JP2001136662A - 半導体スイッチの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ゲート信号の発生タイミングを適切に制御する
ことで、事故電流の大きさを極力小さくすることがで
き、また、重畳する直流電流成分を小さくすることがで
きる制御装置を提供すること。 【解決手段】半導体スイッチ３を構成する各相アーム毎
に閉開を決定する閉開決定部１０１とこの閉開決定部１
０１からの開閉決定に従い前記各相アームにゲート信号
を与えるゲート回路１０４とによる通常のゲート制御の
他に、点孤期間決定部１０５によって、前記各相アーム
に与えるゲート信号の点孤期間を、半導体スイッチ３が
接続される電力システム１，２の交流側の電気量と前記
閉開決定部１０１からの開閉決定とに基づき、前記各相
アーム毎に決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源及び負荷のう
ち少なくとも一方を含む複数の電力システム相互間を連
系する、サイリスタスイッチ等の半導体スイッチの制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６を参照して、半導体スイッチによ
る電力システムの連系を説明する。図１６において、電
源及び負荷のうち少なくとも一方を含む電力システムで
ある第１受電・電源システム１と第２受電・電源システ
ム２とは、半導体スイッチ３を介して接続され、該半導
体スイッチ３により両システム１，２は連係される。第
１受電・電源システム１は、商用系統１１、連系変圧器
１２、一般負荷１３から構成され、また第２受電・電源
システム２は、自家発２１、自家発負荷２２から構成さ
れる。

【０００３】図１７は、図１６に示す半導体スイッチ３
内の３線結線図であり、半導体スイッチ３は、複数の相
のアームから構成され、また各相アームはサイリスタ等
のスイッチング素子からなる。具体的に、半導体スイッ
チ３は、Ｕ・Ｘ相のサイリスタアームと、Ｖ・Ｙ相のサ
イリスタアームと、Ｗ・Ｚ相のサイリスタアームと、制
御装置４とから構成されている。各サイリスタアーム
は、複数のサイリスタを直列接続すると共にこれらサイ
リスタ素子を保護するための図示しないスナバ回路が設
けられている。

【０００４】図１８は、図１６に示す半導体スイッチの
従来の制御装置の一例を示しており、該装置の動作を、
図１９のタイムチャート及び事故発生時の受電・電源系
統の電圧・電流波形概略例を示す図２０を参照して説明
する。

【０００５】先ず、開閉決定部１０１は、半導体スイッ
チ３の開路信号ｂ、閉路信号ｃを出力する。事故検出回
路１０２は、第１受電・電源システム１で発生した事故
を検出し、半導体スイッチ３の遮断信号ｄを出力する。
半導体スイッチ３が接続される受電・電源システム１，
２の電流・電圧を検出するための変流器５、変成器６が
設けられ、該変流器５，６は、事故検出回路１０２に電
流・電圧信号を与える。インターロック回路１０３は、
開閉決定部１０１からの閉路信号ｂを通過させる。閉路
信号ｂは、ゲート回路１０４により各アームを構成する
サイリスタを点孤するのに適切な電気ゲート信号又は光
ゲート信号に適宜増幅・絶縁される。半導体スイッチ３
を構成するサイリスタ素子等は、このゲート信号ａによ
り導通状態になり、図１７に示す半導体スイッチ３は導
通状態となる。

【０００６】また、開閉決定部１０１からの開路信号
ｃ、又は、事故検出回路１０２からの遮断信号のいずれ
かが与えられるとインターロック回路１０３からの出力
信号が抑止され、ゲート信号ａは抑止され、電力のゼロ
クロスを待って、半導体スイッチ３の遮断動作が行われ
る。

【０００７】以下に事故検出回路１０２により、第１受
電・電源システム１に事故が発生した時に半導体スイッ
チ３が遮断動作を行う様子を説明する。

【０００８】事前状態では、開閉決定部１０１から閉路
信号ｂにより、半導体スイッチ３は導通状態にあり、半
導体スイッチ３には、３相交流電流が流れている。第１
受電・電源システム１，２に事故が発生すると、第１受
電・電源システム１の電源からの事故電流に加え、第２
受電・電源システム２の電源から半導体スイッチ３を経
由し事故点に事故電流が流れる。

【０００９】また、事故が発生すると、システム１及び
２の交流電圧が低下する。事故検出回路１０２は、半導
体スイッチ３に流れる電流の増大を変流器５を介して検
出する。又は、交流電圧低下を変成器６を介して検出す
る。事故検出回路１０２からの遮断信号ｄが出力される
と、ゲート回路１０３は開閉決定部１０１からの閉路信
号ｂよりも遮断信号ｄを優先し、半導体スイッチ３への
ゲート信号を抑止する。

【００１０】半導体スイッチ３を構成するサイリスタ素
子は、ゲート信号がなくなり、通過する電流がゼロにな
ると、電流阻止能力を回復しオフ状態となる特性を有し
ている。従って、事故検出回路１０２の遮断信号ｄによ
り、ゲート回路１０３からのゲート信号ａが除去された
後、半導体スイッチ３を通過する事故電流がゼロになり
極性が逆転しようとするタイミングで、事故電流が除去
される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体スイ
ッチの制御においては、半導体スイッチを機械式スイッ
チと同様に扱うので、機械式スイッチより遮断速度は速
い利点がある。

