JPH0336338B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、直流送電用サイリスタ変換装置、
電力系統用サイリスタ式無効電力補償装置、揚水
発電用電動発電機のサイリスタ式始動装置等の高
電圧・大容量のサイリスタ変換装置に用いて好適
な、その中のサイリスタ素子の故障監視回路に関
する。

〔従来技術とその問題点〕

一般に、これらのサイリスタ変換装置は、その
変換装置電圧が高い為、サイリスタ素子を多数
直・並列接続して成るサイリスタバルプを複数個
組み合せて構成されるが、それに伴いそれらのサ
イリスタ素子の故障監視を、高耐圧の監視装置を
用いて行う必要がある。その監視方式としては、
一般的には個々のサイリスタ素子に印加される電
圧を検出すると発光する発光素子からの光を監視
信号としてライトガイドを通して低圧側の制御・
監視装置に伝送し、その信号の有無によつてサイ
リスタ素子の故障を診断するという故障監視方式
がとられている。

第１図は、この種の故障監視方式に用いられる
故障監視回路の従来例を示す回路図である。同図
において、１はサイリスタ素子、２は点弧回路、
３は抵抗、４はダイオード、５はLED（発光ダイ
オード）、６はライトガイド（光フアイバから成
る導光装置）、である。

さて第１図において、非導通状態にあるサイリ
スタ素子１に順電圧が印加されると、抵抗３を通
してLED５に電流が流れ、該LED５から発する
光が監視信号としてライトガイド６を通して図示
せざる制御・監視装置へ伝送される。また、サイ
リスタ素子１に逆電圧が印加された場合は、抵抗
３を流れる電流はLED５と逆並列接続されたダ
イオード４を通して流れるため、LED５には電
流は流れない。すなわち、この監視回路は、サイ
リスタ１に順電圧が印加された場合にのみLED
５が発光し、該発光による光を監視信号として伝
送するように構成されている。

この例の他に、LED５とダイオード４の極性
を逆に接続して逆電圧がLED５に印加された時
に発光するようにし、その光を監視信号として伝
送するようにすることも出来るし、またダイオー
ド整流回路によつてサイリスタに順・逆両極性の
電圧が印加されるいずれの場合にもLEDに電流
が流れて発光するように構成することも出来る。

第２図は、第１図におけるサイリスタ１を三相
純ブリツジ整流器を構成する一つのサイリスタ素
子を考えたときに、第１図の回路における各部の
動作波形を示す波形図である。

この場合、第１図におけるサイリスタ１は、１
サイクルの内、120度の期間は導通しており、こ
の期間にサイリスタにかかる電圧は存しないが、
残り240度の期間には導通しないのでサイリスタ
に電圧V_THがかかり、抵抗３にはサイリスタ電圧
v_THとほぼ相似の波形の電流i_Rが流れ、この電流i_R
の内、順電流の部分だけがLED５に電流i_LEDとし
て流れ逆電流の部分はダイオード４をバイパスし
て流れる。

サイリスタ電圧v_THは点弧回路２によつて与え
られる制御位相角によつて変化し、順電圧の波形
とその期間もそれに応じて変化するためLED５
に流れる電流もそれに従つて波形と通流期間が変
化する。制御遅れ角が小さい場合にはサイリスタ
電圧v_THの順電圧期間が短くなり、順電圧の電圧
値が小さくなりLED５に流れる電流も通流期間
が短く、電流値が小さくなる。この場合に監視信
号（LED５から発する光）を充分な感度で発生
させて伝送するためには、抵抗３の抵抗値を小さ
くしてLED５に流れる電流を大きくする必要が
あり、このために抵抗３による電力損失が大きな
ものとなつてしまう。

逆に制御遅れ角が大きい場合には、サイリスタ
電圧v_THの順電圧期間が240度近くなり、順電圧値
が大きくなるため、抵抗３に大きな電流が流れて
それによる損失が大きくなると共にLED５にも
大きな電流が流れてLED５の電流責務が増大し、
LED５の寿命が短くなつたり、故障発生率が増
大してしまうという問題がある。

