BR112013030559B1

BR112013030559B1 - Conversor de energia

Info

Publication number: BR112013030559B1
Application number: BR112013030559-2A
Authority: BR
Inventors: Hironori Koyano; Takamasa Nakamura; Masao Saito; Kouji Yamamoto; Tsutomu Matsukawa; Manabu Koshijo; Junichi Itoh; Yoshiya Ohnuma
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd.; Nagaoka University Of Technology
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2021-12-14
Also published as: RU2556243C1; BR112013030559A2; MX2013013991A; US9641092B2; CN103597726A; US20140192578A1; JP5437312B2; EP2717453B1; WO2012165102A1; EP2717453A1; EP2717453A4; CN103597726B; JP2012253857A; MY158784A

Abstract

conversor de energia. é fornecido um conversor de energia 3 que converte diretamente a corrente ac polifásica em corrente ac. um circuito conversor tem uma pluralidade de primeiros elementos de comutacao 311, 313 e 315 que estao conectados a cada uma das fases r, s ou t da corrente ac polifásica de modo a permitir a comutação que liga os condutores de corrente bidirecionalmente, e uma pluralidade de segundos elementos de comutação 312, 314 e 316,que estão ligadas a cada fase para permitir a comutação que liga os condutores de corrente bidirecionalmente. o circuito conversor compreende as linhas de entrada r, s e t conectadas acada um dosterminais de entrada e as linhas de saida p e n conectadas a cada terminal de saida. as partes do cabeamento 347 e 348 doscircuitos de proteção 32 estão localizadas entre as linhas de saida p e n. a distância entre o cabeamento entre cada circuito de proteção 32 e o elemento de comutação correspondente pode ser encurtada.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um conversor de energia que converte diretamente a corrente CA de frequência comercial em uma energia CA arbitrária.

Antecedentes da Técnica

[002] Um conversor de matriz é conhecido como um conversor de energia que têm um pequeno número de componentes, que permite a redução do tamanho do dispositivo e converte direta e eficazmente a corrente CA em corrente CA (Documento de Patente 1).

[003] No entanto, o conversor de matriz convencional supracitado, o cabea- mento para conectar um circuito snubber, que é um circuito de proteção de um elemento de comutação, ao elemento de comutação com um comprimento indesejavel- mente longo.Documento da Arte:Documento de Patente:Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japonês (Tokkai) 2006 - 333590.

Sumário da Invenção

[004] Um objeto da presente invenção é fornecer um conversor de energia que pode encurtar a distância do cabeamento entre o circuito de proteção e o elemento de comutação.

[005] Na presente invenção, uma parte do circuito de proteção do elemento de comutação está localizada entre as linhas de saída.

[006] De acordo com a presente invenção, uma vez que as linhas de saída são estabelecidas em uma direção, isto permite que parte do circuito de proteção forme uma linha e, portanto, a distância do cabeamento entre o circuito de proteção e o elemento de comutação pode ser reduzida.

Breve Descrição dos Desenhos

[007] A Figura 1 é um diagrama elétrico que mostra um sistema de conversão de energia no qual uma forma de realização da presente invenção é aplicada na prática.

[008] A Figura 2A é uma vista plana de um conversor de energia da forma de realização da presente invenção em um processo de montagem.

[009] A Figura 2B é uma outra vista plana do conversor de energia da forma de realização da presente invenção no processo de montagem.

[010] A Figura 2C é ainda uma outra vista plana do conversor de energia da forma de realização da presente invenção no processo de montagem.

[011] A Figura 2D é uma vista lateral do conversor de energia da forma de realização da presente invenção no processo de montagem.

[012] A Figura 3 apresenta as vistas plana e lateral que mostra o layout dos IGBTs e os condensadores de filtro do conversor de energia da Figura 2.

[013] A Figura 4A é uma vista planta que descreve um outro layout dos IGBTs e os con densadores de filtro mostrados na Figura 3.

[014] A Figura 4B é uma vista lateral da Figura 4A.

[015] A Figura 5 apresenta as vistas plana e lateral que mostra ainda outro layout dos IGBTs e os condensadores de filtro mostrados na Figura 3.

[016] A Figura 6 apresenta as vistas plana e lateral que mostra outro layout de IGBTs e condensadores de filtro mostrado na Figura 3.

[017] A Figura 7 é um diagrama elétrico que mostra um sistema de conversão de energia no qual uma outra forma de realização da presente invenção é aplicada na prática.

[018] A Figura 8 apresenta as vistas plana e lateral que mostra o layout dos IGBTs e os condensadores de filtro do conversor de energia da Figura 7.

[019] A Figura 9 apresenta as vistas plana e lateral que mostra outro layout dos IGBTs e os condensadores de filtro do conversor de energia da Figura 7.

Formas de Realização para Executar a Invenção Descrição do Sistema de Conversão de Energia 1

[020] Em primeiro lugar, uma breve descrição de um sistema de conversão de energia ao qual uma forma de realização da presente invenção é aplicada na prática será descrita com referência à Figura 1. O sistema de conversão de energia 1 deste exemplo é um sistema no qual uma energia trifásica CA, suprida pela fonte de alimentação CA trifásica 2, é diretamente convertida em corrente CA monofásica por um conversor de energia 3, da forma de realização da presente invenção; e, depois que a tensão da corrente CA convertida é aumentada ou reduzida por um transformador 4 a um valor adequado, a corrente CA transformada é convertida por um retificador 5 em uma energia CC que carrega uma bateria secundária 6. Nota-se que o número 7 indica um circuito de suavização.