【００１２】しかし、半導体スイッチでは、事故電流の
最初のゼロクロスまでの１波目ピーク値の大きさは機械
式スイッチの場合と同様であるので、システムを構成す
る発電機・タービン等へのストレスが大きい。

【００１３】また、事故電流に大きな直流分が含まれる
ことも、半導体スイッチと機械式スイッチとは、電流波
形の様子を示す図２０を参照すると明らかなように、同
様の形態となる。

【００１４】即ち、従来の半導体スイッチ制御方式で
は、事故電流を供給する発電機の責務が過大になり、損
傷が発生する可能性があるという不具合があった。特
に、事故電流に含まれる直流分が大きいと、事故時の瞬
時有効電力の変動が大きくなり、発電機にとって機械的
なストレスがさらに助長される虞れがある。瞬時有効電
流の変動を図２０に示す。

【００１５】本発明の目的は、半導体スイッチを構成す
る各アームに与えるゲート信号の発生タイミングを適切
に制御することで、事故電流の大きさを機械式スイッチ
の場合よりも小さくすることができ、また、重畳する直
流電流成分を小さくすることが可能な半導体スイッチの
制御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
するために、半導体スイッチの通常の制御機能に加え、
交流半導体スイッチの接続する交流系統の電気量から点
弧期間のタイミングを決定する手段を追加した構成とし
ている。また、各アームに与えるゲート信号を夫々に与
えるため、ゲート回路は各アーム夫々に設けた構成であ
る。

【００１７】すなわち、本発明は、電源及び負荷のうち
少なくとも一方を含む複数の電力システム相互間を連系
する複数の相のアームから構成される半導体スイッチを
制御する制御装置において、前記各相アーム毎に閉開を
決定する閉開決定部と、この閉開決定部からの開閉決定
に従い前記各相アームにゲート信号を与えるゲート手段
と、前記半導体スイッチが接続される前記電力システム
の交流側の電気量と前記閉開決定部からの開閉決定とに
基づき、前記各相アームに与えるゲート信号の点孤期間
を前記各相アーム毎に決定する点孤期間決定手段とを具
備することを特徴とする。

【００１８】このような構成によれば、点孤期間決定手
段により、点弧開始位相と点弧終了位相とを適宜設定す
ることにより、点弧期間を所望のタイミング及び期間と
することができので、半導体スイッチの動作に必要なタ
イミングで、必要十分なパルス幅のゲート信号を与える
ことにより、不要な事故電流が流れることを防止するこ
とができ、事故に無関係な発電機からの過電流を低減
し、電力システムを構成する発電機等のストレスを低減
すことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１，図２，
図３は、本発明の第１実施形態を示す構成図である。図
１に示すように、本実施形態は、従来から行われている
半導体スイッチのゲート制御を行うための開閉決定部１
０１、事故検出部１０２、インターロック回路１０３及
びゲート回路１０４に、各アームの点弧期間を決定する
点弧期間決定部１０５を加えた構成としている。また、
各相アームを夫々に制御するため、ゲート回路１０４
は、アーム夫々に設けている。

【００２０】図２に点弧期間決定部１０５の一例を示
す。図２において、点弧期間決定部１０５は、交流電圧
から同期信号を得る同期検出回路２０１と、点弧開始位
相設定回路２０２と、点弧終了位相設定回路２０３と、
点弧期間作成回路２０４と、点弧期間作成回路２０４
と、点弧期間信号ｅ、半導体スイッチ開路信号ｂ、閉路
信号ｃ、又は遮断信号ｄを入力するインターロック回路
１０３と、各アームにゲート信号ａを出力するゲート回
路１０４とから構成されている。

【００２１】同期検出回路１０２については、例えば、
特公昭６０−３７７１１号公報に示される技術で実現可
能であるので、説明を省略する。

【００２２】さらに、点弧期間作成回路２０４の内部構
成例を図３に示す。点弧期間作成回路２０４は、比較回
路３０１、フリップフロップ回路３０２から構成され
る。

【００２３】ここで、位相検出回路１０２は、半導体ス
イッが接続される第１受電・電源システム１の電圧を、
計器用変成器６により電子回路に適合したレベルの信号
に変換して取り込む。この信号から位相検出回路２０２
は、位相信号ｆを検出する。点弧期間作成回路２０４内
の比較回路３０１は、位相信号ｆと点弧開始位相設定回
路２０２からの点弧開始設定信号ｇとを比較し、電圧位
相が点弧開始位相に等しくなった時点で、フリップフロ
ップ回路３０２をセットし、点弧期間信号ｅを発生させ
る。また、位相信号ｆと点弧終了位相設置回路２０３か
らの点弧終了設定信号ｈとを比較し、電圧位相が終了位
相に等しくなった時点でフリップフロップ回路３０２を
リセットし、点弧期間信号ｅを終了させる。

【００２４】インターロック回路１０３は、開閉決定部
１０１からの閉路信号ｂが与えられ、事故検出部１０２
の遮断信号ｄが与えられていないときに、点弧期間信号
ｅを通過させる。開閉決定部１０１からの開路信号ｃ又
は事故検出部１０２の遮断信号ｄが与えられたときに
は、点弧期間信号ｅを抑止する。このような動作は、論
理積、反転回路等の組み合わせにより実現できる。

