JPS6036712B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はサィリスタを使用した３相ブリッジ形電力変
換装置の改良に関する。

３相ブリッジサィリスタ変換装置をィンバータ領域で動
作させた場合、点弧開始アームと１８００位相のずれた
対向アームにあるサィリスタには通電阻止状態において
過大な順方向の電圧変化率（以下ｄｖ／ｄｔと略称する
）が加わってそのサィリスタを誤点弧させ、さらには破
損に至らしめ、変換装置を故障に導くおそれがある。

そこでこのｄｖ／ｄｔを使用サィリスタ素子の許客耐量
以下に抑制するため従釆の３相ブリッジ形変換装置にお
いては、第１図に示すように各アーム毎にサィリスタと
直列にリアクトル要素を設けると共に、サィリスタと並
列にコンデンサおよび抵抗の直列回路を接続していた。
すなわち第１図において、１は３相交流電源（線間電圧
ピークをＥとする）、２は３相ブリッジコンバータ、２
１〜２６はコンバータ２を構成するサィリスタ、Ａ，Ｂ
，ＣおよびＸ，Ｙはそれぞれコンバータ２の交流および
直流端子、３はブリッジコンバータ２をィンバータ動作
させるためにサィリスタ２１〜２６にゲート信号を与え
る制御回路、４はブリッジコンバータ２の各アームにお
いてサィリス夕と直列接続されたＩＪアクトル要素、５
は各サィリスタの陽極Ａ−陰極Ｋ間に接続された並列要
素で、６はコンデンサ、７は抵抗である。このような３
相ブリッジ形変換装置をィンバータ領域で動作させた場
合、例えばサィリスタ２４が点弧を開始した時点で、こ
のサィリスタ２４と１８００位相のずれた対向アームに
ある阻止状態のサィリスタ２１には日頃方向のｄｖ／ｄ
ｔが加わる。このサイリスタ２１にとって最も過酷な条
件は阻止状態サィリスタ２１のＡ−Ｋ間初期電位が零か
ら順方向ｄｖ／ｄｔが加わる場合、すなわちコンバータ
２が制御角Ｑ＝１２ぴでィンバータ動作する場合とされ
ている。いま第１図でコンバータ２がＱ＝１２ぴで動作
し、サィリス夕２１，２５，２６が阻止状態、サィリス
夕２３が導適状態にあり、サィリスタ２２から２４へ転
流が行われ、サィリスタ２４が点弧を開始する時点にお
いては阻止サイリスタ２５および２６のコンデンサ６は
それぞれは図示の極性でそれぞれ年Ｅに）でＥ‘ま３相
鰯１の線願曲‐ク値）まで充電され、これが点弧サィリ
スタ２４と対向アームにある阻止サィリスタ２１に急峻
な順方向ｄｖ／ｄｔを印加するための一種の電源として
作用する。

従がつて、こ）でリアクトル要素４がブリッジコンバー
タ内に全くない場合にはこのコンデンサ電位が導通サイ
リスタ２２，２３および点弧サィリスタ２４を介して、
直接にサィリスタ２１に加わるため、そのｄｖ／ｄｔは
、きわめて過大となり、サィリスタを誤点弧ひいては破
損せしめる結果となる。第１図の従来装置におけるリア
クトル要素４ならびに素子並列コンデンサ６は上記日頃
方向ｄｖ／ｄｔを抑制するため必要とされるものであり
、リアクトル要素４はコンデンサ電源から点弧サィリス
夕２４を介して阻止サイリスタ２１に流れ込む変化電流
ならびに３相電源１側からの流入電流を抑制し、さらに
素子並列コンデンサ要素６はその抑制された電流を吸収
し、阻止サィリスタに対する急峻な電位変化を抑制する
作用をもつ。上記のように３相ブリッジ形変換装置のィ
ンバータ動作時における並列コンデンサ放電々流および
３相電源からの流入電流に起因するサィリスタ印加順方
向ｄｖ／ｄｔの抑制ひいては変換装置の安定動作の上か
らリアクトル要素は必要であるが、従来装置ではこれが
コンバータの各アーム毎に挿入されており、次のような
欠点を有していた。

