JP5276469B2

JP5276469B2 - 過電圧保護装置

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Publication number: JP5276469B2
Application number: JP2009042389A
Authority: JP
Inventors: 雅樹河野; 和幸中村; 潤澤木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP2010200490A

Description

本発明は、同期機が発生する無負荷誘起電圧による過電圧から同期機を駆動する電力変換装置を保護する過電圧保護装置に関する。

同期機としての高速ＰＭモータを直流母線に接続されたコンデンサ及びこのコンデンサに接続された電力変換器（インバータ）を有する電力変換装置により高速にて駆動中に、停電や保護装置の動作などで電力変換器が停止した場合、直流母線電圧よりも同期機の無負荷誘起電圧が大きくなり回生エネルギーが電力変換器に流れ込み、直流母線電圧が上昇して電力変換器やコンデンサの耐圧限界を超えて、電力変換器やコンデンサを破壊する可能性がある。同様に、誘導機において、地絡や短絡事故が発生すると、誘導機の２次巻線に過大な過電圧が発生するので、この過電圧を抑制し保護する過電圧保護装置として、二次巻線の過電圧が所定のレベルを超えるとサイリスタを点弧して導通させ、二次巻線を短絡し過電圧を抑制するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１１１７３０（段落番号０００４及び図５）

上記のような従来の誘導機における過電圧保護装置においては、誘導機に地絡や短絡事故が発生したときについてのみ想定されている。ところが、同期機の場合、地絡や短絡事故以外にも電力変換器が停止すると直流母線電圧より同期機の無負荷誘起電圧が大きくなり、回生エネルギーが電力変換器に流れ込み、直流母線電圧が上昇して電力変換器やコンデンサの耐圧限界を超えて、電力変換器やコンデンサを破壊するおそれがある。そのため、同期機に適用する場合には、電力変換器の停止を検知し、電圧に応じて回生エネルギーを素早く抑制しなければならない。一方、電力変換器が停止から短時間に復帰するすなわち運転を再開することができるように、迅速に同期機の発生電圧を低下させるとともに、発電機の電圧の低下に合わせてコンデンサの電圧を所定の値まで低下させ、短時間に電力変換器が再起動できるようにすることが望まれている。これに対して、従来の上記のような誘導機の過電圧保護装置においては、地絡や短絡事故を想定しているが、電力変換器が復帰して再起動する場合に如何にして短時間に復帰するかについては述べられていない。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電力変換器が停止したときの過電圧を抑制できるとともに迅速に電力変換器の運転を再開できる過電圧保護装置を得ることを目的とする。

この発明に係る過電圧保護装置においては、回生エネルギー放出手段とコンデンサ放電手段と電圧検出手段と過電圧制御手段とを有し、直流電源に接続されるコンデンサに接続され直流電源の電力を交流に変換して同期電動機の電機子巻線に供給して同期電動機を駆動する電力変換器を有する電力変換装置における過電圧を抑制する過電圧保護装置であって、
電圧検出手段は、電力変換器が停止したときに同期電動機の電機子巻線の電圧を検出するものであり、
回生エネルギー放出手段は非自己消弧型サイリスタを備え、
コンデンサ放電手段は自己消弧型スイッチング素子を備え、
過電圧制御手段は、電機子巻線の電圧が第１の所定値を超えたとき回生エネルギー放出手段の非自己消弧型サイリスタを制御して電機子巻線間を短絡して同期電動機の回転エネルギーを放出させることにより電機子巻線の電圧を低下させ、電機子巻線の電圧が第１の所定値よりも小さい第２の所定値にまで低下したときに回生エネルギー放出手段による電機子巻線間の短絡を解除し、電機子巻線の電圧が第１の所定値よりも小さい第３の所定値に低下したときにコンデンサ放電手段の自己消弧型スイッチング素子を制御してコンデンサの電荷を放電させるものである。