[021] No sistema de conversão de energia 1 deste exemplo, as linhas de saída (indicadas pela fase R, fase S e fase T) pelas quais a corrente CA trifásica é fornecida pela fonte de alimentação CA trifásica 2, têm, em cada fase, um circuito de filtro 8 que amortece uma onda harmônica alta de forma a suprimir o ruído. O circuito de filtro 8 deste exemplo, compreende três reatores de filtro 81 conectados respectivamente às fases R, S e T, e seis condensadores de filtro 82L e 82R sendo cada um conectado entre as fases R, S e T. O layout dos condensadores de filtro 82L e 82R (que são indicados como condensadores de filtro 821 a 836 nas Figuras 3 a 6) será descrita a seguir.

[022] No sistema de conversão de energia 1 deste exemplo, a corrente CA trifásica é fornecida ao conversor de energia 3 através do circuito de filtro 8 e convertida na corrente CA monofásica. O conversor de energia 3 deste exemplo é equipado com seis elementos de comutação bidirecionais 31 que estão dispostos em forma de uma matriz correspondendo às fases R, S e T. A seguir, quando um elemento de comutação bidirecional for genericamente descrito, a explicação vai ser feita com o auxílio da referência numérica 31, enquanto que, como é mostrado na Figura 1, quando um elemento indicado dos seis elementos de comutação bidirecionais for descrito, a explicação vai ser feita por meio da referência numérica 311 a 316.

[023] Cada um dos elementos de comutação bidirecionais 31 deste exemplo é constituído por um módulo de IGBT no qual o IGBT (ou seja, Insulated Gate Bipolar Transistor), que é um elemento de comutação semi-condutor, e os diodos de refluxo são combinados e conectados através de uma conexão inversa - paralela. Nota-se que cada um dos elementos de comutação bidirecionais 31 não se limita ao que foi ilustrado. Isto é, o elemento de comutação pode ter outra construção. Por exemplo, o elemento de comutação pode ter uma construção em que dois elementos de bloqueio reverso do tipo IGBT estão conectados através de uma conexão inversa - paralela.

[024] Cada um dos elementos de comutação bidirecionais 31 está equipado com um circuito snubber 32 para proteger o elemento de comutação bidirecional 31 de um pico de tensão inevitavelmente produzido quando o elemento de comutação bidirecional 31 é submetido à operação ON / OFF, o circuito snubber 32 inclui uma combinação de um condensador snubber e três diodos que estão dispostos nos lados de entrada e saída do elemento de comutação bidirecional 31. Em seguida, quando um circuito snubber for genericamente descrito, a explicação vai ser feita com o auxílio da referência numérica 32, enquanto que, como é mostrado na Figura 1, quando um circuito especificado dos seis circuitos snubber for descrito, a explicação vai ser feita por meio da referência numérica 321 a 326.

[025] O sistema de conversão de energia 1 deste exemplo está equipado com um circuito de controle do conversor de matriz 9 para efetuar o controle ON / OFF dos elementos de comutação bidirecionais 31 do conversor de energia. No circuito de controle do conversor de matriz 9, um valor de tensão fornecido pela fonte de alimentação CA trifásica 2, um valor de corrente CC que está sendo transmitido e um nível alvo da corrente solicitada são inseridos, e a seguir, com base neles, os respectivos sinais de porta dos elementos de comutação bidirecionais 31 são controlados a fim de ajustar a corrente CA monofásica dirigida ao transformador 4. Com isso, a energia da corrente contínua alvo é obtida.

[026] O transformador 4 tem a função de acelerar ou reduzir a tensão da corrente CA monofásica que foi convertida pelo conversor de energia 3 a um valor desejado. O retificador 5 está equipado com quatro diodos retificadores que convertem a corrente CA monofásica ajustada a uma energia em corrente contínua. O circuito de suavização 7 está equipado com uma bobina e um condensador para amortecer a corrente pulsante contida na corrente contínua retificada de modo que a corrente pul- sante seja amortecida a fim de mostrar uma forma muito semelhante a uma corrente contínua.

[027] Pelo sistema de conversão de energia 1 com a construção acima mencionada, a corrente CA trifásica da fonte de alimentação CA trifásica 2 é diretamente convertida pelo conversor de energia 3 em uma corrente CA monofásica, e depois de ser convertida em corrente CA monofásica, sua tensão é ajustada, e a corrente CA monofásica ajustada é convertida em energia em corrente contínua. Com isso, a bateriasecundária 6 é carregada. Nota-se que o referido sistema de conversão de energia 1 é um dos sistemas exemplificados no qual o conversor de energia 3 da presente invenção é aplicado na prática e a presente invenção não está limitada em ser aplicada apenas no referido sistema de conversão de energia 1. Isto é, quando pelo menos uma de uma energia elétrica que será convertida e uma energia elétrica que foi convertida for uma corrente CA polifásica, a presente invenção é aplicável a outros sistemas de conversão de energia.

Disposição da Peça do Conversor de Energia 3

[028] Então, a disposição espacial das peças que constituem o conversor de energia 3 da Figura 1 será descrita com referência às Figuras 2 a 6. Nota-se que as peças idênticas às mostradas na Figura 1 são indicadas pela mesma referência numérica por mostrarem relação mútua entre elas.