【００２５】各アームに対応する点弧期間信号ｅは、各
アームに対応するゲート回路１０４により各アームを構
成するサイリスタを点弧するのに適切な電気ゲート信号
又は光ゲート信号に適宜増幅・絶縁される。各アームを
構成するサイリスタにゲート信号ａが与えられると、該
サイリスタは閉路状態となり、また、ゲート信号ａが抑
止されると電流ゼロクロスを待って開路状態となる。

【００２６】以上より、点弧開始位相設定回路２０２、
点弧終了位相設定回路２０３を適宜設定することによ
り、各アームを構成するサイリスタの点弧期間を所望の
タイミング・期間とすることができる。

【００２７】また、Ｖ・Ｗ相については、第１相から１
２０°づつずらしたタイミングで同様な動作を行い、ゲ
ート信号を得る。また、Ｘ・Ｙ・Ｚ相については、Ｕ・
Ｖ・Ｗ相から各々１８０°ずらしたタイミングで同様な
動作を行う。

【００２８】次に、本実施形態の作用を説明すると、先
ず、開閉決定部１０１からの閉路信号ｂにより、半導体
スイッチ３へゲート信号ａが与えられる状態において、
半導体スイッチ３を構成する各アームに、毎サイクル所
定の位相タイミングから所定の期間、ゲート信号を与え
る。ゲート信号ａの抑止は、開閉決定部１０１からの開
路信号ｃと、事故検出部１０２からの遮断信号ｄとによ
ることは、従来からの通常のゲート制御と同様である。

【００２９】ここで、Ｕ相アームに与えられる点弧期
間、即ち、ゲート信号の送出開始、終了のタイミングに
つき説明する。Ｖ・Ｗ相については、第１相から１２０
°づつずらしたタイミングで同様な動作を行い、ゲート
信号を得る。また、Ｘ・Ｙ・Ｚ相については、Ｕ・Ｖ・
Ｗ相から各々１８０°ずらしたタイミングで同様な動作
を行うことで、６つのアーム全てにつき、各々の点弧期
間を決定できる。

【００３０】本実施形態は、各相のアームにゲート信号
を与える期間について提案するものであり、各アームを
構成するサイリスタに実際に与えるゲート信号は、点弧
期間中パルスを継続して与える広幅パルスでも良いし、
点弧期間中にサイリスタに順方向電圧が印加した時点で
サイリスタが点弧するために必要十分なせまい幅のパル
スとしても良い。

【００３１】本実施形態では、実際に計測可能な電気量
として、ゲート信号の移送基準を第１受電・電源システ
ム１の第１相の電圧位相とする。半導体スイッチ３が通
電状態になった後に、半導体スイッチ３を流れる電流が
Ｕ相アームを流れ始めるゼロクロスのタイミング又はゼ
ロクロスから若干早いタイミングでＵ相への点弧期間を
開始すれば、電流が流れ始めようとするときにサイリス
タはすぐに通電状態になるので、電流を流すことができ
る。

【００３２】一般に、受電・電源システムの力率は、１
に近いので、半導体スイッチ３に流れる電流の位相は、
第１受電・電源システム１の電圧位相とほぼ同相であ
る。従って、Ｕ相アームの点弧開始タイミングは、第１
受電・電源システム１の第１相の電圧０°近傍とすれば
良い。

【００３３】ただし、後述するように、事故時の事故電
流ピークの低減のため、点弧開始タイミングは、第２受
電・電源システム２の等価電源電圧位相０°より遅れた
位相タイミングでゲート信号を与える。発電機群及び発
電機と負荷との間に存在するインピーダンス、そのイン
ピーダンスに流れる電力量とから等価電源電圧の位相は
推定できる。通常、この等価電源電圧位相は、負荷に電
力を供給するため、システム２の電圧位相より進んでい
る。従って、等価電源電圧の位相０°は通常、半導体ス
イッチ３に流れる電流のゼロクロスの位相よりも進んで
おり、点弧期間の開始タイミングをこの２つの位相の間
に設定しても半導体スイッチ３の通電動作に差し支えな
い。

【００３４】また半導体スイッチ３が閉路状態の場合、
第１受電・電源システム１の電圧と第２受電・電源シス
テム２の電圧とは同期しているので、第２受電・電源シ
ステム２の等価電圧源の電圧位相と第１受電・電源シス
テム１の電圧位相の関係は、第２受電・電源システム２
の等価電圧源の電圧位相と第１受電・電源システム１の
電圧位相の関係と同じである。

【００３５】次に、点弧終了タイミングにつき、図１〜
図３、及び、杜撰タイミングチャートを示す図４と、事
故時の電流・電圧概略波形を示す図５とを参照して説明
する。

【００３６】まず、第１受電・電源システム１から第２
受電・電源システム２に向かう方向を正方向とすると、
上記Ｕ相アームの役割は、この正方向の電流を通電する
ことである。第２受電・電源システム２から第１受電・
電源システム１へ向かう逆方向の電流については、Ｘア
ームが通電するので、Ｕ相アームの点弧期間は、正方向
の電流通電期間以内に限定しても、半導体スイッチ３の
動作に支障は生じないし、また、この期間以外の期間に
Ｕ相アームにゲート信号ａを出力しても、電流の方向が
Ｕ相アームにとって逆方向のため、サイリスタの特性か
らこの電流は通電できず無意味である。

【００３７】以上から、Ｕ相アームのゲート信号は、正
方向の電流が流れ終わるゼロクロスの時点で、終了させ
ても良い。

【００３８】またサイリスタの特性として、ゲート信号
を与えた後正方向電流が流れつづける限り通電状態が継
続するので、点弧期間終了タイミングは、上述の正方向
電流終了タイミングより早くて良い。さらに、Ｕ相と逆
方向の電流を流すＸ相の点弧期間開始タイミングより前
に、Ｕ相の点弧期間を終了させても、半導体スイッチ３
の通電機能に差し障りは無い。後述する事故電流ピーク
低減のため、点弧期間終了タイミングを、第２受電・電
源システム２の等価電源電圧の該当相の位相１８０°よ
りさらに前としても、同様である。

【００３９】さて、このようにＵ相点弧期間とＸ相点弧
期間が重ならないように点弧期間を決定すると、Ｕ相・
Ｘ相の点弧期間は各々１８０°未満となる。また、他の
Ｖ・Ｙ相、Ｗ・Ｚ相についても同様に決定することがで
きる。

【００４０】このようにゲート信号の制御を行っている
ときに、第１受電・電源システム１で事故が発生した場
合の半導体スイッチ３の動作を説明する。説明の簡単化
のため、発生した事故は３相短絡とする。

【００４１】事故の発生タイミングは、Ｕ相アームに流
れる正方向電流のピークであるとする。通常のシステム
では負荷電流は３相平衡しているので、半導体スイッチ
３の第２相、第３相には、逆方向電流が流れており、Ｙ
相、Ｚ相が夫々通電している。事故が発生すると、第１
受電・電源システム１に接続するＵ相アームのアノード
電圧が零になり、第２受電・電源システム２に接続する
カソード電圧は、第２受電・電源システム２の電源から
の電圧が継続するので、正極性のままである。

【００４２】従って、Ｕ相アーム電流は急激に減少し零
になる。このタイミングはＸ相アームに電流の流れない
期間であるので、Ｘ相アームの点弧期間ではないのでゲ
ート信号ａは与えられず、Ｘ相アームは非導通状態を継
続する。従って、Ｘ相アームを経由し、第２受電・電源
システム２から第１受電・電源システム１に流れようと
する逆方向電流はブロックされる。

【００４３】他の相についても同様に、Ｙ相、Ｚ相に流
れる電流が減少し零になり、第２受電・電源システム２
から事故点に流れ込む電流はブロックされる。

【００４４】しばらくすると、事故検出部１０２からの
遮断信号ｄが出力され、全ての相のアームへのゲート信
号ａが抑止され、半導体スイッチ３の遮断状態が継続す
る。

【００４５】一方、従来の制御では、Ｘ相アームには継
続してゲート信号ａが与えられているので、Ｘ相アーム
は逆方向電流を流し、第２受電・電源システム２から事
故点に事故電流が流れる。この電流がブロックされるの
は、事故検出部１０２からの遮断信号ｄが与えられた後
である。遮断信号ｄが与えられるタイミングでは、既
に、逆方向電流が流れ始めており、事故電流の第１波目
のピーク値は機械式スイッチでの遮断と同一の大きさと
なる。即ち、本発明の逆電流ブロック動作は、事故検出
部の動作をまたずに瞬時に行われる点が、従来の制御方
式と異なる。

【００４６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、半導体スイッチ３の動作に必要なタイミングで、必
要十分なパルス幅のゲート信号を与えることにより、不
要な事故電流が流れることを防止することができ、事故
に無関係な発電機からの過電流を低減し、発電機のスト
レスを低減できる。

【００４７】なお、本実施形態では、第１受電・電源シ
ステム１の電圧信号から位相基準信号を作成する例を示
したが、半導体スイッチ３が導通状態になった後は、第
１受電・電源システム１と第２受電・電源システム２と
は同期連系するので、第２受電・電源システム２の電圧
信号を使用しても同様な効果が得られる。

【００４８】また第２受電・電源システム２で事故が発
生した場合、第２受電・電源システム２の電圧は喪失す
るが、その後すぐに事故検出部によりゲート信号は抑止
されるので、実質上問題無い。

【００４９】（第２の実施形態）図６は、本発明の第２
実施形態の構成図である。本実施形態は図２，図３の構
成に加え、各アームに順電圧検出回路７を備えた回路構
成の例である。また、図７はゲート回路内部の構成例を
示す。

【００５０】本実施形態は、単なる絶縁・増幅機能の他
に、パルスインターロック回路４０１、パルス整形回路
４０２を備えた回路構成の例である。

【００５１】本実施形態の作用を説明する。

【００５２】本実施形態では、点弧期間信号ｅを作成す
るまでの動作は、図２，図３と同様なので説明を省略
し、点弧期間信号が作成された後のゲート信号ｅの作成
につき説明する。

【００５３】各アームを流れる電流は、半導体スイッチ
３が開路状態でも、電流ルートに存在するインダクタン
スの慣性により流れ続けようとするため、半導体スイッ
チ３の各アームを構成するサイリスタと並列接続されて
いる図示しないスナバ回路等が充電され、サイリスタに
順電圧が印加される。順電圧検出回路７は、この順電圧
を検出し、ゲート回路１０４内のパルスインターロック
回路４０１に順電圧信号Ｉを出力する。

