DE19758592B4

DE19758592B4 - Verwendung von Schaltmodulen in einem Leistungsumrichter

Info

Publication number: DE19758592B4
Application number: DE19758592A
Authority: DE
Inventors: Mami Mizutani
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2017-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltmodul (SM1, SM5) für einen Leistungsumrichter mit einem Modulgehäuse (SM1). Das Modul umfaßt einen ersten IBGT-Schalter (S1; S3), einen zweiten IBGT-Schalter (S2; S4), wobei der Emitter des ersten IGBT-Schalters (S1; S3) und der Kollektor des zweiten IGBT-Schalters (S2; S4) an einem Verbindungspunkt zusammengeschaltet sind, eine Diode (Dc1; Dc2), die an ihrem einen Ende mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Anschluß DOLLAR I1 der mit dem Kollektor des ersten IGBT-Schalters (S1; S3) verbunden ist, einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Anschluß DOLLAR I2 der mit dem Emitter des zweiten IGBT-Schalters (S2; S4) verbunden ist, und einen am Gehäuse vorgesehenen dritten externen Anschluß DOLLAR I3 der mit dem anderen Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) verbunden ist. Die ersten bis dritten Anschlüsse DOLLAR I4 sind im Zentrum der Oberfläche des Gehäuses in gleichen Abständen angeordnet. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines derartigen Schaltmoduls in einem neutralpunktgeklemmten Leistungsumrichter.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Schaltmodulen in einem Leistungsumrichter.

Die EP 0 533 158 A2 zeigt in der dortigen 3B ein Schaltmodul mit zwei in Reihe geschalteten IGBTs, jeweils mit einer antiparallel geschalteten Diode. Des weiteren ist eine Diode mit dem Verbindungspunkt der beiden IGBTs verbunden. Anschlüsse der IGBTs und der Diode sind durch das Modul nach außen geführt.

Die DE 37 43 437 C1 zeigt in der dortigen 2 eine ähnliche Reihenschaltung aus, zwei Thyristoren, wobei an die Endpunkte dieser Reihenschaltung, sowie an den Verbindungspunkt der Thyristoren, jeweils eine Diode angeschaltet ist.

Ein anderes aus einer einzigen Selbstausschalt-Einrichtung aufgebautes Schaltmodul SM0 ist in 25 gezeigt. Dieses Schaltmodul SM0 besteht aus einer einzigen Selbstausschalt-Einrichtung S1, wie zum Beispiel eine IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), und einer einzigen freilaufenden Diode D1, die antiparallel mit der Selbstausschalt-Einrichtung S1 verbunden ist. Ein Kollektoranschluß (ein positiver Seitenanschluß) der Selbstausschalt-Einrichtung S1 ist als ein erster externer Anschluß 1 herausgeführt und ein Emitteranschluß (ein negativer Seitenanschluß) der Selbstausschalt-Einrichtung S1 ist als ein zweiter externer Anschluß 2 herausgeführt und weiter sind Gatesignal-Anschlüsse 30 für die EIN/AUS-Steuerung der Selbstausschalt-Einrichtung S1 aus dem Schaltmodul SM0 herausgeführt.

Ein Beispiel eines Aufbaus eines herkömmlichen, im Neutralpunkt geklemmten Leistungsumrichters ("neutral point clamped power converter", im weiteren als "NPC Wechselrichter" bezeichnet) für eine Phase, der aus solchen Schaltmodulen SM0 aufgebaut ist, ist in 26 gezeigt. Des weiteren ist ein Schaltungsaufbaudiagramm des in 26 gezeigten NPC Wechselrichters in 27 dargestellt.

Der in den 26 und 27 veranschaulichte NPC Wechselrichter ist aus 4 Stück der serienverbundenen Schaltmodulen SM01-SM04 aufgebaut, die jeweils eine einzige Selbstausschalt-Einrichtung S1, S2, S3 und S4 umfassen und eine einzige freilaufende Diode D1, D2, D3 und D4, die jeweils antiparallel mit ihnen verbunden sind. Die Schaltmodule SM01-SM04 sind in Serie durch das Verbinden eines externen Anschlusses 2 von dem Schaltmodul der positiven Seite mit dem externen Anschluß 1 des Schaltmoduls der negativen Seite verbunden. Des weiteren ist jede der Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2, S3 und S4 parallel mit einer Dämpfungsschaltung verbunden. Jede der Dämpfungsschaltungen umfaßt eine Dämpfungsdiode Ds, einen Dämpfungskondensator Cs, der in Serie mit der Dämpfungsdiode Ds verbunden ist, und einen Dämpfungswiderstand Rs, der parallel mit der Dämpfungsdiode Ds verbunden ist. Numerische Codes 1–4, die den Einrichtungen zugeordnet sind, bezeichnen entsprechende Module SM01-SM04. Zwischen einem Verbindungspunkt von den Schaltmodulen SM01 und SM02 und einem Verbindungspunkt von den Schaltmodulen SM03 und SM04 sind Klemmdioden Dc1 und Dc2 in entgegengesetzter Richtung zu der Polarität der Selbstausschalt-Einrichtungen S1-S4 in Serie angeschlossen. Von einer Gleichspannungsquelle (Spannung Vd = Vd1 + Vd2), die Kondensatoren Cp1 und Cp2 mit Spannungen Vd1 und Vd2 umfaßt, sind ein positiver Seitenanschluß 10, ein Nullspannungsanschluß 11 und ein negativer Seitenanschluß 12 herausgeführt. Vier Stück serienverbundene Schaltmodule SM01-SM04 sind zwischen den positiven und negativen Seitenanschlüssen 10 und 12 durch Leitungsinduktanzen L1, L3 verbunden. Des weiteren ist der Verbindungspunkt von den Klemmdioden Dc1, Dc2 mit dem Nullspannungsanschluß 11 verbunden und eine Leitungsinduktanz L2 ist hier aufgezeigt. Von dem Verbindungspunkt von beiden Schaltmodulen SM02 und SM03 ist ein Ausgangsanschluß 20 von dem NPC Wechselrichter herausgeführt.

Als nächstes wird die Betriebsweise von dem in den 26 und 27 dargestellten NPC Wechselrichter beschrieben.

Ein Beispiel von den Verhältnissen des Schaltbetriebs und der Spannungspegel der Selbstausschalt-Einrichtungen S1-S4 ist unten gezeigt. Dieser NPC Wechselrichter gibt eine Spannung Vd1 aus, wenn die Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 EIN sind, gibt eine Nullspannung aus, wenn Selbstausschalt-Vorrichtungen S2 und S3 EIN sind, und gibt eine Spannung –Vd2 aus, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 EIN sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß Vd1 = Vd2 = Vd/2.

In dem NPC Wechselrichter wird zum Beispiel, wenn die Selbstausschalt-Einrichtungen S1 bis S3 gleichzeitig EIN geschaltet werden, ein Kurzschluß der Gleichspannung Vd1 entlang dem Verbindungsweg (in the route) der Selbstausschalt-Einrichtungen S1-S2-S3 und Klemmdiode Dc2 gebildet, und ein übermäßiger Kurzschlußstrom fließt durch die Einrichtungen in dem Kurzschluß. Um diesen Kurzschlußstrom zu verhindern, werden Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S3 wechselseitig (gegensinnig) betrieben (wenn eine davon auf EIN ist, ist die andere auf AUS) und die Selbstausschalt-Einrichtungen S2 und S4 werden ebenso wechselseitig betrieben.

Als nächstes wird der Betrieb der in den 26 und 27 gezeigten Dämpfungsschaltungen beschrieben. Jede der Dämpfungsschaltungen ist nahe den entsprechenden Selbstausschalt-Einrichtungen S1-S4 angeordnet, um den Einfluß von Leitungsinduktanzen zu reduzieren. Wenn eine Selbstausschalt-Einrichtung S1 in einem Zustand in dem Strom durch eine Leitungsinduktanz L1 und Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 fließt, ausgeschaltet worden ist, lädt die restliche Energie der Leitungsinduktanz L1 einen Dämpfungskondensator Cs1 über eine Dämpfungsdiode Ds1 wie in 28 gezeigt. Die Spannung von einem Kondensator Cs1 wird die Summe von einer Gleichspannung Vd1 und der Spannung von der Restenergie von der Leitungsinduktanz L1. Die Ladung in dem Dämpfungskondensator Cs1 wird entlang des Verbindungswegs von Dämpfungskondensator Cs1 → Dämpfungswiderstand Rs1 → Selbstausschalt-Einrichtung S1 entladen, wenn die Selbstausschalt-Einrichtung S1 als nächstes eingeschalten wird, und die Ladung in dem Dämpfungskondensator Cs1 fällt nahezu auf Null. Dies gilt ebenso für andere Selbstausschalt-Einrichtungen S2-S4, wie in 29 gezeigt. In einem Schaltmodul SM0, wie in 25 gezeigt, wird die Verdrahtungslänge zwischen Selbstausschalt-Einrichtung S1 und freilaufender Diode D1, die antiparallel dazu angeordnet ist, kurz und die Leitungsinduktanz dazwischen kann reduziert werden. Die Induktanz von Verdrahtungen, die zwischen Faltmodul SM0 und anderen Einrichtungen benötigt werden, kann aber nicht reduziert werden. Des weiteren wird in einem Fall, in dem die Dämpfungsschaltung in einer Schaltungsanordnung wie in 27 ist, die gesamte Dämpfungsenergie von Dämpfungswiderständen Rs1-Rs4 verbraucht, und deshalb wird ihre Leistungsfähigkeit schlechter.

In einem Versuch, dieses Problem zu lösen, wird eine verlustarme Dämpfungsschaltung für NPC Wechselrichter vorgeschlagen (1995, National Convention of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Report, Nr. 5, Seite 320, 1178: "Clamp-Snubber for 3-Level-Inverter"). Diese vorgeschlagene Dämpfungsschaltung ist in 30 gezeigt. 30 zeigt ein Beispiel einer Hauptschaltungsanordnung für eine einzelne Phase von einem NPC Wechselrichter unter Verwendung solcher verlustarmer Dämpfungsschaltungen. Des weiteren wird für die in 30 gezeigte Schaltung ein Beispiel von einer Hauptschaltungsanordnung für eine einzelne Phase von einem NPC Wechselrichter, angewandt mit herkömmlichen, in 25 gezeigten Schaltmodulen SM0, in 31 gezeigt. In den 30 und 31 wurden Dämpfungsdioden Ds1-Ds4, Ds22 und Ds32, Dämpfungskondensatoren Cs1-Cs4 und Dämpfungswiderstände Rs1-Rs4 als Dämpfungs-Schaltungselemente für die entladenden Dämpfungsschaltungen des in den 26 und 27 gezeigten NPC Wechselrichters hinzugefügt.

Der Betrieb von dem NPC Wechselrichter, der verlustarme Dämpfungsschaltungen, die in 30 und 31 gezeigt sind, verwendet, wird beschrieben. Wenn eine Selbstausschalt-Einrichtung S1 in einem Zustand, worin Strom über eine Leitungsinduktanz L1 und Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 fließt, ausgeschaltet wird, steigt die Spannung von der Selbstausschalt-Einrichtung S1 durch die Restenergie von der Leitungsinduktanz L1. Wenn die Spannung von der Selbstausschalt-Einrichtung S1 über die Spannung von einem Dämpfungskondensator Cs1 hinausgeht, wird eine Vorwärtsspannung an die Dämpfungsdiode Ds1 angelegt und die Dämpfungsdiode Ds1 geht in den EIN Status. Als Ergebnis daraus, fließt die Restenergie der Leitungsinduktanz L1 in den Dämpfungskondensator Cs1. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Spannung von dem Dämpfungskondensator Cs1 höher steigt als die Gleichspannung Vd1, wird übermäßige Spannung von dem Dämpfungswiderstand Rs1 entladen, so daß die Spannung von dem Dämpfungskondensator Cs1 gleich der Spannung Vd1 wird.

