JP2005192354A - Alternating-current switch device and power supply device using the same - Google Patents
Alternating-current switch device and power supply device using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005192354A JP2005192354A JP2003432524A JP2003432524A JP2005192354A JP 2005192354 A JP2005192354 A JP 2005192354A JP 2003432524 A JP2003432524 A JP 2003432524A JP 2003432524 A JP2003432524 A JP 2003432524A JP 2005192354 A JP2005192354 A JP 2005192354A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thyristor
- power supply
- igbt
- self
- switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は交流無停電電源装置における交流電源切り離しに好適な交流スイッチ装置及びこれを使用した電力供給装置に関する。 The present invention relates to an AC switch device suitable for disconnecting an AC power source in an AC uninterruptible power supply device, and a power supply device using the AC switch device.
従来の代表的な交流無停電電源装置は、商用交流電源端子と負荷との間に接続された交流スイッチと、交流スイッチを介して商用交流電源端子に接続されていると共に交流スイッチを介さないで負荷に接続された双方向電力変換器と、双方向電力変換器の直流端子に接続された蓄電池と、商用交流電源端子の電圧の異常を検出して交流スイッチをオフ制御する電源異常検出装置とを有している。 A conventional representative AC uninterruptible power supply is connected to a commercial AC power supply terminal via an AC switch connected between a commercial AC power supply terminal and a load, and an AC switch. A bidirectional power converter connected to a load; a storage battery connected to a DC terminal of the bidirectional power converter; and a power supply abnormality detection device that detects an abnormality in the voltage of the commercial AC power supply terminal and controls the AC switch to be turned off. have.
交流無停電電源装置の交流スイッチは、後記特許文献1及び2に示されているように2つのサイリスタの逆並列接続回路から成る。このサイリスタを使用した交流スイッチは安価及び瞬時負荷耐量が大きいという長所を有する反面、自然転流による消弧のためにオフ指令を与えても直ちにオフにならず、最大交流半サイクルの遅れが生じるという短所を有する。
The AC switch of the AC uninterruptible power supply device includes an anti-parallel connection circuit of two thyristors as shown in
別な交流スイッチとして、2つのIGBT即ち絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを逆並列接続した回路が知られている。IGBTは自己消弧型半導体スイッチであるので、サイリスタよりも少ない遅れで電源をオフにすることができる。しかし、IGBTの瞬時過電流耐量がサイリスタに比べて小さい。このため、例えば、定格電流の600%に2秒間耐えるような高い瞬時過負荷耐量が要求される場合には、定常時の電流よりも十分に大きい電流容量の素子を使用しなければならず、コスト高になる。また、IGBTのオン時の電圧降下及び損失がサイリスタに比べて大きい。
なお、サイリスタやIGBT等の半導体スイッチの代りに高速遮断機を使用することもあるが、外形寸法及び重量が大きく且つコストが高いという欠点を有する。
In addition, although a high-speed circuit breaker may be used instead of a semiconductor switch such as a thyristor or IGBT, it has the disadvantages of large external dimensions and weight and high cost.
本発明が解決しようとする課題は、コストと遮断速度との両方を満足する交流スイッチ装置及び電力供給装置を容易に提供するこが困難なことである。 The problem to be solved by the present invention is that it is difficult to easily provide an AC switch device and a power supply device that satisfy both the cost and the breaking speed.
上記課題を解決するための本発明は、交流電源端子と負荷との間に接続するための第1のサイリスタと、前記第1のサイリスタと反対方向の電流を流す方向性を有して前記第1のサイリスタに逆並列接続された自己消弧型半導体スイッチとから成る交流スイッチ装置に係わるものである。 The present invention for solving the above-mentioned problems has a first thyristor for connection between an AC power supply terminal and a load, and a directionality for flowing a current in a direction opposite to that of the first thyristor. The present invention relates to an AC switch device comprising a self-extinguishing semiconductor switch connected in reverse parallel to one thyristor.
なお、請求項2に示すように、更に、前記第1のサイリスタに逆並列接続された第2のサイリスタを備えていることが望ましい。
また、請求項3に示すように、前記自己消弧型半導体スイッチは、IGBTと逆流阻止用ダイオードとの直列回路から成ることが望ましい。
また、請求項4に示すように、負荷に交流電圧を供給するための少なくとも第1及び第2の交流電源端子と、前記第1の交流電源端子と前記負荷との間に接続された第1の交流スイッチ装置と、前記第2の交流電源端子と前記負荷との間に接続された第2の交流スイッチ装置とを具備した電力供給装置において、前記第1及び第2の交流スイッチ装置のそれぞれが、前記交流電源端子と前記負荷との間に接続された第1のサイリスタと、前記第1のサイリスタと反対方向の電流を流す方向性を有して前記第1のサイリスタに逆並列接続された自己消弧型半導体スイッチとから成ることが望ましい。
また、請求項5に示すように、前記第1及び第2の交流スイッチ装置のそれぞれは、更に、前記第1のサイリスタに逆並列接続された第2のサイリスタと、正常な電力供給時には前記第1のサイリスタと前記自己消弧型半導体スイッチとをオン制御し、前記第2のサイリスタをオフ状態に保ち、電力供給の異常時にのみ前記第2のサイリスタをオン制御する制御手段とを有していることが望ましい。
また、請求項6に示すように、前記自己消弧型半導体スイッチはIGBTと逆流阻止用ダイオードとの直列回路から成ることが望ましい。
また、請求項7に示すように、前記制御手段は、前記交流電源端子から前記負荷に供給される電流が所定値よりも大きくなったことを検出するための過電流検出回路と、前記過電流検出回路によって過電流が検出されていない正常状態の時には前記第1のサイリスタをオン制御し、前記第2のサイリスタをオン制御せず、前記過電流検出回路によって過電流が検出された時には前記第1及び第2のサイリスタの両方をオン制御するサイリスタ制御回路と、正常状態及び過電流検出状態のいずれにおいても前記自己消弧型半導体スイッチをオン制御するスイッチ制御回路とを有していることが望ましい。
また、請求項8に示すように、前記制御手段は、前記自己消弧型半導体スイッチを通しての電流供給が異常で停止したことを検出する異常検出回路と、前記異常検出回路の出力が異常を示していない正常時に前記第1のサイリスタをオン制御し、前記第2のサイリスタをオン制御せず、前記異常検出回路の出力が異常を示している異常時に前記第1及び第2のサイリスタの両方をオン制御するサイリスタ制御回路とを有していることが望ましい。
また、請求項9に示すように、前記制御手段は、前記交流電源端子の電圧異常を検出し、異常を検出した時に前記第1のサイリスタ及び前記自己消弧型半導体スイッチのオン制御を停止させる電源異常検出回路を有していることが望ましい。
In addition, as shown in claim 2, it is desirable to further include a second thyristor connected in reverse parallel to the first thyristor.