[029] A Figura 2 inclui as Figuras 2A a 2D. A Figura 2A é uma vista plana de um processo de montagem que mostra seis elementos de comutação bidirecionais 31 (sendo cada um denominado como módulo IGBT) montado numa superfície superior de um dissipador de calor 10. A Figura 2B é uma vista plana que mostra o processo de montagem, além dos elementos de comutação bidirecionais, os barramentos que são fornecidos para conectar os terminais dos elementos de comutação bidirecionais 31. A Figura 2C é uma vista plana de um processo de montagem de três diodos que são partes do circuito snubber 32 e os condensadores de filtro 82 do circuito de filtro 8, mostrando no lado esquerdo três condensadores de filtro montados. A Figura 2D é uma vista lateral do dispositivo acima mencionado. Uma vez que as partes que constituem o conversor de energia 3 da presente invenção estão mutuamente sobrepostas quando vistas num plano, a explicação das porções essenciais será feita com o auxílio dos outros desenhos.

[030] Tal como é mostrado nas Figuras 2 e 3, cada elemento de comutação bidirecional 31 do presente exemplo é fornecido em uma superfície superior de um corpo do módulo com os terminais de entrada e de saída e um terminal intermediário que é um dos dois terminais intermediários fornecidos respectivamente pelos dois pares de IGBTs. Dos seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 mostrados na Figura 3, os três elementos de comutação bidirecionais do lado esquerdo 311, 313 e 315 têm, em cada um, o terminal de entrada na extremidade esquerda, o terminal de saída na extremidade direita e o terminal intermediário no meio. Além disso, dentre os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 mostrados na Figura 3, o lado direito dos três elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316 têm, em cada um, o terminal de entrada na extremidade direita, o terminal de saída na extremidade esquerda e o terminal intermediário no meio. Apesar de um terminal de porta de cada elemento de comutação bidirecional 31 ser montado em uma porção diferente do pacote do módulo, a ilustração do terminal de porta é omitida.

[031] Como pode ser visto a partir das Figuras 2 e 3, os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 estão fixados à superfície superior do dissipador de calor 10 através de mecanismos de conexão, tais como parafusos ou semelhantes. Como é visto a partir de tais desenhos, os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 estão dispostos de maneira que os elementos de comutação bidirecionais pareados 311 e 312, os elementos de comutação bidirecionais pareados 313 e 314 e os elementos de comutação bidirecionais pareados 315 e 316 são colocados respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação a uma linha central CL. Em outras palavras, os dois elementos de comutação bidirecionais 311 e 312, dois elementos de comutação bidirecionais 313 e 314 e dois elementos de comutação bidirecionais 315 e 316, que são ambos pareados em relação a uma direção na qual os três terminais (ou seja, o terminal de entrada, terminal intermediário e terminal de saída) de cada elemento de comutação bidirecional 31 estendem, são colocados respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL. A seguir, esta disposição será reformulada como "estando disposta lado a lado em relação à linha central CL ou às linhas de saída P e N, ambas conectando os terminais de saída". Nota-se que a disposição é diferente da que é mostrada na Figura 5, que será descrita a seguir. Nota-se ainda que os elementos de comutação bidirecionais pareados significam um par de elementos de comutação bidirecionais que estão conectados à mesma fase R, S e T da linha de entrada.

[032] Ao se colocar os elementos de comutação bidirecionais pareados 311 e 312, os elementos de comutação bidirecionais pareados 313 e 314, e os elementos de comutação bidirecionais pareados 315 e 316 nos lados esquerdo e direito, respectivamente, em relação à linha central CL, como é descrito acima, é possível prover um layout em que as linhas de saída P e N (barramentos 331 e 332) são estabelecidas em uma direção com a distância mais curta. Se o comprimento da disposição do cabeamento através do qual uma corrente CA de alta frequência é transmitida for longo, a disposição é facilmente influenciada pelo componente L. Entretanto, a influência do componente L pode ser eliminada na disposição do cabeamento, de acordo com a invenção. Esta eliminação é um efeito vantajoso em comparação com a disposição de outro exemplo da Figura 5. Ou seja, as linhas de saída P e N mostram linhas quase em linha reta até chegar ao transformador 4.

[033] Além disso, como mencionado anteriormente, os terminais presentes nas extremidades direitas dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313, 315, e colocados no lado esquerdo em relação à linha central CL, são todos os terminais de saída, e os terminais presentes nas extremidades esquerdas destes são todos os terminais de entrada. Enquanto os terminais presentes nas extremidades esquerdas dos elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316, e colocados do lado direito em relação à linha central CL, são todos os terminais de saída, e os terminais presentes nas extremidades direitas destes são todos os terminais de entrada.

[034] Aos terminais de entrada presentes nas extremidades esquerdas dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313, 315 colocados no lado esquerdo em relação à linha central CL, estão conectadas as linhas de entrada R, S e T de um grupo ramificado das linhas de entrada da fonte de alimentação CA trifásica 2, as linhas de entrada R, S e T de um grupo que se estende em direção à linha central CL, e os terminais de entrada presentes nas extremidades direitas dos elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316 colocados no lado direito em relação à linha central CL, esta conectadas as linhas de entrada R, S e T do outro grupo ramificado a partir das linhas de entrada da fonte de alimentação CA trifásica 2, as linhas de entrada de R, S e T do outro grupo que se estende em direção à linha central CL. Isto é, aos terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311 e 312, está conectada a fase R, e aos terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 313 e 314, está conectada a fase S e aos terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 315 e 316, está conectada a forma T. Ao se fazer uma direção por onde as linhas de entrada esquerda e direita R, S e T se estendem para a conexão com os terminais de entrada igual a direção para a linha central CL, uma distância do dissipador de calor 10 na direção esquerda e direita pode ser reduzida quando comparada com a de uma outra disposição mostrada na Figura 6.

