JP2005012950A

JP2005012950A - Semiconductor ac switch

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Publication number: JP2005012950A
Application number: JP2003175640A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Asaeda; 健明朝枝
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP4488693B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor AC switch that can block at a high speed by shortening a current blocking time, and is reducible in size. <P>SOLUTION: Means for suppressing switching surges at the time of turing-off are provided to gate circuits connected to self arc-suppressing element type semiconductor elements 11a to c, 12a to c, and a charging circuit 8 that charges capacitors 7a to c of a clamp snubber to a voltage peak value of an AC bus bar or higher is arranged. A constant of a serial body of resistors and capacitors is set so that a current of the serial body of the resistors 51a to c, 52a to c that are connected in parallel to the self arc-suppressing element type semiconductor elements 11a to c, 12a to c, and the capacitors 41a to c, 42a to c becomes not lower than leakage current values of the self arc-suppressing element type semiconductor elements 11a to c, 12a to c. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自己消弧型半導体素子を使用した半導体交流スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体交流スイッチ装置においては、ダイオードが逆並列接続された自己消弧素子型半導体素子を交流母線の各相に同一方向に接続してなる半導体交流スイッチ装置において、前記各自己消弧素子型半導体素子のそれぞれに有極性のスナバ回路を設けるともに前記各自己消弧素子型半導体素子に共通のクランプスナバ回路を設けたものが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１５１４３号公報（第３頁、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体交流スイッチは以上のように構成されているので、半導体交流スイッチ装置をオフする場合に半導体交流スイッチ装置の電流が有極性のスナバ回路に転流して有極性のスナバ回路の電圧が０から上昇し、クランプスナバ回路の電圧に達するまで流れ続けるので半導体交流スイッチ装置の電流遮断時間は遮断電流が小さいほど長くなり、また交流母線の電圧が高電圧のために半導体交流スイッチが多数個の自己消弧素子型半導体素子を直列接続して構成されるような場合には、素子電圧の分担を均一化するために各自己消弧素子型半導体素子毎に有極性のスナバ回路を設けなければならず、さらに遮断電流が大きい場合には有極性のスナバ回路は大型になり、半導体交流スイッチ装置の寸法が大きくなるなどの問題点があった。
【０００５】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にできる半導体交流スイッチ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体交流スイッチ装置では、ダイオードとコンデンサとダイオードの直列体でなるクランプスナバを自己消弧素子型半導体素子の直列接続体に各相ごとに並列接続するとともに前記各相のクランプスナバのコンデンサを共通に並列接続し前記自己消弧素子型半導体素子毎に抵抗とコンデンサの直列体を並列接続し、前記自己消弧素子型半導体素子毎に接続されるゲート回路にターンオフ時のスイッチングサージを抑制するサージ抑制手段を備え、前記クランプスナバのコンデンサを前記交流母線の電圧ピーク値以上に充電する充電手段を設けて、前記抵抗とコンデンサの直列体の電流が前記自己消弧素子型半導体素子の漏れ電流値以上になるように前記抵抗とコンデンサの直列体の定数を設定したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１は実施の形態１における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
【０００８】
図１において、直列接続構成の自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ、１１ｃと１２ｃは、３相交流母線ａ、ｂ、ｃに各々接続されている。
直列接続構成のダイオード２１ａと２２ａ、２１ｂと２２ｂ、２１ｃと２２ｃは、この自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ、１１ｃと１２ｃに各々逆並列接続されている。
そして、自己消弧素子型半導体素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃのゲート回路３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃが設けられるとともに、自己消弧素子型半導体素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃの並列スナバ４１ａと５１ａ、４２ａと５２ａ、４１ｂと５１ｂ、４２ｂと５２ｂ、４１ｃと５１ｃ、４２ｃと５２ｃ、および、自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ、１１ｃと１２ｃのクランプスナバ６１ａと７ａと６２ｂ、６１ｂと７ｂと６２ｂ、６１ｃと７ｃと６２ｃが設けられている。
充電回路８は、このクランプスナバコンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃの並列接続点ＰＣ、ＮＣ間に接続されている。
【０００９】
次に、動作について説明する。
前記自己消弧素子型半導体素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃは電圧駆動型の自己消弧素子型半導体素子（例えばＳｉやＳｉＣ基板のＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ）であり、ここではＩＧＢＴを使用した場合について図示している。前記自己消弧素子型半導体素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃの並列スナバ４１ａと５１ａ、４２ａと５２ａ、４１ｂと５１ｂ、４２ｂと５２ｂ、４１ｃと５１ｃ、４２ｃと５２ｃは両極性スナバでコンデンサと抵抗の直列体であり、前記自己消弧素子型半導体素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃをオフした後に印加される交流電源電圧に対してそれぞれ直列接続構成の前記自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ、１１ｃと１２ｃの電圧分担を均一化するように動作する。
すなわち、前記自己消弧素子型半導体素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃの漏れ電流特性値（一般に数ｍＡ）以上の電流が前記並列スナバに流れるようにスナバコンデンサ容量を設定すればよいので、小型にできる。
【００１０】
前記クランプスナバコンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃはそれぞれ前記自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ、１１ｃと１２ｃに近接して配置されように各相ａ、ｂ、ｃ毎に分散される。
すなわち、例えば前記自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａをオフすると、前記自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａの電流は前記クランプスナバコンデンサ７ａに第１のクランプスナバダイオード６１ａと第２のクランプスナバダイオード６２ａを介して転流するが、この転流ループの配線インダクタンスを低減することにより、ターンオフ時に前記自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａの両端に発生するスイッチングサージ電圧を抑制する。
【００１１】
なお、前記クランプスナバコンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃは前記充電回路８の充電変圧器８１と充電用整流器８２により、交流電源電圧のピーク値以上の電圧レベルに充電され、前記自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ、１１ｃと１２ｃがオフした後の前記クランプスナバコンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃの転流電流を速やかに減衰させるように動作する。前記ゲート回路３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃは同じ構成のものであり、ゲート信号ＧＳに基いて前記自己消弧素子型半導体素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃをオン、オフする通常動作以外にターンオフ時に発生するの電圧分担を均一にする動作をする。
すなわち、例えば前記ゲート回路３１ａにおいて、第１のゲート増幅器３１０はゲート信号ＧＳに基いて前記自己消弧素子型半導体素子１１ａをオン、オフする。
パルス発生器３１１はゲート信号ＧＳがオンからオフに切り替わった時刻に所定時間幅のパルス信号を発生する。
前記自己消弧素子型半導体素子１１ａの過電圧検出器３１２は、スイッチングサージ電圧が発生したときに過電圧レベルを超えたことを判別する。
ＡＮＤ回路３１３は、この過電圧検出器３１２の過電圧レベル判別信号と前記パルス発生器３１１のパルス信号のＡＮＤ動作を行う。
第２のゲート増幅器３１４は、このＡＮＤ回路３１３の出力信号に基いて前記自己消弧素子型半導体素子１１ａのゲート電圧をスレッショルド電圧（ＩＧＢＴがオフからオンに切り替わるゲート電圧）レベル付近まで高速に上昇させ、過大なスイッチングサージ電圧の印加を抑制して直列接続素子間の電圧分担を均一化する。
【００１２】
なお、前記実施の形態１では交流電源電圧のピーク値以上に充電されたクランプスナバを各相に分散して各相の自己消弧素子型半導体素子に近接配置することによりスイッチングサージ電圧を抑制するとともに転流電流を高速に減衰することができ、またゲート回路に過大なスイッチングサージ電圧の印加を抑制する手段を設けることにより直列接続構成の自己消弧素子型半導体素子間のスイッチングサージ電圧分担を均一化することができ、また小容量の並列スナバを設けることによりオフ状態での直列接続構成の自己消弧素子型半導体素子間の交流電源電圧分担を均一化することができ、小型で信頼性が高く、高速動作の半導体交流スイノッチ装置を得ることができる。
なお、自己消弧素子型半導体素子が２個直列接続されたものを簡単のために示したが、３個以上の直列接続されたものであってもよい。
【００１３】
この発明による実施の形態１によれば、ダイオード２１ａ，２２ａ、２１ｂ，２２ｂ、２１ｃ，２２ｃが逆並列接続された自己消弧素子型半導体素子１１ａ，１２ａ、１１ｂ，１２ｂ、１１ｃ，１２ｃの直列接続体が交流母線の各相に同一方向に接続してなる半導体交流スイッチ装置において、ダイオード６１ａ，６１ｂ，６１ｃとコンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃとダイオード６２ａ，６２ｂ，６２ｃの直列体で構成されるクランプスナバ６ａ１，７ａ，６２ａ、６１ｂ，７ｂ，６２ｂ、６１ｃ，７ｃ，６２ｃを自己消弧素子型半導体素子１１ａ，１２ａ、１１ｂ，１２ｂ、１１ｃ，１２ｃの直列接続体に各相ごとに並列接続するとともに前記各相のクランプスナバのコンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃを共通に並列接続し前記自己消弧素子型半導体素子毎に抵抗５１ａ〜ｃ，５２ａ〜ｃとコンデンサ４１ａ〜ｃ，４２ａ〜ｃの直列体を並列接続し、前記自己消弧素子型半導体素子毎に接続されるゲート回路３１ａ〜ｃ，３２ａ〜ｃにターンオフ時のスイッチングサージを抑制する過電圧検出器３１２、ＡＮＤ回路３１３およびゲート増幅器３１４からなるサージ抑制手段を備え、前記クランプスナバのコンデンサ７ａ，７ｂ，７ｃを前記交流母線の電圧ピーク値以上に充電する充電回路８からなる充電手段を設けて、前記抵抗５１ａ〜ｃ，５２ａ〜ｃとコンデンサ４１ａ〜ｃ，４２ａ〜ｃの直列体の電流が前記自己消弧素子型半導体素子の漏れ電流値以上になるように前記抵抗５１ａ〜ｃ，５２ａ〜ｃとコンデンサ４１ａ〜ｃ，４２ａ〜ｃの直列体の定数を設定したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にできる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００１４】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図２に基づいて説明する。図２は実施の形態２における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１５】
前記実施の形態１では、直列接続された半導体素子の過電圧印加を抑制して電圧分担を均一化する手段等について述べたが、高電圧の交流半導体スイッチ装置を小型化する場合に前記ゲート回路３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃへゲート電力を供給する手段の小型も必要である。
【００１６】
図２において、ａ〜ｃ相の絶縁トランス９ａ〜９ｃであって、低圧回路の高周波電源９の出力に共通に接続される。
ゲートトランス９１ａ〜９４ａ、９１ｂ〜９４ｂ、９１ｃ〜９４ｃは、それぞれａ〜ｃ相の４個直列接続された自己消弧素子型半導体素子１１ａ〜１４ａ、１１ｂ〜１４ｂ、１１ｃ〜１４ｃにゲート回路３１ａ〜３４ａ、３１ｂ〜３４ｂ、３１ｃ〜３４ｃを介してゲート電力を給電する。
このゲートトランス９２ａと９３ａは前記絶縁トランス９ａに共通に接続され、ゲートトランス９１ａと９４ａはそれぞれゲートトランス９２ａと９３ａの出力に直列接続される。
ｂ相およびｃ相のゲートトランス９１ｂ〜９４ｂおよび９１ｃ〜９４ｃもそれぞれ前記絶縁トランス９ｂおよび９ｃにａ相と同様に接続される。
【００１７】
低圧回路と高圧回路間の絶縁を前記絶縁トランス９ａ〜９ｃに持たせることにより、前記ゲートトランス９１ａ〜９４ａ、９１ｂ〜９４ｂ、９１ｃ〜９４ｃは前記自己消弧素子型半導体素子１１ａ〜１４ａ、１１ｂ〜１４ｂ、１１ｃ〜１４ｃの１素子分の絶縁耐圧を持たせるだけでよい。
【００１８】
また、前記ゲートトランス９２ａおよび９３ａはそれぞれ前記自己消弧素子型半導体素子１１ａと１２ａ、１３ａと１４ａのゲート電力を供給するので、素子２個分の容量が必要になるが、電圧型駆動の自己消弧素子型半導体素子はゲート電力が小さいことが特長であるので容量は小さくてよく、高電圧の絶縁を必要としないことから、前記ゲートトランス９１ａ〜９４ａ、９１ｂ〜９４ｂ、９１ｃ〜９４ｃを小型化できる。
【００１９】
なお、図２では偶数個の直列接続構成例として、４個直列接続された自己消弧素子型半導体素子の２個直列素子毎の２群に分割して、ゲートトランスを接続構成したものを示したが、自己消弧素子型半導体素子の直列接続数が奇数個であってもよく、例えば５個直列接続された自己消弧素子型半導体素子の場合には２個直列素子と３個直列素子の２群に分割対応させてゲートトランスを接続構成すればよい。
【００２０】
この発明による実施の形態２によれば、前述した実施の形態１における構成にいて、前記自己消弧素子型半導体素子１１ａ〜１４ａ、１１ｂ〜１４ｂ、１１ｃ〜１４ｃの直列接続体を２分割し、その中間素子側から順番にゲートトランス９ａ〜９ｃ、９１ａ，９２ａ，９３ａ，９４ａ、９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ，９４ｂ、９１ｃ，９２ｃ，９３ｃ，９４ｃを直列接続して前記自己消弧素子型半導体素子の前記ゲート回路にゲート９ａ〜９ｃから９２ａ〜ｃ，９３ａ〜ｃ、９１ａ〜ｃ，９４ａ〜ｃへと展開してゲート電力を供給するようにしたので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、ゲートトランスを含め全体を小型にできる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００２１】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図３に基づいて説明する。図３は実施の形態３における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１または実施の形態２と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２２】
前記実施の形態１では、直列接続された半導体素子の過電圧印加を抑制して電圧分担を均一化する手段等について述べたが、この実施の形態３では、外雷サージなどによる大地絶縁保護手段を図３に示す。
【００２３】
図において、クランプコンデサ７１ａ、７２ａ、７１ｂ，７２ｂ，７１ｃ，７２ｃは、図１のクランプスナバコンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃをそれぞれ２群に分割して直列接続され、各中間接続点ＣＣは共通に接続される。
アレスタ１００は、前記クランプコンデサ７１ａ、７２ａ、７１ｂ，７２ｂ，７１ｃ，７２ｃの中間接続点ＣＣと大地（アース）間に接続される。
【００２４】
各母線ａ〜ｃと大地間に発生した外雷サージは前記クランプコンデサ７１ａ、７２ａ、７１ｂ，７２ｂ，７１ｃ，７２ｃを介して前記アレスタ１００に流れるように構成したので、構造を簡略化でき、経済的に優れた装置を得ることができる。
【００２５】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２においける構成において、前記クランプスナバのコンデンサを２分割に直列接続してその中間接続点ＣＣと大地間にアレスタ１００を接続したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、構造を簡略化できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００２６】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図４に基づいて説明する。図４は実施の形態４における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかと同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２７】
前記実施の形態１では、直列接続された半導体素子の過電圧印加を抑制して電圧分担を均一化する手段等について述べたが、この実施の形態４では、装置内部で地絡した場合の検出手段を図４に示す。
図において、抵抗器１０１は、クランプコンデサ７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂ、７１ｃ、７２ｃの中間接続点ＣＣと大地（アース）間に接続される。
電圧検出器１０２Ｐ、１０２Ｎは、それぞれ前記クランプコンデサ７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂ、７１ｃ、７２ｃの並列接続点ＰＣと中間接続点ＣＣ、並列接続点ＮＣと中間接続点ＣＣ間に接続される。
過電圧検出器１０３Ｐ、１０３Ｎは、それぞれこの電圧検出器１０２Ｐ、１０２Ｎに接続される。
【００２８】
例えば、ａ相の自己消弧型半導体素子１２ａと１３ａの中間接続点ａ”で地絡が発生した場合には、図示破線で示すように前記抵抗器１０１を通る経路で地終電流が流れて、前記並列接続点ＰＣと中間接続点ＣＣ間の電圧が上昇し、前記過電圧検出器１０３Ｐにより地絡が検出される。
以上のように地絡検出手段を構成したので、地絡検出の精度を向上でき、また経済的に優れた装置を得ることができる。
【００２９】
この発明による実施の形態４によれば、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかの構成において、前記クランプスナバのコンデンサを２分割して直列接続し、その中間接続点ＣＣと大地間に抵抗器１０１を接続し、前記２分割された前記クランプスナバのコンデンサの両端電圧を検出する電圧検出器１０２Ｐ，１０２Ｎおよび過電圧検出器１０３Ｐ，１０３Ｎからなる電圧検出手段を備え、前記電圧検出器１０２Ｐ，１０２Ｎおよび過電圧検出器１０３Ｐ，１０３Ｎからなる電圧検出手段により地絡事故を検出するようにしたので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、地絡検出の精度を向上できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００３０】
実施の形態５．
この発明による実施の形態５を図５に基づいて説明する。図５は実施の形態５における半導体交流スイッチ装置の構造を示す正面図である。
この実施の形態５において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態４のいずれかと同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３１】
前記実施の形態１〜４では、交流半導体スイッチ装置の主回路構成について述べたが、この実施の形態５では、交流半導体スイッチ装置の構造の正面図を図５に示す。
【００３２】
図において、自己消弧素子型半導体モジュール１１１ａ〜１１４ａ、１１１ｂ〜１１４ｂ、１１１ｃ〜１１４ｃは、図３に示すような主回路構成の自己消弧素子型半導体素子と逆並列ダイオード（例えば１１ａと２１ａ）の各チップが同じパッケージに収納されている。
交流半導体ユニット１２１ａ、１２２ａ、１２１ｂ、１２２ｂ、１２１ｃ、１２２ｃは、この自己消弧素子型半導体素子モジュールとクランプスナバダイオード（例えば１１１ａ、１１２ａ、６１ａ）で構成される。
【００３３】
前記実施の形態１で述べたように、自己消弧素子型半導体素子とクランプスナバの転流ループのインダクタンスを低減できる構造を実現するために、例えばａ相の交流半導体ユニット１２１ａにおいて自己消弧素子型半導体モジュール１１１ａと１１２ａは横並びに配置され、母線ａから順番に直列接続されて中間点ａ”に至る。一方、第１のクランプスナバダイオード６１ａは前記自己消弧素子型半導体モジュール１１１ａと１１２ａに近接配置され、この交流半導体ユニット１２１ａの横に近接して分散配置されたクランプスナバコンデンサ７１ａと母線ａ間に接続される。ａ相のもう片方の交流半導体ユニット１２２ａにおいて自己消弧素子型半導体モジュール１１３ａと１１４ａは横並びに配置され、中間点ａ”から順番に直列接続されて母線ａ’に至る。
【００３４】
一方、第２のクランプスナバダイオード６２ａは前記自己消弧素子型半導体モジュール１１３ａと１１４ａに近接配置され、この交流半導体ユニット１２２ａの横に分散して近接配置されたクランプスナバコンデンサ７２ａと母線ａ，間に接続されて、各クランプスナバコンデンサ７１ａと７２ａの中間接続点ＣＣが共通に接続される。ｂ相およびｃ相も同様に接続構成され、ａ、ｂ、ｃ相の各交流半導体ユニットおよびクランプスナバコンデンサを上下方向に６段に積み上げて構成する。
【００３５】
以上のように、交流半導体ユニットとクランプスナバコンデンサを各相２分割して配置したので、転流インダクタンスを低減できるとともに構造を簡略化でき、経済的に優れた装置を得ることができる。
【００３６】
なお、自己消弧素子型半導体モジュールが４個直列接続されたものを示したが、２個以上の直列接続されたものであってもよく、また奇数個の直列接続の場合には、例えば５個直列接続の場合には前記クランプスナバのコンデンサを２分割にトをそれぞれ自己消弧素子型半導体モジユールが３個および２個の直列体の２群で構成したものであってもよい。
【００３７】
この発明による実施の形態５によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、２分割された前記自己消弧素子型半導体素子の直列接続体の片方と、前記第１および第２のクランプスナバグイオードの片方を交流半導体ユニットとして構成し、この交流半導体ユニットを前記自己消弧素子型半導体素子とその逆並列ダイオードと一体化されてなる自己消弧素子型半導体モジュールを横方向に配置して順番に直列接続するとともに前記前記第１および第２のクランプスナバダイオードの片方をこの自己消弧素子型半導体モジユールに近接配置した構造とし、２分割された前記クランプスナバのコンデンサの片方を前記交流半導体ユニットの横に近接配置し、もう片方の前記交流半導体ユニットと前記前記クランプスナバのコンデンサを上下方向の位置に配置して１相分を構成し、前記交流半導体ユニットと前記前記クランプスナバのコンデンサを上下方向に全体で６段に積み上げた構造で３相分を構成したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、転流インダクタンスを低減できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００３８】
実施の形態６．
この発明による実施の形態６を図６に基づいて説明する。図６は実施の形態６における半導体交流スイッチ装置の構造を示すものであって、図６（ａ）は平面図を示し、図６（ｂ）は正面図を示し、図６（ｃ）は裏面図を示している。
この実施の形態６において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態５と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３９】
前記実施の形態５ではａ、ｂ、ｃ相の各交流半導体ユニットおよびクランプスナバコンデンサを上下方向に６段に積み上げて構成する場合について示したが、図６に示すようにａ、ｂ、ｃ相の各交流半導体ユニットを前面と裏面に配置して３段積み上げで構成したものであってもよく、前記実施の形態５と同様に転流インダクタンスの低減効果を示す。
【００４０】
図において、母線ａ、ｂ、ｃに接続される交流半導体ユニット１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃを裏面側に上下方向に３段積み上げで構成し、母線ａ’、ｂ’、ｃ’に接続される交流半導体ユニット１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを正面側に上下方向に３段積み上げで構成する。
【００４１】
以上のように構成したので、自己消弧素子型半導体モジュールとクランプスナバダイオードに流れる電流の向きが同じになり、交流半導体ユニットを１種類にすることができるので、構造を簡略化でき、経済的に優れた装置を得ることができる。
【００４２】
この発明による実施の形態６によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、１相分の前記交流半導体ユニットを前面と裏面に背中合わせして配置し、１相分の２分割された前記クランプスナバのコンデンサを前面と裏面に背中合わせして前記各交流半導体ユニットの横に配置してこの交流半導体ユニットとクランプスナバのコンデンサを上下方向に３段に積み上げた構造で３相分を構成したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、構造を簡略化できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００４３】
