CN1218328A - 功率逆变器装置 - Google Patents

Abstract

为了提供一种在所有的工作状态下可以降低浪涌电压和结构简单的功率逆变器装置,通过利用板形导体51到56连接半导体开关元件11到14、二极管21和22以及滤波用电容器31和32构成一中性点箝位的三电平式功率逆变器装置,在连接二极管21和22以及滤波用电容器31和32的板形导体56上方,经过绝缘材料配置有板形导体51到55。

Description

功率逆变器装置

本发明涉及一种使用开关元件的功率逆变器(变换器)装置，更确切地说，涉及一种使在其中的半导体开关元件的转换过程中引起的浪涌电压可以降低的功率逆变器装置。

已知在通过利用半导体开关元件构成的功率逆变器装置中，在半导体开关元件的转换过程中会引起尖峰脉冲浪涌电压。当假设该装置的输电母线本身的杂散寄生电感为L，以及电流变化率为di/dt，在其中就会感应产生幅值为-L·di/dt的浪涌电压。近来，半导体开关元件的开关速度增加，电流变化率也在增加，因此，感应的浪涌电压的数值势必增加。由于这种原因，为了保护半导体开关元件不致因这种浪涌电压而破坏，采取很多技术措施来降低输电母线的电感。

例如，JP-A-7-203686(1995)公开了这类用于降低上述输电母线的电感的其中一种技术措施，在下文将其称为第一常规技术，其中通过有沿彼此相反方向流动电流的两条输电母线中的每一母线都是由具有一定宽度的导电板构成，两个导电板位置靠近。参照图10解释第一常规技术。在图10所示电路示意图中，DC电源装置1和三相逆变器装置2经由正极侧和负极侧两条功率输电母线相连。由于电流总是沿相反的方向通过这两条输电母线，由各自电流产生的两相反磁通由于这两条输电母线位置靠近而抵消。因此，降低了对应输电母线的电感L1和L2。

另外，JP-A-131981(1995)公开了另一种用于降低输电母线电感的技术措施，下文称为第二常规技术，其中采用的集中输电母线条是通过层叠多个导电板同时在其间插入绝缘材料构成的。利用这种第二技术措施，也可以降低输电母线的电感，并且通过使用该集中输电母线条还可减少组装功率逆变器装置的步骤。

在较大容量的功率逆变器装置中，装置的尺寸加大，输电母线的电感增加，因此，通常为每一功率逆变器装置装设用于滤波的DC电容器组。例如，构成如图4中所示的电路，该电路用于一中性点箝位的三电平式逆变器。图4中所示的逆变器分别装有用于滤波的DC电容器组31和32。当逆变器装有这些用于各相的滤波电容器组时，在其中的开关元件转换过程中引起的浪涌电压的幅值是由滤波用电容器组和逆变器中的开关元件之间的电感数值确定的。因此，防止了受具有大电感的DC母线影响的高电压浪涌的产生。

然而，当利用快速开关元件例如IGBT作为半导体开关元件时，变化电流的变化速率也大，因此，即使在逆变器内部也需要尽可能多地降低输电母线的电感。然而，当将上述常规技术措施应用于图4所示的中性点箝位的三电平式逆变器时，会出现如下的问题。

在中性点箝位的三电平式逆变器中，使用6条输电母线条51到56。当应用第一技术措施时，需要将总是沿相反方向流动电流的两条输电母线条彼此靠近设置。然而，流经各输电母线条的电流根据各开关元件的开关状态的不同以及在中性点箝位的三电平式逆变器中的负载电流的方向的不同而变化，所以不存在其中电流总是相反的两条输电母线条组合的情况。因此，即使某些两输电母线条靠近设置，按照某些逆变器的工作方式也不可能实现有效地降低电感，并不能抑制浪涌电压。

一方面，虽然采用第二技术措施能制备一些用于输电母线条的具有较宽宽度和相同尺寸的导电板并且将6个已制备的导电板经过相应各绝缘材料靠近设置。在这种状况下，可以实现降低输电母线条的电感。然而，对于中性点箝位的三电平式逆变器，输电所需的导电板必须按六层层叠，这就产生了结构复杂的问题。例如，当将一电气元件的端部连接到某一输电母线条上时，对于其余的五个输电母线条需要形成对应的贯穿孔，以防止与该连接部分电接触。因此，使制造成本增加。除了由于需要6个相同尺寸的导电板引起的上述问题之外，用于输电的输电母线条的重量增加，从而带来了装置的机械性能不稳定的问题。