[035] Na disposição da Figura 1, as linhas de entrada R, S e T da fonte de alimentação CA trifásica 2 para o conversor de energia 3 são ramificadas em uma posição entre uma unidade de reatores de filtro 81 e uma unidade de condensadores de filtro 82L e 82R. No entanto, uma modificação pode ser empregada na qual a ramificação é feita em uma posição a montante dos reatores de filtro 81 e as linhas de entrada de R, S e T, são então ramificadas e fornecidas respectivamente com os reatores de filtro 81.

[036] Aos terminais de saída presentes nas extremidades direitas dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313, 315 colocados no lado esquerdo em relação à linha central CL, está conectado um barramento 331, que consiste na linha de saída P do conversor de energia 3, e os terminais de saída presentes nas extremidades esquerdas dos elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316, colocados no lado direito em relação à linha central CL, está conectado um barramento 332, que consiste na linha de saída N do conversor de energia 3. As extremidades dianteiras destes barramentos 331 e 332 estão conectados ao transformador 4. Estes barramen- tos 331 e 332, e os barramentos mencionados a seguir, são construídos de um corpo condutor elétrico com boa condutividade, tal como o cobre ou similares.

[037] Os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais pa- reados 311 e 312 colocados nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL estão conectados através de um barramento 333, os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 313 e 314 estão conectados através de um barramento 334 e os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 315 e 316 estão conectados através de um barramento 335. Em um circuito equivalente da Figura 1, as fiações correspondentes a tais barramentos são indicadas pela mesma referência numérica. Tendo em conta a função do conversor de energia 3, estes barramentos 333 a 335 não são essenciais. Assim, estes barramentos podem ser omitidos.

[038] Quando visualizados em uma vista plana, estes barramentos 333 a 335 são dispostos de modo a atravessar os barramentos 331 e 332 que constituem as linhas de saída P e N. Contudo, tal como é visto a partir da vista lateral da Figura 3, os barramentos 333 a 335 que conectam os terminais de entrada opostos estão dispostos em uma posição acima dos barramentos 331 e 332 das linhas de saída P e N, e, assim, é realizado o chamado cruzamento aéreo entre eles e, deste modo, não provoca interferência mútua entre os mesmos.

[039] Ao conectar os elementos de comutação bidirecionais pareados 311 e 312 colocados nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, os elementos de comutação bidirecionais pareados 313 e 314 e os elementos de comutação bidirecionais pareados 315 e 316, os condensadores de filtro 82L e 82R, cada um deles são interpostos entre as fases que podem ser compartilhadas entre si. Isto é, entre a fase R e a fase S mostradas no lado esquerdo da Figura 1, encontra-se disposto um condensador de filtro 821; e entre a fase R e a fase S mostradas no lado direito do desenho, encontra-se disposto um condensador de filtro 824, e os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311 e 312, nos quais a fase R é introduzida, estão conectados através de um barramento 333. Deste modo, o ruído na fase R da fonte de alimentação CA trifásica 2 é filtrado pelos dois condensadores de filtro, 821 e 824, que cooperam entre si, e deste modo, cada condensador de filtro pode ser feito com pequena capacidade, o que resulta em cada condensador de filtro poder ser feito em tamanho pequeno. Uma vantagem semelhante é obtida a partir da cooperação de dois condensadores de filtro também na fase S e na fase T.

[040] Neste exemplo, o circuito de filtro 8 tem seis condensadores de filtro 821 a 826 e, como é visto a partir da Figura 3, as linhas de entrada colocadas nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL são fornecidas com três condensadores de filtro, respectivamente. O condensador de filtro do lado esquerdo 821 está disposto entre a fase R, que corresponde ao terminal de entrada do elemento de comutação bidirecional 311 e a fase S. Assim, o condensador de filtro do lado esquerdo 822 está disposto entre a fase S, que corresponde ao terminal de entrada do elemento de comutação bidirecional 313 e a fase T, e o condensador de filtro do lado esquerdo 823 está disposto entre a fase T, que corresponde ao terminal de entrada do elemento de comutação bidirecional 315 e a fase R. Enquanto que o condensador de filtro do lado direito 824 está disposto entre a fase R, que corresponde ao terminal de entrada do elemento de comutação bidirecional 312 e a fase S, o condensador de filtro do lado direito 825 está disposto entre a fase S, que corresponde ao terminal de entrada do elemento de comutação bidirecional 314 e a fase T, e o condensador de filtro do lado direito 826 está disposto entre a fase T, que corresponde ao terminal de entrada do elemento de comutação bidirecional 316 e a fase R.

[041] Tal como mencionado anteriormente, através da disposição dos seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 que estão dispostos de tal maneira que três elementos e os outros três elementos estejam colocados respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, os seis condensadores de filtro 821 a 826 dispostos de tal maneira que os três condensadores e os outros três condensadores estejam colocados respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, a distância do cabeamento dos cabos de conexão entre cada um dos condensadores de filtro 821 a 826 e um elemento de comutação bidirecional 311 a 316 correspondente pode ser encurtada.