すなわち第１図の従来装置ではリァクトル要素４の全所
要個数は各アーム毎に夫々１個計６個を必要とした。通
常リアクトル要素４は空心１ｊァクトルの場合はもちろ
ん、磁性鉄心を用いた可飽和リアクトルであっても、サ
ィリスタ素子あるいはコンデンサ、抵抗要素などと比べ
て、容積、重量とも大きく、これをサイリスタ、コンデ
ンサなどと同一個数を必要とすることはコンバータ２内
におけるリアクトル要素４の占有率の過大を招き、結局
装置全体の形状を大形化するのみならず、接続個所も増
大し、装層の内部構造複雑化する欠点をもっていた。さ
らに第１図の従来装置で、ブリッジコンバータ２の各ア
ーム毎に挿入されたそれぞれのリアクトル要素４個々を
流れる電流をみると、一般にコンバータ２の直流側×，
Ｙ間に充分大きな直流リアクトルがあるとしてサィリス
タ電流に等しく、ピーク値がコンバータ２の直流電流ｌ
ｄで通電幅１２００の矩形波状電流が流れ、その通電時
間率が言という低い値を示し、リアクトル巻線の最大電
流容量に比してその利用率が低いという欠点を有してい
た。

またブリッジアーム内に利用率の悪い過大なりアクトル
要素を要することは、サィリス夕素子単量体容量の増大
に伴ない問題をより深刻なものとし、装置全体のコンパ
クト化を阻害する大きな要因となるものであった。

すなわち素子単体容量の増大につれ装置コンパクト化の
要求がより強まり、このためブリッジコンバータ内のサ
イリスタ６素子、およびその冷却保護などのための付帯
装置を一体化することがなされるが、この場合サイリス
タ素子周辺はスタック化など組立技術の向上あるいは冷
却技術などの向上により装置一体化の面でさほど問題で
ない。しかしブリッジコンバータアーム内のＩＪアクト
ル要素の存在はサィリスタ単体ひいては装置全体の容量
増大に伴ない、占有率が大で、利用率が低いなど上記悪
影響がより表面に出て、さらに配置、配線など構成上の
問題などを含め、装置設計上にきわめて大きな制約を課
するものとなっていた。この発明は３相ブリッジ形サィ
リスタ電力変換装置における各アームに挿入されたりア
クトル要素に起因する上記従来装置のもつ欠点を解消す
るため、ブリッジコンバータの各アームからリアクトル
要素を除去することを目的に、サィＩＪス夕点弧開始時
点においてそのサィリスタと１８００位相のずれた対向
アームの阻止サィリスタにとって順万向ｄｖ／ｄｔ印加
の原因となる他の阻止サイリスタに並列接続したコンデ
ンサからの放電々流を阻止するため、放電阻止用ダイオ
ードを前記コンデンサと直列接続し、かつ従釆装置のア
ーム挿入リアクトルと同程度のリアクトル要素をブリッ
ジコンバータの交流端子と交流電源間に挿入することに
より従来装置同様ィンバータ動作時における順方向ｄｖ
／ｄｔ抑制効果を有し、かつ装置内のＩＪアクトル要素
の総所要個数の低減およびその利用率向上を図った３相
ブリッジ形電力変換装置を提供しようとするもので以下
図面に従がつて詳細に説明する。

第２図はこの発明にもとずく３相ブリッジ形電力変換装
置の一実施例を示す回路図であり、８は放電阻止用ダイ
オード、９は抵抗値の高い放電抵抗でコンデンサ６の充
電々荷を並列サィリスタ２１の導適期間中に放電させる
。

これらを図示のごとく．直並列に接続して印加ｄｖ／ｄ
ｔから保護すべきサィリスタ２１に対する並列要素５が
形成されている。またリアクトル要素１川ま従釆装置に
おいてブリッジ各アームに挿入されたと同種度のものが
ブリッジコンバータ２の交流端子Ａ，Ｂ，Ｃと３相電源
１との間の各線路に挿入接続される。いま第２図で、第
１図と同様にコンバータ２が制御回路３からの指令によ
り制御角Ｑ＝１２００でィンバータ動作し、サィリスタ
２１，２５，２６が阻止状態、サィリスタ２２，２３が
導適状態、サィリスタ２４が点弧開始状態にある時点で
は、阻止サィリスタ２５および２６の各並列要素５中仰
ンデン州ま靴靴欧の極性で−多はで充電される。

しかしこの場合、それぞれのダイオード８をそれらコン
デンサ６の充竜々荷の放電を阻止する図示の向きにコン
デンサ６と直列接続することで阻止サイリスタ２５およ
び２６の並列コンデンサ６を、点弧サィリスタ２４と対
向アームにある阻止サィリスタ２１に対する順方向ｄｖ
／ｄｔ印加の電源として作用させない。このようにして
、従来装置においては、この並列コンデンサ６の充露々
荷によるｄｖ／ｄｔの印加からサィリスタを保護するた
めに、ブリッジコンバータ２の各アームに挿入を余儀さ
れていたりアクトル要素４を上記各アームから除去し、
またプリッジ・コンバータ２の交流端子Ａ，Ｂ，Ｃと３
相電源１の各線にリアクトル要素１０を挿入することに
よって、３相電源１側からの電位変化によるｄｖ／ｄｔ
を抑制できる。以上のごとくこの種装置で大きな容積を
占めるリアクトル要素の数が大幅に減少できる。第３図
は第２図に示したブリッジ・コンバータが制御角Ｑ＝１
２０ｏでィンバータ動作する時の、サィリスタ２４が点
弧時、サィリスタ２１に印加されるｄｖ／ｄｔを説明す
る等価回路図である。