According to a third aspect of the present invention, it is preferable that the self-extinguishing semiconductor switch comprises a series circuit of an IGBT and a backflow prevention diode.
According to a fourth aspect of the present invention, at least first and second AC power supply terminals for supplying an AC voltage to the load, and a first connected between the first AC power supply terminal and the load. And a second AC switch device connected between the second AC power supply terminal and the load, each of the first and second AC switch devices. Are connected in reverse parallel to the first thyristor with a first thyristor connected between the AC power supply terminal and the load, and having a direction of flowing a current in a direction opposite to that of the first thyristor. It is desirable to comprise a self-extinguishing semiconductor switch.
According to a fifth aspect of the present invention, each of the first and second AC switch devices further includes a second thyristor connected in reverse parallel to the first thyristor, and the first thyristor during normal power supply. Control means for turning on the first thyristor and the self-extinguishing semiconductor switch, keeping the second thyristor in an off state, and turning on the second thyristor only when power supply is abnormal. It is desirable.
According to a sixth aspect of the present invention, it is desirable that the self-extinguishing type semiconductor switch comprises a series circuit of an IGBT and a backflow prevention diode.
Further, according to a seventh aspect of the present invention, the control means includes an overcurrent detection circuit for detecting that a current supplied from the AC power supply terminal to the load is greater than a predetermined value, and the overcurrent The first thyristor is turned on when the overcurrent is not detected by the detection circuit, and the second thyristor is not turned on. When the overcurrent is detected by the overcurrent detection circuit, the first thyristor is turned on. A thyristor control circuit that turns on both the first and second thyristors; and a switch control circuit that turns on the self-extinguishing semiconductor switch in both a normal state and an overcurrent detection state. desirable.
According to another aspect of the present invention, the control means includes an abnormality detection circuit that detects that the current supply through the self-extinguishing semiconductor switch has stopped due to an abnormality, and an output of the abnormality detection circuit indicates an abnormality. The first thyristor is on-controlled when not normal, the second thyristor is not on-controlled, and both the first and second thyristors are controlled when the output of the abnormality detection circuit indicates an abnormality. It is desirable to have a thyristor control circuit that performs on-control.
According to a ninth aspect of the present invention, the control means detects a voltage abnormality of the AC power supply terminal, and stops the on control of the first thyristor and the self-extinguishing semiconductor switch when the abnormality is detected. It is desirable to have a power supply abnormality detection circuit.
本発明に従うサイリスタと自己消弧型半導体スイッチとの逆並列接続から成る交流スイッチは、サイリスタの自然転流によるターンオフの遅れの欠点を自己消弧型半導体スイッチで補うことができる。これにより低コストであるにも拘らずターンオフの遅れの少ない交流スイッチを提供できる。
また、請求項2及び5の発明によれば、自己消弧型半導体スイッチの異常の対処又は保護を容易に達成できる。
また、請求項3及び6の発明によれば、一方向の電流のみを流す自己弧型半導体スイッチを容易に構成することができる。
また、請求項4の発明によれば、自己消弧型半導体スイッチとサイリスタとの組み合せによって遅れの少ない電源遮断が可能になり且つ電力供給装置のコストの低減を図ることができる。
また、請求項7の発明によれば、自己消弧型半導体スイッチを過電流から容易に保護することができる。
また、請求項8の発明によれば、自己消弧型半導体スイッチ又はこの制御回路の異常時における電力供給の継続を容易に達成することができる。
また、請求項9の発明によれば、電源異常時に電力供給を迅速に遮断することができる。
The AC switch composed of the anti-parallel connection of the thyristor and the self-extinguishing semiconductor switch according to the present invention can compensate for the disadvantage of delay in turn-off due to the natural commutation of the thyristor with the self-extinguishing semiconductor switch. This can provide an AC switch with low turn-off delay despite low cost.
Further, according to the inventions of
Moreover, according to the invention of
According to the fourth aspect of the invention, the combination of the self-extinguishing semiconductor switch and the thyristor can cut off the power supply with little delay and reduce the cost of the power supply device.
According to the invention of claim 7, the self-extinguishing semiconductor switch can be easily protected from overcurrent.
According to the invention of
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to quickly cut off the power supply when the power supply is abnormal.