実施の形態７．
この発明による実施の形態７を図７に基づいて説明する。図７は実施の形態７における半導体交流スイッチ装置の構造を示す正面図である。
この実施の形態７において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態５または実施の形態６と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４４】
前記実施の形態５および６では各交流半導体ユニットが１並列接続されたものを示したが、図７に示すように各交流半導体ユニットが２個並列接続構成されたものであってもよく、前記実施の形態５および６と同様に転流インダクタンスの低減効果を示す。
【００４５】
図において、交流半導体ユニット１２２ａ’、１２２ｂ’、１２２ｃ’は、それぞれ交流半導体ユニット１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃと並列接続されて６段に積み上げで構成される。
図示していないが、裏面側は図６から類推されるようにもう片方の各交流半導体ユニット１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃと並列接続される交流半導体ユニット１２１ａ’、１２１ｂ’，１２１ｃ’が６段に積み上げで構成される。
なお、２並列接続の交流半導体ユニット間の分流を均一化するために各相の交流半導体ユニットの中間接続点は例えば、ａ相では交流半導体ユニット１２１ａと１２２ａの中間接続点ａ”と並列接続される交流半導体ユニット１２１ａ’と１２２ａ’の中間接続点ａ’’’ は接続しない。
【００４６】
以上のように構成したので、自己消弧素子型半導体モジュールとクランプスナバダイオードに流れる電流の向きが同じになり、交流半導体ユニットを１種類にすることができるので、構造を簡略化でき、経済的に優れた装置を得ることができる。
【００４７】
この発明による実施の形態７によれば、前記交流半導体素子スイッチが２セット並列接続される半導体交流スイッチ装置において、１セット１相分の前記交流半導体ユニットを前面と裏面に背中合わせして配置し、１セット１相分の２分割された前記クランプスナバのコンデンサを前面と裏面に背中合わせして前記各交流半導体ユニットの横に配置し、その下側にもう１セット１相分の前記交流半導体ユニットと１セット１相分の２分割された前記クランプスナバのコンデンサを配置して、前記交流半導体ユニットと前記前記クランプスナバのコンデンサを上下方向に全体で６段に積み上げた構造で２セット３相分を構成したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、構造を簡略化できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００４８】
実施の形態８．
この発明による実施の形態８を図８に基づいて説明する。図８は実施の形態８における半導体交流スイッチ装置の構造を示すものであって、図８（ａ）は平面図を示し、図８（ｂ）は正面図を示している。
この実施の形態８において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態７と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４９】
前記実施の形態７では各交流半導体ユニットが２並列接続され、正面側と裏面側にそれぞれ６段に積み上げで構成されたものを示したが、図８に示すように各交流半導体ユニットが正面側と裏面側に３段に積み上げたものを横並びに配置して２並列接続構成されたものであってよく、前記実施の形態５〜７と同様に転流インダクタンスの低減効果を示す。
【００５０】
図において、正面側と裏面側に分離して２並列接続構成された各交流半導体ユニットを配置するとともにクランプスナバコンデンサを中央部に集中配置している。すなわち、正面側配置の各交流半導体ユニット１２１ａ、１２２ａ、１２１ｂ、１２２ｂ、１２１ｃ、１２２ｃは各相毎に３段に積み上げられ、クランプスナバコンデンサ７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂ、７１ｃ、７２ｃを挟んで左右に分離して配置される。
図示していないが、裏面側には並列接続される各交流半導体ユニット１２１ａ’、１２２ａ’、１２１ｂ’、１２２ｂ’、１２１ｃ’、１２２ｃ’は各相毎に３段に積み上げられ、クランプスナバコンデンサ７１ａ’、７２ａ’、７１ｂ’、７２ｂ’、７１ｃ’、７２ｃ’を挟んで左右に分離して配置される。
１０４および１０４’はこの装置を左右に２分割した構造であって、正面側と裏面側を反対にして組み合わせた構造であり、交流半導体スイッチの構造を１種類にすることができるので、経済的に優れた装置を得ることができる。
また、２並列接続の交流半導体スイッチ装置の入出力母線ａ、ａ’間、ｂ、ｂ’間、ｃ、ｃ’間の距離は同じになるので分流をよくするこができる。
【００５１】
この発明による実施の形態８によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、実施の形態６における前記半導体交流スイッチ装置を２台備え、お互いに前記クランプスナバのコンデンサの配置が隣り合わせになるように片方の前記半導体交流スイッチ装置を前面と裏面を逆にして列盤構成にしたので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、転流インダクタンスを低減できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００５２】
実施の形態９．
この発明による実施の形態９を図９に基づいて説明する。図９は実施の形態９における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態９において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態８までの何れかと同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００５３】
前記実施の形態１〜８では交流半導体スイッチ装置の主回路および構造について述べたが、図９はこの交流半導体スイッチ装置を交流電源に連系する際の保護手段を示す。
【００５４】
図において、交流半導体スイッチ装置４００に負荷４０１が接続され、第１の機械スイッチ４０２は、前記交流半導体スイッチ装置４００に並列に接続される。
前記負荷４０１を交流電源に投入する場合に、負荷４０１に変圧器やモータで構成されていると磁気蝕和のために過大な突入電流が流れることがあり、前記交流半導体スイッチ装置４００を破壊する危険がある。
まず、前記第１の機械スイッチ４０２をオンして前記負荷４０１の突入電流を通電し、突入電流が減衰した後に前記交流半導体スイッチ装置４００をオンするとともに前記第１の機械スイッチ４０２をオフする。
【００５５】
以上のように、負荷を交流電源に投入する際の過大な突入電流が交流半導体スイッチ装置に流れるのを防止できるので、小型、かつ安価な装置を得ることができる。
【００５６】
この発明による実施の形態９によれば、実施の形態１から実施の形態８までのいずれかの構成において、交流電源と負荷４０１との間に前記半導体交流スイッチ装置４００が接続され、この半導体交流スイッチ装置４００に並列に接続された第１の機械スイッチ４０２を備え、前記半導体交流スイッチ装置４００をオンする際に、先にこの第１の機械スイッチ４０２をオンして、前記負荷４０１の突入電流が前記半導体交流スイッチ装置４００に流れるのを防止したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、より一層小型にできる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００５７】
実施の形態１０．
この発明による実施の形態１０を図１０に基づいて説明する。図１０は実施の形態１０における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態１０において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態９と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００５８】
前記実施の形態９ではこの交流半導体スイッチ装置を交流電源に連系する際の保護手段として第１の機械スイッチを併用する場合について示したが、図１０に示すようにこの交流半導体スイッチ装置の高速なオフ動作機能を利用して交流電源に連系してもよい。
【００５９】
図において、電流検出器４０３は、前記負荷４０１の突入電流を検出する。突入電流保護回路４０４は、この電流検出器４０３の突入電流検出信号にもとづき、前記交流半導体スイッチ装置４００を過電流破壊から保護する。
この突入電流保護回路４０４は突入電流が過電流保護レベルに到達する毎に、直ちに前記交流半導体スイッチ装置４００をオフして交流電源の半周期後に再びオンするように前記交流半導体スイッチ装置４００へゲート信号ＧＳを与え、前記負荷４０１内の変圧器やモータの偏磁を抑制しつつ突入電流を早く減衰できる。
【００６０】
以上のように、負荷を交流電源に投入する際の過大な突入電流が交流半導体スイッチ装置に流れるのを防止できるので、小型、かつ安価な装置を得ることができる。
【００６１】
この発明による実施の形態１０によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、交流電源と負荷４０１との間に前記半導体交流スイッチ装置４００が接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００をオンした際に、前記負荷４０１の突入電流を検出して前記半導体交流スイッチ装置４０１を直ちにオフし、前記交流電源の周波数の半周期後に再度オンするように作動する突入電流保護回路４０４を設けて、前記負荷４０１の突入電流が前記半導体交流スイッチ装置４００に流れ続けるのを防止したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、更に小型にできる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００６２】
実施の形態１１．
この発明による実施の形態１１を図１１に基づいて説明する。図１１は実施の形態１１における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態１１において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態９または実施の形態１０と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００６３】
前記実施の形態９および１０ではこの交流半導体スイッチ装置を交流電源に連系する際の保護手段を示したが、図１１は無停電電源装置（以下、ＵＰＳという）と併用して使用される場合の過電圧保護手段を示す。
【００６４】
図において、前記交流半導体スイッチ装置４００に直列接続される第２の機械スイッチ４０５、および、前記交流半導体スイッチ装置４００と前記負荷４０１との中間接続点に接続されるＵＰＳ４０６が設けられている。
交流電源の電圧を検出する電圧検出器４０７の出力に接続された停電検出回路４０８の出力信号は前記交流半導体スイッチ装置４００および前記ＵＰＳ４０６に与えられる。
前記電圧検出器４０７の出力に接続された同期制御回路４０９の出力信号は前記ＵＰＳ４０６に与えられる。
前記ＵＰＳ４０６は常時、この同期制御回路４０９により、交流電源に同期した周波数で待機運転しており、交流電源系統の事故で交流電源が停電した場合に前記停電検出回路４０８により前記負荷４０１に電力を供給するように制御され、それと同時に前記交流半導体スイッチ装置４００はオフされる。
【００６５】
交流電源電圧が大きく低下して停電時間が長くなると、前記同期制御回路４０９に基いて前記ＵＰＳ４０６の出力周波数および位相を交流電源に同期させることが困難になり、最悪、交流電源が復電した際に交流電源と前記ＵＰＳ４０６の出力電圧の位相が１８０°ずれることが起こる。
この場合には、前記交流半導体スイッチ装置４００の両端には交流電源電圧と前記ＵＰＳ４０６の出力電圧の和電圧が印加されるために、前記交流半導体スイッチ装置４００を過電圧で破壊する恐れがある。
前記第２の機械スイッチ４０５を停電が発生すると前記停電検出回路４０８によりオフすることにより、交流電源と前記ＵＰＳ４０６の出力電圧の位相が１８０°ずれた場合には前記第２の機械スイッチ４０５に交流電源電圧と前記ＵＰＳ４０６の出力電圧の和電圧が印加されるために、前記交流半導体スイッチ装置４００の両端には電圧が印加されず、過電圧が発生することがない。
【００６６】
以上のように構成したので、過電圧破壊を防止でき、信頼性が高く、小型、かつ安価な装置を得ることができる。
【００６７】
この発明による実施の形態１１によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、交流電源と負荷４０１との間に第２の機械スイッチ４０５と前記半導体交流スイッチ装置４００が直列に接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００と負荷４０１との接続点に無停電電源装置４０６が接続され、前記交流電源が停電した際に前記半導体交流スイッチ装置４００と第２の機械スイッチ４０５をオフするとともに前記無停電電源装置４０６から前記負荷４０１に給電するようにして、前記半導体交流スイッチ装置４００に過電圧が印加されるのを防止したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、過電圧破壊を防止できて、信頼性を向上できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００６８】
実施の形態１２．
この発明による実施の形態１２を図１２に基づいて説明する。図１２は実施の形態１２における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態１２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００６９】
前記実施の形態１１ではこの交流半導体スイッチ装置をＵＰＳと併用して使用される場合の過電圧保護手段を示したが、図１２にこのＵＰＳと併用して使用される場合の過電流保護手段を示す。
【００７０】
図において、過電流保護回路４１０は、負荷４０１の電流を検出する前記電流検出器４０３を介して接続され、前記交流半導体スイッチ装置４００の過電流保護レベルに達すると、前記ＵＰＳ４０６に電流指令を与える。
【００７１】
このように、前記負荷４０１に過電流が発生した場合には前記交流半導体スイッチ装置４００および前記ＵＰＳ４０６から負荷電流を供給することにより、前記交流半導体スイッチ装置４００が過電流で破壊するのを防止でき、信頼性が高く、小型、かつ安価な装置を得ることができる。
【００７２】
この発明による実施の形態１２によれば、実施の形態１から実施の形態４のいずれかの構成において、交流電源と負荷４０１との間に前記半導体交流スイッチ装置４００が接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００と負荷４０１との接続点に無停電電源装置４０６が接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００をオンして前記交流電源から前記負荷４０１に給電中に、前記負荷４０１に過電流が発生した際に前記無停電電源装置４０６からも前記負荷４０１に給電するようにして前記半導体交流スイッチ装置４００に過電流が流れ続けるのを防止したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、過電流で破壊するのを防止できて、信頼性を向上できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００７３】
実施の形態１３．
この発明による実施の形態１３を図１３に基づいて説明する。図１３は実施の形態１３における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態１３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１２と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００７４】
前記実施の形態１２ではこの交流半導体スイッチ装置をＵＰＳと併用して使用される場合の過電流保護手段を示したが、図１３に無効電流による過電流保護手段を示す。
【００７５】
図において、無効電流保護回路４１１は、負荷４０１の電流を検出する前記電流検出器４０３に接続され、前記交流半導体スイッチ装置４００の過電流保護レベルに達すると、負荷電流成分の内、無効電流成分を検出して前記ＵＰＳ４０６に無効電流指令を与える。
【００７６】
このように、前記負荷４０１に過電流が発生した場合には前記交流半導体スイッチ装置４００から主に負荷の有効電流成分を供給し、前記ＵＰＳ４０６から無効電流成分を供給することにより、前記ＵＰＳのバッテリなどの蓄積エネルギを消費することがなく、前記交流半導体スイッチ装置４００が過電流で破壊するのを防止でき、信頼性が高く、小型、かつ安価な装置を得ることができる。
【００７７】
この発明による実施の形態１３によれば、実施の形態１から実施の形態４までおよび実施の形態１２のいずれかの構成において、交流電源と負荷４０１との間に前記半導体交流スイッチ装置４００が接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００と負荷４０１との接続点に無停電電源装置４０６が接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００をオンして前記交流電源から前記負荷４０１に給電中に、前記負荷４０１に過電流が発生した際にその過電流の無効電流基本波成分を無効電流保護回路４１１により前記無停電電源装置４０６からも前記負荷４０１に給電するようにして前記半導体交流スイッチ装置４００に過電流が流れ続けるのを防止したので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、過電流で破壊されるのを防止できて、信頼性を向上できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００７８】
実施の形態１４．
この発明による実施の形態１４を図１４に基づいて説明する。図１４は実施の形態１４における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態１４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１１ないし実施の形態１３のいずれかと同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００７９】
前記実施の形態１１〜１３ではこの交流半導体スイッチ装置をＵＰＳと併用して使用される場合の過電圧および過電流保護手段を示したが、図１４に過電流保護手段ならび無瞬断切り替え手段を示す。
【００８０】
図において、リアクトルなどの限流手段４１２は、前記交流半導体スイッチ装置４００に直列に接続される。
前記負荷４０１に過電流が発生する際にはこの限流手段４１２により、過電流が抑制される。
また、交流電源系統で停電が発生した瞬間には前記限流手段４１２により前記負荷４０１の電圧は前記ＵＰＳ４０６で維持されるので、前記交流半導体スイッチ装置４００を高速にオフすることにより、前記負荷４０１の電圧の低下を防止できる。
【００８１】
以上のように、停電発生時に無瞬断でＵＰＳ運転に切り替えることができ、また負荷の過電流も抑制できるので、信頼性が高く、小型、かつ安価な装置を得ることができる。
なお、前記限流手段４１２としてリアクトルの場合を図示したが、変圧器などのリアクタンスを有するものであっても、同様の効果を奏する。
【００８２】
この発明による実施の形態１４によれば、実施の形態１から実施の形態４までおよび実施の形態１１から実施の形態１３までのいずれかの構成において、交流電源と負荷４０１との間にリアクタンスなどの限流手段４１２と前記半導体交流スイッチ装置４００が直列に接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００と負荷４０１との接続点に無停電電源装置４０６が接続され、前記交流電源が停電した際に前記半導体交流スイッチ装置４００を高速にオフして前記無停電電源装置４０６から前記負荷４０１に無瞬断で給電するようにしたので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、負荷の過電流を抑制して、信頼性を向上できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００８３】
実施の形態１５．
この発明による実施の形態１５を図１５に基づいて説明する。図１５は実施の形態１５における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態１５において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１１ないし実施の形態１４のいずれかと同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００８４】
前記実施の形態１１〜１４ではこの交流半導体スイッチ装置をＵＰＳと併用して１セットの構成で使用される場合の過電圧および過電流保護手段を示したが、図１５に複数セットの構成例を示す。
ＵＰＳシステムとして、第１および第２のＵＰＳシステム５００ａと５００ｂがそれぞれ設けられ、２群に分割された負荷４０１に対して交流半導体スイッチ装置４００およびＵＰＳ４０６も分割して構成される。
【００８５】
電源系統で停電が発生した場合には、この第１および第２のＵＰＳシステム５００ａおよび５００ｂはともに交流半導体スイッチ装置４００と第２の機械スイッチ４０５はオフされ、各ＵＰＳ４０６から各負荷４０１に電力が供給される。
【００８６】
このＵＰＳ４０６が運転中に、片方の負荷４０１で過電流が発生した場合にその負荷４０１のＵＰＳ４０６が過負荷のために運転停止になる危険が生じる。第３の機械スイッチ５０１は、前記第１および第２のＵＰＳシステム５００ａおよび５００ｂ内の第２の機械スイッチ４０５と前記交流半導体スイッチ装置４００との中間接続点間に接続され、停電中はオン状態で待機して、片方の負荷４０１で過電流が発生した場合には前記第１および第２のＵＰＳシステム５００ａおよび５００ｂ内の前記交流半導体スイッチ装置４００をオンしてもう一方のＵＰＳ４０６からも給電する。
【００８７】
以上のようにＵＰＳシステムを構成したので、過負荷による運転停止を防止でき、信頼性が高く、小型、かつ安価なシステムを得ることができる。
【００８８】
この発明による実施の形態１５によれば、実施の形態１から実施の形態４までおよび実施の形態１１から実施の形態１４までのいずれかの構成において、交流電源と負荷４０１との間に第２の機械スイッチ４０５と前記半導体交流スイッチ装置４００が直列に接続され、前記半導体交流スイッチ装置４００と負荷４０１との接続点に無停電電源装置４０６が接続されてなる無停電電源装置システムを複数セット備え、各無停電電源装置システム内の前記第２の機械スイッチ４０５と前記半導体交流スイッチ装置４００の接続点間に第３に機械スイッチ５０１を接続して、前記交流電源が停電して前記半導体交流スイッチ装置４００と第２の機械スイッチ４０５をオフするとともに前記無停電電源装置４０６から前記負荷４０１に給電している場合に、前記第３の機械スイッチ５０１をオンにして待機させ、どれかの無停電電源装置システム内の負荷４０１で過電流が発生した際に各無停電電源装置システム内の前記半導体交流スイッチ装置４００をオンして延長給電を行うようにしたので、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にでき、しかも、過負荷による運転休止を防止できて、信頼性を向上できる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【００８９】
【発明の効果】
この発明によれば、電流遮断時間を短縮して高速に遮断できるとともに、小型にできる半導体交流スイッチ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
【図２】この発明による実施の形態２における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
【図３】この発明による実施の形態３における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
【図４】この発明による実施の形態４における半導体交流スイッチ装置の主回路の構成を示す回路図である。
【図５】この発明による実施の形態５における半導体交流スイッチ装置の構成を示す構造図である。
【図６】この発明による実施の形態６における半導体交流スイッチ装置の構成を示す構造図である。
【図７】この発明による実施の形態７における半導体交流スイッチ装置の構成を示す構造図である。
【図８】この発明による実施の形態８における半導体交流スイッチ装置の構成を示す構造図である。
【図９】この発明による実施の形態９における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
【図１０】この発明による実施の形態１０における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
【図１１】この発明による実施の形態１１における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
【図１２】この発明による実施の形態１２における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
【図１３】この発明による実施の形態１３における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
【図１４】この発明による実施の形態１４における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
【図１５】この発明による実施の形態１５における半導体交流スイッチ装置の保護回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂ，１１ｃ，１２ｃ自己消弧素子型半導体素子、２１，２２ａ，２１ｂ，２２ｂ，２１，２２ｃダイオード、３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃゲート回路、４１ａ，５１ａ，４２ａ並列スナバ、６１ａ，７ａ，６２ｂ、６１ｂ，７ｂ，６２ｂ、６１ｃ，７ｃ，６２ｃクランプスナバ、８充電回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor AC switch device using a self-extinguishing semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
