JPS6314568B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレオナード装置等に用いられるサイリ
スタ整流器の過電圧保護装置に係り、特に電源側
より侵入するサージ或いは負荷遮断時に生ずるサ
ージ等に対して、素子群を確実に保護することが
できしかも保護協調も容易にとれる保護装置を提
供しようとするものである。

よく知られているようにサイリスタ・レオナー
ド装置さらには各種インバータ、直流式無整流子
電動機、無停電電源装置等に用いられるサイリス
タ整流器の素子群は、電源側より侵入して来るサ
ージさらには負荷遮断時に発生するサージに対し
て比較的弱いものとされている。かかるサージ等
の如き過電圧に対しての保護装置は各種タイプの
ものが開発され実施されているが、代表的なもの
を第１図に示す。この第１図で１〜３は正極側の
サイリスタ群で、同様に４〜６は負極側のサイリ
スタ群で、７は電動機等の如き誘導負荷を示す。
保護対象となるサイリスタ素子個々に並列挿入し
た１０〜６０は、過電圧印加時に当該素子を自己
点弧し過電圧より素子を保護する為の過電圧保護
回路で、これら保護回路の具体例を示したものが
第２図である。この保護回路でＳは保護対称とな
るサイリスタを示し、８は適当に降圧された電源
電圧を整流するダイオード整流回路で、９は電流
制限抵抗で、１０は図示極性で充電極性が位置づ
けられているコンデンサで、１１は２端子サイリ
スタで、１２はブレークダウン電圧が予じめ前以
つて規定してあるツエナーダイオードで、１３は
ダイオードで、１４は所要の点弧パワーを支える
為のパルストランスである。

以上のように構成される従来装置の動作は、定
常時はサイリスタ整流器より負荷に所望の直流パ
ワーを供給することによつて負荷を駆動するもの
であるが、かかる定常時にサイリスタ整流器を停
止し、負荷遮断した場合、よく知られているよう
に負極側の素子群４〜６を通して過電圧が印加さ
れる。かかる過電圧印加時に際して、第２図の保
護回路のコンデンサ１０は予じめ前以つて図示極
性で充電してあつて、この状態で１２のツエナー
ダイオードの過電圧でブレークダウンしたものと
仮定すると、ツエナーダイオード１２→ダイオー
ド１３→２端子サイリスタ１１→パルストランス
１４の経路を通して電流が流れ、これによつて１
１の２端子サイリスタがターンオンする。このよ
うに２端子サイリスタが点弧すると、図示極性で
チヤージしてあるコンデンサ１０の充電電荷がコ
ンデンサ１０→２端子サイリスタ１１→パルスト
ランス１４の経路を通してデスチヤージする。こ
のデスチヤージ過程に於ける放電電流は立上りが
急竣であるので、パルストランス１４の二次側よ
り急竣なパルス電流がサイリスタＳのゲート及び
カソードを通して流れ、保護対象のサイリスタが
自己点弧する。かかる動作と全く同様の動作が他
の負極側のサイリスタさらには正極側のサイリス
タでも行なわれ、遮断時に生じた過電圧は負極側
のサイリスタ及び正極側のサイリスタ、負荷の経
路を通して環流することによつて、サイリスタ整
流器の素子群は過電圧より保護されることにな
る。

これに対して定常時に電源側より侵入して来る
サージに対しては、例えば過電圧印加時に正極側
のサイリスタ群で未点弧のサイリスタがあれば、
第２図に示す保護回路が動作して当該未点弧のサ
イリスタを自己点弧し、正極側のサイリスタ→負
荷→負荷側のサイリスタ→電源の経路でサージを
逃し、電源側よりのサージより素子群を保護す
る。なおかかる場合、電源側開閉器と電流協調を
取つて電源側開閉器をトリツプする例もある。こ
のように保護対象とする素子群に対して順方向の
過電圧が印加された場合、素子個々に並列接続さ
れる保護回路で当該素子を自己点弧し所定の保護
を行なうものであるが、問題となるのは逆方向の
過電圧の場合である。よく知られているようにイ
ンバータ装置であれば第１図に示す負荷が逆変換
となつて、特に変圧形インバータであれば逆変換
部のサイリスタ群にダイオードが逆並列接続され
る構成であるから、回生時を含めた定常時にダイ
オードを通して印加される逆方向の過電圧に対し
て第１図の従来装置は保護できない。従つて第２
図に示すサイリスタＳを含めた過電圧保護回路
を、保護対象となる素子１５（破線で表わしてい
る）に対して逆並装接続し、逆方向の過電圧印加
時に自己点弧用のサイリスタＳを点弧して素子１
５を保護するようにしている。