前述の大容量サイリスタ変換装置は、電力系統
に連系して使用されるため、特に高い信頼性と長
寿命が要求され、長期間無保守で運転出来ること
が必要である。それと関連して故障監視回路の故
障も、装置の運転停止につながるため、特に
LEDのように電流責務等の使用条件次第で寿命
や故障率が大きく左右される部品は、長寿命の信
頼性を確保するために責務を充分低減して使用す
る必要がある。

しかしながらこの観点に立つて通流電流を小さ
くすることは、前述のように運転条件によつて監
視信号の充分な伝送特性の確保を困難にし、また
それを補償するために受信器の感度をむやみに高
くすることは、その装置をノイズに弱く信頼性の
低いものにしてしまうという問題を生じる。

〔発明の目的〕

この発明は、上述のような従来技術における問
題点を解決するためになされたものであり、従つ
てこの発明の目的は、長寿命で長期間保守点検が
不要であつて監視信号を充分な感度で伝送がで
き、高い信頼性と耐ノイズ性をもつた安価なサイ
リスタ故障監視回路を提供することにある。

〔発明の要点〕

この発明は、サイリスタに印加される電圧を電
源として抵抗を通して直接LEDに電流を流すの
をやめ、一旦その抵抗を通して流れる電流の電荷
をコンデンサに蓄え、該コンデンサが所定の電圧
に充電された時点でオンとなるスイツチ素子によ
つて、コンデンサに蓄えられた電荷をLEDを通
して放電させることにより、該LEDから発する
光を監視信号として伝送するようにしたものであ
る。

また一度スイツチ素子がオンしてLEDに放電
電流を流す状態となつた後は、上記抵抗を通して
コンデンサに流れる電流を、そのスイツチ素子を
通してコンデンサをバイパスさせコンデンサを再
充電しないようにすることにより、LEDからの
発光から成る監視信号の伝送回数をサイリスタ動
作の１サイクルにおいて１回ないしは数回以下に
してひんぱんに監視信号を伝送しないようにする
ことにより、LEDの動作責務の低減を図つたも
のである。

〔発明の実施例〕

次に図を参照して本発明の実施例を説明する。

第３図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。同図に示した実施例では、サイリスタ１のア
ノード・カソード間には、ダイオード４とダイア
ツク（双方向性二端子サイリスタ）７の並列回路
と、該並列回路と直列に接続された抵抗３から成
る直列回路が接続されるほか、さらにダイアツク
７の両端には、ダイオード１０とLED５の並列
回路と、抵抗８、及びコンデンサ９から成る直列
回路が接続されている。

第４図は、第３図の回路において、サイリスタ
１を三相純ブリツジ整流器を構成するサイリスタ
素子の一つと考えたときにおける、その各部動作
波形を示す波形図である。

第３図、第４図を参照して回路動作を説明す
る。まずサイリスタ１に逆電圧が印加されている
期間Ａにおいてはその電圧によつて、ダイオード
４→抵抗３の経路で電流i_Rが流れ、監視信号発生
用のLED５には電流は流れない。

次にサイリスタ１に順電圧が印加されている期
間Ｂにおいては、その最初のＣの期間では、抵抗
３→抵抗８→コンデンサ９→ダイオード１０の経
路で電流が流れコンデンサ９の充電が行われる。
そして、コンデンサ９が充電されるにつれてダイ
アツク７に印加される電圧も上昇し、それがダイ
アツク７のブレークオーバ電圧に到達するとダイ
アツク７がオンして、期間Ｄに示すような指数関
数波形の電流i_Cがコンデンサ９→抵抗８→ダイア
ツク７→LED５→コンデンサ９の経路で流れて
コンデンサ９を放電させ、該放電電流i_LEDによつ
てLED５が発光し、それによるLED５からの光
信号がライトガイド６を介して伝送される。