次に、本発明の実施形態を図1〜図6を参照して説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示す本発明の実施例1に係わる無停電電源機能を有する電力供給装置は、200Vの3相の商用交流電源に接続される第1、第2及び第3の交流電源端子1a、1b、1cと、交流スイッチ装置としての第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cと、第1、第2及び第3の電源ライン3a、3b、3cと、3相の双方向電力変換器4と、300〜400Vの蓄電池5と、サイリスタ制御回路6と、IGBT制御回路7と、電源異常検出回路8と、第1、第2及び第3の電流検出器9a、9b、9cと、過電流検出回路10と、IGBT異常検出回路11とから成り、負荷12に実質的に無停電で電力を供給するように構成されている。
The power supply apparatus having an uninterruptible power supply function according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes first, second and third AC
第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cは、第1、第2及び第3の交流電源端子1a、1b、1cと負荷12との間の第1、第2及び第3の電源ライン3a、3b、3cに直列に接続されている。第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cは互いに同一の構成を有するので、これ等を構成する回路要素の参照符号を添字a、b、cによって区別し、第1の交流スイッチ2aの構成及び動作のみを詳しく説明し、第2及び第3の交流スイッチ2b、2cの構成及び動作の詳しい説明を省略する。
The first, second and
第1の交流スイッチ2aは、第1及び第2のサイリスタS1a、S2aと、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)Qa と、逆流阻止用ダイオードDa とから成る。第1及び第2のサイリスタS1a、S2aは逆阻止3端子サイリスタ又はSCR又は制御整流素子と呼ばれるものであって、互いに逆並列接続され且つ第1の電源ライン3aに対して直列に接続されている。また、第1及び第2のサイリスタS1a、S2aは自己消弧が不可能なものであって、ここを流れる電流が保持電流以下になるまで電流が流れ続ける特性を有する。従って、第1及び第2のサイリスタSla、Slbのターンオフは最大で交流半サイクル遅れる。
The
自己消弧型半導体スイッチとしてのIGBTQa は第1のサイリスタS1aに対して逆流阻止用ダイオードDa を介して逆並列接続されている。周知のようにIGBTQa は寄生ダイオード又はボデイダイオードと呼ばれるダイオードを内蔵しているので、逆方向に電流を流すことができる。このため、この実施例ではIGBTQa に対して逆流阻止用ダイオードDa が直列に接続されている。IGBTQa の代りに、バイポーラトランジスタ、FET、SIT(静電誘導トランジスタ)等の自己消弧型半導体スイッチを使用することができる。自己消弧型半導体スイッチが逆方向阻止機能を有している時には図1の逆流阻止用ダイオードDa を省くことができる。 The IGBT Qa as a self-extinguishing semiconductor switch is connected in reverse parallel to the first thyristor S1a via a backflow prevention diode Da. As is well known, the IGBT Qa incorporates a diode called a parasitic diode or a body diode, so that a current can flow in the reverse direction. For this reason, in this embodiment, a backflow prevention diode Da is connected in series to the IGBT Qa. A self-extinguishing semiconductor switch such as a bipolar transistor, FET, or SIT (electrostatic induction transistor) can be used in place of the IGBT Qa. When the self-extinguishing semiconductor switch has a reverse blocking function, the reverse flow blocking diode Da shown in FIG. 1 can be omitted.
第2のサイリスタS2aはIGBTQa と同一の方向性を有している。従って、第2のサイリスタS2aを省いても交流スイッチとして機能する。このため、異常状態又は過電流状態が発生する恐れの少ない電力供給装置の場合は第2のサイリスタS2aを省くことができる。しかし、本実施形態ではIGBTQa の異常、及び過電流に対応するために第2のサイリスタS2aが設けられている。 The second thyristor S2a has the same direction as the IGBT Qa. Therefore, even if the second thyristor S2a is omitted, it functions as an AC switch. For this reason, the second thyristor S2a can be omitted in the case of a power supply apparatus that is less likely to cause an abnormal state or an overcurrent state. However, in the present embodiment, the second thyristor S2a is provided to cope with the abnormality of the IGBT Qa and the overcurrent.
