JPH1014278A - 変電機器制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法や製作費用を大幅に増大させることなく
過電圧印加時や過電流通電時における高い負荷制御能力
を確保する。 【解決手段】 低定格ＩＧＢＴ１１、高定格ＩＧＢＴ１
２、および直流モータ１０が直列に接続され、その両端
は、正電源１と負電源２にそれぞれ接続される。低定格
ＩＧＢＴ１１は、その最大定格電圧Ｖ₁₁および最大定格
電流Ｉ₁₁が、ＩＧＢＴにおいて発生することが予想され
る最大電圧Ｖ_max および最大電流Ｉ_{ma x} よりそれぞれ大
きくなるように選定される。最大電圧Ｖ_max および最大
電流Ｉ_max の値は、直流モータ１０および他の回路要素
の定数から、実験や解析により求められる。高定格ＩＧ
ＢＴ１２は、その最大定格電圧Ｖ₁₂および最大定格電流
Ｉ₁₂が、低定格ＩＧＢＴ１１の最大定格電圧Ｖ₁₁および
最大定格電流Ｉ₁₁よりそれぞれ大きくなるように選定さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変電機器に用いら
れるモータ・コイル等の負荷を、半導体素子によって駆
動・制御するための変電機器制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス絶縁開閉装置のような変電機器は、
機器動作のための直流モータ、交流モータ、コイル等を
有している。そして、これらのモータ、コイルは、変電
機器近傍に設置される制御装置によって制御される。こ
の場合、変電機器は公共性の高い重要な機器であるた
め、その制御装置には、信頼性の高い制御を行い、誤動
作や動作不能の可能性を極力低減することが要求され
る。

【０００３】従来、このような変電機器制御装置の接点
には、リレー等の機械的接点が用いられてきたが、接点
損耗等による誤動作や動作不能を少なくするという観点
から、近年では、半導体素子の適用が進められている。

【０００４】すなわち、変電機器制御装置の接点として
半導体素子を適用した場合、半導体素子には可動部分が
ないため、接点損耗等の機械的問題を起こすことなく負
荷の制御が行えるという利点がある。また、半導体素子
は比較的安価であり、経済性にも優れている。しかしそ
の一方で、半導体素子には、過電圧、過電流、加熱に比
較的弱いという欠点もある。

【０００５】したがって、半導体素子を変電機器制御装
置へ適用する際には、信頼性を向上する目的から、前述
したように素子が比較的安価なこともあり、複数の半導
体素子を直列に接続する場合がある。図７は、正電源１
と負電源２の間に、２個の半導体素子３ａ，３ｂを直列
に接続して、２個の半導体素子３ａ，３ｂを同時に通電
可能状態または通電阻止状態にすることにより、１個の
制御対象負荷４を制御するように構成した変電機器制御
装置を示している。すなわち、この図７の装置において
は、２個の半導体素子３ａ，３ｂを同時に通電可能状態
もしくは通電阻止状態にすることにより、たとえ一方の
半導体素子３ａが短絡故障に至ったとしても、他方の半
導体素子３ｂが健全であれば、負荷の誤動作を防止する
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示す
ように、変電機器制御装置の接点として複数の半導体素
子３を用いる場合には、同一種類の素子が用いられてお
り、素子の最大定格は全て同一である。そして、この最
大定格の値は、各種の規格および負荷の特性を考慮し、
予想される最大の電圧値および電流値に耐えるように決
定される。

【０００７】しかし、万一、このように決定された最大
定格を超えるような過電圧あるいは過電流が制御装置に
加わった場合には、全ての素子が同時に故障する可能性
がある。この場合、半導体素子の故障は短絡故障となる
のが普通なので、一旦全ての素子が故障すると、負荷に
流れる電流を遮断することができなくなり、負荷停止不
能に陥る。この負荷停止不能は、大きなエネルギーを扱
う変電機器の制御が不能になるという重大な事態であ
り、どうしても避けなければならない。これに対して、
極端に最大定格の大きな素子を使用することも考えられ
るが、この場合には、信頼性を向上できるものの、制御
装置の大型化と製作費用の増大を招くため、好ましくな
い。

【０００８】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
寸法や製作費用を大幅に増大させることなく過電圧印加
時や過電流通電時における高い負荷制御能力を確保可能
であり、小型で経済性に優れた、信頼性の高い変電機器
制御装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、本発明による変電機器制御装置は、複数の半導体素
子を直列に接続し、この複数の半導体素子を同時に通電
可能状態または通電阻止状態にすることにより、制御対
象負荷への通電を制御する変電機器制御装置において、
複数の半導体素子またはその付属要素として定格や能力
が異なるものを使用したことを特徴としている。そし
て、このように、複数の半導体素子またはその付属要素
として定格や能力が異なるものを使用したことにより、
同一の定格や能力を有するものを使用した場合に比べ
て、全ての半導体素子またはその付属要素が同時に故障
する可能性を格段に低減することができるものである。

