(57)【要約】【課題】直流過電圧抑制回路のような付属回路を取り付けることなく直流コンデンサの過充電を抑制することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】３レベルの直流電源１３と、この直流電源から給電される正側及び負側の直流コンデンサ５Ｕ１乃至５Ｗ２と、３レベルの直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機１５を駆動する３レベルインバータ１４と、３レベルインバータ１４を構成するスイッチング素子１Ｕ１乃至１Ｗ４にゲートパルスを供給するインバータ制御手段４０と、３レベルインバータ１４を構成する主回路素子が短絡故障したことを検出する第１の素子破壊検出手段とで構成する。インバータ制御手段４０は、第１の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、３レベルインバータ１４の外側のスイッチング素子にはゲート消弧信号を出力し、内側のスイッチング素子にはゲート点弧信号を出力する。【選択図】図１
2010011612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３レベルの直流電源と、
この直流電源から給電される正側及び負側の直流コンデンサと、
前記直流コンデンサに印加される３レベルの直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機を駆動する３レベルインバータと、
前記３レベルインバータを構成する３相の外側及び内側のスイッチング素子にゲートパルスを供給するインバータ制御手段と、
前記３レベルインバータを構成する前記スイッチング素子、フライホイールダイオード及びクランプダイオードの何れかが短絡故障したことを検出する第１の素子破壊検出手段と
を具備し、
前記インバータ制御手段は、
前記第１の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記外側のスイッチング素子にはゲート消弧信号を出力し、前記内側のスイッチング素子にはゲート点弧信号を出力するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記３レベルの直流電源は変圧器を介して商用電源を入力とする３レベルコンバータであり、
この３レベルコンバータを構成する３相の外側及び内側のスイッチング素子にゲートパルスを供給するコンバータ制御手段と、
前記３レベルコンバータを構成する前記スイッチング素子、フライホイールダイオード及びクランプダイオードの何れかが短絡故障したことを検出する第２の素子破壊検出手段と
を具備し、
前記インバータ制御手段は、
前記第１の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記３レベルコンバータのスイッチング素子にゲート消弧信号を出力し、
前記コンバータ制御手段は、
前記第２の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記３レベルコンバータの前記外側のスイッチング素子にはゲート消弧信号を出力し、前記３レベルコンバータの前記内側のスイッチング素子にはゲート点弧信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
３レベルの直流電源と、
この直流電源から給電される正側及び負側の直流コンデンサと、
前記直流コンデンサに印加される３レベルの直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機を駆動する３レベルインバータと、
前記３レベルインバータを構成するスイッチング素子にゲートパルスを供給するインバータ制御手段と、
前記交流電動機の入力を実質的に３相短絡する短絡手段と、
前記３レベルインバータを構成する前記スイッチング素子、フライホイールダイオード及びクランプダイオードの何れかが短絡故障したことを検出する第１の素子破壊検出手段と
を具備し、
前記インバータ制御手段は、
前記第１の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記スイッチング素子にはゲート消弧信号を出力し、前記短絡手段によって前記交流電動機の入力を３相短絡するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記３レベルの直流電源は変圧器を介して商用電源を入力とする３レベルコンバータであり、
この３レベルコンバータを構成する３相のスイッチング素子にゲートパルスを供給するコンバータ制御手段と、
前記変圧器の出力を実質的に３相短絡する短絡手段と、