【００５４】各アームへの点弧期間信号ｅが与えられて
いるときに順電圧信号Ｉ発生すると即座に、このパルス
インターロック回路４０１から信号が出力され、パルス
整形回路４０２から、サイリスタを点弧するのに適切な
ゲート信号ｅ出力される。これ以降の動作も図２，図３
の実施形態と同じなので、説明を省略する。

【００５５】このような動作を行うことで、図２，図３
の実施形態と同じ作用が得られる。

【００５６】本実施形態によれば、図２，図３の構成と
同じ効果が得られる。

【００５７】（第３の実施形態）図８は、本発明の第３
実施形態の構成図である。本実施形態は、図２，図３の
例と同様であるが、点弧期間の決定をワンショット回路
３０３により作成する例である。

【００５８】本実施形態の作用について説明する。

【００５９】本実施形態では、点弧開始のタイミング
は、図２，図３の例と同様、同期信号ｆと点弧開始設定
信号ｇとが一致したときに、比較回路３０１から出力さ
れる。比較信号３０１の出力信号は、ワンショット回路
３０３に導入され、ワンショット回路は、そのタイミン
グから所定の期間だけ点弧期間信号ｅを出力する。

【００６０】以降の動作は、図２，図３と同様であり、
同じ作用が得られる。

【００６１】本構成においても、図２，３の構成と同じ
効果が得られる。

【００６２】また、本実施形態は、点弧期間中ゲート信
号を連続して出力する例を示したが、図６，図７と同
様、順電圧が印加した時点で必要なゲート信号を出力す
る構成でも当然、同じ作用、効果が得られる。

【００６３】（第４の実施形態）図９は、本発明の第４
実施形態の構成図である。本実施形態は、図２，図３の
構成において、ゲート信号幅を６０°未満とし、対にな
って２つのシステム間の連系電流を流す２アームに同時
にゲート信号を与えるために、論理和回路２０５を設け
た構成である。

【００６４】本実施形態の作用について説明する。

【００６５】基本的な作用は、図２，図３の実施形態と
同様である。ただし、点弧期間を６０°未満とするた
め、点弧終了設定信号ｈは、点弧期間が６０°未満とな
るよう設定される点が異なる。

【００６６】２つのシステム間を流れる電流は、通常３
相平衡しているとすると、Ｕ相アームが通電開始し６０
°経過すると、次の通電相であるＺ相アームの点弧期間
が始まる。この時、定常状態であればＵ相アームは既に
通電しているので、ゲート信号は与えなくても、Ｕ相ア
ームにより第１受電・電源システム１から第２受電・電
源システム２に流れた電流は、Ｚ相アームが閉路状態に
なるので、Ｚ相アームを通して、第２受電・電源システ
ム２から第１受電・電源システム１へ電流が循環でき
る。

【００６７】しかし、半導体スイッチ３に閉路信号ｂが
与えられた時点で、Ｚ相アームから点弧を開始しようと
したとき、Ｚ相アームにだけゲート信号が与えられたと
する。Ｚ相アームの閉路により、第２受電・電源システ
ム２から第１受電・電源システム１への電流流路が形成
されようとするが、Ｕ相アームにゲート信号が与えられ
ないと、受電・電源システムが非接地の場合、逆方向の
流路が確保できず、半導体スイッチ３は電流を流すこと
ができない。

【００６８】図９の構成では、常に２つの相のサイリス
タに同時にパルスが与えられるので、第１受電・電源シ
ステム１から第２受電・電源システム２を経由し、再度
第１受電・電源システム１に返る電流ループが形成さ
れ、半導体スイッチ３を円滑に閉路状態にすることがで
きる。

【００６９】以上説明したように、本実施形態によって
も、実施形態１と同様な効果が得られる。特に、受電・
電源システムが非接地構成の場合、半導体スイッチ３に
よる連系を円滑に起動できる。

【００７０】本実施形態では、第１受電・電源システム
１の電圧信号から位相基準信号を作成する例を示した
が、半導体スイッチが導通状態になった後は、第１受電
・電源システム１と第２受電・電源システム２とは同期
連系するので、第２受電・電源システム２の電圧信号を
使用しても同様な効果が得られる。

【００７１】また第２受電・電源システム２で事故が発
生した場合、第２受電・電源システム２の電圧は喪失す
るが、その後すぐに事故検出部によりゲート信号は抑止
されるので、実質上問題無い。

【００７２】さらに、点弧期間中連続してゲート信号を
与える構成例を示したが、図６，図７と同様、点弧期間
のアームに順電圧が印加した時にゲート信号を与える構
成としても、同じ作用・効果が得られる。

【００７３】（第５の実施形態）図１０，図１１は、本
発明の第５実施形態の構成図である。本実施形態は、第
１受電・電源システム１と第２受電・電源システム２と
を連系するために、半導体スイッチ３とリアクトルとを
直列接続した構成を使用する。この構成においても、半
導体スイッチ３だけからなる構成と同様、図２，図３の
制御構成例で制御できる。

【００７４】本実施形態の作用について説明する。

【００７５】図１０は図１と異なり、半導体スッチ３と
直列のリアクトル８があるので、第１受電・電源システ
ム１から第２受電・電源システム２に有効電力が供給さ
れると、第１受電・電源システム１の電圧位相が第２受
電・電源システム２の電圧位相より進む。さらに、ベク
トル図である図１２に示すように、半導体スイッチ３と
リアクトル８を流れる電流の位相は、２つのシステムの
電圧位相の中間になる。

【００７６】従って、半導体スイッチ３へ与える点弧期
間開始タイミングは、第２受電・電源システム２の電圧
位相０°より若干進みのタイミングで与えるよう図２の
点弧開始位相設定回路２０２を設定すれば良い。また、
点弧期間終了タイミングは、第２受電・電源システム２
の等価電源位相１８０°より前となるよう点弧終了設定
回路２０３を設定することで、所望のタイミング・期間
の点弧期間を実現できる。

【００７７】従って、図２，図３に示した実施形態と同
様に、第１受電・電源システム１で事故が発生しても、
事故電流を減少させ、第２受電・電源システム２の発電
機へのストレスを軽減できる。

【００７８】さらに、第２受電・電源システム２で事故
が発生した場合でも、半導体スイッチ３と直列接続する
リアクトル８のインダクタンス値を適切に選択すると、
第１受電・電源システム１からの事故点に流れる事故電
流を低減することが可能であり、第１受電・電源システ
ム１の電圧低下、発電機のストレスを低減可能である。

【００７９】以上説明したように、本実施形態によって
も、図２，図３の実施形態と同様な効果が得られる他
に、電力を受ける側のシステムの事故発生時でも、電力
を供給するシステムへの事故波及を軽減することができ
る。

【００８０】本実施形態では、第１受電・電源システム
１の電圧信号から同期信号ｆを作成する例を示したが、
リアクトルのインダクタンス値、流れる電流の大きさが
分かれば、第１受電・電源システム１と第２受電・電源
システム２との位相差は決定されるので、第２受電・電
源システム２の電圧信号を使用しても、半導体スイッチ
３に与えるゲート信号のタイミングを決定できることは
明らかである。

【００８１】また、点弧期間中連続してゲート信号を与
える構成例を示したが、図６，図７と同様、点弧期間の
アームに順電圧が印加した時にゲート信号を与える構成
としても、同じ作用・効果が得られる。

【００８２】（第６の実施形態）図１３は、本発明の第
６実施形態の構成図である。本実施形態は、図１１の実
施形態において、同期検出するための電圧を、半導体ス
イッチ３とリアクトル８とを直列接続した構成の極間電
圧とするため、変成器を、追加した構成である。

【００８３】本実施形態の作用について説明する。

【００８４】半導体スッチ３とリアクトル８を流れる電
流とリアクトル８に現れる電圧の位相関係は、電圧に対
し９０°遅れる。従って、半導体スイッチ３へ与える点
弧期間開始タイミングは、極間に現れる電圧より９０°
遅れのタイミング近傍で与えるよう図２の点弧開始位置
設定回路２０２を設定すれば良い。

【００８５】また、点弧期間終了タイミングは、同様に
極間電圧の位相２７０°より前となるよう図２の点弧終
了位相設定回路２０３を設定することで、所望のタイミ
ング・期間の点弧期間を実現できる。

【００８６】このような構成でも、図１１に示す実施形
態と同様な作用が実現できる。

【００８７】以上説明したように、本実施形態において
も、図１１の実施形態と同様な効果が得られる。

【００８８】本実施形態は、点弧期間中連続してゲート
信号を与える構成例を示したが、図６，図７と同様、点
弧期間のアームに順電圧が印加した時にゲート信号を与
える構成としても、同じ作用・効果が得られる。

【００８９】（第７の実施形態）図１４，図１５は、本
発明の第７実施形態の構成図である。本実施形態は、図
１１又は図１２の実施形態と同様であるが、半導体スッ
チ３とリアクトル８との直列構成に印加する順電圧を検
出する順電圧検出部７からの出力信号を点弧期間決定部
１０５に入力する構成である。点弧期間決定部１０５
は、オンディレー回路３０４、ワンショット回路３０３
から構成される。

【００９０】本実施形態の作用について説明する。

【００９１】本実施形態の作用をＵ相アームを例にと
り、説明する。

【００９２】Ｕ相アームとその直列リアクトルに印加す
る電圧がＵ相アームにとって、順方向になったことを順
電圧検出部７により検出し、順電圧信号ｉが出力され
る。点弧期間決定部１０５では、オンディレー回路３０
４の動作により、電気角で９０°相当遅れたタイミング
の信号を作成し、ワンショット回路３０３に与える。ワ
ンショット回路３０３のパルス幅として所望値を設定す
れば、所望の点弧期間だけゲート信号を出力することが
できる。

【００９３】本実施形態によれば、順方向電圧が印加し
た瞬間には、ゲート信号を出力せず、電気角９０°に相
当する時間経過後、ゲート信号を出力開始する。このよ
うにすると、リアクトル８に流れる電流の直流成分が抑
制できる。つまり、リアクトル８に電圧が印加した瞬間
に該当する半導体スイッチのアームにゲート信号をすぐ
に与えると、リアクトル８に流れる電流には直流成分が
重畳し、不要な電力変動が発生する。しかし、本構成に
よれば、リアクトル８には、電圧ピーク付近から電流が
流れ始めるので、直流成分を減少させることができる。

【００９４】さらに、第１受電・電源システム１又は第
２受電・電源システム２で事故が発生し、電圧の位相が
変動しても、常にゲート信号がリアクトル８に流れる電
流の直流成分を可能な限り発生しないようなタイミング
で発生させられるので、事故電流の直流成分が発生しに
くい。従って、事故電流のゼロクロスは１／２サイクル
程度で現れ、事故検出部からの信号により、半導体スイ
ッチへのゲート信号が既に抑止されているので、事故電
流を１／２サイクル程度で遮断できる。

