(57)【要約】【課題】Ｖｂｏフリーサイリスタの過電圧保護点弧を検出して保護動作を行う。【解決手段】Ｖｂｏフリーサイリスタ１ａ〜１ｎには、ゲートパルス発生回路３からのゲートパルス７が、供給路３１ａ〜３１ｎを通じて同時に与えられる。これらのサイリスタ１ａ〜１ｎ及びスナバ回路２ａ〜２ｎに並列に順電圧検出回路４ａ〜４ｎが接続される。この順電圧検出回路４ａ〜４ｎからの順電圧検出信号が、例えば光ファイバー５ａ〜５ｎを介してＶｂｏ検出回路６ａ〜６ｎに伝えられる。Ｖｂｏ検出回路６ａ〜６ｎは、ゲートパルス７と順電圧検出信号を用いてサイリスタ１ａ〜１ｎのブレークオーバ（Ｖｂｏ）を検出し、Ｖｂｏ検出信号８ａ〜８ｎを出力する。そしてゲートパルス発生回路３は、サイリスタ１ａ〜１ｎの一箇所からでもＶｂｏ検出信号８ａ〜８ｎが発生したときに、直ちにゲートパルス７の出力を停止するなどの処置を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数のサイリスタを同時にオンする動作の行われる回路に用いられるサイリスタ保護装置であって、
前記複数のサイリスタを過電圧保護機能付サイリスタで構成し、
前記複数のサイリスタの各順電圧の発生を検出する複数の検出手段と、
前記複数のサイリスタを同時にオンするゲートパルス後に前記順電圧が継続して発生している期間を測定する複数の測定手段と、
前記ゲートパルス後の順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別する判別手段と、
を有することを特徴とするサイリスタ保護装置。
【請求項２】
請求項１記載のサイリスタ保護装置において、
前記測定手段はカウンタで形成され、前記ゲートパルス後に前記順電圧が継続して発生している期間のクロック信号をカウントする
ことを特徴とするサイリスタ保護装置。
【請求項３】
請求項２記載のサイリスタ保護装置において、
前記測定手段を形成するカウンタの最大カウント値を設定し、
前記カウンタのオーバフロー出力により前記順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別する
ことを特徴とするサイリスタ保護装置。
【請求項４】
請求項２または３のいずれかに記載のサイリスタ保護装置において、
前記カウンタのカウント値により前記順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別する
ことを特徴とするサイリスタ保護装置。
【請求項５】
請求項４記載のサイリスタ保護装置において、
前記カウンタのカウント値を前記ゲートパルスの点弧位相角に応じた値と比較して前記順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別する
ことを特徴とするサイリスタ保護装置。
【請求項６】
請求項５記載のサイリスタ保護装置において、
前記ゲートパルスごとの前記カウンタのカウント値の最大値を順次記憶し、
前記記憶された最大値を演算処理して前記順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別する
ことを特徴とするサイリスタ保護装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載のサイリスタ保護装置において、
前記順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタが判別されたときは、前記ゲートパルスを停止する
ことを特徴とするサイリスタ保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高庄サイリスタ変換器のようにサイリスタを複数個直列接続して構成する回路に使用して好適なサイリスタ保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高庄サイリスタ変換器においては、例えば図８に示されるように、複数のサイリスタ１００ａ〜１００ｎを直列接続して構成したサイリスタバルブが用いられる。このような回路において、各サイリスタ１００ａ〜１００ｎのアノード・カソード間には、スナバ回路２００ａ〜２００ｎが接続されている。スナバ回路２００ａ〜２００ｎは、それぞれスナバ抵抗２０１、スナバコンデンサ２０２により構成されている。