【００１０】請求項１記載の発明は、半導体素子とし
て、最大定格の異なる種類のものを使用したことを特徴
としている。すなわち、請求項１記載の発明において、
複数の半導体素子は、最大定格の異なる複数種類の半導
体素子を含み、第１の種類の半導体素子は第２の種類の
半導体素子よりも大きな最大定格を有する。なお、以下
では、便宜上の理由から、最大定格の大きな第１の種類
の半導体素子と最大定格の小さな第２の種類の半導体素
子を、それぞれ高定格半導体素子および低定格半導体素
子と呼ぶものとする。

【００１１】以上のような構成を有する請求項１記載の
発明によれば、仮に変電機器制御装置に設計値を超える
過電圧あるいは過電流が加えられた場合でも、その過電
圧あるいは過電流の値が高定格半導体素子の最大定格よ
り小さい限り、少なくともこの高定格半導体素子の故障
は避けられるため、負荷制御能力は維持される。したが
って、全ての半導体素子の最大定格を同一とした場合に
比べて負荷制御能力を維持できる電圧値あるいは電流値
の限度を高くすることができる。なお、以下では、便宜
上の理由から、制御装置の負荷制御能力が維持できる上
限の電圧値および電流値の特性を、それぞれ制御限界電
圧特性および制御限界電流特性と呼ぶものとする。

【００１２】このように、本発明においては、一部の半
導体素子のみに高定格半導体素子を使用することによ
り、全ての半導体素子に高定格半導体素子を使用した場
合と同様に、制御限界電圧特性および制御限界電流特性
を向上することができる。そして、全ての半導体素子に
高定格半導体素子を使用した場合に比べて、制御装置の
寸法および製作費用の増大を抑制することができる。し
たがって、本発明によれば、制御装置の寸法や製作費用
をそれほど増大させることなく過電圧印加時や過電流通
電時における高い負荷制御能力を確保できる。

【００１３】なお、本発明において、半導体素子の故障
の判定は、素子の極間電圧を測定することにより、動作
状態で実施することができる。そのため、低定格半導体
素子が故障した場合には、極間電圧の変化に基づいて自
動的に警報を発生させる等により、故障素子の交換等の
適切な対策を早期に実施することができる。

【００１４】請求項２記載の発明は、半導体素子とし
て、最大定格電圧および最大定格電流の異なる種類のも
のを使用したことを特徴としている。すなわち、請求項
２記載の発明において、複数の半導体素子は、最大定格
電圧と最大定格電流の異なる複数種類の半導体素子を含
む。そして、第１の種類の半導体素子は第２の種類の半
導体素子よりも大きな最大定格電圧を有し、第２の種類
の半導体素子は第１の種類の半導体素子よりも大きな最
大定格電流を有する。なお、以下では、便宜上の理由か
ら、最大定格電圧の大きな第１の種類の半導体素子と最
大定格電流の大きな第２の種類の半導体素子を、それぞ
れ高耐電圧型半導体素子および高耐電流型半導体素子と
呼ぶものとする。

【００１５】以上のような構成を有する請求項２記載の
発明によれば、仮に変電機器制御装置に過電圧あるいは
過電流が加えられた場合でも、過電圧が高耐電圧型半導
体素子の最大定格電圧より小さいか、あるいは過電流が
高耐電流型半導体素子の最大定格電流より小さい限り、
高耐電圧型半導体素子と高耐電流型半導体素子の少なく
とも一方の故障は避けられるため、負荷制御能力は維持
される。

【００１６】一般的に、半導体素子は、外形寸法が同一
であれば、高い最大定格電圧と大きな最大定格電流を両
立させることは難しく、高い最大定格電圧を有する高耐
電圧型素子は最大定格電流が比較的小さくなり、高い最
大定格電流を有する高耐電流型素子は最大定格電圧が比
較的小さくなる。本発明によれば、このような２種類の
半導体素子を直列に組み合わせて使用することにより、
各素子の特性を相乗的に活用して制御装置全体としての
制御限界電圧特性および制御限界電流特性を向上するこ
とができる。そして、全ての半導体素子の最大定格電圧
および最大定格電流を大きくした場合に比べて、制御装
置の寸法および製作費用の増大を抑制することができ
る。

【００１７】したがって、本発明によれば、前記請求項
１記載の発明と同様に、制御装置の寸法や製作費用をそ
れほど増大させることなく過電圧印加時や過電流通電時
における高い負荷制御能力を確保できる。なお、本発明
においては、前記請求項１記載の発明と同様に、半導体
素子の極間電圧を測定することにより故障の判定を動作
状態で実施することができるため、素子の故障時には適
切な対策を早期に実施することができる。