【００９５】事故電流の直流成分が発生しにくいので、
事故電流のピーク値が低減でき、事故電流の通る遮断器
や、事故電流を供給する発電機のストレスを軽減でき
る。

【００９６】以上説明したように、本実施形態によって
も、図６の実施形態と同様な効果が得られる。

【００９７】上記においては、半導体スイッチの代表的
なものであるサイリスタ素子を例に説明したが、スイッ
チを構成することの出来るものであれば、どのような物
でもよく、例えば、トランジスタ、トライアック、ＧＴ
Ｏ、ＩＧＢＴ等でも良い。

【００９８】また、交流相数は３相で説明するが、本発
明は３相以外の相数の場合にも適用が可能である。

【００９９】さらに、上述の例では、受電・電源システ
ムは２つの例で説明したが、システムが３つ以上あって
も同様に本発明が適用できる。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、半導体
スイッチのゲート信号を適切なタイミングで所定の期間
だけ与えることで、従来と同様な通電機能を実現すると
共に、事故が発生した時は、事故電流ピーク値を減少さ
せることができる。

【０１０１】また、半導体スイッチとリアクトルを直列
にした構成では、さらに、リアクトルにより事故電流を
低減すると共に、半導体スイッチの位相制御により、直
流電流成分を減少させるので、事故電流のピーク値を低
減することができる。

【０１０２】従って、電力システムとして受電・電源シ
ステムに、本発明を適用することにより、事故発生時に
発電機等の機器へのストレスを軽減し、また、電圧低下
の軽減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第１
の実施形態を示す構成図。

【図２】図１における点呼期間決定部の詳細を示す構成
図。

【図３】図２における点呼期間作成回路の詳細を示す構
成図。

【図４】同実施形態における半導体スイッチの動作タイ
ミングを示す波形図。

【図５】同実施形態が適用された場合における事故時の
動作波形例を示す図。

【図６】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第２
の実施形態を示す構成図。

【図７】図６におけるゲート回路の詳細を示す構成図。

【図８】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第３
の実施形態を示す構成図。

【図９】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第４
の実施形態を示す構成図。

【図１０】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第
５の実施形態が適用される半導体スイッチとリアクトル
による連係システムを示す図。

【図１１】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第
５の実施形態を示す構成図。

【図１２】同実施形態の動作を示す図。

【図１３】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第
６の実施形態を示す構成図。

【図１４】本発明に係る半導体スイッチの制御装置の第
７の実施形態を示す構成図。

【図１５】図１４における点呼期間作成回路の詳細を示
す構成図。

【図１６】従来の半導体スイッチの制御装置が適用され
る連係システムの一例を示す図。

【図１７】従来の半導体スイッチの３相結線を示す図。

【図１８】従来の半導体スイッチの制御装置の一例を示
す図。

【図１９】従来の制御装置による半導体スイッチの動作
波形例を示す図。

【図２０】従来の制御装置による半導体スイッチの事故
時の動作波形例を示す図。

【符号の説明】

１…第１受電・電源システム１、２…第２受電・電源シ
ステム２、３…半導体スイッチ、４…制御装置、５…変
流器、６…変成器、７…順電圧検出器、８…リアクト
ル、１１…商用電源系統、１２…受電変圧器、１３…一
般負荷、２１…自家発、２２…自家発負荷、１０１…開
閉決定部、１０２…事故検出部、１０３…インターロッ
ク回路、１０４…ゲート回路、１０５…点弧期間決定
部、２０１…同期検出回路、２０２…点弧開始位相設定
回路、２０３…点弧終了位相設定回路、２０４…点弧期
間作成回路、３０１…比較回路、３０２…フリップフロ
ップ回路、３０３…ワンショット回路、３０４…オンデ
ィレー回路、４０１…パルスインターロック回路、４０
２…パルス成形回路

