专利名称:变换器装置的保护系统的制作方法
本发明涉及变换器装置中的主开关器件的保护方式，尤其是关于使用具有自断路功能开关器件的变换器装置的保护方式。
近年来，随着各种功率半导体器件开发工作的开展，使用GTO(栅截止可控硅器件)、功率晶体管等所谓能够自断路开关器件的相当大容量的变换器装置已经投入使用。
然而，通常这种具有自断路功能的开关器件具有下列特性，要想安全地进行开关动作，则在电压和电流方面存在着严格的范围，一旦其数值超过此范围而进行开关动作时，立即会产生永久性破坏。
因此，在使用这种具有自断路开关器件的变换器装置中，安装着各种保护装置，如日本专利公报昭59-63983号中所揭示的那样。通常，在变换器主电路的电压和电流处于异常状态时，如果因为开关器件的截止作用，进入使得这种异常状态能得以避免的范围，则能使变换器主电路的开关器件同时截止，以完成保护功能，即为所谓的起动同时断路保护装置;如果其异常状态超出了由开关器件的作用所能控制的范围时，相反，将会使变换器主电路的开关器件同时导通，从而使开关器件的损坏得到避免。与此同时，整个装置的保护作用将由保险丝或者断路器来完成，即为所谓的起动同时导通保护装置。以上是通常所采用的保护手段。
但是，由于这些保护装置的连续性动作，反而会使开关器件受到破坏。
本发明的目的在于，提供一种能够克服上述先有技术上缺点的变换器装置保护方式，在这种保护方式的作用下，无论在什么场合下，都能够获得保护功能，能够有效地防止损坏变换器主电路开关器件。
本发明的特点在于，在变换器装置中，同时具备着所谓同时导通保护装置和同时截止保护装置作为保护装置，而且使同时导通保护装置的动作要早于同时截止保护装置的动作而产生。
如果前述的同时导通保护装置和同时截止保护装置各自的动作是分别独立进行的，则有时会在一种保护装置动作之后，继而另一种保护装置接着动作。
此时，在由于负载电流出现异常而同时截止保护装置动作之后，如果发生支路短路从而同时导通保护装置动作时，将不会产生什么特殊的问题，一直到在高速断路器等的作用下发生电路开路时为止，不必担心GTO的损坏等事故的产生。另一方面，当支路发生短路而同时导通保护装置起作用之后，由于负载电流的异常而造成同时截止保护装置工作时，如上所述，将会同时控制因通过过大的电流而导通的GTO，使其产生截止。在这种情况下，不可能获得保护作用，而有可能导致GTO等开关器件的损坏。
第1图是适用于电车的本发明变换器装置保护系统的一个实施例的构成图;第2图是说明此系统动作的时序图;第3图是本发明的另一实施例的主要部分组成图;第4图为说明其动作的时序图。
第1图表示GTO作为开关器件的电车用桥式变换器装置主电路和控制电路的概况。在主电路中，1为开闭器，2为高速断路器，3为滤波器扼流圈，4为滤波器用的电容器，5～10为组成变换器主电路的GTO，11～13为电流检测器，14为负载感应电机(以下简称IM)。
该变换器主电路称为桥式结构，在GTO5～10中，GTO5、6，GTO7、8，GTO9、10分别配对，串联在直流电源上，组成所谓桥臂，从各桥臂的中点，取出交流输出信号。并且，各桥臂的GTO5～10相互交叉，即图的上部的GTO5、7、9与下部的GTO6、8、10必须配对，相互交替地一方导通，另一方则截止，分别进行控制，从而使变换器动作。换言之，根据PWM调制电路15和开关信号发生电路161～166，从而产生如日本实用新型公报昭57-42590号中的第2图(A)、(B)、(C)及(D)所示的开关信号。171～176为门驱动电路，当前述开关信号接通时，产生导通门信号;当开关信号断开时，产生截止门信号。
18为同时门截止信号发生电路;19为同时门导通信号发生电路;201～212为“与非”电路;221～223分别为，当电流检测器11～13的输出超过设定值时，产生输出信号的负载的过电流检测电路，这些输出信号经过“或”元件23，触发同时门截止信号发生电路18。