図において、Ａ，Ｂ，Ｃは第２図におけると同様ブリッ
ジ・コンバータの交流端子、Ｅ，およびＥ２小ずれも−
多Ｅ）‘まＱ＝１２００１こお雌サイリスタ２４の点弧
時点での交流電源線間電圧瞬時値、Ｓは点弧サィリスタ
２４に相当するスイッチ、８１，６１はｄｖ／ｄｔ印加
サイリス夕２１（点孫泉で図示）に並列接続される並列
要素５１のダイオードとコンデンサで、コンデンサ６１
の初期電位はＱ＝１２００において零である。１ ０‘
ま線路リアクトル要素、８５，６５および８６，６６は
それぞれ阻止サィリスタ２５，２６（いずれも点線で図
示）の並列要素５５，５６のダイオードとコンデンサで
、それぞれのコンデンサは図示極性で−年Ｅまで充電さ
れてし、る。

第３図から明白なようにスイッチＳを閉じた瞬時すなわ
ちサィリスタ２４の点弧時点においてもコンデンサ６５
，６６からスイッチＳを通じて並列要素５１に至る放電
経略はコンデンサ電位と逆極性のダイオード８５，８６
の作用により形成されず、よってサィリス夕２１両端に
は急峻なｄｖ／ｄｔが印加されない。

一方交流線路リアクトル要素１川まスイッチＳを閉じた
瞬時、これを通じて並列要素５１に流れる電源Ｅ，，Ｅ
２からの急激な流入電流を阻止し、かつ並列要素５１の
コンデンサ６１がこの電流側流入電流を吸収し、従がつ
て阻止サイリスタ２１にか）るｄｖ／ｄｔは十分低い値
に抑制される。第４図は第２図のブリッジコンバータの
Ｑ＝１２００ィンバータ動作領域におけるコンバータ内
の１サィリスタ例えばサィリスタ２１の動作電圧波形で
、同図ａは１サイクル期間の、また同図ｂはサィリスタ
２４の点孤前後の部分拡大波形を示し、点線波形は従来
装置の場合を示す。

同図ａにおける一点鎖線は３相電源波形を示す。図にお
いて位相イーロ間はサイリスタ２１の通電領域、位相ロ
ーハ間は阻止領域であり、位相二はサィリス夕２１と１
８００の位相差をもって点弧するサイリスタ２４の点弧
位相を示す。すなわち位相二にて阻止サィリスタ２１の
Ａ−Ｋ間には同図ｂに示すごとく初期電位。力・ら定常
電圧−傘Ｅ（＝Ｅ２−事、がしＥ・，Ｅ５‘ま第３図で
図示の値）降る電位変化が加わり、このときの順方向電
圧変化率ｄｖ／ｄｔが本発明では、ブリッジコンバータ
と電源間の線路リアクトル１０および並列要素５内のコ
ンデンサ６により有効に抑制される。これに対し従来装
置では点線で示すように前述のごとくブリッジコンバー
タ内の並列要素コンデンサ６が第Ｅまで充鰍れて地これ
カギｄＶ／ｄｔ印力〇の電源として作用するため、初期
電位○から最大電位弁ＥＩこ達し、定常電位魚Ｅ‘こ至
る離郷が加わる。サィリスタ素子のｄｖ／ｄｔ耐量の面
からみれば当然最大到達電位が低い方が有利であり、こ
の点からも本発明が従来装置に比し有利となることが示
される。第５図〜第９図はこの発明のそれぞれ他の一実
施例を示す部分接続図で、それぞれサィリスタ素子２１
とその並列要素５１についてのみ示す。

第５図で７１はダンピング抵抗で、図示のごとくダイオ
ード８１、放電抵抗９１をもつコンデンサ６１と直列接
続され、これによりｄｖ／ｄｔ印加時サィリスタ２１両
端に加わる異常電圧振動を抑制し得る。第６図は第５図
のｄｖ／ｄｔ抑制並列要素に加えて、サィリスタ２１消
弧時の飛躍逆電圧抑制用として、並列要素５１内にサイ
リスタ２１と逆向きのダイオード１８１と放電抵抗１９
１をもつコンデンサー６１とダンピング抵抗１７１との
直列回路を付加したもので、この場合コンデンサー６１
は図示方向で充電されるが、これはコンデンサ６１の充
露々圧と逆極性のため、他の阻止サィリスタに対するｄ
ｖ／ｄｔ印加の電源としてまったく作用しない。