【０００３】
なお、本出願の説明で同一数字を付したものは同一部品、同一回路を表し、複数個の区別はアルファベット（ａ〜ｎ）を付して行うものとする。ただし、複数個の区別なく指定する場合にはアルファベットを省略することもある。
【０００４】
そして、サイリスタ１００ａ〜１００ｎには、ゲートパルス発生回路３００から同時にゲートパルスが与えられ、同時に点弧状態（導通状態）となることで、一個のサイリスタのｎ倍の高電圧動作を行っている。なお、ゲートパルス発生回路３００からサイリスタ１００ａ〜１００ｎへのゲートパルスの供給路３０１ａ〜３０１ｎには、電気信号や光信号など様々な方法が採用されるものである。
【０００５】
ところがこのような回路構成において、ゲートパルス発生回路３００の故障や、ゲートパルスの供給路３０１ａ〜３０１ｎの断線などにより、任意のサイリスタ１００へのゲートパルスの供給が途絶えた場合には、そのサイリスタ１００は点弧状態となれないことになる。このため、サイリスタバルブの全電圧が１個のサイリスタ１００に集中して印加され、そのサイリスタ１００が過電圧破壊する恐れがあった。
【０００６】
この対策として、サイリスタ素子自身に過電圧保護機能のついたサイリスタ、いわゆるブレークオーバフリーサイリスタ（以下、Ｖｂｏフリーサイリスタと称する〉を使用する方法がある。このＶｂｏフリーサイリスタは、ブレークオーバ（Ｖｂｏ）電圧を超える電圧が印加されると自身でオン状態（以後、過電圧保護点弧と称する）となるので、過電圧破壊する問題を回避できる。
【０００７】
しかしながら、このようなＶｂｏフリーサイリスタにおいても、過電圧保護点弧が連続すると劣化または破損の生じる恐れがある。また、アノード・カソード間がＶｂｏ電圧まで上昇した後に点弧状態となることから、その間はスナバコンデンサ２０２には高電圧が充電され、スナバ抵抗２０１にも大電流が流れることになり、スナバ回路２００の劣化、破損が生じるなどの恐れもあった。
【０００８】
このような問題に対しては、例えば、ゲートパルスから所定時間後の各サイリスタの順電圧レベルを観測して、過電圧保護点弧の発生を判別するものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながらこの特許文献１の方法では、ゲートパルスから所定時間後の一点のみの観測であるため、諸条件を加味した安定的な過電圧保護点弧の発生の判別を行うことはできないものであった。
すなわち、高圧サイリスタ変換器に印加される電圧は交流（正弦波）であるため、点弧パルスの印加位相により電圧変化率が異なりＶｂｏ発生電圧までの電圧上昇時間が異なる。そのため、位相角を広範囲に変化させて動作する高圧サイリスタ変換器には所定時間の設定が難しい問題があった。また、観測時点にノイズが生じた場合には一点のみ観測では誤検出を行ってしまう問題もあった。
【特許文献１】特開２００５−２１０７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであって、本発明の目的は、Ｖｂｏフリーサイリスタが過電圧保護点弧を行ったことを検出してサイリスタバルブの動作を停止する保護動作を行うことにより、例えば高圧サイリスタ変換器の主要な構成要素であるＶｂｏフリーサイリスタ及びスナバ回路の劣化、破損を防止できるようにしたサイリスタ保護装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、直列に接続された複数のサイリスタを同時にオンする動作の行われる回路に用いられるサイリスタ保護装置であって、複数のサイリスタを過電圧保護機能付サイリスタで構成し、複数のサイリスタの各順電圧の発生を検出する複数の検出手段と、複数のサイリスタを同時にオンするゲートパルス後に順電圧が継続して発生している期間を測定する複数の測定手段と、ゲートパルス後の順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別する判別手段とを有することを特徴とするサイリスタ保護装置である。