前記３レベルコンバータを構成する前記スイッチング素子、フライホイールダイオード及びクランプダイオードの何れかが短絡故障したことを検出する第２の素子破壊検出手段と
を具備し、
前記インバータ制御手段は、
前記第１の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記３レベルコンバータのスイッチング素子にゲート消弧信号を出力し、
前記コンバータ制御手段は、
前記第２の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記３レベルコンバータの前記スイッチング素子にゲート消弧信号を出力し、前記短絡手段によって前記交流電動機の入力を３相短絡するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記変圧器の１次側に遮断器を設け、
前記第２の素子破壊検出手段が短絡故障を検出して、前記遮断器に実質的な短絡電流が流れたとき、この短絡電流をゼロ点通過させて確実に遮断するようにしたことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記短絡手段はダイオード整流ブリッジとその出力に接続された電流駆動型スイッチング素子から成ることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子は電流駆動型スイッチング素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記３レベルコンバータを構成する正及び負の各々のアームにヒューズを設け、
前記第２の素子破壊検出手段は何れかの前記ヒューズが作動したことを検出するようにしたことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記３レベルインバータを構成する正及び負の各々のアームにヒューズを設け、
前記第１の素子破壊検出手段は何れかの前記ヒューズが作動したことを検出するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流側回路に直流コンデンサを備えた電力変換装置に係り、特に外部からのエネルギーで直流コンデンサが充電されて過電圧になることを抑制する保護機能を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流側回路に直流コンデンサを備えた電力変換装置は電圧形の電力変換装置として広く用いられている。このような電力変換装置において、通常の運転時には直流コンデンサに印加される電圧は例えば直流電圧供給用のコンバータ回路の動作に従った電圧が供給され、過充電されることはない。しかしながら、電力変換装置内のスイッチング素子の故障或いは周辺回路の故障などによって直流コンデンサに印加される電圧が定格電圧を大きく超える場合がある。このための保護回路として直流コンデンサと並列に抵抗とターンオフサイリスタの直列回路を設け、上記故障が検出されたとき当該ターンオフサイリスタをターンオンさせることによって当該抵抗にエネルギーを消費させ、直流コンデンサが充電されて過電圧になることを抑制する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−２５０４３０（第２−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に示されている従来の直流過電圧抑制回路は、抵抗器を使用して直流コンデンサに蓄えられたエネルギーを消費するため、大型の抵抗器となり、それに伴い装置も大型化、高価、低効率なものとなるという問題があった。
【０００４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、直流過電圧抑制回路のような付属回路を取付けることなく直流コンデンサの過充電を抑制することができる電力変換装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である電力変換装置は、３レベルの直流電源と、この直流電源から給電される正側及び負側の直流コンデンサと、前記直流コンデンサに印加される３レベルの直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機を駆動する３レベルインバータと、前記３レベルインバータを構成する３相の外側及び内側のスイッチング素子にゲートパルスを供給するインバータ制御手段と、前記３レベルインバータを構成する前記スイッチング素子、フライホイールダイオード及びクランプダイオードの何れかが短絡故障したことを検出する第１の素子破壊検出手段とを具備し、