(57)【要約】【課題】  複雑な制御を用いることなく、多重雷などに対応し得る小型で安価な半導体交流スイッチを提供する。【解決手段】  交流電源と負荷との間に逆並列に接続された二つのサイリスタ素子３，４で構成され、電源側と負荷側とを瞬時に遮断するために前記サイリスタ素子３，４を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路３０を具備した半導体交流スイッチであって、前記消弧回路３０は、リアクトル３２およびコンデンサ３３からなるＬＣ共振回路部３１と、そのＬＣ共振回路部３１に付設され、二つの消弧電流用サイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4を逆並列に接続した四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部３６とで構成されている。【選択図】    図１
2011023320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷との間に逆並列に接続された二つのサイリスタ素子で構成され、電源側と負荷側とを瞬時に遮断するために前記サイリスタ素子を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路を具備した半導体交流スイッチであって、前記消弧回路は、ＬＣ共振回路部と、前記ＬＣ共振回路部に付設され、二つの消弧電流用サイリスタ素子を逆並列に接続した四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部とで構成されていることを特徴とする半導体交流スイッチ。
【請求項２】
前記ＬＣ共振回路部のリアクトルに代わるインダクタンスを変圧器の漏れインダクタンスとした請求項１に記載の半導体交流スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源に瞬時電圧低下や停電が発生した時、インバータにより交流電圧を出力することにより負荷への電力供給を継続する瞬時電圧低下・停電対策装置に組み込まれ、瞬時電圧低下や停電の発生時に電源側と負荷側とを瞬時に遮断する半導体交流スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＰＵを用いた各種制御装置の普及により、落雷などによる商用電源などの交流電源の瞬時電圧低下や停電による障害が問題となっている。このため、銀行のオンライン、交通管制、コンピュータ制御や産業用製造設備、計測・制御用電源などの重要な負荷設備では、交流電源に発生した瞬時電圧低下や停電を速やかに検出して負荷設備への正常な電源電圧の供給を継続する瞬時電圧低下・停電対策装置が設置されている。
【０００３】
この瞬時電圧低下・停電対策装置は、図６に示すように、交流電源１と負荷２との間に逆並列に接続された二つの主サイリスタ素子３，４で構成されたサイリスタスイッチ５と、負荷２とサイリスタスイッチ５との間にトランス６を介して接続されたインバータ７とを備え、交流電源１に瞬時電圧低下や停電が発生した時、サイリスタスイッチ５を強制消弧させた後、インバータ７から交流電圧を出力することにより負荷２への電力供給を継続する。
【０００４】
この種の瞬時電圧低下・停電対策装置で使用されるサイリスタスイッチ５を構成する主サイリスタ素子３，４は、他の半導体素子と比較してオン電圧が低いことから通電時の損失が少なく、瞬時電圧低下・停電対策装置の運転損失を低減できる利点を有するが、主サイリスタ素子３，４は自己消弧能力のない素子であることからゲート信号をオフした上で主サイリスタ素子３，４に流れる負荷電流と逆方向の電流を流すパルス状の電圧をインバータ７から発生させて主サイリスタ素子３，４に流れる電流にゼロ点を設ける強制消弧を行うことで高速のターンオフを実現している。
【０００５】
このように瞬時電圧低下・停電対策装置では、インバータ７が消弧電流を出力する一方で負荷２への電圧を出力することになるため、そのインバータ７の制御が非常に複雑となっている。
【０００６】
そこで、前述の問題点を解消するため、インバータ７に依存することなく、図７に示すように、主サイリスタ素子３，４を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路１０を具備したサイリスタスイッチ５が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この特許文献１に開示されたサイリスタスイッチ５は、ＬＣ共振回路１１のリアクトル１２とコンデンサ１３との間に、二つの消弧電流用サイリスタ素子１４，１５を逆並列に接続した消弧回路１０を具備する。このサイリスタスイッチ５では、ＬＣ共振回路１１のリアクトル１２とコンデンサ１３との間に、二つの消弧電流用サイリスタ素子１４，１５を逆並列に接続した構成としたことにより、負荷電流の向きに応じた双方向の消弧電流を主サイリスタ素子３，４に流すことができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３３５５０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１で開示された従来のサイリスタスイッチ５では、ＬＣ共振回路１１のリアクトル１２とコンデンサ１３との間に、二つの消弧電流用サイリスタ素子１４，１５を逆並列に接続した構成としたことにより、主サイリスタ素子３，４に双方向の消弧電流を流すことができるようにしている。
【００１０】
なお、ＬＣ共振回路１１の場合、その共振電流が必ずゼロに限流されるため、消弧電流を制御する消弧回路１０に自己消弧能力のないサイリスタ素子１４，１５を使用することができ、そのサイリスタ素子１４，１５の周辺回路を簡素化することができることから消弧回路１０の小型化を図っている。
【００１１】
しかしながら、主サイリスタ素子３，４に流れる電流の向きによって、その主サイリスタ素子３，４がオフするまでに要する時間が異なることになり、サイリスタスイッチ５を瞬時電圧低下・停電対策装置に適用した場合、瞬時電圧低下や停電が発生してからインバータが負荷に電力供給を開始できるまでに要する時間もばらつくという問題が生じる。
【００１２】
また、他の消弧回路２０として、図８に示すようにリアクトル２２を介して四つの消弧電流用サイリスタ素子２４1〜２４4をブリッジ接続し、その直流側にコンデンサ２３を設けた構成のものがある。このサイリスタスイッチ５では、リアクトル２２を介して四つの消弧電流用サイリスタ素子２４1〜２４4をブリッジ接続し、その直流側にコンデンサ２３を設けた構成としたことにより、主サイリスタ素子３，４に双方向の消弧電流を流すことができるようにしている。
【００１３】
しかしながら、このサイリスタスイッチ５の場合、主サイリスタ素子３，４への消弧動作を行うごとに消弧回路２０のコンデンサ２３を、別に外部に設けた充電器から再び充電しなければならず、その充電時間中には主サイリスタ素子３，４を消弧させることが不可能なので、瞬時電圧低下や停電を短時間に繰り返し引き起こす繰り返しの落雷、すなわち多重雷などに対応させて主サイリスタ素子３，４を短時間に繰り返し連続消弧させることが困難であった。
【００１４】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、インバータの複雑な制御を必要とすることなく、多重雷などに対応し得る小型で安価な半導体交流スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、交流電源と負荷との間に逆並列に接続された二つの主サイリスタ素子で構成され、電源側と負荷側とを瞬時に遮断するために前記主サイリスタ素子を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路を具備した半導体交流スイッチであって、前記消弧回路は、ＬＣ共振回路部と、前記ＬＣ共振回路部に付設され、二つの消弧電流用サイリスタ素子を逆並列に接続した四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部とで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明では、主サイリスタ素子を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路を、ＬＣ共振回路部と、そのＬＣ共振回路部に付設され、二つの消弧電流用サイリスタ素子を逆並列に接続した四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部とで構成したことにより、主サイリスタ素子に流れる電流の向きにかかわらず、四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部の中から適切な消弧電流用サイリスタスイッチ部の組み合わせを選択することで、主サイリスタ素子に対して消弧動作に必要な電流を流すことができる。
【００１７】
また、消弧回路の動作後、ＬＣ共振回路部を構成するコンデンサに対して逆向きに電荷が自動的に充電される。このようにして、消弧回路によって主サイリスタ素子を一度強制消弧した後、再び強制消弧に必要なエネルギー（電圧）を外部の補助回路などによりコンデンサに蓄える再充電が不要となる。また、消弧回路の動作後にコンデンサが自動的に充電されることにより次の動作へのスタンバイが完了していることから、多重雷への対応も容易である。
【００１８】
なお、本発明では、前記ＬＣ共振回路部のリアクトルのインダクタンスに変圧器の漏れインダクタンスを用いることも可能である。このようにすれば、消弧電流用サイリスタ素子およびＬＣ共振回路部のコンデンサを主サイリスタ素子から絶縁することができ、消弧電流用サイリスタ素子に低電圧用のものが使用可能となり、半導体交流スイッチを高電圧回路に適用する場合であっても、消弧回路を低電圧回路とすることができ、小型化が実現容易となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、主サイリスタ素子を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路を、ＬＣ共振回路部と、そのＬＣ共振回路部に付設され、二つの消弧電流用サイリスタ素子を逆並列に接続した四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部とで構成したことにより、複雑な制御を用いることなく、多重雷などに対応し得る小型で安価な半導体交流スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る半導体交流スイッチの実施形態を示す回路図である。
【図２】図１の半導体交流スイッチの動作状態を説明するための回路図である。
【図３】図１の半導体交流スイッチの動作状態を説明するための回路図である。
【図４】図１の消弧回路の動作波形図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す回路図である。
【図６】半導体交流スイッチを使用した瞬時電圧低下・停電対策装置を示す概略構成図である。
【図７】半導体交流スイッチの従来例を示す回路図である。
【図８】半導体交流スイッチの他の従来例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る半導体交流スイッチの実施形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態では、半導体交流スイッチであるサイリスタスイッチ５を図６の瞬時電圧低下・停電対策装置に適用した場合について説明するが、瞬時電圧低下・停電対策装置以外の他の装置への適用も可能である。
【００２２】
図６に示す瞬時電圧低下・停電対策装置は、交流電源１と負荷２との間に逆並列に接続された二つの主サイリスタ素子３，４で構成されたサイリスタスイッチ５と、負荷２とサイリスタスイッチ５との間にトランス６を介して接続されたインバータ７とを備え、交流電源１に瞬時電圧低下や停電が発生した時、サイリスタスイッチ５を強制消弧させた後、インバータ７から交流電圧を出力することにより負荷２への電力供給を継続する。
【００２３】
この瞬時電圧低下・停電対策装置に組み込まれたサイリスタスイッチ５は、電源側と負荷側とを瞬時に遮断するために主サイリスタ素子３，４を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路３０を具備する。消弧回路３０は、リアクトル３２およびコンデンサ３３からなるＬＣ共振回路部３１と、そのＬＣ共振回路部３１に付設され、二つの消弧電流用サイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4を逆並列に接続した四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部３６とで構成されている。
【００２４】
なお、ＬＣ共振回路部３１の場合、その共振電流が必ずゼロに限流されるため、消弧電流を制御する消弧回路３０に自己消弧能力のないサイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4を使用することができ、そのサイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4の周辺回路を簡素化することができることから消弧回路３０の小型化を図っている。
【００２５】
このサイリスタスイッチ５では、主サイリスタ素子３，４を強制消弧させる消弧電流を発生させる消弧回路３０を、ＬＣ共振回路部３１と、そのＬＣ共振回路部３１に付設され、二つの消弧電流用サイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4を逆並列に接続した四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部３６とで構成したことにより、主サイリスタ素子３，４に流れる電流の向きにかかわらず、四群の消弧電流用サイリスタスイッチ部３６の中から適切な消弧電流用サイリスタスイッチ部３６（消弧電流用サイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4）の組み合わせを選択することで、主サイリスタ素子３，４に対して消弧動作に必要な電流を流すことができる。
【００２６】
例えば、コンデンサ３３の充電電圧の極性が図２に示す状態の場合、主サイリスタ素子３の導通時、消弧電流用サイリスタ素子３４1と３４4のオンで主サイリスタ素子３を消弧し、主サイリスタ素子４の導通時、消弧電流用サイリスタ素子３５2と３５3のオンで主サイリスタ素子４を消弧する。また、コンデンサ３３の充電電圧の極性が図３に示す状態の場合、主サイリスタ素子３の導通時、消弧電流用サイリスタ素子３４2と３４3のオンで主サイリスタ素子３を消弧し、主サイリスタ素子４の導通時、消弧電流用サイリスタ素子３５1と３５4のオンで主サイリスタ素子４を消弧する。
【００２７】
また、消弧回路３０の動作後、ＬＣ共振回路部３１のコンデンサ３３に対して消弧回路３０の動作前とは逆向きに電荷が自動的に充電される。このようにして、消弧回路３０によって主サイリスタ素子３，４を一度強制消弧した後、再び強制消弧に必要なエネルギー（電圧）を、外部に設けた充電器などの補助回路によりコンデンサ３３に蓄える再充電が不要となる。また、消弧回路３０の動作後にコンデンサ３３が自動的に充電されることにより次の動作へのスタンバイが完了していることから、多重雷への対応も容易である。
【００２８】
図４は前述した消弧回路３０の動作波形を示す。この動作波形を見ても明らかなように、交流電源１に瞬時電圧低下（瞬低）が発生すると、消弧回路３０の動作により、主サイリスタ素子３，４に流れる電流（スイッチ通電電流）と逆向きの消弧電流が流れることにより、主サイリスタ素子３，４に流れる電流がゼロに限流されて主サイリスタ素子３，４が強制消弧され、このサイリスタスイッチ５により交流電源１と負荷２とを瞬時に遮断完了する。この消弧回路３０の動作後、ＬＣ共振回路部３１のコンデンサ３３に対して逆向きに電荷が自動的に充電されることにより、コンデンサ電圧が反転している。
【００２９】
なお、図１に示す実施形態では、ＬＣ共振回路３１のリアクトル３２を素子で構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、図５に示す他の実施形態も可能である。
【００３０】
図５に示す実施形態では、ＬＣ共振回路部３１のリアクトル３２に代わるインダクタンスとして変圧器３７の漏れインダクタンスを利用している。このように変圧器３７の漏れインダクタンスを利用することにより、消弧電流用サイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4およびコンデンサ３３を主サイリスタ素子３，４から絶縁することができ、消弧電流用サイリスタ素子３４1〜4，３５1〜4に低電圧用のものが使用可能となり、サイリスタスイッチ５を高電圧回路に適用する場合であっても、消弧回路３０を低電圧回路とすることができ、小型化が実現容易となる。
【００３１】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００３２】
１  交流電源
２  負荷
３，４  主サイリスタ素子
５  半導体交流スイッチ（サイリスタスイッチ）
３０  消弧回路
３１  ＬＣ共振回路
３２  リアクトル
３３  コンデンサ
３４1〜4，３５1〜4  消弧電流用サイリスタ素子
３６  消弧電流用サイリスタスイッチ部
３７  変圧器
【図１】
2011023320.tif 000003
【図２】
2011023320.tif 000004
【図３】
2011023320.tif 000005
【図４】
2011023320.tif 000006
【図５】
2011023320.tif 000007
【図６】
2011023320.tif 000008
【図７】
2011023320.tif 000009
【図８】
2011023320.tif 000010