[042] Neste exemplo, os seis condensadores de filtro 821 a 826 dos quais três condensadores de filtro e os outros três condensadores de filtro estão dispostos respectivamente nos lados esquerdo e direito, são colocados externamente a uma área onde os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 são colocados em relação à linha central CL. Especificamente, como é mostrado pela Figura 2D, os condensadores de filtro são fixados nas porções superiores dos barramentos. Ao se colocar os condensadores de filtro 821 a 826 externamente à área dos elementos de comutação bidirecionais 311 a 316, a distância na direção da esquerda para a direita entre os elementos de comutação bidirecionais 31L do lado esquerdo, e os elementos de comutação bidirecionais 31R do lado direito pode ser encurtada, assim, um, a distância na direção da esquerda para a direita do dissipador de calor 10 pode ser encurtada, o que pode levar a uma redução em tamanho do dissipador de calor 10 quando comparado com um dissipador de calor mostrado na Figura 4A, que mostra o outro exemplo.

[043] A seguir, um estado de montagem dos condensadores de filtro 821 a 826, que são divididos em dois grupos (cada um incluindo três condensadores de filtro) colocados respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, será descrito com referência as vistas plana e lateral do dispositivo real da Figura 2.

[044] Antes da sua descrição, uma estrutura de conexão dos barramentos será descrito. Como pode ser visto a partir da Figura 2B, o barramento 331 representa a linha de saída P que conecta os terminais de saída dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315 e conduz ao transformador 4, e um barramento 332 representa a linha de saída N que conecta os terminais de saída dos elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316, e conduz ao transformador 4. O barramento 333 é um barramento que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311 e 312, e o barramento de 333 tem porções de extensão que se prolongam para fora nas direções esquerda e direita dos respectivos terminais de entrada e as porções de extensão são conectadas respectivamente aos barramentos 336 e 337 para conectar aos condensadores de filtro 823 e 826 (o estado de conexão destes barramentos aos condensadores de filtro 823 e 826 é entendido a partir das Figuras 2C e 3). Os barramentos 336 e 337 conectados respectivamente às extremidades opostas do barramento 333 estão angulados em relação a uma linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, que é uma linha que se estende na direção ascendente e descendente na Figura 2C.

[045] O barramento 334 é um barramento que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 313 e 314, e o barramento 334 tem porções de extensão que se prolongam para fora nas direções esquerda e direita dos respectivos terminais de entrada e as porções de extensão são conectadas respectivamente aos barramentos 338 e 339 para conectar os condensadores de filtro 821, 822, 824 e 825 (o estado de conexão destes barramentos dos condensadores de filtro 821, 822, 824 e 825 é entendido a partir das Figuras 2C e 3). Os barramentos 338 e 339 estão conectados respectivamente às extremidades opostas do barramento 334 que se estendem ao longo de uma linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, ou seja, uma linha que se estende na direção ascendente e descendente, na porção superior esquerda da Figura 2.

[046] O barramento 335 é um barramento que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 315 e 316, e o barramento 335 tem porções de extensão que se prolongam para fora nas direções esquerda e direita dos respectivos terminais de entrada e as porções de extensão são conectadas respectivamente aos barramentos 340 e 341 para conectar os condensadores de filtro 823 e 826 (o estado de conexão destes barramentos dos condensadores de filtro 823 e 826 é entendido a partir das Figuras 2C e 3). Os barramentos 340 e 341 conectados respectivamenteàs extremidades opostas do barramento 335 estão angulados em relação a uma linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, que é uma linha que se estende no sentido ascendente e descendente na Figura 2C.

[047] Como pode ser visto a partir da Figura 2D, estes barramentos 333, 334 e 335 são conectados aos terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 através de vários barramentos 345 e 346 e posicionados bem acima dos barramentos 331 e 332 que constituem as linhas de saída P e N. Com isso, os barramentos de 333 a 335 e os barramentos 331 e 332 são colocados de modo a constituir um cruzamento aéreo deixando um espaço pré-determinado entre os mesmos, sem provocar interferência mútua entre os mesmos.

[048] Tal como é mostrado pelas linhas tracejadas na Figura 2C, os condensadores de filtro 821, 822 e 823 estão posicionados do lado de fora em relação à linha central CL e colocados de tal maneira que os centros dos condensadores de filtro 821, 822 e 823 estão colocados respectivamente nos vértices de um triângulo (é preferível que seja um triângulo isósceles ou triângulo equilátero), dos quais um vértice está dirigido para o lado de fora. Ao colocar os três condensadores de filtro 821, 822 e 823 nos vértices do triângulo, o comprimento do cabeamento entre os condensadores pode ser encurtado e, assim, o conversor de energia de 3 pode ser feito em tamanho pequeno e a sincronização entre os condensadores pode ser assegurada. Além disso, devido à disposição de um vértice dirigido para fora, o balanço do cabeamento dos condensadores é melhorado em comparação com uma disposição na qual o vértice está dirigido para dentro, e as distâncias até os respectivos barramentos 333, 334 e 335 podem ser encurtadas.

[049] O condensador de filtro 821 disposto entre a fase R e a fase S está montado sobre uma superfície superior do barramento 342 e um condensador de filtro 822 disposto entre a fase S e a fase T está montado sobre uma superfície superior do barramento 343. Estes dois barramentos 342 e 343 estão conectados enquanto estão angulados em relação a uma linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, isto é, uma linha que se estende na direção ascendente e descendente na Figura 2C. Além disso, estes dois barramentos 342 e 343 estão conectados aos barramentos 333, 342 e 335, enquanto abrangem uma linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, que é uma linha que se estende na direção ascendente e descendente na Figura 2C. Nota-se que os condensadores de filtro 824 e 825 montados no lado direito da linha central CL estão dispostos simetricamente em relação aos condensadores de filtro de 821 e 822 em relação à linha central CL.