この発明は、回生エネルギー放出手段とコンデンサ放電手段と電圧検出手段と過電圧制御手段とを有し、直流電源に接続されるコンデンサに接続され直流電源の電力を交流に変換して同期電動機の電機子巻線に供給して同期電動機を駆動する電力変換器を有する電力変換装置における過電圧を抑制する過電圧保護装置であって、
電圧検出手段は、電力変換器が停止したときに同期電動機の電機子巻線の電圧を検出するものであり、
回生エネルギー放出手段は非自己消弧型サイリスタを備え、
コンデンサ放電手段は自己消弧型スイッチング素子を備え、
過電圧制御手段は、電機子巻線の電圧が第１の所定値を超えたとき回生エネルギー放出手段の非自己消弧型サイリスタを制御して電機子巻線間を短絡して同期電動機の回転エネルギーを放出させることにより電機子巻線の電圧を低下させ、電機子巻線の電圧が第１の所定値よりも小さい第２の所定値にまで低下したときに回生エネルギー放出手段による電機子巻線間の短絡を解除し、電機子巻線の電圧が第１の所定値よりも小さい第３の所定値に低下したときにコンデンサ放電手段の自己消弧型スイッチング素子を制御してコンデンサの電荷を放電させるものであるので、
コンデンサの電圧が所定の電圧まで迅速に低下し、過電圧を抑制できるとともに迅速に電力変換器の運転を再開できる。

この発明の実施の形態１である過電圧保護装置を示す構成図である。同期機の回転数と電圧との関係の一例を示す図である。図１の短絡制御手段の詳細構成を示す構成図である。図１の過電圧保護装置の動作を説明するための動作説明図である。図１の過電圧保護装置の動作のシミュレーション結果を示す説明図である。この発明の実施の形態２である過電圧保護装置を示す構成図である。この発明の実施の形態３である過電圧保護装置を示す構成図である。この発明の実施の形態４である過電圧保護装置を示す構成図である。図８の短絡制御手段の詳細構成を示す構成図である。図８の過電圧保護装置の動作を説明するための動作説明図である。

実施の形態１．
図１〜図５はこの発明の実施の形態１を示すものであり、図１は過電圧保護装置を示す構成図、図２は同期機の回転数と電圧との関係の一例を示す図である。図３は短絡制御手段の詳細構成を示す構成図、図４は過電圧保護装置の動作を説明するための動作説明図、図５は過電圧保護装置の動作のシミュレーション結果を示す説明図である。図１において、同期機の電力変換装置５０は、直流電源４に放電手段９（後述）を介して接続されたコンデンサ３と、コンデンサ３に接続され直流を三相交流に変換する電力変換器２とを有し、その交流側は交流接続線（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）１９を介して同期電動機としての同期機１の図示しない三相の電機子巻線に接続されている。

過電圧保護装置１００は、回生エネルギー放出手段としての回生電力放出装置５とコンデンサ放電手段としての放電手段９とを有する。回生電力放出装置５は、短絡手段６と電圧検出手段７と短絡制御手段８とを有する。短絡手段６は、二つのスイッチング素子（この実施の形態ではサイリスタ素子）６ａ，６ｂ、すなわち同期機１のＵ相巻線とＶ相巻線との間に接続されたスイッチング素子６ａと、Ｖ相巻線とＷ相巻線との間に接続されたスイッチング素子６ｂを有する。

電圧検出手段７は、整流手段７ａと分圧手段７ｂと有する。整流手段７ａは、全波整流を行うため、６個のダイオードが三相ブリッジ接続されて構成されている。整流手段７ａは、無負荷誘起電圧のピーク値を検出することができ、つまり、整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１は、無負荷誘起電圧のピーク値と一致する。分圧手段７ｂは、図１の構成では、抵抗分圧を行うものであり、短絡制御手段８（後述）の入力側が接続される抵抗Ｒ２の抵抗値は、短絡制御手段８が必要とする入力電圧レベルに合わせて設定する。例えば、短絡制御手段８をマイコンで構成する場合、通常の入力電圧レベルは、５Ｖを超えないように設計する必要がある。

そのため、整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１が８００Ｖになったときに抵抗Ｒ２の両端が４Ｖになるように、Ｒ１、Ｒ２を選択する。具体的には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との抵抗比は、１９９：１になるように選択する。これにより出力電圧Ｖｃ１が８００Ｖになったときに抵抗Ｒ２の両端の電圧が４Ｖになる。なお、分圧手段７ｂは、この実施の形態では抵抗により分圧するものを示しているが、変圧器や電圧センサ、電圧プローブなどの他の手段によって電圧を降圧して短絡制御手段８に入力してもよい。短絡制御手段８は、比較手段８ａ、論理和手段８ｂ、論理和手段８ｃ、比較手段８ｄ、比較手段８ｅ、ＮＯＴ手段８ｆ、ラッチ手段８ｇ、ＮＯＴ手段８ｈを有する。