ここで抵抗８はこの放電々流を制限するための
抵抗である。

一度ダイアツク７がオンした後の期間Ｅにおい
ては、抵抗３を流れる電流i_Rは抵抗３→ダイアツ
ク７→サイリスタ１のカソード側の経路で流れて
コンデンサ９を含む回路はバイパスされ、その電
流がダイアツク７の保持電流以上である限りその
状態が継続するため、コンデンサ９は再充電され
ることはなく、従つてLED５には電流は流れな
い。図の例では、サイリスタ１の動作サイクルの
１サイクルに１回だけ監視信号が伝送される場合
を示しているが、制御位相角によつてはサイリス
タ１の電圧波形v_THが、１サイクルの間に正負に
交番してダイアツクがオフし、コンデンサが再充
電されることもあるので、監視信号が１サイクル
に２〜数回伝送されることもありうるが、いずれ
にせよLED５には小さなパルス電流しか流れな
いためにその動作責務が著しく軽減される。

第５図は本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。同図に示す実施例では、第３図におけるダイ
アツク７の代りに、サイリスタ１１とそのアノー
ド、ゲート間にツエナーダイオード１２を接続し
て成るスイツチ要素を用いたもので、サイリスタ
１１のアノード、カソード間電圧がツエナーダイ
オード１２のツエナー電圧を超えるとサイリスタ
１１のゲートに電流が供給され、サイリスタ１１
がオンする。従つてこのスイツチ要素はダイアツ
ク７と同様の機能をもつている。そのほか、回路
動作は第３図のそれと同じであるから説明は繰り
返さない。

第６図は本発明の更に別の実施例を示す回路図
である。

同図に示す実施例は、サイリスタを逆並列接続
して構成されたサイリスタスイツチによつてリア
クトル電流を制御する無効電力補償装置に本発明
による監視回路を適用した場合の実施例であり、
２直列・逆並列接続された計４素子から成るサイ
リスタ毎に本発明による監視回路を設けた場合の
実施例である。

この実施例では、抵抗３ａと抵抗３ｂにより、
サイリスタ１ａ，１ｂとサイリスタ１ｃ，１ｄに
それぞれかかるサイリスタ電圧v_TH1とv_TH2を検出
し、ダイオード４ａ〜４ｄからなる整流器の交流
入力端子にしている。その直流端子にはダイアツ
ク７が接続され、それにより右の回路は第３図に
おける対応した回路と同様の回路である。また前
記整流器の直流端子のうち負の端子は、サイリス
タ１ａ〜１ｄが共通に接続された中間の点に接続
されている。

第７図は第６図の回路における各部の動作波形
を示す波形図である。第６図、第７図を参照して
回路動作を説明する。

まず、サイリスタに順電圧が印加されている期
間Ａにおいては、v_TH1を電源として抵抗３ａ→ダ
イオード４ａ→抵抗８→コンデンサ９→ダイオー
ド１０の経路でコンデンサ９が充電され（期間
Ｃ）、ダイアツク７の電圧がブレークオーバ電圧
に達すると、コンデンサ９→抵抗８→ダイアツク
７→LED５→コンデンサ９の経路でコンデンサ
９の放電が行われLEDに電流i_LEDが流れる（期間
Ｄ）。

その後、抵抗３ａの電流は、抵抗３ａ→ダイオ
ード４ａ→ダイアツク７の経路で流れコンデンサ
９は再充電されることはない（期間Ｅ）。一方抵
抗３ｂの電流は、v_TH2を電源としてダイオード４
ｄ→抵抗３ｂの経路で流れてしまうため、コンデ
ンサ９の充放電には無関係である。

次にサイリスタに逆電圧が印加されている期間
Ｂにおいては、v_TH2を電源として抵抗３ｂ→ダイ
オード４ｂ→抵抗８→コンデンサ９→ダイオード
１０の経路でコンデンサ９が充電され（期間Ｆ）、
ダイアツク７の電圧がブレークオーバ電圧に達す
るとコンデンサ９→抵抗８→ダイアツク７→
LED５→コンデンサ９の経路でコンデンサ９の
放電が行われLEDに電流i_LEDが流れる（期間Ｇ）。
その後抵抗３ｂの電流は抵抗３ｂ→ダイオード４
ｂ→ダイアツク７の経路で流れ、コンデンサ９は
再充電されることはない（期間Ｈ）。一方、抵抗
３ａの電流はv_TH1を電源としてダイオード４ｃ→
抵抗３ａの経路で流れてしまうため、コンデンサ
９の充放電には無関係である。