前記インバータ制御手段は、前記第１の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記外側のスイッチング素子にはゲート消弧信号を出力し、前記内側のスイッチング素子にはゲート点弧信号を出力するようにしたことを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の第２の発明である電力変換装置は、３レベルの直流電源と、この直流電源から給電される正側及び負側の直流コンデンサと、前記直流コンデンサに印加される３レベルの直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機を駆動する３レベルインバータと、前記３レベルインバータを構成するスイッチング素子にゲートパルスを供給するインバータ制御手段と、前記交流電動機の入力を実質的に３相短絡する短絡手段と、前記３レベルインバータを構成する前記スイッチング素子、フライホイールダイオード及びクランプダイオードの何れかが短絡故障したことを検出する第１の素子破壊検出手段とを具備し、前記インバータ制御手段は、前記第１の素子破壊検出手段が短絡故障を検出したとき、前記スイッチング素子にはゲート消弧信号を出力し、前記短絡手段によって前記交流電動機の入力を３相短絡するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、直流過電圧抑制回路のような付属回路を取り付けることなく直流コンデンサの過充電を抑制することができる電力変換装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
以下、本発明の実施例１に係る電力変換装置を図１乃至図５を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図である。図１において、図示しない電力系統から遮断器１１及び変圧器１２を介して３レベルコンバータ回路１３に交流電圧が供給されている。ここで遮断器１１は事故時に電力系統からのエネルギー供給を切り離すための遮断器である。３レベルコンバータ回路１３で交流電圧を３レベルの直流電圧に変換して３レベルインバータ回路１４に供給する。そして３レベルインバータ回路１４は３相の交流電圧を出力し、交流電動機１５を駆動する。尚、ここで直流電圧を平滑するコンデンサを３レベルコンバータ回路１３内及び３レベルインバータ回路１４内に分散して配置しているが、直流リンク部に集中して配置しても良い。
【００１１】
以下、３レベルコンバータ回路１３及び３レベルインバータ回路１４の内部構成を説明する。
【００１２】
３レベルコンバータ回路１３はＲ相、Ｓ相及びＴ相の３相を各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、Ｒ相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
【００１３】
Ｒ相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４には夫々逆並列にフライホイールダイオード２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３及び２Ｒ４が接続されている。スイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２は正側アームを構成し、スイッチング素子１Ｒ３、１Ｒ４は負側アームを構成している。そして２つのアームの中間点即ちスイッチング素子１Ｒ２と１Ｒ３の接続点に変圧器１２のＲ相の２次出力が接続されている。また、上記直列回路の両端を構成する２つのスイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ４を外側のスイッチング素子、内側を構成する２つのスイッチング素子１Ｒ２、１Ｒ３を内側のスイッチング素子と呼称する。
【００１４】
スイッチング素子１Ｒ１の正極はヒューズ４Ｒ１を介して直流コンデンサ５Ｒ１の正極に接続されている。スイッチング素子１Ｒ４の負極はヒューズ４Ｒ２を介して直流コンデンサ５Ｒ２の負極に接続されている。直流コンデンサ５Ｒ１と直流コンデンサ５Ｒ２は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｒ１と１Ｒ２の接続点に向けて、正側のクランプダイオード３Ｒ１が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｒ３と１Ｒ４の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード３Ｒ２が接続されている。
【００１５】
次に３レベルインバータ回路１４の主回路構成を説明する。３レベルインバータ回路１４もＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相を各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、Ｕ相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
【００１６】
Ｕ相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４には夫々逆並列にフライホイールダイオード２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３及び２Ｕ４が接続されている。スイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２は正側アームを構成し、スイッチング素子１Ｕ３、１Ｕ４は負側アームを構成している。そして２つのアームの中間点即ちスイッチング素子１Ｕ２と１Ｕ３の接続点からＵ相の交流出力が得られ交流電動機１５のＵ相端子に接続されている。ここでも、上記直列回路の両端を構成する２つのスイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ４を外側のスイッチング素子、内側を構成する２つのスイッチング素子１Ｕ２、１Ｕ３を内側のスイッチング素子と呼称する。
【００１７】
スイッチング素子１Ｕ１の正極はヒューズ４Ｕ１を介して直流コンデンサ５Ｕ１の正極に接続されている。スイッチング素子１Ｕ４の負極はヒューズ４Ｕ２を介して直流コンデンサ５Ｕ２の負極に接続されている。直流コンデンサ５Ｕ１と直流コンデンサ５Ｕ２は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。直流コンデンサ５Ｕ１には３レベルコンバータ回路１３からの正側直流出力が、また直流コンデンサ５Ｕ２には３レベルコンバータ回路１３からの負側直流出力が供給される。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｕ１と１Ｕ２の接続点に向けて、正側のクランプダイオード３Ｕ１が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｕ３と１Ｕ４の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード３Ｕ２が接続されている。
【００１８】
以上説明した３レベルコンバータ回路１３及び３レベルインバータ回路１４のスイッチング素子には夫々コンバータ制御回路３０及びインバータ制御回路４０から適切なゲートパルスが供給され、通常の運転モードにおいては３レベルコンバータ回路１３は所望の３レベルの直流出力を得るように制御され、また３レベルインバータ回路１４は所望の３レベルの３相交流出力で交流電動機１５を駆動するように制御される。
【００１９】
そしてコンバータ制御回路３０及びインバータ制御回路４０には図示しない３レベルコンバータ回路１３及び３レベルインバータ回路１４の各部から得られる素子破壊検出信号が与えられている。この素子破壊検出信号は、例えば３レベルインバータ回路１４の場合、ヒューズ４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｖ１、４Ｖ２、４Ｗ１及び４Ｗ２の補助接点信号を用いることができる。尚、回路構成は複雑となるが、ゲートタイミングに基づく素子電圧を検出するなどによって個々の素子の短絡故障を検出する監視回路を設け、上記素子破壊検出信号を得る構成としても良い。
【００２０】
３レベルインバータ回路１４及び３レベルコンバータ回路１３は、上記の素子破壊検出信号が与えられたとき、その素子破壊検出信号が３レベルインバータ回路１４から得られた第１の素子破壊検出信号であるのか、または３レベルコンバータ回路１３から得られた第２の素子破壊検出信号であるのかによって異なる動作を行なう。素子破壊検出信号が３レベルインバータ回路１４から得られた第１の素子破壊検出信号である場合には、図１に示したようにインバータ制御回路４０は３レベルインバータ回路１４の外側のスイッチング素子１Ｕ１、１Ｖ１、１Ｗ１、１Ｕ４、１Ｖ４及び１Ｗ４にはゲート消弧信号（オフ信号）を与え、内側のスイッチング素子２Ｕ１、２Ｖ１、２Ｗ１、３Ｕ４、３Ｖ４及び３Ｗ４にはゲート点弧信号（オン信号）を与える。また、コンバータ制御回路３０は全てのスイッチング素子にゲート消弧信号を与える。
【００２１】
これに対し、素子破壊検出信号が３レベルコンバータ回路１３から得られた第２の素子破壊検出信号である場合には、図２に示したようにコンバータ制御回路３０は３レベルコンバータ回路１３の外側のスイッチング素子１Ｒ１、１Ｓ１、１Ｔ１、１Ｒ４、１Ｓ４及び１Ｔ４にはゲート消弧信号を与え、内側のスイッチング素子２Ｒ１、２Ｓ１、２Ｔ１、３Ｒ４、３Ｓ４及び３Ｔ４にはゲート点弧信号を与える。また、インバータ制御回路４０は全てのスイッチング素子にゲート消弧信号を与える。
【００２２】
以上の図１及び図２に示した保護動作によって直流コンデンサが過充電されなくなる作用効果について図３乃至図８を参照して以下に説明する。
【００２３】
図３は３レベルインバータ回路１４の内側スイッチング素子が破損したときの過充電ルートの説明図である。図３に示したように、交流電動機１５を運転中に例えばＵ相のスイッチング素子１Ｕ２が短絡故障し、全てのスイッチング素子に保護用のゲート消弧信号が与えられた場合を考える。このとき、図３の破線で示したように破損したスイッチング素子１Ｕ２を通る充電電流が正側の直流コンデンサ５Ｒ１、５Ｓ１、５Ｔ１、５Ｕ１、５Ｖ１及び５Ｗ１に流れ、直流コンデンサ５Ｒ１、５Ｓ１、５Ｔ１、５Ｕ１、５Ｖ１及び５Ｗ１は交流電動機１５の線間電圧Ｖｍのピーク値まで充電される。
【００２４】
図３から明らかなように、フライホイールダイオード２Ｕ２が短絡故障した場合であっても同様の現象となる。また、短絡故障を生じた内側スイッチング素子が負側アームである場合には、３レベルインバータ回路１４の回路構成が正負対称となっているので、負側の直流コンデンサ５Ｒ２、５Ｓ２、５Ｔ２、５Ｕ２、５Ｖ２及び５Ｗ２が充電されることになる。
【００２５】
図４は３レベルインバータ回路１４のクランプダイオードが破損したときの過充電ルートの説明図である。図４に示したように、交流電動機１５を運転中に正側のクランプダイオード３Ｕ１が短絡故障し、全てのスイッチング素子にゲート消弧信号が与えられた場合を考える。このとき、図の破線で示したように破損したクランプダイオード３Ｕ１を通る充電電流が負側の直流コンデンサ５Ｒ２、５Ｓ２、５Ｔ２、５Ｕ２、５Ｖ２及び５Ｗ２に流れ、直流コンデンサ５Ｒ２、５Ｓ２、５Ｔ２、５Ｕ２、５Ｖ２及び５Ｗ２は交流電動機１５の線間電圧Ｖｍのピーク値で充電される。これに対して負側のクランプダイオードが短絡故障した場合には、回路が正負対称であることから正側の直流コンデンサが充電されることになる。
【００２６】
ところで、線間電圧Ｖｍと直流電圧（正側または負側）Ｅの関係は、ＰＷＭ変調における変調度をｋとしたとき、Ｅ＝√２×Ｖｍ／（√３×ｋ）と表せる。従って、正側及び負側の直流コンデンサの電圧設計はこのＥの値で行なわれる。これに対して図３の内側素子の破損時、また図４のクランプダイオード破損時にはＥ＝√２×Ｖｍとなるので、設計時の直流電圧の（√３×ｋ）倍の電圧が印加される。この場合、直流コンデンサは過電圧破壊する恐れがある。また、過電圧破壊しないようにするには、（√３×ｋ）倍の電圧マージンを考慮する必要があるので、直流コンデンサの大型化が懸念される。
【００２７】
以上の状況に対し、図１に示すように何らかの方法によって素子の短絡故障を検出し、３レベルインバータ回路１４の内側スイッチング素子を点弧すれば、図１の破線で示したように交流電動機１５の３相端子を短絡するような短絡電流が流れ、直流コンデンサが過充電されることはない。尚、交流電動機１５の短絡電流が流れる時間（例えば交流電動機１５の誘起電圧がなくなるまでの数ｓｅｃ間）だけ３レベルインバータ回路１４の内側スイッチング素子とクランプダイオードには短絡耐量が必要である。
【００２８】
また、図５に示すように素子破損に伴う直流短絡が発生した場合、例えば、スイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２及び１Ｕ３が破損し、正側直流コンデンサ５Ｒ１、５Ｓ１、５Ｔ１，５Ｕ１、５Ｖ１及び５Ｗ１のコンデンサエネルギーが破損相Ｕ相に流れ込み、ヒューズ４Ｕ１が作動（溶断）して、故障相を切り離した場合でも、破損したスイッチング素子２Ｕ１とクランプダイオード３Ｕ１を通して、図３の場合と同様に正側直流コンデンサ５Ｒ１、５Ｓ１、５Ｔ１、５Ｕ１、５Ｖ１及び５Ｗ１は線間電圧Ｖｍのピーク値まで過充電される。また、この場合、負側の内側スイッチング素子１Ｕ３も短絡故障しているので、図６に示すように、破損したスイッチング素子１Ｕ３とクランプダイオード３Ｕ２を通して、図４の場合と同様に負側直流コンデンサ５Ｒ２、５Ｓ２、５Ｔ２、５Ｕ２、５Ｖ２及び５Ｗ２も線間電圧Ｖｍのピーク値まで過充電される。
【００２９】
このような図５及び図６に示す過充電モードであっても図１に示すように、インバータ制御回路４０が３レベルインバータ回路１４の外側のスイッチング素子１Ｕ１、１Ｖ１、１Ｗ１、１Ｕ４、１Ｖ４及び１Ｗ４にゲート消弧信号を与え、内側のスイッチング素子２Ｕ１、２Ｖ１、２Ｗ１、３Ｕ４、３Ｖ４及び３Ｗ４にはゲート点弧信号を与えるようにすれば上述したように実質的に交流電動機１５の３相端子を短絡した状態となるので過充電は発生しない。
【００３０】
図７は３レベルコンバータ回路１３の内側スイッチング素子が破損したときの過充電ルートの説明図である。図７に示したように、３レベルコンバータ回路１３を運転中にスイッチング素子１Ｒ２が短絡故障し、全てのスイッチング素子に保護用のゲート消弧信号が与えられた場合を考える。このとき、図の破線で示したように破損したスイッチング素子１Ｒ２を通る充電電流が正側の直流コンデンサ５Ｒ１、５Ｓ１、５Ｔ１、５Ｕ１、５Ｖ１及び５Ｗ１に流れ、直流コンデンサ５Ｒ１、５Ｓ１、５Ｔ１、５Ｕ１、５Ｖ１及び５Ｗ１は変圧器１２の出力線間電圧Ｖｔｒのピーク値で充電される。
【００３１】
図７から明らかなように、フライホイールダイオード２Ｒ２が短絡故障した場合であっても同様の現象となる。また、短絡故障を生じた内側スイッチング素子が負側アームである場合には、３レベルコンバータ回路１３の回路構成が正負対称となっているので、負側の直流コンデンサ５Ｒ２、５Ｓ２、５Ｔ２、５Ｕ２、５Ｖ２及び５Ｗ２が充電されることになる。
【００３２】
図８は３レベルコンバータ回路１３のクランプダイオードが破損したときの過充電ルートの説明図である。図８に示したように、３レベルコンバータ回路１３を運転中に正側のクランプダイオード３Ｒ１が短絡故障し、全てのスイッチング素子にゲート消弧信号が与えられた場合を考える。このとき、図の破線で示したように破損したクランプダイオード３Ｒ１を通る充電電流が負側の直流コンデンサ５Ｒ２、５Ｓ２、５Ｔ２、５Ｕ２、５Ｖ２及び５Ｗ２に流れ、直流コンデンサ５Ｒ２、５Ｓ２、５Ｔ２、５Ｕ２、５Ｖ２及び５Ｗ２は変圧器１２の出力線間電圧Ｖｍのピーク値で充電される。これに対して負側のクランプダイオードが短絡故障した場合には、回路が正負対称であることから正側の直流コンデンサが充電されることになる。
【００３３】
上記図７、図８の状況に対し、図２に示すように何らかの方法によって素子の短絡故障を検出し、３レベルコンバータ回路１３の内側スイッチング素子を点弧すれば、図２の破線で示したように変圧器１２の２次出力端子を短絡するような短絡電流が流れ、直流コンデンサが過充電されることはない。尚、変圧器１２の２次短絡電流が流れる時間（例えば入力開閉器１１を遮断するまでの数サイクル間）だけ３レベルコンバータ回路１３の内側スイッチング素子とクランプダイオードには短絡耐量が必要である。
【００３４】
３レベルコンバータ回路１３において直流短絡によって複数の素子が短絡故障した場合の動作は３レベルインバータ回路１４の動作と同様になるので説明を省略する。また、変圧器１２の２次電圧Ｖｔｒと直流電圧Ｅの関係についても交流電動機１５の線間電圧Ｖｍと直流電圧Ｅの関係と同様となるので説明を省略する。
【００３５】
以上説明したように、スイッチング素子、フライホイールダイオード及びクランプダイードの短絡故障が発生したとき、短絡故障の生じた３レベルコンバータ回路または３レベルインバータ回路の内側のスイッチング素子を点弧して実質的に短絡ループを形成するようにすれば、直流コンデンサの過充電を防止することが可能となる。尚、直流コンデンサへの給電を３レベルコンバータ回路を用いずにダイオード整流器によって行なう場合には、３レベルインバータ回路のみで上記保護動作を行なうようにすれば良いことは明らかである。
【実施例２】
【００３６】
図９は本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、交流電動機１５の３相端子をダイオードブリッジを介してサイリスタ１６Ｔによって短絡することが可能な短絡回路１６を設けた点、そして３レベルインバータ回路１４の主回路素子が素子破壊したとき、インバータ制御回路４０は３レベルインバータ回路１４の全てのスイッチング素子にゲート消弧信号を与えると共に、サイリスタ１６Ｔを点弧する信号を与える構成とした点である。
【００３７】
この実施例２においては、３レベルインバータ回路１４内の素子に短絡故障が発生したとき、短絡回路１６のサイリスタ１６Ｔを点弧して交流電動機１５の３相端子を実質的に短絡するので、直列コンデンサを過充電することを未然に防止することが可能となる。
【実施例３】
【００３８】