詳細は後述するが、まず各構成の概略の機能を説明する。回生電力放出装置５は、交流接続線１９に接続され、同期機１が発生する回生エネルギー（電力）を消費する。電圧検出手段７は、同期機１の線間電圧を検出する。短絡制御手段８は、電圧検出手段７によって検出された同期機１の線間電圧すなわち無負荷誘起電圧がコンデンサ３の定格耐用電圧以下の第１の所定値である８００Ｖを超えたときに、短絡手段６の２つのスイッチング素子６ａ，６ｂを導通させて交流接続線１９間を短絡し、同期機１の発生電圧を低下させる。短絡手段６により同期機１の線間が短絡された後、電圧検出手段７によって検出された無負荷誘起電圧が第２の所定値である７００Ｖ以下になったときに、短絡制御手段８により放電手段９のスイッチング素子９ａが導通され、放電抵抗９ｂによりコンデンサ３に蓄積されたエネルギーを消費しコンデンサ３の電圧を降下させる。

ところで、図１における同期機１は、図示しないが回転子に取り付けられた永久磁石により界磁を作る永久磁石同期機としている。永久磁石同期機の場合、永久磁石による磁束が一定であるため、同期機単体の特性としては、磁束密度と同期機１の回転速度との積に比例した誘起電圧を発生する。これは無負荷誘起電圧と称され、図２に点線で示すような無負荷誘起電圧Ｖｆが発生する。これに対して、電力変換器２は、入力の直流電源４の直流電圧以上の電圧を発生することはできないことから、無負荷誘起電圧Ｖｆが電力変換器２の最大出力電圧Ｖｍａｘを超える区域Ｂでは、同期機の電圧Ｖｍを一定値とし、永久磁石による磁束を打ち消すような磁束を電機子巻線で発生させるように、電力変換器２でいわゆる弱め界磁制御を行なって、高速までの運転を可能としている。なお、この実施の形態では、直流電源４の電圧は一例として定常時は約６００Ｖ、同期機の定格電圧は４００Ｖとしている。

しかし、電力変換器２の動作が停止した場合は、同期機１を制御することができなくなるので、無負荷誘起電圧は直流電源４の電圧より大きくなり、同期機１からコンデンサ３に電流が流れることになり、コンデンサ３の電圧が無負荷誘起電圧に対応する値に上昇する。これにより、コンデンサ３や電力変換器２には大きな電圧が印加されることになり、コンデンサ３と電力変換器２の定格耐用電圧を超えることになり、コンデンサ３や電力変換器２を破壊する可能性がある。このため、同期機１と電力変換器２の間の交流接続線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）１９に接続された回生電力放出装置５は、電圧検出手段７が検出した出力電圧Ｖｃ１が所定値を超えると、交流接続線１９のＵ相Ｖ相の線間をスイッチング素子６ａにより短絡し、Ｖ相Ｗ相の線間をスイッチング素子６ｂにより短絡し、同期機１の回転エネルギーを消費するようにし、急速に交流接続線１９の線間電圧を低下させる。交流接続線１９の線間電圧が７００Ｖまで低下すると、交流接続線１９のＵ相Ｖ相の線間の短絡が開放され、同時にコンデンサ３の放電が開始される。交流接続線１９の６００Ｖまで低下すると、コンデンサ３の放電が停止される。

次に、図３及び図４により詳細に動作を説明する。
短絡制御手段８は、抵抗Ｒ２の端子間に発生する電圧Ｖｃ２を入力とし、短絡手段６及び放電手段９を制御する。同期機１が６００Ｖで駆動されており、時間ｔ１において電力変換器２の動作が停止したとすると（図４（ａ））、同期機１から電力変換器２を構成するスイッチング素子のダイオードを介してコンデンサ３に回生エネルギーが流れ込むことによりコンデンサ３の電圧Ｖｃが上昇する（図４（ｂ））。それに合わせて電圧検出手段７の整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１もコンデンサ３の電圧Ｖｃと同じ値で上昇する（図４（ｃ））。まず、出力電圧Ｖｃ１が６００Ｖを超えると、比較手段８ｅからの出力信号Ｓ１はハイ（Ｈ）（ハイレベル）となる（図４（ｆ））。