IGBTQa は一方向の電流のみを自己消弧方式でオフにすることができる。しかし、第1、第2及び第3の電源ライン3a、3b、3cに第1、第2及び第3のIGBTQa 、Qb 、Qc が接続されており、これ等が同時にターンオフ制御されると、各電源ライン3a、3b、3cの正方向と負方向との両方の電流を少ない遅れでオフにすることができる。
The IGBT Qa can turn off only one-way current in a self-extinguishing manner. However, the first, second, and third IGBTs Qa, Qb, and Qc are connected to the first, second, and third
無停電電源を構成するための双方向電力変換器4は、交流−直流変換機能と直流−交流変換機能と力率改善機能とを有するものであって、この3相交流端子は負荷12に接続されていると共に、同一構成の第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cを介して第1、第2及び第3の交流電源端子1a、1b、1cに接続され、この直流端子は蓄電池5に接続されている。従って、第1、第2及び第3の交流電源端子1a、1b、1cから正常に電力が供給されている時には3相交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池5を充電する。また、第1、第2及び第3の交流電源端子1a、1b、1cから供給する電圧が低下又は停止した時、又は異常に上昇した時には、第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cが同時にオフ制御され且つ双方向電力変換器4が同時にインバータ制御されるので、蓄電池5の直流が交流に変換されて負荷12に供給される。
The
電源異常検出回路8は、第1、第2及び第3の交流電源端子1a、1b、1cに接続されており、電源電圧の検出値が所定の下限基準値よりも低下した時、及び電源電圧の検出値が所定の上限基準値よりも高くなった時に第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cを同時にターンオフ制御するための信号をサイリスタ制御回路6及びIGBT制御回路7に送り、且つ双方向電力変換器4にインバータ指令即ち直流−交流変換指令を送る。電源電圧が正常に戻った時には電源異常検出回路8は、第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cを同時にターンオンする指令をサイリスタ制御回路6及びIGBT制御回路7に送り、且つ双方向電力変換器4に交流−直流変換指令を送る。
The power supply
第1、第2及び第3の電流検出器9a、9b、9cは例えばCT(カレントトランス)から成り、第1、第2及び第3の電源ライン3a、3b、3cに接続されている。従って、電流検出器9a、9b、9cから電源ライン3a、3b、3cの電流を示す電流検出信号が得られる。
The first, second, and third
過電流検出回路10は、第1、第2及び第3の電流検出器9a、9b、9cの出力に基づいて電源ライン3a、3b、3cが過電流状態にあるか否かを検出し、この結果をサイリスタ制御回路6に送る。図2には、図1の過電流検出回路10の1相分が概略的に示されている。この過電流検出回路10は、電流検出器9aに接続された整流平滑回路10aと基準電圧源10bと比較器10cとから成る。基準電圧源10bは過電流レベルの所定基準値を発生する。比較器10cは整流平滑回路10aから得られた電流検出信号の電圧レベルが基準電圧源10bの基準電圧よりも低い時に第1の信号例えば低レベル信号を出力し、高い時に第2の信号例えば高レベル信号を出力する。図2では省略されている第2相及び第3相の過電流検出回路も第1相と同様に形成されている。
The
自己消弧型半導体スイッチ又はその制御回路の異常検出回路としてのIGBT異常検出回路11は、第1、第2及び第3の電流検出器9a、9b、9cと第1、第2及び第3の交流電源端子1a、1b、1cと電源異常検出回路8とに接続され、IGBTQa 、Qb 、c の故障及びこの制御回路7の故障を検出し、サイリスタ制御回路6を制御する。図2に図1のIGBT異常検出回路11の1相分が概略的に示されている。電流検出器9aと交流電源端子1a、1b、1cと電源異常検出ライン8aとに接続された抽出回路11aは電源異常検出回路8の出力が正常を示している時の電源電圧VinによってIGBTQa に電流が流れる期間を決定する。例えば、第1の交流電源端子1aから供給する電圧の正の半サイクルをIGBTQa の電流が流れる期間とし、これを抽出期間とする。抽出回路11aに含まれている抽出スイッチは抽出期間のみオンになって電流検出器9aの出力を抽出して平滑回路11bに送る。平滑回路11bは交流電圧の複数サイクルのIGBTQa の電流を積分して比較器11cに送る。基準電圧源11dの基準電圧は電源ライン3aの電流の零よりも少し高い値に対応するように設定されている。平滑回路11bの出力が基準電圧源11dの基準値よりも高い正常時には比較器11cの出力が第1の信号(例えば低レベル信号)状態に保たれ、逆に低い時には比較器11cの出力が第2の信号(例えば高レベル信号)状態になり、IGBTQa の異常が検出される。要するに、この実施例では、IGBTQa に電流が流れるべき期間に流れていないことを検出して異常を判断している。IGBTQa 及びIGBT制御回路7の異常検出は、図2の方式に限定されるものでなく、例えば、IGBTQa のみの電流通路に電流検出器を接続し、IGBTQa に電流が流れていないことによってIGBTQa の故障又はIGBT制御回路7の故障とみなすこともできる。また、IGBTQa の温度を検出し、この温度が所定温度よりも低い時にIGBTQa 又はこの制御回路7の故障と判断することができる。なお、第2及び第3相のIGBTQb 、Qc の異常検出も第1相のIGBTQa の異常検出と同一の方法で行う。
An IGBT
サイリスタ制御回路6は、周知の方法によって6個のサイリスタS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2cのゲート制御信号V1a、V2a、V1b、V2b、V1c、V2cを形成し、これを各サイリスタのゲート端子に送る。この実施例ではサイリスタS2a、S2b、S2cのゲート制御信号の送出が過電流検出回路10の出力、及びIGBT異常検出回路11の出力に基づいて制御されている。
The
図2には図1のサイリスタ制御回路6の1相分のみが概略的に示されている。この図2では、第1及び第2のサイリスタS1a、S2aを別々に制御するために、第1及び第2のサイリスタ制御回路6a、6bが設けられている。第1のサイリスタ制御回路6aは図1の第1のサイリスタS1aを制御するための第1のゲート制御信号V1aを出力するものであり、電源異常検出回路8の出力ライン8aの信号に基づいて第1のゲート制御信号V1aの送出が制御されるように構成されている。即ち、第1のサイリスタ制御回路6aは電源異常検出回路8の出力が正常を示している時に第1のサイリスタS1aを連続的にオン状態にするための第1のゲート制御信号V1aを送出し、電源異常検出回路8の出力が異常を示している時に第1のゲート制御信号V1aの送出を停止する。