従つて従来装置で問題となるのは、順方向およ
び逆方向の過電圧に対して、それぞれ専用の保護
回路なるものを保護対象となる素子群個々に並設
する構造であるので、第１に回路構成が複雑化し
サイリスタ整流器そのものが非常に高価である
事、第２に部品点数が非常に多いので信頼性の面
で難点がある事、第３に自己点弧用のエネルギー
源が順方向および逆方向含めて12組必要とするの
で、自己点弧用パワー源の電源トランスは二次側
を複数に分割した大容量のものを少なくとも２台
必要にし、装置そのものが一層複雑化する事であ
る。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであつ
て、以下第３図〜第６図に示す各実施例に基づき
詳述する。

第３図は本願の原理的構成図を示し、本願の特
徴とすべき点は負荷７に対して順方向の過電圧印
加時に点弧するサイリスタ１６と、逆方向の過電
圧印加時に点弧するサイリスタ１７とをそれぞれ
並列接続した事で、これら保護用のサイリスタを
点弧するのが、図示するように正極母線Ｐと正極
側のサイリスタ群のアノード側との電位差を監視
する第１の過電圧保護回路１８と、負極母線Ｎ側
と負極側のサイリスタ群のカソード側との電位差
を監視する第２の過電圧保護回路１９とである。
これら過電圧保護回路１８−１９は、例えば順方
向の過電圧に対しては第４図および第５図に示し
た回路構成のものが適用され、これに対して逆方
向の過電圧に対しては第４図に示した保護回路の
ダイオード６０〜６２等で監視し所定の保護を行
なうようにする。

以上のように構成される本実施例の動作を述べ
るに先ず定常時に電源側より印加される順方向の
過電圧に対しては第４図に示す回路が所定の動作
を行なうようになる。即ち第４図に示す保護回路
のコンデンサ３０は、定常時にダイオード整流回
路２８を通して図示極性で所定電圧値まで充電さ
れており、かかる状態で電源側よりサージが侵入
してサージ電圧が２４のツエナーダイオードのブ
レークオーバ電圧以上で、且つサイリスタ整流器
の正極側Ｐ点の電圧より大きい場合、第４図のダ
イオード２０或いは２１，２２→抵抗２３→ツエ
ナーダイオード２４→抵抗２５→正極母線Ｐの経
路を通して電流が流れる。なおツエナーダイオー
ド２４のブレークオーバ電圧を、例えば正極母線
Ｐの電圧以上でしかも予想し得る過電圧レベルで
ブレークオーバするような電圧値に選定してある
ことは申す迄もない。さて上記ループを通して電
流が流れると、抵抗２５の高電圧の電圧ドロツプ
分が２端子サイリスタ２７の端子間に印加され、
これにより２７の２端子サイリスタがターンオン
する。このように２端子サイリスタ２７が点弧す
ると、図示極性でチヤージしてあるコンデンサ３
０の充電電荷がコンデンサ３０→抵抗３１→パル
ストランス３２の一次側巻線→ダイオード２６→
２端子サイリスタ２７の経路を通してデスチヤー
ジされる。かるデスチヤージ過程での放電電流は
急竣であるので、パルストランス３２の二次側巻
線より立上りが急竣なパルス電流がダイオード３
３→第３図の保護用サイリスタ１７のゲート及び
カソードを通して流れ、１７の保護用サイリスタ
が点弧することによつて第３図の負荷７が短絡さ
れ、サイリスタ整流器および負荷のループを通し
て大きな過電流が流れることになる。この過電流
に対して図示しない電源側開閉器とは電流協調が
とつてあるので、過電流が流れると同時に図示し
ない電源側開閉器がトリツプし、サイリスタ整流
器を含めた負荷回路が電源側サージより保護され
るものである。

次に第３図に示す負荷が遮断した場合に発生す
るサージに対しては第５図の保護回路が所定の動
作を行なうようになる。即ち負荷遮断時は第３図
に示す負極母線Ｎを通して負極母線側のサイリス
タ群に過電圧が印加されるので、過電圧が第５図
のツエナーダイオード４４のブレークオーバ電圧
以上であるとダイオード４４がブレークダウン
し、負極母線Ｎ→抵抗４３→ツエナーダイオード
４４→抵抗４５→ダイオード４０或いは４１，４
２→負極側のサイリスタ群のＸアーム或いはＹア
ーム、Ｚアームを通して電流が流れる。この動作
時に於て抵抗４５の高電圧の電圧ドロツプ分が２
端子サイリスタ４９の端子間に印加され、これに
よつて４９の２端子サイリスタがターンオンす
る。このように２端子サイリスタ４９が点弧する
と、図示極性でチヤージしてある４８のコンデン
サの充電電荷がコンデンサ４８→低抗５１→パル
ストランス５２の一次側巻線→ダイオード５０→
２端子サイリスタ４９の経路を通してデスチヤー
ジされ、パルストランス５２の二次側巻線に誘起
する急竣な立上り波形のパルス電流がダイオード
５３→第３図の保護用サイリスタ１６のゲート及
びカソードを通して流れることによつて、１６の
保護用サイリスタがターンオンし負荷遮断時の過
電圧をサイリスタと負荷とのループで環流さを消
費させるものである。