【００１８】請求項３記載の発明は、半導体素子の過電
圧保護回路として、保護能力の異なる種類のものを使用
したことを特徴としている。すなわち、請求項３記載の
発明において、複数の半導体素子は、過電圧保護回路の
保護能力の異なる複数種類の半導体素子を含み、第１の
種類の半導体素子は第２の種類の半導体素子よりも保護
能力の高い過電圧保護回路を有する。なお、以下では、
便宜上の理由から、過電圧保護回路の保護能力の高い半
導体素子と過電圧保護回路の保護能力の低い半導体素子
を、それぞれ重保護半導体素子および軽保護半導体素子
と呼ぶものとする。

【００１９】以上のような構成を有する請求項３記載の
発明によれば、仮に変電機器制御装置に設計値を超える
過電圧が加えられた場合でも、その過電圧が重保護半導
体素子の過電圧保護回路の保護能力を超えない限り、少
なくともこの重保護半導体素子の故障は避けられるた
め、負荷制御能力は維持される。

【００２０】このように、本発明においては、一部の半
導体素子のみに重保護半導体素子を使用することによ
り、全ての半導体素子に対して重保護半導体素子を使用
した場合と同様に、制限限界電圧特性を向上することが
でき、制御装置の信頼性を向上することができる。その
ため、全ての半導体素子に対して重保護半導体素子を使
用した場合に比べて、制御装置の寸法および製作費用の
増大を抑制することができる。

【００２１】したがって、本発明によれば、制御装置の
寸法や製作費用をそれほど増大させることなく制御限界
電圧特性を向上することができ、高い負荷制御能力を確
保できる。なお、本発明においては、前記請求項１記載
の発明と同様に、半導体素子の極間電圧を測定すること
により故障の判定を動作状態で実施することができるた
め、素子の故障時には適切な対策を早期に実施すること
ができる。

【００２２】請求項４記載の発明は、半導体素子の放熱
器として、放熱能力の異なる種類のものを使用したこと
を特徴としている。すなわち、請求項４記載の発明にお
いて、複数の半導体素子は、放熱器の放熱能力の異なる
複数種類の半導体素子を含み、第１の種類の半導体素子
は第２の種類の半導体素子よりも放熱能力の高い放熱器
を有する。なお、放熱能力のレベルは、一般的に放熱器
の寸法で決定されるため、以下では、便宜上の理由か
ら、放熱能力の高い放熱器を有する半導体素子と放熱能
力の低い放熱器を有する半導体素子を、それぞれ大型放
熱器付き半導体素子および小型放熱器付き半導体素子と
呼ぶものとする。

【００２３】以上のような構成を有する請求項４記載の
発明によれば、仮に変電機器制御装置に設計値を超える
過電流あるいは熱的異常が加えられた場合でも、その熱
量が、大型放熱器付き半導体素子の放熱能力を超えない
限り、少なくともこの大型放熱器付き半導体素子の故障
は避けられるため、負荷制御能力は維持される。

【００２４】このように、本発明においては、一部の半
導体素子のみに大型放熱器付き半導体素子を使用するこ
とにより、全ての半導体素子に対して大型放熱器付き半
導体素子を使用した場合と同様に、制限限界電流特性お
よび耐熱特性を向上することができ、制御装置の信頼性
を向上することができる。そのため、全ての半導体素子
に対して大型放熱器を使用した場合に比べて、制御装置
の寸法および製作費用の増大を抑制することができる。

【００２５】したがって、本発明によれば、制御装置の
寸法や製作費用をそれほど増大させることなく制限限界
電流特性および耐熱特性を向上することができ、高い負
荷制御能力を確保できる。なお、本発明においては、前
記請求項１記載の発明と同様に、半導体素子の極間電圧
を測定することにより故障の判定を動作状態で実施する
ことができるため、素子の故障時には適切な対策を早期
に実施することができる。

【００２６】請求項５記載の発明は、請求項１、３、ま
たは４記載の発明において、制御対象負荷が複数である
場合に、複数の個別の半導体素子と単一の共通の半導体
素子を使用したことを特徴としている。すなわち、請求
項５記載の発明において、制御対象負荷は複数の負荷で
あり、複数の半導体素子は、複数の負荷に対してそれぞ
れ直列に接続された複数の個別の半導体素子と、この個
別の半導体素子に対して一括的に直列に接続された単一
の共通の半導体素子を有する。そして、単一の共通の半
導体素子と複数の個別の半導体素子とは、請求項１、
３、または４記載の発明の第１と第２の種類の半導体素
子の関係を有する。

【００２７】以上のような構成を有する請求項５記載の
発明によれば、複数の比較的低性能の半導体素子に対し
て単一の共通の高性能半導体素子を使用することによ
り、複数の負荷に対する複数の個別の半導体素子の全て
に高性能の半導体素子を使用した場合と同様に、制限電
圧特性および制限限界電流特性を向上することができ
る。そして、複数の負荷に対する複数の個別の半導体素
子の全てに大型の高性能半導体素子を使用した場合に比
べて、制御装置の寸法および製作費用の増大を抑制する
ことができる。したがって、本発明によれば、特に複数
の負荷に対して、前記請求項１、３、または４記載の発
明と同様に、制御装置の寸法や製作費用をそれほど増大
させることなく、過電圧印加時や過電流通電時における
高い負荷制御能力を確保できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】