同时门截止信号发生电路18的功能在于，产生同时门截止信号g。在一般情况下，该信号输出为“1”，而在检测出负载电流过载时，输出将变为“0”。
241～243为检测桥臂短路用的桥臂短路检测电路，它们分别与各相的串联GTO5与6、7与8以及9与10相并联。根据各并联电路两端的电压变得低于设定值这一情况，来检测出桥臂的短路。当检测出桥臂短路状态时，同时门导通信号发生电路19将通过“或”元件25而被触发。该电路的作用在于产生同时门导通信号h，在一般情况下该信号输出为“1”，而在检测出桥臂短路时，输出变为“0”。
以下，参照第2图的时序图，说明此实施例的工作情况。
当未检测出负载电流出现异常、也未发现桥臂出现短路时，同时门截止信号g和同时门导通信号h均保持在“1”，因此，这时开关信号a、b分别在“与非”电路201、202中进行反转，然后分别在“与非”电路207、208的作用下再一次反转，再以信号i、j形式表现出来。
于是，此时开关信号a、b仍然作为i、j信号被输入到门驱动电路171、172中，实现了一般情况下变换器的工作。
这样供给IM14三相交流电，在电车运行中的时刻t1时，IM14上所流过的电流超过设定值。并且，此时的电流值并没有超过GTO5～10的截止电流。
于是，在时刻t1，同时门截止信号g由以前的“1”变为“0”。结果，“与非”电路201～206的输出稳定于“1”，而与开关信号a～f无关，随之，“与非”电路207～212的输出将稳定于“0”。
因而，此时变换器主电路各桥臂上的所有GTO将一齐被控制于截止状态，从而得到了同时断路保护功能。并且，在检测出过电流的数值超过GTO断路电流值时，过电流检测电路221～223将没有输出。
另一方面，如上所述，组成变换器主电路各桥臂的GTO5～10分别按GTO5、6，GTO7、8及GTO9、10配对，交替地控制其导通和截止。当配对的各桥臂上的两只GTO因某种原因，例如因截止信号的减弱等，同时均变为导通状态时，则由于桥臂的作用而造成直流电源短路，来自线路和滤波电容器4的过大的浪涌电流(有时高达几万安培)将集中流向此桥臂。因此，如果这样处理，将会在由于高速断路器2动作而使得电路电流被断路之前，此桥臂上的GTO就将有可能损坏。
于是，设置了为防备这种情况的检测手段，可迅速地检测出桥臂的短路。无论桥臂的短路发生在何臂上，都将立刻使全部桥臂上的GTO5～10同时导通，上述浪涌电流将会分流在全部的桥臂上，从而防止了GTO的损坏，再通过高速断路器2将电路断开。
那么，在时刻t2时，检测出桥臂的短路，驱动同时门导通信号发生电路19。
这样一来，在时刻t2，同时门导通信号h将从以前的“1”变为“0”。结果，“与非”电路207～212的输出稳定于“1”状态，与前面的“与非”电路201～206的输出状态无关。
于是，此时变换器主电路的各桥臂上的全部GTO同时被控制于导通状态，从而得到同时导通保护功能。结果，大电流从电车电线经过断流器1、高速断路器2流入。由于高速断路器2的动作和与此断路器2相连接的电流断路器1的动作，而使主电路断开。
此时，如第2图所示，由于同时门导通信号h由“1”变为“0”，因此，由同时门截止信号g所实现的GTO的同时截止控制无效。在一般情况下，将会优先进行同时门导通控制。
上述说明是在t1时刻完成同时门截止控制之后，在t2时刻进行同时门导通控制时的情况。但是，在此实施例中，如第1图所示，由于同时门导通信号h是输入到“与非”电路207～212中，而此“与非”电路207～212则是连接在输入同时门截止信号g的“与非”电路201～206的后一级上，因此，这些“与非”电路207～212将在同时门导通信号h的作用之下，禁止同时门截止信号g进入。在同时门导通信号h的作用下，完成了同时导通保护动作之后，此同时门导通信号h只要不从“0”返回到“1”状态，则既使全部的同时门截止信号g都为“0”，也不可能使同时断路功能产生作用，于是，能充分防止GTO的损坏。
下面，第3图为本发明的另一实施例中仅仅一相的主要组成部分的结构图。图中，25、26为开关信号发生电路。在通常情况下，它输出变换器运转时所必需的开关信号。但是，如果输入信号K时，它将输出稳定于导通状态下的信号;如果输入信号l时，将会输出稳定于截止状态的信号。27是“与非”电路，它的作用在于，在同时门导通信号K的作用下，使同时门截止信号m失效。28为反相电路，其作用在于，补偿由于“与非”电路27的作用而产生的信号反相。其它部分与第1图所示实施例相同。
第4图为时序图，表示第3图所示实施例中的同时门截止信号m、同时门导通信号K以及“与非”电路27的输出信号l三者之间的关系。通过此时序图可以知道，当同时门导通信号K处于“1”时，同时门截止信号m将以原来信号l的方式输入到开关信号发生电路25、26，从而允许同时断路保护的功能发生作用。但是，当同时门导通信号K完成了一次从“1”变为“0”之后，同时门截止信号m的传递受到阻止，于是，优先于同时断路保护功能的同时导通保护功能得到实现，能够充分防止GTO的损坏。
并且，在以上实施例中，仅仅对采用GTO作为变换器主电路开关器件的情况进行了说明。然而，本发明不仅仅限于此，例如使用功率晶体管等和使用具有自动断路功能的开关器件的变换器，都是可以的。
如上所说，若采用本发明，则仅仅附加上简单的逻辑电路，就能优先于同时断路保护功能，而产生同时导通保护功能。因此，能够确实获得变换器的保护效果，而无损坏开关器件之忧，从而能提供高可靠性的变换器保护方式。
权利要求
1.变换器的保护方式具有以下部件由半导体开关器件组成、能将直流电变为交流电以供给负载的变换器，使这些开关元件同时截止的第一种保护装置以及使这些开关元件同时导通的第二种保护装置；其特征在于具有在起动上述第二种保护装置时阻止第一种保护装置起动的装置。
2.如权利要求
1所述的变换器的保护方式，上述第一种保护装置对应于上述负载中所流过的电流为预定电流值的情况而工作。
3.如权利要求
1所述的变换器的保护方式，上述第一种保护装置对应于上述负载中所流过的电流超过第1预定值而小于第2预定值的情况而工作。
4.如权利要求
1所述的变换器的保护方式，上述第一种保护装置对应于上述负载中所流过的电流超过正常时最大值的第1预定值、小于上述开关器件截止电流值的第2预定值的情况而工作。
5.如权利要求
1或权利要求
2所述的变换器的保护方式。检测装置检测出由于上述变换器内部两组串联开关器件同时导通而造成桥臂短路时，上述第二种保护装置对应于检测装置的动作而工作。
6.如权利要求
5所述的变换器的保护方式，上述桥臂短路检测装置对应于上述两组串联开关器件两端的电压下降的情况而工作。
7.如权利要求
1～权利要求
6所述的变换器的保护方式，上述半导体开关装置采用栅截止可控硅。
8.如政利要求1所述的变换器的保护方式，在串联于开关信号传递路径上的两个“与非”电路中以及在其前级的“与非”电路中加上同时门截止信号，而在其后级“与非”电路中加上同时门导通信号，构成阻止装置。
专利摘要
采用脉冲宽度调制(PWM)方式以控制应用了栅截止可控硅(GTO)的变换器，以此来进行感应电机的速度控制。如果在GTO的断路能力范围之内感应电机中流过的电流出现过载，各GTO中将会加上门截止信号，使其灭弧，从而断开过载电流，另一方面，如果变换器的各相桥臂中任意一臂出现短路，将会在所有的GTO中出现门导通信号，使短路电流分流，由高速断路器将主电路断开。此时，使同时门导通信号优先进入，这样一来，同时门截止信号将不会起作用，从而防止了连续保护动作所造成的GTO损坏。
文档编号F03D3/06GK85100629SQ85100629
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者堀江哲, 冈松茂俊 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan