專利名稱:變換器裝置的保護系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及變換器裝置中的主開關(guān)器件的保護方式，尤其是關(guān)于使用具有自斷路功能開關(guān)器件的變換器裝置的保護方式。
近年來，隨著各種功率半導(dǎo)體器件開發(fā)工作的開展，使用GTO(柵截止可控硅器件)、功率晶體管等所謂能夠自斷路開關(guān)器件的相當大容量的變換器裝置已經(jīng)投入使用。
然而，通常這種具有自斷路功能的開關(guān)器件具有下列特性，要想安全地進行開關(guān)動作，則在電壓和電流方面存在著嚴格的范圍，一旦其數(shù)值超過此范圍而進行開關(guān)動作時，立即會產(chǎn)生永久性破壞。
因此，在使用這種具有自斷路開關(guān)器件的變換器裝置中，安裝著各種保護裝置，如日本專利公報昭59-63983號中所揭示的那樣。通常，在變換器主電路的電壓和電流處于異常狀態(tài)時，如果因為開關(guān)器件的截止作用，進入使得這種異常狀態(tài)能得以避免的范圍，則能使變換器主電路的開關(guān)器件同時截止，以完成保護功能，即為所謂的起動同時斷路保護裝置;如果其異常狀態(tài)超出了由開關(guān)器件的作用所能控制的范圍時，相反，將會使變換器主電路的開關(guān)器件同時導(dǎo)通，從而使開關(guān)器件的損壞得到避免。與此同時，整個裝置的保護作用將由保險絲或者斷路器來完成，即為所謂的起動同時導(dǎo)通保護裝置。以上是通常所采用的保護手段。
但是，由于這些保護裝置的連續(xù)性動作，反而會使開關(guān)器件受到破壞。
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠克服上述先有技術(shù)上缺點的變換器裝置保護方式，在這種保護方式的作用下，無論在什么場合下，都能夠獲得保護功能，能夠有效地防止損壞變換器主電路開關(guān)器件。
本發(fā)明的特點在于，在變換器裝置中，同時具備著所謂同時導(dǎo)通保護裝置和同時截止保護裝置作為保護裝置，而且使同時導(dǎo)通保護裝置的動作要早于同時截止保護裝置的動作而產(chǎn)生。
如果前述的同時導(dǎo)通保護裝置和同時截止保護裝置各自的動作是分別獨立進行的，則有時會在一種保護裝置動作之后，繼而另一種保護裝置接著動作。
此時，在由于負載電流出現(xiàn)異常而同時截止保護裝置動作之后，如果發(fā)生支路短路從而同時導(dǎo)通保護裝置動作時，將不會產(chǎn)生什么特殊的問題，一直到在高速斷路器等的作用下發(fā)生電路開路時為止，不必擔心GTO的損壞等事故的產(chǎn)生。另一方面，當支路發(fā)生短路而同時導(dǎo)通保護裝置起作用之后，由于負載電流的異常而造成同時截止保護裝置工作時，如上所述，將會同時控制因通過過大的電流而導(dǎo)通的GTO，使其產(chǎn)生截止。在這種情況下，不可能獲得保護作用，而有可能導(dǎo)致GTO等開關(guān)器件的損壞。
第1圖是適用于電車的本發(fā)明變換器裝置保護系統(tǒng)的一個實施例的構(gòu)成圖;第2圖是說明此系統(tǒng)動作的時序圖;第3圖是本發(fā)明的另一實施例的主要部分組成圖;第4圖為說明其動作的時序圖。
第1圖表示GTO作為開關(guān)器件的電車用橋式變換器裝置主電路和控制電路的概況。在主電路中，1為開閉器，2為高速斷路器，3為濾波器扼流圈，4為濾波器用的電容器，5～10為組成變換器主電路的GTO，11～13為電流檢測器，14為負載感應(yīng)電機(以下簡稱IM)。