［１．第１の実施の形態］ ［１−１．構成］図１は、本発明の第１の実施の形態と
して、請求項１記載の発明を適用した変電機器制御装置
の一つの実施の形態を示す基本回路図である。この図１
において、１０は制御対象負荷である直流モータ、１１
は最大定格の小さな低定格ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ）、１２は最大定格の大きな高定格Ｉ
ＧＢＴである。すなわち、図１に示すように、低定格Ｉ
ＧＢＴ１１、高定格ＩＧＢＴ１２、および直流モータ１
０が直列に接続されており、その両端は、正電源１と負
電源２にそれぞれ接続されている。なお、このように、
低定格ＩＧＢＴ１１と高定格ＩＧＢＴ１２とを直列に接
続するのは、いずれか一方のＩＧＢＴが短絡故障に至っ
た場合でも、直流モータ１０の制御を可能とするためで
ある。

【００２９】この場合、低定格ＩＧＢＴ１１は、その最
大定格電圧Ｖ₁₁および最大定格電流Ｉ₁₁が、ＩＧＢＴに
おいて発生することが予想される最大電圧Ｖ_max および
最大電流Ｉ_max よりそれぞれ大きくなるように選定され
ている。ここで、最大電圧Ｖ_max および最大電流Ｉ_max
の値は、直流モータ１０および他の回路要素の定数か
ら、実験や解析により求められる。また、高定格ＩＧＢ
Ｔ１２は、その最大定格電圧Ｖ₁₂および最大定格電流Ｉ
₁₂が、低定格ＩＧＢＴ１１の最大定格電圧Ｖ₁₁および最
大定格電流Ｉ₁₁よりそれぞれ大きくなるように選定され
ている。

【００３０】すなわち、２個のＩＧＢＴ１１，１２は、
その最大定格電圧Ｖ₁₁，Ｖ₁₂および最大定格電流Ｉ₁₁，
Ｉ₁₂が次の式（１）の関係を有するようにして選定され
ている。

【数１】

【００３１】［１−２．作用］以上のような構成を有す
る本実施の形態によれば、制御装置に過電流あるいは過
電圧が加わった場合でも、負荷制御能力を十分に維持す
ることができる。以下には、この作用について具体的に
説明する。

【００３２】例えば、本実施の形態の制御装置におい
て、実験・解析の精度不足や確率的要因等により、予想
される最大電流Ｉ_max を超える電流Ｉが各ＩＧＢＴ１
１，１２に流れた場合を考える。ここで仮に、電流Ｉの
値が、Ｉ₁₂＞Ｉ＞Ｉ₁₁であれば、低定格ＩＧＢＴ１１は
故障し、その故障態様は一般的に短絡故障である。しか
し、高定格ＩＧＢＴ１２は故障に至らないので、直流モ
ータ１０を停止することができる。すなわち、故障は発
生するものの、負荷停止能力は失われない。

【００３３】また、本実施の形態の制御装置において、
予想される最大電圧Ｖ_max を超える電圧Ｖが各ＩＧＢＴ
１１，１２に印加された場合には、電圧Ｖの値が、Ｖ₁₂
＞Ｖ＞Ｖ₁₁であれば、低定格ＩＧＢＴ１１は故障する
が、高定格ＩＧＢＴ１２は故障に至らないので、この場
合にも、直流モータ１０を停止することができる。

【００３４】なお、以上のような過電流通電時あるいは
過電圧印加時における低定格ＩＧＢＴ１１の故障は、極
間電圧の測定により、動作中に迅速に検出できるため、
警報表示などの対策が可能である。

【００３５】一方、本実施の形態の制御装置において、
予想される最大電流Ｉ_max を超える電流Ｉの値がＩ＞Ｉ
₁₂であるか、あるいは、予想される最大電圧Ｖ_max を超
える電圧Ｖの値がＶ＞Ｖ₁₂であれば、高定格ＩＧＢＴ１
２も故障し、直流モータ１０は停止不能となる。但し、
高定格ＩＧＢＴ１２の最大定格電流Ｉ₁₂の値を予想され
る最大電流Ｉ_max より十分に大きく設定し、かつ、最大
定格電圧Ｖ₁₂の値を予想される最大電圧Ｖ_max より十分
に大きく設定しておけば、このような事態に陥る可能性
を極めて低くできる。

【００３６】［１−３．効果］以上のように、本実施の
形態によれば、高定格ＩＧＢＴを１個使用するだけで、
高定格ＩＧＢＴを直列に２個使用した場合と同様の高い
制御限界電圧特性および制御限界電流特性を達成するこ
とができる。そのため、低定格ＩＧＢＴを直列に２個接
続した場合に比べて、変電機器が制御不能となる可能性
を低減し、高い負荷制御能力を確保できる。また、高定
格ＩＧＢＴを直列に２個接続した場合に比べて、制御装
置の寸法および製作費用の増大を抑制することができ
る。

【００３７】より具体的に、ガス絶縁開閉装置に用いら
れている直流モータには、最大２５Ａの始動電流が流れ
るものがある。このような直流モータを制御するための
低定格ＩＧＢＴおよび高定格ＩＧＢＴを選定すると、そ
の外形寸法は、例えば次の表１に示すようになる。

【００３８】

【表１】

【００３９】この表１から分かるように、高定格ＩＧＢ
Ｔは低定格ＩＧＢＴに比べ外形寸法がかなり大きくな
る。また、価格もかなり高くなることが普通である。こ
のことから、高定格ＩＧＢＴと低定格ＩＧＢＴを１個ず
つ使用する本実施の形態によれば、高定格ＩＧＢＴを直
列に２個接続した場合に比べて制御装置の寸法および製
作費用の増大を抑制できることは明らかである。

【００４０】したがって、本実施の形態によれば、制御
装置の寸法や製作費用をそれほど増大させることなく過
電圧印加時や過電流通電時における高い負荷制御能力を
確保できる。すなわち、変電機器制御装置の小型化・経
済性を保持しながらしかもその信頼性を大幅に向上する
ことができる。

【００４１】［１−４．変形例］なお、本実施の形態に
おいては、最大定格電流および最大定格電圧に関して請
求項１記載の発明を適用した場合について説明したが、
本実施の形態の変形例として、パルス定格電流、最大コ
レクタ損失などの他の定格に関して請求項１記載の発明
を適用する構成も可能であり、その場合にも、同様の作
用効果を得ることができる。

【００４２】［２．第２の実施の形態］ ［２−１．構成］図２は、本発明の第２の実施の形態と
して、請求項１、５記載の各発明を適用した変電機器制
御装置の一つの実施の形態を示す基本回路図である。こ
の図１において、制御対象負荷である２個の直流モータ
１０ａ，１０ｂに対して、個別の低定格ＩＧＢＴ１１
ａ，１１ｂがそれぞれ直列に接続され、この２個の低定
格ＩＧＢＴ１１ａ，１１ｂに対して、単一の共通の高定
格ＩＧＢＴ１２が直列に接続されている。そして、高定
格ＩＧＢＴ１２側の端部と直流モータ１０ａ，１０ｂ側
の端部は、正電源１と負電源２にそれぞれ接続されてい
る。なお、本実施の形態において、低定格ＩＧＢＴ１１
ａ，１１ｂと高定格ＩＧＢＴ１２の最大定格電圧および
最大定格電流は、前記第１の実施の形態と全く同様に選
定されている。

【００４３】［２−２．作用・効果］以上のような構成
を有する本実施の形態によれば、制御装置に過電流ある
いは過電圧が加わった場合に、たとえ個別の複数の低定
格ＩＧＢＴ１１ａ，１１ｂのいずれか一方あるいは両方
が故障したとしても、前記第１の実施の形態と同様に、
共通の高定格ＩＧＢＴ１２の故障の可能性を極めて低く
できる。

【００４４】したがって、２個の直流モータ１０ａ，１
０ｂに対して、制御装置の寸法や製作費用をそれほど増
大させることなく過電圧印加時や過電流通電時における
高い負荷制御能力を確保できる。すなわち、前記第１の
実施の形態と同様に、変電機器制御装置の小型化・経済
性を保持しながらしかもその信頼性を大幅に向上するこ
とができる。

【００４５】［３．第３の実施の形態］ ［３−１．構成］図３は、本発明の第３の実施の形態と
して、請求項２記載の発明を適用した変電機器制御装置
の一つの実施の形態を示す基本回路図である。この図３
において、２１は最大定格電圧の大きい高耐電圧型ＩＧ
ＢＴ、２２は最大定格電流の大きい高耐電流型ＩＧＢＴ
である。すなわち、図３に示すように、高耐電圧型ＩＧ
ＢＴ２１、高耐電流型ＩＧＢＴ２２、および直流モータ
１０が直列に接続されており、その両端は、正電源１と
負電源２にそれぞれ接続されている。

【００４６】この場合、高耐電圧型ＩＧＢＴ２１は、そ
の最大定格電流Ｉ₂₁が、ＩＧＢＴにおいて発生すること
が予想される最大電流Ｉ_max より大きくなるように選定
されている。また、高耐電流型ＩＧＢＴ２２は、その最
大定格電圧Ｖ₂₂が、ＩＧＢＴにおいて発生することが予
想される最大電圧Ｖ_max より大きくなるように選定され
ている。さらに、高耐電圧型ＩＧＢＴ２１と高耐電流型
ＩＧＢＴ２２は、高耐電圧型ＩＧＢＴ２１の最大定格電
圧Ｖ₂₁が高耐電流型ＩＧＢＴ２２の最大定格電圧Ｖ₂₂よ
り大きくなり、かつ、高耐電流型ＩＧＢＴ２２の最大定
格電流Ｉ₂₂が高耐電圧型ＩＧＢＴ２１の最大定格電流Ｉ
₂₁より大きくなるように選定されている。