FIG. 2 schematically shows only one phase of the
第2のサイリスタ制御回路6bは、過電流又はIGBTの異常のために第2のサイリスタS2aの導通が要求される時にのみ第2のゲート制御信号V2aを送出する。このため、第2のサイリスタ制御回路6bには過電流検出回路10とIGBT異常検出回路11とが接続されている。
また、電源異常の時に第2のサイリスタS2aをオフに保つために電源異常検出回路8が第2のサイリスタ制御回路6bに接続されている。
The second thyristor control circuit 6b sends out the second gate control signal V2a only when the conduction of the second thyristor S2a is required due to an overcurrent or IGBT abnormality. For this reason, the
Further, a power supply
第2相のサイリスタS1b、S2b及び第3相のサイリスタS1c、S2cのためのサイリスタ制御回路も図2の第1相のサイリスタ制御回路6a、6bと同一に構成されている。
The thyristor control circuits for the second phase thyristors S1b and S2b and the third phase thyristors S1c and S2c are also configured in the same manner as the first phase
図3は図1の電力供給装置においてt1 時点で電源異常検出回路8の出力ライン8aが図3(K)に示すように低レベルから異常を示す高レベルに転換した時の各部の状態を示す。図3において、図3(A)に示すようにt1 直前で電源電圧Vinが所定レベルVr よりも低下すると、電源異常検出回路8に含まれている下限検出用比較器における所定レベルVr と電源電圧Vinとの比較に基づいて異常を示す高レベル出力が図3(K)に示すようにt1 時点で発生する。サイリスタ制御回路6及びIGBT制御回路7は、図3(K)の異常検出信号に応答してt1 時点で全サイリスタS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2cのゲート制御信号V1a、V2a、V1b、V2b、V1c、V2cの送出を禁止し、且つIGBTQa 、Qb 、Qcをオフ制御する。正常状態のためにt1 以前においてオフ状態に保たれているサイリスタS2a、S2b、S2cのゲート制御信号V2a、V2b、V2cは図3(C)(F)(I)に示すように電源異常発生時点t1 において変化しないが、t1 よりも前の正常状態においてオン制御されていたサイリスタS1a、S1b、S1cのゲート制御信号V1a、V1b、V1cは図3(B)(E)(H)に示すようにt1 時点で低レベルに転換し、サイリスタS1a、S1b、S1cがターンオフ制御される。また、IGBTQa 、Qb 、Qc の制御信号Vqa、Vqb、Vqcは図3(D)(G)(J)に示すようにt1 で高レベルから低レベルに転換し、オフ状態になる。
既に説明したようにサイリスタS1a、S1b、S1cは自己消弧型ではなく自然転流型であるので、保持電流以下になるまで電流が流れようとする。しかし、サイリスタS1a、S1b、S1cに対して負荷12又は双方向電力変換器4を介して別の相のIGBTQa 、Qb 、Qc が直列に接続されているので、IGBTQa 、Qb 、Qc が同時にターンオフすると、サイリスタS1a、S1b、S1cの電流も零又は保持電流以下になる。これにより、異常検出時点t1 から一般に無瞬断と見なされる交流電源電圧の1/4サイクル以内にサイリスタS1a、S1b、S1c及びIGBTQa 、Qb 、Qc をオフにすることができる。上述のように第1、第2及び第3の交流スイッチ2a、2b、2cが迅速にオフ状態に移行すると、蓄電池5の電力を双方向電力変換器4と交流スイッチ2a、2b、2cとを介して交流電源端子1a、1b、1c側に無駄に供給することを防ぐことができ、蓄電池5に基づく負荷12に対する電力供給可能時間を長くすることができる。
FIG. 3 shows the state of each part when the
As already described, since the thyristors S1a, S1b, and S1c are not self-extinguishing types but are natural commutation types, current tends to flow until the holding current becomes lower than the holding current. However, since IGBTs Qa, Qb, Qc of different phases are connected in series to the thyristors S1a, S1b, S1c via the
図4は過電流検出時及びIGBT異常時の図1の各部の状態を示す。図4(A)に示すようにt1 時点で過電流検出回路10の出力Vocが過電流状態を示す高レベルに転換すると、第2のサイリスタS2aのゲート制御信号V2aが図4(D)に示すように高レベルに転換し、第2のサイリスタS2aがオンになる。同時に図4に示されていないゲート制御信号V2b、V2cもt1 時点で高レベルに転換してサイリスタS2b、S2cがオンになる。サイリスタS2a、S2b、S2cはIGBTQa 、Qb 、Qc と同一方向の電流を流す極性を有しており、且つIGBTとダイオードとの直列回路のオン電圧降下よりサイリスタのオン電圧降下の方が低いため、IGBT側に流れていた電流はほとんどサイリスタ側に流れる。これにより、IGBTQa 、Qb 、Qc の破壊を防止することができる。既に説明したようにIGBTの瞬時過電流耐量はサイリスタよりも劣るので、IGBT側に流れていた電流をサイリスタ側に流すことにより、IGBTQa 、Qb 、Qc が破壊し難くなる。
FIG. 4 shows the state of each part of FIG. 1 when overcurrent is detected and when the IGBT is abnormal. As shown in FIG. 4 (A), when the output Voc of the
図4のt2 時点よりも後はIGBTQa 、Qb 、Qc の異常時の動作を説明するものである。例えば、図4(E)に示すようにIGBTQa の制御信号Vqaがオン制御を示しているにも拘らずIGBTQa が開放状態即ちスイッチオフ状態の故障、又はt3 時点からIGBTQa に制御信号Vqaを供給することが不能なIGBT制御回路7の故障が生じると、IGBTQa を通る電流が零になる。これにより、IGBT異常検出回路11の出力Vdef が図4(B)に示すようにt3 時点で高レベルに転換し、第2のサイリスタS2aのゲート制御信号V2aが図4(D)に示すように高レベルになり、IGBTQa に代って第2のサイリスタS2aを通って電流が流れ、交流電源端子1a、1b、1cからの電力供給の停止を防ぐことができる。第2及び第3のIGBTQb 、Qc の異常の場合にも第1のIGBTQa の異常の場合と同様な動作が生じる。