さらに電圧が上昇し、時間ｔ２において７００Ｖを超えると、比較手段８ｄからの出力信号Ｓ３がハイとなる（図４（ｅ））。時間ｔ３において交流接続線１９の線間電圧が８００Ｖ（入力される電圧Ｖｃ２の４Ｖに相当）を超えると、比較手段８ａから出力信号ＯＳはハイとなり（図４（ｄ））、出力された出力信号ＯＳはハイ状態でラッチ手段８ｇにより保持される。また、比較手段８ｄと比較手段８ａからの出力信号Ｓ３，ＯＳは、論理和手段８ｂに入力され、時間ｔ３において、出力信号Ｓ３，ＯＳがともにハイになるので、論理和手段８ｂからの短絡制御信号ＳＣＳがハイとなる（図４（ｇ））。この短絡制御信号ＳＣＳはハイとなると短絡手段６を構成する２つのスイッチング素子６ａ，６ｂがオンされて、交流接続線１９（同期機１）のＵ相Ｖ相間、Ｖ相Ｗ相間が短絡される。

交流接続線１９の線間が短絡されると、ブレーキトルクが発生し、同期機１は減速を行うことにより速度に比例する無負荷誘起電圧は小さくなり、整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１は低下する。電圧が低下し、時間ｔ４において７００Ｖまで低下すると比較手段８ｄからの出力信号Ｓ３がロー（Ｌ）となり（図４（ｅ））、これにともない論理和手段８ｂからの短絡制御信号ＳＣＳがローとなり（図４（ｇ））、短絡手段６のスイッチング素子６ａ，６ｂがオフする。すなわち、図４（ｇ）に示すように、出力電圧Ｖｃ１が８００Ｖを超える時間ｔ３から出力電圧Ｖｃ１が７００Ｖに低下する時間ｔ４までの間、短絡制御信号ＳＣＳがハイとなり、短絡手段６が動作することになる。

また、同期機１の電圧が第３の所定値（この実施の形態においては第２の所定値と同じ）７００Ｖに低下した時間ｔ４において、比較手段８ａからの信号がＮＯＴ手段８ｈにより反転された反転信号Ｓ４はハイとなり、論理和手段８ｃに入力される。このとき、同期機１の電圧は未だ６００Ｖまで低下していないので比較手段８ｅからの出力信号Ｓ１はハイのままであるので、論理和手段８ｃから出力される放電制御信号ＧＳがハイとなり（図４（ｈ））、放電手段９のスイッチング素子９ａがオンされてコンデンサ３に蓄積されたエネルギーを放電抵抗９ｂにより放電させる。これによりコンデンサ３の電圧Ｖｃ、整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１が低下し、時間ｔ５で同期機１の電圧が６００Ｖになったときに比較手段８ｅからの出力信号Ｓ１がローとなるので、論理和手段８ｃからの放電制御信号ＧＳがローとなり放電を完了するとともに、開閉手段９ｃが閉路し、コンデンサ３と直流電源４との経路が接続される。

また、時間ｔ５で同期機１の電圧が６００ＶになったときにＮＯＴ手段８ｆによる比較手段８ｅからの出力信号Ｓ１の反転信号Ｓ２がハイとなり、この反転信号Ｓ２によりラッチ手段８ｇによる比較手段８ａからの出力信号ＯＳのハイ状態の保持が解除されるので、論理和手段８ｂからの短絡制御信号ＳＣＳがローとなり、短絡手段６のスイッチング素子６ａ，６ｂをオフする。以上により、コンデンサ３の電圧を電力変換器２が起動できる定常的な電圧である６００Ｖまで放電することができる。このようにスイッチング素子６ａ，６ｂのオンオフ動作にヒステリシスを持たせることにより、短絡手段６が頻繁にオン、オフを繰り返したりすることがなく安定に動作することが可能となる。