本发明的目的是提供一种功率逆变器装置，能在所有的运行状态下降低浪涌电压并具有简单的结构。

根据实现上述目的的本发明的第一方面的利用一些板形导体通过将多个半导体开关元件、二极管和电容器连接起来构成的功率逆变器装置，其特征在于，这些板形导体包括：一个板形导体，在任一半导体开关元件进行转换之前和之后不通过电流，并且在一第一板形导体上方，该第一板形导体或者在所有的半导体开关元件转换之前或者转换之后流过电流，其余的板形导体经过绝缘材料安装。

由于或者在所有半导体开关元件转换之前或者之后，电流流过第一板形导体，当任一半导体开关元件进行转换时，流经第一板形导体的电流或者上升或者下降。另一方面，在半导体开关元件转换过程中，在其它的板形导体中的任一个，电流相对于在第一板形导体中的电流变化沿相反的方向或者下降或者上升。由于其它的板形导体配置在第一板形导体的上方，在转换半导体开关元件的转换期间，上升的电流和下降的电流可以彼此靠近，因此，由于电流变化引起的磁通变化可以彼此抵消，在转换之前和之后的磁通可以保持恒定。因此，在半导体开关元件的转换过程中产生的浪涌电压可以降低。

根据本发明的第二个方面，一种中性点箝位的三电平式功率逆变器装置实现了上述目的，其包括：第一到第四半导体开关元件；第一板形导体，将第一半导体开关元件和第二半导体开关元件串联；第二板形导体，具有AC端，将第二半导体开关元件和第三半导体形关元件串联；第三板形导体，将第三半导体开关元件和第四半导体开关元件串联；一电容器，具有中间电压点，其与经过第四和第五板形导体串联的第一到第四半导体开关元件相并联；第一二极管，它的一端经过第六板形导体连接到电容器的中间电压点，它的另一端连接到第一板形导体，连接极性使来自电容器的中间电压点的正向电流流向第一板形导体；以及第二二极管，它的一端连接到第六板形导体，它的另一端连接到第三板形导体，连接极性使来自第三板形导体的正向电流流向电容器的中间电压点，其特征在于，第一到第五板形导体经过绝缘材料配置在第六板形导体的上方。

由于或者在所有半导体开关元件的转换之前或者之后电流流过第六板形导体，当任一半导体开关元件进行转换时，流经第六板形导体的电流或者上升或者下降。另一方面，在半导体开关元件的转换期间，在第一到第五板形导体中的任一个，电流相对于在第六板形导体的电流变化沿相反方向或者上升或者下降。由于第一到第五板形导体配置在第六板形导体的上方，在半导体开关元件转换的过程中的上升电流和下降电流可以彼此靠近，因此，电流的变化引起的磁通变化彼此抵消，在转换之前和之后的磁通可以保持恒定。因此，在转换半导体开关元件的过程中产生的浪涌电压可以降低。

实现上述目的本发明的第三方面，其特征在于，第一到第五板形导体配置在一公共平面内。

通过其它的板形导体配置在一公共的平面内，在功率逆变器中的输电可以按两层即在第六板形导体及第一到第五板形导体中进行，这样提高了装置的机械稳定性。

实现上述目的的本发明的第四方面，其特征在于，绝缘材料是一空气层。通过利用空气层作为绝缘材料，仅利用其间的一个绝缘间隔就可实现第六板形导体和第一到第五板形导体的配置，这样简化了功率逆变器装置的结构。

实现上述目的的本发明的第五方面，其特征在于，在多个半导体开关元件之中在最高电压侧的半导体开关元件和在最低电压侧的半导体开关元件靠近电容器配置。

通过将最高电压侧的半导体开关元件和在最低电压侧的半导体开关元件靠近电容器配置，连接在最高电压侧的半导体开关元件、在最低电压侧的半导体开关元件和电容器的板形导体的长度缩短，因此，由于流经板形导体的电流变化引起的浪涌电压被降低。

实现上述目的的本发明的第六方面，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

通过提供该用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点，在第一半导体开关元件的转换过程中发生变化的电流的路径限制于第一半导体开关元件和第一二极管之间，因此降低了浪涌电压。

实现上述目的的本发明的第七方面，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

通过提供该用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点，在第四半导体开关元件转换的过程中发生变化的电流的路径限制于在第四半导体开关元件和第二二极管之间，因此降低了浪涌电压。