In the conventional semiconductor AC switch device, in the semiconductor AC switch device in which self-extinguishing element type semiconductor elements having diodes connected in reverse parallel are connected in the same direction to each phase of the AC bus, each of the self-extinguishing element types A semiconductor device in which a polar snubber circuit is provided in each semiconductor element and a common clamp snubber circuit is provided in each of the self-extinguishing element type semiconductor elements is shown (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-15143 (page 3, FIG. 4)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional semiconductor AC switch is configured as described above, when the semiconductor AC switch device is turned off, the current of the semiconductor AC switch device is commutated to the polar snubber circuit and the voltage of the polar snubber circuit is zero. The current interruption time of the semiconductor AC switch device becomes longer as the interruption current is smaller, and the voltage of the AC bus is high, so there are many semiconductor AC switches. When the self-extinguishing element type semiconductor elements are connected in series, a polar snubber circuit must be provided for each self-extinguishing element type semiconductor element in order to make the sharing of the element voltage uniform. In addition, when the breaking current is larger, the polar snubber circuit becomes larger and the size of the semiconductor AC switch device becomes larger.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor AC switch device that can reduce the current interruption time to shorten the current at high speed and can be downsized.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the semiconductor AC switch device according to the present invention, a clamp snubber comprising a series body of a diode, a capacitor and a diode is connected in parallel to a series connection body of self-extinguishing element type semiconductor elements for each phase, and the clamp snubber of each phase is provided. Capacitors are connected in parallel, and a series connection of a resistor and a capacitor is connected in parallel for each self-extinguishing element type semiconductor element, and a switching surge at turn-off is applied to the gate circuit connected to each self-extinguishing element type semiconductor element. A surge suppressor for suppressing the clamp snubber, and charging means for charging the capacitor of the clamp snubber to a voltage peak value or more of the AC bus. A constant of a series body of the resistor and the capacitor is set so as to be equal to or higher than a leakage current value.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of the semiconductor AC switch device according to the first embodiment.
[0008]
In FIG. 1, self-extinguishing element type semiconductor elements 11 a and 12 a, 11 b and 12 b, and 11 c and 12 c having a series connection configuration are connected to three-phase AC buses a, b, and c, respectively.
The diodes 21a and 22a, 21b and 22b, 21c and 22c in series connection configuration are connected in reverse parallel to the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a and 12a, 11b and 12b, and 11c and 12c, respectively.
The gate circuits 31a, 32a, 31b, 32b, 31c, and 32c of the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, and 12c are provided, and the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, 12c parallel snubbers 41a and 51a, 42a and 52a, 41b and 51b, 42b and 52b, 41c and 51c, 42c and 52c, and self-extinguishing element type semiconductor elements 11a and 12a, 11b and 12b 11c and 12c clamp snubbers 61a and 7a and 62b, 61b and 7b and 62b, 61c and 7c and 62c are provided.
The charging circuit 8 is connected between the parallel connection points PC and NC of the clamp snubber capacitors 7a, 7b and 7c.
[0009]
Next, the operation will be described.
The self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, and 12c are voltage-driven self-extinguishing element type semiconductor elements (for example, IGBTs or MOSFETs of Si or SiC substrates), and IGBTs are used here. The case is shown. Parallel snubbers 41a and 51a, 42a and 52a, 41b and 51b, 42b and 52b, 41c and 51c, 42c and 52c of the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, and 12c are bipolar snubbers. The self-extinguishing element is a series body of a capacitor and a resistor, and the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, and 12c are each connected in series to the AC power supply voltage that is applied after being turned off. The element-type semiconductor elements 11a and 12a, 11b and 12b, and 11c and 12c operate so as to equalize voltage sharing.
That is, the snubber capacitor capacity may be set so that a current of a leakage current characteristic value (generally several mA) of the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, and 12c flows to the parallel snubber. So it can be downsized.
[0010]
The clamp snubber capacitors 7a, 7b, and 7c are dispersed for each phase a, b, and c so as to be disposed close to the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a and 12a, 11b and 12b, and 11c and 12c, respectively. .
That is, for example, when the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a and 12a are turned off, the current of the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a and 12a is supplied to the clamp snubber capacitor 7a by the first clamp snubber diode 61a and the second clamp. Although commutation is performed via the snubber diode 62a, the switching surge voltage generated at both ends of the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a and 12a at the time of turn-off is suppressed by reducing the wiring inductance of the commutation loop.
[0011]
The clamp snubber capacitors 7a, 7b and 7c are charged to a voltage level equal to or higher than the peak value of the AC power supply voltage by the charging transformer 81 and the charging rectifier 82 of the charging circuit 8, and the self-extinguishing element type semiconductor element. It operates so that the commutation currents of the clamp snubber capacitors 7a, 7b, 7c after 11a and 12a, 11b and 12b, and 11c and 12c are turned off are quickly attenuated. The gate circuits 31a, 32a, 31b, 32b, 31c, and 32c have the same configuration, and the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, and 12c are turned on based on the gate signal GS. In addition to the normal operation of turning off, the voltage sharing generated at turn-off is made uniform.
That is, for example, in the gate circuit 31a, the first gate amplifier 310 turns on and off the self-extinguishing element type semiconductor element 11a based on the gate signal GS.
The pulse generator 311 generates a pulse signal having a predetermined time width at the time when the gate signal GS is switched from on to off.
The overvoltage detector 312 of the self-extinguishing element type semiconductor element 11a determines that the overvoltage level has been exceeded when a switching surge voltage is generated.
The AND circuit 313 performs an AND operation of the overvoltage level determination signal of the overvoltage detector 312 and the pulse signal of the pulse generator 311.
Based on the output signal of the AND circuit 313, the second gate amplifier 314 increases the gate voltage of the self-extinguishing element type semiconductor element 11a to a threshold voltage (gate voltage at which the IGBT switches from off to on) level quickly. The application of an excessive switching surge voltage is suppressed, and the voltage sharing between the series connection elements is made uniform.
[0012]
In the first embodiment, the switching snubber voltage is suppressed by dispersing clamp snubbers charged to a value equal to or higher than the peak value of the AC power supply voltage and disposing them in close proximity to each phase self-extinguishing element type semiconductor element. At the same time, the commutation current can be attenuated at high speed, and the switching surge voltage sharing between the self-extinguishing element type semiconductor elements in the series connection configuration can be achieved by providing a means for suppressing the application of excessive switching surge voltage in the gate circuit. The AC power supply voltage sharing between the self-extinguishing element type semiconductor elements in the series connection configuration in the off state can be made uniform by providing a small-capacity parallel snubber, which is compact and reliable. Therefore, it is possible to obtain a high-speed semiconductor alternating current switch notch device.
Note that two self-extinguishing element type semiconductor elements connected in series are shown for simplicity, but three or more connected in series may be used.
[0013]
According to the first embodiment of the present invention, series connection of self-extinguishing element type semiconductor elements 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, and 12c in which diodes 21a, 22a, 21b, 22b, 21c, and 22c are connected in antiparallel. A clamp snubber comprising a series body of diodes 61a, 61b, 61c, capacitors 7a, 7b, 7c and diodes 62a, 62b, 62c in a semiconductor AC switch device having a body connected to each phase of the AC bus in the same direction 6 a 1, 7 a, 62 a, 61 b, 7 b, 62 b, 61 c, 7 c, 62 c are connected in parallel for each phase to a series connection body of self-extinguishing element type semiconductor elements 11 a, 12 a, 11 b, 12 b, 11 c, 12 c, and Capacitors 7a, 7b, and 7c of clamp snubbers for each phase are connected in parallel and the self-extinguishing element type semiconductor A series circuit of resistors 51a-c, 52a-c and capacitors 41a-c, 42a-c is connected in parallel for each child, and gate circuits 31a-c, 32a-c connected to the self-extinguishing element type semiconductor elements. Is provided with surge suppression means comprising an overvoltage detector 312, an AND circuit 313 and a gate amplifier 314 for suppressing switching surge at turn-off, and charging the capacitors 7 a, 7 b and 7 c of the clamp snubber to a voltage peak value or more of the AC bus. Charging means comprising a charging circuit 8 is provided, and the current of the series body of the resistors 51a-c, 52a-c and the capacitors 41a-c, 42a-c is greater than the leakage current value of the self-extinguishing element type semiconductor element. Since the constants of the series bodies of the resistors 51a-c, 52a-c and the capacitors 41a-c, 42a-c are set so that the current interruption time is Together can be cut off quickly by condensation, it is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can be downsized.
[0014]
Embodiment 2. FIG.
A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of the semiconductor AC switch device according to the second embodiment.
In the second embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of the first embodiment described above, and has the same function. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0015]
In the first embodiment, the means for equalizing the voltage sharing by suppressing the overvoltage application of the semiconductor elements connected in series has been described. However, when the high-voltage AC semiconductor switch device is downsized, the gate circuit 31a is used. 32a, 31b, 32b, 31c, and 32c are also required to be small in size.
[0016]
In FIG. 2, a to c-phase insulating transformers 9a to 9c are connected in common to the output of the high-frequency power source 9 of the low-voltage circuit.
The gate transformers 91a to 94a, 91b to 94b, and 91c to 94c are respectively connected to the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a to 14a, 11b to 14b, and 11c to 14c connected in series in the a to c phases. Gate power is supplied through 34a, 31b to 34b, and 31c to 34c.
The gate transformers 92a and 93a are commonly connected to the insulating transformer 9a, and the gate transformers 91a and 94a are connected in series to the outputs of the gate transformers 92a and 93a, respectively.
The b-phase and c-phase gate transformers 91b to 94b and 91c to 94c are respectively connected to the insulating transformers 9b and 9c in the same manner as the a-phase.
[0017]
By providing the isolation transformers 9a to 9c with insulation between the low voltage circuit and the high voltage circuit, the gate transformers 91a to 94a, 91b to 94b, and 91c to 94c are self-extinguishing element type semiconductor elements 11a to 14a, 11b to It is only necessary to provide the withstand voltage for one element of 14b, 11c to 14c.
[0018]
The gate transformers 92a and 93a supply the gate power of the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a and 12a and 13a and 14a, respectively. Since the arc-extinguishing element type semiconductor element is characterized by low gate power, the capacity may be small and high voltage insulation is not required. Therefore, the gate transformers 91a to 94a, 91b to 94b, 91c to 94c are small-sized. Can be
[0019]
Note that FIG. 2 shows an example of an even number of serially connected configurations in which a gate transformer is connected and divided into two groups of two serially connected self-extinguishing element type semiconductor elements. However, the number of self-extinguishing element type semiconductor elements connected in series may be an odd number. For example, in the case of five self-extinguishing element type semiconductor elements connected in series, two series elements and three series elements A gate transformer may be connected to be divided into two groups.
[0020]