さらにこ）で一対のコンデンサと抵抗６１と７１および
１６１と１７１とをそれぞれ順方向ｄｖ／ｄｔ抑制およ
び逆方向飛躍電圧抑制の目的で用いられるが、それぞれ
が同一の値をとっても本発明の回路動作上何ら支障はな
い。第７図は並列要素５１内のコンデンサ６１の放電阻
止用ダイオードとして、ダイオードブリッジ８１Ａを用
いた例である。

第８図は可逆方式ブリッジコンバータのようにブリッジ
アーム内に１対の逆並列サィリスタあるいは１個の双方
向性サィリスタを用いた場合の例を示し、こ）でサイリ
スタ２１と逆向きのサィリスタ２１ａに対し、これと同
方向極性のダイオード８１ａ、放電抵抗９１ａをもつコ
ンデンサ６１ａ、ダンピング抵抗７１ａの直列回路が放
電阻止形並列要素として前述と同様の働きをなす。

第９図は放電抵抗９１をダイオード８１両端に設けた例
であり、この場合コンデンサ６１の充翼々位はダイオー
ド９１により完全には阻止できないが、抵抗９１が高抵
抗であるため、前述した本発明の効果は充分に達成でき
る。以上第５図〜第９図の各実施例に示した並列要素を
用いることにより第２図で述べたとまったく同様にブリ
ッジアーム内からリアクトル要素を完全に除去し得る。
すなわち本発明に従えば、３相ブリッジコンバータにお
いて各アーム毎１個計６個必要とされていたりアクトル
要素を３相線路間に挿入することにより計３個で済ます
ことができ装置の小形、軽量化、簡素化が図られる。

また従来装置ではリアクトル要素を流れる電流の通電時
間率が低かったのに対し、本発明装置ではピーク値ｌｄ
で１２００中の正、負電流が流れ、通電時間率は従釆装
置に比し倍増し、従ってリアクトルの利用率向上が図ら
れる。

これらの利点はサィリスタ素子単体容量すなわち装置容
量の増大に伴なし、より効果的に作用し、ブリッジコン
バータ内サィリスタ素子とその周辺要素の一体化をなす
ことがきわめて容易となる。

以上詳述したごとくこの発明は３相ブリッジコンバータ
内の各アームサィリスタに並列に放電阻止形並列要素を
設け、ィンバータ動作時に並列要素内コンデンサがｄｖ
／ｄｔ印加のための電源として作用しないようにし、ブ
リッジコンバータ内の各アームからリアクトル要素を取
り除くようにしたものであり、サィリスタあるいは双方
向性サィリスタを用いた３相ブリッジ形電力変換装置の
構成上その効果は頗る大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の３相ブリッジ形電力変換装置の回路図、
第２図はこの発明にもとすく３相ブリッジ形電力変換装
置の一実施例を示す回路図、第３図は第２図の回路動作
を説明するための等価回路図、第４図は第２図の装置内
における１サィリスタの電圧波形図、第５図〜第９図は
それぞれこの発明の他の実施例を示す部分回路図であり
、図において１は３相電源、２は３相ブリッジコンパ−
夕、３はブリッジコンバータ２をィンバータ動作させる
ための制御回路、４はブリッジアームに挿入されたりア
クトル要素、２１〜２６はサィリス夕、５は並列要素、
６はコンデンサ、８はダイオード、９は放電抵抗、１０
はブリッジ交流入力回路に挿入されたりアクトル要素で
ある。 なお図中同一もしくは相当部分は同一符号でもつて示す
。第１図第３図 第５図 第６図 第７図 第２図 第４図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多相電源、サイリスタを用いて構成され上記多相電
   源からの電力を変換する多相ブリツジ形コンバータ、こ
   のコンバータをインバータ動作させる制御回路、上記多
   相電源と上記コンバータの多相交流入力端子との間の各
   線路に挿入されたリアクトル要素、及び上記コンバータ
   を構成する各サイリスタに並列接続され少なくとも上記
   サイリスタと同極性のダイオードとこのダイオードに直
   列接続されたコンデンサとこのコンデンサの電荷放電抵
   抗とよりなり並列要素を備え、上記コンバータの各ブリ
   ツジ・アームにリアクトル要素の挿入をなくしたことを
   特徴とする電力変換装置。