【００１１】
また、請求項２に記載のサイリスタ保護装置においては、測定手段はカウンタで形成され、ゲートパルス後に順電圧が継続して発生している期間のクロック信号をカウントすることを特徴とする。請求項３に記載のサイリスタ保護装置においては、測定手段を形成するカウンタの最大カウント値を設定し、カウンタのオーバフロー出力により順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別することを特徴とする。請求項４に記載のサイリスタ保護装置においては、カウンタのカウント値により順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別することを特徴とする。
【００１２】
さらに請求項５に記載のサイリスタ保護装置においては、カウンタのカウント値をゲートパルスの点弧位相角に応じた値と比較して順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別することを特徴とする。請求項６に記載のサイリスタ保護装置においては、ゲートパルスごとのカウンタのカウント値の最大値を順次記憶し、記憶された最大値を演算処理して順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタを判別することを特徴とする。請求項７に記載のサイリスタ保護装置においては、順電圧の発生期間が所定値以上となったサイリスタが判別されたときは、ゲートパルスを停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のサイリスタ保護装置によれば、過電圧保護点弧の発生を検出して保護動作を行うので、Ｖｂｏフリーサイリスタおよびスナバ回路の劣化、破損を防止して、例えば高圧サイリスタ変換器に適用した場合に良好な装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１には、本発明によるサイリスタ保護装置を適用した高庄サイリスタ変換器の一実施の形態例の構成を示す。
【００１５】
図１において、サイリスタバルブを形成するそれぞれＶｂｏフリーサイリスタからなる複数のサイリスタ１ａ〜１ｎが直列に接続される。これらのサイリスタ１ａ〜１ｎのアノード・カソード間には、スナバ回路２ａ〜２ｎが接続される。スナバ回路２ａ〜２ｎは、それぞれスナバ抵抗器２１及びスナバコンデンサ２２により構成される。また、サイリスタ１ａ〜１ｎには、ゲートパルス発生回路３からのゲートパルス７が供給路３１ａ〜３１ｎを通じて同時に与えられる。
【００１６】
これらのサイリスタ１ａ〜１ｎ及びスナバ回路２ａ〜２ｎに並列に順電圧検出回路４ａ〜４ｎが接続される。この順電圧検出回路４は、例えば図２に示すように抵抗器４１と発光素子４２が直列に援続され、その両端がサイリスタ１に接続されている。従って、サイリスタ１に順電圧が印加されると抵抗器４１を介して発光素子４２に電流が流れ、発光素子４２が発光する。この光信号は、例えば光ファイバー５を介してＶｂｏ検出回路６に伝えられる。
【００１７】
Ｖｂｏ検出回路６は、例えば図３に示すように光ファイバー５の光信号を入力して電気信号に変換する光・電気変換回路（Ｏ／Ｅ）６１と、光・電気変換回路６１が電気信号に変換した順電圧信号６３及びゲートパルス７を入力としてＶｂｏ検出信号８を出力するクロックカウンタ６２とからなる。このクロックカウンタ６２は、ゲートパルス７でクロック信号のカウントをゼロからスタートし、順電圧信号６３の消失でストップする。カウント値が最大カウント値に達するとオーバフロー信号（ＯＶＦ）を発生するが、その状態をＶｂｏ検出信号８として出力する。
【００１８】
そして、図１においては、Ｖｂｏ検出回路６ａ〜６ｎからのＶｂｏ検出信号８ａ〜８ｎがゲートパルス発生回路３に供給され、サイリスタ１ａ〜１ｎの一箇所でもＶｂｏ検出信号８ａ〜８ｎが発生したときには、直ちにゲートパルス７の出力を停止するなどの処置が行われる。これによって、Ｖｂｏフリーサイリスタにおいても、過電圧保護点弧の連続による劣化、破損の恐れや、スナバコンデンサ２２の高電圧充電、スナバ抵抗器２１の大電流などによるスナバ回路２の劣化、破損などの恐れを回避できる。
【００１９】
さらに、図４を参照して本実施形態例の動作を説明する。なお図４では、Ｖｂｏフリーサイリスタ一個についてのＶｂｏ検出回路６の動作を説明し、時刻Ｔ１で正常時の動作、時刻Ｔ２で過電圧保護点弧発生時の動作を説明する。
【００２０】
図１のゲートパルス発生回路３からは、サイリスタバルブに印加される交流電圧の位相に同期したゲートパルス７が、図４Ａに示すような時刻Ｔ１、Ｔ２で発生される。このゲートパルス７がＶｂｏフリーサイリスタ１に供給されると、Ｖｂｏフリーサイリスタ１は基本的に導通する。
【００２１】
このため、アノード・カソード間電圧（以後、Ａ−Ｋ間電圧と略称）は、図４Ｂに示すように、時刻Ｔ１の正常時では、順電圧時はゲートパルス７が入力されるまでは印加される交流電圧となり、ゲートパルス７の入力後はゼロ電圧となる。また、逆電圧時は印加される交流電圧波形となる。
【００２２】
一方、過電圧保護点弧発生時の時刻Ｔ２では、直列接続された他のＶｂｏフリーサイリスタ１が点弧状態となり、当該Ｖｂｏフリーサイリスタ１にサイリスタバルブの印加電圧が集中するのでＡ−Ｋ間電圧は増加する。そしてこの電圧がＶｂｏ電圧を超えると過電圧保護点弧状態となり、Ａ−Ｋ間電圧はゼロ電圧となる。また、逆電圧時は印加される交流電圧波形となる。
【００２３】
これによって、順電圧検出信号５は、Ｖｂｏフリーサイリスタ１に順電圧が印加されている期間に発生するので、その発生期間は図４Ｃに示すとおりになる。
【００２４】
そしてクロックカウンタ６２は、図４Ｄに示すようにゲートパルス７でカウントを開始し、順電圧検出信号５の消失でカウント値をゼロクリアして停止する。したがって、図４Ｄの時刻Ｔ１の正常時では、ゲートパルス７の発生から順電圧検出信号５の消失までの時間間隔Ｔd1が小さいので、クロックカウンタ６２のカウント値は最大カウント値に達する前にゼロクリアされて停止する。
【００２５】
これに対して、図４Ｄの過電圧保護点弧発生時の時刻Ｔ２では、ゲートパルス７の発生から順電圧検出信号５の消失までの時間間隔Ｔd2が大きいので、クロックカウンタ６２は最大カウント値に到達してオーバフローが発生する。したがって、Ｖｂｏ検出回路６は、過電圧保護点弧発生時にはクロックカウンタ６２がオーバフローを発生することで、図４Ｅに示すようにＶｂｏ検出信号を出力する。
【００２６】
このようにして、上述の実施形態例によれば、Ｖｂｏフリーサイリスタが過電圧保護点弧となったこと検出することができる。これによって、Ｖｂｏフリーサイリスタにおいても、過電圧保護点弧の連続による劣化、破損の恐れや、スナバコンデンサの高電圧充電、スナバ抵抗器の大電流などによるスナバ回路の劣化、破損などの恐れを回避することができ、サイリスタバルブを保護することで、例えば高圧サイリスタ変換器の信頼性を向上させる効果がある。
【００２７】
さらに、上述の実施形態例では、クロックカウンタ６２によるオーバフローの発生の有無により過電圧保護点弧を検出するようにしたが、ゲートパルス７から順電圧検出信号６３消失までの時間間隔を直接に計測し、その計測値の大小により過電圧保護点弧を検出することも可能である。またその計測値の判定値を、ゲートパルス７の点弧位相角に応じたものとすることなども容易に行うことができる。
【００２８】
ゲートパルス７から順電圧検出信号６３消失までの時間間隔を直接に計測し、その計測値の大小により過電圧保護点弧を検出する他の実施の形態例を、図５及び図６を参照して説明する。
図５で、図１〜図４と同一の部分については符号を付し、説明を省略する。本例では、カウンタ９１は、クロックカウンタ６２と同様にゲートパルス７によりゼロからカウントを開始し、順電圧検出信号６３の消失によりカウントを停止することは同一であるが、カウント値をカウント出力９２に出力する点が異なるカウンタである。９３はＶｂｏ判定回路で、ゲートパルス７，カウント出力９２を入力してＶｂｏ検出信号８を出力する。
【００２９】
図６を用いてＶｂｏ判定回路９３の動作を説明する。図６は、Ｖｂｏ判定回路９３の動作をフローチャートで表したものである。ステップ９３０１で、ゲートパルス７の入力があるまで待機する。ステップ９３０２で、所定時間が経過するまで待つ処理を行う。この所定時間はカウンタ９１がカウントを行う時間であり、Ｖｂｏ発生の有無を判定できる十分な時間とする。ステップ９３０３で、カウント値９２を入力する。ステップ９３０４で、カウント値９２と所定の判定値との大小関係を判定する。カウント値９２＞判定値の場合は、ステップ９３０６でＶｂｏ検出信号８をセットし、Ｖｂｏ検出を出力する。カウント値９２≦判定値の場合は、Ｖｂｏ検出信号８をリセットし、Ｖｂｏ非検出を出力する。なお、判定値の設定は説明を省略したが、種々公知の技術により容易に設定することができる。
このようにして、本実施の形態の例によれば、Ｖｂｏフリーサイリスタが過電圧保護点弧となったことを検出することができる。本実施の形態例では、上述した一実施の形態例の効果に加えて、ゲートパルス７からの順電圧検出信号６３消失までの時間間隔が異なる高圧サイリスタ変換器に対しても判定値の変更により対応できる効果がある。
【００３０】
さらに、複数回の計測値を処理した値から過電圧保護点弧の発生を判定することも容易に行うことができる。そのことを、図７を参照して説明する。
この図７の例では、図５及び図６の例で説明した判定値を複数個のカウント値９２を使用して作成する。図７でＣ１，Ｃ２，・・・はカウント値９２の各入力値である。Ｔ１時点のカウント９２であるＣｎ＋１に対する判定値Ｒ１は次の（１）式で算出する。
判定値Ｒ１＝（Ｃ１＋Ｃ２＋・・・＋Ｃｎ）／Ｎ＋α  ・・・（１）
Ｔ２時点のカウント値９２であるＣｎ＋２に対する判定値Ｒ２は次の（２）式で算出する。
判定値Ｒ２＝（Ｃ２＋Ｃ３＋・・・＋Ｃｎ＋Ｃn+1）／Ｎ＋α  ・・・（２）
以後、同様にして直前のｎ個のカウント値９２を使用して判定値Ｒｎを計算する。なお、上式で計算される判定値Ｒｎは、カウント値９２のｎ個の移動平均値にαを加えたものとなっている。ここでαは、今回のカウント値９２がｎ個前の移動平均値より増加しても過電圧保護点弧と判定しない許容値を与えている。この結果、順電圧検出信号５の温度変動、経年変化などによる長時間の特性バラツキの影響を移動平均値により打消し、αの値で過電圧保護点弧の検出時間を設定することができる。
この例によれば、他の実施の形態と同様な効果に加えて、過電圧保護点弧の検出設定をより厳密に行える効果がある。
【００３１】
なお本発明は、上述の説明した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能とされるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるサイリスタ保護装置を適用した高庄サイリスタ変換器の一実施形態例の構成を示す構成図である。
【図２】その要部となる順電圧検出回路の構成を示す構成図である。
【図３】その要部となるＶｂｏ検出回路の構成を示す構成図である。
【図４】その説明のための動作波形図である。
【図５】本発明によるサイリスタ保護装置を適用した高庄サイリスタ変換器の他の実施形態例の構成を示す構成図である。
【図６】図５例の動作例を示すフローチャートである。
【図７】図５例の動作例を示すタイミング図である。
【図８】従来の高庄サイリスタ変換器の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ａ〜１ｎ…Ｖｂｏフリーサイリスタ、２ａ〜２ｎ…スナバ回路、３…ゲートパルス発生回路、４ａ〜４ｎ…順電圧検出回路、５ａ〜５ｎ…光フアイバー、６ａ〜６ｎ…Ｖｂｏ検出回路、７…ゲートパルス、８ａ〜８ｎ…Ｖｂｏ検出信号
【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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