該變換器主電路稱為橋式結(jié)構(gòu)，在GTO5～10中，GTO5、6，GTO7、8，GTO9、10分別配對，串聯(lián)在直流電源上，組成所謂橋臂，從各橋臂的中點，取出交流輸出信號。并且，各橋臂的GTO5～10相互交叉，即圖的上部的GTO5、7、9與下部的GTO6、8、10必須配對，相互交替地一方導(dǎo)通，另一方則截止，分別進行控制，從而使變換器動作。換言之，根據(jù)PWM調(diào)制電路15和開關(guān)信號發(fā)生電路161～166，從而產(chǎn)生如日本實用新型公報昭57-42590號中的第2圖(A)、(B)、(C)及(D)所示的開關(guān)信號。171～176為門驅(qū)動電路，當前述開關(guān)信號接通時，產(chǎn)生導(dǎo)通門信號;當開關(guān)信號斷開時，產(chǎn)生截止門信號。
18為同時門截止信號發(fā)生電路;19為同時門導(dǎo)通信號發(fā)生電路;201～212為“與非”電路;221～223分別為，當電流檢測器11～13的輸出超過設(shè)定值時，產(chǎn)生輸出信號的負載的過電流檢測電路，這些輸出信號經(jīng)過“或”元件23，觸發(fā)同時門截止信號發(fā)生電路18。
同時門截止信號發(fā)生電路18的功能在于，產(chǎn)生同時門截止信號g。在一般情況下，該信號輸出為“1”，而在檢測出負載電流過載時，輸出將變?yōu)椤?”。
241～243為檢測橋臂短路用的橋臂短路檢測電路，它們分別與各相的串聯(lián)GTO5與6、7與8以及9與10相并聯(lián)。根據(jù)各并聯(lián)電路兩端的電壓變得低于設(shè)定值這一情況，來檢測出橋臂的短路。當檢測出橋臂短路狀態(tài)時，同時門導(dǎo)通信號發(fā)生電路19將通過“或”元件25而被觸發(fā)。該電路的作用在于產(chǎn)生同時門導(dǎo)通信號h，在一般情況下該信號輸出為“1”，而在檢測出橋臂短路時，輸出變?yōu)椤?”。
以下，參照第2圖的時序圖，說明此實施例的工作情況。
當未檢測出負載電流出現(xiàn)異常、也未發(fā)現(xiàn)橋臂出現(xiàn)短路時，同時門截止信號g和同時門導(dǎo)通信號h均保持在“1”，因此，這時開關(guān)信號a、b分別在“與非”電路201、202中進行反轉(zhuǎn)，然后分別在“與非”電路207、208的作用下再一次反轉(zhuǎn)，再以信號i、j形式表現(xiàn)出來。
于是，此時開關(guān)信號a、b仍然作為i、j信號被輸入到門驅(qū)動電路171、172中，實現(xiàn)了一般情況下變換器的工作。
這樣供給IM14三相交流電，在電車運行中的時刻t1時，IM14上所流過的電流超過設(shè)定值。并且，此時的電流值并沒有超過GTO5～10的截止電流。
于是，在時刻t1，同時門截止信號g由以前的“1”變?yōu)椤?”。結(jié)果，“與非”電路201～206的輸出穩(wěn)定于“1”，而與開關(guān)信號a～f無關(guān)，隨之，“與非”電路207～212的輸出將穩(wěn)定于“0”。
因而，此時變換器主電路各橋臂上的所有GTO將一齊被控制于截止狀態(tài)，從而得到了同時斷路保護功能。并且，在檢測出過電流的數(shù)值超過GTO斷路電流值時，過電流檢測電路221～223將沒有輸出。