以上のように、サイリスタ電圧が正及び負の期
間に各１回ずつコンデンサに充電が行われ、その
放電々流がLEDに流れて監視信号が発生し伝送
されることになる。

またそれらの期間において、コンデンサを充電
するための電源としてv_TH1及びv_TH2が交互に使用
されているため、期間Ａで伝送される監視信号は
サイリスタ１ａ，１ｂに電圧v_TH1が印加されたこ
とを示すものであり、期間Ｂで伝送される監視信
号はサイリスタ１ｃ，１ｄに電圧v_TH2が印加され
たことを示している。すなわち、サイリスタ１
ａ，１ｂおよびサイリスタ１ｃ，１ｄが正常であ
ることを示す監視信号を半サイクル毎に交互に伝
送していることになり、その信号の有無とその位
相からどの組のサイリスタが故障したかを判断す
ることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、サイリスタ電圧を検出する
ための抵抗を流れる検出電流を一旦コンデンサに
蓄え、所定のコンデンサ電圧に達した時にダイア
ツク等のスイツチ素子によつてコンデンサの蓄積
電荷を放電させて監視結果表示手段としての
LEDに流すようにし、その後その検出電流をそ
のスイツチ素子によつてコンデンサをバイパスさ
せ、コンデンサが再充電されないように構成した
ことによつてLEDには長期間大きな電流が流れ
ることがなく、パルス電流しか流れないため、
LEDの動作責務を著しく軽減することができ、
その長寿命化を期待できると共に、大容量で特殊
かつ高価なLEDを使う必要がないため、安価で
あり、長寿命・高信頼性の故障監視回路を提供で
きるという利点がある。

また電圧検出用の抵抗は、従来方式のように
LED電流を直接決定するものではなく、所定の
時間内にコンデンサを充電できれば良いので、大
きな抵抗値のものを選定でき、従つてその抵抗に
よる損失が小さくなる。さらにLEDには従来方
式のようにサイリスタ電圧波形に依存せず常に大
きさの決つたパルス電流を流すことができるた
め、その波形を適切に選べば、充分な監視信号の
伝送特性を常に得ることができ、耐ノイズ性に優
れた故障監視回路を提供できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は故障監視回路の従来例を示す回路図、
第２図は第１図の回路における各部の動作波形を
示す波形図、第３図は本発明の一実施例を示す回
路図、第４図は第３図の回路における各部動作波
形を示す波形図、第５図は本発明の他の実施例を
示す回路図、第６図は本発明の更に別の実施例を
示す回路図、第７図は第６図の回路における各部
の動作波形を示す波形図、である。 符号説明、１，１ａ〜１ｄ……サイリスタ、２
……点弧回路、３，３ａ，３ｂ……抵抗、４，４
ａ〜４ｄ……ダイオード、５……LED（発光ダイ
オード）、６……ライトガイド、７……ダイアツ
ク、８……抵抗、９……コンデンサ、１０……ダ
イオード、１１……サイリスタ、１２……ツエナ
ーダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サイリスタ装置を構成するサイリスタ素子の
   故障監視回路において、 抵抗とコンデンサとダイオードとの直列接続か
   ら成り、前記サイリスタ素子が非導通期間にある
   とき前記コンデンサが前記サイリスタ素子のアノ
   ードとカソードの間にかかる電圧により充電され
   る抵抗・コンデンサ・ダイオード直列接続回路
   と、 この直列接続回路に並列接続され、該コンデン
   サの充電電圧が一定限度を超すと、そのことを検
   出してオンすることにより前記コンデンサを放電
   せしめると共に、前記サイリスタ素子のアノード
   とカソードの間をバイパスして、そこに流れるバ
   イパス電流が一定限度以下に低下するまではオン
   状態を維持することにより、前記コンデンサに対
   する再充電を阻止するスイツチ手段と、 前記ダイオードに並列接続されて前記コンデン
   サの放電電流の有無のみを検出、表示することに
   より、前記サイリスタ素子の故障の有無を表示す
   る表示手段と、を具備して成ることを特徴とする
   サイリスタ素子の故障監視回路。