以上の説明は順方向の過電圧印加時の保護であ
るが、次に逆方向の過電圧印加時の動作を第４図
に示す保護回路を参照し乍ら詳述する。即ち定常
時に負荷７側より逆方向の過電圧が印加された場
合、例えば第４図に示す保護回路が第３図に示す
正極側Ｐ母線電位と正極側素子群のアノード電位
とを監視しているので、正極側母線Ｐの電位が素
子群１〜３のアノード電位より高く、このサージ
電圧が第４図に示すツエナーダイオード６３のブ
レークオーバ電圧より高くなると、ツエナーダイ
オード６３がブレークダウンし正極母線Ｐ→抵抗
２５→ツエナーダイオード６３→抵抗２３→ダイ
オード６０或いは６１，６２の経路を通して電流
が流れる。これによつて抵抗２５の電圧ドロツプ
分が高電圧として両方向性の２端子サイリスタ２
７の端子間に印加され、２端子サイリスタ２７が
ターンオンする。このように２端子サイリスタが
点弧すると図示極性でチヤージしてあるコンデン
サ３０の充電電荷が図示方向でデスチヤージする
ので、３２のパルストランスの二次側巻線より立
上りが急竣なパルス電流が取出され、第３図に示
す保護用サイリスタ１７が点弧する。このように
保護用サイリスタ１７が点弧するとサイリスタ整
流器が短絡されるので、保護用サイリスタ１７を
通した過電流が流れるが、この過電流を保護用サ
イリスタ１７と直列接続される図示しない抵抗で
消費することによつて保護するものである。なお
負極側の素子群に印加される逆方向の過電圧であ
るが、電源側よりのサージ電圧は第４図の保護回
路が所定の動作を行ない、又、定常時に印加され
る負荷側よりのサージ電圧は第４図の保護回路が
その機能を負うので、新たに逆方向過電圧保護回
路なるものを設ける必要はない。

以上のように本発明に於ては、正極側素子群お
よび負極側素子群に対してそれぞれ共通の過電圧
保護回路を設け、さらに負荷に対して逆並列接続
した保護用サイリスタを並設して、これら保護用
サイリスタを上記過電圧保護回路で点弧するよう
にしたものであるから、以下に示すように種々の
効果を奏するものである。

過電圧保護回路を集約し適用数量を極力減じ
るようにしたので、回路構成は一層簡素化され
非常に経済的な装置を提供することができる。

過電圧保護回路で電圧協調を取り、さらに電
源側開閉器と過電圧保護回路とで電流協調を取
るようにしたものであるから、過電圧時の保護
協調が容易となつてしかも完壁なる所定の保護
が行なえる。

保護対象となる素子群を自己点弧し保護する
方法ではなく、専用の保護用サイリスタで保護
するものであるから、保護対象となる素子群の
過電圧に対するストレスを軽減でき過電圧耐量
の小さい素子を適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の保護装置を示す概略的な構成
図、第２図はその保護装置の具体的な回路例を示
す過電圧保護回路図、第３図は本発明による一実
施例を示す概略的な構成図、第４図および第５図
はその装置に適用する過電圧保護回路の具体的な
回路構成図。 １〜６は保護対象となるサイリスタ素子群、７
は負荷、１６〜１７は保護用サイリスタ、１８〜
１９は過電圧保護回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ サイリスタを純ブリツジ接続して構成され、
   負荷に所望の直流パワーを供給するサイリスタ整
   流器の素子群を過電圧より保護するようにしたも
   のに於て、正極側に位するサイリスタ群のアノー
   ド側電位と正極母線の電位との電圧差を監視し、
   電圧差が所定値以上になつた時点で点弧指令を出
   力する第１の過電圧保護回路と、負極側に位する
   サイリスタ群のカソード側電位と負極母線の電位
   との電圧差を監視し、電圧差が所定値以上になつ
   た時点で点弧指令を出力する第２の過電圧保護回
   路と、上記負荷と並列接続され、且つ上記第１の
   過電圧保護回路より出力される点弧指令で点弧し
   サイリスタ整流器を短絡する第１の保護用サイリ
   スタと、上記負荷と逆並列接続され、且つ上記第
   ２の過電圧保護回路より出力される点弧指令で点
   弧し負荷のチヤージエネルギーを環流する第２の
   保護用サイリスタとでそれぞれ構成したことを特
   徴とするサイリスタ整流器の過電圧保護装置。