另一方面，如上所述，組成變換器主電路各橋臂的GTO5～10分別按GTO5、6，GTO7、8及GTO9、10配對，交替地控制其導(dǎo)通和截止。當配對的各橋臂上的兩只GTO因某種原因，例如因截止信號的減弱等，同時均變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，則由于橋臂的作用而造成直流電源短路，來自線路和濾波電容器4的過大的浪涌電流(有時高達幾萬安培)將集中流向此橋臂。因此，如果這樣處理，將會在由于高速斷路器2動作而使得電路電流被斷路之前，此橋臂上的GTO就將有可能損壞。
于是，設(shè)置了為防備這種情況的檢測手段，可迅速地檢測出橋臂的短路。無論橋臂的短路發(fā)生在何臂上，都將立刻使全部橋臂上的GTO5～10同時導(dǎo)通，上述浪涌電流將會分流在全部的橋臂上，從而防止了GTO的損壞，再通過高速斷路器2將電路斷開。
那么，在時刻t2時，檢測出橋臂的短路，驅(qū)動同時門導(dǎo)通信號發(fā)生電路19。
這樣一來，在時刻t2，同時門導(dǎo)通信號h將從以前的“1”變?yōu)椤?”。結(jié)果，“與非”電路207～212的輸出穩(wěn)定于“1”狀態(tài)，與前面的“與非”電路201～206的輸出狀態(tài)無關(guān)。
于是，此時變換器主電路的各橋臂上的全部GTO同時被控制于導(dǎo)通狀態(tài)，從而得到同時導(dǎo)通保護功能。結(jié)果，大電流從電車電線經(jīng)過斷流器1、高速斷路器2流入。由于高速斷路器2的動作和與此斷路器2相連接的電流斷路器1的動作，而使主電路斷開。
此時，如第2圖所示，由于同時門導(dǎo)通信號h由“1”變?yōu)椤?”，因此，由同時門截止信號g所實現(xiàn)的GTO的同時截止控制無效。在一般情況下，將會優(yōu)先進行同時門導(dǎo)通控制。
上述說明是在t1時刻完成同時門截止控制之后，在t2時刻進行同時門導(dǎo)通控制時的情況。但是，在此實施例中，如第1圖所示，由于同時門導(dǎo)通信號h是輸入到“與非”電路207～212中，而此“與非”電路207～212則是連接在輸入同時門截止信號g的“與非”電路201～206的后一級上，因此，這些“與非”電路207～212將在同時門導(dǎo)通信號h的作用之下，禁止同時門截止信號g進入。在同時門導(dǎo)通信號h的作用下，完成了同時導(dǎo)通保護動作之后，此同時門導(dǎo)通信號h只要不從“0”返回到“1”狀態(tài)，則既使全部的同時門截止信號g都為“0”，也不可能使同時斷路功能產(chǎn)生作用，于是，能充分防止GTO的損壞。
下面，第3圖為本發(fā)明的另一實施例中僅僅一相的主要組成部分的結(jié)構(gòu)圖。圖中，25、26為開關(guān)信號發(fā)生電路。在通常情況下，它輸出變換器運轉(zhuǎn)時所必需的開關(guān)信號。但是，如果輸入信號K時，它將輸出穩(wěn)定于導(dǎo)通狀態(tài)下的信號;如果輸入信號l時，將會輸出穩(wěn)定于截止狀態(tài)的信號。27是“與非”電路，它的作用在于，在同時門導(dǎo)通信號K的作用下，使同時門截止信號m失效。28為反相電路，其作用在于，補償由于“與非”電路27的作用而產(chǎn)生的信號反相。其它部分與第1圖所示實施例相同。
第4圖為時序圖，表示第3圖所示實施例中的同時門截止信號m、同時門導(dǎo)通信號K以及“與非”電路27的輸出信號l三者之間的關(guān)系。通過此時序圖可以知道，當同時門導(dǎo)通信號K處于“1”時，同時門截止信號m將以原來信號l的方式輸入到開關(guān)信號發(fā)生電路25、26，從而允許同時斷路保護的功能發(fā)生作用。但是，當同時門導(dǎo)通信號K完成了一次從“1”變?yōu)椤?”之后，同時門截止信號m的傳遞受到阻止，于是，優(yōu)先于同時斷路保護功能的同時導(dǎo)通保護功能得到實現(xiàn)，能夠充分防止GTO的損壞。