【００４７】すなわち、２個のＩＧＢＴ２１，２２は、
その最大定格電圧Ｖ₂₁，Ｖ₂₂および最大定格電流Ｉ₂₁，
Ｉ₂₂が次の式（２）の関係を有するようにして選定され
ている。

【数２】

【００４８】［３−２．作用］以上のような構成を有す
る本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様
に、制御装置に過電流あるいは過電圧が加わった場合で
も、負荷制御能力を十分に維持することができる。以下
には、この作用について具体的に説明する。

【００４９】例えば、本実施の形態の制御装置におい
て、Ｉ₂₂＞Ｉ＞Ｖ₂₁なる電流Ｉが、各ＩＧＢＴ２１，２
２に流れたとしても、少なくとも高耐電流型ＩＧＢＴ２
２は故障を免れる。また、本実施の形態の制御装置にお
いて、Ｖ₂₁＞Ｖ＞Ｖ₂₂なる電圧Ｖが、各ＩＧＢＴ２１，
２２に印加されたとしても、少なくとも高耐電圧型ＩＧ
ＢＴ２１は故障を免れる。

【００５０】なお、本実施の形態においても、前記第１
の実施の形態と同様に、ＩＧＢＴ２１または２２の故障
は、極間電圧の測定により、動作中に迅速に検出できる
ため、警報表示などの対策が可能である。さらに、高耐
電圧型ＩＧＢＴ２１の最大定格電圧Ｖ₂₁の値を予想され
る最大電圧Ｖ_max より十分に大きく設定し、かつ、高耐
電流型ＩＧＢＴ２２の最大定格電流Ｉ₂₂の値を予想され
る最大電流Ｉ_max より十分に大きく設定することによ
り、直流モータ１０が停止不能となるような事態に陥る
可能性を極めて低くできる。

【００５１】［３−３．効果］前述したように、一般的
に、半導体素子は、外形寸法が同一であれば、高い最大
定格電圧と大きな最大定格電流を両立させることは難し
い。しかし、本実施の形態によれば、最大定格電圧が大
きく最大定格電流は比較的小さな小型の高耐電圧型ＩＧ
ＢＴ２１と、最大定格電流が大きく最大定格電圧は比較
的小さな小型の高耐電流型ＩＧＢＴ２２を組み合わせて
用いることができる。そのため、制御装置の寸法および
製作費用をそれほど増大させることなく、この２種類の
ＩＧＢＴの優れた耐電圧性能と耐電流性能を相乗的に活
用して、制御装置全体の制御限界電圧特性および制御限
界電流特性の両方を向上することができる。したがっ
て、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同
様に、変電機器制御装置の小型化・経済性を保持しなが
らしかもその信頼性を大幅に向上することができる。

【００５２】［４．第４の実施の形態］ ［４−１．構成］図４は、本発明の第４の実施の形態と
して、請求項３記載の発明を適用した変電機器制御装置
の一つの実施の形態を示す基本回路図である。この図４
において、３１はサージ電圧に対して重度に保護された
重保護ＩＧＢＴ、３２は重保護ＩＧＢＴ３１よりも比較
的軽度に保護された軽保護ＩＧＢＴである。ここで、重
保護ＩＧＢＴ３１には、制限電圧の低いサージ吸収素子
３３が取り付けられており、過電圧保護回路の保護能力
が高くなっている。また、軽保護ＩＧＢＴ３２には、素
子の最大定格電圧より若干低い制限電圧を有するサージ
吸収素子３４が取り付けられており、過電圧保護回路の
保護能力は重保護ＩＧＢＴ３１より低くなっている。そ
して、図４に示すように、サージ吸収素子３３を有する
重保護ＩＧＢＴ３１、サージ吸収素子３４を有する軽保
護ＩＧＢＴ３２、および直流モータ１０が直列に接続さ
れており、その両端は、正電源１と負電源２にそれぞれ
接続されている。

【００５３】［４−２．作用］以上のような構成を有す
る本実施の形態によれば、制御装置にサージによる過電
圧が加わった場合でも、負荷制御能力を十分に維持する
ことができる。以下には、この作用について具体的に説
明する。

【００５４】まず、一般的に、サージ吸収素子の制限電
圧の値は、図５に示すように、同素子に通電される電流
値が大きいほど高くなる。したがって、最大サージ電圧
の設計値Ｖ_A より大きなエネルギーを持つサージが制御
装置に印加された場合には、図５におけるように、最大
サージ電流の設計値Ｉ_A を超える過電流Ｉ_B が流れ、Ｉ
ＧＢＴの最大定格電圧Ｖ_C を超える過電圧Ｖ_B が発生し
て、ＩＧＢＴが故障することがある。

【００５５】しかし、このような場合でも、本実施の形
態の制御装置によれば、制限電圧の低いサージ吸収素子
３３により保護されている重保護ＩＧＢＴ３１について
は、故障の可能性を極めて低くできる。なお、本実施の
形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、ＩＧ
ＢＴ３１または３２の故障は、極間電圧の測定により、
動作中に迅速に検出できるため、警報表示などの対策が
可能である。

【００５６】［４−３．効果］一般的に、制限電圧の低
いサージ吸収素子は、吸収するエネルギーが大きいた
め、発熱による破壊を防ぐためには、サージ吸収耐量の
大きい大型の素子を採用する必要がある。すなわち、制
限電圧の低いサージ吸収素子は、より高い制限電圧を有
するサージ吸収素子に比べてその外形寸法がかなり大き
くなり、価格もかなり高くなる。このことから、制限電
圧の低いサージ吸収素子を使用した重保護ＩＧＢＴと、
より制限電圧の高いサージ吸収素子を使用した軽保護Ｉ
ＧＢＴとを１個ずつ使用する本実施の形態により、重保
護ＩＧＢＴを直列に２個接続した場合に比べて制御装置
の寸法および製作費用の増大を抑制できることは明らか
である。

【００５７】したがって、本実施の形態によれば、制御
装置の寸法や製作費用をそれほど増大させることなく、
特に、過電圧印加時における高い負荷制御能力を確保で
きる。すなわち、変電機器制御装置の小型化・経済性を
保持しながらしかもその信頼性を大幅に向上することが
できる。

【００５８】［５．第５の実施の形態］ ［５−１．構成］図６は、本発明の第５の実施の形態と
して、請求項４記載の発明を適用した変電機器制御装置
の一つの実施の形態を示す基本回路図である。この図６
において、４１は大型放熱器付きＩＧＢＴ、４２は小型
放熱器付きＩＧＢＴである。ここで、大型放熱器付きＩ
ＧＢＴ４１には、ＩＧＢＴの温度が実使用状態で定格を
超えないために必要と推定される大きさよりも十分に大
きな放熱器が取り付けられている。また小型放熱器付き
ＩＧＢＴ４２には、必要と推定される大きさよりも若干
大きな放熱器が取り付けられている。そして、図６に示
すように、大型放熱器付きＩＧＢＴ４１、小型放熱器付
きＩＧＢＴ４２、および直流モータ１０が直列に接続さ
れており、その両端は、正電源１と負電源２にそれぞれ
接続されている。

【００５９】［５−２．作用］以上のような構成を有す
る本実施の形態によれば、制御装置に過電流あるいは熱
的異常が加わった場合でも、負荷制御能力を十分に維持
することができる。以下には、この作用について具体的
に説明する。

【００６０】例えば、本実施の形態の制御装置におい
て、推定を超える発熱が各ＩＧＢＴに発生し、小型放熱
器付きＩＧＢＴ４１が熱的に破壊されたとしても、少な
くとも大型放熱器付きＩＧＢＴ４２が破壊される可能性
を極めて低くできる。なお、本実施の形態においても、
前記第１の実施の形態と同様に、ＩＧＢＴ４１または４
２の故障は、極間電圧の測定により、動作中に迅速に検
出できるため、警報表示などの対策が可能である。

【００６１】［５−３．効果］大型放熱器は、小型放熱
器よりも高い放熱能力を有するが、寸法が大きい分だけ
価格も高くなる。このことから、大型放熱器付きＩＧＢ
Ｔと、小型放熱器付きＩＧＢＴとを１個ずつ使用する本
実施の形態により、大型放熱器付きＩＧＢＴを直列に２
個接続した場合に比べて制御装置の寸法および製作費用
の増大を抑制できることは明らかである。

【００６２】したがって、本実施の形態によれば、制御
装置の寸法や製作費用をそれほど増大させることなく、
特に、過電流通電時や熱的異常発生時における高い負荷
制御能力を確保できる。すなわち、変電機器制御装置の
小型化・経済性を保持しながらしかもその信頼性を大幅
に向上することができる。

【００６３】［６．他の実施の形態］なお、本発明は、
前記各実施の形態に限定されるものではなく、他にも多
種多様の形態を実施可能であり、同様に優れた作用効果
を得られるものである。例えば、請求項１〜５記載の発
明を選択的に組み合わせて適用する構成も同様に可能で
ある。また、半導体素子は、ＩＧＢＴに限定されるもの
ではなく、他の各種の半導体素子を使用して同様に優れ
た作用効果を得ることができる。これに関連して、半導
体素子に付随する過電圧保護回路や放熱器の具体的な構
成についても自由に構成可能である。さらに、制御対象
負荷についても、直流モータに限定されるものではな
く、コイル等の他の負荷を制御対象とする場合にも同様
に優れた作用効果を得ることができる。

【００６４】一方、前記各実施の形態においては、１個
の制御対象負荷に対して２個の半導体素子を直列に接続
する構成について説明したが、本発明においては、１個
の制御対象負荷に対して３個以上の半導体素子を直列に
接続することも同様に可能であり、その場合にはさらに
制御装置の信頼性を向上することができる。また、前記
第２の実施の形態においては、２個の制御対象負荷に対
して、個別の半導体素子と単一の共通の半導体素子を直
列に接続する構成を示したが、３個以上の制御対象負荷
に対して、個別の半導体素子と単一の共通の半導体素子
を直列に接続する構成等も可能であり、また、個別の半
導体素子や共通の半導体素子を複数にする構成等も可能
である。いずれの場合においても、直列に接続する半導
体素子の数を増大させることにより、制御装置の信頼性
をより向上することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の半導体素子またはその付属要素の一部のみに高性
能の大型の素子を使用したことにより、寸法や製作費用
を大幅に増大させることなく過電圧印加時や過電流通電
時における高い負荷制御能力を確保可能であり、小型で
経済性に優れた、信頼性の高い変電機器制御装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の変電機器制御装置
を示す基本回路図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の変電機器制御装置
を示す基本回路図。

【図３】本発明の第３の実施の形態の変電機器制御装置
を示す基本回路図。

【図４】本発明の第４の実施の形態の変電機器制御装置
を示す基本回路図。

【図５】一般的なサージ吸収素子の通電電流と制限電圧
との関係の概略を示すグラフ。

【図６】本発明の第５の実施の形態の変電機器制御装置
を示す基本回路図。

【図７】従来の変電機器制御装置の一例を示す基本回路
図。

【符号の説明】

１：正電源 ２：負電源 １０，１０ａ，１０ｂ：直流モータ １１，１１ａ，１１ｂ：低定格ＩＧＢＴ １２：高定格ＩＧＢＴ ２１：高耐電圧型ＩＧＢＴ ２２：高耐電流型ＩＧＢＴ ３１：重保護ＩＧＢＴ ３２：軽保護ＩＧＢＴ ３３，３４：サージ吸収素子 ４１：大型放熱器付きＩＧＢＴ ４２：小型放熱器付きＩＧＢＴ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の半導体素子を直列に接続し、この
   複数の半導体素子を同時に通電可能状態または通電阻止
   状態にすることにより、制御対象負荷への通電を制御す
   る変電機器制御装置において、 前記複数の半導体素子は、最大定格の異なる複数種類の
   半導体素子を含み、第１の種類の半導体素子は第２の種
   類の半導体素子よりも大きな最大定格を有することを特
   徴とする変電機器制御装置。
2. 【請求項２】 複数の半導体素子を直列に接続し、この
   複数の半導体素子を同時に通電可能状態または通電阻止
   状態にすることにより、制御対象負荷への通電を制御す
   る変電機器制御装置において、 前記複数の半導体素子は、最大定格電圧と最大定格電流
   の異なる複数種類の半導体素子を含み、第１の種類の半
   導体素子は第２の種類の半導体素子よりも大きな最大定
   格電圧を有し、第２の種類の半導体素子は第１の種類の
   半導体素子よりも大きな最大定格電流を有することを特
   徴とする変電機器制御装置。
3. 【請求項３】 複数の半導体素子を直列に接続し、この
   複数の半導体素子を同時に通電可能状態または通電阻止
   状態にすることにより、制御対象負荷への通電を制御す
   る変電機器制御装置において、 前記複数の半導体素子は、過電圧保護回路の保護能力の
   異なる複数種類の半導体素子を含み、第１の種類の半導
   体素子は第２の種類の半導体素子よりも保護能力の高い
   過電圧保護回路を有することを特徴とする変電機器制御
   装置。
4. 【請求項４】 複数の半導体素子を直列に接続し、この
   複数の半導体素子を同時に通電可能状態または通電阻止
   状態にすることにより、制御対象負荷への通電を制御す
   る変電機器制御装置において、 前記複数の半導体素子は、放熱器の放熱能力の異なる複
   数種類の半導体素子を含み、第１の種類の半導体素子は
   第２の種類の半導体素子よりも放熱能力の高い放熱器を
   有することを特徴とする変電機器制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御対象負荷は複数の負荷であり、 前記複数の半導体素子は、前記複数の負荷に対してそれ
   ぞれ直列に接続された複数の個別の半導体素子と、この
   個別の半導体素子に対して一括的に直列に接続された単
   一の共通の半導体素子を有し、 前記単一の共通の半導体素子は前記第１の種類の半導体
   素子であり、前記複数の個別の半導体素子は前記第２の
   種類の半導体素子であることを特徴とする請求項１、請
   求項３、または請求項４記載の変電機器制御装置。