According to Embodiment 2 of the present invention, in the configuration in Embodiment 1 described above, the series connection body of the self-extinguishing element type semiconductor elements 11a to 14a, 11b to 14b, and 11c to 14c is divided into two, The gate transformers 9a to 9c, 91a, 92a, 93a, 94a, 91b, 92b, 93b, 94b, 91c, 92c, 93c, 94c are connected in series in this order from the intermediate element side. Since the gate power is supplied from the gates 9a to 9c to 92a to c, 93a to c, 91a to c, and 94a to c, the gate circuit is supplied to the gate circuit. In addition, it is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can be miniaturized as a whole including the gate transformer.
[0021]
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of the semiconductor AC switch device according to the third embodiment.
In the third embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as in the first or second embodiment described above, and has the same function. . In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0022]
In the first embodiment, the means for suppressing the overvoltage application of the semiconductor elements connected in series to equalize the voltage sharing has been described. However, in the third embodiment, the earth insulation protection means due to an external lightning surge or the like is provided. As shown in FIG.
[0023]
In the figure, clamp capacitors 71a, 72a, 71b, 72b, 71c, 72c are connected in series by dividing the clamp snubber capacitors 7a, 7b, 7c of FIG. 1 into two groups, and the intermediate connection points CC are connected in common. Is done.
The arrester 100 is connected between the intermediate connection point CC of the clamp capacitors 71a, 72a, 71b, 72b, 71c, 72c and the ground (earth).
[0024]
Since the external lightning surge generated between the buses a to c and the ground is configured to flow to the arrester 100 via the clamp capacitors 71a, 72a, 71b, 72b, 71c, 72c, the structure can be simplified and the economy can be simplified. An excellent apparatus can be obtained.
[0025]
According to the third embodiment of the present invention, in the configuration in the first or second embodiment, the clamp snubber capacitors are serially connected in two and the arrester 100 is connected between the intermediate connection point CC and the ground. Thus, a semiconductor AC switch device that can shorten the current interruption time and cut off at high speed and that can simplify the structure can be obtained.
[0026]
Embodiment 4 FIG.
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of the semiconductor AC switch device according to the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of any of the first to third embodiments described above and exhibits the same function. It is. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0027]
In the first embodiment, the means for equalizing the voltage sharing by suppressing the overvoltage application of the semiconductor elements connected in series has been described. In the fourth embodiment, the detection means in the case of a ground fault inside the apparatus. Is shown in FIG.
In the figure, the resistor 101 is connected between the intermediate connection point CC of the clamp capacitors 71a, 72a, 71b, 72b, 71c, 72c and the ground (earth).
The voltage detectors 102P and 102N are connected between the parallel connection point PC and the intermediate connection point CC and the parallel connection point NC and the intermediate connection point CC of the clamp capacitors 71a, 72a, 71b, 72b, 71c and 72c, respectively.
The overvoltage detectors 103P and 103N are connected to the voltage detectors 102P and 102N, respectively.
[0028]
For example, when a ground fault occurs at an intermediate connection point a ″ between the a-phase self-extinguishing semiconductor elements 12a and 13a, a ground-end current flows along a path passing through the resistor 101 as shown by a broken line in the figure. The voltage between the parallel connection point PC and the intermediate connection point CC rises and a ground fault is detected by the overvoltage detector 103P.
Since the ground fault detection means is configured as described above, the accuracy of ground fault detection can be improved, and an economically superior device can be obtained.
[0029]
According to a fourth embodiment of the present invention, in the configuration of any of the first to third embodiments, the clamp snubber capacitor is divided into two and connected in series, and between the intermediate connection point CC and the ground. A voltage detection means including voltage detectors 102P and 102N and overvoltage detectors 103P and 103N for detecting a voltage across the capacitor of the clamp snubber divided into two is connected to the resistor 101, and the voltage detector 102P, Since the ground fault is detected by the voltage detecting means consisting of 102N and the overvoltage detectors 103P and 103N, the current interrupting time can be shortened and interrupted at high speed, and the size can be reduced, and the accuracy of ground fault detection is improved. A semiconductor AC switch device that can be improved can be obtained.
[0030]
Embodiment 5 FIG.
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a front view showing the structure of the semiconductor AC switch device according to the fifth embodiment.
In the fifth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration contents as any of the first to fourth embodiments described above, and has the same function. It is. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0031]
In the first to fourth embodiments, the main circuit configuration of the AC semiconductor switch device has been described. In the fifth embodiment, a front view of the structure of the AC semiconductor switch device is shown in FIG.
[0032]
In the figure, self-extinguishing element type semiconductor modules 111a to 114a, 111b to 114b, 111c to 114c are self-extinguishing element type semiconductor elements and antiparallel diodes (for example, 11a and 21a) having a main circuit configuration as shown in FIG. Each chip is housed in the same package.
The AC semiconductor units 121a, 122a, 121b, 122b, 121c, and 122c are composed of this self-extinguishing element type semiconductor element module and a clamp snubber diode (for example, 111a, 112a, and 61a).
[0033]
As described in the first embodiment, in order to realize a structure that can reduce the inductance of the commutation loop of the self-extinguishing element type semiconductor element and the clamp snubber, for example, the self-extinguishing element in the a-phase AC semiconductor unit 121a The semiconductor modules 111a and 112a are arranged side by side and are connected in series from the bus a to the middle point a ". On the other hand, the first clamp snubber diode 61a is connected to the self-extinguishing element type semiconductor modules 111a and 112a. Connected between a clamp snubber capacitor 71a and a bus bar a, which are arranged close to each other and arranged in close proximity to the AC semiconductor unit 121a, and a self-extinguishing element type semiconductor module in the other a-phase AC semiconductor unit 122a. 113a and 114a are arranged side by side and connected in series starting from the middle point a ″ It is to reach the bus a '.
[0034]
On the other hand, the second clamp snubber diode 62a is disposed in the vicinity of the self-extinguishing element type semiconductor modules 113a and 114a, and is distributed between the clamp snubber capacitor 72a and the bus a. And the intermediate connection point CC of each of the clamp snubber capacitors 71a and 72a is connected in common. The b-phase and c-phase are connected and configured in the same manner, and each of the a, b, and c-phase AC semiconductor units and the clamp snubber capacitors are stacked up and down in six stages.
[0035]
As described above, since the AC semiconductor unit and the clamp snubber capacitor are divided into two for each phase, the commutation inductance can be reduced, the structure can be simplified, and an economically superior device can be obtained.
[0036]
Although four self-extinguishing element type semiconductor modules are shown connected in series, two or more self-extinguishing element type semiconductor modules may be connected in series. In the case of the serial connection, the clamp snubber capacitor may be divided into two groups, each of which includes three groups of self-extinguishing element type semiconductor modules and two groups of two serial bodies.
[0037]
According to Embodiment 5 of the present invention, in any configuration from Embodiment 1 to Embodiment 4, one of the series-connected bodies of the self-extinguishing element type semiconductor element divided into two parts, and the first A self-extinguishing element type semiconductor module in which one of the first and second clamp snubber bug ions is configured as an AC semiconductor unit, and the AC semiconductor unit is integrated with the self-extinguishing element type semiconductor element and its antiparallel diode. Are arranged in series in the horizontal direction and one of the first and second clamp snubber diodes is arranged close to the self-extinguishing element type semiconductor module. One side of the capacitor is arranged close to the side of the AC semiconductor unit, and the other side of the AC semiconductor unit and the clamp snubber Capacitors are arranged in the vertical direction to constitute one phase, and the AC semiconductor unit and the clamp snubber capacitors are vertically arranged in a total of six stages to constitute three phases. It is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can cut off at a high speed by shortening the cut-off time, can be reduced in size, and can reduce commutation inductance.
[0038]
Embodiment 6 FIG.
A sixth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the structure of the semiconductor AC switch device according to the sixth embodiment. FIG. 6 (a) shows a plan view, FIG. 6 (b) shows a front view, and FIG. The figure is shown.
In the sixth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of the fifth embodiment described above and exhibits the same function. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0039]
In the fifth embodiment, the a, b and c phase AC semiconductor units and the clamp snubber capacitors are shown to be stacked in six stages in the vertical direction. However, as shown in FIG. Each of the AC semiconductor units may be arranged on the front surface and the back surface so as to be stacked in three stages, and the commutation inductance reduction effect is exhibited as in the fifth embodiment.
[0040]
In the figure, the AC semiconductor units 121a, 121b, 121c connected to the buses a, b, c are configured by stacking up and down in the vertical direction on the back side, and are connected to the buses a ′, b ′, c ′. The units 122a, 122b, and 122c are configured to be stacked up and down in the vertical direction on the front side.
[0041]
Since it comprised as mentioned above, since the direction of the electric current which flows into a self-extinguishing element type semiconductor module and a clamp snubber diode becomes the same, and an AC semiconductor unit can be made into 1 type, a structure can be simplified and it can be economical. Can be obtained.
[0042]
According to the sixth embodiment of the present invention, in any configuration from the first to fourth embodiments, the AC semiconductor units for one phase are arranged back to back on the front surface and the back surface, The clamp snubber capacitors divided into two are placed back-to-back on the front and back surfaces, and are arranged beside each AC semiconductor unit, and the AC semiconductor units and the clamp snubber capacitors are stacked in three stages in the vertical direction. Since the phase components are configured, it is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can shorten the current interruption time and cut off at high speed, and can simplify the structure.
[0043]
Embodiment 7 FIG.
A seventh embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a front view showing the structure of the semiconductor AC switch device according to the seventh embodiment.
In the seventh embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of the fifth embodiment or the sixth embodiment described above, and has the same function. . In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0044]
In the fifth and sixth embodiments, one AC semiconductor unit is connected in parallel. However, as shown in FIG. 7, two AC semiconductor units may be connected in parallel. The effect of reducing commutation inductance is shown as in the fifth and sixth embodiments.
[0045]
In the figure, AC semiconductor units 122a ′, 122b ′, and 122c ′ are connected in parallel with AC semiconductor units 122a, 122b, and 122c, and are stacked in six stages.
Although not shown, on the back side, as can be inferred from FIG. 6, AC semiconductor units 121a ′, 121b ′, 121c ′ connected in parallel with the other AC semiconductor units 121a, 121b, 121c are stacked in six stages. Consists of.
In order to equalize the diversion between the two parallel-connected AC semiconductor units, the intermediate connection point of each phase of the AC semiconductor unit is connected in parallel to the intermediate connection point a ″ of the AC semiconductor units 121a and 122a in the a phase, for example. The intermediate connection point a ′ ″ between the AC semiconductor units 121a ′ and 122a ′ is not connected.
[0046]
Since it comprised as mentioned above, since the direction of the electric current which flows into a self-extinguishing element type semiconductor module and a clamp snubber diode becomes the same, and an AC semiconductor unit can be made into 1 type, a structure can be simplified and it can be economical. Can be obtained.
[0047]
According to Embodiment 7 of the present invention, in the semiconductor AC switch device in which the two sets of AC semiconductor element switches are connected in parallel, the AC semiconductor units for one set and one phase are arranged back to back on the front surface and the back surface, The capacitor of the clamp snubber divided into two parts for one set and one phase is placed next to each AC semiconductor unit back to back on the front and back sides, and the AC semiconductor unit for one set and one phase below it. The clamp snubber capacitors divided into two parts for one set are arranged, and the AC semiconductor unit and the clamp snubber capacitors are stacked in a total of six stages in the vertical direction to form two sets of three phases. Since it is configured, it is possible to obtain a semiconductor AC switching device that can shorten the current interruption time and cut off at high speed and simplify the structure. It can be.
[0048]
Embodiment 8 FIG.
An eighth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 8A and 8B show the structure of the semiconductor AC switch device according to the eighth embodiment. FIG. 8A shows a plan view and FIG. 8B shows a front view.
In the eighth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of the seventh embodiment described above, and has the same function. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0049]
In the seventh embodiment, two AC semiconductor units are connected in parallel and are configured to be stacked in six steps on the front side and the back side, respectively. However, as shown in FIG. In addition, a configuration in which three layers stacked on the back surface side are arranged side by side and two parallel connections are configured, and the effect of reducing commutation inductance is exhibited as in the fifth to seventh embodiments.
[0050]
In the figure, the AC semiconductor units configured to be connected in parallel in two are separated on the front side and the back side, and clamp snubber capacitors are centrally arranged in the center. That is, the AC semiconductor units 121a, 122a, 121b, 122b, 121c, and 122c arranged on the front side are stacked in three stages for each phase, and left and right across the clamp snubber capacitors 71a, 72a, 71b, 72b, 71c, and 72c. Are arranged separately.
Although not shown, the AC semiconductor units 121a ', 122a', 121b ', 122b', 121c ', 122c' connected in parallel on the back side are stacked in three stages for each phase, and the clamp snubber capacitor 71a ', 72a', 71b ', 72b', 71c ', 72c' are arranged separately on the right and left sides.
Reference numerals 104 and 104 ′ denote a structure in which this device is divided into left and right parts, and is a structure in which the front side and the back side are reversed, and the structure of the AC semiconductor switch can be made one type, so that it is economical. Can be obtained.
Further, since the distances between the input / output buses a and a ′, between b and b ′, and between c and c ′ of the AC semiconductor switch devices connected in parallel are the same, it is possible to improve the diversion.
[0051]
According to an eighth embodiment of the present invention, in any of the configurations from the first to the fourth embodiments, the two semiconductor AC switch devices in the sixth embodiment are provided, and the capacitors of the clamp snubber are connected to each other. Since one semiconductor AC switch device has a front panel configuration with the front and back sides reversed so that the arrangement of the two is adjacent to each other, the current interruption time can be shortened to cut off at high speed, and the size can be reduced. A semiconductor AC switch device that can reduce current inductance can be obtained.
[0052]
Embodiment 9 FIG.
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of the semiconductor AC switch device according to the ninth embodiment.
In the ninth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration contents as any of the first to eighth embodiments described above, and has the same operation. Is. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0053]
In the first to eighth embodiments, the main circuit and structure of the AC semiconductor switch device have been described. FIG. 9 shows protection means when the AC semiconductor switch device is connected to an AC power source.
[0054]
In the figure, a load 401 is connected to the AC semiconductor switch device 400, and a first mechanical switch 402 is connected to the AC semiconductor switch device 400 in parallel.
When the load 401 is turned on to an AC power source, if the load 401 is composed of a transformer or a motor, an excessive inrush current may flow due to magnetic corrosion, thereby destroying the AC semiconductor switch device 400. There is danger.
First, the first mechanical switch 402 is turned on to energize the inrush current of the load 401. After the inrush current is attenuated, the AC semiconductor switch device 400 is turned on and the first mechanical switch 402 is turned off.
[0055]
As described above, since it is possible to prevent an excessive inrush current when the load is applied to the AC power source from flowing into the AC semiconductor switch device, a small and inexpensive device can be obtained.
[0056]
According to the ninth embodiment of the present invention, in any one of the first to eighth embodiments, the semiconductor AC switch device 400 is connected between an AC power supply and a load 401, and this semiconductor AC The first mechanical switch 402 connected in parallel to the switch device 400 is provided. When the semiconductor AC switch device 400 is turned on, the first mechanical switch 402 is turned on first, and the inrush current of the load 401 is Is prevented from flowing to the semiconductor AC switch device 400, so that it is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can be cut off at a high speed by shortening the current interruption time and further reduced in size.
[0057]
Embodiment 10 FIG.
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of the protection circuit of the semiconductor AC switch device according to the tenth embodiment.
In the tenth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of the ninth embodiment described above, and has the same function. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0058]
In the ninth embodiment, the case where the first mechanical switch is used together as a protection means when the AC semiconductor switch device is connected to the AC power supply is shown. However, as shown in FIG. It is also possible to link to an AC power source by using an off-operation function.
[0059]
In the figure, a current detector 403 detects an inrush current of the load 401. The inrush current protection circuit 404 protects the AC semiconductor switch device 400 from overcurrent destruction based on the inrush current detection signal of the current detector 403.
The inrush current protection circuit 404 gates the AC semiconductor switch device 400 so that every time the inrush current reaches the overcurrent protection level, the AC semiconductor switch device 400 is immediately turned off and turned on again after a half cycle of the AC power supply. The signal GS is given, and the inrush current can be quickly attenuated while suppressing the magnetism of the transformer and the motor in the load 401.
[0060]
As described above, since it is possible to prevent an excessive inrush current when the load is applied to the AC power source from flowing into the AC semiconductor switch device, a small and inexpensive device can be obtained.
[0061]
According to the tenth embodiment of the present invention, in any configuration from the first to fourth embodiments, the semiconductor AC switch device 400 is connected between an AC power supply and a load 401, and the semiconductor AC When the switch device 400 is turned on, the inrush current of the load 401 is detected, the semiconductor AC switch device 401 is immediately turned off, and the inrush current protection circuit operates so as to be turned on again after a half cycle of the frequency of the AC power supply. 404 is provided to prevent the inrush current of the load 401 from continuing to flow into the semiconductor AC switch device 400, so that a semiconductor AC switch device that can be cut off at a high speed by shortening the current cutoff time and further reduced in size can be obtained. be able to.
[0062]
Embodiment 11 FIG.
An eleventh embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a circuit diagram showing the configuration of the protection circuit of the semiconductor AC switch device according to the eleventh embodiment.
In the eleventh embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of the ninth embodiment or the tenth embodiment described above, and has the same function. . In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0063]
In the ninth and tenth embodiments, the protection means when the AC semiconductor switch device is linked to the AC power supply is shown. However, FIG. 11 is used in combination with an uninterruptible power supply device (hereinafter referred to as UPS). The overvoltage protection means is shown.
[0064]
In the figure, a second mechanical switch 405 connected in series to the AC semiconductor switch device 400 and a UPS 406 connected to an intermediate connection point between the AC semiconductor switch device 400 and the load 401 are provided.
The output signal of the power failure detection circuit 408 connected to the output of the voltage detector 407 for detecting the voltage of the AC power supply is supplied to the AC semiconductor switch device 400 and the UPS 406.
An output signal of the synchronization control circuit 409 connected to the output of the voltage detector 407 is supplied to the UPS 406.
The UPS 406 is always in standby operation at a frequency synchronized with the AC power supply by the synchronous control circuit 409. When the AC power supply fails due to an accident in the AC power supply system, the power failure detection circuit 408 supplies power to the load 401. At the same time, the AC semiconductor switch device 400 is turned off.
[0065]
When the AC power supply voltage is greatly reduced and the power failure time is increased, it becomes difficult to synchronize the output frequency and phase of the UPS 406 with the AC power supply based on the synchronous control circuit 409. In the worst case, when the AC power supply is restored In addition, the phase of the output voltage of the AC power supply and the UPS 406 is shifted by 180 °.
In this case, since the sum of the AC power supply voltage and the output voltage of the UPS 406 is applied to both ends of the AC semiconductor switch device 400, the AC semiconductor switch device 400 may be destroyed by overvoltage.
When a power failure occurs in the second mechanical switch 405, the power failure detection circuit 408 turns it off, so that when the phase of the output voltage of the AC power supply and the UPS 406 is shifted by 180 °, the second mechanical switch 405 is switched to AC. Since the sum of the power supply voltage and the output voltage of the UPS 406 is applied, no voltage is applied to both ends of the AC semiconductor switch device 400, and no overvoltage occurs.
[0066]
With the configuration described above, overvoltage breakdown can be prevented, and a highly reliable, small and inexpensive device can be obtained.
[0067]
According to the eleventh embodiment of the present invention, in any configuration from the first to the fourth embodiment, the second mechanical switch 405 and the semiconductor AC switch device 400 are connected between the AC power source and the load 401. Are connected in series, and an uninterruptible power supply device 406 is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device 400 and the load 401. When the AC power supply fails, the semiconductor AC switch device 400 and the second mechanical switch 405 are connected. Since the uninterruptible power supply device 406 supplies power to the load 401 to prevent an overvoltage from being applied to the semiconductor AC switch device 400, the current interruption time can be shortened to cut off at high speed. At the same time, it is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can be reduced in size, can prevent overvoltage breakdown, and can improve reliability. It can be.
[0068]
Embodiment 12 FIG.
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of the semiconductor AC switch device according to the twelfth embodiment.
In the twelfth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of the eleventh embodiment described above, and has the same function. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0069]
In the eleventh embodiment, the overvoltage protection means when this AC semiconductor switch device is used in combination with the UPS is shown, but FIG. 12 shows the overcurrent protection means when used in combination with this UPS. .
[0070]
In the figure, an overcurrent protection circuit 410 is connected via the current detector 403 that detects the current of a load 401. When the overcurrent protection level of the AC semiconductor switch device 400 is reached, a current command is given to the UPS 406. .
[0071]
As described above, when an overcurrent is generated in the load 401, by supplying a load current from the AC semiconductor switch device 400 and the UPS 406, the AC semiconductor switch device 400 can be prevented from being destroyed by the overcurrent. A highly reliable, small and inexpensive device can be obtained.
[0072]
According to a twelfth embodiment of the present invention, in any one of the first to fourth embodiments, the semiconductor AC switch device 400 is connected between an AC power supply and a load 401, and the semiconductor AC switch An uninterruptible power supply 406 is connected to a connection point between the device 400 and the load 401, and an overcurrent is generated in the load 401 while the semiconductor AC switch device 400 is turned on and power is supplied from the AC power supply to the load 401. When the uninterruptible power supply 406 also supplies power to the load 401 to prevent the overcurrent from continuing to flow through the semiconductor AC switch device 400, the current interruption time can be shortened and the interruption can be performed at high speed. A semiconductor AC switch device that can be reduced in size, can be prevented from being destroyed by overcurrent, and can be improved in reliability can be obtained.
[0073]
Embodiment 13 FIG.
A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of the semiconductor AC switch device according to the thirteenth embodiment.
In the thirteenth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration contents as those of the twelfth embodiment described above and exhibits the same function. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0074]
In the twelfth embodiment, the overcurrent protection means when the AC semiconductor switch device is used in combination with the UPS is shown, but FIG. 13 shows the overcurrent protection means by the reactive current.
[0075]
In the figure, a reactive current protection circuit 411 is connected to the current detector 403 that detects the current of a load 401. When the overcurrent protection level of the AC semiconductor switch device 400 is reached, the reactive current component of the load current component is reached. And a reactive current command is given to the UPS 406.
[0076]
As described above, when an overcurrent occurs in the load 401, the active current component of the load is mainly supplied from the AC semiconductor switch device 400, and the reactive current component is supplied from the UPS 406. Therefore, the AC semiconductor switch device 400 can be prevented from being destroyed by overcurrent, and a highly reliable, small and inexpensive device can be obtained.
[0077]
According to the thirteenth embodiment of the present invention, in any one of the first to fourth embodiments and the twelfth embodiment, the semiconductor AC switch device 400 is connected between the AC power supply and the load 401. An uninterruptible power supply device 406 is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device 400 and the load 401, and the load 401 is turned on while the semiconductor AC switch device 400 is turned on to supply power to the load 401 from the AC power supply. When the overcurrent occurs, the reactive current fundamental wave component of the overcurrent is supplied from the uninterruptible power supply 406 to the load 401 by the reactive current protection circuit 411 so that the overcurrent is supplied to the semiconductor AC switch device 400. Is prevented from continuing to flow, so the current interruption time can be shortened to cut off at high speed, and the size can be reduced. And prevents broken by the, it is possible to obtain a semiconductor AC switch device capable of improving reliability.
[0078]
Embodiment 14 FIG.
A fourteenth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of the semiconductor AC switch device according to the fourteenth embodiment.
In the fourteenth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration as that of any one of the eleventh to thirteenth embodiments described above and exhibits the same function. It is. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0079]
In the above embodiments 11 to 13, the overvoltage and overcurrent protection means when this AC semiconductor switch device is used in combination with the UPS are shown, but FIG. 14 shows the overcurrent protection means and the uninterruptible switching means. .
[0080]
In the figure, current limiting means 412 such as a reactor is connected in series to the AC semiconductor switch device 400.
When an overcurrent is generated in the load 401, the current limiting means 412 suppresses the overcurrent.
Further, since the voltage of the load 401 is maintained by the UPS 406 by the current limiting means 412 at the moment when a power failure occurs in the AC power supply system, the load 401 is turned off by turning off the AC semiconductor switch device 400 at high speed. The voltage drop can be prevented.
[0081]
As described above, when a power failure occurs, the UPS operation can be switched without interruption, and the overcurrent of the load can be suppressed, so that a highly reliable, small and inexpensive device can be obtained.
In addition, although the case of the reactor was illustrated as the said current limiting means 412, even if it has reactances, such as a transformer, there exists the same effect.
[0082]
According to the fourteenth embodiment of the present invention, in any of the configurations from the first to fourth embodiments and the eleventh to thirteenth embodiments, the reactance between the AC power source and the load 401 is Current-limiting means 412 and the semiconductor AC switch device 400 are connected in series, and an uninterruptible power supply device 406 is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device 400 and the load 401. Since the semiconductor AC switch device 400 is turned off at high speed and power is supplied from the uninterruptible power supply device 406 to the load 401 without interruption, the current interruption time can be shortened to cut off at high speed, and the size can be reduced. Moreover, it is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can suppress the overcurrent of the load and improve the reliability.
[0083]
Embodiment 15 FIG.
A fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of the semiconductor AC switch device according to the fifteenth embodiment.
In the fifteenth embodiment, the components other than the specific ones described here have the same configuration contents as those in any of the eleventh to fourteenth embodiments described above and exhibit the same functions. It is. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0084]
In the above-described Embodiments 11 to 14, the AC semiconductor switch device is used in combination with UPS to show the overvoltage and overcurrent protection means when used in one set configuration. FIG. 15 shows a plurality of sets of configuration examples. .
As the UPS system, first and second UPS systems 500a and 500b are provided, respectively, and the AC semiconductor switch device 400 and the UPS 406 are also configured by dividing the load 401 divided into two groups.
[0085]
When a power failure occurs in the power system, the AC semiconductor switch device 400 and the second mechanical switch 405 of both the first and second UPS systems 500a and 500b are turned off, and power is supplied from each UPS 406 to each load 401. Supplied.
[0086]
When an overcurrent is generated in one load 401 while the UPS 406 is in operation, there is a risk that the UPS 406 of the load 401 is stopped due to overload. The third mechanical switch 501 is connected between intermediate connection points of the second mechanical switch 405 in the first and second UPS systems 500a and 500b and the AC semiconductor switch device 400, and is in an ON state during a power failure. When an overcurrent occurs in one load 401, the AC semiconductor switch device 400 in the first and second UPS systems 500a and 500b is turned on to supply power from the other UPS 406. .
[0087]
Since the UPS system is configured as described above, it is possible to prevent operation stop due to overload, and to obtain a highly reliable, small and inexpensive system.
[0088]
According to the fifteenth embodiment of the present invention, in any configuration from the first embodiment to the fourth embodiment and from the eleventh embodiment to the fourteenth embodiment, the second is provided between the AC power supply and the load 401. And a plurality of uninterruptible power supply systems in which an uninterruptible power supply device 406 is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device 400 and a load 401. Third, a mechanical switch 501 is connected between the connection points of the second mechanical switch 405 and the semiconductor AC switch device 400 in each uninterruptible power supply system, and the AC power supply is interrupted and the semiconductor AC switch The device 400 and the second mechanical switch 405 are turned off and the uninterruptible power supply 406 supplies power to the load 401. In addition, when the third mechanical switch 501 is turned on to be in a standby state and an overcurrent occurs in any load 401 in the uninterruptible power supply system, the semiconductor AC switch device in each uninterruptible power supply system Since 400 is turned on and extended power feeding is performed, the current interruption time can be shortened to cut off at high speed, and the semiconductor alternating current can be reduced in size and can be prevented from being shut down due to overload, thereby improving reliability. A switch device can be obtained.
[0089]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor AC switch device that can shorten the current interruption time and cut off at high speed and can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of a semiconductor AC switch device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of a semiconductor AC switch device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of a semiconductor AC switch device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a main circuit of a semiconductor AC switch device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a structural diagram showing a configuration of a semiconductor AC switch device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a structural diagram showing a configuration of a semiconductor AC switch device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a structural diagram showing a configuration of a semiconductor AC switch device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a structural diagram showing a configuration of a semiconductor AC switch device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of a semiconductor AC switch device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of a semiconductor AC switch device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of a semiconductor AC switch device according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of a semiconductor AC switch device according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of a semiconductor AC switch device according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of a semiconductor AC switch device according to a fourteenth embodiment of the present invention.
15 is a circuit diagram showing a configuration of a protection circuit of a semiconductor AC switch device according to a fifteenth embodiment of the present invention. FIG.
[Explanation of symbols]
11a, 12a, 11b, 12b, 11c, 12c self-extinguishing element type semiconductor device, 21, 22a, 21b, 22b, 21, 22c diode, 31a, 32a, 31b, 32b, 31c, 32c gate circuit, 41a, 51a, 42a Parallel snubber, 61a, 7a, 62b, 61b, 7b, 62b, 61c, 7c, 62c Clamp snubber, 8 Charging circuit.

Claims

ダイオードが逆並列接続された自己消弧素子型半導体素子の直列接続体が交流母線の各相に同一方向に接続してなる半導体交流スイッチ装置において、ダイオードとコンデンサとダイオードの直列体で構成されるクランプスナバを自己消弧素子型半導体素子の直列接続体に各相ごとに並列接続するとともに前記各相のクランプスナバのコンデンサを共通に並列接続し前記自己消弧素子型半導体素子毎に抵抗とコンデンサの直列体を並列接続し、前記自己消弧素子型半導体素子毎に接続されるゲート回路にターンオフ時のスイッチングサージを抑制するサージ抑制手段を備え、前記クランプスナバのコンデンサを前記交流母線の電圧ピーク値以上に充電する充電手段を設けて、前記抵抗とコンデンサの直列体の電流が前記自己消弧素子型半導体素子の漏れ電流値以上になるように前記抵抗とコンデンサの直列体の定数を設定したことを特徴とする半導体交流スイッチ装置。In a semiconductor AC switch device in which a series connection body of self-extinguishing element type semiconductor elements, in which diodes are connected in antiparallel, is connected in the same direction to each phase of the AC bus, it is composed of a series body of a diode, a capacitor and a diode. A clamp snubber is connected in parallel to a series connection body of self-extinguishing element type semiconductor elements for each phase, and a capacitor of the clamp snubber of each phase is connected in parallel, and a resistor and a capacitor are provided for each of the self-extinguishing element type semiconductor elements. The gate body connected to each of the self-extinguishing element type semiconductor elements is provided with surge suppression means for suppressing a switching surge at the time of turn-off, and the capacitor of the clamp snubber is connected to the voltage peak of the AC bus. A self-extinguishing element type semiconductor in which a current in a series of the resistor and the capacitor is provided; Semiconductor AC switch device being characterized in that setting the constant of the series of resistors and capacitors to be equal to or greater than the leakage current value of the child.