并且，在以上實施例中，僅僅對采用GTO作為變換器主電路開關(guān)器件的情況進行了說明。然而，本發(fā)明不僅僅限于此，例如使用功率晶體管等和使用具有自動斷路功能的開關(guān)器件的變換器，都是可以的。
如上所說，若采用本發(fā)明，則僅僅附加上簡單的邏輯電路，就能優(yōu)先于同時斷路保護功能，而產(chǎn)生同時導(dǎo)通保護功能。因此，能夠確實獲得變換器的保護效果，而無損壞開關(guān)器件之憂，從而能提供高可靠性的變換器保護方式。
權(quán)利要求
1.變換器的保護方式具有以下部件由半導(dǎo)體開關(guān)器件組成、能將直流電變?yōu)榻涣麟娨怨┙o負載的變換器，使這些開關(guān)元件同時截止的第一種保護裝置以及使這些開關(guān)元件同時導(dǎo)通的第二種保護裝置；其特征在于具有在起動上述第二種保護裝置時阻止第一種保護裝置起動的裝置。
2.如權(quán)利要求
1所述的變換器的保護方式，上述第一種保護裝置對應(yīng)于上述負載中所流過的電流為預(yù)定電流值的情況而工作。
3.如權(quán)利要求
1所述的變換器的保護方式，上述第一種保護裝置對應(yīng)于上述負載中所流過的電流超過第1預(yù)定值而小于第2預(yù)定值的情況而工作。
4.如權(quán)利要求
1所述的變換器的保護方式，上述第一種保護裝置對應(yīng)于上述負載中所流過的電流超過正常時最大值的第1預(yù)定值、小于上述開關(guān)器件截止電流值的第2預(yù)定值的情況而工作。
5.如權(quán)利要求
1或權(quán)利要求
2所述的變換器的保護方式。檢測裝置檢測出由于上述變換器內(nèi)部兩組串聯(lián)開關(guān)器件同時導(dǎo)通而造成橋臂短路時，上述第二種保護裝置對應(yīng)于檢測裝置的動作而工作。
6.如權(quán)利要求
5所述的變換器的保護方式，上述橋臂短路檢測裝置對應(yīng)于上述兩組串聯(lián)開關(guān)器件兩端的電壓下降的情況而工作。
7.如權(quán)利要求
1～權(quán)利要求
6所述的變換器的保護方式，上述半導(dǎo)體開關(guān)裝置采用柵截止可控硅。
8.如政利要求1所述的變換器的保護方式，在串聯(lián)于開關(guān)信號傳遞路徑上的兩個“與非”電路中以及在其前級的“與非”電路中加上同時門截止信號，而在其后級“與非”電路中加上同時門導(dǎo)通信號，構(gòu)成阻止裝置。
專利摘要
采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式以控制應(yīng)用了柵截止可控硅(GTO)的變換器，以此來進行感應(yīng)電機的速度控制。如果在GTO的斷路能力范圍之內(nèi)感應(yīng)電機中流過的電流出現(xiàn)過載，各GTO中將會加上門截止信號，使其滅弧，從而斷開過載電流，另一方面，如果變換器的各相橋臂中任意一臂出現(xiàn)短路，將會在所有的GTO中出現(xiàn)門導(dǎo)通信號，使短路電流分流，由高速斷路器將主電路斷開。此時，使同時門導(dǎo)通信號優(yōu)先進入，這樣一來，同時門截止信號將不會起作用，從而防止了連續(xù)保護動作所造成的GTO損壞。
文檔編號F03D3/06GK85100629SQ85100629
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者堀江哲, 岡松茂俊 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan