JPH0374134A - サイリスタ変換装置の故障監視回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はサイリスタ変換装置の故障監視回路に関し、詳
しくは、サイリスタにより構成された電力変換装置（以
下、サイリスタ変換装置という）であってサイリスタに
過電圧保護のための自己点弧回路が接続された変換装置
において、サイリスタに印加される電圧を検出してサイ
リスタの故障を監視し、かつ前記自己点弧回路の動作を
監視可能とした故障監視回路に関する。

（従来の技術） 第１３図は従来のこの種の故障監視回路を示している。

同図において、ＴＨＹはサイリスタ変換装置を構成する
サイリスタであり、そのアノード・ゲート間には自己点
弧回路ＳＦが抵抗Ｒ２を介して接続されている。ここで
、自己点弧回路ＳＦは。

後述する第２図に示すように、抵抗、ブレークオーバダ
イオード及びダイオードを順次直列に接続したもの（第
２図（ａ）参照）、または、抵抗、ツェナーダイオード
及びダイオードを順次直列に接続したもの（第２図（ｂ
）参照）である。これらの自己点弧回路ＳＦは、何れも
所定電圧以上の過電圧がサイリスタＴＲＹに印加される
と、サイリスタＴＲＹのゲートに電流を供給して強制点
弧させるように動作する。

この際、第１３図の回路において、強制点弧電流の一部
は抵抗Ｒ３→抵抗Ｒ４→発光ダイオードＬＥＤ２の経路
で発光ダイオードＬＥＤ、に分流するように構成されて
いる。ここで、抵抗Ｒ３，Ｒ，の接続点と発光ダイオー
ドＬＥＤ２のカソードとの間に接続されたツェナーダイ
オードＺＤ１は、発光ダイオードＬＥＤ、の回路の入力
電圧を制限して発光ダイオードＬＥＤ２に過大な電流が
流れないようにするためのものである。

また、第１３図の回路において、抵抗Ｒ工はサイリスタ
ＴＲＹに印加される電圧を電源として別の発光ダイオー
ドＬＥＤ工に電流を流すためのものである。そしてこの
例では、サイリスタＴＲＹの順電圧期間に発光ダイオー
ドＬＥＤ１に電流が流れ、逆電圧期間には、並列接続さ
れたダイオードＤ２１をバイパスして電流が流れるため
発光ダイオードＬＥＤ工には電流が流れないように構成
されている。

このような回路構成のもとで、サイリスタＴＲＹが短絡
故障した場合には、発光ダイオードＬＥＤ□に電流が流
れなくなって光ファイバＦ□を通して伝送される信号が
なくなるため、サイリスタＴＲＹの故障を検出すること
ができる。また、自己点弧回路ＳＦが動作する強制点弧
時には、他方の発光ダイオードＬＥＤ、に電流が流れて
光フアイバＦ２を通して外部に信号が伝送される。

なお、第１４図は第１３図の回路の動作説明図であり、
サイリスタＴＲＹ及び自己点弧回路ＳＦが何れも正常で
あれば１図示するようにサイリスタＴＲＹの自己点弧に
伴って発光ダイオードＬＥＤ工の電流が消滅し、他方１
発光ダイオードＬＥＤ２に電流が流れることになる。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 上述した従来の故障監視回路においては、サイリスタ電
圧監視用の光ファイバＦ□と自己点弧監視用の光フアイ
バＦ２の２本の光ファイバが必要であるため、特に多数
のサイリスタで構成される装置においては監視装置が複
雑かつ高価なものとなる。

また、サイリスタ電圧監視用の発光ダイオードＬＥＤ、
には、サイリスタＴＲＹに順電圧が印加されている期間
中連続して電流が流れるため、発光ダイオードＬＥＤ工
の寿命や信頼性が問題になる。更に、発光ダイオードＬ
ＥＤ工には、光ファイバＦ１を用いた信号伝送のために
十分に大きな電流を流す必要があるため、抵抗Ｒ工にお
ける損失が大きくなるという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、光ファイバの数を減少して
監視回路の簡略化、低価格化を図り、しかも発光ダイオ
ードの寿命や信頼性を向上させると共に、抵抗損失の低
減を可能にしたサイリスタ変換装置の故障監視回路を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、サイリスタに印加
される電圧を電源としてコンデンサを充電する充電回路
と、このコンデンサの充電電圧が所定値になった際にオ
ンして放電電流を発光ダイオード等の監視用素子に流す
ためのスイッチ回路とを備え、自己点弧監視用の発光ダ
イオードと同一の発光ダイオードに上記放電電流を流す
ように構成し、１本の光ファイバによってサイリスタの
電圧監視信号と自己点弧監視信号との両方を伝送するよ
うにしたものである。