[050] Ao se colocar os barramentos 342 e 343 de modo que estes barramen- tos estejam relativamente angulados à linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, a sincronização entre os condensadores de filtro 821, 822 e 823 é assegurada porque a distância do cabeamento entre os condensadores de filtro pode ser finamente equalizada com a distância do cabeamento do condensador de filtro 823 disposto entre a fase R e a fase T. Além disso, ao se colocar os barramentos 342 e 343 de modo que estes barramentos afastam / separam (straggle) da linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, a distância de conexão entre os condensadores de filtro 821 e 822 e os barramentos 333, 334 e 335 pode ser reduzida e, assim, o conversor de energia 3 pode ser feito em tamanho pequeno. Além disso, ao se colocar os condensadores de filtro 821 a 826 nas superfícies superiores dos barra- mentos, ou seja, ao se colocar os condensadores de filtro 821 a 826 no lado oposto dos elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 em relação aos barramentos, aumentando-se o grau de liberdade na concepção do layout dos condensadores de filtro 821 a 826.

[051] O condensador de filtro 823 disposto entre a fase R e a fase T está montado sobre uma superfície superior do barramento 344 disposto entre os barramentos 336 e 340, e um barramento 344 é colocado de modo a estender em paralelo a uma linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315.

[052] A seguir, será descrita uma montagem exemplificada de três diodos e um condensador snubber que constituem um circuito snubber 32 mostrado na Figura 1. Conforme mostrado na Figura 1, o circuito snubber 321, por exemplo, do elemento de comutação bidirecional 311 tem um terminal conectado ao terminal de entrada do terminal de comutação bidirecional 311, um outro terminal conectado ao terminal intermediário do elemento de comutação bidirecional 311 e ainda um outro terminal conectado ao terminal de saída do elemento de comutação bidirecional 311. Assim, como será entendido a partir das Figuras 2C e 2D, os três diodos são fixados e conectados aos suportes 351 a 356, que são construídos de um corpo condutor elétrico conectado a um terminal intermediário entre cada elemento de comutação bidirecional 31L e o correspondente elemento de comutação bidirecional 31R. Na Figura 2D, apenas o suporte 355 é mostrado.

[053] Neste exemplo, um condensador eletrolítico de tamanho relativamente grande é utilizado como condensador snubber, e o condensador eletrolítico de tamanho relativamente grande é usado como um condensador snubber comum 327 (ver Figura 3.) para os seis circuitos snubber 321 a 326. Para a conexão do condensador snubber 327 e os três diodos, são fornecidos os barramentos 347 e 348 que são colocados entre os barramentos 331 e 332 e se estendem na mesma direção que estes barramentos 331 e 332, os barramentos 331 e 332 constituem as linhas de saída P e N.

[054] Como pode ser visto a partir das Figuras 2D e 3, os dois barramentos 347 e 348 conectados ao condensador snubber 327 são fixados em uma posição acima dos barramentos 331 e 332, que constituem as linhas de saída de P e N, mas em uma posição inferior aos barramentos 333, 334 e 335. Nota-se que estes dois barramentos 347 e 348 estão apoiados no dissipador de calor 10 ou em uma base (não mostrada) que não seja o dissipador de calor. Para evitar um curto - circuito nos barramentos 333, 334 e 335, as superfícies exteriores dos barramentos 347 e 348 podem ser revestidos com um material isolante.

[055] A disposição dos barramentos 347 e 348 em relação aos barramentos 331 e 332, que constituem as linhas de saída P e N e o condensador snubber 327 é a seguinte. Isto é, pela disposição dos barramentos 347 e 348 entre os barramentos 331 e 332, tanto a distância do cabeamento até as linhas de saída P e N quanto a distância do cabeamento até o condensador snubber 327 podem ser encurtadas. Além disso, ao se colocar os barramentos 347 e 348 acima dos barramentos 331 e 332, é possível reduzir a distância entre os diodos de cada um dos circuitos snubber 321 a 326.