図５に、この過電圧保護装置の動作を１１ｋＷの同期機を用いてシミュレーションで確認した結果を示す。図５によれば、８００Ｖよりコンデンサ３の電圧が上昇しないことが分かる。なお、図５は、時間ｔ１〜ｔ３と回生エネルギー放出期間である時間ｔ３〜ｔ４間の一部の時間についてのシミュレーション結果である。電力変換器２が停止から素早く復帰すなわち再起動することができるように、同期機１（交流接続線１９）の線間電圧がコンデンサ３の定格耐用電圧以下の所定の値例えば７００Ｖ以下になるとスイッチング素子９ａを導通させコンデンサ３の電荷を放電抵抗９ｂにより放電させ、線間電圧が所定の値例えば６００Ｖになると短絡を停止して、コンデンサ３の電圧を所定の値まで放電する。

以上のように、この実施の形態によれば、電力変換器２を直ちに再起動することができる。すなわち、電力変換器が停止したときの過電圧を抑制できるとともに迅速に運転を再開できる。また、同期機１の電機子巻線間を２つのスイッチング素子６ａ，６ｂで短絡することができ、３つのスイッチング素子を使用して三相の線間を短絡する場合に比し部品点数を少なくすることができ、低コスト化を図ることができる。また、コンデンサ３の電圧を検出する手段を設けなくても、コンデンサ３の電荷の放電を開始することができるので、この点からも低コスト化が実現できる。

なお、上記実施の形態では電圧の第１の所定値を８００Ｖ、第２及び第３の所定値を同じ値である７００Ｖとしたので、短絡制御手段８の構成が簡易となるが、これに限られるものではなく、例えば第３の所定値を７２０Ｖに設定してもよい。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２である過電圧保護装置の構成図である。図６において、過電圧保護装置２００は、次のように構成されている。回生電力放出装置１５は、短絡手段６、短絡制御手段８、電圧検出手段１０を有する。電圧検出手段１０は、整流手段１０ａ及び分圧手段１０ｂを有する。整流手段１０ａは、３つのダイオードで構成された三相半波整流回路にて構成されている。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
このように、電圧検出手段１０を３つのダイオードで構成することにより、さらに低コスト化を実現することができる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３である過電圧保護装置の構成図である。図７において、過電圧保護装置３００は、次のように構成されている。回生電力放出装置２５は、短絡手段６、短絡制御手段８、電圧検出手段１１を有する。電圧検出手段１１は、速度検出手段１２と電圧演算手段１３とを有する。速度検出手段１２は、同期機１の速度を検出し、電圧検出手段１１は速度検出手段１２が検出した同期機１の速度情報に同期機１の磁石磁束を乗じて、電圧情報としての出力電圧Ｖｃ１を出力する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

電圧検出手段１１は、マイコンで同期機１の速度情報と磁石磁束の乗算を行うことにより実現する。このため、交流接続線１９の電圧を検出することを要せず、図１における電圧検出手段７が不要となり、構成が簡易となり、部品点数を少なくすることができ、低コスト化が実現する。

実施の形態４．
図８〜図１０は、実施の形態４を示すものであり、図８は過電圧保護装置の構成図、図９は短絡制御手段の詳細構成を示す構成図、図１０は過電圧保護装置の動作を説明するための動作説明図である。図８において、過電圧保護装置４００は、次のように構成されている。回生電力放出装置３５は、短絡手段６、短絡制御手段２８を有する。短絡制御手段２８は、図９に示すように、比較手段８ａ、論理和手段８ｂ、論理和手段８ｃ、比較手段８ｄ、比較手段８ｅ、ラッチ手段８ｇ、ＮＯＴ手段８ｈ、タイマー２８ａ、比較手段２８ｂを有する。なお、タイマー２８ａ及び比較手段２８ｂがこの発明における電力変換器２の再起動を禁止する再起動禁止手段である。この実施の形態４では図９に示すようにラッチ手段８ｇによる短絡制御手段２８の比較手段８ａの出力信号ＯＳのハイ状態の保持を、タイマー２８ａにより解除する点が実施の形態１と異なる。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