図１０は本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例３の各部について、図２の本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、変圧器１２の３相出力端子をダイオードブリッジを介してサイリスタ１７Ｔによって短絡することが可能な短絡回路１７を設けた点、そして３レベルコンバータ回路１３の主回路素子が素子破壊したとき、コンバータ制御回路３０は３レベルコンバータ回路１３の全てのスイッチング素子にゲート消弧信号を与えると共に、サイリスタ１７Ｔを点弧する信号を与える構成とした点である。
【００３９】
この実施例３においては、３レベルコンバータ回路１３内の素子に短絡故障が発生したとき、短絡回路１７のサイリスタ１７Ｔを点弧して変圧器１２の３相出力端子を実質的に短絡するので、直列コンデンサを過充電することを未然に防止することが可能となる。またこの短絡回路１７の動作において、変圧器１２のインピーダンスで決まる短絡電流が流れるが、１次側の遮断器１１においてこの短絡電流をゼロ点通過させて、確実に遮断器１１を開放させることが重要となる。これは図２に示した実施例１の場合についても同様である。
【００４０】
尚、実施例１の構成において、スイッチング素子としてＧＣＴのような所謂電流駆動型素子でなく、ＩＧＢＴのような所謂電圧駆動型の素子を使用した場合、過充電を防止するため内側のスイッチング素子を点弧して交流電動機１５の３相端子或いは変圧器１２の３相出力端子を実質的に短絡すると、スイッチング素子の短絡耐量が不足して素子破損を招く恐れがある。これに対して、この実施例２或いは実施例３に示すように、短絡用のサイリスタ１６Ｔ或いは１７Ｔとして充分短絡耐量を有する所謂電流駆動型素子を使用すれば素子破損を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図（１）。
【図２】本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図（２）。
【図３】３レベルインバータ回路の内側スイッチング素子が破損したときの過充電ルートの説明図。
【図４】３レベルインバータ回路のクランプダイオードが破損したときの過充電ルートの説明図。
【図５】３レベルインバータ回路の素子破損に伴う直流短絡が発生した場合の過充電ルートの説明図（１）。
【図６】３レベルインバータ回路の素子破損に伴う直流短絡が発生した場合の過充電ルートの説明図（２）。
【図７】３レベルコンバータ回路の内側スイッチング素子が破損したときの過充電ルートの説明図。
【図８】３レベルコンバータ回路のクランプダイオードが破損したときの過充電ルートの説明図。
【図９】本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図。
【図１０】本発明の実施例３に係る電力変換装置の回路構成図。
【符号の説明】
【００４２】
１１  遮断器
１２  変圧器
１３  ３レベルコンバータ回路
１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３、１Ｒ４、１Ｓ１、１Ｓ２、１Ｓ３、１Ｓ４、１Ｔ１、１Ｔ２、１Ｔ３、１Ｔ４  スイッチング素子
２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３、２Ｒ４、２Ｓ１、２Ｓ２、２Ｓ３、２Ｓ４、２Ｔ１、２Ｔ２、２Ｔ３、２Ｔ４  フライホイールダイオード
３Ｒ１、３Ｒ２、３Ｓ１、３Ｓ２、３Ｔ１、３Ｔ２  クランプダイオード
４Ｒ１、４Ｒ２、４Ｓ１、４Ｓ２、４Ｔ１、４Ｔ２  ヒューズ
５Ｒ１、５Ｒ２、５Ｓ１、５Ｓ２、５Ｔ１、５Ｔ２  直流コンデンサ
１４  ３レベルインバータ回路
１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３、１Ｕ４、１Ｖ１、１Ｖ２、１Ｖ３、１Ｖ４、１Ｗ１、１Ｗ２、１Ｗ３、１Ｗ４  スイッチング素子
２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３、２Ｕ４、２Ｖ１、２Ｖ２、２Ｖ３、２Ｖ４、２Ｗ１、２Ｗ２、２Ｗ３、２Ｗ４  フライホイールダイオード
３Ｕ１、３Ｕ２、３Ｖ１、３Ｖ２、３Ｗ１、３Ｗ２  クランプダイオード
４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｖ１、４Ｖ２、４Ｗ１、４Ｗ２  ヒューズ
５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｖ１、５Ｖ２、５Ｗ１、５Ｗ２  直流コンデンサ
１５  交流電動機
１６、１７  短絡回路
１６Ｔ、１７Ｔ  サイリスタ
３０  コンバータ制御回路
４０  インバータ制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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