[056] De acordo com a forma de realização acima referida, as seguintes vantagenssão obtidas: 1) Neste exemplo, para os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 os quais estão dispostos de tal maneira que três elementos e os outros três elementos encontram-se respectivamente colocados nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, são dispostos os seis condensadores de filtro 821 a 825 de tal maneira que os três condensadores e os outros três condensadores são respectivamente colocados nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, de modo que a distância do cabeamento dos cabos de conexão entre cada um dos condensadores de filtro 821 a 823 e um correspondente dos elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 pode ser encurtada. 2) Neste exemplo, uma vez que os elementos de comutação bidirecionais pa- reados 311 e 312, os elementos de comutação bidirecionais pareados 313 e 314 e os elementos de comutação bidirecionais pareados 315 e 316 estão cada um deles dispostos respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, é possível fornecer um layout em que as linhas de saída P e N (isto é, os barramentos 331 e 332) são estabelecidas com a distância mais curta em uma direção. Se o comprimento da disposição do cabeamento através do qual uma corrente CA de alta frequência é transmitida é longo, a disposição é facilmente influenciada pelo componente L. Entretanto, a influência do componente L pode ser eliminada na disposição do ca- beamento, de acordo com a invenção. 3) Neste exemplo, os seis condensadores de filtro 821 a 826, dos quais três condensadores de filtro e os outros três condensadores de filtro estão dispostos res-pectivamente nos lados esquerdo e direito, são colocados externamente a uma área onde os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 são colocados em relação à linha central CL. Assim, a distância na direção esquerda e direita entre o elemento de comutação bidirecional do lado esquerdo 31L e o elemento de comutação bidirecional na lateral direita 31R pode ser encurtada. Por conseguinte, a distância na direção esquerda e direita do dissipa 13 / 15 or 10 pode ser encurtada, o que pode levar a uma redução em tamanho do dissipador de calor 10. 4) Neste exemplo, os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais pareados 311 e 312, os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais pareados 313 e 314 e os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais pareados 315 e 316, os quais estão dispostos no lados esquerdo e direito em relação à linha central CL, estão conectados através dos respectivos bar- ramentos 333, 334 e 335. Deste modo, cada um dos condensadores de filtro 82L e 82R estão dispostos entre as fases que podem ser compartilhadas. Assim, cada condensador de filtro pode ser feito com pequena capacidade, o que resulta em cada condensador de filtro poder ser feito em tamanho pequeno. 5) Neste exemplo, uma vez que a direção por onde as linhas de entrada esquerda e direita R, S e T se estendem para a conexão com os elementos de comutação bidirecionais é igual a direção para a linha central CL, uma distância do dissipador de calor 10 na direção esquerda e direita pode ser reduzida. 6) Neste exemplo, os condensadores de filtro 821 a 826 estão dispostos nas superfícies superiores dos barramentos, isto é, os condensadores de filtro 821 a 826 são colocados em um lado oposto dos elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 em relação ao barramento, aumentando-se o grau de liberdade na concepção do layout dos condensadores de filtro 821 a 826. 7) Neste exemplo, a disposição dos barramentos 347 e 348 em relação aos barramentos 331 e 332, que constituem as linhas de saída P e N, e o condensador snubber 327 é feito de modo que os barramentos 347 e 348 estejam colocados entre os barramentos 331 e 332, de modo que tanto a distância do cabeamento até as linhas de saída P e N quanto a distância do cabeamento até o condensador snubber 327 são encurtadas. 8) Neste exemplo, uma vez que os barramentos 347 e 348 estão dispostos em uma posição acima dos barramentos 331 e 332, é possível reduzir a distância entre os diodos de cada um dos circuitos snubber 321 a 326. 9) Neste exemplo, uma vez que os três condensadores de filtro 821, 822 e 823 estão colocados nos vértices do triângulo, o comprimento do cabeamento entre os condensadores pode ser encurtado e, assim, o conversor de energia 3 pode ser feito em tamanho pequeno, e a sincronização entre os condensadores pode ser assegurada. 10) Neste exemplo, uma vez que o vértice do triângulo, no qual um dos três condensadores de filtro está disposto, está dirigido para fora, o balanço do cabea- mento dos condensadores é melhorado em comparação com uma disposição, na qual o vértice está dirigido para dentro e as distâncias até os barramentos 333, 334 e 335 podem ser encurtadas. 11) Neste exemplo, uma vez que os barramentos 342 e 343 estão dispostos de modo a estarem angulados em relação à linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, a distância do cabeamento entre os condensadores de filtro pode ser finamente equalizada com a distância do cabeamento dos condensador de filtro 823 disposto entre a fase R e a fase T. Assim, a sincronização entre os condensadores de filtro 821, 822 e 823 pode ser assegurada. 12) Neste exemplo, uma vez que os barramentos 342 e 343 estão dispostos de modo a se afastarem da linha que conecta os terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315, a distância de conexão entre os condensadores de filtro 821 e 822 e os barramentos 333, 334 e 335 pode ser reduzida e, assim, o conversor de energia 3 pode ser feito em tamanho pequeno.

Outras formas de realização

[057] A presente invenção tem outras modificações e concretizações da forma de realização acima mencionada. As modificações da invenção serão descritas a seguir. A presente invenção não está limitada à forma de realização acima referida e às formas de realização seguintes. Em seguida, as peças idênticas às descritas na forma de realização acima mencionada estão indicadas pela mesma referência numérica e a explicação sobre as mesmas peças será apropriadamente omitida.

[058] Na forma de realização acima referida, tal como é mostrado na Figura 3, os três condensadores de filtro do lado esquerdo 82L e os três condensadores de filtro do lado direito 82R estão dispostos externamente a uma área dos elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315 e uma área de elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316, respectivamente, em relação à linha central CL. No entanto, como é visto a partir das Figuras 4A e 4B, os três condensadores de filtro do lado esquerdo e os três condensadores do lado direito podem ser dispostos entre uma área dos elementos de comutação bidirecionais do lado esquerdo 311, 313 e 315 e uma área dos elementos de comutação bidirecionais do lado direito 312, 314 e 316, em relação à linha central CL.

[059] Na forma de realização acima referida, tal como é mostrado na Figura 3, os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 estão dispostos de maneira que os elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315 e os elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316 estão dispostos respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL. No entanto, como é mostrado na Figura 5, os elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315 e os elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316 podem ser dispostos ao longo da linha central CL.