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源及び負荷のうち少なくとも一方を含む
   複数の電力システム相互間を連系する複数の相のアーム
   から構成される半導体スイッチを制御する制御装置にお
   いて、 前記各相アーム毎に閉開を決定する閉開決定部と、 この閉開決定部からの開閉決定に従い前記各相アームに
   ゲート信号を与えるゲート手段と、 前記半導体スイッチが接続される前記電力システムの交
   流側の電気量と前記閉開決定部からの開閉決定とに基づ
   き、前記各相アームに与えるゲート信号の点孤期間を前
   記各相アーム毎に決定する点孤期間決定手段とを具備す
   ることを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
2. 【請求項２】 前記点孤期間決定手段は、前記各相アー
   ムのうちで互いに逆並列接続したアームについて該アー
   ム毎の点孤期間が重ならないように設定する手段を具備
   することを特徴とする請求項１記載の半導体スイッチの
   制御装置。
3. 【請求項３】 前記点孤期間決定手段は、前記各相アー
   ムの点孤期間を、電気角１８０°未満に設定する手段を
   具備することを特徴とする請求項１記載の半導体スイッ
   チの制御装置。
4. 【請求項４】 前記点孤期間決定手段は、前記各相アー
   ムの点孤期間を２以上に分割し、該分割に係る一の点孤
   期間を電気角６０°未満に設定すると共に、該分割に係
   る一の点孤期間のゲート信号が与えられるアームと対と
   なって通電するアームに同時にゲート信号を与える手段
   を具備することを特徴とする請求項１記載の半導体スイ
   ッチの制御装置。
5. 【請求項５】 前記点孤期間決定手段は、前記各相アー
   ムの点孤期間開始タイミングを、前記各相アームが電流
   を流し始める電流ゼロクロス近傍の位相に設定する手段
   を具備することを特徴とする請求項１記載の半導体スイ
   ッチの制御装置。
6. 【請求項６】 前記点孤期間決定手段は、前記各相アー
   ムの点孤期間開始タイミングを、電力を供給する側の電
   力システムの等価電源の各相アームの位相０°近傍に設
   定する手段を具備することを特徴とする請求項１記載の
   半導体スイッチの制御装置。
7. 【請求項７】 前記点孤期間決定手段は、前記各相アー
   ムの点孤期間開始タイミングを、電力が供給される側の
   電力システムの等価電源の各相アームの位相０°近傍に
   設定する手段を具備することを特徴とする請求項１記載
   の半導体スイッチの制御装置。
8. 【請求項８】 前記点孤期間決定手段は、前記等価電源
   の各相アームの位相を、前記電力システムにおける等価
   電源インピーダンス及び交流電圧検出点の間に流れる電
   力から推定する手段を具備することを特徴とする請求項
   ６又は７記載の半導体スイッチの制御装置。
9. 【請求項９】 前記点孤期間決定手段は、前記各相アー
   ムの点孤期間開始タイミングを、電力が供給される側の
   電力システムの等価電源の該当相の位相０°と半導体ス
   イッチが導通状態における半導体スイッチの各相アーム
   が電流を流し始める電流ゼロクロス近傍との間に設定す
   る手段を具備することを特徴とする請求項１記載の半導
   体スイッチの制御装置。
10. 【請求項１０】 前記点孤期間決定手段は、半導体スイ
    ッチを構成する各相アームの点孤期間終了タイミング
    を、電力が供給される側の電力システムの等価電源の該
    当相の位相が１８０°になる以前に設定する手段を具備
    することを特徴とする請求項１記載の半導体スイッチの
    制御装置。
11. 【請求項１１】 前記点孤期間決定手段は、半導体スイ
    ッチを構成する各相アームの点孤期間終了タイミング
    を、半導体スイッチの各相アームに流れる電流の通電が
    終了する電流ゼロクロス近傍より前に設定する手段を具
    備することを特徴とする請求項１記載の半導体スイッチ
    の制御装置。
12. 【請求項１２】 前記点孤期間決定手段は、点孤期間の
    基準位相を、半導体スイッチを介し、電力を供給する側
    の電力システムの電圧から得る手段を具備することを特
    徴とする請求項１記載の半導体スイッチの制御装置。
13. 【請求項１３】 前記点孤期間決定手段は、点孤期間開
    始タイミングの基準位相を、半導体スイッチを介し、電
    力を供給される側の電力システムの電圧から得る手段を
    具備することを特徴とする請求項１記載の半導体スイッ
    チの制御装置。
14. 【請求項１４】 電源及び負荷のうち少なくとも一方を
    含む複数の電力システム相互間を連系する複数の相のア
    ームから構成される半導体スイッチと、該スイッチに直
    列に接続するリアクトルとからなる連系システムにおい
    て、 前記半導体スイッチを通電状態とするため複数の相のア
    ームにゲート信号を与える手段は、 前記各相アームの開閉を決定する開閉決定手段と、 前記半導体スイッチの接続する交流系統の電気量から各
    相アームへのゲート信号を与える点孤期間を夫々に決定
    する点孤期間決定手段とを具備することを特徴とする半
    導体スイッチの制御装置。
15. 【請求項１５】 前記点孤期間決定手段は、点孤期間開
    始タイミングを、電力を供給する側の電力システムの交
    流電圧位相０°と供給される側の電力システムの交流電
    圧位相０°との中間に設定する手段を具備することを特
    徴とする請求項１４記載の半導体スイッチの制御装置。
16. 【請求項１６】 前記点孤期間決定手段は、点孤期間開
    始タイミングを、電力を供給する側の電力システムの交
    流電圧位相の０°前後に設定する手段を具備することを
    特徴とする請求項１４記載の半導体スイッチの制御装
    置。
17. 【請求項１７】 前記点孤期間決定手段は、点孤期間開
    始タイミングを電力を供給される側の電力システムの交
    流電圧位相の０°前後に設定する手段を具備することを
    特徴とする請求項１４記載の半導体スイッチの制御装
    置。
18. 【請求項１８】 前記点孤期間決定手段は、半導体スイ
    ッチに起動時、最初にゲート信号を与える際、半導体ス
    イッチを構成する１つのアーム極間に印加する電圧位相
    に対し、９０°前後遅れの位相で点孤を開始する手段を
    具備することを特徴とする請求項１４記載の半導体スイ
    ッチの制御装置。
19. 【請求項１９】 前記点孤期間決定手段は、半導体スイ
    ッチに起動時、半導体スイッチを構成する１つのアーム
    極間に順電圧が印加したタイミングから電気角９０°前
    後遅れのタイミングで点孤を開始する開始する手段を具
    備することを特徴とする請求項１４記載の半導体スイッ
    チの制御装置。