また、必要に応じて電圧監視用電流経路と自己点弧監視
用電流経路の何れかに定電流回路を設け、両者のパルス
電流幅を変えることによって電圧監視信号と自己点弧監
視信号とを確実に判別可能とする。

（作用） 本発明によれば、監視用素子としての単一の発光ダイオ
ード及び光ファイバーによってサイリスタの自己点弧監
視及び電圧監視が行なわれる。また、電圧監視に当たっ
ては、コンデンサの放電電流によるパルス状の電流が発
光ダイオードを流れるように作用する。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

まず、第１図ないし第４図は本発明の第１実施例であり
、第１図はその構成を示している。

第工図において、第１３図と同一の構成要素には同一の
符号を付して詳述を省略し、以下、異なる部分を中心に
説明する。まず、抵抗Ｒ工の一端とサイリスタＴＲＹの
カソードとの間にはダイアックＤＬが接続され、このダ
イアックＤＬには並列にダイオードＤ、が接続されてい
る。また、これらのダイアックＤＬ及びダイオードＤ１
からなる並列回路に対して並列に、コンデンサＣ１抵抗
Ｒｓ、ダイオードＤ、及び監視用素子としての発光ダイ
オードＬＥＤからなる直列回路が接続されており、抵抗
Ｒ４の一端と発光ダイオードＬＥＤのアノードとの間に
はダイオードＤ４が接続されている。

なお、発光ダイオードＬＥＤには信号伝送用の光ファイ
バＦが近接して配置されている。

ここで、第１図における自己点弧回路ＳＦは、第２図（
ａ）に示すように抵抗Ｒ、ブレークオーバダイオードＢ
ＯＤ及びダイオードＤを順次直列に接続するか、或は同
図（ｂ）に示すように抵抗Ｒ、ツェナーダイオードＺＤ
及びダイオードＤを順次直列に接続して構成されている
。

次にこの実施例の動作を説明する。まず、サイリスタＴ
ＲＹの自己点弧時は、自己点弧回路ＳＦと抵抗Ｒ２を通
してサイリスタＴＲＹのゲートに点弧パルスが供給され
ると共に、その電流の一部がＲ３→Ｒ４→Ｄ４→ＬＥＤ
の経路で分流し、発光ダイオードＬＥＤに電流が流れる
。これにより、光ファイバＦを介してサイリスタＴＲＹ
の自己点弧を示す信号が外部に送出される。

また、サイリスタＴＲＹの電圧監視は、サイリスタＴＲ
Ｙに逆電圧が印加された際に、Ｄ２→Ｒ６→Ｃ−）Ｒ工
の経路でコンデンサＣの充電が行われ、コンデンサＣが
ダイアックＤｔのブレークオーバ電圧ＶＢｏまで充電さ
れるとダイアックＤｉがブレークオーバし、Ｃ−）Ｒ５
→Ｄ３→ＬＥＤ−＋］］−＋Ｃの経路で発光ダイオード
ＬＥＤにパルス状の放電電流を流すことにより行われる
。コンデンサＣの放電が行われた後は、サイリスタＴＲ
Ｙのカソード→Ｄｔ−＋Ｒ□→ＴＨＹのアノードの経路
で電流が流れ、この電流がダイアックＤｌの保持電流以
下になるまではその状態が継続してコンデンサＣの再充
電は行われない。

また、サイリスタＴＲＹが順電圧の期間では、サイリス
タＴＲＹのアノード→Ｒ工→Ｄ１→サイリスタＴＨＹの
カソードの経路で電流がバイパスして流れるため、発光
ダイオードＬＥＤに電流は流れない。すなわちこの例で
は、サイリスタＴＲＹに逆電圧が印加されるたびに１回
だけ発光ダイオードＬＥＤにパルス電流を流すことによ
り、サイリスタＴＲＹの電圧監視を行うものであり１例
えばサイリスタＴＲＹが短絡故障した際には、上記パル
ス電流が流れなくなるため、光ファイバＦを介してこれ
を検出することができることになる。

ここで、ダイアックＤＬは所定電圧でブレークオーバし
てオンする特性の素子であり、同じ機能は、例えば第３
図のようにサイリスタＴＲＹ、とツェナーダイオードＺ
Ｄとの並列回路によって実現することができる。

第４図は第１図の回路の動作説明図である。第４図から
、サイリスタＴＲＹの自己点弧時に発光ダイオードＬＥ
Ｄにパルス状の電流が流れて光ファイバＦから自己点弧
監視信号が出力され、また。

サイリスタＴＲＹの送電圧期間においてコンデンサＣの
電圧がダイアックＤＬのブレークオーバ電圧Ｖｓｏに達
した際に、同一の発光ダイオードＬＥＤにパルス状の電
流が流れて電圧監視信号が出力されることが判る。

次に、第５図は１本発明の第２実施例であり、２直列か
つ逆並列接続された４素子のサイリスタＴＨＹ工〜ＴＨ
Ｙ、の回路に適用した例である。

すなわちこの第５図において、サイリスタＴＨＹ１のア
ノードとカソードとの間には、ダイオードＤい第１の自
己点弧回路ＳＦ□、ダイオードＤ６．ツェナーダイオー
ドＺＤ、、ＺＤ、が直列に接続され、サイリスタＴＨＹ
、のアノードとカソードとの間には、ツェナーダイオー
ドＺＤ、、ＺＤ、、ダイオードＤ７、第２の自己点弧回
路Ｓ　Ｆ２．ダイオードＤ、が直列に接続されている。

また、サイリスタＴＨＹ、のゲートは抵抗Ｒ，を介して
ダイオードＤｓのカソードに、サイリスタＴＨＹ□のゲ
ートは抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ６のカソードに、
サイリスタＴＨＹ、のゲートは抵抗Ｒ□。を介してダイ
オードＤ７のカソードに、サイリスタＴＨＹ、のゲート
は抵抗Ｒ１１を介してダイオードＤ、のカソードにそれ
ぞれ接続されている。更に、ダイオードＤ６の両端には
抵抗Ｒ１□が接続されていると共に、ダイオードＤ７の
両端には抵抗Ｄ１４が接続されている。

また、Ｄ９〜Ｄ１４はダイオードであり、ダイオードＬ
ＥＤ工、の−括接続されたカソードとダイオードＤ１□
〜Ｄ□、の一括接続されたアノードとの間には発光ダイ
オードＬＥＤが接続されている。

そして、ダイオードＤ９のアノードと前記ダイオードＤ
６のアノードとの間には抵抗Ｒ１，が接続され、ダイオ
ードＬＥＤのアノードはツェナーダイオードＺＤ、、Ｚ
Ｄ４の接続点に接続されていると共に、ダイオードＤ工
。のアノードと前記ダイオードＤ７のアノードとの間に
は抵抗Ｒ１，が接続されている。

更にＤ工、〜Ｄ１８はダイオードであり、ダイオードＬ
ＥＤのアノードは前記ダイオードＤ、のアノードに抵抗
Ｒ６を介して接続され、ダイオードＬＥＤ＋のアノード
は前記ダイオードＤ８のアノードに抵抗Ｒ７を介して接
続されている。

また、ダイオードＤ□、、Ｄｌ、の一括接続されたカソ
ードとダイオードＬＥＤ、　Ｄｌ、の−括接続されたア
ノードとの間にはダイアックＤＬが接続され、このダイ
アックＤＩの一端と前記ダイオードＬＥＤ〜Ｄｉ、のア
ノードとの間には抵抗Ｒ７とコンデンサＣとが直列に接
続されている。

ここで、自己点弧回路ＳＦよ、ＳＦ、は、第６図に示す
ように抵抗Ｒ、ブレークオーバダイオードＢＯＤ及びダ
イオードＤにより構成されており、順、逆面極性の過電
圧に対して動作し、順電圧が印加されている側のサイリ
スタのゲートに点弧パルスを供給することができる回路
である。

次に、第５図の回路の動作を説明する。まず、自己点弧
時の点弧パルス及び自己点弧監視信号の発生経路を説明
すると、サイリスタＴＨＹ、の自己点弧時には、順電圧
が印加されたＴＨＹ□のアノード→Ｄ、→ＳＦ□→Ｒ９
→ＴＨＹユのゲートの経路で点弧パルスが与えられる。

同時に、Ｒ１□→Ｒ□、→Ｄ、→ＬＥＤ−４Ｄ１４→Ｔ
ＨＹ１のカソードの経路で発光ダイオードＬＥＤに電流
が分流して自己点弧監視信号を生じると共に、Ｒ工、→
ＺＤ、→ＺＤ、→ＴＨＹ、のカソードの経路で電流が流
れる。

同様にしてサイリスタＴＨＹ、の自己点弧時には、ＴＨ
Ｙ、のアノード→ＺＤ４→ＺＤ、→Ｄ７→ＳＦ２→Ｒ□
１→ＴＨＹ、のゲートが点弧パルスの発生経路、ＴＨＹ
、のアノード→Ｄ１１→ＬＥＤｎＤ１゜→Ｒ１，→Ｄ７
が自己点弧監視信号の発生経路、サイリスタＴＨＹ、の
自己点弧時には、ＴＨＹ、のアノード−＋ＺＤ、−＋Ｚ
Ｄ２→Ｄ、＋Ｓ　Ｆ、−＋Ｒ，−）ＴＨＹ３のゲートが
点弧パルスの発生経路、Ｔ　ＨＹ　、のアノード→Ｄ工
、→Ｌ　Ｅ　Ｄ−＋Ｄ１□→Ｒ１３→Ｄ６が自己点弧監
視信号の発生経路、サイリスタＴＨＹ４の自己点弧時に
は、ＴＨＹ４のアノード→Ｄ１１−＋ＳＦ２→Ｒ１゜→
ＴＨＹ、のゲートが点弧パルスの発生経路、ＴＨＹ４の
アノード→Ｄ８→ＳＦ、→Ｒ１゜→ＲＸ５→Ｄ１゜→Ｌ
ＥＤ−＋Ｄ工、→ＴＨＹ４のカソードが自己点弧監視信
号の発生経路となり、同時にＲ８，→ＺＤ、→ＺＤ、→
ＴＨＹ４のカソードの経路にも電流が流れる。

また、サイリスタＴＨＹ□〜ＴＨＹ４の電圧監視は次の
ように行われる。サイリスタＴＨＹ工、ＴＨＹ、の順電
圧時（ＴＨＹ３．ＴＨＹ４の逆電圧時）は、Ｒ６→Ｄ工
、→Ｒ６→Ｃ−＋Ｄ１４の経路でコンデンサＣの充電が
行われ、抵抗Ｒ７の電流はＤｌ、→Ｒ７の経路でバイパ
スしてコンデンサＣの充電に寄与しない。従ってこの場
合は、サイリスタＴＨＹ１゜ＴＨＹ、の電圧を監視して
いることになる。サイリスタＴＨＹ工、ＴＨＹ、の逆電
圧時（ＴＨＹ３−ＴＨＹ４の順電圧時）は、Ｒ７→Ｄｉ
６→Ｒ５→Ｃ→Ｄｉ。

の経路でコンデンサＣの充電が行われ、抵抗Ｒ６の電流
はＤ工、→Ｒ６の経路でバイパスしてコンデンサＣの充
電に寄与しない。従って、この場合は、サイリスタＴＨ
Ｙ２．ＴＨＹ４の電圧を監視していることになる。

以上のようにコンデンサＣの充電が行われ、その電圧が
ダイアックＤＬのブレークオーバ電圧ＶＢＯに達すると
ダイアックＤＬがブレークオーバし、Ｃ−＋　Ｒｓ−＋
　Ｄ　Ｌ−＋Ｄ　、　１→ＬＥＤ−＋Ｃの経路で発光ダ
イオードＬＥＤに放電電流が流れる。その後、抵抗Ｒ７
またはＲ７を通ってダイアックＤＬに流れる電流がダイ
アックＤＬの保持電流以上である間は、ダイアックＤＬ
を通って電流がバイパスされるため、コンデンサＣの充
電は行われない。

第７図は、第５図の実施例の動作を示すものである。第
７図から明らかなように、コンデンサＣはサイリスタＴ
ＨＹ工〜ＴＨＹ４の電圧の半周期毎に抵抗Ｒ６またはＲ
７を流れる電流によって充電される。なお１図中、コン
デンサＣの電圧波形のうちａ部分は抵抗Ｒ６の電流によ
り充電され、ｂ部分は抵抗Ｒ７の電流により充電される
。そして。

この電圧がブレークオーバ電圧Ｖｉａに達すると発光ダ
イオードＬＥＤに電流が流れてサイリスタの電圧監視信
号を発生させる。また自己点弧時には前述した動作によ
り、同一の発光ダイオードＬＥＤに電流を流して自己点
弧監視信号を発生させるものである。

次いで、第８図は本発明の第３実施例であり、この実施
例は第Ｉ実施例の抵抗Ｒ６に変えてコンデンサＣの充・
放電経路にダイオードＬＥＤ及び定電流回路ＣＣを挿入
したものである。この実施例では、コンデンサＣの充電
時にはダイオードＤ□。

を介して充電が行われ、放電時には定電流回路ＣＣによ
り定電流化して放電が行われるため、発光ダイオードＬ
ＥＤを流れる電流の幅が広げられる。

ここで、定電流回路ＣＧは、例えば、第９図に示すよう
にトランジスタＴｒ、抵抗Ｒｉ、、　Ｒ，、、ツェナー
ダイオードＺＤ、によって構成されている。

第１Ｏ図はこの実施例の動作を示すものであり、第４図
の波形と比較すると定電流回路ＣＣの動作により、サイ
リスタＴＨＹの電圧監視信号を発生させる発光ダイオー
ドＬＥＤの電流の幅が自己点弧監視信号を発生させるＬ
ＥＤの電流の幅よりも長くなるため、電圧監視信号と自
己点弧信号とを判別することができる。

第１１図は本発明の第４実施例であり、第８図の第３実
施例と異なり、自己点弧時の発光ダイオードＬＥＤへの
電流分流経路にダイオードＤ２゜とコンデンサＣ１とを
設け、自己点弧時にコンデンサＣ１に充電された電荷を
定電流回路ＣＣを通して発光ダイオードＬＥＤ八放電す
ることにより、この電流の幅を広げるようにしている。

更に、第１２図は本発明の第５実施例であり、第５図に
示した第２実施例においてコンデンサＣの放電を定電流
回路ＣＣを通して行うようにしたものである。

これらの第４、第５実施例においても、サイリスタの電
圧監視信号のパルス幅を自己点弧監視信号のパルス幅よ
りも長くすることにより１両者を判別することが可能で
ある。

なお１以上の各実施例では監視用素子として発光ダイオ
ード及び光ファイバを用いた場合を説明したが、これら
に代えて適宜な増幅回路及びリレー等を用いてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、監視用素子として単一の
発光ダイオード及び光ファイバを用いてサイリスタの電
圧監視信号と自己点弧監視信号を発生させ、かつ伝送す
ることができるので、監視回路の簡略化、低価格化を図
ることができる。

また、サイリスタの電圧を電源としてコンデンサを充電
し、その後、パルス状の放電電流を発光ダイオード等の
監視用素子に流して電圧監視信号を得る構成であるから
、従来のように監視用素子に連続的に電流が流れること
がなく、素子の長寿命化、信頼性向上が可能である。加
えて、パルス状の電流を流すことで電圧検出用の抵抗値
を大きくし、これによって抵抗損失の低減が可能になる
。

更に、必要に応じ定電流回路を付加して２種類の監視信
号のパルス幅を変え、パルス幅を判別することによって
確実な監視を行うことができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示すもので
、第工図は全体の回路図、第２図（ａ）。 （ｂ）は自己点弧回路の構成図、第３図はダイアックと
同一の機能を有する他の回路構成図、第４図は動作を示
す波形図、第５図ないし第７図は本発明の第２実施例を
示すもので、第５図は全体の回路図、第６図は自己点弧
回路の構成図、第７図は動作を示す波形図、第８図ない
し第１０図は本発明の第３実施例を示すもので、第８図
は全体の回路図、第９図は自己点弧回路の構成図、第１
０図は動作を示す波形図、第１１図は本発明の第４実施
例を示す全体の回路図、第１２図は同じく第５実施例を
示す全体の回路図、第１３図は従来の技術を示す全体の
回路図、第１４図は動作を示す波形図である。 ＴＨＹ、ＴＨＹ工〜ＴＨＹ４・・・サイリスタＳＦ、Ｓ
Ｆよ、ＳＦ２・・・自己点弧回路ＤＬ・・・ダイアック
　　ＬＥＤ・・・発光ダイオードＦ・・・光ファイバ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）サイリスタにより構成された電力変換装置であっ
   て、前記サイリスタに印加される過電圧を検出し、前記
   サイリスタのゲートに強制点弧パルスを供給して前記サ
   イリスタを点弧させることにより過電圧保護を行う自己
   点弧回路を備えたサイリスタ変換装置において、 前記自己点弧回路の動作時に前記サイリスタの強制点弧
   電流の一部を監視用素子に分流させる手段と、前記サイ
   リスタの電圧を監視するべく前記サイリスタに印加され
   る電圧を電源としてコンデンサを充電する充電回路と、
   このコンデンサが所定電圧に充電された際にオンして前
   記コンデンサの放電電流を前記監視用素子に流すスイッ
   チ回路とを備えたことを特徴とするサイリスタ変換装置
   の故障監視回路。
2. （２）サイリスタの強制点弧電流の一部を監視用素子に
   分流する経路またはコンデンサの放電電流を前記監視用
   素子に流す経路の何れかに前記監視用素子を流れる電流
   のパルス幅を長くする手段を備え、前記監視用素子を流
   れる前記２種類の電流のパルス幅を異ならせた請求項（
   １）記載のサイリスタ変換装置の故障監視回路。