图1是表示根据本发明的一个优选实施例的功率逆变器装置的结构示意图；

图2是图1中所示功率逆变器装置的侧视图；

图3是表示半导体开关元件11到14，二极管21和22、滤波用电容器31和32以及图1中的板形导体56之间连接关系的示意图；

图4是由图1中所示的功率逆变器装置构成的三相AC电动机驱动装置的电路图；

图5A、5B和5C是表示在中性点箝位的三电平式逆变器电路中的三个电流路径的示意图；

图6A、6B和6C是表示在中性点箝位的三电平式逆变器电路中的另三个电流路径的示意图；

图7A、7B、7C和7D是表示在图1中所示功率逆变器装置中的电流路径的示意图；

图8A、8B、8C和8D是表示在图1中所示功率逆变器装置中另一些电流路径的示意图；

图9A、9B和9C是表示在图8A、8B和8C中所示的电流路径中的有效电流路径的示意图；

图10是常规逆变器装置的电路图；

下面参照附图详细解释本发明的实施例。

图1是表示本发明的一个优选实施例的功率逆变器的结构示意图。此外，根据本发明的功率逆变器装置是一中性点箝位的三电平式逆变器。

在根据本发明该实施例的功率逆变器装置中，在模块中的半导体开关11到14，二极管21和22以及滤波用电容器31和32的上方，设置一板形导体56，以及在板形导体56上方再设置各板形导体51到55，从而构成该装置。此外，每一个半导体开关元件11到14是由一半导体开关和一二极管反并联构成的。如图1所示，每个半导体开关元件11到14包括正侧端C和负侧端E。此外每个半导体开关元件11到14还包括一控制端(未表示)，由一控制用电路控制该元件的导通与关断。在下面对本实施例进行介绍时，该半导体开关元件，滤波用电容和板形导体分别称为开关元件，电容器和导体。

在图1中，开关元件11的正侧端C经过导体51连接到电容器31的正端。此外，开关元件11的负侧端E经过导体52连接到二极管21的负极端K和开关元件12的正端C。开关元件12的负端E经过导体53连接到开关元件13的正端C。在导体53处，作为功率逆变器的AC端Tout，负载连接到其上。开关元件13的负端E经导体54连接到二极管22的阳极端A和开关元件14的正端C。开关元件14的负端经过导体55连接到电容器32的负端。此外，二极管21的阳极端A、二极管22的阴极端K，电容器31的负端以及电容器32的正端经过导体56连接起来。

根据上述可明显看出，开关元件11到14是四者串联的。在各开关元件中间的最高电压侧的开关元件11和最低电压侧的开关元件14位置靠近电容器31和32，此外，导体51和55并排配置。再者，导体56的表面积大于导体51到55的表面积，导体51到55经过一作为与导体56隔离的空气层配置在导体56的上方。

图2是图1中所示功率逆变器装置的侧视图。

在图2中，开关元件11到14以及二极管21和22由一冷却器6例如散热器冷却，以防止开关元件11到14以及二极管21和22过热。开关元件11和12以及二极管21通过利用一些用作圆柱形导体的隔件7C到7E分别连接到导体51到53。同样地电容器31经过隔件7A和7B连接到导体51和56。此外，隔件7B到7E贯通设在导体56处的且直径大于隔件7B到7E的各孔，防止与孔接触，开关元件11和12的正端，二极管21和电容器31与导体56隔离。此外，开关元件13和14、二极管22和电容器32还通过利用隔件连接到各对应的导体上。虽然在附图中未予表示，利用螺栓或螺钉借助隔件将各对应的开关元件端部和导体进行固定。如图2中所示，利用隔件7A到7E使导体56与导体51到55之间保持恒定气隙，如前所述在其间形成该用作隔离层的空气层。另外，可以将一板形固体绝缘材料插入到导体51到55和导体56之间，以此使多个输电导体与该绝缘材料成整体。

图3是表示图1中所示的半导体开关元件11到14、二极管21和22、滤波用电容器31和32以及板形导体56之间的连接关系。正如前面解释的，二极管21的正极端A、二极管22的负极端K、电容器31的负端以及电容器32的正端经过导体56连接起来。对于其它各端，隔件通过形成在导体56中的孔，不与导体56相接触，使得与其隔离，如在附图中所示。

图4是由图1所示功率逆变器装置构成的三相AC电动机驱动装置的电路示意图。一整流器9将自AC电源提供的AC功率整流为DC功率。由整流器9输出的DC电压由电容器分压，以形成三电平的DC电压。由整流器9输出的该三电平的DC电压经过三DC母线引入到各对应的功率逆变器装置中的导体51、55和56。此外，各对应的功率逆变器装置的AC端连接到负载4。

下面，将解释按照本实施例的功率逆变器装置的结构怎样降低输电母线条的电感的原理，以及怎样在开关元件的转换过程中降低感应电压的原理。

图5A到5C以及图6A到6C表示在代表根据优选实施例的功率逆变器装置的中性点箝位的三电平逆变器电路中的所有电流路径。各电流路径根据电流的方向和开关元件的通断状态变化。图5A到5C表示当电流由AC端Tout流向负载4时的情况。另一方面，图6A到6C表示当电流由负载4流向AC端Tout时的情况。

图5A表示当开关元件11和12导通，而开关元件13和14关断时的电流路径，其中电流按导体51、开关元件11、导体52、开关元件12和导体53的顺序流过。当在图5A中所示的状态变化到开关元件11关断和开关元件13导通的状态时，电流路径变化到图5B中所示的状态。在这种状态下，电流按导体56、二极管21、导体52、开关元件12和导体53的顺序流动。此外，由图5A中所示的电流路径变为由图5B中所示的电流路径状态，流过导体51和开关元件11的电流下降，而流过导体56和二极管21的电流上升。进而，当图5B中所示的状态变到其中开关元件12关断和开关元件14导通的状态时，电流路径变为图5C中所示的状态。在这种状态下，电流按导体55、开关元件14、导体54、开关元件13和导体53的顺序流过。进而，由图5B中所示的电流路径变为图5C中所示的电流路径状态，流过导体56、二极管21、导体52和开关元件12的电流降低，而流过导体55、开关元件14、导体54和开关元件13的电流增加。

图6A表示当开关元件11和12导通，开关元件13和14关断时的电流路径，其中电流按导体53、开关元件12、导体52、开关元件11和导体51的顺序流过。当图6A中所示的状态变到开关元件11关断，开关元件13导通的状态时，电流路径变化到图6B中所示的状态。在这种状态下，电流按导体53、开关元件13、导体54、二极管22和导体56的顺序流动。进而，由图6A中所示的电流路径变为图6B中所示的电流路径状态，流过开关元件12、导体52、开关元件11以及导体51的电流下降，而流过开关元件13、导体54、二极管22和导体56的电流上升。进而，当由图6B中所示的状态变到其中的开关元件12关断和开关元件14导通的状态时，电流路径变成图6C中所示的状态。在这种状态下，电流按导体53、开关元件13、导体54、开关元件14和导体55的顺序流动。进而，由图6B中所示的电流路径变到图6C中所示的电流路径状态，流经二极管22和导体56的电流下降，而流过开关元件14和导体55的电流上升。

现在，当沿相同方向流动的两个电流彼此接近，以及其中一个上升而另一个下降时，输电母线条的电感降低，并且实现了抑制浪涌电压的优点，下面将参照如下算术公式予以解释。当两个电流i₁和i₂沿相同的方向平行流动时，围绕电流i₁产生的交链的磁通的数由如下算术公式(1)表示：

φ=L₁i₁+M₁₂·i₂               …(1)其中：L₁是电流路径的自感；M₁₂是电流i路径和电流i₂路径之间的互感。当假设两个电流i₁和i₂的正电流的方向相同时，互感M₁₂取正值。当交链的磁通数变化时，产生电动势ΔV，其由如下运算公式(2)来表示： $\mathrm{\ΔV}=-\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{dt}}=-L_1\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}-M_{12}\frac{{\mathrm{di}}_2}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

根据以上运算公式(2)，可以理解，当电流变化时，在L₁的回路中感应电动势ΔV。该由于转换开关元件产生的浪涌电压就是由该变化电动势ΔV引起的。下面，假设电流按照如下的运算公式(3)所表示的关系变化： $\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=-\frac{{\mathrm{di}}_2}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

即，假设一种状况为i₁和i₂的其中一个电流上升，则另一个下降。在这种状况下，电动势ΔV用如下运算公式(4)来表示： $\mathrm{\ΔV}=-(L_1-M_{12})\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

由于按照上面定义，互感M₁₂为正，故L₁和M₁₂之间的差与自感L₁比较是很小的。即，由运算公式(4)所表示的电动势ΔV与其中电流i₁单独变化的状况相比是很小的。此外，当两个电流路径彼此靠近时，L₁和M₁₂的数值也接近，因此，可以进一步降低电动势ΔV。

正如前面所解释的。在本实施例中，当开关元件进行转换时，流经导体56的电流或者上升或者下降。此外，当开关元件进行转换时，流经导体51到55的电流以与流经导体56的电流的变化相反的方式变化，或者上升或者下降。因此，根据本发明通过将导体51到55靠近导体56上方配置，可以将上升的电流回路和下降的电流回路位置靠近。因此，降低了导体的电感并抑制了浪涌电压，对此下面将参照附图进行详细介绍。

图7A和7B表示在图1中所示的功率逆变器中的与图5A所示状态相对应的电流路径；图7C和7D表示在图1中所示的功率逆变器中的暂态电流路径变化，是当由图5A中所示的电流路径变化到图5B中所示的电流路径时产生的。此外，图7A和7C表示在导体56中的电流路径，图7B和7D表示在导体51到55中的电流路径。

正如前面解释的，在图5A中所示的状态下，电流按照如下顺序由电容器13经过导体51，开关元件11、导体52、开关元件12和导体53流到AC端Tout。因此，如在图7A中所示没有电流流过导体56，如图7B中所示沿箭头方向电流流径导体51到53。

当电流路径由图5A所示由于转换开关元件而变化到图5B所示时，流经导体51和开关元件11的电流下降，而流经导体56和二极管21的电流上升。即，图7C中的电流(1)上升，在图7D中的电流(2)下降。此外，为什么通过导体56的电流路径取为(1)所示部分的原因在于，由于在图7D中的电流(2)下降，直接位于导体56下方的电流(2)对导体56中的一部分，即与电流(1)相对应的部分产生电磁感应，该电流被集中在电流(1)中的该部分。由于电磁感应作用，该电流被集中，从而使围绕的磁通维持恒定。此外，这种电流集中的现象是一种暂态现象，当在转换开关元件之后经过预定时间时，电流流动散布在导体56的整个范围内。

正如上面解释的，在本实施例中，上升的电流(1)和下降的电流(2)可以位置靠近。两个电流的流动方向是相同的，因而，电流变化速率满足由运算公式(3)所表示的条件。此外，两个电流路径(1)和(2)的自感变得基本相等。因此，当电流路径通过转换开关元件由图5A所示的变到由图5B所示的时所引起的浪涌电压被抑制使之降低。

此外，由于与当电流路径由图5A所示的变为图5B所示的电流路径时基本相同的作用，使当电流路径由图6C中所示的变为图6B中所示的电流路径时所引起的浪涌电压被抑制使之降低。

此外，为了抑制当转换开关元件11时引起的浪涌电压和当转换开关元件14时引起的浪涌电压，在本实施例中，在开关元件11到14之中在最高电压侧的开关元件11和在最低电压侧的开关元件14分别靠近电容器31和32设置。采用这种措施，可以抑制由于转换开关元件11和14所引起的浪涌电压。此外，通过将最高电压侧的开关元件11和在最低电压侧的开关元件14靠近电容器31和32设置，导体51和55的长度缩短，这也有助于降低浪涌电压。

在本实施例中，在开关元件11的负端E和开关元件12的正端C之间的导体2连接到二极管21的阴极端K。按照这种结构，即使当开关元件11进行转换时，在二极管21和开关元件12之间的电流可以保持恒定，导体52上电流变化的部分限于在开关元件11和二极管21之间。通过缩短电流变化的部分，防止浪涌电压增加。此外，在开关元件11的负端E和二极管21的阴极端K之间输电长度越短，由于开关元件11的转换引起的电流变化的部分就越少，因此，进一步抑制浪涌电压，使之降低。按照相似的方式，由于在本实施例中二极管22的阳极端A连接到导体54的中间部分，可防止由于转换开关元件14引起的浪涌电压的增加。另外，如果开关元件11的负端E连接到导体52的中心，二极管21的阴极端K和开关元件12的正端C连接到导体52的对应端，同样抑制浪涌电压。再者，通过改变在导体54处的对应元件的位置，以及如果开关元件14的正端C连接到导体54的中心部分和二极管22的阳极和开关元件13的负端E连接到导体54的对应端，也可以抑制浪涌电压。

图8A和8B表示在图1中所示的功率逆变器装置中对应于图6B中所示状态的电流路径；图8C和8D表示在图1中所示的功率逆变器装置中对应于图6A所示状态的电流路径。此外，图8A和8C表示在导体56中的电流路径，图8B和8D表示在导体51到55中的电流路径。

正如前面所解释的。在图6B所示的状态中，电流按如下顺序由AC端Tout经过导体53、开关元件13、导体54、二极管22和导体56流到电容器31和32。相应地，如图8A中所示，电流由二极管22的阴极端K沿箭头的方向通过导体56的整个表面流到电容器31和32；以及该电流沿图8A中所示的箭头方向流过导体53和54。

在图8A和8B中，直接在流经导体53和54的电流(2)的下方，电流(1)沿相反的方向流过导体56。当对在靠近流动的部分中的电流求和，并各电流流动作为一个整体考虑时，电流流动的方式如在图9A中所示。另一方面，在图8C中表示没有电流通过导体56，在图8D中，电流沿箭头的方向流过导体51、导体52和导体53。因此，在这种状态下，作为一个整体看的电流流动集中在导体51、52和53中，如在图9B中所示。

即，当由于关断开关元件13所引起的电流的暂态变化时，在如图9A所示的在各导体的整个表面范围内散布流动的各电流中间，在导体54侧流动的电流下降，而在导体52侧的电流上升，最终仅通过导体51到53流过电流，如图9B所示。当如上所述电流或者上升或者下降时，与电流变化相关联磁通也或者上升或者下降，然而，由于沿抵消磁通上升或者下降方向的电磁感应作用，电流通过导体56流动。即，在导体54侧，由于从开关元件13向开关元件14流动的电流的下降，磁通也下降，然而，由于电磁感应作用引起的电动势的作用，沿抵消磁通降低方向的电流，即由开关元件13到开关元件14的电流通过导体56流动。

在导体56中这样引起的电流沿在图9C中所示的箭头方向沿导体56构成涡流环路。由于这一涡流使在导体52侧的磁通增加，感应的电动势产生沿抵消磁通增加的方向的电流。即，感应的电动势产生一沿从开关元件12到开关元件11方向流动的电流。此外，正如前面解释的，在导体52侧，沿由开关元件12向开关元件11方向流动的电流上升，感应一沿抵消该上升方向的电动势，使电流沿从开关元件11到开关元件12的方向流动。由于与电流上升相关联所感应的电动势的极性和由涡流电流感应的电动势的方向是相反的，两者互相抵消。即，通过涡流电流的介入，在导体54侧由于电流下降感应的电动势和在导体52侧由于电流上升感应的电动势彼此抵消，因此，抑制了由于这些电动势引起的浪涌电压。

此外，由于按当由图6B向图6A中所示的电流路径变化时的基本相同的作用，当由图5B向5C所示的电流路径变化时所感应的浪涌电压被抑制，使之降低。

根据本实施例，正如前面解释的，在关于中性点箝位的三电平式逆变器装置所需的多个板形导体中间，仅加大导体56就足够了，其余的导体51到55可按它们所需最小尺寸构成。由于这一原因，成组的输电母线条的结构可以简化，其重量可以降低。此外，由于其它的导体51到55配置在导体56的主表面侧的上方，成组的输电母线条的结构进一步简化。

此外，根据本实施例，由于接入中性点电压的导体56被加大，以及其它的导体51到55设置在导体56表面的上方，施加在导体56和导体51到55之间的稳态电压为由整流器9输出的DC电压的二分之一。因此，可以使用具有低的绝缘承受电压的较低价格的绝缘材料作为要插入在各导体之间的绝缘材料。

在本实施例中，导体51到55与导体56通过在导体之间形成空气层而相互隔离。另外，可以在导体之间插入比空气层具有更高绝缘性能的板形绝缘材料，通过利用层叠的导体板，其中绝缘材料和多个输电母线条整体固定，可以实现输电。在这种状态下，由于绝缘材料的绝缘性能更高，各导体之间的距离可缩短，因此，可以将在换向周期过程中其中一个电流上升而另一电流下降的两个电流位置进一步靠近。因此，可以进一步抑制浪涌电压。

此外，由于在本实施例中电流路径的变化与其中设有浪涌电压抑制电路例如阻尼电路的状况基本上相同，根据本实施例的结构可适用于装有浪涌电压抑制电路例如阻尼电路的场合，因此阻尼电路可以以降低损耗和尺寸的方式实现。因此，可以提供低损耗和高效率的功率逆变器装置。

再者，虽然在本实施例中，例举的滤波用电容31和32配置靠近该包括开关元件11到14以及二极管21和22的功率逆变器，但在没有采用滤波用电容器的情况下，DC电压母线条连接到导体51、55和56的端部，也同样可以降低导体51到56的电感，可以抑制浪涌电压。

正如前面已经解释的，根据本发明的第一方面，可以降低在转换半导体开关元件的过程中产生的浪涌电压。

根据本发明的第二方面，提高了该装置的机械稳定性。

根据本发明的第三方面，可以简化功率逆变器装置的结构。

Claims (33)

1．一种功率逆变器装置，通过利用板形导体将多个半导体开关元件、二极管和电容器连接构成，其特征在于，多个板形导体包括：一个板形导体，其在任一半导体开关元件进行转换之前和之后都无电流通过，并且在一第一板形导体上方，该第一板形导体在所有半导体开关元件转换或者之前或者之后流过电流；其余的板形导体经过绝缘材料安装。

2．一种中性点箝位的三电平式功率逆变器装置，其包括：第一到第四半导体开关元件；第一板形导体，将第一半导体开关元件和第二半导体开关元件串联；第二板形导体，具有AC端，将第二半导体开关元件和第三半导体开关元件串联；第三板形导体，将第三半导体开关元件和第四开关元件串联；一电容器，具有的中央电压点，其与经过第四和第五板形导体串联的第一到第四半导体开关元件相并联；第一二极管，它的一端经过第六板形导体连接到电容器的中间电压点，它的另一端连接到第一板形导体，连接极性使来自电容器的中间电压点的正向电流流向第一板形导体；以及第二二极管，它的一端连接到第六板形导体，它的另一端连接到第三板形导体，连接极性使来自第三板形导体的正向电流流向电容器的中间电压点；其特征在于，第一到第五板形导体经过绝缘材料配置在第六板形导体的上方。

3．根据权利要求2所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一到第五板形导体配置在一公共的平面内。

4．根据权利要求2所述的功率逆变器装置，其特征在于，该绝缘材料是空气层。

5．根据权利要求3所述的功率逆变器装置，其特征在于，该绝缘材料是空气层。

6．根据权利要求2所述的功率逆变器装置，其特征在于，在多个半导体开关元件之中，在最高电压侧的一个半导体开关元件和在最低电压侧的一个半导体开关元件靠近电容器配置。

7．根据权利要求3所述的功率逆变器装置，其特征在于，在多个半导体开关元件之中，在最高电压侧的一个半导体开关元件和在最低电压侧的一个半导体开关元件靠近电容器配置。

8．根据权利要求4所述的功率逆变器装置，其特征在于，在多个半导体开关元件之中，在最高电压侧的一个半导体开关元件和在最低电压侧的一个半导体开关元件靠近电容器配置。

9．根据权利要求5所述的功率逆变器装置，其特征在于，在多个半导体开关元件之中，在最高电压侧的一个半导体开关元件和在最低电压侧的一个半导体开关元件靠近电容器配置。

10．根据权利要求2所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

11．根据权利要求3所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件之间的第一二极管的连接点。

12．根据权利要求4所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

13．根据权利要求5所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

14．根据权利要求6所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

15．根据权利要求7所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

16．根据权利要求8所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

17．根据权利要求9所述的功率逆变器装置，其特征在于，第一板形导体设有一用于在第一半导体开关元件的连接点和第二半导体开关元件的连接点之间的第一二极管的连接点。

18．根据权利要求2所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

19．根据权利要求3所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

20．根据权利要求4所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

21．根据权利要求5所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

22．根据权利要求6所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

23．根据权利要求7所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

24．根据权利要求8所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

25．根据权利要求9所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

26．根据权利要求10所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

27．根据权利要求11所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

28．根据权利要求12所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

29．根据权利要求13所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

30．根据权利要求14所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

31．根据权利要求15所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

32．根据权利要求16所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

33．根据权利要求17所述的功率逆变器装置，其特征在于，第三板形导体设有一用于在第三半导体开关元件的连接点和第四半导体开关元件的连接点之间的第二二极管的连接点。

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