前記自己消弧素子型半導体素子の直列接続体を２分割し、その中間素子側から順番にゲートトランスを直列接続して前記自己消弧素子型半導体素子の前記ゲート回路にゲート電力を供給するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体交流スイッチ装置。The serial connection body of the self-extinguishing element type semiconductor element is divided into two parts, and a gate transformer is connected in series from the intermediate element side to supply gate power to the gate circuit of the self-extinguishing element type semiconductor element. The semiconductor AC switch device according to claim 1, wherein

前記クランプスナバのコンデンサを２分割に直列接続してその中間接続点と大地間にアレスタを接続したことを特徴とする前記特許請求項１に記載範囲の半導体交流スイッチ装置。2. The semiconductor AC switch device according to claim 1, wherein the capacitor of the clamp snubber is connected in series in two and an arrester is connected between the intermediate connection point and the ground.

前記クランプスナバのコンデンサを２分割して直列接続し、その中間接続点を大地間に抵抗器を接続し、前記２分割された前記クランプスナバのコンデンサの両端電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記電圧検出手段により地絡事故を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体交流スイッチ装置。The clamp snubber capacitor is divided into two and connected in series, a resistor is connected between the ground and the ground, and voltage detecting means for detecting the voltage across the clamp snubber capacitor divided into two is provided. 2. The semiconductor AC switch device according to claim 1, wherein a ground fault is detected by the voltage detection means.

２分割された前記自己消弧素子型半導体素子の直列接続体の片方と、前記第１および第２のクランプスナバグイオードの片方を交流半導体ユニットとして構成し、この交流半導体ユニットを前記自己消弧素子型半導体素子とその逆並列ダイオードと一体化されてなる自己消弧素子型半導体モジュールを横方向に配置して順番に直列接続するとともに前記前記第１および第２のクランプスナバダイオードの片方をこの自己消弧素子型半導体モジユールに近接配置した構造とし、２分割された前記クランプスナバのコンデンサの片方を前記交流半導体ユニットの横に近接配置し、もう片方の前記交流半導体ユニットと前記前記クランプスナバのコンデンサを上下方向の位置に配置して１相分を構成し、前記交流半導体ユニットと前記前記クランプスナバのコンデンサを上下方向に全体で６段に積み上げた構造で３相分を構成したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。One of the series connection body of the self-extinguishing element type semiconductor element divided into two and one of the first and second clamp snubber bugs are configured as an AC semiconductor unit, and this AC semiconductor unit is configured as the self-extinguishing unit. A self-extinguishing element type semiconductor module integrated with an element type semiconductor element and its antiparallel diode is arranged in the horizontal direction and connected in series in order, and one of the first and second clamp snubber diodes is connected to this one. A structure in which the self-arc-extinguishing element type semiconductor module is arranged in proximity is arranged with one side of the capacitor of the clamp snubber divided in two adjacent to the side of the AC semiconductor unit, and the other side of the AC semiconductor unit and the clamp snubber are arranged. A capacitor is arranged at a position in the vertical direction to constitute one phase, and the AC semiconductor unit and the clamp Semiconductor AC switch device according to any of that constitute the three phases of the capacitor Nava in total were stacked six-stage structure in the vertical direction from claim 1, wherein up to claim 4.

１相分の前記交流半導体ユニットを前面と裏面に背中合わせして配置し、１相分の２分割された前記クランプスナバのコンデンサを前面と裏面に背中合わせして前記各交流半導体ユニットの横に配置してこの交流半導体ユニットとクランプスナバのコンデンサを上下方向に３段に積み上げた構造で３相分を構成したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。The AC semiconductor unit for one phase is arranged back to back on the front and back surfaces, and the capacitor of the clamp snubber divided into two for one phase is arranged back to back on the front and back surfaces and placed next to each AC semiconductor unit. 5. The semiconductor AC switch device according to claim 1, wherein the AC semiconductor unit and the clamp snubber capacitor are stacked in three stages in a vertical direction to form a three-phase portion. .

前記交流半導体素子スイッチが２セット並列接続される半導体交流スイッチ装置において、１セット１相分の前記交流半導体ユニットを前面と裏面に背中合わせして配置し、１セット１相分の２分割された前記クランプスナバのコンデンサを前面と裏面に背中合わせして前記各交流半導体ユニットの横に配置し、その下側にもう１セット１相分の前記交流半導体ユニットと１セット１相分の２分割された前記クランプスナバのコンデンサを配置して、前記交流半導体ユニットと前記前記クランプスナバのコンデンサを上下方向に全体で６段に積み上げた構造で２セット３相分を構成したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。In the semiconductor AC switch device in which two sets of AC semiconductor element switches are connected in parallel, the AC semiconductor units for one set and one phase are arranged back to back on the front and back surfaces, and the set is divided into two for one phase. A clamp snubber capacitor is placed next to each AC semiconductor unit back-to-back on the front and back surfaces, and the other side of the AC semiconductor unit for one set and one phase is divided into two parts for one set and one phase. 2. A clamp snubber capacitor is disposed, and two sets and three phases are configured by a structure in which the AC semiconductor unit and the clamp snubber capacitor are stacked in a total of six stages in the vertical direction. The semiconductor alternating current switch apparatus in any one of Claim 4.

請求項６に記載の前記半導体交流スイッチ装置を２台備え、お互いに前記クランプスナバのコンデンサの配置が隣り合わせになるように片方の前記半導体交流スイッチ装置を前面と裏面を逆にして列盤構成にしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。7. The semiconductor AC switch device according to claim 6, wherein two semiconductor AC switch devices are arranged side by side with the front and back surfaces reversed so that the capacitors of the clamp snubber are adjacent to each other. The semiconductor AC switch device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor AC switch device is provided.

交流電源と負荷との間に前記半導体交流スイッチ装置が接続され、この半導体交流スイッチ装置に並列に接続された第１の機械スイッチを備え、前記半導体交流スイッチ装置をオンする際に、先にこの第１の機械スイッチをオンして、前記負荷の突入電流が前記半導体交流スイッチ装置に流れるのを防止したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。The semiconductor AC switch device is connected between an AC power source and a load, and includes a first mechanical switch connected in parallel to the semiconductor AC switch device. 5. The semiconductor AC switch device according to claim 1, wherein the first mechanical switch is turned on to prevent an inrush current of the load from flowing to the semiconductor AC switch device. 6. .

交流電源と負荷との間に前記半導体交流スイッチ装置が接続され、前記半導体交流スイッチ装置をオンした際に、前記負荷の突入電流を検出して前記半導体交流スイッチ装置を直ちにオフし、前記交流電源の周波数の半周期後に再度オンするようにして、前記負荷の突入電流が前記半導体交流スイッチ装置に流れ続けるのを防止したことを特徴とする前記特許請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。The semiconductor AC switch device is connected between an AC power source and a load, and when the semiconductor AC switch device is turned on, the inrush current of the load is detected to immediately turn off the semiconductor AC switch device, and the AC power source 5. The device according to claim 1, wherein the inrush current of the load is prevented from continuing to flow into the semiconductor AC switch device by turning on again after a half cycle of the frequency of the above. The semiconductor alternating current switch apparatus of description.

交流電源と負荷との間に第２の機械スイッチと前記半導体交流スイッチ装置が直列に接続され、前記半導体交流スイッチ装置と負荷との接続点に無停電電源装置が接続され、前記交流電源が停電した際に前記半導体交流スイッチ装置と第２の機械スイッチをオフするとともに前記無停電電源装置から前記負荷に給電するようにして、前記半導体交流スイッチ装置に過電圧が印加されるのを防止したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。A second mechanical switch and the semiconductor AC switch device are connected in series between an AC power supply and a load, an uninterruptible power supply device is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device and the load, and the AC power supply is blacked out. The semiconductor AC switch device and the second mechanical switch are turned off and the load is supplied from the uninterruptible power supply device to prevent the overvoltage from being applied to the semiconductor AC switch device. The semiconductor AC switch device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor AC switch device is characterized in that:

交流電源と負荷との間に前記半導体交流スイッチ装置が接続され、前記半導体交流スイッチ装置と負荷との接続点に無停電電源装置が接続され、前記半導体交流スイッチ装置をオンして前記交流電源から前記負荷に給電中に、前記負荷に過電流が発生した際に前記無停電電源装置からも前記負荷に給電するようにして前記半導体交流スイッチ装置に過電流が流れ続けるのを防止したことを特徴とする前記特許請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。The semiconductor AC switch device is connected between an AC power supply and a load, an uninterruptible power supply device is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device and the load, and the semiconductor AC switch device is turned on from the AC power supply. During overpower supply to the load, when an overcurrent occurs in the load, the uninterruptible power supply also supplies power to the load to prevent overcurrent from continuing to flow through the semiconductor AC switch device. The semiconductor AC switch device according to any one of claims 1 to 4.

交流電源と負荷との間に前記半導体交流スイッチ装置が接続され、前記半導体交流スイッチ装置と負荷との接続点に無停電電源装置が接続され、前記半導体交流スイッチ装置をオンして前記交流電源から前記負荷に給電中に、前記負荷に過電流が発生した際にその過電流の無効電流基本波成分を前記無停電電源装置からも前記負荷に給電するようにして前記半導体交流スイッチ装置に過電流が流れ続けるのを防止したことを特徴とする請求項１から請求項４までおよび請求項１２のいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。The semiconductor AC switch device is connected between an AC power supply and a load, an uninterruptible power supply device is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device and the load, and the semiconductor AC switch device is turned on from the AC power supply. When power is supplied to the load, when an overcurrent occurs in the load, the reactive current fundamental wave component of the overcurrent is also supplied to the load from the uninterruptible power supply device. The semiconductor AC switch device according to any one of claims 1 to 4 and claim 12, characterized in that it is prevented from continuing to flow.

交流電源と負荷との間に限流手段と前記半導体交流スイッチ装置が直列に接続され、前記半導体交流スイッチ装置と負荷との接続点に無停電電源装置が接続され、前記交流電源が停電した際に前記半導体交流スイッチ装置を高速にオフして前記無停電電源装置から前記負荷に無瞬断で給電するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４および請求項１１から請求項１３までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。When the current limiting means and the semiconductor AC switch device are connected in series between an AC power source and a load, an uninterruptible power supply device is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device and the load, and the AC power source fails Further, the semiconductor AC switch device is turned off at a high speed to supply power to the load from the uninterruptible power supply device without any instantaneous interruption. The semiconductor alternating current switch apparatus in any one of to.

交流電源と負荷との間に第２の機械スイッチと前記半導体交流スイッチ装置が直列に接続され、前記半導体交流スイッチ装置と負荷との接続点に無停電電源装置が接続されてなる無停電電源装置システムを複数セット備え、各無停電電源装置システム内の前記第２の機械スイッチと前記半導体交流スイッチ装置の接続点間に第３に機械スイッチを接続して、前記交流電源が停電して前記半導体交流スイッチ装置と第２の機械スイッチをオフするとともに前記無停電電源装置から前記負荷に給電している場合に、前記第３の機械スイッチをオンにして待機させ、どれかの無停電電源装置システム内の負荷で過電流が発生した際に各無停電電源装置システム内の前記半導体交流スイッチ装置をオンして延長給電を行うようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４までおよび請求項１１から請求項１４までのいずれかに記載の半導体交流スイッチ装置。An uninterruptible power supply device in which a second mechanical switch and the semiconductor AC switch device are connected in series between an AC power supply and a load, and an uninterruptible power supply device is connected to a connection point between the semiconductor AC switch device and the load. A plurality of sets of systems are provided, and a third mechanical switch is connected between connection points of the second mechanical switch and the semiconductor AC switch device in each uninterruptible power supply system. When the AC switch device and the second mechanical switch are turned off and the load is supplied from the uninterruptible power supply to the load, the third mechanical switch is turned on for standby, and any uninterruptible power supply system When an overcurrent is generated by an internal load, the semiconductor AC switch device in each uninterruptible power supply system is turned on to perform extended power supply Semiconductor AC switch device according to any one of Motomeko 1 to claim 4 and claim 11 to claim 14.