Diese Zustände sind in 32 und 33 gezeigt. Die Spannung von dem Dämpfungskondensator Cs1 wird auf die Selbstausschalt-Einrichtung S1 angewendet, und dann wird die Gleichspannung Vd1 ständig darauf angewendet. Wenn Selbstausschalt-Einrichtung S1 eingeschaltet wird, entlädt sich der Kondensator Cs1 nicht und wird an die Gleichspannung Vd1 geklemmt gehalten. Deshalb wird eine übermäßige Spannung nur zu dem Zeitpunkt des Ausschaltens durch die Dämpfungswiderstände Rs1 entladen, so daß eine verlustarme Dämpfungsschaltung realisiert werden kann.

Als nächstes wird der Betrieb, wenn die Selbstausschalt-Einrichtung S2 ausgeschaltet ist, beschrieben. Wenn die Selbstausschalt-Einrichtung S2 in einem Zustand ausgeschaltet wird, worin die Selbstausschalt-Einrichtung S2 in einem EIN Zustand ist und der Strom durch die Leitungsinduktanz L2, Klemmdiode Dc1 und Selbstausschalt-Einrichtung S2 fließt, wird die Spannung von der Selbstausschalt-Einrichtung S2 von der Restenergie von der Leitungsinduktanz L2 erhöht. Wenn eine Anschlußspannung von der Selbstausschalt-Einrichtung S2 über die Spannung von einem Dämpfungskondensator Cs2 hinausgeht, geht die Dämpfungsdiode Ds2 in den EIN Zustand und die Restenergie von der Leitungsinduktanz L2 fließt in den Dämpfungskondensator Cs2. Als Ergebnis daraus, steigt die Spannung von dem Dämpfungskondensator Cs2 und der Dämpfungskondensator Cs2 wird geladen gehalten, da es sogar wenn die Spannung von dem Dämpfungskondensator Cs2 höher wird als die Gleichspannung Vd2, keinen Platz gibt, wo die Ladung hingehen kann. Das Schaltungsdiagramm in diesem Zustand ist in 34 gezeigt.

35 zeigt den Verbindungsweg zur Entladung überladener Ladung von dem Dämpfungskondensator Cs2. Wenn die Selbstausschalt-Einrichtung S2 als nächstes eingeschaltet wird, ist die Selbstausschalt-Einrichtung S3 gemäß der oben beschriebenen Schaltsteuerung ebenso in dem EIN Zustand. Der Entlade-Verbindungsweg ist in der Reihenfolge von Dämpfungskondensator Cs2 → Selbstausschalt-Einrichtung S2 → Selbstausschalt-Einrichtung S3 → Klemmdiode Dc2 → Gleichspannungsquelle Cp2 → Dämpfungsdiode Ds22 → Dämpfungswiderstand Rs2. Die Spannung von dem Dämpfungskondensator Cs2 ist an eine Spannung Vd2 geklemmt und nur eine Spannung, die über die Spannung Vd2 hinausgeht, wird über den Dämpfungswiderstand Rs2 entladen. Dies ist ebenso das Gleiche in den Dämpfungsschaltungen von den Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4.

Für die herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen, die in den 30 und 31 gezeigt sind, werden Dämpfungsdioden Ds22 und Ds32 neu benötigt. Der Betrieb dieser Dioden Ds22 und Ds32 wird in dem folgenden beschrieben. Zum Beispiel, wenn die Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem EIN Zustand sind, wird das Potential an dem positiven Seitenanschluß von der Selbstausschalt-Einrichtung S2, das heißt an einem Ende von dem Dämpfungskondensator Cs2, gleich dem Potential an dem positiven Seitenanschluß 10 von der Gleichspannungsquelle. Unter der Annahme, daß es keine Dämpfungsdiode Ds22 gibt, wird das Potential an dem anderen Ende von dem Dämpfungskondensator Cs2 gleich dem Potential an dem negativen Seitenanschluß 12 von der Gleichspannungsquelle. Das heißt, die Dämpfungsdiode Ds22 ist notwendig, um den Zustand zu verhindern, daß die gesamte Spannung von der Gleichspannungsquelle auf die Dämpfungskondensatoren Cs2 angewendet wird, das heißt, daß die gesamte Spannung von der Gleichspannungsquelle auf die Selbstausschalt-Einrichtung S2 angewendet wird. In der gleichen Art und Weise verhindert die Dämpfungsdiode Ds32 die Anwendung von der gesamten Spannung von der Gleichspannungsquelle auf die Selbstausschalt-Einrichtung S3.

In dem Schaltungsaufbau von dem NPC Wechselrichter unter Verwendung von herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen wie in den 30 und 31 gezeigt, gibt es das Problem, daß die Kombination von den Selbstausschalt-Einrichtungen bei dem EIN/AUS-Schalten die Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2, Selbstausschalt-Einrichtungen S2 und S3, und Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 sein müssen. Hierzu ein Beispiel von einem anderen Schaltsteuersystem, das in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. Hei, 4-295279 veröffentlicht wurde.

Gemäß diesem Steuersystem ist es möglich, die Verluste zu reduzieren, indem unnötige Schaltvorgänge dadurch beseitigt werden, daß Selbstausschalt-Einrichtungen nur dann eingeschaltet werden, wenn dies abhängig von der Ausgangsstromrichtung nötig ist. Das heißt, wenn der Ausgangsstrom positiv ist, sind die Selbstausschalt- Einrichtungen S1 und S2 EIN und der Ausgangsstrompegel ist Vd1 (V2/2);
wenn der Ausgangsstrom positiv ist, ist die Selbstausschalt-Einrichtung S2 EIN und der Spannungspegel ist 0 Volt;
wenn der Ausgangsstrom negativ ist, ist die Selbstausschalt-Einrichtung S3 EIN und der Spannungspegel ist 0 Volt; und
wenn der Ausgangsstrom negativ ist, sind die Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 EIN und der Spannungspegel ist -Vd2 (= –Vd/2).

Mit anderen Worten, wenn der Ausgangsstrom positiv ist, werden die Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 auf AUS gehalten, so daß das unnötige Schalten derselben nicht ausgeführt wird. Des weiteren, wenn der Ausgangsstrom negativ ist, werden die Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 auf AUS gehalten und es wird kein unnützes Schalten derselben ausgeführt. Dadurch können die Schaltverluste verringert werden.

Jedoch tritt, wenn versucht wird, dieses Steuersystem auf den NPC Wechselrichter der herkömmliche verlustarme Dämpfungsschaltungen die in den 30 und 31 gezeigt sind, zu verwenden, ein Problem auf, das im folgenden beschrieben wird.

Wenn zum Beispiel der Ausgangsstrom positiv ist, kann es notwendig sein, die Selbstausschalt-Einrichtung S2 einzuschalten, während die Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 in dem AUS Zustand gehalten werden. In diesem Fall, sogar wenn die Selbstausschalt-Einrichtung S2 eingeschalten ist, wird dadurch, daß die Selbstausschalt-Einrichtung S3 in dem AUS Zustand gehalten wird, keine übermäßige Spannung von einem Dämpfungskondensator Cs2 entladen. Deshalb steigt die Spannung von dem Dämpfungskondensator Cs2 jedesmal, wenn die Selbstausschalt-Einrichtung S2 ausgeschalten wird, und letztlich ist der Dämpfungskondensator Cs2 bis zu der gesamten Spannung (Vd = Vd1 + Vd2) von der Gleichspannungsquelle geladen. Als Ergebnis daraus wird die Spannung der Selbstausschalt-Einrichtung S2 eine Überspannung. Es ist daher schwierig, das oben beschriebene Steuersystem auf den NPC Wechselrichter mit den in den 30 und 31 gezeigten Dämpfungsschaltungen anzuwenden.

Das herkömmliche Schaltmodul und der herkömmliche Leistungsumrichter, die obenstehend beschrieben worden sind, haben die folgenden Probleme.

1. Wenn ein Leistungsumrichter unter Verwendung von herkömmlichen Schaltmodulen aufgebaut wird, werden die externen Verdrahtungen lang, Leitungsinduktanzen erhöhen sich, und als Ergebnis daraus ergeben sich Probleme in dem Betrieb der Schaltung.
2. Um einen Einfluß von Leitungsinduktanzen zu reduzieren, ist es notwendig, eine Dämpfungsschaltung so nahe wie möglich bei einem Schaltmodul anzuordnen, und dadurch ist die Dämpfungsschaltungs-Anordnung eingeschränkt.
3. Eine herkömmliche Dämpfungsschaltung, die nahe bei einem Schaltmodul angeordnet ist, hat große Verluste und somit wird die Leistungsfähigkeit von einem Leistungsumrichter schlechter. In Verbindung damit steigt die Größe der benötigten Kühleinrichtungen.
4. Ein neutralpunktgeklemmter Leistungsumrichter, der mit einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung ausgerüstet ist, weist Einschränkungen bezüglich der Schaltsteuerung auf und es kann der Fall auftreten, daß die Selbstausschalt-Einrichtungen abhängig von einem Steuersystem einer übermäßigen Spannung ausgesetzt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend ist es die Aurgabe der Erfindung, einen Leistungsumrichter mit kleiner Größe und guten elektromagnetischen Verhältnissen bereitzustellen.

Diese Aufgabe der Erfindung Kann durch Verwendung eines Schaltmoduls erreicht werden, das eine erste Selbstausschalt-Einrichtung umfaßt, eine zweite Selbstausschalt-Einrichtung, die in Serie mit der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, eine erste Diode, die antiparallel mit der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, eine zweite Diode, die antiparallel mit der zweiten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, und eine dritte Diode, die mit ihrer Kathode mit einem Verbindungspunkt von der ersten und zweiten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist. Das Schaltmodul umfaßt des weiteren einen ersten externen Anschluß, der mit einem positiven Seitenanschluß von der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, einen zweiten externen Anschluß, der mit einem negativen Seitenanschluß von der zweiten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, einen dritten externen Anschluß, der mit einer Anode von der dritten Diode verbunden ist, einen ersten externen Steueranschluß, der mit einem Steuersignalanschluß von der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, und einen zweiten externen Steueranschluß, der mit einem Steuersignalanschluß von der zweiten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Schaltmodul verwendet, das eine erste Selbstausschalt-Einrichtung umfaßt, eine zweite Selbstausschalt-Einrichtung, die in Serie mit der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, eine erste Diode, die antiparallel mit der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, eine zweite Diode, die antiparallel mit der zweiten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, und eine dritte Diode, deren Anode mit einem Verbindungspunkt der ersten und zweiten Selbstausschalt-Einrichtungen verbunden ist. Das Schaltmodul umfaßt des weiteren einen ersten externen Anschluß, der mit einem positiven Seitenanschluß von der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, einen zweiten externen Anschluß, der mit einem negativen Seitenanschluß von der zweiten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist, einen dritten externen Anschluß, der auf einer Kathode der dritten Diode verbunden ist, einen ersten externen Steueranschluß, der mit einem Steuersignalanschluß von der ersten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist und einen zweiten externen Steueranschluß, der mit einem Steuersignalanschluß von der zweiten Selbstausschalt-Einrichtung verbunden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Eine komplettere Würdigung der vorliegenden Erfindung und viele der begleitenden Vorteile davon wird mit Verweis auf die folgende detaillierte Beschreibung offenbart, insbesondere wenn diese in Verbindung der begleitenden Figuren in Erwägung gezogen wird. In den 1–1b werden die verwendeten Schaltmodule näher erläutert. Die 17–24 betreffen dagegen Leistungsumrichten in denen diese Schaltmodule verwendet werden.

1 ist ein Diagramm, das den Aufbau von einem verwendeten Schaltmodul zeigt;

2 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem Schaltmodul, das in 1 gezeigt ist, zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b) eine Frontansicht davon;

3 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem anderen verwendeten Schaltmodul zeigt;

4 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem Schaltmodul, das in 3 gezeigt ist, zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b) eine Frontansicht davon;

5 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul zeigt;

5a ist eine perspektivische Schnittansicht von dem in 5 gezeigten Schaltmodul;

6 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem in 5 gezeigten Schaltmodul zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b) eine Frontansicht davon;

7 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul zeigt;

8 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem in 7 gezeigten Schaltmodul zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b) eine Frontansicht davon zeigt;

9 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul zeigt;

10 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem in 9 gezeigten Schaltmodul zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b). eine Frontansicht davon zeigt;

11 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul zeigt;

12 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem in 11 gezeigten Schaltmodul zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b) eine Frontansicht davon zeigt;

13 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul zeigt;

14 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem in 13 gezeigten Schaltmodul zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b) eine Frontansicht davon zeigt;

15 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul zeigt;

16 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von dem in 15 gezeigten Schaltmodul zeigt, worin (a) eine Draufsicht davon zeigt und (b) eine Frontansicht davon zeigt;

17 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen NPC Wechselrichter zeigt, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist;

18 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen NPC Wechselrichter zeigt, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist;

19 ist ein Diagramm zum Erklären des Ladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 18 gezeigten NPC Wechselrichter;

20 ist ein Diagramm zum Erklären des Entladebetriebs von dem Dämpfungskondensator und dem Dämpfungswiderstand in dem in 18 gezeigten NPC Wechselrichter;

21 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen NPC Wechselrichter zeigt, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist;

22 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen NPC Wechselrichter zeigt, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist;

23 ist ein Diagramm zum Erklären des Ladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 22 gezeigten NPC Wechselrichter;

24 ist ein Diagramm zum Erklären des Entladebetriebs von dem Dämpfungskondensator und dem Dämpfungswiderstand in dem in 22 gezeigten NPC Wechselrichter;

25 ist ein Diagramm, das einen Aufbau von einem Beispiel von einem herkömmlichen Schaltmodul zeigt;

26 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel von einem herkömmlichen NPC Wechselrichter zeigt, der unter Verwendung von den Schaltmodulen, die in 25 gezeigt sind, aufgebaut ist;

27 ist ein Schaltungsdiagramm von dem in 26 gezeigten NPC Wechselrichter;

28 ist ein Diagramm zum Erklären des Ladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 27 gezeigten NPC Wechselrichter;

29 ist ein Diagramm zum Erklären des Entladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 27 gezeigten NPC Wechselrichter;

30 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel von einem herkömmlichen NPC Wechselrichter zeigt, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist;

31 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel von einem herkömmlichen NPC Wechselrichter zeigt mit dem in 30 dargestellten Schaltungsaufbau, der unter Verwendung von den in 25 gezeigten Schaltmodulen aufgebaut ist;

32 ist ein Diagramm zum Erklären des Ladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 30 gezeigten NPC Wechselrichter;

33 ist ein Diagramm zum Erklären des Entladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 30 gezeigten NPC Wechselrichter;

34 ist ein Diagramm zum Erklären des Ladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 30 gezeigten NPC Wechselrichter; und

35 ist ein Diagramm zum Erklären des Entladebetriebs von dem Dämpfungskondensator in dem in 30 gezeigten NPC Wechselrichter.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 stellt einen Aufbau von einem werwendeten Schaltmodul SM1 dar. Dieses Schaltmodul SM1 umfaßt zwei in Serie verbundene Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2, die zum Beispiel IGBTs umfassen, freilaufende Dioden D1 und D2, die jeweils antiparallel mit den Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 verbunden sind, und Klemmdiode Dc1, deren Kathode mit dem Verbindungspunkt von zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 verbunden ist. In dem Schaltmodul SM1 ist ein Kollektor von der Selbstausschalt-Einrichtung S1, der der positive Seitenanschluß ist, als erster externer Anschluß 1 herausgeführt, ein Emitter, der Selbstausschalt-Einrichtung S2, der der negative Seitenanschluß ist, ist als zweiter externe Anschluß 2 herausgeführt, die Anode von der Klemmdiode Dc1 ist als ein dritter externer Anschluß 3 herausgeführt und des weiteren sind Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 von entsprechenden Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 zu der Außenseite herausgeführt.
2 zeigt ein Beispiel von dem Aufbau von dem in 1 gezeigten Schaltmodul SM1. In 2 zeigt (a) eine Draufsicht davon und (b) zeigt eine Frontansicht davon. In 2 sind erste bis dritte externe Anschlüsse 1, 2 und 3 in dem Zentrum der Oberseite von einem Schaltmodul SM1 mit nahezu gleichen Zwischenräumen gebildet und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 auf den unteren Absatzenden (lower tier) von dem Schaltmodul SM1.
Des weiteren wird ein. Schaltmodul SM1, das mit einer Klemmdiode Dc1 ausgestattet ist, in einem neutralpunktgeklemmten Leistungsumrichter verwendet, indem es mit der positiven Seite von einer Gleichspannungsquelle verbunden wird.
Es ist möglich, Leitungsinduktanzen in der Hauptschaltung von dem Leistungsumrichter zu reduzieren, indem zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 und drei Dioden D1, D2, Dc1 zusammengelegt werden, um den Leistungsumrichter in ein einzelnes Schaltmodul SM1 zu setzen. Insbesondere ist es möglich, die Schaltmodule so auszugestalten, daß einfach eine verlustarme Dämpfungsschaltung zusammenzusetzen ist, indem die Verdrahtung zwischen Diode Dc1, die als eine Klemmdiode wirkt und dem Verbindungspunkt zwischen zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 extrem kurz gemacht wird, wodurch die gesamte Schaltung verkleinert werden kann.
3 stellt einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul SM2 dar. Im Vergleich mit dem in 1 und 2 gezeigten Schaltmodul SM1 bringt das hier gezeigte Schaltmodul SM2 besonders zur Geltung, daß der Verbindungspunkt zwischen zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 der die Kathode der Diode Dc1 ist, als ein vierter externer Anschluß 4 neu herausgeführt ist. Alles andere des Schaltmoduls SM2 ist das Gleiche wie bei Schaltmodul SM1.
4 stellt ein Beispiel von dem Aufbau von Schaltmodul SM2 dar. Es sind erste bis vierte externe Anschlüsse 1 bis 4 in dem Zentrum auf der Oberseite von dem Schaltmodul SM2 mit nahezu gleichen Zwischenräumen und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 an beiden Enden von der Oberseite von dem Schaltmodul SM2 gebildet.
Die Anordnung hat eine solche Funktion und Wirkung, daß, wenn ein Leistungsumrichter zusammengesetzt wird, nicht nur ein Dreistufen-Leistungsumrichter, sondern auch ein Zweistufen-Leistungsumrichter zusätzlich zu der Funktion und Wirkung von dem Schaltmodul der 1 zusammengesetzt werden kann, indem zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 und drei Dioden D1, D2, Dc1 in ein einziges Schaltmodul SM2 zusammengeschlossen werden und besonders durch Bereitstellung eines vierten externen Anschlusses 4. In diesem Fall wird ein vierter externer Anschluß 4 ein Ausgabeanschluß in dem Zweistufen-Leistungsumrichter.
5 stellt einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul SM3 dar. Im Vergleich mit den in 1 und 2 gezeigten Schaltmodul SM1 ist die Besonderheit von diesem Schaltmodul SM3, daß eine vierte Diode Ds1, deren Anode mit dem positiven Seitenanschluß verbunden ist, wobei das der Kollektor von der Selbstausschalt-Einrichtung S1 ist und eine fünfte Diode Ds2, deren Kathode zu dem negativen Seitenanschluß verbunden ist, zusätzlich zur Verfügung gestellt werden, wobei dies der Emitter von der Selbstausschalt-Einrichtung S2 ist. Des weiteren ist die Kathode von der Diode Ds1 als ein vierter externer Anschluß 4 herausgeführt und die Anode von der Diode Ds1 ist als ein fünfter externer Anschluß 5 herausgeführt.
6 zeigt ein Beispiel von dem Aufbau von Schaltmodul SM3. Es sind erste bis fünfte externe Anschlüsse 1 bis 5 in dem Zentrum von der Oberseite von dem Schaltmodul SM3 mit nahezu gleichen Zwischenräumen, und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 an beiden Enden von der Oberseite von dem Schaltmodul SM3 gebildet.
Es ist möglich, Leitungsinduktanzen in der Schaltung zu reduzieren, indem zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 und fünf Dioden D1, D2, Dc1, Ds1 und Ds2 zusammengeschlossen werden, um einen Leistungsumrichter in einem einzelnen Schaltmodul SM3 aufzubauen. Insbesondere ist es möglich, die Verdrahtung zwischen dritter Diode Dc1, die als eine Klemmdiode wirkt und vierten und fünften Dioden Ds1, Ds2, die als Dämpfungsdioden wirken, und dem Verbindungspunkt von zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 extrem kurz zu machen und die gesamte Schaltung zu verkleinern und des weiteren eine verlustarme Dämpfungsschaltung zusammenzusetzen.
7 stellt einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul SM4 dar. Im Vergleich mit dem in 5 und 6 gezeigten Schaltmodul SM3 weist dieses Schaltmodul SM4 die Besonderheit auf, daß der Verbindungspunkt von Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2, wobei das die Kathode der Diode Dc1 ist, als sechster externer Anschluß 6 herausgeführt ist. Alles andere des Schaltmoduls SM4 ist das gleiche wie bei Schaltmodul SM3.
8 zeigt ein Beispiel von dem Aufbau von Schaltmodul SM4. Es sind erste bis sechste externe Anschlüsse 1-6 auf dem Zentrum von der Oberfläche von dem Schaltmodul SM4 mit nahezu gleichen Zwischenräumen, und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 an beiden Enden von der Oberseite von dem Schaltmodul SM4 gebildet.
Im Vergleich mit dem in 5 und 6 gezeigten Schaltmodul SM3 ist das Schaltmodul SM4 besonders mit einem externen Anschluß 6 ausgestattet und ist in der Lage, nicht nur einfach einen Dreistufen-Leistungsumrichter, sondern ebenso einen Zweistufen-Leistungsumrichter zu bilden, wenn ein Leistungsumsetzer unter Verwendung von Schaltmodulen SM4 zusammengesetzt wird.
9 stellt einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul SM5 dar.
Dieses Schaltmodul SM5 ist äquivalent zu dem in 1 und 2 gezeigten Schaltmodul SM1, welches mit einer Diode Dc2 anstatt einer Diode DC1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Polarität von Diode DC1 ausgestattet ist. D.h., Schaltmodul SM5 umfaßt zwei in Serie verbundene Selbstausschalt-Einrichtungen S3, S4, freilaufende Dioden D3, D4, die jeweils antiparallel mit Selbstausschalt-Einrichtungen S3, S4 verbunden sind, und Klemmdiode Dc2, deren Anode mit dem Verbindungspunkt von zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 verbunden ist. In diesem Schaltmodul SM5 ist der Kollektor, wobei das der positive Seitenanschluß ist, von der Selbstausschalt-Einrichtung S3 als ein erster externer Anschluß 1 auf die Außenseite herausgeführt, der Emitter, wobei das der negative Seitenanschluß von Selbstausschalt-Einrichtung S1 ist, ist als ein zweiter externer Anschluß 2 herausgeführt, die Kathode von Klemmdiode Dc2 ist als ein dritter externer Anschluß 3 herausgeführt und des weiteren sind Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 von jeweiligen Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 zu der Außenseite herausgeführt.
10 zeigt ein Beispiel von dem Aufbau von Schaltmodul SM5. Es sind erste bis dritte externe Anschlüsse 1 bis 3 mit nahezu gleichen Zwischenräumen in dem Zentrum von der Oberseite von Schaltmodul SM5 und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 an dessen unteren Absatzenden des Schaltmoduls SM5 gebildet.
Des weiteren wird ein mit Klemmdiode Dc2 ausgestattetes Schaltmodul SM5 verwendet, indem es mit der negativen Seite von einer Gleichspannungsquelle in einem neutralpunktgeklemmten Leistungsumrichter verbunden wird.
Die Funktion und der Effekt von dieser Anordnung ist gleich der von der in 1 und 2 gezeigten Anordnung.
11 stellt einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul SM6 dar. Im Vergleich mit dem in 9 und 10 gezeigten Schaltmodul SM5 weist das hier gezeigte Schaltmodul SM6 die Besonderheit auf, daß der Verbindungspunkt von zwei Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4, wobei das die Anode von Diode Dc2 ist, neu als ein vierter externer Anschluß 4 herausgeführt ist. Alles andere des Schaltmoduls SM6 ist das gleiche wie bei Schaltmodul SMS.
12 zeigt ein Beispiel von dem Aufbau von Schaltmodul SM6. Es sind erste bis vierte externe Anschlüsse 1-4 in dem Zentrum von der Oberseite von Schaltmodul SM6 mit nahezu gleichen Zwischenräumen, und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 auf beiden Seiten von der Oberseite von Schaltmodul SM6 gebildet.
Die Funktion und Wirkung dieser Anordnung ist gleich der von der in 3 und 4 gezeigten zweiten Anordnung.
13 stellt einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul SM7 Im Vergleich mit dem in 9 und 10 gezeigten Schaltmodul SM5, weist dieses Schaltmodul SM7 die Besonderheit auf, daß eine vierte Diode Ds3, deren Anode zu dem positiven Seitenanschluß verbunden ist, wobei das der Kollektor von Selbstausschalt-Einrichtung S3 ist, und eine fünfte Diode Ds4, deren Kathode zu dem negativen Seitenanschluß verbunden ist, wobei das der Emitter von Selbstausschalt-Einrichtung S4 ist, zusätzlich zur Verfügung gestellt sind. Des weiteren ist die Kathode von Diode Ds3 als ein vierter externer Anschluß 4 herausgeführt und die Anode von Diode Ds4 ist als ein fünfter externer Anschluß 5 herausgeführt.
14 zeigt ein Beispiel von dem Aufbau von Schaltmodul SM7. Es sind erste bis fünfte externe Anschlüsse 1 bis 5 in dem Zentrum von der Oberfläche von Schaltmodul SM7 mit nahezu gleichen Zwischenräumen, und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 auf beiden Enden von der Oberfläche von Schaltmodul SM7 gebildet.
Die Funktion und Wirkung von dieser Anordnung ist gleich der von der in 5 und 6 gezeigten dritten Anordnung.
15 stellt einen Aufbau von einem weiteren verwendeten Schaltmodul SM8 dar. Im Vergleich mit dem in 13 und 14 dargestellten Schaltmodul SM7 weist Schaltmodul SM8 die Besonderheit auf, daß der Verbindungspunkt von Selbstausschalt-Einrichtungen S3, S4, wobei das die Anode von Diode Dc2 ist, als ein sechster externer Anschluß 6 herausgeführt ist. Alles andere von Schaltmodul SM8 ist das gleiche, wie bei Schaltmodul SM7.
16 zeigt ein Beispiel von dem Aufbau von Schaltmodul SM8. Es sind erste bis sechste externe Anschlüsse 1-6 in dem Zentrum auf der Oberfläche von Schaltmodul SM8 mit nahezu gleichen Zwischenräumen, und Gate-Signalanschlüsse 31 und 32 an beiden Enden von der Oberfläche von Schaltmodul SM8 gebildet.
Die Funktion und Wirkung von dieser Anordnung ist gleich zu der von der in den 7 und 8 dargestellten vierten Anordnung.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung von Schaltmodulen SM1 bis SM8 beschrieben, wobei Schaltmodul SM3 als Beispiel genommen wird.
5A ist eine perspektivische Schnittansicht von Schaltmodul SM3. Chips mit Selbstausschalt-Einrichtung S1, Selbstausschalt-Einrichtung S2 (nicht dargestellt), freilaufender Diode D1, freilaufender Diode D2 (nicht dargestellt), Dämpfungsdiode Ds1, Dämpfungsdiode Ds2 (nicht dargestellt), und Klemmdiode Dc1 sind auf einem Substrat angeordnet und verdrahtet, um Schaltmodul SM3 mittels einem ungeschützten Chipmontageverfahren (bare chip mounting method) zu bilden, welches ebenso verwendet wird, um herkömmliche Schaltmodule SMO herzustellen.
Andere Schaltmodule SM1, SM2, SM4-SM8 werden ebenso mittels dem ungeschützten Chipmontageverfahren jeweils unter Verwendung von den für die Schaltungen von Schaltmodulen SM1, SM2, SM4-SM8 notwendigen Chips hergestellt. Dementsprechend wird auf eine detaillierte Beschreibung zur Herstellung derselben verzichtet.
17 stellt einen NPC Wechselrichter dar, der mit verlustarmen Dampfungsschaltungen ausgerustet ist. 17 zeigt eine Hauptschaltung von dem NPC Wechselrichter für eine einzelne Phase (U-Phase) und im Fall von einem Dreiphasen-Ausgabewechselrichter ist die Hauptschaltung, die für eine V-Phase und eine W-Phase zusammengesetzt wird, die gleiche, wie bei der U-Phase.
Ein Leistungsumwandler (NPC Wechselrichter) PC1, wie in 17 gezeigt, wird unter Verwendung von in den 1, 2 gezeigten Schaltmodulen SM1 und den 9, 10 gezeigten Schaltmodulen SM5, die in Serie verbunden sind, zusammengesetzt. Dämpfungsschaltungen sind jeweils mit den Schaltmodulen SM1 und SM5 verbunden. Die Dämpfungsschaltungen sind aus Dämpfungskondensatoren Cs1-Cs4, Dämpfungsdioden Ds1-Ds4 und Dämpfungswiderständen Rs1-Rs4 zusammengesetzt. Ein positiver Seitenanschluß 10, ein Nullspannungsanschluß 11 und ein negativer Seitenanschluß 12 sind in der Gleichspannungsquelle (Spannung Vd) zur Verfügung gestellt. Die Gleichspannungsquelle (Spannung Vd = Vd1 + Vd2) ist als Kondensatoren Cp1 und Cp2 mit Spannungen Vd1 und Vd2 zwischen positivem Seitenanschluß 10 und Nullspannungsanschluß 11, und Nullspannungsanschluß 11 und negativem Seitenanschluß 12 dargestellt. Positive und negative Seitenanschlüsse 10, 12 sind jeweils mit beiden Enden von zwei in Serie verbundenen Schaltmodulen SM1 und SM5 verbunden, das heißt, externer Anschluß 1 von Schaltmodul SM1 und externer Anschluß 2 von Schaltmodul SM5. Externer Anschluß 2 von Schaltmodul SM1 und externer Anschluß 1 von Schaltmodul von SM5 sind mit Ausgabeanschluß 20 verbunden. Des weiteren sind externe Anschlüsse 3 von beiden Schaltmodulen SM1 und SM5 jeweils mit dem Nullspannungsanschluß 11 verbunden. Leitungsinduktanzen zu der Gleichspannungsquelle sind jeweils mit L1 bis L3 gezeigt.
Die Kathode der ersten Dämpfungsdiode Ds1 ist mit dem dritten externen Anschluß 3 von Schaltmodul SM1 verbunden und der erste Dämpfungskondensator Cs1 ist zwischen der Anode von der ersten Dämpfungsdiode Ds1 und dem ersten externen Anschluß 1 von dem Schaltmodul SM1 angeschlossen. Ein erster Dämpfungswiderstand Rs1 ist parallel mit der ersten Dämpfungsdiode Ds1 verbunden. Die Kathode von der zweiten Dämpfungsdiode Ds2 ist mit einem zweiten externen Anschluß 2 von Schaltmodul SM1 verbunden, und ein zweiter Dämpfungskondensator Cs2 ist zwischen einem dritten externen Anschluß 3 von Schaltmodul SM1 und der Anode von einer zweiten Dämpfungsdiode Ds2 angeschlossen. Ein zweiter Dämpfungswiderstand Rs2 ist zwischen der Anode von einer zweiten Dämpfungsdiode Ds2 und einem negativen Seitenanschluß 12 der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Anode von einer dritten Dämpfungsdiode Ds1 ist mit einem ersten externen Anschluß 1 von Schaltmodul SM5 verbunden und ein dritter Dämpfungskondensator Ds3 ist zwischen der Kathode von einer dritten Dämpfungsdiode Ds3 und einem dritten externen Anschluß 3 von Schaltmodul SM5 angeschlossen. Ein dritter Dämpfungswiderstand Rs3 ist zwischen der Kathode von einer dritten Dämpfungsdiode Ds3 und einem positiven Seitenanschluß 10 von der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Anode von einer vierten Dämpfungsdiode Ds4 ist mit einem dritten externen Anschluß 3 von Schaltmodul SMS verbunden und ein vierter Dämpfungskondensator Cs4 ist zwischen der Kathode von einer vierten Dämpfungsdiode Ds4 und einem zweiten externen Anschluß 2 von Schaltmodul SM5 angeschlossen. Des weiteren ist ein vierter Dämpfungswiderstand Rs4 parallel mit einer vierten Dämpfungsdiode Ds4 verbunden.
Es ist anzumerken, daß die Verbindungspunkte von Klemmdiode Dc1 in Schaltmodul SM1 und Klemmdiode Dc2 in Schaltmodul SM2 in dem in 17 gezeigten NPC Wechselrichter PC1 unterschiedlich sind von den Verbindungspunkten von Klemmdioden Dc1 und Dc2 von dem herkömmlichen in 30 gezeigten NPC Wechselrichter.
In 17 ist eine Klemmdiode Dc1 in Schaltmodul SM1 zwischen dem Verbindungspunkt von Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 und einem dritten externen Anschluß 3 von Schaltmodul SM1 angeschlossen, wobei das ein Nullspannungsanschluß 11 von der Gleichspannungsquelle ist (über Leitungsinduktanz L2). In 30 ist Klemmdiode Dc1 zwischen dem Verbindungspunkt von Dämpfungsdiode Ds1 und Dämpfungskondensator Cs2 und Nullspannungsanschluß 11 von der Gleichspannungsquelle angeschlossen (über Leitungsinduktanz L2).
Des weiteren ist in 17 Klemmdiode Dc2 in Schaltmodul SM5 zwischen dem Verbindungspunkt von Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 und einem dritten externen Anschluß 3 von Schaltmodul von SM5 angeschlossen, wobei das ein Nullspannungsanschluß 11 von der Gleichspannungsquelle ist (über Leitungsinduktanz L2). In 30 ist die Klemmdiode Dc2 zwischen dem Verbindungspunkt von Dämpfungsdiode Cs4 und Dämpfungskondensator Cs3 und Nullspannungsanschluß 11 von der Gleichspannungsquelle angeschlossen (über Leitungsinduktanz L2).
Die Funktionsweise dieser Anordnung ist die gleiche wie die der zehnten Anordnung (18).
Gemäß der in 17 dargestellten Anordnung ist es möglich, einen NPC Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist, mit Leitungsinduktanzen, die dadurch reduziert worden sind, daß die Verdrahtungslänge von der Hauptschaltung von dem NPC Wechselrichter kurz gemacht werden kann. Des weiteren weist ein NPC Wechselrichter PC1 einen Vorteil dergestalt auf, daß die Schaltsteuerung von den Selbstausschalt-Einrichtungen nicht im Vergleich mit einem herkömmlichen NPC Wechselrichter eingeschränkt ist, der mit verlustarmen Schaltungen ausgerüstet ist. Des weiteren liegt ein Vorteil darin, daß externe Dämpfungsdioden Ds22 und Ds32 (30 und 31), welche in herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen benötigt werden, in dieser Anordnung nicht benötigt werden und somit die Anzahl von Dioden reduziert werden kann.
18 zeigt einen weiteren NPC Wechselrichter PC2, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist. 18 zeigt eine Hauptschaltung von dem NPC Wechselrichter für eine einzelne Phase (U-Phase). Für Dreiphasen-Ausgabewechselrichter, sind die Hauptschaltungen für V-Phase und W-Phase in der gleichen Art und Weise auszugestalten wie für die U-Phase.
Diese Anordnung unterscheidet sich von der Ausführungsform die in 17 gezeigt ist dadurch, daß die Schaltung aus einzelnen Bauteilen ohne Verwendung von Schaltmodulen zusammengesetzt ist. Das heißt, in dem in 18 gezeigten NPC Wechselrichter PC2 ist ein Schaltmodul SM1 durch einzelne Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2, freilaufenden Dioden D1, D2 und Klemmdiode Dc1 ersetzt. In ähnlicher Art und Weise ist Schaltmodul SM5 durch einzelne Selbstausschalt-Einrichtungen S3, S4, freilaufenden Dioden D3, D4 und Klemmdiode Dc2 ersetzt. Deshalb ist der Schaltungsaufbau der in 18 gezeigt ist im wesentlichen gleich dem der in 17 gezeigten Schaltung.
Ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Schaltbetrieb von den Selbstausschalt-Einrichtungen S1-S4 und Spannungspegeln in einem NPC Wechselrichter PC2 ist untenstehend gezeigt. Wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 EIN sind, wird eine Spannung Vd1 ausgegeben, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S2 und S3 EIN sind, wird eine Nullspannung ausgegeben, und wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 EIN sind, wird eine Spannung –Vd2 ausgegeben. Um die Erklärung einfach zu gestalten, wird angenommen, daß sich hier die Spannungen gemäß Vd1 = Vd2 = Vd/2 verhalten.
In dem NPC Wechselrichter wird zum Beispiel, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1-S3 gleichzeitig eingeschaltet werden, eine Gleichspannung Vd1 entlang der Verbindungsstrecke von Selbstausschalt-Einrichtungen S1 → S2 → S3 → Klemmdiode Dc2 kurzgeschlossen, und als Ergebnis daraus fließt ein übermäßiger Kurzschlußstrom durch Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 und S3. Um diesen Kurzschlußstrom zu verhindern, werden Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S3, und Selbstausschalt-Einrichtungen S2 und S4 jeweils entgegengesetzt betrieben.
Unter der Annahme eines Zustandes, in dem Strom durch Leitungsinduktanzen L1 und Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 fließt, ist die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 gleich Vd1 und Dämpfungskondensator Cs1 ist schon in einem geladenem Zustand. Wenn in diesem Zeitpunkt Selbstausschalt-Einrichtung S1 ausgeschaltet wird, steigt die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S1 durch die Restenergie von Leitungsinduktanz L1 an. Wenn diese Spannung über die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 darüber hinausgeht, wird eine Vorwärtsspannung auf Dämpfungsdiode Ds1 angewendet, die dann in den EIN Zustand gesetzt wird. Als Ergebnis daraus fließt die Restenergie von Leitungsinduktanz L1 in den Dämpfungskondensator Cs1 wie in 19 gezeigt, und wird dort aufgenommen.
Sogar wenn die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 ansteigt, wird dieser an eine Gleichspannung Vd1 geklemmt gehalten und deshalb wird eine übermäßige Spannung von einem Dämpfungswiderstand Rs1 entladen, so daß die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 gleich einer Spannung Vd1 wird. Die Strecke von einem Entladestrom ist Cs1 → L1 → Cp1 → L2 → Rs1 → Cs1, wie in 20 gezeigt. Weil die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S1 an die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 geklemmt gehalten wird, kann die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S1 nahezu bei der Spannung Vd1 gehalten werden. Sogar wenn Selbstausschalt-Einrichtung S1 wieder eingeschalten wird, entlädt sich Dämpfungskondensator Cs1 nicht und hält eine Spannung Vd1 aufrecht. Der Verlust, der von Dämpfungswiderstand Rs1 verbraucht wird, ist nur Überschußspannung, die in Dämpfungskondensator Cs1 gespeichert ist. Dementsprechend können in dieser Anordnung die Verluste weit unter die einer herkömmlichen Entladetypus-Dämpfungsschaltung reduziert werden.
Der Betrieb von Selbstausschalt-Einrichtung S2 und die Funktion von deren Dämpfungsschaltung sind die gleichen wie die von Selbstausschalt-Einrichtung S1. Unter der Annahme, daß Strom durch Leitungsinduktanz L2, Klemmdiode Dc1 und Selbstausschalt-Einrichtungen S2 und S3 fließt, ist die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 gleich Vd2 und Dämpfungskondensator Cs2 ist in dem schon geladenen Zustand. Wenn Selbstausschalt-Einrichtung S2 ausgeschalten wird, wird die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S2 von der Restenergie von Leitungsinduktanz L2 gesteigert. Wenn die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S2 über die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 hinausgeht, wird eine Vorwärtsspannung auf Dämpfungsdiode Ds2 angewandt, die dann in den EIN Zustand gesetzt wird. Als Ergebnis daraus fließt die Restenergie von Leitungsinduktanz L2 in einen Dämpfungskondensator Cs2 und wird dort aufgenommen. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2, wobei aber dieser an eine Spannung -Vd2 geklemmt gehalten wird und deshalb wird eine Überschußspannung von einem Dämpfungswiderstand Rs2 entladen, so daß die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 gleich einer Spannung -Vd2 wird. Sogar wenn Selbstausschalt-Einrichtung S2 wieder eingeschalten wird, entlädt sich Dämpfungskondensator Cs2 nicht und hält eine Spannung -Vd2 aufrecht. Deshalb ist der Verlust, der von Dämpfungswiderstand Rs2 verbraucht wird, nur eine Überschußspannung, die in Dämpfungskondensator Cs2 gespeichert ist, wobei der Spannungsverlust stark gegenüber einer herkömmlichen Entladetyp-Dämpfungsschaltung reduziert werden kann. Des weiteren muß in einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung, um Überschußspannung zu entladen, die im Dämpfungskondensator Cs2 geladen ist, Selbstausschalt-Einrichtung S2 wieder eingeschalten werden und Selbstausschalt-Einrichtung S3 muß ebenso in dem EIN Zustand sein. Jedoch wird in der verlustarmen Dämpfungsschaltung von NPC Wechselrichter PC2 die Spannungen von Dampfungskondensator Cs2 und Selbstausschalt-Einrichtung S2 unverwandt gleich einer Gleichspannung -Vd2, ungeachtet von dem Betriebszustand von Selbstausschalt-Einrichtung S2.
Die Wirkung von den Dämpfungsschaltungen für Selbstausschalt-Einrichtungen S3, S4 ist die gleiche wie die für Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2.
Gemäß dieser Anordnung ist zum Beispiel das Steuersystem, das in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. Hei 4-295279 ebenso auf diese Anordnung anwendbar. Gemäß diesem Steuersystem ist es ebenso möglich, Verluste durch Beseitigen der unnützen Schaltvorgänge zu reduzieren, indem die Selbstausschalt-Einrichtungen nur eingeschalten werden, wenn dies gemäß der Richtung von dem Ausgabestrom nötig ist. Zum Beispiel, wenn der Ausgabestrom positiv ist, sind Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 in dem AUS Zustand festgelegt. Des weiteren, wenn der Ausgabestrom negativ ist, werden Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem AUS Zustand gehalten. Dadurch wird es möglich, unnötige Schaltvorgänge zu beseitigen und die Schaltverluste zu reduzieren.
Nun wird der NPC Wechselrichter auf den dieses Steuersystem angewendet wird, verglichen mit einem NPC Wechselrichter, der mit einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung ausgestattet ist und auf den dieses Steuersystem angewendet wird. Es wird angenommen, daß Selbstausschalt-Einrichtung S2 in dem Zustand EIN- und AUS-geschalten wird, worin der Ausgabestrom positiv ist und Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 in dem AUS Zustand sind. Um eine Überschußspannung, die in Dämpfungskondensator Cs2 in einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung geladen ist, zu entladen, wird keine Überschußspannung entladen, solange bis Selbstausschalt-Einrichtung S2 wieder eingeschalten wird und Selbstausschalt-Einrichtung S3 ebenso in dem EIN Zustand ist. Auf der anderen Seite ist es in der verlustarmen Dämpfungsschaltung in dem NPC Wechselrichter gemäß dieser Erfindung möglich, eine Überschußspannung von dem Dämpfungskondensator Cs2 zu entladen, ungeachtet von dem Betriebszustand von Selbstausschalt-Einrichtung S2 und somit die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 und die von Selbstausschalt-Einrichtung S2 unverwandt auf einem gleichen Niveau von der Gleichspannung –Vd2 zu halten.
Dämpfungsdioden Ds22 und Ds32, die in den herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen benötigt werden (30 und 31) werden in den verlustarmen Dämpfungsschaltungen von NPC Wechselrichter PC2 nicht mehr benötigt.
Es ist die Annahme getroffen, daß z.B. Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem EIN Zustand sind.
In der in 30 gezeigten Schaltung wird, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem EIN Zustand sind, das Potential an dem positiven Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 gleich dem Potential an einem positiven Seitenanschluß 10 von einer Gleichspannungsquelle, da Selbstausschalt-Einrichtung S1 in dem EIN Zustand ist. Unter der Annahme, daß es keine Dämpfungsdiode Ds22 gibt, fließt ein Strom durch eine Serienschaltung von positiven Seitenanschluß 10 von einer Gleichspannungsquelle, Dämpfungskondensator Cs2, Dämpfungswiderstand Rs2 und negativem Seitenanschluß 12 von einer Gleichspannungsquelle. Als in Ergebnis daraus fließt weiter ein Strom durch Dämpfungswiderstand Rs2, wobei die Verluste durch Dämpfungswiderstand Rs2 erhöht werden. Um diesen Zustand zu verhindern, ist Dämpfungsdiode Ds22, wie in 30 gezeigt, angeschlossen, um diesen Strom daran zu hindern, durch einen Dämpfungswiderstand Rs2 zu fließen.
In der in 18 gezeigten Schaltung wird, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem EIN Zustand sind, das- Potential an dem positiven Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 gleich dem Potential an einem Nullspannungsanschluß 11 von einer Gleichspannungquelle, und das Potential an dem negativen Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 wird nahezu gleich dem Potential an einem negativen Seitenanschluß 12 von einer Gleichspannungsquelle. Das heißt, sogar wenn Selbstausschalt-Einrichtung S1 in dem EIN Zustand ist, ist Klemmdiode Dc1 zwischen dem negativen Seitenanschluß von Selbstausschalt-Einrichtung S1 und dem positiven Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 in der in 18 gezeigten Richtung verbunden, wobei kein Strom durch Dämpfungskondensator Cs2 fließt. Als Ergebnis wird verhindert, daß eine Gesamtspannung Vd von der Gleichspannungsquelle auf den Dämpfungskondensator Cs2 angewendet wird.
In dem obenstehenden Betrieb in der verlustarmen Dämpfungsschaltung von dem NPC Wechselrichter tritt nicht auf, daß die Gesamtspannung von der Gleichspannungsquelle auf Dämpfungskondensator Cs2 oder Cs3 angewendet wird, was ein Problem in einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung darstellt.
Gemäß der in 18 gezeigten Anordnung ist es möglich, einen NPC Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist. Des weiteren hat, verglichen mit einem NPC Wechselrichter, der mit herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist, der NPC Wechselrichter gemäß der vorliegenden Erfindung einen Vorteil, daß die Schaltsteuerung von den Selbstausschalt-Einrichtungen nicht eingeschränkt ist. Des weiteren hat der NPC Wechselrichter einen weiteren Vorteil dadurch, daß die externen Dämpfungsdioden Ds22 und Ds32, die in herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen benötigt werden, nicht benötigt werden, und somit kann die Anzahl von Dioden reduziert werden.
21 zeigt einen NPC Wechselrichter, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist. 21 zeigt eine Hauptschaltung von dem NPC Wechselrichter für eine einzelne Phase (U-Phase). Für einen Dreiphasen-Ausgabewechselrichter werden die Hauptschaltungen für V-Phase und W-Phase in der gleichen Art und Weise zusammengesetzt.
Ein NPC Wechselrichter PC3 wie in 21 gezeigt, wird aus Schaltmodul SM3 wie in 5 und 6 gezeigt, und Schaltmodul SM7 wie in 13 und 14 gezeigt, die in Serie verbunden sind, zusammengesetzt. Dämpfungsschaltungen, die sich von denen in 17 gezeigt unterscheiden, sind mit Schaltmodulen SM3 und SM7 verbunden. Externe Dämpfungsschaltungen sind aus Dämpfungskondensatoren Cs1-Cs4 und Dämpfungswiderständen Rs1-Rs4 zusammengesetzt. Hier sind Dämpfungsdioden Ds1-Ds4 in Schaltmodule SM3, SM7 eingebaut und es werden keine Dämpfungsdioden außerhalb von Schaltmodulen SM3, SM4 verwendet. Positiver Seitenanschluß 10, Nullspannungsanschluß 11 und negativer Seitenanschluß 12 sind in der Gleichspannungsquelle (Spannung Vd) zur Verfügung gestellt. Kondensatoren Cp1 und Cp2 sind jeweils zwischen positivem Seitenanschluß 10 und Nullspannungsanschluß 11 und zwischen Nullspannungsanschluß 11 und negativem Seitenanschluß 12 angeschlossen, wobei die Spannungen von den Kondensatoren Cp1 und Cp2 jeweils durch Vd1 und Vd2 bezeichnet sind. Positive und negative Seitenanschlüsse 10 und 11 sind jeweils mit beiden Enden von zwei in Serie verbundenen Schaltmodulen SM3 und SM7 verbunden, wobei das ein externer Anschluß 1 von Schaltmodul SM3 und ein externer Anschluß 2 von Schaltmodul SM7 ist. Ein externer Anschluß 2 von Schaltmodul SM3 und ein externer Anschluß 1 von Schaltmodul SM7 sind mit Ausgabeanschluß 20 verbunden. Des weiteren sind externe Anschlüsse 3 von beiden Schaltmodulen SM3 und SM7 jeweils mit dem Nullspannungsanschluß 11 verbunden. Leitungsinduktanzen zu einer Gleichspannungsquelle sind jeweils mit L1-L3 gezeigt.
Ein erster Dämpfungswiderstand Rs1 ist zwischen ersten und vierten externen Anschlüssen 1 und 4 von Schaltmodul SM3 angeschlossen. Ein erster Dämpfungskondensator Cs1 ist zwischen dritten und vierten externen Anschlüssen 3 und 4 angeschlossen und ein zweiter Dämpfungskondensator Cs2 ist zwischen dritten und fünften externen Anschlüssen 3 und 5 angeschlossen. Ein zweiter Dämpfungswiderstand Rs2 ist zwischen einem fünften externen Anschluß 5 von Schaltmodul SM3 und einem negativen Seitenanschluß 12 von der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Ebenso ist ein dritter Dämpfungswiderstand Rs3 zwischen einem vierten externen Anschluß 4 von Schaltmodul SM7 und einem positiven Seitenanschluß 10 von der Gleichspannungsquelle angeschlossen und ein dritter Dämpfungskondensator Cs3 ist zwischen dritten und vierten externen Anschlüssen 3 und 4 von Schaltmodul SM7 angeschlossen. Ein vierter Dämpfungskondensator Cs4 ist zwischen dritten und fünften externen Anschlüssen 3 und 5 angeschlossen und ein vierter Dämpfungswiderstand Rs4 ist zwischen zweiten und fünften externen Anschlüssen 2 und 5 von Schaltmodul SM7 angeschlossen.
Es ist anzumerken, daß die Verbindungspunkte von Klemmdioden Dc1 in Schaltmodul SM3 und Klemmdiode Dc2 in Schaltmodul SM7 in dem in 21 gezeigten NPC Wechselrichter Pc3 unterschiedlich sind von den Verbindungspunkten von Klemmdioden Dc1 und Dc2 von dem herkömmlichen in 30 gezeigten NPC Wechselrichter.
In 21 sind Klemmdioden Dc1 und Dc2 im wesentlichen an den gleichen Positionen wie in dem in 17 gezeigten NPC Wechselrichter PC1 angeschlossen. Das heißt, Klemmdiode Dc1 in Schaltmodul SM3 ist zwischen dem Verbindungspunkt von Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 und einem dritten externen Anschluß von Schaltmodul SM3 angeschlossen, wobei das ein Nullspannungsanschluß 11 von der Gleichspannungsquelle ist (über Leitungsinduktanz L2). Des weiteren ist Klemmdiode Dc2 in Schaltmodul SM7 zwischen dem Verbindungspunkt von Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 und dem dritten externen Anschluß 3 von Schaltmodul SM7 angeschlossen, wobei das ein Nullspannungsanschluß 11 von der Gleichspannungsquelle ist (über Leitungsinduktanz L2).
Der Betrieb von dieser Anordnung ist der gleich wie der von einer später beschriebenen Anordnung (22).
Gemäß der in 21 gezeigten Anordnung ist es möglich, einen NPC Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet ist, und mit Leitungsinduktanzen, die durch kurze Ausführung der Verdrahtungslänge von der Hauptschaltung von dem NPC Wechselrichter reduziert worden sind. Des weiteren hat im Vergleich mit einem NPC Wechselrichter, der mit herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet ist, der NPC Wechselrichter den Vorteil, daß die Schaltsteuerung von Selbstausschalt-Einrichtungen nicht limitiert ist und einen weiteren Vorteil, daß externe Dämpfungsdioden Ds22 und Ds32, die in herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen benötigt werden, in dieser Anordnung nicht benötigt werden, so daß die Anzahl von Dioden reduziert werden kann.
22 zeigt einen NPC Wechselrichter PC4, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet ist. 22 zeigt eine Hauptschaltung von dem NPC Wechselrichter für eine einzelne Phase (U-Phase). Für Dreiphasen-Ausgabenwechselrichter, ist die Hauptschaltung für die V-Phase und W-Phase in derselben Art und Weise auszugestalten wie für die U-Phase.
Die Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung die in 21 gezeigt ist dadurch, daß die Schaltung aus einzelnen Bauelementen ohne Verwendung von Schaltmodulen aufgebaut ist. Das heißt, in dem in 22 gezeigten NPC Wechselrichter PC4 ist Schaltmodul SM3, das in 21 gezeigt ist, durch einzelne Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2, freilaufende Dioden D1, D2, Klemmdiode Dc1 und Dämpfungsdioden Ds1, Ds2 ersetzt. In gleicher Art und Weise ist Schaltmodul SM5 durch einzelne Selbstausschalt-Einrichtungen S3, S4, freilaufende Diode D3, D4, Klemmdiode Dc2 und Dämpfungsdioden Ds3, Ds4 ersetzt. Deshalb ist der Schaltungsaufbau der in 22 gezeigt ist im wesentlichen gleich der in 21 gezeigten Schaltung.
Ein Beispiel von der Beziehung zwischen dem Schaltbetrieb von den Selbstausschalt-Einrichtungen und Spannungspegeln in dem in 22 gezeigten NPC Wechselrichter PC4 ist im folgenden gezeigt. Wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 EIN sind, wird eine Spannung Vd1 ausgegeben, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S2 und S3 EIN sind, wird eine Nullspannung ausgegeben und wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 EIN sind, wird eine Spannung –Vd2 ausgegeben. Um die Beschreibung einfach zu gestalten, wird hier angenommen, daß sich die Spannungen gemäß Vd1 = Vd2 = Vd/2 verhalten.
In dem NPC Wechselrichter wird zum Beispiel wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1-S3, wie obenstehend beschrieben, gleichzeitig eingeschaltet werden, eine Gleichspannung Vd1 auf der Verbindungsstrecke von Selbstausschalt-Einrichtungen S1 → S2 → S3 → Klemmdiode Dc2 kurzgeschlossen und als Ergebnis daraus fließt ein übermäßiger Kurzschlußstrom durch Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 und S3. Um diesen übermäßigen Kurzschlußstrom zu verhindern, werden Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S3 gegensinnig betrieben und Selbstausschalt-Einrichtungen S2 und S4 werden ebenso gegensinnig betrieben.
Nun wird der Zustand angenommen, worin Strom durch Leitungsinduktanz L1 und Selbstausschalt-Einrichtungen S1, S2 fließt. In diesem Zeitpunkt ist die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 gleich Vd1 und Dämpfungskondensator Cs1 ist schon in dem geladenen Zustand. Wenn Selbstausschalt-Einrichtung S1 ausgeschaltet wird, steigt die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S1 durch die Restenergie von Leitungsinduktanz L1. Wenn die Spannung über die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 hinausgeht, wird eine Vorwärtsspannung auf Dämpfungsdiode Ds1 angewendet, die dann in den EIN Zustand kommt. Als Ergebnis daraus fließt die Restenergie von Leitungsinduktanz L1 in den Dämpfungskondensator Cs1 und wird dort aufgenommen. Dieser Zustand ist in 23 gezeigt. In diesem Zeitpunkt steigt die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1, wobei dieser aber an eine Gleichspannung Vd1 geklemmt gehalten wird, wodurch eine Überschußspannung durch den Dämpfungswiderstand Rs1 in der Verbindungsstrecke von Dämpfungskondensator Cs1 → Dämpfungswiderstand Rs1, der in 24 nicht dargestellt ist, entladen wird, so daß die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 gleich der Spannung Vd1 wird. Da die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S1 an die Spannung von Dämpfungskondensator Cs1 geklemmt gehalten wird, kann die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S1 nahezu auf einer Spannung Vd1 gehalten werden.
Sogar wenn Selbstausschalt-Einrichtung S1 wieder EIN geschaltet wird, entlädt sich Dämpfungskondensator Cs1 nicht und hält eine Spannung Vd1. Dadurch ist der in dem Dämpfungswiderstand Rs1 verbrauchte Verlust nur Überschußspannung, die in Dämpfungskondensator Cs1 geladen war. Dementsprechend kann in dieser Ausführungsform der Verlust stark gegenüber einer herkömmlichen Entladetyp-Dämpfungsschaltung reduziert werden.
Der Betrieb von Selbstausschalt-Einrichtung S2 und deren Dämpfungsschaltung wird im folgenden beschrieben. Es wird der Zustand angenommen, worin Strom durch Leitungsinduktanz L2, Klemmdiode Dc1 und Selbstausschalt-Einrichtungen S2, S3 fließt. In diesem Zeitpunkt ist die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 gleich Vd2 und der Dämpfungskondensator Cs2 ist schon in dem geladenen Zustand. Wenn Selbstausschalt-Einrichtung S2 ausgeschaltet wird, steigt die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S2 durch die Restenergie von Leitungsinduktanz L2. Wenn die Spannung von Selbstausschalt-Einrichtung S2 über die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 hinausgeht, wird eine Vorwärtsspannung auf Dämpfungsdiode Ds2 angewendet, die dann in den EIN Zustand geht. Als Ergebnis daraus fließt die Restenergie von Leitungsinduktanz L2 in den Dämpfungskondensator Cs2 und wird dort aufgenommen. In diesem Zeitpunkt steigt die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2, wobei aber dadurch, daß diese an eine Spannung Vd2 geklemmt gehalten wird, eine Überschußspannung mittels einem Dämpfungswiderstand Rs2 entladen wird, so daß die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 gleich der Spannung Vd2 wird. Sogar wenn Selbstausschalt-Einrichtung S2 wieder eingeschaltet wird, wird der Dämpfungskondensator Cs2 nicht entladen und die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 wird bei Vd2 gehalten. Deshalb ist der von Dämpfungswiderstand Rs2 verbrauchte Verlust nur Überschußspannung, die in Dämpfungskondensator Cs2 geladen war, und der Spannungsverlust kann gegenüber einer herkömmlichen Entladetyp-Dämpfungsschaltung stark reduziert werden. Des weiteren muß in einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung um Überschußspannung, die in einem Dämpfungskondensator Cs2 geladen ist, zu entladen, eine Selbstausschalt-Einrichtung S2 wieder eingeschalten werden und Selbstausschalt-Einrichtung S3 muß ebenso in dem EIN Zustand Dämpfungsschaltung sein. Während in der verlustarmen Dämpfungsschaltung von NPC Wechselrichter PC4 gemäß der vorliegenden Erfindung die Spannungen von Dämpfungskondensator Cs2 und Selbstausschalt-Einrichtung S3 unverwandt gleich der Gleichspannung Vd2 werden, unabhängig von dem Betriebszustand von Selbstausschalt-Einrichtung S2.
Der Betrieb von den Dämpfungsschaltungen für Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 ist der gleiche wie der für Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 wie obenstehend beschrieben. Gemäß dieser Anordnung ist z.B. das Steuersystem, das in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. Hei 4-295279 ebenso auf diese Anordnung anwendbar. Gemäß diesem Steuersystem können Verluste durch Beseitigung der unnützen Schaltvorgänge reduziert werden, indem nur die Selbstausschalt-Einrichtungen eingeschaltet werden, die gemäß der Richtung von einem Ausgabestrom benötigt werden. Zum Beispiel, wenn der Ausgabestrom positiv ist, werden Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 in dem AUS Zustand gehalten. Des weiteren, wenn die Ausgabespannung negativ ist, werden Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem AUS Zustand gehalten. Dadurch wird es möglich, das unnötige Schalten zu beseitigen und die Schaltverluste zu reduzieren.
Der NPC Wechselrichter, auf den dieses Steuersystem angewendet wird, wird nun mit einem NPC Wechselrichter, der mit herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgerüstet ist, auf den auch dieses Steuersystem angewendet worden ist, verglichen. Es wird angenommen, daß Selbstausschalt-Einrichtung S2 in dem Zustand EIN und AUS geschalten wird, worin der Ausgangsstrom positiv ist und Selbstausschalt-Einrichtungen S3 und S4 in dem AUS Zustand sind. Um eine Überschußspannung, die in Dämpfungskondensator Cs2 in einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung gespeichert ist, zu entladen, wird die in Dämpfungskondensator Cs2 geladene Überschußspannung nicht entladen, außer daß Selbstausschalt-Einrichtung S2 wieder EIN geschalten wird und Selbstausschalt-Einrichtung S3 ebenso in dem EIN Zustand ist. Im Gegensatz dazu ist es in der verlustarmen Dämpfungsschaltung des NPC Inverters PC4 gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Überspannung von Dämpfungskondensator Cs2 unabhängig von dem Betriebszustand von Selbstausschalt-Einrichtung S2 zu entladen und somit die Spannung von Dämpfungskondensator Cs2 und die von Selbstausschalt-Einrichtung S2 unverwandt gleich der Gleichspannung Vd2 zu machen.
Dämpfungsdioden Ds22 und Ds32, die in den herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen benötigt werden (30 und 31) sind in den verlustarmen Dämpfungsschaltungen von NPC Wechselrichter PC4 nicht mehr notwendig.
Es wird nun angenommen, daß zum Beispiel Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem EIN Zustand sind.
In der in 30 gezeigten Schaltung wird, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem EIN Zustand sind, das Potential an dem positiven Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 gleich dem Potential an einem positiven Seitenanschluß 10 von der Gleichspannungsquelle, da die Selbstausschalt-Einrichtung S1 in dem EIN Zustand ist. Wenn angenommen wird, daß es keine Dämpfungsdiode Ds22 gibt, fließt ein Strom durch eine Serienschaltung von einem positiven Seitenanschluß 10 von einer Gleichspannungsquelle, Dämpfungskondensator Cs2, Dämpfungswiderstand Rs2 und einem negativen Seitenanschluß 12 von einer Gleichspannungsquelle. Als Ergebnis daraus fließt weiter ein Strom durch Dämpfungswiderstand Rs2 und erhöht somit die Verluste durch Dämpfungswiderstand Rs2. Um diesen Zustand zu verhindern, ist eine Dämpfungsdiode Ds22 wie in 30 angeschlossen, um zu verhindern, daß dieser Strom durch den Dämpfungswiderstand Rs2 fließt.
In der in 22 gezeigten Schaltung wird, wenn Selbstausschalt-Einrichtungen S1 und S2 in dem EIN Zustand sind, das Potential an dem positiven Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 gleich dem Potential an einem Nullspannungsanschluß 11 von einer Spannungsquelle, und das Potential an dem negativen Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 wird nahezu gleich dem Potential an einem negativen Seitenanschluß 12 von einer Gleichspannungsquelle. Das heißt, sogar wenn Selbstausschalt-Einrichtung S1 in dem EIN Zustand ist, Klemmdiode Dc1 zwischen dem negativen Seitenanschluß von Selbstausschalt-Einrichtung S1 und dem positiven Seitenanschluß von Dämpfungskondensator Cs2 in der in 22 gezeigten Richtung angeschlossen ist, fließt kein Strom durch Dämpfungskondensator Cs2. Somit tritt nicht auf, daß eine Gesamtspannung Vd von der Gleichspannungsquelle auf den Dämpfungskondensator Cs2 angewendet wird.
Mit der obenstehend beschriebenen Funktion tritt in der verlustarmen Dämpfungsschaltung des NPC Wechselrichter nicht auf, daß die Gesamtspannung von der Gleichspannungsquelle auf Dämpfungskondensator Cs2 oder Cs3 angewendet wird, was ein Problem in einer herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltung darstellt.
Gemäß der in 22 gezeigten Anordnung ist es möglich, einen NPC Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet ist. Des weiteren hat im Vergleich mit einem NPC Wechselrichter, der mit herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet ist, der NPC Wechselrichter den Vorteil, daß die Schaltsteuerung von den Selbstausschalt-Einrichtungen nicht eingeschränkt ist und daß keine externen Dämpfungsdioden Ds22, Ds32, wie sie in herkömmlichen verlustarmen Dämpfungsschaltungen benötigt werden, benötigt werden, und dadurch die Anzahl von Dioden reduziert werden kann.
Von der obenstehenden Beschreibung ist es offensichtlich,. daß die im folgenden gezeigten Wirkungen gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.

1. Gemäß dem verwendeten Schaltmodul ist es möglich, die externen Verdrahtungen äußerst kurz zu machen, Leitungsinduktanzen in einer Hauptschaltung von dem Leistungsumrichter zu reduzieren und das ganze Leistungsumrichtersystem zu verkleinern. Insbesondere dadurch, daß die Verdrahtungslänge zwischen der Klemmdiode und den Selbstausschalt-Einrichtungen äußerst kurz gemacht wird, ist es möglich, Schaltmodule zur Verfügung zu stellen, die es vereinfachen, eine verlustarme Dämpfungsschaltung in einem neutralpunktgeklemmten Wechselrichter aufzubauen. Zusätzlich ist es möglich, Schaltmodule zur Verfügung zu stellen, die häufig für einen Zweistufenwechselrichter und einen Dreistufenwechselrichter verwendbar sind (ein neutralpunktgeklemmter Wechselrichter) und für die Standardisierung anwendbar sind.
2. Es ist möglich, einen neutralpunktgeklemmten Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet ist, die in der Lage sind, die Anzahl von Bauteilen zu reduzieren. Des weiteren ist es möglich, einen hocheffizienten Leistungsumrichter zur Verfügung zu stellen, der mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet ist, der nicht von dem Schaltsteuersystem in dem Entladebetrieb von einem Dämpfungskondensator abhängt.
3. Es ist des weiteren möglich, einen hocheffizienten Leistungsumrichter zur Verfügung zu stellen, der unter Verwendung der Schaltmodule, die mit verlustarmen Dämpfungsschaltungen ausgestattet sind, zusammengesetzt ist.

Claims

Verwendung eines ersten Schaltmoduls (SM1, 1, 2; SM5, 9, 10), das umfasst: a) einen ersten IGBT Schalter (S1; S3) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten ersten Diode (D1); b) einen zweiten IGBT Schalter (S2; S4) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten zweiten Diode (D2); c) wobei der Emitter des ersten IGBT Schalters (S1; S3) und der Kollektor des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) an einem Verbindungspunkt zusammengeschaltet sind; d) eine dritte Diode (Dc1; Dc2), die an ihrem einen Ende mit dem Verbindungspunkt verbunden ist; e) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Anschluß (➀), der mit dem Kollektor des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; f) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Anschluß (➁), der mit dem Emitter des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) verbunden ist; g) einen am Gehäuse vorgesehenen dritten externen Anschluß (➂), der mit dem anderen Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) verbunden ist; h) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Steueranschluß (31), der mit dem Gate des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; i) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Steueranschluß (32), der mit dem Gate des zweiten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; wobei das erste Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) die Kathode der Diode und das zweite Ende der dritten Diode (Dc2) die Anode der Diode ist; und eines zweiten Schaltmoduls (SM1, 1, 2; SM5, 9, 10), das umfasst: a) einen ersten IGBT Schalter (S1; S3) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten ersten Diode (D1); b) einen zweiten IGBT Schalter (S2; S4) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten zweiten Diode (D2); c) wobei der Emitter des ersten IGBT Schalters (S1; S3) und der Kollektor des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) an einem Verbindungspunkt zusammengeschaltet sind; d) eine dritte Diode (Dc1; Dc2), die an ihrem einen Ende mit dem Verbindungspunkt verbunden ist; e) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Anschluß (➀), der mit dem Kollektor des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; f) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Anschluß (➁), der mit dem Emitter des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) verbunden ist; g) einen am Gehäuse vorgesehenen dritten externen Anschluß (➂), der mit dem anderen Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) verbunden ist; h) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Steueranschluß (31), der mit dem Gate des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; i) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Steueranschluß (32), der mit dem Gate des zweiten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; wobei das erste Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) die Anode der Diode und das zweite Ende der dritten Diode (Dc2) die Kathode der Diode ist; in einem neutralpunktgeklemmten Leistungsumrichter (PC1; 17), der umfaßt: a) eine Gleichspannungsquelle (Vd1, Vd2, Vd, 10-12, Cp1, Cp2; 17) mit einem positiven Anschluß (10), einem Nullspannungsanschluß (11) und einem negativen Anschluß (12); b) einen Ausgabeanschluß (20), der mit dem zweiten externen Anschluß (➁) von dem ersten Schaltmodul (SM1) und dem ersten externen Anschluß (➀) von dem zweiten Schaltmodul (SM5) verbunden ist; c) wobei der erste externe Anschluß (➀) von dem ersten Schaltmodul (SM1) mit dem positiven Anschluß (10) der Gleichspannungsquelle verbunden ist; d) wobei der dritte externe Anschluß (➂) von dem ersten Schaltmodul (SM1) und der dritte externe Anschluß (➂) von dem zweiten Schaltmodul (SM5) mit dem Nullspannungsanschluß (11) der Gleichspannungsquelle verbunden ist; e) wobei der zweite externe Anschluß (➁) von dem zweiten Schaltmodul (SM5) mit dem negativen Anschluß (12) von der Gleichspannungquelle verbunden ist; und f) eine erste Dämpfungsdiode (Ds1), deren Kathode mit dem dritten externen Anschluß (➁) von dem ersten Schaltmodul (SM1) verbunden ist; g) einen ersten Dämpfungskondensator (Cs1), der zwischen einer Anode von der ersten Dämpfungsdiode (Ds1) und den ersten externen Anschluß (➀) von dem ersten Schaltmodul (SM1) geschaltet ist; h) einen ersten Dämpfungswiderstand (Rs1), der zu der ersten Dämpfungsdiode (Ds1) parallel geschaltet ist; i) eine zweite Dämpfungsdiode (Ds2), deren Kathode mit dem zweiten externen Anschluß (➁) von dem ersten Schaltmodul (SM1) verbunden ist; j) einen zweiten Dämpfungskondensator (Cs3), der zwischen einer Anode von der zweiten Dämpfungsdiode (Ds2) und den dritten externen Anschluß (➂) von dem ersten Schaltmodul (SM1) angeschlossen ist; k) einen zweiten Dämpfungswiderstand (Rs2), der zwischen der Anode von der zweiten Dämpfungsdiode (Ds2) und den negativen Anschluß (12) der Spannungsquelle geschaltet ist; l) eine dritte Dämpfungsdiode (Ds3), deren Anode mit dem ersten externen Anschluß (➀) von dem zweiten Schaltmodul (SM5) verbunden ist; m) einen dritten Dämpfungskondensator (Cs3), der zwischen einer Kathode von der dritten Dämpfungsdiode (Ds3) und den dritten externen Anschluß (➂) von dem zweiten Schaltmodul (SM5) angeschlossen ist; n) einen dritten Dämpfungswiderstand (Rs3), der zwischen der Kathode von der dritten Dämpfungsdiode (Ds3) und dem positiven Anschluß (10) der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist; o) eine vierte Dämpfungsdiode (Ds4), deren Anode mit dem dritten externen Anschluß (➂) von dem zweiten Schaltmodul (SM5) verbunden ist; p) einen vierten Dämpfungskondensator (Cs4), der zwischen einer Kathode von der vierten Dämpfungsdiode (Ds4) und den zweiten externen Anschluß (➁) von dem zweiten Schaltmodul (SM5) geschaltet ist; und q) einen vierten Dämpfungswiderstand (Rs4), der parallel mit der vierten Dämpfungsdiode (Ds4) geschaltet ist.
Verwendung eines ersten Schaltmoduls (SM3, 5, 6; SM7, 13, 14), das umfasst: a) einen ersten IGBT Schalter (S1; S3) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten ersten Diode (D1); b) einen zweiten IGBT Schalter (S2; S4) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten zweiten Diode (D2); c) wobei der Emitter des ersten IGBT Schalters (S1; S3) und der Kollektor des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) an einem Verbindungspunkt zusammengeschaltet sind; d) eine dritte Diode (Dc1; Dc2), die an ihrem einen Ende mit dem Verbindungspunkt verbunden ist; e) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Anschluß (➀), der mit dem Kollektor des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; f) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Anschluß (➀), der mit dem Emitter des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) verbunden ist; g) einen am Gehäuse vorgesehenen dritten externen Anschluß (➀), der mit dem anderen Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) verbunden ist; h) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Steueranschluß (31), der mit dem Gate des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; i) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Steueranschluß (32), der mit dem Gate des zweiten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; j) einen am Gehäuse vorgesehenen vierten externen Anschluß (➃); k) einen am Gehäuse vorgesehenen fünften externen Anschluß (➄); l) eine vierte Diode (DS1; Ds3), die zwischen den ersten und den vierten externen Anschluß in Vorwärtsrichtung geschaltet ist; und m) eine fünfte Diode (DS2; Ds4), die zwischen den fünften und den zweiten exterenen Anschluß in Vorwärtsrichtung geschaltet ist; wobei das erste Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) die Kathode der Diode und das zweite Ende der dritten Diode (Dc2) die Anode der Diode ist; und eines zweiten Schaltmoduls (SM3, 5, 6; SM7, 13, 14), das umfasst: a) einen ersten IGBT Schalter (S1; S3) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten ersten Diode (D1); b) einen zweiten IGBT Schalter (S2; S4) mit einer über Kollektor und Emitter antiparallel geschalteten zweiten Diode (D2); c) wobei der Emitter des ersten IGBT Schalters (S1; S3) und der Kollektor des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) an einem Verbindungspunkt zusammengeschaltet sind; d) eine dritte Diode (Dc1; Dc2), die an ihrem einen Ende mit dem Verbindungspunkt verbunden ist; e) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Anschluß (➀), der mit dem Kollektor des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; f) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Anschluß (➁), der mit dem Emitter des zweiten IGBT Schalters (S2; S4) verbunden ist; g) einen am Gehäuse vorgesehenen dritten externen Anschluß (➂), der mit dem anderen Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) verbunden ist; h) einen am Gehäuse vorgesehenen ersten externen Steueranschluß (31), der mit dem Gate des ersten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; i) einen am Gehäuse vorgesehenen zweiten externen Steueranschluß (32), der mit dem Gate des zweiten IGBT Schalters (S1; S3) verbunden ist; j) einen am Gehäuse vorgesehenen vierten externen Anschluß (➃); k) einen am Gehäuse vorgesehenen fünften externen Anschluß (➄); l) eine vierte Diode (DS1; Ds3), die zwischen den ersten und den vierten externen Anschluß in Vorwärtsrichtung geschaltet ist; und m) eine fünfte Diode (DS2; Ds4), die zwischen den fünften und den zweiten exterenen Anschluß in Vorwärtsrichtung geschaltet ist; wobei das erste Ende der dritten Diode (Dc1; Dc2) die Anode der Diode und das zweite Ende der dritten Diode (Dc2) die Kathode der Diode ist; in einem neutralpunktgeklemmten Leistungsumrichter (PC3; 21), der umfaßt: a) eine Gleichspannungsquelle (Vd1, Vd2, Vd, 10-12, Cp1, Cp2; 21) mit einem positiven Anschluß (10), einem Nullspannungsanschluß (11) und einem negativen Anschluß (12); b) einen Ausgabeanschluß (20), der mit dem zweiten externen Anschluß (➁) von dem ersten Schaltmodul (SM3) und dem ersten externen Anschluß (➀) von dem zweiten Schaltmodul (SM7) verbunden ist; c) wobei der erste externe Anschluß (➀) von dem ersten Schaltmodul (SM3) mit dem positiven Anschluß (10) der Gleichspannungsquelle verbunden ist; d) wobei der dritte externe Anschluß (➂) von dem ersten Schaltmodul (SM3) und der dritte externe Anschluß (➂) von dem zweiten Schaltmodul (SM7) mit dem Nullspannungsanschluß (11) der Gleichspannungsquelle verbunden ist; e) wobei der zweite externe Anschluß (➁) von dem zweiten Schaltmodul (SM7) mit dem negativen Anschluß (12) von der Gleichspannungquelle (Vd) verbunden ist; und f) einen ersten Dämpfungswiderstand (Rs1), der zwischen den ersten und vierten externen Anschlüssen von dem ersten Schaltmodul (SM3) angeschlossen ist; g) einen ersten Dämpfungskondensator (Cs1), der zwischen den dritten und vierten externen Anschlüssen von dem ersten Schaltmodul (SM3) angeschlossen ist; h) einen zweiten Dämpfungskondensator (Cs2), der zwischen den dritten und fünften externen Anschlüssen von dem ersten Schaltmodul (SM3) angeschlossen ist; i) einen zweiten Dämpfungswiderstand (Rs2), der zwischen dem fünften externen Anschluß von dem ersten Schaltmodul (SM3) und dem negativen Anschluß (12) von der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist; j) einen dritten Dämpfungswiderstand (Rs4), der zwischen den zweiten und fünften externen Anschlüssen von dem zweiten Schaltmodul (SM7) angeschlossen ist; k) einen dritten Dämpfungskondensator (CS4), der zwischen den dritten und fünften externen Anschlüssen von dem zweiten Schaltmodul (SM7) angeschlossen ist; l) einen vierten Dämpfungskondensator (Cs3), der zwischen den dritten und vierten externen Anschlüssen von dem zweiten Schaltmodul (SM7) angeschlossen ist; und m) ein vierter Dämpfungswiderstand (Rs3), der zwischen dem vierten Anschluß von dem zweiten Schaltmodul (SM7) und dem positiven Anschluß (10) der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.