[060] Na forma de realização acima referida, tal como é mostrado na Figura 3, os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316 estão dispostos de maneira que os elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315 e os elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316 estão dispostos respectivamente nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL e os terminais de entrada e de saída dos elementos de comutação bidirecionais do lado esquerdo e os terminais de entrada e de saída dos elementos de comutação bidirecionais do lado direito estão dispostos simetricamente em relação à linha central CL. No entanto, como é mostrada na Figura 6, uma disposição pode ser empregada na qual os elementos de comutação bidirecionais 311, 313 e 315 e os elementos de comutação bidirecionais 312, 314 e 316 estão dispostos nos lados esquerdo e direito em relação à linha central CL e os terminais de entrada e de saída dos elementos de comutação bidirecionais do lado esquerdo e os terminais de entrada e de saída dos elementos de comutação bidirecionais do lado direito estão dispostos da mesma maneira. Neste caso, as linhas de entrada R, S e T do sistema duplo estão conectadas aos terminais de entrada dos elementos de comutação bidirecionais do lado esquerdo e direito, enquanto se estendem na mesma direção (na direção da esquerda para a direita, no exemplo ilustrado ).

[061] Na forma de realização acima referida, tal como é mostrado na Figura 3, os condensadores de filtro 821 a 826 estão dispostos entre as fases, enquanto mantém a relação um-para-um com os seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316. No entanto, como é mostrado na Figura 7, uma disposição pode ser utilizada na qual os condensadores de filtro 821 a 826 estão dispostos entre as fases, de tal maneira que muitos (dois no exemplo ilustrado) dos condensadores de filtro 821 a 826 estão conectados a cada um dos seis elementos de comutação bidirecionais 311 a 316.

[062] Neste caso, os condensadores de filtro podem estar dispostos no centro do conversor de energia 3, tal como é mostrado na Figura 8, ou do lado de fora do conversor de energia 3, como é mostrado na Figura 9. Como será entendido a partir da Figura 8, quando os condensadores de filtro estão dispostos no centro do conversor de energia 3, os espaços vazios são utilizáveis, de modo que o tamanho do conversor de energia 3 pode ser tão pequeno quanto for possível.

[063] Os elementos de comutação bidirecionais acima mencionados 311, 313 e 315 correspondem aos primeiros elementos de comutação nas reivindicações, os elementos de comutação bidirecionais acima mencionados 312, 314 e 316 correspondem aos segundos elementos de comutação nas reivindicações, o conversor de energia 3 acima mencionado corresponde a um circuito conversor nas reivindicações, os barramentos acima mencionados 347 e 348 correspondem às partes de cabeamento de um circuito de proteção nas reivindicações e os barramentos acima mencionados 331 e 332 correspondem às linhas de saída nas reivindicações.

Claims

1. Conversor de energia (1) que converte diretamente corrente CA polifásica em corrente CA, o conversor de energia (1) compreendendo:um circuito conversor (3) incluindo uma pluralidade de primeiros elementos de comutação (311, 313, 315) que são conectados a fases da corrente CA polifásica para permitir comutação para ligar condutores de corrente bidirecionalmente e uma pluralidade de segundos elementos de comutação (312, 314, 316) que estão conectados às fases da corrente polifásica CA para permitir comutação para ligar condutores de corrente bidirecionalmente;uma pluralidade de linhas de entrada (R, S, T) conectadas a terminais de en-trada da pluralidade de primeiros elementos de comutação (311, 313, 315) e a termi-nais de entrada da pluralidade de segundos elementos de comutação (312, 314, 316), respectivamente;uma primeira linha de saída (331) conectada a terminais de saída da plurali-dade de primeiros elementos de comutação (311, 313, 315) e uma segunda linha de saída (332) conectada a terminais de saída da pluralidade de segundos elementos de comutação (312, 314, 316); ecircuitos de proteção, tal como circuitos snubber, que estão, respectivamente, conectados aos primeiros elementos de comutação (311, 313, 315) e segundos ele-mentos de comutação (312, 314, 316),CARACTERIZADO pelo fato de que uma disposição espacial é fornecida por: uma disposição na qual os terminais de saída da pluralidade de primeiros ele-mentos de comutação (311, 313, 315) estão dispostos em uma linha e os terminais de saída da pluralidade de segundos elementos de comutação (312, 314, 316) estão dispostos em uma linha;disposição na qual a pluralidade de primeiros elementos de comutação (311, 313, 315) dispostos na linha e a pluralidade de segundos elementos de comutação (312, 314, 316) dispostos na linha estão dispostos lado a lado em relação à primeira e segunda linhas de saída (331, 332); euma disposição na qual partes de cabeamento (347, 348) dos circuitos de proteção estão dispostas entre os primeiros elementos de comutação (311, 313, 315) e os segundos elementos de comutação (312, 314, 316).

2. Conversor de energia (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os circuitos de proteção fornecidos respectivamente pelos primeiros elementos de comutação (311, 313, 315) e pelos segundos elementos de comutação (312, 314, 316) tem, cada um, diodos que são incluídos em cada circuito de proteção e um condensador que é normalmente utilizado nos circuitos de proteção, e em que as partes de cabeamento (347, 348) dos circuitos de proteção são cabeamentos em que cada um dos quais conecta os diodos ao condensador.

3. Conversor de energia (1), de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeamento que conecta o condensador e os diodos está disposto acima das linhas de saída (331, 332).

4. Conversor de energia (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as partes de cabeamento (347, 348) dos circuitos de proteção são barramentos retos e estão dispostas entre um par de barramentos que constitui as primeira e segunda linhas de saída (331, 332).

5. Conversor de energia (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que os barramentos que constituem as partes de ca- beamento (347, 348) dos circuitos de proteção e os barramentos que constituem as primeira e segunda linhas de saída (331, 332) se estendem em paralelo entre si.