After the time t2 in FIG. 4, the operation when the IGBTs Qa, Qb and Qc are abnormal will be described. For example, as shown in FIG. 4E, the control signal Vqa is supplied to the IGBT Qa from the time t3 when the IGBT Qa is in an open state, that is, a switch-off state, even though the control signal Vqa of the IGBT Qa indicates ON control. When the failure of the IGBT control circuit 7 that cannot be performed occurs, the current passing through the IGBT Qa becomes zero. As a result, the output Vdef of the IGBT
本実施例は次の効果を有する。
(1) サイリスタS1a、S1b、S1cに対して自己消弧型半導体素子としてのIGBTQa 、Qb 、Qc を逆並列接続したので、電源異常時に迅速に交流電源端子1a、1b、1c側を負荷12及び双方向電力変換器4から切り離すことができる。
(2) 過電流時にサイリスタS2a、S2b、S2cをオンさせることによって瞬時過電流耐量が比較的小さいIGBTQa 、Qb 、Qc を保護することができる。
(3) IGBTQa 、Qb 、Qc 又はIGBT制御回路7が故障した時にサイリスタS2a、S2b、S2cをオンさせることによって電力供給を継続させることができ、信頼性が向上する。
(4) 複数の電源ライン3a、3b、3cに交流スイッチ2a、2b、2cをそれぞれ直列に接続することによって、交流スイッチ2a、2b、2cのそれぞれに1個のIGBTQa 、Qb 、Qc を含めるのみで、正方向及び負方向の電流を少ない遅れで遮断することができる。
(5) 定常時において、本実施例の交流スイッチ2a、2b、2cの損失は、2つのIGBTを逆並列接続した従来の交流スイッチの損失に比べて小さい。このため、電力供給装置の効率を高めることができる。
This embodiment has the following effects.
(1) Since the IGBTs Qa, Qb, Qc as self-extinguishing semiconductor elements are connected in reverse parallel to the thyristors S1a, S1b, S1c, the AC
(2) By turning on the thyristors S2a, S2b, and S2c at the time of overcurrent, the IGBTs Qa, Qb, and Qc having relatively small instantaneous overcurrent immunity can be protected.
(3) When the IGBT Qa, Qb, Qc or the IGBT control circuit 7 fails, the power supply can be continued by turning on the thyristors S2a, S2b, S2c, and the reliability is improved.
(4) By connecting
(5) At a constant time, the loss of the AC switches 2a, 2b, and 2c of this embodiment is smaller than the loss of the conventional AC switch in which two IGBTs are connected in antiparallel. For this reason, the efficiency of an electric power supply apparatus can be improved.
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1) IGBTQa 、Qb 、Qc の代りに逆並列ダイオードを内蔵しないIGBT、トランジスタ等を使用することができる。
(2) IGBTQa 、Qb 、Qc の代りに逆方向阻止機能を有するトランジスタ等の自己消弧型半導体素子を使用する時には逆流阻止用ダイオードDa 、Db 、Dc を省くことができる。
(3) 図5に示すように第1の交流スイッチ2aに別のIGBTQa ′と別の逆流阻止用ダイオードDa ′との直列回路を付加することができる。即ち、第1のIGBTQa と第1の逆流阻止用ダイオードDa との直列回路に対して第2のIGBTQa ′と第2の逆流阻止用ダイオードDa ′との直列回路を逆並列接続することができる。この場合、第2及び第3の交流スイッチ2b、2cも図5の第1の交流スイッチ2aと同一構成に変形する。図5の第2のIGBTQa ′を第1のサイリスタS1aの故障時又は過電流時にのみオン制御すること、又は正常給電時に第1及び第2のIGBTQa 、Qa ′の両方をオン制御し、第1及び第2のサイリスタS1a、S2aをIGBTQa 、Qb の故障時又は過電流時にのみオン制御することができる。なお、図5のIGBTQa 、Qa ′をトランジスタ、FET、SIT等の別の自己消弧型半導体スイッチに置き換えることができる。
(4) 図6に示すように、第1の交流スイッチ2aにおいてIGBTQa に直列に別のIGBTQa ′を接続することができる。なお、第2及び第3の交流スイッチQb 、Qc も図6と同一に構成することができる。図6において第1及び第2のIGBTQa 、Qa ′は第1及び第2の主スイッチQ1 、Q2 の他に逆並列接続された第1及び第2の内蔵ダイオードD1 、D2 を有する。正常給電時に図1と同様に第1のIGBTQa をオン制御する場合には、第2のIGBTQa ′の内蔵ダイオードD2 が図1の逆流阻止用ダイオードDa と同様に機能する。第1及び第2のIGBTQa 、Qa ′は同時にオン制御すること及び同時にオフ制御することができる。また、第2のIGBTQa ′を正常給電時にオフ状態に保ち、過電流時又は第1のサイリスタS1aの異常時のみにオン制御することができる。図6の第1及び第2のIGBTQa 、Qa ′の代りにダイオードD1 、D2 と同様なものを内蔵するトランジスタ、FET、SIT等の別の自己消弧型半導体スイッチとすることができる。また、ダイオードD1 、D2 に相当するものを含まない自己消弧型半導体スイッチを使用する場合には図6のダイオードD1 、D2 の代りに個別ダイオードを接続することができる。
(5) 各交流スイッチ2a、2b、2cの第2のサイリスタS2a、S2b、S2cを省くことができる。
(6) 蓄電池5の代りに電解コンデンサ、電気二重層などの蓄積器、サイクル用蓄積装置等の電力貯蔵装置を使用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications are possible.
(1) Instead of IGBTs Qa, Qb, Qc, IGBTs, transistors, etc. that do not incorporate antiparallel diodes can be used.
(2) The reverse current blocking diodes Da, Db, Dc can be omitted when a self-extinguishing semiconductor element such as a transistor having a reverse blocking function is used instead of the IGBTs Qa, Qb, Qc.
(3) As shown in FIG. 5, a series circuit of another IGBT Qa 'and another backflow prevention diode Da' can be added to the
(4) As shown in FIG. 6, in the
(5) The second thyristors S2a, S2b, S2c of each
(6) Instead of the
本発明は無停電電源装置等の電力供給装置に利用可能である。 The present invention can be used for a power supply device such as an uninterruptible power supply.
1a、1b、1c 交流電源端子
2a、2b、2c 交流スイッチ
S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c サイリスタ
Qa 、Qb 、Qc IGBT
4 双方向電力変換器
5 蓄電池
6 サイリスタ制御回路
7 IGBT制御回路
8 電源異常検出回路
10 過電流検出回路
11 IGBT異常検出回路
12 負荷
1a, 1b, 1c AC
4
Claims (9)
前記第1のサイリスタと反対方向の電流を流す方向性を有して前記第1のサイリスタに逆並列接続された自己消弧型半導体スイッチと
から成る交流スイッチ装置。 A first thyristor for connection between the AC power supply terminal and the load;
An AC switching device comprising a self-extinguishing type semiconductor switch connected in reverse parallel to the first thyristor and having a direction to flow a current in the opposite direction to the first thyristor.
前記第1及び第2の交流スイッチ装置のそれぞれが、
前記交流電源端子と前記負荷との間に接続された第1のサイリスタと、
前記第1のサイリスタと反対方向の電流を流す方向性を有して前記第1のサイリスタに逆並列接続された自己消弧型半導体スイッチと
から成ることを特徴とする電力供給装置。 At least first and second AC power supply terminals for supplying an AC voltage to a load; a first AC switch device connected between the first AC power supply terminal and the load; and the second A second AC switch device connected between the AC power supply terminal and the load;
Each of the first and second AC switch devices includes:
A first thyristor connected between the AC power supply terminal and the load;
A power supply device comprising a self-extinguishing semiconductor switch connected in reverse parallel to the first thyristor and having a directivity for passing a current in a direction opposite to that of the first thyristor.
前記第1のサイリスタに逆並列接続された第2のサイリスタと、
正常な電力供給時には前記第1のサイリスタと前記自己消弧型半導体スイッチとをオン制御し、前記第2のサイリスタをオフ状態に保ち、電力供給の異常時にのみ前記第2のサイリスタをオン制御する制御手段と
を有していることを特徴とする請求項4記載の電力供給装置。 Each of the first and second AC switch devices further includes:
A second thyristor connected in antiparallel to the first thyristor;
When the power is normally supplied, the first thyristor and the self-extinguishing semiconductor switch are turned on, the second thyristor is kept off, and the second thyristor is turned on only when power supply is abnormal. The power supply apparatus according to claim 4, further comprising a control unit.
前記交流電源端子から前記負荷に供給される電流が所定値よりも大きくなったことを検出するための過電流検出回路と、
前記過電流検出回路によって過電流が検出されていない正常状態の時には前記第1のサイリスタをオン制御し、前記第2のサイリスタをオン制御せず、前記過電流検出回路によって過電流が検出された時には前記第1及び第2のサイリスタの両方をオン制御するサイリスタ制御回路と、
正常状態及び過電流検出状態のいずれにおいても前記自己消弧型半導体スイッチをオン制御するスイッチ制御回路と
を有していることを特徴とする請求項5記載の電力供給装置。 The control means includes
An overcurrent detection circuit for detecting that the current supplied from the AC power supply terminal to the load is greater than a predetermined value;
When the overcurrent is not detected by the overcurrent detection circuit, the first thyristor is turned on in the normal state, the second thyristor is not turned on, and the overcurrent detection circuit detects the overcurrent. Sometimes a thyristor control circuit for turning on both the first and second thyristors;
6. The power supply apparatus according to claim 5, further comprising a switch control circuit that controls the self-extinguishing semiconductor switch to be turned on in both a normal state and an overcurrent detection state.
前記自己消弧型半導体スイッチを通しての電流供給が異常で停止したことを検出する異常検出回路と、
前記異常検出回路の出力が異常を示していない正常時に前記第1のサイリスタをオン制御し、前記第2のサイリスタをオン制御せず、前記異常検出回路の出力が異常を示している異常時に前記第1及び第2のサイリスタの両方をオン制御するサイリスタ制御回路と
を有していることを特徴とする請求項5記載の電力供給装置。 The control means includes
An abnormality detection circuit for detecting that the current supply through the self-extinguishing semiconductor switch has stopped due to an abnormality, and
The first thyristor is on-controlled when the output of the abnormality detection circuit does not indicate an abnormality, and the second thyristor is not controlled on, and the output of the abnormality detection circuit indicates an abnormality when the output is abnormal 6. The power supply apparatus according to claim 5, further comprising a thyristor control circuit that controls both of the first and second thyristors.
前記交流電源端子の電圧異常を検出し、異常を検出した時に前記第1のサイリスタ及び前記自己消弧型半導体スイッチのオン制御を停止させるための電源異常検出回路を有していることを特徴とする請求項5記載の電力供給装置。 The control means includes
It has a power supply abnormality detection circuit for detecting a voltage abnormality of the AC power supply terminal and stopping on-control of the first thyristor and the self-extinguishing semiconductor switch when the abnormality is detected. The power supply device according to claim 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003432524A JP2005192354A (en) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | Alternating-current switch device and power supply device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003432524A JP2005192354A (en) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | Alternating-current switch device and power supply device using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005192354A true JP2005192354A (en) | 2005-07-14 |
Family
ID=34790203
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003432524A Pending JP2005192354A (en) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | Alternating-current switch device and power supply device using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005192354A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013123295A (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Denso Corp | Ac-dc converter |
JP2017093210A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-25 | 富士電機株式会社 | Uninterruptible power supply |
WO2019021416A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Ac switch, uninterrupted power supply device equipped with same, and instantaneous voltage drop compensator |
JP2019052377A (en) * | 2013-07-19 | 2019-04-04 | ヌヴェラ・フュエル・セルズ,エルエルシー | System and method for tuning an electrochemical cell stack |
JP2019115030A (en) * | 2017-12-20 | 2019-07-11 | 富士電機株式会社 | Current breaker |
JP2020150602A (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and power conversion device |
CN112366701A (en) * | 2020-11-04 | 2021-02-12 | 合肥联信电源有限公司 | Parallel connection method of static switches |
CN115579886A (en) * | 2022-12-05 | 2023-01-06 | 中国电力科学研究院有限公司 | Method and device for quickly turning off thyristor |
CN112366701B (en) * | 2020-11-04 | 2024-05-10 | 合肥联信电源有限公司 | Parallel connection method of static switch |
-
2003
- 2003-12-26 JP JP2003432524A patent/JP2005192354A/en active Pending
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013123295A (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Denso Corp | Ac-dc converter |
JP2019052377A (en) * | 2013-07-19 | 2019-04-04 | ヌヴェラ・フュエル・セルズ,エルエルシー | System and method for tuning an electrochemical cell stack |
JP2017093210A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-25 | 富士電機株式会社 | Uninterruptible power supply |
WO2019021416A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Ac switch, uninterrupted power supply device equipped with same, and instantaneous voltage drop compensator |
JPWO2019021416A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-12-26 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | AC switch and uninterruptible power supply and sag compensator provided with the same |
KR20200030581A (en) * | 2017-07-27 | 2020-03-20 | 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 | AC switch and uninterruptible power supply and pure low compensation device provided with the same |
CN110999061A (en) * | 2017-07-27 | 2020-04-10 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | AC switch, uninterruptible power supply device provided with same, and voltage sag compensation device |
CN110999061B (en) * | 2017-07-27 | 2023-06-20 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | AC switch, uninterruptible power supply device provided with same, and voltage sag compensation device |
US11159160B2 (en) | 2017-07-27 | 2021-10-26 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | AC switch, and uninterruptible power supply and voltage sag compensator including AC switch |
KR102386628B1 (en) * | 2017-07-27 | 2022-04-15 | 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 | AC switch and uninterruptible power supply including same and net low compensation device |
JP7200528B2 (en) | 2017-12-20 | 2023-01-10 | 富士電機株式会社 | current breaker |
JP2019115030A (en) * | 2017-12-20 | 2019-07-11 | 富士電機株式会社 | Current breaker |
JP2020150602A (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and power conversion device |
JP7263852B2 (en) | 2019-03-11 | 2023-04-25 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and power conversion device |
CN112366701A (en) * | 2020-11-04 | 2021-02-12 | 合肥联信电源有限公司 | Parallel connection method of static switches |
CN112366701B (en) * | 2020-11-04 | 2024-05-10 | 合肥联信电源有限公司 | Parallel connection method of static switch |
CN115579886A (en) * | 2022-12-05 | 2023-01-06 | 中国电力科学研究院有限公司 | Method and device for quickly turning off thyristor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6118676A (en) | Dynamic voltage sag correction | |
US9318969B2 (en) | Frequency converter with DC link capacitor and method for pre-charging the DC link capacitor | |
JP4102964B2 (en) | Standby uninterruptible power generation system and method using rectified AC voltage and storage battery | |
US7275622B2 (en) | Traction elevator back-up power system with inverter timing | |
JP6261491B2 (en) | Power converter | |
EP3251201B1 (en) | A method of controlling an uninterruptible power supply to clear a shorted load | |
EP3893349B1 (en) | Photovoltaic inverter, and photovoltaic power generation system for same | |
US11139733B2 (en) | Modular multilevel converter sub-module having DC fault current blocking function and method of controlling the same | |
EP3096435A1 (en) | Uninterruptable power supply system with fault clear capability | |
US20030086231A1 (en) | Power conversion apparatus | |
JPWO2018211658A1 (en) | Reactive power compensation device and control method thereof | |
US11967858B2 (en) | Static transfer switch, and ups module to which static transfer switch is applied | |
EP0470525B1 (en) | Power converter with shoot-through protection | |
CN116998079A (en) | Inrush current limiting transformer energizing apparatus, method, system and technique | |
JP2005192354A (en) | Alternating-current switch device and power supply device using the same | |
JP7183421B2 (en) | DC distribution board | |
JP2005354781A (en) | Uninterruptible power supply device | |
JP6700578B2 (en) | Uninterruptible power system | |
US20230275514A1 (en) | Energy supply device with safety-related shut-down facility and method of switching off the device | |
WO2024002250A1 (en) | Quick automatic transfer switching circuit and a control method therefor | |
WO2018157915A1 (en) | Load transfer switching | |
JPH04368436A (en) | Protective circuit for uninterruptible power supply system | |
JP2016214001A (en) | Uninterruptible power supply system | |
JPH05268722A (en) | Error wiring protective circuit of inverter device | |
JP3971089B2 (en) | Current limiting device |