする電力変換装置の遮断システム。20. The apparatus according to claim 1, further comprising: means for detecting a voltage of the DC power supply; and means for detecting a voltage of the smoothing capacitor, wherein the smoothing capacitor is charged when the smoothing capacitor is charged. An interrupting system for a power converter, comprising: means for generating a failure signal indicating that the first semiconductor interrupter has failed when a capacitor voltage rises by a certain value or more than a DC power supply voltage.
記平滑コンデンサの電圧を検出する手段を有し、該電圧
が所定値になった場合、前記第2の半導体遮断機をオン
して平滑コンデンサ電圧を放電させる手段を備えたこと
を特徴とする電力変換装置の遮断システム。21. A device according to claim 5, further comprising means for detecting a voltage of said smoothing capacitor, wherein when said voltage reaches a predetermined value, said second semiconductor circuit breaker is turned on to smooth the voltage. A shut-off system for a power converter, comprising: means for discharging a capacitor voltage.
遮断機が、前記直流を交流に変換する電力変換装置を冷
却する冷却装置に設置されてなることを特徴とする電力
変換装置の遮断システム。22. The shut-off of a power converter, wherein the semiconductor circuit breaker according to any one of claims 1 to 8 is installed in a cooling device that cools the power converter that converts direct current into alternating current. system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10155587A JPH11355905A (en) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Power converter shutoff system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10155587A JPH11355905A (en) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Power converter shutoff system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11355905A true JPH11355905A (en) | 1999-12-24 |
Family
ID=15609306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10155587A Pending JPH11355905A (en) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Power converter shutoff system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11355905A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-06-04 JP JP10155587A patent/JPH11355905A/en active Pending
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