次に、動作を図９及び図１０により説明する。短絡制御手段２８は、抵抗Ｒ２の端子間に発生する電圧Ｖｃ２を入力とし、短絡手段６及び放電手段９を制御する。同期機１が６００Ｖで駆動されており、時間ｔ１において電力変換器２の動作が停止したとすると（図１０（ａ））、同期機１から電力変換器２を構成するスイッチング素子のダイオードを介してコンデンサ３に回生エネルギーが流れ込むことによりコンデンサ３の電圧Ｖｃが上昇する（図１０（ｂ））。それに合わせて電圧検出手段７の整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１もコンデンサ３の電圧Ｖｃと同じ値で上昇する（図１０（ｃ））。

また、出力電圧Ｖｃ１が６００Ｖを超えると、比較手段８ｅからの出力信号Ｓ１はハイ（Ｈ）（ハイレベル）となる（図１０（ｆ））。さらに電圧が上昇し、時間ｔ２において７００Ｖを超えると、比較手段８ｄからの出力信号Ｓ３がハイとなる（図１０（ｅ））。時間ｔ３において交流接続線１９の線間電圧が８００Ｖ（入力される電圧Ｖｃ２の４Ｖに相当）を超えると、比較手段８ａから出力信号ＯＳはハイとなり（図１０（ｄ））、出力された出力信号ＯＳはハイ状態でラッチ手段８ｇにより保持される。また、比較手段８ｄと比較手段８ａからの出力信号Ｓ３，ＯＳは論理和手段８ｂに入力され、時間ｔ３において、出力信号Ｓ３，ＯＳがともにハイになるので、論理和手段８ｂからの短絡制御信号ＳＣＳがハイとなる（図１０（ｊ））。

この短絡制御信号ＳＣＳがハイとなると短絡手段６を構成する２つのスイッチング素子６ａ，６ｂがオンされて、交流接続線１９のＵ相Ｖ相間、Ｖ相Ｗ相間が短絡される。交流接続線１９の線間が短絡されると、ブレーキトルクが発生し、同期機１は減速を行うことにより速度に比例する無負荷誘起電圧は小さくなり、整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１は低下する。電圧が低下し、時間ｔ４において７００Ｖまで低下すると比較手段８ｄの出力信号Ｓ３がロー（Ｌ）となり（図１０（ｅ））、これにともない論理和手段８ｂからの短絡制御信号ＳＣＳがローとなり（図１０（ｊ））、短絡手段６のスイッチング素子６ａ，６ｂがオフする。すなわち、図１０（ｊ）に示すように、出力電圧Ｖｃ１が８００Ｖを超える時間ｔ３から出力電圧Ｖｃ１が７００Ｖに低下する時間ｔ４までの間、短絡制御信号ＳＣＳがハイとなり、短絡手段６が動作する。

また、同期機１の電圧が７００Ｖに低下した時間ｔ４において、比較手段８ａからの出力信号Ｓ３がＮＯＴ手段８ｈにより反転された反転信号Ｓ４はハイとなり、論理和手段８ｃに入力される。このとき、同期機１の電圧は未だ６００Ｖまで低下していないので比較手段８ｅからの出力信号Ｓ１はハイのままであるので、論理和手段８ｃから出力される放電制御信号ＧＳがハイとなり（図１０（ｋ））、放電手段９のスイッチング素子９ａがオンされてコンデンサ３に蓄積されたエネルギーを放電抵抗９ｂにより放電させる。これによりコンデンサ３の電圧Ｖｃ、整流手段７ａの出力電圧Ｖｃ１が低下し、時間ｔ５で同期機１の電圧が６００Ｖになったときに比較手段８ｅからの出力信号Ｓ１がローとなるので、論理和手段８ｃからの放電制御信号ＧＳがローとなり（図１０（ｋ））放電を完了するとともに、開閉手段９ｃが閉路し、コンデンサ３と直流電源４とが接続される。以上により、コンデンサ３の電圧を電力変換器２が起動できる定常的な電圧である６００Ｖまで迅速に放電することができる。

以上のように、時間ｔ４において短絡制御信号ＳＣＳがローとなり短絡手段６による同期機１の電機子巻線の短絡を解除し、時間ｔ５において同期機１の電圧が６００Ｖになったときに論理和手段８ｃの放電制御信号ＧＳがローとなってコンデンサ３の放電が停止する。しかし、このとき、この実施の形態においては、比較手段８ａからの出力信号ＯＳをラッチ手段８ｇによりハイに保持したままとし、出力信号ＯＳをハイに保持し続けて、開閉手段９ｃを開路したままにする。従って、電力変換器２は停止したままになり、再起動を行うことができない。タイマー２８ａは、比較手段８ａの出力信号ＯＳがハイになった時間ｔ３からカウントを開始し、タイマー２８ａの出力信号（計数信号）Ｓ６が増加していく（図１０（ｇ））。時間ｔ６でタイマー２８ａの出力信号Ｓ６が所定の停止設定時間ＳＴを超えると、比較手段２８ｂの出力信号Ｓ７がハイとなり、ラッチ手段８ｇによるハイ状態の出力信号ＯＳの保持が解除される。以上によりコンデンサ３の電荷が放出されて電圧が所定の電圧まで迅速に低下するので、電力変換器２を再起動できる状態となる。

短絡手段６が一度動作すると、交流接続線１９の線間を短絡するスイッチング素子６ａ，６ｂの温度が上昇する。短時間にこのような短絡動作を繰り返すと、短絡手段６のスイッチング素子６ａ，６ｂの温度上昇を軽減するために大きな容量のものにしなければならない。しかし、この実施の形態で示したように、タイマー２８ａ及び比較手段２８ｂを用いてラッチ手段８ｇによる保持を解除するようにして、短絡手段６が動作後、電力変換器２の動作を所定の時間再開できないようにすることにより、短絡手段６のスイッチング素子６ａ，６ｂの容量を小さくすることができ、低コストが実現できる。

１同期機、２電力変換器、３コンデンサ、４直流電源、
５，１５，２５，３５回生電力放出装置、６短絡手段、７電圧検出手段、
７ａ整流手段、７ｂ分圧手段、８短絡制御手段、８ａ比較手段、
８ｂ論理和手段、８ｃ論理和手段、８ｄ比較手段、８ｅ比較手段、
８ｆＮＯＴ手段、８ｇラッチ手段、９放電手段、９ａスイッチング素子、
９ｂ放電抵抗、９ｃ開閉手段、１０電圧検出手段、１０ａ整流手段、
１０ｂ分圧手段、１１電圧検出手段、１２速度検出手段、１３電圧演算手段、
２８短絡制御手段、２８ａタイマー、２８ｂ比較手段、５０電力変換装置、
１００，２００，３００，４００過電圧保護装置。

Claims

回生エネルギー放出手段とコンデンサ放電手段と電圧検出手段と過電圧制御手段とを有し、直流電源に接続されるコンデンサに接続され上記直流電源の電力を交流に変換して同期電動機の電機子巻線に供給して上記同期電動機を駆動する電力変換器を有する電力変換装置における過電圧を抑制する過電圧保護装置であって、
上記電圧検出手段は、上記電力変換器が停止したときに上記同期電動機の電機子巻線の電圧を検出するものであり、
上記回生エネルギー放出手段は非自己消弧型サイリスタを備え、
上記コンデンサ放電手段は自己消弧型スイッチング素子を備え、
上記過電圧制御手段は、上記電機子巻線の電圧が第１の所定値を越えたとき上記回生エネルギー放出手段の上記非自己消弧型サイリスタを制御して上記電機子巻線間を短絡して上記同期電動機の回転エネルギーを放出させることにより上記電機子巻線の電圧を低下させ、上記電機子巻線の電圧が上記第１の所定値よりも小さい第２の所定値にまで低下したときに上記回生エネルギー放出手段による上記電機子巻線間の短絡を解除し、上記電機子巻線の電圧が上記第１の所定値よりも小さい第３の所定値に低下したときに上記コンデンサ放電手段の上記自己消弧型スイッチング素子を制御して上記コンデンサの電荷を放電させるものである
過電圧保護装置。
上記第３の所定値は上記第２の所定値と同じ値であることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護装置。
上記電圧検出手段は、上記同期電動機の回転速度に基づいて上記電機子巻線の電圧を求めるものであることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護装置。
上記同期電動機は三相同期電動機であり、上記過電圧制御手段は上記三相同期電動機の上記電機子巻線のうちの二つの巻線間を短絡するものであることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護装置。
上記回生エネルギー放出手段による上記電機子巻線間の短絡から所定値時間が経過するまで上記電力変換装置の再起動を禁止する再起動禁止手段が設けられたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の過電圧保護装置。